JP2015179555A - Semiconductor device, electronic component, and electronic apparatus - Google Patents

Semiconductor device, electronic component, and electronic apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2015179555A
JP2015179555A JP2015027169A JP2015027169A JP2015179555A JP 2015179555 A JP2015179555 A JP 2015179555A JP 2015027169 A JP2015027169 A JP 2015027169A JP 2015027169 A JP2015027169 A JP 2015027169A JP 2015179555 A JP2015179555 A JP 2015179555A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transistor
drain
source
wiring
electrically connected
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2015027169A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
小山 潤
Jun Koyama
潤 小山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority to JP2015027169A priority Critical patent/JP2015179555A/en
Publication of JP2015179555A publication Critical patent/JP2015179555A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device of a novel structure that achieves reduction in both chip size and production costs.SOLUTION: In a circuit based on an SRAM, such a structure is employed that an OMOS transistor is provided in an inverter loop, and an n channel type transistor comprising an Si transistor in the SRAM is used as the OMOS transistor. According to the structure, when elements in the semiconductor device are made finer, decrease in mobility associated with short channel effect can be suppressed. In addition, when power is supplied, operation equal to that of a normal SRAM can be performed, and when power supply is stopped, data can be held by a gate of the inverter.

Description

本発明の一態様は、半導体装置、電子部品、及び電子機器に関する。 One embodiment of the present invention relates to a semiconductor device, an electronic component, and an electronic device.

なお本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関するものである。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、それらの駆動方法、または、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。 Note that one embodiment of the present invention is not limited to the above technical field. The technical field of the invention disclosed in this specification and the like relates to an object, a method, or a manufacturing method. Alternatively, one embodiment of the present invention relates to a process, a machine, a manufacture, or a composition (composition of matter). Therefore, as a technical field of one embodiment of the present invention disclosed more specifically in this specification, a semiconductor device, a display device, a light-emitting device, a power storage device, a memory device, a driving method thereof, or a manufacturing method thereof, Can be cited as an example.

SRAM(Static Random Access Memory)は、データの書き込み/読み出しを高速に行える点でプロセッサ等のキャッシュメモリに用いられている。 An SRAM (Static Random Access Memory) is used for a cache memory such as a processor in that data can be written / read at a high speed.

SRAMは揮発性メモリのため、電源供給の停止によってデータが消滅してしまう。そのため、SRAMの構成に、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用いるトランジスタ(OSトランジスタ)と容量素子を追加し、データの消滅を防ぐ構成が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。 Since SRAM is a volatile memory, data is lost when power supply is stopped. Therefore, a configuration in which a transistor using an oxide semiconductor (OS transistor) and a capacitor are added to a semiconductor layer in which a channel is formed is added to the SRAM configuration to prevent data loss (for example, see Patent Document 1). reference).

特開2013−9285号公報JP2013-9285A

SRAMをベースとした回路に、OSトランジスタ及び容量素子を追加する構成では、チップサイズの増加、ひいては製造コストの上昇を招いてしまう。特に容量素子は、データを保持するために大きな面積を必要とするため、セル面積を増加させる要因となる。 In a configuration in which an OS transistor and a capacitor are added to a circuit based on SRAM, the chip size is increased, and thus the manufacturing cost is increased. In particular, the capacitor element needs a large area to hold data, and thus increases the cell area.

そこで、本発明の一態様は、チップサイズの増加を抑制できる、新規な構成の半導体装置等を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、製造コストの上昇を抑制できる、新規な構成の半導体装置等を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、新規な半導体装置等を提供することを課題の一とする。 Thus, an object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device or the like having a novel structure that can suppress an increase in chip size. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device or the like having a novel structure that can suppress an increase in manufacturing cost. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a novel semiconductor device or the like.

なお本発明の一態様の課題は、上記列挙した課題に限定されない。上記列挙した課題は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお他の課題は、以下の記載で述べる、本項目で言及していない課題である。本項目で言及していない課題は、当業者であれば明細書又は図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる。なお、本発明の一態様は、上記列挙した記載、及び/又は他の課題のうち、少なくとも一つの課題を解決するものである。 Note that the problems of one embodiment of the present invention are not limited to the problems listed above. The problems listed above do not disturb the existence of other problems. Other issues are issues not mentioned in this section, which are described in the following description. Problems not mentioned in this item can be derived from descriptions of the specification or drawings by those skilled in the art, and can be appropriately extracted from these descriptions. Note that one embodiment of the present invention solves at least one of the above-described description and / or other problems.

本発明の一態様は、第1乃至第4のトランジスタと、第1及び第2のインバータとを有する半導体装置であって、第1のトランジスタのゲートは、第1の配線に電気的に接続され、第1のトランジスタのソース又はドレインの一方は、第2の配線に電気的に接続され、第2のトランジスタのゲートは、第1の配線に電気的に接続され、第2のトランジスタのソース又はドレインの一方は、第3の配線に電気的に接続され、第3のトランジスタのゲートは、第4の配線に電気的に接続され、第3のトランジスタのソース又はドレインの一方は、第1のトランジスタのソース又はドレインの他方に電気的に接続され、第4のトランジスタのゲートは、第4の配線に電気的に接続され、第4のトランジスタのソース又はドレインの一方は、第2のトランジスタのソース又はドレインの他方に電気的に接続され、第1のインバータの第1端子は、第3のトランジスタのソース又はドレインの他方に電気的に接続され、第1のインバータの第2端子は、第4のトランジスタのソース又はドレインの一方に電気的に接続され、第2のインバータの第1端子は、第4のトランジスタのソース又はドレインの他方に電気的に接続され、第2のインバータの第2端子は、第3のトランジスタのソース又はドレインの一方に電気的に接続され、第1の配線は、第1の信号を伝えることができる機能を有し、第2の配線は、第2の信号を伝えることができる機能を有し、第3の配線は、第3の信号を伝えることができる機能を有し、第4の配線は、第4の信号を伝えることができる機能を有し、第1乃至第4のトランジスタは、半導体層が酸化物半導体を有する、nチャネル型のトランジスタであり、第1の信号は、第1のトランジスタを導通状態として、第3の信号の電位を第3のトランジスタのソース又はドレインの一方に与えることができる機能を有し、第1の信号は、第2のトランジスタを導通状態として、第4の信号の電位を第4のトランジスタのソース又はドレインの一方に与えることができる機能を有し、第2の信号は、第3のトランジスタを導通状態として、第3のトランジスタのソース又はドレインの一方の電位を第1のインバータの第1端子に与えることができる機能を有し、第2の信号は、第3のトランジスタを非導通状態として、第3のトランジスタのソース又はドレインの一方の電位を第1のインバータの第1端子に保持することができる機能を有し、第2の信号は、第4のトランジスタを導通状態として、第4のトランジスタのソース又はドレインの一方の電位を第2のインバータの第1端子に与えることができる機能を有し、第2の信号は、第4のトランジスタを非導通状態として、第4のトランジスタのソース又はドレインの一方の電位を第2のインバータの第1端子に保持することができる機能と、を有する半導体装置である。 One embodiment of the present invention is a semiconductor device including first to fourth transistors and first and second inverters, and a gate of the first transistor is electrically connected to a first wiring. , One of a source and a drain of the first transistor is electrically connected to the second wiring, and a gate of the second transistor is electrically connected to the first wiring, and the source or the drain of the second transistor One of the drains is electrically connected to the third wiring, the gate of the third transistor is electrically connected to the fourth wiring, and one of the source and the drain of the third transistor is connected to the first wiring The other of the source and the drain of the transistor is electrically connected, the gate of the fourth transistor is electrically connected to the fourth wiring, and one of the source and the drain of the fourth transistor is connected to the second transistor. The first terminal of the first inverter is electrically connected to the other of the source or drain of the third transistor, and the second terminal of the first inverter is electrically connected to the other of the source and drain of the transistor. , Electrically connected to one of a source or a drain of the fourth transistor, and a first terminal of the second inverter is electrically connected to the other of the source or the drain of the fourth transistor, and The second terminal is electrically connected to one of a source and a drain of the third transistor, the first wiring has a function of transmitting a first signal, and the second wiring The third wiring has a function capable of transmitting the third signal, and the fourth wiring has a function capable of transmitting the fourth signal. 1st to 1st The first transistor is an n-channel transistor in which a semiconductor layer includes an oxide semiconductor, and the first signal is set in a conductive state and the potential of the third signal is set to the source of the third transistor or The first signal has a function capable of being applied to one of the drains, and the potential of the fourth signal can be applied to one of the source and the drain of the fourth transistor with the second transistor in a conductive state. And the second signal has a function of making the third transistor conductive and supplying one potential of the source or drain of the third transistor to the first terminal of the first inverter. The second signal turns off the third transistor and keeps the potential of one of the source and drain of the third transistor at the first terminal of the first inverter. And the second signal can set the potential of one of the source and the drain of the fourth transistor to the first terminal of the second inverter with the fourth transistor turned on. The second signal has a function capable of holding the potential of one of the source and the drain of the fourth transistor at the first terminal of the second inverter by making the fourth transistor non-conductive. And a semiconductor device.

なおその他の本発明の一態様については、以下で述べる実施の形態における説明、及び図面に記載されている。 Note that other aspects of the present invention are described in the following embodiments and drawings.

本発明の一態様は、チップサイズの増加を抑制できる、新規な構成の半導体装置等を提供することができる。そのため、半導体装置を小型化することができる。または、本発明の一態様は、製造コストの上昇を抑制できる、新規な構成の半導体装置等を提供することができる。そのため、半導体装置の製造コストを低コスト化することができる。または、本発明の一態様は、新規な半導体装置等を提供することができる。 One embodiment of the present invention can provide a semiconductor device or the like having a novel structure that can suppress an increase in chip size. Therefore, the semiconductor device can be reduced in size. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device or the like having a novel structure that can suppress an increase in manufacturing cost can be provided. Therefore, the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a novel semiconductor device or the like can be provided.

なお本発明の一態様の効果は、上記列挙した効果に限定されない。上記列挙した効果は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお他の効果は、以下の記載で述べる、本項目で言及していない効果である。本項目で言及していない効果は、当業者であれば明細書又は図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる。なお、本発明の一態様は、上記列挙した効果、及び/又は他の効果のうち、少なくとも一つの効果を有するものである。従って本発明の一態様は、場合によっては、上記列挙した効果を有さない場合もある。 Note that the effects of one embodiment of the present invention are not limited to the effects listed above. The effects listed above do not preclude the existence of other effects. The other effects are effects not mentioned in this item described in the following description. Effects not mentioned in this item can be derived from the description of the specification or drawings by those skilled in the art, and can be appropriately extracted from these descriptions. Note that one embodiment of the present invention has at least one of the above effects and / or other effects. Accordingly, one embodiment of the present invention may not have the above-described effects depending on circumstances.

本発明の一態様を説明するための回路図。FIG. 10 is a circuit diagram illustrating one embodiment of the present invention. 本発明の一態様を説明するための回路図。FIG. 10 is a circuit diagram illustrating one embodiment of the present invention. 本発明の一態様を説明するためのタイミングチャート。4 is a timing chart for describing one embodiment of the present invention. 本発明の一態様を説明するための回路ブロック図。FIG. 10 is a circuit block diagram illustrating one embodiment of the present invention. 本発明の一態様を説明するための回路図。FIG. 10 is a circuit diagram illustrating one embodiment of the present invention. 本発明の一態様を説明するための回路図。FIG. 10 is a circuit diagram illustrating one embodiment of the present invention. 本発明の一態様を説明するための回路図。FIG. 10 is a circuit diagram illustrating one embodiment of the present invention. 本発明の一態様を説明するための回路図。FIG. 10 is a circuit diagram illustrating one embodiment of the present invention. 本発明の一態様を説明するための回路図。FIG. 10 is a circuit diagram illustrating one embodiment of the present invention. 本発明の一態様を説明するための回路図。FIG. 10 is a circuit diagram illustrating one embodiment of the present invention. 酸化物半導体の断面TEM像および局所的なフーリエ変換像。Sectional TEM image and local Fourier transform image of an oxide semiconductor. 酸化物半導体膜のナノビーム電子回折パターンを示す図、および透過電子回折測定装置の一例を示す図。The figure which shows the nano beam electron diffraction pattern of an oxide semiconductor film, and the figure which shows an example of a transmission electron diffraction measuring apparatus. 透過電子回折測定による構造解析の一例を示す図、および平面TEM像。The figure which shows an example of the structural analysis by a transmission electron diffraction measurement, and a plane TEM image. 本発明の一態様を説明する断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of the present invention. 本発明の一態様を説明する断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of the present invention. 電子部品の作製工程を示すフローチャート及び斜視模式図。The flowchart and perspective schematic diagram which show the manufacturing process of an electronic component. 電子部品を用いた電子機器。Electronic equipment using electronic components.

以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は、以下の実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. However, the embodiments can be implemented in many different modes, and it is easily understood by those skilled in the art that the modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope thereof. . Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the following embodiments.

また、図面において、大きさ、層の厚さ、又は領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお図面は、理想的な例を模式的に示したものであり、図面に示す形状又は値などに限定されない。例えば、ノイズによる信号、電圧、若しくは電流のばらつき、又は、タイミングのずれによる信号、電圧、若しくは電流のばらつきなどを含むことが可能である。 In the drawings, the size, the layer thickness, or the region is exaggerated for simplicity in some cases. Therefore, it is not necessarily limited to the scale. The drawings schematically show an ideal example, and are not limited to the shapes or values shown in the drawings. For example, variation in signal, voltage, or current due to noise, variation in signal, voltage, or current due to timing shift can be included.

また本明細書等において、トランジスタとは、ゲートと、ドレインと、ソースとを含む少なくとも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン(ドレイン端子、ドレイン領域又はドレイン電極)とソース(ソース端子、ソース領域又はソース電極)の間にチャネル領域を有しており、ドレインとチャネル領域とソースとを介して電流を流すことができるものである。 In this specification and the like, a transistor is an element having at least three terminals including a gate, a drain, and a source. A channel region is provided between the drain (drain terminal, drain region or drain electrode) and the source (source terminal, source region or source electrode), and a current flows through the drain, channel region, and source. It is something that can be done.

ここで、ソースとドレインとは、トランジスタの構造又は動作条件等によって変わるため、いずれがソース又はドレインであるかを限定することが困難である。そこで、ソースとして機能する部分、及びドレインとして機能する部分を、ソース又はドレインと呼ばず、ソースとドレインとの一方を第1電極と表記し、ソースとドレインとの他方を第2電極と表記する場合がある。 Here, since the source and the drain vary depending on the structure or operating conditions of the transistor, it is difficult to limit which is the source or the drain. Therefore, a portion that functions as a source and a portion that functions as a drain are not referred to as a source or a drain, but one of the source and the drain is referred to as a first electrode, and the other of the source and the drain is referred to as a second electrode. There is a case.

なお本明細書にて用いる「第1」、「第2」、「第3」という序数詞は、構成要素の混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではないことを付記する。 Note that the ordinal numbers “first”, “second”, and “third” used in this specification are added to avoid confusion between components, and are not limited in number. To do.

なお本明細書において、AとBとが接続されている、とは、AとBとが直接接続されているものの他、電気的に接続されているものを含むものとする。ここで、AとBとが電気的に接続されているとは、AとBとの間で、何らかの電気的作用を有する対象物が存在するとき、AとBとの電気信号の授受を可能とするものをいう。 Note that in this specification, A and B are connected to each other, including A and B being directly connected, as well as those being electrically connected. Here, A and B are electrically connected. When there is an object having some electrical action between A and B, it is possible to send and receive electrical signals between A and B. It says that.

なお、例えば、トランジスタのソース(又は第1の端子など)が、Z1を介して(又は介さず)、Xと電気的に接続され、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)が、Z2を介して(又は介さず)、Yと電気的に接続されている場合や、トランジスタのソース(又は第1の端子など)が、Z1の一部と直接的に接続され、Z1の別の一部がXと直接的に接続され、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)が、Z2の一部と直接的に接続され、Z2の別の一部がYと直接的に接続されている場合では、以下のように表現することが出来る。 Note that for example, the source (or the first terminal) of the transistor is electrically connected to X through (or not through) Z1, and the drain (or the second terminal or the like) of the transistor is connected to Z2. Through (or without), Y is electrically connected, or the source (or the first terminal, etc.) of the transistor is directly connected to a part of Z1, and another part of Z1 Is directly connected to X, and the drain (or second terminal, etc.) of the transistor is directly connected to a part of Z2, and another part of Z2 is directly connected to Y. Then, it can be expressed as follows.

例えば、「XとYとトランジスタのソース(又は第1の端子など)とドレイン(又は第2の端子など)とは、互いに電気的に接続されており、X、トランジスタのソース(又は第1の端子など)、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)、Yの順序で電気的に接続されている。」と表現することができる。または、「トランジスタのソース(又は第1の端子など)は、Xと電気的に接続され、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)はYと電気的に接続され、X、トランジスタのソース(又は第1の端子など)、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)、Yは、この順序で電気的に接続されている」と表現することができる。または、「Xは、トランジスタのソース(又は第1の端子など)とドレイン(又は第2の端子など)とを介して、Yと電気的に接続され、X、トランジスタのソース(又は第1の端子など)、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)、Yは、この接続順序で設けられている」と表現することができる。これらの例と同様な表現方法を用いて、回路構成における接続の順序について規定することにより、トランジスタのソース(又は第1の端子など)と、ドレイン(又は第2の端子など)とを、区別して、技術的範囲を決定することができる。なお、これらの表現方法は、一例であり、これらの表現方法に限定されない。ここで、X、Y、Z1、Z2は、対象物(例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、など)であるとする。 For example, “X and Y, and the source (or the first terminal or the like) and the drain (or the second terminal or the like) of the transistor are electrically connected to each other. The drain of the transistor (or the second terminal, etc.) and the Y are electrically connected in this order. ” Or “the source (or the first terminal or the like) of the transistor is electrically connected to X, the drain (or the second terminal or the like) of the transistor is electrically connected to Y, and X or the source ( Or the first terminal or the like, the drain of the transistor (or the second terminal, or the like) and Y are electrically connected in this order. Or “X is electrically connected to Y through the source (or the first terminal) and the drain (or the second terminal) of the transistor, and X is the source of the transistor (or the first terminal). Terminal, etc.), the drain of the transistor (or the second terminal, etc.), and Y are provided in this connection order. By using the same expression method as in these examples and defining the order of connection in the circuit configuration, the source (or the first terminal, etc.) and the drain (or the second terminal, etc.) of the transistor are separated. Apart from that, the technical scope can be determined. In addition, these expression methods are examples, and are not limited to these expression methods. Here, it is assumed that X, Y, Z1, and Z2 are objects (for example, devices, elements, circuits, wirings, electrodes, terminals, conductive films, layers, and the like).

なお本明細書において、「上に」、「下に」などの配置を示す語句は、構成同士の位置関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。また、構成同士の位置関係は、各構成を描写する方向に応じて適宜変化するものである。従って、明細書で説明した語句に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。 Note that in this specification, terms such as “above” and “below” are used for convenience in describing the positional relationship between components with reference to the drawings. Moreover, the positional relationship between components changes suitably according to the direction which draws each structure. Therefore, the present invention is not limited to the words and phrases described in the specification, and can be appropriately rephrased depending on the situation.

なお図面におけるブロック図の各回路ブロックの配置は、説明のため位置関係を特定するものであり、異なる回路ブロックで別々の機能を実現するよう示していても、実際の回路ブロックにおいては同じ回路ブロック内で別々の機能を実現しうるように設けられている場合もある。また図面における各回路ブロックの機能は、説明のため機能を特定するものであり、一つの回路ブロックとして示していても、実際の回路ブロックにおいては一つの回路ブロックで行う処理を、複数の回路ブロックで行うよう設けられている場合もある。 In addition, the arrangement of each circuit block in the block diagram in the drawing specifies the positional relationship for the sake of explanation, and even if it is shown that different functions are realized by different circuit blocks, the same circuit block in the actual circuit block In some cases, different functions can be realized. In addition, the function of each circuit block in the drawing is to specify the function for explanation. Even if the function is shown as one circuit block, in an actual circuit block, processing performed by one circuit block is performed by a plurality of circuit blocks. In some cases, it is provided.

(実施の形態1)
本実施の形態では、半導体装置の回路図、及びタイミングチャートの構成例について説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, a circuit diagram of a semiconductor device and a structural example of a timing chart will be described.

本明細書等において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうるもの全般を指す。よって、トランジスタ等の半導体素子で構成されるRAM(Random Access Memory)、RAMを構成するメモリセル、あるいは記憶回路などは、半導体装置である。 In this specification and the like, a semiconductor device refers to any device that can function by utilizing semiconductor characteristics. Therefore, a RAM (Random Access Memory) including a semiconductor element such as a transistor, a memory cell included in the RAM, a memory circuit, or the like is a semiconductor device.

図1は、半導体装置であるメモリセルの回路構成を示す図である。 FIG. 1 is a diagram illustrating a circuit configuration of a memory cell which is a semiconductor device.

図1に示すメモリセルMCは、トランジスタ11、トランジスタ12、トランジスタ13、トランジスタ14、インバータINV1、及びインバータINV2を有する。 The memory cell MC illustrated in FIG. 1 includes a transistor 11, a transistor 12, a transistor 13, a transistor 14, an inverter INV1, and an inverter INV2.

なお図1では、トランジスタ11とトランジスタ13とインバータINV2の間のノードを、ノードN1として図示している。またトランジスタ12とトランジスタ14とインバータINV1の間のノードを、ノードN2として図示している。またトランジスタ13とインバータINV1との間のノードを、ノードN3として図示している。またトランジスタ14とインバータINV2との間のノードを、ノードN4として図示している。 In FIG. 1, a node between the transistor 11, the transistor 13, and the inverter INV2 is illustrated as a node N1. A node between the transistor 12, the transistor 14, and the inverter INV1 is illustrated as a node N2. A node between the transistor 13 and the inverter INV1 is illustrated as a node N3. A node between the transistor 14 and the inverter INV2 is illustrated as a node N4.

