JP2017055461A - Semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device of small circuit size.SOLUTION: A semiconductor device has a first transistor, a second transistor and a capacitive element. A gate of the second transistor is electrically connected with one of a source and a drain of the first transistor; and one of a pair of electrodes of the capacitive element is electrically connected with the gate of the second transistor; and the other of the pair of electrode of the capacitive element is electrically connected with one of the source and the drain of the second transistor, in which the gate of the second transistor becomes a floating state when the first transistor becomes an off state. A composition where a channel of the first transistor is formed in an oxide semiconductor can be obtained.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、物、方法、または、製造方法に関する。または、本発明は、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。特に
、本発明は、例えば、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、それらの駆動方法、
または、それらの製造方法に関する。特に、本発明は、例えば、酸化物半導体を有する半
導体装置、表示装置、または、発光装置に関する。
The present invention relates to an object, a method, or a manufacturing method. Or this invention relates to a process, a machine, a manufacture, or a composition (composition of matter). In particular, the present invention provides, for example, a semiconductor device, a display device, a light emitting device, a power storage device, a driving method thereof,
Or it is related with those manufacturing methods. In particular, the present invention relates to a semiconductor device, a display device, or a light-emitting device including an oxide semiconductor, for example.

または、本発明は、ハードウェアの構成を変更することができるプログラマブルロジック
デバイスに関する。
Or this invention relates to the programmable logic device which can change the structure of a hardware.

プログラマブルロジックデバイス(Programmable Logic Devic
e(PLD))は、製造後にユーザーが内部回路構成を変更可能なデバイスである。
Programmable logic device (Programmable Logic Device)
e (PLD)) is a device that allows the user to change the internal circuit configuration after manufacture.

特開2003−198361号公報JP 2003-198361 A

PLD等において、ノードAとノードBとの間を、ダイオードを介した電気的接続とする
場合と、抵抗を介した電気的接続とする場合とを選択可能な回路構成として、図11(A
)の回路構成を用いることができる。
In a PLD or the like, as a circuit configuration capable of selecting a case where electrical connection is made between a node A and a node B via a diode and a case where electrical connection is made via a resistor, FIG.
) Circuit configuration can be used.

図11(A)に示す回路8100は、記憶手段8108と、トランジスタ8101と、ト
ランジスタ8102nを有する。トランジスタ8102nはnチャネル型トランジスタと
する。トランジスタ8101のソース又はドレインの一方はノードAに電気的に接続され
、ソース又はドレインの他方はノードBに電気的に接続されている。トランジスタ810
2nのソース又はドレインの一方はノードAに電気的に接続され、ソース又はドレインの
他方はノードBに電気的に接続されている。トランジスタ8102nのゲートは、トラン
ジスタ8102nのソース又はドレインの一方と電気的に接続されている。トランジスタ
8101のゲートには記憶手段8108からの信号が入力される。
A circuit 8100 illustrated in FIG. 11A includes a memory 8108, a transistor 8101, and a transistor 8102n. The transistor 8102n is an n-channel transistor. One of a source and a drain of the transistor 8101 is electrically connected to the node A, and the other of the source and the drain is electrically connected to the node B. Transistor 810
One of the 2n source and drain is electrically connected to the node A, and the other of the source and drain is electrically connected to the node B. A gate of the transistor 8102n is electrically connected to one of a source and a drain of the transistor 8102n. A signal from the memory 8108 is input to the gate of the transistor 8101.

記憶手段8108からの信号によって、トランジスタ8101のオフ状態が選択されると
き、回路8100は、図11(B)に示すようなダイオード8110のように動作させる
ことができる。記憶手段8108からの信号によって、トランジスタ8101のオン状態
が選択されるとき、回路8100は、図11(C)に示すような抵抗8111のように動
作させることができる。なお、抵抗の値が小さい場合には、図11(D)のように導線8
112として動作させることができる。
When the transistor 8101 is turned off by a signal from the memory 8108, the circuit 8100 can operate like a diode 8110 as illustrated in FIG. When the transistor 8101 is turned on by a signal from the memory 8108, the circuit 8100 can operate like a resistor 8111 illustrated in FIG. In addition, when the value of resistance is small, as shown in FIG.
112 can be operated.

このように、図11(A)の回路構成によって、ノードAとノードBとの間を、ダイオー
ドを介した電気的接続とする場合と、抵抗を介した電気的接続とする場合とを選択するこ
とができる。
As described above, the case where the node A and the node B are electrically connected via the diode and the case where the node A and the node B are electrically connected are selected by the circuit configuration in FIG. be able to.

しかしながら、図11(A)に示すような回路では、少なくとも2つのトランジスタと、
記憶手段とが必要となるため、回路規模が大きくなる。
However, in the circuit as shown in FIG. 11A, at least two transistors and
Since a storage means is required, the circuit scale increases.

本発明の一態様は、回路規模が小さい半導体装置を提供することを課題とする。または本
発明の一態様は、高速動作を図ることのできる半導体装置を提供することを課題とする。
または本発明の一態様は、消費電力が低い半導体装置を提供することを課題とする。また
は、本発明の一態様は、品質の良い半導体装置などを提供することを課題とする。または
本発明の一態様は、オフ電流の低い半導体装置などを提供することを課題とする。または
、本発明の一態様は、透明な半導体層を用いた半導体装置などを提供することを課題とす
る。または、本発明の一態様は、新規な半導体装置などを提供することを課題とする。
An object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device with a small circuit scale. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device capable of high-speed operation.
Another object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device with low power consumption. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device or the like with high quality. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device or the like with low off-state current. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device or the like including a transparent semiconductor layer. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a novel semiconductor device or the like.

なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一
態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題
は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図
面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
Note that the description of these problems does not disturb the existence of other problems. Note that one embodiment of the present invention does not have to solve all of these problems. Issues other than these will be apparent from the description of the specification, drawings, claims, etc., and other issues can be extracted from the descriptions of the specification, drawings, claims, etc. It is.

本発明の一態様の半導体装置は、第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、容量素
子と、を有し、第2のトランジスタのゲートは第1のトランジスタのソース又はドレイン
の一方と電気的に接続され、容量素子の一対の電極のうちの一方は第2のトランジスタの
ゲートと電気的に接続され、容量素子の一対の電極のうちの他方は第2のトランジスタの
ソース又はドレインの一方と電気的に接続され、第1のトランジスタがオフ状態となるこ
とによって、第2のトランジスタのゲートが浮遊状態となる半導体装置である。なお、第
1のトランジスタのチャネルは酸化物半導体に形成される構成とすることができる。
The semiconductor device of one embodiment of the present invention includes a first transistor, a second transistor, and a capacitor, and the gate of the second transistor is electrically connected to one of the source and the drain of the first transistor. One of the pair of electrodes of the capacitor is electrically connected to the gate of the second transistor, and the other of the pair of electrodes of the capacitor is connected to one of the source and the drain of the second transistor. The semiconductor device is electrically connected and the gate of the second transistor is in a floating state when the first transistor is turned off. Note that the channel of the first transistor can be formed in an oxide semiconductor.

本発明の一態様の半導体装置は、第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、容量素
子と、を有し、第2のトランジスタのゲートには第1のトランジスタを介して第1の信号
又は第2の信号が入力され、容量素子の一対の電極のうちの一方は第2のトランジスタの
ゲートと電気的に接続され、容量素子の一対の電極のうちの他方は第2のトランジスタの
ソース又はドレインの一方と電気的に接続され、第1のトランジスタがオフ状態となるこ
とによって、第2のトランジスタのゲートが浮遊状態となり、第1の信号が入力されると
ダイオードとして機能し、第2の信号が入力されると抵抗として機能する半導体装置であ
る。なお、第1のトランジスタのチャネルは酸化物半導体に形成される構成とすることが
できる。
A semiconductor device of one embodiment of the present invention includes a first transistor, a second transistor, and a capacitor, and the first signal or the gate of the second transistor is connected to the gate of the second transistor. The second signal is input, one of the pair of electrodes of the capacitor is electrically connected to the gate of the second transistor, and the other of the pair of electrodes of the capacitor is the source of the second transistor or When electrically connected to one of the drains and the first transistor is turned off, the gate of the second transistor is in a floating state. When the first signal is input, the first transistor functions as a diode. A semiconductor device that functions as a resistor when a signal is input thereto. Note that the channel of the first transistor can be formed in an oxide semiconductor.

第1のトランジスタの移動度よりも第2のトランジスタの移動度を高くしてもよい。 The mobility of the second transistor may be higher than the mobility of the first transistor.

第1のトランジスタのオン電流(トランジスタがオン状態を選択された際にソースとドレ
イン間を流れる電流)よりも第2のトランジスタのオン電流を大きくしてもよい。
The on-current of the second transistor may be larger than the on-current of the first transistor (current flowing between the source and the drain when the transistor is selected to be on).

第2のトランジスタのオフ電流(トランジスタがオフ状態を選択された際にソースとドレ
イン間を流れる電流)は、第1のトランジスタのオフ電流よりも大きくしてもよい。
The off-state current of the second transistor (the current that flows between the source and the drain when the transistor is selected to be off) may be larger than the off-state current of the first transistor.

酸化物半導体は、インジウムと、ガリウムと、亜鉛と、酸素とを有していてもよい。酸化
物半導体は、亜鉛と、酸素とを有していてもよい。
The oxide semiconductor may include indium, gallium, zinc, and oxygen. The oxide semiconductor may include zinc and oxygen.

第2のトランジスタのチャネルは、シリコンに形成されていてもよい。第2のトランジス
タのチャネルが、酸化物半導体に形成されていてもよい。
The channel of the second transistor may be formed in silicon. The channel of the second transistor may be formed in an oxide semiconductor.

本発明の一態様の半導体装置は、プログラマブルロジックデバイスに用いることができる
The semiconductor device of one embodiment of the present invention can be used for a programmable logic device.

本発明の一態様の半導体装置は、CPU等の信号処理回路に用いることができる。 The semiconductor device of one embodiment of the present invention can be used for a signal processing circuit such as a CPU.

本発明の一態様は、回路規模が小さい半導体装置を提供することができる。または本発明
の一態様は、高速動作を図ることのできる半導体装置を提供することができる。または本
発明の一態様は、消費電力が低い半導体装置を提供することができる。または、本発明の
一態様は、品質の良い半導体装置などを提供することができる。
One embodiment of the present invention can provide a semiconductor device with a small circuit scale. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device capable of high-speed operation can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device with low power consumption can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a high-quality semiconductor device or the like can be provided.

半導体装置の回路図。1 is a circuit diagram of a semiconductor device. 半導体装置の回路図。1 is a circuit diagram of a semiconductor device. 半導体装置の回路図。1 is a circuit diagram of a semiconductor device. 半導体装置の回路図。1 is a circuit diagram of a semiconductor device. 半導体装置の回路図。1 is a circuit diagram of a semiconductor device. 半導体装置の回路図。1 is a circuit diagram of a semiconductor device. 半導体装置の回路図。1 is a circuit diagram of a semiconductor device. 半導体装置の回路図。1 is a circuit diagram of a semiconductor device. 半導体装置の回路図。1 is a circuit diagram of a semiconductor device. 半導体装置の回路図。1 is a circuit diagram of a semiconductor device. 従来の半導体装置の回路図。The circuit diagram of the conventional semiconductor device. 半導体装置の断面図。FIG. 14 is a cross-sectional view of a semiconductor device. 半導体装置の断面図。FIG. 14 is a cross-sectional view of a semiconductor device. 電子機器を示す図。FIG. 9 illustrates an electronic device.

本発明の実施の形態について、図面を参照して以下に説明する。ただし、本発明は以下の
説明に限定されるものではない。本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその
形態およ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からである
。したがって、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容のみに限定して解釈されるもの
ではない。なお、図面を用いて本発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は
異なる図面間でも共通して用いる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description. It will be readily understood by those skilled in the art that various changes in form and details can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments given below. Note that in describing the structure of the present invention with reference to the drawings, the same portions are denoted by the same reference numerals in different drawings.

本明細書において接続とは電気的な接続を意味しており、電流、電圧または電位が、供給
可能、或いは伝送可能な状態に相当する。従って、接続している状態とは、直接接続して
いる状態を必ずしも指すわけではなく、電流、電圧または電位が、供給可能、或いは伝送
可能であるように、配線、抵抗、ダイオード、トランジスタなどの回路素子を介して電気
的に接続している状態も、その範疇に含む。
In this specification, the connection means an electrical connection, and corresponds to a state where current, voltage, or potential can be supplied or transmitted. Therefore, the connected state does not necessarily indicate a directly connected state, and a wiring, a resistor, a diode, a transistor, or the like is provided so that current, voltage, or potential can be supplied or transmitted. The state of being electrically connected via a circuit element is also included in the category.

本明細書に添付した図面では、構成要素を機能ごとに分類し、互いに独立したブロックと
してブロック図を示しているが、実際の構成要素は機能ごとに完全に切り分けることが難
しく、一つの構成要素が複数の機能に係わることもあり得る。
In the drawings attached to the present specification, the components are classified by function, and the block diagram is shown as an independent block. However, it is difficult to completely separate the actual components for each function. May involve multiple functions.

なお、トランジスタのソースとは、活性層として機能する半導体膜の一部であるソース領
域、或いは上記半導体膜に電気的に接続されたソース電極を意味する。同様に、トランジ
スタのドレインとは、活性層として機能する半導体膜の一部であるドレイン領域、或いは
上記半導体膜に電気的に接続されたドレイン電極を意味する。また、ゲートはゲート電極
を意味する。
Note that the source of a transistor means a source region that is part of a semiconductor film functioning as an active layer or a source electrode that is electrically connected to the semiconductor film. Similarly, a drain of a transistor means a drain region that is part of a semiconductor film functioning as an active layer or a drain electrode that is electrically connected to the semiconductor film. The gate means a gate electrode.

トランジスタが有するソースとドレインは、トランジスタのチャネル型及び各端子に与え
られる電位の高低によって、その呼び方が入れ替わる。一般的に、nチャネル型トランジ
スタでは、低い電位が与えられる端子がソースと呼ばれ、高い電位が与えられる端子がド
レインと呼ばれる。また、pチャネル型トランジスタでは、低い電位が与えられる端子が
ドレインと呼ばれ、高い電位が与えられる端子がソースと呼ばれる。本明細書では、便宜
上、ソースとドレインとが固定されているものと仮定して、トランジスタの接続関係を説
明する場合があるが、実際には上記電位の関係に従ってソースとドレインの呼び方が入れ
替わる。
The terms “source” and “drain” of a transistor interchange with each other depending on the channel type of the transistor and the level of potential applied to each terminal. In general, in an n-channel transistor, a terminal to which a low potential is applied is called a source, and a terminal to which a high potential is applied is called a drain. In a p-channel transistor, a terminal to which a low potential is applied is called a drain, and a terminal to which a high potential is applied is called a source. In this specification, for the sake of convenience, the connection relationship between transistors may be described on the assumption that the source and the drain are fixed. However, the names of the source and the drain are actually switched according to the above-described potential relationship. .

