本申請是申請日為2016年10月18日、申請?zhí)枮?01680003094.5、發(fā)明名稱為“半導體裝置及電子設備”的中國發(fā)明專利申請的分案申請。

本發(fā)明的一個方式涉及一種包括半導體裝置的電子設備或半導體裝置。

注意，本發(fā)明的一個方式不局限于上述技術領域。本說明書等所公開的發(fā)明的技術領域涉及一種物體、方法或制造方法。另外，本發(fā)明的一個方式涉及一種程序(process)、機器(machine)、產(chǎn)品(manufacture)或者組成物(compositionofmatter)。具體而言，作為本說明書所公開的本發(fā)明的一個方式的技術領域的例子，可以舉出半導體裝置、顯示裝置、發(fā)光裝置、蓄電裝置、存儲裝置、它們的驅(qū)動方法以及它們的制造方法。

在本說明書等中，半導體裝置是指通過利用半導體特性而能夠工作的元件、電路或裝置等。半導體裝置的例子是晶體管或二極管等半導體元件。半導體裝置的其他例子是包含半導體元件的電路。半導體裝置的其他例子是具備包含半導體元件的電路的裝置。

背景技術：

模仿神經(jīng)電路網(wǎng)絡且利用計算機等處理的模型，即神經(jīng)網(wǎng)絡被期待實現(xiàn)具有比諾伊曼式計算機更高性能的計算機的制造。如非專利文獻1所示，該領域的研究開發(fā)活躍。

在神經(jīng)網(wǎng)絡中，模仿神經(jīng)元的單元通過模仿突觸的單元彼此連接。神經(jīng)網(wǎng)絡通過學習可以改變連接強度，而能夠?qū)Ω鞣N輸入模式高速執(zhí)行模式識別及聯(lián)想記憶等。

在模式識別中，以下方法是有效的：利用模仿具有多層感知器體系結(jié)構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡的單元作為監(jiān)督數(shù)據(jù)學習對象的移動體的模式，然后作為輸入數(shù)據(jù)供應圖像數(shù)據(jù)來判斷監(jiān)督數(shù)據(jù)與輸入數(shù)據(jù)之間的一致性，由此抽出該移動體是否包括在圖像中的方法。該具有多層感知器體系結(jié)構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡由神經(jīng)元電路(模仿神經(jīng)元的單元)及突觸電路(模仿突觸的單元)構(gòu)成。

突觸電路需要具有儲存神經(jīng)元電路之間的連接強度的功能、對該連接強度與神經(jīng)元電路的輸出進行乘法的功能以及對各乘法結(jié)果進行加法的功能。因此，突觸電路需要儲存該連接強度的存儲器、實現(xiàn)乘法功能的乘法電路以及實現(xiàn)加法功能的加法電路。

隨著電視機(tv)的大屏幕化，發(fā)生收視高清晰圖像的需求。因此，超高清tv(uhdtv)廣播走向?qū)嵱没?。推進uhdtv廣播的日本在2015年開始了利用通訊衛(wèi)星(cs)及光纖線路的4k廣播服務。今后計劃開始通過廣播衛(wèi)星(bs)的uhdtv(4k及8k)的試播。所以，現(xiàn)在正在開發(fā)對應8k廣播的各種電子設備(參照非專利文獻2)。8k的實用廣播將并用4k廣播及2k廣播(全高清廣播)。

此外，攝像元件廣泛地設置在數(shù)碼相機或移動電話等各種電子設備。如上所述，uhdtv廣播走向?qū)嵱没虼私陙頂z像元件的像素數(shù)也增加。隨著攝像元件的像素數(shù)的增加，通過攝像獲得的數(shù)據(jù)量也不可避免地增加。因此，數(shù)據(jù)的讀出及傳送被要求高速化。作為應對攝像元件的像素數(shù)的增加帶來的圖像數(shù)據(jù)量的增加的技術，已知圖像數(shù)據(jù)的壓縮。專利文獻1公開了在拍攝視頻或連拍時通過計算上一個圖像數(shù)據(jù)與現(xiàn)在的圖像數(shù)據(jù)之間的差分數(shù)據(jù)來進行數(shù)據(jù)壓縮的攝像元件模塊。

[參考文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本專利申請公開第2009-296353號公報

[非專利文獻]

[非專利文獻1]yutakaarimaetal，“aself-learningneuralnetworkchipwith125neuronsand10kself-organizationsynapses”，ieeejournalofsolid-statecircuits，vol.26，no.4，april1991，pp.607-611

[非專利文獻2]s.kawashima，etal.，“13.3-in.8k×4k664-ppioleddisplayusingcaac-osfets”，sid2014digest，pp.627―630

技術實現(xiàn)要素：

然而，在上述存儲器、乘法電路及加法電路由數(shù)字電路構(gòu)成的情況下，需要儲存多個位的存儲器及能夠處理多個位的乘法電路和加法電路。因此，電路結(jié)構(gòu)變得大規(guī)模且依賴于微細圖案化。

另外，在上述存儲器、乘法電路及加法電路由模擬電路構(gòu)成的情況下，可以減少電路元件數(shù)。但是，非常難以構(gòu)成適合上述存儲器的模擬存儲器，換言之，能夠保持模擬值的模擬存儲器。在使用動態(tài)隨機存取存儲(dram：dynamicrandomaccessmemory)式模擬存儲單元的情況下，數(shù)據(jù)保持時間極短。作為解決該問題的對策，提出了在模擬存儲器中安裝用于數(shù)據(jù)保持的大容量電容器或者通過周期性的刷新工作來復原模擬數(shù)據(jù)等的結(jié)構(gòu)。然而，這些結(jié)構(gòu)導致芯片面積的增大及功耗增大。

另外，能夠根據(jù)被輸入的數(shù)據(jù)自由地改變多層結(jié)構(gòu)(例如，神經(jīng)元層的層數(shù)和一個層內(nèi)的神經(jīng)元的個數(shù)等)的結(jié)構(gòu)是優(yōu)選的。

鑒于上述問題，本發(fā)明的一個方式的目的是提供一種具有與現(xiàn)有的半導體裝置等不同結(jié)構(gòu)的新穎的半導體裝置等。

或者，本發(fā)明的一個方式的目的是提供一種芯片面積得到縮小的新穎結(jié)構(gòu)的半導體裝置等。本發(fā)明的一個方式的其他目的是提供一種功耗得到降低的新穎結(jié)構(gòu)的半導體裝置等。本發(fā)明的一個方式的其他目的是提供一種能夠自由地改變由神經(jīng)元電路或突觸電路等電路構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)的新穎結(jié)構(gòu)的半導體裝置等。

注意，本發(fā)明的一個方式的課題不局限于上述課題。上述課題并不妨礙其他課題的存在。其他課題是上面沒有提到而將在下面進行說明的課題。所屬技術領域的普通技術人員可以從說明書或附圖等的記載中自然得知并導出其他課題。此外，本發(fā)明的一個方式解決上述課題及其他課題中的至少一個。

本發(fā)明的一個方式是包括第一電路、第二電路及第三電路的半導體裝置。第一電路包括將第一信號放大且將該第一信號輸出到第二電路的第一功能以及將第一信號從電流轉(zhuǎn)換為電壓且將該從電流轉(zhuǎn)換為電壓的第一信號輸出到第三電路的第二功能。第二電路包括改變對應于連接強度的數(shù)據(jù)的第一乘法電路、儲存數(shù)據(jù)的模擬存儲器以及輸出通過第一信號的加權獲得的第二信號的第二乘法電路。第三電路包括將第二信號從電流轉(zhuǎn)換為電壓且將該從電流轉(zhuǎn)換為電壓的第二信號輸出到外部的第一功能以及從從電流轉(zhuǎn)換為電壓的第一信號與從外部輸入的第三信號之差分生成第四信號的第二功能。模擬存儲器包括在溝道形成區(qū)中包含氧化物半導體的晶體管。

在本發(fā)明的一個方式中，半導體裝置的第一乘法電路優(yōu)選包括根據(jù)從電流轉(zhuǎn)換為電壓的第一信號及第四信號改變數(shù)據(jù)的功能。

本發(fā)明的一個方式為利用上述半導體裝置且包括用來對視頻數(shù)據(jù)進行編碼的編碼器的電子設備。視頻數(shù)據(jù)包括第一視頻數(shù)據(jù)及第二視頻數(shù)據(jù)。當將第一視頻數(shù)據(jù)及第二視頻數(shù)據(jù)輸入到該半導體裝置時，該半導體裝置對第一視頻數(shù)據(jù)及第二視頻數(shù)據(jù)進行比較，并且，當?shù)谝灰曨l數(shù)據(jù)與第二視頻數(shù)據(jù)一致時，該半導體裝置獲得從第一視頻數(shù)據(jù)到第二視頻數(shù)據(jù)的運動向量。

注意，本發(fā)明的其他方式將在以下實施方式中參照附圖進行說明。

本發(fā)明的一個方式可以提供新穎的半導體裝置、新穎的顯示裝置或新穎的電子設備等。

本發(fā)明的一個方式可以提供一種芯片面積得到縮小的新穎結(jié)構(gòu)的半導體裝置等。本發(fā)明的其他的一個方式可以提供一種功耗得到降低的新穎結(jié)構(gòu)的半導體裝置等。本發(fā)明的其他的一個方式可以提供一種能夠自由地改變由神經(jīng)元電路或突觸電路等電路構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)的新穎結(jié)構(gòu)的半導體裝置等。

注意，本發(fā)明的一個方式的效果不局限于上述效果。上述效果并不妨礙其他效果的存在。其他效果是上面沒有提到而將在下面進行說明的效果。所屬技術領域的普通技術人員可以從說明書或附圖等的記載中自然得知并導出其他效果。此外，本發(fā)明的一個方式具有上述效果及其他效果中的至少一個。因此，本發(fā)明的一個方式有時不具有上述效果。

附圖說明

在附圖中：

圖1示出方框圖的例子；

圖2a、圖2b、圖2c及圖2d示出電路圖的例子；

圖3示出方框圖的例子；

圖4示出方框圖的例子；

圖5示出電路圖的例子；

圖6示出電路圖的例子；

圖7示出電路圖的例子；

圖8示出電路圖的例子；

圖9示出電路圖的例子；

圖10示出流程圖的例子；

圖11示出流程圖的例子；

圖12a至圖12f示出工作實例；

圖13示出流程圖的例子；

圖14示出方框圖的例子；

圖15示出示意圖的例子；

圖16示出視頻分發(fā)系統(tǒng)的例子；

圖17a至圖17d示出接收器的例子；

圖18示出方框圖的例子；

圖19a示出俯視圖的例子，圖19b和圖19c示出截面圖的例子；

圖20a示出截面圖的例子，圖20b示出能帶圖的例子；

圖21a和圖21b為示出氧擴散路徑的截面圖；

圖22a示出俯視圖的例子，圖22b和圖22c示出截面圖的例子；

圖23a示出俯視圖的例子，圖23b和圖23c示出截面圖的例子；

圖24a示出俯視圖的例子，圖24b和圖24c示出截面圖的例子；

圖25a示出俯視圖的例子，圖25b和圖25c示出截面圖的例子；

圖26a示出俯視圖的例子，圖26b、圖26c及圖26d示出截面圖的例子；

圖27a示出俯視圖的例子，圖27b示出截面圖的例子；

圖28a至圖28e示出caac-os及單晶氧化物半導體的利用xrd的結(jié)構(gòu)分析及caac-os的選區(qū)電子衍射圖案；

圖29a至圖29e示出caac-os的截面tem圖像和平面tem圖像及其分析圖像；

圖30a至圖30d示出nc-os的電子衍射圖案及截面tem圖像；

圖31a和圖31b示出a-likeos的截面tem圖像；

圖32示出in-ga-zn氧化物的電子照射所導致的結(jié)晶部的變化；

圖33示出方框圖的例子。

具體實施方式

下面，參照附圖對實施方式進行說明。注意，實施方式可以以多個不同方式來實施。所屬技術領域的普通技術人員可以很容易地理解到，其方式和詳細內(nèi)容可以在不脫離本發(fā)明的宗旨及其范圍的情況下被變更為各種各樣的形式。因此，本發(fā)明不應該被解釋為僅限定在以下所示的實施方式所記載的內(nèi)容中。

在本說明書等中，“第一”、“第二”、“第三”等序數(shù)詞是為了避免構(gòu)成要素的混淆而附加上的。因此，該用詞不限定構(gòu)成要素的數(shù)量或順序。在本說明書等中，一個實施方式中的“第一”構(gòu)成要素有可能在其他實施方式或權利要求書中被稱為“第二”構(gòu)成要素。此外，在本說明書等中，一個實施方式中的“第一”構(gòu)成要素有可能在其他實施方式或權利要求書中被省略。

在附圖中，有時同一要素、具有相同功能的要素、使用相同材料形成的要素或者同時形成的要素等由同一附圖標記表示，并且有時省略重復說明。

實施方式1

參照圖1、圖2a至2d、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8及圖9對本發(fā)明的實施方式進行說明。

〈模塊結(jié)構(gòu)〉

圖1示出構(gòu)成半導體裝置的模塊100的電路區(qū)塊。模塊100由n個(n為自然數(shù))神經(jīng)元電路nu、m×n個(m為自然數(shù))突觸電路su及m個誤差電路eu構(gòu)成。

以下，對構(gòu)成圖1所示的模塊100的各電路區(qū)塊進行說明。

圖2a示出神經(jīng)元電路nu的結(jié)構(gòu)。神經(jīng)元電路nu能夠被用作輸入神經(jīng)元電路或隱藏神經(jīng)元電路。神經(jīng)元電路nu包括放大器101、選擇電路102、差分放大器103、開關104及電阻器105。

當將神經(jīng)元電路nu用作輸入神經(jīng)元電路時，利用選擇電路102的切換信號(在圖2a至圖2d中，為in？)將輸出信號切換為“1”一側(cè)。被用作輸入神經(jīng)元電路的神經(jīng)元電路nu為從半導體裝置的外部接收輸入信號i且經(jīng)過選擇電路102及放大器101對相同模塊內(nèi)的突觸電路su生成輸出信號x的電路。

選擇電路102優(yōu)選輸入且輸出模擬信號。例如，選擇電路102可以由傳輸晶體管和模擬開關構(gòu)成。

可以將圖2b所示的單位增益緩沖器106用作圖2a所示的放大器101。如圖2c所示，放大器101可以具有使用放大電路107改變輸出信號x的基準信號電平的功能。另外，如圖2d所示，放大器101也可以具有使用生成差分信號的緩沖器108作為輸出信號來生成差分信號對(x及xb)的功能。在輸入信號i具有足夠的驅(qū)動能力的情況下，不需要必須安裝放大器101。

另一方面，當將神經(jīng)元電路nu用作隱藏神經(jīng)元電路時，利用選擇電路102的切換信號(在圖2a至圖2d中，為in？)將輸出信號切換為“0”一側(cè)。被用作隱藏神經(jīng)元電路的神經(jīng)元電路nu接收從前級的模塊內(nèi)的突觸電路su輸出的輸入信號i且從該輸入信號i生成經(jīng)過差分放大器103、選擇電路102及放大器101輸出到不同的模塊內(nèi)的突觸電路su的輸出信號x。

當輸入信號i為突觸電路su的輸出信號時，輸入信號i相當于各突觸電路su的電流之和(記為σw[i，j]x[j])。利用電阻器105將該電流之和轉(zhuǎn)換為電壓且利用差分放大器103生成該電壓與閾值電壓θn之差分電壓。

控制開關104的開閉狀態(tài)的信號(在圖2a至圖2d中，為ri？)可以被設為在神經(jīng)元電路nu被用作隱藏神經(jīng)元電路時信號ri？使開關104開啟，而在其他的期間使開關104關閉。

差分放大器103構(gòu)成為在輸入信號x為變數(shù)時，輸出信號等于算式(1)的fh(x)或近似于算式(1)的fh(x)。

[算式(1)]

在算式(1)中，αh為任意的常數(shù)，相當于x＝θn時的輸出信號的變化率。當各突觸電路的電流之和，即σw[i，j]x[j]超過閾值電壓θn時，輸出信號fh(x)＝1，即，輸出信號達到h電平(記為“h”或“高電平”)。這表示為神經(jīng)元電路nu的“放電”。換言之，閾值電壓θn相當于神經(jīng)元電路nu放電時的閾值。

另外，當在模塊中不需要所有的n個神經(jīng)元電路nu時，可以使不需要的神經(jīng)元電路nu的輸入信號i的電位設定為“0”。在此情況下，該神經(jīng)元電路nu的輸出信號x的電位成為“0”，后級的突觸電路su在實效上不起作用。

圖3示出突觸電路su的結(jié)構(gòu)。突觸電路su由模擬存儲器am及乘法電路mul1至mul3構(gòu)成。

模擬存儲器am具有儲存相當于相同模塊內(nèi)的神經(jīng)元電路nu與后級的模塊內(nèi)的神經(jīng)元電路nu之間的連接強度(權重系數(shù))w的數(shù)據(jù)的功能。模擬存儲器am還具有輸出相當于上述被儲存的數(shù)據(jù)的電壓的功能。

乘法電路mul1用模擬存儲器am的權重系數(shù)w乘以來自相同模塊內(nèi)的神經(jīng)元電路nu的輸出信號x，由此生成輸出信號wx。作為輸出信號wx供應對應于乘法結(jié)果的電流。換言之，乘法電路mul1對后級的模塊內(nèi)的神經(jīng)元電路nu及相同模塊內(nèi)的誤差電路eu輸出輸出信號wx，該輸出信號wx是通過根據(jù)模擬存儲器am中的數(shù)據(jù)對來自相同模塊內(nèi)的神經(jīng)元電路nu的輸出信號x進行加權來獲得的信號。

乘法電路mul2用來自相同模塊內(nèi)的誤差電路eu的輸出信號d乘以來自相同模塊內(nèi)的神經(jīng)元電路nu的輸出信號x，來生成輸出信號dw。作為輸出信號dw，供應對應于乘法結(jié)果的電流。供應輸出信號dw作為對應于儲存于模擬存儲器am中的權重系數(shù)w的變化量的電流。換言之，乘法電路mul2根據(jù)從相同模塊內(nèi)的誤差電路eu輸出的誤差信號d對模擬存儲器am內(nèi)的數(shù)據(jù)進行更新。

乘法電路mul3用模擬存儲器am的權重系數(shù)w乘以來自相同模塊內(nèi)的誤差電路eu的輸出信號d，由此生成輸出信號wd。作為輸出信號wd，供應對應于乘法結(jié)果的電流。換言之，乘法電路mul3根據(jù)模擬存儲器am內(nèi)的數(shù)據(jù)對前級的模塊內(nèi)的誤差電路eu輸出通過對來自相同模塊內(nèi)的誤差電路eu的誤差信號d進行加權來獲得的誤差信號wd。

圖4示出誤差電路eu的結(jié)構(gòu)。誤差電路eu可以被用作輸出神經(jīng)元電路或者隱藏誤差電路。誤差電路eu包括差分放大器111、開關112、電阻器113、微分電路dv、乘法電路mul4、選擇電路114、差分放大器115、開關116及電阻器117。

