DE112012001395B4 - Signalverarbeitungsschaltung - Google Patents

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Abstract

Signalverarbeitungsschaltung (2000), die umfasst: einen arithmetischen Teil (2003); einen Speicher (2005), und einen Steuerteil zum Steuern des arithmetischen Teils (2003) und des Speichers (2005), wobei der Steuerteil eine Gruppe aus einer ersten Speicherschaltung für flüchtigen Speicher und einer ersten Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher zum Speichern von Daten die in der ersten Speicherschaltung für flüchtigen Speicher gehalten werden, umfasst, wobei der Speicher (2005) eine Vielzahl von zweiten Speicherschaltungen für nichtflüchtigen Speicher umfasst, welche in einer Matrixanordnung angeordnet sind, wobei die erste Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher und die Vielzahl von zweiten Speicherschaltungen für nichtflüchtigen Speicher jeweils einen Transistor, der einen Kanalbildungsbereich in einer Oxidhalbleiterschicht umfasst, aufweisen, und wobei die erste Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher und die Vielzahl von zweiten Speicherschaltungen für nichtflüchtigen Speicher jeweils einen Kondensator aufweisen, bei dem eine Elektrode eines Paares von Elektroden des Kondensators elektrisch mit einem Knoter verbunden ist, der in einen potenzialfreien Zustand versetzt wird, ...

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Signalverarbeitungsschaltung, die eine Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher aufweist, die einen gespeicherten logischen Zustand bewahren kann, selbst wenn die Stromversorgung ausgeschaltet wird. Ferner bezieht sich eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf eine elektronische Vorrichtung, welche die Signalverarbeitungsschaltung umfasst.
  • STAND DER TECHNIK
  • Eine Signalverarbeitungsschaltung, wie z. B. eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), hat eine Vielzahl von Konfigurationen, je nach ihrer Anwendung, ist aber in der Regel mit irgendeiner Art von Speicherschaltungen, wie etwa einem Register und einem Cache-Speicher zusätzlich zu einem Hauptspeicher zum Speichern von Daten oder eines Programms ausgestattet.
  • In einer Speicherschaltung, wie z. B. einem Register oder einem Cache-Speicher, muss das Lesen und Schreiben von Daten mit einer höheren Geschwindigkeit durchgeführt werden als in einem Hauptspeicher. So wird in der Regel ein Flipflop oder dergleichen als ein Register verwendet, und ein statischer Direktzugriffsspeicher (SRAM) oder dergleichen wird als ein Cache-Speicher verwendet. Das heißt, für das Register, den Cache-Speicher und dergleichen werden Speicherschaltungen für flüchtigen Speicher verwendet, in denen Daten verloren gehen, wenn die Bereitstellung einer Versorgungsspannung unterbrochen ist.
  • Um die benötigte Leistung zu reduzieren, wurde ein Verfahren zum vorübergehenden Unterbrechen der Zufuhr einer Versorgungsspannung zu einer Signalverarbeitungsschaltung für einen Zeitraum vorgeschlagen, in dem Daten weder eingegeben noch ausgegeben werden. In dem Verfahren wird eine Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher im Umfeld einer Speicherschaltung für flüchtigen Speicher, wie z. B. einem Register oder einem Cache-Speicher, angeordnet, so dass die Daten vorübergehend in der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher gespeichert werden. Somit bewahrt das Register, der Cache-Speicher oder dergleichen Daten auch, während die Bereitstellung von Versorgungsspannung an der Signalverarbeitungsschaltung gestoppt wird (siehe z. B. Patentschrift 1).
  • Zusätzlich werden in dem Fall, in dem die Bereitstellung der Versorgungsspannung an einer Signalverarbeitungsschaltung für eine lange Zeit gestoppt wird, Daten in einer Speicherschaltung für flüchtigen Speicher in eine externe Speichervorrichtung, wie z. B. eine Festplatte oder einem Flash-Speicher, übertragen, bevor die Bereitstellung der Versorgungsspannung beendet wird, so dass verhindert werden kann, dass die Daten gelöscht werden. US 2010/141322 A1 zeigt einen nicht-voltatilen Latch mit einer Magnetic Tunnel Junction (MTJ) Struktur. US 2010/0077244 A1 zeigt einen Magnetic Random Access Memory (MRAM) Block, der einen funktionalen Zustand einer funktionalen Einheit speichert. US 2008/0071972 A1 zeigt einen Datenspeicherkontrollabschnitt, der alle Daten zum Wiederherstellen eines Zustands eines Schaltungsabschnitts speichert. US 7 394 717 B1 zeigt einen Dünnfilmmagnetspeicher mit einem größenvariablen ROM-Bereich und einem größenvariablen RAM-Bereich.
  • [Referenz]
    • [Patentschrift 1] Veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. H10-078836
  • BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • In einer solchen Signalverarbeitungsschaltung wie in Patentschrift 1 offenbart wird ein Ferroelektrikum für ein Speicherelement, das in einer Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher enthalten ist, verwendet. In dem Speicherelement, welches ein Ferroelektrikum umfasst, altert ein ferroelektrisches Material durch wiederholtes Schreiben von Daten, was ein Problem, wie z. B. einen Schreibfehler, verursacht. Entsprechend ist die Anzahl der Male für nochmaliges Schreiben begrenzt. Darüber hinaus ist die Geschwindigkeit der Datenverarbeitung (im Folgenden auch als Zugriffsgeschwindigkeit bezeichnet), zum Beispiel, die Geschwindigkeit des Lesens und Schreibens von Daten gering.
  • In dem Fall, dass ein Flash-Speicher als Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher verwendet wird, wird eine hohe Spannung angelegt, um einen Tunnelstrom zu erzeugen, wobei eine Injektion oder Freisetzung von Elektronen durchgeführt wird. Daher gibt es insofern Probleme, dass sich Speicherelemente durch wiederholtes Durchführen des Umschreibens von Daten massiv verschlechtern, so dass die Anzahl der Umschreibvorgänge begrenzt ist. Darüber hinaus ist die Zugriffsgeschwindigkeit gering.
  • In dem Fall, dass Daten in der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher in der externen Speichervorrichtung gespeichert werden, während die Bereitstellung der Versorgungsspannung an der Signalverarbeitungsschaltung unterbrochen ist, dauert es eine lange Zeit, um Daten von der externen Speichervorrichtung an die Speicherschaltung für flüchtigen Speicher zurück zu übertragen. Daher ist solch eine Signalverarbeitungsschaltung nicht für den Fall geeignet, in dem die Stromversorgung für eine kurze Zeit unterbrochen wird, um den Stromverbrauch zu reduzieren.
  • In Anbetracht der obigen Probleme ist es eine Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, eine Signalverarbeitungsschaltung zur Verfügung zu stellen, die eine Speicherschaltung mit einer neuartigen Struktur aufweist, in der ein gespeicherter logischer Zustand selbst dann nicht verloren geht, wenn die Stromversorgung unterbrochen wird.
  • Eine Ausführungsform einer Signalverarbeitungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen arithmetischen Teil, einen Speicher und einen Steuerteil zum Steuern des arithmetischen Teils und des Speichers. Der Steuerteil umfasst eine Gruppe aus einer ersten Speicherschaltung für flüchtigen Speicher und einer ersten Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher zum Speichern von Daten, die in der ersten Speicherschaltung für flüchtigen Speicher gehalten werden, und der Speicher weist eine zweite Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher auf. Man beachte, dass der Speicher die Vielzahl von zweiten Speicherschaltungen für nichtflüchtigen Speicher in einer Matrixanordnung umfassen kann. Die Daten, die in der ersten Speicherschaltung für flüchtigen Speicher gehalten werden, werden im Steuerteil in die erste Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher eingegeben und dort gespeichert, während eine Versorgungsspannung bereitgestellt wird (im Folgenden auch als Datenspeichern bezeichnet). Daten können gleichzeitig zu dem Halten von vorbestimmten Daten in der ersten Speicherschaltung für flüchtigen Speicher oder nach dem Halten der Daten darin gespeichert werden. Dann wird bewirkt, dass sich die Daten, die in der ersten Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, nicht in Reaktion auf ein Signal von der ersten Speicherschaltung für flüchtigen Speicher ändern (im Folgenden auch als Datenbereithaltung (Daten Standby) bezeichnet). In der ersten Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher wird insbesondere ein Knoten, in welchem ein Potenzial eines Signals entsprechend den Daten gespeichert ist, in einem potenzialfreien Zustand versetzt. Nach der Datenbereithaltung wird die Bereitstellung von Versorgungsspannung im gesamten Steuerteil (oder im größten Teil des Steuerteils) gestoppt. Selbst nachdem die Bereitstellung von Versorgungsspannung beendet ist, können die Daten in der ersten Speicherschaltung für flüchtigen Speicher in der ersten Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher gehalten werden. Dann wird eine Versorgungsspannung, je nach Bedarf, selektiv an dem gesamten Steuerteil oder an einem Teil davon bereitgestellt. Danach werden die Daten, die in der ersten Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher gehalten werden, in einem Teil des Steuerteils, für den die Versorgungsspannung selektiv bereitgestellt wird, in die erste Speicherschaltung für flüchtigen Speicher bewegt (im Folgenden auch als Bereitstellung von Daten bezeichnet). Somit kann die erste Speicherschaltung für flüchtigen Speicher in dem Teil des Steuerteils, der für die Bereitstellung der Versorgungsspannung ausgewählt wurde, eine vorbestimmte Operation durchführen.
  • Auf diese Weise kann der Energieverbrauch der Signalverarbeitungsschaltung durch Verwendung eines Steuerverfahrens, bei welchem eine Versorgungsspannung nur bei Bedarf bereitgestellt wird, (im Folgenden auch als Standard-Aus Steuerverfahren bezeichnet) wie oben beschrieben drastisch verringert werden. Außerdem ist die Schreibe- und Lesegeschwindigkeit von Daten in der ersten Speicherschaltung für flüchtigen Speicher höher als die in der ersten Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher. So kann die Bearbeitungssgeschwindigkeit in dem Teil des Steuerteils, der für die Bereitstellung der Versorgungsspannung ausgewählt wird, erhöht werden. Daher kann die Signalverarbeitungsschaltung mit hoher Geschwindigkeit betrieben werden. Darüber hinaus kann der Speicher Daten auch, nachdem die Bereitstellung der Versorgungsspannung beendet ist, weiter halten.
  • (Konfiguration der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher)
  • Hier enthält die oben erwähnte Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher (jede von der ersten Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher und der zweiten Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher) einen Transistor mit extrem niedrigem Sperrstrom und einen Kondensator, bei dem eine Elektrode eines Paares von Elektroden (im Folgenden als „eine Elektrode” bezeichnet) elektrisch mit einem Knoten verbunden ist, der in einen potenzialfreien Zustand versetzt wird, wenn der Transistor ausgeschaltet ist. Daten werden in der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher durch Steuern des Potenzials (oder der Menge an elektrischer Ladung, die dem Potenzial entspricht) der einen Elektrode des Kondensators, in Abhängigkeit von den Daten, gespeichert (oder abgespeichert). Zum Beispiel wird ein Zustand, in dem eine vorbestimmte elektrische Ladung in dem Kondensator akkumuliert wurde (auch als „geladen” bezeichnet), mit dem Wert ”1” gleichgesetzt und ein Zustand, in dem die vorbestimmte elektrische Ladung nicht in dem Kondensator akkumuliert wurde, mit dem Wert ”0” gleichgesetzt, wodurch 1-Bit-Daten gespeichert werden können. Hier ist es möglich, einen Transistor mit einem Kanal in einer Schicht oder einem Substrat mit einem Halbleiter, dessen Bandlücke größer als die von Silicium ist, als den Transistor mit extrem niedrigem Sperrstrom zu verwenden. Ein Verbindungshalbleiter ist ein Beispiel für den Halbleiter, dessen Bandlücke größer als die von Silicium ist. Beispiele für den Verbindungshalbleiter umfassen einen Oxidhalbleiter, einen Nitridhalbleiter, und dergleichen. Beispielsweise kann ein Transistor mit einem Kanal in einer Oxidhalbleiterschicht als ein Transistor mit extrem niedrigem Sperrstrom verwendet werden.
  • Wenn der Transistor mit extrem niedrigem Sperrstrom in einer solchen Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher ausgeschaltet wird, kann das Potenzial einer Elektrode des Kondensators für eine lange Zeit gehalten werden, selbst nachdem die Bereitstellung einer Versorgungsspannung beendet ist. Daher wird in einem Speicher, der eine Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher mit der obigen Konfiguration aufweist, ein regelmäßiges Datenrückschreiben (im Folgenden auch als Aktualisierungsoperation bezeichnet) nicht benötigt oder die Häufigkeit der Aktualisierungsoperation kann deutlich verringert werden.
  • Darüber hinaus ist eine Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher dazu ausgelegt, Daten in einer solchen Weise zu speichern, dass ein Potenzial eines Signals, welches den Daten entspricht, an einen vorbestimmten Knoten (die eine Elektrode des Kondensators) eingegeben wird, der Transistor mit extrem niedrigem Sperrstrom ausgeschaltet wird und der Knoten in einen potenzialfreien Zustand versetzt wird. Daher kann in der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher ein Altern durch wiederholtes Schreiben von Daten vermindert werden, und die Anzahl der Male, dass Daten geschrieben werden können, kann erhöht werden.
  • Hierbei können der Transistor mit extrem niedrigem Sperrstrom, der in der ersten Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher (der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher des Steuerteils) enthalten ist, und der Transistor mit extrem niedrigem Sperrstrom, der in der zweiten Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher (der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher des Speichers) enthalten ist, in demselben Schritt gebildet werden. Beispielsweise können Gate-Elektroden dieser Transistoren durch Ätzen eines leitfähigen Films gebildet werden; Source-Elektroden und Drain-Elektroden dieser Transistoren können durch Ätzen eines leitfähigen Films gebildet werden; und aktive Schichten (Halbleiterschichten, in denen Kanäle gebildet werden) dieser Transistoren können durch Ätzen einer Halbleiterschicht gebildet werden.
  • Darüber hinaus können der Kondensator, der in der ersten Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher (der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher des Steuerteils) enthalten ist, und der Kondensator, der in der zweiten Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher (der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher des Speichers) enthalten ist, in demselben Schritt gebildet werden. Zum Beispiel kann jede eine Elektrode dieser Kondensatoren durch Ätzen eines leitfähigen Films gebildet werden; und dielektrische Schichten dieser Kondensatoren können durch Ätzen einer Isolierschicht gebildet werden. Man beachte, dass die dielektrischen Schichten dieser Kondensatoren gemeinsam, ohne voneinander getrennt zu sein, vorgesehen werden können. Ferner können beispielsweise die anderen Elektroden der Paare von Elektroden dieser Kondensatoren (im Folgenden als die andere Elektrode jedes der Kondensatoren bezeichnet) durch Ätzen eines leitfähigen Films gebildet werden. Man beachte, dass die andere Elektrode jedes dieser Kondensatoren gemeinsam, ohne voneinander getrennt zu sein, vorgesehen werden kann. In diesem Fall kann eine leitfähige Schicht, die gemeinsam, ohne voneinander getrennt zu sein, vorgesehen ist, als eine Abschirmschicht oder eine Licht blockierende Schicht verwendet werden. Wenn die leitfähige Schicht zum Beispiel so vorgesehen ist, dass sie ein Element wie etwa einen Transistor, der in der Signalverarbeitungsschaltung enthalten ist, bedeckt, kann die nachteilige Wirkung eines äußeren elektrischen Feldes oder dergleichen auf das Element, das in der Signalverarbeitungsschaltung enthalten ist, reduziert werden. Des Weiteren kann z. B., wenn die leitfähige Schicht so vorgesehen ist, dass sie eine Oberfläche (eine vordere Fläche oder eine hintere Fläche) eines Substrats, über dem ein Element wie etwa ein Transistor, der in der Signalverarbeitungsschaltung enthalten ist, gebildet wird, bedeckt, die nachteilige Wirkung eines externen elektrischen Feldes oder dergleichen auf das Element, das in der Signalverarbeitungsschaltung enthalten ist, reduziert werden. Wie oben beschrieben kann eine sehr zuverlässige Signalverarbeitungsschaltung zur Verfügung gestellt werden, ohne die Anzahl von Herstellungsprozessen zu erhöhen, wenn die andere Elektrode jedes der Kondensatoren jeweils als eine Abschirmschicht oder eine Licht blockierende Schicht dient.
  • (Konfiguration einer Speicherschaltung für flüchtigen Speicher)
  • Die erste Speicherschaltung für flüchtigen Speicher (die Speicherschaltung für flüchtigen Speicher, die in dem Steuerteil enthalten ist) kann mindestens zwei arithmetischen Schaltungen aufweisen, die eine Rückkopplungsschleife bilden, in der eine Ausgabe von einer der arithmetischen Schaltungen in die andere der arithmetischen Schaltungen eingegeben wird und eine Ausgabe der anderen der arithmetischen Schaltungen in die eine der arithmetischen Schaltungen eingegeben wird. Eine Flipflop-Schaltung und eine Verriegelungsschaltung (Latch-Schaltung) können als Beispiele für die Speicherschaltung mit einer solchen Konfiguration gegeben werden.
  • Man beachte, dass die Signalverarbeitungsschaltung der vorliegenden Erfindung je nach Kategorie eine CPU, eine hochintegrierte Schaltung (LSI), wie ein Mikroprozessor, eine Bildverarbeitungsschaltung, ein digitaler Signalprozessor (DSP) oder ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA) und dergleichen umfasst. Der arithmetische Teil kann auch als ein Rechenwerk (ALU) bezeichnet werden. Der Speicher kann als ein Hauptspeicher zum Speichern von Daten oder eines Programms dienen.
  • (Variante des arithmetischen Teils)
  • Der arithmetische Teil kann eine Gruppe aus einer zweiten Speicherschaltung für flüchtigen Speicher und einer dritten Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher zum Speichern von Daten, die in der zweiten Speicherschaltung für flüchtigen Speicher gehalten werden, aufweisen. Die dritte Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher kann einen ähnlichen Aufbau wie den der ersten Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher und der zweiten Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher haben. Hier kann z. B. eine Flipflop-Schaltung, die Daten in Synchronisation mit Taktsignalen ein- und ausgibt, als die zweite Speicherschaltung für flüchtigen Speicher (die Speicherschaltung für flüchtigen Speicher des arithmetische Teils) verwendet werden.
  • Hierbei können ein Transistor mit extrem niedrigem Sperrstrom, der in der dritten Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher (der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher des arithmetischen Teils) enthalten ist, der Transistor mit extrem niedrigem Sperrstrom, der in der ersten Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher (der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher des Steuerteils) enthalten ist, und der Transistor mit extrem niedrigem Sperrstrom, der in der zweiten Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher (der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher des Speichers) enthalten ist, in demselben Schritt gebildet werden. Beispielsweise können Gate-Elektroden dieser Transistoren durch Ätzen eines leitfähigen Films gebildet werden; Source-Elektroden und Drain-Elektroden dieser Transistoren können durch Ätzen eines leitfähigen Films gebildet werden, und aktive Schichten (Halbleiterschichten, in denen Kanäle gebildet werden) dieser Transistoren können durch Ätzen einer Halbleiterschicht gebildet werden.
  • Darüber hinaus können der Kondensator, der in der dritten Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher (der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher des arithmetischen Teils) enthalten ist, der Kondensator, der in der ersten Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher (der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher des Steuerteils) enthalten ist, und der Kondensator, der in der zweiten Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher (der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher des Speichers) enthalten ist, in demselben Schritt gebildet werden. Zum Beispiel kann die eine Elektrode jedes dieser Kondensatoren durch Ätzen eines leitfähigen Films gebildet werden; und dielektrische Schichten dieser Kondensatoren können durch Ätzen einer Isolierschicht gebildet werden. Man beachte, dass die dielektrischen Schichten dieser Kondensatoren gemeinsam, ohne voneinander getrennt zu sein, vorgesehen sein können. Ferner kann beispielsweise die andere Elektrode jedes dieser Kondensatoren durch Ätzen eines leitfähigen Films gebildet werden. Man beachte, dass die andere Elektrode jedes dieser Kondensatoren gemeinsam, ohne voneinander getrennt zu sein, vorgesehen sein kann. In diesem Fall kann die leitfähige Schicht, die gemeinsam, ohne voneinander getrennt zu sein, vorgesehen ist, als eine Abschirmschicht oder eine Licht blockierende Schicht verwendet werden. Wenn die leitfähige Schicht zum Beispiel so vorgesehen ist, dass sie ein Element wie etwa einen Transistor, der in der Signalverarbeitungsschaltung enthalten ist, bedeckt, kann die nachteilige Wirkung eines äußeren elektrischen Feldes oder dergleichen auf das Element, das in der Signalverarbeitungsschaltung enthaltenen ist, reduziert werden. Des Weiteren kann z. B., wenn die leitfähige Schicht so vorgesehen ist, dass sie eine Oberfläche (eine vordere Fläche oder eine hintere Fläche) eines Substrats, über dem ein Element wie etwa ein Transistor, der in der Signalverarbeitungsschaltung enthaltenen ist, gebildet wird, bedeckt, die nachteilige Wirkung eines äußeren elektrischen Feldes oder dergleichen auf das Element, das in der Signalverarbeitungsschaltung enthalten ist, reduziert werden. Wie oben beschrieben kann eine sehr zuverlässige Signalverarbeitungsschaltung zur Verfügung gestellt werden, ohne die Anzahl der Herstellungsprozesse zu erhöhen, wenn die andere Elektrode jedes der Kondensatoren jeweils als eine Abschirmschicht oder eine Licht blockierende Schicht dient.
  • (Variante des Steuerteils)
  • Der Steuerteil kann einen Decoder, eine Steuerschaltung, ein Register und eine Stromversorgungsschaltung aufweisen.
  • Der Decoder decodiert einen Befehl. Darüber hinaus kann der Decoder eine Funktion zum Eingeben eines Steuersignals an die Stromversorgungsschaltung oder die Steuerschaltung durch eine Eingabe von außen, wenn die Bereitstellung von Versorgungsspannung an den Speicher gestoppt wird, haben. Ferner kann der Decoder einen Zähler (ein Zeitzählwerk) haben und eine Funktion zum Eingeben eines Steuersignals an die Stromversorgungsschaltung oder die Steuerschaltung durch den Zähler (das Zeitzählwerk), wenn die Bereitstellung von Versorgungsspannung an den Speicher gestoppt wird, haben. Die Steuerschaltung steuert das Register, den arithmetischen Teil und den Speicher basierend auf dem decodierten Befehl. Das Register speichert vorübergehend Daten, welche an den arithmetischen Teil eingegeben werden, und Daten, welche von dem arithmetischen Teil ausgegeben werden. Die Stromversorgungsschaltung wird durch den Decoder gesteuert und die Stromversorgungsschaltung steuert die Bereitstellung von Versorgungsspannung an den arithmetischen Teil, die Steuerschaltung, das Register und den Speicher. Man beachte, dass der arithmetische Teil, die Steuerschaltung, das Register und der Speicher auch jeweils als Modul bezeichnet werden. Dabei kann die Stromversorgungsschaltung an jedem Modul selektiv die Versorgungsspannung bereitstellen oder stoppen. Das heißt, dass die Stromversorgungsschaltung Versorgungsspannung an alle Module (an den arithmetischen Teil, die Steuerschaltung, das Register und den Speicher) liefern kann und dass die Stromversorgungsschaltung selektiv Versorgungsspannung an einige der Module (wahlweise an den arithmetischen Teil, die Steuerschaltung, das Register und/oder den Speicher) liefern kann.
  • Das Register kann eine Gruppe aus einer dritten Speicherschaltung für flüchtigen Speicher und einer vierten Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher zum Speichern von Daten, die in der dritten Speicherschaltung für flüchtigen Speicher gehalten werden, umfassen, und die Steuerschaltung kann eine Gruppe aus einer vierten Speicherschaltung für flüchtigen Speicher und einer fünften Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher zum Speichern von Daten, die in der vierten Speicherschaltung für flüchtigen Speicher gehalten werden, umfassen. Die dritte Speicherschaltung für flüchtigen Speicher und die vierte Speicherschaltung für flüchtigen Speicher entsprechen jeweils der ersten Speicherschaltung für flüchtigen Speicher (der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher des Steuerteils). Die vierte Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher und die fünfte Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher entsprechen jeweils der ersten Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher (der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher des Steuerteils).
  • Hier kann z. B. eine Flipflop-Schaltung oder eine Verriegelungsschaltung (Latch-Schaltung), welche Daten in Synchronisation mit Taktsignalen ein- und ausgibt, als dritte Speicherschaltung für flüchtigen Speicher des Registers verwendet werden. Darüber hinaus kann beispielsweise eine Flipflop-Schaltung, die Daten in Synchronisation mit Taktsignalen ein- und ausgibt, als vierte Speicherschaltung für flüchtigen Speicher des Steuerteils verwendet werden.
  • Man beachte, dass die Vielzahl von vierten Speicherschaltungen für nichtflüchtigen Speicher zum Speichern von 1-Bit-Daten in dem Register für jede der dritten Speicherschaltungen für nichtflüchtigen Speicher zum Speichern von 1-Bit-Daten bereitgestellt werden können. Hier wird die Vielzahl von vierten Speicherschaltungen für nichtflüchtigen Speicher auch jeweils als eine (Speicher-)Bank bezeichnet. Auf diese Weise wird, wenn die Bereitstellung von Versorgungsspannung in dem Fall des Durchführens eines Standard-Aus Steuerverfahrens gewählt ist, eine vierte Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher (eine Bank) aus der Vielzahl von vierten Speicherschaltungen für nichtflüchtigen Speicher (der Vielzahl von Bänken) ausgewählt, und 1-Bit-Daten, die in der ausgewählten vierten Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher (der Bank) gehalten werden, werden für die dritte Speicherschaltung für flüchtigen Speicher bereitgestellt (Bereitstellung von Daten), so dass der Zustand des Registers aus einer Vielzahl von Zuständen ausgewählt werden kann.
  • Bei Verwendung der obigen Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher, welche eine neuartige Konfiguration für die Signalverarbeitungsschaltung besitzt, kann die Signalverarbeitungsschaltung Daten für eine lange Zeit fortgesetzt halten, selbst nachdem die Bereitstellung der Versorgungsspannung beendet ist. Somit kann ein Standard-Aus (normally-off) Steuerverfahren durchgeführt werden. Dementsprechend kann der Stromverbrauch der Signalverarbeitungsschaltung drastisch reduziert werden. Die Signalverarbeitungsschaltung kann eine vorbestimmte Verarbeitung von gehaltenen Daten beginnen, kurz nachdem die Bereitstellung der Versorgungsspannung ausgewählt wird. Daher kann die Zeit von der Auswahl der Bereitstellung der Versorgungsspannung bis zum Beginn einer vorbestimmten Verarbeitung in der Signalverarbeitungsschaltung verkürzt werden. Außerdem wird eine vorbestimmte Verarbeitung unter Verwendung einer Speicherschaltung für flüchtigen Speicher in einem Modul, das mit Versorgungsspannung versorgt wird, ausgeführt; deshalb kann die Zugriffsgeschwindigkeit der Signalverarbeitungsschaltung erhöht werden. Ferner wird eine sehr zuverlässige Schaltung, für die die Anzahl, wie oft Daten geschrieben werden können, hoch ist, als die Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher für die Signalverarbeitungsschaltung verwendet; deshalb können die Haltbarkeit und die Zuverlässigkeit der Signalverarbeitungsschaltung verbessert werden.
  • Insbesondere können die folgenden vorteilhaften Auswirkungen in einer solchen Weise erzielt werden, dass je eine Gruppe aus der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher und der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher zum Speichern von Daten, die in der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher gehalten werden, für das Register und die Steuerschaltung des Steuerteils oder für das Register, die Steuerschaltung und den arithmetischen Teil des Steuerteils vorgesehen ist, dass die Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher für den Speicher vorgesehen ist, und dass die Bereitstellung der Versorgungsspannung zu jedem Modul durch die Stromversorgungsschaltung gesteuert wird.
  • Ohne Verschieben von Daten zwischen den Modulen können Bereitstellung und Bereithaltung von Daten, bevor und nachdem die Bereitstellung der Versorgungsspannung gestoppt wird, durchgeführt werden. Daher ist es nicht notwendig, einen speziellen Signalweg (einen Weg oder einen Scanpfad) zum Durchführen von Bereitstellung und Bereithaltung von Daten zwischen den Modulen vorzusehen, und die Größe der Signalverarbeitungsschaltung kann leicht vergrößert werden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1A bis 1E sind Diagramme, die Konfigurationen einer Signalverarbeitungsschaltung darstellen.
  • 2A und 2B sind Diagramme, die eine Konfiguration eines Speichers darstellen.
  • 3A bis 3C sind Diagramme, die Anordnungen eines Leseverstärkers und einer Vorladeschaltung darstellen.
  • 4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Ansteuern einer Signalverarbeitungsschaltung darstellt.
  • 5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Ansteuern einer Signalverarbeitungsschaltung darstellt.
  • 6A und 6B sind eine Querschnittsansicht und eine perspektivische, schematische Ansicht, die eine Konfiguration einer Signalverarbeitungsschaltung darstellen.
  • 7 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Signalverarbeitungsschaltung darstellt.
  • 8A bis 8D sind Querschnittsansichten, die einen Herstellungsprozess einer Signalverarbeitungsschaltung darstellen.
  • 9A bis 9C sind Querschnittsansichten, die einen Herstellungsprozess einer Signalverarbeitungsschaltung darstellen.
  • 10A bis 10D sind Querschnittsansichten, die einen Herstellungsprozess einer Signalverarbeitungsschaltung darstellen.
  • 11A bis 11C sind Querschnittsansichten, die jeweils eine Struktur eines Transistors mit einem Kanal in einer Oxidhalbleiterschicht darstellen.
  • 12A und 12B sind Querschnittsansichten, die jeweils eine Struktur eines Transistors mit einem Kanal in einer Oxidhalbleiterschicht darstellen.
  • 13 ist ein Blockdiagramm einer tragbaren elektronischen Vorrichtung.
  • 14 ist ein Blockdiagramm eines E-Book-Lesegeräts.
  • 15 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Ansteuern einer Signalverarbeitungsschaltung darstellt.
  • 16A bis 16E sind Diagramme, die jeweils eine Kristallstruktur eines Oxidmaterials darstellen.
  • 17A bis 17C sind Diagramme, die eine Kristallstruktur eines Oxidmaterials darstellen.
  • 18A bis 18C sind Diagramme, die eine Kristallstruktur eines Oxidmaterials darstellen.
  • 19 zeigt die Mobilität in Abhängigkeit von der Gate-Spannung als Ergebnis einer Berechnung.
  • 20A bis 20C sind Diagramme, die jeweils den Drain-Strom und die Mobilität in Abhängigkeit von der Gate-Spannung als Ergebnis einer Berechnung zeigen.
  • 21A bis 21C sind Diagramme, die jeweils den Drain-Strom und die Mobilität in Abhängigkeit von der Gate-Spannung als Ergebnis einer Berechnung zeigen.
  • 22A bis 22C sind Diagramme, die jeweils den Drain-Strom und die Mobilität in Abhängigkeit von der Gate-Spannung als Ergebnis einer Berechnung zeigen.
  • 23A und 23B sind Ansichten, die jeweils eine Querschnittsstruktur eines Transistors darstellen, der in der Berechnung verwendet wurde.
  • 24A bis 24C sind Diagramme, die jeweils Kennlinien eines Transistors mit einem Oxidhalbleiterfilm zeigen.
  • 25A und 25B sind Diagramme, die jeweils Vg-Id Kennlinien nach einem BT-Test eines Transistors der Probe 1 zeigen.
  • 26A und 26B sind Diagramme, die jeweils Vg-Id Kennlinien nach einem BT-Test eines Transistors der Probe 2 zeigen.
  • 27 zeigt XRD-Spektren von Probe A und Probe B.
  • 28 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen Sperrstrom und Substrattemperatur bei Messung an einem Transistor zeigt.
  • 29 ist ein Diagramm, das Id und die Feldeffektmobilität in Abhängigkeit von Vg zeigt.
  • 30A ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen Substrattemperatur und Schwellenspannung zeigt, und 30B ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen Substrattemperatur und Feldeffektmobilität zeigt.
  • 31A und 31B sind eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht, die eine beispielhafte Struktur eines Transistors darstellen.
  • 32A und 32B sind eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht, die eine beispielhafte Struktur eines Transistors darstellen.
  • BEVORZUGTE AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Ausführungsformen und ein Beispiel der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • Man beachte, dass Funktionen der ”Source” und der ”Drain” beispielsweise in dem Fall, dass Transistoren unterschiedlicher Polaritäten eingesetzt werden, oder in dem Fall, dass die Richtung eines Stromflusses sich während des Betriebs einer Schaltung ändert, vertauscht werden können. Daher können die Begriffe ”Source” und ”Drain” in dieser Beschreibung verwendet werden, um jeweils den Drain und die Source zu bezeichnen.
  • Man beachte, dass der Begriff ”elektrisch verbunden” den Fall einschließt, in dem Komponenten durch ein ”Objekt mit irgendeiner elektrischen Funktion” verbunden sind. Es gibt keine besondere Einschränkung für ein Objekt mit irgendeiner elektrischen Funktion, solange elektrische Signale zwischen Komponenten, die durch das Objekt verbunden sind, übertragen und empfangen werden können.
  • Darüber hinaus gibt es, auch wenn unabhängige Komponenten elektrisch miteinander in einem elektrischen Schaltplan verbunden sind, den Fall, in dem eine leitfähige Schicht die Funktionen einer Vielzahl von Komponenten besitzt, wie z. B. in dem Fall, in dem ein Teil einer elektrischen Leitung als eine Elektrode oder als ein Anschluss dient. Die ”elektrische Verbindung” in dieser Beschreibung schließt in ihrer Kategorie einen solchen Fall ein, in dem eine leitfähige Schicht die Funktionen einer Vielzahl von Komponenten hat.
  • Die Begriffe ”über” und ”unter” bedeuten nicht zwingend ”direkt auf” bzw. ”direkt unter” in der Beschreibung einer physikalischen Beziehung zwischen den Komponenten. Zum Beispiel kann der Ausdruck ”eine Gate-Elektrode über einem Gate-Isolierfilm” den Fall anzeigen, in dem eine zusätzliche Komponente zwischen dem Gate-Isolierfilm und der Gate-Elektrode vorliegt.
  • Man beachte, dass die Position, Größe, Ausdehnung oder dergleichen der einzelnen in den Zeichnungen dargestellten Komponenten und dergleichen in einigen Fällen zum besseren Verständnis nicht exakt dargestellt ist. Daher ist die offenbarte Erfindung nicht notwendigerweise auf die Position, Größe, Ausdehnung oder dergleichen, wie in den Zeichnungen und dergleichen offenbart, beschränkt.
  • Die Ordinalzahlen wie z. B. ”erste”, ”zweite” und ”dritte” werden verwendet, um Verwechslungen zwischen Komponenten zu vermeiden.
  • [Ausführungsform 1]
  • Eine Weiterbildung einer Signalverarbeitungsschaltung wird beschrieben werden. 1A ist ein Blockdiagramm, das schematisch eine Konfiguration einer Signalverarbeitungsschaltung darstellt. Eine Signalverarbeitungsschaltung 2000 enthält einen Decoder 2001, eine Steuerschaltung 2002, ein ALU 2003, ein Register 2004, einen Speicher 2005 und eine Stromversorgungsschaltung 2006.
  • Der Decoder 2001 decodiert einen Befehl. Die Steuerschaltung 2002 steuert das Register 2004, das ALU 2003 und den Speicher 2005 basierend auf dem decodierten Befehl. Das Register 2004 speichert vorübergehend Daten, die an das ALU 2003 eingegeben werden, und Daten, die von dem ALU 2003 ausgegeben werden. Dateneingabe/-ausgabe wird auch zwischen dem ALU 2003 und dem Speicher 2005 durchgeführt. Die Stromversorgungsschaltung 2006 wird von dem Decoder 2001 gesteuert, und die Stromversorgungsschaltung 2006 steuert die Bereitstellung von Versorgungsspannung an das ALU 2003, die Steuerschaltung 2002, das Register 2004 und den Speicher 2005. Dabei kann die Stromversorgungsschaltung 2006 die Lieferung der Versorgungsspannung an alle Module (das ALU 2003, die Steuerschaltung 2002, das Register 2004 und den Speicher 2005) stoppen und sie kann die Versorgungsspannung an alle Module liefern. Alternativ kann die Stromversorgungsschaltung 2006 selektiv Versorgungsspannung an einige der Module (wahlweise an das ALU 2003, die Steuerschaltung 2002, das Register 2004 und/oder den Speicher 2005) liefern, und die Stromversorgungsschaltung 2006 kann die Bereitstellung von Versorgungsspannung an den anderen Modulen stoppen.