(実施の形態1)
<半導体装置の構成>
図1(A)に半導体装置が有する回路100を示す。回路100は、トランジスタ101
と、トランジスタ102nと、容量素子103と、を有する。本実施の形態では、トラン
ジスタ102nをnチャネル型のトランジスタとした例について説明する。なお、トラン
ジスタ101はnチャネル型のトランジスタでも、pチャネル型のトランジスタでもよい
(Embodiment 1)
<Configuration of semiconductor device>
FIG. 1A illustrates a circuit 100 included in a semiconductor device. Circuit 100 includes transistor 101
A transistor 102n and a capacitor 103. In this embodiment, an example in which the transistor 102n is an n-channel transistor is described. Note that the transistor 101 may be an n-channel transistor or a p-channel transistor.

トランジスタ102nのゲートはトランジスタ101のソース又はドレインの一方と電気
的に接続される。容量素子103の一対の電極のうちの一方はトランジスタ102nのゲ
ートと電気的に接続される。容量素子103の一対の電極のうちの他方はトランジスタ1
02nのソース又はドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ102nのソー
ス又はドレインの一方は、ノードAに電気的に接続され、トランジスタ102nのソース
又はドレインの他方は、ノードBに電気的に接続される。トランジスタ101のソース又
はドレインの他方は、ノードCに電気的に接続される。トランジスタ101のゲートは、
ノードDに電気的に接続される。
The gate of the transistor 102n is electrically connected to one of the source and the drain of the transistor 101. One of the pair of electrodes of the capacitor 103 is electrically connected to the gate of the transistor 102n. The other of the pair of electrodes of the capacitor 103 is the transistor 1
It is electrically connected to one of the source and drain of 02n. One of a source and a drain of the transistor 102n is electrically connected to the node A, and the other of the source and the drain of the transistor 102n is electrically connected to the node B. The other of the source and the drain of the transistor 101 is electrically connected to the node C. The gate of transistor 101 is
Electrically connected to node D.

トランジスタ101のチャネルは酸化物半導体に形成される構成とすることができる。ト
ランジスタ101がオフ状態となることによって、トランジスタ102nのゲートが浮遊
状態となる。言い換えると、トランジスタ101がオフ状態となることによって、図1(
A)中のノードFが浮遊状態となる。
The channel of the transistor 101 can be formed in an oxide semiconductor. When the transistor 101 is turned off, the gate of the transistor 102n is in a floating state. In other words, when the transistor 101 is turned off, FIG.
The node F in A) is in a floating state.

<半導体装置の動作>
次に半導体装置が有する回路100の動作を説明する。
<Operation of semiconductor device>
Next, operation of the circuit 100 included in the semiconductor device is described.

図1(A)の回路100は、ノードDに入力される信号によってオン状態を選択されたト
ランジスタ101を介して、ノードCからノードFに信号が入力される。回路100は、
ノードFに入力された信号により、図1(B)に示すようにノードAとノードBの間がダ
イオード110を介して電気的に接続される場合と、図1(C)に示すようにノードAと
ノードBの間が抵抗111を介して電気的に接続される場合と、を選択することができる
。なお、抵抗111の値が小さい場合には、図1(D)のように、ノードAとノードBの
間が導線112によって電気的に接続されるとみなすこともできる。
In the circuit 100 in FIG. 1A, a signal is input from the node C to the node F through the transistor 101 whose on state is selected by a signal input to the node D. The circuit 100 is
A signal input to the node F is electrically connected between the node A and the node B through the diode 110 as shown in FIG. 1B, and a node as shown in FIG. The case where A and the node B are electrically connected via the resistor 111 can be selected. Note that in the case where the value of the resistor 111 is small, it can be considered that the node A and the node B are electrically connected by the conductive wire 112 as illustrated in FIG.

ノードFに入力された信号は、その後トランジスタ101がオフ状態となることによって
、ノードFに保持される。
The signal input to the node F is then held at the node F when the transistor 101 is turned off.

次いで、ノードFに入力される信号に応じて、回路100の機能を選択する動作について
詳細に説明する。
Next, an operation for selecting a function of the circuit 100 in accordance with a signal input to the node F will be described in detail.

(ダイオード機能)
図1(B)のように、ノードAとノードBの間がダイオード110を介して電気的に接続
される場合を選択する動作について説明する。
(Diode function)
An operation of selecting a case where the node A and the node B are electrically connected via the diode 110 as illustrated in FIG.

このとき、ノードFにはトランジスタ101を介して第1の信号を入力する。第1の信号
を入力した後、トランジスタ101をオフ状態とすることによって、ノードFに第1の信
号を保持することができる。図2(A)に第1の信号を入力した後、トランジスタ101
がオフ状態となった回路構成を模式的に示す。容量素子103の電極間の電位差(V10
)がトランジスタ102nの閾値電圧(Vth102n)よりも小さくなるように、第
1の信号に対応する電位と、当該第1の信号をノードFに入力する際のノードAの電位と
を調整する。なお、V103はノードAに対するノードFの電位差とする。
At this time, the first signal is input to the node F through the transistor 101. After the first signal is input, the transistor 101 is turned off, whereby the first signal can be held at the node F. After the first signal is input to FIG.
A circuit configuration in which is turned off is schematically shown. The potential difference between the electrodes of the capacitor 103 (V 10
3 ) The potential corresponding to the first signal and the potential of the node A when the first signal is input to the node F are adjusted so that the threshold voltage (V th102n ) of the transistor 102n becomes smaller. . Note that V 103 is a potential difference of the node F with respect to the node A.

図2(A)にように、第1の信号がノードFに保持された場合、ノードAの電位(V
がノードBの電位(V)以下のときには、トランジスタ102nのソースに対するゲー
トの電圧がV103となり、図2(C)に示すようにトランジスタ102nはオフ状態と
なり、ノードAとノードB間に電流は流れない。
As shown in FIG. 2A, when the first signal is held at the node F, the potential of the node A (V A )
Is equal to or lower than the potential (V B ) of the node B, the gate voltage with respect to the source of the transistor 102n becomes V 103 and the transistor 102n is turned off as shown in FIG. Does not flow.

図2(A)にように、第1の信号がノードFに保持された場合、ノードAの電位(V
がノードBの電位(V)より大きく、且つ(V+V103−V)が(Vth102
)以上のときには、図2(B)に示すようにノードAからノードBに電流(In1)が
流れる。
As shown in FIG. 2A, when the first signal is held at the node F, the potential of the node A (V A )
Is higher than the potential (V B ) of the node B, and (V A + V 103 −V B ) is (V th102
n ) or more, a current (I n1 ) flows from the node A to the node B as shown in FIG.

なお、(V+V103−V)が(Vth102n)よりも小さい場合は、ノードA
とノードBの間に電流は流れない。
When (V A + V 103 −V B ) is smaller than (V th102n ), the node A
And no current flows between node B.

よって、ノードFに第1の信号を入力することによって、図2(D)に示すように、回路
100は、ノードAからノードBにのみ電流を流す、ダイオード110として機能させる
ことができる。なお、ダイオード110の閾値電圧(電流が流れはじめる電圧)は、(V
th102n−V103)と表現することもできる。
Thus, when the first signal is input to the node F, the circuit 100 can function as the diode 110 that allows current to flow only from the node A to the node B as illustrated in FIG. The threshold voltage of the diode 110 (voltage at which current starts to flow) is (V
th102n− V 103 ).

(抵抗又は導線機能)
図1(C)や図1(D)のように、ノードAとノードBの間が抵抗111や導線112を
介して電気的に接続される場合を選択する動作について説明する。
(Resistance or conductor function)
An operation of selecting a case where the node A and the node B are electrically connected via the resistor 111 and the conductive wire 112 as illustrated in FIGS. 1C and 1D will be described.

このとき、ノードFにはトランジスタ101を介して第2の信号を入力する。第2の信号
を入力した後、トランジスタ101をオフ状態とすることによって、ノードFに第2の信
号を保持することができる。図3(A)に第2の信号を入力した後、トランジスタ101
がオフ状態となった回路構成を模式的に示す。容量素子103の電極間の電位差(V10
)がトランジスタ102nの閾値電圧(Vth102n)以上となるように、第2の信
号に対応する電位と、当該第2の信号をノードFに入力する際のノードAの電位とを調整
する。なお、V103はノードAに対するノードFの電位差とする。
At this time, the second signal is input to the node F through the transistor 101. After the second signal is input, the transistor 101 is turned off, whereby the second signal can be held at the node F. After the second signal is input to FIG.
A circuit configuration in which is turned off is schematically shown. The potential difference between the electrodes of the capacitor 103 (V 10
3 ) The potential corresponding to the second signal and the potential of the node A when the second signal is input to the node F are adjusted so that the threshold voltage (V th102n ) of the transistor 102n becomes equal to or higher. Note that V 103 is a potential difference of the node F with respect to the node A.

図3(A)にように、第2の信号がノードFに保持された場合、ノードAの電位(V
がノードBの電位(V)より大きいときには、図3(B)に示すようにトランジスタ1
02nはオン状態となり、ノードAからノードBに電流(In2)が流れる。
As shown in FIG. 3A, when the second signal is held at the node F, the potential of the node A (V A )
Is larger than the potential (V B ) of the node B, as shown in FIG.
02n is turned on, and a current (I n2 ) flows from the node A to the node B.

図3(A)にように、第2の信号がノードFに保持された場合、ノードAの電位(V
がノードBの電位(V)より小さいときにも、図3(C)に示すようにトランジスタ1
02nはオン状態となり、ノードBからノードAに電流(In3)が流れる。
As shown in FIG. 3A, when the second signal is held at the node F, the potential of the node A (V A )
Is less than the potential (V B ) of the node B, as shown in FIG.
02n is turned on, and a current (I n3 ) flows from the node B to the node A.

ノードAの電位(V)とノードBの電位(V)が等しい場合には、電流は流れない。 When the potential of the node A (V A ) is equal to the potential of the node B (V B ), no current flows.

よって、ノードFに第2の信号を入力することによって、図3(D)や図3(E)に示す
ように、回路100は、抵抗111や導線112として機能させることができる。
Therefore, by inputting the second signal to the node F, the circuit 100 can function as the resistor 111 or the conductive wire 112 as illustrated in FIGS. 3D and 3E.

以上のように、図1(A)に示す回路100は、ノードAとノードBとの間を、ダイオー
ドを介した電気的接続とする場合と、抵抗を介した電気的接続とする場合とを選択するこ
とができる。
As described above, the circuit 100 in FIG. 1A includes a case where the node A and the node B are electrically connected via a diode and a case where the node 100 is electrically connected via a resistor. You can choose.

図1(A)に示す回路100はトランジスタ2つと容量素子1つによって構成することが
できるため、回路100を用いた半導体装置では回路規模を縮小することができる。
Since the circuit 100 illustrated in FIG. 1A can be formed using two transistors and one capacitor, the circuit scale of the semiconductor device using the circuit 100 can be reduced.

また、ノードFに入力された信号は、その後トランジスタ101がオフ状態となることに
よって、ノードFに保持される。ここで、トランジスタ101のチャネルが酸化物半導体
に形成される構成とすると、トランジスタ101はリーク電流(オフ電流ともいう。)が
極めて小さいという特性を有する。そのため、ノードFに入力された信号を長期間にわた
って保持し続けることができる。つまり、一度、トランジスタ101をオン状態としてノ
ードFに所定の信号を入力した後は、頻繁に信号を入力しなくても、回路100は所定の
機能(図1(B)または、図1(C)や図1(D)に示す機能)を維持し続けることが可
能となる。こうして、回路100を用いた半導体装置では、消費電力を低減することがで
きる。
Further, the signal input to the node F is held at the node F when the transistor 101 is turned off thereafter. Here, when the channel of the transistor 101 is formed in an oxide semiconductor, the transistor 101 has a characteristic that leakage current (also referred to as off-state current) is extremely small. Therefore, the signal input to the node F can be kept for a long period. That is, once the transistor 101 is turned on and a predetermined signal is input to the node F, the circuit 100 does not have to input the signal frequently, and the circuit 100 does not have a predetermined function (FIG. 1B or FIG. ) And the function shown in FIG. 1D can be maintained. Thus, in a semiconductor device using the circuit 100, power consumption can be reduced.

なお、トランジスタ101の移動度よりもトランジスタ102nの移動度を高くすること
によって、ノードAとノードB間の信号伝達の速度を向上させることができる。また、ト
ランジスタ101のオン電流よりもトランジスタ102nのオン電流を大きくすることに
よって、ノードAとノードB間の信号伝達の速度を向上させることができる。こうして、
回路100を用いた半導体装置では、高速に動作させることができる。
Note that the speed of signal transmission between the node A and the node B can be improved by making the mobility of the transistor 102n higher than the mobility of the transistor 101. Further, the speed of signal transmission between the node A and the node B can be improved by making the on-state current of the transistor 102n larger than the on-state current of the transistor 101. Thus,
A semiconductor device using the circuit 100 can be operated at high speed.

なお、トランジスタ102nのチャネルは、シリコンに形成されていてもよい。トランジ
スタ101として、チャネルが酸化物半導体に形成されるトランジスタを用い、且つトラ
ンジスタ102nとしてチャネルがシリコンに形成されるトランジスタを用いることによ
って、トランジスタ101が設けられた層と、トランジスタ102nが設けられた層とを
重ねて設けることができる。そのため、回路100の面積を縮小し、回路100を用いた
半導体装置では、小型化することができる。
Note that the channel of the transistor 102n may be formed of silicon. A transistor in which a channel is formed in an oxide semiconductor is used as the transistor 101 and a transistor in which a channel is formed in silicon is used as the transistor 102n, so that a layer in which the transistor 101 is provided and a layer in which the transistor 102n is provided Can be provided in piles. Therefore, the area of the circuit 100 can be reduced, and the semiconductor device using the circuit 100 can be downsized.