また、図1に示すメモリセルMCには、ワード信号WSを与えるための配線WL、データ保持制御信号MESを与えるための配線MEL、データ信号dataを与えるための配線BL、反転データ信号databを与えるための配線BLBを図示している。 Further, the memory cell MC shown in FIG. 1 is provided with a wiring WL for supplying the word signal WS, a wiring MEL for supplying the data holding control signal MES, a wiring BL for supplying the data signal data, and an inverted data signal dataab. A wiring BLB for this purpose is shown.

メモリセルMCは、一例として、RAMを構成するメモリセルである。メモリセルMCは、ワード信号WS及び容量ワード信号CESを制御して、データ信号data及び反転データ信号databの電位が与えられ、データが書き込まれる。書き込まれたデータは、データ保持制御信号MESを制御して、メモリセルMCに保持される。またメモリセルMCは、ワード信号WSを制御して、配線BL及び配線BLBの電位の変化を外部回路で検出し、データを読み出すことができる。 As an example, the memory cell MC is a memory cell constituting a RAM. The memory cell MC controls the word signal WS and the capacitor word signal CES, is supplied with the potential of the data signal data and the inverted data signal dataab, and data is written therein. The written data is held in the memory cell MC by controlling the data holding control signal MES. In addition, the memory cell MC can control the word signal WS, detect a change in the potential of the wiring BL and the wiring BLB by an external circuit, and read data.

図1のメモリセルMCの構成では、SRAMをベースとする回路において、スイッチとして機能するトランジスタ11及びトランジスタ12をOSトランジスタとし、さらにインバータループ内に、スイッチとして機能するOSトランジスタとして、トランジスタ13及びトランジスタ14を設ける構成とする。該構成とすることで、半導体装置が有する各素子を微細化した際、短チャネル効果に伴う移動度の低下を抑制することができる。また、該構成とすることで、電源供給時には通常のSRAMと同等の動作を行うことができ、電源停止時にはインバータのゲートにデータを保持させることができる。 In the configuration of the memory cell MC in FIG. 1, in the circuit based on the SRAM, the transistor 11 and the transistor 12 functioning as switches are OS transistors, and the transistor 13 and the transistor as the OS transistors functioning as switches in the inverter loop. 14 is provided. With this structure, when each element included in the semiconductor device is miniaturized, reduction in mobility associated with the short channel effect can be suppressed. Further, with this configuration, an operation equivalent to that of a normal SRAM can be performed when power is supplied, and data can be held at the gate of the inverter when the power is stopped.

図1のメモリセルMCの構成で用いるOSトランジスタは、電子を多数キャリアとする蓄積型のトランジスタである。この場合、酸化物半導体層に接するソース電極およびドレイン電極として機能する導電層からチャネル形成領域へ延びる電界を短距離で遮蔽できる。そのためOSトランジスタは、短チャネル効果が起きにくい。短チャネル効果が起きにくいため、LDD領域を設ける必要がない。そのためOSトランジスタは、チャネル長を短くしても移動度の低下が生じない。 The OS transistor used in the configuration of the memory cell MC in FIG. 1 is an accumulation type transistor using electrons as majority carriers. In this case, an electric field extending from the conductive layer functioning as a source electrode and a drain electrode in contact with the oxide semiconductor layer to the channel formation region can be shielded at a short distance. For this reason, the OS transistor hardly causes a short channel effect. Since the short channel effect does not easily occur, it is not necessary to provide an LDD region. Therefore, the mobility of the OS transistor does not decrease even when the channel length is shortened.

一方で、Siトランジスタは短チャネルの場合、短チャネル効果が起きる。この短チャネル効果を抑制するため、SiトランジスタではLDD領域を設ける必要がある。このLDD領域の影響によって、Siトランジスタでは移動度の低下が生じる。そのため、OSトランジスタを有するメモリセルMCの構成は、Siトランジスタにおいて移動度のゲート長依存性により微細化した際の移動度が小さくなる問題を解決することができる。 On the other hand, when the Si transistor has a short channel, a short channel effect occurs. In order to suppress this short channel effect, it is necessary to provide an LDD region in the Si transistor. Due to the influence of the LDD region, the mobility of the Si transistor is lowered. Therefore, the configuration of the memory cell MC having the OS transistor can solve the problem that the mobility is reduced when the Si transistor is miniaturized due to the gate length dependency of the mobility.

短チャネル効果が表れないゲート長では、SiトランジスタとOSトランジスタの移動度の差が大きいと、OSトランジスタのゲート幅をSiトランジスタに比べて大きくして設計する必要がある。一方で微細化によって短チャネル効果が表れるゲート長では、SiトランジスタとOSトランジスタの移動度の差が小さくなる。そのため、OSトランジスタを有するメモリセルMCの構成は、OSトランジスタとSiトランジスタのゲート幅を近づけて設計することができる。 When the gate length is such that the short channel effect does not appear, if the mobility difference between the Si transistor and the OS transistor is large, it is necessary to design the gate width of the OS transistor larger than that of the Si transistor. On the other hand, the difference in mobility between the Si transistor and the OS transistor becomes small at the gate length where the short channel effect appears by miniaturization. Therefore, the configuration of the memory cell MC having the OS transistor can be designed by making the gate widths of the OS transistor and the Si transistor close to each other.

その結果、OSトランジスタを有するメモリセルMCは、チャネル長が5nmより大きく1μm以下、好ましくは5nmより大きく20nm以下、と各素子を微細化した際、短チャネル効果に伴う移動度の低下を抑制することができる。そのため、メモリセルMCを有する半導体装置のチップサイズの増加を抑制することができる。そして、チップサイズの増加を抑制することで、1枚の基板から製造できるチップサイズの数が増えるため、製造コストの上昇を抑制することができる。 As a result, the memory cell MC having an OS transistor suppresses a decrease in mobility associated with the short channel effect when each element is miniaturized such that the channel length is greater than 5 nm and less than or equal to 1 μm, preferably greater than 5 nm and less than or equal to 20 nm. be able to. Therefore, an increase in the chip size of the semiconductor device having the memory cell MC can be suppressed. And by suppressing the increase in chip size, the number of chip sizes that can be manufactured from a single substrate increases, so that an increase in manufacturing cost can be suppressed.

また図1のメモリセルMCの構成で用いるOSトランジスタは、チップサイズの抑制、ひいては製造コストの上昇を抑制することに加えて、極めて低いオフ電流が得られるトランジスタとすることができる。 Further, the OS transistor used in the configuration of the memory cell MC in FIG. 1 can be a transistor that can obtain an extremely low off-state current in addition to the suppression of the chip size and the increase in manufacturing cost.

図1のメモリセルMCの構成で用いるOSトランジスタは、酸化物半導体中の不純物濃度を低減し、酸化物半導体を真性または実質的に真性にすることでオフ電流を低くすることができる。ここで、実質的に真性とは、酸化物半導体中のキャリア密度が、1×1017/cm未満であること、好ましくは1×1015/cm未満であること、さらに好ましくは1×1013/cm未満であることを指す。酸化物半導体において、水素、窒素、炭素、シリコン、および主成分以外の金属元素は不純物となる。例えば、水素および窒素はドナー準位の形成に寄与し、キャリア密度を増大させてしまう。 The OS transistor used in the structure of the memory cell MC in FIG. 1 can reduce the off-state current by reducing the impurity concentration in the oxide semiconductor and making the oxide semiconductor intrinsic or substantially intrinsic. Here, substantially intrinsic means that the carrier density in the oxide semiconductor is less than 1 × 10 17 / cm 3 , preferably less than 1 × 10 15 / cm 3 , and more preferably 1 × It indicates less than 10 13 / cm 3 . In an oxide semiconductor, hydrogen, nitrogen, carbon, silicon, and metal elements other than main components are impurities. For example, hydrogen and nitrogen contribute to the formation of donor levels and increase the carrier density.

真性または実質的に真性にした酸化物半導体を用いたトランジスタは、キャリア密度が低いため、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性になることが少ない。また、当該酸化物半導体を用いたトランジスタは、酸化物半導体のキャリアトラップが少ないため、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる。また、当該酸化物半導体を用いたトランジスタは、オフ電流を非常に低くすることが可能となる。 A transistor including an intrinsic or substantially intrinsic oxide semiconductor has low carrier density, and thus has less electrical characteristics with a negative threshold voltage. In addition, a transistor including the oxide semiconductor has few carrier traps in the oxide semiconductor, and thus has a small change in electrical characteristics and has high reliability. In addition, a transistor including the oxide semiconductor can have extremely low off-state current.

なおオフ電流を低くしたOSトランジスタでは、室温(25℃程度)にてチャネル幅1μmあたりの規格化されたオフ電流が1×10−18A以下、好ましくは1×10−21A以下、更に好ましくは1×10−24A以下、又は85℃にて1×10−15A以下、好ましくは1×10−18A以下、更に好ましくは1×10−21A以下とすることができる。 Note that in an OS transistor with a low off-state current, the normalized off-current per channel width of 1 μm at room temperature (about 25 ° C.) is 1 × 10 −18 A or less, preferably 1 × 10 −21 A or less, more preferably May be 1 × 10 −24 A or less, or 1 × 10 −15 A or less at 85 ° C., preferably 1 × 10 −18 A or less, and more preferably 1 × 10 −21 A or less.

なおオフ電流とは、nチャネル型トランジスタの場合、トランジスタがオフ状態のときにソースとドレインとの間に流れる電流をいう。nチャネル型トランジスタの閾値電圧が、例えば、0V乃至2V程度であれば、ゲートとソースの間に印加される電圧が負の電圧の場合に、ソースとドレインとの間を流れる電流をオフ電流ということができる。 Note that in the case of an n-channel transistor, off-state current refers to a current that flows between a source and a drain when the transistor is off. If the threshold voltage of the n-channel transistor is, for example, about 0 V to 2 V, the current flowing between the source and the drain when the voltage applied between the gate and the source is a negative voltage is referred to as an off current. be able to.

その結果、OSトランジスタを有するメモリセルMCは、極めて低いオフ電流が得られるトランジスタとすることができる。そのため、OSトランジスタを非導通状態とし、電源供給が停止してもメモリセルMC内に電荷を保持させることができる。そして、保持した電荷に従って電源供給を再開させることで、電源供給を停止する前の状態にすることができる。 As a result, the memory cell MC including the OS transistor can be a transistor from which an extremely low off-state current can be obtained. Therefore, even when the OS transistor is turned off and power supply is stopped, charge can be held in the memory cell MC. And it can be in the state before stopping power supply by restarting power supply according to the held electric charge.

また図1のメモリセルMCの構成で用いるOSトランジスタは、チップサイズの抑制、ひいては製造コストの上昇を抑制すること、極めて低いオフ電流が得られるトランジスタとすることに加えて、良好なスイッチング特性が得られるトランジスタとすることができる。 In addition, the OS transistor used in the configuration of the memory cell MC in FIG. 1 has a good switching characteristic in addition to a reduction in chip size, and thus an increase in manufacturing cost, and a transistor with an extremely low off-state current. The resulting transistor can be obtained.

なお図1のメモリセルMCの構成で用いるOSトランジスタは、絶縁表面上に形成されるトランジスタである。そのため、Siトランジスタのように半導体基板をそのままチャネル形成領域として用いる場合と異なり、ゲート電極とボディもしくは半導体基板との間で寄生容量が形成されない。従ってOSトランジスタを用いる場合、ゲート電界によるキャリアの制御が容易になり、良好なスイッチング特性を得ることができる。 Note that the OS transistor used in the structure of the memory cell MC in FIG. 1 is a transistor formed over an insulating surface. Therefore, unlike the case where a semiconductor substrate is used as it is as a channel formation region like a Si transistor, no parasitic capacitance is formed between the gate electrode and the body or the semiconductor substrate. Therefore, when an OS transistor is used, carriers can be easily controlled by a gate electric field, and good switching characteristics can be obtained.

加えて、図1のメモリセルMCの構成で用いるOSトランジスタは、上述した短チャネル効果を抑制できるため、Siトランジスタにおいては短チャネル効果を抑制するために講じていたゲート絶縁膜を薄く形成する必要がない。そのため、OSトランジスタはゲート絶縁膜を厚く形成することができ、寄生容量の低減を見込むことができる。またOSトランジスタは、上述したLDD領域を設ける必要がない。そのため、さらなる寄生容量の低減を見込むことができる。 In addition, since the OS transistor used in the configuration of the memory cell MC of FIG. 1 can suppress the short channel effect described above, it is necessary to form a thin gate insulating film that has been taken to suppress the short channel effect in the Si transistor. There is no. Therefore, the OS transistor can be formed with a thick gate insulating film, and a reduction in parasitic capacitance can be expected. Further, the OS transistor does not need to be provided with the LDD region described above. Therefore, further reduction of parasitic capacitance can be expected.

上述したように、寄生容量の形成を抑制することができることにより、図1のメモリセルMC内の、スイッチとして機能するトランジスタ11乃至14では、ゲート容量を小さくすることができる。そのため、トランジスタ11乃至14を非導通状態とする際に生じるフィールドスルー効果を表れにくくすることができる。 As described above, since the formation of parasitic capacitance can be suppressed, in the transistors 11 to 14 functioning as switches in the memory cell MC in FIG. 1, the gate capacitance can be reduced. Therefore, the field-through effect that occurs when the transistors 11 to 14 are turned off can be made difficult to appear.

フィールドスルー効果による電位の低下は、インバータINV1、INV2に接続されるトランジスタ13、14であれば、保持容量(インバータのゲート容量)と、トランジスタ13及びトランジスタ14のゲート容量の比で、ゲート電位の低下が決まる。そのため、トランジスタ13及びトランジスタ14のゲート容量を小さくした図1のメモリセルMCでは、フィールドスルー効果を低減することができる。 For the transistors 13 and 14 connected to the inverters INV1 and INV2, the decrease in potential due to the field-through effect is the ratio of the gate potential by the ratio of the holding capacity (gate capacity of the inverter) and the gate capacity of the transistors 13 and 14. Decline is decided. Therefore, the field through effect can be reduced in the memory cell MC of FIG. 1 in which the gate capacitances of the transistors 13 and 14 are reduced.

その結果、OSトランジスタを有するメモリセルMCは、各素子を微細化した際、トランジスタに寄生する各種容量を減少することができる。そのため、フィールドスルー効果を抑制するための保持容量の追加といった素子の追加を行う必要をなくすことができ、メモリセルMCを有する半導体装置のチップサイズの増加を抑制することができる。 As a result, the memory cell MC having the OS transistor can reduce various capacitances parasitic on the transistor when each element is miniaturized. Therefore, it is not necessary to add an element such as adding a storage capacitor for suppressing the field through effect, and an increase in the chip size of the semiconductor device having the memory cell MC can be suppressed.

次いで、メモリセルMCが有する各構成について説明する。なお図面を用いて説明する回路図では、OSトランジスタであることを示すために、OSの符号を併せて図示している。 Next, each configuration of the memory cell MC will be described. Note that in the circuit diagram described with reference to the drawings, an OS symbol is also illustrated to indicate an OS transistor.

トランジスタ11は、ゲートが配線WLに接続される。トランジスタ11は、ソース又はドレインの一方が配線BLに接続される。トランジスタ11は、ソース又はドレインの他方がトランジスタ13のソース又はドレインの一方、すなわちノードN1に接続される。 The gate of the transistor 11 is connected to the wiring WL. One of the source and the drain of the transistor 11 is connected to the wiring BL. The other of the source and the drain of the transistor 11 is connected to one of the source and the drain of the transistor 13, that is, the node N1.

トランジスタ12は、ゲートが配線WLに接続される。トランジスタ12は、ソース又はドレインの一方が配線BLBに接続される。トランジスタ12は、ソース又はドレインの他方がトランジスタ14のソース又はドレインの一方、すなわちノードN2に接続される。 The transistor 12 has a gate connected to the wiring WL. One of the source and the drain of the transistor 12 is connected to the wiring BLB. The other of the source and the drain of the transistor 12 is connected to one of the source and the drain of the transistor 14, that is, the node N2.

配線WLに与えるワード信号WSは、トランジスタ11、12の導通状態を制御する信号である。本明細書では、トランジスタ11、12をnチャネル型トランジスタとして説明する。そのため、ワード信号WSがHレベルの電位であれば、トランジスタ11、12が導通状態となり、Lレベルの電位であれば、トランジスタ11、12が非導通状態となる。ワード信号WSは、第1の信号ともいう。 A word signal WS given to the wiring WL is a signal for controlling the conduction state of the transistors 11 and 12. In this specification, the transistors 11 and 12 are described as n-channel transistors. Therefore, when the word signal WS is at an H level potential, the transistors 11 and 12 are turned on. When the word signal WS is at an L level potential, the transistors 11 and 12 are turned off. The word signal WS is also referred to as a first signal.

配線BLに与えるデータ信号dataは、メモリセルMCに書き込むデータに基づく信号である。また、配線BLに与える反転データ信号databは、データ信号dataを反転した信号である。データ信号dataは、一例としてデータ’1’であればHレベルの電位、データ’0’であればLレベルの電位とする。また反転データ信号databは、一例としてデータ’1’であればLレベルの電位、データ’0’であればHレベルの電位とする。データ信号dataは、第3の信号ともいう。反転データ信号databは、第4の信号ともいう。 The data signal “data” given to the wiring BL is a signal based on data written to the memory cell MC. Further, the inverted data signal “datab” given to the wiring BL is a signal obtained by inverting the data signal “data”. For example, the data signal “data” is an H level potential if the data is “1”, and an L level potential if the data is “0”. For example, the inverted data signal “datab” is an L level potential if the data is “1”, and an H level potential if the data is “0”. The data signal data is also referred to as a third signal. The inverted data signal dataab is also referred to as a fourth signal.

データ信号dataは、トランジスタ11を介して、ノードN1に与えられる。反転データ信号databは、トランジスタ12を介して、ノードN2に与えられる。 The data signal data is given to the node N1 through the transistor 11. The inverted data signal dataab is given to the node N2 through the transistor 12.

ワード信号WSは、トランジスタ11を導通状態として、データ信号dataの電位をトランジスタ13のソース又はドレインの一方に与えることができる機能、及びトランジスタ12を導通状態として、反転データ信号databの電位をトランジスタ14のソース又はドレインの一方に与えることができる機能を有する。 The word signal WS has a function capable of turning on the transistor 11 and supplying the potential of the data signal data to one of the source and the drain of the transistor 13, and the potential of the inverted data signal dataab in the transistor 14 with the transistor 12 turned on. It has a function that can be given to either the source or the drain.

ワード信号WSは、データを書き込む際にトランジスタ11、12を導通状態とする。またワード信号WSは、データを読み出す際にトランジスタ11、12を導通状態とする。ワード信号WSは、データを書き込む際及び読み出す際以外は、トランジスタ11、12を非導通状態とする。 The word signal WS makes the transistors 11 and 12 conductive when data is written. The word signal WS turns on the transistors 11 and 12 when reading data. The word signal WS turns off the transistors 11 and 12 except when data is written and read.

トランジスタ13は、ゲートが配線MELに接続される。トランジスタ13は、ソース又はドレインの一方がトランジスタ11のソース又はドレインの他方、すなわちノードN1に接続される。トランジスタ13は、ソース又はドレインの他方がインバータINV1の第1端子(入力端子ともいう)、すなわちノードN3に接続される。 The gate of the transistor 13 is connected to the wiring MEL. One of the source and the drain of the transistor 13 is connected to the other of the source and the drain of the transistor 11, that is, the node N1. The other of the source and the drain of the transistor 13 is connected to the first terminal (also referred to as an input terminal) of the inverter INV1, that is, the node N3.

トランジスタ14は、ゲートが配線MELに接続される。トランジスタ14は、ソース又はドレインの一方がトランジスタ12のソース又はドレインの他方、すなわちノードN2に接続される。トランジスタ14は、ソース又はドレインの他方がインバータINV2の第1端子、すなわちノードN4に接続される。 The gate of the transistor 14 is connected to the wiring MEL. One of the source and the drain of the transistor 14 is connected to the other of the source and the drain of the transistor 12, that is, the node N2. The other of the source and the drain of the transistor 14 is connected to the first terminal of the inverter INV2, that is, the node N4.

インバータINV1は、第1端子がトランジスタ13のソース又はドレインの他方、すなわちノードN3に接続される。インバータINV1は、第2端子(出力端子ともいう)がトランジスタ14のソース又はドレインの一方、すなわちノードN2に接続される。 The inverter INV1 has a first terminal connected to the other of the source and the drain of the transistor 13, that is, the node N3. The inverter INV1 has a second terminal (also referred to as an output terminal) connected to one of the source and the drain of the transistor 14, that is, the node N2.

インバータINV2は、第1端子がトランジスタ14のソース又はドレインの他方、すなわちノードN4に接続される。インバータINV1は、第2端子がトランジスタ13のソース又はドレインの一方、すなわちノードN1に接続される。 The inverter INV2 has a first terminal connected to the other of the source and the drain of the transistor 14, that is, the node N4. The inverter INV1 has a second terminal connected to one of the source and the drain of the transistor 13, that is, the node N1.

配線MELに与える記憶制御信号MESは、トランジスタ13、14の導通状態を制御する信号である。本明細書では、トランジスタ13、14をnチャネル型トランジスタとして説明する。そのため、記憶制御信号MESがHレベルの電位であれば、トランジスタ13、14が導通状態となり、Lレベルの電位であれば、トランジスタ13、14が非導通状態となる。記憶制御信号MESは、第2の信号ともいう。 The storage control signal MES given to the wiring MEL is a signal for controlling the conduction state of the transistors 13 and 14. In this specification, the transistors 13 and 14 are described as n-channel transistors. Therefore, when the storage control signal MES is at an H level potential, the transistors 13 and 14 are turned on, and when the storage control signal MES is at an L level potential, the transistors 13 and 14 are turned off. The storage control signal MES is also referred to as a second signal.