  • (Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher)
  • Die Steuerschaltung 2002, das Register 2004 und der Speicher 2005 können jeweils eine Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 wie in 1B dargestellt aufweisen. Man beachte, dass das ALU 2003 ebenso die Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100, wie in 1B dargestellt, aufweisen kann. In der 1B umfasst die Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 einen Transistor 101 und einen Kondensator 102. Ein Gate des Transistors 101 ist elektrisch mit einem Anschluss W verbunden. Ein Terminal aus Source und Drain des Transistors 101 ist elektrisch mit einem Anschluss B verbunden. Das andere Terminal aus Source und Drain des Transistors 101 ist elektrisch mit einer Elektrode des Kondensators 102 verbunden. Die andere Elektrode des Kondensators 102 ist elektrisch mit einem Anschluss C verbunden.
  • Hierbei kann ein Transistor mit extrem niedrigem Sperrstrom als der Transistor 101 verwendet werden. Die eine Elektrode des Kondensators 102 ist elektrisch mit einem Knoten verbunden, der in einen potenzialfreien (schwebenden) Zustand versetzt wird, wenn der Transistor 101 ausgeschaltet ist. Daten werden in der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 durch Steuerung des Potenzials (oder der Menge an elektrischer Ladung, die dem Potenzial entspricht) der einen Elektrode des Kondensators 102 in Abhängigkeit von den Daten gespeichert. Zum Beispiel wird ein Zustand, in dem eine vorbestimmte elektrische Ladung in dem Kondensator 102 akkumuliert wurde, dem Wert ”1” gleichgesetzt und ein Zustand, in dem die vorbestimmte elektrische Ladung nicht in dem Kondensator 102 akkumuliert wurde, dem Wert ”0” gleichgesetzt, wodurch 1-Bit-Daten gespeichert werden können. Hierbei ist es möglich, einen Transistor mit einem Kanal in einer Schicht oder einem Substrat mit einem Halbleiter, dessen Bandlücke größer als die von Silicium ist, als den Transistor 101, dessen Sperrstrom extrem niedrig ist, zu verwenden. Ein Verbindungshalbleiter ist ein Beispiel für einen Halbleiter, dessen Bandlücke größer als die von Silicium ist. Beispiele für den Verbindungshalbleiter umfassen einen Oxidhalbleiter, einen Nitridhalbleiter und dergleichen. Beispielsweise kann ein Transistor mit einem Kanal in einer Oxidhalbleiterschicht verwendet werden. 1B zeigt ein Beispiel, bei dem ein Transistor mit einem Kanal in einer Oxidhalbleiterschicht als der Transistor 101, neben dem ”OS” steht, verwendet wird.
  • (Verfahren zur Ansteuerung der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100)
  • In der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 wird der Transistor 101 in Reaktion auf ein Steuersignal, welches an dem Anschluss W eingegeben wird, angeschaltet, und ein Potenzial eines Signals, welches einem Datenwert entspricht, wird an dem Anschluss B eingegeben. Dann wird der Datenwert, wenn der Transistor 101 durch ein an dem Anschluss W eingegebenes Steuersignal ausgeschaltet wird, gehalten. Die Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 kann eine Konfiguration haben, in der ein vorgegebenes Potenzial an dem Anschluss C bereitgestellt wird. Zum Beispiel kann ein Massepotenzial an dem Anschluss C bereitgestellt werden. Da der Sperrstrom des Transistors 101 äußerst gering ist, kann das Potenzial der einen Elektrode des Kondensators 102 für eine lange Zeit gehalten werden, selbst nachdem die Bereitstellung der Versorgungsspannung beendet ist. Daten werden aus der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 in der folgenden Weise gelesen: Der Transistor 101 wird in Reaktion auf das an dem Anschluß W eingegebene Steuersignal angeschaltet, und das Potenzial (oder die Menge an elektrischer Ladung, die dem Potenzial entspricht) der einen Elektrode des Kondensators 102 wird von dem Anschluss B registriert. Die Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 speichert Daten in einer Weise, dass ein Potenzial eines Signals, das den Daten entspricht, an einem vorbestimmten Knoten (der einen Elektrode des Paares der Elektroden des Kondensators 102) eingegeben wird, der Transistor 101 mit extrem niedrigem Sperrstrom ausgeschaltet wird, und der Knoten in einen schwebenden Zustand versetzt wird. In der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 können daher ein Alter der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 durch wiederholtes Schreiben von Daten reduziert und die Anzahl der Male, die Daten geschrieben werden können, erhöht werden.
  • (Konfigurationen der Steuerschaltung 2002, des Registers 2004 und des ALU 2003)
  • Hier können die Steuerschaltung 2002 und das Register 2004 oder die Steuerschaltung 2002, das Register 2004 und das ALU 2003 jeweils eine Gruppe aus einer Speicherschaltung für flüchtigen Speicher und der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100, die in 1B dargestellt ist, aufweisen. 1C ist ein Diagramm, das die Konfiguration der Gruppe darstellt. 1C zeigt ein Beispiel, in dem die zwei Speicherschaltungen für nichtflüchtigen Speicher 100 aus 1B (eine Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100-1 und eine Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100-2) für eine Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 zum Speichern von 1-Bit-Daten vorgesehen sind. Ohne Einschränkung des oben Gesagten können eine Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 aus 1B oder drei oder mehr Speicherschaltungen für nichtflüchtigen Speicher 100 aus 1B für die Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 zum Speichern von 1-Bit-Daten bereitgestellt werden. Insbesondere kann in dem Register 2004 eine Anordnung, die eine Gruppe aus der Vielzahl von Speicherschaltungen für nichtflüchtigen Speicher 100 aufweist, die für die Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 zum Speichern von 1-Bit-Daten vorgesehen sind, verwendet werden. In jedem von der Steuerschaltung 2002 und dem ALU 2003 kann eine Konfiguration mit einer Gruppe aus einer Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100, die für die Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 zum Speichern von 1-Bit-Daten vorgesehen ist, verwendet werden.
  • Die Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 kann mindestens zwei arithmetische Schaltungen aufweisen, die eine Rückkopplungsschleife bilden können, in der eine Ausgabe von einer der arithmetischen Schaltungen in die andere der arithmetischen Schaltungen eingegeben wird und eine Ausgabe der anderen der arithmetischen Schaltungen in die eine der arithmetischen Schaltungen eingegeben wird. In 1C sind eine arithmetische Schaltung 201 und eine arithmetische Schaltung 202 enthalten, die eine Rückkopplungsschleife bilden, in der ein Ausgangssignal der arithmetischen Schaltung 201 in die arithmetische Schaltung 202 eingegeben wird und ein Ausgangssignal der arithmetischen Schaltung 202 in die arithmetische Schaltung 201 eingegeben wird. Beispiele für die arithmetische Schaltung umfassen eine Inverter-Schaltung und eine NAND-Schaltung. Eine Flipflop-Schaltung und eine Verriegelungsschaltung (Latch-Schaltung) können als Beispiele für die Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 200 mit einer solchen Anordnung angegeben werden.
  • Ein Anschluss B der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100-1 und ein Anschluss B der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100-2 sind jeweils elektrisch mit einem Knoten M verbunden, der zwischen einem Eingangsanschluss der arithmetischen Schaltung 202 und einem Ausgangsanschluss der arithmetischen Schaltung 201 vorliegt. Die Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 enthält einen Schalter 203 für die Auswahl einer elektrischen Verbindung zwischen dem Knoten M und dem Ausgangsanschluss der arithmetischen Schaltung 201. Ein leitender Zustand oder ein nicht leitender Zustand des Schalters 203 wird mittels eines Steuersignals SEL0 ausgewählt. Man beachte, dass der Schalter 203 in dem Fall, dass die arithmetische Schaltung 201 eine Schaltung zum selektiven Ausgeben eines Signals in Reaktion auf ein Steuersignal (z. B. ein Taktsignal) ist, nicht notwendigerweise vorgesehen ist und weggelassen werden kann. Ein Steuersignal SEL1 wird an einem Anschluss W der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100-1 eingegeben und ein Steuersignal SEL2 wird an einem Anschluss W der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100-2 eingegeben. Man beachte, dass das gleiche Potenzial an einem Anschluss C der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100-1 und an einem Anschluss C der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100-2 eingegeben wird.
  • Als nächstes wird ein Verfahren zum Ansteuern der Gruppe aus der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200, der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100-1 und der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100-2, die in 1C dargestellt ist, beschrieben.
  • (Betrieb während der Bereitstellung der Versorgungsspannung)
  • Während eine Versorgungsspannung an die Gruppe geliefert wird, das heißt, während eine Versorgungsspannung an ein Modul, das die Gruppe enthält, geliefert wird, ist der Schalter 203 in einem leitenden Zustand aufgrund des Steuersignals SEL0. Auf diese Weise speichert die Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 Daten mit Hilfe der Rückkopplungsschleife, die aus der arithmetischen Schaltung 201 und der arithmetischen Schaltung 202 gebildet wird. Das heißt, dass in der in 1C dargestellten Gruppe Eingabedaten durch die Rückkopplungsschleife der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 gehalten werden, und Daten von der Rückkopplungsschleife der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 ausgegeben werden. Daten können durch die Rückkopplungsschleife der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 gehalten und mit hoher Geschwindigkeit ausgegeben werden.
  • (Vorgang zur Datenspeicherung)
  • Wie oben beschrieben wird, während oder nachdem Daten mittels der Rückkopplungsschleife der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 gehalten werden, der Transistor 101 der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100-1 oder der Transistor 101 der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100-2 selektiv in Reaktion auf das Steuersignal SEL1 und das Steuersignal SEL2 eingeschaltet, wobei der Schalter 203 durch das Steuersignal SEL0 in einem leitenden Zustand gehalten wird. Zum Beispiel wird der Transistor 101 der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100-1 eingeschaltet, und der Transistor 101 der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100-2 wird ausgeschaltet. Auf diese Weise wird das Potenzial des Knotens M der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 an eine Elektrode des Kondensators 102 der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100-1 eingegeben, so dass die Daten, die in der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 gehalten werden, in der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100-1 gespeichert werden. Somit können die Daten gespeichert werden.
  • (Vorgang zur Datenbereithaltung)
  • Nachdem die Daten gespeichert sind, wird bewirkt, dass sich die Daten, die in der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100-1 gespeichert sind, nicht in Reaktion auf ein Signal von der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 ändern, indem der Transistor 101 der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100-1 ausgeschaltet wird. Somit kann ein Bereithalten der Daten durchgeführt werden.
  • In der Konfiguration, in der die Vielzahl von Speicherschaltungen für nichtflüchtigen Speicher 100 aus 1B für die Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 zum Speichern von 1-Bit-Daten vorgesehen ist, kann in dem Fall, in dem die Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 verschiedene Daten zu verschiedenen Zeiten hält, eine Vielzahl von Portionen von Daten, die den Zeiten entsprechen, in den verschiedenen Speicherschaltungen für nichtflüchtigen Speicher 100 gespeichert werden. Insbesondere kann jede der Vielzahl von Speicherschaltungen für nichtflüchtigen Speicher 100 in dem Register in dem Fall, dass eine Konfiguration verwendet wird, die eine Gruppe aus der Vielzahl von Speicherschaltungen für nichtflüchtigen Speicher 100 umfasst, die für die Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 zum Speichern von 1-Bit-Daten vorgesehen ist, als eine (Speicher-)Bank bezeichnet werden. Auf diese Weise kann jeder der Zustände des Registers zu unterschiedlichen Zeiten in der Vielzahl von Bänken gespeichert werden.
  • Man beachte, dass sogar in dem Fall, in dem eine Anordnung verwendet wird, die eine Gruppe aus der einen Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 umfasst, die für die Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 zum Speichern von 1-Bit-Daten vorgesehen ist, Daten, die in der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 gehalten werden, in der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 durch einen Vorgang ähnlich dem oben beschriebenen Vorgang gespeichert werden können. Somit kann eine Datenbereithaltung durchgeführt werden.
  • Wie oben beschrieben wird Zufuhr der Versorgungsspannung nach der Bereithaltung der Daten gestoppt.
  • (Vorgang bei Bereitstellung der Daten)
  • Nachdem die Lieferung der Versorgungsspannung an die Gruppe gewählt ist, das heißt, nach dem Beginn der Zufuhr der Versorgungsspannung zu dem Modul, welches die Gruppe enthält, wird der leitende Zustand des Schalters 203 durch das Steuersignal SEL0 unterbrochen, und der Transistor 101 der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100-1 oder der Transistor 101 der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100-2 wird selektiv in Reaktion auf das Steuersignal SEL1 und das Steuersignal SEL2 eingeschaltet. Zum Beispiel wird der Transistor 101 der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100-1 eingeschaltet, und der Transistor 101 der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100-2 wird ausgeschaltet. Auf diese Weise wird das Potenzial (oder die Menge an elektrischer Ladung, die dem Potenzial entspricht) der einen Elektrode des Kondensators 102 der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100-1 an den Knoten M der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 eingegeben. Danach wird der Schalter 203 durch das Steuersignal SEL0 in den leitenden Zustand gebracht. Auf diese Weise können die Daten, die in der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100-1 gehalten werden, an die Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 eingegeben und durch die Rückkopplungsschleife gehalten werden. Somit können die Daten der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 zugeführt werden. Dabei ist die Geschwindigkeit des Schreibens und Lesens von Daten in der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 höher als die in der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100-1 oder der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100-2. Daher kann die Gruppe, für die die Zufuhr der Versorgungsspannung ausgewählt ist, eine höhere Bearbeitungsgeschwindigkeit haben.
  • In der Konfiguration, in der die Vielzahl von Speicherschaltungen für nichtflüchtigen Speicher 100 aus 1B für die Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 zum Speichern von 1-Bit-Daten vorgesehen sind, können Daten, die in der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100, die aus der Vielzahl von Speicherschaltungen für nichtflüchtigen Speicher 100 ausgewählt wird, gehalten werden, zu der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 geliefert werden. Insbesondere werden Daten in dem Register in dem Fall, in dem eine Anordnung verwendet wird, die eine Gruppe aus der Vielzahl von Speicherschaltungen für nichtflüchtigen Speicher 100 umfasst, die für die Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 zum Speichern von 1-Bit-Daten vorgesehen ist, selektiv von der Vielzahl von Bänken an die Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 geliefert, so dass der Zustand des Registers, nachdem die Bereitstellung der Versorgungsspannung ausgewählt wird, aus einer Vielzahl von Zuständen ausgewählt werden kann.
  • Man beachte, dass sogar in dem Fall, in dem eine Anordnung verwendet wird, die eine Gruppe aus der einen Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 umfasst, die für die Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 zum Speichern von 1-Bit-Daten vorgesehen ist, Daten, die in der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 gehalten werden, in die Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 durch den Vorgang ähnlich dem oben beschriebenen Vorgang eingegeben werden können. Somit können die Daten der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 zugeführt werden.
  • Man beachte, dass die arithmetische Schaltung 201 in dem Fall, in dem eine Konfiguration verwendet wird, bei der die arithmetische Schaltung 201 als eine Schaltung zum selektiven Ausgeben eines Signals in Reaktion auf ein Steuersignal (z. B. ein Taktsignal) dient und der Schalter 203 weggelassen wird, derart gesteuert wird, dass es keine Ausgabe (d. h., ein Ausgang der arithmetischen Schaltung 201 stellt eine beschränkte Verbindung dar) von der arithmetischen Schaltung 201 gibt, wenn sich der Schalter 203 in der obigen Beschreibung in einem nicht leitenden Zustand befindet. Das Verfahren zum Ansteuern der Komponenten mit Ausnahme der arithmetischen Schaltung 201 kann dem obenstehenden Steuerverfahren ähneln.
  • Das Vorstehende ist die Beschreibung des Verfahrens zum Ansteuern der Gruppe aus der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200, der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100-1 und der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100-2, die in 1C dargestellt ist.
  • (Variante der Gruppe aus einer Speicherschaltung für flüchtigen Speicher und einer Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher)
  • Die Konfiguration einer Gruppe aus einer Speicherschaltung für flüchtigen Speicher und einer Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher zum Speichern von Daten, die in der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher gehalten werden, ist nicht auf die Konfiguration in 1C beschränkt. Zum Beispiel kann die Konfiguration, die in 1E dargestellt ist, verwendet werden. Man beachte, dass in 1E die gleichen Teile wie in 1C mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden und dass deren Beschreibung weggelassen wird. In einer Gruppe mit der Konfiguration in Figur 1E ist eine Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 in einer Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 enthalten. In 1E stellt ein Anschluss F der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 einen Anschluss dar, der elektrisch mit einer Elektrode eines Kondensators 102 verbunden ist, wie in 1D dargestellt.
  • Ein Verfahren zum Ansteuern der Gruppe mit der Anordnung in 1E wird nun beschrieben.
  • (Betrieb während der Bereitstellung der Versorgungsspannung)
  • Während Versorgungsspannung an der Gruppe bereitgestellt wird, das heißt, während Versorgungsspannung zu einem Modul, welches die Gruppe umfasst, geliefert wird, wird ein Transistor 101 der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 in Reaktion auf ein Steuersignal SEL eingeschaltet. Auf diese Weise speichert die Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 Daten mittels einer Rückkopplungsschleife, die aus einer arithmetischen Schaltung 201 und einer arithmetischen Schaltung 202 besteht. Das heißt, dass Eingangsdaten in der in 1E dargestellten Gruppe durch die Rückkopplungsschleife der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 gehalten werden, und Daten von der Rückkopplungsschleife der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 ausgegeben werden. Daten können durch die Rückkopplungsschleife der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 gehalten und mit hoher Geschwindigkeit ausgegeben werden.
  • (Vorgang zur Datenspeicherung)
  • Wie oben beschrieben wird das Potenzial eines Knotens M der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200, während Daten durch die Rückkopplungsschleife der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 gehalten werden, an die eine Elektrode des Kondensators 102 der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 eingegeben, so dass die Daten, die in der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 gehalten werden, in der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 gespeichert werden können. Somit können die Daten gespeichert werden.
  • (Vorgang zur Datenbereithaltung)
  • Nachdem die Daten gespeichert sind, wird durch Ausschalten des Transistors 101 der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 bewirkt, dass sich die Daten, die in der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 gespeichert sind, nicht in Reaktion auf ein Signal von der arithmetischen Schaltung 201 der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 ändern. Somit kann ein Bereithalten der Daten durchgeführt werden.
  • Wie oben beschrieben wird eine Zufuhr der Versorgungsspannung nach der Bereithaltung der Daten gestoppt.
  • (Vorgang bei Bereitstellung der Daten)
  • Nachdem die Zufuhr der Versorgungsspannung zu der Gruppe gewählt ist, das heißt nach dem erneuten Beginn der Bereitstellung der Versorgungsspannung an dem Modul, das die Gruppe enthält, wird der Transistor 101 der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 in Reaktion auf das Steuersignal SEL eingeschaltet. Auf diese Weise wird das Potenzial (oder die Menge an elektrischer Ladung, die dem Potenzial entspricht) der einen Elektrode des Kondensators 102 der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 an den Knoten M der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 eingegeben. Auf solche Weise können die Daten, die in der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 gehalten werden, durch die Rückkopplungsschleife der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 gehalten werden. Somit können die Daten zu der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 zugeführt werden. Dabei ist die Geschwindigkeit des Schreibens und Lesens von Daten in der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 höher als die in der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100. Daher kann die Gruppe, für die die Zufuhr der Versorgungsspannung ausgewählt ist, eine höhere Bearbeitungsgeschwindigkeit haben.
  • Man beachte, dass die folgende Konfiguration vorteilhaft ist, wenn die Daten geliefert werden. In dem Fall, dass der Transistor 101 der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 in Reaktion auf das Steuersignal SEL eingeschaltet wird, nachdem die Zufuhr der Versorgungsspannung ausgewählt wird, wird kein Signal von der arithmetischen Schaltung 201 ausgegeben (d. h. ein Ausgang der arithmetischen Schaltung 201 stellt eine beschränkte Verbindung dar). Zum Beispiel ist es vorteilhaft, eine Schaltung zum selektiven Ausgeben eines Signals in Reaktion auf ein Steuersignal (z. B. ein Taktsignal) als die arithmetische Schaltung 201 zu verwenden. Weiterhin ist beispielsweise ein Schalter oder dergleichen zwischen einem Ausgangsanschluss der arithmetischen Schaltung 201 und einem Anschluss B der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 100 vorgesehen. In diesem Fall ist es vorteilhaft, den leitenden Zustand des Schalters zu unterbrechen, wenn der Transistor 101 der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 in Reaktion auf das Steuersignal SEL eingeschaltet wird, nachdem die Zufuhr der Versorgungsspannung ausgewählt wird.
  • Das Vorstehende ist die Beschreibung des Verfahrens zum Ansteuern der Gruppe aus der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 und der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100, die in 1E dargestellt ist.
  • Die Gruppe mit der Konfiguration in 1C oder 1E kann jeweils für das Register 2004 und für die Steuerschaltung 2002 oder jeweils für das Register 2004, für die Steuerschaltung 2002 und für das ALU 2003 vorgesehen werden, und die Zufuhr der Versorgungsspannung zu jedem Modul kann durch die Stromversorgungsschaltung 2006 gesteuert werden. Auf diese Weise kann der Energieverbrauch der Signalverarbeitungsschaltung drastisch durch Ausführen eines Standard-Aus Steuerverfahrens reduziert werden, bei dem Versorgungsspannung nur bei Bedarf bereitgestellt wird. Ohne Verschieben von Daten zwischen den Modulen können Bereitstellung und Bereithaltung von Daten vor und nach der Zufuhr der Versorgungsspannung ausgeführt werden. Daher ist es nicht notwendig, einen speziellen Signalweg (einen Weg oder einen Scanpfad) zum Durchführen von Bereitstellung und Bereithaltung von Daten zwischen den Modulen vorzusehen, und die Größe der Signalverarbeitungsschaltung kann leicht vergrößert werden.
  • (Konfiguration des Speichers 2005).
  • (Konfiguration einer Speicherzellenmatrix)
  • Der Speicher 2005 kann eine Speicherzellenmatrix aufweisen, die die Vielzahl von Speicherschaltungen für nichtflüchtigen Speicher 100 in 1B in einer Matrixanordnung umfasst. Zum Beispiel kann die Anordnung in 2B für die Speicherzellenmatrix verwendet werden. Eine Speicherzellenmatrix 400, die in 2B dargestellt ist, umfasst m × n (m ist eine natürliche Zahl und n ist eine natürliche Zahl) Speicherschaltungen für nichtflüchtigen Speicher 100 (i, j) (i ist eine natürliche Zahl kleiner oder gleich m und j ist eine natürliche Zahl kleiner oder gleich n). Die Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 (i, j) kann die Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 in 1B sein. Im Folgenden wird die Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 (i, j) auch als eine Speicherzelle bezeichnet.
  • In 2B wird eine Leitung (BLj), die elektrisch mit dem Anschluss B verbunden ist, gemeinsam von den Speicherzellen, die in einer Spalte angeordnet sind, genutzt. Zum Beispiel wird eine Leitung BL1, die elektrisch mit dem Anschluss B verbunden ist, gemeinsam von den Speicherzellen, die in einer ersten Spalte angeordnet sind, verwendet. Die Leitung BLj kann als Bitleitung bezeichnet werden.
  • In 2B wird eine Leitung (WLi), die elektrisch mit dem Anschluss W verbunden ist, gemeinsam von den Speicherzellen, die in einer Zeile angeordnet sind, genutzt. Zum Beispiel wird eine Leitung WL1, die elektrisch mit dem Anschluss W verbunden ist, gemeinsam von den Speicherzellen, die in einer ersten Zeile angeordnet sind, verwendet. Die Leitung WLi kann als Wortleitung bezeichnet werden.
  • Jedoch ist diese Ausführungsform nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Die Vielzahl von Leitungen BLj können in den Speicherzellen, die in einer Spalte angeordnet sind, vorgesehen sein oder die Vielzahl von Leitungen WLi können in den Speicherzellen, die in einer Zeile angeordnet sind, vorgesehen sein. In den m × n Speicherzellen können die Anschlüsse C elektrisch mit einer Elektrode oder einer Leitung verbunden sein oder elektrisch mit unterschiedlichen Elektroden oder unterschiedlichen Leitungen verbunden sein.
  • In der Speicherzellenmatrix 400, die in 2B dargestellt ist, werden Daten selektiv geschrieben und gelesen in bzw. von der Speicherzelle in einer Zeile, die als Antwort auf ein Signal, welches in die Leitung WLi eingegeben wird, festgelegt wird. Genauer gesagt werden die Transistoren 101 in den Speicherzellen in den Zeilen mit Ausnahme der Speicherzellen in der i-ten Zeile, in welche Daten geschrieben werden, ausgeschaltet, und die Transistoren 101 in den Speicherzellen in der i-ten Zeile, in welche Daten geschrieben werden, werden in Reaktion auf ein Signal, das in die Leitung WLi eingegeben wird, eingeschaltet; somit werden die Daten selektiv geschrieben. Ferner werden die Transistoren 101 in den Speicherzellen in den Zeilen mit Ausnahme der Speicherzellen in der i-ten Zeile, von denen Daten gelesen werden, ausgeschaltet, und die Transistoren 101 in den Speicherzellen in der i-ten Zeile, von denen Daten gelesen werden, werden in Reaktion auf einen Signal, das in die Leitung WLi eingegeben wird, eingeschaltet; somit werden die Daten selektiv gelesen. Man beachte, dass ein Verfahren zum Schreiben und Lesen von Daten in bzw. von einer bestimmten Speicherzelle dem Verfahren zum Ansteuern der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 ähnelt, das oben beschrieben ist; daher wird dessen Beschreibung weggelassen.
  • (Anordnung außer Speicherzellenmatrix)
  • Der Speicher 2005 kann irgendwelche oder alle von einem Zeilendecoder, einem Spaltendecoder, einer Vorladeschaltung, einem Leseverstärker und einer Speicherschaltung für temporären Speicher zusätzlich zu der Speicherzellenmatrix 400 umfassen. Man beachte, dass einige dieser Schaltungen in einer einzigen Schaltung zusammengefasst werden können. Zum Beispiel kann der Leseverstärker als Speicherschaltung für temporären Speicher dienen.
  • Der Zeilendecoder und der Spaltendecoder haben jeweils die Funktion, eine bestimmte Speicherzelle in der Speicherzellenmatrix 400 auszuwählen. Der Speicher 2005 schreibt und liest Daten in bzw. von der Speicherzelle, die durch den Zeilendecoder und den Spaltendecoder ausgewählt wird. Die Vorladeschaltung hat die Funktion, das Potenzial einer Bitleitung, die in der Speicherzellenmatrix 400 enthalten ist, auf ein vorbestimmtes Potenzial zu legen (vorzuladen), bevor Daten von der Speicherzelle gelesen werden. Da Daten aus der Speicherzelle gelesen werden können, nachdem das Potenzial der Bitleitung durch die Vorladeschaltung auf das vorbestimmten Potenzial gelegt (vorgeladenen) wird, kann die Geschwindigkeit des Lesens von Daten aus der Speicherzelle erhöht werden. Der Leseverstärker hat die Funktion, das Potenzial der Bitleitung, das den Daten, die in der Speicherzelle gehalten werden, entspricht, zu verstärken und das verstärkte Potenzial auszugeben. Daten können durch den Leseverstärker schneller und genauer gelesen werden. Die Speicherschaltung für temporären Speicher wird auch als Seitenpuffer oder als Verriegelungsschaltung (Latch-Schaltung) bezeichnet und hat die Funktion, Daten, die von außerhalb des Speichers 2005 eingegeben werden, vorübergehend zu halten. Die Speicherschaltung für temporären Speicher kann die Funktion haben, Daten, die von der Speicherzellenmatrix gelesen werden, zu halten.
  • 2A zeigt schematisch eine Weiterbildung der Konfiguration des Speichers 2005. In der 2A umfasst der Speicher 2005 die Speicherzellenmatrix 400, einen Spaltendecoder 403, einen Zeilendecoder 404, eine Vorladeschaltung 402 und einen Leseverstärker 401.
  • Man beachte, dass, obwohl 2A die Anordnung zeigt, bei der die Vorladeschaltung 402 und der Leseverstärker 401 auf einer Seite der Speicherzellenmatrix 400 angeordnet sind, wo der Spaltendecoder 403 vorgesehen ist, eine Weiterbildung der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Anordnung beschränkt ist. Eines oder beide von der Vorladeschaltung 402 und dem Leseverstärker 401 können auf einer Seite angeordnet sein, die dem Spaltendecoder 403 gegenüberliegt, wobei die Speicherzellenmatrix 400 dazwischen angeordnet ist. Die Vorladeschaltung 402 und der Leseverstärker 401 können in einer einzigen Schaltung zusammengefasst werden.
  • Hierbei ist die Anordnung der Schaltungen nicht auf die Anordnung, die schematisch in 2A veranschaulicht ist und welche lediglich eine Weiterbildung für die Konfiguration des Speichers 2005 ist, beschränkt. Zum Beispiel können die anderen Schaltungen (der Spaltendecoder 403, der Zeilendecoder 404, die Vorladeschaltung 402 und der Leseverstärker 401) in der Praxis so ausgebildet werden, dass sie mit der Speicherzellenmatrix 400 überlappen. Darüber hinaus kann die Speicherzellenmatrix 400 unterteilt werden und die unterteilten Speicherzellenmatrizen können mit Überlapp gestapelt werden (können mehrschichtig sein). Auf diese Weise kann der Speicherplatz erhöht werden, während die Fläche der Speicherzellenmatrix 400 verringert wird.
  • (Konfiguration des Leseverstärkers)
  • Als nächstes wird eine spezifische Ausführung der Konfiguration des Leseverstärkers 401 in 2A beschrieben. Der Leseverstärker 401 kann eine Vielzahl von Leseverstärkern enthalten. Jeder der Leseverstärker kann pro Bitleitung in der Speicherzellenmatrix 400 vorgesehen sein. Das Potenzial der Bitleitung kann von jedem der Leseverstärker verstärkt werden und kann an einem Ausgangsanschluss von jedem der Leseverstärker erfasst werden. Dabei beruht das Potenzial der Bitleitung auf einem Potenzial eines Signals, das in einer Speicherzelle gehalten wird, die elektrisch mit der Bitleitung verbunden ist und von welcher Daten gelesen werden. Somit entspricht ein Signal, das von dem Ausgangsanschluss von jedem der Leseverstärker ausgegeben wird, den Daten, die in der Speicherzelle gehalten werden, von welcher Daten gelesen werden. Auf diese Weise können Daten, die in jeder Speicherzelle in der Speicherzellenmatrix 400 gehalten werden, durch den Leseverstärker 401 erfasst werden.
  • Der Leseverstärker kann unter Verwendung eines Inverters oder eines Puffers gebildet werden. Zum Beispiel kann der Leseverstärker unter Verwendung einer Verriegelungsschaltung (ein Verriegelungsleseverstärker) gebildet werden. Der Verriegelungsleseverstärker kann ein Eingangssignal verstärken und das verstärkte Signal halten. Daher kann, selbst wenn die elektrische Ladung, die einem Potenzial eines Signals entspricht, das in dem Kondensator 102 gehalten wird, zum Zeitpunkt des Lesens von Daten aus der Speicherzelle (der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100) geändert (beschädigt) wird, ein Signal, welches dem Potenzial des Signals entspricht, in dem Verriegelungsleseverstärker gehalten und erneut in die Speicherzelle (die Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100) geschrieben werden.
  • Eine weitere spezifische Ausführungsform des Leseverstärkers 401 wird unter Bezugnahme auf die 3A und 3B untenstehend beschrieben.
  • Der Leseverstärker 401, der in den 3A und 3B dargestellt ist, ist ein Beispiel für einen Verriegelungsleseverstärker, der Verriegelungsschaltungen 443 umfasst (oder durch sie gebildet wird). Die Verriegelungsschaltung 443 kann zum Beispiel unter Verwendung eines Inverters 444 und eines Inverters 445 gebildet werden. Der Leseverstärker 401 umfasst n Verriegelungsschaltungen 443, und jede der n Verrieglungsschaltungen 443 ist in den Bitleitungen BL1 bis BLn angeordnet, die in der Speicherzellenmatrix 400 vorgesehen sind. Die Potenziale der Bitleitungen BL1 bis BLn können durch die n Verriegelungsschaltungen 443 verstärkt und von den Ausgangsanschlüssen AUS1 bis AUSn ausgegeben werden. Dabei basiert das Potenzial der Bitleitung auf einem Potenzial eines Signals, das in einer Speicherzelle gehalten wird, die elektrisch mit der Bitleitung verbunden ist und von welcher Daten selektiv gelesen werden. Somit entspricht ein Signal (ein verstärktes Signal), das von dem Ausgangsanschluss der Verriegelungsschaltung 443 ausgegeben wird, den Daten, die in der Speicherzelle gehalten werden, von welcher Daten selektiv gelesen werden. Auf diese Weise können Daten, die in jeder Speicherzelle in der Speicherzellenmatrix 400 gehalten werden, von dem Leseverstärker 401, der die n Verriegelungsschaltungen 443 enthält, erfasst werden.
  • Ferner kann jede der n Verriegelungsschaltungen 443 ein verstärktes Signal halten. Daher kann, selbst wenn Daten zum Zeitpunkt des Lesens der Daten aus der Speicherzelle in der Speicherzellenmatrix 400 beschädigt sind, ein entsprechendes Signal in den n Verriegelungsschaltungen 443 gehalten und erneut in die Speicherzelle geschrieben werden.
  • Da der Leseverstärker 401, der die Verriegelungsschaltung 443 enthält, die in jeder der 3A und 3B dargestellt ist, die Funktion hat, ein Signal wie oben beschrieben zu halten, kann der Leseverstärker 401 als Speicherschaltung für temporären Speicher verwendet werden. Zum Beispiel kann der Leseverstärker 401, der die Verriegelungsschaltung 443 enthält, als eine Schaltung (beispielsweise ein Seitenpuffer) zum temporären Halten von Daten verwendet werden, die außerhalb des Speichers 2005 eingegeben werden.
  • (Konfiguration der Vorladeschaltung)
  • Als nächstes wird eine spezifische Ausführungsform der Konfiguration der Vorladeschaltung 402 in 2A unter Bezug auf 3C beschrieben. In 3C umfasst die Vorladeschaltung 402 eine Vorladeleitung PR und eine Vielzahl von Schaltern 446. Jeder der Schalter 446 kann in den Bitleitungen BL1 bis BLn in der Speicherzellenmatrix 400 vorgesehen sein. Eine elektrische Verbindung zwischen jeder Bitleitung und der Vorladeleitung PR wird durch jeden Schalter 446 ausgewählt, und das Potenzial (das Vorladepotenzial) der Vorladeleitung PR kann in jede Bitleitung eingegeben werden. Zum Beispiel können ein analoger Schalter, ein Transistor oder dergleichen als der Schalter 446 verwendet werden. Alternativ kann eine arithmetische Schaltung, in die eines oder beide von einem Taktsignal und einem invertierten Signal des Taktsignals eingegeben werden, als der Schalter 446 verwendet werden.
  • Das Vorstehende ist die Beschreibung des Speichers 2005.
  • Wie oben beschrieben wird in dem Speicher 2005, der die Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 umfasst, ein regelmäßiges Datenrückschreiben (im Folgenden auch als Aktualisierungsoperation bezeichnet) nicht benötigt oder die Häufigkeit der Aktualisierungsoperation kann deutlich verringert werden. Bei Verwendung des Speichers 2005 kann ein Standard-Aus Steuerverfahren leicht durchgeführt werden und der Stromverbrauch der Signalverarbeitungsschaltung kann reduziert werden.