本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせて実施することが可能である。 This embodiment can be implemented in free combination with any of the other embodiments.

(実施の形態2)
本実施の形態では、実施の形態1で示した構成とは異なる回路100の例を示す。
<半導体装置の構成>
図4(A)に半導体装置が有する回路100を示す。回路100は、トランジスタ101
と、トランジスタ102pと、容量素子103と、を有する。本実施の形態では、トラン
ジスタ102pをpチャネル型のトランジスタとした例について説明する。なお、トラン
ジスタ101はnチャネル型のトランジスタでも、pチャネル型のトランジスタでもよい
(Embodiment 2)
In this embodiment, an example of a circuit 100 which is different from the structure shown in Embodiment 1 is described.
<Configuration of semiconductor device>
FIG. 4A illustrates a circuit 100 included in the semiconductor device. Circuit 100 includes transistor 101
A transistor 102p and a capacitor 103. In this embodiment, an example in which the transistor 102p is a p-channel transistor is described. Note that the transistor 101 may be an n-channel transistor or a p-channel transistor.

トランジスタ102pのゲートはトランジスタ101のソース又はドレインの一方と電気
的に接続される。容量素子103の一対の電極のうちの一方はトランジスタ102pのゲ
ートと電気的に接続される。容量素子103の一対の電極のうちの他方はトランジスタ1
02pのソース又はドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ102pのソー
ス又はドレインの一方は、ノードAに電気的に接続され、トランジスタ102pのソース
又はドレインの他方は、ノードBに電気的に接続される。トランジスタ101のソース又
はドレインの他方は、ノードCに電気的に接続される。トランジスタ101のゲートは、
ノードDに電気的に接続される。
The gate of the transistor 102p is electrically connected to one of the source and the drain of the transistor 101. One of the pair of electrodes of the capacitor 103 is electrically connected to the gate of the transistor 102p. The other of the pair of electrodes of the capacitor 103 is the transistor 1
It is electrically connected to one of the source and drain of 02p. One of a source and a drain of the transistor 102p is electrically connected to the node A, and the other of the source and the drain of the transistor 102p is electrically connected to the node B. The other of the source and the drain of the transistor 101 is electrically connected to the node C. The gate of transistor 101 is
Electrically connected to node D.

トランジスタ101のチャネルは酸化物半導体に形成される構成とすることができる。ト
ランジスタ101がオフ状態となることによって、トランジスタ102pのゲートが浮遊
状態となる。言い換えると、トランジスタ101がオフ状態となることによって、図4(
A)中のノードFが浮遊状態となる。
The channel of the transistor 101 can be formed in an oxide semiconductor. When the transistor 101 is turned off, the gate of the transistor 102p is in a floating state. In other words, when the transistor 101 is turned off, FIG.
The node F in A) is in a floating state.

<半導体装置の動作>
次に半導体装置が有する回路100の動作を説明する。
<Operation of semiconductor device>
Next, operation of the circuit 100 included in the semiconductor device is described.

図4(A)の回路100は、ノードDに入力される信号によってオン状態を選択されたト
ランジスタ101を介して、ノードCからノードFに信号が入力される。回路100は、
ノードFに入力された信号により、図4(B)に示すようにノードAとノードBの間がダ
イオード120を介して電気的に接続される場合と、図4(C)に示すようにノードAと
ノードBの間が抵抗121を介して電気的に接続される場合と、を選択することができる
。なお、抵抗121の値が小さい場合には、図4(D)のように、ノードAとノードBの
間が導線122によって電気的に接続されるとみなすこともできる。
In the circuit 100 in FIG. 4A, a signal is input from the node C to the node F through the transistor 101 whose on state is selected by a signal input to the node D. The circuit 100 is
When a signal input to the node F is used to electrically connect the node A and the node B through the diode 120 as illustrated in FIG. 4B, and a node as illustrated in FIG. The case where A and the node B are electrically connected via the resistor 121 can be selected. Note that in the case where the value of the resistor 121 is small, it can be considered that the node A and the node B are electrically connected by the conductive wire 122 as illustrated in FIG.

ノードFに入力された信号は、その後トランジスタ101がオフ状態となることによって
、ノードFに保持される。
The signal input to the node F is then held at the node F when the transistor 101 is turned off.

次いで、ノードFに入力される信号に応じて、回路100の機能を選択する動作について
詳細に説明する。
Next, an operation for selecting a function of the circuit 100 in accordance with a signal input to the node F will be described in detail.

(ダイオード機能)
図4(B)のように、ノードAとノードBの間がダイオード120を介して電気的に接続
される場合を選択する動作について説明する。
(Diode function)
An operation of selecting a case where the node A and the node B are electrically connected via the diode 120 as illustrated in FIG. 4B will be described.

このとき、ノードFにはトランジスタ101を介して第1の信号を入力する。第1の信号
を入力した後、トランジスタ101をオフ状態とすることによって、ノードFに第1の信
号を保持することができる。図5(A)に第1の信号を入力した後、トランジスタ101
がオフ状態となった回路構成を模式的に示す。容量素子103の電極間の電位差(V10
)がトランジスタ102pの閾値電圧(Vth102p)よりも大きくなるように、第
1の信号に対応する電位と、当該第1の信号をノードFに入力する際のノードAの電位と
を調整する。なお、V103はノードAに対するノードFの電位差とする。
At this time, the first signal is input to the node F through the transistor 101. After the first signal is input, the transistor 101 is turned off, whereby the first signal can be held at the node F. After the first signal is input to FIG.
A circuit configuration in which is turned off is schematically shown. The potential difference between the electrodes of the capacitor 103 (V 10
3 ) The potential corresponding to the first signal and the potential of the node A when the first signal is input to the node F are adjusted so that the threshold voltage (V th102p ) of the transistor 102p becomes larger. . Note that V 103 is a potential difference of the node F with respect to the node A.

図5(A)にように、第1の信号がノードFに保持された場合、ノードAの電位(V
がノードBの電位(V)以上のときには、トランジスタ102pのソースに対するゲー
トの電圧がV103となり、図5(B)に示すようにトランジスタ102pはオフ状態と
なり、ノードAとノードB間に電流は流れない。
As shown in FIG. 5A, when the first signal is held at the node F, the potential of the node A (V A )
Is equal to or higher than the potential (V B ) of the node B, the gate voltage with respect to the source of the transistor 102p becomes V 103 , and the transistor 102p is turned off as shown in FIG. Does not flow.

図5(A)にように、第1の信号がノードFに保持された場合、ノードAの電位(V
がノードBの電位(V)より小さく、且つ(V+V103−V)が(Vth102
)以下のときには、図5(C)に示すようにノードBからノードAに電流(Ip1)が
流れる。
As shown in FIG. 5A, when the first signal is held at the node F, the potential of the node A (V A )
Is smaller than the potential (V B ) of the node B, and (V A + V 103 −V B ) is (V th102
p ) In the following case, a current (I p1 ) flows from the node B to the node A as shown in FIG.

なお、(V+V103−V)が(Vth102p)よりも大きい場合は、ノードA
とノードBの間に電流は流れない。
When (V A + V 103 −V B ) is larger than (V th102p ), the node A
And no current flows between node B.

よって、ノードFに第1の信号を入力することによって、図5(D)に示すように、回路
100は、ノードBからノードAにのみ電流を流す、ダイオード120として機能させる
ことができる。なお、ダイオード120の閾値電圧(電流が流れはじめる電圧)は、(V
th102p−V103)と表現することもできる。
Therefore, when the first signal is input to the node F, the circuit 100 can function as a diode 120 that allows current to flow only from the node B to the node A as illustrated in FIG. The threshold voltage of the diode 120 (voltage at which current starts to flow) is (V
th102p− V 103 ).

(抵抗又は導線機能)
図4(C)や図4(D)のように、ノードAとノードBの間が抵抗121や導線122を
介して電気的に接続される場合を選択する動作について説明する。
(Resistance or conductor function)
An operation of selecting a case where the node A and the node B are electrically connected through the resistor 121 and the conductive wire 122 as illustrated in FIGS. 4C and 4D will be described.

このとき、ノードFにはトランジスタ101を介して第2の信号を入力する。第2の信号
を入力した後、トランジスタ101をオフ状態とすることによって、ノードFに第2の信
号を保持することができる。図6(A)に第2の信号を入力した後、トランジスタ101
がオフ状態となった回路構成を模式的に示す。容量素子103の電極間の電位差(V10
)がトランジスタ102pの閾値電圧(Vth102p)以下となるように、第2の信
号に対応する電位と、当該第2の信号をノードFに入力する際のノードAの電位とを調整
する。なお、V103はノードAに対するノードFの電位差とする。
At this time, the second signal is input to the node F through the transistor 101. After the second signal is input, the transistor 101 is turned off, whereby the second signal can be held at the node F. After the second signal is input to FIG.
A circuit configuration in which is turned off is schematically shown. The potential difference between the electrodes of the capacitor 103 (V 10
3 ) The potential corresponding to the second signal and the potential of the node A when the second signal is input to the node F are adjusted so that the threshold voltage (V th102p ) of the transistor 102p is equal to or lower. Note that V 103 is a potential difference of the node F with respect to the node A.

図6(A)にように、第2の信号がノードFに保持された場合、ノードAの電位(V
がノードBの電位(V)より大きいときには、図6(B)に示すようにトランジスタ1
02pはオン状態となり、ノードAからノードBに電流(Ip2)が流れる。
As shown in FIG. 6A, when the second signal is held at the node F, the potential of the node A (V A )
Is larger than the potential (V B ) of the node B, as shown in FIG.
02p is turned on, and a current (I p2 ) flows from the node A to the node B.

図6(A)にように、第2の信号がノードFに保持された場合、ノードAの電位(V
がノードBの電位(V)より小さいときにも、図6(C)に示すようにトランジスタ1
02pはオン状態となり、ノードBからノードAに電流(Ip3)が流れる。
As shown in FIG. 6A, when the second signal is held at the node F, the potential of the node A (V A )
Is less than the potential (V B ) of the node B, as shown in FIG.
02p is turned on, and a current (I p3 ) flows from the node B to the node A.

ノードAの電位(V)とノードBの電位(V)が等しい場合には、電流は流れない。 When the potential of the node A (V A ) is equal to the potential of the node B (V B ), no current flows.

よって、ノードFに第2の信号を入力することによって、図6(D)や図6(E)に示す
ように、回路100は、抵抗121や導線122として機能させることができる。
Therefore, when the second signal is input to the node F, the circuit 100 can function as the resistor 121 or the conductive wire 122 as illustrated in FIGS. 6D and 6E.

以上のように、図4(A)に示す回路100は、ノードAとノードBとの間を、ダイオー
ドを介した電気的接続とする場合と、抵抗を介した電気的接続とする場合とを選択するこ
とができる。
As described above, the circuit 100 illustrated in FIG. 4A includes a case where the node A and the node B are electrically connected via the diode and a case where the node 100 is electrically connected via the resistor. You can choose.

図4(A)に示す回路100はトランジスタ2つと容量素子1つによって構成することが
できるため、回路100を用いた半導体装置では回路規模を縮小することができる。
Since the circuit 100 illustrated in FIG. 4A can be formed using two transistors and one capacitor, the circuit scale of the semiconductor device using the circuit 100 can be reduced.

また、ノードFに入力された信号は、その後トランジスタ101がオフ状態となることに
よって、ノードFに保持される。ここで、トランジスタ101のチャネルが酸化物半導体
に形成される構成とすると、トランジスタ101はリーク電流(オフ電流ともいう。)が
極めて小さいという特性を有する。そのため、ノードFに入力された信号を長期間にわた
って保持し続けることができる。つまり、一度、トランジスタ101をオン状態としてノ
ードFに所定の信号を入力した後は、頻繁に信号を入力しなくても、回路100は所定の
機能(図4(B)または、図4(C)や図4(D)に示す機能)を維持し続けることが可
能となる。こうして、回路100を用いた半導体装置では、消費電力を低減することがで
きる。
Further, the signal input to the node F is held at the node F when the transistor 101 is turned off thereafter. Here, when the channel of the transistor 101 is formed in an oxide semiconductor, the transistor 101 has a characteristic that leakage current (also referred to as off-state current) is extremely small. Therefore, the signal input to the node F can be kept for a long period. In other words, once the transistor 101 is turned on and a predetermined signal is input to the node F, the circuit 100 does not have to input a signal frequently (FIG. 4B or FIG. 4C). ) And the function shown in FIG. 4D) can be maintained. Thus, in a semiconductor device using the circuit 100, power consumption can be reduced.

なお、トランジスタ101の移動度よりもトランジスタ102pの移動度を高くすること
によって、ノードAとノードB間の信号伝達の速度を向上させることができる。また、ト
ランジスタ101のオン電流よりもトランジスタ102pのオン電流を大きくすることに
よって、ノードAとノードB間の信号伝達の速度を向上させることができる。こうして、
回路100を用いた半導体装置では、高速に動作させることができる。
Note that the speed of signal transmission between the node A and the node B can be improved by making the mobility of the transistor 102p higher than that of the transistor 101. Further, by increasing the on-state current of the transistor 102p more than the on-state current of the transistor 101, the speed of signal transmission between the node A and the node B can be improved. Thus,
A semiconductor device using the circuit 100 can be operated at high speed.

なお、トランジスタ102pのチャネルは、シリコンに形成されていてもよい。トランジ
スタ101として、チャネルが酸化物半導体に形成されるトランジスタを用い、且つトラ
ンジスタ102pとしてチャネルがシリコンに形成されるトランジスタを用いることによ
って、トランジスタ101が設けられた層と、トランジスタ102pが設けられた層とを
重ねて設けることができる。そのため、回路100の面積を縮小し、回路100を用いた
半導体装置では、小型化することができる。
Note that the channel of the transistor 102p may be formed in silicon. A transistor in which a channel is formed in an oxide semiconductor is used as the transistor 101, and a transistor in which a channel is formed in silicon is used as the transistor 102p, so that a layer in which the transistor 101 is provided and a layer in which the transistor 102p is provided Can be provided in piles. Therefore, the area of the circuit 100 can be reduced, and the semiconductor device using the circuit 100 can be downsized.

本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせて実施することが可能である。 This embodiment can be implemented in free combination with any of the other embodiments.

(実施の形態3)
実施の形態1や実施の形態2で示した回路100を複数組み合わせて用いることもできる
(Embodiment 3)
A plurality of the circuits 100 described in Embodiments 1 and 2 can be used in combination.

