DE112021002394T5

DE112021002394T5 - Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE112021002394T5
Application number: DE112021002394.2T
Authority: DE
Inventors: Takeya HIROSE; Seiichi Yoneda; Takayuki Ikeda; Shunpei Yamazaki
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2020-04-17
Filing date: 2021-04-06
Publication date: 2023-01-26
Also published as: CN115443505A; US20230147770A1; WO2021209858A1; JPWO2021209858A1; KR20230003476A

Abstract

Eine Halbleitervorrichtung wird bereitgestellt, die dazu geeignet ist, analoge Daten zu halten.Zwei Halteschaltungen, zwei Bootstrap-Schaltungen und eine Sourcefolgerschaltung werden unter Verwendung von vier Transistoren und zwei Kondensatoren gebildet. In jeder der zwei Halteschaltungen wird ein Speicherknoten bereitgestellt, und ein Datenpotential und ein Bezugspotential werden in einen der Speicherknoten bzw. in den anderen Speicherknoten geschrieben. Beim Lesen von Daten wird das Potential eines der Speicherknoten durch eine der Bootstrap-Schaltungen erhöht und wird das Potential des anderen Speicherknotens durch die andere Bootstrap-Schaltung erhöht. Die Differenz zwischen den Potentialen der zwei Speicherknoten wird unter Verwendung der Sourcefolgerschaltung ausgegeben. Durch Verwendung der Sourcefolgerschaltung kann eine Ausgangsimpedanz verringert werden.

Description

Technisches Gebiet
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung.
Es sei angemerkt, dass eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf das vorstehende technische Gebiet beschränkt ist. Das technische Gebiet der Erfindung, die in dieser Beschreibung und dergleichen offenbart wird, betrifft einen Gegenstand, ein Verfahren oder ein Herstellungsverfahren. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft einen Prozess, eine Maschine, ein Erzeugnis oder eine Zusammensetzung. Daher umfassen spezifische Beispiele für das technische Gebiet einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in dieser Beschreibung offenbart wird, eine Halbleitervorrichtung, eine Anzeigevorrichtung, eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, eine Licht emittierende Vorrichtung, eine Energiespeichervorrichtung, eine Abbildungsvorrichtung, eine Speichervorrichtung, eine Signalverarbeitungsvorrichtung, einen Prozessor, ein elektronisches Gerät, ein System, ein Betriebsverfahren dafür, ein Herstellungsverfahren dafür und ein Prüfungsverfahren dafür.
Stand der Technik
In den letzten Jahren sind elektronische Bauelemente, wie z. B. ein Hauptprozessor (central processing unit, CPU), ein Grafikprozessor (graphics processing unit, GPU), eine Speichervorrichtung und ein Sensor, in verschiedenen elektronischen Geräten, wie z. B. einem Personal-Computer, einem Smartphone und einer Digitalkamera, eingesetzt worden. Die elektronischen Bauelemente wurden in Bezug auf verschiedene Aspekte, wie z. B. eine Miniaturisierung und einen geringeren Stromverbrauch, verbessert.
Insbesondere sind Speichervorrichtungen mit hoher Speicherkapazität erforderlich geworden, da in den letzten Jahren die Menge an Daten, die bei elektronischen Geräten verarbeitet werden, zugenommen hat. Daher wird die Entwicklung einer Speichervorrichtung in Betracht gezogen, bei der mehrstufige Daten oder analoge Daten in einem Speicherelement gehalten werden. Patentdokument 1 und Patentdokument 2 offenbaren jeweils eine Halbleitervorrichtung, die das Schreiben und Lesen von mehrstufigen Daten ermöglicht.
[Referenzen]
[Patentdokumente]

[Patentdokument 1] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2012-256400
[Patentdokument 2] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2014-199707

Zusammenfassung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
Eine Halbleitervorrichtung, die analoge Daten für lange Zeit halten kann und gehaltene analoge Daten genau lesen kann, wird gefordert.
Bei einem Transistor, der in einer Halbleiterschicht, in der ein Kanal gebildet wird, Silizium enthält (auch als „Si-Transistor“ bezeichnet), wird aufgrund der Verengung der Prozessregel die Miniaturisierung von Elementen gefördert. Außerdem wird aufgrund der Miniaturisierung von Elementen die Dicke eines Gate-Isolierfilms verringert; daher wird ein Leckstrom durch den Gate-Isolierfilm zu einem Problem.
Eine Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, die dazu geeignet ist, analoge Daten zu halten. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, die dazu geeignet ist, gehaltene analoge Daten genau zu lesen. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Halbleitervorrichtung mit einer geringeren davon eingenommenen Fläche bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Halbleitervorrichtung mit verringertem Stromverbrauch bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Halbleitervorrichtung mit einer großen Speicherkapazität bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine sehr zuverlässige Halbleitervorrichtung bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine neuartige Halbleitervorrichtung bereitzustellen.
Es sei angemerkt, dass die Aufgaben der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf die vorstehenden Aufgaben beschränkt sind. Die vorstehenden Aufgaben stehen dem Vorhandensein weiterer Aufgaben nicht im Wege. Es sei angemerkt, dass es sich bei den weiteren Aufgaben um diejenigen handelt, die in diesem Abschnitt nicht genannt worden sind und im Folgenden beschrieben werden. Für Fachleute werden die weiteren Aufgaben, die vorstehend nicht beschrieben worden sind, aus der Erläuterung der Beschreibung, der Zeichnungen und dergleichen ersichtlich, und sie können diese in angemessener Weise davon ableiten. Es sei angemerkt, dass eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mindestens eine der vorstehend beschriebenen Aufgaben und der weiteren Aufgaben erfüllt. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung muss nicht notwendigerweise alle der vorstehend beschriebenen Aufgaben und der weiteren Aufgaben erfüllen.
Mittel zur Lösung des Problems
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Halbleitervorrichtung, bei der zwei Halteschaltungen, zwei Bootstrap-Schaltungen und eine Sourcefolgerschaltung unter Verwendung von vier Transistoren und zwei Kondensatoren gebildet sind. In jeder der zwei Halteschaltungen wird ein Speicherknoten bereitgestellt, und ein Datenpotential und ein Bezugspotential werden in einen der Speicherknoten bzw. in den anderen Speicherknoten geschrieben. Beim Lesen von Daten wird das Potential eines der Speicherknoten durch eine der Bootstrap-Schaltungen erhöht und wird das Potential des anderen Speicherknotens durch die andere Bootstrap-Schaltung erhöht. Die Differenz zwischen den Potentialen der zwei Speicherknoten wird unter Verwendung der Sourcefolgerschaltung ausgegeben. Durch Verwendung der Sourcefolgerschaltung kann eine Ausgangsimpedanz verringert werden.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Halbleitervorrichtung, die erste bis fünfte Schaltungen beinhaltet. Die erste Schaltung weist eine Funktion zum Halten eines ersten Potentials auf. Die zweite Schaltung weist eine Funktion zum Erhöhen des ersten Potentials auf. Die dritte Schaltung weist eine Funktion zum Halten eines zweiten Potentials auf. Die vierte Schaltung weist eine Funktion zum Erhöhen des zweiten Potentials auf. Die fünfte Schaltung weist eine Funktion zum Ausgeben eines dritten Potentials auf, das einer Potentialdifferenz zwischen dem erhöhten ersten Potential und dem erhöhten zweiten Potential entspricht.
Die vorstehende Halbleitervorrichtung kann beispielsweise erste bis vierte Transistoren, einen ersten Kondensator und einen zweiten Kondensator beinhalten. Die erste Schaltung kann den ersten Transistor und den ersten Kondensator beinhalten. Die zweite Schaltung kann den zweiten Transistor und den ersten Kondensator beinhalten. Die dritte Schaltung kann den dritten Transistor und den zweiten Kondensator beinhalten. Die vierte Schaltung kann den vierten Transistor und den zweiten Kondensator beinhalten. Die fünfte Schaltung kann den zweiten Transistor und den vierten Transistor beinhalten.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Halbleitervorrichtung, die erste bis vierte Transistoren, einen ersten Kondensator und einen zweiten Kondensator beinhaltet. Ein Anschluss von Source und Drain des ersten Transistors ist elektrisch mit einem ersten Anschluss verbunden. Der andere Anschluss von Source und Drain des ersten Transistors ist elektrisch mit einem Gate des zweiten Transistors verbunden. Ein Gate des ersten Transistors ist elektrisch mit einem zweiten Anschluss verbunden. Ein Anschluss von Source und Drain des dritten Transistors ist elektrisch mit einem dritten Anschluss verbunden. Der andere Anschluss von Source und Drain des dritten Transistors ist elektrisch mit einem Gate des vierten Transistors verbunden. Ein Gate des dritten Transistors ist elektrisch mit einem vierten Anschluss verbunden. Ein Anschluss von Source und Drain des zweiten Transistors ist elektrisch mit einem fünften Anschluss verbunden. Der andere Anschluss von Source und Drain des zweiten Transistors ist elektrisch mit einem siebten Anschluss verbunden. Ein Anschluss von Source und Drain des vierten Transistors ist elektrisch mit einem sechsten Anschluss verbunden. Der andere Anschluss von Source und Drain des vierten Transistors ist elektrisch mit dem siebten Anschluss verbunden. Eine Elektrode des ersten Kondensators ist elektrisch mit dem Gate des zweiten Transistors verbunden. Die andere Elektrode des ersten Kondensators ist elektrisch mit dem siebten Anschluss verbunden. Eine Elektrode des zweiten Kondensators ist elektrisch mit dem Gate des vierten Transistors verbunden. Die andere Elektrode des zweiten Kondensators ist elektrisch mit dem siebten Anschluss verbunden.
Der dritte Anschluss und der sechste Anschluss können elektrisch miteinander verbunden sein. Der erste Transistor und der dritte Transistor enthalten jeweils vorzugsweise einen Oxidhalbleiter in einer Halbleiterschicht, in der ein Kanal gebildet wird. Zudem enthalten der zweite Transistor und der vierte Transistor jeweils vorzugsweise einen Oxidhalbleiter in einer Halbleiterschicht, in der ein Kanal gebildet wird. Der Oxidhalbleiter enthält vorzugsweise Indium und/oder Zink.
Wirkung der Erfindung
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt werden, die dazu geeignet ist, analoge Daten zu halten. Alternativ kann eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt werden, die dazu geeignet ist, gehaltene analoge Daten genau zu lesen. Alternativ kann eine Halbleitervorrichtung mit einer geringeren davon eingenommenen Fläche bereitgestellt werden. Alternativ kann eine Halbleitervorrichtung mit verringertem Stromverbrauch bereitgestellt werden. Alternativ kann eine Halbleitervorrichtung mit einer großen Speicherkapazität bereitgestellt werden. Alternativ kann eine sehr zuverlässige Halbleitervorrichtung bereitgestellt werden. Alternativ kann eine neuartige Halbleitervorrichtung bereitgestellt werden.
Es sei angemerkt, dass die Wirkungen der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf die vorstehenden Wirkungen beschränkt sind. Die vorstehenden Wirkungen stehen dem Vorhandensein weiterer Wirkungen nicht im Wege. Es sei angemerkt, dass es sich bei den weiteren Wirkungen um die Wirkungen handelt, die in diesem Abschnitt nicht genannt worden sind und im Folgenden beschrieben werden. Für Fachleute werden die Wirkungen, die in diesem Abschnitt nicht beschrieben worden sind, aus der Erläuterung der Beschreibung, der Zeichnungen und dergleichen ersichtlich, und sie können diese je nach Bedarf davon ableiten. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung soll mindestens eine der vorstehend beschriebenen Wirkungen und der weiteren Wirkungen aufweisen. Deshalb weist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einigen Fällen keine der vorstehend beschriebenen Wirkungen auf.
Figurenliste

1A und 1B sind jeweils ein Schaltplan einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2A und 2B sind jeweils ein Schaltplan einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3A und 3B sind jeweils ein Schaltplan einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4A und 4B sind Darstellungen, die jeweils ein Schaltungssymbol eines Transistors darstellen.
5A und 5B sind Darstellungen, die jeweils eine Sourcefolgerschaltung darstellen.
6 ist ein Zeitdiagramm, das ein Betriebsbeispiel einer Halbleitervorrichtung darstellt.
7A und 7B sind Darstellungen, die jeweils ein Betriebsbeispiel einer Halbleitervorrichtung darstellen.
8A und 8B sind Darstellungen, die jeweils ein Betriebsbeispiel einer Halbleitervorrichtung darstellen.
9 ist ein Schaltplan einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10A ist ein Blockdiagramm, das ein Strukturbeispiel einer Halbleitervorrichtung darstellt. 10B ist eine perspektivische Ansicht einer Halbleitervorrichtung.
11 ist ein Blockdiagramm, das einen CPU darstellt.
12A und 12B sind jeweils eine perspektivische Ansicht einer Halbleitervorrichtung.
13A und 13B sind jeweils eine perspektivische Ansicht einer Halbleitervorrichtung.
14A und 14B sind jeweils eine perspektivische Ansicht einer Halbleitervorrichtung.
15A und 15B sind Darstellungen, die Konfigurationsbeispiele eines neuronalen Netzes darstellen.
16 ist eine Darstellung, die ein Strukturbeispiel einer Halbleitervorrichtung darstellt.
17A bis 17C sind Darstellungen, die ein Strukturbeispiel eines Transistors darstellen.
18A ist ein Diagramm, das die Klassifizierung der Kristallstrukturen von IGZO zeigt, 18B ist ein Diagramm, das ein XRD-Spektrum von kristallinem IGZO zeigt, und 18C ist ein Diagramm, das ein Nanostrahl-Elektronenbeugungsmuster von kristallinem IGZO zeigt.
19A ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für einen Halbleiterwafer zeigt, 19B ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für einen Chip zeigt, und 19C und 19D sind perspektivische Ansichten, die jeweils ein Beispiel für ein elektronisches Bauelement zeigen.
20A bis 20J sind Darstellungen, die jeweils ein Beispiel für ein elektronisches Gerät darstellen.
21A bis 21E sind Darstellungen, die jeweils ein Beispiel für ein elektronisches Gerät darstellen.
22A bis 22C sind Darstellungen, die jeweils ein Beispiel für ein elektronisches Gerät darstellen.
23A und 23B sind Diagramme eines Beispiels.
24 ist ein Diagramm eines Beispiels.
25 ist ein Diagramm eines Beispiels.

Ausführungsformen der Erfindung
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es sei angemerkt, dass eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf die folgende Beschreibung beschränkt ist. Es erschließt sich Fachleuten ohne Weiteres, dass Modi und Details der vorliegenden Erfindung auf verschiedene Weise verändert werden können, ohne dabei vom Gedanken und Schutzbereich dieser abzuweichen. Deshalb sollte eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht als auf die Beschreibung der folgenden Ausführungsformen beschränkt angesehen werden.
In dieser Beschreibung und dergleichen ist mit einer Halbleitervorrichtung eine Vorrichtung gemeint, bei der Halbleitereigenschaften genutzt werden, und sie bezeichnet eine Schaltung, die ein Halbleiterelement (z. B. einen Transistor, eine Diode oder eine Photodiode) beinhaltet, eine Vorrichtung, die die Schaltung beinhaltet, und dergleichen. Mit der Halbleitervorrichtung ist auch jede Vorrichtung gemeint, die unter Nutzung der Halbleitereigenschaften arbeiten kann. Eine integrierte Schaltung, ein Chip, der eine integrierte Schaltung umfasst, ein elektronisches Bauelement, bei dem ein Chip in einem Gehäuse gelagert ist, oder dergleichen ist beispielsweise ein Beispiel für die Halbleitervorrichtung. Des Weiteren können eine Speichervorrichtung, eine Anzeigevorrichtung, eine Licht emittierende Vorrichtung, eine Beleuchtungsvorrichtung, ein elektronisches Gerät und dergleichen jeweils an sich eine Halbleitervorrichtung sein oder eine Halbleitervorrichtung umfassen.
Des Weiteren bedeutet ein Ausdruck „X und Y sind verbunden“ in dieser Beschreibung und dergleichen, dass der Fall, in dem X und Y elektrisch verbunden sind, der Fall, in dem X und Y funktional verbunden sind, und der Fall, in dem X und Y direkt verbunden sind, in dieser Beschreibung und dergleichen offenbart sind. Demzufolge wird, ohne Beschränkung auf eine vorbestimmte Verbindungsbeziehung, beispielsweise auf eine in Zeichnungen oder Texten gezeigte bzw. beschriebene Verbindungsbeziehung, eine weitere Verbindungsbeziehung als in Zeichnungen oder Texten gezeigte Verbindungsbeziehung ebenfalls als in Zeichnungen oder Texten offenbarte Verbindungsbeziehung angesehen. X und Y stellen jeweils einen Gegenstand (z. B. eine Vorrichtung, ein Element, eine Schaltung, eine Leitung, eine Elektrode, einen Anschluss, einen leitenden Film oder eine Schicht) dar.
Wenn beispielsweise X und Y elektrisch verbunden sind, können ein oder mehrere Elemente, die eine elektrische Verbindung zwischen X und Y ermöglichen (z. B. ein Schalter, ein Transistor, ein Kondensator, ein Induktor, ein Widerstand, eine Diode, eine Anzeigevorrichtung, eine Licht emittierende Vorrichtung und eine Last), zwischen X und Y verbunden sein. Es sei angemerkt, dass ein Schalter derart funktioniert, dass sein Durchlasszustand und Sperrzustand gesteuert werden. Das heißt, dass ein Schalter eine Funktion aufweist, nämlich dass er, indem er in den leitenden Zustand (Durchlasszustand) oder den nichtleitenden Zustand (Sperrzustand) versetzt wird, steuert, ob der Strom fließt oder nicht.
Wenn beispielsweise X und Y funktional verbunden sind, können eine oder mehrere Schaltungen, die eine funktionale Verbindung zwischen X und Y ermöglichen (z. B. eine Logikschaltung, wie z. B. ein Wechselrichter, eine NAND-Schaltung oder eine NOR-Schaltung; eine Signalwandlerschaltung, wie z. B. eine Digital/Analog-Wandlerschaltung, eine Analog/Digital-Wandlerschaltung oder eine Gammakorrekturschaltung; eine Potentialpegel-Wandlerschaltung, wie z. B. eine Stromversorgungsschaltung (z. B. eine Aufwärtsschaltung oder eine Abwärtsschaltung) oder eine Pegelverschiebungsschaltung zum Verändern des Potentialpegels eines Signals; eine Spannungsquelle; eine Stromquelle; ein Schaltstromkreis; eine Verstärkerschaltung, wie z. B. eine Schaltung, die die Signalamplitude, die Strommenge oder dergleichen erhöhen kann, ein Operationsverstärker, eine Differenzverstärkerschaltung, eine Source-Folgerschaltung oder eine Pufferschaltung; eine Signalerzeugungsschaltung; eine Speicherschaltung; oder eine Steuerschaltung), zwischen X und Y verbunden sein. Es sei angemerkt, dass es dann, wenn beispielsweise ein aus X ausgegebenes Signal auf Y übertragen wird, wobei auch eine weitere Schaltung zwischen X und Y vorhanden ist, davon ausgegangen wird, dass X und Y funktional verbunden sind.
Es sei angemerkt, dass dann, wenn eine explizite Beschreibung „X und Y sind elektrisch verbunden“ erfolgt, der Fall, in dem X und Y elektrisch verbunden sind (das heißt, dass X und Y verbunden sind, wobei ein weiteres Element oder eine weitere Schaltung dazwischen liegt), und der Fall, in dem X und Y direkt verbunden sind (das heißt, dass X und Y verbunden sind, wobei kein weiteres Element oder keine weitere Schaltung dazwischen liegt), enthalten sind.
Beispiele für den Ausdruck umfassen „X, Y, eine Source (oder ein erster Anschluss oder dergleichen) und ein Drain (oder ein zweiter Anschluss oder dergleichen) eines Transistors sind elektrisch miteinander verbunden, und X, die Source (oder der erste Anschluss oder dergleichen) des Transistors, der Drain (oder der zweite Anschluss oder dergleichen) des Transistors und Y sind in dieser Reihenfolge elektrisch verbunden“. Alternativ umfassen Beispiele für den Ausdruck „eine Source (oder ein erster Anschluss oder dergleichen) eines Transistors ist elektrisch mit X verbunden, ein Drain (oder ein zweiter Anschluss oder dergleichen) des Transistors ist elektrisch mit Y verbunden, und X, die Source (oder der erste Anschluss oder dergleichen) des Transistors, der Drain (oder der zweite Anschluss oder dergleichen) des Transistors und Y sind in dieser Reihenfolge elektrisch verbunden“. Alternativ umfassen Beispiele für den Ausdruck „X ist über eine Source (oder einen ersten Anschluss oder dergleichen) und einen Drain (oder einen zweiten Anschluss oder dergleichen) eines Transistors elektrisch mit Y verbunden, und X, die Source (oder der erste Anschluss oder dergleichen) des Transistors, der Drain (oder der zweite Anschluss oder dergleichen) des Transistors und Y sind in dieser Verbindungsreihenfolge angeordnet“. Wenn die Reihenfolge der Verbindung in einer Schaltungskonfiguration durch einen Ausdruck, der diesen Beispielen ähnlich ist, definiert wird, kann man eine Source (oder einen ersten Anschluss oder dergleichen) und einen Drain (oder einen zweiten Anschluss oder dergleichen) eines Transistors voneinander unterscheiden, um den technischen Umfang zu bestimmen. Es sei angemerkt, dass diese Ausdrücke Beispiele sind und es keine Beschränkung auf diese Ausdrücke gibt. Hier stellen X und Y jeweils einen Gegenstand (z. B. eine Vorrichtung, ein Element, eine Schaltung, eine Leitung, eine Elektrode, einen Anschluss, einen leitenden Film oder eine Schicht) dar.
Es sei angemerkt, dass selbst dann, wenn unabhängige Komponenten in einem Schaltplan elektrisch miteinander verbunden sind, eine Komponente in einigen Fällen Funktionen einer Vielzahl von Komponenten aufweist. Wenn beispielsweise ein Teil einer Leitung auch als Elektrode dient, dient ein leitender Film als Leitung und Elektrode. Folglich umfasst die Kategorie „elektrische Verbindung“ in dieser Beschreibung einen derartigen Fall, in dem ein leitender Film Funktionen einer Vielzahl von Komponenten aufweist.
In dieser Beschreibung und dergleichen kann mit dem Begriff „Widerstandselement“ beispielsweise ein Schaltungselement, eine Leitung oder dergleichen mit einem Widerstandswert von mehr als 0 Ω bezeichnet werden. In dieser Beschreibung und dergleichen umfasst daher ein „Widerstandselement“ eine Leitung mit einem Widerstandswert, einen Transistor, bei dem ein Strom zwischen einer Source und einem Drain fließt, eine Diode, eine Spule und dergleichen. Der Begriff „Widerstandselement“ kann daher durch den Begriff „Widerstand“, „Last“, „Bereich mit einem Widerstandswert“ oder dergleichen ersetzt werden; im Gegenteil kann der Begriff „Widerstand“, „Last“ oder „Bereich mit einem Widerstandswert“ durch den Begriff „Widerstandselement“ oder dergleichen ersetzt werden. Der Widerstandswert kann bevorzugt zum Beispiel größer als oder gleich 1 mΩ und kleiner als oder gleich 10 Ω, bevorzugter größer als oder gleich 5 mΩ und kleiner als oder gleich 5 Ω, noch bevorzugter größer als oder gleich 10 mΩ und kleiner als oder gleich 1 Ω sein. Der Widerstandswert kann auch beispielsweise höher als oder gleich 1 Ω und niedriger als oder gleich 1 × 10⁹ Ω sein.
In dieser Beschreibung und dergleichen kann ein „Kondensator“ ein Schaltungselement mit einem Kapazitätswert von mehr als 0 F, einen Bereich einer Leitung mit einem Kapazitätswert, eine parasitäre Kapazität, eine Gate-Kapazität eines Transistors oder dergleichen bezeichnen. In dieser Beschreibung und dergleichen umfasst daher ein „Kondensator“ nicht nur ein Schaltungselement, das ein Paar von Elektroden und ein Dielektrikum zwischen diesen Elektroden aufweist, sondern auch eine parasitäre Kapazität, die zwischen einer Leitung und einer weiteren Leitung entsteht, eine Gate-Kapazität, die zwischen einem Anschluss von Source und Drain und einem Gate eines Transistors entsteht, und dergleichen. Der Begriff „Kondensator“, „parasitäre Kapazität“, „Gate-Kapazität“ oder dergleichen kann durch den Begriff „Kapazität“ oder dergleichen ersetzt werden; im Gegenteil kann der Begriff „Kapazität“ durch den Begriff „Kondensator“, „parasitäre Kapazität“, „Gate-Kapazität“ oder dergleichen ersetzt werden. Des Weiteren kann der Begriff „Paar von Elektroden“ einer „Kapazität“ durch „Paar von Leitern“, „Paar von leitenden Bereichen“, „Paar von Bereichen“ oder dergleichen ersetzt werden. Es sei angemerkt, dass der Kapazitätswert beispielsweise mehr als oder gleich 0,05 fF und weniger als oder gleich 10 pF sein kann. Der Kapazitätswert kann auch beispielsweise mehr als oder gleich 1 pF und weniger als oder gleich 10 µF sein.
In dieser Beschreibung und dergleichen beinhaltet ein Transistor drei Anschlüsse, die als Gate, Source und Drain bezeichnet werden. Das Gate ist ein Steueranschluss zum Steuern des Ein-/Ausschaltzustandes des Transistors. Zwei Anschlüsse, die als Source bzw. Drain dienen, sind Eingangs-/Ausgangsanschlüsse des Transistors. In Abhängigkeit vom Leitfähigkeitstyp (n-Kanal-Typ oder p-Kanal-Typ) des Transistors und von den Pegeln der Potentiale, die an die drei Anschlüsse des Transistors angelegt werden, dient einer der zwei Eingangs-/Ausgangsanschlüsse als Source und dient der andere als Drain. Deshalb können die Begriffe „Source“ und „Drain“ in dieser Beschreibung und dergleichen durcheinander ersetzt werden. Wenn in dieser Beschreibung und dergleichen eine Verbindungsbeziehung eines Transistors beschrieben wird, werden die Begriffe „ein Anschluss von Source und Drain“ (oder „erste Elektrode“ bzw. „erster Anschluss“) und „der andere Anschluss von Source und Drain“ (oder „zweite Elektrode“ bzw. „zweiter Anschluss“) verwendet. Es sei angemerkt, dass der Transistor in Abhängigkeit von dessen Struktur zusätzlich zu den oben genannten drei Anschlüssen ein Rückgate aufweisen kann. In diesem Fall wird in dieser Beschreibung und dergleichen eines von Gate und Rückgate des Transistors in einigen Fällen als erstes Gate bezeichnet und wird das andere von Gate und Rückgate des Transistors in einigen Fällen als zweites Gate bezeichnet. Darüber hinaus können die Begriffe „Gate“ und „Rückgate“ im gleichen Transistor gegebenenfalls gegeneinander ausgetauscht werden. Wenn der Transistor drei oder mehr Gates aufweist, werden diese Gates in dieser Beschreibung und dergleichen gegebenenfalls beispielsweise als erstes Gate, zweites Gate bzw. drittes Gate bezeichnet.
In dieser Beschreibung und dergleichen bezeichnet in einigen Fällen ein „Durchlassstrom“ einen Strom, der zwischen einer Source und einem Drain eines Transistors im Durchlasszustand fließt. Zudem bezeichnet in einigen Fällen ein „Sperrstrom“ einen Strom, der zwischen der Source und dem Drain des Transistors im Sperrzustand fließt.
In dieser Beschreibung und dergleichen kann ein Knoten in Abhängigkeit von der Schaltungskonfiguration, der Vorrichtungsstruktur und/oder dergleichen auch als Anschluss, Leitung, Elektrode, leitende Schicht, Leiter, Verunreinigungsbereich oder dergleichen bezeichnet werden. Außerdem kann ein Anschluss, eine Leitung oder dergleichen auch als Knoten bezeichnet werden.
In dieser Beschreibung und dergleichen können „Spannung“ und „Potential“ gegeneinander ausgetauscht werden. Eine „Spannung“ bezieht sich auf eine Potentialdifferenz von einem Bezugspotential; wenn beispielsweise das Bezugspotential ein Erdpotential ist, kann „Spannung“ durch „Potential“ ersetzt werden. Es sei angemerkt, dass das Erdpotential nicht notwendigerweise 0 V bedeutet. Außerdem weist ein Potential einen relativen Wert auf, und ein Potential, das einer Leitung zugeführt wird, ein Potential, das an eine Schaltung oder dergleichen angelegt wird, ein Potential, das von einer Schaltung oder dergleichen ausgegeben wird, und dergleichen werden geändert, wenn ein Bezugspotential geändert wird.
Ferner bezeichnet in dieser Beschreibung und dergleichen ein hohes Stromversorgungspotential VDD (nachstehend einfach als „VDD“ bezeichnet) ein Stromversorgungspotential, das höher ist als ein niedriges Stromversorgungspotential VSS (nachstehend einfach als „VSS“ bezeichnet). VSS bezeichnet ein Stromversorgungspotential, das niedriger ist als VDD. Außerdem kann ein Erdpotential (nachstehend einfach als „GND“ bezeichnet) als VDD oder VSS verwendet werden. Beispielsweise handelt es sich in dem Fall, in dem ein Erdpotential als VDD dient, bei VSS um ein Potential, das niedriger ist als das Erdpotential; und es handelt sich in dem Fall, in dem ein Erdpotential als VSS dient, bei VDD um ein Potential, das höher ist als das Erdpotential.
Der Begriff „Strom“ bezieht sich auf ein Phänomen der Bewegung von elektrischen Ladungen (elektrisch Leitung); beispielsweise kann der Ausdruck „eine elektrische Leitung eines positiv geladen Objekts tritt auf kann als „eine elektrische Leitung eines negativ geladenen Objekts tritt in Gegenrichtung „auf‟ umformuliert werden. Daher bezieht sich ein „Strom“ in dieser Beschreibung und dergleichen, sofern nicht anders festgelegt, auf ein Phänomen der Bewegung von Ladungen (elektrische Leitung) infolge der Bewegung von Ladungsträgern. Beispiele für die hier genannten Ladungsträger umfassen Elektronen, Löcher, Anionen, Kationen und Komplex-Ionen, wobei die Ladungsträger von dem System abhängen, in dem der Strom fließt (z. B. einem Halbleiter, einem Metall, einer Elektrolytlösung oder einem Vakuum). Die „Stromrichtung“ in einer Leitung oder dergleichen ist die Richtung, in die sich positive Ladungsträger bewegen, und wird durch eine positive Strommenge gekennzeichnet. Mit anderen Worten: Negative Ladungsträger bewegen sich in eine Richtung, die der Stromrichtung entgegengesetzt ist, und diese Richtung wird durch eine negative Strommenge dargestellt. Daher kann in dieser Beschreibung und dergleichen, sofern nicht bestimmt ist, dass der Strom positiv oder negativ ist (oder sofern die Stromrichtung nicht bestimmt ist), der Ausdruck „ein Strom fließt von einem Element A in ein Element B“ oder dergleichen in „ein Strom fließt von einem Element B in ein Element A“ oder dergleichen umformuliert werden. Der Ausdruck „ein Strom wird in ein Element A eingegeben“ oder dergleichen kann in „ein Strom wird von einem Element A ausgegeben“ oder dergleichen umformuliert werden.
In dieser Beschreibung und dergleichen werden Ordnungszahlen, wie z. B. „erstes“, „zweites“ und „drittes“, verwendet, um eine Verwechslung zwischen Komponenten zu vermeiden. Daher schränken diese Begriffe die Anzahl der Komponenten nicht ein. Ferner schränken diese Begriffe die Reihenfolge der Komponenten nicht ein. In dieser Beschreibung und dergleichen kann beispielsweise eine „erste“ Komponente einer Ausführungsform als „zweite“ Komponente bei einer anderen Ausführungsform oder in Patentansprüchen bezeichnet werden. Außerdem kann in dieser Beschreibung und dergleichen beispielsweise eine „erste“ Komponente einer Ausführungsform bei einer anderen Ausführungsform oder in Patentansprüchen weggelassen werden.
Der Begriff „über“ oder „unter“ bedeutet nicht unbedingt, dass eine Komponente direkt auf oder direkt unter und in direktem Kontakt mit einer weiteren Komponente platziert ist. Beispielweise bedeutet der Ausdruck „eine Elektrode B über einer Isolierschicht A“ nicht unbedingt, dass die Elektrode B über und in direktem Kontakt mit der Isolierschicht A ausgebildet ist, und kann den Fall umfassen, in dem eine weitere Komponente zwischen der Isolierschicht A und der Elektrode B bereitgestellt ist.