記憶制御信号MESは、トランジスタ13を導通状態として、トランジスタ13のソース又はドレインの一方の電位をインバータINV1の第1端子に与えることができる機能と、トランジスタ13を非導通状態として、トランジスタ13のソース又はドレインの一方の電位をインバータINV1の第1端子に保持する機能と、を有する。また、記憶制御信号MESは、トランジスタ14を導通状態として、トランジスタ14のソース又はドレインの一方の電位をインバータINV2の第1端子に与えることができる機能と、トランジスタ14を非導通状態として、トランジスタ14のソース又はドレインの一方の電位をインバータINV2の第1端子に保持する機能と、を有する。 The memory control signal MES has a function of allowing the transistor 13 to be in a conductive state and supplying one potential of the source or drain of the transistor 13 to the first terminal of the inverter INV1, and the source of the transistor 13 to be in a non-conductive state. Or a function of holding one potential of the drain at the first terminal of the inverter INV1. In addition, the memory control signal MES has a function of turning on the transistor 14 and supplying one of the source and drain potentials of the transistor 14 to the first terminal of the inverter INV2, and setting the transistor 14 in a non-conductive state. And holding the potential of one of the source and drain at the first terminal of the inverter INV2.

記憶制御信号MESは、電源供給が継続して行われている期間では、トランジスタ13、14を導通状態とする。トランジスタ13、14を導通状態とすることで、インバータINV1、INV2をSRAMが有するインバータループと同様に機能させることができる。そのため、データを書き込むための回路、データを読み出すための回路として、SRAMで用いる回路と同等の機能を有する回路を用いることができる。 The storage control signal MES makes the transistors 13 and 14 conductive during a period in which power supply is continuously performed. By making the transistors 13 and 14 conductive, the inverters INV1 and INV2 can function in the same manner as an inverter loop included in the SRAM. Therefore, a circuit having a function equivalent to that of a circuit used in an SRAM can be used as a circuit for writing data and a circuit for reading data.

また記憶制御信号MESは、電源供給が停止する期間では、トランジスタ13、14を非導通状態とする。トランジスタ13、14を非導通状態とすることで、ノードN3の電位に応じた電荷はノードN3に保持される。ノードN3の電位は、インバータINV1が有するトランジスタのゲート容量と、オフ電流が低いトランジスタ13によって、電源供給が停止しても保持される。そのため、メモリセルMCでは、電源供給が停止する期間であっても、書き込んだデータを保持することができる。 In addition, the storage control signal MES turns off the transistors 13 and 14 during a period in which the power supply is stopped. By setting the transistors 13 and 14 to a non-conducting state, electric charge corresponding to the potential of the node N3 is held at the node N3. The potential of the node N3 is held even when power supply is stopped by the gate capacitance of the transistor included in the inverter INV1 and the transistor 13 with low off-state current. Therefore, the written data can be held in the memory cell MC even during the period when the power supply is stopped.

なおメモリセルMCでの電源供給の停止は、インバータINV1、INV2への電源供給の停止を行うことである。例えば、図2では、図1に示すインバータINV1、INV2に対し、電位VHを与える配線VHL及び電位VL(<VH)を与える配線VLLを追加した図を示している。図2において電源供給を継続して行う期間では、配線VHLを電位VHとし、配線VLLをVLとする。また電源供給を停止する期間では、配線VHLと配線VLLを等電位とする。なお電位VHはVDD、電位VLはVSSあるいはGNDとすればよい。 The stop of the power supply in the memory cell MC is to stop the power supply to the inverters INV1 and INV2. For example, FIG. 2 shows a diagram in which a wiring VHL for applying a potential VH and a wiring VLL for applying a potential VL (<VH) are added to the inverters INV1 and INV2 shown in FIG. In FIG. 2, in a period in which power supply is continuously performed, the wiring VHL is set to the potential VH and the wiring VLL is set to VL. Further, in a period in which power supply is stopped, the wiring VHL and the wiring VLL are equipotential. Note that the potential VH may be VDD and the potential VL may be VSS or GND.

上述したように図1、図2のメモリセルMCの構成では、半導体装置が有する各素子を微細化した際、短チャネル効果に伴う移動度の低下を抑制することができる。そして記憶制御信号MESを電源供給の有無によって切り替えることで、通常のSRAMと同等の動作、データ保持動作の切り替えを高速に行うことができる。図1、図2のメモリセルMCの構成ではOSトランジスタを有するため、チップサイズの抑制、ひいては製造コストの上昇を抑制すること、極めて低いオフ電流が得られるトランジスタとすることに加えて、良好なスイッチング特性が得られるトランジスタとすることができる。 As described above, in the structure of the memory cell MC in FIGS. 1 and 2, when each element included in the semiconductor device is miniaturized, a decrease in mobility due to the short channel effect can be suppressed. By switching the storage control signal MES depending on whether or not power is supplied, it is possible to switch between the operation equivalent to that of a normal SRAM and the data holding operation at high speed. 1 and FIG. 2 includes an OS transistor, so that in addition to suppressing the chip size and thus suppressing an increase in manufacturing cost, and a transistor capable of obtaining an extremely low off-state current, it is favorable. A transistor having switching characteristics can be obtained.

次いで、図1に配線VHL、VLLを追記した図2に示すメモリセルMCの動作について説明する。図3には、通常動作時、図2に示す回路図で入出力される信号及びノードの電位のタイミングチャートを示す。 Next, the operation of the memory cell MC shown in FIG. 2 in which the wirings VHL and VLL are additionally shown in FIG. 1 will be described. FIG. 3 shows a timing chart of signals and node potentials input and output in the circuit diagram shown in FIG. 2 during normal operation.

なお図3では、図2に示すデータ信号data、反転データ信号datab、ワード信号WS、記憶制御信号MES、ノードN1乃至N4、配線VHL、及び配線VLLの電位の変化について示す。なお図3では、説明のため、時刻T1乃至T9を付している。時刻T1乃至T3ではデータ書き込み動作、時刻T3乃至T4ではデータ退避動作、時刻T4乃至T5では電源停止動作、時刻T5乃至T7ではデータ復帰動作、時刻T6乃至T9ではデータ読み出し動作について示している。 Note that FIG. 3 illustrates changes in potentials of the data signal data, the inverted data signal dataab, the word signal WS, the storage control signal MES, the nodes N1 to N4, the wiring VHL, and the wiring VLL illustrated in FIG. In FIG. 3, times T1 to T9 are given for explanation. A data writing operation is shown from time T1 to T3, a data saving operation is shown from time T3 to T4, a power stop operation is shown from time T4 to T5, a data restoration operation is shown from time T5 to T7, and a data reading operation is shown from time T6 to T9.

なお図3では、メモリセルMCに書き込むデータを「d[0]/db[0]」として表している。「d[0]/db[0]」は、データ信号data/反転データ信号databにデータ’0’とする電位を書き込むものとして図示している。データ’1’をメモリセルMCに書き込み、読み出す場合については、電位が反転するのみであるため説明を省略する。 In FIG. 3, data to be written to the memory cell MC is represented as “d [0] / db [0]”. “D [0] / db [0]” is illustrated as a data signal “data” / inverted data signal “datab” written with a potential of data “0”. The case where data “1” is written to and read from the memory cell MC is not described because the potential is only inverted.

なお図3で示す各信号、各配線の電位は、説明のためHレベルの電位VHとLレベルの電位VLで切り替えられるものとする。なお以下の説明では、Hレベル又はLレベルへの切り替えを説明し、必要に応じてその他の電位への切り替えを説明する。 Note that the potential of each signal and each wiring shown in FIG. 3 is switched between an H level potential VH and an L level potential VL for the sake of explanation. In the following description, switching to the H level or L level will be described, and switching to another potential will be described as necessary.

まず時刻T1においてデータ’0’の書き込みの動作が開始される。書き込みの動作は、記憶制御信号MESをHレベルで行われるため、通常のSRAMと同等の動作となる。 First, at time T1, the write operation of data “0” is started. Since the write operation is performed at the H level of the storage control signal MES, the write operation is equivalent to a normal SRAM.

時刻T1では、ワード信号WS及び記憶制御信号MESをHレベルとする。トランジスタ11、12、13,14が導通状態となり、ノードN1乃至N4がデータ’0’に応じた電位となる。なお配線VHLはHレベルとし、配線VLLはLレベルとすることで電源供給が継続される。 At time T1, the word signal WS and the storage control signal MES are set to the H level. The transistors 11, 12, 13, and 14 are turned on, and the nodes N1 to N4 have potentials corresponding to the data “0”. Note that power supply is continued by setting the wiring VHL to the H level and the wiring VLL to the L level.

時刻T2では、データ’0’の書き込みの動作が完了する。 At time T2, the operation of writing data “0” is completed.

時刻T2では、ワード信号WSをLレベル、記憶制御信号MESをHレベルとする。トランジスタ11、12が非導通状態、トランジスタ13、14が導通状態となり、ノードN1のデータ’0’は、インバータINV1、INV2によるインバータループで保持される。なお配線VHLはHレベルとし、配線VLLはLレベルとすることで電源供給が継続される。 At time T2, the word signal WS is set to L level and the storage control signal MES is set to H level. The transistors 11 and 12 are in a non-conducting state, the transistors 13 and 14 are in a conducting state, and the data “0” of the node N1 is held in the inverter loop by the inverters INV1 and INV2. Note that power supply is continued by setting the wiring VHL to the H level and the wiring VLL to the L level.

時刻T3では、電源供給が停止してもデータ’0’を保持できるようデータを退避する動作を開始する。 At time T3, an operation of saving data is started so that the data “0” can be held even when the power supply is stopped.

時刻T3では、ワード信号WS及び記憶制御信号MESをLレベルとする。トランジスタ11、12、13,14が非導通状態となり、ノードN1乃至N4がデータ’0’に応じた電位となる。なお配線VHLはHレベルとし、配線VLLはLレベルとすることで電源供給が継続される。なおデータ信号data/反転データ信号databは、データの書き込み及び読み出しを行わない期間のため、Lレベルとする。 At time T3, the word signal WS and the storage control signal MES are set to L level. The transistors 11, 12, 13, and 14 are turned off, and the nodes N1 to N4 have potentials corresponding to the data “0”. Note that power supply is continued by setting the wiring VHL to the H level and the wiring VLL to the L level. Note that the data signal data / inverted data signal dataab is set to the L level because data is not written or read.

時刻T4では、電源供給を停止し、データ’0’を保持し続ける。 At time T4, power supply is stopped and data “0” is held.

時刻T4では、ワード信号WS及び記憶制御信号MESをLレベルとする。トランジスタ11、12、13,14が非導通状態となり、ノードN1、N2が不定値(図中、unknownと表記)、ノードN3、N4がデータ’0’に応じた電位となる。なお配線VHL、VLLはLレベルとすることで電源供給が停止される。 At time T4, the word signal WS and the storage control signal MES are set to the L level. The transistors 11, 12, 13, and 14 are turned off, the nodes N1 and N2 are indefinite values (indicated as “unknown” in the figure), and the nodes N3 and N4 are at a potential corresponding to the data “0”. Note that the power supply is stopped by setting the wirings VHL and VLL to the L level.

トランジスタ13、14を非導通状態にし続けることで、メモリセルMCは、データに応じた電位を保持することができる。なおデータに応じた電位を保持する期間において、トランジスタ13、14には、所定の電圧が供給され続けている場合がある。例えば、トランジスタ13、14のゲートには、トランジスタが完全にオフ状態となるような電圧が供給され続けている場合がある。または、トランジスタのバックゲートには、トランジスタの閾値電圧がシフトして、トランジスタがノーマリオフ状態になるような電圧が供給され続けている場合がある。そのような場合には、情報を保持する期間において、メモリセルMCの場合に電圧が供給されていることになるが、電流がほとんど流れないため、電力をほとんど消費しない。したがって、電力をほとんど消費しないことから、仮に、所定の電圧がメモリセルMCに供給されているとしても、実質的には、メモリセルMCは不揮発性であると表現することができる。 By keeping the transistors 13 and 14 in a non-conductive state, the memory cell MC can hold a potential corresponding to data. Note that a predetermined voltage may be continuously supplied to the transistors 13 and 14 in a period in which a potential corresponding to data is held. For example, the gates of the transistors 13 and 14 may be continuously supplied with a voltage that completely turns off the transistors. Alternatively, there is a case where a voltage at which the transistor threshold voltage is shifted and the transistor is in a normally-off state is continuously supplied to the back gate of the transistor. In such a case, the voltage is supplied in the case of the memory cell MC in the period for retaining the information, but almost no electric current is consumed because almost no current flows. Therefore, since power is hardly consumed, even if a predetermined voltage is supplied to the memory cell MC, the memory cell MC can be substantially expressed as being non-volatile.

時刻T5では、電源供給を再開する。 At time T5, power supply is resumed.

時刻T5では、ワード信号WS及び記憶制御信号MESをLレベルとする。トランジスタ11、12、13,14が非導通状態となり、ノードN1乃至N4がデータ’0’に応じた電位となる。なお配線VHLはHレベルとし、配線VLLはLレベルとすることで電源供給を再開する。 At time T5, the word signal WS and the storage control signal MES are set to L level. The transistors 11, 12, 13, and 14 are turned off, and the nodes N1 to N4 have potentials corresponding to the data “0”. Note that power supply is resumed by setting the wiring VHL to the H level and the wiring VLL to the L level.

時刻T6では、インバータINV1、INV2によるインバータループへのデータ’0’の保持を再開する。 At time T6, the inverters INV1 and INV2 resume holding data “0” in the inverter loop.

時刻T6では、ワード信号WSをLレベル、記憶制御信号MESをHレベルとする。トランジスタ11、12が非導通状態、トランジスタ13、14が導通状態となり、ノードN1のデータ’0’は、インバータINV1、INV2によるインバータループで保持される。なお配線VHLはHレベルとし、配線VLLはLレベルとすることで電源供給が継続される。 At time T6, the word signal WS is set to L level and the storage control signal MES is set to H level. The transistors 11 and 12 are in a non-conducting state, the transistors 13 and 14 are in a conducting state, and the data “0” of the node N1 is held in the inverter loop by the inverters INV1 and INV2. Note that power supply is continued by setting the wiring VHL to the H level and the wiring VLL to the L level.

時刻T7では、データ’0’を読み出すためのプリチャージの動作を開始する。プリチャージ動作、及び読み出しの動作は、記憶制御信号MESをHレベルで行われるため、通常のSRAMと同等の動作となる。 At time T7, a precharge operation for reading data “0” is started. Since the precharge operation and the read operation are performed at the storage control signal MES at the H level, the operations are the same as those of a normal SRAM.

時刻T7では、ワード信号WSをLレベル、記憶制御信号MESをHレベルとする。そしてデータ信号data/反転データ信号databは、データの読み出しを行うため、電位VhトVLの中間電位にプリチャージしておく。トランジスタ11、12が非導通状態、トランジスタ13、14が導通状態となり、ノードN1のデータ’0’は、インバータINV1、INV2によるインバータループで保持される。なお配線VHLはHレベルとし、配線VLLはLレベルとすることで電源供給が継続される。 At time T7, the word signal WS is set to L level and the storage control signal MES is set to H level. The data signal data / inverted data signal dataab is precharged to an intermediate potential between the potentials Vh and VL in order to read data. The transistors 11 and 12 are in a non-conducting state, the transistors 13 and 14 are in a conducting state, and the data “0” of the node N1 is held in the inverter loop by the inverters INV1 and INV2. Note that power supply is continued by setting the wiring VHL to the H level and the wiring VLL to the L level.

時刻T8では、データ’0’の読み出しの動作が開始する。 At time T8, the operation of reading data “0” starts.

時刻T8では、ワード信号WS及び記憶制御信号MESをHレベルとする。トランジスタ11、12、13,14が導通状態となり、ノードN1乃至N4がデータ’0’に応じた電位となる。なお配線VHLはHレベルとし、配線VLLはLレベルとすることで電源供給が継続される。配線BL、配線BLBは、プリチャージされた電位からデータ’0’に応じた電位に切り替わる。例えばデータ’0’であればLレベル、データ’1’であればHレベルである。 At time T8, the word signal WS and the storage control signal MES are set to the H level. The transistors 11, 12, 13, and 14 are turned on, and the nodes N1 to N4 have potentials corresponding to the data “0”. Note that power supply is continued by setting the wiring VHL to the H level and the wiring VLL to the L level. The wiring BL and the wiring BLB are switched from the precharged potential to the potential corresponding to the data “0”. For example, if the data is “0”, it is L level, and if the data is “1”, it is H level.

時刻T9では、データ’0’の読み出しの動作を完了する。ワード信号WSをLレベル、記憶制御信号MESをHレベルとする。トランジスタ11、12が非導通状態、トランジスタ13、14が導通状態となり、ノードN1のデータ’0’は、インバータINV1、INV2によるインバータループで保持される。なお配線VHLはHレベルとし、配線VLLはLレベルとすることで電源供給が継続される。 At time T9, the operation of reading data “0” is completed. The word signal WS is set to L level and the storage control signal MES is set to H level. The transistors 11 and 12 are in a non-conductive state, the transistors 13 and 14 are in a conductive state, and the data “0” of the node N1 is held in the inverter loop by the inverters INV1 and INV2. Note that power supply is continued by setting the wiring VHL to the H level and the wiring VLL to the L level.

以上説明したメモリセルMCの動作では、電源供給が継続して行われている間は通常のSRAMと同等の動作、電源供給が停止する期間では一旦書き込まれたデータの保持を行うことができる。加えて、図1、図2のメモリセルMCの構成では、半導体装置が有する各素子を微細化した際、短チャネル効果に伴う移動度の低下を抑制することができる。そして記憶制御信号MESを電源供給の有無によって切り替えることで、通常のSRAMと同等の動作、データ保持動作の切り替えを高速に行うことができる。 In the operation of the memory cell MC described above, an operation equivalent to that of a normal SRAM can be performed while the power supply is continuously performed, and data once written can be held during a period in which the power supply is stopped. In addition, in the configuration of the memory cell MC in FIGS. 1 and 2, when each element included in the semiconductor device is miniaturized, a decrease in mobility due to the short channel effect can be suppressed. By switching the storage control signal MES depending on whether or not power is supplied, it is possible to switch between the operation equivalent to that of a normal SRAM and the data holding operation at high speed.

なおメモリセルMCは、マトリクス状に配置することで、トランジスタ等の半導体素子で構成されるRAMとすることができる。 Note that the memory cells MC can be a RAM including semiconductor elements such as transistors by being arranged in a matrix.

図4は、図1で説明したメモリセルMCを有するRAMの構成例を示すブロック図である。なおメモリセルMCがOSトランジスタを有する回路であるため、図4では該RAMをOS−SRAMとして示している。 FIG. 4 is a block diagram showing a configuration example of a RAM having the memory cell MC described in FIG. Since the memory cell MC is a circuit having an OS transistor, the RAM is shown as OS-SRAM in FIG.

図4に示すOS−SRAM110は、図1で説明したメモリセルMCが複数設けられたメモリセルアレイMCA、行選択ドライバ111、及び列選択ドライバ112を有する。なおOS−SRAM110は、m行n列(m、nは2以上の自然数)のマトリクス状に設けられたメモリセルMCを有する。 An OS-SRAM 110 illustrated in FIG. 4 includes a memory cell array MCA in which a plurality of memory cells MC described in FIG. 1 are provided, a row selection driver 111, and a column selection driver 112. Note that the OS-SRAM 110 includes memory cells MC provided in a matrix of m rows and n columns (m and n are natural numbers of 2 or more).

また図4では、配線WL[0]乃至[m−1]、配線MEL[0]乃至[m−1]、配線BL[0]乃至[n−1]、配線BLB[0]乃至[n−1]、配線VHL、及び配線VLLを示している。 In FIG. 4, the wirings WL [0] to [m−1], the wirings MEL [0] to [m−1], the wirings BL [0] to [n−1], and the wirings BLB [0] to [n− 1], a wiring VHL and a wiring VLL are shown.

行選択ドライバ111は、メモリセルMCに接続された配線WL[0]乃至[m−1]にワード信号、配線MEL[0]乃至[m−1]に記憶制御信号MESを与える機能を有する回路である。行選択ドライバ111は、各配線に信号を与える回路であり、単に回路という場合がある。 The row selection driver 111 has a function of supplying a word signal to the wirings WL [0] to [m−1] connected to the memory cell MC and a storage control signal MES to the wirings MEL [0] to [m−1]. It is. The row selection driver 111 is a circuit that applies a signal to each wiring, and may be simply referred to as a circuit.

行選択ドライバ111は、データの書き込み及び読み出し時にワード信号WSをHレベルとし、それ以外の期間はLレベルとするよう出力する回路とすればよい。また行選択ドライバ111は、電源供給の停止時に記憶制御信号MESをLレベルとし、それ以外の期間はHレベルとするよう出力する回路とすればよい。なお電源供給の停止は、配線VHLと配線VLLの電位を等電位とすればよい。 The row selection driver 111 may be a circuit that outputs the word signal WS at the H level during data writing and reading, and the L level during other periods. The row selection driver 111 may be a circuit that outputs the storage control signal MES at the L level when power supply is stopped and the H level during other periods. Note that power supply may be stopped by setting the potentials of the wiring VHL and the wiring VLL to be equal.