例えば、複数の回路100を互いに直列に接続して用いることもできる。ここで、複数の
回路100を互いに直列に接続するとは、一方の回路100のノードA又はノードBの一
方と、別の回路100のノードA又はノードBの一方とが電気的に接続されている状態と
する。複数の回路100を互いに並列に接続するとは、一方の回路100のノードA又は
ノードBの一方と、別の回路100のノードA又はノードBの一方とが電気的に接続され
、一方の回路100のノードA又はノードBの他方と、別の回路100のノードA又はノ
ードBの他方とが電気的に接続されている状態とする。
For example, a plurality of circuits 100 can be connected in series with each other. Here, connecting a plurality of circuits 100 in series means that one of a node A or a node B of one circuit 100 and one of a node A or a node B of another circuit 100 are electrically connected. State. The plurality of circuits 100 are connected in parallel to each other when one of the nodes A and B of one circuit 100 and one of the nodes A and B of another circuit 100 are electrically connected. It is assumed that the other of the node A or the node B and the other of the node A or the node B of another circuit 100 are electrically connected.

実施の形態1又は実施の形態2で示した回路100を2つ用い、それらを直列に接続した
構成の例を図7乃至図10に示す。なお、図7(A)乃至(C)、図8(A)乃至(C)
、図9(A)及び(B)において、2つの回路100のうち一方を回路1100とし、他
方を回路2100とする。
Examples of a configuration in which two circuits 100 described in Embodiment 1 or 2 are used and connected in series are illustrated in FIGS. 7A to 7C and FIGS. 8A to 8C.
9A and 9B, one of the two circuits 100 is a circuit 1100 and the other is a circuit 2100.

回路1100や回路2100の構成及び動作方法は、実施の形態1や実施の形態2で示し
た回路100の構成及び動作方法と同様であるため、説明は省略する。
The configurations and operation methods of the circuit 1100 and the circuit 2100 are the same as the configuration and operation method of the circuit 100 described in Embodiments 1 and 2, and thus description thereof is omitted.

また、回路1100を構成するトランジスタ1101は、トランジスタ101と同様の構
成とすることができる。回路2100を構成するトランジスタ2101は、トランジスタ
101と同様の構成とすることができる。回路1100を構成する容量素子1103は、
容量素子103と同様の構成とすることができる。回路2100を構成する容量素子21
03は、容量素子103と同様の構成とすることができる。回路1100を構成するトラ
ンジスタ1102nやトランジスタ1102pは、トランジスタ102nやトランジスタ
102pと同様の構成とすることができる。回路2100を構成するトランジスタ210
2nやトランジスタ2102pは、トランジスタ102nやトランジスタ102pと同様
の構成とすることができる。
Further, the transistor 1101 included in the circuit 1100 can have a structure similar to that of the transistor 101. The transistor 2101 included in the circuit 2100 can have a structure similar to that of the transistor 101. The capacitor 1103 included in the circuit 1100 is
A structure similar to that of the capacitor 103 can be employed. Capacitance element 21 constituting circuit 2100
03 can have a structure similar to that of the capacitor 103. The transistor 1102n and the transistor 1102p included in the circuit 1100 can have a structure similar to that of the transistor 102n or the transistor 102p. Transistor 210 constituting circuit 2100
2n and the transistor 2102p can have a structure similar to that of the transistor 102n or the transistor 102p.

実施の形態1又は実施の形態2で示した回路100を2つ用い、それらを直列に接続した
構成によって、図10(A)乃至(I)に示す機能のいずれかを選択することが可能とな
る。
It is possible to select any of the functions shown in FIGS. 10A to 10I by using two circuits 100 described in Embodiment 1 or 2 and connecting them in series. Become.

本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせて実施することが可能である。 This embodiment can be implemented in free combination with any of the other embodiments.

(実施の形態4)
実施の形態1乃至実施の形態3におけるトランジスタ101、トランジスタ1101、ト
ランジスタ2101のチャネルが形成される領域として用いることができる、酸化物半導
体について説明する。
(Embodiment 4)
An oxide semiconductor that can be used as a region where a channel of the transistor 101, the transistor 1101, and the transistor 2101 in Embodiments 1 to 3 is formed is described.

電子供与体(ドナー)となる水分または水素などの不純物が低減され、なおかつ酸素欠損
が低減されることにより高純度化された酸化物半導体(purified OS)は、i
型(真性半導体)又はi型に限りなく近い。そのため、高純度化された酸化物半導体にチ
ャネルが形成されるトランジスタは、オフ電流が著しく小さく、信頼性が高い。
An oxide semiconductor (purified OS) that is highly purified by reducing impurities such as moisture or hydrogen that serves as an electron donor (donor) and reducing oxygen vacancies is provided by i.
Close to the type (intrinsic semiconductor) or i-type. Therefore, a transistor in which a channel is formed in a highly purified oxide semiconductor has extremely low off-state current and high reliability.

具体的に、高純度化された酸化物半導体にチャネルが形成されるトランジスタのオフ電流
が小さいことは、いろいろな実験により証明できる。例えば、チャネル幅が1×10μ
mでチャネル長が10μmの素子であっても、ソース電極とドレイン電極間の電圧(ドレ
イン電圧)が1Vから10Vの範囲において、オフ電流が、半導体パラメータアナライザ
の測定限界以下、すなわち1×10−13A以下という特性を得ることができる。この場
合、トランジスタのチャネル幅で規格化したオフ電流は、100zA/μm以下であるこ
とが分かる。また、容量素子とトランジスタとを接続して、容量素子に流入または容量素
子から流出する電荷を当該トランジスタで制御する回路を用いて、オフ電流の測定を行っ
た。当該測定では、高純度化された酸化物半導体膜を上記トランジスタのチャネル形成領
域に用い、容量素子の単位時間あたりの電荷量の推移から当該トランジスタのオフ電流を
測定した。その結果、トランジスタのソース電極とドレイン電極間の電圧が3Vの場合に
、数十yA/μmという、さらに小さいオフ電流が得られることが分かった。従って、高
純度化された酸化物半導体膜をチャネル形成領域に用いたトランジスタは、オフ電流が、
結晶性を有するシリコンを用いたトランジスタに比べて著しく小さい。
Specifically, it can be proved by various experiments that the off-state current of a transistor in which a channel is formed in a highly purified oxide semiconductor is small. For example, the channel width is 1 × 10 6 μ
Even if the device has a channel length of 10 μm and a voltage between the source electrode and the drain electrode (drain voltage) of 1 V to 10 V, the off-current is below the measurement limit of the semiconductor parameter analyzer, that is, 1 × 10 A characteristic of 13 A or less can be obtained. In this case, it can be seen that the off-current normalized by the channel width of the transistor is 100 zA / μm or less. In addition, off-state current was measured using a circuit in which a capacitor and a transistor were connected and charge flowing into or out of the capacitor was controlled by the transistor. In this measurement, a highly purified oxide semiconductor film was used for a channel formation region of the transistor, and the off-state current of the transistor was measured from the change in charge amount per unit time of the capacitor. As a result, it was found that when the voltage between the source electrode and the drain electrode of the transistor is 3 V, an even smaller off current of several tens of yA / μm can be obtained. Therefore, a transistor using a highly purified oxide semiconductor film for a channel formation region has an off-state current of
This is significantly smaller than a transistor using crystalline silicon.

なお、特に断りがない限り、本明細書でオフ電流とは、nチャネル型トランジスタにおい
ては、ドレインをソースとゲートよりも高い電位とした状態において、ソースの電位を基
準としたときのゲートの電位が0以下であるときに、ソースとドレインの間に流れる電流
のことを意味する。或いは、本明細書でオフ電流とは、pチャネル型トランジスタにおい
ては、ドレインをソースとゲートよりも低い電位とした状態において、ソースの電位を基
準としたときのゲートの電位が0以上であるときに、ソースとドレインの間に流れる電流
のことを意味する。
Note that unless otherwise specified, off-state current in this specification refers to the gate potential when the drain potential is higher than that of the source and the gate in the n-channel transistor. It means a current that flows between the source and the drain when is less than or equal to zero. Alternatively, the off-state current in this specification refers to a p-channel transistor in which the potential of the gate is 0 or more with respect to the source potential in a state where the drain is at a lower potential than the source and the gate. In addition, it means a current flowing between the source and the drain.

酸化物半導体としては、少なくともインジウム(In)あるいは亜鉛(Zn)を含むこと
が好ましい。また、該酸化物を用いたトランジスタの電気的特性のばらつきを減らすため
のスタビライザーとして、それらに加えてガリウム(Ga)を有することが好ましい。ま
た、スタビライザーとしてスズ(Sn)を有することが好ましい。また、スタビライザー
としてハフニウム(Hf)を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてアルミ
ニウム(Al)を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてジルコニウム(Z
r)を含むことが好ましい。
An oxide semiconductor preferably contains at least indium (In) or zinc (Zn). In addition, it is preferable to include gallium (Ga) in addition to the stabilizer for reducing variation in electrical characteristics of the transistor including the oxide. Moreover, it is preferable to have tin (Sn) as a stabilizer. Moreover, it is preferable to have hafnium (Hf) as a stabilizer. Moreover, it is preferable to have aluminum (Al) as a stabilizer. Zirconium (Z
Preferably, r) is included.

酸化物半導体の中でもIn−Ga−Zn系酸化物、In−Sn−Zn系酸化物などは、炭
化シリコン、窒化ガリウム、または酸化ガリウムとは異なり、スパッタリング法や湿式法
により電気的特性の優れたトランジスタを作製することが可能であり、量産性に優れると
いった利点がある。また、炭化シリコン、窒化ガリウム、または酸化ガリウムとは異なり
、上記In−Ga−Zn系酸化物は、ガラス基板上に、電気的特性の優れたトランジスタ
を作製することが可能である。また、基板の大型化にも対応が可能である。
Among oxide semiconductors, In—Ga—Zn-based oxides, In—Sn—Zn-based oxides, and the like have excellent electrical characteristics by sputtering or a wet method, unlike silicon carbide, gallium nitride, or gallium oxide. There is an advantage that a transistor can be manufactured and the mass productivity is excellent. Further, unlike silicon carbide, gallium nitride, or gallium oxide, the In—Ga—Zn-based oxide can manufacture a transistor with excellent electrical characteristics over a glass substrate. In addition, it is possible to cope with an increase in the size of the substrate.

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)のいずれか一種または複数種を含んでいてもよい。
In addition, 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 ( Any one kind or plural kinds of Tm), ytterbium (Yb), and lutetium (Lu) may be contained.

例えば、酸化物半導体として、酸化インジウム、酸化ガリウム、酸化スズ、酸化亜鉛、I
n−Zn系酸化物、Sn−Zn系酸化物、Al−Zn系酸化物、Zn−Mg系酸化物、S
n−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、I
n−Hf−Zn系酸化物、In−La−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−H
o−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系酸化物を用いる
ことができる。
For example, as an oxide semiconductor, indium oxide, gallium oxide, tin oxide, zinc oxide, I
n-Zn oxide, Sn-Zn oxide, Al-Zn oxide, Zn-Mg oxide, S
n-Mg-based oxide, In-Mg-based oxide, In-Ga-based oxide, In-Ga-Zn-based oxide (also referred to as IGZO), In-Al-Zn-based oxide, In-Sn-Zn Oxides,
Sn-Ga-Zn-based oxide, Al-Ga-Zn-based oxide, Sn-Al-Zn-based oxide, I
n-Hf-Zn-based oxide, In-La-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 oxide, In—Tb—Zn oxide, In—Dy—Zn oxide, In—H
o-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-based oxide, In—Al—Ga—Zn-based oxide, In—Sn—Al—Zn
A series oxide, an In—Sn—Hf—Zn series oxide, or an In—Hf—Al—Zn series oxide can be used.

なお、例えば、In−Ga−Zn系酸化物とは、InとGaとZnを含む酸化物という意
味であり、InとGaとZnの比率は問わない。また、InとGaとZn以外の金属元素
を含んでいてもよい。In−Ga−Zn系酸化物は、無電界時の抵抗が十分に高くオフ電
流を十分に小さくすることが可能であり、また、移動度も高い。
Note that for example, an In—Ga—Zn-based oxide means an oxide containing In, Ga, and Zn, and there is no limitation on the ratio of In, Ga, and Zn. Moreover, metal elements other than In, Ga, and Zn may be included. An In—Ga—Zn-based oxide has sufficiently high resistance when no electric field is applied, and can sufficiently reduce off-state current. In addition, the In—Ga—Zn-based oxide has high mobility.

例えば、In:Ga:Zn=1:1:1(=1/3:1/3:1/3)あるいはIn:G
a:Zn=2:2:1(=2/5:2/5:1/5)の原子比のIn−Ga−Zn系酸化
物やその組成の近傍の酸化物を用いることができる。あるいは、In:Sn:Zn=1:
1:1(=1/3:1/3:1/3)、In:Sn:Zn=2:1:3(=1/3:1/
6:1/2)あるいはIn:Sn:Zn=2:1:5(=1/4:1/8:5/8)の原
子比のIn−Sn−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 (= 1/3: 1/3: 1/3) or In: G
An In—Ga—Zn-based oxide having an atomic ratio of a: Zn = 2: 2: 1 (= 2/5: 2/5: 1/5) or an oxide in the vicinity of the composition can be used. Alternatively, In: Sn: Zn = 1:
1: 1 (= 1/3: 1/3: 1/3), In: Sn: Zn = 2: 1: 3 (= 1/3: 1 /
6: 1/2) or In: Sn: Zn = 2: 1: 5 (= 1/4: 1/8: 5/8) atomic ratio of In—Sn—Zn-based oxide and the vicinity of its composition An oxide may be used.

例えば、In−Sn−Zn系酸化物では比較的容易に高い移動度が得られる。しかしなが
ら、In−Ga−Zn系酸化物でも、バルク内欠陥密度を低減することにより移動度を上
げることができる。
For example, high mobility can be obtained relatively easily with an In—Sn—Zn-based oxide. However, mobility can be increased by reducing the defect density in the bulk also in the case of using an In—Ga—Zn-based oxide.

