JP2012257203A - 半導体装置及びその駆動方法 - Google Patents
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- H03K17/54—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements of vacuum tubes
Abstract
【解決手段】信号処理回路に対する電源電位の供給を担う第1の配線と、電源電位を供給する第2の配線との電気的な接続を制御するトランジスタ、及び、信号処理回路に対する電源電位の供給を担う第1の配線を接地させるか否かを制御するトランジスタとを設け、当該2つのトランジスタの少なくとも一方として、チャネルが酸化物半導体層に形成されるトランジスタを適用する。これにより、2つのトランジスタの少なくとも一のカットオフ電流に起因する消費電力を低減することが可能となる。
【選択図】図1
Description
図1(A)は、本発明の一態様に係る半導体装置の構成例を示すブロック図である。図1(A)に示す半導体装置は、電源電位(VDD)及び割り込み信号(ITR)が入力される電源供給制御回路10と、電源供給制御回路10から電源電位(VDD)又は接地電位(GND)が供給され、且つ電源供給制御回路10に対して電源供給停止信号(STP)を出力する信号処理回路20とを有する。なお、電源供給制御回路10は、電源電位(VDD)を信号処理回路20に対して供給するか否か(電源電位(VDD)又は接地電位(GND)のいずれを供給するか)を選択する回路である。また、信号処理回路20は、電源供給制御回路10を介して供給される電源電位(VDD)を用いて動作を行う回路である。
図1(B)は、図1(A)に示す電源供給制御回路10の構成例を示す図である。図1(B)に示す電源供給制御回路10は、トランジスタ101乃至トランジスタ104を有する。以下、図1(B)に示すトランジスタ101乃至トランジスタ104の接続関係について詳述する。
図1(C)は、割り込み信号(ITR)の供給を担う配線(ITR_W)の電位、図1(B)に示す電源供給制御回路10のノードAの電位、図1(B)に示す信号処理回路20に対する電源電位(VDD)の供給を担う配線(VDD/GND_W)の電位、及び電源供給停止信号(STP)の供給を担う配線(STP_W)の電位の経時変化を示す模式図である。以下、図1(C)を参照して当該電源供給制御回路10の動作例について説明する。なお、当該半導体装置においては、電源電位(VDD)は、接地電位(GND)よりも高電位の固定電位である。
以下では、酸化物半導体について詳述する。
次いで、チャネルが酸化物半導体層に形成されるトランジスタについて図6(A)〜(D)を参照して説明する。なお、図6(A)〜(D)は、トランジスタの構造例を示す断面模式図である。
酸化物半導体に限らず、実際に測定される絶縁ゲート型トランジスタの電界効果移動度は、さまざまな理由によって本来の移動度よりも低くなる。移動度を低下させる要因としては半導体内部の欠陥や半導体と絶縁膜との界面の欠陥があるが、Levinsonモデルを用いると、半導体内部に欠陥がないと仮定した場合の電界効果移動度を理論的に導き出せる。
酸化物半導体としてIn−Sn−Zn系酸化物を用いたトランジスタの特性を説明する。
In−Sn−Zn系酸化物膜を酸化物半導体層に用いたトランジスタの一例について、図22、23を用いて説明する。
図1に示す電源供給制御回路10は、本発明の一態様であり、図1(A)及び図1(B)と異なる点を有する回路構成も本発明には含まれる。例えば、電源供給制御回路10として、図2(A)に示す回路構成、又は図3(A)に示す回路構成を適用することも可能である。
図4(A)は、図1(A)に示す信号処理回路20の構成例を示す図である。図4(A)に示す信号処理回路20は、n個のフリップフロップ(FF1〜FFn)と、n個のフリップフロップのそれぞれに併設されたメモリセル(MC1〜MCn)とを有する。
次いで、上述した半導体装置の構造例について図5を参照して説明する。
20 信号処理回路
60 単結晶シリコン基板
61 層
70 層
101 トランジスタ
102 トランジスタ
103 トランジスタ
104 トランジスタ
105 バッファ
201 トランジスタ
202 容量素子
203 トランジスタ
204 トランジスタ
205 容量素子
300 基板
302 下地絶縁膜
304 保護絶縁膜
306 酸化物半導体層
306a 高抵抗領域
306b 低抵抗領域
308 ゲート絶縁膜
310 ゲート電極
312 側壁絶縁膜
314 電極
316 層間絶縁膜
318 配線
400 基板
402 下地絶縁膜
406 酸化物半導体層
408 ゲート絶縁膜
410 ゲート電極
414 電極
416 層間絶縁膜
418 配線
420 保護膜
600(a) 被素子形成層
600(b) 被素子形成層
600(c) 被素子形成層
600(d) 被素子形成層
601(a) 導電層
601(b) 導電層
601(c) 導電層
601(d) 導電層
602(a) 絶縁層
602(b) 絶縁層
602(c) 絶縁層
602(d) 絶縁層