當將誤差電路eu用作輸出神經(jīng)元電路時，利用選擇電路114的切換信號(在圖4中，為on？)將輸出信號切換為“1”一側(cè)。被用作輸出神經(jīng)元電路的誤差電路eu利用差分放大器111從信號σwx生成輸出到半導體裝置的外部的信號o，該信號σwx相當于來自從相同級內(nèi)的突觸電路su輸出的輸出信號wx的電流之和。當將誤差電路eu用作輸出神經(jīng)元電路時，利用差分放大器115生成從半導體裝置的外部供應的監(jiān)督信號e與信號o的差分信號(e-o)。另外，當將誤差電路eu用作輸出神經(jīng)元電路時，微分電路dv生成信號o的微分系數(shù)f’。另外，乘法電路mul4通過用微分系數(shù)f’乘以差分信號(e-o)來生成誤差信號d。誤差信號d被輸出到相同模塊內(nèi)的突觸電路su。當作為監(jiān)督信號e供應電壓時，設定控制開關116的開閉狀態(tài)的信號(在圖4中，為re？)以使開關116關閉。

另外，差分放大器111利用電阻器113將相當于從相同級內(nèi)的突觸電路su輸出的電流之和的輸出信號σwx轉(zhuǎn)換為電壓，然后生成從差分放大器111輸出的電壓與閾值電壓θo之差分電壓。

差分放大器111構(gòu)成為在輸入信號x為變數(shù)時，信號o等于算式(2)的fo(x)或近似于算式(2)的fo(x)。

[算式(2)]

在算式(2)中，αo為任意的常數(shù)，相當于x＝θo有效時的變化率。當輸出信號σwx的電位超過閾值電壓θo時，等式fo(x)＝1有效，即，輸出信號的電位變?yōu)閔電平。這表示為輸出神經(jīng)元電路eu的“放電”。換言之，閾值電壓θo相當于神經(jīng)元電路eu放電時的閾值。

另一方面，當將誤差電路eu用作隱藏誤差電路時，利用選擇電路114的切換信號(在圖4中，為on？)將輸出信號切換為“0”一側(cè)。被用作隱藏誤差電路的誤差電路eu以與誤差電路eu被用作輸出神經(jīng)元電路時同樣的方法生成信號o。具體而言，誤差電路eu利用差分放大器111生成從信號σwx生成信號o，該信號σwx相當于來自從相同級內(nèi)的突觸電路su輸出的輸出信號wx的電流之和。另外，當將誤差電路eu用作隱藏誤差電路時，作為監(jiān)督信號e供應來自從后級的模塊內(nèi)的突觸電路su輸出的誤差信號wd的電流之和。然后，誤差電路eu利用差分放大器115生成差分信號。

此時，監(jiān)督信號e為相當于電流w[i，j]d[i]之和的信號σw[i，j]d[i]。利用電阻器117將該信號轉(zhuǎn)換為電壓，作為轉(zhuǎn)換為電壓的監(jiān)督信號e與參照電壓θe之差分電壓生成差分信號。另外，微分電路dv生成信號o的微分系數(shù)f’。另外，乘法電路mul4通過用微分系數(shù)f’乘以差分信號來生成誤差信號d。誤差信號d被輸出到相同模塊內(nèi)的突觸電路su。

當一個級由多個模塊構(gòu)成時，來自前級內(nèi)的突觸電路su的信號σwx被用作多個模塊內(nèi)的被用作多個隱藏神經(jīng)元電路的神經(jīng)元電路nu的輸入信號及前級的多個模塊內(nèi)的被用作多個誤差電路的誤差電路eu的輸入信號。在此情況下，該多個隱藏神經(jīng)元電路中的任一個利用電阻器105將輸入信號i轉(zhuǎn)換為電壓或者該多個誤差電路的任一個利用電阻器113將輸入信號σwx轉(zhuǎn)換為電壓即可?？刂崎_關112的開閉狀態(tài)的信號(在圖4中，為rσwx？)被設為在將誤差電路eu用作隱藏誤差電路時信號rσwx？使開關112開啟，而在其他的期間使開關112關閉即可。

當一個級由多個模塊構(gòu)成時，來自后級的模塊內(nèi)的突觸電路su的誤差信號wd被用作多個模塊內(nèi)的被用作多個隱藏誤差電路的誤差電路eu的監(jiān)督信號e。在此情況下，在該多個誤差電路eu的任一個中利用電阻器117將該監(jiān)督信號e轉(zhuǎn)換為電壓即可。換言之，控制開關116的開閉狀態(tài)的信號(在圖4中，為re？)可以被設為在將誤差電路eu用作隱藏誤差電路時信號re？使開關116開啟，而在其他的期間使開關116關閉。

〈構(gòu)成模塊的電路的結(jié)構(gòu)〉

圖5示出可用于突觸電路su及誤差電路eu內(nèi)的乘法電路mul1至mul4的乘法電路mul的結(jié)構(gòu)。乘法電路mul由第一晶體管tr01至第十四晶體管tr14、電容器c0及電容器c1構(gòu)成。該乘法電路采用基于chible乘法電路的結(jié)構(gòu)，獲得與輸入信號a與b之積成比例的電流作為輸出信號y。此外，當假設電容器c0及電容器c1的容量充分大于第八晶體管tr08及第十一晶體管tr11的柵極容量時，輸入信號b的電位變化被乘以c1/(c0+c1)且輸入到第八晶體管tr08及第十一晶體管tr11的柵極。因此，可以擴大輸入信號b的輸入范圍，可以在較寬的輸入范圍內(nèi)確保乘法電路mul的線性。同樣地，通過對輸入信號a設置電容器，也可以在較寬的輸入范圍內(nèi)確保乘法電路mul的線性。

圖6示出誤差電路eu內(nèi)的微分電路dv的結(jié)構(gòu)。微分電路dv由運算放大器121、122及乘法電路mul構(gòu)成。在此，運算放大器121構(gòu)成為在非反相輸入信號a與反相輸入信號vref的差分由x＝a-vref表示時輸出信號y1等于或近似于如下等式：y1＝f(x)＝1/(1+e^-αx)。另外，運算放大器122構(gòu)成為在非反相輸入信號vref與反相輸入信號a的差分由x2＝vref-a＝-x表示時輸出信號y2等于或近似于如下等式：y2＝f(x2)＝1/(1+e^-αx2)。在此，y2＝f(-x)＝1/(1+e^+αx)＝e^-αx/(e^-αx+1)＝1-1/(1+e^-αx)＝1-f(x)。因此，乘法電路mul的輸出可以表示為y＝y(tǒng)1×y2＝f(x)[1-f(x)]＝f’(x)(＝df(x)/dx)。這意味著微分電路dv具有求出f(x)的微分的功能。

圖7示出突觸電路su內(nèi)的模擬存儲器am的結(jié)構(gòu)。模擬存儲器am由晶體管tr15及電容器c構(gòu)成。通過采用關態(tài)電流(off-statecurrent)極低的使用氧化物半導體的晶體管作為晶體管tr15，可以實現(xiàn)理想的模擬存儲器的制造。因此，不需要安裝用于數(shù)據(jù)保持的大容量電容器或者通過周期性的刷新工作來復原模擬數(shù)據(jù)。因此，可以實現(xiàn)芯片面積的縮小及低功耗化。由于模擬存儲器am在更新數(shù)據(jù)期間被供應相當于變化量的電流，因此通過調(diào)節(jié)信號線的電位wl被設為“h”的期間，可以改變數(shù)據(jù)變化量。

〈三層神經(jīng)網(wǎng)絡〉

作為半導體裝置對使用兩個圖1所示的模塊100的三層神經(jīng)網(wǎng)絡，即，包括輸入級、隱藏級及輸出級的神經(jīng)網(wǎng)絡進行說明，進而，對該神經(jīng)網(wǎng)絡內(nèi)的學習進行說明。圖33示出包括第一模塊100_1及第二模塊100_2的三層神經(jīng)網(wǎng)絡。在第一模塊100_1中，神經(jīng)元電路nu被用作輸入神經(jīng)元電路，誤差電路eu被用作隱藏誤差電路。在第二模塊100_2中，神經(jīng)元電路nu被用作隱藏神經(jīng)元電路，誤差電路eu被用作輸出神經(jīng)元電路。第一模塊100_1的突觸電路su的輸出信號被用作第二模塊100_2的神經(jīng)元電路nu的輸入信號，來自第二模塊100_2的突觸電路su的誤差信號被用作第一模塊100_1的誤差電路eu的輸入信號。

在該三層神經(jīng)網(wǎng)絡中，根據(jù)輸入信號i[1]至i[n]學習相當于將相當于第一模塊100_1的突觸電路su的權重系數(shù)w1[j，i](j及i為自然數(shù))及第二模塊100_2的突觸電路su的權重系數(shù)w2[k，j](k為自然數(shù))的數(shù)據(jù)儲存于各模擬存儲器am中以能夠獲得所希望的信號o[1]至o[n]。具體而言，學習相當于：對權重系數(shù)w1[j，i]及w2[k，j]供應任意的值作為初始值；對輸入神經(jīng)元電路的輸入信號i[1]至i[n]供應用于學習的輸入數(shù)據(jù)；對輸出神經(jīng)元電路的輸入信號e[1]至e[n]供應監(jiān)督信號作為期望值；將權重系數(shù)w1[j，i]及w2[k，j]收斂以使輸出神經(jīng)元電路的信號o[1]至o[n]與輸入信號e[1]至e[n]的平方誤差之和最小。

輸出神經(jīng)元電路的信號o[1]至o[n]與輸入信號e[1]至e[n]的平方誤差之和可以由算式(3)表示。

[算式(3)]

當假設e2[k]＝e[k]-o[k]時，算式(3)可以由算式(4)表示。

[算式(4)]

求出平方誤差之和的最小值相當于求出權重系數(shù)w1[j，i]及w2[k，j]的極小值，即，滿足算式(5)及算式(6)的w1[j，i]及w2[k，j]。

[算式(5)]

[算式(6)]

換言之，求出平方誤差之和的最小值相當于根據(jù)算式(5)及算式(6)的左邊的值對權重系數(shù)w1[j，i]及w2[k，j]進行更新。

權重系數(shù)w2[k，j]滿足算式(7)的關系。

[算式(7)]

注意，在算式(7)中，y＝α0(σw2[k，j]x2[j]-θ0)。因此，改變權重系數(shù)w2[k，j]的值，變化量相當于ηw2×e2[k]×f’(y)×x2[j]即可。注意，ηw2為常數(shù)。

另外，權重系數(shù)w1[j，i]滿足算式(8)的關系。

[算式(8)]

注意，在算式(8)中，x＝αh(σw1[j，i]x1[i]-θh)，y＝α0(σw2[k，j]x2[j]-θ0)。改變權重系數(shù)w1[j，i]的值，變化量相當于ηw1×(σe2[k]×f’(y)×w2[k，j])×f’(x)×x1[i]即可。

在第二模塊100_2的誤差電路eu(輸出神經(jīng)元電路)中，差分放大器115獲得監(jiān)督信號e[k]與信號o[k]的差分信號e2[k]，微分電路dv獲得信號y的微分信號f’(y)，乘法電路mul4獲得用差分信號e2[k]乘以f’(y)的結(jié)果d2[k]＝e2[k]×f’(y)。在此，y＝α0(σw2[k，j]x2[j]-θ0)。信號d2[k]為輸出到第二模塊100_2的突觸電路su[k，j]的信號。

根據(jù)來自第二模塊100_2的誤差電路eu[k]的輸入信號d2[k]，第二模塊100_2的突觸電路su[k，j]改變模擬存儲器am的數(shù)據(jù)(權重系數(shù)w2[k，j])，變化量相當于dw2＝d2[k]×x2[j]＝e2[k]×f’(y)×x2[j]?？梢詫⒆兓蟮慕Y(jié)果表示為ηw2×dw2＝ηw2×e2[k]×f’(y)×x2[j]。從第二模塊100_2的突觸電路su[k，j]輸出且輸入到第一模塊100_1的誤差電路eu[j]的輸出信號w2[k，j]d2[k]表示為w2[k，j]d2[k]＝e2[k]×f’(y)×w2[k，j]。注意，有時輸出信號w2[k，j]d2[k]對應于輸出信號w2d2。

第一模塊100_1的誤差電路eu[j](隱藏誤差電路)以以下信號為輸入信號：信號σw1[j，i]x1[i]，該信號為第一模塊100_1的突觸電路su[j，i]的輸出信號w1[j，i]x1[i](電流)之和；以及信號σw2[k，j]d2[k]＝σe2[k]×f’(y)×w2[k，j]＝e1[j]，該信號相當于被表示為w2[k，j]d2[k]＝e2[k]×f’(y)×w2[k，j]且作為第二模塊100_2的突觸電路su[k，j]的輸出信號的電流之和。然后，第一模塊100_1的誤差電路eu[j]通過差分放大器從σw1[j，i]x1[i]獲得信號x、通過差分放大器103從e1[j]獲得差分信號ex、通過微分電路dv從信號x獲得輸出信號f’(x)、并且通過乘法電路mul獲得f’(x)與信號ex的乘法結(jié)果d1[j]＝e1[j]×f’(x)＝σe2[k]×f’(y)×w2[k，j]×f’(x)。在此，x＝αh(σw1[j，i]x1[i]-θh)。信號d1[j]為輸出到第一模塊100_1的突觸電路su[j，i]的信號。

根據(jù)來自第一模塊100_1的誤差電路eu[j]的輸入信號d1[k]，第一模塊100_1的突觸電路su[j，i]改變模擬存儲器am的數(shù)據(jù)(權重系數(shù)w1[j，i])，變化量相當于dw1＝d1[j]×x1[i]＝σe2[k]×f’(y)×w2[k，j]×f’(x)×x1[i]。此外，也可以將變化量表示為ηw1×dw1＝ηw1×σe2[k]×f’(y)×w2[k，j]×f’(x)×x1[i]。注意，第一模塊100_1的突觸電路su[j，i]的輸出信號w1[j，i]d1[j](＝wd1)不被輸出到其他的模塊。

如上所述，在半導體裝置中，可容易對權重系數(shù)w1[j，i]及w2[k，j]進行更新。在半導體裝置中，可以將對應于能夠使半導體裝置從輸入信號獲得所希望的輸出信號的權重系數(shù)w1[j，i]及w2[k，j]的數(shù)據(jù)儲存于各模擬存儲器am。換言之，半導體裝置可以學習。

〈四層神經(jīng)網(wǎng)絡〉

圖8示出由上述模塊100組成的四層神經(jīng)網(wǎng)絡的半導體裝置的例子。在此，模塊u[1，1]、u[1，2]及u[1，3]的神經(jīng)元電路nu為輸入神經(jīng)元電路，模塊u[2，1]、u[2，2]、u[3，1]、u[3，2]、u[4，1]及u[4，2]的神經(jīng)元電路nu為第一隱藏神經(jīng)元電路，模塊u[2，3]及u[3，3]的神經(jīng)元電路nu及誤差電路eu分別為第二隱藏神經(jīng)元電路及輸出神經(jīng)元電路。模塊u[1，1]的突觸電路su的輸出信號wx為模塊u[2，1]及u[2，2]的神經(jīng)元電路nu的輸入信號i，模塊u[1，2]的突觸電路su的輸出信號wx為模塊u[3，1]及u[3，2]的神經(jīng)元電路nu的輸入信號i，模塊u[1，3]的突觸電路su的輸出信號wx為模塊u[4，1]及u[4，2]的神經(jīng)元電路nu的輸入信號i，模塊u[2，3]的突觸電路su的誤差信號wd為模塊u[2，1]、u[3，1]及u[4，1]的誤差電路eu的輸入信號e，模塊u[3，3]的突觸電路su的誤差信號wd為模塊u[2，2]、u[3，2]及u[4，2]的誤差電路eu的輸入信號e。

由各多個信號線構(gòu)成的布線群h[1，1]至h[4，6]及v[1，1]至v[3，6]配置在模塊之間。可編程開關被配置在各交點。圖9示出可編程開關ps的電路結(jié)構(gòu)。在圖8中，在配置有可編程開關的交點處布線群彼此電連接的情況下，該交點附有黑色圓點。

圖9所示的可編程開關ps由晶體管tr16及晶體管tr17構(gòu)成。當包含氧化物半導體的晶體管tr16開啟時(當信號線ww的電位為“h”時)，將數(shù)據(jù)從信號線bl儲存作為晶體管tr17的柵極電位且根據(jù)該數(shù)據(jù)控制晶體管tr17的開閉。換言之，可編程開關ps可以編程為控制布線v與h之間的電連接。

在圖8中，半導體裝置的輸入信號通過布線群h[1，3]被輸入到模塊u[1，1]、u[1，2]及u[1，3]的輸入神經(jīng)元電路。模塊u[3，3]的輸出神經(jīng)元電路的輸出通過布線群h[3，6]作為半導體裝置的輸出信號被輸出。半導體裝置的監(jiān)督信號通過布線群h[4，4]及v[3，3]被輸入到模塊u[2，3]及u[3，3]的輸出神經(jīng)元電路。

模塊u[1，1]的突觸電路su的輸出信號通過布線群v[1，4]及h[2，3]被輸入到模塊u[2，1]及u[2，2]的神經(jīng)元電路nu。

模塊u[1，2]的突觸電路su的輸出信號通過布線群v[2，4]及h[3，3]被輸入到模塊u[3，1]及u[3，2]的神經(jīng)元電路nu。

模塊u[1，3]的突觸電路su的輸出信號通過布線群v[3，4]及h[4，3]被輸入到模塊u[4，1]及u[4，2]的神經(jīng)元電路nu。

模塊u[2，1]、u[3，1]及u[4，1]的突觸電路su的輸出信號通過布線群v[1，5]及h[2，2]被輸入到模塊u[2，3]的神經(jīng)元電路nu。

模塊u[2，2]、u[3，2]及u[4，2]的突觸電路su的輸出信號通過布線群v[2，5]及h[3，2]被輸入到模塊u[2，3]的神經(jīng)元電路nu。

布線群v[3，5]共同使用模塊u[2，3]及u[3，3]的突觸電路su的輸出信號。

模塊u[2，3]的突觸電路su的誤差信號通過布線群h[2，4]及v[1，3]被輸入到模塊u[2，1]、u[3，1]及u[4，1]的誤差電路eu。

模塊u[3，3]的突觸電路su的誤差信號通過布線群h[3，4]及v[2，3]被輸入到模塊u[2，2]、u[3，2]及u[4，2]的誤差電路eu。

模塊u[2，1]及u[2，2]的突觸電路su的誤差信號通過布線群h[2，5]及v[1，2]被輸入到模塊u[1，1]的誤差電路eu。

模塊u[3，1]及u[3，2]的突觸電路su的誤差信號通過布線群h[3，5]及v[2，2]被輸入到模塊u[1，2]的誤差電路eu。

模塊u[4，1]及u[4，2]的突觸電路su的誤差信號通過布線群h[4，5]及v[3，2]被輸入到模塊u[1，3]的誤差電路eu。

上述半導體裝置供應學習數(shù)據(jù)作為輸入神經(jīng)元電路的輸入信號，對輸出神經(jīng)元電路作為輸入信號供應對應于該學習數(shù)據(jù)的監(jiān)督信號，并且根據(jù)誤差信號對模擬存儲器的數(shù)據(jù)進行更新，由此學習。通過學習，半導體裝置在作為輸入神經(jīng)元電路的輸入信號供應對象數(shù)據(jù)時能夠判斷對象數(shù)據(jù)與學習數(shù)據(jù)是否一致或相似。在此，通過在圖像數(shù)據(jù)中使用對象物體(移動體)的數(shù)據(jù)作為學習數(shù)據(jù)，半導體裝置能夠在圖像數(shù)據(jù)中檢測出該物體。換言之，可以高效地從圖像數(shù)據(jù)抽出移動體的模式，可以高效地進行運動補償預測。