  • Wie oben beschrieben kann ein Standard-Aus Steuerverfahren durchgeführt werden, da die Signalverarbeitungsschaltung 2000, die in dieser Weiterbildung beschrieben ist, Daten für eine lange Zeit fortgesetzt halten kann, selbst nachdem die Bereitstellung der Versorgungsspannung beendet ist. Dementsprechend kann der Stromverbrauch der Signalverarbeitungsschaltung 2000 drastisch reduziert werden. Die Signalverarbeitungsschaltung 2000 kann eine vorbestimmte Verarbeitung von gehaltenen Daten beginnen, kurz nachdem die Bereitstellung der Versorgungsspannung ausgewählt wird. Daher kann die Zeit von der Auswahl der Bereitstellung der Versorgungsspannung bis zum Beginn einer vorbestimmten Verarbeitung in der Signalverarbeitungsschaltung 2000 verkürzt werden. Außerdem wird eine vorbestimmte Verarbeitung unter Verwendung einer Speicherschaltung für flüchtigen Speicher in einem Modul, das mit Versorgungsspannung versorgt wird, ausgeführt; deshalb kann die Zugriffsgeschwindigkeit der Signalverarbeitungsschaltung 2000 erhöht werden. Ferner wird eine sehr zuverlässige Schaltung, für die die Anzahl, wie oft Daten geschrieben werden können, hoch ist, als die Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher für die Signalverarbeitungsschaltung 2000 verwendet; deshalb können die Haltbarkeit und die Zuverlässigkeit der Signalverarbeitungsschaltung 2000 verbessert werden.
  • Insbesondere können die folgenden vorteilhaften Auswirkungen in einer solchen Weise erzielt werden, dass je eine Gruppe aus der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 und der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 zum Speichern von Daten, die in der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 gehalten werden, für das Register 2004 und die Steuerschaltung 2002 oder für das Register 2004, die Steuerschaltung 2002 und das ALU 2003 vorgesehen ist, dass die Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 für den Speicher 2005 vorgesehen ist, und dass die Bereitstellung der Versorgungsspannung zu jedem Modul durch die Stromversorgungsschaltung 2006 gesteuert wird.
  • Ohne Verschieben von Daten zwischen Modulen, können Bereitstellung und Bereithaltung von Daten vor und nach der Bereitstellung der Versorgungsspannung durchgeführt werden. Daher ist es nicht notwendig, einen speziellen Signalweg (einen Weg oder einen Scanpfad) zum Durchführen von Bereitstellung und Bereithaltung von Daten zwischen Modulen vorzusehen, und die Schaltungsgröße der Signalverarbeitungsschaltung 2000 kann leicht vergrößert werden.
  • [Ausführungsform 2]
  • Eine Weiterbildung des Standard-Aus Steuerverfahrens der Signalverarbeitungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf ein Flussdiagramm näher beschrieben. 15 ist ein Flussdiagramm, welches einen Vorgang darstellt, mit dem ein Zustand erreicht wird, in dem die Zufuhr der Versorgungsspannung zu allen Modulen der Signalverarbeitungsschaltung gestoppt wird (im Folgenden wird dieser Zustand auch als Standby-Modus bezeichnet). 5 ist ein Flussdiagramm, welches den Vorgang zum Auswählen des Modus des Bereitstellens der Versorgungsspannung an alle Module oder an einige der Module in einem Standby-Modus darstellt. 4 ist ein Flussdiagramm, welches den Betrieb, nachdem die Versorgungsspannung an alle Module oder an einige der Module geliefert wird, und bevor die Lieferung der Versorgungsspannung in allen Modulen oder in einigen der Module beendet wird, darstellt. Man beachte, dass die in den 1A bis 1E verwendeten Bezugszeichen für die Beschreibung verwendet werden.
  • 15 stellt den Betrieb des Decoders 2001, der Steuerschaltung 2002, des ALU 2003, des Registers 2004, des Speichers 2005 und der Stromversorgungsschaltung 2006 vor einem Zustand dar, in dem die Lieferung der Versorgungsspannung in allen Modulen der Signalverarbeitungsschaltung 2000 gestoppt wird (ein Standby-Modus).
  • Während Versorgungsspannung an die Signalverarbeitungsschaltung 2000 geliefert wird, werden Daten in jedem von der Steuerschaltung 2002, dem ALU 2003 und dem Register 2004 gespeichert (”Datenspeicherung während Zufuhr der Versorgungsspannung” in 15). Der Vorgang zur Datenspeicherung in der Steuerschaltung 2002, dem ALU 2003 und dem Register 2004 ähnelt dem in Ausführungsform 1. Darüber hinaus werden Daten in den Speicher 2005 geschrieben (”Datenspeicherung” in 15).
  • Danach gibt der Decoder 2001 einen Befehl an die Steuerschaltung 2002 aus (”Standby-Befehl an Steuerschaltung ausgeben” in 15), um die Zufuhr der Versorgungsspannung in allen Modulen zu stoppen (im Folgenden als Standby-Befehl bezeichnet). Auf diese Weise wird der Standby-Befehl an die Steuerschaltung 2002 eingegeben (”Standby-Befehl eingeben” in 15). Ausgehend von dem eingegebenen Standby-Befehl gibt die Steuerschaltung 2002 einen Standby-Befehl an alle Module aus. In der 15 wird die Zufuhr der Versorgungsspannung in der Steuerschaltung 2002, dem ALU 2003, dem Register 2004 und dem Speicher 2005 beendet; daher gibt die Steuerschaltung 2002 einen Standby-Befehl an das ALU 2003 und das Register 2004 aus (”Standby-Befehl an ALU und Register ausgeben” in 15), und Daten in der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher in der Steuerschaltung 2002 werden in der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher, die mit der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher eine Gruppe bildet, bereitgehalten („Datenbereithaltung” in 15). Die Konfiguration und der Vorgang zur Datenbereithaltung der Gruppe in der Steuerschaltung 2002 ähneln denen in Ausführungsform 1. Darüber hinaus hält das ALU 2003, wenn der Standby-Befehl von der Steuerschaltung 2002 an das ALU 2003 eingegeben wird (”Standby-Befehl eingeben” in 15), Daten, die in seiner Speicherschaltung für flüchtigen Speicher gehalten werden, in der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher, die mit der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher eine Gruppe bildet, bereit (”Datenbereithaltung” in 15). Die Konfiguration und der Vorgang zur Datenbereithaltung der Gruppe in dem ALU 2003 ähneln denen in Ausführungsform 1.
  • Wenn der Standby-Befehl von der Steuerschaltung 2002 in das Register 2004 eingegeben wird (”Standby-Befehl eingegeben” in 15), hält das Register 2004 Daten, die in seiner Speicherschaltung für flüchtigen Speicher gehalten werden, in der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher, die mit der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher eine Gruppe bildet, bereit (”Datenbereitbehaltung” in 15). Die Konfiguration und der Vorgang zur Datenbereithaltung der Gruppe in dem Register 2004 ähneln denen in Ausführungsform 1.
  • Auf diese Weise gibt der Decoder 2001, nachdem die Datenbereithaltung in der Steuerschaltung 2002, dem ALU 2003 und dem Register 2004 abgeschlossen ist, einen Standby-Befehl an die Stromversorgungsschaltung 2006 aus (”Standby-Befehl an Stromversorgungsschaltung ausgeben” in 15). Wenn der Standby-Befehl an die Stromversorgungsschaltung 2006 eingegeben wird (”Standby-Befehl eingegeben” in 15), stoppt die Stromversorgungsschaltung 2006 die Lieferung der Versorgungsspannung an die Module auf der Basis des Standby-Befehls (”Stoppen der Zufuhr der Versorgungsspannung an alle Module (Standby-Modus)” in 15). Man beachte, dass die Zufuhr der Versorgungsspannung beendet werden kann, ohne eine Datensicherung oder dergleichen durchzuführen, da der Speicher 2005, wie in Ausführungsform 1 beschrieben, als eine Speicherzelle die Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher enthält, die die Daten fortgesetzt halten kann, auch wenn die Zufuhr der Versorgungsspannung gestoppt wird. Hier entspricht ein Stoppen der Zufuhr der Versorgungsspannung in einem vorbestimmten Modul in dem Fall, dass eine Spannung, die einer Differenz zwischen einem hohen Strompotenzial und einem niedrigen Strompotenzial entspricht, an das Modul als ein Strompotenzial geliefert wird, dem Vorgang eines Beendens der Zufuhr von einem der Potenziale oder dem Vorgang, bei dem eines der Potenziale dem anderen der Potenziale gleichgesetzt wird.
  • Das Vorstehende ist eine Beschreibung des Vorgangs, um einen Zustand zu erreichen (Standby-Modus), in dem die Zufuhr der Versorgungsspannung in allen Modulen der Signalverarbeitungsschaltung 2000 eingestellt wird. Als nächstes wird der Vorgang des Auswählen des Modus der Zufuhr der Versorgungsspannung an alle Module oder an einige der Module aus dem Standby-Modus beschrieben.
  • 5 stellt den Betrieb des Decoders 2001, der Steuerschaltung 2002, des ALU 2003, des Registers 2004, des Speichers 2005 und der Stromversorgungsschaltung 2006 dar, bevor die Zufuhr der Versorgungsspannung in allen Modulen oder einigen der Module aus einem Standby-Modus ausgewählt wird.
  • Zuerst wählt der Decoder 2001 ein Modul aus, an welches Versorgungsspannung geliefert wird (”Modul auswählen, an das Versorgungsspannung geliefert wird” in 5). Verlaufsinformationen über Befehle, die zuvor von dem Decoder 2001 empfangen wurden, können für diese Auswahl verwendet werden. Beispielsweise kann ein Modul, das betrieben werden wird, vorhergesagt werden und die Zufuhr der Versorgungsspannung zu dem Modul kann ausgewählt werden. 5 veranschaulicht ein Beispiel, in dem die Lieferung der Versorgungsspannung in der Steuerschaltung 2002, dem ALU 2003, dem Register 2004 und dem Speicher 2005 wiederaufgenommen wird. Allerdings kann die Versorgungsspannung selektiv einigen dieser Module zugeführt werden.
  • Nachdem das Modul, an welches eine Versorgungsspannung geliefert wird, ausgewählt wurde, werden Informationen darüber, an welches Modul eine Versorgungsspannung geliefert wird (im Folgenden als Versorgungsinformationen bezeichnet) an die Stromversorgungsschaltung 2006 ausgegeben (”Ausgabe von Versorgungsinformationen an die Stromversorgungsschaltung” in 5). Wenn die Versorgungsinformationen an die Stromversorgungsschaltung 2006 in dieser Weise eingegeben werden (”Versorgungsinformationen eingeben” in 5), liefert die Stromversorgungsschaltung 2006 eine Versorgungsspannung an das Modul auf der Grundlage der Versorgungsinformationen (”Beginn der Lieferung der Versorgungsspannung an das Modul, in dem die Zufuhr der Versorgungsspannung gewählt ist” in 5). Man beachte, dass in dem Fall, in dem der Speicher 2005 in dem Modul, in dem die Zufuhr der Versorgungsspannung ausgewählt ist, enthalten ist, eine Versorgungsspannung auch an den Speicher 2005 geliefert wird.
  • Nachdem die Versorgungsspannung bereitgestellt wird, gibt der Decoder 2001 Versorgungsinformationen an die Steuerschaltung 2002 aus (”Ausgabe von Versorgungsinformationen an die Steuerschaltung” in 5). Auf diese Weise werden die Versorgungsinformationen an die Steuerschaltung 2002 eingegeben (”Versorgungsinformationen eingeben” in 5). Auf der Grundlage der Versorgungsinformationen, die an die Steuerschaltung 2002 eingegeben werden, werden Versorgungsinformationen an das Modul, zu dem die Versorgungsspannung geliefert wird, ausgegeben. 5 veranschaulicht ein Beispiel, in dem eine Versorgungsspannung der Steuerschaltung 2002, dem ALU 2003, dem Register 2004 und dem Speicher 2005 zugeführt wird. Die Steuerschaltung 2002 gibt Versorgungsinformationen an das ALU 2003 und das Register 2004 aus (”Ausgabe von Versorgungsinformationen an das ALU und das Register” in 5), und Daten in der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher in der Steuerschaltung 2002 werden an die Speicherschaltung für flüchtigen Speicher, die mit der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher eine Gruppe bildet, eingegeben (”Datenlieferung” in 5). Die Konfiguration und der Vorgang der Datenbereitstellung der Gruppe in der Steuerschaltung 2002 ähneln denen in Ausführungsform 1. Darüber hinaus gibt das ALU 2003, wenn die Versorgungsinformationen von der Steuerschaltung 2002 an das ALU 2003 eingegeben werden (”Versorgungsinformationen eingeben” in 5), Daten, die in seiner Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher gehalten werden, in die Speicherschaltung für flüchtigen Speicher ein, die mit der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher eine Gruppe bildet (”Datenlieferung” in 5). Die Konfiguration und der Vorgang der Datenbereitstellung der Gruppe in dem ALU 2003 ähneln denen in Ausführungsform 1. Wenn die Versorgungsinformationen von der Steuerschaltung 2002 in das Register 2004 eingegeben werden (”Versorgungsinformationen eingeben” in 5), gibt das Register 2004 Daten, die in seiner Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher gehalten werden, in die Speicherschaltung für flüchtigen Speicher ein, die mit der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher eine Gruppe bildet (”Datenlieferung” in 5). Die Konfiguration und der Vorgang der Datenbereitstellung der Gruppe in dem Register 2004 ähneln denen in Ausführungsform 1. Man beachte, dass der Speicher 2005, wie in Ausführungsform 1 beschrieben, als eine Speicherzelle die Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher umfasst, die die Daten fortgesetzt halten kann, auch wenn die Zufuhr der Versorgungsspannung gestoppt wird.
  • Wie oben beschrieben kann eine Versorgungsspannung an die Steuerschaltung 2002, das ALU 2003, das Register 2004 und den Speicher 2005 bereitgestellt werden, und diese Module können betrieben werden und eine vorbestimmte Verarbeitung kann sofort durchgeführt werden (”Betrieb aller Module” in 5). Man beachte, dass, obwohl ein Beispiel in 5 dargestellt ist, in dem eine Versorgungsspannung an die Steuerschaltung 2002, das ALU 2003, das Register 2004 und den Speicher 2005 geliefert wird, eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Während eine Versorgungsspannung zu einigen dieser Module zugeführt wird, kann die Zufuhr der Versorgungsspannung in den anderen Modulen gestoppt bleiben. In diesem Fall wird der Vorgang der Bereitstellung von Daten nur in dem Modul durchgeführt, zu dem die Versorgungsspannung aufgrund der Versorgungsinformationen geliefert wird, und einige der Module werden in einen Betriebszustand versetzt.
  • Das Vorstehende ist die Beschreibung des Betriebs, bevor der Modus der Zufuhr von Versorgungsspannung in allen Modulen oder in einigen der Module aus dem Standby-Modus ausgewählt wird.
  • 4 zeigt den Betrieb des Decoders 2001, der Steuerschaltung 2002, des ALU 2003, des Registers 2004, des Speichers 2005 und der Stromversorgungsschaltung 2006, nachdem eine Versorgungsspannung zu allen Modulen oder zu einigen der Module zugeführt wird, und bevor die Zufuhr der Versorgungsspannung in allen Modulen oder einigen der Module beendet wird.
  • Zuerst wählt der Decoder 2001 ein Modul, in dem die Zufuhr der Versorgungsspannung beendet ist (”Ausgeschaltetes Modul auswählen” in 4). Verlaufsinformationen über Befehle, die zuvor von dem Decoder 2001 empfangen wurden, und die Versorgungsinformationen können für diese Auswahl verwendet werden. Zum Beispiel kann in dem Fall, in dem Verlaufsinformationen über aufeinanderfolgenden Empfang und so weiter von Befehlen vorliegen, die nicht den Betrieb eines bestimmten Moduls erfordern, und in dem die Versorgungsspannung an das Modul aufgrund der Versorgungsinformationen geliefert wird, ein Stopp der Lieferung von Versorgungsspannung an das Modul durch die Vorhersage, dass das Modul für eine Weile nicht betrieben werden wird, gewählt werden. Der Decoder 2001 kann aktuelle Verlaufsinformationen für jeden vorgegebenen Zeitraum erwerben. 4 veranschaulicht ein Beispiel, in dem die Lieferung der Versorgungsspannung an alle Module (die Steuerschaltung 2002, das ALU 2003, das Register 2004 und den Speicher 2005) gestoppt wird, nachdem die Versorgungsspannung diesen Modulen zugeführt wird (”Betrieb aller Module” in 4). Allerdings kann die Zufuhr der Versorgungsspannung auch selektiv in einigen dieser Module beendet werden.
  • Nachdem das Modul, in dem die Zufuhr der Versorgungsspannung beendet wird, ausgewählt wurde, werden Informationen darüber, welches mit einer Versorgungsspannung versorgte Modul angehalten wird, (im Folgenden als Ausschalt-Informationen bezeichnet) an die Steuerschaltung 2002 ausgegeben (”Ausgeben von Ausschalt-Informationen an Steuerschaltung” in 4). Auf diese Weise werden die Ausschalt-Informationen an die Steuerschaltung 2002 eingegeben (”Ausschalt-Informationen eingeben” in 4). Auf der Grundlage der Ausschalt-Informationen, die an die Steuerschaltung 2002 eingegeben werden, werden Ausschalt-Informationen an das Modul ausgegeben, in dem die Zufuhr der Versorgungsspannung beendet wird. 4 veranschaulicht ein Beispiel, in dem die Zufuhr der Versorgungsspannung in der Steuerschaltung 2002, dem ALU 2003, dem Register 2004 und dem Speicher 2005 beendet wird. Die Steuerschaltung 2002 gibt Ausschalt-Informationen an das ALU 2003 und das Register 2004 aus (”Ausgeben von Ausschalt-Informationen an ALU und Register” in 4), und Daten in der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher in der Steuerschaltung 2002 werden in der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher, die mit der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher eine Gruppe bildet, bereitgehalten (”Datenbereithaltung” in 4). Die Konfiguration und der Vorgang der Datenbereithaltung der Gruppe in der Steuerschaltung 2002 ähneln denen in Ausführungsform 1. Darüber hinaus gibt das ALU 2003, wenn die Ausschalt-Informationen von der Steuerschaltung 2002 an das ALU 2003 eingegeben werden (”Ausschalt-Informationen eingeben” in 4), Daten, die in seiner Speicherschaltung für flüchtigen Speicher gehalten werden, an die Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher ein, die mit der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher eine Gruppe bildet (”Datenbereithaltung” in 4). Die Konfiguration und der Vorgang der Datenbereithaltung der Gruppe in der ALU 2003 ähneln denen in Ausführungsform 1. Wenn die Ausschalt-Informationen von der Steuerschaltung 2002 an das Register 2004 eingegeben werden (”Ausschalt-Informationen eingeben” in 4), hält das Register 2004 Daten, die in seiner Speicherschaltung für flüchtigen Speicher gehalten werden, in der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher, die mit der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher eine Gruppe bildet, bereit (”Datenbereithaltung” in 4). Die Konfiguration und der Vorgang der Datenbereithaltung der Gruppe in dem Register 2004 ähneln denen in Ausführungsform 1.
  • Auf diese Weise gibt der Decoder 2001, nachdem die Datenbereithaltung in der Steuerschaltung 2002, dem ALU 2003 und dem Register 2004 in den Modulen, in denen die Zufuhr der Versorgungsspannung beendet wird, abgeschlossen ist, Ausschalt-Informationen an die Stromversorgungsschaltung 2006 aus (”Ausschalt-Informationen an Stromversorgungsschaltung ausgeben” in 4). Wenn die Ausschalt-Informationen an die Stromversorgungsschaltung 2006 eingegeben werden (”Ausschalt-Informationen eingeben” in 4), stoppt die Stromversorgungsschaltung 2006 die Zufuhr der Versorgungsspannung zu den Modulen auf der Grundlage der Ausschalt-Informationen (”Stoppen der Zufuhr der Versorgungsspannung zu dem Modul, für das Ausschalten ausgewählt ist” in 4). Man beachte, dass in dem Fall, in welchem der Speicher 2005 in den Modulen enthalten ist, die zum Ausschalten ausgewählt werden, die Zufuhr der Versorgungsspannung auch zu dem Speicher 2005 gestoppt wird. Man beachte, dass die Zufuhr der Versorgungsspannung beendet werden kann, ohne eine Datensicherung oder dergleichen durchzuführen, da der Speicher 2005, wie in Ausführungsform 1 beschrieben, als eine Speicherzelle die Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher enthält, die die Daten fortgesetzt halten kann, auch wenn die Zufuhr der Versorgungsspannung gestoppt wird. Hier entspricht ein Stoppen der Zufuhr der Versorgungsspannung in einem vorbestimmten Modul in dem Fall, dass eine Spannung, die einer Differenz zwischen einem hohen Strompotenzial und einem niedrigen Strompotenzial entspricht, an das Modul als ein Strompotenzial geliefert wird, dem Vorgang eines Beendens der Zufuhr von einem der Potenziale oder dem Vorgang, bei dem eines der Potenziale dem anderen der Potenziale gleichgesetzt wird.
  • Das Vorstehende ist die Beschreibung des Betriebs, nachdem eine Versorgungsspannung zu allen Modulen oder zu einigen der Module zugeführt wird, und bevor die Zufuhr der Versorgungsspannung in allen Modulen oder einigen der Module beendet wird.
  • Wie oben beschrieben kann die Signalverarbeitungsschaltung 2000 ein Standard-Aus Steuerverfahren durchführen, in dem eine Stromversorgungsspannung nur dann bereitgestellt wird, wenn sie benötigt wird, um alle Module oder einige der Module zu betreiben. Dementsprechend kann der Stromverbrauch der Signalverarbeitungsschaltung 2000 drastisch reduziert werden. Jedes Modul der Signalverarbeitungsschaltung 2000 kann eine vorbestimmte Verarbeitung von gehaltenen Daten beginnen, kurz nachdem die Bereitstellung der Versorgungsspannung ausgewählt wird. Daher kann die Zeit von der Auswahl der Bereitstellung der Versorgungsspannung bis zum Beginn einer vorbestimmten Verarbeitung in der Signalverarbeitungsschaltung 2000 verkürzt werden. Außerdem wird eine vorbestimmte Verarbeitung unter Verwendung einer Speicherschaltung für flüchtigen Speicher in einem Modul, das mit Versorgungsspannung versorgt wird, ausgeführt; deshalb kann die Zugriffsgeschwindigkeit der Signalverarbeitungsschaltung 2000 erhöht werden. Ferner wird eine sehr zuverlässige Schaltung, für die die Anzahl, wie oft Daten geschrieben werden können, hoch ist, als die Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher für die Signalverarbeitungsschaltung 2000 verwendet; deshalb können die Haltbarkeit und die Zuverlässigkeit der Signalverarbeitungsschaltung 2000 verbessert werden.
  • Insbesondere können die folgenden vorteilhaften Auswirkungen in einer solchen Weise erzielt werden, dass je eine Gruppe aus der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 und der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 zum Speichern von Daten, die in der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 gehalten werden, für das Register 2004 und die Steuerschaltung 2002 oder für das Register 2004, die Steuerschaltung 2002 und das ALU 2003 vorgesehen ist, dass die Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 für den Speicher 2005 vorgesehen ist, und dass die Bereitstellung der Versorgungsspannung zu jedem Modul durch die Stromversorgungsschaltung 2006 gesteuert wird.
  • Ohne Verschieben von Daten zwischen Modulen können Bereitstellung und Bereithaltung von Daten vor und nach der Bereitstellung der Versorgungsspannung durchgeführt werden. Daher ist es nicht notwendig, einen speziellen Signalweg (einen Weg oder einen Scanpfad) zum Durchführen von Bereitstellung und Bereithaltung von Daten zwischen Modulen vorzusehen, und die Schaltungsgröße der Signalverarbeitungsschaltung 2000 kann leicht vergrößert werden.
  • [Ausführungsform 3]
  • In dieser Ausführungsform wird eine genauere Konfiguration der Signalverarbeitungsschaltung 2000, die in Ausführungsform 1 beschrieben wurde, beschrieben. Man beachte, dass die in den 1A bis 1E verwendeten Bezugszeichen für die Beschreibung verwendet werden.
  • 6A ist eine Querschnittsansicht der Signalverarbeitungsschaltung 2000. In 6A ist die linke Hälfte eine Querschnittsansicht eines Bereichs, in dem die Steuerschaltung 2002, das ALU 2003 und das Register 2004 gebildet werden. Von den Gruppen aus der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 und der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 in der Steuerschaltung 2002, dem ALU 2003 und dem Register 2004 werden beispielhaft ein Transistor 103a, der in der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 enthalten ist, ein Transistor 101a, der in der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 enthalten ist (entsprechend dem Transistor 101 in 1B oder 1D), und ein Kondensator 102a (entsprechend dem Kondensator 102 in 1B oder 1D) dargestellt. Die rechte Hälfte in 6A ist eine Querschnittsansicht eines Bereichs, in dem der Speicher 2005 gebildet wird. Ein Transistor 101b (entsprechend dem Transistor 101 in 1B oder 1D) und ein Kondensator 102b (entsprechend dem Kondensator 102 in 1B oder 1D), die in einer Speicherzelle (der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100) des Speichers 2005 enhalten sind, sind beispielhaft dargestellt. Man beachte, dass zum Beispiel ein Transistor 103b unterhalb des Transistors 101b, der in der Speicherzelle des Speichers 2005 enthalten ist, mit gegenseitigem Überlapp vorgesehen werden kann. In 6A werden der Transistor 103a und der Transistor 103b über einem Substrat 700 gebildet, der Transistor 101a und der Transistor 101b werden über dem Transistor 103a und dem Transistor 103b mit einer dazwischen vorgesehenen isolierenden Zwischenschicht gebildet, und der Kondensator 102a und der Kondensator 102b werden über dem Transistor 101a und dem Transistor 101b gebildet.
  • In 6A können der Transistor 103a und der Transistor 103b in den gleichen Schritten gebildet werden. Der Transistor 101a und der Transistor 101b können in den gleichen Schritten gebildet werden. Hier bedeutet Bilden einer Vielzahl von Transistoren in den gleichen Schritten, dass Gate-Elektroden der Vielzahl von Transistoren durch Ätzen eines leitenden Films gebildet werden; Gate-Isolierfilme der Vielzahl von Transistoren werden unter Verwendung eines Isolierfilms (oder durch Ätzen eines Isolierfilms) gebildet; und Source-Elektroden und Drain-Elektroden der Vielzahl von Transistoren werden durch Ätzen eines leitenden Films gebildet. Man beachte, dass in Falle von Transistoren mit in Halbleiterschichten gebildeten Kanälen dieselben Schritte die Bildung der aktiven Schichten der Vielzahl von Transistoren durch Ätzen einer Halbleiterschicht (eines Halbleiterfilms) enthalten.
  • In 6A können der Kondensator 102a und dem Kondensator 102b in den gleichen Schritten gebildet werden. Hier bedeutet Bilden einer Vielzahl von Kondensatoren in den gleichen Schritten, dass die einen Elektroden von Paaren von Elektroden der Vielzahl von Kondensatoren durch Ätzen eines leitenden Films gebildet werden; dielektrische Schichten der Vielzahl von Kondensatoren werden unter Verwendung eines Isolierfilms (oder durch Ätzen eines Isolierfilms) gebildet; und die anderen der Paare von Elektroden der Vielzahl von Kondensatoren werden unter Verwendung eines leitenden Films (oder durch Ätzen eines leitenden Films) gebildet.
  • Man beachte, dass der Kondensator 102a in den 6A und 6B eine Elektrode 301a eines Paares von Elektroden, eine dielektrische Schicht 302a und die andere Elektrode 303 des Paares von Elektroden umfasst. Der Kondensator 102b umfasst eine Elektrode 301b eines Paares von Elektroden, die dielektrische Schicht 302a und die andere Elektrode 303 des Paares von Elektroden. Die dielektrische Schicht 302a des Kondensators 102a und die dielektrische Schicht 302a des Kondensators 102b können gemeinsam, ohne voneinander getrennt zu sein, vorgesehen sein. Zusätzlich können die andere Elektrode 303 des Paares von Elektroden des Kondensators 102a und die andere Elektrode 303 des Paares von Elektroden des Kondensators 102b gemeinsam, ohne voneinander getrennt zu sein, vorgesehen sein. In diesem Fall kann eine leitfähige Schicht (die andere Elektrode 303 des Paares von Elektroden des Kondensators 102a und die andere Elektrode 303 des Paares von Elektroden des Kondensators 102b), die gemeinsam, ohne voneinander getrennt zu sein, vorgesehen ist, als eine Abschirmschicht (z. B. eine ein elektrisches Feld abschirmende Schicht) oder als eine lichtabschirmende Schicht der Signalverarbeitungsschaltung 2000 verwendet werden. Zum Beispiel kann, wenn die leitfähige Schicht so vorgesehen ist, dass sie Elemente wie Transistoren, die in der Signalverarbeitungsschaltung 2000 enthalten sind, (z. B. den Transistor 103a, den Transistor 103b, den Transistor 101a und den Transistor 101b) bedeckt, die nachteilige Wirkung eines externen elektrischen Felds oder dergleichen auf die Elemente, die in der Signalverarbeitungsschaltung 2000 enthalten sind, reduziert werden. Wie oben beschrieben kann, wenn die andere Elektrode 303 des Paares von Elektroden des Kondensators 102a und die andere Elektrode 303 des Paares von Elektroden des Kondensators 102b als eine Abschirmschicht oder eine Licht blockierende Schicht dienen, die höchst zuverlässige Signalverarbeitungsschaltung 2000 zur Verfügung gestellt werden, ohne die Anzahl von Herstellungsprozessen (oder Schritten) zu erhöhen.
  • 6B ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Konfiguration der Signalverarbeitungsschaltung 2000 darstellt. Die Signalverarbeitungsschaltung 2000 kann umfassen: eine Schaltkreisgruppe 1103, die über dem Substrat 700 ausgebildet ist und Transistoren ähnlich dem Transistor 103a und dem Transistor 103b aufweist; eine Schaltkreisgruppe 1101 und eine Schaltkreisgruppe 1111, die über der Schaltkreisgruppe 1103 so angeordnet sind, dass sie mit der Schaltkreisgruppe 1103 überlappen, und welche Transistoren ähnlich dem Transistor 101a und dem Transistor 101b aufweisen; und einen Bereich, der oberhalb der Schaltkreisgruppe 1101 und der Schaltkreisgruppe 1111 so angeordnet ist, dass er mit der Schaltkreisgruppe 1101 und der Schaltkreisgruppe 1111 überlappt, und der eine Vielzahl von Kondensatoren ähnlich dem Kondensator 102a und dem Kondensator 102b umfasst (in 6B ist exemplarisch nur die andere Elektrode 303 des Paares von Elektroden von jedem der Kondensatoren dargestellt). Dabei können die andere Elektrode 303 des Paares von Elektroden des Kondensators 102a und die andere Elektrode 303 des Paares von Elektroden des Kondensators 102b gemeinsam, ohne voneinander getrennt zu sein, so vorgesehen sein, dass sie die Schaltkreisgruppe 1103, die Schaltkreisgruppe 1101 und die Schaltkreisgruppe 1111 bedecken. Auf diese Weise werden die andere Elektrode 303 des Paares von Elektroden des Kondensators 102a und die andere Elektrode 303 des Paares von Elektroden des Kondensators 102b als eine Abschirmschicht der Signalverarbeitungsschaltung 2000 verwendet.
  • Die Schaltkreisgruppe 1103 können die Schaltungen, die in der Signalverarbeitungsschaltung 2000 enthalten sind, mit Ausnahme der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100 sein. Die Schaltkreisgruppe 1103 umfasst die Elemente, die in der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 enthalten sind, die Elemente, die in dem Speicher 2005 enthalten sind, mit Ausnahme der Speicherzellenmatrix 400 (z. B. den Zeilendecoder 404, den Spaltendecoder 403, den Leseverstärker 401 und die Vorladeschaltung 402) und dergleichen. Die Schaltkreisgruppe 1111 kann zum Beispiel die Transistoren 101 enthalten, die in den Speicherschaltungen für nichtflüchtigen Speicher 100 enthalten sind, die jeweils mit der Speicherschaltung für flüchtigen Speicher 200 in den Schaltungen, die in der Signalverarbeitungsschaltung 2000 enthalten sind, eine Gruppe bilden. Die Schaltkreisgruppe 1101 kann zum Beispiel mit den Transistoren 101 vorgesehen sein, die in den Speicherschaltungen für nichtflüchtigen Speicher 100 enthalten sind, die in der Speicherzellenmatrix 400 des Speichers 2005 in den in der Signalverarbeitungsschaltung 2000 enthaltenen Schaltungen enthalten sind. Die Kondensatoren 102, die in den Speicherschaltungen für nichtflüchtigen Speicher 100 in den in der Signalverarbeitungsschaltung 2000 enthaltenen Schaltungen enthalten sind, können oberhalb dieser Schaltkreisgruppen angeordnet werden.
  • Hier ist es wünschenswert, dass ein Teil 1101b der Schaltkreisgruppe 1103 mit den Elementen, die in dem Speicher 2005 enthalten sind, mit Ausnahme der Speicherzellenmatrix 400, (z. B. dem Zeilendecoder 404, dem Spaltendecoder 403, dem Leseverstärker 401 und der Vorladeschaltung 402) vorgesehen wird, und dass dieser Bereich (der Teil 1101b) mit der Schaltkreisgruppe 1101 überlappt. Dabei wird die Schaltkreisgruppe 1101 mit den Transistoren 101 in den Speicherschaltungen für nichtflüchtigen Speicher 100, die in der Speicherzellenmatrix 400 enthalten sind, vorgesehen. Daher kann ein Teil der Schaltung zum Steuern von Dateneingabe/-ausgabe in der Nähe der Speicherzellenmatrix 400 angeordnet werden.
  • Obwohl die 6A und 6B die Struktur darstellen, in der der Transistor 101a und der Transistor 101b über dem Transistor 103a und dem Transistor 103b gebildet werden, und der Kondensator 102a und der Kondensator 102b über dem Transistor 101a und dem Transistor 101b gebildet werden, ist ein Modus der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Schicht, die den Transistor 101a und den Transistor 101b enthält, und die Schicht, die den Kondensator 102a und den Kondensator 102b enthält, können oberhalb des Transistors 103a und des Transistors 103b gestapelt werden. 7 zeigt ein Beispiel einer Struktur für diesen Fall. In 7 sind über dem Transistor 103a und dem Transistor 103b die Schicht, die den Transistor 101a und den Transistor 101b enthält, die Schicht, die den Kondensator 102a und den Kondensator 102b enthält, eine Schicht, die einen Transistor 101c und einen Transistor 101d enthält, und eine Schicht, die einen Kondensator 102c und einen Kondensator 102d enthält, vorgesehen. Hier sind, im Gegensatz zu der Struktur in 6B, die andere Elektrode des Paares von Elektroden des Kondensators 102a und die andere Elektrode des Paares von Elektroden des Kondensators 102b voneinander getrennt. Dies erfolgt, um Schaltungen, die über dem Kondensator 102a und dem Kondensator 102b angeordnet sind, und Schaltungen, die unter dem Kondensator 102a und dem Kondensator 102b angeordnet sind, elektrisch miteinander zu verbinden. In 7 können die andere Elektrode des Paares von Elektroden des Kondensators 102c und die andere Elektrode des Paares von Elektroden des Kondensators 102d, die gemeinsam, ohne voneinander getrennt zu sein, vorgesehen sind, als eine Abschirmschicht der Signalverarbeitungsschaltung 2000 dienen. Auf diese Weise sind in einer mehrschichtigen Struktur aus der Schicht, die den Transistor 101a und den Transistor 101b enthält, und der Schicht, die den Kondensator 102a und den Kondensator 102b enthält, die über dem Transistor 103a und dem Transistor 103b angeordnet sind, die andere Elektrode des Paares von Elektroden des Kondensators 102c und die andere Elektrode des Paares von Elektroden des Kondensators 102d, die in einer obersten Schicht angeordnet sind, gemeinsam, ohne getrennt zu sein, vorgesehen und können jeweils als eine Abschirmschicht dienen.
  • [Ausführungsform 4]
  • Ein Verfahren zur Bildung der in 1A dargestellten Signalverarbeitungsschaltung 2000 wird beschrieben. In dieser Ausführungsform wird ein Verfahren zum Bilden der Signalverarbeitungsschaltung 2000 beschrieben, wobei ein Transistor 103 als ein Beispiel für die Elemente, die in den in der Signalverarbeitungsschaltung 2000 enthaltenen Schaltungen, mit Ausnahme der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher 100, umfasst sind, genannt wird, und ein Transistor 101 mit einem Kanal in einer Oxidhalbleiterschicht und ein Kondensator 102 als Beispiele für die Elemente, die in den in der Signalverarbeitungsschaltung 2000 enthaltenen Speicherschaltungen für nichtflüchtigen Speicher 100 enthalten sind, genannt werden. Der Fall, in dem ein Transistor mit einem Kanal in einer Siliciumschicht als der Transistor 103 verwendet wird, wird hier als ein Beispiel beschrieben.