603(a) 酸化物半導体層
603(b) 酸化物半導体層
603(c) 酸化物半導体層
603(d) 酸化物半導体層
604a(c) 領域
604b(c) 領域
604a(d) 領域
604b(d) 領域
605a(a) 導電層
605b(a) 導電層
605a(b) 導電層
605b(b) 導電層
605a(c) 導電層
605b(c) 導電層
605a(d) 導電層
605b(d) 導電層
606(a) 絶縁層
606(b) 絶縁層
608(a) 導電層
608(b) 導電層
701 下地絶縁膜
702 埋め込み絶縁物
703a 半導体領域
703b 半導体領域
703c 半導体領域
704 ゲート絶縁膜
705 ゲート
706a 側壁絶縁物
706b 側壁絶縁物
707 絶縁物
708a ソース
708b ドレイン
Claims (8)
- 電源供給制御回路と、前記電源供給制御回路を介して供給される電源電位を用いて動作する信号処理回路と、を有し、
前記電源供給制御回路は、第1のトランジスタ乃至第4のトランジスタを有し、
前記第1のトランジスタのゲート、及びソース及びドレインの一方は、外部から入力される割り込み信号の供給を担う配線に電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのゲートは、前記第1のトランジスタのソース及びドレインの他方に電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのソース及びドレインの一方は、前記電源電位を供給する配線に電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのソース及びドレインの他方は、前記信号処理回路に対する前記電源電位の供給を担う配線に電気的に接続され、
前記第3のトランジスタのゲート及び前記第4のトランジスタのゲートは、前記信号処理回路が出力する電源供給停止信号の供給を担う配線に電気的に接続され、
前記第3のトランジスタのソース及びドレインの一方は、前記第1のトランジスタのソース及びドレインの他方、及び前記第2のトランジスタのゲートに電気的に接続され、
前記第3のトランジスタのソース及びドレインの他方は、接地され、
前記第4のトランジスタのソース及びドレインの一方は、前記第2のトランジスタのソース及びドレインの他方、及び前記信号処理回路に対する前記電源電位の供給を担う配線に電気的に接続され、
前記第4のトランジスタのソース及びドレインの他方は、接地され、
前記第2のトランジスタ又は前記第4のトランジスタの少なくとも一方は、チャネルが酸化物半導体層に形成されるトランジスタである半導体装置。 - 電源供給制御回路と、前記電源供給制御回路を介して供給される電源電位を用いて動作する信号処理回路と、を有し、
前記電源供給制御回路は、第1のトランジスタ乃至第4のトランジスタと、バッファと、を有し、
前記第1のトランジスタのゲート、及びソース及びドレインの一方は、外部から入力される割り込み信号の供給を担う配線に電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのゲートは、前記第1のトランジスタのソース及びドレインの他方に電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのソース及びドレインの一方は、前記電源電位を供給する配線に電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのソース及びドレインの他方は、前記信号処理回路に対する前記電源電位の供給を担う配線に電気的に接続され、
前記第3のトランジスタのゲートは、前記信号処理回路が出力する電源供給停止信号の供給を担う配線に電気的に接続され、
前記第3のトランジスタのソース及びドレインの一方は、前記第1のトランジスタのソース及びドレインの他方、及び前記第2のトランジスタのゲートに電気的に接続され、
前記第3のトランジスタのソース及びドレインの他方は、接地され、
前記第4のトランジスタのソース及びドレインの一方は、前記第2のトランジスタのソース及びドレインの他方、及び前記信号処理回路に対する前記電源電位の供給を担う配線に電気的に接続され、
前記第4のトランジスタのソース及びドレインの他方は、接地され、
前記バッファの入力端子は、前記信号処理回路が出力する前記電源供給停止信号の供給を担う配線に電気的に接続され、
前記バッファの出力端子は、前記第4のトランジスタのゲートに電気的に接続され、
前記第2のトランジスタ又は前記第4のトランジスタの少なくとも一方は、チャネルが酸化物半導体層に形成されるトランジスタである半導体装置。 - 電源供給制御回路と、前記電源供給制御回路を介して供給される電源電位を用いて動作する信号処理回路と、を有し、
前記電源供給制御回路は、第1のトランジスタ乃至第4のトランジスタを有し、