通過上述結(jié)構(gòu)，可以提供包括多層神經(jīng)網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的半導體裝置。該半導體裝置由模擬電路構(gòu)成，能夠縮小電路尺寸且不進行刷新工作也可以保持數(shù)據(jù)。另外，在該裝置中，可以自由地改變神經(jīng)元層的層數(shù)和一個層內(nèi)的神經(jīng)元數(shù)等多層結(jié)構(gòu)。

實施方式2

在本實施方式中，對圖1所示的半導體裝置的工作實例進行說明。在此，作為半導體裝置的工作對具備圖33所示的模塊100_1及100_2的三層神經(jīng)網(wǎng)絡的工作進行說明。選擇電路被設定為：第一模塊100_1的神經(jīng)元電路nu為輸入神經(jīng)元電路，第一模塊100_1的誤差電路eu為隱藏誤差電路，第二模塊100_2的神經(jīng)元電路nu為隱藏神經(jīng)元電路，第二模塊100_2的誤差電路eu為輸出神經(jīng)元電路。第一模塊100_1的突觸電路su的輸出信號被用作第二模塊100_2的神經(jīng)元電路nu的輸入信號，來自第二模塊100_2的突觸電路su的誤差信號被用作第一模塊100_1的誤差電路eu的輸入信號。

〈工作實例〉

半導體裝置的工作是指：將學習數(shù)據(jù)輸入到上述實施方式的圖1所示的半導體裝置，半導體裝置學習該學習數(shù)據(jù)，將對象數(shù)據(jù)輸入到半導體裝置，判斷學習數(shù)據(jù)與對象數(shù)據(jù)是否一致或相似。圖10及圖11為半導體裝置的工作流程圖。

〈〈學習〉〉

首先，參照圖1及圖10對圖1的半導體裝置學習數(shù)據(jù)的工作進行說明。

[步驟s1-1]

在步驟s1-1，學習數(shù)據(jù)從外部被輸入到輸入神經(jīng)元電路，即第一模塊100_1的神經(jīng)元電路nu。學習數(shù)據(jù)相當于圖33中的輸入信號i[1]至i[n]。在此的學習數(shù)據(jù)由二進制表示，根據(jù)學習數(shù)據(jù)的位數(shù)決定輸入學習數(shù)據(jù)的神經(jīng)元電路nu的個數(shù)。半導體裝置優(yōu)選構(gòu)成為從學習數(shù)據(jù)的輸入所不需要的神經(jīng)元電路nu輸入成為固定值的輸出信號x的數(shù)據(jù)。另外，半導體裝置例如優(yōu)選構(gòu)成為阻擋向該神經(jīng)元電路nu供電。在此，學習數(shù)據(jù)的量由n位表示。學習數(shù)據(jù)i[1]至i[n]分別被輸入到神經(jīng)元電路nu[1]至nu[n]。

[步驟s1-2]

在步驟s1-2，來自輸入神經(jīng)元電路，即第一模塊100_1的神經(jīng)元電路nu的輸出信號x被輸入到第一模塊100_1的突觸電路su。第一模塊100_1的突觸電路su將通過對用儲存于模擬存儲器am中的權重系數(shù)w1乘以輸出信號x來獲得的輸出信號w1x輸出到隱藏誤差電路，即第一模塊100_1的誤差電路eu及隱藏神經(jīng)元電路，即第二模塊100_2的神經(jīng)元電路nu。

[步驟s1-3]

在步驟s1-3，σw1x，即第一模塊100_1的突觸電路su的輸出信號之和被輸入到隱藏神經(jīng)元電路，即第二模塊100_2的神經(jīng)元電路nu。

可以根據(jù)學習數(shù)據(jù)改變隱藏神經(jīng)元電路，即第二模塊100_2的神經(jīng)元電路nu的個數(shù)。半導體裝置優(yōu)選構(gòu)成為將成為固定值的輸出信號x的數(shù)據(jù)輸入到不需要的神經(jīng)元電路nu。另外，半導體裝置例如優(yōu)選構(gòu)成為阻擋向上述神經(jīng)元電路nu供電。在此，第二模塊100_2的神經(jīng)元電路nu的個數(shù)為m，該神經(jīng)元電路nu的輸入由σw1x[1]至w1x[m]表示。

[步驟s1-4]

在步驟s1-4，來自隱藏神經(jīng)元電路，即第二模塊100_2的神經(jīng)元電路nu的輸出信號x2被輸入到第二模塊100_2的突觸電路su。輸出信號x2相當于圖1的輸出信號x。第二模塊100_2的突觸電路su將通過用儲存于模擬存儲器am中的權重系數(shù)w2乘以輸出信號x2來獲得的輸出信號w2x2輸出到輸出神經(jīng)元電路，即第二模塊100_2的誤差電路eu。權重系數(shù)w2為儲存在第二模塊100_2的突觸電路su的模擬存儲器am中的權重系數(shù)。

[步驟s1-5]

在步驟s1-5，σw2x2被輸入到輸出神經(jīng)元電路，即第二模塊100_2的誤差電路eu。σw2x2相當于圖1的σwx。

[步驟s1-6]

誤差電路eu[1]至eu[m]根據(jù)σw2x2及從外部輸入的監(jiān)督信號e進行乘法。然后，誤差電路eu[1]至eu[m]將差分信號d2輸出到第二模塊100_2的神經(jīng)元電路nu。差分信號d2相當于圖1的d[1]至d[m]。監(jiān)督信號e相當于被輸入到第二模塊內(nèi)的誤差電路eu[1]至eu[n]的輸入信號e[1]至e[n]。

[步驟s1-7]

在步驟s1-7，根據(jù)差分信號d2對儲存在第二模塊100_2的突觸電路su的模擬存儲器am中的權重系數(shù)w2進行更新。此外，在步驟s1-7，用差分信號d2乘以在第二模塊100_2的突觸電路中被更新的權重系數(shù)w2，接著，輸出輸出信號w2d2。輸出信號w2d2被輸出到隱藏誤差電路，即第一模塊100_1的誤差電路eu作為輸入信號e[1]至e[n]。

[步驟s1-8]

在步驟s1-8，用輸出信號之和σw1x及輸出信號w2d2進行乘法，然后將差分信號d1輸出到第一模塊100_1的神經(jīng)元電路nu。差分信號d1相當于圖1的d[1]至d[m]。

[步驟s1-9]

在步驟s1-9，根據(jù)差分信號d1對儲存在第一模塊100_1的突觸電路su的模擬存儲器am中的權重系數(shù)w進行更新。在步驟s1-9結(jié)束之后，根據(jù)被更新的權重系數(shù)w1及w2反復進行步驟s1-2至步驟s1-9指定的次數(shù)。

在步驟s1-10，判斷是否反復進行了步驟s1-2至步驟s1-9指定的次數(shù)。當反復的次數(shù)達到指定的次數(shù)時，該學習數(shù)據(jù)的學習結(jié)束。

理想的是，以如下方式設定指定的次數(shù)：直到第二模塊內(nèi)的誤差電路eu的輸出信號o與監(jiān)督信號e的誤差包括在指定值內(nèi)為止反復進行步驟s1-2至步驟s1-9。但是，可以根據(jù)經(jīng)驗決定任意的反復次數(shù)。

[步驟s1-11]

在步驟s1-11，判斷所有的學習數(shù)據(jù)的學習是否結(jié)束。當存在未結(jié)束的學習數(shù)據(jù)時，反復進行步驟s1-1至s1-10，當所有的學習數(shù)據(jù)的學習結(jié)束時，工作結(jié)束。半導體裝置也可以構(gòu)成為在所有的學習數(shù)據(jù)的一連串的學習結(jié)束之后學習已學習過的學習數(shù)據(jù)。

在具有多層感知器體系結(jié)構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡中，優(yōu)選設置多個隱藏層。當將相當于隱藏層的隱藏神經(jīng)元電路及突觸電路設置在多個層中時，可以反復進行權重系數(shù)的更新，所以可以提高學習效率。

〈〈比較〉〉

接著，參照圖11對將對象數(shù)據(jù)輸入到預先學習數(shù)據(jù)的圖33所示的半導體裝置且輸出結(jié)果的工作進行說明。在此，將學習過的多個數(shù)據(jù)中被聯(lián)想為最相似于對象數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)輸出作為結(jié)果。

[步驟s2-1]

在步驟s2-1，對象數(shù)據(jù)從外部被輸入到輸入神經(jīng)元電路，即第一模塊100_1的神經(jīng)元電路nu。

[步驟s2-2]

在步驟s2-2，對應于對象數(shù)據(jù)的輸出信號x從第一模塊100_1的神經(jīng)元電路nu輸出且輸入到第一模塊100_1的突觸電路su。第一模塊100_1的突觸電路su將通過對用在學習步驟s1-9中被儲存的權重系數(shù)w1乘以輸出信號x來獲得的輸出信號w1x輸出到隱藏神經(jīng)元電路，即第二模塊100_2的神經(jīng)元電路nu。

[步驟s2-3]

在步驟s2-3，σw1x，即第一模塊100_1的突觸電路的輸出信號之和被輸入到隱藏神經(jīng)元電路，即第二模塊100_2的神經(jīng)元電路nu。

在步驟s2-4，來自隱藏神經(jīng)元電路，即第二模塊100_2的神經(jīng)元電路nu的輸出信號x2被輸入到第二模塊100_2的突觸電路su。第二模塊100_2的突觸電路su將通過用儲存于模擬存儲器am中的權重系數(shù)w2乘以輸出信號x2來獲得的輸出信號w2x2輸出到輸出神經(jīng)元電路，即第二模塊100_2的誤差電路eu。

在步驟s2-5，來自第二模塊100_2的突觸電路su的輸出信號之和σw2x2被輸入到輸出神經(jīng)元電路，即第二模塊100_2的誤差電路eu。輸出神經(jīng)元電路，即第二模塊100_2的誤差電路eu輸出輸出信號o。

當學習過的多個數(shù)據(jù)包括與輸出信號o所包括的數(shù)據(jù)一致或者非常相似的數(shù)據(jù)時，該輸出信號o中的數(shù)據(jù)為在學習該學習數(shù)據(jù)時作為監(jiān)督信號供應的數(shù)據(jù)。換言之，可以判斷學習數(shù)據(jù)與對象數(shù)據(jù)是否一致、相似或者不一致。

通過進行上述步驟s1-1至步驟s1-10及步驟s2-1至步驟s2-5，圖1所示的半導體裝置可以學習學習數(shù)據(jù)，然后，可以輸出表示學習數(shù)據(jù)與對象數(shù)據(jù)是否一致的信號。由此，附圖所示的半導體裝置可以進行模式識別或聯(lián)想記憶等處理。

實施方式3

在本實施方式中，對將實施方式1中說明且圖1所示的半導體裝置用作編碼器時的工作實例進行說明。

〈物體的運動檢測的例子〉

首先，對物體的運動檢測的例子進行說明。圖12a至圖12f示出為了檢測物體的運動對圖像數(shù)據(jù)利用編碼器進行的算法進行說明。

圖12a示出具有三角形11及圓12的圖像數(shù)據(jù)10。圖12b示出圖像數(shù)據(jù)20，其中圖像數(shù)據(jù)10的三角形11及圓12向右上方向移動。

圖12c的圖像數(shù)據(jù)30示出從圖像數(shù)據(jù)10抽出包括三角形11及圓12的區(qū)域31的工作。在圖像數(shù)據(jù)30中，將被抽出的區(qū)域31的左上的單元格視為基準點(0，0)，對圖像數(shù)據(jù)10附加表示左/右及上/下方向的位置的數(shù)值。圖12e示出圖12c的被抽出的區(qū)域31。

圖12d的圖像數(shù)據(jù)40示出通過從圖像數(shù)據(jù)20切出區(qū)域來從圖像數(shù)據(jù)20抽出多個區(qū)域41的工作。圖像數(shù)據(jù)40為將附加到圖像數(shù)據(jù)30的表示左/右及上/下方向的位置的數(shù)值附加到圖像數(shù)據(jù)20的圖像數(shù)據(jù)。換言之，可以由位移(運動向量)表示從圖像數(shù)據(jù)30到圖像數(shù)據(jù)40的區(qū)域31的移動位置。圖12f示出被抽出的多個區(qū)域41。

在多個區(qū)域41的抽出工作之后，為了檢測物體的運動，進行依次比較多個區(qū)域41與區(qū)域31的工作。通過該比較工作，檢測區(qū)域31與運動向量(1，-1)的區(qū)域41一致且區(qū)域31與運動向量(1，-1)以外的區(qū)域41不一致。由此，可以獲得從區(qū)域31到區(qū)域41的運動向量(1，-1)。

注意，在本說明書中，有時將上述區(qū)域31的數(shù)據(jù)表示為學習數(shù)據(jù)，有時將上述多個區(qū)域41中的一個的數(shù)據(jù)表示為對象數(shù)據(jù)。

雖然在圖12a至圖12f中以4×4的單元格所形成的區(qū)域為基準進行抽出、比較及檢測工作，但是在本工作實例中，區(qū)域的尺寸不局限于此。根據(jù)所抽出的圖像數(shù)據(jù)的大小，可以適當?shù)馗淖儏^(qū)域的尺寸。例如，可以以3×5的單元格所形成的區(qū)域為基準進行抽出、比較及檢測工作。另外，對形成單元格的像素數(shù)沒有限制。例如，用來形成區(qū)域的1個單元格可以由10×10的像素形成，也可以由1個像素形成?；蛘?，例如，用來形成區(qū)域的1個單元格可以由5×10的像素。

根據(jù)視頻內(nèi)容，區(qū)域31所包括的圖像數(shù)據(jù)有可能發(fā)生變化。例如，區(qū)域31所包括的三角形11或圓12有可能在圖像數(shù)據(jù)40中被放大或縮小?；蛘?，區(qū)域31所包括的三角形11或圓12有可能在圖像數(shù)據(jù)40中旋轉(zhuǎn)。為了實現(xiàn)上述結(jié)構(gòu)，優(yōu)選通過特征抽出等判斷區(qū)域31與多個區(qū)域41中的任一個是否同一。當從區(qū)域31的圖像數(shù)據(jù)生成區(qū)域31在該運動向量方向上移動的圖像數(shù)據(jù)且獲得所生成的數(shù)據(jù)與多個區(qū)域41之差分時，可以實現(xiàn)運動補償預測。另外，當區(qū)域31的圖像數(shù)據(jù)的移動量不與像素間距的整數(shù)倍一致時，半導體裝置可以構(gòu)成為通過區(qū)域31與多個區(qū)域41的比較算出輸出到外部的信號，推測該輸出信號之差異為最小的位移，并且檢測該最小差異量作為物體的位移(運動向量)。

〈圖像數(shù)據(jù)的一致、相似性、不一致的判斷〉

接著，參照圖13對使用編碼器的運動補償預測的方法進行說明。

[步驟s3-1]

在步驟s3-1，將區(qū)域31的數(shù)據(jù)作為學習數(shù)據(jù)輸入到第一模塊的神經(jīng)元電路nu。

[步驟s3-2]

在步驟s3-2，對區(qū)域31的輸入數(shù)據(jù)進行相當于步驟s1-2至步驟s1-10的工作。換言之，對各突觸電路su的權重系數(shù)反復進行更新，對對應于區(qū)域31的數(shù)據(jù)的突觸電路su的權重系數(shù)進行更新。

[步驟s3-3]

在步驟s3-3，將多個區(qū)域41之一的數(shù)據(jù)作為對象數(shù)據(jù)輸入到圖1所示的半導體裝置。該半導體裝置包括步驟s3-2中被更新的權重系數(shù)。

[步驟s3-4]

在步驟s3-4，在與步驟s2-2至步驟s2-5同樣的工作中進行多個區(qū)域41之一的數(shù)據(jù)的輸入。換言之，通過輸入多個區(qū)域41之一的數(shù)據(jù)，學習過區(qū)域31的數(shù)據(jù)的半導體裝置輸出從此聯(lián)想的數(shù)據(jù)。

在此，半導體裝置判斷區(qū)域31的數(shù)據(jù)與多個區(qū)域41的數(shù)據(jù)是否一致。

[步驟s3-5]

在步驟s3-5，根據(jù)上述判斷，決定進入哪一個步驟。

當在上面的判斷中區(qū)域31的數(shù)據(jù)與多個區(qū)域41之一的數(shù)據(jù)不一致時，以與上述多個區(qū)域41之一不同的區(qū)域41為對象數(shù)據(jù)再次進行步驟s3-3及步驟s3-4。

此外，當在上述判斷中區(qū)域31的數(shù)據(jù)與多個區(qū)域41之一的數(shù)據(jù)一致時，獲得以區(qū)域31為基準的多個區(qū)域41之一的運動向量，然后本工作結(jié)束。通過獲得運動向量，可以進行以運動向量為差分的運動補償預測。通過進行運動補償預測，可以高效地進行視頻數(shù)據(jù)的壓縮。

另外，即使在區(qū)域31的數(shù)據(jù)與多個區(qū)域41之一的數(shù)據(jù)相似的情況下，半導體裝置也判斷該兩個數(shù)據(jù)一致。當多個區(qū)域41之一的數(shù)據(jù)與多個區(qū)域41的數(shù)據(jù)相似時，判斷多個區(qū)域41之一的數(shù)據(jù)與該多個區(qū)域41一致。在此情況下，通過判斷多個區(qū)域41之一的數(shù)據(jù)與該多個區(qū)域41的各數(shù)據(jù)的一致性，推測物體的位置變化，由此獲得該位置作為物體的運動向量。然后，本工作結(jié)束。

另外，當在上面的判斷中以所有的區(qū)域41的數(shù)據(jù)為對象數(shù)據(jù)進行比較且學習數(shù)據(jù)與所有的對象數(shù)據(jù)不一致或不相似時，半導體裝置評估不能從區(qū)域31的數(shù)據(jù)與多個區(qū)域41的數(shù)據(jù)獲得用于運動補償預測的運動向量，本工作就結(jié)束。

通過進行上述工作，可以將具有多層感知器體系結(jié)構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡用作進行視頻數(shù)據(jù)壓縮的編碼器。由此可以實現(xiàn)能夠進行大量的圖像數(shù)據(jù)的壓縮的高效率編碼器。

實施方式3

在本實施方式中，對根據(jù)所公開的發(fā)明的廣播系統(tǒng)進行說明。

<廣播系統(tǒng)>

圖14為示意性地示出廣播系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)實例的方框圖。廣播系統(tǒng)500包括攝像機510、收發(fā)器511、接收器512及顯示裝置513。攝像機510包括圖像傳感器520及圖像處理器521。收發(fā)器511包括編碼器522及調(diào)制器523。接收器512包括解調(diào)器525及譯碼器526。顯示裝置513包括圖像處理器527及顯示部528。