  • Zunächst werden, wie in 8A dargestellt, ein Isolierfilm 701 und eine Halbleiterschicht 702, die von einem Einkristall-Halbleiter-Substrat abgetrennt wurde, über einem Substrat 700 gebildet.
  • Obwohl es keine besondere Beschränkung für ein Material gibt, das als das Substrat 700 verwendet werden kann, ist es notwendig, dass das Material mindestens eine Wärmebeständigkeit besitzt, die hoch genug ist, um einer nachfolgenden Wärmebehandlung zu widerstehen. Beispielsweise können ein Glassubstrat, welches durch ein Schmelzverfahren oder ein Float-Verfahren gebildet wird, ein Quarzsubstrat, ein Halbleitersubstrat, ein Keramiksubstrat oder dergleichen als das Substrat 700 verwendet werden. In dem Fall, dass die Temperatur für die nachfolgende Wärmebehandlung hoch ist, wird vorzugsweise ein Glassubstrat, dessen unterer Kühlpunkt höher als oder gleich 730°C ist, als das Glassubstrat verwendet.
  • In dieser Ausführungsform wird ein Beispiel, bei dem die Halbleiterschicht 702 unter Verwendung von Einkristall-Silicium gebildet wird, als ein Verfahren zur Bildung des Transistors 103 gegeben. Man beachte, dass ein spezielles Beispiel eines Verfahrens zur Bildung der Einkristall-Halbleiterschicht 702 kurz beschrieben wird. Zunächst tritt ein Ionenstrahl mit Ionen, die durch ein elektrisches Feld beschleunigt werden, in ein Bindungssubstrat (Bondsubstrat), welches das Einkristall-Halbleiter-Substrat ist, ein und eine zerbrechliche Schicht, die wegen einer lokalen Störung der Kristallstruktur zerbrechlich ist, wird in einem Bereich in einer gewissen Tiefe von einer Oberfläche des Bindungssubstrats gebildet. Die Tiefe, in der die zerbrechliche Schicht gebildet wird, kann über die Beschleunigungsenergie des Ionenstrahls und den Winkel, unter dem der Ionenstrahl eintritt, eingestellt werden. Dann werden das Bindungssubstrat und das Substrat 700, das mit dem Isolierfilm 701 vorgesehen ist, so miteinander verbunden, dass der Isolierfilm 701 dazwischen angeordnet ist. Nachdem das Bindungssubstrat und das Substrat 700 einander überlappen, wird ein Druck von ungefähr größer als oder gleich 1 N/cm2 und weniger als oder gleich 500 N/cm2, vorzugsweise größer als oder gleich 11 N/cm2 und weniger als oder gleich 20 N/cm2 auf einen Teil des Bindungssubstrats und einen Teil des Substrats 700 ausgeübt, so dass die Substrate aneinander gebunden werden. Wenn der Druck auf einen Teil des Bindungssubstrats und einen Teil des Substrats 700 ausgeübt wird, setzt die Bindung zwischen dem Bindungssubstrat und dem Isolierfilm 701 an diesen Teilen ein, woraus eine Bindung der gesamten Oberfläche dort, wo das Bindungssubstrat und der Isolierfilm 701 in engem Kontakt miteinander stehen, resultiert. Danach wird eine Wärmebehandlung durchgeführt, so dass mikroskopische Hohlräume, die in der zerbrechlichen Schicht existieren, verschmelzen und das Volumen der mikroskopischen Hohlräume erhöht wird. Dementsprechend wird ein Einkristall-Halbleiterfilm, der Bestandteil des Bindungssubstrats ist, von dem Bindungssubstrat entlang der zerbrechlichen Schicht abgetrennt. Die Temperatur der Wärmebehandlung wird so eingestellt, dass sie nicht den unteren Kühlpunkt des Substrats 700 überschreitet. Dann wird der Einkristall-Halbleiterfilm durch Ätzen oder dergleichen in eine gewünschte Form gebracht, so dass der Halbleiterfilm 702 gebildet werden kann.
  • Um die Schwellenspannung zu beeinflussen, kann ein Störstellenelement, welches p-Typ-Leitfähigkeit verleiht, wie etwa Bor, Aluminium oder Gallium, oder ein Störstellenelement, welches n-Typ-Leitfähigkeit verleiht, wie etwa Phosphor oder Arsen, dem Halbleiterfilm 702 hinzugefügt werden. Ein Störstellenelement zum Beeinflussen der Schwellenspannung kann dem Halbleiterfilm, der nicht geätzt wird, um eine vorbestimmte Form aufzuweisen, oder dem Halbleiterfilm 702, der geätzt wird, um eine vorbestimmte Form aufzuweisen, hinzugefügt werden. Alternativ kann das Störstellenelement zum Beeinflussen der Schwellenspannung dem Bindungssubstrat hinzugefügt werden. Alternativ kann das Störstellenelement dem Bindungssubstrat hinzugefügt werden, um grob die Schwellenspannung einzustellen, und das Störstellenelement kann des Weiteren dem Halbleiterfilm, der nicht geätzt wird, um eine vorbestimmte Form aufzuweisen, oder dem Halbleiterfilm 702, der geätzt wird, um eine vorbestimmte Form aufzuweisen, hinzugefügt werden, um eine Feineinstellung der Schwellenspannung vorzunehmen.
  • Man beachte, dass, obwohl der Einkristall-Halbleiterfilm in dieser Ausführungsform verwendet wird, die vorliegende Erfindung nicht auf diese Struktur beschränkt ist. Zum Beispiel kann ein polykristalliner, mikrokristalliner oder amorpher Halbleiterfilm, der über dem Isolierfilm 701 durch Abscheiden aus der Dampfphase gebildet wird, verwendet werden. Alternativ kann der Halbleiterfilm durch eine bekannte Technik kristallisiert werden. Als eine bekannte Kristallisationstechnik können Laserkristallisation unter Verwendung eines Laserstrahls oder Kristallisation unter Verwendung eines katalytischen Elements verwendet werden. Alternativ können Kristallisation unter Verwendung eines katalytischen Elements und Laserkristallisation in Kombination verwendet werden. Wenn ein wärmebeständiges Substrat, wie beispielsweise ein Quarzsubstrat, verwendet wird, können Kristallisation in Verbindung mit thermischer Kristallisation unter Verwendung eines elektrisch beheizten Ofens, Kristallisation durch Lampenheizung unter Verwendung von Infrarotlicht, Kristallisation unter Verwendung eines katalytischen Elements oder Hochtemperatur-Erhitzen auf etwa 950°C verwendet werden.
  • Anschließend wird, wie in 8B dargestellt, der Halbleiterfilm 702 in eine vorbestimmte Form verarbeitet, so dass eine Halbleiterschicht 704 gebildet wird. Dann wird ein Gate-Isolierfilm 703 über der Halbleiterschicht 704 gebildet.
  • Zum Beispiel kann der Gate-Isolierfilm 703 durch plasmagestützte CVD, Sputtern oder dergleichen unter Verwendung einer einzigen Schicht oder eines Stapels von Schichten aus einem Film, der Siliciumoxid, Siliciumnitridoxid, Siliciumoxinitrid, Siliciumnitrid, Hafniumoxid, Aluminiumoxid, Tantaloxid, Yttriumoxid, Hafniumsilikat (HfSixOy, (x > 0, y > 0)), Hafniumsilikat, zu dem Stickstoff hinzugefügt wird, (HfSixOyNz (x > 0, y > 0, z > 0)), Hafniumaluminat, zu dem Stickstoff hinzugefügt wird, (HfAlxOyNz, (x > 0, y > 0, z > 0)) oder dergleichen enthält, gebildet werden.
  • Man beachte, dass in dieser Beschreibung ein Oxinitrid eine Substanz ist, die mehr Sauerstoff als Stickstoff enthält, und ein Nitridoxid eine Substanz ist, die mehr Stickstoff als Sauerstoff enthält.
  • Die Dicke des Gate-Isolierfilms 703 kann z. B. größer als oder gleich 1 nm und kleiner oder gleich 100 nm, vorzugsweise größer als oder gleich 10 nm und kleiner als oder gleich 50 nm sein. In dieser Ausführungsform wird ein einlagiger Isolierfilm, der Siliciumoxid enthält, durch plasmagestützte CVD als der Gate-Isolierfilm 703 gebildet.
  • Anschließend wird, wie in 8C dargestellt, eine Gate-Elektrode 707 gebildet.
  • Ein leitender Film wird gebildet und dann in eine vorbestimmte Form gebracht, so dass die Gate-Elektrode 707 gebildet werden kann. Der leitende Film kann durch CVD, Sputtern, Abscheiden aus der Dampfphase, Rotationsbeschichten oder dergleichen gebildet werden. Für den leitenden Film können Tantal (Ta), Wolfram (W), Titan (Ti), Molybdän (Mo), Aluminium (Al), Kupfer (Cu), Chrom (Cr), Niob (Nb) oder dergleichen verwendet werden. Eine Legierung, die das Metall als Hauptbestandteil enthält, oder eine Verbindung, die das Metall enthält, können verwendet werden. Alternativ kann ein Halbleiterfilm wie z. B. polykristallines Silicium, das mit einem Störstellenelement, wie z. B. Phosphor, welches Leitfähigkeit verleiht, dotiert wird, verwendet werden.
  • Man beachte, dass, obwohl die Gate-Elektrode 707 in dieser Ausführungsform unter Verwendung eines einlagigen leitenden Films gebildet wird, diese Ausführungsform nicht auf diese Struktur beschränkt ist. Die Gate-Elektrode 707 kann aus einer Vielzahl von gestapelten leitenden Filmen gebildet werden.
  • Als eine Kombination von zwei leitenden Filmen können Tantalnitrid oder Tantal für einen ersten leitenden Film und Wolfram für einen zweiten leitenden Film verwendet werden. Neben dem Beispiel kann irgendeine der folgenden Kombinationen verwendet werden: Wolframnitrid und Wolfram, Molybdännitrid und Molybdän, Aluminium und Tantal, Aluminium und Titan, und dergleichen. Da Wolfram und Tantalnitrid eine hohe Wärmebeständigkeit aufweisen, kann die Wärmebehandlung zur thermischen Aktivierung in einem Schritt durchgeführt werden, nachdem die beiden leitenden Filme gebildet wurden. Alternativ können als Kombination der beiden leitenden Filme beispielsweise Nickelsilicid und Silicium, welches mit einem n-Typ-Leitfähigkeit verleihenden Störstellenelement dotiert ist, Wolframsilicid und Silicium, welches mit einem n-Typ-Leitfähigkeit verleihenden Störstellenelement dotiert ist, oder dergleichen verwendet werden.
  • Im Falle einer dreilagigen Struktur, in der drei oder mehr leitende Filme gestapelt sind, wird vorzugsweise eine Schichtstruktur aus einem Molybdänfilm, einem Aluminiumfilm und einem Molybdänfilm verwendet.
  • Ein lichtdurchlässiger, leitender Oxidfilm aus Indiumoxid, Indiumzinnoxid, Indiumzinkoxid, Zinkoxid, Zinkaluminiumoxid, Zinkaluminiumoxinitrid, Galliumzinkoxid oder dergleichen kann als die Gate-Elektrode 707 verwendet werden.
  • Alternativ kann die Gate-Elektrode 707 selektiv durch ein Tröpfchen-Austrag (droplet discharge) Verfahren ohne Verwendung einer Maske gebildet werden. Ein Tröpfchen-Austrag Verfahren ist ein Verfahren zum Bilden eines vorbestimmten Musters durch Austrag oder Ausstoß eines Tröpfchens mit einer vorbestimmten Zusammensetzung aus einer Öffnung und umfasst ein Tintenstrahl-Verfahren in seiner Kategorie.
  • Darüber hinaus kann die Gate-Elektrode 707 in einer Weise gebildet werden, dass ein leitender Film gebildet wird und dann durch ein Ätzverfahren mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP) unter geeigneten kontrollierten Bedingungen (z. B. die Menge von elektrischer Leistung, die an einer gewickelten Elektrodenschicht appliziert wird, die Menge von elektrischer Leistung, die an einer Elektrodenschicht auf der Seite des Substrats appliziert wird, und die Elektrodentemperatur auf der Seite des Substrats) geätzt wird, um in eine gewünschten Form verjüngt zu werden. Ferner kann ein Winkel und dergleichen der sich verjüngenden Form mittels der Form einer Maske kontrolliert werden. Man beachte, dass für ein Ätzgas nach Eignung ein Gas auf Chlorbasis, wie z. B. Chlor, Borchlorid, Siliciumchlorid oder Tetrachlorkohlenstoff, ein Gas auf Florbasis wie z. B. Tetrafluorkohlenstoff, Schwefelfluorid oder Stickstofffluorid oder Sauerstoff verwendet werden kann.
  • Anschließend werden in der Halbleiterschicht 704, wie in 8D dargestellt, ein Kanalbildungsbereich 710, der mit der Gate-Elektrode 707 überlappt, und ein Paar an Störstellenbereichen 709 gebildet, zwischen denen der Kanalbildungsbereich 710 angeordnet ist, wenn ein Störstellenelement, welches eine bestimmte Leitfähigkeit verleiht, der Halbleiterschicht 704 hinzugefügt wird, wobei die Gate-Elektrode 707 als Maske verwendet wird.
  • In dieser Ausführungsform wird der Fall, in dem ein p-Typ-Leitfähigkeit verleihendes Störstellenelement (z. B. Bor) der Halbleiterschicht 704 hinzugefügt wird, als ein Beispiel beschrieben.
  • Anschließend werden, wie in 9A dargestellt, ein Isolierfilm 712 und ein Isolierfilm 713 gebildet, um den Gate-Isolierfilm 703 und die Gate-Elektrode 707 zu bedecken. Insbesondere kann ein anorganischer Isolierfilm aus Siliciumoxid, Siliciumnitrid, Siliciumnitridoxid, Siliciumoxinitrid, Aluminiumnitrid, Aluminiumnitridoxid oder dergleichen als der Isolierfilm 712 und als der Isolierfilm 713 verwendet werden. Insbesondere werden der Isolierfilm 712 und der Isolierfilm 713 vorzugsweise unter Verwendung eines Materials mit niedriger dielektrischer Konstante (Niedrig-k-Material) gebildet, da eine Kapazität aufgrund der Überlappung von Elektroden oder Leiterbahnen hinreichend verringert werden kann. Man beachte, dass ein poröser Isolierfilm, der ein solches Material enthält, als der Isolierfilm 712 und als der Isolierfilm 713 verwendet werden kann. Da der poröse Isolierfilm eine geringere Dielektrizitätskonstante besitzt als ein dichter Isolierfilm, kann eine parasitäre Kapazität aufgrund von Elektroden oder Leitungen weiter reduziert werden.
  • In dieser Ausführungsform ist ein Beispiel, bei dem Siliciumoxinitrid für den Isolierfilm 712 verwendet wird und Siliciumnitridoxid für den Isolierfilm 713 verwendet wird, beschrieben. Darüber hinaus kann in dieser Ausführungsform, obwohl ein Beispiel, bei dem der Isolierfilm 712 und der Isolierfilm 713 über der Gate-Elektrode 707 gebildet werden, gezeigt wird, in der vorliegenden Erfindung nur ein Isolierfilm über der Gate-Elektrode 707 gebildet werden, oder eine Vielzahl von Isolierfilmen aus drei oder mehr Schichten können gestapelt werden.
  • Anschließend wird, wie in 9B dargestellt, der Isolierfilm 713 einem chemisch-mechanischen Polieren (CMP) oder einem Ätzen unterzogen, so dass die obere Oberfläche des Isolierfilms 713 planarisiert wird. Man beachte, dass es wünschenswert ist, eine Oberfläche des Isolierfilms 713 so weit wie möglich zu glätten, um die Eigenschaften des Transistors 101, der später gebildet wird, zu verbessern.
  • Durch die oben genannten Schritte kann der Transistor 103 gebildet werden.
  • Als nächstes wird ein Verfahren zum Bilden des Transistors 101 beschrieben. Zunächst wird, wie in 9C dargestellt, eine Oxidhalbleiterschicht 716 über dem Isolierfilm 713 gebildet.
  • Die Oxidhalbleiterschicht 716 kann durch die Verarbeitung eines Oxidhalbleiterfilms, der über dem Isolierfilm 713 gebildet ist, in eine gewünschte Form gebracht werden. Die Dicke des Oxidhalbleiterfilms ist größer oder gleich 2 nm und kleiner oder gleich 200 nm, vorzugsweise größer oder gleich 3 nm und kleiner oder gleich 50 nm, besonders vorzugsweise größer oder gleich 3 nm und kleiner oder gleich 20 nm. Der Oxidhalbleiterfilm wird durch Sputtern abgeschieden. Alternativ kann der Oxidhalbleiterfilm durch Sputtern in einer Edelgasatmosphäre (z. B. Argon), einer Sauerstoffatmosphäre oder einer gemischten Atmosphäre aus einem Edelgas (z. B. Argon) und Sauerstoff gebildet werden.
  • Man beachte, dass vorzugsweise Staub auf Oberflächen des Isolierfilms 713 durch umgekehrtes Sputtern, bei welchem ein Argongas eingeleitet und Plasma erzeugt wird, entfernt wird, bevor der Oxidhalbleiterfilm durch Sputtern abgeschieden wird. Das umgekehrte Sputtern ist ein Verfahren, bei dem eine HF-Energie-Quelle ohne Anlegen von Spannung an einer Targetseite zum Applizieren von Spannung an einer Substratseite in einer Argonatmosphäre verwendet wird und ein Plasma in der Nähe des Substrats erzeugt wird, so dass eine Substratoberfläche modifiziert wird. Man beachte, dass Stickstoff, Helium oder dergleichen anstelle der Argonatmosphäre verwendet werden können. Alternativ kann eine Argonatmosphäre, der Sauerstoff, Distickstoffoxid oder dergleichen zugesetzt werden, verwendet werden. Alternativ kann eine Argonatmosphäre, der Chlor, Tetrafluorkohlenstoff oder dergleichen zugesetzt werden, verwendet werden.
  • Ein zu verwendender Oxidhalbleiter enthält vorzugsweise wenigstens Indium (In) oder Zink (Zn). Insbesondere sind vorzugsweise In und Zn enthalten. Als Stabilisierungsmetall zur Verringerung von Schwankungen in den elektrischen Eigenschaften des Transistors, der den Oxidhalbleiter enthält, ist vorzugsweise zusätzlich zu In und Zn Gallium (Ga) enthalten. Zinn (Sn) ist vorzugsweise als Stabilisierungsmetall enthalten. Hafnium (Hf) ist vorzugsweise als Stabilisierungsmetall enthalten. Aluminium (Al) ist vorzugsweise als Stabilisierungsmetall enthalten.
  • Als ein weiteres Stabilisierungsmetall können eine oder mehrere Arten von Lanthanoiden wie z. B. Lanthan (La), Cer (Ce), Praseodym (Pr), Neodym (Nd), Samarium (Sm), Europium (Eu), Gadolinium (Gd), Terbium (Tb), Dysprosium (Dy), Holmium (Ho), Erbium (Er), Thulium (Tm), Ytterbium (Yb) oder Lutetium (Lu) enthalten sein.
  • Zum Beispiel kann Indiumoxid; Zinnoxid; Zinkoxid; ein Zwei-Komponenten-Metalloxid, wie z. B. ein auf In-Zn basierendes Oxid, ein auf Sn-Zn basierendes Oxid, ein auf Al-Zn basierendes Oxid, ein auf Zn-Mg basierendes Oxid, ein auf Sn-Mg basierendes Oxid, ein auf In-Mg basierendes Oxid oder ein auf In-Ga basierendes Oxid; ein Drei-Komponenten-Metalloxid, wie z. B. ein auf In-Ga-Zn basierendes Oxid (auch als IGZO bezeichnet), ein auf In-Al-Zn basierendes Oxid, ein auf In-Sn-Zn basierendes Oxid, ein auf Sn-Ga-Zn basierendes Oxid, ein auf Al-Ga-Zn basierendes Oxid, ein auf Sn-Al-Zn basierendes Oxid, ein auf In-Hf-Zn basierendes Oxid, ein auf In-La-Zn basierendes Oxid, ein auf In-Ce-Zn basierendes Oxid, ein auf In-Pr-Zn basierendes Oxid, ein auf In-Nd-Zn basierendes Oxid, ein auf In-Sm-Zn basierendes Oxid, ein auf In-Eu-Zn basierendes Oxid, ein auf In-Gd-Zn basierendes Oxid, ein auf In-Tb-Zn basierendes Oxid, ein auf In-Dy-Zn basierendes Oxid, ein auf In-Ho-Zn basierendes Oxid, ein auf In-Er-Zn basierendes Oxid, ein auf In-Tm-Zn basierendes Oxid, ein auf In-Yb-Zn basierendes Oxid oder ein auf In-Lu-Zn basierendes Oxid; oder ein Vier-Komponenten-Metalloxid, wie etwa ein auf In-Sn-Ga-Zn basierendes Oxid, ein auf In-Hf-Ga-Zn basierendes Oxid, ein auf In-Al-Ga-Zn basierendes Oxid, ein auf In-Sn-Al-Zn basierendes Oxid, ein auf In-Sn-Hf-Zn basierendes Oxid oder ein auf In-Hf-Al-Zn- basierendes Oxid verwendet werden. Darüber hinaus kann jeder der oben genannten Oxidhalbleiter ein anderes Element als In, Ga, Sn und Zn, z. B. SiO2 enthalten.
  • Man beachte, dass hier beispielsweise ein ”auf In-Ga-Zn basierendes Oxid” ein Oxid kennzeichnet, welches In, Ga und Zn als Hauptkomponenten enthält, und dass es keine besondere Beschränkung für das Verhältnis von In, Ga und Zn gibt. Die In-Ga-Zn basierenden Oxide können ein anderes Metallelement als In, Ga und Zn enthalten.
  • Als der Oxidhalbleiter kann ein Material, das durch InMO3(ZnO)m (m > 0 ist erfüllt, und m ist keine ganze Zahl) beschrieben wird, verwendet werden. Man beachte, dass M eines oder mehrere Metallelemente aus Ga, Fe, Mn und Co repräsentiert. Alternativ kann als Oxidhalbleiter ein Material, das durch In3SnO5(ZnO)n (n > 0, n ist eine ganze Zahl) beschrieben wird, verwendet werden.
  • Zum Beispiel kann ein auf In-Ga-Zn basierendes Oxid mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:1:1 (= 1/3:1/3:1/3) oder In:Ga:Zn = 2:2:1 (= 2/5:2/5:1/5) oder irgendeines der Oxide, dessen Zusammensetzung in der Nachbarschaft der obigen Zusammensetzungen liegt, verwendet werden. Alternativ kann ein auf In-Sn-Zn basierendes Oxid mit einem Atomverhältnis von In:Sn:Zn = 1:1:1 (= 1/3:1/3:1/3), In:Sn:Zn = 2:1:3 (= 1/3:1/6:1/2) oder In:Sn:Zn = 2:1:5 (= 1/4:1/8:5/8) oder irgendeines der Oxide, dessen Zusammensetzung in der Nachbarschaft der obigen Zusammensetzungen liegt, verwendet werden.
  • Die Zusammensetzung ist jedoch nicht auf die oben beschriebenen beschränkt, und ein Material mit einer geeigneten Zusammensetzung kann in Abhängigkeit von den erforderlichen Halbleitereigenschaften (z. B. Mobilität, Schwellenspannung und Variation) verwendet werden. Um die erforderlichen Halbleitereigenschaften zu erhalten, ist es wünschenswert, dass die Ladungsträgerkonzentration, die Störstellenkonzentration, die Defektdichte, das Atomverhältnis eines Metallelements zu Sauerstoff, der interatomare Abstand, die Dichte und dergleichen auf geeignete Werte eingestellt werden.
  • Zum Beispiel kann eine hohe Mobilität relativ leicht in dem Fall der Verwendung eines In-Sn-Zn-Oxids erreicht werden. Jedoch kann die Mobilität durch Verringerung der Defektdichte in einer Masse (Bulk) auch im Falle der Verwendung eines auf In-Ga-Zn basierenden Oxids erhöht werden.
  • Man beachte, dass zum Beispiel der Ausdruck ”Die Zusammensetzung eines Oxids, welches In, Ga und Zn im Atomverhältnis In:Ga:Zn = a:b:c (a + b + c = 1) enthält, ist in der Nachbarschaft der Zusammensetzung eines Oxids, welches In, Ga und Zn im Atomverhältnis In:Ga:Zn = A:B:C (A + B + C = 1) enthält” bedeutet, dass a, b und c die folgende Beziehung erfüllen: (a – A)2 + (b – B)2 + (c – C)2 ≤ r2, und r kann zum Beispiel 0,05 sein. Das gleiche gilt für andere Oxide.
  • Der Oxidhalbleiter kann entweder einkristallin oder nicht-einkristallin sein. Im letzteren Fall kann der Oxidhalbleiter entweder amorph oder polykristallin sein. Ferner kann der Oxidhalbleiter entweder eine amorphe Struktur haben, die einen Bereich mit einer Kristallinität umfasst, oder eine nicht-amorphe Struktur haben.
  • In einem Oxidhalbleiter in einem amorphen Zustand kann eine flache Oberfläche relativ leicht erhalten werden, so dass eine Grenzflächenstreuung reduziert werden kann und eine relativ hohe Mobilität mit relativer Leichtigkeit erhalten werden kann, wenn ein Transistor unter Verwendung des Oxidhalbleiters hergestellt wird.
  • In einem Oxidhalbleiter, der eine Kristallinität besitzt, können Defekte in der Masse weiter reduziert werden, und wenn eine Oberflächenglattheit verbessert wird, kann eine Mobilität höher als die eines Oxidhalbleiters in einem amorphen Zustand erzielt werden. Um die Oberflächenglattheit zu verbessern, wird der Oxidhalbleiter vorzugsweise über einer glatten Oberfläche gebildet. Insbesondere kann der Oxidhalbleiter über einer Oberfläche mit der durchschnittlichen Oberflächenrauheit (Ra) von weniger als oder gleich 1 nm, vorzugsweise weniger als oder gleich 0,3 nm, besonders bevorzugt weniger als oder gleich 0,1 nm, gebildet werden.
  • Man beachte, dass Ra über eine dreidimensionale Erweiterung eines Mittellinienmittels der Rauheit, welches von JIS B 0601 so definiert ist, dass es auf eine Ebene angewendet werden soll, erhalten wird. Die Ra kann als ein ”Mittelwert der Absolutwerte der Abweichungen von einer Referenzoberfläche zu einer bestimmten Oberfläche” ausgedrückt werden und ist durch die folgende Formel definiert. [FORMEL 1]
    Figure DE112012001395B4_0002
  • In der obigen Formel bezeichnen So eine Fläche einer Ebene, die gemessen werden soll, (ein rechteckiger Bereich, der von vier Punkten definiert ist, der durch die Koordinaten (x1, y1), (x1, y2), (x2, y1), und (x2, y2) vorgegeben ist) und Z0 eine durchschnittliche Höhe der Ebene, die gemessen werden soll. Ra kann unter Verwendung eines Rasterkraftmikroskops (AFM) gemessen werden.
  • Bei dieser Ausführungsform wird ein 30 nm dicker, auf In-Ga-Zn basierender Oxidhalbleiterdünnfilm, der durch Sputtern unter Verwendung eines Targets, welches Indium (In), Gallium (Ga) und Zink (Zn) enthält, gewonnen wird, als Oxidhalbleiterfilm verwendet. Ein Target mit einem Zusammensetzungsverhältnis von Metallen von In:Ga:Zn = 1:1:0,5, In:Ga:Zn = 1:1:1 oder In:Ga:Zn = 1:1:2 kann zum Beispiel als das Target verwendet werden. Die Füllgeschwindigkeit des Targets, welches In, Ga und Zn enthält, ist höher als oder gleich 90% und geringer als oder gleich 100%, vorzugsweise höher als oder gleich 95% und geringer als 100%. Bei Verwendung des Targets mit einer hohen Füllgeschwindigkeit wird ein dichter Oxidhalbleiterfilm gebildet.
  • In dieser Ausführungsform wird der Oxidhalbleiterfilm in einer solchen Weise abgeschieden, dass das Substrat in einer Behandlungskammer verbleibt, die in einem Zustand reduzierten Drucks gehalten wird, in der Behandlungskammer verbleibende Feuchtigkeit entfernt wird, ein Sputtergas, aus dem Wasserstoff und Feuchtigkeit entfernt werden, eingeleitet wird und das Target verwendet wird. Die Substrattemperatur kann höher als oder gleich 100°C und niedriger als oder gleich 600°C, vorzugsweise höher als oder gleich 200°C und niedriger als oder gleich 400°C während der Abscheidung sein. Durch Abscheiden des Oxidhalbleiterfilms, während das Substrat erhitzt wird, kann die Konzentration von Verunreinigungen, die in dem abgeschiedenen Halbleiterfilm enthalten sind, gesenkt werden. Darüber hinaus kann eine Beschädigung durch Sputtern reduziert werden. Um in der Behandlungskammer verbleibende Feuchtigkeit zu entfernen, wird vorzugsweise eine Adsorptionsvakuumpumpe eingesetzt. Zum Beispiel wird vorzugsweise eine Kryopumpe, eine Ionenpumpe oder eine Titansublimationspumpe verwendet. Eine Turbopumpe, der eine Kühlfalle hinzugefügt wird, kann als eine Evakuierungseinheit verwendet werden. Zum Beispiel werden ein Wasserstoffatom, eine Verbindung, die ein Wasserstoffatom enthält, wie etwa Wasser (H2O) (vorzugsweise eine Verbindung, die ein Kohlenstoffatom enthält), und dergleichen aus der Behandlungskammer unter Verwendung einer Kryopumpe evakuiert. Somit kann die Konzentration von Verunreinigungen, die in dem Oxidhalbleiterfilm enthalten sind, der in der Behandlungskammer abgeschieden wird, gesenkt werden.
  • Als ein Beispiel für die Abscheidungsbedingung wird die folgende Bedingung verwendet: Der Abstand zwischen dem Substrat und dem Target beträgt 100 mm, der Druck ist 0,6 Pa, die Leistung des Gleichstroms (DC) ist 0,5 kW und die Atmosphäre ist eine Sauerstoffatmosphäre (Der Anteil der Sauerstoff-Flussrate beträgt 100%.). Man beachte, dass es vorzuziehen ist, dass gepulste Gleichstromleistung (DC) verwendet wird, da Staub, der während der Abscheidung erzeugt wird, verringert werden kann und die Filmdicke einheitlich sein kann.
  • Ferner kann, wenn die Leckrate der Behandlungskammer der Sputtervorrichtung auf weniger als oder gleich 1 × 10–10 Pa·m3/Sekunde eingestellt wird, ein Eintrag von Verunreinigungen, wie etwa Alkalimetall oder Hydrid in den Oxidhalbleiterfilm, der durch Sputtern gebildet wird, verringert werden. Darüber hinaus kann durch Verwendung der Adsorptionsvakuumpumpe als ein Evakuierungssystem ein Gegenstrom von Verunreinigungen, wie etwa einem Alkalimetall, einem Wasserstoffatom, einem Wasserstoffmolekül, Wasser, einer Hydroxylgruppe oder Hydrid von dem Evakuierungssystem reduziert werden.
  • Wenn die Reinheit des Targets auf 99,99% oder mehr eingestellt wird, können ein Alkalimetall, ein Wasserstoffatom, ein Wasserstoffmolekül, Wasser, eine Hydroxylgruppe, Hydrid oder dergleichen, die in den Oxidhalbleiterfilm gemischt werden, reduziert werden. Darüber hinaus kann durch Verwendung des Targets die Konzentration eines Alkalimetalls wie z. B. Lithium, Natrium oder Kalium in dem Oxidhalbleiterfilm reduziert werden.
  • Man beachte, dass es, damit Wasserstoff, eine Hydroxylgruppe und Feuchtigkeit in dem Oxidhalbleiterfilm so wenig wie möglich enthalten sind, wünschenswert ist, dass eine Verunreinigung, wie etwa Wasserstoff oder Feuchtigkeit, die auf dem Substrat 700 adsorbiert wird, als Vorbehandlung für die Abscheidung entfernt und durch Vorheizen des Substrats 700, über dem der Isolierfilm 712 und der Isolierfilm 713 in einer Vorheizkammer der Sputtervorrichtung gebildet werden, evakuiert wird. Die Temperatur des Vorheizens ist höher als oder gleich 100°C und niedriger als oder gleich 400°C, vorzugsweise höher als oder gleich 150°C und niedriger als oder gleich 300°C. Als Evakuierungseinheit, die in der Vorheizkammer vorgesehen ist, ist eine Kryopumpe bevorzugt. Man beachte, dass auf die Behandlung durch Vorheizen verzichtet werden kann. Das Vorheizen kann in ähnlicher Weise an dem Substrat 700 durchgeführt werden, über dem eine leitende Schicht 719 und eine leitende Schicht 720 vor dem Abscheiden eines Gate-Isolierfilms 721 in einem späteren Schritt gebildet werden.
  • Man beachte, dass das Ätzen zur Bildung der Oxidhalbleiterschicht 716 Trockenätzen, Nassätzen oder beides, Trockenätzen und Nassätzen, sein kann. Als Ätzgas zum Trockenätzen wird vorzugsweise ein Gas, das Chlor enthält, (ein Gas auf Chlorbasis, wie etwa Chlor (Cl2), Bortrichlorid (BCl3), Siliciumtetrachlorid (SiCl4) oder Tetrachlorkohlenstoff (CCl4)) verwendet. Alternativ kann ein Gas, das Fluor enthält, (ein Gas auf Fluorbasis, wie etwa Tetrafluorkohlenstoff (CF4), Schwefelhexafluorid (SF6), Stickstofftrifluorid (NF3) oder Trifluormethan (CHF3)), Bromwasserstoff (HBr), Sauerstoff (O2), irgendeines dieser Gase, zu dem ein Edelgas wie Helium (He) oder Argon (Ar) hinzugefügt wird, oder dergleichen verwendet werden.
  • Als Trockenätzen kann reaktives Ionenätzen (RIE) mit Parallelplatten oder induktiv gekoppeltes Plasmaätzen (ICP) verwendet werden. Um den Film in eine gewünschte Form zu ätzen, werden die Ätzbedingungen (z. B. die Menge von elektrischer Leistung, die an einer gewickelten Elektrode appliziert wird, die Menge von elektrischer Leistung, die an einer Elektrode auf der Seite des Substrats appliziert wird, und die Elektrodentemperatur auf der Seite des Substrats) entsprechend angepasst.
  • Als Ätzmittel, welches für das Nassätzen verwendet wird, kann eine gemischte Lösung aus Phosphorsäure, Essigsäure und Salpetersäure, organischen Säuren, wie etwa Zitronensäure oder Oxalsäure, oder dergleichen verwendet werden. In dieser Ausführungsform wird ITO-07N (hergestellt von KANTO CHEMICAL CO., INC.) verwendet.
  • Eine Lackmaske für die Bildung der Oxidhalbleiterschicht 716 kann durch ein Tintenstrahl-Verfahren gebildet werden. Wenn die Lackmaske mit einem Tintenstrahl-Verfahren gebildet wird, wird eine Fotomaske nicht verwendet; somit können die Herstellungskosten reduziert werden.
  • Man beachte, dass es wünschenswert ist, dass umgekehrtes Sputtern durchgeführt wird, bevor ein leitender Film in einem nachfolgenden Schritt gebildet wird, so dass Lackrückstände und dergleichen, die auf Oberflächen der Oxidhalbleiterschicht 716 und des Isolierfilms 713 anhaften, entfernt werden.