酸化物半導体膜は、例えば非単結晶を有してもよい。非単結晶は、例えば、CAAC(C
Axis Aligned Crystal)、多結晶、微結晶、非晶質部を有する。
非晶質部は、微結晶、CAACよりも欠陥準位密度が高い。また、微結晶は、CAACよ
りも欠陥準位密度が高い。なお、CAACを有する酸化物半導体を、CAAC−OS(C
Axis Aligned Crystalline Oxide Semicond
uctor)と呼ぶ。
For example, the oxide semiconductor film may include a non-single crystal. Non-single crystals are, for example, CAAC (C
(Axis Aligned Crystal), polycrystalline, microcrystalline, and amorphous part.
The amorphous part has a higher density of defect states than microcrystals and CAAC. In addition, microcrystals have a higher density of defect states than CAAC. Note that an CAAC-OS (C
Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor
uctor).

酸化物半導体膜は、例えばCAAC−OSを有してもよい。CAAC−OSは、例えば、
c軸配向し、a軸または/およびb軸はマクロに揃っていない。
For example, the oxide semiconductor film may include a CAAC-OS. The CAAC-OS is, for example,
c-axis oriented, and the a-axis and / or b-axis are not aligned macroscopically.

酸化物半導体膜は、例えば微結晶を有してもよい。なお、微結晶を有する酸化物半導体を
、微結晶酸化物半導体と呼ぶ。微結晶酸化物半導体膜は、例えば、1nm以上10nm未
満のサイズの微結晶(ナノ結晶ともいう。)を膜中に含む。
The oxide semiconductor film may include microcrystal, for example. Note that an oxide semiconductor including microcrystal is referred to as a microcrystalline oxide semiconductor. The microcrystalline oxide semiconductor film includes microcrystal (also referred to as nanocrystal) with a size greater than or equal to 1 nm and less than 10 nm, for example.

酸化物半導体膜は、例えば非晶質部を有してもよい。なお、非晶質部を有する酸化物半導
体を、非晶質酸化物半導体と呼ぶ。非晶質酸化物半導体膜は、例えば、原子配列が無秩序
であり、結晶成分を有さない。または、非晶質酸化物半導体膜は、例えば、完全な非晶質
であり、結晶部を有さない。
For example, the oxide semiconductor film may include an amorphous part. Note that an oxide semiconductor having an amorphous part is referred to as an amorphous oxide semiconductor. An amorphous oxide semiconductor film has, for example, disordered atomic arrangement and no crystal component. Alternatively, the amorphous oxide semiconductor film is, for example, completely amorphous and has no crystal part.

なお、酸化物半導体膜が、CAAC−OS、微結晶酸化物半導体、非晶質酸化物半導体の
混合膜であってもよい。混合膜は、例えば、非晶質酸化物半導体の領域と、微結晶酸化物
半導体の領域と、CAAC−OSの領域と、を有する。また、混合膜は、例えば、非晶質
酸化物半導体の領域と、微結晶酸化物半導体の領域と、CAAC−OSの領域と、の積層
構造を有してもよい。
Note that the oxide semiconductor film may be a mixed film of a CAAC-OS, a microcrystalline oxide semiconductor, and an amorphous oxide semiconductor. For example, the mixed film includes an amorphous oxide semiconductor region, a microcrystalline oxide semiconductor region, and a CAAC-OS region. The mixed film may have a stacked structure of an amorphous oxide semiconductor region, a microcrystalline oxide semiconductor region, and a CAAC-OS region, for example.

なお、酸化物半導体膜は、例えば、単結晶を有してもよい。 Note that the oxide semiconductor film may include a single crystal, for example.

酸化物半導体膜は、複数の結晶部を有し、当該結晶部のc軸が被形成面の法線ベクトルま
たは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃っていることが好ましい。なお、異なる結晶部
間で、それぞれa軸およびb軸の向きが異なっていてもよい。そのような酸化物半導体膜
の一例としては、CAAC−OS膜がある。
The oxide semiconductor film preferably includes a plurality of crystal parts, and the c-axis of the crystal parts is aligned in a direction parallel to the normal vector of the formation surface or the normal vector of the surface. Note that the directions of the a-axis and the b-axis may be different between different crystal parts. An example of such an oxide semiconductor film is a CAAC-OS film.

CAAC−OS膜に含まれる結晶部は、一辺が100nm未満の立方体内に収まる大きさ
であることが多い。また、透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission El
ectron Microscope)による観察像では、CAAC−OS膜に含まれる
結晶部と結晶部との境界は明確ではない。また、TEMによってCAAC−OS膜には明
確な粒界(グレインバウンダリーともいう。)は確認できない。そのため、CAAC−O
S膜は、粒界に起因する電子移動度の低下が抑制される。
In most cases, a crystal part included in the CAAC-OS film fits in a cube whose one side is less than 100 nm. In addition, a transmission electron microscope (TEM: Transmission El)
In the observation image by Electron Microscope), the boundary between the crystal part and the crystal part included in the CAAC-OS film is not clear. In addition, a clear grain boundary (also referred to as a grain boundary) cannot be confirmed in the CAAC-OS film by TEM. Therefore, CAAC-O
In the S film, the decrease in electron mobility caused by the grain boundary is suppressed.

CAAC−OS膜に含まれる結晶部は、例えば、c軸がCAAC−OS膜の被形成面の法
線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向になるように揃い、かつab面に垂直
な方向から見て金属原子が三角形状または六角形状に配列し、c軸に垂直な方向から見て
金属原子が層状または金属原子と酸素原子とが層状に配列している。なお、異なる結晶部
間で、それぞれa軸およびb軸の向きが異なっていてもよい。本明細書において、単に垂
直と記載する場合、80°以上100°以下、好ましくは85°以上95°以下の範囲も
含まれることとする。また、単に平行と記載する場合、−10°以上10°以下、好まし
くは−5°以上5°以下の範囲も含まれることとする。
The crystal part included in the CAAC-OS film is aligned so that, for example, the c-axis is in a direction parallel to the normal vector of the formation surface of the CAAC-OS film or the normal vector of the surface, and is perpendicular to the ab plane. When viewed from the direction, the metal atoms are arranged in a triangular shape or a hexagonal shape, and when viewed from the direction perpendicular to the c-axis, the metal atoms are arranged in layers, or the metal atoms and oxygen atoms are arranged in layers. Note that the directions of the a-axis and the b-axis may be different between different crystal parts. In this specification, the term “perpendicular” includes a range of 80 ° to 100 °, preferably 85 ° to 95 °. In addition, a simple term “parallel” includes a range of −10 ° to 10 °, preferably −5 ° to 5 °.

CAAC−OS膜は、例えば、X線回折(XRD:X−Ray Diffraction
)装置を用い、out−of−plane法による分析を行うと、2θが31°近傍のピ
ークが現れる場合がある。2θが31°近傍のピークは、InGaZnOの結晶であれ
ば、(009)面に配向していることを示す。また、CAAC−OS膜は、例えば、2θ
が36°近傍のピークが現れる場合がある。2θが36°近傍のピークは、ZnGa
の結晶であれば、(222)面に配向していることを示す。CAAC−OS膜は、好ま
しくは、2θが31°近傍にピークが現れ、2θが36°近傍にピークが現れない。
The CAAC-OS film is formed using, for example, X-ray diffraction (XRD: X-Ray Diffraction).
) When an apparatus is used for analysis by the out-of-plane method, a peak where 2θ is around 31 ° may appear. The peak at 2θ of around 31 ° indicates that it is oriented in the (009) plane in the case of InGaZnO 4 crystal. The CAAC-OS film can be formed using, for example, 2θ
May appear in the vicinity of 36 °. The peak when 2θ is around 36 ° is ZnGa 2 O
A crystal of 4 indicates that it is oriented in the (222) plane. The CAAC-OS film preferably has a peak at 2θ of around 31 ° and no peak at 2θ of around 36 °.

また、例えば、InGaZnOの結晶を有するCAAC−OS膜であれば、XRD装置
を用い、c軸に垂直な方向からX線を入射させるin−plane法による分析を行うと
、2θが56°近傍のピークが現れる場合がある。2θが56°近傍のピークは、InG
aZnOの結晶の(110)面を示す。ここで、2θを56°近傍で固定し、表面の法
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、a軸
およびb軸の向きが揃っている単結晶酸化物半導体の場合は6つの対称性のピークが現れ
るが、CAAC−OS膜の場合は明瞭なピークが現れない。
Further, for example, in the case of a CAAC-OS film including an InGaZnO 4 crystal, when an analysis is performed by an in-plane method in which X-rays are incident from a direction perpendicular to the c-axis using an XRD apparatus, 2θ is close to 56 ° May appear. The peak when 2θ is around 56 ° is InG
The (110) plane of the aZnO 4 crystal is shown. Here, when 2θ is fixed at around 56 ° and analysis (φ scan) is performed while rotating the sample with the surface normal vector as the axis (φ axis), the directions of the a axis and the b axis are aligned. In the case of a crystalline oxide semiconductor, six symmetry peaks appear, but in the case of a CAAC-OS film, a clear peak does not appear.

なお、CAAC−OS膜において、結晶部の分布が一様でなくてもよい。例えば、CAA
C−OS膜の形成過程において、酸化物半導体膜の表面側から結晶成長させる場合、被形
成面の近傍に対し表面の近傍では結晶部の占める割合が高くなることがある。また、CA
AC−OS膜へ不純物を添加することにより、当該不純物添加領域において結晶部の結晶
性が低下することもある。
Note that the distribution of crystal parts in the CAAC-OS film is not necessarily uniform. For example, CAA
In the formation process of the C-OS film, when crystal growth is performed from the surface side of the oxide semiconductor film, the ratio of crystal parts in the vicinity of the surface of the oxide semiconductor film may be higher in the vicinity of the surface. CA
When an impurity is added to the AC-OS film, the crystallinity of the crystal part in the impurity-added region may be lowered.

CAAC−OS膜に含まれる結晶部のc軸は、CAAC−OS膜の被形成面の法線ベクト
ルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向になるように揃うため、CAAC−OS膜の形
状(被形成面の断面形状または表面の断面形状)によっては互いに異なる方向を向くこと
がある。また、結晶部は、成膜したとき、または成膜後に加熱処理などの結晶化処理を行
ったときに形成される。従って、結晶部のc軸は、CAAC−OS膜が形成されたときの
被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向になるように揃う。
Since the c-axis of the crystal part included in the CAAC-OS film is aligned in a direction parallel to the normal vector of the formation surface of the CAAC-OS film or the normal vector of the surface, the shape of the CAAC-OS film ( Depending on the cross-sectional shape of the surface to be formed or the cross-sectional shape of the surface, the directions may be different from each other. The crystal part is formed when a film is formed or when a crystallization process such as a heat treatment is performed after the film formation. Therefore, the c-axes of the crystal parts are aligned in a direction parallel to the normal vector of the surface where the CAAC-OS film is formed or the normal vector of the surface.

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。よって、当該トランジスタは、信頼性が高い。
In a transistor using a CAAC-OS film, change in electrical characteristics due to irradiation with visible light or ultraviolet light is small. Therefore, the transistor has high reliability.

CAAC−OS膜は、例えば、多結晶である金属酸化物ターゲットを用い、スパッタリン
グ法によって成膜する。
The CAAC-OS film is formed by a sputtering method using a polycrystalline metal oxide target, for example.

また、CAAC−OS膜を成膜するために、以下の条件を適用することが好ましい。 In order to form the CAAC-OS film, the following conditions are preferably applied.

成膜時の不純物混入を低減することで、不純物によって結晶状態が崩れることを抑制でき
る。例えば、処理室内に存在する不純物濃度(水素、水、二酸化炭素、及び窒素など)を
低減すればよい。また、成膜ガス中の不純物濃度を低減すればよい。具体的には、露点が
−80℃以下、好ましくは−100℃以下である成膜ガスを用いる。
By reducing the mixing of impurities during film formation, the crystal state can be prevented from being broken by impurities. For example, the concentration of impurities (hydrogen, water, carbon dioxide, nitrogen, etc.) existing in the treatment chamber may be reduced. Further, the impurity concentration in the deposition gas may be reduced. Specifically, a deposition gas having a dew point of −80 ° C. or lower, preferably −100 ° C. or lower is used.

また、成膜時の基板加熱温度を高めることで、基板到達後にスパッタリング粒子のマイグ
レーションが起こる。具体的には、基板加熱温度を100℃以上740℃以下、好ましく
は200℃以上500℃以下として成膜する。成膜時の基板加熱温度を高めることで、平
板状のスパッタリング粒子が基板に到達した場合、基板上でマイグレーションが起こり、
スパッタリング粒子の平らな面が基板に付着する。
Further, by increasing the substrate heating temperature during film formation, migration of sputtered particles occurs after reaching the substrate. Specifically, the film is formed at a substrate heating temperature of 100 ° C. to 740 ° C., preferably 200 ° C. to 500 ° C. By increasing the substrate heating temperature during film formation, when flat sputtered particles reach the substrate, migration occurs on the substrate,
The flat surface of the sputtered particles adheres to the substrate.

また、成膜ガス中の酸素割合を高め、電力を最適化することで成膜時のプラズマダメージ
を軽減すると好ましい。成膜ガス中の酸素割合は、30体積%以上、好ましくは100体
積%とする。
In addition, it is preferable to reduce plasma damage during film formation by increasing the oxygen ratio in the film formation gas and optimizing electric power. The oxygen ratio in the deposition gas is 30% by volume or more, preferably 100% by volume.

ターゲットの一例として、In−Ga−Zn系酸化物ターゲットについて以下に示す。 As an example of the target, an In—Ga—Zn-based oxide target is described below.

InO粉末、GaO粉末及びZnO粉末を所定のmol数比で混合し、加圧処理後
、1000℃以上1500℃以下の温度で加熱処理をすることで多結晶であるIn−Ga
−Zn系酸化物ターゲットとする。なお、X、Y及びZは任意の正数である。ここで、所
定のmol数比は、例えば、InO粉末、GaO粉末及びZnO粉末が、2:2:
1、8:4:3、3:1:1、1:1:1、4:2:3または3:1:2である。なお、
粉末の種類、及びその混合するmol数比は、作製するターゲットによって適宜変更すれ
ばよい。
In-Ga which is polycrystalline by mixing InO X powder, GaO Y powder and ZnO Z powder at a predetermined molar ratio, and after heat treatment, heat treatment is performed at a temperature of 1000 ° C. to 1500 ° C.
—Zn-based oxide target. X, Y, and Z are arbitrary positive numbers. Here, the predetermined mole number ratio is, for example, 2: 2: InO X powder, GaO Y powder, and ZnO Z powder.
1, 8: 4: 3, 3: 1: 1, 1: 1: 1, 4: 2: 3 or 3: 1: 2. In addition,
What is necessary is just to change suitably the kind of powder, and the mol number ratio to mix with the target to produce.