前記第1のトランジスタのゲート、及びソース及びドレインの一方は、外部から入力される割り込み信号の供給を担う配線に電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのゲートは、前記第1のトランジスタのソース及びドレインの他方に電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのソース及びドレインの一方は、前記電源電位を供給する配線に電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのソース及びドレインの他方は、前記信号処理回路に対する前記電源電位の供給を担う配線に電気的に接続され、
前記第3のトランジスタのゲートは、前記信号処理回路が出力する第1の電源供給停止信号の供給を担う配線に電気的に接続され、
前記第3のトランジスタのソース及びドレインの一方は、前記第1のトランジスタのソース及びドレインの他方、及び前記第2のトランジスタのゲートに電気的に接続され、
前記第3のトランジスタのソース及びドレインの他方は、接地され、
前記第4のトランジスタのゲートは、前記信号処理回路が出力する第2の電源供給停止信号の供給を担う配線に電気的に接続され、
前記第4のトランジスタのソース及びドレインの一方は、前記第2のトランジスタのソース及びドレインの他方、及び前記信号処理回路に対する前記電源電位の供給を担う配線に電気的に接続され、
前記第4のトランジスタのソース及びドレインの他方は、接地され、
前記第2のトランジスタ又は前記第4のトランジスタの少なくとも一方は、チャネルが酸化物半導体層に形成されるトランジスタである半導体装置。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一項において、
前記第1のトランジスタ又は前記第3のトランジスタの少なくとも一方は、チャネルが酸化物半導体層に形成されるトランジスタである半導体装置。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか一項において、
前記信号処理回路は、フリップフロップと、前記フリップフロップとの間でデータの送受を行うメモリセルと、を有し、
前記メモリセルは、チャネルが酸化物半導体層に形成されるメモリ用トランジスタを有し、
前記メモリセルは、前記メモリ用トランジスタがオフ状態となることによって浮遊状態となるノードにおいて前記データを保持する半導体装置。 - 請求項5において、
前記フリップフロップは、チャネルが多結晶シリコン層又は単結晶シリコン層に形成されるトランジスタを用いて構成され、
前記電源供給制御回路及び前記メモリセルを有する層は、前記フリップフロップを有する層と重畳する領域に設けられる半導体装置。 - 請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の半導体装置の駆動方法であって、
前記信号処理回路に対する前記電源電位の供給を担う配線の電位が前記電源電位となっている状態において、
前記第3のトランジスタ及び前記第4のトランジスタをオン状態とし、前記第2のトランジスタのゲート、及び前記信号処理回路に対する前記電源電位の供給を担う配線を接地させることで、前記第2のトランジスタをオフ状態とし、且つ前記信号処理回路に対する前記電源電位の供給を担う配線の電位を接地電位とする第1の行程と、
前記第3のトランジスタ及び前記第4のトランジスタをオフ状態とする、前記第1の行程後の第2の行程と、
前記第1のトランジスタを介して、前記第2のトランジスタのゲートに前記第2のトランジスタのゲート及びソース間の電圧がしきい値電圧以上となる電位を供給することをきっかけとして、前記第2のトランジスタのゲートの電位をソースとの容量結合によって上昇させることで、前記信号処理回路に対する前記電源電位の供給を担う配線の電位を前記電源電位とする、前記第2の行程後の第3の行程と、を有する半導体装置の駆動方法。 - 請求項5又は請求項6に記載の半導体装置の駆動方法であって、
前記信号処理回路に対する前記電源電位の供給を担う配線の電位が前記電源電位となっている状態において、
前記フリップフロップが保持するデータを前記メモリセルへと転送する第1の行程と、
前記第3のトランジスタ及び前記第4のトランジスタをオン状態とし、前記第2のトランジスタのゲート、及び前記信号処理回路に対する前記電源電位の供給を担う配線を接地させることで、前記第2のトランジスタをオフ状態とし、且つ前記信号処理回路に対する前記電源電位の供給を担う配線の電位を接地電位とする、前記第1の行程後の第2の行程と、
前記第3のトランジスタ及び前記第4のトランジスタをオフ状態とする、前記第2の行程後の第3の行程と、
前記第1のトランジスタを介して、前記第2のトランジスタのゲートに前記第2のトランジスタのゲート及びソース間の電圧がしきい値電圧以上となる電位を供給することをきっかけとして、前記第2のトランジスタのゲートの電位をソースとの容量結合によって上昇させることで、前記信号処理回路に対する前記電源電位の供給を担う配線の電位を前記電源電位とする、前記第3の行程後の第4の行程と、
前記メモリセルが保持するデータを前記フリップフロップへと転送する、前記第4の行程後の第5の行程と、を有する半導体装置の駆動方法。
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