Die Positionsbeziehung zwischen Komponenten wird angemessen entsprechend einer Richtung verändert, in der jede Komponente beschrieben wird. Deshalb gibt es keine Beschränkung hinsichtlich der Begriffe, die in dieser Beschreibung und dergleichen verwendet werden, und eine Beschreibung kann je nach Umständen angemessen erfolgen. In dieser Beschreibung und dergleichen werden beispielsweise in einigen Fällen Begriffe zum Beschreiben der Anordnung, wie z. B. „über“ und „unter“, der Einfachheit halber beim Beschreiben der Positionsbeziehung zwischen Komponenten anhand von Zeichnungen verwendet. Folglich kann der Ausdruck „ein Isolator, der sich auf einer Oberseite eines Leiters befindet“ in „ein Isolator, der sich auf einer Unterseite eines Leiters befindet“ umformuliert werden, wenn die Richtung einer Zeichnung, die diese Komponenten darstellt, um 180° gedreht wird. Außerdem kann der Ausdruck „ein Isolator, der sich auf einer Oberseite eines Leiters befindet“ in „ein Isolator, der sich auf einer linken Seite (oder einer rechten Seite) eines Leiters befindet“ umformuliert werden, wenn die Richtung einer Zeichnung, die diese Komponenten darstellt, um 90° gedreht wird.
Auf ähnliche Weise schränkt in dieser Beschreibung und dergleichen der Begriff „überlappen“ oder dergleichen einen Zustand der Anordnungsreihenfolge der Komponenten oder dergleichen nicht ein. Beispielsweise kann der Ausdruck „eine Elektrode B, die sich mit einer Isolierschicht A überlappt“ nicht nur einen Zustand, in dem „die Elektrode B über der Isolierschicht A ausgebildet ist“, sondern auch einen Zustand, in dem „die Elektrode B unter der Isolierschicht A ausgebildet ist“, einen Zustand, in dem „die Elektrode B auf der rechten Seite (oder der linken Seite) der Isolierschicht A ausgebildet ist“, oder dergleichen umfassen.
In dieser Beschreibung und dergleichen bedeutet der Begriff „benachbart“ oder „nahe“ nicht unbedingt, dass eine Komponente in direktem Kontakt mit einer weiteren Komponente platziert ist. Beispielweise bedeutet der Ausdruck „eine Elektrode B, die sich neben einer Isolierschicht A befindet“ nicht unbedingt, dass die Elektrode B in direktem Kontakt mit der Isolierschicht A ausgebildet ist, und kann den Fall umfassen, in dem eine weitere Komponente zwischen der Isolierschicht A und der Elektrode B bereitgestellt ist.
In dieser Beschreibung und dergleichen können die Begriffe „Film“, „Schicht“ und dergleichen je nach Umständen gegeneinander ausgetauscht werden. Beispielsweise kann der Begriff „leitende Schicht“ in einigen Fällen durch den Begriff „leitender Film“ ersetzt werden. Beispielsweise kann der Begriff „Isolierfilm“ in einigen Fällen durch den Begriff „Isolierschicht“ ersetzt werden. Alternativ kann je nach Sachlage oder Umständen anstelle des Begriffs „Film“, „Schicht“ oder dergleichen ein anderer Begriff verwendet werden. Beispielsweise kann in einigen Fällen der Begriff „Leiter“ anstelle des Begriffs „leitende Schicht“ oder „leitender Film“ verwendet werden. Alternativ kann beispielsweise der Begriff „Isolator“ anstelle des Begriffs „Isolierschicht“ oder „Isolierfilm“ verwendet werden.
In dieser Beschreibung und dergleichen schränken die Begriffe „Elektrode“, „Leitung“, „Anschluss“ und dergleichen die Funktionen der Komponenten nicht ein. Beispielsweise wird in einigen Fällen eine „Elektrode“ als Teil einer „Leitung“ verwendet und umgekehrt. Darüber hinaus kann mit dem Begriff „Elektrode“ und „Leitung“ auch eine Kombination aus einer Vielzahl von integrierten „Elektroden“ und „Leitungen“ gemeint sein. Beispielsweise wird in einigen Fällen ein „Anschluss“ als Teil einer „Leitung“ und einer „Elektrode“ verwendet und umgekehrt. Darüber hinaus kann mit dem Begriff „Anschluss“ auch eine Vielzahl von integrierten „Elektroden“, „Leitungen“, „Anschlüssen“ oder dergleichen gemeint sein. Daher kann beispielsweise eine „Elektrode“ auch als Teil einer „Leitung“ oder eines „Anschlusses“ dienen, und beispielsweise kann ein „Anschluss“ auch als Teil einer „Leitung“ oder einer „Elektrode“ dienen. Die Begriffe „Elektrode“, „Leitung“, „Anschluss“ und dergleichen werden gegebenenfalls durch den Begriff „Bereich“ oder dergleichen ersetzt.
In dieser Beschreibung und dergleichen können die Begriffe „Leitung“, „Signalleitung“, „Stromversorgungsleitung“ und dergleichen je nach Sachlage oder Umständen durcheinander ersetzt werden. Beispielsweise kann der Begriff „Leitung“ in einigen Fällen durch den Begriff „Signalleitung“ ersetzt werden. Beispielsweise kann der Begriff „Leitung“ in einigen Fällen durch den Begriff „Stromversorgungsleitung“ ersetzt werden. Umgekehrt kann der Begriff „Signalleitung“, „Stromversorgungsleitung“ oder dergleichen in einigen Fällen durch den Begriff „Leitung“ ersetzt werden. Der Begriff „Stromversorgungsleitung“ oder dergleichen kann in einigen Fällen durch den Begriff „Signalleitung“ oder dergleichen ersetzt werden. Umgekehrt kann der Begriff „Signalleitung“ oder dergleichen ebenfalls in einigen Fällen durch den Begriff „Stromversorgungsleitung“ oder dergleichen ersetzt werden. Der Begriff „Potential“, das an eine Leitung angelegt wird, kann je nach Sachlage oder Umständen durch den Begriff „Signal“ oder dergleichen ersetzt werden. Umgekehrt kann der Begriff „Signal“ oder dergleichen ebenfalls in einigen Fällen durch den Begriff „Potential“ ersetzt werden.
In dieser Beschreibung und dergleichen bezeichnet eine Verunreinigung in einem Halbleiter beispielsweise ein Element, bei dem es sich um keine Hauptkomponente einer Halbleiterschicht handelt. Zum Beispiel handelt es sich bei einem Element mit einer Konzentration von weniger als 0,1 Atom-% um eine Verunreinigung. Wenn eine Verunreinigung enthalten ist, kann beispielsweise die Dichte der Defektzustände in einem Halbleiter erhöht werden, kann die Ladungsträgerbeweglichkeit verringert werden, oder kann die Kristallinität verringert werden. Wenn es sich bei dem Halbleiter um einen Oxidhalbleiter handelt, umfassen Beispiele für eine Verunreinigung, die die Eigenschaften des Halbleiters verändert, die Elemente der Gruppe 1, die Elemente der Gruppe 2, die Elemente der Gruppe 13, die Elemente der Gruppe 14, die Elemente der Gruppe 15 und Übergangsmetalle, die sich von den Hauptkomponenten des Halbleiters unterscheiden, insbesondere Wasserstoff (darunter auch denjenigen, der im Wasser enthalten ist), Lithium, Natrium, Silizium, Bor, Phosphor, Kohlenstoff und Stickstoff. Wenn es sich insbesondere bei dem Halbleiter um Silizium handelt, umfassen Beispiele für eine Verunreinigung, die die Eigenschaften des Halbleiters verändert, Sauerstoff, die Elemente der Gruppe 1 außer Wasserstoff, die Elemente der Gruppe 2, die Elemente der Gruppe 13 und die Elemente der Gruppe 15.
In dieser Beschreibung und dergleichen wird ein Schalter in einen leitenden Zustand (Durchlasszustand) oder einen nichtleitenden Zustand (Sperrzustand) versetzt, um zu bestimmen, ob ein Strom dort hindurchfließt oder nicht. Alternativ handelt es sich bei einem Schalter um ein Element, das eine Funktion zum Auswählen und Ändern eines Strompfades aufweist. Beispielsweise kann ein elektrischer Schalter oder ein mechanischer Schalter verwendet werden. Das heißt, dass der Schalter, solange er einen Strom steuern kann, nicht auf ein bestimmtes Element beschränkt ist.
Beispiele für den elektrischen Schalter umfassen einen Transistor (z. B. einen Bipolartransistor oder einen MOS-Transistor), eine Diode (z. B. eine PN-Diode, eine PIN-Diode, eine Schottky-Diode, eine Metall-Isolator-Metall- (MIM-) Diode, eine Metall-Isolator-Halbleiter- (metal-insulator-semiconductor, MIS-) Diode oder einen als Diode geschalteten Transistor) und eine Logikschaltung, bei der diese kombiniert sind. Im Falle der Verwendung eines Transistors als Schalter bezieht sich ein „leitender Zustand (Durchlasszustand)“ des Transistors auf einen Zustand, in dem eine Source und ein Drain des Transistors elektrisch kurzgeschlossen sind. Des Weiteren bezieht sich ein „nichtleitender Zustand (Sperrzustand)“ des Transistors auf einen Zustand, in dem die Source und der Drain des Transistors elektrisch getrennt sind. Es sei angemerkt, dass es dann, wenn ein Transistor lediglich als Schalter arbeitet, keine besondere Beschränkung bezüglich der Polarität (des Leitfähigkeitstyps) des Transistors gibt.
Ein Beispiel für den mechanischen Schalter ist ein Schalter, bei dem eine Technologie eines mikroelektromechanischen Systems (MEMS) eingesetzt wird. Ein derartiger Schalter weist eine Elektrode auf, die sich mechanisch bewegen kann, und das Leiten oder Nicht-Leiten wird durch die Bewegung der Elektrode gesteuert.
In dieser Beschreibung bezeichnet „parallel“ den Zustand, in dem sich zwei gerade Linien in einem Winkel von mehr als oder gleich -10° und weniger als oder gleich 10° kreuzen. Folglich ist auch der Fall mit eingeschlossen, in dem der Winkel mehr als oder gleich -5° und weniger als oder gleich 5° ist. Zudem bezeichnet „im Wesentlichen parallel“ oder „annähernd parallel“ den Zustand, in dem sich zwei gerade Linien in einem Winkel von mehr als oder gleich -30° und weniger als oder gleich 30° kreuzen. Zudem bezeichnet „senkrecht“ den Zustand, in dem sich zwei gerade Linien in einem Winkel von mehr als oder gleich 80° und weniger als oder gleich 100° kreuzen. Folglich ist auch der Fall mit eingeschlossen, in dem der Winkel mehr als oder gleich 85° und weniger als oder gleich 95° ist. Zudem bezeichnet „im Wesentlichen senkrecht“ oder „annähernd senkrecht“ den Zustand, in dem sich zwei gerade Linien in einem Winkel von mehr als oder gleich 60° und weniger als oder gleich 120° kreuzen.
In dieser Beschreibung und dergleichen bedeutet ein Metalloxid im weiteren Sinne ein Oxid eines Metalls. Metalloxide werden in einen Oxidisolator, einen Oxidleiter (darunter auch einen durchsichtigen Oxidleiter), einen Oxidhalbleiter (Oxide Semiconductor; auch einfach als OS bezeichnet) und dergleichen unterteilt. Beispielsweise wird ein Metalloxid, das für eine aktive Schicht eines Transistors verwendet wird, in einigen Fällen als Oxidhalbleiter bezeichnet. Mit anderen Worten: Wenn ein Metalloxid einen Kanalbildungsbereich eines Transistors, der mindestens eine der Verstärkungsfunktion, der Gleichrichterfunktion und der Schalterfunktion aufweist, bilden kann, kann das Metalloxid als Metalloxidhalbleiter bezeichnet werden. Es handelt sich bei einem OS-Transistor um einen Transistor, der ein Metalloxid oder einen Oxidhalbleiter enthält.
In dieser Beschreibung und dergleichen wird auch ein stickstoffhaltiges Metalloxid gegebenenfalls durch den allgemeinen Begriff „Metalloxid“ ausgedrückt. Das stickstoffhaltige Metalloxid kann auch als Metalloxynitrid bezeichnet werden.
In dieser Beschreibung und dergleichen kann eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert werden, indem die Struktur, die bei einer Ausführungsform beschrieben wird, angemessen mit einer Struktur kombiniert wird, die bei einer anderen Ausführungsform beschrieben wird. Wenn mehrere Strukturbeispiele bei einer Ausführungsform beschrieben werden, können diese Strukturbeispiele angemessen miteinander kombiniert werden.
Es sei angemerkt, dass ein Inhalt (oder ein Teil davon), der bei einer Ausführungsform beschrieben wird, auf einen anderen Inhalt (oder einen Teil davon), der bei der Ausführungsform beschrieben wird, und/oder einen Inhalt (oder einen Teil davon), der bei einer oder mehreren anderen Ausführungsformen beschrieben wird, angewendet, mit diesem kombiniert oder durch diesen ersetzt werden kann.
Es sei angemerkt, dass sich bei jeder Ausführungsform (oder dem Beispiel) ein Inhalt, der bei der Ausführungsform beschrieben wird, auf einen Inhalt, der unter Bezugnahme auf verschiedene Zeichnungen beschrieben wird, oder auf einen Inhalt bezieht, der mit dem in dieser Beschreibung offenbarten Text beschrieben wird.
Es sei angemerkt, dass, indem ein Schema (oder ein Teil davon), das bei einer Ausführungsform beschrieben wird, mit einem anderen Teil des Schemas, einem anderen Schema (oder einem Teil davon), das bei der Ausführungsform beschrieben wird, und/oder einem Schema (oder einem Teil davon), das bei einer oder mehreren anderen Ausführungsformen beschrieben wird, kombiniert wird, viel mehr Schemata gebildet werden können.
Ausführungsformen, die in dieser Beschreibung offenbart sind, werden anhand von Zeichnungen beschrieben. Jedoch können die Ausführungsformen in vielen verschiedenen Modi implementiert werden, und es ist für Fachleute leicht verständlich, dass Modi und Details davon auf verschiedene Weise verändert werden können, ohne dabei vom Gedanken und Schutzbereich abzuweichen. Dementsprechend sollte die vorliegende Erfindung nicht als auf die Beschreibung der Ausführungsformen beschränkt angesehen werden. Es sei angemerkt, dass bei den Strukturen der Ausführungsformen der Erfindung gleiche Abschnitte oder Abschnitte mit ähnlichen Funktionen durch die gleichen Bezugszeichen in unterschiedlichen Zeichnungen gekennzeichnet sind, und ihre Beschreibung wird in einigen Fällen nicht wiederholt. Des Weiteren ist bei einer perspektivischen Ansicht, einer Draufsicht oder dergleichen die Darstellung von einigen Komponenten zum leichteren Verständnis von Zeichnungen in einigen Fällen weggelassen.
Darüber hinaus werden in einem Blockdiagramm in dieser Beschreibung und dergleichen Komponenten funktionell eingeteilt und durch Blöcke gezeigt, die voneinander unabhängig sind. Jedoch ist es bei einer realen Schaltung oder dergleichen manchmal schwierig, derartige Komponenten funktionell einzuteilen, und es gibt einen Fall, in dem eine Schaltung für eine Vielzahl von Funktionen zuständig ist, oder einen Fall, in dem eine Vielzahl von Schaltungen für eine Funktion zuständig ist. Deshalb zeigen Blöcke in einem Blockdiagramm nicht notwendigerweise Komponenten, die in dieser Beschreibung beschrieben werden; ihre Erläuterung kann je nach Sachlage gegebenenfalls mit einem weiteren Begriff erfolgen.
In den dieser Beschreibung beigefügten Zeichnungen ist die Größe, die Schichtdicke oder der Bereich in einigen Fällen der Klarheit halber übertrieben dargestellt. Deshalb sind sie nicht notwendigerweise auf die Größe, das Seitenverhältnis und dergleichen beschränkt. Es sei angemerkt, dass die Zeichnungen schematische Ansichten sind, die ideale Beispiele zeigen, und dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf die Formen oder Werte, welche in den Zeichnungen gezeigt werden, beschränkt sind. Beispielsweise können Schwankungen eines Signals, einer Spannung oder eines Stroms aufgrund eines Rauschens oder Schwankungen eines Signals, einer Spannung oder eines Stroms aufgrund eines Zeitunterschiedes mit eingeschlossen werden.
In dieser Beschreibung und dergleichen werden dann, wenn eine Vielzahl von Komponenten, die durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind, insbesondere voneinander zu unterscheiden ist, in einigen Fällen Kennzeichnungen, wie z. B. „_1“, „[n]“ oder „[m,n]“, den Bezugszeichen hinzugefügt. Beispielsweise wird in einigen Fällen eine von zwei Leitungen GL als Leitung GL[1] bezeichnet, und die andere wird als Leitung GL[2] bezeichnet.
(Ausführungsform 1)
Eine Halbleitervorrichtung 100 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand von Zeichnungen beschrieben.
<Strukturbeispiel der Halbleitervorrichtung 100>
1A stellt einen Schaltplan der Halbleitervorrichtung 100 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Die Halbleitervorrichtung 100 kann als Speicherschaltung dienen, die analoge Daten halten kann. Außerdem kann die Halbleitervorrichtung 100 als Speicherelement dienen, das analoge Daten halten kann. Die Halbleitervorrichtung 100 beinhaltet einen Transistor Tr11, einen Transistor Tr12, einen Transistor Tr21, einen Transistor Tr22, einen Kondensator Cb1 und einen Kondensator Cb2.
Des Weiteren beinhaltet die Halbleitervorrichtung 100 eine Halteschaltung 110a, eine Halteschaltung 110b, eine Bootstrap-Schaltung 120a, eine Bootstrap-Schaltung 120b und eine Sourcefolgerschaltung 130.
Die Halteschaltung 110a beinhaltet den Transistor Tr11 und den Kondensator Cb1, und die Halteschaltung 110b beinhaltet den Transistor Tr21 und den Kondensator Cb2. Die Bootstrap-Schaltung 120a beinhaltet den Transistor Tr12 und den Kondensator Cb1, und die Bootstrap-Schaltung 120b beinhaltet den Transistor Tr22 und den Kondensator Cb2. Die Sourcefolgerschaltung 130 beinhaltet den Transistor Tr12 und den Transistor Tr22.
Ein Gate des Transistors Tr11 ist elektrisch mit einem Anschluss WW1 verbunden, ein Anschluss von Source und Drain des Transistors Tr11 ist elektrisch mit einem Anschluss IN1 verbunden, und der andere ist elektrisch mit einem Gate des Transistors Tr12 verbunden. Ein Anschluss von Source und Drain des Transistors Tr12 ist elektrisch mit einem Anschluss PS1 verbunden, und der andere ist elektrisch mit einem Anschluss OUT verbunden.
Ein Gate des Transistors Tr21 ist elektrisch mit einem Anschluss WW2 verbunden, ein Anschluss von Source und Drain des Transistors Tr21 ist elektrisch mit einem Anschluss IN2 verbunden, und der andere ist elektrisch mit einem Gate des Transistors Tr22 verbunden. Ein Anschluss von Source und Drain des Transistors Tr22 ist elektrisch mit dem Anschluss OUT verbunden, und der andere ist elektrisch mit einem Anschluss PS2 verbunden.
Eine von Elektroden, die in dem Kondensator Cb1 enthalten sind, ist elektrisch mit dem Gate des Transistors Tr12 verbunden, und die andere Elektrode ist elektrisch mit dem Anschluss OUT verbunden. Eine von Elektroden, die in dem Kondensator Cb2 enthalten sind, ist elektrisch mit dem Anschluss OUT verbunden, und die andere Elektrode ist elektrisch mit dem Gate des Transistors Tr22 verbunden.
Ein Knoten, an dem der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors Tr11, das Gate des Transistors Tr12 und eine der Elektroden, die in dem Kondensator Cb1 enthalten sind, elektrisch miteinander verbunden sind, dient als Knoten SN1. Ein Knoten, an dem der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors Tr21, das Gate des Transistors Tr22 und die andere der Elektroden, die in dem Kondensator Cb2 enthalten sind, elektrisch miteinander verbunden sind, dient als Knoten SN2. Ein Knoten, an dem die andere der Elektroden, die in dem Kondensator Cb1 enthalten sind, eine der Elektroden, die in dem Kondensator Cb2 enthalten sind, und der Anschluss OUT elektrisch miteinander verbunden sind, dient als Knoten BN. Es sei angemerkt, dass der Knoten SN1 und der Knoten SN2 jeweils als Speicherknoten dienen.
Die Halteschaltung 110a weist eine Funktion zum Halten eines Potentials (einer Ladung) auf, das über den Transistor Tr11 in den Knoten SN1 geschrieben wird. Die Halteschaltung 110b weist eine Funktion zum Halten eines Potentials (einer Ladung) auf, das über den Transistor Tr21 in den Knoten SN2 geschrieben wird.
Insbesondere wird dem Gate des Transistors Tr11 ein Potential zugeführt, mit dem der Transistor Tr11 eingeschaltet wird, und dem Knoten SN1 wird über die Source und den Drain des Transistors Tr11 eine Ladung zum Einstellen des Knotens SN1 auf ein vorbestimmtes Potential zugeführt. Danach wird dem Gate des Transistors Tr11 ein Potential zugeführt, mit dem der Transistor Tr11 ausgeschaltet wird. Indem der Transistor Tr11 ausgeschaltet wird, wird die Ladung gehalten, die in den Knoten SN1 geschrieben wird.
Auf ähnliche Weise wird dem Gate des Transistors Tr21 ein Potential zugeführt, mit dem der Transistor Tr21 eingeschaltet wird, und dem Knoten SN2 wird über die Source und den Drain des Transistors Tr21 eine Ladung zum Einstellen des Knotens SN2 auf ein vorbestimmtes Potential zugeführt. Danach wird dem Gate des Transistors Tr21 ein Potential zugeführt, mit dem der Transistor Tr21 ausgeschaltet wird. Indem der Transistor Tr21 ausgeschaltet wird, wird die Ladung gehalten, die in den Knoten SN2 geschrieben wird. Deshalb werden der Knoten SN1 und der Knoten SN2 auch als „Halteknoten“ bezeichnet. Des Weiteren werden der Transistor Tr11 und der Transistor Tr21 auch als „Schreibtransistor“ bezeichnet.
Für Halbleiterschichten des Transistors Tr11, des Transistors Tr12, des Transistors Tr21 und des Transistors Tr22 kann ein einkristalliner Halbleiter, ein polykristalliner Halbleiter, ein mikrokristalliner Halbleiter, ein amorpher Halbleiter oder dergleichen allein oder in Kombination verwendet werden. Als Halbleitermaterial kann beispielsweise Silizium, Germanium oder dergleichen verwendet werden. Alternativ kann ein Verbindungshalbleiter aus Siliziumgermanium, Siliziumcarbid, Galliumarsenid, Oxidhalbleiter, Nitridhalbleiter oder dergleichen verwendet werden.
Es sei angemerkt, dass die Halbleiterschicht, die für den Transistor verwendet wird, eine mehrschichtige Struktur aus einer Vielzahl von Halbleiterschichten aufweisen kann. Wenn Halbleiterschichten übereinander angeordnet werden, können Halbleiter, die unterschiedliche Kristallzustände aufweisen, oder unterschiedliche Halbleitermaterialien verwendet werden.
Insbesondere sind der Transistor Tr11 und der Transistor Tr21 jeweils vorzugsweise ein Transistor, der einen Oxidhalbleiter in einer Halbleiterschicht enthält, in der ein Kanal gebildet wird (auch als „OS-Transistor“ bezeichnet). Der Oxidhalbleiter weist eine Bandlücke von 2 eV oder mehr auf und weist daher einen sehr niedrigen Sperrstrom auf. Wenn OS-Transistoren für den Transistor Tr11 und den Transistor Tr21 verwendet werden, können Ladungen, die in die Halteknoten geschrieben werden, für lange Zeit gehalten werden. In dem Fall, in dem OS-Transistoren für den Transistor Tr11 und den Transistor Tr21 verwendet werden, kann die Halbleitervorrichtung 100 als „OS-Speicher“ bezeichnet werden.
Ein OS-Speicher kann selbst dann, wenn die Stromzufuhr gestoppt wird, geschriebene Daten in einer Periode von einem Jahr oder mehr, sogar zehn Jahren oder mehr, halten. Deshalb kann der OS-Speicher auch als nichtflüchtiger Speicher angesehen werden.
Außerdem kann der OS-Speicher nicht nur binäre (1-Bit-) Daten, sondern auch mehrstufige (Multibit-) Daten halten, da bei dem OS-Speicher die geschriebene Ladungsmenge für lange Zeit nicht leicht geändert wird.
Da der OS-Speicher ein Verfahren zum Schreiben von einer elektrischen Ladung über einen OS-Transistor in einen Knoten verwendet, ist eine hohe Spannung, die bei einem herkömmlichen Flash-Speicher erforderlich ist, nicht notwendig, was auch einen Schreibvorgang mit hoher Geschwindigkeit erzielt. Ein Löschvorgang vor einem Datenumschreiben, der bei einem Flash-Speicher durchgeführt wird, ist bei dem OS-Speicher nicht notwendig. Da das Injizieren und das Extrahieren einer elektrischen Ladung in ein schwebendes Gate oder eine Ladungseinfangschicht nicht durchgeführt wird, kann der OS-Speicher im Wesentlichen unendliche Male Daten schreiben und lesen. Der OS-Speicher weist im Vergleich zu einem herkömmlichen Flash-Speicher eine geringere Verschlechterung und eine höhere Zuverlässigkeit auf.
Bei dem OS-Speicher wird im Unterschied zu einem Magnetoresistive Random Access Memory (MRAM), einem Resistive Random Access Memory (ReRAM) oder dergleichen keine Strukturveränderung auf atomarer Ebene verursacht. Deshalb weist der OS-Speicher eine höhere Beständigkeit gegen Neuschreiben auf als ein Magnetoresistive Random Access Memory und ein Resistive Random Access Memory.
Außerdem nimmt bei dem OS-Transistor der Sperrstrom auch in einer Umgebung mit hoher Temperatur kaum zu. Insbesondere nimmt der Sperrstrom auch in einer Umgebung bei einer Temperatur von höher als oder gleich Raumtemperatur und niedriger als oder gleich 200 °C kaum zu. Des Weiteren wird der Durchlassstrom auch in einer Umgebung mit hoher Temperatur mit geringerer Wahrscheinlichkeit verringert. Eine Speichervorrichtung, die einen OS-Speicher beinhaltet, arbeitet stabil auch in einer Umgebung mit hoher Temperatur und weist eine hohe Zuverlässigkeit auf. Ein OS-Transistor weist eine hohe Spannungsfestigkeit zwischen seiner Source und seinem Drain auf. Indem der OS-Transistor für einen Transistor, der in einer Halbleitervorrichtung enthalten ist, verwendet wird, ist der Betrieb auch in einer Umgebung mit hoher Temperatur stabil, so dass eine Halbleitervorrichtung mit hoher Zuverlässigkeit bereitgestellt werden kann. Daher werden OS-Transistoren vorzugsweise für den Transistor Tr11, den Transistor Tr21, den Transistor Tr12 und den Transistor Tr22 verwendet.
Wenn Gate-Isolierfilme des Transistors Tr12 und des Transistors Tr22 sehr dünn sind, könnten Ladungen, die in den Knoten SN1 und den Knoten SN2 geschrieben werden, über die Isolierfilme austreten (auch als „Gate-Leckage“ bezeichnet). Die Dicke der Gate-Isolierfilme des Transistors Tr12 und des Transistors Tr22 ist vorzugsweise im Wesentlichen gleich der Dicke der Gate-Isolierfilme des Transistors Tr11 und des Transistors Tr21.
Außerdem können beispielsweise OS-Transistoren für den Transistor Tr11 und den Transistor Tr21 verwendet werden, und Si-Transistoren können für den Transistor Tr12 und den Transistor Tr22 verwendet werden. Für die Si-Transistoren, die für den Transistor Tr12 und den Transistor Tr22 verwendet werden, können Si-Transistoren mit einer Struktur, bei der die Menge der Gate-Leckage klein ist, verwendet werden.
Da ein Si-Transistor mit höherer Geschwindigkeit als ein OS-Transistor arbeitet, kann die Lesegeschwindigkeit von Daten erhöht werden, indem Si-Transistoren für den Transistor Tr12 und den Transistor Tr22 verwendet werden.
Wie in 1B dargestellt, können das Gate des Transistors Tr11 und das Gate des Transistors Tr21 elektrisch mit einer Leitung WWL verbunden sein.
Wie in 2A dargestellt, kann ein Transistor mit einem Rückgate für jeden von dem Transistor Tr12 und dem Transistor Tr22 verwendet werden. 2A stellt ein Beispiel dar, in dem ein Rückgate des Transistors Tr12 elektrisch mit einem Anschluss BG14 verbunden ist und ein Rückgate des Transistors Tr22 elektrisch mit einem Anschluss BG24 verbunden ist. Indem ein Potential des Anschlusses BG14 gesteuert wird, kann die Schwellenspannung des Transistors Tr12 geändert werden. Indem ein Potential des Anschlusses BG24 gesteuert wird, kann die Schwellenspannung des Transistors Tr22 geändert werden.
Wie in 2B dargestellt, kann ein Transistor mit einem Rückgate für jeden von dem Transistor Tr11 und dem Transistor Tr21 verwendet werden. 2B stellt ein Beispiel dar, in dem ein Rückgate des Transistors Tr11 elektrisch mit einem Anschluss BG13 verbunden ist und ein Rückgate des Transistors Tr21 elektrisch mit einem Anschluss BG23 verbunden ist. Indem ein Potential des Anschlusses BG13 gesteuert wird, kann die Schwellenspannung des Transistors Tr11 geändert werden. Indem ein Potential des Anschlusses BG23 gesteuert wird, kann die Schwellenspannung des Transistors Tr21 geändert werden.
3A stellt ein Beispiel dar, in dem bei jedem von dem Transistor Tr11, dem Transistor Tr12, dem Transistor Tr21 und dem Transistor Tr22 das Gate und das Rückgate elektrisch miteinander verbunden sind. 3B stellt ein Beispiel dar, in dem das Rückgate des Transistors Tr22 elektrisch mit dem anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors Tr22 verbunden ist. Da ein elektrisches Feld, das außerhalb des Transistors erzeugt wird, durch Bereitstellen eines Rückgates mit geringerer Wahrscheinlichkeit den Kanalbildungsbereich beeinflusst, arbeitet die Halbleitervorrichtung stabil, so dass die Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung erhöht werden kann.
Außerdem können der Transistor Tr11, der Transistor Tr12, der Transistor Tr21 und der Transistor Tr22 jeweils ein Doppel-Gate-Transistor sein. 4A stellt ein Beispiel für ein Schaltungssymbol eines Doppel-Gate-Transistors 180A dar.
Der Transistor 180A weist eine Struktur auf, bei der ein Transistor Tr1 und ein Transistor Tr2 in Reihe geschaltet sind. 4A stellt einen Zustand dar, in dem ein Anschluss von Source und Drain des Transistors Tr1 elektrisch mit einem Anschluss S verbunden ist, der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors Tr1 elektrisch mit einem Anschluss von Source und Drain des Transistors Tr2 verbunden ist und der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors Tr2 elektrisch mit einem Anschluss D verbunden ist. Außerdem stellt 4A einen Zustand dar, in dem ein Gate des Transistors Tr1 und ein Gate des Transistors Tr2 elektrisch miteinander verbunden sind und sie elektrisch mit einem Anschluss G verbunden sind.
Der in 4A dargestellte Transistor 180A weist eine Funktion auf, durch Ändern eines Potentials des Anschlusses G einen Verbindungszustand zwischen dem Anschluss S und dem Anschluss D auf einen leitenden Zustand oder einen nichtleitenden Zustand umzuschalten. Daher umfasst der Transistor 180A, der ein Doppel-Gate-Transistor ist, den Transistor Tr1 und den Transistor Tr2 und dient als ein Transistor. Das heißt, dass in 4A ein Anschluss von Source und Drain des Transistors 180A elektrisch mit dem Anschluss S verbunden ist, der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors 180A elektrisch mit dem Anschluss D verbunden ist und ein Gate des Transistors 180A elektrisch mit dem Anschluss G verbunden ist.
Außerdem können der Transistor Tr11, der Transistor Tr12, der Transistor Tr21 und der Transistor Tr22 jeweils ein Dreifach-Gate-Transistor sein. 4B stellt ein Beispiel für ein Schaltungssymbol eines Dreifach-Gate-Transistors 180B dar.
Der Transistor 180B weist eine Struktur auf, bei der der Transistor Tr1, der Transistor Tr2 und der Transistor Tr3 in Reihe geschaltet sind. 4B stellt einen Zustand dar, in dem ein Anschluss von Source und Drain des Transistors Tr1 elektrisch mit dem Anschluss S verbunden ist, der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors Tr1 elektrisch mit einem Anschluss von Source und Drain des Transistors Tr2 verbunden ist, der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors Tr2 elektrisch mit einem Anschluss von Source und Drain des Transistors Tr3 verbunden ist und der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors Tr3 elektrisch mit dem Anschluss D verbunden ist. Außerdem stellt 4B einen Zustand dar, in dem ein Gate des Transistors Tr1, ein Gate des Transistors Tr2 und ein Gate des Transistors Tr3 elektrisch miteinander verbunden sind und sie elektrisch mit dem Anschluss G verbunden sind.