當攝像機510能夠拍攝8k視頻時，圖像傳感器520包括足以拍攝8k分辨率的彩色圖像的像素數(shù)。例如，當一個像素由一個紅色(r)子像素、兩個綠色(g)子像素及一個藍色(b)子像素構(gòu)成時，圖像傳感器520至少需要7680×4320×4[r、g+g、b]個像素。當攝像機510為拍攝4k圖像的攝像機時，圖像傳感器520至少需要3840×2160×4個像素。當攝像機510為拍攝2k圖像的攝像機時，圖像傳感器520至少需要1920×1080×4個像素。

圖像傳感器520生成未加工的raw數(shù)據(jù)540。圖像處理器521對raw數(shù)據(jù)540進行圖像處理(噪聲去除或插補處理等)并生成視頻數(shù)據(jù)541。視頻數(shù)據(jù)541被輸出到收發(fā)器511。

收發(fā)器511對視頻數(shù)據(jù)541進行處理來生成適合廣播頻帶的廣播信號543(有時將廣播信號稱為載波)。編碼器522對視頻數(shù)據(jù)541進行處理來生成編碼數(shù)據(jù)542。編碼器522進行視頻數(shù)據(jù)541的編碼處理、對視頻數(shù)據(jù)541附加廣播控制數(shù)據(jù)(例如，認證數(shù)據(jù))的處理、加密處理以及加擾處理(用于擴頻的數(shù)據(jù)排序處理)等。

調(diào)制器523通過對編碼數(shù)據(jù)542進行iq調(diào)制來生成并輸出廣播信號543。廣播信號543為具有i(同相)成分和q(正交相)成分的復合信號。tv廣播電臺承擔視頻數(shù)據(jù)541的取得及廣播信號543的供應。

接收器512接收廣播信號543。接收器512具有將廣播信號543轉(zhuǎn)換為能夠在顯示裝置513上顯示的視頻數(shù)據(jù)544的功能。解調(diào)器525對廣播信號543進行解調(diào)來將廣播信號543分解為i信號及q信號的兩個模擬信號。

譯碼器526具有將i信號及q信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的功能。譯碼器526用各種方法對數(shù)字信號進行處理來生成數(shù)據(jù)流。對數(shù)字信號進行處理的方法包括幀分離、低密度奇偶校驗(ldpc：lowdensityparitycheck)碼的譯碼、廣播控制用數(shù)據(jù)的分離及解擾處理等。譯碼器526對數(shù)據(jù)流進行譯碼來生成視頻數(shù)據(jù)544。譯碼處理方法包括離散余弦變換(dct：discretecosinetransform)和離散正弦變換(dst：discretesinetransform)等正交變換、幀內(nèi)預測及運動補償預測等。

視頻數(shù)據(jù)544被輸入到顯示裝置513的圖像處理器527。圖像處理器527對視頻數(shù)據(jù)544進行處理來生成可輸入到顯示部528的數(shù)據(jù)信號545。由圖像處理器527進行的處理包括圖像處理(例如，伽瑪處理)和數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換處理等。在輸入數(shù)據(jù)信號545之后，顯示部528顯示圖像。

圖15示意性地示出廣播系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸。圖15示出從廣播電臺561發(fā)送的電波(廣播信號)傳送到各家庭的電視機(tv)560的路徑。tv560具備接收器512及顯示裝置513。作為人造衛(wèi)星562，例如可以舉出通訊衛(wèi)星(cs)和廣播衛(wèi)星(bs)。作為天線564，例如可以舉出bs/110°cs天線和cs天線等。作為天線565，例如可以舉出特高頻(uhf：ultrahighfrequency)天線。

電波566a和566b為衛(wèi)星廣播用廣播信號。人造衛(wèi)星562在接收電波566a時向地面發(fā)送電波566b。各家庭通過用天線564接收電波566b，就可以用tv560收看衛(wèi)星tv廣播?；蛘?，其他的廣播電臺的天線接收電波566b并用廣播電臺內(nèi)的接收器將該電波566b加工為能通過光纜傳輸?shù)男盘?。然后，廣播電臺利用光纜網(wǎng)發(fā)送廣播信號至各家庭的tv560。電波567a和567b為地面廣播用廣播信號。電波塔563放大所接收的電波567a并發(fā)送電波567b。各家庭通過用天線565接收電波567b，就可以用tv560收看地面tv廣播。

根據(jù)本實施方式的視頻分發(fā)系統(tǒng)不局限于tv廣播系統(tǒng)。此外，所分發(fā)的圖像數(shù)據(jù)可以為視頻數(shù)據(jù)或靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)。

例如，也可以通過高速ip網(wǎng)絡分發(fā)攝像機510的視頻數(shù)據(jù)541。例如，視頻數(shù)據(jù)541的分發(fā)系統(tǒng)可以用于醫(yī)療領域的遠程診斷和遠程診療。為了進行正確的圖像診斷和醫(yī)療行為，需要更高分辨率的圖像。因此，醫(yī)療用途的圖像需要8k、4k和2k圖像等高分辨率圖像。圖16示意性地示出利用視頻數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)的急救醫(yī)療系統(tǒng)。

救護車600與醫(yī)療機構(gòu)601之間以及醫(yī)療機構(gòu)601與醫(yī)療機構(gòu)602之間的通信通過高速網(wǎng)絡605進行。救護車600具備攝像機610、編碼器611及通信裝置612。

攝像機610為了拍攝運往醫(yī)療機構(gòu)601的患者的圖像而使用。用攝像機610取得的視頻數(shù)據(jù)615可以用通信裝置612以非壓縮的形式發(fā)送。由此，可以以較少的延遲將高分辨率的視頻數(shù)據(jù)615發(fā)送到醫(yī)療機構(gòu)601。當在救護車600與醫(yī)療機構(gòu)601之間的通信不能利用高速網(wǎng)絡605時，也可以用編碼器611對視頻數(shù)據(jù)進行編碼并發(fā)送編過碼的視頻數(shù)據(jù)616。

在醫(yī)療機構(gòu)601中，用通信裝置620接收從救護車600發(fā)來的視頻數(shù)據(jù)。當所接收的視頻數(shù)據(jù)為非壓縮數(shù)據(jù)時，將該數(shù)據(jù)經(jīng)過通信裝置620發(fā)送到顯示裝置623并顯示視頻數(shù)據(jù)。當視頻數(shù)據(jù)為壓縮數(shù)據(jù)時，在用譯碼器621解壓之后，發(fā)送到顯示裝置623并顯示視頻數(shù)據(jù)。醫(yī)生根據(jù)顯示裝置623的圖像向救護車600的急救人員或者醫(yī)療機構(gòu)601內(nèi)的醫(yī)務人員發(fā)出指示。圖16所示的分發(fā)系統(tǒng)能夠傳送高分辨率圖像，因此醫(yī)療機構(gòu)601內(nèi)的醫(yī)生能夠詳細檢查運送途中的患者。因此，醫(yī)生可以向救護車600的急救人員或醫(yī)療機構(gòu)601內(nèi)的醫(yī)務人員發(fā)出更準確的指示，從而可以提高患者的生存率。

醫(yī)療機構(gòu)601與602之間的視頻數(shù)據(jù)的通信也與上述同樣?？梢詫⒂冕t(yī)療機構(gòu)601內(nèi)的ct、mri等成像診斷裝置取得的醫(yī)療圖像發(fā)送到醫(yī)療機構(gòu)602。在此，雖然以救護車600為例子進行了說明，但是運送患者的手段也可以是直升機等航空器或船舶。

圖15示出tv560內(nèi)置有接收器的例子。此外，也可以采用由獨立的接收器接收信號來在tv560上顯示圖像的結(jié)構(gòu)。圖17a至圖17d示出該情況下的例子。如圖17a所示，接收器571也可以設置在tv560的外部。如圖17b所示，天線564、565與tv560也可以通過無線發(fā)射器572及573發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在此情況下，無線發(fā)射器572及573還被用作接收器。如圖17c所示，無線發(fā)射器573也可以內(nèi)置在tv560中。

接收器可以做成小到可隨身攜帶的尺寸。圖17d所示的接收器574包括連接器部575。如果顯示裝置或信息終端(例如，個人計算機、智能手機、移動電話、平板終端等)等電子設備具備可連接到連接器部575的端子，就可以用這些電子設備收看衛(wèi)星廣播或地面廣播。

可以將實施方式1所示的半導體裝置應用于圖14所示的廣播系統(tǒng)500的編碼器522。另外，編碼器522可以具有包括半導體裝置和專用ic、圖形處理器(gpu)或中央處理器(cpu)等處理器的組合的結(jié)構(gòu)。另外，編碼器522也可以集成在一個專用ic芯片上。

〈編碼器〉

圖18為示出編碼器522的例子的方框圖。編碼器522包括電路591至594。

電路591進行信源編碼，包括幀間預測電路591a、運動補償預測電路591b及dct電路591c。電路592包括多路復用視頻編碼處理電路。電路593包括低密度奇偶校驗(ldpc)編碼電路593a、認證處理電路593b及加擾器593c。電路594為數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換(dac)部。

電路591對被發(fā)送的視頻數(shù)據(jù)541進行信源編碼。信源編碼是指去除圖像信息所包括的剩余的成分的處理。注意，由于不能將從電路591輸出的數(shù)據(jù)完全恢復到原來的視頻數(shù)據(jù)，因此可以說信源編碼是不可逆處理。

幀間預測電路591a從編碼對象的幀的上一個幀、下一個幀或者其雙方生成預測幀，由此對該預測幀進行編碼。運動補償預測電路591b檢測視頻數(shù)據(jù)541內(nèi)的對象物的運動及變形，算出位移、旋轉(zhuǎn)量、伸縮量，生成包括該對象物的幀的預測幀，由此對該預測幀進行編碼。dct電路591c使用離散余弦變換將在像素區(qū)域中取得的相當于視頻數(shù)據(jù)的信息轉(zhuǎn)換為頻率區(qū)域的信息。

電路591具有通過幀間預測電路591a、運動補償預測電路591b及dct電路591c使信源編碼之后的視頻數(shù)據(jù)541量子化的功能。在此，量子化是指使dct電路591c所取得的各頻率成分與離散值對應的工作。通過該工作，可以減少視頻數(shù)據(jù)541所包括的較大的數(shù)據(jù)。另外，電路591將數(shù)據(jù)流551發(fā)送到電路592，該數(shù)據(jù)流551包括信源編碼之后且被量子化的視頻數(shù)據(jù)及通過運動補償預測獲得的信息。

電路592為通過可變長度編碼壓縮數(shù)據(jù)流551所包括的信息且進行多路復用的電路。在此，多路復用是指排列多個信息以能夠以一個位串或一個字節(jié)串發(fā)送的處理。多路復用視頻編碼對象的信息作為數(shù)據(jù)流552被發(fā)送到電路593。

電路593主要對從電路592發(fā)送的數(shù)據(jù)流552進行誤差校正編碼、認證處理及加密處理。ldpc編碼電路593a利用進行誤差校正編碼通過具有噪聲的通信信道發(fā)送數(shù)據(jù)。認證處理電路593b對所發(fā)送的數(shù)據(jù)附加id(identification)碼或密碼等以防止非意圖的接收器復原數(shù)據(jù)。加擾器593c為將所發(fā)送的數(shù)據(jù)的發(fā)送列轉(zhuǎn)換為與信號數(shù)據(jù)列無關的隨機列的設備。通過接收器一側(cè)的解擾可以將被轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)恢復到原來的數(shù)據(jù)。電路593對數(shù)據(jù)流552進行誤差校正編碼、認證處理及加密處理且作為數(shù)據(jù)流553發(fā)送到電路594。

電路594為對數(shù)據(jù)流553進行數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換來將數(shù)據(jù)流553發(fā)送到接收器512的電路。數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)流553作為編碼數(shù)據(jù)542發(fā)送到調(diào)制器523。

實施方式5

在本實施方式中，對公開的發(fā)明的一個方式的晶體管進行說明。

根據(jù)本發(fā)明的一個方式的晶體管優(yōu)選包含實施方式5中說明的nc-os或caac-os。

<晶體管的結(jié)構(gòu)實例1>

圖19a至圖19c是晶體管1400a的俯視圖及截面圖。圖19a是俯視圖。圖19b是沿圖19a所示的點劃線a1-a2的截面圖，圖19c是沿圖19a所示的點劃線a3-a4的截面圖。注意，為了明確起見，在圖19a的俯視圖中，省略一些構(gòu)成要素。注意，有時將點劃線a1-a2稱為晶體管1400a的溝道長度方向，將點劃線a3-a4稱為晶體管1400a的溝道寬度方向。

晶體管1400a包括：襯底1450；襯底1450上的絕緣膜1401；絕緣膜1401上的導電膜1414；覆蓋導電膜1414的絕緣膜1402；絕緣膜1402上的絕緣膜1403；絕緣膜1403上的絕緣膜1404；在絕緣膜1404上依次層疊的金屬氧化物1431及金屬氧化物1432；與金屬氧化物1432的頂面及側(cè)面接觸的導電膜1421；同樣地與金屬氧化物1432的頂面及側(cè)面接觸的導電膜1423；導電膜1421上的導電膜1422；導電膜1423上的導電膜1424；導電膜1422及1424上的絕緣膜1405；與金屬氧化物1431和1432、導電膜1421至1424及絕緣膜1405接觸的金屬氧化物1433；金屬氧化物1433上的絕緣膜1406；絕緣膜1406上的導電膜1411；導電膜1411上的導電膜1412；導電膜1412上的導電膜1413；覆蓋導電膜1413的絕緣膜1407；以及絕緣膜1407上的絕緣膜1408。注意，將金屬氧化物1431至1433總稱為金屬氧化物1430。

金屬氧化物1432是半導體，被用作晶體管1400a的溝道。

此外，金屬氧化物1431及1432包括區(qū)域1441及區(qū)域1442。區(qū)域1441形成在導電膜1421與金屬氧化物1431及1432接觸的區(qū)域附近。區(qū)域1442形成在導電膜1423與金屬氧化物1431及1432接觸的區(qū)域附近。

區(qū)域1441及1442被用作低電阻區(qū)。區(qū)域1441有助于導電膜1421與金屬氧化物1431及1432之間的接觸電阻的下降。同樣地，區(qū)域1442有助于導電膜1423與金屬氧化物1431及1432之間的接觸電阻的下降。

導電膜1421及1422被用作晶體管1400a的源電極和漏電極中的一個。導電膜1423及1424被用作晶體管1400a的源電極和漏電極中的另一個。

導電膜1422與導電膜1421相比不容易透過氧。因此，能夠防止氧化導致的導電膜1421的導電率的下降。

同樣地，導電膜1424與導電膜1423相比不容易透過氧。因此，能夠防止氧化導致的導電膜1423的導電率的下降。

導電膜1411至1413被用作晶體管1400a的第一柵電極。

導電膜1411及1413與導電膜1412相比不容易透過氧。因此，能夠防止氧化導致的導電膜1412的導電率的下降。

絕緣膜1406被用作晶體管1400a的第一柵極絕緣膜。

導電膜1414被用作晶體管1400a的第二柵電極。

導電膜1411至1413及導電膜1414可以被供應相同的電位，也可以被供應不同的電位。有時可以省略導電膜1414。

絕緣膜1401至1404被用作晶體管1400a的基底絕緣膜。絕緣膜1402至1404還被用作晶體管1400a的第二柵極絕緣膜。

絕緣膜1405至1408被用作晶體管1400a的保護絕緣膜或?qū)娱g絕緣膜。

如圖19c所示，金屬氧化物1432的側(cè)面被導電膜1411圍繞。通過采用該結(jié)構(gòu)，可以由導電膜1411的電場電圍繞金屬氧化物1432。將由柵電極的電場電圍繞半導體的結(jié)構(gòu)稱為surroundedchannel(s-channel)結(jié)構(gòu)。因此，溝道形成在整個金屬氧化物1432(塊)內(nèi)。在s-channel結(jié)構(gòu)中可以使大電流流過晶體管的源極與漏極之間，由此可以提高晶體管的通態(tài)電流(on-statecurrent)。

因為s-channel結(jié)構(gòu)可以獲得高通態(tài)電流，所以其適用于lsi(largescaleintegration)等被要求微型晶體管的半導體裝置。包括微型晶體管的半導體裝置可以具有高集成度及高密度。

在晶體管1400a中，用作柵電極的區(qū)域以填埋形成在絕緣膜1405等中的開口的方式，即以自對準(selfalign)的方式形成。

如圖19b所示，導電膜1411及1422具有隔著絕緣膜彼此重疊的區(qū)域。同樣地，導電膜1411及1423具有隔著絕緣膜彼此重疊的區(qū)域。這些區(qū)域被用作柵電極與源電極或漏電極之間產(chǎn)生的寄生電容而有可能降低晶體管1400a的工作速度。通過在晶體管1400a中設置絕緣膜1405，可以減少上述寄生電容。絕緣膜1405優(yōu)選包含相對介電常數(shù)低的材料。

圖20a是晶體管1400a的中央部的放大圖。寬度lg表示導電膜1411的底面的長度，該底面隔著絕緣膜1406及金屬氧化物1433平行地面對金屬氧化物1432的頂面。寬度lg為柵電極的線寬度。在圖20a中，寬度lsd表示導電膜1421與1423之間的長度。寬度lsd為源電極與漏電極之間的長度。

寬度lsd通常取決于最小特征尺寸。如圖20a所示，寬度lg小于寬度lsd。這意味著在晶體管1400a中可以使柵電極的線寬度小于最小特征尺寸。具體而言，寬度lg可以為5nm以上且60nm以下，優(yōu)選為5nm以上且30nm以下。

在圖20a中，高度hsd為導電膜1421與1422的總厚度或?qū)щ娔?423與1424的總厚度。

絕緣膜1406的厚度優(yōu)選為高度hsd以下，因為這樣可以將柵電極的電場施加到整個溝道形成區(qū)。絕緣膜1406的厚度為30nm以下，優(yōu)選為10nm以下。

導電膜1422與1411之間的寄生電容及導電膜1424與1411之間的寄生電容與絕緣膜1405的厚度成反比。例如，絕緣膜1405的厚度優(yōu)選為絕緣膜1406的厚度的3倍以上，更優(yōu)選為5倍以上，因為這樣可以使寄生電容小到可以忽略的程度。其結(jié)果是，能夠以高頻率使晶體管1400a工作。

以下，對晶體管1400a的各構(gòu)成要素進行說明。

《金屬氧化物層》

首先，說明可以用于金屬氧化物1431至1433的金屬氧化物。

晶體管1400a優(yōu)選為在關閉狀態(tài)下流在源極與漏極之間的電流(關態(tài)電流)較低的晶體管。作為關態(tài)電流低的晶體管可以舉出在溝道形成區(qū)中包含氧化物半導體的晶體管。