  • Man beachte, dass der Oxidhalbleiterfilm, der durch Sputtern oder dergleichen abgeschieden wird, in einigen Fällen Feuchtigkeit oder Wasserstoff (einschließlich einer Hydroxyl-Gruppe) als eine Verunreinigung enthält. Feuchtigkeit oder Wasserstoff bilden leicht ein Donatorniveau und fungieren somit als eine Verunreinigung in dem Oxidhalbleiter. Somit wird die Oxidhalbleiterschicht 716 in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Verringerung von Verunreinigungen, wie etwa Feuchtigkeit oder Wasserstoff, in dem Oxidhalbleiterfilm (zum Durchführen einer Dehydratisierung oder einer Dehydrierung) in einer Atmosphäre mit reduziertem Druck, einer Inertgasatmosphäre aus Stickstoff, einem Edelgas oder dergleichen, einer Sauerstoffatmosphäre oder extrem trockener Luft (Die Feuchtigkeitsmenge beträgt 20 ppm (–55°C bei Umrechnung in einen Taupunkt) oder weniger, vorzugsweise 1 ppm oder weniger, besonders bevorzugt 10 ppb oder weniger, in dem Fall, dass die Messung mit einem Taupunktmessgerät nach einem Cavity-Ring-Down-Laserspektroskopie (CRDS) Verfahren durchgeführt wird.) einer Wärmebehandlung unterzogen.
  • Durch Durchführen einer Wärmebehandlung an der Oxidhalbleiterschicht 716 kann Feuchtigkeit oder Wasserstoff in der Oxidhalbleiterschicht 716 entfernt werden. Insbesondere kann eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur durchgeführt werden, die höher als oder gleich 250°C und niedriger als oder gleich 750°C, vorzugsweise höher als oder gleich 400°C und niedriger als der untere Kühlpunkt des Substrats ist. Beispielsweise kann eine Wärmebehandlung bei 500°C für mehr als oder gleich ungefähr 3 Minuten und kürzer als oder gleich 6 Minuten durchgeführt werden. Wenn RTA für die Wärmebehandlung verwendet wird, kann eine Dehydratisierung oder Dehydrierung in einer kurzen Zeit durchgeführt werden; somit kann die Behandlung sogar bei einer Temperatur, die höher als der untere Kühlpunkt eines Glassubstrats ist, durchgeführt werden.
  • In dieser Ausführungsform wird ein elektrischer Ofen, der eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung ist, verwendet.
  • Man beachte, dass die Vorrichtung zur Wärmebehandlung nicht auf einen elektrischen Ofen beschränkt ist und mit einer Vorrichtung zum Erhitzen eines Objekts durch Wärmeleitung oder Wärmestrahlung von einer Heizvorrichtung wie einer Widerstandsheizung vorgesehen werden kann. Zum Beispiel kann eine Vorrichtung zum schnellen thermischen Glühen (RTA), wie beispielsweise eine Vorrichtung zum schnellen thermischen Glühen mittels Gas (GRTA) oder eine Vorrichtung zum schnellen thermischen Glühen mittels einer Lampe (LRTA), verwendet werden. Eine LRTA Vorrichtung ist eine Vorrichtung zum Heizen eines Objekts durch Bestrahlung mit Licht (einer elektromagnetischen Welle), das von einer Lampe, wie etwa einer Halogenlampe, einer Halogen-Metalldampflampe, einer Xenon-Bogenlampe, einer Kohlenstoff-Bogenlampe, einer Hochdruck-Natriumlampe oder einer Hochdruck-Quecksilberlampe emittiert wird. Eine GRTA Vorrichtung ist eine Vorrichtung, mit welcher eine Wärmebehandlung unter Verwendung eines Hochtemperatur-Gases durchgeführt wird. Als das Gas wird ein inertes Gas, das nicht mit einem Objekt durch Wärmebehandlung reagiert, wie beispielsweise Stickstoff oder ein Edelgas (z. B. Argon), verwendet.
  • Bei der Wärmebehandlung ist es wünschenswert, dass Feuchtigkeit, Wasserstoff und dergleichen nicht in Stickstoff oder einem Edelgas, wie Helium, Neon oder Argon, enthalten sind. Alternativ ist die Reinheit von Stickstoff oder einem Edelgas, wie Helium, Neon oder Argon, das in die Vorrichtung zur Wärmebehandlung eingeleitet wird, vorzugsweise höher als oder gleich 6 N (99,9999%), besonders bevorzugt höher als oder gleich 7 N (99,99999%) (das heißt, dass die Verunreinigungskonzentration niedriger als oder gleich 1 ppm, vorzugsweise niedriger als oder gleich 0,1 ppm ist).
  • Man beachte, dass darauf hingewiesen wurde, dass ein Oxidhalbleiter unempfindlich gegenüber Verunreinigungen sei, dass es kein Problem gebe, wenn eine beträchtliche Menge an metallischen Verunreinigungen in dem Film enthalten ist, und dass Kalknatronglas, das eine große Menge an Alkalimetall, wie etwa Natrium, enthält und das kostengünstig ist, verwendet werden könne (Kamiya, Nomura und Hosono, ”Eigenschaften des Ladungsträgertransports und elektronische Strukturen von amorphen Oxidhalbleitem: Der gegenwärtige Status”, KOTAI BUTSURI (FESTKÖRPERPHYSIK), 2009, Band 44, S. 621–633). Aber eine solche Überlegung ist nicht angemessen. Alkalimetall ist kein Element, das in einem Oxidhalbleiter enthalten ist, und somit eine Verunreinigung. Erdalkalimetall ist ebenfalls eine Verunreinigung in dem Fall, dass Erdalkalimetall nicht in einem Oxidhalbleiter enthalten ist. Ein Alkalimetall, insbesondere Na wird zu Na+, wenn ein Isolierfilm, der in Kontakt mit einer Oxidhalbleiterschicht ist, ein Oxid ist, und Na diffundiert in den Isolierfilm. Zusätzlich bricht oder geht Na in der Oxidhalbleiterschicht eine Bindung zwischen Metall und Sauerstoff ein, die in einem Oxidhalbleiter enthalten sind. Als ein Ergebnis tritt zum Beispiel eine Verschlechterung der Eigenschaften eines Transistors, wie etwa ein Standard-Ein Zustand des Transistors aufgrund einer Verschiebung der Schwellenspannung in negativer Richtung oder eine Abnahme der Mobilität auf. Auch treten Schwankungen in den Eigenschaften auf. Eine solche Verschlechterung der Eigenschaften des Transistors und Schwankungen in den Eigenschaften aufgrund der Verunreinigung treten augenfällig auf, wenn die Konzentration von Wasserstoff in der Oxidhalbleiterschicht extrem niedrig ist. Somit wird, wenn die Konzentration an Wasserstoff in der Oxidhalbleiterschicht kleiner oder gleich 1 × 1018/cm3, vorzugsweise kleiner als oder gleich 1 × 1017/cm3 ist, die Konzentration der Verunreinigung möglichst verringert. Insbesondere ist der Messwert einer Na-Konzentration mittels Sekundärionenmassenspektrometrie vorzugsweise kleiner als oder gleich 5 × 1016/cm3, besonders bevorzugt kleiner als oder gleich 1 × 1016/cm3, noch bevorzugter kleiner als oder gleich 1 × 1015/cm3. Ebenso ist der Messwert einer Li-Konzentration vorzugsweise kleiner als oder gleich 5 × 1015/cm3, besonders bevorzugt kleiner als oder gleich 1 × 1015/cm3. Ebenso ist der Messwert einer K-Konzentration vorzugsweise kleiner als oder gleich 5 × 1015/cm3, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 1 × 1015/cm3.
  • Durch die oben beschriebenen Schritte kann die Konzentration an Wasserstoff in der Oxidhalbleiterschicht 716 verringert werden. Dementsprechend kann die Oxidhalbleiterschicht stabil sein. Darüber hinaus macht es die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von weniger als oder gleich der Glasübergangstemperatur möglich, eine Oxidhalbleiterschicht mit extrem niedriger Ladungsträgerdichte und einer breiten Bandlücke auszubilden. Somit kann der Transistor unter Verwendung eines großen Substrats gebildet werden, so dass eine Massenproduktivität gesteigert werden kann. Zusätzlich ist es durch Verwendung der Oxidhalbleiterschicht, in der die Wasserstoffkonzentration reduziert wird, möglich, einen Transistor mit hoher Spannungsfestigkeit und extrem niedrigem Sperrstrom herzustellen. Die Wärmebehandlung kann jederzeit durchgeführt werden, nachdem die Oxidhalbleiterschicht abgeschieden wurde.
  • Man beachte, dass die Oxidhalbleiterschicht entweder amorph oder kristallin sein kann. Die Oxidhalbleiterschicht mit einer Kristallinität kann zum Beispiel unter Verwendung eines entlang der c-Achse ausgerichteten, kristallinen Oxidhalbleiterfilms (CAAC-OS) ausgebildet werden.
  • Der CAAC-OS Film ist weder vollständig einkristallin noch vollständig amorph. Der CAAC-OS Film ist ein Oxidhalbleiterfilm mit einer kristallin-amorphen Mischphasenstruktur, wobei ein kristalliner Teil (Kristall-Bereich) und ein amorpher Teil (amorpher Bereich) in einer amorphen Phase enthalten sind. Man beachte, dass der kristalline Teil in den meisten Fällen in das Innere eines Würfels passt, dessen eine Seite weniger als 100 nm lang ist. Auf einem Untersuchungsbild, welches mit einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) aufgenommen wird, ist eine Grenze zwischen einem amorphen Teil und einem kristallinen Teil in dem CAAC-OS Film nicht klar. Ferner wird mit dem TEM eine Korngrenze in dem CAAC-OS Film nicht gefunden. Somit wird in dem CAAC-OS Film eine Reduktion in der Elektronenmobilität aufgrund der Korngrenze unterdrückt.
  • In jedem der kristallinen Teile in dem CAAC-OS Film ist eine c-Achse entlang einer Richtung parallel zu einem Normalenvektor auf einer Oberfläche, wo der CAAC-OS Film gebildet wird, oder zu einem Normalenvektor auf einer Oberfläche des CAAC-OS Films ausgerichtet, wird eine dreieckige oder hexagonale Atomanordnung, die aus der Richtung senkrecht zur a–b Ebene gesehen wird, gebildet, und werden Metallatome in einer geschichteten Art und Weise oder Metall- und Sauerstoffatome in einer geschichteten Art und Weise, wenn aus der Richtung senkrecht zu der c-Achse betrachtet, angeordnet. Man beachte, dass sich bei den kristallinen Teilen die Richtungen der a-Achse und der b-Achse eines kristallinen Teils von denen eines anderen kristallinen Teils unterscheiden können. In dieser Beschreibung umfasst der vereinfachte Begriff ”senkrecht” einen Bereich von 85° bis 95°. Darüber hinaus umfasst der vereinfachte Begriff ”parallel” einen Bereich von –5° bis 5°.
  • In dem CAAC-OS Film ist die Verteilung von kristallinen Teilen nicht unbedingt einheitlich. Zum Beispiel ist bei einem Bildungsprozess des CAAC-OS Films in dem Fall, in dem Kristallwachstum von einer Oberfläche des Oxidhalbleiterfilms ausgehend stattfindet, der Anteil der kristallinen Teile in einigen Fällen in der Nähe der Oberfläche des Oxidhalbleiterfilms größer als derjenige in der Nähe der Oberfläche, wo der Oxidhalbleiterfilm gebildet wird. Ferner wird der kristalline Teil, wenn dem CAAC-OS Film eine Verunreinigung zugesetzt wird, in einigen Fällen in einem Bereich, dem die Verunreinigung zugesetzt wird, amorph.
  • Da die c-Achsen der kristallinen Teile, die in dem CAAC-OS Film enthalten sind, entlang der Richtung parallel zu einem Normalenvektor auf einer Oberfläche, wo der CAAC-OS Film gebildet wird, oder zu einem Normalenvektor auf einer Oberfläche des CAAC-OS Films ausgerichtet sind, können die Richtungen der c-Achsen in Abhängigkeit von der Form des CAAC-OS Films (der Querschnittsform der Oberfläche, wo der CAAC-OS Film gebildet wird, oder der Querschnittsform der Oberfläche des CAAC-OS Films) voneinander verschieden sein. Man beachte, dass die Richtung der c-Achse des kristallinen Teils, wenn der CAAC-OS Film ausgebildet wird, der Richtung parallel zu einem Normalenvektor auf der Oberfläche, wo der CAAC-OS Film gebildet wird, oder zu einem Normalenvektor auf der Oberfläche des CAAC-OS Films entspricht. Der kristalline Teil wird durch Filmbildung oder durch Durchführen einer Behandlung zur Kristallisation wie etwa einer Wärmebehandlung nach der Filmbildung gebildet.
  • Bei Verwendung des CAAC-OS Films in einem Transistor kann eine Änderung der elektrischen Eigenschaften des Transistors aufgrund von Bestrahlung mit sichtbarem Licht oder UV-Licht verringert werden. Somit hat der Transistor eine hohe Zuverlässigkeit.
  • Stickstoff kann einen Teil des Sauerstoffs, der ein Bestandteil des CAAC-OS Films ist, ersetzen.
  • Der CAAC-OS Film wird in Abhängigkeit von seiner Zusammensetzung oder dergleichen zu einem Leiter, einem Halbleiter oder einem Isolator. Der CAAC-OS Film lässt in Abhängigkeit von seiner Zusammensetzung oder dergleichen sichtbares Licht durch oder nicht.
  • Ein Beispiel für einen solchen CAAC-OS Film ist ein Kristall, der in Form einer Folie ausgebildet ist und eine dreieckige oder sechseckige Atomanordnung aufweist, wenn aus der Richtung senkrecht zu einer Oberfläche des Films oder zu einer Oberfläche eines tragenden Substrats betrachtet, und in dem Metallatome in einer geschichteten Art und Weise oder Metallatome und Sauerstoffatome (oder Stickstoffatome) in einer geschichteten Art und Weise angeordnet sind, wenn ein Querschnitt des Films betrachtet wird.
  • Ein Beispiel für eine Kristallstruktur des CAAC-OS Films wird im Detail unter Bezugnahme auf die 16A bis 16E, die 17A bis 17C und die 18A bis 18C beschrieben. In den 16A bis 16E, den 17A bis 17C und den 18A bis 18C entspricht die vertikale Richtung der Richtung der c-Achse und eine Ebene senkrecht zu der Richtung der c-Achse entspricht der a–b Ebene, wenn nicht anders angegeben. In dem Fall, dass die Ausdrücke ”eine obere Hälfte” und ”eine untere Hälfte” der Einfachheit halber verwendet werden, beziehen sie sich auf eine obere Hälfte oberhalb der a–b Ebene und eine untere Hälfte unterhalb der a–b Ebene (eine obere Hälfte und eine untere Hälfte mit Bezug auf die a–b Ebene). Außerdem stellt in den 16A bis 16E ein von einem Kreis umgebenes O ein O mit Koordinationszahl 4 und ein von einem doppelten Kreis umgebenes O ein O mit Koordinationszahl 3 dar.
  • 16A veranschaulicht eine Struktur mit einem In-Atom mit Koordinationszahl 6 und sechs Sauerstoffatomen mit Koordinationszahl 4 (im Folgenden als O mit KZ 4 bezeichnet) in der Nähe des In-Atoms. Hier wird eine Struktur, die ein Metallatom und Sauerstoffatome in dessen Nähe aufweist, als eine kleine Gruppe bezeichnet. Die Struktur in der 16A ist eigentlich eine oktaedrische Struktur, ist aber der Einfachheit halber als eine ebene Struktur gezeigt. Man beachte, dass in jeder der oberen Hälfte und der unteren Hälfte in 16A jeweils drei O-Atome mit KZ 4 vorliegen. In der in 16A dargestellten kleinen Gruppe ist die elektrische Ladung 0 (Null).
  • 16B zeigt eine Struktur mit einem Ga-Atom mit Koordinationszahl 5, drei Sauerstoffatomen mit Koordinationszahl 3 (im Folgenden als O mit KZ 3 bezeichnet) in der Nähe des Ga-Atoms und zwei O-Atomen mit KZ 4 in der Nähe des Ga-Atoms (oder nahe eines benachbarten Ga-Atoms). Alle O-Atome mit KZ 3 liegen in der a–b Ebene. Jeweils ein O-Atom mit KZ 4 liegt in einer oberen Hälfte und einer unteren Hälfte in 16B vor. Ein In-Atom kann auch die in 16B dargestellte Struktur haben, weil ein In-Atom fünf Liganden haben kann. In der in 16C dargestellten kleinen Gruppe ist die elektrische Ladung 0.
  • 16C zeigt eine Struktur mit einem Zn-Atom mit Koordinationszahl 4 und vier O-Atomen mit KZ 4 in der Nähe des Zn-Atoms. In der 16C liegen ein O-Atom mit KZ 4 in einer oberen Hälfte und drei O-Atome mit KZ 4 in einer unteren Hälfte vor. In der in 16C dargestellten kleinen Gruppe ist die elektrische Ladung 0.
  • 16D zeigt eine Struktur mit einem Sn-Atom mit Koordinationszahl 6 und sechs O-Atomen mit KZ 4 in der Nähe des Sn-Atoms. In der 16D liegen je drei O-Atome mit KZ 4 in einer oberen Hälfte und einer unteren Hälfte vor. In der in 16D dargestellten kleinen Gruppe ist die elektrische Ladung +1.
  • 16E zeigt eine kleine Gruppe, die zwei Zn-Atome enthält. In der 16E liegt je ein O-Atom mit KZ 4 in einer oberen Hälfte und einer unteren Hälfte vor. In der in 16E dargestellten kleinen Gruppe ist die elektrische Ladung –1.
  • Hierbei bildet eine Vielzahl von kleinen Gruppen eine mittlere Gruppe, und eine Vielzahl von mittleren Gruppen bildet eine große Gruppe (auch als Einheitszelle bezeichnet).
  • Nun wird eine Regel der Bindung zwischen den kleinen Gruppen beschrieben. Die drei O-Atome in der oberen Hälfte in Bezug auf das In-Atom mit Koordinationszahl 6 in
  • 16A haben in ihrer Nähe drei In-Atome in der Richtung nach unten, und die drei O-Atome in der unteren Hälfte haben in ihrer Nähe drei In-Atome in der Richtung nach oben. Das eine O-Atom in der oberen Hälfte in Bezug auf das Ga-Atom mit Koordinationszahl 5 in 16B hat in seiner Nähe ein Ga-Atom in der Richtung nach unten, und das eine O-Atom in der unteren Hälfte hat in seiner Nähe ein Ga-Atom in der Richtung nach oben. Das eine O-Atom in der oberen Hälfte mit Bezug auf das eine Zn-Atom mit Koordinationszahl 4 in 16C hat in seiner Nähe ein Zn-Atom in der Richtung nach unten, und die drei O-Atome in der unteren Hälfte haben in ihrer Nähe drei Zn-Atome in der Richtung nach oben. Auf diese Weise ist die Anzahl der O-Atome mit KZ 4 oberhalb eines Metallatoms gleich der Anzahl der Metallatome in der Nähe von und unterhalb der O-Atome mit KZ 4; ebenso ist die Anzahl der O-Atome mit KZ 4 unterhalb eines Metallatoms gleich der Anzahl der Metallatome in der Nähe von und oberhalb der O-Atome mit KZ 4. Da die Koordinationszahl des O-Atoms mit KZ 4 vier ist, ist die Summe aus der Anzahl der Metallatome in der Nähe von und unterhalb des O-Atoms und der Anzahl der Metallatome in der Nähe von und oberhalb des O-Atoms vier. Dementsprechend können, wenn die Summe aus der Anzahl der O-Atome mit KZ 4 oberhalb eines Metallatoms und der Anzahl der O-Atome mit KZ 4 unterhalb eines weiteren Metallatoms vier ist, die zwei Arten von kleinen Gruppen, die die Metallatome enthalten, aneinander gebunden werden. Zum Beispiel wird in dem Fall, in dem das Metallatom mit Koordinationszahl 6 (In oder Sn) durch drei O-Atome mit KZ 4 in der unteren Hälfte gebunden ist, dieses an das Metallatom mit Koordinationszahl 5 (Ga oder In) oder an das Metallatom mit Koordinationszahl 4 (Zn) gebunden.
  • Ein Metallatom, dessen Koordinationszahl 4, 5 oder 6 ist, wird an ein weiteres Metallatom durch ein O-Atom mit KZ 4 in der Richtung der c-Achse gebunden. Darüber hinaus kann eine mittlere Gruppe auch in einer anderen Art und Weise durch Kombination einer Vielzahl von kleinen Gruppen so gebildet werden, dass die gesamte elektrische Ladung der Schichtstruktur 0 ist.
  • 17A zeigt ein Modell einer mittleren Gruppe, die in einer Schichtstruktur aus einem auf In-Sn-Zn basierenden Oxid enthalten ist. 17B zeigt eine große Gruppe, die drei mittlere Gruppen enthält. 17C zeigt eine atomare Anordnung, bei der die Schichtstruktur in 17B aus der Richtung der c-Achse betrachtet wird.
  • In 17A ist ein O-Atom mit KZ 3 der Einfachheit halber weggelassen, und ein O-Atom mit KZ 4 wird durch einen Kreis dargestellt; die Zahl in dem Kreis zeigt die Anzahl der O-Atome mit KZ 4. Zum Beispiel werden drei O-Atome mit KZ 4, die in jeder von einer oberen Hälfte und einer unteren Hälfte in Bezug auf ein Sn-Atom vorliegen, durch eine eingekreiste 3 dargestellt. Ebenso wird in der 17A ein O-Atom mit KZ 4, das in jeder von einer oberen Hälfte und einer unteren Hälfte in Bezug auf ein In-Atom vorliegt, durch eine eingekreiste 1 dargestellt. 17A zeigt auch ein Zn-Atom in der Nähe von einem O-Atom mit KZ 4 in einer unteren Hälfte und drei O-Atomen mit KZ 4 in einer oberen Hälfte und ein Zn-Atom in der Nähe von einem O-Atom mit KZ 4 in einer oberen Hälfte und drei O-Atomen mit KZ 4 in einer unteren Hälfte.
  • In der mittleren Gruppe, die in der Schichtstruktur aus dem auf In-Sn-Zn basierenden Oxid in 17A enthalten ist, ist, von oben beginnend, ein Sn-Atom in der Nähe von drei O-Atomen mit KZ 4 in jeder von einer oberen Hälfte und einer unteren Hälfte an ein In-Atom in der Nähe von einem O-Atom mit KZ 4 in jeder von einer oberen Hälfte und einer unteren Hälfte gebundenen, das In-Atom ist an ein Zn-Atom in der Nähe von drei O-Atome mit KZ 4 in einer oberen Hälfte gebunden, das Zn-Atom ist an ein In-Atom in der Nähe von drei O-Atomen mit KZ 4 in jeder von einer oberen Hälfte und einer unteren Hälfte durch ein O-Atom mit KZ 4 in einer unteren Hälfte in Bezug auf das Zn-Atom gebunden, das In-Atom ist an eine kleine Gruppe, die zwei Zn-Atome enthält und benachbart zu einem O-Atom mit KZ 4 in einer oberen Hälfte ist, gebunden und die kleine Gruppe ist an ein Sn-Atom in der Nähe von drei O-Atomen mit KZ 4 in jeder von einer oberen Hälfte und einer unteren Hälfte durch ein O-Atom mit KZ 4 in einer unteren Hälfte in Bezug auf die kleine Gruppe gebunden. Eine Vielzahl von solchen mittleren Gruppen ist gebunden, so dass eine große Gruppe gebildet wird.
  • Hier können die elektrische Ladung für eine Bindung eines O-Atoms mit KZ 3 und die elektrische Ladung für eine Bindung eines O-Atoms mit KZ 4 als –0,667 bzw. –0,5 angenommen werden. Zum Beispiel sind die elektrische Ladung eines In-Atoms (mit Koordinationszahl 6 oder 5), die elektrische Ladung eines Zn-Atoms (mit Koordinationszahl 4) und die elektrische Ladung eines Sn-Atoms (mit Koordinationszahl 5 oder 6) +3, +2 bzw. +4. Dementsprechend ist die elektrische Ladung in einer kleinen Gruppe mit einem Sn-Atom +1. Daher wird die elektrische Ladung von –1, welche +1 kompensiert, benötigt, um eine Schichtstruktur mit einem Sn-Atom zu bilden. Als eine Struktur mit der elektrischen Ladung von –1 kann die kleine Gruppe, die, wie in 16E dargestellt, zwei Zn-Atome enthält, genannt werden. Zum Beispiel kann mit einer kleinen Gruppe, die zwei Zn-Atome enthält, die elektrische Ladung von einer kleinen Gruppe, die ein Sn-Atom enthält, kompensiert werden, so dass die gesamte elektrische Ladung der Schichtstruktur 0 sein kann.
  • Wenn die große Gruppe, die in 17B dargestellt ist, wiederholt wird, kann ein Kristall aus einem auf In-Sn-Zn basierenden Oxid (In2SnZn3O8) erhalten werden. Man beachte, dass eine Schichtstruktur des erhaltenen auf In-Sn-Zn-O basierenden Kristalls als eine Zusammensetzungsregel In2SnZn2O7(ZnO)m (m ist 0 oder eine natürliche Zahl) ausgedrückt werden kann.
  • Die oben beschriebene Regel gilt auch für die folgenden Oxide: ein Vier-Komponenten-Metalloxid, wie etwa ein auf In-Sn-Ga-Zn basierendes Oxid; ein Drei-Komponenten-Metalloxid, wie etwa ein auf In-Ga-Zn basierendes Oxid (auch als IGZO bezeichnet), ein auf In-Al-Zn basierendes Oxid, ein auf Sn-Ga-Zn basierendes Oxid, ein auf Al-Ga-Zn basierendes Oxid, ein auf Sn-Al-Zn-basierendes Oxid, ein auf In-Hf-Zn basierendes Oxid, ein auf In-La-Zn basierendes Oxid, ein auf In-Ce-Zn basierendes Oxid, ein auf In-Pr-Zn basierendes Oxid, ein auf In-Nd-Zn basierendes Oxid, ein auf In-Sm-Zn basierendes Oxid, ein auf In-Eu-Zn basierendes Oxid, ein auf In-Gd-Zn basierendes Oxid, ein auf In-Tb-Zn basierendes Oxid, ein auf In-Dy-Zn basierendes Oxid, ein auf In-Ho-Zn basierendes Oxid, ein auf In-Er-Zn basierendes Oxid, ein auf In-Tm-Zn basierendes Oxid, ein auf In-Yb-Zn basierendes Oxid oder ein auf In-Lu-Zn basierendes Oxid; ein Zwei-Komponenten-Metalloxid wie etwa ein auf In-Zn basierendes Oxid, ein auf Sn-Zn basierendes Oxid, ein auf Al-Zn basierendes Oxid, ein auf Zn-Mg basierendes Oxid, ein auf Sn-Mg basierendes Oxid, ein auf In-Mg basierendes Oxid oder ein auf In-Ga basierendes Oxid; ein Einkomponenten-Metalloxid, wie etwa ein auf In basierendes Oxid, ein auf Sn basierendes Oxid oder ein auf Zn basierendes Oxid; und dergleichen.
  • Zum Beispiel zeigt 18A ein Modell einer mittleren Gruppe, die in einer Schichtstruktur aus einem auf In-Ga-Zn basierenden Oxid enthalten ist.
  • In der mittleren Gruppe, die in der Schichtstruktur aus dem auf In-Ga-Zn basierenden Oxid in 18A enthalten ist, ist, von oben beginnend, ein In-Atom in der Nähe von drei O-Atomen mit KZ 4 in jeder von einer oberen Hälfte und einer unteren Hälfte an ein Zn-Atom in der Nähe von einem O-Atom mit KZ 4 in einer oberen Hälfte gebunden, das Zn-Atom ist an ein Ga-Atom in der Nähe von einem O-Atom mit KZ 4 in jeder von einer oberen Hälfte und einer unteren Hälfte durch drei O-Atome mit KZ 4 in einer unteren Hälfte in Bezug auf das Zn-Atom gebunden und das Ga-Atom ist an ein In-Atom in der Nähe von drei O-Atomen mit KZ 4 in jeder von einer oberen Hälfte und einer unteren Hälfte durch ein O-Atom mit KZ 4 in einer unteren Hälfte in Bezug auf das Ga-Atom gebunden. Eine Vielzahl von solchen mittleren Gruppen ist gebunden, so dass eine große Gruppe gebildet wird.
  • 18B zeigt eine große Gruppe, die drei mittlere Gruppen enthält. Man beachte, dass 18C eine atomare Anordnung in dem Fall zeigt, in dem die Schichtstruktur in 18B aus der Richtung der c-Achse betrachtet wird.
  • Hier ist, da die elektrische Ladung eines In-Atoms (mit Koordinationszahl 6 oder 5), die elektrische Ladung eines Zn-Atoms (mit Koordinationszahl 4) und die elektrische Ladung eines Ga-Atoms (mit Koordinationszahl 5) +3, +2 bzw. +3 ist, die elektrische Ladung einer kleinen Gruppe, die irgendeines von einem In-Atom, einem Zn-Atom und einem Ga-Atom enthält, 0. Als Ergebnis ist die gesamte elektrische Ladung einer mittleren Gruppe mit einer Kombination aus solchen kleinen Gruppen immer 0.
  • Um die Schichtstruktur des auf In-Ga-Zn basierenden Oxids zu bilden, kann eine große Gruppe unter Verwendung nicht nur der in 18A dargestellten mittleren Gruppe gebildet werden, sondern auch einer mittleren Gruppe, in der sich die Anordnung des In-Atoms, des Ga-Atoms und des Zn-Atoms von derjenigen in 18A unterscheidet.
  • In einem CAAC-OS Film sind Metallatome und Sauerstoffatome in einer geordneten Art und Weise im Vergleich mit denen in einem amorphen Oxidhalbleiterfilm gebunden. Das heißt in dem Fall, in dem ein Oxidhalbleiter amorph ist, können die Koordinationszahlen zwischen verschiedenen Metallatomen variieren, aber in dem CAAC-OS Film entsprechen die Koordinationszahlen der Metallatome fast einander. Daher können mikroskopische Defekte von Sauerstoff verringert werden und Instabilität und Verschieben von Ladung, das durch Anhaften und Ablösung von Wasserstoffatomen (einschließlich Wasserstoffionen) oder Alkalimetallatomen hervorgerufen wird, können verringert werden.
  • Dementsprechend wird ein Transistor unter Verwendung eines Oxidhalbleiterfilms, der den CAAC-OS Film enthält, gebildet, wobei der Betrag einer Verschiebung der Schwellenspannung des Transistors, die nach einer Bestrahlung mit Licht und, nachdem ein Bias-Temperatur (BT) Stresstest an dem Transistor durchgeführt wird, auftritt, reduziert werden kann. Dementsprechend kann ein Transistor mit stabilen elektrischen Eigenschaften gebildet werden.
  • Anschließend werden, wie in 10A dargestellt, die leitende Schicht 719, die in Kontakt mit der Oxidhalbleiterschicht 716 ist, und die leitende Schicht 720, die in Kontakt mit der Oxidhalbleiterschicht 716 ist, gebildet. Die leitende Schicht 719 und die leitende Schicht 720 dienen als Source- und Drain-Elektroden.
  • Insbesondere können die leitende Schicht 719 und die leitende Schicht 720 in einer solchen Weise gebildet werden, dass ein leitender Film durch Sputtern oder Aufdampfen im Vakuum gebildet wird und dann zu einer vorbestimmten Form bearbeitet wird.
  • Als die leitende Schicht, die als die leitende Schicht 719 und als die leitende Schicht 720 dient, kann irgendeines der folgenden Materialien verwendet werden: ein Element, ausgewählt aus Aluminium, Chrom, Kupfer, Tantal, Titan, Molybdän oder Wolfram; eine Legierung, die irgendeines dieser Elemente enthält; ein Legierungsfilm, der die oben genannten Elemente in Kombination enthält; und dergleichen. Alternativ dazu kann eine Struktur verwendet werden, bei der ein Film aus einem hochschmelzenden Metall, wie etwa Chrom, Tantal, Titan, Molybdän oder Wolfram über oder unter einem Metallfilm aus Aluminium, Kupfer oder dergleichen gestapelt wird. Aluminium oder Kupfer wird bevorzugt in Kombination mit einem hochschmelzenden metallischen Material eingesetzt, um Probleme mit der Wärmebeständigkeit und Korrosion zu vermeiden. Als das hochschmelzende metallische Material können Molybdän, Titan, Chrom, Tantal, Wolfram, Neodym, Scandium, Yttrium oder dergleichen verwendet werden.
  • Weiterhin kann der leitende Film, der als die leitende Schicht 719 und die leitende Schicht 720 dient, eine einlagige Struktur oder eine Schichtstruktur aus zwei oder mehr Schichten haben. Als Beispiel können eine einlagige Struktur aus einem Aluminiumfilm, der Silicium enthält, eine zweilagige Struktur, bei der ein Titanfilm über einen Aluminiumfilm gestapelt wird, eine dreilagige Struktur, bei der ein Titanfilm, ein Aluminiumfilm und ein Titafilm in dieser Reihenfolge gestapelt werden, und dergleichen angegeben werden. Eine Cu-Mg-Al-Legierung, eine Mo-Ti-Legierung, Ti und Mo weisen eine hohe Adhäsion mit einem Oxidfilm auf. So wird für die leitende Schicht 719 und die leitende Schicht 720 eine Schichtstruktur verwendet, bei der ein leitender Film, der eine Cu-Mg-Al-Legierung, eine Mo-Ti-Legierung, Ti oder Mo enthält, für eine untere Schicht verwendet wird und ein leitender Film, der Cu enthält, für eine obere Schicht verwendet wird. Folglich kann die Adhäsion zwischen einem Isolierfilm, der ein Oxidfilm ist, und der leitenden Schicht 719 und der leitenden Schicht 720 erhöht werden.
  • Für den leitenden Film, der als die leitende Schicht 719 und als die leitende Schicht 720 dient, kann ein leitendes Metalloxid verwendet werden. Als das leitende Metalloxid können Indiumoxid, Zinnoxid, Zinkoxid, Indium-Zinn-Oxid, Indium-Zink-Oxid oder das leitende Metalloxidmaterial, welches Silicium oder Siliciumoxid enthält, verwendet werden.
  • In dem Fall, in dem eine Wärmebehandlung nach der Bildung des leitenden Films durchgeführt wird, besitzt der leitende Film vorzugsweise eine Wärmebeständigkeit, die hoch genug ist, um der Wärmebehandlung zu widerstehen.
  • Man beachte, dass jedes Material und die Ätzbedingungen entsprechend angepasst werden, so dass die Oxidhalbleiterschicht 716 so wenig wie möglich beim Ätzen des leitenden Films entfernt wird. Je nach den Ätzbedingungen wird ein freiliegender Abschnitt der Oxidhalbleiterschicht 716 teilweise geätzt, so dass in einigen Fällen eine Furche (ein vertiefter Abschnitt) ausgebildet wird.
  • In dieser Ausführungsform wird ein Titanfilm als der leitende Film verwendet. Somit kann der leitende Film selektiv durch Nassätzen unter Verwendung einer Lösung (ein Ammoniak-Wasserstoffperoxid-Gemisch), die Ammoniak und Wasserstoffperoxidwasser enthält, geätzt werden. Insbesondere wird ein Ammoniak-Wasserstoffperoxid-Gemisch verwendet, in dem Wasserstoffperoxid mit 31 Gew.%, Ammoniakwasser mit 28 Gew.% und Wasser in einem Volumenverhältnis von 5:2:2 gemischt werden. Alternativ kann Trockenätzen an dem leitenden Film bei Einsatz eines Gases, das Chlor (Cl2), Borchlorid (BCl3) oder dergleichen enthält, durchgeführt werden.
  • Man beachte, dass ein Ätzvorgang, um die Anzahl von Fotomasken, die in einem photolithographischen Prozess verwendet werden, zu reduzieren und um die Anzahl der Prozesse zu reduzieren, unter Verwendung einer Lackmaske, die unter Verwendung einer mehrtönigen Maske, durch die Licht durchgelassen wird, um eine Vielzahl von Intensitäten zu haben, ausgebildet wird, durchgeführt werden kann. Eine Lackmaske, die unter Verwendung einer mehrtönigen Maske ausgebildet wird, hat eine Vielzahl von Dicken und kann in ihrer Form durch Ätzen geändert werden; so kann die Lackmaske in einer Vielzahl von Ätzprozessen zur Verarbeitung von Filmen in verschiedene Muster verwendet werden. Dementsprechend kann eine Lackmaske, die mindestens zwei oder mehr Arten von unterschiedlichen Muster entspricht, von einer mehrtönigen Maske gebildet werden. Somit können die Anzahl der Belichtungsmasken und die Anzahl der entsprechenden photolithographischen Prozesse verringert werden, so dass das Verfahren vereinfacht werden kann.