Der in 4B dargestellte Transistor 180B weist eine Funktion auf, durch Ändern eines Potentials des Anschlusses G einen Verbindungszustand zwischen dem Anschluss S und dem Anschluss D auf einen leitenden Zustand oder einen nichtleitenden Zustand umzuschalten. Daher umfasst der Transistor 180B, der ein Dreifach-Gate-Transistor ist, den Transistor Tr1, den Transistor Tr2 und den Transistor Tr3 und dient als ein Transistor. Das heißt, dass in 4B ein Anschluss von Source und Drain des Transistors 180B elektrisch mit dem Anschluss S verbunden ist, der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors 180B elektrisch mit dem Anschluss D verbunden ist und ein Gate des Transistors 180B elektrisch mit dem Anschluss G verbunden ist.
Ein Transistor, der eine Vielzahl von Gates umfasst und bei dem die Vielzahl von Gates elektrisch miteinander verbunden ist, wie der Transistor 180A und der Transistor 180B, wird in einigen Fällen als „Transistor mit Multi-Gate“ oder „Multi-Gate-Transistor“ bezeichnet.
<Betriebsbeispiel der Halbleitervorrichtung 100>
Ein Betriebsbeispiel der Halbleitervorrichtung 100 wird anhand von Zeichnungen beschrieben. Bei der Halbleitervorrichtung 100 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Sourcefolgerschaltung 130 den Transistor Tr12 und den Transistor Tr22, wie vorstehend beschrieben.
Hier wird die Sourcefolgerschaltung beschrieben. 5A ist ein Schaltplan einer Sourcefolgerschaltung 901, die einen Transistor M1 und ein Widerstandselement R1 beinhaltet. Der Transistor M1 ist ein n-Kanal-Transistor. In der Sourcefolgerschaltung 901 in 5A ist eine Source des Transistors M1 elektrisch mit einem Anschluss des Widerstandselements R1 verbunden. Einem Drain des Transistors M1 wird VDD zugeführt, und dem anderen Anschluss des Widerstandselements wird VSS zugeführt. Ein Gate des Transistors M1 ist elektrisch mit einem Anschluss IN verbunden, und eine Eingangsspannung Vin wird über den Anschluss IN eingegeben. Die Source des Transistors M1 ist elektrisch mit einem Anschluss OUT verbunden, und eine Ausgangsspannung Vout wird über den Anschluss OUT ausgegeben.
Der in der Sourcefolgerschaltung enthaltene Transistor muss in einem Sättigungsbereich arbeiten. Daher muss dann, wenn die Schwellenspannung des Transistors M1 Vth ist, der Transistor M1 unter der Bedingung arbeiten, unter der die Beziehung der Formel 1 erfüllt wird.
[Formel 1] $V D D > V i n - V t h$
Anschließend wird der Betrieb der Sourcefolgerschaltung 901 beschrieben. Die Ausgangsspannung Vout ist eine Source-Spannung des Transistors M1; daher ist die Ausgangsspannung Vout immer im Wesentlichen eine Spannung, die durch Subtrahieren von Vth von Vin erhalten wird. Genauer gesagt, ändert sich die Ausgangsspannung Vout derart, dass die Formel 2 erfüllt wird.
[Formel 2] $V o u t = \frac{1}{2} μ_{n} C_{o x} \frac{W}{L} {(V i n - V t h - V o u t)}^{2} R 1$
In der Formel 2 stellt µ_n die Beweglichkeit dar, stellt Cox die Gate-Kapazität dar, stellt W die Kanalbreite dar, stellt L die Kanallänge dar, stellt Vin die Spannung dar, die über den Anschluss IN eingegeben wird (Gate-Spannung des Transistors M1), stellt Vth die Schwellenspannung des Transistors M1 dar und stellt R1 den Widerstandswert des Widerstandselements R1 dar.
In der Sourcefolgerschaltung 901 ändert sich dann, wenn sich die Eingangsspannung Vin ändert, die Ausgangsspannung Vout entsprechend der Änderung der Eingangsspannung Vin.
Als Nächstes wird der Fall in Betracht gezogen, in dem die Eingangsspannung Vin konstant ist und die Eingangsimpedanz einer Last, die mit dem Anschluss OUT verbunden ist, geändert wird. Ein Strom, der zwischen der Source und dem Drain des Transistors M1 fließt, wird als Id bezeichnet, ein Strom, der durch das Widerstandselement R1 fließt, wird als Ir bezeichnet, und die Spannung zwischen dem Gate und der Source (Gate-Spannung) des Transistors M1 wird als Vgs bezeichnet.
In dem Fall, in dem keine Last mit dem Anschluss OUT verbunden ist, sind Id und Ir gleich. Wenn die Last mit dem Anschluss OUT verbunden ist und die Eingangsimpedanz der Last verringert wird, wird der Last ein Teil von Id zugeführt, so dass die Menge an Ir verringert wird. Folglich wird die Spannung verringert, die in dem Widerstandselement R1 erzeugt wird. Das heißt, dass Vout verringert wird.
Andererseits bedeutet die Verringerung von Vout die Verringerung des Source-Potentials des Transistors M1. Daher wird Vgs erhöht und steigt Id an. Der Anstieg von Id dauert, bis Vout = Vin - Vth im Wesentlichen erfüllt wird. Genauer gesagt, steigt die Ausgangsspannung Vout an, bis die Formel 2 erfüllt wird.
Wenn die Eingangsimpedanz der Last, die mit dem Anschluss OUT verbunden ist, erhöht wird, wird ein Strom, der der Lastseite zugeführt wird, verringert; daher wird die Menge an Ir, der durch das Widerstandselement R1 fließt, erhöht. Folglich wird die Spannung erhöht, die in dem Widerstandselement R1 erzeugt wird. Das heißt, dass Vout erhöht wird.
Andererseits bedeutet die Erhöhung von Vout die Erhöhung des Source-Potentials des Transistors M1. Daher wird Vgs verringert und nimmt Id ab. Die Abnahme von Id dauert, bis Vout = Vin - Vth im Wesentlichen erfüllt wird. Genauer gesagt, nimmt die Ausgangsspannung Vout ab, bis die Formel 2 erfüllt wird.
Auf diese Weise weist die Sourcefolgerschaltung selbst dann, wenn die Eingangsimpedanz der Last geändert wird, eine Funktion auf, stetig eine konstante Spannung zuzuführen. Das heißt, dass die Sourcefolgerschaltung eine Funktion zur Leistungsverstärkung (Verstärken des Stromwerts ohne Änderung der Ausgangsspannung) aufweist.
Wie in einer Sourcefolgerschaltung 902, die in 5B dargestellt wird, kann das Widerstandselement R1 der Sourcefolgerschaltung 901 durch einen Transistor M2 ersetzt werden. Der Transistor M2 ist ein n-Kanal-Transistor. Auch in der Sourcefolgerschaltung 902 arbeiten der Transistor M1 und der Transistor M2 in einem Sättigungsbereich.
In der Sourcefolgerschaltung 902 ist das Gate des Transistors M1 elektrisch mit dem Anschluss IN1 verbunden und ist ein Gate des Transistors M2 elektrisch mit dem Anschluss IN2 verbunden. Ein Drain des Transistors M2 ist elektrisch mit dem Anschluss OUT verbunden. Außerdem wird einer Source des Transistors M2 eine niedrige Stromversorgungsspannung VSS zugeführt.
Auch die Sourcefolgerschaltung 902 weist eine Funktion zur Leistungsverstärkung auf. Wenn in der Sourcefolgerschaltung 902 ein Strom, der zwischen der Source und dem Drain des Transistors M1 fließt, der in einem Sättigungsbereich arbeitet, und ein Strom, der zwischen der Source und dem Drain des Transistors M2 fließt, der in einem Sättigungsbereich arbeitet, als Id1 bzw. Id2 bezeichnet werden, können Id1 und Id2 durch die Formel 3 bzw. die Formel 4 dargestellt werden.
[Formel 3] $I d 1 = \frac{1}{2} μ_{n} C_{o x} \frac{W}{L} {(V i n 1 - V o u t - V t h 1)}^{2}$
In der Formel 3 stellt µ_n die Beweglichkeit dar, stellt Cox die Gate-Kapazität dar, stellt W die Kanalbreite dar, stellt L die Kanallänge dar, stellt Vin1 die Spannung dar, die über den Anschluss IN1 eingegeben wird (Gate-Spannung des Transistors M1), und stellt Vth1 die Schwellenspannung des Transistors M1 dar.
[Formel 4] $I d 2 = \frac{1}{2} μ_{n} C_{o x} \frac{W}{L} {(V i n 2 - V t h 2)}^{2}$
In der Formel 4 stellt µ_n die Beweglichkeit dar, stellt Cox die Gate-Kapazität dar, stellt W die Kanalbreite dar, stellt L die Kanallänge dar, stellt Vin2 die Spannung dar, die über den Anschluss IN2 eingegeben wird (Gate-Spannung des Transistors M2), und stellt Vth2 die Schwellenspannung des Transistors M2 dar.
In der Sourcefolgerschaltung 902 sind Id1 und Id2 gleich. In dem Fall, in dem der Transistor M1 und der Transistor M2 zusätzlich dazu die gleiche Struktur und Transistoreigenschaften aufweist, kann die Ausgangsspannung Vout der Sourcefolgerschaltung 902 durch die Formel 5 dargestellt werden.
[Formel 5] $V o u t = V i n 1 - V i n 2$
Mit der Beschreibung des Betriebsbeispiels der Halbleitervorrichtung 100 wird im Folgenden fortgefahren. 6 ist ein Zeitdiagramm, das die Arbeitsweise der Halbleitervorrichtung 100 darstellt. 7 und 8 stellen jeweils einen Betriebszustand der Halbleitervorrichtung 100 dar.
In den Zeichnungen und dergleichen wird ein Symbol, wie z. B. „VDD“ oder „VSS“, das ein Potential bezeichnet (auch als „Potentialsymbol“ bezeichnet), in einigen Fällen neben einem Anschluss, einer Leitung und dergleichen hinzugefügt. Außerdem wird zum leichten Verständnis der Änderung des Potentials des Anschlusses, der Leitung und dergleichen das Potentialsymbol, das neben dem Anschluss, der Leitung und dergleichen, deren Potential geändert wird, hinzugefügt wird, in einigen Fällen als umgebenes Zeichen bezeichnet. Ferner wird ein Symbol „×“ in einigen Fällen über einem Schaltungssymbol eines Transistors in einem Sperrzustand markiert.
[Datenschreibvorgang]
Vor dem Beginn eines Datenschreibvorgangs werden Potentiale des Anschlusses WW1 und des Anschlusses WW2 jeweils auf das L-Potential eingestellt, und Potentiale des Anschlusses PS1, des Anschlusses PS2, des Anschlusses IN1, des Anschlusses IN2, des Knotens SN1, des Knotens SN2 und des Anschlusses OUT sind jeweils VSS. Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung und dergleichen ein Potential, mit dem der Transistor ausgeschaltet wird, als L-Potential bezeichnet wird. Das L-Potential kann beispielsweise VSS sein; jedoch bezeichnet es kein bestimmtes Potential. Außerdem wird in dieser Beschreibung und dergleichen ein Potential, mit dem der Transistor eingeschaltet wird, als H-Potential bezeichnet. Das H-Potential kann beispielsweise VDD sein; jedoch bezeichnet es kein bestimmtes Potential.
Beispielsweise ist in dem Fall des Ausdrucks, dass jeder von zwei Leitungen „das L-Potential zugeführt wird“, jedes L-Potential, das zwei Leitungen zugeführt wird, nicht notwendigerweise gleich. In ähnlicher Weise ist in dem Fall des Ausdrucks, dass jeder von zwei Leitungen „das H-Potential zugeführt wird“, jedes H-Potential, das zwei Leitungen zugeführt wird, nicht notwendigerweise gleich.
In einer Periode T31 wird dem Anschluss WW1 und dem Anschluss WW2 das H-Potential zugeführt, wodurch der Transistor Tr11 und der Transistor Tr21 eingeschaltet werden (siehe 7A). Über den Anschluss IN1 und den Transistor Tr11 wird dem Knoten SN1 eine Spannung (Vdata + Vref) zugeführt, die durch Addieren einer Bezugsspannung Vref (eines Bezugspotentials) zu Daten Vdata erhalten wird.
Über den Anschluss IN2 und den Transistor Tr21 wird dem Knoten SN2 die Bezugsspannung Vref als Vin2 zugeführt. Da der Transistor Tr22 beim Lesevorgang in einem Sättigungsbereich arbeiten muss, ist die Bezugsspannung Vref vorzugsweise niedriger als oder gleich der Schwellenspannung Vth2 des Transistors Tr22. Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem der Transistor Tr12 und der Transistor Tr22 gleiche Transistoreigenschaften aufweisen, Vref = Vth1 = Vth2 gilt.
In einer Periode T32 wird dem Anschluss WW1 und dem Anschluss WW2 das L-Potential zugeführt, wodurch der Transistor Tr11 und der Transistor Tr21 ausgeschaltet werden (siehe 7B). Wenn der Transistor Tr11 ausgeschaltet wird, wird der Knoten SN1 in einen potentialfreien Zustand versetzt, so dass das Potential (die Ladung) des Knotens SN1 gehalten wird. Wenn der Transistor Tr21 ausgeschaltet wird, wird der Knoten SN2 in einen potentialfreien Zustand versetzt, so dass das Potential (die Ladung) des Knotens SN2 gehalten wird.
[Datenlesevorgang]
In einer Periode T41 wird dem Anschluss PS1 VDD zugeführt. Folglich fließt ein Strom von dem Anschluss PS1 über den Transistor Tr12, so dass dem Knoten BN die Ladung zugeführt wird. 8A stellt einen Zustand gleich nach dem Beginn der Periode T41 dar.
Dem Knoten BN wird die Ladung zugeführt, wodurch das Potential des Knotens BN erhöht wird. In der Periode T41 befindet sich der Knoten SN1 in einem potentialfreien Zustand und ist über den Kondensator Cb1 kapazitiv mit dem Knoten BN gekoppelt; daher wird auch das Potential des Knotens SN1 (auch als „Vsn1“ bezeichnet) durch einen Bootstrap-Effekt erhöht. In ähnlicher Weise befindet sich in der Periode T41 der Knoten SN2 in einem potentialfreien Zustand, und der Knoten SN2 ist über dem Kondensator Cb2 kapazitiv mit dem Knoten BN gekoppelt; daher wird auch das Potential des Knotens SN2 (auch als „Vsn2“ bezeichnet) durch einen Bootstrap-Effekt erhöht (siehe 8B).
Auf diese Weise beinhaltet die Halbleitervorrichtung 100 die Bootstrap-Schaltung 120a, die den Transistor Tr12 und den Kondensator Cb1 beinhaltet. Die Bootstrap-Schaltung 120a weist eine Funktion zum Erhöhen des Potentials des Knotens SN1 auf. Die Halbleitervorrichtung 100 beinhaltet ferner die Bootstrap-Schaltung 120b, die den Transistor Tr22 und den Kondensator Cb2 beinhaltet. Die Bootstrap-Schaltung 120b weist eine Funktion zum Erhöhen des Potentials des Knotens SN2 auf.
Bei der Halbleitervorrichtung 100 kann das Potential des Knotens BN durch die Ausgangsspannung Vout ersetzt werden. Das Potential des Knotens BN (Ausgangsspannung Vout) ist ein Potential, das einer Potentialdifferenz zwischen dem Knoten SN1 und dem Knoten SN2 entspricht. Außerdem ändert sich das Potential des Knotens BN (Ausgangsspannung Vout), bis die vorstehende Formel 5 erfüllt wird. Insbesondere ändert sich es, bis es zu Vsn1 - Vsn2 wird. Dementsprechend wird das Potential des Knotens BN (Ausgangsspannung Vout) schließlich zu Vdata.
Dabei kann man sagen, dass der Transistor Tr22 in einem Sättigungsbereich arbeitet. Damit der Transistor Tr12 in einem Sättigungsbereich arbeitet, muss das Potential Vin1, das beim Schreibvorgang dem Anschluss IN1 zugeführt wird, die Formel 6 erfüllen.
[Formel 6] $V t h 1 \leq V i n 1 \leq \frac{1}{2} V D D + V t h 1$
Indem das Potential, das dem Anschluss IN2 zugeführt wird, auf VSS eingestellt wird, kann Vin1 = Vdata erfüllt werden. Beispielsweise kann, wie in 9 dargestellt, ein Anschluss von Source und Drain des Transistors Tr21, der elektrisch mit dem Anschluss IN2 verbunden ist, nicht mit dem Anschluss IN2, sondern mit dem Anschluss PS2 elektrisch verbunden sein. Wenn das Potential, das dem Anschluss IN2 zugeführt wird, auf VSS eingestellt wird, ist es unnötig, Vref zu Vin1 zu addieren; daher kann die Größe einer Treiberschaltung der Halbleitervorrichtung 100 verringert werden. Demzufolge kann die Fläche, die von der Halbleitervorrichtung, die die Halbleitervorrichtung 100 umfasst, eingenommen wird, verringert werden. Außerdem wird die Designflexibilität der Halbleitervorrichtung verbessert. Des Weiteren kann die Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung verbessert werden.
In dem Fall, in dem das Potential, das dem Anschluss IN2 zugeführt wird, auf VSS eingestellt wird, muss Vdata die Formel 7 erfüllen.
[Formel 7] $V t h 1 \leq V d a t a \leq \frac{1}{2} (V D D + V t h 1)$
Auf diese Weise weist die Halbleitervorrichtung 100 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Funktion zum Halten von analogen Daten und eine Funktion zur Leistungsverstärkung von gehaltenen analogen Daten und zum Ausgeben davon auf. Da die gehaltenen Daten beim Lesen der Leistungsverstärkung unterzogen wird, wird eine Leistungsverstärkerschaltung oder dergleichen, die nach dem Lesen von Daten verwendet wird, nicht benötigt. Alternativ kann die Anzahl oder die Größe der Leistungsverstärkerschaltung verringert werden.
Außerdem kann die Halbleitervorrichtung 100 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gehaltene Daten stabil ausgeben (lesen), auch wenn die Impedanz der Last, die mit dem Ausgangsanschluss (Anschluss OUT) verbunden ist, geändert wird. Es sei angemerkt, dass die Halbleitervorrichtung 100 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht nur analoge Daten, sondern auch digitale Daten halten kann.
Diese Ausführungsform kann gegebenenfalls mit einer beliebigen der anderen Ausführungsformen und dergleichen in dieser Beschreibung kombiniert werden.
(Ausführungsform 2)
Bei dieser Ausführungsform wird eine Halbleitervorrichtung 400 beschrieben, die eine Speichervorrichtung oder eine Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet.
10A stellt ein Blockdiagramm dar, das ein Strukturbeispiel der Halbleitervorrichtung 400 darstellt. Die in 10A dargestellte Halbleitervorrichtung 400 beinhaltet eine Treiberschaltung 410 und ein Speicherarray 420. Das Speicherarray 420 beinhaltet eine Vielzahl von Halbleitervorrichtungen 100. Die Halbleitervorrichtung 100 dient als Speicherzelle. 10A stellt ein Beispiel dar, in dem das Speicherarray 420 die Vielzahl von Halbleitervorrichtungen 100 beinhaltet, die in einer Matrix angeordnet sind.
Die Treiberschaltung 410 beinhaltet einen PSW 241 (Stromschalter), einen PSW 242 und eine Peripherieschaltung 415. Die Peripherieschaltung 415 beinhaltet eine Peripherieschaltung 411, eine Steuerschaltung 412 und eine Spannungserzeugungsschaltung 428.
Bei der Halbleitervorrichtung 400 können die Schaltungen, Signale und Spannungen in geeigneter Weise nach Bedarf ausgewählt werden. Alternativ kann eine weitere Schaltung oder ein weiteres Signal ferner verwendet werden. Signale BW, CE, GW, CLK, WAKE, ADDR, WDA, PON1 und PON2 sind von außen eingegebene Signale, und ein Signal RDA ist ein nach außen ausgegebenes Signal. Das Signal CLK ist ein Taktsignal.
Die Signale BW, CE und GW sind Steuersignale. Das Signal CE ist ein Chip-Freigabesignal. Das Signal GW ist ein Global-Schreiben-Freigabesignal. Das Signal BW ist ein Byte-Schreiben-Freigabesignal. Das Signal ADDR ist ein Adressensignal. Bei dem Signal WDA handelt es sich um Schreibdaten, und bei dem Signal RDA handelt es sich um Lesedaten. Die Signale PON1 und PON2 sind Signale zum Steuern von Power-Gating. Es sei angemerkt, dass die Signale PON1 und PON2 auch durch die Steuerschaltung 412 erzeugt werden können.
Die Steuerschaltung 412 ist eine Logikschaltung, die eine Funktion zum Steuern des gesamten Betriebs der Halbleitervorrichtung 400 aufweist. Beispielsweise führt die Steuerschaltung eine logische Verarbeitung des Signals CE, des Signals GW und des Signals BW durch, um einen Betriebsmodus der Halbleitervorrichtung 400 (z. B. Schreibvorgang oder Lesevorgang) zu bestimmen. Alternativ erzeugt die Steuerschaltung 412 ein Steuersignal für die Peripherieschaltung 411, damit der Betriebsmodus ausgeführt wird.
Die Spannungserzeugungsschaltung 428 weist eine Funktion zum Erzeugen einer negativen Spannung auf. WAKE weist eine Funktion zum Steuern einer Eingabe von CLK in die Spannungserzeugungsschaltung 428 auf. Wenn beispielsweise als WAKE ein Signal auf einem H-Pegel angelegt wird, wird das Signal CLK in die Spannungserzeugungsschaltung 428 eingegeben, wodurch die Spannungserzeugungsschaltung 428 eine negative Spannung erzeugt.
Die Peripherieschaltung 411 ist eine Schaltung zum Schreiben und Lesen von Daten in die/aus der Halbleitervorrichtung 100. Die Peripherieschaltung 411 beinhaltet einen Zeilendecoder 441, einen Spaltendecoder 442, einen Zeilentreiber 423, einen Spaltentreiber 424, eine Eingangsschaltung 425 und eine Ausgangsschaltung 426. Ein Leseverstärker oder dergleichen kann nach Bedarf bereitgestellt werden.
Der Zeilendecoder 441 und der Spaltendecoder 442 weisen eine Funktion zum Decodieren des Signals ADDR auf. Der Zeilendecoder 441 ist eine Schaltung zum Bestimmen einer Zeile, auf die zugegriffen werden soll, und der Spaltendecoder 442 ist eine Schaltung zum Bestimmen einer Spalte, auf die zugegriffen werden soll. Der Zeilentreiber 423 weist eine Funktion zum Auswählen einer Leitung auf, die von dem Zeilendecoder 441 bestimmt wird. Der Spaltentreiber 424 weist eine Funktion zum Schreiben von Daten in die Halbleitervorrichtung 100, eine Funktion zum Lesen von Daten aus der Halbleitervorrichtung 100, eine Funktion zum Halten von gelesenen Daten und dergleichen auf.
Die Eingangsschaltung 425 weist eine Funktion zum Halten des Signals WDA auf. Von der Eingangsschaltung 425 gehaltene Daten werden an den Spaltentreiber 424 ausgegeben. Daten, die von der Eingangsschaltung 425 ausgegeben werden, sind Daten, die in die Halbleitervorrichtung 100 geschrieben werden (Din). Daten, die der Spaltentreiber 424 aus der Halbleitervorrichtung 100 gelesen hat (Dout), werden an die Ausgangsschaltung 426 ausgegeben. Die Ausgangsschaltung 426 weist eine Funktion zum Halten von Dout auf. Außerdem weist die Ausgangsschaltung 426 eine Funktion zum Ausgeben von Dout an ein Element außerhalb der Halbleitervorrichtung 400 auf. Daten, die aus der Ausgangsschaltung 426 ausgegeben werden, sind das Signal RDA.
PSW 241 weist eine Funktion zum Steuern der Zufuhr von VDD zu der Peripherieschaltung 415 auf. PSW 242 weist eine Funktion zum Steuern der Zufuhr von VHM zu dem Zeilentreiber 423 auf. Hier ist eine hohe Stromversorgungsspannung der Halbleitervorrichtung 400 VDD, und eine niedrige Stromversorgungsspannung ist GND (Erdpotential). VHM ist eine hohe Stromversorgungsspannung zum Einstellen einer Wortleitung auf einen hohen Pegel und höher als VDD. Das Ein-/Ausschalten des PSW 241 wird durch das Signal PON1 gesteuert, und das Ein-/Ausschalten des PSW 242 wird durch das Signal PON2 gesteuert. Obwohl die Anzahl von Stromdomänen, denen VDD zugeführt wird, bei der Peripherieschaltung 415 in 10A eins ist, kann sie zwei oder mehr sein. In diesem Fall kann ein Stromschalter für jede Stromdomäne bereitgestellt werden.
Die Treiberschaltung 410 und das Speicherarray 420, die in der Halbleitervorrichtung 400 enthalten sind, können auf der gleichen Ebene bereitgestellt werden. Außerdem können, wie in 10B dargestellt, die Treiberschaltung 410 und das Speicherarray 420 derart bereitgestellt werden, dass sie sich miteinander überlappen. Indem die Treiberschaltung 410 und das Speicherarray 420 derart bereitgestellt werden, dass sie sich miteinander überlappen, kann ein Abstand der Signalübertragung verkürzt werden.
Bei der Halbleitervorrichtung 400 kann eine arithmetische Verarbeitungsvorrichtung, wie z. B. ein CPU (Central Processing Unit bzw. Hauptprozessor) und/oder ein GPU (Graphics Processing Unit bzw. Grafikprozessor), für die Steuerschaltung 412, die in der Treiberschaltung 410 enthalten ist, verwendet werden. Durch Verwendung eines CPU und/oder GPU kann die Halbleitervorrichtung 400 mit einer Funktion einer arithmetischen Verarbeitung erzielt werden.
Diese Ausführungsform kann gegebenenfalls mit einer beliebigen der anderen Ausführungsformen und dergleichen in dieser Beschreibung kombiniert werden.
(Ausführungsform 3)
Bei dieser Ausführungsform wird ein Beispiel für eine arithmetische Verarbeitungsvorrichtung beschrieben, die die bei der vorstehenden Ausführungsform beschriebene Halbleitervorrichtung beinhalten kann.
11 stellt ein Blockdiagramm einer arithmetischen Verarbeitungsvorrichtung 1100 dar. 11 stellt ein Strukturbeispiel eines CPU als Strukturbeispiel dar, das für die arithmetische Verarbeitungsvorrichtung 1100 verwendet werden kann.
Die in 11 dargestellte arithmetische Verarbeitungsvorrichtung 1100 beinhaltet über einem Substrat 1190 eine ALU (Arithmetic logic unit bzw. arithmetische Logikeinheit) 1191, eine ALU-Steuerung 1192, einen Befehlsdecoder 1193, eine Interrupt-Steuerung 1194, eine Zeitsteuerung 1195, ein Register 1196, eine RegisterSteuerung 1197, eine Bus-Schnittstelle 1198), einen Cache 1199 und eine Cache-Schnittstelle 1189. Ein Halbleitersubstrat, ein SOI-Substrat, ein Glassubstrat oder dergleichen wird als Substrat 1190 verwendet. Die arithmetische Verarbeitungsvorrichtung 1100 kann auch einen wiederbeschreibbaren ROM und eine ROM-Schnittstelle beinhalten. Außerdem können der Cache 1199 und die Cache-Schnittstelle 1189 über einem separaten Chip bereitgestellt sein.
Der Cache 1199 ist über die Cache-Schnittstelle 1189 mit einem Hauptspeicher verbunden, der über einem separaten Chip bereitgestellt ist. Die Cache-Schnittstelle 1189 weist eine Funktion zum Zuführen eines Teils von Daten, die in dem Hauptspeicher gehalten sind, zu dem Cache 1199 auf. Der Cache 1199 weist eine Funktion zum Halten dieser Daten auf.
Die in 11 dargestellte arithmetische Verarbeitungsvorrichtung 1100 ist nur ein Beispiel, in dem die Konfiguration vereinfacht worden ist, und die reale arithmetische Verarbeitungsvorrichtung 1100 je nach der Anwendung verschiedene Konfigurationen aufweisen kann. Beispielsweise kann eine Konfiguration, bei der eine Struktur, die die in 11 dargestellte arithmetische Verarbeitungsvorrichtung 1100 oder eine arithmetische Schaltung umfasst, als Kern betrachtet wird, eine Vielzahl der Kerne enthalten ist und die Kerne parallel arbeiten, nämlich die Konfiguration wie diejenige eines GPU, zum Einsatz kommen. Die Anzahl der Bits, die die arithmetische Verarbeitungsvorrichtung 1100 in einer internen arithmetischen Schaltung und in einem Datenbus verarbeiten kann, kann beispielsweise 8 Bits, 16 Bits, 32 Bits oder 64 Bits betragen.
Ein Befehl, der über die Busschnittstelle 1198 in die arithmetische Verarbeitungsvorrichtung 1100 eingegeben wird, wird in den Befehlsdecoder 1193 eingegeben, darin decodiert und dann in die ALU-Steuerung 1192, die Interrupt-Steuerung 1194, die Registersteuerung 1197 und die Zeitsteuerung 1195 eingegeben.
Die ALU-Steuerung 1192, die Interrupt-Steuerung 1194, die Registersteuerung 1197 und die Zeitsteuerung 1195 führen verschiedene Steuerungen entsprechend dem decodierten Befehl aus. Insbesondere erzeugt die ALU-Steuerung 1192 Signale zum Steuern des Betriebs der ALU 1191. Während die arithmetische Verarbeitungsvorrichtung 1100 ein Programm ausführt, beurteilt die Interrupt-Steuerung 1194 eine Interrupt-Anforderung aus einer externen Eingabe-/Ausgabevorrichtung oder einer Peripherieschaltung auf Grundlage der Priorität und eines Maskenzustandes und verarbeitet die Anforderung. Die Registersteuerung 1197 erzeugt eine Adresse des Registers 1196, und entsprechend dem Zustand der arithmetischen Verarbeitungsvorrichtung 1100 führt sie das Lesen und Schreiben von Daten aus dem/in das Register 1196 durch.
Die Zeitsteuerung 1195 erzeugt Signale zum Steuern der Operationszeit der ALU 1191, der ALU-Steuerung 1192, des Befehlsdecoders 1193, der Unterbrechungssteuerung 1194 und der Registersteuerung 1197. Die Zeitsteuerung 1195 beinhaltet beispielsweise einen internen Taktgenerator zum Erzeugen eines internen Taktsignals, das auf einem Referenztaktsignal basiert, und führt das interne Taktsignal den vorstehenden verschiedenen Schaltungen zu.
Bei der in 11 dargestellten arithmetischen Verarbeitungsvorrichtung 1100 sind das Register 1196 und der Cache 1199 mit einer Speichervorrichtung versehen. Für die Speichervorrichtung kann beispielsweise die Halbleitervorrichtung 100, die bei der vorstehenden Ausführungsform beschrieben worden ist, verwendet werden.
Bei der in 11 dargestellten arithmetischen Verarbeitungsvorrichtung 1100 wählt die Registersteuerung 1197 den Haltevorgang in dem Register 1196 entsprechend einem Befehl von der ALU 1191 aus. Das heißt, dass es bei der Speicherzelle, die in dem Register 1196 enthalten ist, ausgewählt wird, ob Daten von einem Flip-Flop gehalten werden sollen oder Daten von einem Kondensator gehalten werden sollen. In dem Fall, in dem die Datenhaltung durch das Flip-Flop ausgewählt wird, wird der Speicherzelle in dem Register 1196 eine Stromversorgungsspannung zugeführt. In dem Fall, in dem die Datenhaltung durch den Kondensator ausgewählt wird, werden die Daten in den Kondensator überschrieben, und es kann die Zufuhr einer Stromversorgungsspannung zu der Speicherzelle in dem Register 1196 unterbrochen werden.
Es sei angemerkt, dass die arithmetische Verarbeitungsvorrichtung 1100 nicht auf einen CPU beschränkt ist und dass sie ein GPU, ein DSP (Digital Signal Processor bzw. digitaler Signalprozessor), eine FPGA (Field Programmable Gate Array bzw. feldprogrammierbare Gateanordnung) oder dergleichen sein kann.