列選択ドライバ112は、データ書き込み時に、配線BLにデータ信号data、配線BLBに反転databを出力する回路とすればよい。また列選択ドライバ112は、データ読み出し時に、配線BLに、配線BLBにプリチャージ電位を与えてセンスアンプ等の回路を用いて外部に読み出したデータ信号を出力する構成とすればよい。列選択ドライバ112は、各配線に信号あるいは電位を与える回路であり、単に回路という場合がある。 The column selection driver 112 may be a circuit that outputs a data signal data to the wiring BL and an inversion data to the wiring BLB when writing data. In addition, the column selection driver 112 may be configured to output a data signal read out to the wiring BL by applying a precharge potential to the wiring BLB and using a circuit such as a sense amplifier when reading data. The column selection driver 112 is a circuit that applies a signal or a potential to each wiring, and may be simply referred to as a circuit.

また各メモリセルMCは配線VHL、及び配線VLLに接続され、電源回路で生成される電位VH、VLが与えられる。 Each memory cell MC is connected to the wiring VHL and the wiring VLL, and is supplied with potentials VH and VL generated by the power supply circuit.

本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。 This embodiment can be implemented in appropriate combination with any of the other embodiments.

(実施の形態2)
本実施の形態では、図1、図2で説明したメモリセルMCの変形例について説明する。
(Embodiment 2)
In the present embodiment, a modified example of the memory cell MC described with reference to FIGS. 1 and 2 will be described.

本発明の一態様について図1、2では、インバータINV1、INV2を回路記号で示したが、Siトランジスタを用いて形成したpチャネル型トランジスタとOSトランジスタを用いて形成したnチャネル型トランジスタとを組み合わせたCMOSインバータとしてもよい。 1 and 2, the inverters INV1 and INV2 are indicated by circuit symbols in FIGS. 1 and 2, but a p-channel transistor formed using a Si transistor and an n-channel transistor formed using an OS transistor are combined. A CMOS inverter may be used.

具体的には、図5に示すようにインバータINV1、INV2を、pチャネル型トランジスタであるトランジスタ15、17、nチャネル型トランジスタであるトランジスタ16、18で形成する。また、図5の構成とすることで、SiトランジスタとOSトランジスタとを積層して設けることが可能なため、さらなるチップサイズの縮小を図ることができる。 Specifically, as shown in FIG. 5, the inverters INV1 and INV2 are formed by transistors 15 and 17 which are p-channel transistors and transistors 16 and 18 which are n-channel transistors. Further, with the structure shown in FIG. 5, since the Si transistor and the OS transistor can be stacked, the chip size can be further reduced.

なお図5では、インバータINV1、INV2をCMOSインバータとする構成を示したが、抵抗負荷型のインバータとしてもよい。 Although FIG. 5 shows a configuration in which the inverters INV1 and INV2 are CMOS inverters, a resistance load type inverter may be used.

具体的には、図6に示すようにインバータINV1、INV2を、抵抗素子19、20、nチャネル型トランジスタであるトランジスタ16、18で形成する。また、図6の構成とすることで、OSトランジスタでメモリセルを構成することが可能なため、さらなる製造プロセスの削減を図ることができる。 Specifically, as shown in FIG. 6, inverters INV1 and INV2 are formed by resistance elements 19 and 20 and transistors 16 and 18 which are n-channel transistors. In addition, with the configuration shown in FIG. 6, a memory cell can be formed using an OS transistor, so that the manufacturing process can be further reduced.

また、本発明の一態様について図1、2では、SRAMとして機能する回路として説明したが、ラッチとして機能する回路にも適用可能である。 Although one embodiment of the present invention has been described with reference to FIGS. 1 and 2 as a circuit functioning as an SRAM, the present invention can also be applied to a circuit functioning as a latch.

具体的には、図7に示すように、図5の回路構成からトランジスタ12及び配線BLBを省略する。図7のように、本発明の一態様による回路構成は、回路の一部を抜き出すことで動作させることが可能である。 Specifically, as shown in FIG. 7, the transistor 12 and the wiring BLB are omitted from the circuit configuration of FIG. As shown in FIG. 7, the circuit configuration according to one embodiment of the present invention can be operated by extracting a part of the circuit.

また、本発明の一態様について図1、2では、SRAMとして機能する回路として説明したが、フリップフロップとして機能する回路にも適用可能である。 Although one embodiment of the present invention is described as a circuit functioning as an SRAM in FIGS. 1 and 2, the invention can also be applied to a circuit functioning as a flip-flop.

具体的には、図8に示すように、図5の回路構成からトランジスタ11、12、配線WL、配線BL、及び配線BLBを省略し、クロックドインバータ21を追加する。図8のように、本発明の一態様による回路構成は、回路の一部を抜き出し、別の回路を追加して動作させることが可能である。 Specifically, as shown in FIG. 8, the transistors 11 and 12, the wiring WL, the wiring BL, and the wiring BLB are omitted from the circuit configuration of FIG. 5, and a clocked inverter 21 is added. As shown in FIG. 8, the circuit configuration according to one embodiment of the present invention can be operated by extracting a part of the circuit and adding another circuit.

また、本発明の一態様について図1、2では、メモリセルMCに接続する配線を最少の構成で説明したが、同じ機能の信号を与える配線であっても異なる配線としてメモリセルMCに接続することができる。 1 and 2, the wiring to be connected to the memory cell MC is described with the minimum configuration, but even a wiring for supplying a signal having the same function is connected to the memory cell MC as a different wiring. be able to.

具体的には、図9に示すように、図5の回路構成の配線MELを配線MEL1、MEL2とし、記憶制御信号MES1、MES2を与える構成とする。記憶制御信号MES1、MES2は、同じ制御を行う信号でもよいし、異なる制御を行う信号でもよい。図9のように、本発明の一態様による回路構成は、同じ機能の構成を複数に分けて配置することが可能である。 Specifically, as illustrated in FIG. 9, the wiring MEL having the circuit configuration illustrated in FIG. 5 is the wirings MEL1 and MEL2, and the storage control signals MES1 and MES2 are supplied. The storage control signals MES1 and MES2 may be signals that perform the same control or signals that perform different controls. As shown in FIG. 9, the circuit structure according to one embodiment of the present invention can be divided into a plurality of structures having the same function.

また別の構成としては図5の回路構成において、図1のトランジスタ11乃至14に、バックゲート(第2のゲートともいう)を有するトランジスタとする構成もよい。例えば、図10に示すように、図5のトランジスタ11乃至14を、バックゲートを有するトランジスタ11_BG乃至14_BGとする構成でもよい。 5 may be a transistor having a back gate (also referred to as a second gate) in the transistors 11 to 14 in FIG. For example, as illustrated in FIG. 10, the transistors 11 to 14 in FIG. 5 may be transistors 11_BG to 14_BG having back gates.

本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。 This embodiment can be implemented in appropriate combination with any of the other embodiments.

(実施の形態3)
本実施の形態では、上記実施の形態で説明したオフ電流の低いトランジスタの半導体層に用いることのできる酸化物半導体層について説明する。
(Embodiment 3)
In this embodiment, an oxide semiconductor layer that can be used for the semiconductor layer of the transistor with low off-state current described in the above embodiment will be described.

トランジスタの半導体層中のチャネル形成領域に用いる酸化物半導体としては、少なくともインジウム(In)又は亜鉛(Zn)を含むことが好ましい。特にIn及びZnを含むことが好ましい。また、それらに加えて、酸素を強く結びつけるスタビライザーを有することが好ましい。スタビライザーとしては、ガリウム(Ga)、スズ(Sn)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)及びアルミニウム(Al)の少なくともいずれかを有すればよい。 An oxide semiconductor used for a channel formation region in the semiconductor layer of the transistor preferably contains at least indium (In) or zinc (Zn). In particular, it is preferable to contain In and Zn. In addition to these, it is preferable to have a stabilizer that strongly binds oxygen. The stabilizer may include at least one of gallium (Ga), tin (Sn), zirconium (Zr), hafnium (Hf), and aluminum (Al).

また、他のスタビライザーとして、ランタノイドである、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)のいずれか一種又は複数種を有してもよい。 As other stabilizers, lanthanoids such as lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), terbium (Tb) , Dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), or lutetium (Lu).

トランジスタの半導体層として用いられる酸化物半導体としては、例えば、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、In−Zn系酸化物、Sn−Zn系酸化物、Al−Zn系酸化物、Zn−Mg系酸化物、Sn−Mg系酸化物、In−Mg系酸化物、In−Ga系酸化物、In−Ga−Zn系酸化物(IGZOとも表記する)、In−Al−Zn系酸化物、In−Sn−Zn系酸化物、Sn−Ga−Zn系酸化物、Al−Ga−Zn系酸化物、Sn−Al−Zn系酸化物、In−Hf−Zn系酸化物、In−Zr−Zn系酸化物、In−Ti−Zn系酸化物、In−Sc−Zn系酸化物、In−Y−Zn系酸化物、In−La−Zn系酸化物、In−Ce−Zn系酸化物、In−Pr−Zn系酸化物、In−Nd−Zn系酸化物、In−Sm−Zn系酸化物、In−Eu−Zn系酸化物、In−Gd−Zn系酸化物、In−Tb−Zn系酸化物、In−Dy−Zn系酸化物、In−Ho−Zn系酸化物、In−Er−Zn系酸化物、In−Tm−Zn系酸化物、In−Yb−Zn系酸化物、In−Lu−Zn系酸化物、In−Sn−Ga−Zn系酸化物、In−Hf−Ga−Zn系酸化物、In−Al−Ga−Zn系酸化物、In−Sn−Al−Zn系酸化物、In−Sn−Hf−Zn系酸化物、In−Hf−Al−Zn系酸化物等がある。 Examples of the oxide semiconductor used as the semiconductor layer of the transistor include indium oxide, tin oxide, zinc oxide, In—Zn oxide, Sn—Zn oxide, Al—Zn oxide, and Zn—Mg oxide. Sn-Mg oxide, In-Mg oxide, In-Ga oxide, In-Ga-Zn oxide (also referred to as IGZO), In-Al-Zn oxide, In-Sn -Zn oxide, Sn-Ga-Zn oxide, Al-Ga-Zn oxide, Sn-Al-Zn oxide, In-Hf-Zn oxide, In-Zr-Zn oxide In-Ti-Zn-based oxide, In-Sc-Zn-based oxide, In-Y-Zn-based oxide, In-La-Zn-based oxide, In-Ce-Zn-based oxide, In-Pr- Zn-based oxide, In-Nd-Zn-based oxide, In-Sm Zn-based oxide, In-Eu-Zn-based oxide, In-Gd-Zn-based oxide, In-Tb-Zn-based oxide, In-Dy-Zn-based oxide, In-Ho-Zn-based oxide, In-Er-Zn-based oxide, In-Tm-Zn-based oxide, In-Yb-Zn-based oxide, In-Lu-Zn-based oxide, In-Sn-Ga-Zn-based oxide, In-Hf -Ga-Zn oxide, In-Al-Ga-Zn oxide, In-Sn-Al-Zn oxide, In-Sn-Hf-Zn oxide, In-Hf-Al-Zn oxide There are things.

例えば、In:Ga:Zn=1:1:1、In:Ga:Zn=3:1:2、あるいはIn:Ga:Zn=2:1:3の原子数比のIn−Ga−Zn系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いるとよい。   For example, In: Ga: Zn = 1: 1: 1, In: Ga: Zn = 3: 1: 2, or In: Ga: Zn = 2: 1: 3 atomic ratio In—Ga—Zn-based oxidation An oxide in the vicinity of the product or its composition may be used.

半導体層を構成する酸化物半導体膜に水素が多量に含まれると、酸化物半導体と結合することによって、水素の一部がドナーとなり、キャリアである電子を生じてしまう。これにより、トランジスタの閾値電圧がマイナス方向にシフトしてしまう。そのため、酸化物半導体膜の形成後において、脱水化処理(脱水素化処理)を行い酸化物半導体膜から、水素、又は水分を除去して不純物が極力含まれないように高純度化することが好ましい。   When a large amount of hydrogen is contained in the oxide semiconductor film included in the semiconductor layer, a part of the hydrogen serves as a donor and an electron serving as a carrier is generated by bonding with the oxide semiconductor. As a result, the threshold voltage of the transistor shifts in the negative direction. Therefore, after the oxide semiconductor film is formed, dehydration treatment (dehydrogenation treatment) is performed to remove hydrogen or moisture from the oxide semiconductor film so that impurities are contained as little as possible. preferable.

なお、酸化物半導体膜への脱水化処理(脱水素化処理)によって、酸化物半導体膜から酸素が減少してしまうことがある。よって、酸化物半導体膜への脱水化処理(脱水素化処理)によって増加した酸素欠損を補填するため酸素を酸化物半導体膜に加える処理を行うことが好ましい。本明細書等において、酸化物半導体膜に酸素を供給する場合を、加酸素化処理、又は過酸素化処理と記す場合がある、または酸化物半導体膜に含まれる酸素を化学量論的組成よりも多くする場合を過酸素化処理と記す場合がある。   Note that oxygen may be reduced from the oxide semiconductor film due to dehydration treatment (dehydrogenation treatment) of the oxide semiconductor film. Therefore, it is preferable to perform treatment in which oxygen is added to the oxide semiconductor film in order to fill oxygen vacancies increased by dehydration treatment (dehydrogenation treatment) of the oxide semiconductor film. In this specification and the like, the case where oxygen is supplied to the oxide semiconductor film may be referred to as oxygenation treatment or peroxygenation treatment, or oxygen contained in the oxide semiconductor film is determined from a stoichiometric composition. The case where the amount is increased is sometimes referred to as a peroxygenation treatment.

このように、酸化物半導体膜は、脱水化処理(脱水素化処理)により、水素又は水分が除去され、加酸素化処理により酸素欠損を補填することによって、i型(真性)化又はi型に限りなく近く実質的にi型(真性)である酸化物半導体膜とすることができる。なお、実質的に真性とは、酸化物半導体膜中にドナーに由来するキャリアが極めて少なく(ゼロに近く)、キャリア密度が1×1017/cm以下、1×1016/cm以下、1×1015/cm以下、1×1014/cm以下、1×1013/cm以下であることをいう。 In this manner, the oxide semiconductor film is made i-type (intrinsic) or i-type by removing hydrogen or moisture by dehydration treatment (dehydrogenation treatment) and filling oxygen vacancies by oxygenation treatment. An oxide semiconductor film that is substantially i-type (intrinsic) can be obtained. Note that substantially intrinsic means that the number of carriers derived from a donor in the oxide semiconductor film is extremely small (near zero), and the carrier density is 1 × 10 17 / cm 3 or less, 1 × 10 16 / cm 3 or less, It means 1 × 10 15 / cm 3 or less, 1 × 10 14 / cm 3 or less, and 1 × 10 13 / cm 3 or less.

また、このように、i型又は実質的にi型である酸化物半導体膜を備えるトランジスタは、極めて優れたオフ電流特性を実現できる。例えば、酸化物半導体膜を用いたトランジスタがオフ状態のときのドレイン電流を、室温(25℃程度)にて1×10−18A以下、好ましくは1×10−21A以下、更に好ましくは1×10−24A以下、又は85℃にて1×10−15A以下、好ましくは1×10−18A以下、更に好ましくは1×10−21A以下とすることができる。なお、トランジスタがオフ状態とは、nチャネル型のトランジスタの場合、ゲート電圧が閾値電圧よりも十分小さい状態をいう。具体的には、ゲート電圧が閾値電圧よりも1V以上、2V以上又は3V以上小さければ、トランジスタはオフ状態となる。 As described above, a transistor including an i-type or substantially i-type oxide semiconductor film can achieve extremely excellent off-state current characteristics. For example, the drain current when the transistor including an oxide semiconductor film is off is 1 × 10 −18 A or less, preferably 1 × 10 −21 A or less, more preferably 1 at room temperature (about 25 ° C.). × 10 −24 A or less, or 1 × 10 −15 A or less, preferably 1 × 10 −18 A or less, more preferably 1 × 10 −21 A or less at 85 ° C. Note that an off state of a transistor means a state where a gate voltage is sufficiently lower than a threshold voltage in the case of an n-channel transistor. Specifically, when the gate voltage is 1 V or higher, 2 V or higher, or 3 V or lower than the threshold voltage, the transistor is turned off.

また、酸化物半導体膜は、単結晶構造の酸化物半導体(以下、単結晶酸化物半導体という。)、多結晶構造の酸化物半導体(以下、多結晶酸化物半導体という。)、微結晶構造の酸化物半導体(以下、微結晶酸化物半導体という。)、及び非晶質構造の酸化物半導体(以下、非晶質酸化物半導体という。)の一以上で構成されてもよい。また、酸化物半導体膜は、CAAC−OS膜で構成されていてもよい。また、酸化物半導体膜は、非晶質酸化物半導体及び結晶粒を有する酸化物半導体で構成されていてもよい。以下に、代表例として、CAAC−OS及び微結晶酸化物半導体について説明する。 An oxide semiconductor film includes an oxide semiconductor having a single crystal structure (hereinafter referred to as a single crystal oxide semiconductor), an oxide semiconductor having a polycrystalline structure (hereinafter referred to as a polycrystalline oxide semiconductor), and a microcrystalline structure. One or more of an oxide semiconductor (hereinafter referred to as a microcrystalline oxide semiconductor) and an oxide semiconductor having an amorphous structure (hereinafter referred to as an amorphous oxide semiconductor) may be used. The oxide semiconductor film may be a CAAC-OS film. The oxide semiconductor film may be formed using an amorphous oxide semiconductor and an oxide semiconductor having crystal grains. As typical examples, a CAAC-OS and a microcrystalline oxide semiconductor are described below.

まずは、CAAC−OS膜について説明する。 First, the CAAC-OS film is described.

CAAC−OS膜は、c軸配向した複数の結晶部を有する酸化物半導体膜の一つである。 The CAAC-OS film is one of oxide semiconductor films having a plurality of c-axis aligned crystal parts.

CAAC−OS膜を透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)によって観察すると、明確な結晶部同士の境界、即ち結晶粒界(グレインバウンダリーともいう。)を確認することができない。そのため、CAAC−OS膜は、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。 When the CAAC-OS film is observed with a transmission electron microscope (TEM), a clear boundary between crystal parts, that is, a grain boundary (also referred to as a grain boundary) cannot be confirmed. Therefore, it can be said that the CAAC-OS film is unlikely to decrease in electron mobility due to crystal grain boundaries.

CAAC−OS膜を、試料面と概略平行な方向からTEMによって観察(断面TEM観察)すると、結晶部において、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子の各層は、CAAC−OS膜の膜を形成する面(被形成面ともいう。)または上面の凹凸を反映した形状であり、CAAC−OS膜の被形成面または上面と平行に配列する。 When the CAAC-OS film is observed by TEM (cross-sectional TEM observation) from a direction substantially parallel to the sample surface, it can be confirmed that metal atoms are arranged in layers in the crystal part. Each layer of metal atoms has a shape reflecting unevenness of a surface (also referred to as a formation surface) or an upper surface on which the CAAC-OS film is formed, and is arranged in parallel with the formation surface or the upper surface of the CAAC-OS film. .

一方、CAAC−OS膜を、試料面と概略垂直な方向からTEMによって観察(平面TEM観察)すると、結晶部において、金属原子が三角形状または六角形状に配列していることを確認できる。しかしながら、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則性は見られない。 On the other hand, when the CAAC-OS film is observed by TEM (planar TEM observation) from a direction substantially perpendicular to the sample surface, it can be confirmed that metal atoms are arranged in a triangular shape or a hexagonal shape in the crystal part. However, there is no regularity in the arrangement of metal atoms between different crystal parts.

図11(a)は、CAAC−OS膜の断面TEM像である。また、図11(b)は、図11(a)をさらに拡大した断面TEM像であり、理解を容易にするために原子配列を強調表示している。 FIG. 11A is a cross-sectional TEM image of the CAAC-OS film. FIG. 11 (b) is a cross-sectional TEM image obtained by further enlarging FIG. 11 (a), and the atomic arrangement is highlighted for easy understanding.

図11(c)は、図11(a)のA−O−A’間において、丸で囲んだ領域(直径約4nm)の局所的なフーリエ変換像である。図11(c)より、各領域においてc軸配向性が確認できる。また、A−O間とO−A’間とでは、c軸の向きが異なるため、異なるグレインであることが示唆される。また、A−O間では、c軸の角度が14.3°、16.6°、26.4°のように少しずつ連続的に変化していることがわかる。同様に、O−A’間では、c軸の角度が−18.3°、−17.6°、−15.9°と少しずつ連続的に変化していることがわかる。 FIG. 11C is a local Fourier transform image of a circled region (diameter approximately 4 nm) between A-O-A ′ in FIG. From FIG. 11C, the c-axis orientation can be confirmed in each region. Further, since the direction of the c-axis is different between A-O and O-A ′, it is suggested that the grains are different. Further, it can be seen that the angle of the c-axis continuously changes little by little, such as 14.3 °, 16.6 °, and 26.4 ° between A and O. Similarly, it can be seen that the angle of the c-axis continuously changes little by little between −18.3 °, −17.6 °, and −15.9 ° between O and A ′.

なお、CAAC−OS膜に対し、電子回折を行うと、配向性を示すスポット(輝点)が観測される。例えば、CAAC−OS膜の上面に対し、例えば1nm以上30nm以下の電子線を用いる電子回折(ナノビーム電子回折ともいう。)を行うと、スポットが観測される(図12(A)参照。)。 Note that when electron diffraction is performed on the CAAC-OS film, spots (bright spots) indicating orientation are observed. For example, when electron diffraction (also referred to as nanobeam electron diffraction) using an electron beam of 1 nm to 30 nm is performed on the top surface of the CAAC-OS film, spots are observed (see FIG. 12A).

断面TEM観察および平面TEM観察より、CAAC−OS膜の結晶部は配向性を有していることがわかる。 From the cross-sectional TEM observation and the planar TEM observation, it is found that the crystal part of the CAAC-OS film has orientation.