例如，金屬氧化物1432為包含銦(in)的氧化物半導體。例如，金屬氧化物1432在包含銦時具有高載流子遷移率(電子遷移率)。此外，金屬氧化物1432優(yōu)選包含元素m。元素m優(yōu)選是鋁(al)、鎵(ga)、釔(y)或錫(sn)等。作為可用作元素m的其他元素，有硼(b)、硅(si)、鈦(ti)、鐵(fe)、鎳(ni)、鍺(ge)、鋯(zr)、鉬(mo)、鑭(la)、鈰(ce)、釹(nd)、鉿(hf)、鉭(ta)、鎢(w)等。注意，作為元素m，也可以組合多個上述元素中的兩個以上。元素m例如是與氧的鍵能高的元素。元素m例如是與氧的鍵能高于銦的元素。元素m例如是具有增大金屬氧化物的能隙的功能的元素。此外，金屬氧化物1432優(yōu)選包含鋅(zn)。當金屬氧化物包含鋅時，有時容易晶化。

注意，金屬氧化物1432不局限于包含銦的氧化物半導體。金屬氧化物1432也可以是不包含銦且包含鋅、鎵和錫中的至少一個的氧化物半導體(例如，鋅錫氧化物或鎵錫氧化物)。

作為金屬氧化物1432例如使用能隙大的氧化物半導體。金屬氧化物1432的能隙例如是2.5ev以上且4.2ev以下，優(yōu)選為2.8ev以上且3.8ev以下，更優(yōu)選為3ev以上且3.5ev以下。

金屬氧化物1432優(yōu)選是將在實施方式6中說明的caac-os膜。

例如，金屬氧化物1431及1433包含金屬氧化物1432所包含的氧以外的一種或多種元素。因為金屬氧化物1431及1433包含金屬氧化物1432所包含的氧以外的一種或多種元素，所以在金屬氧化物1431與1432之間的界面及金屬氧化物1432與1433之間的界面不容易形成界面態(tài)。

在作為金屬氧化物1431使用in-m-zn氧化物的情況下，在假設in和m的總比率為100atomic％時，優(yōu)選的是：in的比率低于50atomic％且m的比率高于50atomic％，更優(yōu)選的是：in的比率低于25atomic％且m的比率高于75atomic％。當利用濺射法形成金屬氧化物1431時，優(yōu)選使用具有上述組成的濺射靶材。例如，金屬氧化物1431的in、m、zn的原子數(shù)比優(yōu)選為1:3:2或其近似值或者1:3:4或其近似值。

在作為金屬氧化物1432使用in-m-zn氧化物的情況下，在假設in和m的總比率和為100atomic％時，優(yōu)選的是：in的比率高于25atomic％且m的比率低于75atomic％，更優(yōu)選的是：in的比率高于34atomic％且m的比率低于66atomic％。當利用濺射法形成金屬氧化物1432時，優(yōu)選使用具有上述組成的濺射靶材。例如，金屬氧化物1432的in、m、zn的原子數(shù)比優(yōu)選為1:1:1或其近似值、1:1:1.2或其近似值、2:1:3或其近似值、3:1:2或其近似值和4:2:4.1或其近似值中的任一個。尤其是，當作為濺射靶材使用in、ga、zn的原子數(shù)比為4:2:4.1的靶材時，金屬氧化物1432的in、ga、zn的原子數(shù)比有可能為4:2:3的近似值。

在作為金屬氧化物1433使用in-m-zn氧化物的情況下，在假設in和m的總比率和為100atomic％時，優(yōu)選的是：in的比率低于50atomic％且m的比率高于50atomic％，更優(yōu)選的是：in的比率低于25atomic％且m的比率高于75atomic％。例如，金屬氧化物1433的in、m、zn的原子數(shù)比優(yōu)選為1:3:2或其近似值或者1:3:4或其近似值等。金屬氧化物1433也可以為與金屬氧化物1431相同種類的金屬氧化物。

另外，金屬氧化物1431或1433有時不需要包含銦。例如，金屬氧化物1431或1433也可以為氧化鎵。

接著，參照圖20b所示的能帶圖說明包括金屬氧化物1431至1433的疊層的金屬氧化物1430的功能及效果。圖20b示出圖20a中的y1-y2的虛線所示的部分的能帶結(jié)構(gòu)。另外，圖20b示出晶體管1400a的溝道形成區(qū)及其附近的能帶結(jié)構(gòu)。

在圖20b中，ec1404、ec1431、ec1432、ec1433及ec1406分別示出絕緣膜1404、金屬氧化物1431、金屬氧化物1432、金屬氧化物1433及絕緣膜1406的導帶底的能量。

這里，真空能級和導帶底之間的能量差(也稱為電子親和勢)相當于真空能級與價帶頂之間的能量差(也稱為電離電位)減去能隙的值。能隙可以利用光譜橢偏儀測定。真空能級與價帶頂?shù)哪芰坎羁梢岳米贤饩€光電子能譜(ups：ultravioletphotoelectronspectroscopy)裝置測定。

絕緣膜1404及1406是絕緣體，所以ec1406及ec1404比ec1431、ec1432及ec1433更近于真空能級(即，電子親和勢小)。

金屬氧化物1432為其電子親和勢大于金屬氧化物1431及1433的電子親和勢的金屬氧化物。例如，作為金屬氧化物1432使用具有0.07ev以上且1.3ev以下，優(yōu)選為0.1ev以上且0.7ev以下，更優(yōu)選為0.15ev以上且0.4ev以下的電子親和勢的金屬氧化物。

銦鎵氧化物的電子親和勢小且氧阻擋性高。因此，金屬氧化物1433優(yōu)選包含銦鎵氧化物。鎵原子的比率[ga/(in+ga)]例如為70％以上，優(yōu)選為80％以上，更優(yōu)選為90％以上。

此時，若施加柵極電壓，溝道則形成在金屬氧化物1431至1433中的電子親和勢最大的金屬氧化物1432中。

因此，電子不在金屬氧化物1431及1433中而主要在金屬氧化物1432中移動。由此，即使在金屬氧化物1431與絕緣膜1404的界面或者金屬氧化物1433與絕緣膜1406的界面處障礙電子移動的界面態(tài)的密度高，晶體管的通態(tài)電流不容易變動。金屬氧化物1431及1433被用作絕緣膜。

有時在金屬氧化物1431與1432之間存在金屬氧化物1431和1432的混合區(qū)域。另外，有時在金屬氧化物1432與1433之間具有金屬氧化物1432和1433的混合區(qū)域。因為混合區(qū)域的界面態(tài)密度較低，所以，在金屬氧化物1431至1433的疊層的能帶結(jié)構(gòu)中，各界面及其界面附近的能量連續(xù)地變化(連續(xù)接合)。

如上所述，金屬氧化物1431與1432的界面或金屬氧化物1432與1433的界面的界面態(tài)密度低。由此金屬氧化物1432中的電子移動很少受到阻礙，從而可以提高晶體管的通態(tài)電流。

例如，在溝道形成區(qū)中的物理性凹凸較大的情況下會發(fā)生晶體管中的電子移動的妨礙。為了提高晶體管的通態(tài)電流，例如，金屬氧化物1432的頂面或底面(被形成面，在此為金屬氧化物1431的頂面)的1μm×1μm的測定面積內(nèi)的均方根(rms：rootmeansquare)粗糙度低于1nm，優(yōu)選低于0.6nm，更優(yōu)選低于0.5nm，進一步優(yōu)選低于0.4nm。另外，1μm×1μm的測定面積內(nèi)的平均表面粗糙度(也稱為ra)低于1nm，優(yōu)選低于0.6nm，更優(yōu)選低于0.5nm，進一步優(yōu)選低于0.4nm。1μm×1μm的測定面積內(nèi)的最大差異(也稱為p-v)低于10nm，優(yōu)選低于9nm，更優(yōu)選低于8nm，進一步優(yōu)選低于7nm。rms粗糙度、ra以及p-v例如可以通過使用由日本精工電子納米科技(siinanotechnology)有限公司制造的掃描探針顯微鏡spa-500測定。

例如在形成有溝道的區(qū)域中的缺陷態(tài)密度高的情況下電子移動也會受到妨礙。例如，在金屬氧化物1432包含氧缺陷(vo)的情況下，有時因為氫進入該氧缺陷部分而形成施主能級。在以下說明中，有時將氫進入該氧缺陷部分的狀態(tài)記為voh。由于voh使電子散射，所以會成為降低晶體管的通態(tài)電流的原因。另外，氧進入氧缺陷部分的情況比氫進入氧缺陷部分的情況更加穩(wěn)定。因此，通過減少金屬氧化物1432中的氧缺陷，有時能夠提高晶體管的通態(tài)電流。

例如，在金屬氧化物1432的某個深度或某個區(qū)域中，使利用二次離子質(zhì)譜分析法(sims：secondaryionmassspectrometry)測定出的氫濃度為1×10¹⁶atoms/cm³以上且2×10²⁰atoms/cm³以下，優(yōu)選為1×10¹⁶atoms/cm³以上且5×10¹⁹atoms/cm³以下，更優(yōu)選為1×10¹⁶atoms/cm³以上且1×10¹⁹atoms/cm³以下，進一步優(yōu)選為1×10¹⁶atoms/cm³以上且5×10¹⁸atoms/cm³以下。

為了減少金屬氧化物1432的氧缺陷，例如有使包含于絕緣膜1404中的過剩氧透過金屬氧化物1431移動到金屬氧化物1432的方法。此時，金屬氧化物1431優(yōu)選為具有氧透過性的層(使氧穿過或透過的層)。

注意，在晶體管具有s-channel結(jié)構(gòu)的情況下，溝道形成在整個金屬氧化物1432中。因此，金屬氧化物1432的厚度越大，溝道區(qū)越大。即，金屬氧化物1432越厚，晶體管的通態(tài)電流越大。

此外，為了提高晶體管的通態(tài)電流，優(yōu)選盡可能減小金屬氧化物1433的厚度。例如，金屬氧化物1433可以具有厚度低于10nm，優(yōu)選為5nm以下，更優(yōu)選為3nm以下的區(qū)域。另一方面，金屬氧化物1433具有阻擋相鄰的絕緣體所包含的氧之外的元素(氫、硅等)進入形成有溝道的金屬氧化物1432中的功能。因此，金屬氧化物1433優(yōu)選具有一定程度的厚度。例如，金屬氧化物1433可以具有厚度為0.3nm以上，優(yōu)選為1nm以上，更優(yōu)選為2nm以上的區(qū)域。另外，為了抑制從絕緣膜1404等釋放的氧向外擴散，金屬氧化物1433優(yōu)選具有氧阻擋性質(zhì)。

為了提高可靠性，優(yōu)選的是，金屬氧化物1431較厚且金屬氧化物1433較薄。例如，金屬氧化物1431具有厚度為10nm以上，優(yōu)選為20nm以上，更優(yōu)選為40nm以上，進一步優(yōu)選為60nm以上的區(qū)域。通過將金屬氧化物1431形成得厚，可以拉開從金屬氧化物1431與其相鄰的絕緣體的界面到形成有溝道的金屬氧化物1432的距離。注意，金屬氧化物1431具有厚度例如為200nm以下，優(yōu)選為120nm以下，更優(yōu)選為80nm以下的區(qū)域，否則半導體裝置的生產(chǎn)率可能會下降。

例如在金屬氧化物1432與1431之間設置有硅濃度為1×10¹⁶atoms/cm³以上且低于1×10¹⁹atoms/cm³的區(qū)域。硅濃度優(yōu)選為1×10¹⁶atoms/cm³以上且低于5×10¹⁸atoms/cm³，更優(yōu)選為1×10¹⁶atoms/cm³以上且低于2×10¹⁸atoms/cm³。此外，在金屬氧化物1432與1433之間設置有硅濃度為1×10¹⁶atoms/cm³以上且低于1×10¹⁹atoms/cm³的區(qū)域。硅濃度優(yōu)選為1×10¹⁶atoms/cm³以上且低于5×10¹⁸atoms/cm³，更優(yōu)選為1×10¹⁶atoms/cm³以上且低于2×10¹⁸atoms/cm³。上述硅濃度是通過sims測得的。

此外，為了降低金屬氧化物1432的氫濃度，優(yōu)選降低金屬氧化物1431及1433的氫濃度。金屬氧化物1431及1433都具有氫濃度為1×10¹⁶atoms/cm³以上且2×10²⁰atoms/cm³以下的區(qū)域。氫濃度優(yōu)選為1×10¹⁶atoms/cm³以上且5×10¹⁹atoms/cm³以下，更優(yōu)選為1×10¹⁶atoms/cm³以上且1×10¹⁹atoms/cm³以下，進一步優(yōu)選為1×10¹⁶atoms/cm³以上且5×10¹⁸atoms/cm³以下。上述硅濃度是通過sims測得的。此外，為了降低金屬氧化物1432的氮濃度，優(yōu)選降低金屬氧化物1431及1433的氮濃度。金屬氧化物1431及1433都具有氮濃度為1×10¹⁶atoms/cm³以上且低于5×10¹⁹atoms/cm³的區(qū)域。氮濃度優(yōu)選為1×10¹⁶atoms/cm³以上且5×10¹⁸atoms/cm³以下，更優(yōu)選為1×10¹⁶atoms/cm³以上且1×10¹⁸atoms/cm³以下，進一步優(yōu)選為1×10¹⁶atoms/cm³以上且5×10¹⁷atoms/cm³以下。上述氮濃度是通過sims測得的。

金屬氧化物1431至1433可以通過濺射法、化學氣相沉積(cvd：chemicalvapordeposition)法、分子束外延(mbe：molecularbeamepitaxy)法、脈沖激光沉積(pld：pulsedlaserdeposition)法或原子層沉積(ald：atomiclayerdeposition)法等形成。

優(yōu)選在形成金屬氧化物1431及1432之后進行第一加熱處理。第一加熱處理可以以250℃以上且650℃以下的溫度，優(yōu)選以450℃以上且600℃以下的溫度，更優(yōu)選以520℃以上且570℃以下的溫度進行。第一加熱處理在惰性氣體氣氛或者包含10ppm以上、1％以上或10％以上的氧化性氣體的氣氛下進行。第一加熱處理也可以在減壓下進行?；蛘?，也可以以如下方法進行第一加熱處理：在惰性氣體氣氛下進行加熱處理之后，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氣氛下進行另一個加熱處理。通過進行第一加熱處理，可以提高金屬氧化物1431及1432的結(jié)晶性。另外，通過進行第一加熱處理，可以去除氫或水等雜質(zhì)。

上述三層結(jié)構(gòu)是一個例子。例如，也可以采用沒有金屬氧化物1431或金屬氧化物1433的兩層結(jié)構(gòu)?；蛘?，也可以采用在金屬氧化物1431上或下、或者在金屬氧化物1433上或下設置作為金屬氧化物1431至1433例示的半導體中的任一個的四層結(jié)構(gòu)。或者，也可以采用在金屬氧化物1431上、金屬氧化物1431下、金屬氧化物1433上和金屬氧化物1433下中的兩處以上設置作為金屬氧化物1431至1433例示的半導體中的任一個的n層結(jié)構(gòu)(n為5以上的整數(shù))。

<襯底>

作為襯底1450，例如可以使用絕緣體襯底、半導體襯底或?qū)щ婓w襯底。作為絕緣體襯底，例如可以舉出玻璃襯底、石英襯底、藍寶石襯底、穩(wěn)定氧化鋯襯底(氧化釔穩(wěn)定氧化鋯襯底等)或樹脂襯底。作為半導體襯底，例如有硅或鍺等的半導體襯底或者碳化硅、硅鍺、砷化鎵、磷化銦、氧化鋅或氧化鎵等的化合物半導體襯底。作為半導體襯底，還有在上述半導體襯底內(nèi)部設置絕緣體區(qū)域的soi(silicononinsulator：絕緣體上硅)襯底。作為導電體襯底，有石墨襯底、金屬襯底、合金襯底及導電樹脂襯底。作為導電體襯底，還有包含金屬氮化物的襯底及包含金屬氧化物的襯底。再者，還可以使用設置有導電體或半導體的絕緣體襯底、設置有導電體或絕緣體的半導體襯底或設置有半導體或絕緣體的導電體襯底?；蛘撸部梢允褂迷O置有元件的上述襯底。作為設置在襯底上的元件，有電容器、電阻器、開關元件、發(fā)光元件或存儲元件等。

此外，作為襯底1450也可以使用柔性襯底。另外，作為在柔性襯底上設置晶體管的方法，也可以舉出如下方法：在非柔性襯底上形成晶體管，將該晶體管剝離并轉(zhuǎn)置到作為柔性襯底的襯底1450上。在此情況下，優(yōu)選在非柔性襯底與晶體管之間設置剝離層。作為襯底1450，也可以使用包含纖維的薄片、薄膜或箔等。襯底1450也可以具有伸縮性。襯底1450可以具有在停止彎曲或拉伸時恢復為原來的形狀的性質(zhì)?；蛘?，襯底400也可以具有不恢復為原來的形狀的性質(zhì)。襯底1450的厚度例如為5μm以上且700μm以下，優(yōu)選為10μm以上且500μm以下，更優(yōu)選為15μm以上且300μm以下。通過將襯底1450形成得薄，可以實現(xiàn)半導體裝置的輕量化。另外，通過將襯底1450形成得薄，即便在作為襯底1450使用玻璃等的情況下襯底1450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(zhì)。因此，可以緩解因掉落等而襯底1450上的半導體裝置受到的沖擊等。即，能夠提供一種耐久性高的半導體裝置。

作為柔性襯底的襯底1450，例如可以使用金屬、合金、樹脂、玻璃或其纖維。柔性襯底1450的線性膨脹系數(shù)優(yōu)選為低，因為這樣可以抑制起因于環(huán)境的變形。柔性襯底1450例如優(yōu)選使用線性膨脹系數(shù)為1×10^-3/k以下、5×10^-5/k以下或1×10^-5/k以下的材料形成。作為樹脂，例如可以舉出聚酯、聚烯烴、聚酰胺(尼龍、芳族聚酰胺等)、聚酰亞胺、聚碳酸酯、丙烯酸樹脂、聚四氟乙烯(ptfe)。尤其是，優(yōu)選作為柔性襯底1450的材料使用芳族聚酰胺，因為其線性膨脹系數(shù)較低。

<基底絕緣膜>

絕緣膜1401具有使襯底1450與導電膜1414電隔離的功能。

絕緣膜1401或1402使用單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)的絕緣膜形成。作為絕緣膜的材料，例如可以舉出氧化鋁、氧化鎂、氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅、氧化鎵、氧化鍺、氧化釔、氧化鋯、氧化鑭、氧化釹、氧化鉿、氧化鉭。

絕緣膜1402也可以使用通過使teos(tetra-ethyl-ortho-silicate：四乙氧基硅烷)或硅烷等與氧或一氧化二氮等起反應而形成的臺階覆蓋性高的氧化硅形成。

在形成絕緣膜1402后，為了提高頂面的平坦性，也可以對絕緣膜1402進行使用cmp法等的平坦化處理。

絕緣膜1404優(yōu)選包含氧化物。尤其是，絕緣膜1404優(yōu)選包含通過加熱使一部分氧脫離的氧化物材料。絕緣膜1404優(yōu)選包含氧含量超過化學計量組成的氧化物。氧含量超過化學計量組成的氧化物膜通過加熱使一部分氧脫離。從絕緣膜1404脫離的氧被供應到金屬氧化物1430，由此可以減少金屬氧化物1430的氧缺陷。其結(jié)果是，可以抑制晶體管的電特性變動，而可以提高晶體管的可靠性。