Die bei der vorstehenden Ausführungsform beschriebene Halbleitervorrichtung 400 und die arithmetische Verarbeitungsvorrichtung 1100 können derart bereitgestellt werden, dass sie sich miteinander überlappen. 12A und 12B stellen jeweils eine perspektivische Ansicht einer Halbleitervorrichtung 1150A dar. Die Halbleitervorrichtung 1150A beinhaltet über der arithmetischen Verarbeitungsvorrichtung 1100 die Halbleitervorrichtung 400, die als Speichervorrichtung dient. Die arithmetische Verarbeitungsvorrichtung 1100 und die Halbleitervorrichtung 400 umfassen jeweils einen Bereich, in dem sie sich miteinander überlappen. Zum leichteren Verständnis der Struktur der Halbleitervorrichtung 1150A stellt 12B einen Zustand dar, in dem die arithmetische Verarbeitungsvorrichtung 1100 und die Halbleitervorrichtung 400 voneinander getrennt sind.
Indem die Halbleitervorrichtung 400 und die arithmetische Verarbeitungsvorrichtung 1100 derart bereitgestellt werden, dass sie sich miteinander überlappen, kann der Verbindungsabstand dazwischen verkürzt werden. Daher kann die Geschwindigkeit der Kommunikation dazwischen erhöht werden. Außerdem kann der Stromverbrauch verringert werden, da der Verbindungsabstand kurz ist.
Außerdem kann eine Vielzahl von Halbleitervorrichtungen 400 derart bereitgestellt werden, dass sie sich mit der arithmetischen Verarbeitungsvorrichtung 1100 überlappen. 13A und 13B stellen jeweils eine perspektivische Ansicht einer Halbleitervorrichtung 1150B dar. Die Halbleitervorrichtung 1150B beinhaltet über der arithmetischen Verarbeitungsvorrichtung 1100 eine Halbleitervorrichtung 400a und eine Halbleitervorrichtung 400b. Die arithmetische Verarbeitungsvorrichtung 1100, die Halbleitervorrichtung 400a und die Halbleitervorrichtung 400b umfassen jeweils einen Bereich, in dem sie sich miteinander überlappen. Zum leichteren Verständnis der Struktur der Halbleitervorrichtung 1150B stellt 13B einen Zustand dar, in dem die arithmetische Verarbeitungsvorrichtung 1100, die Halbleitervorrichtung 400a und die Halbleitervorrichtung 400b voneinander getrennt sind.
Die Halbleitervorrichtung 400a und die Halbleitervorrichtung 400b dienen jeweils als Speichervorrichtung. Beispielsweise kann für eine der Halbleitervorrichtung 400a und der Halbleitervorrichtung 400b eine NOR-Speichervorrichtung verwendet werden, und für die andere kann eine NAND-Speichervorrichtung verwendet werden. Sowohl die Halbleitervorrichtung 400a als auch die Halbleitervorrichtung 400b können NAND-Speichervorrichtungen oder NOR-Speichervorrichtungen sein. Als NOR-Speichervorrichtung kann ein DRAM, ein SRAM oder dergleichen angegeben werden. Da die NOR-Speichervorrichtung mit höherer Geschwindigkeit als die NAND-Speichervorrichtung arbeiten kann, kann ein Teil der Halbleitervorrichtung 400a als Hauptspeicher und/oder Cache 1199 verwendet werden. Es sei angemerkt, dass die Anordnungsreihenfolge der Halbleitervorrichtung 400a und der Halbleitervorrichtung 400b umgekehrt sein kann.
14A und 14B stellen jeweils eine perspektivische Ansicht einer Halbleitervorrichtung 1150C dar. Bei der Halbleitervorrichtung 1150C wird die arithmetische Verarbeitungsvorrichtung 1100 zwischen der Halbleitervorrichtung 400a und der Halbleitervorrichtung 400b bereitgestellt. Die arithmetische Verarbeitungsvorrichtung 1100, die Halbleitervorrichtung 400a und die Halbleitervorrichtung 400b umfassen jeweils einen Bereich, in dem sie sich miteinander überlappen. Zum leichteren Verständnis der Struktur der Halbleitervorrichtung 1150C stellt 14B einen Zustand dar, in dem die arithmetische Verarbeitungsvorrichtung 1100, die Halbleitervorrichtung 400a und die Halbleitervorrichtung 400b voneinander getrennt sind.
Mit der Struktur der Halbleitervorrichtung 1150C können sowohl die Geschwindigkeit der Kommunikation zwischen der Halbleitervorrichtung 400a und der arithmetischen Verarbeitungsvorrichtung 1100 als auch die Geschwindigkeit der Kommunikation zwischen der Halbleitervorrichtung 400b und der arithmetischen Verarbeitungsvorrichtung 1100 erhöht werden. Außerdem kann der Stromverbrauch im Vergleich zu der Halbleitervorrichtung 1150B weiter verringert werden.
Die Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann für ein künstliches neuronales Netz verwendet werden. Nachstehend werden Konfigurationsbeispiele des künstlichen neuronalen Netzes beschrieben.
15A stellt ein Konfigurationsbeispiel eines neuronalen Netzes NN dar. Das neuronale Netz NN kann eine Eingabeschicht IL, eine Ausgabeschicht OL und eine Mittelschicht (versteckte Schicht) HL beinhalten. Die Eingabeschicht IL, die Ausgabeschicht OL und die Mittelschicht HL beinhalten jeweils ein oder mehrere Neuron/en (Einheit/en). Es sei angemerkt, dass die Mittelschicht HL aus einer Schicht oder aus zwei oder mehr Schichten bestehen kann. Ein neuronales Netz mit zwei oder mehr Mittelschichten HL kann auch als DNN (Deep Neural Network) bezeichnet werden, und das Lernen mit einem tiefen neuronalen Netz kann auch als Deep Learning bezeichnet werden.
Die Eingabedaten werden in Neuronen der Eingabeschicht IL eingegeben, die Ausgabesignale der Neuronen in der vorhergehenden Schicht oder der folgenden Schicht werden in Neuronen der Mittelschicht HL eingegeben, und die Ausgabesignale der Neuronen in der vorhergehenden Schicht werden in Neuronen der Ausgabeschicht OL eingegeben. Es sei angemerkt, dass jedes Neuron mit allen Neuronen der vorhergehenden und folgenden Schichten verbunden sein kann (vollständige Verbindung) oder mit einigen der Neuronen verbunden sein kann.
15B stellt ein Beispiel für eine Berechnung mit den Neuronen dar. Hier werden ein Neuron N und zwei Neuronen der vorhergehenden Schicht, die Signale an das Neuron N ausgeben, dargestellt. Eine Ausgabe x₁ von einem Neuron der vorhergehenden Schicht und eine Ausgabe x₂ von einem Neuron der vorhergehenden Schicht werden in das Neuron N eingegeben. Anschließend wird bei dem Neuron N die Summe x₁w₁ + x₂w₂ von dem Multiplikationsergebnis der Ausgabe x₁ mit einem Gewicht w₁(x₁w₁) und dem Multiplikationsergebnis der Ausgabe x₂ mit einem Gewicht w₂(x₂w₂) berechnet, und dann wird eine Vorspannung b je nach Bedarf hinzuaddiert, so dass der Wert a = x₁w₁ + x₂w₂ + b erhalten wird. Der Wert a wird mit einer Aktivierungsfunktion h umgewandelt, und ein Ausgabesignal y = h(a) wird von dem Neuron N ausgegeben.
Wie oben beschrieben, umfasst die Berechnung mit den Neuronen eine Berechnung, bei der die Produkte aus den Ausgaben und den Gewichten von den Neuronen der vorhergehenden Schichten addiert werden, d. h. eine Produkt-Summen-Operation (x₁w₁ + x₂w₂, die oben beschrieben worden ist). Diese Produkt-Summen-Operation kann über einer Software unter Verwendung eines Programms oder unter Verwendung einer Hardware ausgeführt werden. In dem Fall, in dem die Produkt-Summen-Operation mittels einer Hardware durchgeführt wird, kann eine Produkt-Summen-Operations-Schaltung verwendet werden. Als Produkt-Summen-Operations-Schaltung kann entweder eine digitale oder eine analoge Schaltung verwendet werden. Wenn eine analoge Schaltung als Produkt-Summen-Operations-Schaltung verwendet wird, kann die Größe der Produkt-Summen-Operations-Schaltung verringert werden oder können eine höhere Verarbeitungsgeschwindigkeit und ein geringerer Stromverbrauch durch eine Verringerung der Zugriffe auf einen Speicher erzielt werden.
Wenn eine analoge Schaltung als Produkt-Summen-Operations-Schaltung verwendet wird, werden analoge Daten als Gewichtsdaten verwendet. Die Halbleitervorrichtung 100 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann analoge Daten ohne Umwandlung in einen digitalen Wert halten. Somit können Wandlerschaltungen, wie z. B. ein DAU (Digital-Analog-Umsetzer) und/oder ein ADU (Analog-Digital-Umsetzer), weggelassen werden, was zur Verringerung des Stromverbrauchs und der eingenommenen Fläche führt.
Diese Ausführungsform kann gegebenenfalls mit einer beliebigen der anderen Ausführungsformen und dergleichen in dieser Beschreibung kombiniert werden.
(Ausführungsform 4)
Bei dieser Ausführungsform wird ein Strukturbeispiel eines Transistors beschrieben, der für die bei der vorstehenden Ausführungsform beschriebene Halbleitervorrichtung verwendet werden kann. Als Beispiel wird eine Struktur beschrieben, bei der Transistoren mit unterscheidenden elektrischen Eigenschaften übereinander angeordnet werden. Mit der Struktur kann die Designflexibilität der Halbleitervorrichtung erhöht werden. Indem Transistoren mit unterscheidenden elektrischen Eigenschaften übereinander angeordnet werden, kann der Integrationsgrad der Halbleitervorrichtung erhöht werden.
16 zeigt einen Teil einer Querschnittsstruktur einer Halbleitervorrichtung. Eine Halbleitervorrichtung, die in 16 dargestellt wird, beinhaltet einen Transistor 550, einen Transistor 500 und einen Kondensator 600. 17A ist eine Draufsicht auf den Transistor 500. 17B ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts entlang der Strichpunktlinie L1-L2 in 17A und ist eine Querschnittsansicht des Transistors 500 in der Kanallängsrichtung. 17C ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts entlang der Strichpunktlinie W1-W2 in 17A und ist eine Querschnittsansicht des Transistors 500 in der Kanalbreitenrichtung. Beispielsweise entspricht der Transistor 500 einem OS-Transistor, der in der bei der vorstehenden Ausführungsform beschriebenen Halbleitervorrichtung 100 enthalten ist, d. h. einem Transistor, der einen Oxidhalbleiter in seinem Kanalbildungsbereich enthält. Außerdem entspricht der Transistor 550 einem Si-Transistor, der in der bei der vorstehenden Ausführungsform beschriebenen Treiberschaltung 410 enthalten ist, d. h. einem Transistor, der Silizium in seinem Kanalbildungsbereich enthält.
Der Transistor 500 ist ein OS-Transistor. Der OS-Transistor weist einen sehr geringen Sperrstrom auf. Demzufolge können eine Datenspannung oder Ladungen, welche durch den Transistor 500 in einen Speicherknoten geschrieben werden, lange Zeit gehalten werden. Mit anderen Worten: Die Häufigkeit des Aktualisierungsvorgangs des Speicherknotens wird verringert oder der Aktualisierungsvorgang ist unnötig, so dass der Stromverbrauch der Halbleitervorrichtung verringert werden kann.
In 16 ist der Transistor 500 oberhalb des Transistors 550 bereitgestellt, und der Kondensator 600 ist oberhalb des Transistors 550 und des Transistors 500 bereitgestellt.
Der Transistor 550 wird über einem Substrat 371 bereitgestellt. Das Substrat 371 ist beispielsweise ein p-Typ-Siliziumsubstrat. Das Substrat 371 kann ein n-Typ-Siliziumsubstrat sein. Eine Oxidschicht 374 ist vorzugsweise eine Isolierschicht, die durch ein vergrabenes Oxid (Burried oxide) in dem Substrat 371 ausgebildet wird (auch als BOX-Schicht bezeichnet), z. B. Siliziumoxid. Der Transistor 550 wird über einkristallinem Silizium, das über dem Substrat 371 bereitgestellt wird, wobei die Oxidschicht 374 dazwischen liegt, d. h. einem sogenannten SOI- (Silicon-On-Insulator- bzw. Silizium-auf-Isolator-) Substrat bereitgestellt.
In dem Substrat 371 in dem SOI-Substrat wird ein Isolator 373 bereitgestellt, der als Elementisolierschicht dient. Ferner umfasst das Substrat 371 einen Wannenbereich 372. Bei dem Wannenbereich 372 handelt es sich um einen Bereich, dem entsprechend dem Leitfähigkeitstyp des Transistors 550 die n-Typ- oder p-Typ-Leitfähigkeit verliehen wird. In einkristallinem Silizium in dem SOI-Substrat werden ein Halbleiterbereich 375 sowie ein niederohmiger Bereich 376a und ein niederohmiger Bereich 376b, die als Source-Bereich oder Drain-Bereich dienen, bereitgestellt. Über dem Wannenbereich 372 wird ein niederohmiger Bereich 376c bereitgestellt.
Der Transistor 550 kann derart bereitgestellt werden, dass er sich mit dem Wannenbereich 372 überlappt, dem ein Verunreinigungselement zugesetzt wird, das eine Leitfähigkeit verleiht. Der Wannenbereich 372 kann als Bottom-Gate-Elektrode des Transistors 550 dienen, indem das Potential durch den niederohmigen Bereich 376c unabhängig geändert wird. Daher kann die Schwellenspannung des Transistors 550 gesteuert werden. Indem insbesondere ein negatives Potential an den Wannenbereich 372 angelegt wird, kann die Schwellenspannung des Transistors 550 erhöht werden und kann der Sperrstrom verringert werden. Dementsprechend kann ein Drain-Strom bei einem an die Gate-Elektrode des Si-Transistors angelegten Potential von 0 V verringert werden, indem ein negatives Potential an den Wannenbereich 372 angelegt wird. Als Ergebnis kann der Stromverbrauch aufgrund eines Durchbruchstroms oder dergleichen in einer arithmetischen Schaltung, die den Transistor 550 beinhaltet, verringert werden, was zur Verbesserung der Recheneffizienz führt.
Der Transistor 550 ist vorzugsweise ein sogenannter Fin-Transistor, bei dem eine Oberseite und eine sich in der Kanalbreitenrichtung erstreckende Seitenfläche der Halbleiterschicht mit einem Leiter 378 bedeckt sind, wobei ein Isolator 377 dazwischen liegt. Bei dem Transistor 550, der eine Fin-Struktur aufweist, nimmt die effektive Kanalbreite zu; somit können die Eigenschaften im Durchlasszustand des Transistors 550 verbessert werden. Außerdem können, da der Beitrag des elektrischen Feldes einer Gate-Elektrode erhöht werden kann, die Eigenschaften im Sperrzustand des Transistors 550 verbessert werden.
Es kann sich bei dem Transistor 550 um einen p-Kanal-Transistor oder um einen n-Kanal-Transistor handeln.
Der Leiter 378 dient in einigen Fällen als erste Gate-Elektrode (auch als Top-Gate-Elektrode bezeichnet). Ferner dient der Wannenbereich 372 in einigen Fällen als zweite Gate-Elektrode (auch als Bottom-Gate-Elektrode bezeichnet). In diesem Fall kann ein Potential, das an den Wannenbereich 372 angelegt wird, durch den niederohmigen Bereich 376c gesteuert werden.
In einem Bereich des Halbleiterbereichs 375, in dem ein Kanal gebildet wird, einem Bereich in der Nähe davon, dem niederohmigen Bereich 376a und dem niederohmigen Bereich 376b, die zum Source-Bereich oder Drain-Bereich werden, dem niederohmigen Bereich 376c, der mit einer Elektrode, die ein Potential des Wannenbereichs 372 steuert, verbunden ist, und dergleichen ist vorzugsweise ein Halbleiter, wie z. B. ein Halbleiter auf Silizium-Basis, enthalten, und vorzugsweise ist einkristallines Silizium enthalten. Alternativ können diese Bereiche unter Verwendung eines Materials, das Germanium (Ge), Siliziumgermanium (SiGe), Galliumarsenid (GaAs), Galliumaluminiumarsenid (GaAlAs) oder dergleichen enthält, ausgebildet werden. Es kann auch eine Struktur unter Verwendung von Silizium zum Einsatz kommen, dessen effektive Masse gesteuert wird, indem der Gitterabstand durch die Anlegung einer Spannung an das Kristallgitter verändert wird. Alternativ kann es sich bei dem Transistor 550 um HEMT unter Verwendung von GaAs und GaAlAs oder dergleichen handeln.
Der Wannenbereich 372, der niederohmige Bereich 376a, der niederohmige Bereich 376b und der niederohmige Bereich 376c enthalten zusätzlich zu einem Halbleitermaterial, das für den Halbleiterbereich 375 eingesetzt wird, ein n-Typ-Leitfähigkeit verleihendes Element, wie z. B. Arsen oder Phosphor, oder ein p-Typ-Leitfähigkeit verleihendes Element, wie z. B. Bor.
Für den Leiter 378, der als Gate-Elektrode dient, kann ein Halbleitermaterial, wie z. B. Silizium, das ein n-Typ-Leitfähigkeit verleihendes Element, wie z. B. Arsen oder Phosphor, oder ein p-Typ-Leitfähigkeit verleihendes Element, wie z. B. Bor, enthält, oder ein leitendes Material, wie z. B. ein Metallmaterial, ein Legierungsmaterial oder ein Metalloxidmaterial, verwendet werden. Außerdem kann ein Silizid, wie z. B. Nickelsilizid, für den Leiter 378 verwendet werden.
Es sei angemerkt, dass die Austrittsarbeit eines Leiters durch sein Material bestimmt wird; daher kann die Schwellenspannung eines Transistors durch Auswahl des Materials dieses Leiters angepasst werden. Insbesondere wird es bevorzugt, ein Material, wie z. B. Titannitrid oder Tantalnitrid, für den Leiter zu verwenden. Um sowohl die Leitfähigkeit als auch die Einbettbarkeit sicherzustellen, wird es außerdem bevorzugt, eine Schichtanordnung aus Metallmaterialien, wie z. B. Wolfram oder Aluminium, als Leiter zu verwenden; insbesondere wird Wolfram im Hinblick auf die Wärmebeständigkeit bevorzugt.
Um jeden von dem niederohmigen Bereich 376a, dem niederohmigen Bereich 376b und dem niederohmigen Bereich 376c auszubilden, kann ein anderer Leiter, beispielsweise ein Silizid, wie z. B. Nickelsilizid, geschichtet sein. Mit der Struktur kann die Leitfähigkeit eines Bereichs, der als Elektrode dient, erhöht werden. Dabei kann ein Isolator, der als Seitenwand-Abstandshalter (auch als Seitenwand-Isolierschicht bezeichnet) dient, auf einer Seitenfläche des Leiters 378, der als Gate-Elektrode dient, und einer Seitenfläche des Isolators, der als Gate-Isolierfilm dient, bereitgestellt werden. Mit der Struktur kann verhindert werden, dass der Leiter 378, der niederohmige Bereich 376a und der niederohmige Bereich 376b in einen leitenden Zustand versetzt werden.
Ein Isolator 379, ein Isolator 381, ein Isolator 383 und ein Isolator 385 sind der Reihe nach derart übereinander angeordnet, dass sie den Transistor 550 bedecken.
Für den Isolator 379, den Isolator 381, den Isolator 383 und den Isolator 385 kann beispielsweise Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid, Siliziumnitridoxid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid, Aluminiumoxynitrid, Aluminiumnitridoxid, Aluminiumnitrid oder dergleichen verwendet werden.
Es sei angemerkt, dass sich in dieser Beschreibung „Siliziumoxynitrid“ auf ein Material mit einer Zusammensetzung bezieht, in der der Sauerstoffanteil höher ist als der Stickstoffanteil, und dass sich „Siliziumnitridoxid“ auf ein Material mit einer Zusammensetzung bezieht, in der der Stickstoffanteil höher ist als der Sauerstoffanteil. In dieser Beschreibung bezieht sich „Aluminiumoxynitrid“ auf ein Material mit einer Zusammensetzung, in der der Sauerstoffanteil höher ist als der Stickstoffanteil, und „Aluminiumnitridoxid“ bezieht sich auf ein Material mit einer Zusammensetzung, in der der Stickstoffanteil höher ist als der Sauerstoffanteil.
Der Isolator 381 kann als Planarisierungsfilm dienen, der eine Pegeldifferenz eliminiert, die durch den unter diesem bereitgestellten Transistor 550 oder dergleichen hervorgerufen wird. Beispielsweise kann eine Oberseite des Isolators 381 durch eine Planarisierungsbehandlung mittels eines chemisch-mechanischen Polier- (CMP-) Verfahrens oder dergleichen planarisiert werden, um die Ebenheit zu erhöhen.
Für den Isolator 383 wird vorzugsweise ein Film mit einer Sperreigenschaft verwendet, der eine Diffusion von Wasserstoff und Verunreinigungen von dem Substrat 371, dem Transistor 550 oder dergleichen in einen Bereich verhindert, in dem der Transistor 500 bereitgestellt ist.
Für den Film, der eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist, kann beispielsweise Siliziumnitrid, das durch ein CVD-Verfahren ausgebildet wird, verwendet werden. Hier könnte die Diffusion von Wasserstoff in ein einen Oxidhalbleiter enthaltendes Halbleiterelement, wie z. B. den Transistor 500, die Eigenschaften des Halbleiterelements verschlechtern. Daher wird vorzugsweise ein Film, der die Diffusion von Wasserstoff unterdrückt, zwischen dem Transistor 500 und dem Transistor 550 bereitgestellt. Es handelt sich bei dem Film, der die Diffusion von Wasserstoff unterdrückt, insbesondere um einen Film, von dem eine geringe Menge an Wasserstoff abgegeben wird.
Die Menge an abgegebenem Wasserstoff kann beispielsweise durch thermische Desorptionsspektroskopie (TDS) analysiert werden. Bei einer TDS-Analyse bei einer Oberflächentemperatur des Films im Bereich von 50 °C bis 500 °C kann die Menge an Wasserstoff, der von dem Isolator 383 abgegeben wird, umgerechnet in Wasserstoffatome pro Flächeneinheit des Isolators 383, beispielsweise weniger als oder gleich 10 × 10¹⁵ Atome/cm², bevorzugt weniger als oder gleich 5 × 10¹⁵ Atome/cm² sein.
Es sei angemerkt, dass die Permittivität des Isolators 385 vorzugsweise niedriger ist als diejenige des Isolators 383. Beispielsweise ist die relative Permittivität des Isolators 385 bevorzugt niedriger als 4, bevorzugter niedriger als 3. Beispielsweise ist die relative Permittivität des Isolators 385 bevorzugt das 0,7-Fache oder weniger, bevorzugter das 0,6-Fache oder weniger derjenigen des Isolators 383. Wenn ein Material mit niedriger Permittivität für einen Zwischenschichtfilm verwendet wird, kann die parasitäre Kapazität, die zwischen Leitungen erzeugt wird, verringert werden.
Ein Leiter 328, ein Leiter 330 und dergleichen, welche mit dem Kondensator 600 oder dem Transistor 500 verbunden sind, sind in dem Isolator 379, dem Isolator 381, dem Isolator 383 und dem Isolator 385 eingebettet. Es sei angemerkt, dass der Leiter 328 und der Leiter 330 jeweils als Anschlusspfropfen oder Leitung dienen. Eine Vielzahl von Leitern, die als Anschlusspfropfen oder Leitungen dienen, ist in einigen Fällen gemeinsam durch das gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Ferner können in dieser Beschreibung und dergleichen eine Leitung und ein Anschlusspfropfen, der mit der Leitung verbunden ist, eine einzelne Komponente sein. Das heißt, dass in einigen Fällen ein Teil eines Leiters als Leitung dient und ein Teil eines Leiters als Anschlusspfropfen dient.
Als Material der jeweiligen Anschlusspfropfen und Leitungen (z. B. des Leiters 328 und des Leiters 330) kann eine Einzelschicht oder eine Schichtanordnung aus einem leitenden Material, wie z. B. einem Metallmaterial, einem Legierungsmaterial, einem Metallnitridmaterial oder einem Metalloxidmaterial, verwendet werden. Vorzugsweise wird ein hochschmelzendes Material, das sowohl Wärmebeständigkeit als auch Leitfähigkeit aufweist, wie z. B. Wolfram oder Molybdän, verwendet, und vorzugsweise wird Wolfram verwendet. Alternativ wird vorzugsweise ein leitendes Material mit niedrigem Widerstand, wie z. B. Aluminium oder Kupfer, verwendet. Die Verwendung eines leitenden Materials mit niedrigem Widerstand kann den Leitungswiderstand verringern.
Eine Leitungsschicht kann über dem Isolator 385 und dem Leiter 330 bereitgestellt sein. Zum Beispiel sind in 16 ein Isolator 350, ein Isolator 352 und ein Isolator 354 der Reihe nach übereinander angeordnet. Ferner ist ein Leiter 356 in dem Isolator 350, dem Isolator 352 und dem Isolator 354 ausgebildet. Der Leiter 356 dient als Anschlusspfropfen oder Leitung, der/die mit dem Transistor 550 verbunden ist. Es sei angemerkt, dass der Leiter 356 unter Verwendung eines Materials, das den Materialien des Leiters 328 und des Leiters 330 ähnlich ist, bereitgestellt werden kann.
Es sei angemerkt, dass vorzugsweise zum Beispiel ein Isolator, der wie der Isolator 383 eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist, als Isolator 350 verwendet wird. Ferner umfasst der Leiter 356 vorzugsweise einen Leiter, der eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist. Der Leiter, der eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist, ist insbesondere in einem Öffnungsabschnitt des Isolators 350 ausgebildet, der eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist. Mit dieser Struktur können der Transistor 550 und der Transistor 500 durch eine Sperrschicht getrennt sein, so dass die Diffusion von Wasserstoff von dem Transistor 550 in den Transistor 500 unterdrückt werden kann.
Es sei angemerkt, dass als Leiter, der eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist, vorzugsweise zum Beispiel Tantalnitrid verwendet wird. Durch Übereinanderanordnen von Tantalnitrid und Wolfram, das eine hohe Leitfähigkeit aufweist, kann die Diffusion von Wasserstoff von dem Transistor 550 unterdrückt werden, während die Leitfähigkeit einer Leitung sichergestellt ist. In diesem Fall ist eine Tantalnitridschicht, die eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist, vorzugsweise in Kontakt mit dem Isolator 350, der eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist.
Eine Leitungsschicht kann über dem Isolator 354 und dem Leiter 356 bereitgestellt sein. Beispielsweise sind in 16 ein Isolator 360, ein Isolator 362 und ein Isolator 364 der Reihe nach übereinander angeordnet. Ferner ist ein Leiter 366 in dem Isolator 360, dem Isolator 362 und dem Isolator 364 ausgebildet. Der Leiter 366 dient als Anschlusspfropfen oder Leitung. Es sei angemerkt, dass der Leiter 366 unter Verwendung eines Materials, das den Materialien des Leiters 328 und des Leiters 330 ähnlich ist, bereitgestellt werden kann.
Es sei angemerkt, dass vorzugsweise zum Beispiel ein Isolator, der wie der Isolator 383 eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist, als Isolator 360 verwendet wird. Ferner umfasst der Leiter 366 vorzugsweise einen Leiter, der eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist. Der Leiter, der eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist, ist insbesondere in einem Öffnungsabschnitt des Isolators 360 ausgebildet, der eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist. Mit dieser Struktur können der Transistor 550 und der Transistor 500 durch eine Sperrschicht getrennt sein, so dass die Diffusion von Wasserstoff von dem Transistor 550 in den Transistor 500 unterdrückt werden kann.
Eine Leitungsschicht kann über dem Isolator 364 und dem Leiter 366 bereitgestellt sein. Beispielsweise sind in 16 ein Isolator 370, ein Isolator 369 und ein Isolator 368 der Reihe nach übereinander angeordnet. Ferner ist ein Leiter 376 in dem Isolator 370, dem Isolator 369 und dem Isolator 368 ausgebildet. Der Leiter 376 dient als Anschlusspfropfen oder Leitung. Es sei angemerkt, dass der Leiter 376 unter Verwendung eines Materials, das den Materialien des Leiters 328 und des Leiters 330 ähnlich ist, bereitgestellt werden kann.
Es sei angemerkt, dass vorzugsweise zum Beispiel ein Isolator, der wie der Isolator 383 eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist, als Isolator 370 verwendet wird. Ferner umfasst der Leiter 376 vorzugsweise einen Leiter, der eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist. Der Leiter, der eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist, ist insbesondere in einem Öffnungsabschnitt des Isolators 370 ausgebildet, der eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist. Mit dieser Struktur können der Transistor 550 und der Transistor 500 durch eine Sperrschicht getrennt sein, so dass die Diffusion von Wasserstoff von dem Transistor 550 in den Transistor 500 unterdrückt werden kann.
Eine Leitungsschicht kann über dem Isolator 368 und dem Leiter 376 bereitgestellt sein. Beispielsweise sind in 16 ein Isolator 380, ein Isolator 382 und ein Isolator 384 der Reihe nach übereinander angeordnet. Ferner ist ein Leiter 386 in dem Isolator 380, dem Isolator 382 und dem Isolator 384 ausgebildet. Der Leiter 386 dient als Anschlusspfropfen oder Leitung. Es sei angemerkt, dass der Leiter 386 unter Verwendung eines Materials, das den Materialien des Leiters 328 und des Leiters 330 ähnlich ist, bereitgestellt werden kann.
Es sei angemerkt, dass vorzugsweise zum Beispiel ein Isolator, der wie der Isolator 383 eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist, als Isolator 380 verwendet wird. Ferner umfasst der Leiter 386 vorzugsweise einen Leiter, der eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist. Der Leiter, der eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist, ist insbesondere in einem Öffnungsabschnitt des Isolators 380 ausgebildet, der eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist. Mit dieser Struktur können der Transistor 550 und der Transistor 500 durch eine Sperrschicht getrennt sein, so dass die Diffusion von Wasserstoff von dem Transistor 550 in den Transistor 500 unterdrückt werden kann.
Obwohl die Leitungsschicht, die den Leiter 356 umfasst, die Leitungsschicht, die den Leiter 366 umfasst, die Leitungsschicht, die den Leiter 376 umfasst, und die Leitungsschicht, die den Leiter 386 umfasst, vorstehend beschrieben worden sind, ist die Halbleitervorrichtung dieser Ausführungsform nicht darauf beschränkt. Drei oder weniger Leitungsschichten, die der Leitungsschicht ähnlich sind, die den Leiter 356 umfasst, können bereitgestellt sein, oder fünf oder mehr Leitungsschichten, die der Leitungsschicht ähnlich sind, die den Leiter 356 umfasst, können bereitgestellt sein.
Ein Isolator 510, ein Isolator 512, ein Isolator 514 und ein Isolator 516 sind der Reihe nach über dem Isolator 384 angeordnet. Eine Substanz, die eine Sperreigenschaft gegen Sauerstoff und Wasserstoff aufweist, wird vorzugsweise für einen des Isolators 510, des Isolators 512, des Isolators 514 und des Isolators 516 verwendet.
Für jeden des Isolators 510 und des Isolators 514 wird vorzugsweise zum Beispiel ein Film mit einer Sperreigenschaft gegen Wasserstoff und Verunreinigungen zwischen dem Substrat 371, dem Bereich, in dem der Transistor 550 bereitgestellt ist, oder dergleichen und dem Bereich verwendet, in dem der Transistor 500 bereitgestellt ist. Daher kann ein Material, das demjenigen des Isolators 383 ähnlich ist, verwendet werden.
Für den Film, der eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist, kann beispielsweise Siliziumnitrid, das durch ein CVD-Verfahren ausgebildet wird, verwendet werden. Hier könnte die Diffusion von Wasserstoff in ein einen Oxidhalbleiter enthaltendes Halbleiterelement, wie z. B. den Transistor 500, die Eigenschaften des Halbleiterelements verschlechtern. Daher wird vorzugsweise ein Film, der die Diffusion von Wasserstoff unterdrückt, zwischen dem Transistor 500 und dem Transistor 550 bereitgestellt.
Bezüglich des Films, der eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist, wird vorzugsweise zum Beispiel ein Metalloxid, wie z. B. Aluminiumoxid, Hafniumoxid oder Tantaloxid, für den Isolator 510 und den Isolator 514 verwendet.
Aluminiumoxid weist insbesondere eine hohe Sperrwirkung auf, die den Durchgang sowohl von Sauerstoff als auch von Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff und Feuchtigkeit, welche eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften des Transistors verursachen, unterbindet. Daher kann Aluminiumoxid verhindern, dass in einem Herstellungsprozess und nach der Herstellung des Transistors Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff und Feuchtigkeit, in den Transistor 500 eindringen. Außerdem kann eine Abgabe von Sauerstoff von dem Oxid, das in dem Transistor 500 enthalten ist, unterdrückt werden. Deshalb wird Aluminiumoxid in geeigneter Weise für den Schutzfilm des Transistors 500 verwendet.