  • Ferner kann ein leitender Oxidfilm, der als Source- und Drain-Bereiche fungiert, zwischen der Oxidhalbleiterschicht 716 und der leitenden Schicht 719 und der leitenden Schicht 720, die als Source- und Drain-Elektroden dienen, vorgesehen sein. Das Material des leitenden Oxidfilms enthält vorzugsweise Zinkoxid als eine Komponente und enthält vorzugsweise kein Indiumoxid. Für einen derartigen leitenden Oxidfilm können Zinkoxid, Zink-Aluminium-Oxid, Zink-Aluminium-Oxinitrid, Gallium-Zink-Oxid oder dergleichen verwendet werden.
  • Zum Beispiel können in dem Fall, in dem der leitende Oxidfilm gebildet wird, das Ätzen zur Bildung des leitenden Oxidfilms und das Ätzen zur Bildung der leitenden Schicht 719 und der leitenden Schicht 720 gleichzeitig durchgeführt werden.
  • Durch Vorsehen des leitenden Oxidfilms, der als Source- und Drain-Bereiche fungiert, kann ein Widerstand zwischen der Oxidhalbleiterschicht 716 und der leitenden Schicht 719 und der leitenden Schicht 720 verringert werden, so dass der Transistor mit hoher Geschwindigkeit betrieben werden kann. Darüber hinaus kann durch Bereitstellen des leitenden Oxidfilms, der als Source- und Drain-Bereiche fungiert, die Spannungsfestigkeit des Transistors erhöht werden.
  • Als nächstes kann eine Plasmabehandlung unter Verwendung eines Gases wie etwa N2O, N2 oder Ar durchgeführt werden. Mit dieser Plasmabehandlung werden Wasser und dergleichen, die einer freiliegenden Oberfläche der Oxidhalbleiterschicht anhaften, entfernt. Alternativ kann eine Plasmabehandlung unter Verwendung einer Gasmischung aus Sauerstoff und Argon durchgeführt werden.
  • Nach der Plasmabehandlung wird, wie in 10B dargestellt, der Gate-Isolierfilm 721 so ausgebildet, dass er die leitende Schicht 719 und die leitende Schicht 720 und die Oxidhalbleiterschicht 716 bedeckt. Dann wird eine Gate-Elektrode 722 über dem Gate-Isolierfilm 721 ausgebildet, um mit der Oxidhalbleiterschicht 716 zu überlappen.
  • Dann wird ein Paar von hochkonzentrierten Regionen 908 ausgebildet, indem ein n-Typ-Leitfähigkeit verleihender Dotand der Oxidhalbleiterschicht 716 unter Verwendung der Gate-Elektrode 722 als Maske hinzugefügt wird, nachdem die Gate-Elektrode 722 gebildet wurde. Man beachte, dass ein Bereich der Oxidhalbleiterschicht 716, der mit der Gate-Elektrode 722 überlappt, wobei der Gate-Isolierfilm 721 dazwischen vorgesehen ist, ein Kanalbildungsbereich ist. Die Oxidhalbleiterschicht 716 umfasst den Kanalbildungsbereich zwischen dem Paar von hochkonzentrierten Regionen 908. Die Zugabe eines Dotanden zur Bildung des Paars von hochkonzentrierten Regionen 908 kann durch Ionenimplantation durchgeführt werden. Ein Edelgas, wie etwa Helium, Argon oder Xenon, ein Atom der Gruppe 15, wie etwa Stickstoff, Phosphor, Arsen oder Antimon oder dergleichen können beispielsweise als Dotand verwendet werden. Zum Beispiel ist in dem Fall, in dem Stickstoff als Dotand verwendet wird, die Konzentration von Stickstoffatomen in der hochkonzentrierten Region 908 vorzugsweise höher als oder gleich 5 × 1019/cm3 und niedriger als oder gleich 1 × 1022/cm3. Die hochkonzentrierte Region 908, der der n-Typ-Leitfähigkeit verleihende Dotand zugesetzt wird, besitzt eine höhere Leitfähigkeit als andere Regionen in der Oxidhalbleiterschicht 716. Somit kann durch Vorsehen des Paars von hochkonzentrierten Regionen 908 in der Oxidhalbleiterschicht 716 ein Widerstand zwischen den Source- und Drain-Elektroden (der leitenden Schicht 719 und der leitenden Schicht 720) gesenkt werden.
  • Wenn der Widerstand zwischen den Source- und Drain-Elektroden (der leitenden Schicht 719 und der leitenden Schicht 720) gesenkt wird, kann ein hoher Durchlassstrom und ein Hochgeschwindigkeitsbetrieb garantiert werden, selbst wenn der Transistor 101 miniaturisiert werden. Darüber hinaus kann durch Miniaturisierung des Transistors 101 die Fläche einer Speicherzellenmatrix, die den Transistor enthält, reduziert werden, so dass eine Speicherkapazität pro Flächeneinheit erhöht werden kann.
  • In dem Fall, dass ein auf In-Ga-Zn basierender Oxidhalbleiter für die Oxidhalbleiterschicht 716 verwendet wird, erhält ein Oxidhalbleiter in dem Paar von hochkonzentrierten Regionen 908 durch Wärmebehandlung bei einer Temperatur höher als oder gleich 300°C und niedriger als oder gleich 600°C für 1 Stunde nach der Zugabe von Stickstoff eine Wurtzit-Kristallstruktur. Wenn der Oxidhalbleiter in dem Paar von hochkonzentrierten Regionen 908 eine Wurtzit-Kristallstruktur hat, kann die Leitfähigkeit des Paars von hochkonzentrierten Regionen 908 weiter erhöht werden und der Widerstand zwischen den Source- und Drain-Elektroden (der leitenden Schicht 719 und der leitenden Schicht 720) weiter gesenkt werden. Man beachte, dass, um den Widerstand zwischen den Source- und Drain-Elektroden (der leitenden Schicht 719 und der leitenden Schicht 720) durch Bildung eines Oxidhalbleiters mit einer Wurtzit-Kristallstruktur erfolgreich zu senken, die Konzentration von Stickstoffatomen in der hochkonzentrierten Region 908 vorzugsweise höher als oder gleich 1 × 1020/cm3 und kleiner als oder gleich 7 Atom-% in dem Fall ist, in dem Stickstoff als Dotand verwendet wird. Selbst in dem Fall, dass die Konzentration der Stickstoffatome niedriger als der obige Bereich ist, kann ein Oxidhalbleiter mit einer Wurtzit-Kristallstruktur in einigen Fällen erhalten werden.
  • Der Gate-Isolierfilm 721 kann unter Verwendung eines Materials und einer Schichtstruktur, die denen des Gate-Isolierfilms 703 ähneln, ausgebildet werden. Man beachte, dass der Gate-Isolierfilm 721 vorzugsweise Verunreinigungen, wie etwa Feuchtigkeit oder Wasserstoff, so wenig wie möglich enthält, und dass der Gate-Isolierfilm 721 unter Verwendung eines einlagigen Isolierfilms oder einer Vielzahl von gestapelten Isolierfilmen gebildet werden kann. Wenn Wasserstoff in dem Gate-Isolierfilm 721 enthalten ist, tritt Wasserstoff in die Oxidhalbleiterschicht 716 ein oder Sauerstoff wird von Wasserstoff in der Oxidhalbleiterschicht 716 extrahiert, wodurch die Oxidhalbleiterschicht 716 einen geringeren Widerstand (n-Typ-Leitfähigkeit) besitzt; somit könnte ein parasitärer Kanal gebildet werden. Daher ist es wichtig, dass ein Abscheidungsverfahren, in dem kein Wasserstoff verwendet wird, eingesetzt wird, um den Gate-Isolierfilm 721 mit so wenig Wasserstoffgehalt wie möglich zu bilden. Ein Material mit hoher Barriereeigenschaft wird vorzugsweise für den Gate-Isolierfilm 721 verwendet. Als der isolierende Film mit einer hohen Barriereeigenschaft kann beispielsweise ein Siliciumnitridfilm, ein Siliciumnitridoxidfilm, ein Aluminiumnitridfilm, ein Aluminiumnitridoxidfilm oder dergleichen verwendet werden. Wenn eine Vielzahl von gestapelten Isolierfilmen verwendet wird, wird ein Isolierfilm mit niedrigem Anteil an Stickstoff, wie beispielsweise ein Siliciumoxidfilm oder ein Siliciumoxinitridfilm, auf einer Seite gebildet, die näher an der Oxidhalbleiterschicht 716 als der Isolierfilm mit einer hohen Barriereeigenschaft ist. Anschließend wird der Isolierfilm mit einer hohen Barriereeigenschaft so ausgebildet, dass er mit der leitenden Schicht 719 und der leitenden Schicht 720 und der Oxidhalbleiterschicht 716 mit dem dazwischen vorgesehenen Isolierfilm mit niedrigem Anteil an Stickstoff überlappt. Wenn der Isolierfilm mit einer hohen Barriereeigenschaft verwendet wird, können Verunreinigungen, wie Feuchtigkeit oder Wasserstoff, daran gehindert werden, in die Oxidhalbleiterschicht 716, den Gate-Isolierfilm 721 oder die Grenzfläche zwischen der Oxidhalbleiterschicht 716 und einem weiteren Isolierfilm und der Umgebung davon einzudringen. Darüber hinaus wird der Isolierfilm mit niedrigem Anteil an Stickstoff, wie beispielsweise ein Siliciumoxidfilm oder ein Siliciumoxinitridfilm, so ausgebildet, dass er in Kontakt mit der Oxidhalbleiterschicht 716 ist, so dass verhindert werden kann, dass der Isolierfilm mit einer hohen Barriereeigenschaft in direktem Kontakt mit der Oxidhalbleiterschicht 716 ist.
  • In dieser Ausführungsform wird der Gate-Isolierfilm 721 mit einer Struktur, in der ein 100 nm dicker Siliciumnitridfilm, der durch Sputtern gebildet wird, über einen 200 nm dicken Siliciumoxidfilm, der durch Sputtern gebildet wird, gestapelt wird, ausgebildet. Die Substrattemperatur während der Abscheidung kann höher als oder gleich der Raumtemperatur und niedriger als oder gleich 300°C sein, und ist in dieser Ausführungsform 100°C.
  • Nachdem der Gate-Isolierfilm 721 ausgebildet wird, kann eine Wärmebehandlung durchgeführt werden. Die Wärmebehandlung wird in einer Stickstoffatmosphäre, extrem trockener Luft oder einer Edelgasatmosphäre (z. B. Argon oder Helium) vorzugsweise bei einer Temperatur durchgeführt, die höher als oder gleich 200°C und niedriger als oder gleich 400°C, z. B. höher als oder gleich 250°C und niedriger als oder gleich 350°C ist. Es ist wünschenswert, dass der Gehalt an Wasser in dem Gas niedriger als oder gleich 20 ppm, vorzugsweise niedriger als oder gleich 1 ppm, besonders bevorzugt niedriger als oder gleich 10 ppb ist. In dieser Ausführungsform wird beispielsweise eine Wärmebehandlung bei 250°C in einer Stickstoffatmosphäre für die Dauer einer Stunde durchgeführt. Alternativ kann eine RTA Behandlung für eine kurze Zeit bei einer hohen Temperatur in einer ähnlichen Weise wie bei der Wärmebehandlung, die an der Oxidhalbleiterschicht zur Reduzierung von Feuchtigkeit oder Wasserstoff durchgeführt wird, durchgeführt werden, bevor die leitende Schicht 719 und die leitende Schicht 720 gebildet werden. Selbst wenn Sauerstoff-Fehlstellen in der Oxidhalbleiterschicht 716 durch die Wärmebehandlung, die an der Oxidhalbleiterschicht 716 durchgeführt wird, generiert werden, wird durch das Durchführen einer Wärmebehandlung, nachdem der Gate-Isolierfilm 721, der Sauerstoff enthält, gebildet wird, Sauerstoff aus dem Gate-Isolierfilm 721 zu der Oxidhalbleiterschicht 716 zugeführt. Durch die Zufuhr von Sauerstoff zu der Oxidhalbleiterschicht 716 können Sauerstoff-Fehlstellen, die als Donator fungieren, in der Oxidhalbleiterschicht 716 reduziert werden und das stöchiometrische Verhältnis kann erfüllt werden. Die Oxidhalbleiterschicht 716 enthält vorzugsweise Sauerstoff, dessen Zusammensetzung über der stöchiometrischen Zusammensetzung liegt. Als Ergebnis kann die Oxidhalbleiterschicht 716 im Wesentlichen intrinsisch hergestellt werden und Schwankungen in den elektrischen Eigenschaften des Transistors aufgrund von Sauerstoff-Fehlstellen können verringert werden; somit können die elektrischen Eigenschaften verbessert werden. Der Zeitpunkt dieser Wärmebehandlung ist nicht besonders beschränkt, solange er nach der Bildung des Gate-Isolierfilms 721 liegt. Wenn diese Wärmebehandlung als eine Wärmebehandlung in einem anderen Schritt (z. B. als Wärmebehandlung während der Bildung eines Harzfilms oder als Wärmebehandlung zur Verringerung des Widerstandes eines transparenten, leitenden Films) dient, kann die Oxidhalbleiterschicht 716 ohne eine Erhöhung der Anzahl von Schritten im Wesentlichen intrinsisch hergestellt werden.
  • Alternativ können die Sauerstoff-Fehlstellen, die als Donatoren in der Oxidhalbleiterschicht 716 fungieren, durch Durchführen einer Wärmebehandlung an der Oxidhalbleiterschicht 716 in einer Sauerstoffatmosphäre, so dass Sauerstoff dem Oxidhalbleiter hinzugefügt wird, reduziert werden. Die Wärmebehandlung wird zum Beispiel bei einer Temperatur durchgeführt, die höher als oder gleich 100°C und niedriger als 350°C, vorzugsweise höher als oder gleich 150°C und niedriger als 250°C ist. Es ist wünschenswert, dass ein Sauerstoffgas, welches für die Wärmebehandlung in einer Sauerstoffatmosphäre verwendet wird, kein Wasser, keinen Wasserstoff oder dergleichen enthält. Alternativ ist die Reinheit des Sauerstoffgases, das in die Wärmebehandlungsvorrichtung eingeleitet wird, vorzugsweise höher als oder gleich 6 N (99,9999%), besonders bevorzugt höher als oder gleich 7N (99,99999%) (das heißt, dass die Verunreinigungskonzentration in Sauerstoff niedriger als oder gleich 1 ppm, vorzugsweise niedriger als oder gleich 0,1 ppm ist).
  • Alternativ kann Sauerstoff der Oxidhalbleiterschicht 716 durch Ionenimplantation, Ionendotierung oder dergleichen hinzugefügt werden, so dass Sauerstoff-Fehlstellen, die als Donator fungieren, verringert werden. Zum Beispiel kann Sauerstoff, der mit einer Mikrowelle von 2,45 GHz in ein Plasma umgewandelt wird, der Oxidhalbleiterschicht 716 hinzugefügt werden.
  • Die Gate-Elektrode 722 kann in einer Weise gebildet werden, dass ein leitender Film über dem Gate-Isolierfilm 721 ausgebildet und dann geätzt wird. Die Gate-Elektrode 722 kann unter Verwendung eines ähnlichen Materials wie das der Gate-Elektrode 707 und das der leitenden Schicht 719 und das der leitenden Schicht 720 gebildet werden.
  • Die Dicke der Gate-Elektrode 722 ist größer als oder gleich 10 nm und kleiner als oder gleich 400 nm, vorzugsweise größer als oder gleich 100 nm und kleiner als oder gleich 200 nm ist. In dieser Ausführungsform wird, nachdem ein 150 nm dicker leitender Film für die Gate-Elektrode durch Sputtern unter Verwendung eines Wolfram-Targets gebildet wird, der leitende Film durch Ätzen in eine gewünschte Form verarbeitet, so dass die Gate-Elektrode 722 gebildet wird. Eine Lackmaske kann mitels eines Tintenstrahl-Verfahrens gebildet werden. Wenn die Lackmaske mittels eines Tintenstrahl-Verfahrens gebildet wird, wird eine Fotomaske nicht verwendet; somit können die Herstellungskosten reduziert werden.
  • Durch die oben beschriebenen Schritte wird der Transistor 101 gebildet.
  • In dem Transistor 101 überlappen die Source- und Drain-Elektroden (die leitende Schicht 719 und die leitende Schicht 720) nicht mit der Gate-Elektrode 722. Anders gesagt ist eine Lücke, die größer als die Dicke des Gate-Isolierfilms 721 ist, zwischen den Source- und Drain-Elektroden (der leitenden Schicht 719 und der leitenden Schicht 720) und der Gate-Elektrode 722 vorgesehen. Somit kann die parasitäre Kapazität, die zwischen den Source- und Drain-Elektroden und der Gate-Elektrode gebildet wird, in dem Transistor 101 reduziert werden. Folglich kann ein Hochgeschwindigkeitsbetrieb durchgeführt werden.
  • Man beachte, dass der Transistor 101 nicht auf einen Transistor mit einem Kanal in einer Oxidhalbleiterschicht beschränkt ist, und dass es möglich ist, einen Transistor zu verwenden, der ein Halbleitermaterial, dessen Bandlücke größer als die von Silicium ist und dessen intrinsische Ladungsträgerdichte niedriger als die von Silicium ist, in einem Kanalbildungsbereich enthält. Als solch ein Halbleitermaterial kann beispielsweise Siliciumcarbid, Galliumnitrid oder dergleichen anstelle eines Oxidhalbleiters verwendet werden. Mit einem Kanalbildungsbereich, der ein solches Halbleitermaterial enthält, kann ein Transistor mit extrem niedrigem Sperrstrom erhalten werden.
  • Obwohl der Transistor 101 als ein Einzel-Gate-Transistor beschrieben ist, kann ein Multi-Gate-Transistor, der eine Vielzahl von Kanalbildungsbereichen enthält, gebildet werden, wenn eine Vielzahl von Gate-Elektroden, welche elektrisch verbunden sind, falls erforderlich, enthalten sind.
  • Man beachte, dass ein Isolierfilm, der in Kontakt mit der Oxidhalbleiterschicht 716 ist, (entspricht in dieser Ausführungsform dem Gate-Isolierfilm 721) unter Verwendung eines nichtleitenden Materials gebildet werden kann, das ein Element, das zur Gruppe 13 gehört, und Sauerstoff enthält. Viele Oxidhalbleitermaterialien enthalten ein Element, das zur Gruppe 13 gehört, und ein nichtleitendes Material, das ein Element, das zur Gruppe 13 gehört, enthält, passt gut mit einem Oxidhalbleiter zusammen. Durch die Verwendung eines solchen nichtleitenden Materials, das ein Element, das zur Gruppe 13 gehört, enthält, für den Isolierfilm, der in Kontakt mit der Oxidhalbleiterschicht ist, kann ein guter Zustand einer Grenzfläche mit der Oxidhalbleiterschicht bewahrt werden.
  • Ein nichtleitendes Material, das ein Element enthält, das zur Gruppe 13 gehört, ist ein nichtleitendes Material, das eines oder mehrere Elemente enthält, die zur Gruppe 13 gehören. Beispiele für das nichtleitende Material, das ein Element enthält, das zur Gruppe 13 gehört, umfassen Galliumoxid, Aluminiumoxid, Aluminium-Gallium-Oxid und Gallium-Aluminium-Oxid. Hier ist Aluminium-Gallium-Oxid ein Material, dessen Gehalt an Aluminium größer als der Gehalt an Gallium in einem atomaren Prozentsatz ist, und Gallium-Aluminium-Oxid ist ein Material, dessen Gehalt an Gallium größer als oder gleich dem Gehalt an Aluminium in einem atomaren Prozentsatz ist.
  • Zum Beispiel können in dem Fall, in dem ein Isolierfilm in Kontakt mit einer Oxidhalbleiterschicht, die Gallium enthält, gebildet wird, wenn ein Material, das Galliumoxid enthält, für den Isolierfilm verwendet wird, günstige Eigenschaften an der Grenzfläche zwischen der Oxidhalbleiterschicht und dem Isolierfilm bewahrt werden. Zum Beispiel kann, wenn die Oxidhalbleiterschicht und der Isolierfilm, der Galliumoxid enthält, in Kontakt miteinander angeordnet sind, ein Aufstauen von Wasserstoff an der Grenzfläche zwischen der Oxidhalbleiterschicht und dem Isolierfilm reduziert werden. Man beachte, dass ein ähnlicher Effekt in dem Fall erzielt werden kann, in dem ein Element, das zu der gleichen Gruppe wie ein Element, das Bestandteil des Oxidhalbleiters ist, gehört, für den Isolierfilm verwendet wird. Zum Beispiel ist es wirksam, einen Isolierfilm unter Verwendung eines Materials, das Aluminiumoxid enthält, zu bilden. Aluminiumoxid lässt nicht leicht Wasser durch. Somit ist es wünschenswert, das Material, das Aluminiumoxid enthält, zu verwenden, um Wasser daran zu hindern, in die Oxidhalbleiterschicht einzudringen.
  • Der Isolierfilm, der in Kontakt mit der Oxidhalbleiterschicht 716 ist, umfasst durch Wärmebehandlung in einer Sauerstoffatmosphäre, Sauerstoffdotierung oder dergleichen vorzugsweise Sauerstoff in einem Verhältnis höher als der in der stöchiometrischen Zusammensetzung. ”Sauerstoffdotierung” bezeichnet die Zugabe von Sauerstoff zu einer Hauptmasse (bulk). Man beachte, dass der Begriff ”Hauptmasse (bulk)” verwendet wird, um klarzustellen, dass Sauerstoff nicht nur einer Oberfläche eines dünnen Films, sondern auch dem Inneren des dünnen Films zugegeben wird. Darüber hinaus umfasst der Begriff ”Sauerstoffdotierung” ”Sauerstoffplasmadotierung”, bei der Sauerstoff, der in ein Plasma umgewandelt wird, einer Hauptmasse zugegeben wird. Die Sauerstoffdotierung kann durch Ionenimplantation oder Ionendotierung erfolgen.
  • Zum Beispiel kann in dem Fall, in dem der Isolierfilm, der in Kontakt mit der Oxidhalbleiterschicht 716 ist, unter Verwendung von Galliumoxid gebildet wird, die Zusammensetzung des Galliumoxids durch Wärmebehandlung in einer Sauerstoffatmosphäre oder Sauerstoffdotierung auf Ga2OX (X = 3 + α, 0 < α < 1) eingestellt werden.
  • In dem Fall, in dem der Isolierfilm, der in Kontakt mit der Oxidhalbleiterschicht 716 ist, unter Verwendung von Aluminiumoxid gebildet wird, kann die Zusammensetzung des Aluminiumoxids durch Wärmebehandlung in einer Sauerstoffatmosphäre oder Sauerstoffdotierung auf Al2OX (X = 3 + α, 0 < α < 1) eingestellt werden.
  • In dem Fall, in dem der Isolierfilm, der in Kontakt mit der Oxidhalbleiterschicht 716 ist, unter Verwendung von Gallium-Aluminium-Oxid (Aluminium-Gallium-Oxid) gebildet wird, kann die Zusammensetzung des Gallium-Aluminium-Oxids (Aluminium-Gallium-Oxids) durch Wärmebehandlung in einer Sauerstoffatmosphäre oder Sauerstoffdotierung auf GaxAl2-XO3+α(0 < X < 2, 0 < α < 1) eingestellt werden.
  • Durch Sauerstoffdotierung kann ein Isolierfilm, der einen Bereich umfasst, in dem der Anteil von Sauerstoff höher als der in der stöchiometrischen Zusammensetzung ist, gebildet werden. Wenn der Isolierfilm, der einen solchen Bereich umfasst, in Kontakt mit der Oxidhalbleiterschicht ist, wird Sauerstoff, der überzählig in dem Isolierfilm auftritt, der Oxidhalbleiterschicht zugeführt, und ein Sauerstoffmangel in der Oxidhalbleiterschicht oder an der Grenzfläche zwischen der Oxidhalbleiterschicht und dem Isolierfilm wird reduziert. Somit kann die Oxidhalbleiterschicht ein intrinsischer oder im Wesentlichen intrinsischer Oxidhalbleiter sein.
  • Der Isolierfilm, der einen Bereich umfasst, in dem der Anteil an Sauerstoff höher als der in der stöchiometrischen Zusammensetzung ist, kann unter den Isolierfilmen, die in Kontakt mit der Oxidhalbleiterschicht 716 sind, entweder als der Isolierfilm, der auf einer oberen Seite der Oxidhalbleiterschicht angebracht ist, oder als der Isolierfilm, der auf einer unteren Seite der Oxidhalbleiterschicht angebracht ist, verwendet werden; es ist jedoch bevorzugt, einen solchen Isolierfilm für beide Isolierfilme, die in Kontakt mit der Oxidhalbleiterschicht 716 sind, zu verwenden. Der obige vorteilhafte Effekt kann mit einer Struktur verbessert werden, bei der die Oxidhalbleiterschicht 716 sandwichartig zwischen den Isolierfilmen eingeschlossen ist, die jeweils einen Bereich umfassen, in dem der Anteil von Sauerstoff höher als der in der stöchiometrischen Zusammensetzung ist, und die als die Isolierfilme in Kontakt mit der Oxidhalbleiterschicht 716 verwendet werden und die auf der oberen Seite und der unteren Seite der Oxidhalbleiterschicht 716 positioniert sind.
  • Die Isolierfilme auf der oberen Seite und der unteren Seite der Oxidhalbleiterschicht 716 können den gleichen Bestandteil oder verschiedene Bestandteile enthalten. Zum Beispiel können die Isolierfilme auf der oberen Seite und der unteren Seite beide unter Verwendung von Galliumoxid gebildet werden, dessen Zusammensetzung Ga2OX (X = 3 + α, 0 < α < 1) ist. Alternativ kann einer der Isolierfilme auf der oberen Seite und der unteren Seite unter Verwendung von Ga2OX (X = 3 + α, 0 < α < 1) gebildet werden und der andere kann unter Verwendung von Aluminiumoxid gebildet werden, dessen Zusammensetzung Al2OX (X = 3 + α, 0 < α < 1) ist.
  • Der Isolierfilm, der in Kontakt mit der Oxidhalbleiterschicht 716 ist, kann durch einen Stapel von Isolierfilmen gebildet werden, die jeweils einen Bereich umfassen, in dem der Anteil von Sauerstoff höher als der in der stöchiometrischen Zusammensetzung ist. Beispielsweise kann der Isolierfilm auf der oberen Seite der Oxidhalbleiterschicht 716 wie folgt gebildet werden: Galliumoxid, dessen Zusammensetzung Ga2OX (X = 3 + α, 0 < α < 1) ist, wird gebildet und Gallium-Aluminium-Oxid (Aluminium-Gallium-Oxid), dessen Zusammensetzung GaXAl2-XO3+α (0 < X < 2, 0 < α < 1) ist, kann darüber gebildet werden. Man beachte, dass der Isolierfilm auf der unteren Seite der Oxidhalbleiterschicht 716 durch einen Stapel von Isolierfilmen gebildet werden kann, die jeweils einen Bereich umfassen, in dem der Anteil von Sauerstoff höher als der in der stöchiometrischen Zusammensetzung ist. Alternativ können beide Isolierfilme auf der oberen Seite und der unteren Seite der Oxidhalbleiterschicht 716 durch einen Stapel von Isolierfilmen gebildet werden, die jeweils einen Bereich umfassen, in dem der Anteil von Sauerstoff höher als der in der stöchiometrischen Zusammensetzung ist.
  • Anschließend wird, wie in 10C dargestellt, ein Isolierfilm 724 so ausgebildet, dass er den Gate-Isolierfilm 721 und die Gate-Elektrode 722 bedeckt. Der Isolierfilm 724 kann durch PVD, CVD oder dergleichen ausgebildet werden. Der Isolierfilm 724 kann unter Verwendung eines Materials gebildet werden, das ein anorganisches nichtleitendes Material, wie etwa Siliciumoxid, Siliciumoxinitrid, Siliciumnitrid, Hafniumoxid, Galliumoxid oder Aluminiumoxid, einschließt. Man beachte, dass bevorzugt ein Material mit einer niedrigen dielektrischen Konstante oder eine Struktur mit einer niedrigen dielektrischen Konstante (z. B. eine poröse Struktur) für den Isolierfilm 724 verwendet wird. Wenn die dielektrische Konstante des Isolierfilms 724 gesenkt wird, kann eine parasitäre Kapazität, die zwischen Leitungen oder Elektroden erzeugt wird, verringert werden, was zu einer höheren Betriebsgeschwindigkeit führt. Man beachte, dass, obwohl der Isolierfilm 724 in dieser Ausführungsform eine einlagige Struktur besitzt, eine Weiterbildung der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Struktur beschränkt ist. Der Isolierfilm 724 kann eine Schichtstruktur aus zwei oder mehr Schichten besitzen.
  • Als nächstes wird eine Öffnung in dem Gate-Isolierfilm 721 und dem Isolierfilm 724 gebildet, so dass ein Teil der leitenden Schicht 720 freigelegt wird. Danach wird eine Leitung 726, die durch die Öffnung in Kontakt mit der leitenden Schicht 720 ist, über dem Isolierfilm 724 gebildet.
  • Ein leitender Film wird durch PVD oder CVD gebildet und dann geätzt, so dass die Leitung 726 gebildet wird. Als das Material für den leitenden Film kann ein Element, ausgewählt aus Aluminium, Chrom, Kupfer, Tantal, Titan, Molybdän oder Wolfram, eine Legierung, die irgendeines dieser Elemente als eine Komponente enthält, oder dergleichen verwendet werden. Ein Material, das eines aus Mangan, Magnesium, Zirkonium, Beryllium, Neodym und Scandium oder eine Kombination aus irgendwelchen dieser Elemente umfasst, kann verwendet werden.
  • Insbesondere ist es zum Beispiel möglich, ein Verfahren zu verwenden, bei dem ein dünner Titanfilm durch PVD in einem Bereich gebildet wird, der die Öffnung des Isolierfilms 724 umfasst, und ein dünner Titanfilm (mit einer Dicke von etwa 5 nm) durch PVD gebildet wird und dann ein Aluminiumfilm so gebildet wird, das er in die Öffnung eingebettet wird. Hierbei hat der durch PVD gebildete Titanfilm die Funktion, einen Oxidfilm (z. B. einen natürlichen Oxidfilm), der auf einer Oberfläche gebildet wird, über der der Titanfilm gebildet wird, zu verringern, um den Kontaktwiderstand mit der unteren Elektrode oder dergleichen (hier der leitenden Schicht 720) zu verringern. Darüber hinaus können Wellen des Aluminiumfilms verhindert werden. Ein Kupferfilm kann durch ein Galvanisierungsverfahren gebildet werden, nachdem ein Sperrfilm aus Titan, Titannitrid oder dergleichen gebildet wird.
  • Anschließend wird, wie in 10D dargestellt, ein Isolierfilm 727 gebildet, um die Leitung 726 zu bedecken. Ferner wird ein leitender Film über dem Isolierfilm 727 gebildet und dann geätzt, so dass eine leitende Schicht 7301 gebildet wird. Danach wird ein Isolierfilm 7302 gebildet, um die leitende Schicht 7301 zu bedecken, und ein leitender Film 7303 wird über dem Isolierfilm 7302 gebildet. Auf diese Weise kann der Kondensator 102 gebildet werden. Eine Elektrode eines Paares von Elektroden des Kondensators 102 entspricht der leitenden Schicht 7301, die andere Elektrode des Paares von Elektroden des Kondensators 102 entspricht dem leitenden Film 7303 und eine dielektrische Schicht des Kondensators 102 entspricht dem Isolierfilm 7302. Hierbei können der Isolierfilm 727, die leitende Schicht 7301, der Isolierfilm 7302 und der leitende Film 7303 unter Verwendung von Materialien gebildet werden, die ähnlich zu denen der anderen Isolierfilme und leitenden Schichten sind.
  • Durch die Reihe von Schritten kann die Signalverarbeitungsschaltung 2000 gebildet werden.
  • [Ausführungsform 5]
  • In dieser Ausführungsform wird ein Transistor beschrieben werden, der eine Oxidhalbleiterschicht mit einer Struktur umfasst, die sich von der Struktur der Ausführungsform 4 unterscheidet. Man beachte, dass die gleichen Elemente wie die in den 10A bis 10D durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden, und dass die Beschreibung davon weggelassen wird.
  • Ein Transistor 911, der in 11A dargestellt ist, ist ein Transistor mit obenliegendem Gate (Top-Gate-Transistor), bei dem die Gate-Elektrode 722 über der Oxidhalbleiterschicht 716 gebildet ist, und auch ein Boden-Kontakt-Transistor, bei dem die Source- und Drain-Elektroden (die leitende Schicht 719 und die leitende Schicht 720) unter der Oxidhalbleiterschicht 716 gebildet sind.
  • Die Oxidhalbleiterschicht 716 umfasst ein Paar von hochkonzentrierten Regionen 918, die durch Zugabe eines n-Typ-Leitfähigkeit verleihenden Dotanden zu der Oxidhalbleiterschicht 716, nachdem die Gate-Elektrode 722 gebildet wird, erhalten werden können. Darüber hinaus ist ein Bereich der Oxidhalbleiterschicht 716, der mit der Gate-Elektrode 722 überlappt, wobei der Gate-Isolierfilm 721 dazwischen angeordnet ist, ein Kanalbildungsbereich 919. Die Oxidhalbleiterschicht 716 umfasst den Kanalbildungsbereich 919 zwischen dem Paar von hochkonzentrierten Regionen 918.
  • Das Paar von hochkonzentrierten Regionen 918 kann in einer Weise ähnlich der von dem Paar von hochkonzentrierten Regionen 908, die in Ausführungsform 4 beschrieben wurde, gebildet werden.
  • Ein Transistor 911, der in 11B dargestellt ist, ist ein Transistor mit obenliegendem Gate (Top-Gate-Transistor), bei dem die Gate-Elektrode 722 über der Oxidhalbleiterschicht 716 gebildet ist, und auch ein Boden-Kontakt-Transistor, bei dem die Source- und Drain-Elektroden (die leitende Schicht 719 und die leitende Schicht 720) über der Oxidhalbleiterschicht 716 gebildet sind. Der Transistor 911 umfasst ferner Seitenwände 930, die an den Enden der Gate-Elektrode 722 vorgesehen sind und unter Verwendung eines Isolierfilms gebildet werden.
  • Die Oxidhalbleiterschicht 716 umfasst ein Paar von hochkonzentrierten Regionen 928 und ein Paar von Regionen niedriger Konzentration 929, die durch Zugabe eines n-Typ-Leitfähigkeit verleihenden Dotanden zu der Oxidhalbleiterschicht 716, nachdem die Gate-Elektrode 722 gebildet wird, erhalten werden können. Darüber hinaus ist ein Bereich der Oxidhalbleiterschicht 716, der mit der Gate-Elektrode 722 überlappt, wobei der Gate-Isolierfilm 721 dazwischen angeordnet ist, ein Kanalbildungsbereich 931. Die Oxidhalbleiterschicht 716 enthält das Paar von Regionen niedriger Konzentration 929 zwischen dem Paar von hochkonzentrierten Regionen 928 und den Kanalbildungsbereich 931 zwischen dem Paar von Regionen niedriger Konzentration 929. Ferner ist das Paar von Regionen niedriger Konzentration 929 in einem Bereich der Oxidhalbleiterschicht 716 vorgesehen, der mit den Seitenwänden 930 überlappt, wobei der Gate-Isolierfilm 721 dazwischen vorgesehen ist.
  • Das Paar von hochkonzentrierten Regionen 928 und das Paar von Regionen niedriger Konzentration 929 können in einer Weise ähnlich der von dem Paar von hochkonzentrierten Regionen 908, die in Ausführungsform 4 beschrieben wurde, gebildet werden.
  • Der Transistor 911, der in 11C dargestellt ist, ist ein Transistor mit obenliegendem Gate (Top-Gate-Transistor), bei dem die Gate-Elektrode 722 über der Oxidhalbleiterschicht 716 gebildet ist, und auch ein Boden-Kontakt-Transistor, bei dem die Source- und Drain-Elektroden (die leitende Schicht 719 und die leitende Schicht 720) unter der Oxidhalbleiterschicht 716 gebildet sind. Der Transistor 911 umfasst ferner Seitenwände 950, die an den Enden der Gate-Elektrode 722 vorgesehen sind und unter Verwendung eines Isolierfilms gebildet werden.