例如，氧含量超過化學計量組成的氧化物膜為在tds(thermaldesorptionspectroscopy：熱脫附譜)分析中換算為氧原子的氧的脫離量為1.0×10¹⁸atoms/cm³以上，優(yōu)選為3.0×10²⁰atoms/cm³以上。注意，上述tds分析中的膜表面的溫度優(yōu)選為100℃以上且700℃以下或100℃以上且500℃以下。

絕緣膜1404優(yōu)選包含能夠?qū)饘傺趸?430供應氧的氧化物。例如，優(yōu)選使用包含氧化硅或氧氮化硅的材料。

或者，作為絕緣膜1404，也可以使用金屬氧化物，如氧化鋁、氧氮化鋁、氧化鎵、氧氮化鎵、氧化釔、氧氮化釔、氧化鉿或氧氮化鉿。

為了使絕緣膜1404含有過剩氧，例如，在氧氣氛下形成絕緣膜1404即可?；蛘?，可以對成膜后的絕緣膜1404引入氧而形成含有過剩氧的區(qū)域?？梢越M合上述兩種方法。

例如，通過對成膜之后的絕緣膜1404引入氧(至少包含氧自由基、氧原子、氧離子中的任一個)，形成包含過剩氧的區(qū)域。作為氧的引入方法，可以使用離子注入法、離子摻雜法、等離子體浸沒離子注入法、等離子體處理等。

氧引入處理可以使用含有氧的氣體進行。作為含有氧的氣體，例如可以使用氧、一氧化二氮、二氧化氮、二氧化碳及一氧化碳等。此外，在氧引入處理中，也可以使含有氧的氣體包含稀有氣體?；蛘?，也可以使其包含氫等。例如，優(yōu)選使用二氧化碳、氫、氬的混合氣體。

在形成絕緣膜1404后，為了提高頂面的平坦性，也可以對絕緣膜1404進行使用cmp法等的平坦化處理。

絕緣膜1403具有防止包含在絕緣膜1404中的氧因與包含在導電膜1414中的金屬鍵合而減少的鈍化功能。

絕緣膜1403具有能夠阻擋氧、氫、水、堿金屬和堿土金屬等的功能。通過設置絕緣膜1403，能夠防止氧從金屬氧化物1430向外擴散，并且能夠防止氫或水等從外部進入金屬氧化物1430中。

作為絕緣膜1403，例如可以使用氮化物絕緣膜。該氮化物絕緣膜使用氮化硅、氮氧化硅、氮化鋁或氮氧化鋁等形成。另外，也可以設置對氧、氫及水等具有阻擋效果的氧化物絕緣膜代替氮化物絕緣膜。氧化物絕緣膜使用氧化鋁膜、氧氮化鋁膜、氧化鎵膜、氧氮化鎵膜、氧化釔膜、氧氮化釔膜、氧化鉿膜及氧氮化鉿膜等形成。

通過向電荷俘獲層注入電子可以控制閾值電壓的晶體管1400a。電荷俘獲層優(yōu)選設置在絕緣膜1402或絕緣膜1403中。例如，當使用氧化鉿、氧化鋁、氧化鉭或硅酸鋁等形成絕緣膜1403時，可以將絕緣膜1403用作電荷俘獲層。

《柵電極》

導電膜1411至1414優(yōu)選具有包含選自銅(cu)、鎢(w)、鉬(mo)、金(au)、鋁(al)、錳(mn)、鈦(ti)、鉭(ta)、鎳(ni)、鉻(cr)、鉛(pb)、錫(sn)、鐵(fe)、鈷(co)、釕(ru)、鉑(pt)、銥(ir)、鍶(sr)的低電阻材料、上述低電阻材料的合金、或以上述材料為主成分的化合物的導電膜的單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)。尤其是，優(yōu)選使用兼有耐熱性和導電性的鎢或鉬等高熔點材料。另外，上述導電層優(yōu)選使用鋁或銅等低電阻導電材料形成。優(yōu)選使用cu-mn合金形成上述導電層，這樣在與包含氧的絕緣體的界面形成的氧化錳具有抑制cu的擴散的功能。

《源電極及漏電極》

導電膜1421至導電膜1424優(yōu)選具有包含選自銅(cu)、鎢(w)、鉬(mo)、金(au)、鋁(al)、錳(mn)、鈦(ti)、鉭(ta)、鎳(ni)、鉻(cr)、鉛(pb)、錫(sn)、鐵(fe)、鈷(co)、釕(ru)、鉑(pt)、銥(ir)、鍶(sr)的低電阻材料、上述低電阻材料的合金、或以上述材料為主成分的化合物的導電膜的單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)。尤其是，優(yōu)選使用兼有耐熱性和導電性的鎢或鉬等高熔點材料。另外，上述導電層優(yōu)選使用鋁或銅等低電阻導電材料形成。優(yōu)選使用cu-mn合金形成上述導電層，這樣在與包含氧的絕緣體的界面形成的氧化錳具有抑制cu的擴散的功能。

另外，導電膜1421至1424優(yōu)選使用氧化銥、氧化釕或釕酸鍶(strontiumruthenate)等包含貴金屬的導電氧化物。上述導電氧化物即使與氧化物半導體接觸也很少從氧化物半導體奪取氧，而不容易在氧化物半導體中形成氧缺陷。

<低電阻區(qū)>

例如，區(qū)域1441及區(qū)域1442在導電膜1421及1423從金屬氧化物1431及1432中抽出氧時形成。在高溫下容易抽出氧。通過晶體管的制造工序中的幾個加熱工序，氧缺陷形成在區(qū)域1441及區(qū)域1442中。此外，因加熱氫進入該氧缺陷部分而使區(qū)域1441及區(qū)域1442中的載流子濃度增加。其結(jié)果是，區(qū)域1441及1442的電阻降低。

《柵極絕緣膜》

絕緣膜1406優(yōu)選包括相對介電常數(shù)高的絕緣體。例如，絕緣膜1406優(yōu)選包括氧化鎵、氧化鉿、含有鋁及鉿的氧化物、含有鋁及鉿的氧氮化物、含有硅及鉿的氧化物或者含有硅及鉿的氧氮化物。

絕緣膜1406優(yōu)選具有包含氧化硅或氧氮化硅與相對介電常數(shù)高的絕緣體的疊層結(jié)構(gòu)。因為氧化硅及氧氮化硅具有熱穩(wěn)定性，所以通過氧化硅或氧氮化硅與相對介電常數(shù)高的絕緣體組合，可以實現(xiàn)熱穩(wěn)定性高且相對介電常數(shù)高的疊層結(jié)構(gòu)。例如，當氧化鋁、氧化鎵或氧化鉿靠近金屬氧化物1433時，能夠抑制硅從氧化硅或氧氮化硅進入金屬氧化物1432。

例如，當氧化硅或氧氮化硅靠近金屬氧化物1433時，有時在氧化鋁、氧化鎵或氧化鉿與氧化硅或氧氮化硅的界面處形成陷阱中心。該陷阱中心有時可以通過俘獲電子而使晶體管的閾值電壓向正方向漂移。

《層間絕緣膜及保護絕緣膜》

絕緣膜1405優(yōu)選包括相對介電常數(shù)低的絕緣體。例如，絕緣膜1405優(yōu)選包含氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅或樹脂等?；蛘?，絕緣膜1405優(yōu)選具有包含氧化硅或氧氮化硅與樹脂的疊層結(jié)構(gòu)。因為氧化硅及氧氮化硅具有熱穩(wěn)定性，所以通過氧化硅或氧氮化硅與樹脂組合，可以實現(xiàn)熱穩(wěn)定性高且相對介電常數(shù)低的疊層結(jié)構(gòu)。作為樹脂，例如可以舉出聚酯、聚烯烴、聚酰胺(尼龍、芳族聚酰胺等)、聚酰亞胺、聚碳酸酯或丙烯酸等。

絕緣膜1407具有能夠阻擋氧、氫、水、堿金屬和堿土金屬等的功能。通過設置絕緣膜1407，能夠防止氧從金屬氧化物1430擴散到外部，并且能夠防止氫或水等從外部進入金屬氧化物1430中。

作為絕緣膜1407，例如可以使用氮化物絕緣膜。該氮化物絕緣膜使用氮化硅、氮氧化硅、氮化鋁或氮氧化鋁等形成。另外，也可以設置對氧、氫及水等具有阻擋效果的氧化物絕緣膜代替氮化物絕緣膜。氧化物絕緣膜使用氧化鋁膜、氧氮化鋁膜、氧化鎵膜、氧氮化鎵膜、氧化釔膜、氧氮化釔膜、氧化鉿膜及氧氮化鉿膜等形成。

作為絕緣膜1407優(yōu)選使用氧化鋁膜，因為其不使氫、水分等雜質(zhì)及氧透過的阻擋效果高。

例如當利用濺射法或cvd法使用含有氧的等離子體的方法形成絕緣膜1407時，能夠?qū)^緣膜1405及1406的側(cè)面及頂面添加氧。此外，優(yōu)選在形成絕緣膜1407之后的任意時序進行第二加熱處理。通過第二加熱處理，添加到絕緣膜1405及1406的氧擴散到絕緣膜中并到達金屬氧化物1430，由此可以減少金屬氧化物1430的氧缺陷。

在圖21a及圖21b的示意圖中，在形成絕緣膜1407時，添加到絕緣膜1405及1406的氧通過第二加熱處理擴散到絕緣膜中并到達金屬氧化物1430。在圖21a中，以箭頭表示圖19b的截面圖中的擴散的氧。同樣地，在圖21b中，以箭頭表示圖19c的截面圖中的擴散的氧。

如圖21a及圖21b所示，添加到絕緣膜1406的側(cè)面的氧擴散到絕緣膜1406的內(nèi)部并到達金屬氧化物1430。另外，包含過剩氧的區(qū)域1461、區(qū)域1462及區(qū)域1463可能會形成在絕緣膜1407與1405的界面附近。區(qū)域1461至區(qū)域1463所包含的氧經(jīng)由絕緣膜1405及1404到達金屬氧化物1430。在絕緣膜1405包含氧化硅且絕緣膜1407包含氧化鋁的情況下，硅、鋁及氧的混合層有時形成在區(qū)域1461至區(qū)域1463中。

絕緣膜1407具有阻擋氧且防止氧擴散到絕緣膜1407的上方的功能。絕緣膜1403也具有阻擋氧且防止氧擴散到絕緣膜1403的下方的功能。

另外，在添加到絕緣膜1405及1406的氧可以擴散到金屬氧化物1430的溫度下進行第二加熱處理即可。例如，第二加熱處理也可以參照關于第一加熱處理的記載?；蛘?，第二加熱處理的溫度優(yōu)選低于第一加熱處理。第一加熱處理的溫度比第二加熱處理的溫度低20℃以上且150℃以下，優(yōu)選為40℃以上且100℃以下。由此，可以抑制過多的氧從絕緣膜1404被釋放。注意，若各層的成膜時的加熱能夠兼作與第二加熱處理同等的加熱處理，則無需進行第二加熱處理。

如上所述，通過絕緣膜1407的成膜及第二加熱處理，可以從上方和下方對金屬氧化物1430供應氧。

此外，也可以通過作為絕緣膜1407形成in-m-zn氧化物等包含氧化銦的膜來對絕緣膜1405及1406添加氧。

作為絕緣膜1408，可以使用包含選自氧化鋁、氮氧化鋁、氧化鎂、氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅、氧化鎵、氧化鍺、氧化釔、氧化鋯、氧化鑭、氧化釹、氧化鉿和氧化鉭等中的一種以上的材料的絕緣體。或者，作為絕緣膜1408也可以使用聚酰亞胺樹脂、聚酰胺樹脂、丙烯酸樹脂、硅氧烷樹脂、環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂等樹脂。絕緣膜1408也可以是包含上述材料中的任一個的疊層。

<晶體管的結(jié)構(gòu)實例2>

圖19a至圖19c所示的晶體管1400a也可以省略導電膜1414、絕緣膜1402及絕緣膜1403。圖22a至圖22c示出該情況的例子。

圖22a至圖22c是晶體管1400b的俯視圖及截面圖。圖22a是俯視圖。圖22b是沿圖22a所示的點劃線a1-a2的截面圖，圖22c是沿圖22a所示的點劃線a3-a4的截面圖。注意，為了明確起見，在圖22a的俯視圖中，省略一些構(gòu)成要素。注意，有時將點劃線a1-a2稱為晶體管1400b的溝道長度方向，將點劃線a3-a4稱為晶體管1400b的溝道寬度方向。

在圖19a至圖19c所示的晶體管1400a中，也可以減薄導電膜1421及1423的與柵電極(導電膜1411至1413)重疊的部分的厚度。圖23a至圖23c示出該情況的例子。

圖23a至圖23c是晶體管1400c的俯視圖及截面圖。圖23a是俯視圖。圖23b是沿圖23a所示的點劃線a1-a2的截面圖，圖23c是沿圖23a所示的點劃線a3-a4的截面圖。注意，為了明確起見，在圖23a的俯視圖中，省略一些構(gòu)成要素。注意，有時將點劃線a1-a2稱為晶體管1400c的溝道長度方向，將點劃線a3-a4稱為晶體管1400c的溝道寬度方向。

在圖23b的晶體管1400c中，與柵電極重疊的部分的導電膜1421被減薄，導電膜1422覆蓋導電膜1421。同樣地，與柵電極重疊的部分的導電膜1423被減薄，導電膜1424覆蓋導電膜1423。

通過使晶體管1400c具有如圖23b所示的結(jié)構(gòu)，可以增長柵電極與源電極之間或者柵電極與漏電極之間的距離。由此能夠減少形成在柵電極與源電極及漏電極之間的寄生電容。其結(jié)果是，可以得到能夠進行高速工作的晶體管。

<晶體管的結(jié)構(gòu)實例3>

在圖23a至圖23c所示的晶體管1400c中，也可以在a3-a4方向上擴大金屬氧化物1431及1432的寬度。圖24a至圖24c示出該情況的例子。

圖24a至圖24c是晶體管1400d的俯視圖及截面圖。圖24a是俯視圖。圖24b是沿圖24a所示的點劃線a1-a2的截面圖，圖24c是沿圖24a所示的點劃線a3-a4的截面圖。注意，為了明確起見，在圖24a的俯視圖中，省略一些構(gòu)成要素。注意，有時將點劃線a1-a2稱為晶體管1400d的溝道長度方向，將點劃線a3-a4稱為晶體管1400d的溝道寬度方向。

通過使晶體管1400d具有圖24a至圖24c所示的結(jié)構(gòu)，可以增大通態(tài)電流。

<晶體管的結(jié)構(gòu)實例4>

在圖23a至圖23c所示的晶體管1400c中，也可以在a3-a4方向上設置由金屬氧化物1431及1432構(gòu)成的多個區(qū)域(鰭(fin))。圖25a至圖25c示出該情況的例子。

圖25a至圖25c是晶體管1400e的俯視圖及截面圖。圖25a是俯視圖。圖25b是沿圖25a所示的點劃線a1-a2的截面圖，圖25c是沿圖25a所示的點劃線a3-a4的截面圖。注意，為了明確起見，在圖25a的俯視圖中，省略一些構(gòu)成要素。注意，有時將點劃線a1-a2稱為晶體管1400e的溝道長度方向，將點劃線a3-a4稱為晶體管1400e的溝道寬度方向。

晶體管1400e包括：由金屬氧化物1431a及1432a構(gòu)成的第一鰭；由金屬氧化物1431b及1432b構(gòu)成的第二鰭；以及由金屬氧化物1431c及1432c構(gòu)成的第三鰭。

在晶體管1400e中，柵電極圍繞形成有溝道的金屬氧化物1432a至1432c。由此可以對溝道整體施加柵極電場，而可以獲得通態(tài)電流高的晶體管。

<晶體管的結(jié)構(gòu)實例5>

圖26a至圖26d是晶體管1400f的俯視圖及截面圖。圖26a是晶體管1400f的俯視圖，圖26b是沿圖26a所示的點劃線a1-a2的截面圖，圖26c是沿點劃線a3-a4的截面圖。注意，有時將點劃線a1-a2稱為溝道長度方向，將點劃線a3-a4稱為溝道寬度方向。與晶體管1400a等同樣，晶體管1400f也具有s-channel結(jié)構(gòu)。在晶體管1400f中，以接觸于用作柵電極的導電膜1412的側(cè)面的方式設置有絕緣膜1409。絕緣膜1409及導電膜1412由絕緣膜1408覆蓋。絕緣膜1409被用作晶體管1400f的側(cè)壁絕緣膜。與晶體管1400a同樣，柵電極也可以為導電膜1411至1413的疊層。

絕緣膜1406及導電膜1412至少部分地與導電膜1414及金屬氧化物1432重疊。導電膜1412的溝道長度方向的側(cè)端部優(yōu)選大致與絕緣膜1406的溝道長度方向的側(cè)端部對齊。在此，絕緣膜1406被用作晶體管1400f的柵極絕緣膜，導電膜1412被用作晶體管1400f的柵電極，絕緣膜1409被用作晶體管1400f的側(cè)壁絕緣膜。

金屬氧化物1432包括隔著金屬氧化物1433及絕緣膜1406重疊于導電膜1412的區(qū)域。金屬氧化物1431的外緣優(yōu)選大致與金屬氧化物1432的外緣對齊，金屬氧化物1433的外緣優(yōu)選位于金屬氧化物1431及1432的外緣的外側(cè)。雖然金屬氧化物1433的外緣位于金屬氧化物1431的外緣的外側(cè)，但是本實施方式所示的晶體管的形狀不局限于此。例如，金屬氧化物1431的外緣也可以位于金屬氧化物1433的外緣的外側(cè)，或者，金屬氧化物1431的側(cè)端部也可以大致與金屬氧化物1433的側(cè)端部對齊。

圖26d示出圖26b的局部放大圖。如圖26d所示，在金屬氧化物1430中形成有區(qū)域1461a至1461e。區(qū)域1461b至1461e的摻雜劑濃度比區(qū)域1461a高，因此區(qū)域1461b至1461e的電阻比區(qū)域1461a低。再者，區(qū)域1461b及1461c的氫濃度比區(qū)域1461d及1461e高，因此區(qū)域1461b及1461c的電阻比區(qū)域1461d及1461e低。例如，區(qū)域1461a的摻雜劑濃度為區(qū)域1461b或1461c的最大摻雜劑濃度的5％以下、2％以下或1％以下。注意，也可以將摻雜劑換稱為供體、受體、雜質(zhì)或元素。

如圖26d所示，在金屬氧化物1430中，區(qū)域1461a大致與導電膜1412重疊，區(qū)域1461b至1461e是除了區(qū)域1461a之外的區(qū)域。在區(qū)域1461b及1461c中，金屬氧化物1433的頂面與絕緣膜1407接觸。在區(qū)域1461d及1461e中，金屬氧化物1433的頂面與絕緣膜1409或1406接觸。也就是說，如圖26d所示，區(qū)域1461b與1461d的邊界重疊于絕緣膜1407與1409的側(cè)端部的邊界。區(qū)域1461c與區(qū)域1461e的邊界也是同樣的。在此，區(qū)域1461d及1461e的一部分優(yōu)選重疊于金屬氧化物1432與導電膜1412彼此重疊的區(qū)域(溝道形成區(qū))的一部分。例如，優(yōu)選區(qū)域1461d及1461e的溝道長度方向的側(cè)端部位于導電膜1412的內(nèi)側(cè)的距離d的位置。此時，絕緣膜1406的厚度t1406及距離d優(yōu)選滿足0.25t406<d<t406。