なお、CAAC−OS膜に含まれるほとんどの結晶部は、一辺が100nm未満の立方体内に収まる大きさである。従って、CAAC−OS膜に含まれる結晶部は、一辺が10nm未満、5nm未満または3nm未満の立方体内に収まる大きさの場合も含まれる。ただし、CAAC−OS膜に含まれる複数の結晶部が連結することで、一つの大きな結晶領域を形成する場合がある。例えば、平面TEM像において、2500nm以上、5μm以上または1000μm以上となる結晶領域が観察される場合がある。 Note that most crystal parts included in the CAAC-OS film fit in a cube whose one side is less than 100 nm. Therefore, the case where a crystal part included in the CAAC-OS film fits in a cube whose one side is less than 10 nm, less than 5 nm, or less than 3 nm is included. Note that a plurality of crystal parts included in the CAAC-OS film may be connected to form one large crystal region. For example, in a planar TEM image, a crystal region that is 2500 nm 2 or more, 5 μm 2 or more, or 1000 μm 2 or more may be observed.

CAAC−OS膜に対し、X線回折(XRD:X−Ray Diffraction)装置を用いて構造解析を行うと、例えばInGaZnOの結晶を有するCAAC−OS膜のout−of−plane法による解析では、回折角(2θ)が31°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、InGaZnOの結晶の(009)面に帰属されることから、CAAC−OS膜の結晶がc軸配向性を有し、c軸が被形成面または上面に概略垂直な方向を向いていることが確認できる。 When structural analysis is performed on a CAAC-OS film using an X-ray diffraction (XRD) apparatus, for example, in the analysis of a CAAC-OS film having an InGaZnO 4 crystal by an out-of-plane method, A peak may appear when the diffraction angle (2θ) is around 31 °. Since this peak is attributed to the (009) plane of the InGaZnO 4 crystal, the CAAC-OS film crystal has c-axis orientation, and the c-axis is in a direction substantially perpendicular to the formation surface or the top surface. Can be confirmed.

一方、CAAC−OS膜に対し、c軸に概略垂直な方向からX線を入射させるin−plane法による解析では、2θが56°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、InGaZnOの結晶の(110)面に帰属される。InGaZnOの単結晶酸化物半導体膜であれば、2θを56°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸(φ軸)として試料を回転させながら分析(φスキャン)を行うと、(110)面と等価な結晶面に帰属されるピークが6本観察される。これに対し、CAAC−OS膜の場合は、2θを56°近傍に固定してφスキャンした場合でも、明瞭なピークが現れない。 On the other hand, when the CAAC-OS film is analyzed by an in-plane method in which X-rays are incident from a direction substantially perpendicular to the c-axis, a peak may appear when 2θ is around 56 °. This peak is attributed to the (110) plane of the InGaZnO 4 crystal. In the case of a single crystal oxide semiconductor film of InGaZnO 4 , when 2θ is fixed in the vicinity of 56 ° and analysis (φ scan) is performed while rotating the sample with the normal vector of the sample surface as the axis (φ axis), Six peaks attributed to the crystal plane equivalent to the (110) plane are observed. On the other hand, in the case of a CAAC-OS film, a peak is not clearly observed even when φ scan is performed with 2θ fixed at around 56 °.

以上のことから、CAAC−OS膜では、異なる結晶部間ではa軸およびb軸の配向は不規則であるが、c軸配向性を有し、かつc軸が被形成面または上面の法線ベクトルに平行な方向を向いていることがわかる。従って、前述の断面TEM観察で確認された層状に配列した金属原子の各層は、結晶のab面に平行な面である。 From the above, in the CAAC-OS film, the orientation of the a-axis and the b-axis is irregular between different crystal parts, but the c-axis is aligned, and the c-axis is a normal line of the formation surface or the top surface. It can be seen that the direction is parallel to the vector. Therefore, each layer of metal atoms arranged in a layer shape confirmed by the above-mentioned cross-sectional TEM observation is a plane parallel to the ab plane of the crystal.

なお、結晶部は、CAAC−OS膜を成膜した際、または加熱処理などの結晶化処理を行った際に形成される。上述したように、結晶のc軸は、CAAC−OS膜の被形成面または上面の法線ベクトルに平行な方向に配向する。従って、例えば、CAAC−OS膜の形状をエッチングなどによって変化させた場合、結晶のc軸がCAAC−OS膜の被形成面または上面の法線ベクトルと平行にならないこともある。 Note that the crystal part is formed when a CAAC-OS film is formed or when crystallization treatment such as heat treatment is performed. As described above, the c-axis of the crystal is oriented in a direction parallel to the normal vector of the formation surface or the top surface of the CAAC-OS film. Therefore, for example, when the shape of the CAAC-OS film is changed by etching or the like, the c-axis of the crystal may not be parallel to the normal vector of the formation surface or the top surface of the CAAC-OS film.

また、CAAC−OS膜中において、c軸配向した結晶部の分布が均一でなくてもよい。例えば、CAAC−OS膜の結晶部が、CAAC−OS膜の上面近傍からの結晶成長によって形成される場合、上面近傍の領域は、被形成面近傍の領域よりもc軸配向した結晶部の割合が高くなることがある。また、不純物の添加されたCAAC−OS膜は、不純物が添加された領域が変質し、部分的にc軸配向した結晶部の割合の異なる領域が形成されることもある。 In the CAAC-OS film, the distribution of c-axis aligned crystal parts is not necessarily uniform. For example, in the case where the crystal part of the CAAC-OS film is formed by crystal growth from the vicinity of the upper surface of the CAAC-OS film, the ratio of the crystal part in which the region near the upper surface is c-axis aligned than the region near the formation surface May be higher. In addition, in the CAAC-OS film to which an impurity is added, a region to which the impurity is added may be changed, and a region having a different ratio of a partially c-axis aligned crystal part may be formed.

なお、InGaZnOの結晶を有するCAAC−OS膜のout−of−plane法による解析では、2θが31°近傍のピークの他に、2θが36°近傍にもピークが現れる場合がある。2θが36°近傍のピークは、CAAC−OS膜中の一部に、c軸配向性を有さない結晶が含まれることを示している。CAAC−OS膜は、2θが31°近傍にピークを示し、2θが36°近傍にピークを示さないことが好ましい。 Note that when the CAAC-OS film including an InGaZnO 4 crystal is analyzed by an out-of-plane method, a peak may also appear when 2θ is around 36 ° in addition to the peak where 2θ is around 31 °. A peak at 2θ of around 36 ° indicates that a crystal having no c-axis alignment is included in part of the CAAC-OS film. The CAAC-OS film preferably has a peak at 2θ of around 31 ° and no peak at 2θ of around 36 °.

CAAC−OS膜は、不純物濃度の低い酸化物半導体膜である。不純物は、水素、炭素、シリコン、遷移金属元素などの酸化物半導体膜の主成分以外の元素である。特に、シリコンなどの、酸化物半導体膜を構成する金属元素よりも酸素との結合力の強い元素は、酸化物半導体膜から酸素を奪うことで酸化物半導体膜の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。また、鉄やニッケルなどの重金属、アルゴン、二酸化炭素などは、原子半径(または分子半径)が大きいため、酸化物半導体膜内部に含まれると、酸化物半導体膜の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。なお、酸化物半導体膜に含まれる不純物は、キャリアトラップやキャリア発生源となる場合がある。 The CAAC-OS film is an oxide semiconductor film with a low impurity concentration. The impurity is an element other than the main component of the oxide semiconductor film, such as hydrogen, carbon, silicon, or a transition metal element. In particular, an element such as silicon, which has a stronger bonding force with oxygen than the metal element included in the oxide semiconductor film, disturbs the atomic arrangement of the oxide semiconductor film by depriving the oxide semiconductor film of oxygen, and has crystallinity. It becomes a factor to reduce. In addition, heavy metals such as iron and nickel, argon, carbon dioxide, and the like have large atomic radii (or molecular radii). Therefore, if they are contained inside an oxide semiconductor film, the atomic arrangement of the oxide semiconductor film is disturbed, resulting in crystallinity. It becomes a factor to reduce. Note that the impurity contained in the oxide semiconductor film might serve as a carrier trap or a carrier generation source.

また、CAAC−OS膜は、欠陥準位密度の低い酸化物半導体膜である。例えば、酸化物半導体膜中の酸素欠損は、キャリアトラップとなることや、水素を捕獲することによってキャリア発生源となることがある。 The CAAC-OS film is an oxide semiconductor film with a low density of defect states. For example, oxygen vacancies in the oxide semiconductor film can serve as carrier traps or can generate carriers by capturing hydrogen.

不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い(酸素欠損の少ない)ことを、高純度真性または実質的に高純度真性と呼ぶ。高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることができる。従って、当該酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性(ノーマリーオンともいう。)になることが少ない。また、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、キャリアトラップが少ない。そのため、当該酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる。なお、酸化物半導体膜のキャリアトラップに捕獲された電荷は、放出するまでに要する時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、不純物濃度が高く、欠陥準位密度が高い酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。 A low impurity concentration and a low density of defect states (small number of oxygen vacancies) is called high purity intrinsic or substantially high purity intrinsic. A highly purified intrinsic or substantially highly purified intrinsic oxide semiconductor film has few carrier generation sources, and thus can have a low carrier density. Therefore, a transistor including the oxide semiconductor film rarely has electrical characteristics (also referred to as normally-on) in which the threshold voltage is negative. A highly purified intrinsic or substantially highly purified intrinsic oxide semiconductor film has few carrier traps. Therefore, a transistor including the oxide semiconductor film has a small change in electrical characteristics and has high reliability. Note that the charge trapped in the carrier trap of the oxide semiconductor film takes a long time to be released, and may behave as if it were a fixed charge. Therefore, a transistor including an oxide semiconductor film with a high impurity concentration and a high density of defect states may have unstable electrical characteristics.

また、CAAC−OS膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動が小さい。 In addition, a transistor including a CAAC-OS film has little variation in electrical characteristics due to irradiation with visible light or ultraviolet light.

次に、微結晶酸化物半導体膜について説明する。 Next, a microcrystalline oxide semiconductor film is described.

微結晶酸化物半導体膜は、TEMによる観察像では、明確に結晶部を確認することができない場合がある。微結晶酸化物半導体膜に含まれる結晶部は、1nm以上100nm以下、または1nm以上10nm以下の大きさであることが多い。特に、1nm以上10nm以下、または1nm以上3nm以下の微結晶であるナノ結晶(nc:nanocrystal)を有する酸化物半導体膜を、nc−OS(nanocrystalline Oxide Semiconductor)膜と呼ぶ。また、nc−OS膜は、例えば、TEMによる観察像では、結晶粒界を明確に確認できない場合がある。 In the microcrystalline oxide semiconductor film, there is a case where a crystal part cannot be clearly confirmed in an observation image using a TEM. In most cases, a crystal part included in the microcrystalline oxide semiconductor film has a size of 1 nm to 100 nm, or 1 nm to 10 nm. In particular, an oxide semiconductor film including a nanocrystal (nc) that is a microcrystal of 1 nm to 10 nm, or 1 nm to 3 nm is referred to as an nc-OS (nanocrystalline Oxide Semiconductor) film. In the nc-OS film, for example, a crystal grain boundary may not be clearly confirmed in an observation image using a TEM.

nc−OS膜は、微小な領域(例えば、1nm以上10nm以下の領域、特に1nm以上3nm以下の領域)において原子配列に周期性を有する。また、nc−OS膜は、異なる結晶部間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。従って、nc−OS膜は、分析方法によっては、非晶質酸化物半導体膜と区別が付かない場合がある。例えば、nc−OS膜に対し、結晶部よりも大きい径のX線を用いるXRD装置を用いて構造解析を行うと、out−of−plane法による解析では、結晶面を示すピークが検出されない。また、nc−OS膜に対し、結晶部よりも大きいプローブ径(例えば50nm以上)の電子線を用いる電子回折(制限視野電子回折ともいう。)を行うと、ハローパターンのような回折パターンが観測される。一方、nc−OS膜に対し、結晶部の大きさと近いか結晶部より小さいプローブ径の電子線を用いるナノビーム電子回折を行うと、スポットが観測される。また、nc−OS膜に対しナノビーム電子回折を行うと、円を描くように(リング状に)輝度の高い領域が観測される場合がある。また、nc−OS膜に対しナノビーム電子回折を行うと、リング状の領域内に複数のスポットが観測される場合がある(図12(B)参照。)。 The nc-OS film has periodicity in atomic arrangement in a very small region (eg, a region of 1 nm to 10 nm, particularly a region of 1 nm to 3 nm). In addition, the nc-OS film does not have regularity in crystal orientation between different crystal parts. Therefore, orientation is not seen in the whole film. Therefore, the nc-OS film may not be distinguished from an amorphous oxide semiconductor film depending on an analysis method. For example, when structural analysis is performed on the nc-OS film using an XRD apparatus using X-rays having a diameter larger than that of the crystal part, a peak indicating a crystal plane is not detected in the analysis by the out-of-plane method. Further, when electron diffraction (also referred to as limited-field electron diffraction) using an electron beam with a probe diameter (for example, 50 nm or more) larger than that of the crystal part is performed on the nc-OS film, a diffraction pattern such as a halo pattern is observed. Is done. On the other hand, when nanobeam electron diffraction is performed on the nc-OS film using an electron beam having a probe diameter that is close to or smaller than the size of the crystal part, spots are observed. In addition, when nanobeam electron diffraction is performed on the nc-OS film, a region with high luminance may be observed so as to draw a circle (in a ring shape). Further, when nanobeam electron diffraction is performed on the nc-OS film, a plurality of spots may be observed in the ring-shaped region (see FIG. 12B).

nc−OS膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも規則性の高い酸化物半導体膜である。そのため、nc−OS膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低くなる。ただし、nc−OS膜は、異なる結晶部間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、nc−OS膜は、CAAC−OS膜と比べて欠陥準位密度が高くなる。 The nc-OS film is an oxide semiconductor film that has higher regularity than an amorphous oxide semiconductor film. Therefore, the nc-OS film has a lower density of defect states than the amorphous oxide semiconductor film. Note that the nc-OS film does not have regularity in crystal orientation between different crystal parts. Therefore, the nc-OS film has a higher density of defect states than the CAAC-OS film.

なお、酸化物半導体膜は、例えば、非晶質酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、CAAC−OS膜のうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。 Note that the oxide semiconductor film may be a stacked film including two or more of an amorphous oxide semiconductor film, a microcrystalline oxide semiconductor film, and a CAAC-OS film, for example.

酸化物半導体膜が複数の構造を有する場合、ナノビーム電子回折を用いることで構造解析が可能となる場合がある。 In the case where the oxide semiconductor film has a plurality of structures, the structure analysis may be possible by using nanobeam electron diffraction.

図12(C)に、電子銃室70と、電子銃室70の下の光学系72と、光学系72の下の試料室74と、試料室74の下の光学系76と、光学系76の下の観察室80と、観察室80に設置されたカメラ78と、観察室80の下のフィルム室82と、を有する透過電子回折測定装置を示す。カメラ78は、観察室80内部に向けて設置される。なお、フィルム室82を有さなくても構わない。 12C shows an electron gun chamber 70, an optical system 72 below the electron gun chamber 70, a sample chamber 74 below the optical system 72, an optical system 76 below the sample chamber 74, and an optical system 76. 1 shows a transmission electron diffraction measurement apparatus having an observation room 80 below, a camera 78 installed in the observation room 80, and a film chamber 82 below the observation room 80. The camera 78 is installed toward the inside of the observation room 80. Note that the film chamber 82 may not be provided.

また、図12(D)に、図12(C)で示した透過電子回折測定装置内部の構造を示す。透過電子回折測定装置内部では、電子銃室70に設置された電子銃から放出された電子が、光学系72を介して試料室74に配置された物質88に照射される。物質88を通過した電子は、光学系76を介して観察室80内部に設置された蛍光板92に入射する。蛍光板92では、入射した電子の強度に応じたパターンが現れることで透過電子回折パターンを測定することができる。 FIG. 12D shows an internal structure of the transmission electron diffraction measurement apparatus shown in FIG. Inside the transmission electron diffraction measurement apparatus, electrons emitted from the electron gun installed in the electron gun chamber 70 are irradiated to the substance 88 arranged in the sample chamber 74 through the optical system 72. The electrons that have passed through the substance 88 are incident on the fluorescent plate 92 installed inside the observation chamber 80 via the optical system 76. On the fluorescent plate 92, a transmission electron diffraction pattern can be measured by the appearance of a pattern corresponding to the intensity of incident electrons.

カメラ78は、蛍光板92を向いて設置されており、蛍光板92に現れたパターンを撮影することが可能である。カメラ78のレンズの中央、および蛍光板92の中央を通る直線と、蛍光板92の上面と、の為す角度は、例えば、15°以上80°以下、30°以上75°以下、または45°以上70°以下とする。該角度が小さいほど、カメラ78で撮影される透過電子回折パターンは歪みが大きくなる。ただし、あらかじめ該角度がわかっていれば、得られた透過電子回折パターンの歪みを補正することも可能である。なお、カメラ78をフィルム室82に設置しても構わない場合がある。例えば、カメラ78をフィルム室82に、電子84の入射方向と対向するように設置してもよい。この場合、蛍光板92の裏面から歪みの少ない透過電子回折パターンを撮影することができる。 The camera 78 is installed facing the fluorescent screen 92 and can capture a pattern that appears on the fluorescent screen 92. The angle formed between the center of the lens of the camera 78 and the straight line passing through the center of the fluorescent plate 92 and the upper surface of the fluorescent plate 92 is, for example, 15 ° to 80 °, 30 ° to 75 °, or 45 ° to 70 °. The following. The smaller the angle, the greater the distortion of the transmission electron diffraction pattern captured by the camera 78. However, if the angle is known in advance, the distortion of the obtained transmission electron diffraction pattern can be corrected. The camera 78 may be installed in the film chamber 82 in some cases. For example, the camera 78 may be installed in the film chamber 82 so as to face the incident direction of the electrons 84. In this case, a transmission electron diffraction pattern with little distortion can be taken from the back surface of the fluorescent plate 92.

試料室74には、試料である物質88を固定するためのホルダが設置されている。ホルダは、物質88を通過する電子を透過するような構造をしている。ホルダは、例えば、物質88をX軸、Y軸、Z軸などに移動させる機能を有していてもよい。ホルダの移動機能は、例えば、1nm以上10nm以下、5nm以上50nm以下、10nm以上100nm以下、50nm以上500nm以下、100nm以上1μm以下などの範囲で移動させる精度を有すればよい。これらの範囲は、物質88の構造によって最適な範囲を設定すればよい。 In the sample chamber 74, a holder for fixing the substance 88 as a sample is installed. The holder is structured to transmit electrons passing through the substance 88. The holder may have a function of moving the substance 88 to the X axis, the Y axis, the Z axis, and the like, for example. The movement function of the holder may have an accuracy of moving in the range of 1 nm to 10 nm, 5 nm to 50 nm, 10 nm to 100 nm, 50 nm to 500 nm, 100 nm to 1 μm, and the like. These ranges may be set to optimum ranges depending on the structure of the substance 88.

次に、上述した透過電子回折測定装置を用いて、物質の透過電子回折パターンを測定する方法について説明する。 Next, a method for measuring a transmission electron diffraction pattern of a substance using the above-described transmission electron diffraction measurement apparatus will be described.

例えば、図12(D)に示すように物質におけるナノビームである電子84の照射位置を変化させる(スキャンする)ことで、物質の構造が変化していく様子を確認することができる。このとき、物質88がCAAC−OS膜であれば、図12(A)に示したような回折パターンが観測される。または、物質88がnc−OS膜であれば、図12(B)に示したような回折パターンが観測される。 For example, as shown in FIG. 12D, it is possible to confirm how the structure of the substance changes by changing (scanning) the irradiation position of the electron 84 that is a nanobeam in the substance. At this time, when the substance 88 is a CAAC-OS film, a diffraction pattern as illustrated in FIG. Alternatively, when the substance 88 is an nc-OS film, a diffraction pattern as illustrated in FIG.

ところで、物質88がCAAC−OS膜であったとしても、部分的にnc−OS膜などと同様の回折パターンが観測される場合がある。したがって、CAAC−OS膜の良否は、一定の範囲におけるCAAC−OS膜の回折パターンが観測される領域の割合(CAAC化率ともいう。)で表すことができる場合がある。例えば、良質なCAAC−OS膜であれば、CAAC化率は、50%以上、好ましくは80%以上、さらに好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上となる。なお、CAAC−OS膜と異なる回折パターンが観測される領域の割合を非CAAC化率と表記する。 By the way, even when the substance 88 is a CAAC-OS film, a diffraction pattern which is partially the same as that of the nc-OS film or the like may be observed. Therefore, the quality of the CAAC-OS film can be expressed by a ratio of a region where a diffraction pattern of the CAAC-OS film is observed in a certain range (also referred to as a CAAC conversion rate) in some cases. For example, in the case of a high-quality CAAC-OS film, the CAAC conversion ratio is 50% or more, preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and more preferably 95% or more. Note that the ratio of a region where a diffraction pattern different from that of the CAAC-OS film is observed is referred to as a non-CAAC conversion rate.

一例として、成膜直後(as−sputteredと表記。)、または酸素を含む雰囲気における450℃加熱処理後のCAAC−OS膜を有する各試料の上面に対し、スキャンしながら透過電子回折パターンを取得した。ここでは、5nm/秒の速度で60秒間スキャンしながら回折パターンを観測し、観測された回折パターンを0.5秒ごとに静止画に変換することで、CAAC化率を導出した。なお、電子線としては、プローブ径が1nmのナノビームを用いた。なお、同様の測定は6試料に対して行った。そしてCAAC化率の算出には、6試料における平均値を用いた。 As an example, a transmission electron diffraction pattern was acquired while scanning the upper surface of each sample having a CAAC-OS film immediately after film formation (denoted as-sputtered) or after 450 ° C. heat treatment in an atmosphere containing oxygen. . Here, the diffraction pattern was observed while scanning at a speed of 5 nm / second for 60 seconds, and the observed diffraction pattern was converted into a still image every 0.5 seconds, thereby deriving the CAAC conversion rate. As the electron beam, a nano beam having a probe diameter of 1 nm was used. The same measurement was performed on 6 samples. And the average value in 6 samples was used for calculation of CAAC conversion rate.