なお、アルカリ金属は酸化物半導体を構成する元素ではないため、不純物である。アルカ
リ土類金属も、酸化物半導体を構成する元素ではない場合において、不純物となる。特に
、アルカリ金属のうちNaは、酸化物半導体層に接する絶縁膜が酸化物である場合、当該
絶縁膜中に拡散してNaとなる。また、Naは、酸化物半導体層内において、酸化物半
導体を構成する金属と酸素の結合を分断する、或いは、その結合中に割り込む。その結果
、例えば、閾値電圧がマイナス方向にシフトすることによるノーマリオン化、移動度の低
下等の、トランジスタの電気的特性の劣化が起こり、加えて、特性のばらつきも生じる。
具体的に、二次イオン質量分析法によるNa濃度の測定値は、5×1016/cm以下
、好ましくは1×1016/cm以下、更に好ましくは1×1015/cm以下とす
るとよい。同様に、Li濃度の測定値は、5×1015/cm以下、好ましくは1×1
15/cm以下とするとよい。同様に、K濃度の測定値は、5×1015/cm
下、好ましくは1×1015/cm以下とするとよい。
Note that an alkali metal is an impurity because it is not an element included in an oxide semiconductor. Alkaline earth metal is also an impurity when it is not an element constituting an oxide semiconductor. In particular, Na in the alkali metal diffuses into the insulating film and becomes Na + when the insulating film in contact with the oxide semiconductor layer is an oxide. In the oxide semiconductor layer, Na breaks or interrupts the bond between the metal and the oxygen included in the oxide semiconductor. As a result, for example, the transistor is deteriorated in electrical characteristics, such as being normally on due to the shift of the threshold voltage in the negative direction, and a decrease in mobility. In addition, the characteristics vary.
Specifically, the measured value of Na concentration by secondary ion mass spectrometry is 5 × 10 16 / cm 3 or less, preferably 1 × 10 16 / cm 3 or less, more preferably 1 × 10 15 / cm 3 or less. Good. Similarly, the measured value of Li concentration is 5 × 10 15 / cm 3 or less, preferably 1 × 1.
It may be 0 15 / cm 3 or less. Similarly, the measured value of the K concentration is 5 × 10 15 / cm 3 or less, preferably 1 × 10 15 / cm 3 or less.

また、インジウムを含む金属酸化物が用いられている場合に、酸素との結合エネルギーが
インジウムよりも大きいシリコンや炭素が、インジウムと酸素の結合を切断し、酸素欠損
を形成することがある。そのため、シリコンや炭素が酸化物半導体層に混入していると、
アルカリ金属やアルカリ土類金属の場合と同様に、トランジスタの電気的特性の劣化が起
こりやすい。よって、酸化物半導体層中におけるシリコンや炭素の濃度は低いことが望ま
しい。具体的に、二次イオン質量分析法によるC濃度の測定値、またはSi濃度の測定値
は、1×1018/cm以下とするとよい。上記構成により、トランジスタの電気的特
性の劣化を防ぐことができ、半導体装置の信頼性を高めることができる。
In addition, in the case where a metal oxide containing indium is used, silicon or carbon whose binding energy to oxygen is higher than that of indium may cut the bond between indium and oxygen, thereby forming an oxygen vacancy. Therefore, if silicon or carbon is mixed in the oxide semiconductor layer,
As in the case of an alkali metal or alkaline earth metal, the electrical characteristics of the transistor are likely to deteriorate. Therefore, it is desirable that the concentration of silicon or carbon in the oxide semiconductor layer be low. Specifically, the measured value of C concentration or the measured value of Si concentration by secondary ion mass spectrometry is preferably 1 × 10 18 / cm 3 or less. With the above structure, deterioration of electrical characteristics of the transistor can be prevented, and reliability of the semiconductor device can be improved.

また、ソース電極及びドレイン電極に用いられる導電性材料によっては、ソース電極及び
ドレイン電極中の金属が、酸化物半導体膜から酸素を引き抜くことがある。この場合、酸
化物半導体層のうち、ソース電極及びドレイン電極に接する領域が、酸素欠損の形成によ
りn型化される。
Further, depending on the conductive material used for the source electrode and the drain electrode, the metal in the source electrode and the drain electrode might extract oxygen from the oxide semiconductor film. In this case, a region in contact with the source electrode and the drain electrode in the oxide semiconductor layer is n-type due to formation of oxygen vacancies.

n型化された領域は、ソース領域またはドレイン領域として機能するため、酸化物半導体
膜とソース電極及びドレイン電極との間におけるコンタクト抵抗を下げることができる。
よって、n型化された領域が形成されることで、トランジスタの移動度及びオン電流を高
めることができ、それにより、トランジスタを用いたスイッチ回路の高速動作を実現する
ことができる。
Since the n-type region functions as a source region or a drain region, contact resistance between the oxide semiconductor film and the source and drain electrodes can be reduced.
Thus, by forming an n-type region, the mobility and on-state current of the transistor can be increased, whereby high-speed operation of the switch circuit using the transistor can be realized.

なお、ソース電極及びドレイン電極中の金属による酸素の引き抜きは、ソース電極及びド
レイン電極をスパッタリング法などにより形成する際に起こりうるし、ソース電極及びド
レイン電極を形成した後に行われる加熱処理によっても起こりうる。
Note that extraction of oxygen by a metal in the source electrode and the drain electrode can occur when the source electrode and the drain electrode are formed by a sputtering method or the like, and can also occur by a heat treatment performed after the source electrode and the drain electrode are formed. .

また、n型化される領域は、酸素と結合し易い導電性材料をソース電極及びドレイン電極
に用いることで、より形成されやすくなる。上記導電性材料としては、例えば、Al、C
r、Cu、Ta、Ti、Mo、Wなどが挙げられる。
In addition, the n-type region is more easily formed by using a conductive material that is easily bonded to oxygen for the source electrode and the drain electrode. Examples of the conductive material include Al and C.
r, Cu, Ta, Ti, Mo, W, etc. are mentioned.

また、酸化物半導体層は、単数の金属酸化物膜で構成されているとは限らず、積層された
複数の金属酸化物膜で構成されていても良い。例えば、第1乃至第3の金属酸化物膜が順
に積層されている半導体膜の場合、第1の金属酸化物膜及び第3の金属酸化物膜は、第2
の金属酸化物膜を構成する金属元素の少なくとも1つを、その構成要素に含み、伝導帯下
端のエネルギーが第2の金属酸化物膜よりも0.05eV以上、0.07eV以上、0.
1eV以上または0.15eV以上、かつ2eV以下、1eV以下、0.5eV以下また
は0.4eV以下、真空準位に近い酸化物膜である。さらに、第2の金属酸化物膜は、少
なくともインジウムを含むと、キャリア移動度が高くなるため好ましい。
In addition, the oxide semiconductor layer is not necessarily composed of a single metal oxide film, and may be composed of a plurality of stacked metal oxide films. For example, in the case of a semiconductor film in which first to third metal oxide films are sequentially stacked, the first metal oxide film and the third metal oxide film are the second
At least one of the metal elements constituting the metal oxide film is included in its constituent elements, and the energy at the lower end of the conduction band is 0.05 eV or more, 0.07 eV or more, and.
The oxide film has a vacuum level of 1 eV or more or 0.15 eV or more, 2 eV or less, 1 eV or less, 0.5 eV or less, or 0.4 eV or less. Furthermore, it is preferable that the second metal oxide film contains at least indium because carrier mobility is increased.

上記構成の半導体膜をトランジスタが有する場合、ゲート電極に電圧を印加することで、
半導体膜に電界が加わると、半導体膜のうち、伝導帯下端のエネルギーが小さい第2の金
属酸化物膜にチャネル領域が形成される。即ち、第2の金属酸化物膜とゲート絶縁膜との
間に第3の金属酸化物膜が設けられていることによって、ゲート絶縁膜と離隔している第
2の金属酸化物膜に、チャネル領域を形成することができる。
When the transistor has the semiconductor film having the above structure, by applying a voltage to the gate electrode,
When an electric field is applied to the semiconductor film, a channel region is formed in the second metal oxide film having low energy at the lower end of the conduction band in the semiconductor film. That is, since the third metal oxide film is provided between the second metal oxide film and the gate insulating film, the second metal oxide film separated from the gate insulating film has a channel. Regions can be formed.

また、第3の金属酸化物膜は、第2の金属酸化物膜を構成する金属元素の少なくとも1つ
をその構成要素に含むため、第2の金属酸化物膜と第3の金属酸化物膜の界面では、界面
散乱が起こりにくい。従って、当該界面においてキャリアの動きが阻害されにくいため、
トランジスタの電界効果移動度が高くなる。
In addition, since the third metal oxide film includes at least one of the metal elements constituting the second metal oxide film in its constituent elements, the second metal oxide film and the third metal oxide film Interface scattering is unlikely to occur at the interface. Therefore, the movement of carriers at the interface is not easily disturbed,
The field effect mobility of the transistor is increased.

また、第2の金属酸化物膜と第1の金属酸化物膜の界面に界面準位が形成されると、界面
近傍の領域にもチャネル領域が形成されるために、トランジスタの閾値電圧が変動してし
まう。しかし、第1の金属酸化物膜は、第2の金属酸化物膜を構成する金属元素の少なく
とも1つをその構成要素に含むため、第2の金属酸化物膜と第1の金属酸化物膜の界面に
は、界面準位が形成されにくい。よって、上記構成により、トランジスタの閾値電圧等の
電気的特性のばらつきを、低減することができる。
In addition, when an interface state is formed at the interface between the second metal oxide film and the first metal oxide film, a channel region is also formed in a region near the interface, so that the threshold voltage of the transistor fluctuates. Resulting in. However, since the first metal oxide film includes at least one of the metal elements constituting the second metal oxide film in its constituent elements, the second metal oxide film and the first metal oxide film It is difficult to form interface states at the interface. Thus, with the above structure, variation in electrical characteristics such as threshold voltage of the transistor can be reduced.

また、金属酸化物膜間に不純物が存在することによって、各膜の界面にキャリアの流れを
阻害する界面準位が形成されることがないよう、複数の酸化物半導体膜を積層させること
が望ましい。積層された金属酸化物膜の膜間に不純物が存在していると、金属酸化物膜間
における伝導帯下端のエネルギーの連続性が失われ、界面近傍において、キャリアがトラ
ップされるか、あるいは再結合により消滅してしまうからである。膜間における不純物を
低減させることで、主成分である一の金属を少なくとも共に有する複数の金属酸化物膜を
、単に積層させるよりも、連続接合(ここでは特に伝導帯下端のエネルギーが各膜の間で
連続的に変化するU字型の井戸構造を有している状態)が形成されやすくなる。
In addition, it is preferable to stack a plurality of oxide semiconductor films so that an interface state that inhibits carrier flow is not formed at the interface between the films due to the presence of impurities between the metal oxide films. . If impurities exist between the stacked metal oxide films, the continuity of the energy at the bottom of the conduction band between the metal oxide films is lost, and carriers are trapped or re-entered near the interface. This is because the bonds disappear. By reducing the impurities between the films, a plurality of metal oxide films having at least one metal as a main component together are not simply stacked. A state of having a U-shaped well structure that continuously changes between them).

連続接合を形成するためには、ロードロック室を備えたマルチチャンバー方式の成膜装置
(スパッタリング装置)を用いて各膜を大気に触れさせることなく連続して積層すること
が必要となる。スパッタリング装置における各チャンバーは、酸化物半導体にとって不純
物となる水等を可能な限り除去すべくクライオポンプのような吸着式の真空排気ポンプを
用いて高真空排気(1×10−4Pa〜5×10−7Pa程度まで)することが好ましい
。または、ターボ分子ポンプとコールドトラップを組み合わせて排気系からチャンバー内
に気体が逆流しないようにしておくことが好ましい。
In order to form a continuous bond, it is necessary to use a multi-chamber type film forming apparatus (sputtering apparatus) provided with a load lock chamber to continuously laminate each film without exposure to the atmosphere. Each chamber in the sputtering apparatus is evacuated (1 × 10 −4 Pa to 5 ×) using an adsorption-type evacuation pump such as a cryopump so as to remove as much water as possible from the oxide semiconductor. It is preferable that it is about 10 −7 Pa). Alternatively, it is preferable to combine a turbo molecular pump and a cold trap so that gas does not flow backward from the exhaust system into the chamber.

高純度の真性な酸化物半導体を得るためには、各チャンバー内を高真空排気するのみなら
ず、スパッタリングに用いるガスの高純度化も重要である。上記ガスとして用いる酸素ガ
スやアルゴンガスの露点を、−40℃以下、好ましくは−80℃以下、より好ましくは−
100℃以下とし、使用するガスの高純度化を図ることで、酸化物半導体膜に水分等が取
り込まれることを可能な限り防ぐことができる。
In order to obtain a high-purity intrinsic oxide semiconductor, it is important not only to evacuate each chamber to a high vacuum but also to increase the purity of a gas used for sputtering. The dew point of oxygen gas or argon gas used as the gas is −40 ° C. or lower, preferably −80 ° C. or lower, more preferably −
By setting the temperature to be 100 ° C. or lower and increasing the purity of the gas used, moisture and the like can be prevented from being taken into the oxide semiconductor film as much as possible.

例えば、第1の金属酸化物膜または第3の金属酸化物膜は、アルミニウム、シリコン、チ
タン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、スズ、ランタン、セリウ
ムまたはハフニウムを、第2の金属酸化物膜よりも高い原子数比で含む酸化物膜であれば
よい。具体的に、第1の金属酸化物膜または第3の金属酸化物膜として、第2の金属酸化
物膜よりも上述の元素を1.5倍以上、好ましくは2倍以上、さらに好ましくは3倍以上
高い原子数比で含む酸化物膜を用いると良い。前述の元素は酸素と強く結合するため、酸
素欠損が酸化物膜に生じることを抑制する機能を有する。よって、上記構成により、第1
の金属酸化物膜または第3の金属酸化物膜を、第2の金属酸化物膜よりも酸素欠損が生じ
にくい酸化物膜にすることができる。
For example, the first metal oxide film or the third metal oxide film is formed using aluminum, silicon, titanium, gallium, germanium, yttrium, zirconium, tin, lanthanum, cerium, or hafnium more than the second metal oxide film. As long as the oxide film contains a high atomic ratio. Specifically, as the first metal oxide film or the third metal oxide film, the above-described element is 1.5 times or more, preferably 2 times or more than the second metal oxide film, more preferably 3 times or more. An oxide film including an atomic ratio which is twice or more higher is preferably used. The above element is strongly bonded to oxygen and thus has a function of suppressing generation of oxygen vacancies in the oxide film. Therefore, with the above configuration, the first
This metal oxide film or the third metal oxide film can be an oxide film in which oxygen vacancies are less likely to occur than the second metal oxide film.