Beispielsweise kann ein Material, das demjenigen des Isolators 379 ähnlich ist, für den Isolator 512 und den Isolator 516 verwendet werden. Wenn ein Material mit relativ niedriger Permittivität für diese Isolatoren eingesetzt wird, kann die parasitäre Kapazität zwischen Leitungen verringert werden. Beispielsweise kann ein Siliziumoxidfilm, ein Siliziumoxynitridfilm oder dergleichen für den Isolator 512 und den Isolator 516 verwendet werden.
Ein Leiter 518, ein Leiter (z. B. ein Leiter 503), der in dem Transistor 500 enthalten ist, und dergleichen sind in dem Isolator 510, dem Isolator 512, dem Isolator 514 und dem Isolator 516 eingebettet. Es sei angemerkt, dass der Leiter 518 als Anschlusspfropfen oder Leitung dient, der/die mit dem Kondensator 600 oder dem Transistor 550 verbunden ist. Der Leiter 518 kann unter Verwendung eines Materials, das den Materialien des Leiters 328 und des Leiters 330 ähnlich ist, bereitgestellt werden.
Insbesondere handelt es sich bei dem Leiter 518 in einem Bereich, der in Kontakt mit dem Isolator 510 und dem Isolator 514 ist, vorzugsweise um einen Leiter mit einer Sperreigenschaft gegen Sauerstoff, Wasserstoff und Wasser. Mit dieser Struktur können der Transistor 550 und der Transistor 500 durch eine Schicht mit einer Sperreigenschaft gegen Sauerstoff, Wasserstoff und Wasser getrennt sein, so dass die Diffusion von Wasserstoff von dem Transistor 550 in den Transistor 500 unterdrückt werden kann.
Der Transistor 500 ist oberhalb des Isolators 516 bereitgestellt.
Wie in 17A bis 17C dargestellt, beinhaltet der Transistor 500 den Leiter 503, der in dem Isolator 514 und dem Isolator 516 eingebettet angeordnet ist, einen Isolator 520, der über dem Isolator 516 und dem Leiter 503 angeordnet ist, einen Isolator 522, der über dem Isolator 520 angeordnet ist, einen Isolator 524, der über dem Isolator 522 angeordnet ist, ein Oxid 530a, das über dem Isolator 524 angeordnet ist, ein Oxid 530b, das über dem Oxid 530a angeordnet ist, einen Leiter 542a und einen Leiter 542b, welche über dem Oxid 530b voneinander getrennt angeordnet sind, einen Isolator 580, der über dem Leiter 542a und dem Leiter 542b angeordnet ist und eine Öffnung aufweist, die mit einem Bereich zwischen dem Leiter 542a und dem Leiter 542b überlappend ausgebildet ist, einen Isolator 545, der auf einer Unterseite und einer Seitenfläche einer Öffnung angeordnet ist, sowie einen Leiter 560, der auf einer Oberfläche angeordnet ist, auf der der Isolator 545 ausgebildet ist.
Wie in 17B und 17C dargestellt, ist vorzugsweise ein Isolator 544 zwischen dem Isolator 580 und dem Oxid 530a, dem Oxid 530b, dem Leiter 542a bzw. dem Leiter 542b angeordnet. Außerdem umfasst, wie in 17A bis 17C dargestellt, der Leiter 560 vorzugsweise einen Leiter 560a, der auf der Innenseite des Isolators 545 bereitgestellt ist, und einen Leiter 560b, der derart bereitgestellt ist, dass er auf der Innenseite des Leiters 560a eingebettet ist. Außerdem ist, wie in 17B und 17C dargestellt, ein Isolator 574 vorzugsweise über dem Isolator 580, dem Leiter 560 und dem Isolator 545 angeordnet.
Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung und dergleichen das Oxid 530a und das Oxid 530b in einigen Fällen gemeinsam als Oxid 530 bezeichnet werden.
Es sei angemerkt, dass, obwohl der Transistor 500 eine Struktur aufweist, bei der zwei Schichten aus dem Oxid 530a und dem Oxid 530b in einem Bereich, in dem ein Kanal gebildet wird, und in der Nähe davon übereinander angeordnet sind, die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Beispielsweise kann eine Einzelschicht des Oxids 530b oder eine mehrschichtige Struktur aus drei oder mehr Schichten zum Einsatz kommen.
Obwohl bei dem Transistor 500 der Leiter 560 eine mehrschichtige Struktur aus zwei Schichten aufweist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann der Leiter 560 eine einschichtige Struktur oder eine mehrschichtige Struktur aus drei oder mehr Schichten aufweisen. Der Transistor 500 in 16 und 17A bis 17C ist nur ein Beispiel und nicht auf die darin dargestellte Struktur beschränkt; ein geeigneter Transistor kann entsprechend einer Schaltungskonfiguration, einem Betriebsverfahren und/oder dergleichen verwendet werden.
Hier dient der Leiter 560 als Gate-Elektrode des Transistors 500, und der Leiter 542a und der Leiter 542b dienen jeweils als Source-Elektrode oder Drain-Elektrode. Wie vorstehend beschrieben, ist der Leiter 560 in der Öffnung des Isolators 580 und dem Bereich zwischen dem Leiter 542a und dem Leiter 542b eingebettet ausgebildet. Die Positionen des Leiters 560, des Leiters 542a und des Leiters 542b werden in Bezug auf die Öffnung des Isolators 580 in selbstjustierender Weise gewählt. Das heißt, dass bei dem Transistor 500 die Gate-Elektrode zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode in selbstjustierender Weise angeordnet werden kann. Demzufolge kann der Leiter 560 ausgebildet werden, ohne einen Positionsspielraum bereitzustellen; daher kann die Fläche, die von dem Transistor 500 eingenommen wird, verringert werden. Somit können eine Miniaturisierung und eine hohe Integration der Halbleitervorrichtung erzielt werden.
Außerdem umfasst, da der Leiter 560 in dem Bereich zwischen dem Leiter 542a und dem Leiter 542b in selbstjustierender Weise ausgebildet wird, der Leiter 560 keinen Bereich, der sich mit dem Leiter 542a oder dem Leiter 542b überlappt. Daher kann die parasitäre Kapazität zwischen dem Leiter 560 und dem Leiter 542a bzw. dem Leiter 542b verringert werden. Als Ergebnis kann die Schaltgeschwindigkeit des Transistors 500 erhöht werden, und er kann hohe Frequenzeigenschaften aufweisen.
Der Leiter 560 dient in einigen Fällen als erste Gate-Elektrode (auch als Gate- oder Top-Gate-Elektrode bezeichnet). Ferner dient der Leiter 503 in einigen Fällen als zweite Gate-Elektrode (auch als Rückgate- oder Bottom-Gate-Elektrode bezeichnet). In diesem Fall kann, indem ein an den Leiter 503 angelegtes Potential nicht synchron mit, sondern unabhängig von einem an den Leiter 560 angelegten Potential verändert wird, die Schwellenspannung des Transistors 500 gesteuert werden. Indem insbesondere ein negatives Potential an den Leiter 503 angelegt wird, kann die Schwellenspannung des Transistors 500 erhöht werden und kann der Sperrstrom verringert werden. Demzufolge kann ein Drain-Strom bei einem an den Leiter 560 angelegten Potential von 0 V in dem Fall, in dem ein negatives Potential an den Leiter 503 angelegt wird, stärker verringert werden als in dem Fall, in dem es nicht angelegt wird.
Der Leiter 503 ist mit dem Oxid 530 und dem Leiter 560 überlappend angeordnet. Somit werden dann, wenn Potentiale an den Leiter 560 und den Leiter 503 angelegt werden, ein elektrisches Feld, das von dem Leiter 560 erzeugt wird, und ein elektrisches Feld, das von dem Leiter 503 erzeugt wird, miteinander verbunden, und der Kanalbildungsbereich, der in dem Oxid 530 gebildet wird, kann mit diesen bedeckt werden.
In dieser Beschreibung und dergleichen wird eine Transistorstruktur, bei der der Kanalbildungsbereich elektrisch von elektrischen Feldern eines Paars von Gate-Elektroden (einer ersten Gate-Elektrode und einer zweiten Gate-Elektrode) umschlossen ist, als Struktur mit umschlossenem Kanal (surrounded channel structure, S-Kanal-Struktur) bezeichnet. Die S-Kanalstruktur, die in dieser Beschreibung und dergleichen offenbart wird, unterscheidet sich von einer Fin-Struktur und einer Planarstruktur. Wenn die S-Kanal-Struktur zum Einsatz kommt, kann die Beständigkeit gegen einen Kurzkanaleffekt erhöht werden. Mit anderen Worten: Ein Transistor kann erhalten werden, bei dem ein Kurzkanaleffekt mit geringer Wahrscheinlichkeit auftritt.
Der Leiter 503 weist eine Struktur auf, die derjenigen des Leiters 518 ähnlich ist; ein Leiter 503a ist in Kontakt mit einer Innenwand einer Öffnung in dem Isolator 514 und dem Isolator 516 ausgebildet, und ein Leiter 503b ist weiter innen ausgebildet. Es sei angemerkt, dass, obwohl bei dem Transistor 500 der Leiter 503a und der Leiter 503b übereinander angeordnet sind, die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Beispielsweise kann der Leiter 503 auch als Einzelschicht oder Schichtanordnung aus drei oder mehr Schichten bereitgestellt sein.
Für den Leiter 503a wird hier vorzugsweise ein leitendes Material mit einer Funktion zum Unterdrücken einer Diffusion von Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoffatomen, Wasserstoffmolekülen, Wassermolekülen und Kupferatomen (ein leitendes Material, das die vorstehenden Verunreinigungen mit geringerer Wahrscheinlichkeit durchlässt), verwendet. Alternativ wird vorzugsweise ein leitendes Material mit einer Funktion zum Unterdrücken einer Diffusion von Sauerstoff (z. B. Sauerstoffatomen und/oder Sauerstoffmolekülen) (ein leitendes Material, das den vorstehenden Sauerstoff mit geringerer Wahrscheinlichkeit durchlässt) verwendet. Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung eine Funktion zum Unterdrücken einer Diffusion von Verunreinigungen oder Sauerstoff eine Funktion zum Unterdrücken einer Diffusion der vorstehenden Verunreinigungen und/oder des vorstehenden Sauerstoffs bezeichnet.
Wenn beispielsweise der Leiter 503a eine Funktion zum Unterdrücken einer Diffusion von Sauerstoff aufweist, kann verhindert werden, dass sich die Leitfähigkeit des Leiters 503b infolge einer Oxidation verringert.
Wenn der Leiter 503 auch als Leitung dient, wird für den Leiter 503b vorzugsweise ein leitendes Material mit hoher Leitfähigkeit verwendet, das Wolfram, Kupfer oder Aluminium als Hauptkomponente enthält. Bei dieser Ausführungsform wird der Leiter 503 als Schichtanordnung aus dem Leiter 503a und dem Leiter 503b dargestellt; jedoch kann der Leiter 503 eine einschichtige Struktur aufweisen.
Der Isolator 520, der Isolator 522 und der Isolator 524 dienen jeweils als zweiter Gate-Isolierfilm.
Als Isolator 524, der in Kontakt mit dem Oxid 530 ist, wird hier vorzugsweise ein Isolator verwendet, der mehr Sauerstoff enthält als die stöchiometrische Zusammensetzung. Der Sauerstoff wird durch Erwärmung mit höherer Wahrscheinlichkeit von dem Film abgegeben. In dieser Beschreibung und dergleichen wird Sauerstoff, der durch Erwärmung abgegeben wird, in einigen Fällen als „überschüssiger Sauerstoff“ bezeichnet. Das heißt, dass in dem Isolator 524 vorzugsweise ein Bereich, der überschüssigen Sauerstoff enthält (auch als „Bereich mit überschüssigem Sauerstoff“ bezeichnet), ausgebildet ist. Wenn ein derartiger Isolator, der überschüssigen Sauerstoff enthält, in Kontakt mit dem Oxid 530 bereitgestellt ist, können Sauerstofffehlstellen (auch als Vo bezeichnet) in dem Oxid 530 verringert werden, was zu einer Verbesserung der Zuverlässigkeit des Transistors 500 führt. Im Falle des Eindringens von Wasserstoff in die Sauerstofffehlstellen des Oxids 530 dienen derartige Defekte (nachstehend in einigen Fällen als VoH bezeichnet) als Donatoren, und Elektronen, die als Ladungsträger dienen, werden in einigen Fällen erzeugt. In einigen Fällen führt die Bindung eines Teils von Wasserstoff an Sauerstoff, der an ein Metallatom gebunden ist, ferner zur Erzeugung von Elektronen, die als Ladungsträger dienen. Daher weist ein Transistor, der einen Oxidhalbleiter enthält, der eine große Menge an Wasserstoff enthält, mit höherer Wahrscheinlichkeit selbstleitende Eigenschaften auf. Außerdem bewegt sich Wasserstoff in einem Oxidhalbleiter leicht durch eine Belastung, wie z. B. Wärme und ein elektrisches Feld; daher könnte sich die Zuverlässigkeit des Transistors verschlechtern, wenn ein Oxidhalbleiter eine große Menge an Wasserstoff enthält. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise VoH in dem Oxid 530 möglichst verringert, um ein hochreines intrinsisches Oxid oder ein im Wesentlichen hochreines intrinsisches Oxid zu erhalten. Um einen derartigen Oxidhalbleiter, in dem VoH ausreichend verringert ist, zu erhalten, ist es wichtig, Verunreinigungen, wie z. B. Feuchtigkeit und Wasserstoff, in einem Oxidhalbleiter zu entfernen (auch als „Dehydratisierung“ oder „Dehydrierungsbehandlung“ bezeichnet) und durch die Zufuhr von Sauerstoff zu dem Oxidhalbleiter Sauerstofffehlstellen zu kompensieren (auch als „Sauerstoffzusatzbehandlung“ bezeichnet). Wenn ein Oxidhalbleiter mit ausreichend verringerten Verunreinigungen, wie z. B. VoH, für einen Kanalbildungsbereich in einem Transistor verwendet wird, kann der Transistor stabile elektrische Eigenschaften aufweisen.
Als Isolator, der einen Bereich mit überschüssigem Sauerstoff umfasst, wird insbesondere vorzugsweise ein Oxidmaterial verwendet, das einen Teil von Sauerstoff durch Erwärmung abgibt. Ein Oxid, das Sauerstoff durch Erwärmung abgibt, ist ein Oxidfilm, bei dem die Menge an abgegebenem Sauerstoff, umgerechnet in Sauerstoffatome, bei einer thermischen Desorptionsspektroskopie- (thermal desorption spectroscopy, TDS-) Analyse mehr als oder gleich 1,0 × 10¹⁸ Atome/cm³, bevorzugt mehr als oder gleich 1,0 × 10¹⁹ Atome/cm³, bevorzugter mehr als oder gleich 2,0 × 10¹⁹ Atome/cm³ oder mehr als oder gleich 3,0 × 10²⁰ Atome/cm³ ist. Es sei angemerkt, dass die Oberflächentemperatur des Films bei der TDS-Analyse vorzugsweise im Bereich von höher als oder gleich 100 °C und niedriger als oder gleich 700 °C oder im Bereich von höher als oder gleich 100 °C und niedriger als oder gleich 400 °C liegt.
Eine oder mehrere der Wärmebehandlung, der Mikrowellenbehandlung und der Hochfrequenz- (HF-) Behandlung können durchgeführt werden, wobei der Isolator, der den Bereich mit überschüssigem Sauerstoff umfasst, in Kontakt mit dem Oxid 530 ist. Durch diese Behandlung kann Wasser oder Wasserstoff in dem Oxid 530 entfernt werden. Beispielsweise tritt in dem Oxid 530 eine Reaktion auf, in der eine VoH-Bindung geschnitten wird; anders ausgedrückt, tritt eine Reaktion „V_oH → Vo+H“ auf, was zu einer Dehydrierung führt. Ein Teil von Wasserstoff, der dabei entsteht, kann mit Sauerstoff gebunden und als H₂O von dem Oxid 530 oder einem Isolator in der Nähe des Oxids 530 entfernt werden. Außerdem wird ein Teil von Wasserstoff in einigen Fällen in den Leiter 542a und den Leiter 542b eingefangen.
Bei der Mikrowellenbehandlung wird vorzugsweise zum Beispiel eine Vorrichtung mit einer Stromquelle, die ein hochdichtes Plasma erzeugt, oder eine Vorrichtung mit einer Stromquelle, die eine HF an die Seite des Substrats anlegt, verwendet. Wenn beispielsweise ein sauerstoffhaltiges Gas und ein hochdichtes Plasma verwendet werden, können hochdichte Sauerstoffradikale erzeugt werden, und die durch das hochdichte Plasma erzeugten Sauerstoffradikale können durch die Anlegung der HF an die Seite des Substrats in effizienter Weise in das Oxid 530 oder einen Isolator in der Nähe des Oxids 530 eingeleitet werden. Bei der Mikrowellenbehandlung kann der Druck auf höher als oder gleich 133 Pa, bevorzugt höher als oder gleich 200 Pa, bevorzugter höher als oder gleich 400 Pa eingestellt werden. Als Gas, das in eine Vorrichtung für die Mikrowellenbehandlung eingeleitet wird, können beispielsweise Sauerstoff und Argon verwendet werden, wobei die Sauerstoffdurchflussrate (O₂/(O₂+Ar)) niedriger als oder gleich 50 %, bevorzugt höher als oder gleich 10 % und niedriger als oder gleich 30 % sein kann.
Im Herstellungsprozess des Transistors 500 wird vorzugsweise eine Wärmebehandlung in einem Zustand durchgeführt, in dem eine Oberfläche des Oxids 530 freigelegt ist. Diese Wärmebehandlung kann beispielsweise bei höher als oder gleich 100 °C und niedriger als oder gleich 450 °C, bevorzugt höher als oder gleich 350 °C und niedriger als oder gleich 400 °C durchgeführt werden. Es sei angemerkt, dass die Wärmebehandlung in einer Stickstoffgasatmosphäre, einer Inertgasatmosphäre oder einer Atmosphäre durchgeführt wird, die ein Oxidationsgas mit 10 ppm oder mehr, 1 % oder mehr, oder 10 % oder mehr enthält. Beispielsweise wird die Wärmebehandlung vorzugsweise in einer Sauerstoffatmosphäre durchgeführt. Daher kann dem Oxid 530 Sauerstoff zugeführt werden, und Sauerstofffehlstellen (Vo) können somit verringert werden. Die Wärmebehandlung kann unter reduziertem Druck durchgeführt werden. Alternativ kann die Wärmebehandlung in einer Stickstoffgasatmosphäre oder einer Inertgasatmosphäre durchgeführt werden, und dann kann eine weitere Wärmebehandlung in einer Atmosphäre, die ein Oxidationsgas mit 10 ppm oder mehr, 1 % oder mehr, oder 10 % oder mehr enthält, durchgeführt werden, um abgegebenen Sauerstoff zu kompensieren. Alternativ kann eine Wärmebehandlung in einer Atmosphäre, die ein Oxidationsgas mit 10 ppm oder mehr, 1 % oder mehr, oder 10 % oder mehr enthält, durchgeführt werden, und eine weitere Wärmebehandlung kann sukzessiv in einer Stickstoffgasatmosphäre oder einer Inertgasatmosphäre durchgeführt werden.
Es sei angemerkt, dass die Sauerstoffzusatzbehandlung, die an dem Oxid 530 durchgeführt wird, eine Reaktion, bei der Sauerstofffehlstellen in dem Oxid 530 mit zugeführtem Sauerstoff repariert werden, d. h. eine Reaktion von „Vo+O→null“, fördern kann. Außerdem reagiert Wasserstoff, der in dem Oxid 530 verbleibt, mit dem zugeführten Sauerstoff, wodurch dieser Wasserstoff als H₂O entfernt werden kann (Dehydratisierung). Somit kann die Bildung von VoH durch eine Rekombination des Wasserstoffs, der in dem Oxid 530 verbleibt, mit den Sauerstofffehlstellen unterdrückt werden.
Wenn der Isolator 524 einen Bereich mit überschüssigem Sauerstoff umfasst, weist der Isolator 522 vorzugsweise eine Funktion zum Unterdrücken einer Diffusion von Sauerstoff (z. B. Sauerstoffatomen oder Sauerstoffmolekülen) auf; das heißt, dass der Isolator 522 vorzugsweise mit geringerer Wahrscheinlichkeit den vorstehenden Sauerstoff durchlässt.
Wenn der Isolator 522 eine Funktion zum Unterdrücken einer Diffusion von Sauerstoff und Verunreinigungen aufweist, diffundiert Sauerstoff, der in dem Oxid 530 enthalten ist, nicht in Richtung des Isolators 520, was vorzuziehen ist. Ferner kann verhindert werden, dass der Leiter 503 mit Sauerstoff reagiert, der in dem Isolator 524 und/oder dem Oxid 530 enthalten ist.
Für den Isolator 522 wird vorzugsweise zum Beispiel eine Einzelschicht oder eine Schichtanordnung aus einem Isolator, der ein sogenanntes Material mit hohem k, wie z. B. Aluminiumoxid, Hafniumoxid, ein Oxid, das Aluminium und Hafnium enthält (Hafniumaluminat), Tantaloxid, Zirconiumoxid, Blei-Zirkonat-Titanat (PZT), Strontiumtitanat (SrTiO₃) oder (Ba,Sr)TiO₃ (BST), enthält, verwendet. Mit einer Miniaturisierung und einer hohen Integration eines Transistors tritt in einigen Fällen ein Problem, wie z. B. ein Leckstrom, aufgrund eines dünnen Gate-Isolierfilms auf. Wenn ein Material mit hohem k für einen Isolator, der als Gate-Isolierfilm dient, verwendet wird, kann das Gate-Potential beim Betrieb des Transistors verringert werden, während die physikalische Filmdicke aufrechterhalten wird.
Insbesondere wird vorzugsweise ein Isolator verwendet, der ein Oxid von Aluminium und/oder ein Oxid von Hafnium enthält, welcher ein isolierendes Material mit einer Funktion zum Unterdrücken einer Diffusion von Verunreinigungen, Sauerstoff und dergleichen (ein isolierendes Material, das den vorstehenden Sauerstoff mit geringerer Wahrscheinlichkeit durchlässt) ist. Aluminiumoxid, Hafniumoxid, ein Oxid, das Aluminium und Hafnium enthält (Hafniumaluminat), oder dergleichen wird vorzugsweise als Isolator verwendet, der ein Oxid von Aluminium und/oder ein Oxid von Hafnium enthält. Wenn der Isolator 522 unter Verwendung eines derartigen Materials ausgebildet wird, dient der Isolator 522 als Schicht, die eine Abgabe von Sauerstoff von dem Oxid 530 und ein Eindringen von Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff, von der Umgebung des Transistors 500 in das Oxid 530 unterdrückt.
Alternativ kann einem derartigen Isolator beispielsweise Aluminiumoxid, Bismutoxid, Germaniumoxid, Nioboxid, Siliziumoxid, Titanoxid, Wolframoxid, Yttriumoxid oder Zirconiumoxid zugesetzt werden. Dieser Isolator kann alternativ einer Nitrierungsbehandlung unterzogen werden. Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid oder Siliziumnitrid kann über dem vorstehenden Isolator angeordnet werden.
Der Isolator 520 ist vorzugsweise thermisch stabil. Beispielsweise werden Siliziumoxid und Siliziumoxynitrid aufgrund ihrer thermischen Stabilität bevorzugt. Ferner kann dann, wenn ein Isolator, der ein Material mit hohem k ist, mit Siliziumoxid oder Siliziumoxynitrid kombiniert wird, der Isolator 520 mit einer mehrschichtigen Struktur, der thermisch stabil ist und eine hohe relative Permittivität aufweist, erhalten werden.
Es sei angemerkt, dass der Transistor 500 in 17A bis 17C den Isolator 520, den Isolator 522 und den Isolator 524 als zweiter Gate-Isolierfilm mit einer dreischichtigen Struktur beinhaltet; jedoch kann der zweite Gate-Isolierfilm eine einschichtige Struktur, eine zweischichtige Struktur oder eine mehrschichtige Struktur aus vier oder mehr Schichten aufweisen. In diesem Fall kann, ohne Beschränkung auf eine mehrschichtige Struktur aus dem gleichen Material, eine mehrschichtige Struktur aus unterschiedlichen Materialien verwendet werden.
Bei dem Transistor 500 wird ein Metalloxid, das als Oxidhalbleiter dient, als Oxid 530 verwendet, das einen Kanalbildungsbereich umfasst. Als Oxid 530 wird vorzugsweise zum Beispiel ein Metalloxid, wie z. B. ein In-M-Zn-Oxid (das Element M ist eine oder mehrere Arten, die aus Aluminium, Gallium, Yttrium, Zinn, Kupfer, Vanadium, Beryllium, Bor, Titan, Eisen, Nickel, Germanium, Zirconium, Molybdän, Lanthan, Cer, Neodym, Hafnium, Tantal, Wolfram, Magnesium und dergleichen ausgewählt werden), verwendet.
Das Metalloxid, das als Oxidhalbleiter dient, kann durch ein Sputterverfahren oder ein Atomlagenabscheidungs- (atomic layer deposition, ALD-) Verfahren ausgebildet werden. Es sei angemerkt, dass das Metalloxid, das als Oxidhalbleiter dient, bei der anderen Ausführungsform ausführlich beschrieben wird.
Das Metalloxid, das als Kanalbildungsbereich in dem Oxid 530 dient, weist eine Bandlücke von bevorzugt mehr als oder gleich 2 eV, bevorzugter mehr als oder gleich 2,5 eV auf. Die Verwendung eines derartigen Metalloxids mit einer großen Bandlücke kann den Sperrstrom des Transistors verringern.
Wenn das Oxid 530 das Oxid 530a unter dem Oxid 530b umfasst, kann verhindert werden, dass Verunreinigungen von den Komponenten, die unterhalb des Oxids 530a ausgebildet sind, in das Oxid 530b diffundieren.
Es sei angemerkt, dass das Oxid 530 vorzugsweise eine mehrschichtige Struktur aus einer Vielzahl von Oxidschichten aufweist, die sich durch das Atomverhältnis von Metallatomen voneinander unterscheiden. Insbesondere ist das Atomverhältnis des Elements M in den Bestandelementen des Metalloxids, das als Oxid 530a verwendet wird, vorzugsweise größer als das Atomverhältnis des Elements M in den Bestandelementen des Metalloxids, das als Oxid 530b verwendet wird. Das Atomverhältnis des Elements M zu In in dem Metalloxid, das als Oxid 530a verwendet wird, ist vorzugsweise größer als das Atomverhältnis des Elements M zu In in dem Metalloxid, das als Oxid 530b verwendet wird. Das Atomverhältnis von In zu dem Element M in dem Metalloxid, das als Oxid 530b verwendet wird, ist vorzugsweise größer als das Atomverhältnis von In zu dem Element M in dem Metalloxid, das als Oxid 530a verwendet wird.
Die Energie des Leitungsbandminimums des Oxids 530a ist vorzugsweise höher als die Energie des Leitungsbandminimums des Oxids 530b. Mit anderen Worten: Die Elektronenaffinität des Oxids 530a ist vorzugsweise kleiner als die Elektronenaffinität des Oxids 530b.
Hier verändert sich das Energieniveau des Leitungsbandminimums in einem Verbindungsabschnitt des Oxids 530a und des Oxids 530b graduell. Mit anderen Worten: Das Energieniveau des Leitungsbandminimums in dem Verbindungsabschnitt des Oxids 530a und des Oxids 530b verändert sich stetig oder ist stetig zusammenhängend. Um das Energieniveau graduell zu verändern, wird vorzugsweise die Dichte der Defektzustände in einer Mischschicht verringert, die an einer Grenzfläche zwischen dem Oxid 530a und dem Oxid 530b ausgebildet ist.
Insbesondere kann dann, wenn das Oxid 530a und das Oxid 530b zusätzlich zu Sauerstoff ein gemeinsames Element (als Hauptkomponente) enthalten, eine Mischschicht mit niedriger Dichte der Defektzustände ausgebildet werden. Wenn es sich beispielsweise bei dem Oxid 530b um ein In-Ga-Zn-Oxid handelt, wird vorzugsweise ein In-Ga-Zn-Oxid, ein Ga-Zn-Oxid, Galliumoxid oder dergleichen als Oxid 530a verwendet.
Dabei dient das Oxid 530b als Hauptladungsträgerweg. Wenn das Oxid 530a die vorstehend beschriebene Struktur aufweist, kann die Dichte der Defektzustände an der Grenzfläche zwischen dem Oxid 530a und dem Oxid 530b verringert werden. Somit ist der Einfluss der Grenzflächenstreuung auf die Ladungsträgerübertragung gering, und der Transistor 500 kann einen hohen Durchlassstrom aufweisen.
Der Leiter 542a und der Leiter 542b, welche als Source-Elektrode und Drain-Elektrode dienen, sind über dem Oxid 530b bereitgestellt. Für den Leiter 542a und den Leiter 542b wird vorzugsweise ein Metallelement, das aus Aluminium, Chrom, Kupfer, Silber, Gold, Platin, Tantal, Nickel, Titan, Molybdän, Wolfram, Hafnium, Vanadium, Niob, Mangan, Magnesium, Zirconium, Beryllium, Indium, Ruthenium, Iridium, Strontium und Lanthan ausgewählt wird, eine Legierung, die eines der vorstehenden Metallelemente als ihre Komponente enthält, eine Legierung, die eine Kombination der vorstehenden Metallelemente enthält, oder dergleichen verwendet. Beispielsweise wird vorzugsweise Tantalnitrid, Titannitrid, Wolfram, ein Nitrid, das Titan und Aluminium enthält, ein Nitrid, das Tantal und Aluminium enthält, Rutheniumoxid, Rutheniumnitrid, ein Oxid, das Strontium und Ruthenium enthält, ein Oxid, das Lanthan und Nickel enthält, oder dergleichen verwendet. Tantalnitrid, Titannitrid, ein Nitrid, das Titan und Aluminium enthält, ein Nitrid, das Tantal und Aluminium enthält, Rutheniumoxid, Rutheniumnitrid, ein Oxid, das Strontium und Ruthenium enthält, und ein Oxid, das Lanthan und Nickel enthält, werden bevorzugt, da sie oxidationsbeständige leitende Materialien oder Materialien sind, die auch nach der Absorption von Sauerstoff ihre Leitfähigkeit aufrechterhalten. Darüber hinaus wird ein Metallnitridfilm aus Tantalnitrid oder dergleichen bevorzugt, da er eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff oder Sauerstoff aufweist.
Obwohl in 17B der Leiter 542a und der Leiter 542b jeweils eine einschichtige Struktur aufweisen, können sie jeweils eine mehrschichtige Struktur aus zwei oder mehr Schichten aufweisen. Zum Beispiel sind vorzugsweise ein Tantalnitridfilm und ein Wolframfilm übereinander angeordnet. Alternativ können ein Titanfilm und ein Aluminiumfilm übereinander angeordnet sein. Weitere Beispiele umfassen eine zweischichtige Struktur, bei der ein Aluminiumfilm über einem Wolframfilm angeordnet ist, eine zweischichtige Struktur, bei der ein Kupferfilm über einem Kupfer-Magnesium-Aluminiumlegierungsfilm angeordnet ist, eine zweischichtige Struktur, bei der ein Kupferfilm über einem Titanfilm angeordnet ist, und eine zweischichtige Struktur, bei der ein Kupferfilm über einem Wolframfilm angeordnet ist.
Weitere Beispiele umfassen eine dreischichtige Struktur, bei der ein Aluminiumfilm oder ein Kupferfilm über einem Titanfilm oder einem Titannitridfilm angeordnet ist und ferner ein Titanfilm oder ein Titannitridfilm darüber ausgebildet ist, und eine dreischichtige Struktur, bei der ein Aluminiumfilm oder ein Kupferfilm über einem Molybdänfilm oder einem Molybdännitridfilm angeordnet ist und ferner ein Molybdänfilm oder ein Molybdännitridfilm darüber ausgebildet ist. Es sei angemerkt, dass ein durchsichtiges leitendes Material, das Indiumoxid, Zinnoxid oder Zinkoxid enthält, verwendet werden kann.
Wie in 17B dargestellt, werden in einigen Fällen ein Bereich 543a und ein Bereich 543b als niederohmige Bereiche an der Grenzfläche zwischen dem Oxid 530 und dem Leiter 542a (Leiter 542b) und in der Nähe davon ausgebildet. In diesem Fall dient der Bereich 543a als Source-Bereich oder Drain-Bereich, und der Bereich 543b dient als der andere des Source-Bereichs und des Drain-Bereichs. Der Kanalbildungsbereich wird in einem Bereich zwischen dem Bereich 543a und dem Bereich 543b gebildet.
Wenn der Leiter 542a (Leiter 542b) in Kontakt mit dem Oxid 530 bereitgestellt ist, könnte sich die Sauerstoffkonzentration in dem Bereich 543a (Bereich 543b) verringern. Außerdem wird in einigen Fällen eine Metallverbindungsschicht, die das Metall, das in dem Leiter 542a (Leiter 542b) enthalten ist, und eine Komponente des Oxids 530 enthält, in dem Bereich 543a (Bereich 543b) ausgebildet. In diesem Fall erhöht sich die Ladungsträgerdichte in dem Bereich 543a (Bereich 543b), so dass der Bereich 543a (Bereich 543b) zu einem niederohmigen Bereich wird.