各試料におけるCAAC化率を図13(A)に示す。成膜直後のCAAC−OS膜のCAAC化率は75.7%(非CAAC化率は24.3%)であった。また、450℃加熱処理後のCAAC−OS膜のCAAC化率は85.3%(非CAAC化率は14.7%)であった。成膜直後と比べて、450℃加熱処理後のCAAC化率が高いことがわかる。即ち、高い温度(例えば400℃以上)における加熱処理によって、非CAAC化率が低くなる(CAAC化率が高くなる)ことがわかる。また、500℃未満の加熱処理においても高いCAAC化率を有するCAAC−OS膜が得られることがわかる。 The CAAC conversion rate in each sample is shown in FIG. The CAAC conversion rate of the CAAC-OS film immediately after deposition was 75.7% (non-CAAC conversion rate was 24.3%). The CAAC conversion rate of the CAAC-OS film after heat treatment at 450 ° C. was 85.3% (non-CAAC conversion rate was 14.7%). It can be seen that the CAAC conversion rate after 450 ° C. heat treatment is higher than that immediately after the film formation. That is, it can be seen that the heat treatment at a high temperature (for example, 400 ° C. or higher) reduces the non-CAAC conversion rate (the CAAC conversion rate increases). Further, it can be seen that a CAAC-OS film having a high CAAC conversion rate can be obtained by heat treatment at less than 500 ° C.

ここで、CAAC−OS膜と異なる回折パターンのほとんどはnc−OS膜と同様の回折パターンであった。また、測定領域において非晶質酸化物半導体膜は、確認することができなかった。したがって、加熱処理によって、nc−OS膜と同様の構造を有する領域が、隣接する領域の構造の影響を受けて再配列し、CAAC化していることが示唆される。 Here, most of the diffraction patterns different from those of the CAAC-OS film were the same as those of the nc-OS film. Further, the amorphous oxide semiconductor film could not be confirmed in the measurement region. Accordingly, it is suggested that the region having a structure similar to that of the nc-OS film is rearranged and affected by the influence of the structure of the adjacent region due to the heat treatment.

図13(B)および図13(C)は、成膜直後および450℃加熱処理後のCAAC−OS膜の平面TEM像である。図13(B)と図13(C)とを比較することにより、450℃加熱処理後のCAAC−OS膜は、膜質がより均質であることがわかる。即ち、高い温度における加熱処理によって、CAAC−OS膜の膜質が向上することがわかる。 13B and 13C are planar TEM images of the CAAC-OS film immediately after film formation and after heat treatment at 450 ° C. Comparison between FIG. 13B and FIG. 13C indicates that the CAAC-OS film after heat treatment at 450 ° C. has a more uniform film quality. That is, it can be seen that heat treatment at a high temperature improves the quality of the CAAC-OS film.

このような測定方法を用いれば、複数の構造を有する酸化物半導体膜の構造解析が可能となる場合がある。 When such a measurement method is used, the structure analysis of an oxide semiconductor film having a plurality of structures may be possible.

なお、本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態に示す構成及び方法などと適宜組み合わせて用いることができる。 Note that the structures, methods, and the like described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures, methods, and the like described in the other embodiments.

(実施の形態4)
本実施の形態では、開示する発明の一態様に係る半導体装置に用いられるトランジスタの断面構造の一例について、図面を参照して説明する。
(Embodiment 4)
In this embodiment, an example of a cross-sectional structure of a transistor used for a semiconductor device according to one embodiment of the disclosed invention will be described with reference to drawings.

図14に、発明の一態様に係る回路部の断面構造の一部を、一例として示す。なお、図14では、上記実施の形態2の図5で図示したトランジスタ13、及びトランジスタ15の断面構造を、一例として示す。なお、破線A1−A2で示す領域では、トランジスタ13、及びトランジスタ15のチャネル長方向における構造を示しており、破線A3−A4で示す領域では、トランジスタ13、及びトランジスタ15のチャネル幅方向における構造を示している。ただし、本発明の一態様では、トランジスタ13のチャネル長方向とトランジスタ15のチャネル長方向とが、必ずしも一致していなくともよい。 FIG. 14 illustrates an example of part of a cross-sectional structure of a circuit portion according to one embodiment of the present invention. Note that FIG. 14 illustrates a cross-sectional structure of the transistor 13 and the transistor 15 illustrated in FIG. 5 of Embodiment 2 as an example. Note that a region indicated by a broken line A1-A2 indicates the structure of the transistors 13 and 15 in the channel length direction, and a region indicated by a broken line A3-A4 indicates the structure of the transistors 13 and 15 in the channel width direction. Show. Note that in one embodiment of the present invention, the channel length direction of the transistor 13 and the channel length direction of the transistor 15 do not necessarily match.

なお、チャネル長方向とは、ソース領域及びドレイン領域として機能する一対の不純物領域間において、キャリアが最短距離で移動する方向を意味し、チャネル幅方向は、チャネル長方向に対して垂直の方向を意味する。 Note that the channel length direction means a direction in which carriers move at the shortest distance between a pair of impurity regions functioning as a source region and a drain region, and the channel width direction is a direction perpendicular to the channel length direction. means.

また、図14では、酸化物半導体膜にチャネル形成領域を有するトランジスタ13が、単結晶のシリコン基板にチャネル形成領域を有するトランジスタ15上に形成されている場合を例示している。図14の構成とすることで、トランジスタの一部同士、例えばインバータINV1又はINV2が有するトランジスタのチャネル形成領域と、トランジスタ11、12、13、又は14のチャネル形成領域と、を互いに重ねて設けることができる。あるいは図14の構成とすることで、トランジスタの一部同士、例えばトランジスタ15又は17のチャネル形成領域と、トランジスタ11、12、13、14、16又は18のチャネル形成領域と、を互いに重ねて設けることができる。そのため該構成として半導体装置では、レイアウト面積の縮小を図ることができる。 FIG. 14 illustrates the case where the transistor 13 having a channel formation region in an oxide semiconductor film is formed over the transistor 15 having a channel formation region in a single crystal silicon substrate. With the structure in FIG. 14, a part of the transistors, for example, the channel formation region of the transistor included in the inverter INV1 or INV2, and the channel formation region of the transistor 11, 12, 13, or 14 are provided to overlap each other. Can do. Alternatively, with the structure shown in FIG. 14, a part of the transistors, for example, the channel formation region of the transistor 15 or 17 and the channel formation region of the transistor 11, 12, 13, 14, 16, or 18 are provided to overlap each other. be able to. Therefore, the layout area of the semiconductor device can be reduced as the structure.

トランジスタ15は、非晶質、微結晶、多結晶または単結晶である、シリコン又はゲルマニウムなどの半導体膜または半導体基板に、チャネル形成領域を有していても良い。或いは、トランジスタ15は、酸化物半導体膜または酸化物半導体基板に、チャネル形成領域を有していても良い。全てのトランジスタが酸化物半導体膜または酸化物半導体基板に、チャネル形成領域を有している場合、トランジスタ13はトランジスタ15上に積層されていなくとも良く、トランジスタ13とトランジスタ15とは、同一の層に形成されていても良い。 The transistor 15 may have a channel formation region in a semiconductor film or a semiconductor substrate such as silicon or germanium that is amorphous, microcrystalline, polycrystalline, or single crystal. Alternatively, the transistor 15 may include a channel formation region in the oxide semiconductor film or the oxide semiconductor substrate. In the case where all transistors have a channel formation region in an oxide semiconductor film or an oxide semiconductor substrate, the transistor 13 does not have to be stacked over the transistor 15, and the transistor 13 and the transistor 15 are the same layer. It may be formed.

シリコンの薄膜を用いてトランジスタ15を形成する場合、当該薄膜には、プラズマCVD法などの気相成長法若しくはスパッタリング法で作製された非晶質シリコン、非晶質シリコンをレーザーアニールなどの処理により結晶化させた多結晶シリコン、単結晶シリコンウェハに水素イオン等を注入して表層部を剥離した単結晶シリコンなどを用いることができる。 In the case where the transistor 15 is formed using a silicon thin film, amorphous silicon produced by a vapor deposition method such as a plasma CVD method or a sputtering method, or amorphous silicon is formed on the thin film by a process such as laser annealing. Crystallized polycrystalline silicon, single crystal silicon in which hydrogen ions or the like are implanted into a single crystal silicon wafer and a surface layer portion is peeled off can be used.

トランジスタ15が形成される基板400は、例えば、シリコン基板、ゲルマニウム基板、シリコンゲルマニウム基板等を用いることができる。図14では、単結晶シリコン基板を基板400として用いる場合を例示している。 As the substrate 400 over which the transistor 15 is formed, for example, a silicon substrate, a germanium substrate, a silicon germanium substrate, or the like can be used. FIG. 14 illustrates the case where a single crystal silicon substrate is used as the substrate 400.

また、トランジスタ15は、素子分離法により電気的に分離されている。素子分離法として、トレンチ分離法(STI法:Shallow Trench Isolation)等を用いることができる。図14では、トレンチ分離法を用いてトランジスタ15を電気的に分離する場合を例示している。具体的に、図14では、エッチング等により基板400に形成されたトレンチに、酸化珪素などが含まれる絶縁物を埋め込んだ後、当該絶縁物をエッチング等により部分的に除去することで形成される素子分離領域401により、トランジスタ15を素子分離させる場合を例示している。 The transistor 15 is electrically isolated by an element isolation method. As an element isolation method, a trench isolation method (STI method: Shallow Trench Isolation) or the like can be used. FIG. 14 illustrates a case where the transistor 15 is electrically isolated using a trench isolation method. Specifically, in FIG. 14, an insulating material containing silicon oxide or the like is embedded in a trench formed in the substrate 400 by etching or the like, and then the insulating material is partially removed by etching or the like. The case where the transistor 15 is isolated by the element isolation region 401 is illustrated.

また、トレンチ以外の領域に存在する基板400の凸部には、トランジスタ15の不純物領域402及び不純物領域403と、不純物領域402及び不純物領域403に挟まれたチャネル形成領域404とが設けられている。さらに、トランジスタ15は、チャネル形成領域404を覆う絶縁膜405と、絶縁膜405を間に挟んでチャネル形成領域404と重なるゲート電極406とを有する。 In addition, an impurity region 402 and an impurity region 403 of the transistor 15 and a channel formation region 404 sandwiched between the impurity region 402 and the impurity region 403 are provided on the convex portion of the substrate 400 that exists in a region other than the trench. . Further, the transistor 15 includes an insulating film 405 that covers the channel formation region 404 and a gate electrode 406 that overlaps with the channel formation region 404 with the insulating film 405 interposed therebetween.

トランジスタ15では、チャネル形成領域404における凸部の側部及び上部と、ゲート電極406とが絶縁膜405を間に挟んで重なることで、チャネル形成領域404の側部と上部を含めた広い範囲においてキャリアが流れる。そのため、トランジスタ15の基板上における専有面積を小さく抑えつつ、トランジスタ15におけるキャリアの移動量を増加させることができる。その結果、トランジスタ15は、オン電流が大きくなると共に、電界効果移動度が高められる。特に、チャネル形成領域404における凸部のチャネル幅方向の長さ(チャネル幅)をW、チャネル形成領域404における凸部の膜厚をTとすると、チャネル幅Wに対する膜厚Tの比に相当するアスペクト比が高い場合、キャリアが流れる範囲はより広くなるため、トランジスタ15のオン電流をより大きくすることができ、電界効果移動度もより高められる。 In the transistor 15, the side and upper portions of the protrusions in the channel formation region 404 overlap with the gate electrode 406 with the insulating film 405 interposed therebetween, so that the transistor 15 can cover a wide range including the side and upper portions of the channel formation region 404. A career flows. Therefore, the amount of carrier movement in the transistor 15 can be increased while keeping the exclusive area of the transistor 15 on the substrate small. As a result, the transistor 15 has an increased on-current and an increased field effect mobility. In particular, when the length in the channel width direction (channel width) of the protrusion in the channel formation region 404 is W and the film thickness of the protrusion in the channel formation region 404 is T, this corresponds to the ratio of the film thickness T to the channel width W. When the aspect ratio is high, the range in which carriers flow is wider, so that the on-state current of the transistor 15 can be increased and the field-effect mobility can be further increased.

なお、バルクの半導体基板を用いたトランジスタ15の場合、アスペクト比は0.5以上であることが望ましく、1以上であることがより望ましい。 In the case of the transistor 15 using a bulk semiconductor substrate, the aspect ratio is preferably 0.5 or more, and more preferably 1 or more.

トランジスタ15上には、絶縁膜411が設けられている。絶縁膜411には開口部が形成されている。そして、上記開口部には、不純物領域402、不純物領域403にそれぞれ電気的に接続されている導電膜412、導電膜413と、ゲート電極406に電気的に接続されている導電膜414とが、形成されている。 An insulating film 411 is provided over the transistor 15. An opening is formed in the insulating film 411. In the opening, an impurity region 402, a conductive film 412 and a conductive film 413 electrically connected to the impurity region 403, and a conductive film 414 electrically connected to the gate electrode 406, Is formed.

そして、導電膜412は、絶縁膜411上に形成された導電膜416に電気的に接続されており、導電膜413は、絶縁膜411上に形成された導電膜417に電気的に接続されており、導電膜414は、絶縁膜411上に形成された導電膜418に電気的に接続されている。 The conductive film 412 is electrically connected to the conductive film 416 formed over the insulating film 411, and the conductive film 413 is electrically connected to the conductive film 417 formed over the insulating film 411. The conductive film 414 is electrically connected to the conductive film 418 formed over the insulating film 411.

導電膜416乃至導電膜418上には、絶縁膜420が設けられている。そして、絶縁膜420上には、酸素、水素、水の拡散を防ぐブロッキング効果を有する絶縁膜421が設けられている。絶縁膜421は、密度が高くて緻密である程、また未結合手が少なく化学的に安定である程、より高いブロッキング効果を示す。酸素、水素、水の拡散を防ぐブロッキング効果を示す絶縁膜421として、例えば、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム等を用いることができる。水素、水の拡散を防ぐブロッキング効果を示す絶縁膜421として、例えば、窒化シリコン、窒化酸化シリコン等を用いることができる。 An insulating film 420 is provided over the conductive films 416 to 418. An insulating film 421 having a blocking effect for preventing diffusion of oxygen, hydrogen, and water is provided over the insulating film 420. The insulating film 421 has a higher blocking effect as the density is higher and denser, and as the insulating film 421 is chemically stable with fewer dangling bonds. As the insulating film 421 having a blocking effect for preventing diffusion of oxygen, hydrogen, and water, for example, aluminum oxide, aluminum oxynitride, gallium oxide, gallium oxynitride, yttrium oxide, yttrium oxynitride, hafnium oxide, hafnium oxynitride, or the like is used. be able to. As the insulating film 421 having a blocking effect for preventing diffusion of hydrogen and water, for example, silicon nitride, silicon nitride oxide, or the like can be used.

絶縁膜421上には絶縁膜422が設けられており、絶縁膜422上には、トランジスタ13が設けられている。 An insulating film 422 is provided over the insulating film 421, and the transistor 13 is provided over the insulating film 422.

トランジスタ13は、絶縁膜422上に、酸化物半導体を含む半導体膜430と、半導体膜430に電気的に接続された、ソース電極またはドレイン電極として機能する導電膜432及び導電膜433と、半導体膜430を覆っているゲート絶縁膜431と、ゲート絶縁膜431を間に挟んで半導体膜430と重なるゲート電極434と、を有する。なお、絶縁膜420乃至絶縁膜422には開口部が設けられており、導電膜433は、上記開口部において導電膜418に接続されている。 The transistor 13 includes a semiconductor film 430 including an oxide semiconductor over the insulating film 422, a conductive film 432 and a conductive film 433 that are electrically connected to the semiconductor film 430 and function as a source electrode or a drain electrode, a semiconductor film A gate insulating film 431 covering 430 and a gate electrode 434 which overlaps with the semiconductor film 430 with the gate insulating film 431 interposed therebetween. Note that an opening is provided in the insulating films 420 to 422, and the conductive film 433 is connected to the conductive film 418 in the opening.

なお、図14において、トランジスタ13は、ゲート電極434を半導体膜430の片側において少なくとも有していれば良いが、絶縁膜422を間に挟んで半導体膜430と重なるゲート電極を、さらに有していても良い。 Note that in FIG. 14, the transistor 13 may have at least the gate electrode 434 on one side of the semiconductor film 430, but further includes a gate electrode that overlaps with the semiconductor film 430 with the insulating film 422 interposed therebetween. May be.

トランジスタ13が、一対のゲート電極を有している場合、一方のゲート電極には導通状態または非導通状態を制御するための信号が与えられ、他方のゲート電極は、電位が他から与えられている状態であっても良い。この場合、一対のゲート電極に、同じ高さの電位が与えられていても良いし、他方のゲート電極にのみ接地電位などの固定の電位が与えられていても良い。他方のゲート電極に与える電位の高さを制御することで、トランジスタの閾値電圧を制御することができる。 When the transistor 13 includes a pair of gate electrodes, a signal for controlling a conduction state or a non-conduction state is given to one gate electrode, and a potential is given to the other gate electrode from the other. You may be in the state. In this case, a pair of gate electrodes may be given the same potential, or a fixed potential such as a ground potential may be given only to the other gate electrode. By controlling the level of the potential applied to the other gate electrode, the threshold voltage of the transistor can be controlled.

また、図14では、トランジスタ13が、一のゲート電極434に対応した一のチャネル形成領域を有する、シングルゲート構造である場合を例示している。しかし、トランジスタ13は、電気的に接続された複数のゲート電極を有することで、一の活性層にチャネル形成領域を複数有する、マルチゲート構造であっても良い。 FIG. 14 illustrates the case where the transistor 13 has a single gate structure having one channel formation region corresponding to one gate electrode 434. However, the transistor 13 may have a multi-gate structure in which a plurality of channel electrodes are formed in one active layer by including a plurality of electrically connected gate electrodes.

また、図14に示すように、トランジスタ13は、半導体膜430が、絶縁膜422上において順に積層された酸化物半導体膜430a乃至酸化物半導体膜430cを有する場合を例示している。ただし、本発明の一態様では、トランジスタ13が有する半導体膜430が、単膜の金属酸化物膜で構成されていても良い。 Further, as illustrated in FIG. 14, the transistor 13 illustrates the case where the semiconductor film 430 includes oxide semiconductor films 430 a to 430 c which are sequentially stacked over the insulating film 422. Note that in one embodiment of the present invention, the semiconductor film 430 included in the transistor 13 may be a single metal oxide film.

絶縁膜422は、加熱により酸素の一部を酸化物半導体膜430a乃至酸化物半導体膜430cに供給する機能を有する絶縁膜であることが望ましい。また、絶縁膜422は、欠陥が少ないことが好ましく、代表的には、ESR測定により得られる、シリコンのダングリングボンドに由来するg=2.001を持つスピンの密度が1×1018spins/cm以下であることが好ましい。 The insulating film 422 is preferably an insulating film having a function of supplying part of oxygen to the oxide semiconductor films 430a to 430c by heating. The insulating film 422 preferably has few defects. Typically, the density of a spin having g = 2.001 derived from a dangling bond of silicon obtained by ESR measurement is 1 × 10 18 spins / It is preferable that it is cm 3 or less.

絶縁膜422は、加熱により上記酸素の一部を酸化物半導体膜430a乃至酸化物半導体膜430cに供給する機能を有するため、酸化物であることが望ましく、例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムおよび酸化タンタルなどを用いることができる。絶縁膜422は、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法またはスパッタリング法等により、形成することができる。 The insulating film 422 is preferably an oxide because it has a function of supplying part of the oxygen to the oxide semiconductor films 430a to 430c by heating, for example, aluminum oxide, magnesium oxide, or silicon oxide. Silicon oxynitride, silicon nitride oxide, gallium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, neodymium oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, and the like can be used. The insulating film 422 can be formed by a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method, a sputtering method, or the like.

なお、本明細書中において、酸化窒化物は、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多い材料を指し、窒化酸化物は、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い材料を指す。 Note that in this specification, oxynitride refers to a material having a higher oxygen content than nitrogen as its composition, and nitride oxide refers to a material having a higher nitrogen content than oxygen as its composition. Point to.

なお、図14に示すトランジスタ13は、チャネル領域が形成される酸化物半導体膜430bの端部のうち、導電膜432及び導電膜433とは重ならない端部、言い換えると、導電膜432及び導電膜433が位置する領域とは異なる領域に位置する端部と、ゲート電極434とが、重なる構成を有する。酸化物半導体膜430bの端部は、当該端部を形成するためのエッチングでプラズマに曝されるときに、エッチングガスから生じた塩素ラジカル、フッ素ラジカル等が、酸化物半導体を構成する金属元素と結合しやすい。よって、酸化物半導体膜の端部では、当該金属元素と結合していた酸素が脱離しやすい状態にあるため、酸素欠損が形成され、n型化しやすいやすいと考えられる。しかし、図14に示すトランジスタ13では、導電膜432及び導電膜433とは重ならない酸化物半導体膜430bの端部と、ゲート電極434とが重なるため、ゲート電極434の電位を制御することにより、当該端部にかかる電界を制御することができる。よって、酸化物半導体膜430bの端部を介して導電膜432と導電膜433の間に流れる電流を、ゲート電極434に与える電位によって制御することができる。このようなトランジスタ13の構造を、Surrounded Channel(S−Channel)構造とよぶ。 Note that the transistor 13 illustrated in FIGS. 14A to 14C includes an end portion of the oxide semiconductor film 430b where a channel region is formed, which does not overlap with the conductive films 432 and 433, in other words, the conductive film 432 and the conductive film. An end portion located in a region different from the region where 433 is located and the gate electrode 434 overlap with each other. When the end portion of the oxide semiconductor film 430b is exposed to plasma by etching for forming the end portion, chlorine radicals, fluorine radicals, and the like generated from the etching gas are formed with metal elements included in the oxide semiconductor. Easy to combine. Therefore, oxygen bonded to the metal element is likely to be released at the end portion of the oxide semiconductor film, so that an oxygen vacancy is formed and the n-type is easily formed. However, in the transistor 13 illustrated in FIGS. 14A and 14B, the end portion of the oxide semiconductor film 430b which does not overlap with the conductive film 432 and the conductive film 433 overlaps with the gate electrode 434; therefore, by controlling the potential of the gate electrode 434, The electric field applied to the end portion can be controlled. Therefore, the current flowing between the conductive films 432 and 433 through the end portion of the oxide semiconductor film 430b can be controlled by the potential applied to the gate electrode 434. Such a structure of the transistor 13 is referred to as a Surrounded Channel (S-Channel) structure.