如此，在金屬氧化物1430與導電膜1412重疊的區(qū)域的一部分中形成有區(qū)域1461d及1461e。由此，晶體管1400f的溝道形成區(qū)與低電阻區(qū)域1461d及1461e接觸，在區(qū)域1461a與區(qū)域1461d及1461e的每一個之間沒有形成高電阻的偏置(offset)區(qū)域，因此可以使晶體管1400f的通態(tài)電流增大。再者，通過以滿足上述范圍的方式形成區(qū)域1461d及1461e的溝道長度方向的側(cè)端部，可以防止區(qū)域1461d及1461e過深地形成于溝道形成區(qū)中而使晶體管1400f不斷地處于導通狀態(tài)。

區(qū)域1461b至1461e通過離子注入法等離子摻雜處理形成。因此，如圖26d所示，有時區(qū)域1461d及1461e離離金屬氧化物1433的頂面越遠，區(qū)域1461d及1461e的溝道長度方向的側(cè)端部的位置越靠近金屬氧化物1430的溝道長度方向的側(cè)端部。此時，距離d為導電膜1412的溝道長度方向的側(cè)端部與離導電膜1412的內(nèi)部最近的區(qū)域1461d及1461e的溝道長度方向的各側(cè)端部之間的距離。

在此情況下，例如有時金屬氧化物1431中的區(qū)域1461d及1461e不與導電膜1412重疊。此時，金屬氧化物1431或1432中的區(qū)域1461d及1461e中的至少一部分優(yōu)選形成在與導電膜1412重疊的區(qū)域中。

另外，在金屬氧化物1431、金屬氧化物1432及金屬氧化物1433與絕緣膜1407之間的界面附近優(yōu)選形成低電阻區(qū)1451及1452。低電阻區(qū)1451及1452包含絕緣膜1407所含的元素中的至少一個。低電阻區(qū)1451及1452的一部分優(yōu)選大致接觸于金屬氧化物1432與導電膜1412彼此重疊的區(qū)域(溝道形成區(qū))或者重疊于該區(qū)域的一部分。

由于金屬氧化物1433與絕緣膜1407接觸的區(qū)域很大，所以低電阻區(qū)1451及1452容易形成在金屬氧化物1433中。金屬氧化物1433中的低電阻區(qū)1451和低電阻區(qū)1452以比金屬氧化物1433中的其他區(qū)域(例如，金屬氧化物1433的與導電膜1412重疊的區(qū)域)更高濃度包含包含于絕緣膜1407中的元素。

在區(qū)域1461b中形成有低電阻區(qū)1451，在區(qū)域1461c中形成有低電阻區(qū)1452。金屬氧化物1430的理想結(jié)構(gòu)為：添加元素的濃度最高的區(qū)域是低電阻區(qū)1451及1452，該濃度第二高的區(qū)域是區(qū)域1461b、區(qū)域1461c至區(qū)域1461e中的除了低電阻區(qū)1451及1452之外的區(qū)域，該濃度最低的區(qū)域是區(qū)域1461a。添加元素是指用來形成區(qū)域1461b及1461c的摻雜劑以及從絕緣膜1407添加到低電阻區(qū)1451及1452的元素。

注意，雖然在晶體管1400f中形成有低電阻區(qū)1451及1452，但是本實施方式所示的半導體裝置不局限于此。例如，在區(qū)域1461b及1461c的電阻值充分低的情況下，不需要形成低電阻區(qū)1451及1452。

<晶體管的結(jié)構(gòu)實例6>

圖27a及圖27b是晶體管1680的俯視圖及截面圖。圖27a是俯視圖，圖27b為圖27a所示的點劃線a-b方向的截面圖。注意，為了明確起見，在圖27a及圖27b中，放大、縮小或省略一些構(gòu)成要素。另外，有時將點劃線a-b方向稱為溝道長度方向。

圖27b所示的晶體管1680包括：用作第一柵極的導電膜1689；用作第二柵極的導電膜1688；半導體1682；用作源極和漏極的導電膜1683及導電膜1684；絕緣膜1681；絕緣膜1685；絕緣膜1686；以及絕緣膜1687。

導電膜1689位于絕緣表面上。導電膜1689與半導體1682隔著絕緣膜1681彼此重疊。此外，導電膜1688與半導體1682隔著絕緣膜1685、1686及1687彼此重疊。另外，導電膜1683及1684連接于半導體1682。

關于導電膜1689及導電膜1688的詳細內(nèi)容，可以參照圖19a至圖19c所示的導電膜1411至1414的記載。

可以對導電膜1689和1688供應不同的電位，也可以同時供應相同的電位。通過在晶體管1680中設置用作第二柵電極的導電膜1688，能夠使閾值穩(wěn)定。注意，導電膜1688根據(jù)情況也可以省略。

關于半導體1682的詳細內(nèi)容，可以參照圖19a至圖19c所示的金屬氧化物1432的記載。半導體1682可以為單層或多個半導體層的疊層。

關于導電膜1683及1684的詳細內(nèi)容，可以參照圖19a至圖19c所示的導電膜1421至1424的記載。

關于絕緣膜1681的詳細內(nèi)容，可以參照圖19a至圖19c所示的絕緣膜1406的記載。

雖然在圖27b中絕緣膜1685至1687依次層疊在半導體1682、導電膜1683及1684上，但是設置在半導體1682、導電膜1683及1684上的絕緣膜可以為單層或多個絕緣膜的疊層。

在作為半導體1682使用氧化物半導體的情況下，絕緣膜1686優(yōu)選包含化學計量組成以上的氧且具有通過加熱將氧的一部分供應到半導體1682的功能。注意，有時在將絕緣膜1686直接設置在半導體1682上時，在絕緣膜1686的成膜中半導體1682受到損傷。此時，如圖27b所示，優(yōu)選將絕緣膜1685設置在半導體1682與絕緣膜1686之間。絕緣膜1685優(yōu)選為與絕緣膜1686相比更加透過氧且在形成絕緣膜1685時半導體1682受到的損傷小的絕緣膜。如果能夠在抑制半導體1682受到的損傷的同時將絕緣膜1686直接形成在半導體1682上，則不一定必須設置絕緣膜1685。

例如，作為絕緣膜1685及1686，優(yōu)選使用包含氧化硅或氧氮化硅的材料?；蛘?，也可以使用金屬氧化物，如氧化鋁、氧氮化鋁、氧化鎵、氧氮化鎵、氧化釔、氧氮化釔、氧化鉿或氧氮化鉿。

絕緣膜1687優(yōu)選具有防止氧、氫、水擴散的阻擋效果?；蛘?，絕緣膜1687優(yōu)選具有防止氫及水擴散的阻擋效果。

絕緣膜的密度越高或者懸空鍵越少且在化學上越穩(wěn)定，阻擋效果則越高。具有防止氧、氫及水擴散的阻擋效果的絕緣膜例如可以使用氧化鋁、氧氮化鋁、氧化鎵、氧氮化鎵、氧化釔、氧氮化釔、氧化鉿或氧氮化鉿形成。具有防止氫及水擴散的阻擋效果的絕緣膜例如可以使用氮化硅或氮氧化硅形成。

當絕緣膜1687具有防止水及氫等擴散的阻擋效果時，可以防止存在于面板內(nèi)的樹脂中或面板外部的水及氫等雜質(zhì)進入半導體1682。當作為半導體1682使用氧化物半導體時，進入氧化物半導體的水或氫的一部分被用作電子施主(施體)，因此通過使用上述具有阻擋效果的絕緣膜1687，可以防止晶體管1680的閾值電壓因施主的生成而漂移。

另外，當作為半導體1682使用氧化物半導體時，通過利用絕緣膜1687的阻擋氧擴散的效果，可以防止氧從氧化物半導體中擴散到外部。因此，可以降低在氧化物半導體中成為施主的氧缺陷，由此可以防止晶體管1680的閾值電壓因施主的生成而漂移。

注意，本實施方式可以與本說明書所示的其他實施方式適當?shù)亟M合。

實施方式5

在本實施方式中，對能夠適用于上述實施方式中說明的os晶體管的氧化物半導體膜的結(jié)構(gòu)進行說明。

<氧化物半導體的結(jié)構(gòu)>

氧化物半導體被分為單晶氧化物半導體和非單晶氧化物半導體。作為非單晶氧化物半導體有caac-os(c-axis-alignedanda-b-planeanchoredcrystallineoxidesemiconductor)、多晶氧化物半導體、nc-os(nanocrystallineoxidesemiconductor)、a-likeos(amorphous-likeoxidesemiconductor)及非晶氧化物半導體等。

從其他觀點看來，氧化物半導體被分為非晶氧化物半導體和結(jié)晶氧化物半導體。作為結(jié)晶氧化物半導體，有單晶氧化物半導體、caac-os、多晶氧化物半導體以及nc-os等。

一般而言，非晶結(jié)構(gòu)具有如下特征：具有各向同性而不具有不均勻結(jié)構(gòu)；處于亞穩(wěn)態(tài)且原子的配置沒有被固定化；鍵角不固定；具有短程有序而不具有長程有序；等。

即，不能將穩(wěn)定的氧化物半導體稱為完全非晶(completelyamorphous)氧化物半導體。另外，不能將不具有各向同性(例如，在微小區(qū)域中具有周期結(jié)構(gòu))的氧化物半導體稱為完全非晶氧化物半導體。另一方面，a-likeos不具有各向同性但卻是具有空洞(void)的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。在不穩(wěn)定這一點上，a-likeos在物性上接近于非晶氧化物半導體。

<caac-os>

首先，說明caac-os。

caac-os是包含多個c軸取向的結(jié)晶部(也稱為顆粒)的氧化物半導體之一。

說明使用x射線衍射(xrd：x-raydiffraction)的caac-os的分析。例如，當利用out-of-plane法分析包含分類為空間群r-3m的ingazno4結(jié)晶的caac-os的結(jié)構(gòu)時，如圖28a所示，在衍射角(2θ)為31°附近出現(xiàn)峰值。由于該峰值來源于ingazno4結(jié)晶的(009)面，由此可確認到在caac-os中結(jié)晶具有c軸取向性，并且c軸朝向大致垂直于形成caac-os膜的面(也稱為被形成面)或caac-os膜的頂面的方向。注意，除了2θ為31°附近的峰值以外，有時在2θ為36°附近時也出現(xiàn)峰值。2θ為36°附近的峰值起因于分類為空間群fd-3m的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。因此，優(yōu)選的是，在caac-os中不出現(xiàn)2θ為36°附近的峰值。

另一方面，當利用從平行于被形成面的方向使x射線入射到caac-os的in-plane法分析caac-os的結(jié)構(gòu)時，在2θ為56°附近出現(xiàn)峰值。該峰值來源于ingazno4結(jié)晶的(110)面。并且，即使將2θ固定為56°附近并在以樣品面的法線向量為軸(φ軸)旋轉(zhuǎn)樣品的條件下進行分析(φ掃描)，也如圖28b所示的那樣觀察不到明確的峰值。另一方面，當對單晶ingazno4將2θ固定為56°附近來進行φ掃描時，如圖28c所示，觀察到來源于相等于(110)面的結(jié)晶面的六個峰值。因此，由使用xrd的結(jié)構(gòu)分析可以確認到caac-os中的a軸和b軸的取向沒有規(guī)律性。

接著，說明利用電子衍射分析的caac-os。例如，當對包含ingazno4結(jié)晶的caac-os在平行于caac-os的被形成面的方向上入射束徑為300nm的電子束時，有可能出現(xiàn)圖28d所示的衍射圖案(也稱為選區(qū)電子衍射圖案)。在該衍射圖案中包含起因于ingazno4結(jié)晶的(009)面的斑點。因此，電子衍射也示出caac-os所包含的顆粒具有c軸取向性，并且c軸朝向大致垂直于caac-os的被形成面或頂面的方向。另一方面，圖28e示出對相同的樣品在垂直于樣品面的方向上入射束徑為300nm的電子束時的衍射圖案。從圖28e觀察到環(huán)狀的衍射圖案。因此，使用束徑為300nm的電子束的電子衍射也示出caac-os所包含的顆粒的a軸和b軸不具有取向性。可以認為圖28e中的第一環(huán)起因于ingazno4結(jié)晶的(010)面和(100)面等。另外，可以認為圖28e中的第二環(huán)起因于(110)面等。

另外，在利用透射電子顯微鏡(tem：transmissionelectronmicroscope)觀察所獲取的caac-os的明視場圖像與衍射圖案的復合分析圖像(也稱為高分辨率tem圖像)中，可以觀察到多個顆粒。然而，即使在高分辨率tem圖像中，有時也觀察不到顆粒與顆粒之間的明確的邊界，即晶界(crystalgrainboundary)。因此，可以說在caac-os中，不容易發(fā)生起因于晶界的電子遷移率的降低。

圖29a示出從大致平行于樣品面的方向觀察所獲取的caac-os的截面的高分辨率tem圖像。利用球面像差校正(sphericalaberrationcorrector)功能得到高分辨率tem圖像。尤其將利用球面像差校正功能獲取的高分辨率tem圖像稱為cs校正高分辨率tem圖像。例如可以使用日本電子株式會社制造的原子分辨率分析型電子顯微鏡jem-arm200f等觀察cs校正高分辨率tem圖像。

從圖29a可確認到其中金屬原子排列為層狀的顆粒。圖29a示出一個顆粒的尺寸為1nm以上或者3nm以上。因此，也可以將顆粒稱為納米晶(nc：nanocrystal)。另外，也可以將caac-os稱為具有canc(c-axisalignednanocrystals：c軸取向納米晶)的氧化物半導體。顆粒反映caac-os膜的被形成面或頂面的凸凹并平行于caac-os膜的被形成面或頂面。

另外，圖29b及圖29c示出從大致垂直于樣品面的方向觀察所獲取的caac-os的平面的cs校正高分辨率tem圖像。圖29d及圖29e是通過對圖29b及圖29c進行圖像處理得到的圖像。下面說明圖像處理的方法。首先，通過對圖29b進行快速傅里葉變換(fft：fastfouriertransform)處理，獲取fft圖像。接著，以保留所獲取的fft圖像中的離原點2.8nm^-1至5.0nm^-1的范圍的方式進行掩模處理。在進行掩模處理之后，對fft圖像進行快速傅立葉逆變換(ifft：inversefastfouriertransform)處理而獲取經(jīng)過處理的圖像。將所獲取的圖像稱為fft濾波圖像。fft濾波圖像是從cs校正高分辨率tem圖像中提取出周期分量的圖像，其示出晶格排列。

在圖29d中，以虛線示出晶格排列被打亂的部分。由虛線圍繞的區(qū)域是一個顆粒。并且，以虛線示出的部分是顆粒與顆粒的聯(lián)結(jié)部。虛線呈現(xiàn)六角形，由此可知顆粒為六角形。注意，顆粒的形狀并不局限于正六角形，不是正六角形的情況較多。

在圖29e中，以點線示出晶格排列一致的區(qū)域與其他晶格排列一致的區(qū)域之間的晶格排列的方向變化的部分，以虛線示出晶格排列的方向變化。在點線附近也無法確認到明確的晶界。當以點線附近的晶格點為中心連接周圍的晶格點時，可以形成畸變的六角形、五角形和/或七角形等。即，可知通過使晶格排列畸變，可抑制晶界的形成。這可能是由于caac-os可容許因如下原因而發(fā)生的畸變：在a-b面方向上的原子排列的低密度或因金屬元素的取代而使原子間的鍵合距離產(chǎn)生變化等。

如上所示，caac-os具有c軸取向性，其多個顆粒(納米晶)在a-b面方向上連結(jié)而結(jié)晶結(jié)構(gòu)具有畸變。因此，也可以將caac-os稱為具有caa(c-axis-aligneda-b-plane-anchored)結(jié)晶的氧化物半導體。

caac-os是結(jié)晶性高的氧化物半導體。氧化物半導體的結(jié)晶性有時因雜質(zhì)的混入或缺陷的生成等而降低，因此可以說caac-os是雜質(zhì)及缺陷(氧缺陷等)少的氧化物半導體。

此外，雜質(zhì)是指氧化物半導體的主要成分以外的元素，諸如氫、碳、硅和過渡金屬元素等。例如，與氧的鍵合力比包含在氧化物半導體中的金屬元素強的元素(硅等)會奪取氧化物半導體中的氧，由此打亂氧化物半導體的原子排列，導致結(jié)晶性下降。另外，由于鐵或鎳等重金屬、氬、二氧化碳等的原子半徑(或分子半徑)大，所以會打亂氧化物半導體的原子排列，導致結(jié)晶性下降。

當氧化物半導體包含雜質(zhì)或缺陷時，其特性有時因光或熱等會發(fā)生變動。例如，包含于氧化物半導體的雜質(zhì)有時會成為載流子陷阱或載流子發(fā)生源。例如，氧化物半導體中的氧缺陷有時會成為載流子陷阱或因俘獲氫而成為載流子發(fā)生源。

雜質(zhì)及氧缺陷少的caac-os是載流子密度低的氧化物半導體(具體而言，小于8×10¹¹/cm³，優(yōu)選小于1×10¹¹/cm³，更優(yōu)選小于1×10¹⁰/cm³，且是1×10^-9/cm³以上)。將這樣的氧化物半導體稱為高純度本征或?qū)嵸|(zhì)上高純度本征的氧化物半導體。caac-os的雜質(zhì)濃度和缺陷態(tài)密度低。即，可以說caac-os是具有穩(wěn)定特性的氧化物半導體。

<nc-os>

接著，對nc-os進行說明。

說明使用xrd的nc-os的分析。例如，當利用out-of-plane法分析nc-os的結(jié)構(gòu)時，不出現(xiàn)表示取向性的峰值。換言之，nc-os的結(jié)晶不具有取向性。

另外，例如，當在平行于被形成面的方向上使束徑為50nm的電子束入射到包含ingazno4結(jié)晶的薄片化的nc-os的34nm厚的區(qū)域時，觀察到如圖30a所示的環(huán)狀衍射圖案(納米束電子衍射圖案)。另外，圖30b示出將束徑為1nm的電子束入射到相同的樣品時的衍射圖案。從圖30b觀察到環(huán)狀區(qū)域內(nèi)的多個斑點。因此，nc-os在入射束徑為50nm的電子束時觀察不到秩序性，但是在入射束徑為1nm的電子束時確認到秩序性。

另外，當使束徑為1nm的電子束入射到厚度小于10nm的區(qū)域時，如圖30c所示，有時觀察到斑點被配置為準正六角形的電子衍射圖案。由此可知，nc-os在厚度小于10nm的范圍內(nèi)包含秩序性高的區(qū)域，即結(jié)晶。注意，因為結(jié)晶朝向各種各樣的方向，所以有時觀察不到有規(guī)律性的電子衍射圖案。