Der Isolator 544 ist derart bereitgestellt, dass er den Leiter 542a und den Leiter 542b bedeckt, und unterdrückt eine Oxidation des Leiters 542a und des Leiters 542b. Dabei kann der Isolator 544 derart bereitgestellt sein, dass er eine Seitenfläche des Oxids 530 bedeckt und in Kontakt mit dem Isolator 524 ist.
Beispielsweise kann als Isolator 544 ein Metalloxid, das eine oder mehrere Arten enthält, die aus Hafnium, Aluminium, Gallium, Yttrium, Zirconium, Wolfram, Titan, Tantal, Nickel, Germanium, Neodym, Lanthan, Magnesium und dergleichen ausgewählt werden, verwendet werden. Als Isolator 544 kann auch Siliziumnitridoxid, Siliziumnitrid oder dergleichen verwendet werden.
Insbesondere wird vorzugsweise ein Isolator, der ein Oxid von Aluminium und/oder ein Oxid von Hafnium enthält, wie z. B. Aluminiumoxid, Hafniumoxid oder ein Oxid, das Aluminium und Hafnium enthält (Hafniumaluminat), als Isolator 544 verwendet. Insbesondere weist Hafniumaluminat eine höhere Wärmebeständigkeit auf als ein Hafniumoxidfilm. Deshalb wird Hafniumaluminat bevorzugt, da es mit geringerer Wahrscheinlichkeit durch eine Wärmebehandlung in einem späteren Schritt kristallisiert. Es sei angemerkt, dass der Isolator 544 nicht notwendigerweise bereitgestellt wird, wenn der Leiter 542a und der Leiter 542b jeweils ein oxidationsbeständiges Material oder ein Material sind, dessen Leitfähigkeit auch nach der Absorption von Sauerstoff nicht signifikant verringert wird. Der Entwurf kann je nach den erforderlichen Transistoreigenschaften angemessen ausgeführt werden.
Wenn der Isolator 544 enthalten ist, kann verhindert werden, dass Verunreinigungen, wie z. B. Wasser und Wasserstoff, die in dem Isolator 580 enthalten sind, in das Oxid 530b diffundieren. Außerdem kann eine Oxidation des Leiters 542 aufgrund des überschüssigen Sauerstoffs, der in dem Isolator 580 enthalten ist, verhindert werden.
Der Isolator 545 dient als erster Gate-Isolierfilm. Der Isolator 545 wird vorzugsweise wie der oben genannte Isolator 524 unter Verwendung eines Isolators ausgebildet, der überschüssigen Sauerstoff enthält und Sauerstoff durch Erwärmung abgibt.
Insbesondere kann Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid, Siliziumnitridoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxid, dem Fluor zugesetzt ist, Siliziumoxid, dem Kohlenstoff zugesetzt ist, Siliziumoxid, dem Kohlenstoff und Stickstoff zugesetzt sind, oder poröses Siliziumoxid, welche jeweils überschüssigen Sauerstoff enthalten, verwendet werden. Insbesondere werden Siliziumoxid und Siliziumoxynitrid aufgrund ihrer thermischen Stabilität bevorzugt.
Wenn ein Isolator, der überschüssigen Sauerstoff enthält, als Isolator 545 bereitgestellt wird, kann dem Kanalbildungsbereich des Oxids 530b Sauerstoff von dem Isolator 545 effektiv zugeführt werden. Ferner wird wie in dem Isolator 524 vorzugsweise die Konzentration von Verunreinigungen, wie z. B. Wasser oder Wasserstoff, in dem Isolator 545 verringert. Die Dicke des Isolators 545 ist vorzugsweise größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 20 nm. Außerdem kann vor der Ausbildung und/oder nach der Ausbildung des Isolators 545 die vorstehend beschriebene Mikrowellenbehandlung durchgeführt werden.
Ferner kann ein Metalloxid zwischen dem Isolator 545 und dem Leiter 560 bereitgestellt sein, um dem Oxid 530 den überschüssigen Sauerstoff, der in dem Isolator 545 enthalten ist, effizient zuzuführen. Das Metalloxid unterdrückt vorzugsweise eine Diffusion von Sauerstoff von dem Isolator 545 in den Leiter 560. Das Bereitstellen des Metalloxids, das eine Diffusion von Sauerstoff unterdrückt, unterdrückt eine Diffusion des überschüssigen Sauerstoffs von dem Isolator 545 in den Leiter 560. Das heißt, dass eine Verringerung der Menge an überschüssigem Sauerstoff, der dem Oxid 530 zugeführt wird, unterdrückt werden kann. Außerdem kann eine Oxidation des Leiters 560 aufgrund des überschüssigen Sauerstoffs unterdrückt werden. Als Metalloxid kann ein Material, das für den Isolator 544 verwendet werden kann, verwendet werden.
Es sei angemerkt, dass der Isolator 545 wie der zweite Gate-Isolierfilm eine mehrschichtige Struktur aufweisen kann. Mit einer Miniaturisierung und einer hohen Integration eines Transistors kann ein Problem, wie z. B. ein Leckstrom, aufgrund eines dünnen Gate-Isolierfilms auftreten; indem der Isolator, der als Gate-Isolierfilm dient, eine mehrschichtige Struktur aus einem Material mit hohem k und einem thermisch stabilen Material aufweist, kann das Gate-Potential beim Betrieb des Transistors verringert werden, während die physikalische Filmdicke aufrechterhalten wird. Außerdem kann die mehrschichtige Struktur thermisch stabil sein und eine hohe relative Permittivität aufweisen.
Obwohl der Leiter 560, der als erste Gate-Elektrode dient, eine zweischichtige Struktur in 17B und 17C aufweist, kann der Leiter 560 eine einschichtige Struktur oder eine mehrschichtige Struktur aus drei oder mehr Schichten aufweisen.
Für den Leiter 560a wird vorzugsweise ein leitendes Material mit einer Funktion zum Unterdrücken einer Diffusion von Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoffatomen, Wasserstoffmolekülen, Wassermolekülen, Stickstoffatomen, Stickstoffmolekülen, Stickstoffoxidmolekülen (z. B. N₂O, NO und NO₂) und Kupferatomen, verwendet. Alternativ wird vorzugsweise ein leitendes Material mit einer Funktion zum Unterdrücken einer Diffusion von Sauerstoff (z. B. Sauerstoffatomen und/oder Sauerstoffmolekülen) verwendet. Wenn der Leiter 560a eine Funktion zum Unterdrücken einer Diffusion von Sauerstoff aufweist, kann verhindert werden, dass sich die Leitfähigkeit des Leiters 560b infolge einer Oxidation, die durch den in dem Isolator 545 enthaltenen Sauerstoff hervorgerufen wird, verringert. Als leitendes Material mit einer Funktion zum Unterdrücken einer Diffusion von Sauerstoff wird vorzugsweise zum Beispiel Tantal, Tantalnitrid, Ruthenium, Rutheniumoxid oder dergleichen verwendet. Zudem kann ein Oxidhalbleiter, der für das Oxid 530 eingesetzt werden kann, für den Leiter 560a verwendet werden. In diesem Fall wird der Leiter 560b durch ein Sputterverfahren abgeschieden, wodurch der Leiter 560a einen verringerten Wert des elektrischen Widerstandes aufweisen und zu einem Leiter werden kann. Ein derartiger Leiter kann als Oxidleiter- (oxide conductor, OC-) Elektrode bezeichnet werden.
Für den Leiter 560b wird ferner vorzugsweise ein leitendes Material verwendet, das Wolfram, Kupfer oder Aluminium als Hauptkomponente enthält. Als Leiter 560b, der auch als Leitung dient, wird vorzugsweise ein Leiter mit hoher Leitfähigkeit verwendet. Beispielsweise kann ein leitendes Material, das Wolfram, Kupfer oder Aluminium als Hauptkomponente enthält, verwendet werden. Der Leiter 560b kann eine mehrschichtige Struktur, beispielsweise eine mehrschichtige Struktur aus Titan oder Titannitrid und dem vorstehenden leitenden Material, aufweisen.
Der Isolator 580 ist über dem Leiter 542a und dem Leiter 542b bereitgestellt, wobei der Isolator 544 dazwischen liegt. Der Isolator 580 umfasst vorzugsweise einen Bereich mit überschüssigem Sauerstoff. Der Isolator 580 enthält vorzugsweise zum Beispiel Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid, Siliziumnitridoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxid, dem Fluor zugesetzt ist, Siliziumoxid, dem Kohlenstoff zugesetzt ist, Siliziumoxid, dem Kohlenstoff und Stickstoff zugesetzt sind, poröses Siliziumoxid, ein Harz oder dergleichen. Insbesondere werden Siliziumoxid und Siliziumoxynitrid aufgrund ihrer thermischen Stabilität bevorzugt. Insbesondere werden Siliziumoxid und poröses Siliziumoxid bevorzugt, da ein Bereich mit überschüssigem Sauerstoff in einem späteren Schritt leicht ausgebildet werden kann.
Der Isolator 580 umfasst vorzugsweise einen Bereich mit überschüssigem Sauerstoff. Wenn der Isolator 580, der Sauerstoff durch Erwärmung abgibt, bereitgestellt ist, kann dem Oxid 530 Sauerstoff in dem Isolator 580 effizient zugeführt werden. Es sei angemerkt, dass vorzugsweise die Konzentration von Verunreinigungen, wie z. B. Wasser oder Wasserstoff, in dem Isolator 580 verringert wird.
Die Öffnung des Isolators 580 ist derart ausgebildet, dass sie sich mit dem Bereich zwischen dem Leiter 542a und dem Leiter 542b überlappt. Demzufolge ist der Leiter 560 in der Öffnung des Isolators 580 und dem Bereich zwischen dem Leiter 542a und dem Leiter 542b eingebettet ausgebildet.
Für die Miniaturisierung der Halbleitervorrichtung ist es erforderlich, die Gate-Länge zu verkürzen; dabei muss verhindert werden, dass sich die Leitfähigkeit des Leiters 560 verringert. Wenn die Dicke des Leiters 560 erhöht wird, kann der Leiter 560 eine Form mit einem hohen Seitenverhältnis aufweisen. Da bei dieser Ausführungsform der Leiter 560 in der Öffnung des Isolators 580 eingebettet bereitgestellt ist, kann selbst dann, wenn der Leiter 560 eine Form mit einem hohen Seitenverhältnis aufweist, der Leiter 560 ausgebildet werden, ohne dass er während des Prozesses zerbricht.
Der Isolator 574 ist vorzugsweise in Kontakt mit einer Oberseite des Isolators 580, einer Oberseite des Leiters 560 und einer Oberseite des Isolators 545 bereitgestellt. Indem der Isolator 574 durch ein Sputterverfahren abgeschieden wird, können Bereiche mit überschüssigem Sauerstoff in dem Isolator 545 und dem Isolator 580 bereitgestellt werden. Dadurch kann dem Oxid 530 Sauerstoff von den Bereichen mit überschüssigem Sauerstoff zugeführt werden.
Beispielsweise kann als Isolator 574 ein Metalloxid, das eine oder mehrere Arten enthält, die aus Hafnium, Aluminium, Gallium, Yttrium, Zirconium, Wolfram, Titan, Tantal, Nickel, Germanium, Magnesium und dergleichen ausgewählt werden, verwendet werden.
Insbesondere weist Aluminiumoxid eine hohe Sperreigenschaft auf, so dass selbst ein dünner Aluminiumoxidfilm mit einer Dicke von größer als oder gleich 0,5 nm und kleiner als oder gleich 3,0 nm eine Diffusion von Wasserstoff und Stickstoff unterdrücken kann. Daher kann Aluminiumoxid, das durch ein Sputterverfahren abgeschieden wird, zum einen als Sauerstoffversorgungsquelle und zum anderen als Sperrfilm gegen Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff, dienen.
Ein Isolator 581, der als Zwischenschichtfilm dient, ist vorzugsweise über dem Isolator 574 bereitgestellt. Wie in dem Isolator 524 oder dergleichen wird vorzugsweise die Konzentration von Verunreinigungen, wie z. B. Wasser oder Wasserstoff, in dem Isolator 581 verringert.
Ein Leiter 540a und ein Leiter 540b sind in Öffnungen angeordnet, die in dem Isolator 581, dem Isolator 574, dem Isolator 580 und dem Isolator 544 ausgebildet sind. Der Leiter 540a und der Leiter 540b sind einander zugewandt bereitgestellt, wobei der Leiter 560 dazwischen liegt. Die Strukturen des Leiters 540a und des Leiters 540b sind denjenigen eines Leiters 546 und eines Leiters 548 ähnlich, welche nachstehend beschrieben werden.
Ein Isolator 582 ist über dem Isolator 581 bereitgestellt. Eine Substanz, die eine Sperreigenschaft gegen Sauerstoff und Wasserstoff aufweist, wird vorzugsweise für den Isolator 582 verwendet. Daher kann ein Material, das demjenigen des Isolators 514 ähnlich ist, für den Isolator 582 verwendet werden. Für den Isolator 582 wird vorzugsweise zum Beispiel ein Metalloxid, wie z. B. Aluminiumoxid, Hafniumoxid oder Tantaloxid, verwendet.
Aluminiumoxid weist insbesondere eine hohe Sperrwirkung auf, die den Durchgang sowohl von Sauerstoff als auch von Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff und Feuchtigkeit, welche eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften des Transistors verursachen, unterbindet. Daher kann Aluminiumoxid verhindern, dass in einem Herstellungsprozess und nach der Herstellung des Transistors Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff und Feuchtigkeit, in den Transistor 500 eindringen. Außerdem kann eine Abgabe von Sauerstoff von dem Oxid, das in dem Transistor 500 enthalten ist, unterdrückt werden. Deshalb wird Aluminiumoxid in geeigneter Weise für den Schutzfilm des Transistors 500 verwendet.
Ein Isolator 586 ist über dem Isolator 582 bereitgestellt. Für den Isolator 586 kann ein Material, das demjenigen des Isolators 379 ähnlich ist, verwendet werden. Wenn ein Material mit relativ niedriger Permittivität für diese Isolatoren eingesetzt wird, kann die parasitäre Kapazität zwischen Leitungen verringert werden. Beispielsweise kann ein Siliziumoxidfilm, ein Siliziumoxynitridfilm oder dergleichen für den Isolator 586 verwendet werden.
Der Leiter 546, der Leiter 548 und dergleichen sind in dem Isolator 520, dem Isolator 522, dem Isolator 524, dem Isolator 544, dem Isolator 580, dem Isolator 574, dem Isolator 581, dem Isolator 582 und dem Isolator 586 eingebettet.
Der Leiter 546 und der Leiter 548 dienen jeweils als Anschlusspfropfen oder Leitung, der/die mit dem Kondensator 600, dem Transistor 500 oder dem Transistor 550 verbunden ist. Der Leiter 546 und der Leiter 548 können unter Verwendung von Materialien, die denjenigen des Leiters 328 und des Leiters 330 ähnlich sind, bereitgestellt werden.
Nach der Ausbildung des Transistors 500 kann eine Öffnung derart ausgebildet werden, dass sie den Transistor 500 umschließt, und ein Isolator mit hoher Sperreigenschaft gegen Wasserstoff oder Wasser kann derart ausgebildet werden, dass er die Öffnung bedeckt. Wenn der Transistor 500 von dem oben genannten Isolator mit hoher Sperreigenschaft umschlossen ist, kann das Eindringen von Feuchtigkeit und Wasserstoff von außen verhindert werden. Alternativ kann eine Vielzahl von Transistoren 500 sämtlich von dem Isolator mit hoher Sperreigenschaft gegen Wasserstoff oder Wasser umschlossen sein. Wenn eine Öffnung derart ausgebildet wird, dass sie den Transistor 500 umschließt, wird beispielsweise eine Öffnung, die den Isolator 522 oder den Isolator 514 erreicht, ausgebildet und wird der oben genannte Isolator mit hoher Sperreigenschaft in Kontakt mit dem Isolator 522 oder dem Isolator 514 ausgebildet, was vorzuziehen ist, da diese Schritte auch als Teil des Herstellungsprozesses des Transistors 500 dienen können. Es sei angemerkt, dass als Isolator mit hoher Sperreigenschaft gegen Wasserstoff oder Wasser beispielsweise ein Material, das demjenigen des Isolators 522 oder des Isolators 514 ähnlich ist, verwendet werden kann.
Des Weiteren ist der Kondensator 600 oberhalb des Transistors 500 bereitgestellt. Der Kondensator 600 beinhaltet einen Leiter 610, einen Leiter 620 und einen Isolator 630.
Ein Leiter 612 kann über dem Leiter 546 und dem Leiter 548 bereitgestellt sein. Der Leiter 612 dient als Anschlusspfropfen oder Leitung, der/die mit dem Transistor 500 verbunden ist. Der Leiter 610 dient als Elektrode des Kondensators 600. Es sei angemerkt, dass der Leiter 612 und der Leiter 610 gleichzeitig ausgebildet werden können.
Für den Leiter 612 und den Leiter 610 kann ein Metallfilm, der ein Element enthält, das aus Molybdän, Titan, Tantal, Wolfram, Aluminium, Kupfer, Chrom, Neodym und Skandium ausgewählt wird, ein Metallnitridfilm, der eines der oben genannten Elemente enthält (ein Tantalnitridfilm, ein Titannitridfilm, ein Molybdännitridfilm oder ein Wolframnitridfilm), oder dergleichen verwendet werden. Alternativ ist es möglich, ein leitendes Material einzusetzen, wie beispielsweise Indiumzinnoxid, Indiumoxid, das Wolframoxid enthält, Indiumzinkoxid, das Wolframoxid enthält, Indiumoxid, das Titanoxid enthält, Indiumzinnoxid, das Titanoxid enthält, Indiumzinkoxid oder Indiumzinnoxid, dem Siliziumoxid zugesetzt ist.
Bei dieser Ausführungsform weisen der Leiter 612 und der Leiter 610 jeweils eine einschichtige Struktur auf; jedoch ist die Struktur nicht darauf beschränkt, und es kann auch eine mehrschichtige Struktur aus zwei oder mehr Schichten zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann zwischen einem Leiter mit einer Sperreigenschaft und einem Leiter mit hoher Leitfähigkeit ein Leiter ausgebildet sein, der auf dem Leiter mit einer Sperreigenschaft und dem Leiter mit hoher Leitfähigkeit stark haftend ist.
Der Leiter 620 ist mit dem Leiter 610 überlappend bereitgestellt, wobei der Isolator 630 dazwischen liegt. Es sei angemerkt, dass für den Leiter 620 ein leitendes Material, wie z. B. ein Metallmaterial, ein Legierungsmaterial oder ein Metalloxidmaterial, verwendet werden kann. Vorzugsweise wird ein hochschmelzendes Material, das sowohl Wärmebeständigkeit als auch Leitfähigkeit aufweist, wie z. B. Wolfram oder Molybdän, verwendet, und besonders vorzugsweise wird Wolfram verwendet. Wenn der Leiter 620 gleichzeitig mit einer anderen Komponente, wie z. B. einem Leiter, ausgebildet wird, kann Kupfer (Cu), Aluminium (Al) oder dergleichen, welche Metallmaterialien mit niedrigem Widerstand sind, verwendet werden.
Ein Isolator 640 ist über dem Leiter 620 und dem Isolator 630 bereitgestellt. Der Isolator 640 kann unter Verwendung eines Materials, das demjenigen des Isolators 379 ähnlich ist, bereitgestellt werden. Der Isolator 640 kann als Planarisierungsfilm dienen, der eine unebene Form unter diesem abdeckt.
Unter Verwendung dieser Struktur kann bei einer Halbleitervorrichtung, die einen Transistor beinhaltet, der einen Oxidhalbleiter enthält, eine Miniaturisierung oder eine hohe Integration erzielt werden.
Diese Ausführungsform kann gegebenenfalls mit einer beliebigen der anderen Ausführungsformen und dergleichen in dieser Beschreibung kombiniert werden.
(Ausführungsform 5)
Bei dieser Ausführungsform wird ein Metalloxid (nachstehend auch als Oxidhalbleiter bezeichnet) beschrieben, das für den bei der vorstehenden Ausführungsform beschriebenen OS-Transistor verwendet werden kann.
Ein Metalloxid enthält vorzugsweise Indium oder Zink. Insbesondere sind vorzugsweise Indium und Zink enthalten. Außerdem ist vorzugsweise Aluminium, Gallium, Yttrium, Zinn oder dergleichen enthalten. Ferner können eine oder mehrere Arten, die aus Bor, Silizium, Titan, Eisen, Nickel, Germanium, Zirconium, Molybdän, Lanthan, Cer, Neodym, Hafnium, Tantal, Wolfram, Magnesium, Cobalt und dergleichen ausgewählt werden, enthalten sein.
<Klassifizierung von Kristallstrukturen>
Zuerst wird die Klassifizierung der Kristallstrukturen eines Oxidhalbleiters anhand von 18A beschrieben. 18A ist ein Diagramm, das die Klassifizierung der Kristallstrukturen eines Oxidhalbleiters, typischerweise IGZO (eines Metalloxids, das In, Ga und Zn enthält), zeigt.
Wie in 18A gezeigt, wird ein Oxidhalbleiter grob in „Amorph“, „Kristallin“ und „Kristall“ klassifiziert. „Amorph“ umfasst „vollständig amorph“. „Kristallin“ umfasst „CAAC“ (c-axis aligned crystalline bzw. einen Kristall mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse), „nc“ (nanocrystalline bzw. nanokristallin) und „CAC“ (Cloud-Aligned Composite bzw. einen wolkenartig ausgerichteten Verbund). Es sei angemerkt, dass „Einkristall“, „Polykristall“ und „vollständig amorph“ aus der Kategorie von „Kristallin“ ausgeschlossen werden. „Kristall“ umfasst „Einkristall“ und „Polykristall“.
Es sei angemerkt, dass sich die Strukturen im dicken Rahmen in 18A in einem Zwischenzustand zwischen „Amorph“ und „Kristall“ befinden und zu einem neuen Grenzgebiet (einer neuen kristallinen Phase) gehören. Das heißt, dass sich diese Strukturen von „Amorph“, welches energetisch instabil ist, oder „Kristall“ völlig unterscheiden.
Eine Kristallstruktur eines Films oder eines Substrats kann mit einem Röntgenbeugungs- (x-ray diffraction, XRD-) Spektrum ausgewertet werden. 18B zeigt ein XRD-Spektrum, das durch Messung der Röntgenbeugung unter streifendem Einfall (grazing incidence XRD, GIXD) erhalten wird, eines CAAC-IGZO-Films, der in „Kristallin“ klassifiziert wird. Es sei angemerkt, dass ein GIXD-Verfahren auch als Dünnfilmverfahren oder Seemann-Bohlin-Verfahren bezeichnet wird. Das in 18B gezeigte XRD-Spektrum, das durch die GIXD-Messung erhalten wird, wird nachstehend einfach als XRD-Spektrum bezeichnet. Es sei angemerkt, dass der CAAC-IGZO-Film in 18B eine Zusammensetzung in der Nähe von In:Ga:Zn = 4:2:3 [Atomverhältnis] aufweist. Der CAAC-IGZO-Film in 18B weist eine Dicke von 500 nm auf.
Wie in 18B gezeigt, wird ein Peak, der eine eindeutige Kristallinität anzeigt, in dem XRD-Spektrum des CAAC-IGZO-Films erfasst. Insbesondere wird ein Peak, der eine Ausrichtung bezüglich der c-Achse anzeigt, bei 2θ von ungefähr 31° in dem XRD-Spektrum des CAAC-IGZO-Films erfasst. Es sei angemerkt, dass, wie in 18B gezeigt, der Peak bei 2θ von ungefähr 31° eine asymmetrische Form aufweist, wobei der Winkel, bei dem die Peakintensität erfasst wird, die Achse ist.
Eine Kristallstruktur eines Films oder eines Substrats kann mit einem Beugungsmuster, das durch ein Nanostrahlelektronenbeugungs- (nano beam electron diffraction, NBED-) Verfahren erhalten wird (auch als Nanostrahlelektronenbeugungsmuster bezeichnet), ausgewertet werden. 18C zeigt ein Beugungsmuster des CAAC-IGZO-Films. 18C zeigt ein Beugungsmuster, das durch NBED, bei der ein Elektronenstrahl parallel zu dem Substrat einfällt, beobachtet wird. Es sei angemerkt, dass die Zusammensetzung des CAAC-IGZO-Films in 18C in der Nähe von In:Ga:Zn = 4:2:3 [Atomverhältnis] liegt. In dem Nanostrahlelektronenbeugungsverfahren wird eine Elektronenbeugung mit einem Probendurchmesser von 1 nm durchgeführt.
Wie in 18C gezeigt, wird eine Vielzahl von Punkten, die eine Ausrichtung bezüglich der c-Achse anzeigen, in dem Beugungsmuster des CAAC-IGZO-Films beobachtet.
«Struktur eines Oxidhalbleiters»
Im Hinblick auf die Kristallstruktur könnten Oxidhalbleiter auf andere Weise als diejenige in 18A klassifiziert werden. Oxidhalbleiter werden beispielsweise in einen einkristallinen Oxidhalbleiter und einen nicht-einkristallinen Oxidhalbleiter klassifiziert. Beispiele für den nicht-einkristallinen Oxidhalbleiter umfassen den CAAC-OS und den nc-OS, welche vorstehend beschrieben worden sind. Weitere Beispiele für den nicht-einkristallinen Oxidhalbleiter umfassen einen polykristallinen Oxidhalbleiter, einen amorphähnlichen Oxidhalbleiter (a-ähnlichen OS) und einen amorphen Oxidhalbleiter.
Hier werden der CAAC-OS, der nc-OS und der a-ähnliche OS, welche vorstehend beschrieben worden sind, ausführlich beschrieben.
[CAAC-OS]
Der CAAC-OS ist ein Oxidhalbleiter, der eine Vielzahl von Kristallbereichen aufweist, die jeweils eine Ausrichtung bezüglich der c-Achse in einer bestimmten Richtung aufweisen. Es sei angemerkt, dass die bestimmte Richtung die Dickenrichtung eines CAAC-OS-Films, die Normalrichtung der Ausbildungsoberfläche des CAAC-OS-Films oder die Normalrichtung der Oberfläche des CAAC-OS-Films bezeichnet. Der Kristallbereich bezeichnet einen Bereich, der eine periodische Atomanordnung aufweist. In dem Fall, in dem eine Atomanordnung als Gitteranordnung betrachtet wird, wird der Kristallbereich auch als Bereich mit einer regelmäßigen Gitteranordnung bezeichnet. Der CAAC-OS umfasst einen Bereich, in dem eine Vielzahl von Kristallbereichen in Richtung der a-b-Ebene verbunden ist, und der Bereich weist in einigen Fällen eine Verzerrung auf. Es sei angemerkt, dass eine Verzerrung einen Abschnitt bezeichnet, in dem sich die Richtung einer Gitteranordnung zwischen einem Bereich mit einer gleichmäßigen Gitteranordnung und einem anderen Bereich mit einer gleichmäßigen Gitteranordnung in einem Bereich verändert, in dem eine Vielzahl von Kristallbereichen verbunden ist. Das heißt, dass der CAAC-OS ein Oxidhalbleiter ist, der eine Ausrichtung bezüglich der c-Achse aufweist und keine deutliche Ausrichtung in Richtung der a-b-Ebene aufweist.
Es sei angemerkt, dass jeder der Vielzahl von Kristallbereichen aus einem oder mehreren feinen Kristallen (Kristallen, die jeweils einen maximalen Durchmesser von kleiner als 10 nm aufweisen) gebildet wird. In dem Fall, in dem der Kristallbereich aus einem feinen Kristall gebildet wird, ist der maximale Durchmesser des Kristallbereichs kleiner als 10 nm. In dem Fall, in dem der Kristallbereich aus einer großen Anzahl von feinen Kristallen gebildet wird, könnte die Größe des Kristallbereichs ungefähr mehrere zehn Nanometer sein.
Im Falle eines In-M-Zn-Oxids (das Element M ist eine oder mehrere Arten, die aus Aluminium, Gallium, Yttrium, Zinn, Titan und dergleichen ausgewählt werden) gibt es die Tendenz, dass der CAAC-OS eine mehrschichtige Kristallstruktur (auch als mehrschichtige Struktur bezeichnet) aufweist, bei der eine Schicht, die Indium (In) und Sauerstoff enthält (nachstehend als In-Schicht bezeichnet), und eine Schicht, die das Element M, Zink (Zn) und Sauerstoff enthält (nachstehend als (M,Zn)-Schicht bezeichnet), übereinander angeordnet sind. Es sei angemerkt, dass Indium und das Element M durcheinander ersetzt werden können. Deshalb kann Indium in der (M,Zn)-Schicht enthalten sein. Außerdem kann das Element M in der In-Schicht enthalten sein. Es sei angemerkt, dass Zn in der In-Schicht enthalten sein könnte. Eine derartige mehrschichtige Struktur wird beispielsweise in einem hochauflösenden TEM-Bild als Gitterbild beobachtet.
Wenn beispielsweise der CAAC-OS-Film einer Strukturanalyse mittels eines XRD-Geräts unterzogen wird, wird durch die Out-of-Plane-XRD-Messung mit einem θ/2θ-Scan ein Peak, der eine Ausrichtung bezüglich der c-Achse anzeigt, bei 2θ von 31° oder in der Nähe davon erfasst. Es sei angemerkt, dass sich die Position des Peaks, der eine Ausrichtung bezüglich der c-Achse anzeigt (der Wert von 2θ), abhängig von der Art, der Zusammensetzung oder dergleichen des Metallelements, das in dem CAAC-OS enthalten ist, ändern könnte.
Beispielsweise wird eine Vielzahl von hellen Punkten (Punkten) in dem Elektronenbeugungsmuster des CAAC-OS-Films beobachtet. Es sei angemerkt, dass ein Punkt und ein anderer Punkt punktsymmetrisch beobachtet werden, wobei ein Punkt des einfallenden Elektronenstrahls, der eine Probe passiert (auch als direkter Punkt bezeichnet), das Zentrum der Symmetrie ist.
Wenn der Kristallbereich aus einer bestimmten Richtung beobachtet wird, weist die Gitteranordnung in diesem Kristallbereich grundsätzlich ein hexagonales Gitter auf; die Gittereinheit weist jedoch nicht immer ein regelmäßiges Sechseck, sondern auch in einigen Fällen ein unregelmäßiges Sechseck auf. Eine fünfeckige Gitteranordnung, eine siebeneckige Gitteranordnung und dergleichen sind in einigen Fällen in der Verzerrung enthalten. Es sei angemerkt, dass eine eindeutige Kristallkorngrenze (Grain-Boundary) selbst in der Nähe der Verzerrung in dem CAAC-OS nicht beobachtet werden kann. Das heißt, dass die Bildung einer Kristallkorngrenze durch die Verzerrung einer Gitteranordnung ver- bzw. behindert wird. Das liegt wahrscheinlich daran, dass der CAAC-OS eine Verzerrung dank einer niedrigen Dichte der Anordnung von Sauerstoffatomen in Richtung der a-b-Ebene, einer Veränderung des interatomaren Bindungsabstands durch Substitution eines Metallatoms und dergleichen tolerieren kann.
Es sei angemerkt, dass eine Kristallstruktur, bei der eine eindeutige Kristallkorngrenze beobachtet wird, ein sogenannter Polykristall ist. Es ist sehr wahrscheinlich, dass die Kristallkorngrenze als Rekombinationszentrum dient und Ladungsträger eingefangen werden, was zu einer Verringerung des Durchlassstroms, einer Verringerung der Feldeffektbeweglichkeit oder dergleichen eines Transistors führt. Daher ist der CAAC-OS, in dem keine eindeutige Kristallkorngrenze beobachtet wird, ein kristallines Oxid mit einer Kristallstruktur, die für eine Halbleiterschicht eines Transistors geeignet ist. Es sei angemerkt, dass Zn vorzugsweise enthalten ist, um den CAAC-OS zu bilden. Beispielsweise werden ein In-Zn-Oxid und ein In-Ga-Zn-Oxid bevorzugt, da diese Oxide im Vergleich zu einem In-Oxid die Erzeugung einer Kristallkorngrenze unterdrücken können.
Der CAAC-OS ist ein Oxidhalbleiter mit hoher Kristallinität, in dem keine eindeutige Kristallkorngrenze beobachtet wird. In dem CAAC-OS tritt daher eine Verringerung der Elektronenbeweglichkeit aufgrund der Kristallkorngrenze mit geringerer Wahrscheinlichkeit auf. Ein Eindringen von Verunreinigungen, eine Bildung von Defekten und dergleichen könnte die Kristallinität eines Oxidhalbleiters verringern. Dies bedeutet, dass der CAAC-OS ein Oxidhalbleiter ist, der geringe Mengen an Verunreinigungen und Defekten (z. B. Sauerstofffehlstellen) aufweist. Daher ist ein Oxidhalbleiter, der den CAAC-OS enthält, physikalisch stabil. Deshalb ist der Oxidhalbleiter, der den CAAC-OS enthält, wärmebeständig und weist eine hohe Zuverlässigkeit auf. Der CAAC-OS ist auch bei einer hohen Temperatur im Herstellungsprozess (sogenannter Wärmeumsatz bzw. thermal budget) stabil. Die Verwendung des CAAC-OS für einen OS-Transistor kann daher den Freiheitsgrad des Herstellungsprozesses erhöhen.