  • Die Oxidhalbleiterschicht 716 umfasst ein Paar von hochkonzentrierten Regionen 948 und ein Paar von Regionen niedriger Konzentration 949, die durch Zugabe eines n-Typ-Leitfähigkeit verleihenden Dotanden zu der Oxidhalbleiterschicht 716, nachdem die Gate-Elektrode 722 gebildet wird, erhalten werden können. Darüber hinaus ist ein Bereich der Oxidhalbleiterschicht 716, der mit der Gate-Elektrode 722 überlappt, wobei der Gate-Isolierfilm 721 dazwischen angeordnet ist, ein Kanalbildungsbereich 951. Die Oxidhalbleiterschicht 716 enthält das Paar von Regionen niedriger Konzentration 949 zwischen dem Paar von hochkonzentrierten Regionen 948 und den Kanalbildungsbereich 951 zwischen dem Paar von Regionen niedriger Konzentration 949. Ferner ist das Paar von Regionen niedriger Konzentration 949 in einem Bereich der Oxidhalbleiterschicht 716 vorgesehen, der mit den Seitenwänden 950 überlappt, wobei der Gate-Isolierfilm 721 dazwischen vorgesehen ist.
  • Das Paar von hochkonzentrierten Regionen 948 und das Paar von Regionen niedriger Konzentration 949 können in einer Weise ähnlich der von dem Paar von hochkonzentrierten Regionen 908, die in Ausführungsform 4 beschrieben wurde, gebildet werden.
  • Man beachte, dass als eines der Verfahren zur Herstellung einer hochkonzentrierten Region durch einen selbstausrichtenden Prozess, wobei die Region als eine Source-Region oder eine Drain-Region in einem Transistor dient, der einen Oxidhalbleiter umfasst, ein Verfahren offenbart wurde, bei welchem eine Oberfläche einer Oxidhalbleiterschicht exponiert wird, eine Plasmabehandlung mit Argon durchgeführt wird, und der Widerstand einer Region in der Oxidhalbleiterschicht, die dem Plasma ausgesetzt ist, verringert wird (S. Jeon et al. ”Amorpher InGaZnO Dünnschichttransistor mit 180 nm Gatelänge für Anwendungen von hochintegrierten Bildsensoren”, IEDM Tech. Dig., S. 504–507, 2010).
  • Bei dem Herstellungsverfahren ist es jedoch erforderlich, einen Gate-Isolierfilm teilweise zu entfernen, so dass eine Region, die als eine Source-Region oder eine Drain-Region dient, exponiert wird, nachdem der Gate-Isolierfilm gebildet ist. Somit wird, wenn der Gate-Isolierfilm entfernt wird, die Oxidhalbleiterschicht, die unter dem Gate-Isolierfilm liegt, teilweise zu stark geätzt, so dass die Dicke der Region, die als die Source-Region oder die Drain-Region dient, verringert wird. Daher wird der Widerstand der Source-Region oder der Drain-Region erhöht und Fehler in den Eigenschaften des Transistors treten aufrund des zu starken Ätzens leicht auf.
  • Um den Transistor zu miniaturisieren, ist es notwendig, Trockenätzen mit hoher Bearbeitungsgenauigkeit einzusetzen. Zu starkes Ätzen tritt insbesondere leicht in dem Fall auf, in dem Trockenätzen eingesetzt wird, welches eine Selektivität der Oxidhalbleiterschicht in Bezug auf den Gate-Isolierfilm nicht ausreichend sicherstellen kann.
  • Zum Beispiel ist zu starkes Ätzen kein Problem, solange die Oxidhalbleiterschicht eine ausreichend große Dicke besitzt. Jedoch ist es in dem Fall, dass die Kanallänge weniger als oder gleich 200 nm ist, notwendig, dass die Dicke einer Region der Oxidhalbleiterschicht, die als Kanalbildungsbereich dient, kleiner als oder gleich 20 nm, vorzugsweise kleiner als oder gleich 10 nm ist, um einen Kurzkanaleffekt zu verhindern. In dem Fall, dass eine solch dünne Oxidhalbleiterschicht verwendet wird, ist das zu starke Ätzen der Oxidhalbleiterschicht ungünstig, weil der Widerstand der Source-Region oder der Drain-Region erhöht wird und Fehler in den Eigenschaften des Transistors wie oben beschrieben auftreten.
  • Wenn jedoch ein Dotand zu der Oxidhalbleiterschicht hinzugefügt wird, während die Oxidhalbleiterschicht nicht exponiert ist, und der Gate-Isolierfilm wie in einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung belassen wird, kann das zu starke Ätzen der Oxidhalbleiterschicht verhindert werden und eine übermäßige Beschädigung der Oxidhalbleiterschicht verringert werden. Ferner wird eine Grenzfläche zwischen der Oxidhalbleiterschicht und dem Gate-Isolierfilm sauber gehalten. Somit können die Eigenschaften und die Zuverlässigkeit des Transistors verbessert werden.
  • [Ausführungsform 6]
  • In dieser Ausführungsform wird ein Transistor, der eine Oxidhalbleiterschicht enthält, mit einer Struktur, die sich von den Strukturen in Ausführungsform 4 und Ausführungsform 5 unterscheidet, beschrieben werden. Man beachte, dass die gleichen Teile wie die in den 10A bis 10D mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden und dass die Beschreibung davon weggelassen wird. In einem in dieser Ausführungsform beschriebenen Transistor 101 ist die Gate-Elektrode 722 so vorgesehen, dass sie mit der leitenden Schicht 719 und der leitenden Schicht 720 überlappt. Darüber hinaus ist der Transistor 101 dieser Ausführungsform insofern von dem Transistor 101, der in Ausführungsform 4 oder 5 beschrieben ist, verschieden, dass kein eine Leitfähigkeit verleihendes Störstellenelement der Oxidhalbleiterschicht 716 unter Verwendung der Gate-Elektrode 722 als eine Maske hinzugefügt wird.
  • 12A zeigt ein Beispiel des Transistors 101, in dem die Oxidhalbleiterschicht 716 unter der leitenden Schicht 719 und der leitenden Schicht 720 angeordnet ist, während 12B ein Beispiel des Transistors 101 zeigt, in dem die Oxidhalbleiterschicht 716 über der leitenden Schicht 719 und der leitenden Schicht 720 vorgesehen ist. Man beachte, dass, obwohl die obere Oberfläche des Isolierfilms 724 nicht in jeder der 12A und 12B geglättet ist, eine Weiterbildung der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Struktur beschränkt ist. Die obere Oberfläche des Isolierfilms 724 kann planarisiert werden.
  • [Ausführungsform 7]
  • Die tatsächlich gemessene Feldeffektmobilität eines Transistors mit isoliertem Gate kann aus einer Vielzahl von Gründen geringer sein als die ursprüngliche Mobilität; dieses Phänomen tritt nicht nur in dem Fall der Verwendung eines Oxidhalbleiters auf. Einer der Ursachen, die die Mobilität reduzieren, ist ein Defekt innerhalb eines Halbleiters oder ein Defekt an einer Grenzfläche zwischen dem Halbleiter und einem Isolierfilm. Wenn ein Levinson-Modell verwendet wird, kann die Feldeffektmobilität unter der Annahme, dass kein Defekt innerhalb des Halbleiters existiert, theoretisch berechnet werden. In dieser Ausführungsform wird die Feldeffektmobilität eines idealen Oxidhalbleiters ohne einen Defekt im Inneren des Halbleiters theoretisch berechnet und Berechnungsergebnisse für Eigenschaften von exakten Transistoren, die unter Verwendung eines derartigen Oxidhalbleiters hergestellt werden, werden gezeigt.
  • Unter der Annahme, dass die ursprüngliche Mobilität und die gemessene Feldeffektmobilität eines Halbleiters μ0 bzw. μ sind, und dass eine Potenzialbarriere (wie etwa eine Korngrenze) in dem Halbleiter existiert, wird die gemessene Feldeffektmobilität durch die folgende Formel ausgedrückt.
  • [FORMEL 2]
    • μ = μ0exp(–EkT)
  • Hier bezeichnet E die Höhe der Potenzialbarriere, k bezeichnet die Boltzmann-Konstante und T bezeichnet die absolute Temperatur. Wenn angenommen wird, dass die Potenzialbarriere auf einen Defekt zurückzuführen ist, wird die Höhe der Potenzialbarriere durch die folgende Formel gemäß dem Levinson-Modell ausgedrückt. [FORMEL 3]
    Figure DE112012001395B4_0003
  • Hier stellt e die Elementarladung dar, N stellt die durchschnittliche Defektdichte pro Flächeneinheit in einem Kanal dar, ε stellt die Dielektrizitätskonstante des Halbleiters dar, n stellt die Anzahl der Ladungsträger pro Flächeneinheit in dem Kanal dar, Cox stellt die Kapazität pro Flächeneinheit dar, Vg stellt die Gate-Spannung dar und t stellt die Dicke des Kanals dar. In dem Fall, in dem die Dicke der Halbleiterschicht kleiner als oder gleich 30 nm ist, kann die Dicke des Kanals als gleich zu der Dicke der Halbleiterschicht angesehen werden. Der Drain-Strom Id in einem linearen Bereich wird durch die folgende Formel ausgedrückt. [FORMEL 4]
    Figure DE112012001395B4_0004
  • Hier stellt L die Kanallänge dar und W stellt die Kanalbreite dar, und L und W sind jeweils 10 μm. Darüber hinaus stellt Vd die Drain-Spannung dar. Teilt man beide Seiten der obigen Gleichung durch Vg und nimmt dann den Logarithmus von beiden Seiten, kann die folgende Formel erhalten werden. [FORMEL 5]
    Figure DE112012001395B4_0005
  • Die rechte Seite der Formel 5 ist eine Funktion von Vg. Aus der Gleichung findet man, dass die Defektdichte N aus der Steigung einer Linie in einem Graph gewonnen werden kann, der durch Auftragen der tatsächlichen Messwerte mit ln(Id/Vg) als Ordinate und 1/Vg als Abszisse erhalten wird. Das heißt, dass die Defektdichte aus den Id-Vg Kennlinien des Transistors berechnet werden kann. Die Defektdichte N eines Oxidhalbleiters, in dem das Verhältnis von Indium (In), Zinn (Sn) und Zink (Zn) 1:1:1 beträgt, ist etwa 1 × 1012/cm2.
  • Auf der Grundlage der Defektdichte, die auf diese Weise oder dergleichen erhalten wird, kann μ0 aus Formel 2 und Formel 3 zu 120 cm2/Vs berechnet werden. Die gemessene Mobilität eines auf In-Sn-Zn basierenden Oxids mit einem Defekt ist etwa 40 cm2/Vs cm. Unter der Annahme, dass kein Defekt im Inneren des Halbleiters und an der Grenzfläche zwischen dem Halbleiter und einem Isolierfilm existiert, wird jedoch eine Mobilität μ0 des Oxidhalbleiters von 120 cm2/Vs erwartet.
  • Man beachte, dass, selbst wenn kein Defekt im Inneren eines Halbleiters vorliegt, sich Streuung an einer Grenzfläche zwischen einem Kanal und einem Gate-Isolierfilm auf die Transporteigenschaften des Transistors auswirkt. Anders ausgedrückt kann die Mobilität μ1 an einer Stelle, die in einem Abstand x von der Grenzfläche zwischen dem Kanal und dem Gate-Isolierfilm liegt, durch die folgende Formel ausgedrückt werden. [FORMEL 6]
    Figure DE112012001395B4_0006
  • Hierbei stellt D das elektrische Feld in der Gate-Richtung dar, und B und G sind Konstanten. B und G können aus tatsächlichen Messergebnissen gewonnen werden, und nach den obigen Messergebnisse ist B 4,75 × 107 cm/s und G ist 10 nm (die Tiefe, bis zu welcher der Einfluss der Grenzflächenstreuung reicht). Wenn D erhöht wird (d. h. wenn die Gate-Spannung erhöht wird), wird der zweite Term der Formel 6 erhöht, so dass die Mobilität μ1 verringert wird.
  • Ergebnisse einer Berechnung der Mobilität μ2 eines Transistors mit einem Kanal, der einen idealen Oxidhalbleiter ohne einen Defekt innerhalb des Halbleiters enthält, sind in 19 gezeigt. Für die Berechnung wurde die Geräte-Simulationssoftware Sentaurus Device, die von Synopsys, Inc. hergestellt wird, verwendet, und die Bandlücke, die Austrittsarbeit, die relative Dielektrizitätskonstante und die Dicke des Oxidhalbleiters wurden mit 2,8 eV, 4,7 eV, 15 bzw. 15 nm angenommen. Diese Werte wurden durch Messung eines dünnen Films, der durch Sputtern gebildet wurde, erhalten.
  • Ferner wurden die Arbeitsfunktionen eines Gates, einer Source und eines Drains mit 5,5 eV, 4,6 eV bzw. 4,6 eV angenommen. Die Dicke eines Gate-Isolierfilms wurde mit 100 nm angenommen, und die relative Dielektrizitätskonstante desselben wurde mit 4,1 angenommen. Die Kanallänge und die Kanalbreite wurden jeweils mit 10 μm angenommen, und die Drain-Spannung Vd wurde mit 0,1 V angenommen.
  • Wie in 19 gezeigt weist die Mobilität eine Spitze von 100 cm2/Vs oder mehr bei einer Gate-Spannung, die ein wenig über 1 V liegt, und verringert sich mit zunehmender Gate-Spannung, weil der Einfluss der Grenzflächenstreuung wächst. Man beachte, dass es, um die Grenzflächenstreuung zu reduzieren, bevorzugt ist, dass eine Oberfläche der Halbleiterschicht auf der atomaren Ebene eben ist (Atomlagenebenheit).
  • Ergebnisse der Berechnung der Eigenschaften von exakten Transistoren, die unter Verwendung eines Oxidhalbleiters gebildet wurden, der eine solche Mobilität besitzt, sind in den 20A bis 20C, den 21A bis 21C und den 22A bis 22C gezeigt. Die 23A und 23B zeigen Querschnittsansichten von Strukturen der Transistoren, die für die Berechnung verwendet wurden. Die in den 23A und 23B dargestellten Transistoren umfassen jeweils einen Halbleiterbereich 803a und einen Halbleiterbereich 803c, die n+-Typ-Leitfähigkeit in einer Oxidhalbleiterschicht besitzen. Der spezifische Widerstand des Halbleiterbereichs 803a und der spezifische Widerstand des Halbleiterbereichs 803c betragen jeweils 2 × 10–3 Ω cm.
  • Der Transistor in 23A wird über einer isolierenden Basisschicht 801 und einem eingebetteten Isolator 802, der in die isolierende Basisschicht 801 eingebettet ist und aus Aluminiumoxid gebildet ist, gebildet. Der Transistor umfasst den Halbleiterbereich 803a, den Halbleiterbereich 803c, einen intrinsischen Halbleiterbereich 803b, der zwischen den Halbleiterbereichen 803a und 803c angeordnet wird und als Kanalbildungsbereich dient, und ein Gate 805. Die Breite der Gates 805 beträgt 33 nm.
  • Ein Gate-Isolierfilm 804 wird zwischen dem Gate 805 und dem Halbleiterbereich 803b ausgebildet. Eine isolierende Seitenwand 806a und eine isolierende Seitenwand 806b werden auf beiden Seitenflächen des Gates 805 ausgebildet, und ein Isolator 807 wird über dem Gate 805 ausgebildet, um einen Kurzschluss zwischen dem Gate 805 und einer weiteren Leitung zu verhindern. Die isolierende Seitenwand hat eine Breite von 5 nm. Eine Source 808a und ein Drain 808b sind in Kontakt mit dem Halbleiterbereich 803a bzw. dem Halbleiterbereich 803c vorgesehen. Man beachte, dass die Kanalbreite dieses Transistors 40 nm beträgt.
  • Der Transistor in 23B ist insofern der gleiche wie der Transistor in 23A, dass er über der isolierende Basisschicht 801 und dem eingebetteten Isolator 802, der aus Aluminiumoxid gebildet ist, ausgebildet ist, und dass er den Halbleiterbereich 803a, der Halbleiterbereich 803c, den intrinsischen Halbleiterbereich 803b, der dazwischen vorgesehen ist, das Gate 805 mit einer Breite von 33 nm, den Gate-Isolierfilm 804, die isolierende Seitenwand 806a, die isolierende Seitenwand 806b, den Isolator 807, die Source 808a und den Drain 808b umfasst.
  • Der Unterschied zwischen dem Transistor in 23A und dem Transistor in 23B ist der Leitfähigkeitstyp der Halbleiterbereiche unter der isolierenden Seitenwand 806a und der isolierenden Seitenwand 806b. In dem Transistor in 23A sind die Halbleiterbereiche unter der isolierenden Seitenwand 806a und der isolierenden Seitenwand 806b Teil des Halbleiterbereichs 803a, der n+-Typ-Leitfähigkeit besitzt, und Teil des Halbleiterbereichs 803c, der n+-Typ-Leitfähigkeit besitzt, während die Halbleiterbereiche unter der isolierenden Seitenwand 806a und der isolierenden Seitenwand 806b in dem Transistor in 23B Teil des intrinsischen Halbleiterbereichs 803b sind. In anderen Worten gibt es einen Bereich mit einer Breite Loffset, in der das Gate 805 nicht mit dem Halbleiterbereich 803a (dem Halbleiterbereich 803c) überlappt. Dieser Bereich wird als ein Offset-Bereich bezeichnet, und die Breite Loffset wird als Offset-Länge bezeichnet. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist die Offset-Länge gleich der Breite der isolierenden Seitenwand 806a (der isolierenden Seitenwand 806b).
  • Die anderen Parameter, die in der Berechnung verwendet werden, sind wie oben beschrieben. Für die Berechnung wurde die Geräte-Simulationssoftware Sentaurus Device, die von Synopsys, Inc. hergestellt wird, verwendet. Die 20A bis 20C zeigen den Drain-Strom (Id, eine durchgezogene Linie) und die Mobilität (μ, eine gestrichelte Linie) des Transistors mit der in 23A dargestellten Struktur in Abhängigkeit von der Gate-Spannung (Vg: eine Potenzialdifferenz zwischen dem Gate und der Source). Der Drain-Strom Id wird durch Berechnung unter der Annahme, dass die Drain-Spannung (eine Potenzialdifferenz zwischen dem Drain und der Source) +1 V beträgt, erhalten, und die Mobilität μ wird durch Berechnung unter der Annahme, dass die Drain-Spannung +0,1 V beträgt, erhalten.
  • 20A zeigt die Gate-Spannungkurve des Transistors in dem Fall, in dem die Dicke des Gate-Isolierfilms 15 nm beträgt, 20B zeigt diejenige des Transistors in dem Fall, in dem die Dicke des Gate-Isolierfilms 10 nm beträgt, und 20C zeigt diejenige des Transistors in dem Fall, in dem die Dicke des Gate-Isolierfilms 5 nm beträgt. Mit dünner werdendem Gate-Isolierfilm wird insbesondere der Drain-Strom Id in dem ausgeschalteten Zustand (der Sperrstrom) deutlich verringert. Im Gegensatz dazu gibt es keine merkliche Veränderung in dem Spitzenwert der Mobilität μ und dem Drain-Strom Id im eingeschalteten Zustand (dem Durchlassstrom). Die Diagramme zeigen, dass der Drain-Strom bei einer Gate-Spannung von etwa 1 V 10 μA überschreitet.
  • 21A bis 21C zeigen den Drain-Strom Id (eine durchgezogene Linie) und die Mobilität μ (eine gestrichelte Linie) des Transistors mit der in 23B dargestellten Struktur und einer Offset-Länge LOffset von 5 nm in Abhängigkeit von der Gate-Spannung Vg. Der Drain-Strom Id wird durch Berechnung unter der Annahme, dass die Drain-Spannung +1 V beträgt, erhalten, und die Mobilität μ wird durch Berechnung unter der Annahme, dass die Drain-Spannung +0,1 V beträgt, erhalten. 21A zeigt die Gate-Spannungkurve des Transistors in dem Fall, in dem die Dicke des Gate-Isolierfilms 15 nm beträgt, 21B zeigt diejenige des Transistors in dem Fall, in dem die Dicke des Gate-Isolierfilms 10 nm beträgt, und 21C zeigt diejenige des Transistors in dem Fall, in dem die Dicke des Gate-Isolierfilms 5 nm beträgt.
  • 22A bis 22C zeigen den Drain-Strom Id (eine durchgezogene Linie) und die Mobilität μ (eine gestrichelte Linie) des Transistors mit der in 23B dargestellten Struktur und einer Offset-Länge Loffset von 15 nm in Abhängigkeit von der Gate-Spannung. Der Drain-Strom Id wird durch Berechnung unter der Annahme, dass die Drain-Spannung +1 V beträgt, erhalten, und die Mobilität μ wird durch Berechnung unter der Annahme, dass die Drain-Spannung +0,1 V beträgt, erhalten. 22A zeigt die Gate-Spannungkurve des Transistors in dem Fall, in dem die Dicke des Gate-Isolierfilms 15 nm beträgt, 22B zeigt diejenige des Transistors in dem Fall, in dem die Dicke des Gate-Isolierfilms 10 nm beträgt, und 22C zeigt diejenige des Transistors in dem Fall, in dem die Dicke des Gate-Isolierfilms 5 nm beträgt.
  • In jeder der Strukturen wird der Sperrstrom mit dünner werdendem Gate-Isolierfilm deutlich verringert, während keine merkliche Veränderung in dem Spitzenwert der Mobilität μ und in dem Durchlassstrom auftritt.
  • Man beachte, dass der Spitzenwert der Mobilität μ in den 20A bis 20C etwa 80 cm2/Vs, in den 21A bis 21C etwa 60 cm2/Vs und in den 22A bis 22C etwa 40 cm2/Vs beträgt; somit wird der Spitzenwert der Mobilität μ mit zunehmender Offset-Länge Loffset verringert. Ferner gilt das gleiche für den Sperrstrom. Der Durchlassstrom wird ebenfalls mit zunehmender Offset-Länge Loffset verringert; allerdings ist die Abnahme in dem Durchlassstrom wesentlich langsamer als die Abnahme in dem Sperrstrom. Ferner zeigen die Graphen, dass der Drain-Strom in jeder der Strukturen bei einer Gate-Spannung von etwa 1 V 10 μA überschreitet, was in einem Speicherelement und dergleichen erforderlich ist.
  • [Ausführungsform 8]
  • Ein Transistor, der einen Oxidhalbleiter, welcher In, Sn und Zn als Hauptkomponenten enthält, in einem Kanalbildungsbereich umfasst und der für eine Signalverarbeitungsschaltung gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, kann durch Abscheiden des Oxidhalbleiters während des Heizens eines Substrats oder durch Durchführen einer Wärmebehandlung nach dem Bilden eines Oxidhalbleiterfilms vorteilhafte Eigenschaften besitzen. Man beachte, dass eine Hauptkomponente sich auf ein Element bezieht, welches in einer Zusammensetzung mit 5 atomaren Prozent oder mehr enthalten ist.
  • Durch gezieltes Erhitzen des Substrats nach dem Abscheiden des Oxidhalbleiterfilms, der In, Sn und Zn als Hauptkomponenten enthält, kann die Feldeffektmobilität des Transistors verbessert werden. Ferner kann die Schwellenspannung des Transistors in die positive Richtung verschoben werden, um den Transistor zu einem selbstsperrenden Transistor zu machen.
  • Zum Beispiel zeigen die 24A bis 24C jeweils Kennlinien eines Transistors, der einen Oxidhalbleiterfilm, welcher In, Sn und Zn als Hauptkomponenten enthält und eine Kanallänge L von 3 μm und eine Kanalbreite W von 10 μm hat, und einen Gate-Isolierfilm mit einer Dicke von 100 nm umfasst. Man beachte, dass Vd auf 10 V eingestellt wurde.
  • 24A zeigt Kennlinien eines Transistors, dessen Oxidhalbleiterfilm, der In, Sn und Zn als Hauptkomponenten enthält, durch Sputtern ohne gezieltes Erhitzen eines Substrats gebildet wurde. Die Feldeffektmobilität des Transistors beträgt 18,8 cm2/Vs. Auf der anderen Seite kann die Feldeffektmobilität, wenn der Oxidhalbleiterfilm, der In, Sn und Zn als Hauptkomponenten enthält, während eines gezielten Erhitzens des Substrats gebildet wird, verbessert werden. 24B zeigt Kennlinien eines Transistors, dessen Oxidhalbleiterfilm, der In, Sn und Zn als Hauptkomponenten enthält, unter Erhitzen eines Substrats bei 200°C gebildet wurde. Die Feldeffektmobilität des Transistors beträgt 32,2 cm2/Vs.
  • Die Feldeffektmobilität kann durch Durchführung einer Wärmebehandlung, nachdem der Oxidhalbleiterfilm, der In, Sn und Zn als Hauptkomponenten enthält, gebildet wird, weiter verbessert werden. 24C zeigt Kennlinien eines Transistors, dessen Oxidhalbleiterfilm, der In, Sn und Zn als Hauptkomponenten enthält, durch Sputtern bei 200°C abgeschieden wurde und dann einer Wärmebehandlung bei 650°C unterworfen wurde. Die Feldeffektmobilität des Transistors beträgt 34,5 cm2/Vs.
  • Das gezielte Erhitzen des Substrats kann Feuchtigkeit, die während der Abscheidung durch Sputtern in den Oxidhalbleiterfilm eindringt, reduzieren. Ferner ermöglicht die Wärmebehandlung nach der Abscheidung, dass Wasserstoff, eine Hydroxylgruppe oder Feuchtigkeit freigesetzt und von dem Oxidhalbleiterfilm entfernt werden. Auf diese Weise kann die Feldeffektmobilität verbessert werden. Es wird angenommen, dass eine solche Verbesserung in der Feldeffektmobilität nicht nur durch Entfernen von Verunreinigungen durch Dehydratisierung oder Dehydrierung, sondern auch durch eine Verringerung des Atomabstands aufgrund einer Erhöhung der Dichte erreicht wird. Darüber hinaus kann der Oxidhalbleiter kristallisiert werden, indem er durch die Entfernung von Verunreinigungen aus dem Oxidhalbleiter gereinigt wird. Im Falle der Verwendung eines solchen gereinigten, nicht-einkristallinen Oxidhalbleiters sollte idealerweise eine Feldeffektmobilität verwirklicht werden, die 100 cm2/Vs übersteigt.
  • Der Oxidhalbleiter, der In, Sn und Zn als Hauptkomponenten enthält, kann in der folgenden Weise kristallisiert werden: Sauerstoffionen werden in den Oxidhalbleiter implantiert; Wasserstoff, eine Hydroxylgruppe oder Feuchtigkeit, die in dem Oxidhalbleiter enthalten sind, werden durch Wärmebehandlung freigesetzt; und der Oxidhalbleiter wird durch die Wärmebehandlung oder durch eine andere später durchgeführte Wärmebehandlung kristallisiert. Durch eine solche Kristallisationsbehandlung oder Umkristallisationsbehandlung kann ein nicht-einkristalliner Oxidhalbleiter mit günstiger Kristallinität erhalten werden.
  • Das gezielte Erhitzen des Substrats während der Abscheidung und/oder die Wärmebehandlung nach der Abscheidung tragen nicht nur zur Verbesserung der Feldeffektmobilität bei, sondern auch dazu, den Transistor zu einem selbstsperrenden Transistor zu machen. In einem Transistor, bei dem ein Oxidhalbleiterfilm, der In, Sn und Zn als Hauptkomponenten enthält und der ohne gezieltes Erhitzen eines Substrats gebildet wird, als Kanalbildungsbereich verwendet wird, neigt die Schwellenspannung dazu, in die negative Richtung verschoben zu werden. Im Gegensatz dazu kann, wenn der Oxidhalbleiterfilm, der während eines gezielten Erhitzens des Substrats gebildet wird, verwendet wird, das Problem der negativen Verschiebung der Schwellenspannung gelöst werden. Das bedeutet, dass die Schwellenspannung so verschoben wird, dass der Transistor zu einem selbstsperrenden Transistor wird; diese Tendenz kann durch Vergleich zwischen den 24A und 24B bestätigt werden.
  • Man beachte, dass die Schwellenspannung auch durch Änderung des Verhältnisses von In, Sn und Zn gesteuert werden kann; wenn das Zusammensetzungsverhältnis von In, Sn und Zn 2:1:3, ist, kann ein selbstsperrender (normally-off) Transistor gebildet werden. Darüber hinaus kann ein Oxidhalbleiterfilm mit hoher Kristallinität erhalten werden, indem das Zusammensetzungsverhältnis von einem Target wie folgt eingestellt wird: In:Sn:Zn = 2:1:3.
  • Die Temperatur des gezielten Erhitzens des Substrats oder die Temperatur der Wärmebehandlung ist höher als oder gleich 150°C, vorzugsweise höher als oder gleich 200°C, besonders vorzugsweise höher als oder gleich 400°C. Wenn eine Abscheidung oder eine Wärmebehandlung bei einer hohen Temperatur durchgeführt werden, kann der Transistor ein selbstsperrender Transistor sein.
  • Durch gezieltes Erhitzen des Substrats während der Abscheidung und/oder durch Durchführung einer Wärmebehandlung nach der Abscheidung kann die Stabilität gegen eine Gate-Vorspannungsbelastung (einen Gate-Bias-Stress) erhöht werden. Zum Beispiel kann, wenn eine Gate-Vorspannung mit einer Stärke von 2 MV/cm bei 150°C für eine Stunde angewandt wird, eine Drift der Schwellenspannung kleiner als ±1,5 V, vorzugsweise kleiner als ±1,0 V sein.
  • Ein BT-Test wurde an den folgenden zwei Transistoren durchgeführt: Probe 1, an der keine Wärmebehandlung nach der Abscheidung eines Oxidhalbleiterfilms durchgeführt wurde; und Probe 2, an der eine Wärmebehandlung bei 650°C nach der Abscheidung eines Oxidhalbleiterfilms durchgeführt wurde.
  • Zunächst wurden Vg-Id Kennlinien der Transistoren bei einer Substrattemperatur von 25°C und Vds von 10 V gemessen. Dann wurde die Substrattemperatur auf 150°C gesetzt und Vds wurde auf 0,1 V gesetzt. Danach wurde eine Vg von 20 V angelegt, so dass die Stärke eines elektrischen Feldes, welches an den Gate-Isolierfilm angelegt wurde, 2 MV/cm betrug, und der Zustand wurde eine Stunde lang gehalten. Als nächstes wurde Vg auf 0 V gesetzt. Dann wurden Vg-Id Kennlinien der Transistoren bei einer Substrattemperatur von 25°C und Vds von 10 V gemessen. Dieser Prozess wird als ein positiver BT Test bezeichnet.
  • In ähnlicher Weise wurden zunächst Vg-Id Kennlinien der Transistoren bei einer Substrattemperatur von 25°C und Vds von 10 V gemessen. Dann wurde die Substrattemperatur auf 150°C gesetzt und Vds wurde auf 0,1 V gesetzt. Danach wurde eine Vg von –20 V angelegt, so dass die Stärke eines elektrischen Feldes, welches an den Gate-Isolierfilm angelegt wurde, –2 MV/cm betrug, und der Zustand wurde eine Stunde lang gehalten. Als nächstes wurde Vg auf 0 V gesetzt. Dann wurden Vg-Id Kennlinien der Transistoren bei einer Substrattemperatur von 25°C und Vds von 10 V gemessen. Dieser Prozess wird als ein negativer BT Test bezeichnet.
  • Die 25A und 25B zeigen Ergebnisse des positiven BT Tests bzw. des negativen BT Tests der Probe 1. Die 26A und 26B zeigen Ergebnisse des positiven BT Tests bzw des negativen BT Tests der Probe 2.
  • Der Betrag der Verschiebung der Schwellenspannung von Probe 1 aufgrund des positiven BT Tests und derjenige aufgrund des negativen BT Tests betrugen 1,80 V bzw. –0,42 V. Der Betrag der Verschiebung der Schwellenspannung von Probe 2 aufgrund des positiven BT Tests und derjenige aufgrund des negativen BT Tests betrugen 0,79 V bzw. 0,76 V. Man findet, dass in jeder der Probe 1 und Probe 2 der Betrag der Verschiebung der Schwellenspannung zwischen vor und nach den BT Tests klein ist und die Zuverlässigkeit hoch ist.
  • Die Wärmebehandlung kann in einer Sauerstoffatmosphäre durchgeführt werden; alternativ kann die Wärmebehandlung zuerst in einer Atmosphäre aus Stickstoff oder einem Inertgas oder unter vermindertem Druck durchgeführt werden, und dann in einer Atmosphäre, die Sauerstoff enthält. Sauerstoff wird dem Oxidhalbleiter nach einer Dehydratisierung oder einer Dehydrierung zugeführt, wodurch die vorteilhafte Wirkung der Wärmebehandlung weiter erhöht werden kann. Als ein Verfahren zum Zuführen von Sauerstoff nach einer Dehydratisierung oder einer Dehydrierung, kann ein Verfahren, bei dem Sauerstoffionen durch ein elektrisches Feld beschleunigt und in den Oxidhalbleiterfilm implantiert werden, verwendet werden.
  • Ein Defekt aufgrund einer Sauerstofflücke wird leicht in dem Oxidhalbleiter oder an einer Grenzfläche zwischen dem Oxidhalbleiter und einem Film in Kontakt mit dem Oxidhalbleiter verursacht; wenn überschüssiger Sauerstoff durch die Wärmebehandlung in dem Oxidhalbleiter enthalten ist, kann eine später verursachte Sauerstofflücke durch überschüssigen Sauerstoff kompensiert werden. Der überschüssige Sauerstoff ist hauptsächlich Sauerstoff, der zwischen Gittern vorhandenen ist. Wenn die Konzentration an Sauerstoff in dem Bereich von 1 × 1016/cm3 bis 2 × 1020/cm3 eingestellt ist, kann überschüssiger Sauerstoff in dem Oxidhalbleiter enthalten sein, ohne eine Kristallverzerrung oder dergleichen zu verursachen.
  • Wenn eine Wärmebehandlung so durchgeführt wird, dass zumindest ein Teil des Oxidalbleiters einen Kristall umfasst, kann ein stabilerer Oxidhalbleiterfilm erhalten werden. Wenn zum Beispiel ein Oxidhalbleiterfilm, der durch Sputtern unter Verwendung eines Targets mit einem Zusammensetzungsverhältnis von In:Sn:Zn = 1:1:1 ohne gezieltes Erhitzen eines Substrats gebildet wird, durch Röntgenbeugung (XRD) analysiert wird, wird ein Halo-Muster beobachtet. Dieser abgeschiedene Oxidhalbleiterfilm kann kristallisiert werden, indem er einer Wärmebehandlung unterworfen wird. Die Temperatur der Wärmebehandlung kann geeignet eingestellt werden; wenn die Wärmebehandlung bei beispielsweise 650°C durchgeführt wird, kann mit Röntgenbeugung ein deutliches Beugungsmaximum beobachtet werden.
  • Eine XRD-Analyse eines auf In-Sn-Zn basierenden Oxidfilms wurde durchgeführt. Die XRD-Analyse wurde unter Verwendung eines Röntgen-Diffraktometers D8 ADVANCE, hergestellt von Broker AXS, durchgeführt und die Messung wurde mit einer „außerhalb-der-Ebene” („out-of-plane”)-Methode durchgeführt.
  • Probe A und Probe B wurden präpariert und die XRD-Analyse wurde daran durchgeführt. Ein Verfahren zur Bildung von Probe A und Probe B wird nachstehend beschrieben.
  • Ein auf In-Sn-Zn basierender Oxidfilm mit einer Dicke von 100 nm wurde über einem Quarzsubstrat, das einer Behandlung durch Dehydrierung unterzogen worden war, abgeschieden.