具体的に、第2の金属酸化物膜と、第1の金属酸化物膜または第3の金属酸化物膜とが、
共にIn−M−Zn系酸化物である場合、第1の金属酸化物膜または第3の金属酸化物膜
の原子数比をIn:M:Zn=x:y:z、第2の金属酸化物膜の原子数比をIn
:M:Zn=x:y:zとすると、y/xがy/xよりも大きくなるよう
に、その原子数比を設定すれば良い。なお、元素MはInよりも酸素との結合力が強い金
属元素であり、例えばAl、Ti、Ga、Y、Zr、Sn、La、Ce、NdまたはHf
等が挙げられる。好ましくは、y/xがy/xよりも1.5倍以上大きくなるよ
うに、その原子数比を設定すれば良い。さらに好ましくは、y/xがy/xより
も2倍以上大きくなるように、その原子数比を設定すれば良い。より好ましくは、y
がy/xよりも3倍以上大きくなるように、その原子数比を設定すれば良い。さ
らに、第2の金属酸化物膜において、yがx以上であると、トランジスタに安定した
電気的特性を付与できるため好ましい。ただし、yがxの3倍以上になると、トラン
ジスタの電界効果移動度が低下してしまうため、yは、xと同じか、xの3倍未満
であると好ましい。
Specifically, the second metal oxide film and the first metal oxide film or the third metal oxide film are
In the case where both are In-M-Zn-based oxides, the atomic ratio of the first metal oxide film or the third metal oxide film is set to In: M: Zn = x 1 : y 1 : z 1 , second The atomic ratio of the metal oxide film of In
: M: Zn = x 2 : y 2 : When z 2 , the atomic ratio may be set so that y 1 / x 1 is larger than y 2 / x 2 . Note that the element M is a metal element having a stronger bond strength with oxygen than In, for example, Al, Ti, Ga, Y, Zr, Sn, La, Ce, Nd, or Hf.
Etc. Preferably, the atomic ratio may be set so that y 1 / x 1 is 1.5 times or more larger than y 2 / x 2 . More preferably, the atomic ratio may be set so that y 1 / x 1 is twice or more larger than y 2 / x 2 . More preferably, y 1 /
As x 1 is greater 3 times or more y 2 / x 2, it may be set the atomic ratio. Furthermore, in the second metal oxide film, it is preferable that y 2 is x 2 or more because stable electrical characteristics can be imparted to the transistor. However, if y 2 is equal to or greater than 3 times the x 2, the field-effect mobility of the transistor is reduced, y 2 is equal to or x 2, smaller than three times x 2 preferred.

なお、第1の金属酸化物膜及び第3の金属酸化物膜の厚さは、3nm以上100nm以下
、好ましくは3nm以上50nm以下とする。また、第2の金属酸化物膜の厚さは、3n
m以上200nm以下、好ましくは3nm以上100nm以下であり、さらに好ましくは
3nm以上50nm以下である。
Note that the thicknesses of the first metal oxide film and the third metal oxide film are 3 nm to 100 nm, preferably 3 nm to 50 nm. The thickness of the second metal oxide film is 3n
m to 200 nm, preferably 3 nm to 100 nm, and more preferably 3 nm to 50 nm.

3層構造の半導体膜において、第1の金属酸化物膜乃至第3の金属酸化物膜は、非晶質ま
たは結晶質の両方の形態を取りうる。ただし、チャネル領域が形成される第2の金属酸化
物膜が結晶質であることにより、トランジスタに安定した電気的特性を付与することがで
きるため、第2の金属酸化物膜は結晶質であることが好ましい。
In the semiconductor film having a three-layer structure, the first metal oxide film to the third metal oxide film can take either amorphous or crystalline forms. However, since the second metal oxide film in which the channel region is formed is crystalline, stable electrical characteristics can be given to the transistor, and thus the second metal oxide film is crystalline. It is preferable.

なお、チャネル形成領域とは、トランジスタの半導体膜のうち、ゲート電極と重なり、か
つソース電極とドレイン電極に挟まれる領域を意味する。また、チャネル領域とは、チャ
ネル形成領域において、電流が主として流れる領域をいう。
Note that a channel formation region means a region of a semiconductor film of a transistor that overlaps with a gate electrode and is sandwiched between a source electrode and a drain electrode. The channel region refers to a region where current mainly flows in the channel formation region.

例えば、第1の金属酸化物膜及び第3の金属酸化物膜として、スパッタリング法により形
成したIn−Ga−Zn系酸化物膜を用いる場合、第1の金属酸化物膜及び第3の金属酸
化物膜の成膜には、In−Ga−Zn系酸化物(In:Ga:Zn=1:3:2[原子数
比])であるターゲットを用いることができる。成膜条件は、例えば、成膜ガスとしてア
ルゴンガスを30sccm、酸素ガスを15sccm用い、圧力0.4Paとし、基板温
度を200℃とし、DC電力0.5kWとすればよい。
For example, when an In—Ga—Zn-based oxide film formed by a sputtering method is used as the first metal oxide film and the third metal oxide film, the first metal oxide film and the third metal oxide film are used. For the formation of the physical film, a target that is an In—Ga—Zn-based oxide (In: Ga: Zn = 1: 3: 2 [atomic ratio]) can be used. The film forming conditions may be, for example, 30 sccm of argon gas and 15 sccm of oxygen gas, a pressure of 0.4 Pa, a substrate temperature of 200 ° C., and a DC power of 0.5 kW.

また、第2の金属酸化物膜をCAAC−OS膜とする場合、第2の金属酸化物膜の成膜に
は、In−Ga−Zn系酸化物(In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比])であり、
多結晶のIn−Ga−Zn系酸化物を含むターゲットを用いることが好ましい。成膜条件
は、例えば、成膜ガスとしてアルゴンガスを30sccm、酸素ガスを15sccm用い
、圧力を0.4Paとし、基板の温度300℃とし、DC電力0.5kWとすることがで
きる。
In the case where the second metal oxide film is a CAAC-OS film, an In—Ga—Zn-based oxide (In: Ga: Zn = 1: 1: 1 [atomic ratio]),
A target including a polycrystalline In—Ga—Zn-based oxide is preferably used. The film forming conditions may be, for example, an argon gas of 30 sccm and an oxygen gas of 15 sccm as a film forming gas, a pressure of 0.4 Pa, a substrate temperature of 300 ° C., and a DC power of 0.5 kW.

なお、トランジスタは、半導体膜の端部が傾斜している構造を有していても良いし、半導
体膜の端部が丸みを帯びる構造を有していても良い。
Note that the transistor may have a structure in which an end portion of the semiconductor film is inclined or a structure in which an end portion of the semiconductor film is rounded.

また、複数の積層された金属酸化物膜を有する半導体膜をトランジスタに用いる場合にお
いても、ソース電極及びドレイン電極に接する領域が、n型化されていても良い。上記構
成により、トランジスタの移動度及びオン電流を高め、半導体装置の高速動作を実現する
ことができる。さらに、複数の積層された金属酸化物膜を有する半導体膜をトランジスタ
に用いる場合、n型化される領域は、チャネル領域となる第2の金属酸化物膜にまで達し
ていることが、トランジスタの移動度及びオン電流を高め、半導体装置のさらなる高速動
作を実現する上で、より好ましい。
In the case where a semiconductor film including a plurality of stacked metal oxide films is used for a transistor, regions in contact with the source electrode and the drain electrode may be n-type. With the above structure, the mobility and on-state current of the transistor can be increased and high-speed operation of the semiconductor device can be realized. Further, in the case where a semiconductor film including a plurality of stacked metal oxide films is used for a transistor, the n-type region reaches the second metal oxide film serving as a channel region. It is more preferable in increasing mobility and on-current and realizing further high-speed operation of the semiconductor device.

本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせて実施することが可能である。 This embodiment can be implemented in free combination with any of the other embodiments.

(実施の形態5)
実施の形態1乃至実施の形態4に示した半導体装置の一例について説明する。図12に、
図1に示した半導体装置の回路100が有する、トランジスタ101、トランジスタ10
2n、容量素子103の断面構造を、一例として示す。
(Embodiment 5)
An example of the semiconductor device described in any of Embodiments 1 to 4 will be described. In FIG.
The transistor 101 and the transistor 10 included in the circuit 100 of the semiconductor device illustrated in FIG.
A cross-sectional structure of 2n and the capacitor 103 is shown as an example.

トランジスタ101として、チャネルが酸化物半導体に形成される場合を例示している。
そして、トランジスタ101、及び、容量素子103が、単結晶のシリコンにチャネルが
形成されるトランジスタ102nの上に形成される場合を例示している。
The case where the channel is formed in the oxide semiconductor as the transistor 101 is illustrated.
Then, the case where the transistor 101 and the capacitor 103 are formed over the transistor 102n in which a channel is formed in single crystal silicon is illustrated.

なお、トランジスタ102n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を活性層に用いることもできる。或いは、トランジスタ
102nは、酸化物半導体を活性層に用いていても良い。全てのトランジスタが酸化物半
導体を活性層に用いている場合、トランジスタ101はトランジスタ102n上に積層さ
れていなくとも良く、トランジスタ101とトランジスタ102nとは、同一の層に形成
されていても良い。
Note that the transistor 102n can use an amorphous, microcrystalline, polycrystalline, or single crystal semiconductor film such as silicon or germanium for the active layer. Alternatively, the transistor 102n may use an oxide semiconductor for the active layer. In the case where all the transistors use an oxide semiconductor for the active layer, the transistor 101 does not need to be stacked over the transistor 102n, and the transistor 101 and the transistor 102n may be formed in the same layer.

薄膜のシリコンを用いてトランジスタ102nを形成する場合、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、非晶質シリコンにレ
ーザー光を照射して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 102n is formed using thin silicon, amorphous silicon manufactured by a vapor deposition method such as a plasma CVD method or a sputtering method, and a multicrystal which is crystallized by irradiating laser light on the amorphous silicon. Crystalline silicon, single crystal silicon in which a surface layer portion is separated by implanting hydrogen ions or the like into a single crystal silicon wafer, or the like can be used.

トランジスタ102nが形成される半導体基板1400は、例えば、n型またはp型の導
電型を有するシリコン基板、ゲルマニウム基板、シリコンゲルマニウム基板、化合物半導
体基板(GaAs基板、InP基板、GaN基板、SiC基板、GaP基板、GaInA
sP基板、ZnSe基板等)等を用いることができる。図12では、n型の導電性を有す
る単結晶シリコン基板を用いた場合を例示している。
The semiconductor substrate 1400 on which the transistor 102n is formed is, for example, a silicon substrate, germanium substrate, silicon germanium substrate, compound semiconductor substrate (GaAs substrate, InP substrate, GaN substrate, SiC substrate, GaP) having n-type or p-type conductivity. Substrate, GaInA
An sP substrate, a ZnSe substrate, or the like can be used. FIG. 12 illustrates the case where a single crystal silicon substrate having n-type conductivity is used.

また、トランジスタ102nは、素子分離用絶縁膜1401により、他のトランジスタと
、電気的に分離されている。素子分離用絶縁膜1401の形成には、選択酸化法(LOC
OS(Local Oxidation of Silicon)法)またはトレンチ分
離法等を用いることができる。
The transistor 102n is electrically isolated from other transistors by an element isolation insulating film 1401. The element isolation insulating film 1401 is formed by a selective oxidation method (LOC).
An OS (Local Oxidation of Silicon) method or a trench isolation method can be used.

具体的に、トランジスタ102nは、半導体基板1400に形成された、ソース領域また
はドレイン領域として機能する不純物領域1402及び不純物領域1403と、ゲート電
極1404と、半導体基板1400とゲート電極1404の間に設けられたゲート絶縁膜
1405とを有する。ゲート電極1404は、ゲート絶縁膜1405を間に挟んで、不純
物領域1402と不純物領域1403の間に形成されるチャネル形成領域と重なる。
Specifically, the transistor 102n is provided between the semiconductor substrate 1400 and the gate electrode 1404, and the impurity region 1402 and the impurity region 1403 that function as a source region or a drain region, the gate electrode 1404, and the semiconductor substrate 1400. And a gate insulating film 1405. The gate electrode 1404 overlaps with a channel formation region formed between the impurity region 1402 and the impurity region 1403 with the gate insulating film 1405 interposed therebetween.

トランジスタ102n上には、絶縁膜1409が設けられている。絶縁膜1409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1402、不純物領域14
03にそれぞれ接する配線1410、配線1411と、ゲート電極1404に電気的に接
続されている配線1412とが、形成されている。
An insulating film 1409 is provided over the transistor 102n. An opening is formed in the insulating film 1409. In the opening, an impurity region 1402 and an impurity region 14 are formed.
A wiring 1410 and a wiring 1411 that are in contact with each other 03 and a wiring 1412 that is electrically connected to the gate electrode 1404 are formed.

そして、配線1410は、絶縁膜1409上に形成された配線1415に電気的に接続さ
れており、配線1411は、絶縁膜1409上に形成された配線1416に電気的に接続
されており、配線1412は、絶縁膜1409上に形成された配線1417に電気的に接
続されている。
The wiring 1410 is electrically connected to the wiring 1415 formed over the insulating film 1409. The wiring 1411 is electrically connected to the wiring 1416 formed over the insulating film 1409. Are electrically connected to a wiring 1417 formed over the insulating film 1409.

配線1415乃至配線1417上には、絶縁膜1420及び絶縁膜1440が順に積層す
るように形成されている。絶縁膜1420及び絶縁膜1440には開口部が形成されてお
り、上記開口部に、配線1417に電気的に接続された配線1421が形成されている。
Over the wirings 1415 to 1417, an insulating film 1420 and an insulating film 1440 are stacked in this order. An opening is formed in the insulating film 1420 and the insulating film 1440, and a wiring 1421 electrically connected to the wiring 1417 is formed in the opening.

そして、図12では、絶縁膜1440上にトランジスタ101及び容量素子103が形成
されている。
In FIG. 12, the transistor 101 and the capacitor 103 are formed over the insulating film 1440.