圖30d示出從大致平行于被形成面的方向觀察到的nc-os的截面的cs校正高分辨率tem圖像。在nc-os的高分辨率tem圖像中有如由輔助線所示的部分那樣能夠觀察到結(jié)晶部的區(qū)域和觀察不到明確的結(jié)晶部的區(qū)域。nc-os所包含的結(jié)晶部的尺寸大多為1nm以上且10nm以下，尤其為1nm以上且3nm以下。注意，有時將其結(jié)晶部的尺寸大于10nm且是100nm以下的氧化物半導體稱為微晶氧化物半導體(microcrystallineoxidesemiconductor)。例如，在nc-os的高分辨率tem圖像中，有時無法明確地觀察到晶界。注意，納米晶的來源有可能與caac-os中的顆粒相同。因此，下面有時將nc-os的結(jié)晶部稱為顆粒。

如此，在nc-os中，微小的區(qū)域(例如1nm以上且10nm以下的區(qū)域，特別是1nm以上且3nm以下的區(qū)域)中的原子排列具有周期性。另外，nc-os在不同的顆粒之間觀察不到結(jié)晶取向的規(guī)律性。因此，在膜整體中觀察不到取向性。所以，有時nc-os在某些分析方法中與a-likeos或非晶氧化物半導體沒有差別。

如上所述，由于在顆粒(納米晶)之間結(jié)晶取向沒有規(guī)律性，所以也可以將nc-os稱為包含ranc(randomalignednanocrystals：無規(guī)取向納米晶)的氧化物半導體或包含nanc(non-alignednanocrystals：無取向納米晶)的氧化物半導體。

nc-os是規(guī)律性比非晶氧化物半導體高的氧化物半導體。因此，nc-os的缺陷態(tài)密度容易比a-likeos或非晶氧化物半導體低。但是，在nc-os中的不同的顆粒之間沒有晶體取向的規(guī)律性。所以，nc-os的缺陷態(tài)密度比caac-os高。

<a-likeos>

a-likeos是具有介于nc-os與非晶氧化物半導體之間的結(jié)構(gòu)的氧化物半導體。

圖31a和圖31b示出a-likeos的高分辨率截面tem圖像。圖31a示出電子照射開始時的a-likeos的高分辨率截面tem圖像。圖31b示出照射4.3×10⁸e^-/nm²的電子(e^-)之后的a-likeos的高分辨率截面tem圖像。由圖31a和圖31b可知，a-likeos從電子照射開始時被觀察到在縱向方向上延伸的條狀明亮區(qū)域。另外，可知明亮區(qū)域的形狀在照射電子之后變化。明亮區(qū)域被估計為空洞或低密度區(qū)域。

由于a-likeos包含空洞，所以其結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。為了證明與caac-os及nc-os相比a-likeos具有不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，下面示出電子照射所導致的結(jié)構(gòu)變化。

作為樣品，準備a-likeos、nc-os和caac-os。每個樣品都是in-ga-zn氧化物。

首先，取得各樣品的高分辨率截面tem圖像。由高分辨率截面tem圖像可知，每個樣品都具有結(jié)晶部。

已知ingazno4結(jié)晶的單位晶格具有所包括的三個in-o層和六個ga-zn-o層共計九個層在c軸方向上層疊的結(jié)構(gòu)。這些彼此靠近的層之間的間隔與(009)面的晶格表面間隔(也稱為d值)幾乎相等，由結(jié)晶結(jié)構(gòu)分析求出其值為0.29nm。由此，在下面可以將晶格條紋的間隔為0.28nm以上且0.30nm以下的部分看作ingazno4結(jié)晶部。晶格條紋對應于ingazno4結(jié)晶的a-b面。

圖32示出各樣品的結(jié)晶部(22至30處)的平均尺寸的變化。注意，結(jié)晶部尺寸對應于上述晶格條紋的長度。由圖32可知，在所獲得的tem圖像中在a-likeos中，結(jié)晶部根據(jù)電子的累積照射量逐漸變大。由圖32可知，在利用tem的觀察初期尺寸為1.2nm左右的結(jié)晶部(也稱為初始晶核)在電子(e^-)的累積照射量為4.2×10⁸e^-/nm²時生長到1.9nm左右。另一方面，可知nc-os和caac-os在開始電子照射時到電子的累積照射量為4.2×10⁸e^-/nm²的范圍內(nèi)，結(jié)晶部的尺寸都沒有變化。由圖32可知，無論電子的累積照射量如何，nc-os及caac-os的結(jié)晶部尺寸分別為1.3nm左右及1.8nm左右。此外，使用日立透射電子顯微鏡h-9000nar進行電子束照射及tem的觀察。作為電子束照射條件，加速電壓為300kv；電流密度為6.7×10⁵e^-/(nm²·s)；照射區(qū)域的直徑為230nm。

如此，有時電子照射引起a-likeos中的結(jié)晶部的生長。另一方面，在nc-os和caac-os中，電子照射不容易所引起的結(jié)晶部的生長。也就是說，a-likeos與caac-os及nc-os相比具有不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

此外，由于a-likeos包含空洞，所以其密度比nc-os及caac-os低。具體而言，a-likeos的密度為具有相同組成的單晶氧化物半導體的78.6％以上且小于92.3％。nc-os的密度及caac-os的密度為具有相同組成的單晶氧化物半導體的92.3％以上且小于100％。注意，難以形成其密度小于單晶氧化物半導體的密度的78％的氧化物半導體。

例如，在原子數(shù)比滿足in:ga:zn＝1:1:1的氧化物半導體中，具有菱方晶系結(jié)構(gòu)的單晶ingazno4的密度為6.357g/cm³。因此，例如，在原子數(shù)比滿足in:ga:zn＝1:1:1的氧化物半導體中，a-likeos的密度為5.0g/cm³以上且小于5.9g/cm³。另外，例如，在原子數(shù)比滿足in:ga:zn＝1:1:1的氧化物半導體中，nc-os的密度和caac-os的密度為5.9g/cm³以上且小于6.3g/cm³。

注意，當不存在相同組成的單晶氧化物半導體時，通過以任意比例組合組成不同的單晶氧化物半導體，可以估計出相當于所希望的組成的單晶氧化物半導體的密度。根據(jù)組成不同的單晶氧化物半導體的組合比例使用加權平均估計出相當于所希望的組成的單晶氧化物半導體的密度即可。注意，優(yōu)選盡可能減少所組合的單晶氧化物半導體的種類來估計密度。

如上所述，氧化物半導體具有各種結(jié)構(gòu)及各種特性。注意，氧化物半導體例如可以是包括非晶氧化物半導體、a-likeos、nc-os和caac-os中的兩種以上的疊層膜。

(關于本說明書等的記載的附記)

下面，對上述實施方式及實施方式中的各結(jié)構(gòu)的說明附加注釋。

<關于實施方式中所示的本發(fā)明的一個方式的附記>

各實施方式所示的結(jié)構(gòu)可以與其他實施方式所示的結(jié)構(gòu)適當?shù)亟M合而構(gòu)成本發(fā)明的一個方式。另外，當在一個實施方式中示出多個結(jié)構(gòu)實例時，可以適當?shù)亟M合結(jié)構(gòu)實例。

另外，可以將某一實施方式中說明的內(nèi)容(或其一部分)應用/組合/替換成該實施方式中說明的其他內(nèi)容(或其一部分)和/或另一個或多個其他實施方式中說明的內(nèi)容(或其一部分)。

注意，實施方式中說明的內(nèi)容是指各實施方式中利用各種附圖所說明的內(nèi)容或者利用說明書所記載的文章而說明的內(nèi)容。

另外，通過將某一實施方式中示出的附圖(或其一部分)與該附圖的其他部分、該實施方式中示出的其他附圖(或其一部分)和/或另一個或多個其他實施方式中示出的附圖(或其一部分)組合，可以構(gòu)成更多圖。

<關于附圖的說明的附記>

在本說明書等中，為方便起見，使用了“上”、“下”等表示配置的詞句，以參照附圖說明構(gòu)成要素的位置關系。構(gòu)成要素的位置關系根據(jù)描述各構(gòu)成要素的方向適當?shù)馗淖儭Ｒ虼?，表示配置的詞句不局限于本說明書中所示的記載，根據(jù)情況可以適當?shù)馗鼡Q表達方式。

此外，“上”或“下”這樣的用語不限定構(gòu)成要素的位置關系為“正上”或“正下”且直接接觸的情況。例如，當記載為“絕緣層a上的電極b”時，不一定必須在絕緣層a上直接接觸地形成有電極b，也可以包括絕緣層a與電極b之間包括其他構(gòu)成要素的情況。

在本說明書等的方框圖中，根據(jù)功能對構(gòu)成要素進行分類并以彼此獨立的方框表示該構(gòu)成要素。然而，在實際的電路等中難以根據(jù)功能分類構(gòu)成要素，有時一個電路涉及到多個功能或者多個電路涉及到一個功能。因此，方框圖中的方框不需要必須示出說明書中說明的構(gòu)成要素，而可以根據(jù)情況適當?shù)馗鼡Q表達方式。

在附圖中，為便于清楚地說明，有時以任意尺寸表示大小、層的厚度或區(qū)域。因此，大小、層的厚度或區(qū)域不一定限定于上述尺寸。附圖是為了明確起見而示意性地示出的，本發(fā)明的一個方式不局限于附圖所示的形狀或數(shù)值等。例如，可以包括噪聲或定時偏差等所引起的信號、電壓或電流的不均勻等。

<關于可以改稱的記載的附記>

在本說明書等中，在說明晶體管的連接關系時，使用“源極和漏極中的一個”(第一電極或第一端子)及“源極和漏極中的另一個”(第二電極或第二端子)的詞語。這是因為晶體管的源極和漏極根據(jù)晶體管的結(jié)構(gòu)或工作條件等而互換的緣故?？梢詫⒕w管的源極和漏極根據(jù)情況適當?shù)馗姆Q為源極(漏極)端子、源極(漏極)電極等。

注意，在本說明書等中，“電極”或“布線”這樣的詞語不在功能上限定其構(gòu)成要素。例如，有時將“電極”用作“布線”的一部分，反之亦然。再者，“電極”或“布線”這樣的詞語還包括多個“電極”或“布線”被形成為一體的情況等。

另外，在本說明書等中，可以適當?shù)卣{(diào)換“電壓”和“電位”?！半妷骸笔侵概c參考電位之間的電位差，例如在參考電位為接地電壓時，可以將“電壓”換稱為“電位”。接地電位不一定意味著0v。注意，電位是相對的，對布線等供應的電位有時根據(jù)參考電位而變化。

在本說明書等中，根據(jù)情況或狀態(tài)，可以互相調(diào)換“膜”和“層”等詞句。例如，有時可以將“導電層”變換為“導電膜”。此外，有時可以將“絕緣膜”變換為“絕緣層”。

<關于詞句的定義的附記>

下面，對上述實施方式中沒有涉及到的詞句的定義進行說明。

《開關》

在本說明書等中，開關是指具有通過變?yōu)閷顟B(tài)(開啟狀態(tài))或非導通狀態(tài)(關閉狀態(tài))來控制是否使電流流過的功能的元件?；蛘?，開關是指具有選擇并切換電流路徑的功能的元件。

例如，可以使用電開關或機械開關等。換言之，只要是可以控制電流的元件就可以將任何元件用作開關，而不局限于特定的開關。

電開關的例子包括晶體管(例如雙極晶體管或mos晶體管)、二極管(例如pn二極管、pin二極管、肖特基二極管、金屬-絕緣體-金屬(mim)二極管、金屬-絕緣體-半導體(mis)二極管或者二極管接法的晶體管)或者組合這些元件的邏輯電路。

當作為開關使用晶體管時，晶體管的“導通狀態(tài)”是指晶體管的源極與漏極在電性上短路的狀態(tài)。另外，晶體管的“關閉狀態(tài)”是指晶體管的源極與漏極在電性上斷開的狀態(tài)。當僅將晶體管用作開關時，對晶體管的極性(導電型)沒有特別的限制。

作為機械開關的一個例子，可以舉出像數(shù)字微鏡裝置(dmd)那樣的利用mems(微電子機械系統(tǒng))技術的開關。該開關具有以機械方式可動的電極，并且通過移動該電極來控制導通和非導通而進行工作。

《溝道長度》

在本說明書等中，例如，溝道長度是指在晶體管的俯視圖中，半導體(或在晶體管處于導通狀態(tài)時，在半導體中電流流過的部分)和柵極重疊的區(qū)域或者形成溝道的區(qū)域中的源極和漏極之間的距離。

另外，在一個晶體管中，溝道長度不一定在所有的區(qū)域中為相同的值。換言之，一個晶體管的溝道長度有時不局限于一個值。因此，在本說明書中，溝道長度是形成有溝道的區(qū)域中的任一個值、最大值、最小值或平均值。

《溝道寬度》

在本說明書等中，例如，溝道寬度是指半導體(或在晶體管處于導通狀態(tài)時，在半導體中電流流過的部分)和柵電極重疊的區(qū)域、或者形成有溝道的區(qū)域中的源極和漏極相對的部分的長度。

另外，在一個晶體管中，溝道寬度不一定在所有區(qū)域中都是相同的值。換言之，一個晶體管的溝道寬度有時不局限于一個值。因此，在本說明書中，溝道寬度是形成有溝道的區(qū)域中的任一個值、最大值、最小值或平均值。

另外，根據(jù)晶體管的結(jié)構(gòu)，有時實際上形成有溝道的區(qū)域中的溝道寬度(下面稱為實效溝道寬度)不同于晶體管的俯視圖所示的溝道寬度(下面稱為視在溝道寬度)。例如，在具有立體結(jié)構(gòu)的晶體管中，有時因為實效溝道寬度大于晶體管的俯視圖所示的視在溝道寬度，所以不能忽略其影響。例如，在具有微型且立體結(jié)構(gòu)的晶體管中，有時形成在半導體側(cè)面的溝道區(qū)的比例大。在此情況下，實際上形成有溝道的實效溝道寬度大于俯視圖所示的視在溝道寬度。

在具有立體結(jié)構(gòu)的晶體管中，有時難以通過實測來估計實效溝道寬度。例如，為了根據(jù)設計值估計實效溝道寬度，需要假設半導體的形狀是已知的。因此，當不確定半導體的形狀時，難以正確地測定實效溝道寬度。

因此，在本說明書中，有時將在晶體管的俯視圖中半導體與柵電極重疊的區(qū)域中的源極與漏極相對的部分的長度，即視在溝道寬度稱為“圍繞溝道寬度(scw：surroundedchannelwidth)”。此外，在本說明書中，在簡單地表示“溝道寬度”時，有時是指圍繞溝道寬度或視在溝道寬度。或者，在本說明書中，在簡單地表示“溝道寬度”時，有時表示實效溝道寬度。注意，通過取得截面tem圖像等并對該圖像進行分析等，可以決定溝道長度、溝道寬度、實效溝道寬度、視在溝道寬度、圍繞溝道寬度等的值。

另外，在通過計算求得晶體管的場效應遷移率或每個溝道寬度的電流值等時，有時使用圍繞溝道寬度進行計算。在此情況下，該求得的值有時不同于使用實效溝道寬度計算求得的值。

《連接》

在本說明書等中，“a與b彼此連接”除了包括a與b直接彼此連接的情況以外，還包括a與b彼此電連接的情況。在此，“a與b電連接”是指當在a與b之間存在具有某種電作用的對象物時，能夠在a和b之間進行電信號的交換。

符號說明

a1-a2：點劃線，a3-a4：點劃線，c0：電容器，c1：電容器，mul1：乘法電路，mul2：乘法電路，mul3：乘法電路，mul4：乘法電路，tr01：晶體管，tr08：晶體管，tr11：晶體管，tr14：晶體管，tr15：晶體管，tr16：晶體管，tr17：晶體管，10：圖像數(shù)據(jù)，11：三角形，12：圓，20：圖像數(shù)據(jù)，30：圖像數(shù)據(jù)，31：區(qū)域，40：圖像數(shù)據(jù)，41：區(qū)域，100：模塊，101：放大器，102：選擇電路，103：差分放大器，104：開關，105：電阻器，106：單位增益緩沖器，107：放大電路，108：緩沖器，111：差分放大器，112：開關，113：電阻器，114：選擇電路，115：差分放大器，116：開關，117：電阻器，121：運算放大器，122：運算放大器，500：廣播系統(tǒng)，510：攝像機，511：收發(fā)器，512：接收器，513：顯示裝置，520：圖像傳感器，521：圖像處理器，522：編碼器，523：調(diào)制器，525：解調(diào)器，526：譯碼器，527：圖像處理器，528：顯示部，540：raw數(shù)據(jù)，541：視頻數(shù)據(jù)，542：編碼數(shù)據(jù)，543：廣播信號，544：視頻數(shù)據(jù)，545：數(shù)據(jù)信號，551：數(shù)據(jù)流，552：數(shù)據(jù)流，553：數(shù)據(jù)流，560：tv，561：廣播電臺，562：人造衛(wèi)星，563：電波塔，564：天線，565：天線，566a：電波，566b：電波，567a：電波，567b：電波，571：接收器，572：無線發(fā)射器，573：無線發(fā)射器，574：接收器，575：連接器部，591：電路，591a：幀間預測電路，591b：運動補償預測電路，591c：dct電路，592：電路，593：電路，593a：ldpc編碼電路，593b：認證處理電路，593c：加擾器，594：電路，600：救護車，601：醫(yī)療機構(gòu)，602：醫(yī)療機構(gòu)，605：高速網(wǎng)絡，610：攝像機，611：編碼器，612：通信裝置，615：視頻數(shù)據(jù)，616：視頻數(shù)據(jù)，620：通信裝置，621：譯碼器，623：顯示裝置，1400a：晶體管，1400b：晶體管，1400c：晶體管，1400d：晶體管，1400e：晶體管，1400f：晶體管，1401：絕緣膜，1402：絕緣膜，1403：絕緣膜，1404：絕緣膜，1405：絕緣膜，1406：絕緣膜，1407：絕緣膜，1408：絕緣膜，1409：絕緣膜，1411：導電膜，1412：導電膜，1413：導電膜，1414：導電膜，1421：導電膜，1422：導電膜，1423：導電膜，1424：導電膜，1430：金屬氧化物，1431：金屬氧化物，1431a：金屬氧化物，1431b：金屬氧化物，1431c：金屬氧化物，1432：金屬氧化物，1432a：金屬氧化物，1432b：金屬氧化物，1432c：金屬氧化物，1433：金屬氧化物，1441：區(qū)域，1442：區(qū)域，1450：襯底，1451：低電阻區(qū)，1452：低電阻區(qū)，1461：區(qū)域，1461a：區(qū)域，1461b：區(qū)域，1461c：區(qū)域，1461d：區(qū)域，1461e：區(qū)域，1462：區(qū)域，1463：區(qū)域，1680：晶體管，1681：絕緣膜，1682：半導體，1683：導電膜，1684：導電膜，1685：絕緣膜，1686：絕緣膜，1687：絕緣膜，1688：導電膜，1689：導電膜。

本申請基于2015年10月23日提交到日本專利局的日本專利申請no.2015-208505及2015年11月24日提交到日本專利局的日本專利申請no.2015-228425，通過引用將其完整內(nèi)容并入在此。