具体的に、S−Channel構造の場合、トランジスタ13がオフとなるような電位をゲート電極434に与えたときは、当該端部を介して導電膜432と導電膜433の間に流れるオフ電流を小さく抑えることができる。そのため、トランジスタ13では、大きなオン電流を得るためにチャネル長を短くし、その結果、酸化物半導体膜430bの端部における導電膜432と導電膜433の間の長さが短くなっても、トランジスタ13のオフ電流を小さく抑えることができる。よって、トランジスタ13は、チャネル長を短くすることで、オンのときには大きいオン電流を得ることができ、オフのときにはオフ電流を小さく抑えることができる。 Specifically, in the case of the S-Channel structure, when a potential at which the transistor 13 is turned off is applied to the gate electrode 434, an off-current that flows between the conductive film 432 and the conductive film 433 through the end portion is reduced. It can be kept small. Therefore, in the transistor 13, the channel length is shortened in order to obtain a large on-state current. As a result, even if the length between the conductive film 432 and the conductive film 433 at the end portion of the oxide semiconductor film 430 b is shortened, the transistor 13 off-current can be kept small. Therefore, by shortening the channel length, the transistor 13 can obtain a large on-state current when turned on, and can keep the off-state current small when turned off.

また、具体的に、S−Channel構造の場合、トランジスタ13がオンとなるような電位をゲート電極434に与えたときは、当該端部を介して導電膜432と導電膜433の間に流れる電流を大きくすることができる。当該電流は、トランジスタ13の電界効果移動度とオン電流の増大に寄与する。そして、酸化物半導体膜430bの端部と、ゲート電極434とが重なることで、酸化物半導体膜430bにおいてキャリアの流れる領域が、ゲート絶縁膜431に近い酸化物半導体膜430bの界面近傍のみでなく、酸化物半導体膜430bの広い範囲においてキャリアが流れるため、トランジスタ13におけるキャリアの移動量が増加する。この結果、トランジスタ13のオン電流が大きくなると共に、電界効果移動度が高くなり、代表的には電界効果移動度が10cm/V・s以上、さらには20cm/V・s以上となる。なお、ここでの電界効果移動度は、酸化物半導体膜の物性値としての移動度の近似値ではなく、トランジスタの飽和領域における電流駆動力の指標であり、見かけ上の電界効果移動度である。 Specifically, in the case of the S-Channel structure, when a potential at which the transistor 13 is turned on is applied to the gate electrode 434, current flowing between the conductive films 432 and 433 through the end portion. Can be increased. The current contributes to an increase in field effect mobility and on-current of the transistor 13. The end portion of the oxide semiconductor film 430b and the gate electrode 434 overlap with each other, so that a region where carriers flow in the oxide semiconductor film 430b is not only near the interface of the oxide semiconductor film 430b near the gate insulating film 431. Since carriers flow in a wide range of the oxide semiconductor film 430b, the amount of carrier movement in the transistor 13 increases. As a result, the on-state current of the transistor 13 is increased and the field effect mobility is increased. Typically, the field effect mobility is 10 cm 2 / V · s or more, and further 20 cm 2 / V · s or more. Note that the field-effect mobility here is not an approximate value of mobility as a physical property value of the oxide semiconductor film but an index of current driving force in the saturation region of the transistor and is an apparent field-effect mobility. .

なお、図14を用いて述べたが、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されない。例えば、図15に示すような構造でもよい。 Note that although described with reference to FIG. 14, one embodiment of the present invention is not limited to this. For example, a structure as shown in FIG.

なお、本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態に示す構成及び方法などと適宜組み合わせて用いることができる。 Note that the structures, methods, and the like described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures, methods, and the like described in the other embodiments.

(実施の形態5)
上記実施の形態で開示された、導電膜や半導体膜はスパッタ法により形成することができるが、他の方法、例えば、熱CVD法により形成してもよい。熱CVD法の例としてMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法やALD(Atomic Layer Deposition)法を使っても良い。
(Embodiment 5)
The conductive film and the semiconductor film disclosed in the above embodiment can be formed by a sputtering method, but may be formed by another method, for example, a thermal CVD method. As an example of the thermal CVD method, an MOCVD (Metal Organic Chemical Deposition) method or an ALD (Atomic Layer Deposition) method may be used.

熱CVD法は、プラズマを使わない成膜方法のため、プラズマダメージにより欠陥が生成されることが無いという利点を有する。 The thermal CVD method has an advantage that no defect is generated due to plasma damage because it is a film forming method that does not use plasma.

熱CVD法は、チャンバー内を大気圧または減圧下とし、原料ガスと酸化剤を同時にチャンバー内に送り、基板近傍または基板上で反応させて基板上に堆積させることで成膜を行ってもよい。 In the thermal CVD method, the inside of the chamber may be under atmospheric pressure or reduced pressure, and the source gas and the oxidant may be simultaneously sent into the chamber, reacted in the vicinity of the substrate or on the substrate, and deposited on the substrate. .

また、ALD法は、チャンバー内を大気圧または減圧下とし、反応のための原料ガスが順次にチャンバーに導入され、そのガス導入の順序を繰り返すことで成膜を行ってもよい。例えば、それぞれのスイッチングバルブ(高速バルブとも呼ぶ)を切り替えて2種類以上の原料ガスを順番にチャンバーに供給し、複数種の原料ガスが混ざらないように第1の原料ガスと同時またはその後に不活性ガス(アルゴン、或いは窒素など)などを導入し、第2の原料ガスを導入する。なお、同時に不活性ガスを導入する場合には、不活性ガスはキャリアガスとなり、また、第2の原料ガスの導入時にも同時に不活性ガスを導入してもよい。また、不活性ガスを導入する代わりに真空排気によって第1の原料ガスを排出した後、第2の原料ガスを導入してもよい。第1の原料ガスが基板の表面に吸着して第1の単原子層を成膜し、後から導入される第2の原料ガスと反応して、第2の単原子層が第1の単原子層上に積層されて薄膜が形成される。このガス導入順序を制御しつつ所望の厚さになるまで複数回繰り返すことで、段差被覆性に優れた薄膜を形成することができる。薄膜の厚さは、ガス導入順序を繰り返す回数によって調節することができるため、精密な膜厚調節が可能であり、微細なFETを作製する場合に適している。 Further, in the ALD method, film formation may be performed by setting the inside of the chamber to atmospheric pressure or reduced pressure, sequentially introducing source gases for reaction into the chamber, and repeating the order of introducing the gases. For example, each switching valve (also referred to as a high-speed valve) is switched to supply two or more types of source gases to the chamber in order, so that a plurality of types of source gases are not mixed with the first source gas at the same time or thereafter. An active gas (such as argon or nitrogen) is introduced, and a second source gas is introduced. When the inert gas is introduced at the same time, the inert gas becomes a carrier gas, and the inert gas may be introduced at the same time when the second raw material gas is introduced. Further, instead of introducing the inert gas, the second raw material gas may be introduced after the first raw material gas is exhausted by evacuation. The first source gas is adsorbed on the surface of the substrate to form a first monoatomic layer, reacts with a second source gas introduced later, and the second monoatomic layer becomes the first monoatomic layer. A thin film is formed by being stacked on the atomic layer. By repeating this gas introduction sequence a plurality of times until the desired thickness is achieved, a thin film having excellent step coverage can be formed. Since the thickness of the thin film can be adjusted by the number of times the gas introduction sequence is repeated, precise film thickness adjustment is possible, which is suitable for manufacturing a fine FET.

MOCVD法やALD法などの熱CVD法は、これまでに記載した実施形態に開示された導電膜や半導体膜を形成することができ、例えば、InGaZnO(X>0)膜を成膜する場合には、トリメチルインジウム、トリメチルガリウム、及びジエチル亜鉛を用いる。なお、トリメチルインジウムの化学式は、In(CHである。また、トリメチルガリウムの化学式は、Ga(CHである。また、ジメチル亜鉛の化学式は、Zn(CHである。また、これらの組み合わせに限定されず、トリメチルガリウムに代えてトリエチルガリウム(化学式Ga(C)を用いることもでき、ジエチル亜鉛に代えてジエチル亜鉛(化学式Zn(C)を用いることもできる。 Thermal CVD methods such as the MOCVD method and the ALD method can form the conductive film and the semiconductor film disclosed in the embodiments described so far, for example, when an InGaZnO x (X> 0) film is formed. For this, trimethylindium, trimethylgallium, and diethylzinc are used. Note that the chemical formula of trimethylindium is In (CH 3 ) 3 . The chemical formula of trimethylgallium is Ga (CH 3 ) 3 . The chemical formula of dimethylzinc is Zn (CH 3 ) 2 . Moreover, it is not limited to these combinations, Triethylgallium (chemical formula Ga (C 2 H 5 ) 3 ) can be used instead of trimethylgallium, and diethylzinc (chemical formula Zn (C 2 H 5 ) is used instead of diethylzinc. 2 ) can also be used.

例えば、ALDを利用する成膜装置によりタングステン膜を成膜する場合には、WFガスとBガスを順次繰り返し導入して初期タングステン膜を形成し、その後、WFガスとHガスを同時に導入してタングステン膜を形成する。なお、Bガスに代えてSiHガスを用いてもよい。 For example, in the case where a tungsten film is formed by a film forming apparatus using ALD, an initial tungsten film is formed by repeatedly introducing WF 6 gas and B 2 H 6 gas successively, and then WF 6 gas and H 2. Gases are simultaneously introduced to form a tungsten film. Note that SiH 4 gas may be used instead of B 2 H 6 gas.

例えば、ALDを利用する成膜装置により酸化物半導体膜、例えばInGaZnO(X>0)膜を成膜する場合には、In(CHガスとOガスを順次繰り返し導入してInO層を形成し、その後、Ga(CHガスとOガスを同時に導入してGaO層を形成し、更にその後Zn(CHとOガスを同時に導入してZnO層を形成する。なお、これらの層の順番はこの例に限らない。また、これらのガスを混ぜてInGaO層やInZnO層、GaInO層、ZnInO層、GaZnO層などの混合化合物層を形成しても良い。なお、Oガスに変えてAr等の不活性ガスでバブリングして得られたHOガスを用いても良いが、Hを含まないOガスを用いる方が好ましい。また、In(CHガスにかえて、In(Cガスを用いても良い。また、Ga(CHガスにかえて、Ga(Cガスを用いても良い。また、Zn(CHガスを用いても良い。 For example, in the case where an oxide semiconductor film, for example, an InGaZnO x (X> 0) film is formed by a film formation apparatus using ALD, In (CH 3 ) 3 gas and O 3 gas are sequentially introduced and InO is sequentially introduced. Two layers are formed, and then Ga (CH 3 ) 3 gas and O 3 gas are simultaneously introduced to form a GaO layer, and then Zn (CH 3 ) 2 and O 3 gas are simultaneously introduced to form a ZnO layer. Form. Note that the order of these layers is not limited to this example. Alternatively, a mixed compound layer such as an InGaO 2 layer, an InZnO 2 layer, a GaInO layer, a ZnInO layer, or a GaZnO layer may be formed by mixing these gases. Incidentally, O 3 may be used of H 2 O gas obtained by bubbling with an inert gas such as Ar in place of the gas, but better to use an O 3 gas containing no H are preferred. Further, In (C 2 H 5 ) 3 gas may be used instead of In (CH 3 ) 3 gas. Further, Ga (C 2 H 5 ) 3 gas may be used instead of Ga (CH 3 ) 3 gas. Alternatively, Zn (CH 3 ) 2 gas may be used.

以上、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。 As described above, the structure described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures described in the other embodiments.

(実施の形態6)
本実施の形態では、上述の実施の形態で説明した半導体装置を電子部品に適用する例、及び該電子部品を具備する電子機器に適用する例について、図16、図17を用いて説明する。
(Embodiment 6)
In this embodiment, an example in which the semiconductor device described in any of the above embodiments is applied to an electronic component and an example in which the semiconductor device is applied to an electronic device including the electronic component will be described with reference to FIGS.

図16(A)では上述の実施の形態で説明し半導体装置を電子部品に適用する例について説明する。なお電子部品は、半導体パッケージ、又はIC用パッケージともいう。この電子部品は、端子取り出し方向や、端子の形状に応じて、複数の規格や名称が存在する。そこで、本実施の形態では、その一例について説明することにする。 FIG. 16A illustrates an example in which the semiconductor device described in the above embodiment is applied to an electronic component. Note that the electronic component is also referred to as a semiconductor package or an IC package. This electronic component has a plurality of standards and names depending on the terminal take-out direction and the shape of the terminal. Therefore, in this embodiment, an example will be described.

上記実施の形態4の図14に示すようなトランジスタで構成される半導体装置は、組み立て工程(後工程)を経て、プリント基板に脱着可能な部品が複数合わさることで完成する。 A semiconductor device including a transistor as shown in FIG. 14 of the above-described fourth embodiment is completed by assembling a plurality of detachable components on a printed board through an assembly process (post-process).

後工程については、図16(A)に示す各工程を経ることで完成させることができる。具体的には、前工程で得られる素子基板が完成(ステップS1)した後、基板の裏面を研削する(ステップS2)。この段階で基板を薄膜化することで、前工程での基板の反り等を低減し、部品としての小型化を図るためである。 The post-process can be completed through each process shown in FIG. Specifically, after the element substrate obtained in the previous process is completed (step S1), the back surface of the substrate is ground (step S2). This is because by reducing the thickness of the substrate at this stage, it is possible to reduce the warpage of the substrate in the previous process and to reduce the size of the component.

基板の裏面を研削して、基板を複数のチップに分離するダイシング工程を行う。そして、分離したチップを個々にピックアップしてリードフレーム上に搭載し接合する、ダイボンディング工程を行う(ステップS3)。このダイボンディング工程におけるチップとリードフレームとの接着は、樹脂による接着や、テープによる接着等、適宜製品に応じて適した方法を選択する。なお、ダイボンディング工程は、インターポーザ上に搭載し接合してもよい。 A dicing process is performed in which the back surface of the substrate is ground to separate the substrate into a plurality of chips. Then, a die bonding process is performed in which the separated chips are individually picked up and mounted on the lead frame and bonded (step S3). For the bonding between the chip and the lead frame in this die bonding process, a suitable method is appropriately selected according to the product, such as bonding with a resin or bonding with a tape. The die bonding step may be mounted on the interposer and bonded.

次いでリードフレームのリードとチップ上の電極とを、金属の細線(ワイヤー)で電気的に接続する、ワイヤーボンディングを行う(ステップS4)。金属の細線には、銀線や金線を用いることができる。また、ワイヤーボンディングは、ボールボンディングや、ウェッジボンディングを用いることができる。 Next, wire bonding is performed in which the lead of the lead frame and the electrode on the chip are electrically connected by a thin metal wire (wire) (step S4). A silver wire or a gold wire can be used as the metal thin wire. For wire bonding, ball bonding or wedge bonding can be used.

ワイヤーボンディングされたチップは、エポキシ樹脂等で封止される、モールド工程が施される(ステップS5)。モールド工程を行うことで電子部品の内部が樹脂で充填され、機械的な外力による内蔵される回路部やワイヤーに対するダメージを低減することができ、また水分や埃による特性の劣化を低減することができる。 The wire-bonded chip is subjected to a molding process that is sealed with an epoxy resin or the like (step S5). By performing the molding process, the inside of the electronic component is filled with resin, which can reduce damage to the built-in circuit part and wires due to mechanical external force, and can reduce deterioration of characteristics due to moisture and dust. it can.

次いでリードフレームのリードをメッキ処理する。そしてリードを切断及び成形加工する(ステップS6)。このめっき処理によりリードの錆を防止し、後にプリント基板に実装する際のはんだ付けをより確実に行うことができる。 Next, the lead of the lead frame is plated. Then, the lead is cut and molded (step S6). By this plating treatment, rusting of the lead can be prevented, and soldering when mounting on a printed circuit board can be performed more reliably.

次いでパッケージの表面に印字処理(マーキング)を施す(ステップS7)。そして最終的な検査工程(ステップS8)を経て電子部品が完成する(ステップS9)。 Next, a printing process (marking) is performed on the surface of the package (step S7). An electronic component is completed through a final inspection process (step S8) (step S9).

以上説明した電子部品は、上述の実施の形態で説明した半導体装置を含む構成とすることができる。そのため、小型化、低コスト化が図られた電子部品を実現することができる。 The electronic component described above can include the semiconductor device described in the above embodiment. Therefore, an electronic component that is reduced in size and cost can be realized.

また、完成した電子部品の斜視模式図を図16(B)に示す。図16(B)では、電子部品の一例として、QFP(Quad Flat Package)の斜視模式図を示している。図16(B)に示す電子部品700は、リード701及び回路部703を示している。図16(B)に示す電子部品700は、例えばプリント基板702に実装される。このような電子部品700が複数組み合わされて、それぞれがプリント基板702上で電気的に接続されることで電子機器の内部に搭載することができる。完成した回路基板704は、電子機器等の内部に設けられる。 A perspective schematic view of the completed electronic component is shown in FIG. FIG. 16B shows a schematic perspective view of a QFP (Quad Flat Package) as an example of an electronic component. An electronic component 700 illustrated in FIG. 16B illustrates a lead 701 and a circuit portion 703. An electronic component 700 illustrated in FIG. 16B is mounted on a printed circuit board 702, for example. A plurality of such electronic components 700 are combined and each is electrically connected on the printed circuit board 702 so that the electronic component 700 can be mounted inside the electronic device. The completed circuit board 704 is provided inside an electronic device or the like.

次いで、コンピュータ、携帯情報端末(携帯電話、携帯型ゲーム機、音響再生装置なども含む)、電子ペーパー、テレビジョン装置(テレビ、又はテレビジョン受信機ともいう)、デジタルビデオカメラなどの電子機器に、上述の電子部品を適用する場合について説明する。 Next, electronic devices such as computers, portable information terminals (including mobile phones, portable game machines, sound playback devices, etc.), electronic paper, television devices (also referred to as televisions or television receivers), digital video cameras, etc. A case where the above-described electronic component is applied will be described.

図17(A)は、携帯型の情報端末であり、筐体901、筐体902、第1の表示部903a、第2の表示部903bなどによって構成されている。筐体901と筐体902の少なくとも一部には、先の実施の形態に示す半導体装置を有する電子部品が設けられている。そのため、小型化、低コスト化が図られた携帯型の情報端末が実現される。 FIG. 17A illustrates a portable information terminal including a housing 901, a housing 902, a first display portion 903a, a second display portion 903b, and the like. At least part of the housing 901 and the housing 902 is provided with an electronic component including the semiconductor device described in the above embodiment. Therefore, a portable information terminal that is reduced in size and cost is realized.

なお、第1の表示部903aはタッチ入力機能を有するパネルとなっており、例えば図17(A)の左図のように、第1の表示部903aに表示される選択ボタン904により「タッチ入力」を行うか、「キーボード入力」を行うかを選択できる。選択ボタンは様々な大きさで表示できるため、幅広い世代の人が使いやすさを実感できる。ここで、例えば「キーボード入力」を選択した場合、図17(A)の右図のように第1の表示部903aにはキーボード905が表示される。これにより、従来の情報端末と同様に、キー入力による素早い文字入力などが可能となる。 Note that the first display portion 903a is a panel having a touch input function. For example, as illustrated in the left diagram of FIG. 17A, a selection button 904 displayed on the first display portion 903a displays “touch input”. "Or" keyboard input "can be selected. Since the selection buttons can be displayed in various sizes, a wide range of people can feel ease of use. Here, for example, when “keyboard input” is selected, a keyboard 905 is displayed on the first display portion 903a as shown in the right diagram of FIG. As a result, as in the conventional information terminal, quick character input by key input and the like are possible.

また、図17(A)に示す携帯型の情報端末は、図17(A)の右図のように、第1の表示部903a及び第2の表示部903bのうち、一方を取り外すことができる。第2の表示部903bもタッチ入力機能を有するパネルとし、持ち運びの際、さらなる軽量化を図ることができ、一方の手で筐体902を持ち、他方の手で操作することができるため便利である。 In addition, in the portable information terminal illustrated in FIG. 17A, one of the first display portion 903a and the second display portion 903b can be removed as illustrated in the right diagram of FIG. . The second display portion 903b is also a panel having a touch input function, and can be further reduced in weight when carried, and can be operated with the other hand while holding the housing 902 with one hand. is there.

図17(A)は、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示した情報を操作又は編集する機能、様々なソフトウェア(プログラム)によって処理を制御する機能、等を有することができる。また、筐体の裏面や側面に、外部接続用端子(イヤホン端子、USB端子など)、記録媒体挿入部などを備える構成としてもよい。 FIG. 17A illustrates a function for displaying various information (still images, moving images, text images, and the like), a function for displaying a calendar, date, time, or the like on the display unit, and operating or editing information displayed on the display unit. A function, a function of controlling processing by various software (programs), and the like can be provided. In addition, an external connection terminal (such as an earphone terminal or a USB terminal), a recording medium insertion portion, or the like may be provided on the rear surface or side surface of the housing.