[nc-OS]
In dem nc-OS weist ein mikroskopischer Bereich (zum Beispiel ein Bereich mit einer Größe von größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 10 nm, insbesondere ein Bereich mit einer Größe von größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 3 nm) eine regelmäßige Atomanordnung auf. Mit anderen Worten: Der nc-OS enthält einen feinen Kristall. Es sei angemerkt, dass die Größe des feinen Kristalls beispielsweise größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 10 nm, insbesondere größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 3 nm ist; daher wird der feine Kristall auch als Nanokristall bezeichnet. Es gibt keine Regelmäßigkeit der Kristallausrichtung zwischen unterschiedlichen Nanokristallen in dem nc-OS. Daher wird keine Ausrichtung des gesamten Films beobachtet. Deshalb kann man den nc-OS in einigen Fällen nicht von einem a-ähnlichen OS und einem amorphen Oxidhalbleiter in Abhängigkeit von einem Analyseverfahren unterscheiden. Wenn beispielsweise der nc-OS-Film einer Strukturanalyse mittels eines XRD-Geräts unterzogen wird, wird durch die Out-of-Plane-XRD-Messung mit einem θ/2θ-Scan kein Peak, der eine Kristallinität anzeigt, erfasst. Ferner wird ein Beugungsmuster wie ein Halo-Muster beobachtet, wenn der nc-OS-Film einer Elektronenbeugung (auch als Feinbereichsbeugung bezeichnet) mittels eines Elektronenstrahls mit einem Probendurchmesser, der größer ist als derjenige eines Nanokristalls (z. B. größer als oder gleich 50 nm), unterzogen wird. Im Gegensatz dazu wird in einigen Fällen ein Elektronenbeugungsmuster erhalten, in dem eine Vielzahl von Punkten in einem ringförmigen Bereich rund um einen direkten Punkt beobachtet wird, wenn der nc-OS-Film einer Elektronenbeugung (auch als Nanostrahl-Elektronenbeugung bezeichnet) mittels eines Elektronenstrahls mit einem Probendurchmesser, der nahezu gleich oder kleiner als derjenige eines Nanokristalls ist (z. B. größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 30 nm), unterzogen wird.
[a-ähnlicher OS]
Der a-ähnliche OS ist ein Oxidhalbleiter, der eine Struktur aufweist, die zwischen derjenigen des nc-OS und derjenigen des amorphen Oxidhalbleiters liegt. Der a-ähnliche OS enthält einen Hohlraum oder einen Bereich mit niedriger Dichte. Das heißt, dass der a-ähnliche OS im Vergleich zu dem nc-OS und dem CAAC-OS eine niedrigere Kristallinität aufweist. Das heißt, dass der a-ähnliche OS im Vergleich zu dem nc-OS und dem CAAC-OS eine höhere Wasserstoffkonzentration in dem Film aufweist.
«Struktur eines Oxidhalbleiters»
Als Nächstes wird der vorstehend beschriebene CAC-OS ausführlich beschrieben. Es sei angemerkt, dass der CAC-OS die Materialzusammensetzung betrifft.
[CAC-OS]
Es handelt sich bei dem CAC-OS beispielsweise um ein Material mit einer Zusammensetzung, bei der Elemente, die in einem Metalloxid enthalten sind, ungleichmäßig verteilt sind, wobei sie jeweils eine Größe von größer als oder gleich 0,5 nm und kleiner als oder gleich 10 nm, bevorzugt größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 3 nm oder eine ähnliche Größe aufweisen. Es sei angemerkt, dass in der folgenden Beschreibung eines Metalloxids ein Zustand, in dem ein oder mehrere Metallelemente ungleichmäßig verteilt sind und Bereiche, die das/die Metallelement/e enthalten, mit einer Größe von größer als oder gleich 0,5 nm und kleiner als oder gleich 10 nm, bevorzugt größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 3 nm oder einer ähnlichen Größe vermischt sind, als Mosaikmuster oder patchartiges Muster bezeichnet wird.
Außerdem weist der CAC-OS eine Zusammensetzung auf, in der sich Materialien in einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich trennen, um ein Mosaikmuster zu bilden, und der erste Bereich in dem Film verteilt ist (nachstehend auch als wolkenartige Zusammensetzung bezeichnet). Das heißt, dass der CAC-OS ein Verbundmetalloxid mit einer Zusammensetzung ist, in der der erste Bereich und der zweite Bereich gemischt sind.
Hier werden die Atomverhältnisse von In, Ga und Zn zu den Metallelementen, die in dem CAC-OS in einem In-Ga-Zn-Oxid enthalten sind, als [In], [Ga] bzw. [Zn] bezeichnet. Beispielsweise weist der erste Bereich in dem CAC-OS in dem In-Ga-Zn-Oxid [In] auf, welches größer ist als dasjenige in der Zusammensetzung des CAC-OS-Films. Außerdem weist der zweite Bereich [Ga] auf, welches größer ist als dasjenige in der Zusammensetzung des CAC-OS-Films. Alternativ weist der erste Bereich beispielsweise [In], welches größer ist als dasjenige in dem zweiten Bereich, und [Ga] auf, welches kleiner ist als dasjenige in dem zweiten Bereich. Außerdem weist der zweite Bereich [Ga], welches größer ist als dasjenige in dem ersten Bereich, und [In] auf, welches kleiner ist als dasjenige in dem ersten Bereich.
Insbesondere handelt es sich bei dem ersten Bereich um einen Bereich, der Indiumoxid, Indiumzinkoxid oder dergleichen als Hauptkomponente enthält. Außerdem handelt es sich bei dem zweiten Bereich um einen Bereich, der Galliumoxid, Galliumzinkoxid oder dergleichen als Hauptkomponente enthält. Das heißt, dass der erste Bereich auch als Bereich, der In als Hauptkomponente enthält, bezeichnet werden kann. Außerdem kann der zweite Bereich auch als Bereich, der Ga als Hauptkomponente enthält, bezeichnet werden.
Es sei angemerkt, dass in einigen Fällen keine eindeutige Grenze zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich beobachtet wird.
Beispielsweise bestätigt auch ein durch energiedispersive Röntgenspektroskopie (energy dispersive X-ray spectroscopy, EDX) erhaltenes Verteilungsbild, dass ein CAC-OS in einem In-Ga-Zn-Oxid eine Struktur aufweist, bei der der Bereich, der In als Hauptkomponente enthält (der erste Bereich), und der Bereich, der Ga als Hauptkomponente enthält (der zweite Bereich), ungleichmäßig verteilt und vermischt sind.
In dem Fall, in dem der CAC-OS für einen Transistor verwendet wird, komplementieren die Leitfähigkeit, die von dem ersten Bereich stammt, und die isolierende Eigenschaft, die von dem zweiten Bereich stammt, miteinander, wodurch der CAC-OS eine Schaltfunktion (Ein-/Ausschaltfunktion) aufweisen kann. Mit anderen Worten: Ein CAC-OS weist eine leitende Funktion in einem Teil des Materials auf und weist eine isolierende Funktion in einem anderen Teil des Materials auf; als gesamtes Material weist der CAC-OS eine Funktion eines Halbleiters auf. Eine Trennung der leitenden Funktion und der isolierenden Funktion kann jede Funktion maximieren. Daher können, indem der CAC-OS für einen Transistor verwendet wird, ein hoher Durchlassstrom (I_on), eine hohe Feldeffektbeweglichkeit (µ) und ein vorteilhafter Schaltbetrieb erhalten werden.
Ein Oxidhalbleiter kann verschiedene Strukturen aufweisen, die unterschiedliche Eigenschaften zeigen. Zwei oder mehr von dem amorphen Oxidhalbleiter, dem polykristallinen Oxidhalbleiter, dem a-ähnlichen OS, dem CAC-OS, dem nc-OS und dem CAAC-OS können in einem Oxidhalbleiter einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten sein.
<Transistor, der den Oxidhalbleiter enthält>
Als Nächstes wird der Fall beschrieben, in dem der vorstehende Oxidhalbleiter für einen Transistor verwendet wird.
Wenn der vorstehende Oxidhalbleiter für einen Transistor verwendet wird, kann ein Transistor erhalten werden, der eine hohe Feldeffektbeweglichkeit aufweist. Außerdem kann ein Transistor erhalten werden, der eine hohe Zuverlässigkeit aufweist.
Vorzugsweise wird ein Oxidhalbleiter mit einer niedrigen Ladungsträgerkonzentration für den Transistor verwendet. Die Ladungsträgerkonzentration des Oxidhalbleiters ist beispielsweise niedriger als oder gleich 1 × 10¹⁷ cm^-3, bevorzugt niedriger als oder gleich 1 × 10¹⁵ cm^-3, bevorzugter niedriger als oder gleich 1 × 10¹³ cm^-3, noch bevorzugter niedriger als oder gleich 1 × 10¹¹ cm^-3, sogar noch bevorzugter niedriger als 1 × 10¹⁰ cm^-3 und höher als oder gleich 1 × 10 ^-9 cm^-3. In dem Fall, in dem die Ladungsträgerkonzentration eines Oxidhalbleiterfilms verringert werden soll, wird die Verunreinigungskonzentration in dem Oxidhalbleiterfilm verringert, um die Dichte der Defektzustände zu verringern. In dieser Beschreibung und dergleichen wird ein Zustand mit niedriger Verunreinigungskonzentration und niedriger Dichte der Defektzustände als hochreiner intrinsischer oder im Wesentlichen hochreiner intrinsischer Zustand bezeichnet. Es sei angemerkt, dass ein Oxidhalbleiter mit einer niedrigen Ladungsträgerkonzentration in einigen Fällen als hochreiner intrinsischer oder im Wesentlichen hochreiner intrinsischer Oxidhalbleiter bezeichnet wird.
Ein hochreiner intrinsischer oder im Wesentlichen hochreiner intrinsischer Oxidhalbleiterfilm weist eine niedrige Dichte der Defektzustände auf und weist daher in einigen Fällen eine niedrige Dichte der Einfangzustände auf.
Eine Ladung, die von den Einfangzuständen in dem Oxidhalbleiter eingefangen wird, benötigt eine lange Zeit, bis sie sich verliert, und sie kann sich wie feste Ladung verhalten. Daher weist ein Transistor, dessen Kanalbildungsbereich in einem Oxidhalbleiter mit hoher Dichte der Einfangzustände gebildet wird, in einigen Fällen instabile elektrische Eigenschaften auf.
Um stabile elektrische Eigenschaften des Transistors zu erhalten, ist es daher effektiv, die Verunreinigungskonzentration in dem Oxidhalbleiter zu verringern. Um die Verunreinigungskonzentration in dem Oxidhalbleiter zu verringern, wird vorzugsweise auch die Verunreinigungskonzentration in einem Film verringert, der dem Oxidhalbleiter benachbart ist. Beispiele für die Verunreinigungen umfassen Wasserstoff, Stickstoff, ein Alkalimetall, ein Erdalkalimetall, Eisen, Nickel und Silizium.
<Verunreinigung>
Hier wird der Einfluss von Verunreinigungen in dem Oxidhalbleiter beschrieben.
Wenn Silizium oder Kohlenstoff, welche Elemente der Gruppe 14 sind, in dem Oxidhalbleiter enthalten ist, werden Defektzustände in dem Oxidhalbleiter gebildet. Daher werden die Silizium- und Kohlenstoffkonzentration in dem Oxidhalbleiter und die Silizium- und Kohlenstoffkonzentration in der Nähe einer Grenzfläche zu dem Oxidhalbleiter (die durch Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) erhaltene Konzentration) auf niedriger als oder gleich 2 × 10¹⁸ Atome/cm³, bevorzugt niedriger als oder gleich 2 × 10¹⁷ Atome/cm³ eingestellt.
Wenn der Oxidhalbleiter ein Alkalimetall oder ein Erdalkalimetall enthält, werden in einigen Fällen Defektzustände gebildet und Ladungsträger erzeugt. Daher ist es wahrscheinlich, dass ein Transistor, bei dem ein ein Alkalimetall oder ein Erdalkalimetall enthaltender Oxidhalbleiter verwendet wird, selbstleitende Eigenschaften aufweist. Daher wird die durch SIMS erhaltene Alkalimetall- oder Erdalkalimetallkonzentration in dem Oxidhalbleiter auf niedriger als oder gleich 1 × 10¹⁸ Atome/cm³, bevorzugt niedriger als oder gleich 2 × 10¹⁶ Atome/cm³ eingestellt.
Wenn der Oxidhalbleiter Stickstoff enthält, wird der Oxidhalbleiter infolge der Erzeugung von Elektronen, die als Ladungsträger dienen, und eines Anstiegs der Ladungsträgerkonzentration leicht zum n-Typ. Daher ist es wahrscheinlich, dass ein Transistor, bei dem ein stickstoffhaltiger Oxidhalbleiter als Halbleiter verwendet wird, selbstleitende Eigenschaften aufweist. Wenn der Oxidhalbleiter Stickstoff enthält, werden in einigen Fällen Einfangzustände gebildet. Dies könnte zu instabilen elektrischen Eigenschaften des Transistors führen. Daher wird die durch SIMS erhaltene Stickstoffkonzentration in dem Oxidhalbleiter auf niedriger als 5 × 10¹⁹ Atome/cm³, bevorzugt 5 × 10¹⁸ Atome/cm³ oder niedriger, bevorzugter 1 × 10¹⁸ Atome/cm³ oder niedriger, noch bevorzugter 5 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder niedriger eingestellt.
Wasserstoff, der in dem Oxidhalbleiter enthalten ist, reagiert mit Sauerstoff, der an ein Metallatom gebunden ist, zu Wasser und erzeugt daher in einigen Fällen eine Sauerstofffehlstelle. Infolge des Eindringens von Wasserstoff in die Sauerstofffehlstelle wird in einigen Fällen ein Elektron erzeugt, das als Ladungsträger dient. In einigen Fällen führt die Bindung eines Teils von Wasserstoff an Sauerstoff, der an ein Metallatom gebunden ist, ferner zur Erzeugung eines Elektrons, das als Ladungsträger dient. Daher ist es wahrscheinlich, dass ein Transistor, bei dem ein wasserstoffhaltiger Oxidhalbleiter verwendet wird, selbstleitende Eigenschaften aufweist. Demzufolge wird Wasserstoff in dem Oxidhalbleiter vorzugsweise so weit wie möglich verringert. Insbesondere wird die durch SIMS erhaltene Wasserstoffkonzentration in dem Oxidhalbleiter auf niedriger als 1 × 10²⁰ Atome/cm³, bevorzugt niedriger als 1 × 10¹⁹ Atome/cm³, bevorzugter niedriger als 5 × 10¹⁸ Atome/cm³, noch bevorzugter niedriger als 1 × 10¹⁸ Atome/cm³ eingestellt.
Wenn ein Oxidhalbleiter, in dem Verunreinigungen ausreichend verringert sind, für einen Kanalbildungsbereich eines Transistors verwendet wird, kann der Transistor stabile elektrische Eigenschaften aufweisen.
Es sei angemerkt, dass diese Ausführungsform gegebenenfalls mit einer beliebigen der anderen Ausführungsformen in dieser Beschreibung kombiniert werden kann.
(Ausführungsform 6)
Bei dieser Ausführungsform werden ein Beispiel für einen Halbleiterwafer, über dem die bei der vorstehenden Ausführungsform beschriebene Halbleitervorrichtung oder dergleichen ausgebildet ist, und ein Beispiel für ein elektronisches Bauelement, in dem diese Halbleitervorrichtung integriert ist, beschrieben.
<Halbleiterwafer>
Als Erstes wird ein Beispiel für einen Halbleiterwafer, über dem eine Halbleitervorrichtung oder dergleichen ausgebildet ist, anhand von 19A beschrieben.
Ein Halbleiterwafer 4800, der in 19A dargestellt ist, umfasst einen Wafer 4801 und eine Vielzahl von Schaltungsabschnitten 4802, die auf einer Oberseite des Wafers 4801 bereitgestellt sind. Es sei angemerkt, dass auf der Oberseite des Wafers 4801 ein Abstand 4803 einem Abschnitt ohne den Schaltungsabschnitt 4802 entspricht und als Bereich zur Vereinzelung dient.
Der Halbleiterwafer 4800 kann hergestellt werden, indem in einem Pre-Prozess die Vielzahl von Schaltungsabschnitten 4802 auf einer Oberfläche des Wafers 4801 ausgebildet wird. Danach kann eine Seite des Wafers 4801, die der Oberfläche gegenüberliegt, auf der die Vielzahl von Schaltungsabschnitten 4802 ausgebildet ist, geschleift werden, um die Dicke des Wafers 4801 zu verringern. Durch diesen Prozess kann eine Verkrümmung des Wafers 4801 oder dergleichen verringert werden und kann die Größe eines Bauteils verkleinert werden.
Als nächster Schritt wird ein Vereinzelungsschritt durchgeführt. Die Vereinzelung wird entlang Anreißlinien SCL1 und Anreißlinien SCL2 (in einigen Fällen auch als Vereinzelungslinien oder Schnittlinien bezeichnet), die durch Strichpunktlinien dargestellt sind, durchgeführt. Es sei angemerkt, dass um den Vereinzelungsschritt zu vereinfachen, der Abstand 4803 vorzugsweise derart bereitgestellt wird, dass mehrere Anreißlinien SCL1 parallel zueinander sind, mehrere Anreißlinien SCL2 parallel zueinander sind und sich die Anreißlinien SCL1 und die Anreißlinien SCL2 senkrecht zueinander kreuzen.
Durch den Vereinzelungsschritt kann ein Chip 4800a, der in 19B dargestellt ist, von dem Halbleiterwafer 4800 getrennt werden. Der Chip 4800a umfasst einen Wafer 4801 a, den Schaltungsabschnitt 4802 und einen Abstand 4803a. Es sei angemerkt, dass der Abstand 4803a vorzugsweise so klein wie möglich gestaltet wird. In diesem Fall kann die Breite des Abstands 4803 zwischen den benachbarten Schaltungsabschnitten 4802 im Wesentlichen gleich der Breite der Anreißlinie SCL1 oder der Breite der Anreißlinie SCL2 sein.
Es sei angemerkt, dass die Form eines Elementsubstrats einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf die Form des in 19A dargestellten Halbleiterwafers 4800 beschränkt ist. Beispielsweise kann ein rechteckiger Halbleiterwafer eingesetzt werden. Die Form des Elementsubstrats kann entsprechend einem Herstellungsprozess eines Elements und einer Vorrichtung zum Herstellen eines Elements angemessen verändert werden.
<Elektronisches Bauelement>
19C stellt perspektivische Ansichten eines elektronischen Bauelements 4700 und einer Leiterplatte (Leiterplatte 4704) dar, auf der das elektronische Bauelement 4700 montiert ist. Das in 19C dargestellte elektronische Bauelement 4700 umfasst den Chip 4800a in einem Formteil 4711. Als Chip 4800a kann eine Speichervorrichtung oder dergleichen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
In 19C ist ein Teil weggelassen, um das Innere des elektronischen Bauelements 4700 darzustellen. Das elektronische Bauelement 4700 weist ein Lötauge 4712 auf der Außenseite des Formteils 4711 auf. Das Lötauge 4712 ist elektrisch mit einem Elektrodenpad 4713 verbunden, und das Elektrodenpad 4713 ist über einen Draht 4714 elektrisch mit dem Chip 4800a verbunden. Das elektronische Bauelement 4700 ist beispielsweise auf einer gedruckten Leiterplatte 4702 montiert. Derartige IC-Chips werden kombiniert und auf der gedruckten Leiterplatte 4702 elektrisch miteinander verbunden; somit wird die Leiterplatte 4704 fertiggestellt.
19D stellt eine perspektivische Ansicht eines elektronischen Bauelements 4730 dar. Das elektronische Bauelement 4730 ist ein Beispiel für ein System-in-Package (SiP) oder ein Multi-Chip-Modul (MCM). Bei dem elektronischen Bauelement 4730 ist ein Abstandshalter 4731 über dem Gehäusesubstrat 4732 (einer gedruckten Leiterplatte) bereitgestellt und sind eine Halbleitervorrichtung 4735 und eine Vielzahl von Halbleitervorrichtungen 4710 über dem Abstandshalter 4731 bereitgestellt.
Als Halbleitervorrichtung 4710 kann beispielsweise der Chip 4800a, die bei der vorstehenden Ausführungsform beschriebene Halbleitervorrichtung oder ein High Bandwidth Memory (HBM) verwendet werden. Außerdem kann für die Halbleitervorrichtung 4735 eine integrierte Schaltung (Halbleitervorrichtung), wie z. B. ein CPU, ein GPU, ein FPGA oder eine Speichervorrichtung verwendet werden.
Als Gehäusesubstrat 4732 kann ein Keramiksubstrat, ein Kunststoffsubstrat, ein Glasepoxidsubstrat oder dergleichen verwendet werden. Als Abstandshalter 4731 kann ein Siliziumabstandshalter, ein Harzabstandshalter oder dergleichen verwendet werden.
Der Abstandshalter 4731 umfasst eine Vielzahl von Leitungen und funktioniert derart, dass er eine Vielzahl von integrierten Schaltungen mit unterschiedlichen Anschlussabständen elektrisch verbindet. Die Vielzahl von Leitungen ist als Einzelschicht oder Schichtanordnung bereitgestellt. Der Abstandshalter 4731 funktioniert ferner derart, dass er die integrierten Schaltungen, die über dem Abstandshalter 4731 bereitgestellt sind, elektrisch mit einer Elektrode des Gehäusesubstrats 4732 verbindet. Aus diesen Gründen wird der Abstandshalter in einigen Fällen als „Umverdrahtungssubstrat“ oder „Mittelsubstrat“ bezeichnet. In einigen Fällen wird der Abstandshalter 4731 mit einer Durchgangselektrode versehen, und unter Verwendung dieser Durchgangselektrode werden die integrierte Schaltung und das Gehäusesubstrat 4732 elektrisch verbunden. Beim Siliziumabstandshalter kann ferner als Durchgangselektrode eine Silizium-Durchkontaktierung (Through Silicon Via, TSV) verwendet werden.
Als Abstandshalter 4731 wird vorzugsweise ein Siliziumabstandshalter verwendet. Es ist unnötig, bei einem Siliziumabstandshalter ein aktives Element bereitzustellen; daher kann er mit geringeren Kosten hergestellt werden als eine integrierte Schaltung. Andererseits können Leitungen für einen Siliziumabstandshalter durch einen Halbleiterprozess ausgebildet werden; daher kann die Ausbildung von miniaturisierten Leitungen leicht erzielt werden, was bei einem Harzabstandshalter schwer ist.
Beim HBM müssen viele Leitungen verbunden werden, um eine hohe Speicherbandbreite zu erzielen. Aus diesem Grund wird bei dem Abstandshalter, an dem ein HBM montiert wird, eine Ausbildung von miniaturisierten Leitungen mit hoher Dichte erfordert. Daher wird als Abstandshalter, an dem ein HBM montiert wird, vorzugsweise ein Siliziumabstandshalter verwendet.
Beim SiP, MCM und dergleichen, bei dem ein Siliziumabstandshalter verwendet wird, tritt eine Verringerung der Zuverlässigkeit aufgrund der Differenz zwischen dem Ausdehnungskoeffizienten der integrierten Schaltung und demjenigen des Abstandshalters mit weniger Wahrscheinlichkeit auf. Ferner tritt, da die Ebenheit der Oberfläche des Siliziumabstandshalters hoch ist, eine schlechte Verbindung zwischen der integrierten Schaltung, die über dem Siliziumabstandshalter bereitgestellt ist, und dem Siliziumabstandshalter mit weniger Wahrscheinlichkeit auf. Insbesondere wird beim 2,5D-Gehäuse (2,5D-Montierung), bei dem eine Vielzahl von integrierten Schaltungen über einem Abstandshalter nebeneinander angeordnet wird, vorzugsweise ein Siliziumabstandshalter verwendet.
Des Weiteren kann ein Kühlkörper (eine Abstrahlplatte) mit dem elektronischen Bauelement 4730 überlappend bereitgestellt sein. Wenn ein Kühlkörper bereitgestellt ist, sind die Höhen der integrierten Schaltungen, die über dem Abstandshalter 4731 bereitgestellt sind, vorzugsweise gleich. Beispielsweise sind bei dem bei dieser Ausführungsform beschriebenen elektronischen Bauelement 4730 die Höhen der Halbleitervorrichtungen 4710 und der Halbleitervorrichtung 4735 vorzugsweise gleich.
An dem Unterteil des Gehäusesubstrats 4732 kann eine Elektrode 4733 bereitgestellt sein, um das elektronische Bauelement 4730 an einem anderen Substrat zu montieren. 19D stellt ein Beispiel dar, in dem eine Elektrode 4733 unter Verwendung von Lotkugeln ausgebildet ist. Indem die Lotkugeln an dem Unterteil des Gehäusesubstrats 4732 in einer Matrix bereitgestellt werden, kann eine Ball-Grid-Array-(BGA-) Montierung erzielt werden. Außerdem kann die Elektrode 4733 unter Verwendung von leitenden Stiften ausgebildet werden. Indem die leitenden Stifte an dem Unterteil des Gehäusesubstrats 4732 in einer Matrix bereitgestellt werden, kann eine Pin-Grid-Array- (PGA-) Montierung erzielt werden.
Das elektronische Bauelement 4730 kann ohne Beschränkung auf BGA und PGA durch verschiedene Montageverfahren an einem anderen Substrat montiert werden. Beispielsweise können die folgenden Montageverfahren zum Einsatz kommen: Staggered Pin Grid Array (SPGA), Land Grid Array (LGA), Quad Flat Package (QFP), Quad Flat J-leaded Package (QFJ), Quad Flat Non-leaded Package (QFN) oder dergleichen.
Diese Ausführungsform kann gegebenenfalls mit einer beliebigen der anderen Ausführungsformen und dergleichen in dieser Beschreibung kombiniert werden.
(Ausführungsform 7)
Bei dieser Ausführungsform werden Anwendungsbeispiele einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise auf Speichervorrichtungen von verschiedenen elektronischen Geräten (z. B. Informationsendgeräten, Computern, Smartphones, E-Book-Lesegeräten, digitalen Fotokameras, Videokameras, Videoaufzeichnungs-/Wiedergabegeräten, Navigationssystemen und Spielkonsolen) angewendet werden. Außerdem kann die Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch für einen Bildsensor, IoT (Internet of Things bzw. Internet der Dinge), eine Gesundheitsversorgung und dergleichen verwendet werden. Hier bezieht sich der Computer nicht nur auf einen Tablet-Computer, einen Laptop und einen Schreibtischcomputer, sondern auch auf einen großen Computer, wie z. B. ein Server-System.
Beispiele für ein elektronisches Gerät, das die Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet, werden beschrieben. Es sei angemerkt, dass 20A bis 20J und 21A bis 21E jeweils einen Zustand darstellen, in dem das elektronische Bauelement 4700 oder das elektronische Bauelement 4730, das die Halbleitervorrichtung beinhaltet, in jedem elektronischen Gerät enthalten ist.
[Mobiltelefon]
Bei einem Informationsendgerät 5500, das in 20A dargestellt ist, handelt es sich um ein Mobiltelefon (Smartphone), das eine Art Informationsendgerät ist. Das Informationsendgerät 5500 umfasst ein Gehäuse 5510 und einen Anzeigeabschnitt 5511. Ein Touchscreen ist als Eingabeschnittstelle in dem Anzeigeabschnitt 5511 bereitgestellt, und Knöpfe sind in dem Gehäuse 5510 bereitgestellt.
Das Informationsendgerät 5500 kann durch Anwendung der Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine vorübergehende Datei halten, die beim Ausführen einer Applikation erzeugt wird (z. B. einen Cache bei der Verwendung eines Webbrowsers).
[Tragbares Endgerät]
20B stellt ein Informationsendgerät 5900 dar, das ein Beispiel für ein tragbares Endgerät ist. Das Informationsendgerät 5900 beinhaltet ein Gehäuse 5901, einen Anzeigeabschnitt 5902, einen Bedienschalter 5903, ein Bedienschalter 5904, ein Band 5905 und dergleichen.
Das tragbare Endgerät kann, wie das vorstehend beschriebene Informationsendgerät 5500, durch Anwendung der Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine vorübergehende Datei halten, die beim Ausführen einer Applikation erzeugt wird.
[Informationsendgerät]
20C stellt ein Desktop-Informationsendgerät 5300 dar. Das Desktop-Informationsendgerät 5300 umfasst einen Hauptteil 5301 des Informationsendgeräts, einen Anzeigeabschnitt 5302 und eine Tastatur 5303.
Das Desktop-Informationsendgerät 5300 kann, wie das vorstehend beschriebene Informationsendgerät 5500, durch Anwendung der Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine vorübergehende Datei halten, die beim Ausführen einer Applikation erzeugt wird.
Es sei angemerkt, dass in der vorstehenden Beschreibung das Smartphone, das tragbare Endgerät und das Desktop-Informationsendgerät als elektronische Geräte beispielhaft in 20A bis 20C dargestellt sind; jedoch kann eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch auf ein anderes Informationsendgerät als das Smartphone, das tragbare Endgerät und das Desktop-Informationsendgerät angewendet werden. Beispiele für ein anderes Informationsendgerät als das Smartphone, das tragbare Endgerät und das Desktop-Informationsendgerät umfassen einen persönlichen digitalen Assistenten (PDA), ein Laptop-Informationsendgerät und eine Workstation.
[Haushaltgerät]
20D stellt einen elektrischen Gefrier-Kühlschrank 5800 als Beispiel für ein Haushaltgerät dar. Der elektrische Gefrier-Kühlschrank 5800 umfasst ein Gehäuse 5801, eine Kühlschranktür 5802, eine Gefrierschranktür 5803 und dergleichen. Beispielsweise ist der elektrische Gefrier-Kühlschrank 5800 ein IoT- (Internet of Things) fähiger elektrischer Gefrier-Kühlschrank.
Auf den elektrischen Gefrier-Kühlschrank 5800 kann die Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet werden. Der elektrische Gefrier-Kühlschrank 5800 kann Informationen über in dem elektrischen Gefrier-Kühlschrank 5800 gelagerte Lebensmittel, das Verfallsdatum der Lebensmittel und dergleichen über das Internet oder dergleichen zu einem Informationsendgerät oder dergleichen senden und davon empfangen. Der elektrische Gefrier-Kühlschrank 5800 kann eine vorübergehende Datei in der Halbleitervorrichtung halten, die beim Senden der Informationen erzeugt wird.
In diesem Beispiel wurde der elektrische Gefrier-Kühlschrank als Haushaltgerät beschrieben. Weitere Beispiele umfassen einen Staubsauger, einen Mikrowellenofen, einen Elektroofen, einen Reiskocher, einen Wasserkocher, ein Induktionskochfeld, einen Wasserserver, ein Kühl- und Heizungsgerät einschließlich einer Klimaanlage, eine Waschmaschine, einen Trockner und ein audiovisuelles Gerät.
[Spielkonsole]
20E stellt eine tragbare Spielkonsole 5200 dar, die ein Beispiel für eine Spielkonsole ist. Die tragbare Spielkonsole 5200 umfasst ein Gehäuse 5201, einen Anzeigeabschnitt 5202, einen Knopf 5203 und dergleichen.
20F stellt ferner eine stationäre Spielkonsole 7500 dar, die ein Beispiel für eine Spielkonsole ist. Die stationäre Spielkonsole 7500 umfasst einen Hauptteil 7520 und eine Steuerung 7522. Es sei angemerkt, dass die Steuerung 7522 drahtgebunden oder drahtlos an den Hauptteil 7520 angeschlossen werden kann. Obwohl in 20F nicht dargestellt ist, kann die Steuerung 7522 mit einem Anzeigeabschnitt, der ein Bild beim Spiel anzeigt, einem Touchscreen, einem Stab, einem Drehregler oder einem Schieberegler, der als andere Eingabeschnittstelle als der Knopf dient, oder dergleichen versehen sein. Die Form der Steuerung 7522 ist nicht auf diejenige, die in 20F dargestellt ist, beschränkt und kann je nach der Art des Spiels auf verschiedene Weise verändert werden. Beispielsweise kann eine pistolenförmige Steuerung, bei der ein Knopf als Auslöser dient, für ein Schießspiel, wie z. B. einen Ego-Shooter (first person shooter, FPS), verwendet werden. Für ein Musikspiel oder dergleichen kann beispielsweise eine Steuerung in Form eines Instruments, eines Musikgeräts oder dergleichen verwendet werden. Außerdem kann die stationäre Spielkonsole mit einer Kamera, einem Tiefensensor, einem Mikrofon oder dergleichen versehen sein und durch eine Geste und/oder eine Stimme des Spielspielers bedient werden, ohne die Steuerung zu verwenden.