  • Der auf In-Sn-Zn basierende Oxidfilm wurde mit einer Sputtervorrichtung mit einer Leistung von 100 W (DC) in einer Sauerstoffatmosphäre gebildet. Ein In-Sn-Zn-O Target aus In:Sn:Zn = 1:1:1 [Atomverhältnis] wurde als ein Target verwendet. Man beachte, dass die Temperatur für das Erhitzen des Substrats während der Abscheidung auf 200°C eingestellt wurde. Eine Probe, die auf diese Weise gebildet wurde, wurde als Probe A verwendet
  • Als nächstes wurde eine Probe, die mit einem Verfahren ähnlich dem von Probe A gebildet wurde, einer Wärmebehandlung bei 650°C unterzogen. Als die Wärmebehandlung wurde zuerst eine Wärmebehandlung in einer Stickstoffatmosphäre eine Stunde lang durchgeführt, und weiterhin wurde eine Wärmebehandlung in einer Sauerstoffatmosphäre eine Stunde lang ohne Absenkung der Temperatur durchgeführt. Eine Probe, die auf diese Weise gebildet wurde, wurde als Probe B verwendet.
  • 27 zeigt XRD-Spektren von Probe A und Probe B. Kein von einem Kristall stammender Peak wurde in Probe A beobachtet, während von einem Kristall stammende Peaks in Probe B beobachtet wurden, wenn 28 bei rund 35° und bei 37° bis 38° lag.
  • Wie oben beschrieben können durch gezieltes Erhitzen eines Substrats während der Abscheidung eines Oxidhalbleiters, der In, Sn und Zn als Hauptkomponenten enthält, und/oder durch eine Wärmebehandlung nach der Abscheidung die Eigenschaften eines Transistors verbessert werden.
  • Dieses Erhitzen des Substrats und diese Wärmebehandlung haben eine vorteilhafte Wirkung, dass sie verhindern, dass Wasserstoff und eine Hydroxylgruppe, die ungünstige Verunreinigungen für einen Oxidhalbleiter sind, in dem Film enthalten sind, oder eine vorteilhafte Wirkung, dass Wasserstoff und eine Hydroxylgruppe aus dem Film entfernt werden. Das bedeutet, dass ein Oxidhalbleiter durch Entfernen von Wasserstoff, der als eine Donatorstörstelle fungiert, aus dem Oxidhalbleiter gereinigt werden kann, wodurch ein selbstsperrender Transistor erhalten werden kann. Der hohe Reinigungsgrad eines Oxidhalbleiters ermöglicht es, dass der Sperrstrom des Transistors 1 aA/μm oder weniger beträgt. Hier stellt die Einheit des Sperrstroms einen Strom pro Mikrometer einer Kanalbreite dar.
  • 28 zeigt eine Beziehung zwischen dem Sperrstrom eines Transistors und dem Inversen der Substrattemperatur (der absoluten Temperatur) bei der Messung. Hier repräsentiert der Einfachheit halber die horizontale Achse einen Wert (1000/T), der durch Multiplizieren eines Inversen der Substrattemperatur bei der Messung mit 1000 erhalten wird.
  • Insbesondere kann, wie in 28 gezeigt, der Sperrstrom kleiner als oder gleich 1 aA/μm (1 × 10–18 A/μm), kleiner als oder gleich 100 zA/μm (1 × 10–19 A/μm) und kleiner als oder gleich 1 zA/μm (1 × 10–21 A/μm) sein, wenn die Substrattemperatur 125°C, 85°C bzw. Raumtemperatur (27°C) ist. Vorzugsweise kann der Sperrstrom kleiner als oder gleich 0,1 aA/μm (1 × 10–19 A/μm), kleiner als oder gleich 10 zA/μm (1 × 10–20 A/μm) und kleiner als oder gleich 0,1 zA/μm (1 × 10–22 A/μm) bei 125°C, 85°C bzw. Raumtemperatur sein.
  • Man beachte, dass es, um Wasserstoff und Feuchtigkeit daran zu hindern, in dem Oxidhalbleiterfilm während der Abscheidung des Films eingeschlossen zu werden, bevorzugt ist, die Reinheit eines Sputtergases durch ausreichendes Unterdrücken einer Leckage von der Außenseite einer Abscheidungskammer und einer Entgasung durch eine innere Wand der Abscheidungskammer zu erhöhen. Zum Beispiel wird ein Gas mit einem Taupunkt von weniger als oder gleich –70°C vorzugsweise als das Sputtergas verwendet, um zu verhindern, dass Feuchtigkeit in den Film aufgenommen wird. Darüber hinaus ist es bevorzugt, ein Target, das hochaufgereinigt ist, um nicht Verunreinigungen wie Wasserstoff und Feuchtigkeit zu enthalten, zu verwenden. Obwohl es möglich ist, Feuchtigkeit aus einem Film eines Oxidhalbleiters, der In, Sn und Zn als Hauptkomponenten enthält, durch Wärmebehandlung zu entfernen, wird vorzugsweise ein Film, der anfänglich keine Feuchtigkeit enthält, gebildet, da Feuchtigkeit aus dem Oxidhalbleiter, der In, Sn und Zn als Hauptkomponenten enthält, bei einer höheren Temperatur als aus einem Oxidhalbleiter, der In, Ga und Zn als Hauptkomponenten enthält, freigesetzt wird.
  • Die Beziehung zwischen der Substrattemperatur und elektrischen Eigenschaften des Transistors der Probe, an der eine Wärmebehandlung bei 650°C nach der Abscheidung des Oxidhalbleiterfilms durchgeführt wurde, wurde ausgewertet.
  • Der Transistor, der für die Messung verwendet wurde, hat eine Kanallänge L von 3 μm, eine Kanalbreite W von 10 μm, Lov von 0 μm, und dW von 0 μm. Man beachte, dass Vds auf 10 V gesetzt wurde. Man beachte, dass die Substrattemperatur –40°C, –25°C, 25°C, 75°C, 125°C und 150°C betrug. Dabei wird in einem Transistor die Breite eines Bereichs, in dem eine Gate-Elektrode mit einer Elektrode eines Paares von Elektroden überlappt, als Lov bezeichnet, und die Breite eines Bereichs des Paares von Elektroden, der nicht mit einem Oxidhalbleiterfilm überlappt, wird als dW bezeichnet.
  • 29 zeigt Id (eine durchgezogene Linie) und die Feldeffektmobilität (eine gepunktete Linie) in Abhängigkeit von Vg. 30A zeigt eine Beziehung zwischen der Substrattemperatur und der Schwellenspannung, und 30B zeigt eine Beziehung zwischen der Substrattemperatur und der Feldeffektmobilität.
  • Aus 30A findet man, dass die Schwellenspannung niedriger wird, wenn die Substrattemperatur zunimmt. Man beachte, dass die Schwellenspannung in dem Bereich von –40°C bis 150°C von 1,09 V auf –0,23 V abnimmt.
  • Aus 30B findet man, dass die Feldeffektmobilität niedriger wird, wenn die Substrattemperatur zunimmt. Man beachte, dass die Feldeffektmobilität in dem Bereich von –40°C bis 150°C von 36 cm2/Vs auf 32 cm2/Vs abnimmt. Somit wird festgestellt, dass eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften in dem obigen Temperaturbereich gering ist.
  • In einem Transistor, bei dem ein solcher Oxidhalbleiter, der In, Sn und Zn als Hauptkomponenten enthält, für einen Kanalbildungsbereich verwendet wird, kann eine Feldeffektmobilität höher als oder gleich 30 cm2/Vs, vorzugsweise höher als oder gleich bis 40 cm2/Vs, besonders bevorzugt höher als oder gleich 60 cm2/Vs erreicht werden, wobei der Sperrstrom bei 1 aA/μ oder niedriger bleibt, wodurch ein Durchlassstrom, der für einen LSI erforderlich ist, erreicht wird. Zum Beispiel kann in einem FET, bei dem L/W 33 nm/40 nm ist, ein Durchlassstrom, der höher als oder gleich 12 μA ist, fließen, wenn die Gate-Spannung 2,7 V und die Drain-Spannung 1,0 V ist. Außerdem können ausreichende elektrische Eigenschaften in einem Temperaturbereich, der für den Betrieb eines Transistors erforderlich ist, sichergestellt werden. Mit solchen Eigenschaften kann eine integrierte Schaltung mit einer neuartigen Funktion realisiert werden, ohne die Betriebsgeschwindigkeit herabzusetzen, selbst wenn ein Transistor, der einen Oxidhalbleiter enthält, in einer integrierten Schaltung, die unter Verwendung eines Si-Halbleiters gebildet wird, vorgesehen wird.
  • [Ausführungsform 9]
  • In dieser Ausführungsform wird ein Transistor, der einen Oxidhalbleiterfilm enthält, mit einer Struktur, die sich von den Strukturen in den Ausführungsformen unterscheidet, beschrieben. Ein Oxidhalbleiter, der in dem Oxidhalbleiterfilm enthalten ist, kann unter Verwendung eines Oxidhalbleiters, der In, Sn und Zn enthält, (auf In-Sn-Zn basierender Oxidhalbleiter) oder eines anderen Oxidhalbleiters, der in einer der anderen Ausführungsformen beschrieben wurde, ausgebildet werden.
  • Die 31A und 31B sind eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht eines koplanaren Transistors mit einer Struktur mit obenliegendem Gate und obenliegenden Kontakten (Top-Gate-Top-Kontakt-Struktur). 31A ist die Draufsicht des Transistors. 31B stellt einen Querschnitt A-B entlang der strichpunktierten Linie A-B in 31A dar.
  • Der in 31B dargestellte Transistor umfasst ein Substrat 2100, einen isolierenden Basisfilm 2102, der über dem Substrat 2100 vorgesehen ist, einen isolierenden Schutzfilm 2104, der in dem Umfang des isolierenden Basisfilms 2102 vorgesehen ist, einen Oxidhalbleiterfilm 2106, der über dem isolierenden Basisfilm 2102 und dem isolierenden Schutzfilm 2104 vorgesehen ist und einen hochohmigen Bereich 2106a und einer niederohmigen Bereich 2106b umfasst, einen Gate-Isolierfilm 2108, der über dem Oxidhalbleiterfilm 2106 vorgesehen ist, eine Gate-Elektrode 2110, die so vorgesehen ist, dass sie mit dem Oxidhalbleiterfilm 2106 überlappt, wobei der Gate-Isolierfilm 2108 dazwischen vorgesehen ist, eine isolierende Seitenwand 2112, die in Kontakt mit einer Seitenfläche der Gate-Elektrode 2110 vorgesehen ist, ein Paar von Elektroden 2114, die in Kontakt mit mindestens dem niederohmigen Bereich 2106b vorgesehen sind, eine isolierende Zwischenschicht 2116, die so vorgesehen ist, dass sie zumindest den Oxidhalbleiterfilm 2106, die Gate-Elektrode 2110 und das Paar von Elektroden 2114 bedeckt, und eine Leitung 2118, die vorgesehen ist, um mit mindestens einer Elektrode des Paares von Elektroden 2114 durch eine Öffnung, die in der isolierenden Zwischenschicht 2116 gebildet wird, verbunden zu sein.
  • Obwohl nicht dargestellt, kann ein Schutzfilm so vorgesehen sein, dass er die isolierende Zwischenschicht 2116 und die Leitung 2118 bedeckt. Mit dem Schutzfilm kann eine minimale Menge an Leckstrom, der durch Oberflächenleitung der isolierenden Zwischenschicht 2116 entsteht, reduziert werden, so dass der Sperrstrom des Transistors verringert werden kann.
  • [Ausführungsform 10]
  • In dieser Ausführungsform wird ein Transistor, der einen Oxidhalbleiterfilm enthält, mit einer Struktur, die sich von den Strukturen in den Ausführungsformen unterscheidet, beschrieben. Obwohl in dieser Ausführungsform der Fall beschrieben wird, in dem ein Oxidhalbleiter, der In, Sn und Zn enthält, (ein auf In-Sn-Zn basierender Oxidhalbleiter) als ein Oxidhalbleiter verwendet wird, der in dem Oxidhalbleiterfilm enthalten ist, kann ein anderer Oxidhalbleiter, der in irgendeiner der anderen Ausführungsformen beschrieben ist, ebenfalls verwendet werden.
  • Die 32A und 32B sind eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht, die eine Struktur eines Transistors darstellen. 32A ist die Draufsicht des Transistors. 32B ist eine Querschnittsansicht entlang der strichpunktierten Linie A-B in 32A.
  • Der in 32B dargestellte Transistor umfasst ein Substrat 2600, einen isolierenden Basisfilm 2602, der über dem Substrat 2600 vorgesehen ist, einen Oxidhalbleiterfilm 2606, der über dem isolierenden Basisfilm 2602 vorgesehen ist, ein Paar von Elektroden 2614 in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm 2606, ein Gate-Isolierfilm 2608, der über dem Oxidhalbleiterfilm 2606 und dem Paar von Elektroden 2614 vorgesehen ist, eine Gate-Elektrode 2610, die so vorgesehen ist, dass sie mit dem Oxidhalbleiterfilm 2606 überlappt, wobei der Gate-Isolierfilm 2608 dazwischen vorgesehen ist, eine isolierende Zwischenschicht 2616, die so vorgesehen ist, dass sie den Gate-Isolierfilm 2608 und die Gate-Elektrode 2610 bedeckt; Leitungen 2618, die mit dem Paar von Elektroden 2614 durch in der isolierenden Zwischenschicht 2616 gebildete Öffnungen verbunden sind, und einen Schutzfilm 2620, der so vorgesehen ist, dass er die isolierende Zwischenschicht 2616 und die Leitungen 2618 bedeckt.
  • Als das Substrat 2600 wurde ein Glassubstrat verwendet. Als der isolierende Basisfilm 2602 wurde ein Siliciumoxidfilm verwendet. Als Oxidhalbleiterfilm 2606 wurde ein auf In-Sn-Zn basierender Film verwendet. Als das Paar von Elektroden 2614 wurde ein Wolframfilm verwendet. Als der Gate-Isolierfilm 2608 wurde ein Siliciumoxidfilm verwendet. Die Gate-Elektrode 2610 hatte eine Schichtstruktur aus einem Tantal-Nitrid-Film und einem Wolframfilm. Die isolierende Zwischenschicht 2616 hatte eine Schichtstruktur aus einem Silicium-Oxynitrid-Film und einem Polyimidfilm. Die Leitungen 2618 hatten eine Schichtstruktur, in der ein Titanfilm, ein Aluminiumfilm und ein Titanfilm in dieser Reihenfolge ausgebildet wurden. Als der Schutzfilm 2620 wurde ein Polyimidfilm verwendet.
  • Man beachte, dass die Breite eines Bereichs in dem Transistor mit der in 32A dargestellten Struktur, wo die Gate-Elektrode 2610 mit einer Elektrode des Paares von Elektroden 2614 überlappt, als Lov bezeichnet wird. In ähnlicher Weise wird die Breite eines Bereichs des Paares von Elektroden 2614, der nicht mit dem Oxidhalbleiterfilm 2606 überlappt, als dW bezeichnet.
  • [Ausführungsform 11]
  • Im Allgemeinen ist ein magnetisches Tunnelübergangselement (MTJ-Element) als nichtflüchtiger Speicher mit wahlfreiem Zugriff bekannt. Das MTJ-Element ist ein Element zum Speichern von Informationen in einem niederohmigen Zustand, wenn die Spinrichtungen in Filmen, die mit einem dazwischen vorgesehenen isolierenden Film gebildet werden, parallel sind, und zum Speichern von Informationen in einem hochohmigen Zustand, wenn die Spinrichtungen nicht parallel sind. Andererseits ist das Prinzip der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher, die in der obigen Ausführungsform beschrieben ist, und die den Transistor mit einem Kanal in einer Oxidhalbleiterschicht verwendet, völlig verschieden von dem des MTJ-Elements. Die Tabelle 1 zeigt einen Vergleich zwischen dem MTJ-Element (in der Tabelle durch ”Spintronik (MTJ-Element)” angedeutet) und der Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher, die einen Oxidhalbleiter enthält, die in der obigen Ausführungsform beschrieben ist (in der Tabelle durch ”Oxidhalbleiter/Si” angedeutet). [Tabelle 1]
    Spintronik (MTJ Element) Oxidhalbleiter/Si
    Wärmebeständigkeit Curie-Temperatur Prozesstemperatur um 500°C (Zuverlässigkeit bei 150°C)
    Steuerverfahren Stromsteuerung Spannungssteuerung
    Schreibprinzip Ändern der Spinrichtung der Magnetkörper Ein/Aus des FET
    Si LSI Geeignet für bipolare LSI (MOS-Vorrichtung ist für hohe Integration bevorzugt, weil bipolares Bauteil für hohe Integration ungeeignet ist. Man beachte, dass W größer wird.) Geeignet für MOS LSI
    Overhead Groß (Wegen hoher Joule-Wärme) Um 2 bis 3 oder mehr Größenordnungen kleiner als das MTJ Element (Wegen des Ladens und Entladens der parasitären Kapazität)
    Nichtflüchtigkeit Verwendung von Spin Verwendung von niedrigen Sperrstrom
    Anzahl Lesen ohne Beschränkung ohne Beschränkung
    3D-Konvertierung Schwer (höchstens zwei Schichten) Leicht (die Anzahl von Schichten ist unbegrenzt)
    Integrationsgrad (F2) 4 F2 bis 15 F2 Abhängig von der Anzahl der gestapelten Schichten in 3D Konvertierung (es ist notwendig, die Wärmebeständigkeit im Prozess der Bildung des oberen OS FET sicherzustellen)
    Material Magnetisches Seltenerdmetall Oxidhalbleitermaterial
    Kosten pro Bit Hoch Niedrig (Vielleicht etwas hoch je nach Oxidhalbleitermaterial (wie In)
    Widerstand gegen Magnetfeld Niedrig Hoch
  • Das MTJ-Element hat den Nachteil, dass eine magnetische Eigenschaft verlorengeht, wenn die Temperatur höher als oder gleich der Curie-Temperatur ist, da ein magnetisches Material verwendet wird. Darüber hinaus ist das MTJ-Element mit einem bipolaren Siliciumbauteil kompatibel, da eine Stromsteuerung eingesetzt wird; jedoch ist das bipolare Bauteil für eine hohe Integration ungeeignet. Ferner besteht das Problem, dass der Energieverbrauch durch eine Erhöhung der Speicherkapazität erhöht wird, obwohl der Schreibstrom des MTJ Elements extrem niedrig ist.
  • Grundsätzlich hat das MTJ-Element einen niedrigen Widerstand gegen ein Magnetfeld, und die Spinrichtung wird leicht geändert, wenn das MTJ-Element einem starken Magnetfeld ausgesetzt wird. Darüber hinaus ist es notwendig, eine magnetische Schwankung zu kontrollieren, welche durch eine Nanoskalierung eines Magnetkörpers, der für das MTJ-Element verwendet wird, verursacht wird.
  • Ferner wird ein Element der Seltenen Erden für das MTJ-Element verwendet; daher sollte der Eingliederung eines Verfahrens für das MTJ-Element in ein Verfahren für einen Siliciumhalbleiter, der Metallverunreinigungen vermeidet, eine hohe Aufmerksamkeit geschenkt werden. Die Materialkosten pro Bit des MTJ Elements sind hoch.
  • Auf der anderen Seite ist der Transistor mit einem Kanal in einer Oxidhalbleiterschicht, der in der in obiger Ausführungsform beschriebenen Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher enthalten ist, in der Elementstruktur und den Betriebsprinzip einem Silicium-MOSFET ähnlich, mit der Ausnahme, dass der Bereich, wo der Kanal gebildet wird, ein Metalloxid enthält. Darüber hinaus wird der Transistor mit dem Kanal in der Oxidhalbleiterschicht nicht durch ein Magnetfeld beeinflusst und verursacht keine Soft-Fehler. Dies zeigt, dass der Transistor in hohem Maße kompatibel mit einer integrierten Silicium-Schaltung ist.
  • [Beispiel 1]
  • Bei Verwendung einer Signalverarbeitungsschaltung nach einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann eine elektronische Vorrichtung mit niedriger Leistungsaufnahme bereitgestellt werden. Insbesondere kann in dem Fall, dass einer tragbaren elektronischen Vorrichtung, die Schwierigkeiten dabei hat, kontinuierlich mit Strom versorgt zu werden, eine Signalverarbeitungsschaltung mit niedriger Leistungsaufnahme gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als eine Komponente der Vorrichtung hinzugefügt wird, ein Vorteil durch Erhöhung der kontinuierlichen Betriebszeit erzielt werden.
  • Die Signalverarbeitungsschaltung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann für Anzeigegeräte, PCs oder Bildwiedergabegeräte, die mit Aufzeichnungsmedien (in der Regel Vorrichtungen, die den Inhalt von Aufzeichnungsmedien, wie beispielsweise Digital Versatile Discs (DVDs), reproduzieren und Anzeigegeräte zum Anzeigen der reproduzierten Bilder besitzen) ausgestattet sind, verwendet werden. Neben den oben genannten können als eine elektronische Vorrichtung, die die Signalverarbeitungsschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einsetzt, Mobiltelefone, tragbare Spielautomaten, tragbare Informationsterminals, E-Book Lesegeräte, Kameras, wie beispielsweise Videokameras und Digitalkameras, brillenartige Anzeigegeräte (am Kopf integrierte Anzeigegeräte (Head Mounted Displays)), Navigationssysteme, Audio-Wiedergabegeräte (z. B. automobile Audiosysteme und digitale Audiospieler), Kopierer, Faxgeräte, Drucker, Multifunktionsdrucker, Geldausgabeautomaten (ATM), Automaten und dergleichen genannt werden.
  • Der Fall, in dem die Signalverarbeitungsschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf tragbare elektronische Vorrichtungen wie ein Mobiltelefon, ein Smartphone, und ein E-book Lesegerät angewendet wird, wird beschrieben.
  • 13 ist ein Blockdiagramm einer tragbaren elektronischen Vorrichtung. Die in 13 dargestellte tragbare elektronische Vorrichtung umfasst eine HF-Schaltung 421, eine Analog-Basisband-Schaltung 422, eine Digital-Basisband-Schaltung 423, eine Batterie 424, eine Stromversorgungsschaltung 425, einen Anwendungsprozessor 426, einen Flash-Speicher 430, einen Anzeigen-Controller 431, eine Speicherschaltung 432, eine Anzeige 433, einen Berührungssensor 439, eine Audio-Schaltung 437, eine Tastatur 438 und dergleichen. Die Anzeige 433 umfasst einen Anzeigeabschnitt 434, einen Source-Treiber 435 und einen Gate-Treiber 436. Der Anwendungsprozessor 426 enthält eine CPU 427, einen DSP 428 und eine Schnittstelle 429. Die Signalverarbeitungsschaltung, die in der obigen Ausführungsform beschrieben ist, wird z. B. für die CPU 427 verwendet, wodurch der Stromverbrauch verringert werden kann.
  • 14 ist ein Blockdiagramm eines E-Book Lesegeräts. Das E-book Lesegerät umfasst eine Batterie 451, eine Stromversorgungsschaltung 452, einen Mikroprozessor 453, einen Flash-Speicher 454, eine Audio-Schaltung 455, eine Tastatur 456, eine Speicherschaltung 457, ein Bildschirm-Tastfeld (Touch-Panel) 458, eine Anzeige 459 und einen Anzeigen-Controller 460. Der Mikroprozessor 453 enthält eine CPU 461, einen DSP 462 und eine Schnittstelle 463. Die Signalverarbeitungsschaltung, die in der obigen Ausführungsform beschrieben ist, wird z. B. die CPU 461 verwendet, wodurch der Stromverbrauch verringert werden kann.
  • ERKLÄRUNG DER BEZUGSZEICHEN
    • 100: Speicherschaltung, 101: Transistor, 102: Kondensator, 103: Transistor, 200: Speicherschaltung, 201: arithmetische Schaltung, 202: arithmetische Schaltung, 203: Schalter, 303: die andere Elektrode des Paares von Elektroden, 400: Speicherzellenmatrix, 401: Leseverstärker, 402: Vorladeschaltung, 403: Spaltendecoder, 404: Zeilendecoder, 421: HF-Schaltung, 422: Analog-Basisband-Schaltung, 423: Digital-Basisband-Schaltung, 424: Batterie, 425: Stromversorgungsschaltung, 426: Anwendungsprozessor, 427: CPU, 428: DSP, 429: Schnittstelle, 430: Flash-Speicher, 431: Anzeigen-Controller, 432: Speicherschaltung, 433: Anzeige, 434: Anzeigeabschnitt, 435: Source-Treiber, 436: Gate-Treiber, 437: Audio-Schaltung, 438: Tastatur, 439: Berührungssensor, 443: Verriegelungsschaltung, 444: Inverter, 445: Inverter, 446: Schalter, 451: Batterie, 452: Stromversorgungsschaltung, 453: Mikroprozessor, 454: Flash-Speicher, 455: Audio-Schaltung, 456: Tastatur, 457: Speicherschaltung, 458: Touch-Panel, 459: Anzeige, 460: Anzeigen-Controller, 461: CPU, 462: DSP, 463: Schnittstelle, 700: Substrat, 701: Isolierfilm, 702: Halbleiterschicht, 703: Gate-Isolierfilm, 704: Halbleiterschicht, 707: Gate-Elektrode, 709: Störstellenbereich, 710: Kanalbildungsbereich, 712: Isolierfilm, 713: Isolierfilm, 716: Oxidhalbleiterschicht, 719: leitende Schicht, 720: leitende Schicht, 721: Gate-Isolierfilm, 722: Isolierfilm, 724: Isolierfilm, 726: Leitung, 727: Isolierfilm, 801: isolierende Basisschicht, 802: eingebetteter Isolator, 803a: Halbleiterbereich, 803b: Halbleiterbereich, 803c: Halbleiterbereich, der intrinsische, dazwischen vorgesehene, 804: Gate-Isolierfilm, 805: Gate, 806a: isolierende Seitenwand, 806b: isolierende Seitenwand, 807: Isolator, 808a: Source, 808b: Drain, 908: hochkonzentrierte Region, 918: hochkonzentrierte Region, 919: Kanalbildungsbereich, 928: hochkonzentrierte Region, 929: Region niedriger Konzentration, 930: Seitenwand, 931: Kanalbildungsbereich, 948: hochkonzentrierte Region, 949: Region niedriger Konzentration, 950: Seitenwand, 951: Kanalbildungsbereich, 101a: Transistor, 101b: Transistor, 101c: Transistor, 101d: Transistor, 102a: Kondensator, 102b: Kondensator, 102c: Kondensator, 102d: Kondensator, 103a: Transistor, 103b: Transistor, 1101: Schaltkreisgruppe, 1103: Schaltkreisgruppe, 1111: Schaltkreisgruppe, 2000: Signalverarbeitungsschaltung, 2001: Decoder, 2002: Steuerschaltung, 2003: ALU, 2004: Register, 2005: Speicher, 2006: Stromversorgungsschaltung, 2100: Substrat, 2102: isolierender Basisfilm 2104: isolierender Schutzfilm, 2106: Oxidhalbleiterfilm, 2106a: hochohmiger Bereich, 2106b: niedrigohmiger Bereich, 2108: Gate-Isolierfilm, 2110: Gateelektrode, 2112: isolierende Seitenwand, 2114: Elektrode, 2116: isolierende Zwischenschicht, 2118: Leitung, 2600: Substrat, 2602: isolierender Basisfilm, 2606: Oxidhalbleiterfilm, 2608: Gate-Isolierfilm, 2610: Gate-Elektrode, 2614: Elektrode, 2616: isolierende Zwischenschicht, 2618: Leitung, 2620: Schutzfilm, 301a: eine der beiden Elektroden, 301b: eine der beiden Elektroden, 302a: dielektrische Schicht, 7301: leitende Schicht, 7302: Isolierfilm, 7303: leitender Film und 1101b: Teil der Schaltkreisgruppe.

Claims (12)

  1. Signalverarbeitungsschaltung (2000), die umfasst: einen arithmetischen Teil (2003); einen Speicher (2005), und einen Steuerteil zum Steuern des arithmetischen Teils (2003) und des Speichers (2005), wobei der Steuerteil eine Gruppe aus einer ersten Speicherschaltung für flüchtigen Speicher und einer ersten Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher zum Speichern von Daten die in der ersten Speicherschaltung für flüchtigen Speicher gehalten werden, umfasst, wobei der Speicher (2005) eine Vielzahl von zweiten Speicherschaltungen für nichtflüchtigen Speicher umfasst, welche in einer Matrixanordnung angeordnet sind, wobei die erste Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher und die Vielzahl von zweiten Speicherschaltungen für nichtflüchtigen Speicher jeweils einen Transistor, der einen Kanalbildungsbereich in einer Oxidhalbleiterschicht umfasst, aufweisen, und wobei die erste Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher und die Vielzahl von zweiten Speicherschaltungen für nichtflüchtigen Speicher jeweils einen Kondensator aufweisen, bei dem eine Elektrode eines Paares von Elektroden des Kondensators elektrisch mit einem Knoter verbunden ist, der in einen potenzialfreien Zustand versetzt wird, wenn der Transistor ausgeschaltet ist.
  2. Signalverarbeitungsschaltung (2000) nach Anspruch 1, wobei die andere Elektrode des Paares von Elektroden des Kondensators, der in der ersten Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher enthaften ist, und die andere Elektrode des Paares von Elektroden des Kondensators, der in jeder der Vielzahl von zweiten Speicherschaltungen für nichtflüchtigen Speicher enthalten ist, gemeinsam vorgesehen sind, ohne voneinander getrennt zu sein, und so vorgeseher sind, dass sie einen Transistor, der in dem arithmetischen Teil (2003) enthalten ist, den Transistor, der in dem Speicher (2005) enthalten ist, und den Transistor, der in dem Steuerteil enthalter ist, bedecken.
  3. Signalverarbeitungsschaltung (2000) nach Anspruch 1, wobei der arithmetische Teil (2003) eine Gruppe aus einer zweiten Speicherschaltung für flüchtigen Speicher und einer dritten Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher zum Speichern von Daten, die in der zweiten Speicherschaltung für flüchtigen Speicher gehalten werden, umfasst, wobei die dritte Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher einen Transistor, der einen Kanalbildungsbereich in einer Oxidhalbleiterschicht umfasst, aufweist, und wobei die dritte Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher einen Kondensator aufweist, bei dem eine Elektrode eines Paares von Elektroden des Kondensators elektrisch mit einem Knoten verbunden ist, der in einen potenzialfreien Zustand versetzt wird, wenn der Transistor ausgeschaltet ist.
  4. Signalverarbeitungsschaltung (2000) nach Anspruch 3, wobei die andere Elektrode des Paares von Elektroden des Kondensators, der in der ersten Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher enthalten ist, die andere Elektrode des Paares von Elektroden des Kondensators, der in jeder der Vielzahl von zweiten Speicherschaltungen für nichtflüchtigen Speicher enthalten ist, und die andere Elektrode des Paares von Elektroden des Kondensators, der in der dritten Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher enthalten ist, gemeinsam vorgesehen sind, ohne voneinander getrennt zu sein, und so vorgesehen sind, dass sie den Transistor, der in dem arithmetischen Teil (2003) enthalten ist, den Transistor, der in dem Speicher (2005) enthalten ist, und den Transistor, der in dem Steuerteil enthalten ist, bedecken.
  5. Signalverarbeitungsschaltung (2000), die umfasst: einen arithmetischen Teil (2003); einen Speicher (2005), und einen Steuerteil zum Steuern des arithmetischen Teils (2003) und des Speichers (2005), wobei der Steuerteil umfasst: einen Decoder (2001) zum Dekodieren eines Befehls; ein Register (2004) zum Speichern von Daten, die an den arithmetischen Teil (2003) eingegeben werden, und von Daten, die von dem arithmetischen Teil (2003) ausgegeben werden; eine Steuerschaltung (2002) zum Steuern des Registers (2004) und des arithmetischen Teils (2003), und eine Stromversorgungsschaltung (2006) zum Steuern einer Bereitstellung von Versorgungsspannung an den arithmetischen Teil (2003), der Steuerschaltung (2002), dem Register (2004) und/oder dem Speicher (2005), wobei der Speicher (2005) eine Vielzahl von zweiten Speicherschaltungen für nichtflüchtigen Speicher umfasst, welche in einer Matrixanordnung angeordnet sind, wobei das Register (2004) eine Gruppe aus einer dritten Speicherschaltung für flüchtigen Speicher und einer vierten Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher zum Speichern von Daten, die in der dritten Speicherschaltung für flüchtigen Speicher gehalten werden, umfasst, wobei die Steuerschaltung (2002) eine Gruppe aus einer vierten Speicherschaltung für flüchtigen Speicher und einer fünften Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher zum Speichern von Daten, die in der vierten Speicherschaltung für flüchtigen Speicher gehalten werden, umfasst, wobei die Vielzahl von zweiten Speicherschaltungen für nichtflüchtigen Speicher, die vierte Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher und die fünfte Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher jeweils einen Transistor, der einen Kanalbildungsbereich in einer Oxidhalbleiterschicht umfasst, aufweisen, und wobei die Vielzahl von zweiten Speicherschaltungen für nichtflüchtigen Speicher, die vierte Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher und die fünfte Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher jeweils einen Kondensator aufweisen, bei dem eine Elektrode eines Paares von Elektroden elektrisch mit einem Knoten verbunden ist, der in einen potenzialfreien Zustand versetzt wird, wenn der Transistor ausgeschaltet ist.
  6. Signalverarbeitungsschaltung (2000) nach Anspruch 5, wobei die andere Elektrode des Paares von Elektroden des Kondensators, der in jeder der Vielzahl von zweiten Speicherschaltungen für nichtflüchtigen Speicher enthalten ist, die andere Elektrode des Paares von Elektroden des Kondensators, der in der vierten Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher enthalten ist, und die andere Elektrode des Paares von Elektroden des Kondensators, der in der fünften Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher enthalten ist, gemeinsam vorgesehen sind, ohne voneinander getrennt zu sein, und so vorgesehen sind, dass sie einen Transistor, der in dem arithmetischen Teil (2003) enthalten ist, den Transistor, der in dem Speicher (2005) enthalten ist, und die Transistoren, die in dem Steuerteil enthalten sind, bedecken.
  7. Signalverarbeitungsschaltung (2000) nach Anspruch 5, wobei der arithmetische Teil (2003) eine Gruppe aus einer zweiten Speicherschaltung für flüchtigen Speicher und einer dritten Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher zum Speichern von Daten, die in der zweiten Speicherschaltung für flüchtigen Speicher gehalten werden, umfasst, wobei die dritte Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher einen Transistor, der einen Kanalbildungsbereich in einer Oxidhalbleiterschicht umfasst, aufweist, und wobei die dritte Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher einen Kondensator aufweist, bei dem eine Elektrode eines Paares von Elektroden elektrisch mit einem Knoten verbunden ist, der in einen potenzialfreien Zustand versetzt wird, wenn der Transistor ausgeschaltet ist.
  8. Signalverarbeitungsschaltung (2000) nach Anspruch 7, wobei das Register (2004) ferner eine weitere vierte Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher aufweist, die für die dritte Speicherschaltung für flüchtigen Speicher vorgesehen ist.
  9. Signalverarbeitungsschaltung (2000) nach Anspruch 7, wobei die andere Elektrode des Paares von Elektroden des Kondensators, der in jeder der Vielzahl von zweiten Speicherschaltungen für nichtflüchtigen Speicher enthalten ist, die andere Elektrode des Paares von Elektroden des Kondensators, der in der dritten Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher enthalten ist, die andere Elektrode des Paares von Elektroden des Kondensators, der in der vierten Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher enthalten ist, und die andere Elektrode des Paares von Elektroden des Kondensators, der in der fünften Speicherschaltung für nichtflüchtigen Speicher enthalten ist, gemeinsam vorgesehen sind, ohne voneinander getrennt zu sein, und so vorgesehen sind, dass sie den Transistor, der in dem arithmetischen Teil (2003) enthalten ist, den Transistor, der in dem Speicher (2005) enthalten ist, und die Transistoren, die in dem Steuerteil enthalten sind, bedecken.
  10. Signalverarbeitungsschaltung (2000) nach einem der Ansprüche 1, 3, 5 und 7, wobei die Oxidhalbleiterschicht einen kristallinen Teil in einer amorphen Phase aufweist.
  11. Signalverarbeitungsschaltung (2000) nach einem der Ansprüche 1, 3, 5 und 7, wobei die Oxidhalbleiterschicht Indium und/oder Gallium umfasst.
  12. Elektronische Vorrichtung, welche die Signalverarbeitungsschaltung (2000) nach einem der Ansprüche 1, 3, 5 und 7 umfasst.
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