また、図17(A)に示す携帯型の情報端末は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすることも可能である。 In addition, the portable information terminal illustrated in FIG. 17A may be configured to transmit and receive information wirelessly. It is also possible to adopt a configuration in which desired book data or the like is purchased and downloaded from an electronic book server wirelessly.

更に、図17(A)に示す筐体902にアンテナやマイク機能や無線機能を持たせ、携帯電話として用いてもよい。 Further, the housing 902 illustrated in FIG. 17A may have an antenna, a microphone function, or a wireless function, and may be used as a mobile phone.

図17(B)は、電子ペーパーを実装した電子書籍910であり、筐体911と筐体912の2つの筐体で構成されている。筐体911及び筐体912には、それぞれ表示部913及び表示部914が設けられている。筐体911と筐体912は、軸部915により接続されており、該軸部915を軸として開閉動作を行うことができる。また、筐体911は、電源916、操作キー917、スピーカー918などを備えている。筐体911、筐体912の少なくとも一には、半導体装置を有する電子部品が設けられている。そのため、小型化、低コスト化が図られた電子書籍が実現される。 FIG. 17B illustrates an electronic book 910 mounted with electronic paper, which includes two housings, a housing 911 and a housing 912. A display portion 913 and a display portion 914 are provided in the housing 911 and the housing 912, respectively. The housing 911 and the housing 912 are connected by a shaft portion 915 and can be opened and closed with the shaft portion 915 as an axis. The housing 911 includes a power source 916, operation keys 917, a speaker 918, and the like. At least one of the housing 911 and the housing 912 is provided with an electronic component including a semiconductor device. Therefore, an electronic book that is reduced in size and cost is realized.

図17(C)は、テレビジョン装置であり、筐体921、表示部922、スタンド923などで構成されている。テレビジョン装置920の操作は、筐体921が備えるスイッチや、リモコン操作機924により行うことができる。筐体921及びリモコン操作機924には、先の実施の形態に示す半導体装置を有する電子部品が搭載されている。そのため、小型化、低コスト化が図られたテレビジョン装置が実現される。 FIG. 17C illustrates a television device, which includes a housing 921, a display portion 922, a stand 923, and the like. The television device 920 can be operated with a switch included in the housing 921 or a remote controller 924. An electronic component including the semiconductor device described in any of the above embodiments is mounted on the housing 921 and the remote controller 924. Therefore, a television device that is reduced in size and cost can be realized.

図17(D)は、スマートフォンであり、本体930には、表示部931と、スピーカー932と、マイク933と、操作ボタン934等が設けられている。本体930内には、先の実施の形態に示す半導体装置を有する電子部品が設けられている。そのため小型化、低コスト化が図られたスマートフォンが実現される。 FIG. 17D illustrates a smartphone. A main body 930 is provided with a display portion 931, a speaker 932, a microphone 933, operation buttons 934, and the like. In the main body 930, an electronic component including the semiconductor device described in the above embodiment is provided. As a result, a smartphone that is reduced in size and cost is realized.

図17(E)は、デジタルカメラであり、本体941、表示部942、操作スイッチ943などによって構成されている。本体941内には、先の実施の形態に示す半導体装置を有する電子部品が設けられている。そのため、小型化、低コスト化が図られたデジタルカメラが実現される。 FIG. 17E illustrates a digital camera, which includes a main body 941, a display portion 942, operation switches 943, and the like. In the main body 941, an electronic component including the semiconductor device described in the above embodiment is provided. Therefore, a digital camera with a reduced size and reduced cost is realized.

以上のように、本実施の形態に示す電子機器には、先の実施の形態に係る半導体装置を有する電子部品が搭載されている。このため、このため、小型化、低コスト化が図られた電子機器が実現される。 As described above, an electronic component including the semiconductor device according to any of the above embodiments is mounted on the electronic device described in this embodiment. For this reason, the electronic device in which size reduction and cost reduction were achieved is realized.

A1−A2 破線
A3−A4 破線
INV1 インバータ
INV2 インバータ
N1 ノード
N2 ノード
N3 ノード
N4 ノード
T1 時刻
T2 時刻
T3 時刻
T4 時刻
T5 時刻
T6 時刻
T7 時刻
T8 時刻
T9 時刻
11 トランジスタ
11_BG トランジスタ
12 トランジスタ
13 トランジスタ
14 トランジスタ
14_BG トランジスタ
15 トランジスタ
16 トランジスタ
17 トランジスタ
18 トランジスタ
19 抵抗素子
20 抵抗素子
21 クロックドインバータ
70 電子銃室
72 光学系
74 試料室
76 光学系
78 カメラ
80 観察室
82 フィルム室
84 電子
88 物質
92 蛍光板
110 OS−SRAM
111 行選択ドライバ
112 列選択ドライバ
400 基板
401 素子分離領域
402 不純物領域
403 不純物領域
404 チャネル形成領域
405 絶縁膜
406 ゲート電極
411 絶縁膜
412 導電膜
413 導電膜
414 導電膜
416 導電膜
417 導電膜
418 導電膜
420 絶縁膜
421 絶縁膜
422 絶縁膜
430 半導体膜
430a 酸化物半導体膜
430b 酸化物半導体膜
430c 酸化物半導体膜
431 ゲート絶縁膜
432 導電膜
433 導電膜
434 ゲート電極
700 電子部品
701 リード
702 プリント基板
703 回路部
704 回路基板
901 筐体
902 筐体
903a 表示部
903b 表示部
904 選択ボタン
905 キーボード
910 電子書籍
911 筐体
912 筐体
913 表示部
914 表示部
915 軸部
916 電源
917 操作キー
918 スピーカー
920 テレビジョン装置
921 筐体
922 表示部
923 スタンド
924 リモコン操作機
930 本体
931 表示部
932 スピーカー
933 マイク
934 操作ボタン
941 本体
942 表示部
943 操作スイッチ
A1-A2 Broken line A3-A4 Broken line INV1 Inverter INV2 Inverter N1 Node N2 Node N3 Node N4 Node T1 Time T2 Time T3 Time T4 Time T5 Time T6 Time T7 Time T8 Time T9 Time 11 Transistor 11_BG Transistor 12 Transistor 13 Transistor 14 Transistor 14_BG Transistor 15 transistor 16 transistor 17 transistor 18 transistor 19 resistive element 20 resistive element 21 clocked inverter 70 electron gun chamber 72 optical system 74 sample chamber 76 optical system 78 camera 80 observation chamber 82 film chamber 84 electron 88 substance 92 fluorescent screen 110 OS-SRAM
111 row selection driver 112 column selection driver 400 substrate 401 element isolation region 402 impurity region 403 impurity region 404 channel formation region 405 insulating film 406 gate electrode 411 insulating film 412 conductive film 413 conductive film 414 conductive film 417 conductive film 417 conductive film 418 conductive Film 420 Insulating film 421 Insulating film 422 Insulating film 430 Semiconductor film 430a Oxide semiconductor film 430b Oxide semiconductor film 430c Oxide semiconductor film 431 Gate insulating film 432 Conductive film 433 Conductive film 434 Gate electrode 700 Electronic component 701 Lead 702 Printed substrate 703 Circuit unit 704 Circuit board 901 Case 902 Case 903a Display unit 903b Display unit 904 Selection button 905 Keyboard 910 Electronic book 911 Case 912 Case 913 Display unit 914 Display unit 915 Shaft unit 916 Power supply 17 operation keys 918 speaker 920 television device 921 housing 922 display unit 923 stand 924 remote controller 930 body 931 display unit 932 speaker 933 microphone 934 operation button 941 body 942 display unit 943 operation switch

Claims (8)

第1乃至第4のトランジスタと、第1及び第2のインバータとを有する半導体装置であって、
前記第1のトランジスタのゲートは、第1の配線に電気的に接続され、
前記第1のトランジスタのソース又はドレインの一方は、第2の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又はドレインの一方は、第3の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、第4の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又はドレインの一方は、前記第1のトランジスタのソース又はドレインの他方に電気的に接続され、
前記第4のトランジスタのゲートは、前記第4の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又はドレインの一方は、前記第2のトランジスタのソース又はドレインの他方に電気的に接続され、
前記第1のインバータの第1端子は、前記第3のトランジスタのソース又はドレインの他方に電気的に接続され、
前記第1のインバータの第2端子は、前記第4のトランジスタのソース又はドレインの一方に電気的に接続され、
前記第2のインバータの第1端子は、前記第4のトランジスタのソース又はドレインの他方に電気的に接続され、
前記第2のインバータの第2端子は、前記第3のトランジスタのソース又はドレインの一方に電気的に接続され、
前記第1の配線は、第1の信号を伝えることができる機能を有し、
前記第2の配線は、第2の信号を伝えることができる機能を有し、
前記第3の配線は、第3の信号を伝えることができる機能を有し、
前記第4の配線は、第4の信号を伝えることができる機能を有し、
前記第1乃至前記第4のトランジスタは、半導体層が酸化物半導体を有する、nチャネル型のトランジスタであり、
前記第1の信号は、前記第1のトランジスタを導通状態として、前記第3の信号の電位を前記第3のトランジスタのソース又はドレインの一方に与えることができる機能を有し、
前記第1の信号は、前記第2のトランジスタを導通状態として、前記第4の信号の電位を前記第4のトランジスタのソース又はドレインの一方に与えることができる機能を有し、
前記第2の信号は、前記第3のトランジスタを導通状態として、前記第3のトランジスタのソース又はドレインの一方の電位を前記第1のインバータの第1端子に与えることができる機能を有し、
前記第2の信号は、前記第3のトランジスタを非導通状態として、前記第3のトランジスタのソース又はドレインの一方の電位を前記第1のインバータの第1端子に保持することができる機能を有し、
前記第2の信号は、前記第4のトランジスタを導通状態として、前記第4のトランジスタのソース又はドレインの一方の電位を前記第2のインバータの第1端子に与えることができる機能を有し、
前記第2の信号は、前記第4のトランジスタを非導通状態として、前記第4のトランジスタのソース又はドレインの一方の電位を前記第2のインバータの第1端子に保持することができる機能と、を有することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device having first to fourth transistors and first and second inverters,
A gate of the first transistor is electrically connected to a first wiring;
One of a source and a drain of the first transistor is electrically connected to a second wiring;
A gate of the second transistor is electrically connected to the first wiring;
One of a source and a drain of the second transistor is electrically connected to a third wiring;
A gate of the third transistor is electrically connected to a fourth wiring;
One of a source and a drain of the third transistor is electrically connected to the other of the source and the drain of the first transistor;
A gate of the fourth transistor is electrically connected to the fourth wiring;
One of a source and a drain of the fourth transistor is electrically connected to the other of the source and the drain of the second transistor;
A first terminal of the first inverter is electrically connected to the other of the source and the drain of the third transistor;
A second terminal of the first inverter is electrically connected to one of a source and a drain of the fourth transistor;
A first terminal of the second inverter is electrically connected to the other of the source and the drain of the fourth transistor;
A second terminal of the second inverter is electrically connected to one of a source and a drain of the third transistor;
The first wiring has a function of transmitting a first signal,
The second wiring has a function of transmitting a second signal,
The third wiring has a function of transmitting a third signal,
The fourth wiring has a function of transmitting a fourth signal,
The first to fourth transistors are n-channel transistors in which a semiconductor layer includes an oxide semiconductor,
The first signal has a function capable of turning on the first transistor and applying the potential of the third signal to one of a source and a drain of the third transistor;
The first signal has a function of turning on the second transistor and applying the potential of the fourth signal to one of a source and a drain of the fourth transistor;
The second signal has a function of turning on the third transistor and supplying one potential of the source or drain of the third transistor to the first terminal of the first inverter.
The second signal has a function of making the third transistor non-conductive and holding one of the source and drain potentials of the third transistor at the first terminal of the first inverter. And
The second signal has a function of turning on the fourth transistor and applying one potential of a source or a drain of the fourth transistor to the first terminal of the second inverter;
The second signal has a function of bringing the fourth transistor into a non-conducting state and holding one potential of a source or a drain of the fourth transistor at a first terminal of the second inverter; A semiconductor device comprising:
請求項1において、前記第1及び前記第2のインバータが有するトランジスタは、半導体層がシリコンを有することを特徴とする半導体装置。 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the transistors included in the first and second inverters have a semiconductor layer containing silicon. 請求項2において、
前記第1又は前記第2のインバータが有するトランジスタのチャネル領域と、前記第1乃至前記第4のいずれか一のトランジスタのチャネル領域とは、互いに重なる領域を有することを特徴とする半導体装置。
In claim 2,
A semiconductor device, wherein a channel region of a transistor included in the first or second inverter and a channel region of any one of the first to fourth transistors overlap with each other.
第1乃至第8のトランジスタを有する半導体装置であって、
前記第1のトランジスタのゲートは、第1の配線に電気的に接続され、
前記第1のトランジスタのソース又はドレインの一方は、第2の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又はドレインの一方は、第3の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、第4の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又はドレインの一方は、前記第1のトランジスタのソース又はドレインの他方に電気的に接続され、
前記第4のトランジスタのゲートは、前記第4の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又はドレインの一方は、前記第2のトランジスタのソース又はドレインの他方に電気的に接続され、
前記第5のトランジスタのゲートは、前記第3のトランジスタのソース又はドレインの他方に電気的に接続され、
前記第5のトランジスタのソース又はドレインの一方は、第5の配線に電気的に接続され、
前記第5のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第4のトランジスタのソース又はドレインの一方に電気的に接続され、
前記第6のトランジスタのゲートは、前記第3のトランジスタのソース又はドレインの他方に電気的に接続され、
前記第6のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第4のトランジスタのソース又はドレインの一方に電気的に接続され、
前記第6のトランジスタのソース又はドレインの他方は、第6の配線に電気的に接続され、
前記第7のトランジスタのゲートは、前記第4のトランジスタのソース又はドレインの他方に電気的に接続され、
前記第7のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第5の配線に電気的に接続され、
前記第7のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第3のトランジスタのソース又はドレインの一方に電気的に接続され、
前記第8のトランジスタのゲートは、前記第4のトランジスタのソース又はドレインの他方に電気的に接続され、
前記第8のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第3のトランジスタのソース又はドレインの一方に電気的に接続され、
前記第6のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第6の配線に電気的に接続され、
前記第1の配線は、第1の信号を伝えることができる機能を有し、
前記第2の配線は、第2の信号を伝えることができる機能を有し、
前記第3の配線は、第3の信号を伝えることができる機能を有し、
前記第4の配線は、第4の信号を伝えることができる機能を有し、
前記第5の配線は、第1の電位を伝えることができる機能を有し、
前記第6の配線は、第2の電位を伝えることができる機能を有し、
前記第1、前記第2、前記第3、前記第4、前記第6及び前記第8のトランジスタは、半導体層が酸化物半導体を有する、nチャネル型のトランジスタであり、
前記第5、及び前記第7のトランジスタは、pチャネル型のトランジスタであり、
前記第1の信号は、前記第1のトランジスタを導通状態として、前記第3の信号の電位を前記第3のトランジスタのソース又はドレインの一方に与えることができる機能を有し、
前記第1の信号は、前記第2のトランジスタを導通状態として、前記第4の信号の電位を前記第4のトランジスタのソース又はドレインの一方に与えることができる機能を有し、
前記第2の信号は、前記第3のトランジスタを導通状態として、前記第3のトランジスタのソース又はドレインの一方の電位を前記第5及び前記第6のトランジスタのゲートに与えることができる機能を有し、
前記第2の信号は、前記第3のトランジスタを非導通状態として、前記第3のトランジスタのソース又はドレインの一方の電位を前記第5及び前記第6のトランジスタのゲートに保持することができる機能を有し、
前記第2の信号は、前記第4のトランジスタを導通状態として、前記第4のトランジスタのソース又はドレインの一方の電位を前記第7及び前記第8のトランジスタのゲートに与えることができる機能を有し、
前記第2の信号は、前記第4のトランジスタを非導通状態として、前記第4のトランジスタのソース又はドレインの一方の電位を前記第7及び前記第8のトランジスタのゲートに保持することができる機能と、を有することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device having first to eighth transistors,
A gate of the first transistor is electrically connected to a first wiring;
One of a source and a drain of the first transistor is electrically connected to a second wiring;
A gate of the second transistor is electrically connected to the first wiring;
One of a source and a drain of the second transistor is electrically connected to a third wiring;
A gate of the third transistor is electrically connected to a fourth wiring;
One of a source and a drain of the third transistor is electrically connected to the other of the source and the drain of the first transistor;
A gate of the fourth transistor is electrically connected to the fourth wiring;
One of a source and a drain of the fourth transistor is electrically connected to the other of the source and the drain of the second transistor;
A gate of the fifth transistor is electrically connected to the other of the source and the drain of the third transistor;
One of a source and a drain of the fifth transistor is electrically connected to a fifth wiring;
The other of the source and the drain of the fifth transistor is electrically connected to one of the source and the drain of the fourth transistor;
A gate of the sixth transistor is electrically connected to the other of the source and the drain of the third transistor;
One of a source and a drain of the sixth transistor is electrically connected to one of a source and a drain of the fourth transistor;
The other of the source and the drain of the sixth transistor is electrically connected to a sixth wiring;
A gate of the seventh transistor is electrically connected to the other of the source and the drain of the fourth transistor;
One of a source and a drain of the seventh transistor is electrically connected to the fifth wiring;
The other of the source and the drain of the seventh transistor is electrically connected to one of the source and the drain of the third transistor;
A gate of the eighth transistor is electrically connected to the other of the source and the drain of the fourth transistor;
One of a source and a drain of the eighth transistor is electrically connected to one of a source and a drain of the third transistor;
The other of the source and the drain of the sixth transistor is electrically connected to the sixth wiring;
The first wiring has a function of transmitting a first signal,
The second wiring has a function of transmitting a second signal,
The third wiring has a function of transmitting a third signal,
The fourth wiring has a function of transmitting a fourth signal,
The fifth wiring has a function of transmitting a first potential;
The sixth wiring has a function of transmitting a second potential,
The first, second, third, fourth, sixth, and eighth transistors are n-channel transistors in which a semiconductor layer includes an oxide semiconductor,
The fifth and seventh transistors are p-channel transistors,
The first signal has a function capable of turning on the first transistor and applying the potential of the third signal to one of a source and a drain of the third transistor;
The first signal has a function of turning on the second transistor and applying the potential of the fourth signal to one of a source and a drain of the fourth transistor;
The second signal has a function of bringing the third transistor into a conductive state and applying one of the source and drain potentials of the third transistor to the gates of the fifth and sixth transistors. And
The second signal has a function of setting the potential of one of the source and the drain of the third transistor to the gates of the fifth and sixth transistors by making the third transistor non-conductive. Have
The second signal has a function of turning on the fourth transistor and applying one of the source and drain potentials of the fourth transistor to the gates of the seventh and eighth transistors. And
The second signal is a function capable of holding the potential of one of the source and the drain of the fourth transistor at the gates of the seventh and eighth transistors by making the fourth transistor non-conductive. And a semiconductor device.
請求項4において、
前記第5、及び前記第7のトランジスタは、半導体層がシリコンを有することを特徴とする半導体装置。
In claim 4,
In the fifth and seventh transistors, a semiconductor layer includes silicon.
請求項5において、
前記第5、又は前記第7のトランジスタのチャネル領域と、前記第1、前記第2、前記第3、前記第4、前記第6又は前記第8のトランジスタのチャネル領域とは、互いに重なる領域を有することを特徴とする半導体装置。
In claim 5,
The channel region of the fifth or seventh transistor and the channel region of the first, second, third, fourth, sixth, or eighth transistor overlap each other. A semiconductor device comprising:
請求項1乃至6のいずれか一に記載の半導体装置と、
前記半導体装置に電気的に接続されたリードと、
を有することを特徴とする電子部品。
A semiconductor device according to any one of claims 1 to 6;
A lead electrically connected to the semiconductor device;
An electronic component comprising:
請求項7に記載の電子部品と、
表示装置と、
を有することを特徴とする電子機器。
An electronic component according to claim 7,
A display device;
An electronic device comprising:
JP2015027169A 2014-02-28 2015-02-16 Semiconductor device, electronic component, and electronic apparatus Withdrawn JP2015179555A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015027169A JP2015179555A (en) 2014-02-28 2015-02-16 Semiconductor device, electronic component, and electronic apparatus

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014037677 2014-02-28
JP2014037677 2014-02-28
JP2015027169A JP2015179555A (en) 2014-02-28 2015-02-16 Semiconductor device, electronic component, and electronic apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2015179555A true JP2015179555A (en) 2015-10-08

Family

ID=54263495

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015027169A Withdrawn JP2015179555A (en) 2014-02-28 2015-02-16 Semiconductor device, electronic component, and electronic apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2015179555A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6711939B2 (en) Semiconductor device
JP6533397B2 (en) Semiconductor device
JP6336770B2 (en) Programmable logic device and semiconductor device
JP6560508B2 (en) Semiconductor device
JP6431436B2 (en) Semiconductor device
US9679629B2 (en) Memory device having wiring layout for electrically connecting to switch and capacitor components
JP6426437B2 (en) Semiconductor device
US9378776B2 (en) Semiconductor device, electronic component, and electronic device
US9666725B2 (en) Semiconductor device, electronic component, and electronic device
JP6473626B2 (en) Semiconductor device
US10249347B2 (en) Semiconductor device and method for driving semiconductor device
US9406348B2 (en) Memory cell including transistor and capacitor
JP2015179555A (en) Semiconductor device, electronic component, and electronic apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20180214