Videos der vorstehend beschriebenen Spielkonsole können von einer Anzeigevorrichtung, wie z. B. einem Fernsehgerät, einem Display für einen Personal-Computer, einem Display für ein Spiel, einem Head-Mounted Display, ausgegeben werden.
Indem die bei der vorstehenden Ausführungsform beschriebene Halbleitervorrichtung auf die tragbare Spielkonsole 5200 oder die stationäre Spielkonsole 7500 angewendet wird, kann die tragbare Spielkonsole 5200 mit niedrigem Stromverbrauch oder die stationäre Spielkonsole 7500 mit niedrigem Stromverbrauch erzielt werden. Der niedrige Stromverbrauch ermöglicht eine Verringerung der Wärmeerzeugung von einer Schaltung, wodurch der Einfluss der Wärmeerzeugung auf die Schaltung, eine Peripherieschaltung und ein Modul verringert werden kann.
Des Weiteren kann eine vorübergehende Datei oder dergleichen, die für die arithmetische Verarbeitung, die beim Ausführen eines Spiels auftritt, erforderlich ist, gehalten werden, indem die bei der vorstehenden Ausführungsform beschriebene Halbleitervorrichtung auf die tragbare Spielkonsole 5200 oder die stationäre Spielkonsole 7500 angewendet wird.
Als Beispiel für eine Spielkonsole stellt 20E eine tragbare Spielkonsole dar. Außerdem stellt 20F eine stationäre Spielkonsole für den Heimgebrauch dar. Es sei angemerkt, dass ein elektronisches Gerät einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Beispiele für das elektronische Gerät einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen eine Arcade-Spielmaschine, die in Unterhaltungseinrichtungen (z. B. einer Spielhalle oder einem Vergnügungspark) installiert wird, und eine Pitching Machine für Schlagtraining, die in Sportanlagen installiert wird.
[Beweglicher Gegenstand]
Die bei der vorstehenden Ausführungsform beschriebene Halbleitervorrichtung kann auf ein Fahrzeug, das ein beweglicher Gegenstand ist, und in der Umgebung des Fahrersitzes des Fahrzeugs angewendet werden.
20G stellt ein Fahrzeug 5700 dar, das ein Beispiel für einen beweglichen Gegenstand ist.
In der Umgebung des Fahrersitzes des Fahrzeugs 5700 ist ein Armaturenbrett bereitgestellt, das durch das Anzeigen von einem Geschwindigkeitsmesser, einem Tachometer, einem Kilometerstand, einer Tankanzeige, einer Schaltanzeige, einer Einstellung der Klimaanlage und dergleichen verschiedene Arten von Informationen zur Verfügung stellen kann. In der Umgebung des Fahrersitzes kann auch eine Anzeigevorrichtung bereitgestellt sein, die diese Informationen anzeigt.
Indem insbesondere ein Video einer Abbildungsvorrichtung (nicht dargestellt), mit der das Fahrzeug 5700 ausgestattet ist, auf dieser Anzeigevorrichtung angezeigt wird, können ein Feld, das hinter einer Säule oder dergleichen unsichtbar ist, ein toter Winkel vom Fahrersitz und dergleichen ergänzt werden, was zu einer höheren Sicherheit führt. Das heißt, dass tote Winkel beseitigt werden können und die Sicherheit erhöht werden kann, indem ein Bild, das mit einer außerhalb des Fahrzeugs 5700 bereitgestellten Abbildungsvorrichtung aufgenommen wird, angezeigt wird.
Da die bei der vorstehenden Ausführungsform beschriebene Halbleitervorrichtung Daten vorübergehend halten kann, kann der Computer beispielsweise zum Halten von vorübergehenden Daten, die in einem automatischen Fahrsystem des Fahrzeugs 5700, einem System, das die Navigation, Risikovorhersage oder dergleichen durchführt, oder dergleichen erforderlich sind, verwendet werden. Auf dieser Anzeigevorrichtung können vorübergehende Informationen über eine Wegführung, eine Risikovorhersage oder dergleichen angezeigt werden. Außerdem kann ein Video einer Dashcam, die in dem Fahrzeug 5700 bereitgestellt ist, gehalten werden.
Das Fahrzeug wurde in der vorstehenden Beschreibung als Beispiel für den beweglichen Gegenstand beschrieben; jedoch ist der bewegliche Gegenstand nicht auf das Fahrzeug beschränkt. Beispielsweise können als beweglicher Gegenstand ein Zug, eine Einschienenbahn, ein Schiff und ein Flugkörper (ein Hubschrauber, ein unbemanntes Flugzeug (eine Drohne), ein Flugzeug oder eine Rakete) angegeben werden.
[Kamera]
Die bei der vorstehenden Ausführungsform beschriebene Halbleitervorrichtung kann auf eine Kamera angewendet werden.
20H stellt eine Digitalkamera 6240 dar, die ein Beispiel für eine Abbildungsvorrichtung ist. Die Digitalkamera 6240 umfasst ein Gehäuse 6241, einen Anzeigeabschnitt 6242, einen Bedienschalter 6243, einen Auslöser 6244 und dergleichen, und eine abnehmbare Linse 6246 ist an der Digitalkamera 6240 ausgestattet. Es sei angemerkt, dass die Linse 6246 der Digitalkamera 6240 hier zum Auswechseln von dem Gehäuse 6241 abnehmbar ist; jedoch kann die Linse 6246 auch in dem Gehäuse 6241 integriert sein. Die Digitalkamera 6240 kann auch derart konfiguriert sein, dass ein Stroboskop, ein Sucher oder dergleichen getrennt auf diese aufsteckbar ist.
Wenn die bei der vorstehenden Ausführungsform beschriebene Halbleitervorrichtung auf die Digitalkamera 6240 angewendet wird, kann die Digitalkamera 6240 mit niedrigem Stromverbrauch erzielt werden. Der niedrige Stromverbrauch ermöglicht eine Verringerung der Wärmeerzeugung von einer Schaltung, wodurch der Einfluss der Wärmeerzeugung auf die Schaltung, eine Peripherieschaltung und ein Modul verringert werden kann.
[Videokamera]
Die bei der vorstehenden Ausführungsform beschriebene Halbleitervorrichtung kann auf eine Videokamera angewendet werden.
20I stellt eine Videokamera 6300 dar, die ein Beispiel für eine Abbildungsvorrichtung ist. Die Videokamera 6300 umfasst ein erstes Gehäuse 6301, ein zweites Gehäuse 6302, einen Anzeigeabschnitt 6303, einen Bedienschalter 6304, eine Linse 6305, ein Gelenk 6306 und dergleichen. Der Bedienschalter 6304 und die Linse 6305 sind in dem ersten Gehäuse 6301 bereitgestellt, und der Anzeigeabschnitt 6303 ist in dem zweiten Gehäuse 6302 bereitgestellt. Des Weiteren sind das erste Gehäuse 6301 und das zweite Gehäuse 6302 durch das Gelenk 6306 miteinander verbunden, und der Winkel zwischen dem ersten Gehäuse 6301 und dem zweiten Gehäuse 6302 kann mit dem Gelenk 6306 verändert werden. Bilder, die auf dem Anzeigeabschnitt 6303 angezeigt werden, können entsprechend dem Winkel an dem Gelenk 6306 zwischen dem ersten Gehäuse 6301 und dem zweiten Gehäuse 6302 umgeschaltet werden.
Wenn mit der Videokamera 6300 abgebildete Bilder gespeichert werden, muss eine Codierung entsprechend dem Speicherformat der Daten durchgeführt werden. Indem die vorstehend beschriebene Halbleitervorrichtung verwendet wird, kann die Videokamera 6300 eine vorübergehende Datei halten, die bei der Codierung erzeugt wird.
[ICD]
Die bei der vorstehenden Ausführungsform beschriebene Halbleitervorrichtung kann auf einen implantierbaren Kardioverter-Defibrillator (ICD) angewendet werden.
20J ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel für den ICD darstellt. Ein Hauptteil 5400 des ICD beinhaltet mindestens eine Batterie 5401, ein elektronisches Bauelement 4700, einen Regler, eine Steuerschaltung, eine Antenne 5404, einen Draht 5402, der den rechten Vorhof erreicht, und einen Draht 5403, der die rechte Kammer erreicht.
Der Hauptteil 5400 des ICD wird durch eine Operation im Körper implantiert, und zwei Drähte gehen durch eine Schlüsselbeinvene 5405 und eine obere Hohlvene 5406 durch. Das Ende von einem der Drähte wird in dem rechten Vorhof bereitgestellt und das Ende des anderen der Drähte wird in der rechten Kammer bereitgestellt.
Der Hauptteil 5400 des ICD weist eine Funktion als Herzschrittmacher auf und leistet Herzschrittmacherdienste, wenn die Herzfrequenz nicht in einem vorbestimmten Bereich liegt. In dem Fall, in dem die Herzfrequenz durch die Herzschrittmacherdienste nicht verbessert wird (wie z. B. in dem Fall einer raschen ventrikulären Tachykardie oder eines Kammerflimmerns), wird eine Behandlung durch einen Elektroschock durchgeführt.
Der Hauptteil 5400 des ICD muss die Herzfrequenz stets überwachen, um die Herzschrittmacherdienste und den Elektroschock angemessen durchzuführen. Daher beinhaltet der Hauptteil 5400 des ICD einen Sensor zum Erkennen der Herzfrequenz. Außerdem kann der Hauptteil 5400 des ICD Daten der Herzfrequenz, die durch den Sensor oder dergleichen erhalten werden, die Anzahl und Zeit der Behandlungen durch die Herzschrittmacherdienste und dergleichen in dem elektronischen Bauelement 4700 speichern.
Die Antenne 5404 kann elektrische Energie empfangen, und mit der elektrischen Energie wird die Batterie 5401 geladen. Indem der Hauptteil 5400 des ICD eine Vielzahl von Batterien beinhaltet, kann der Sicherheitsgrad verbessert werden. Insbesondere kann die Vielzahl von Batterien als Hilfsstromquelle funktionieren, da selbst dann, wenn ein Teil der Batterien des Hauptteils 5400 des ICD nicht verwendet werden kann, die anderen Batterien funktionieren können.
Zusätzlich zu der Antenne 5404, die Strom empfangen kann, kann eine weitere Antenne, die physiologische Signale senden kann, auch bereitgestellt sein. Beispielsweise kann ein System konstruiert werden, das die Herzaktivität unter Kontrolle hält, wobei physiologische Signale, wie z. B. der Puls, die Atemfrequenz, die Herzfrequenz und die Körpertemperatur, mit einem externen Überwachungsgerät überwacht werden können.
[Erweitertes Gerät für PC]
Die bei der vorstehenden Ausführungsform beschriebene Halbleitervorrichtung kann auf einen Rechner, wie z. B. einen Personal-Computer (PC), und ein erweitertes Gerät für ein Informationsendgerät angewendet werden.
21A stellt als Beispiel für dieses erweiterte Gerät ein tragbares erweitertes Gerät 6100 dar, in dem ein zum Speichern von Daten fähiger Chip integriert ist und das ein externes Gerät für einen PC ist. Wenn das erweiterte Gerät 6100 beispielsweise über einen Universal Serial Bus- (USB-) Anschluss an den PC angeschlossen wird, können Daten durch diesen Chip gespeichert werden. Es sei angemerkt, dass 21A das tragbare erweiterte Gerät 6100 darstellt; jedoch ist ein erweitertes Gerät einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt, und beispielsweise kann auch ein relativ großes erweitertes Gerät mit einem Kühlventilator eingesetzt werden.
Das erweiterte Gerät 6100 umfasst ein Gehäuse 6101, eine Kappe 6102, einen USB-Stecker 6103 und ein Substrat 6104. Das Substrat 6104 ist in dem Gehäuse 6101 untergebracht. Auf dem Substrat 6104 ist eine Schaltung bereitgestellt, die die bei der vorstehenden Ausführungsform beschriebene Halbleitervorrichtung ansteuert. Das Substrat 6104 ist beispielsweise mit dem elektronischen Bauelement 4700 und einem Steuerchip 6106 versehen. Der USB-Stecker 6103 dient als Schnittstelle zur Verbindung mit einer externen Vorrichtung.
[SD-Karte]
Die bei der vorstehenden Ausführungsform beschriebene Halbleitervorrichtung kann auf eine SD-Karte angewendet werden, die an einem elektronischen Gerät, wie z. B. einem Informationsendgerät und einer Digitalkamera, angebracht werden kann.
21B ist eine schematische externe Darstellung einer SD-Karte, und 21C ist eine schematische Darstellung, die die Innenstruktur der SD-Karte darstellt. Eine SD-Karte 5110 beinhaltet ein Gehäuse 5111, einen Anschluss 5112 und ein Substrat 5113. Der Anschluss 5112 dient als Schnittstelle zur Verbindung mit einer externen Vorrichtung. Das Substrat 5113 ist in dem Gehäuse 5111 untergebracht. Das Substrat 5113 ist mit einer Halbleitervorrichtung und einer Schaltung zum Betreiben der Halbleitervorrichtung bereitgestellt. Beispielsweise werden ein elektronisches Bauelement 4700 und ein Steuerchip 5115 an dem Substrat 5113 angebracht. Es sei angemerkt, dass die Schaltungskonfigurationen des elektronischen Bauelements 4700 und des Steuerchips 5115 nicht auf die vorstehende Beschreibung beschränkt sind und die Schaltungskonfigurationen je nach Umständen angemessen geändert werden können. Beispielsweise können eine Schreibschaltung, ein Zeilentreiber, eine Leseschaltung und dergleichen, welche in dem elektronischen Bauelement bereitgestellt werden, nicht in dem elektronischen Bauelement 4700, sondern in dem Steuerchip 5115 eingebaut sein.
Wenn das elektronische Bauelement 4700 auch an einer Rückseite des Substrats 5113 bereitgestellt wird, kann die Kapazität der SD-Karte 5110 erhöht werden. Außerdem kann ein drahtloser Chip, der zur drahtlosen Kommunikation geeignet ist, auf dem Substrat 5113 bereitgestellt werden. Somit kann eine drahtlose Kommunikation zwischen der externen Vorrichtung und der SD-Karte 5110 durchgeführt werden, was ermöglicht, Daten aus dem elektronischen Bauelement 4700 zu lesen und in dieses zu schreiben.
[SSD]
Die bei der vorstehenden Ausführungsform beschriebene Halbleitervorrichtung kann auf ein SSD (Solid State Drive bzw. Solid-State-Laufwerk) angewendet werden, das an einem elektronischen Gerät, wie z. B. einem Informationsendgerät, angebracht werden kann.
21D ist eine schematische externe Darstellung eines SSD, und 21E ist eine schematische Darstellung, die die Innenstruktur des SSD darstellt. Ein SSD 5150 beinhaltet ein Gehäuse 5151, einen Anschluss 5152 und ein Substrat 5153. Der Anschluss 5152 dient als Schnittstelle zur Verbindung mit einer externen Vorrichtung. Das Substrat 5153 ist in dem Gehäuse 5151 untergebracht. Das Substrat 5153 ist mit einer Halbleitervorrichtung und einer Schaltung zum Betreiben der Halbleitervorrichtung bereitgestellt. Beispielsweise werden ein elektronisches Bauelement 4700, ein Speicherchip 5155 und ein Steuerchip 5156 an dem Substrat 5153 angebracht. Wenn das elektronische Bauelement 4700 auch an einer Rückseite des Substrats 5153 bereitgestellt wird, kann die Kapazität des SSD 5150 erhöht werden. Der Arbeitsspeicher ist in dem Speicherchip 5155 eingebaut. Beispielsweise kann ein DRAM-Chip als Speicherchip 5155 verwendet werden. Ein Prozessor, eine ECC-Schaltung und dergleichen sind in dem Steuerchip 5156 eingebaut. Es sei angemerkt, dass die Schaltungskonfigurationen des elektronischen Bauelements 4700, des Speicherchips 5155 und des Steuerchips 5115 nicht auf die vorstehende Beschreibung beschränkt sind und die Schaltungskonfigurationen je nach Umständen angemessen geändert werden können. Beispielsweise kann ein Speicher, der als Arbeitsspeicher dient, auch in dem Steuerchip 5156 bereitgestellt werden.
[Computer]
Ein Computer 5600, der in 22A dargestellt wird, ist ein Beispiel für einen großen Computer. Bei dem Computer 5600 ist eine Vielzahl von Rackmount-Computern 5620 in dem Gestell 5610 untergebracht.
Der Computer 5620 kann beispielsweise eine Struktur aufweisen, die in einer perspektivischen Ansicht in 22B dargestellt wird. In 22B beinhaltet der Computer 5620 eine Hauptplatine 5630, und die Hauptplatine 5630 beinhaltet eine Vielzahl von Schlitzen 5631 und eine Vielzahl von Verbindungsanschlüssen. In dem Schlitz 5631 ist eine PC-Karte 5621 eingeschoben. Zudem beinhaltet die PC-Karte 5621 einen Verbindungsanschluss 5623, einen Verbindungsanschluss 5624 und einen Verbindungsanschluss 5625, und sie sind jeweils mit der Hauptplatine 5630 verbunden.
Die in 22C dargestellte PC-Karte 5621 ist ein Beispiel für eine Verarbeitungsplatine, die mit einem CPU, einem GPU, einer Halbleitervorrichtung und dergleichen versehen ist. Die PC-Karte 5621 beinhaltet eine Platine 5622. Die Platine 5622 beinhaltet den Verbindungsanschluss 5623, den Verbindungsanschluss 5624, den Verbindungsanschluss 5625, eine Halbleitervorrichtung 5626, eine Halbleitervorrichtung 5627, eine Halbleitervorrichtung 5628 und einen Verbindungsanschluss 5629. Es sei angemerkt, dass in 22C die anderen Halbleitervorrichtungen als die Halbleitervorrichtung 5626, die Halbleitervorrichtung 5627 und die Halbleitervorrichtung 5628 dargestellt werden; für diese Halbleitervorrichtungen kann auf die nachstehend erwähnte Beschreibung der Halbleitervorrichtung 5626, der Halbleitervorrichtung 5627 und der Halbleitervorrichtung 5628 verwiesen werden.
Der Verbindungsanschluss 5629 weist eine Form auf, mit der der Verbindungsanschluss 5629 in einen Schlitz 5631 der Hauptplatine 5630 eingeschoben werden kann, und der Verbindungsanschluss 5629 dient als Schnittstelle zur Verbindung zwischen der PC-Karte 5621 und der Hauptplatine 5630. Als Standard des Verbindungsanschlusses 5629 kann beispielsweise PCIe angegeben werden.
Der Verbindungsanschluss 5623, der Verbindungsanschluss 5624 und der Verbindungsanschluss 5625 können beispielsweise als Schnittstelle zur Stromzufuhr, Signaleingabe oder dergleichen zur PC-Karte 5621 dienen. Außerdem können sie beispielsweise als Schnittstelle zum Ausgeben eines Signals, das durch die PC-Karte 5621 berechnet wird, oder dergleichen dienen. Als Standard jedes von dem Verbindungsanschluss 5623, dem Verbindungsanschluss 5624 und dem Verbindungsanschluss 5625 können beispielsweise USB (Universal Serial Bus), SATA (Serial ATA) und SCSI (Small Computer System Interface) angegeben werden. In dem Fall, in dem ein Videosignal von dem Verbindungsanschluss 5623, dem Verbindungsanschluss 5624 und dem Verbindungsanschluss 5625 ausgegeben wird, kann als Standard jedes davon HDMI (eingetragenes Markenzeichen) oder dergleichen angegeben werden.
Die Halbleitervorrichtung 5626 beinhaltet einen Anschluss zur Eingabe und Ausgabe von Signalen (nicht dargestellt), und die Halbleitervorrichtung 5626 und die Platine 5622 können elektrisch miteinander verbunden sein, indem der Anschluss in eine Fassung (nicht dargestellt), die in der Platine 5622 bereitgestellt ist, eingeschoben wird.
Die Halbleitervorrichtung 5627 beinhaltet eine Vielzahl von Anschlüssen, und die Halbleitervorrichtung 5627 und die Platine 5622 können elektrisch miteinander verbunden sein, indem die Anschüsse beispielsweise durch ein Reflow-Verfahren auf Leitungen, die in der Platine 5622 bereitgestellt sind, gelötet werden. Als Halbleitervorrichtung 5627 können beispielsweise ein FPGA (Field Programmable Gate Array), ein GPU und ein CPU angegeben werden. Für die Halbleitervorrichtung 5627 kann beispielsweise das elektronische Bauelement 4730 verwendet werden.
Die Halbleitervorrichtung 5628 beinhaltet eine Vielzahl von Anschlüssen, und die Halbleitervorrichtung 5628 und die Platine 5622 können elektrisch miteinander verbunden sein, indem die Anschüsse beispielsweise durch ein Reflow-Verfahren auf Leitungen, die in der Platine 5622 bereitgestellt sind, gelötet werden. Als Halbleitervorrichtung 5628 kann beispielsweise eine Halbleitervorrichtung angegeben werden. Für die Halbleitervorrichtung 5628 kann beispielsweise das elektronische Bauelement 4700 verwendet werden.
Der Computer 5600 kann auch als Parallelrechner dienen. Indem der Computer 5600 als Parallelrechner verwendet wird, kann beispielsweise eine umfangreiche Rechenoperation, die für das Lernen der künstlichen Intelligenz und die Inferenz benötigt ist, durchgeführt werden.
Die Verwendung der Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für die vorstehenden elektronischen Geräte und dergleichen führt zu der Verringerung der Größe, der Erhöhung der Geschwindigkeit und dem geringeren Stromverbrauch der elektronischen Geräte. Da die Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen geringen Stromverbrauch aufweist, kann die Wärmeerzeugung von der Schaltung verringert werden. Folglich kann der nachteilige Einfluss der Wärmeerzeugung auf die Schaltung, eine Peripherieschaltung und ein Modul verringert werden. Durch Verwendung der Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein elektronisches Gerät erzielt werden, das auch in einer Umgebung mit hoher Temperatur stabil arbeitet. Daher kann die Zuverlässigkeit des elektronischen Geräts erhöht werden.
Diese Ausführungsform kann gegebenenfalls mit einer beliebigen der anderen Ausführungsformen und dergleichen in dieser Beschreibung kombiniert werden.
[Beispiel]
Die Arbeitsweise der in 1A dargestellten Halbleitervorrichtung 100 wurde unter Verwendung eines Schaltungssimulators untersucht. Als Schaltungssimulator wurde SmartSpice, hergestellt von Silvaco, Inc., verwendet.
Als Untersuchungsbedingungen wurde angenommen, dass der Transistor Tr11 und der Transistor Tr21 jeweils ein OS-Transistor waren, dessen Kanallänge und Kanalbreite jeweils 60 nm waren. Außerdem wurde angenommen, dass der Transistor Tr12 und der Transistor Tr22 jeweils ein Si-Transistor waren, dessen Kanallänge und Kanalbreite jeweils 1 µm waren. Die Kapazitätswerte des Kondensators Cb1 und des Kondensators Cb2 waren jeweils 1 pF. VSS und VDD wurden auf 0,0 V bzw. 6,0 V eingestellt.
Es wurde angenommen, dass Vin1, das in dem Knoten SN1 gehalten wurde, auf fünf Stufen (0,9 V, 1,1 V, 1,3 V, 1,5 V und 1,7 V) eingestellt wurde und dass Vref, das in dem Knoten SN2 gehalten wurde, auf zwei Stufen (0,0 V und 0,7 V) eingestellt wurde, und Ausgangsspannungen Vout in allen Kombinationen wurden unter Verwendung des Schaltungssimulators berechnet. Es sei angemerkt, dass jede der fünf Stufen von Vin1 die Formel 6 und die Formel 7 erfüllt, die bei der vorstehenden Ausführungsform beschrieben wurden.
23A und 23B zeigen Berechnungsergebnisse. In 23A und 23B stellt die vertikale Achse die Ausgangsspannung Vout dar, und die horizontale Achse stellt den Zeitpunkt dar. In diesem Beispiel wird vorausgesetzt, dass zu dem Zeitpunkt 0,0 µs der bei der vorstehenden Ausführungsform beschriebene Schreibvorgang beendet wurde. Insbesondere wurde die bei der vorstehenden Ausführungsform beschriebene Periode T32 beendet, und die Potentiale des Knotens SN1 und des Knotens SN2 werden gehalten.
23A stellt die Ausgangsspannungen Vout für jede der Stufen von Vin1 zu dem Zeitpunkt dar, zu dem Vref 0,7 V war. 23B stellt die Ausgangsspannungen Vout für jede der Stufen von Vin1 zu dem Zeitpunkt dar, zu dem Vref 0,0 V war.
Bei der Halbleitervorrichtung 100 wird bis zum Zeitpunkt 0,5 µs dem Anschluss PS1 und dem Anschluss PS2 VSS zugeführt. Zu dem Zeitpunkt 0,5 µs beginnt der Lesevorgang. Während des Lesevorgangs wird dem Anschluss PS1 VDD zugeführt und wird dem Anschluss OUT die Ausgangsspannung Vout zugeführt.
24 zeigt Berechnungsergebnisse einer Source-Drain-Spannung Vds_Tr12 des Transistors Tr12 nach dem Beginn des Lesevorgangs. Da das Potential des Knotens BN bis zum Zeitpunkt kurz vor dem Beginn des Lesevorgangs VSS (0,0 V) ist, ist Vds_Tr12 gleich nach der Änderung des Potentials des Anschlusses PS1 von VSS auf VDD (6,0 V) ungefähr 6 V.
Da Vin1 höher als oder gleich der Schwellenspannung des Transistors Tr12 ist, fließt dann, wenn das Potential des Anschlusses PS1 VDD wird, ein Strom zwischen der Source und dem Drain des Transistors Tr12, so dass das Potential des Knotens BN erhöht wird. Je größer Vin1 ist, desto größer ist die Menge an Strom, der zwischen der Source und dem Drain des Transistors Tr12 fließt. Daher wird das Potential des Knotens BN erhöht, wenn Vin1 größer wird. Das heißt, dass Vds_Tr12 verringert wird, wenn Vin1 größer wird. Als Ergebnis wird in dem Fall, in dem Vref konstant ist, Vout größer, wenn Vin1 größer wird.
23A und 23B deuten darauf hin, dass eine Spannung, die der bei der vorstehenden Ausführungsform beschriebenen Formel 5 entspricht, als Ausgangsspannung Vout erhalten wird. Es sei angemerkt, dass in diesem Beispiel Vin2 in der Formel 5 Vref entspricht.
25 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Vin1 und Vout zeigt, die unter Verwendung des Schaltungssimulators berechnet wird. In dem Diagramm zeigen Kreise („◯“) die Beziehung zwischen Vin1 und Vout zu dem Zeitpunkt, zu dem Vref 0,0 V ist, und Quadrate („□“) zeigen die Beziehung zwischen Vin1 und Vout zu dem Zeitpunkt, zu dem Vref 0,7 V ist.
In 25 werden eine gerade Näherungslinie 851 und eine gerade Näherungslinie 852 hinzugefügt. Die gerade Näherungslinie 851 ist eine gerade Näherungslinie der vorstehend beschriebenen Kreise („◯“) und nähert die Beziehung zwischen Vin1 und Vout zu dem Zeitpunkt an, zu dem Vref 0,0 V ist. Die gerade Näherungslinie 852 ist eine gerade Näherungslinie der vorstehend beschriebenen Quadrate („□“) und nähert die Beziehung zwischen Vin1 und Vout zu dem Zeitpunkt an, zu dem Vref 0,7 V ist. Das Bestimmtheitsmaß R² (Beitragsrate) der geraden Näherungslinie 851 war 0,9966, und das Bestimmtheitsmaß R² (Beitragsrate) der geraden Näherungslinie 852 war 0,9955. Dies deutet darauf hin, dass sich dann, wenn Vref konstant ist, die Ausgangsspannung Vout entsprechend der Änderung von Vin1 ändert.
Durch die Untersuchung unter Verwendung des Schaltungssimulators wurde festgestellt, dass sich bei der Halbleitervorrichtung 100 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Ausgangsspannung Vout entsprechend der Änderung von Vin1 ändert, wenn Vref konstant ist. Außerdem wurde festgestellt, dass die Halbleitervorrichtung 100 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gehaltene analoge Daten genau lesen kann.
Bezugszeichenliste

100: Halbleitervorrichtung,
110a: Halteschaltung,
110b: Halteschaltung,
120a: Bootstrap-Schaltung,
120b: Bootstrap-Schaltung,
130: Sourcefolgerschaltung,
Tr11: Transistor,
Tr12: Transistor,
Tr21: Transistor,
Tr22: Transistor,
SN1: Knoten,
SN2: Knoten,
BN: Knoten,
Cb1: Kondensator,
Cb2: Kondensator,
IN1: Anschluss,
IN2: Anschluss,
PS1: Anschluss,
PS2: Anschluss,
WW1: Anschluss,
WW2: Anschluss

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2012256400 [0004]
JP 2014199707 [0004]

Claims

Halbleitervorrichtung, die erste bis fünfte Schaltungen umfasst, wobei die erste Schaltung eine Funktion zum Halten eines ersten Potentials aufweist, wobei die zweite Schaltung eine Funktion zum Erhöhen des ersten Potentials aufweist, wobei die dritte Schaltung eine Funktion zum Halten eines zweiten Potentials aufweist, wobei die vierte Schaltung eine Funktion zum Erhöhen des zweiten Potentials aufweist, und wobei die fünfte Schaltung eine Funktion zum Ausgeben eines dritten Potentials aufweist, das einer Potentialdifferenz zwischen dem erhöhten ersten Potential und dem erhöhten zweiten Potential entspricht.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, die erste bis vierte Transistoren, einen ersten Kondensator und einen zweiten Kondensator umfasst, wobei die erste Schaltung den ersten Transistor und den ersten Kondensator umfasst, wobei die zweite Schaltung den zweiten Transistor und den ersten Kondensator umfasst, wobei die dritte Schaltung den dritten Transistor und den zweiten Kondensator umfasst, wobei die vierte Schaltung den vierten Transistor und den zweiten Kondensator umfasst, und wobei die fünfte Schaltung den zweiten Transistor und den vierten Transistor umfasst.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Transistor und der dritte Transistor jeweils einen Oxidhalbleiter in einem Halbleiter umfassen, in dem ein Kanal gebildet wird.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, wobei der zweite Transistor und der vierte Transistor jeweils einen Oxidhalbleiter in einem Halbleiter umfassen, in dem ein Kanal gebildet wird.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Oxidhalbleiter Indium und/oder Zink umfasst.
Halbleitervorrichtung, die erste bis vierte Transistoren, einen ersten Kondensator und einen zweiten Kondensator umfasst, wobei ein Anschluss von Source und Drain des ersten Transistors elektrisch mit einem ersten Anschluss verbunden ist, wobei der andere Anschluss von Source und Drain des ersten Transistors elektrisch mit einem Gate des zweiten Transistors verbunden ist, wobei ein Gate des ersten Transistors elektrisch mit einem zweiten Anschluss verbunden ist, wobei ein Anschluss von Source und Drain des dritten Transistors elektrisch mit einem dritten Anschluss verbunden ist, wobei der andere Anschluss von Source und Drain des dritten Transistors elektrisch mit einem Gate des vierten Transistors verbunden ist, wobei ein Gate des dritten Transistors elektrisch mit einem vierten Anschluss verbunden ist, wobei ein Anschluss von Source und Drain des zweiten Transistors elektrisch mit einem fünften Anschluss verbunden ist, wobei der andere Anschluss von Source und Drain des zweiten Transistors elektrisch mit einem siebten Anschluss verbunden ist, wobei ein Anschluss von Source und Drain des vierten Transistors elektrisch mit einem sechsten Anschluss verbunden ist, wobei der andere Anschluss von Source und Drain des vierten Transistors elektrisch mit dem siebten Anschluss verbunden ist, wobei eine Elektrode des ersten Kondensators elektrisch mit dem Gate des zweiten Transistors verbunden ist, wobei die andere Elektrode des ersten Kondensators elektrisch mit dem siebten Anschluss verbunden ist, wobei eine Elektrode des zweiten Kondensators elektrisch mit dem Gate des vierten Transistors verbunden ist, und wobei die andere Elektrode des zweiten Kondensators elektrisch mit dem siebten Anschluss verbunden ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei dem ersten Anschluss analoge Daten zugeführt werden.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei der dritte Anschluss und der sechste Anschluss elektrisch miteinander verbunden sind.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der erste Transistor und der dritte Transistor jeweils einen Oxidhalbleiter in einer Halbleiterschicht umfassen, in der ein Kanal gebildet wird.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei der zweite Transistor und der vierte Transistor jeweils einen Oxidhalbleiter in einer Halbleiterschicht umfassen, in der ein Kanal gebildet wird.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Oxidhalbleiter Indium und/oder Zink umfasst.