トランジスタ101は、絶縁膜1440上に、酸化物半導体を含む半導体膜1430と、
半導体膜1430上の、ソース電極またはドレイン電極として機能する導電膜1432及
び導電膜1433と、半導体膜1430、導電膜1432及び導電膜1433上のゲート
絶縁膜1431と、ゲート絶縁膜1431上に位置し、導電膜1432と導電膜1433
の間において半導体膜1430と重なっているゲート電極1434と、を有する。なお、
導電膜1433は、配線1421に電気的に接続されている。
The transistor 101 includes a semiconductor film 1430 including an oxide semiconductor over the insulating film 1440;
The conductive film 1432 and the conductive film 1433 functioning as a source electrode or a drain electrode over the semiconductor film 1430, the gate insulating film 1431 over the semiconductor film 1430, the conductive film 1432, and the conductive film 1433, and the gate insulating film 1431 are positioned. , Conductive film 1432 and conductive film 1433
A gate electrode 1434 which overlaps with the semiconductor film 1430. In addition,
The conductive film 1433 is electrically connected to the wiring 1421.

また、ゲート絶縁膜1431上において導電膜1433と重なる位置に、導電膜1435
が設けられている。ゲート絶縁膜1431を間に挟んで導電膜1433及び導電膜143
5が重なっている部分が、容量素子103として機能する。
Further, the conductive film 1435 is provided over the gate insulating film 1431 so as to overlap with the conductive film 1433.
Is provided. The conductive film 1433 and the conductive film 143 have the gate insulating film 1431 interposed therebetween.
The portion where 5 overlaps functions as the capacitor 103.

なお、図12では、容量素子103がトランジスタ101と共に絶縁膜1440の上に設
けられている場合を例示しているが、容量素子103は、トランジスタ102nと共に、
絶縁膜1440の下に設けられていても良い。
Note that FIG. 12 illustrates the case where the capacitor 103 is provided over the insulating film 1440 together with the transistor 101; however, the capacitor 103 includes the transistor 102n and
The insulating film 1440 may be provided below.

そして、トランジスタ101、容量素子103上に、絶縁膜1441及び絶縁膜1442
が順に積層するように設けられている。絶縁膜1441及び絶縁膜1442には開口部が
設けられており、上記開口部においてゲート電極1434に接する導電膜1443が、絶
縁膜1442上に設けられている。
Then, the insulating film 1441 and the insulating film 1442 are formed over the transistor 101 and the capacitor 103.
Are provided in order. An opening is provided in the insulating film 1441 and the insulating film 1442, and a conductive film 1443 that is in contact with the gate electrode 1434 in the opening is provided over the insulating film 1442.

なお、図12において、トランジスタ101は、ゲート電極1434を半導体膜1430
の片側において少なくとも有していれば良いが、半導体膜1430を間に挟んで存在する
一対のゲート電極を有していても良い。
Note that in FIG. 12, the transistor 101 includes a gate electrode 1434 and a semiconductor film 1430.
At least one gate electrode may be provided, but a pair of gate electrodes existing with the semiconductor film 1430 interposed therebetween may be provided.

トランジスタ101が、半導体膜1430を間に挟んで存在する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。
In the case where the transistor 101 includes a pair of gate electrodes present with the semiconductor film 1430 interposed therebetween, a signal for controlling a conductive state or a non-conductive state is supplied to one gate electrode, and the other gate The electrode may be in a state where a potential is applied from another. In this case, the same potential may be applied to the pair of electrodes, or a fixed potential such as a ground potential may be applied 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12では、トランジスタ101が、一のゲート電極1434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101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. 12 illustrates the case where the transistor 101 has a single gate structure having one channel formation region corresponding to one gate electrode 1434. However, the transistor 101 may have a multi-gate structure in which a plurality of channel formation regions are included in one active layer by including a plurality of electrically connected gate electrodes.

また、半導体膜1430は、単膜の酸化物半導体で構成されているとは限らず、積層され
た複数の酸化物半導体で構成されていても良い。例えば半導体膜1430が、3層に積層
されて構成されている場合のトランジスタ1110Aの構成例を、図13(A)に示す。
Further, the semiconductor film 1430 is not necessarily formed of a single oxide semiconductor, and may be formed of a plurality of stacked oxide semiconductors. For example, FIG. 13A illustrates a configuration example of the transistor 1110A in the case where the semiconductor film 1430 is stacked in three layers.

図13(A)に示すトランジスタ1110Aは、絶縁膜1440の上に設けられた半導体
膜1430と、半導体膜1430と電気的に接続されている導電膜1432、及び導電膜
1433と、ゲート絶縁膜1431と、ゲート絶縁膜1431上に半導体膜1430と重
畳するように設けられたゲート電極1434と、を有する。
A transistor 1110A illustrated in FIG. 13A includes a semiconductor film 1430 provided over the insulating film 1440, a conductive film 1432 and a conductive film 1433 which are electrically connected to the semiconductor film 1430, and a gate insulating film 1431. And a gate electrode 1434 provided so as to overlap with the semiconductor film 1430 over the gate insulating film 1431.

そして、トランジスタ1110Aでは、半導体膜1430として、酸化物半導体層830
a乃至酸化物半導体層830cが、絶縁膜1440側から順に積層されている。
In the transistor 1110A, the oxide semiconductor layer 830 is used as the semiconductor film 1430.
a to an oxide semiconductor layer 830c are stacked in that order from the insulating film 1440 side.

そして、酸化物半導体層830a及び酸化物半導体層830cは、酸化物半導体層830
bを構成する金属元素の少なくとも1つを、その構成要素に含み、伝導帯下端のエネルギ
ーが酸化物半導体層830bよりも0.05eV以上、0.07eV以上、0.1eV以
上又は0.15eV以上、かつ2eV以下、1eV以下、0.5eV以下又は0.4eV
以下、真空準位に近い酸化物膜である。さらに、酸化物半導体層830bは、少なくとも
インジウムを含むと、キャリア移動度が高くなるため好ましい。
The oxide semiconductor layer 830a and the oxide semiconductor layer 830c are formed of the oxide semiconductor layer 830.
The constituent element contains at least one of the metal elements constituting b, and the energy at the lower end of the conduction band is 0.05 eV or more, 0.07 eV or more, 0.1 eV or more, or 0.15 eV or more than the oxide semiconductor layer 830b. And 2 eV or less, 1 eV or less, 0.5 eV or less, or 0.4 eV
Hereinafter, the oxide film is close to a vacuum level. Further, the oxide semiconductor layer 830b preferably contains at least indium because carrier mobility is increased.

なお酸化物半導体層830cは、図13(B)に示すように、導電膜1432及び導電膜
1433の上層でゲート絶縁膜1431と重畳させて設ける構成としてもよい。
Note that as illustrated in FIG. 13B, the oxide semiconductor layer 830c may be provided over the conductive films 1432 and 1433 so as to overlap with the gate insulating film 1431.

本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせて実施することが可能である。 This embodiment can be implemented in free combination with any of the other embodiments.

(実施の形態6)
本発明の一態様に係る半導体装置またはプログラマブルロジックデバイスは、表示機器、
パーソナルコンピュータ、記録媒体を備えた画像再生装置(代表的にはDVD:Digi
tal Versatile Disc等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるデ
ィスプレイを有する装置)、2次電池などのバッテリーを制御または保護するための回路
などに用いることができる。その他に、本発明の一態様に係る半導体装置またはプログラ
マブルロジックデバイスを用いることができる電子機器として、携帯電話、携帯型を含む
ゲーム機、携帯情報端末、電子書籍、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等のカメラ、
ゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲーションシステム、音
響再生装置(カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー等)、複写機、ファクシミ
リ、プリンタ、プリンタ複合機、現金自動預け入れ払い機(ATM)、自動販売機などが
挙げられる。これら電子機器の具体例を図14に示す。
(Embodiment 6)
A semiconductor device or a programmable logic device according to one embodiment of the present invention includes a display device,
Personal computer, image reproducing apparatus equipped with a recording medium (typically DVD: Digi)
a device having a display capable of reproducing a recording medium such as a tal Versatile Disc and displaying an image thereof), and a circuit for controlling or protecting a battery such as a secondary battery. In addition, as an electronic device in which the semiconductor device or the programmable logic device according to one embodiment of the present invention can be used, a mobile phone, a game machine including a portable type, a portable information terminal, an electronic book, a video camera, a digital still camera, and the like camera,
Goggle type display (head-mounted display), navigation system, sound playback device (car audio, digital audio player, etc.), copier, facsimile, printer, printer multifunction device, automatic teller machine (ATM), vending machine, etc. Can be mentioned. Specific examples of these electronic devices are shown in FIGS.

図14(A)は携帯型ゲーム機であり、筐体5001、筐体5002、表示部5003、
表示部5004、マイクロフォン5005、スピーカー5006、操作キー5007、ス
タイラス5008等を有する。なお、図14(A)に示した携帯型ゲーム機は、2つの表
示部5003と表示部5004とを有しているが、携帯型ゲーム機が有する表示部の数は
、これに限定されない。
FIG. 14A illustrates a portable game machine, which includes a housing 5001, a housing 5002, a display portion 5003,
A display portion 5004, a microphone 5005, a speaker 5006, operation keys 5007, a stylus 5008, and the like are included. Note that although the portable game machine illustrated in FIG. 14A includes the two display portions 5003 and the display portion 5004, the number of display portions included in the portable game device is not limited thereto.

図14(B)は携帯情報端末であり、第1筐体5601、第2筐体5602、第1表示部
5603、第2表示部5604、接続部5605、操作キー5606等を有する。第1表
示部5603は第1筐体5601に設けられており、第2表示部5604は第2筐体56
02に設けられている。そして、第1筐体5601と第2筐体5602とは、接続部56
05により接続されており、第1筐体5601と第2筐体5602の間の角度は、接続部
5605により変更が可能である。第1表示部5603における映像を、接続部5605
における第1筐体5601と第2筐体5602との間の角度に従って、切り替える構成と
しても良い。また、第1表示部5603及び第2表示部5604の少なくとも一方に、位
置入力装置としての機能が付加された表示装置を用いるようにしても良い。なお、位置入
力装置としての機能は、表示装置にタッチパネルを設けることで付加することができる。
或いは、位置入力装置としての機能は、フォトセンサとも呼ばれる光電変換素子を表示装
置の画素部に設けることでも、付加することができる。
FIG. 14B illustrates a portable information terminal which includes a first housing 5601, a second housing 5602, a first display portion 5603, a second display portion 5604, a connection portion 5605, operation keys 5606, and the like. The first display portion 5603 is provided in the first housing 5601 and the second display portion 5604 is provided in the second housing 56.
02. The first housing 5601 and the second housing 5602 are connected to the connection portion 56.
05, and the angle between the first housing 5601 and the second housing 5602 can be changed by the connecting portion 5605. The video on the first display portion 5603 is displayed on the connection portion 5605.
It is good also as a structure switched according to the angle between the 1st housing | casing 5601 and the 2nd housing | casing 5602. Further, a display device to which a function as a position input device is added to at least one of the first display portion 5603 and the second display portion 5604 may be used. Note that the function as a position input device can be added by providing a touch panel on the display device.
Alternatively, the function as a position input device can be added by providing a photoelectric conversion element called a photosensor in a pixel portion of a display device.

図14(C)はノート型パーソナルコンピュータであり、筐体5401、表示部5402
、キーボード5403、ポインティングデバイス5404等を有する。
FIG. 14C illustrates a laptop personal computer, which includes a housing 5401 and a display portion 5402.
A keyboard 5403, a pointing device 5404, and the like.

図14(D)は電気冷凍冷蔵庫であり、筐体5301、冷蔵室用扉5302、冷凍室用扉
5303等を有する。
FIG. 14D illustrates an electric refrigerator-freezer, which includes a housing 5301, a refrigerator door 5302, a refrigerator door 5303, and the like.

図14(E)はビデオカメラであり、第1筐体5801、第2筐体5802、表示部58
03、操作キー5804、レンズ5805、接続部5806等を有する。操作キー580
4及びレンズ5805は第1筐体5801に設けられており、表示部5803は第2筐体
5802に設けられている。そして、第1筐体5801と第2筐体5802とは、接続部
5806により接続されており、第1筐体5801と第2筐体5802の間の角度は、接
続部5806により変更が可能である。表示部5803における映像を、接続部5806
における第1筐体5801と第2筐体5802との間の角度に従って切り替える構成とし
ても良い。
FIG. 14E illustrates a video camera, which includes a first housing 5801, a second housing 5802, and a display portion 58.
03, an operation key 5804, a lens 5805, a connection portion 5806, and the like. Operation key 580
4 and the lens 5805 are provided in the first housing 5801, and the display portion 5803 is provided in the second housing 5802. The first housing 5801 and the second housing 5802 are connected by a connection portion 5806, and the angle between the first housing 5801 and the second housing 5802 can be changed by the connection portion 5806. is there. The video on the display portion 5803 is displayed on the connection portion 5806.
It is good also as a structure switched according to the angle between the 1st housing | casing 5801 and the 2nd housing | casing 5802.

図14(F)は普通自動車であり、車体5101、車輪5102、ダッシュボード510
3、ライト5104等を有する。
FIG. 14F shows an ordinary car, which includes a car body 5101, wheels 5102, a dashboard 510.
3, light 5104 and the like.

本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせて実施することが可能である。 This embodiment can be implemented in free combination with any of the other embodiments.

100 回路
101 トランジスタ
102n トランジスタ
102p トランジスタ
103 容量素子
110 ダイオード
111 抵抗
112 導線
120 ダイオード
121 抵抗
122 導線
830a 酸化物半導体層
830b 酸化物半導体層
830c 酸化物半導体層
1100 回路
1101 トランジスタ
1102n トランジスタ
1102p トランジスタ
1103 容量素子
1110A トランジスタ
1400 半導体基板
1401 素子分離用絶縁膜
1402 不純物領域
1403 不純物領域
1404 ゲート電極
1405 ゲート絶縁膜
1409 絶縁膜
1410 配線
1411 配線
1412 配線
1415 配線
1416 配線
1417 配線
1420 絶縁膜
1421 配線
1430 半導体膜
1431 ゲート絶縁膜
1432 導電膜
1433 導電膜
1434 ゲート電極
1435 導電膜
1440 絶縁膜
1441 絶縁膜
1442 絶縁膜
1443 導電膜
2100 回路
2101 トランジスタ
2102n トランジスタ
2102p トランジスタ
2103 容量素子
5001 筐体
5002 筐体
5003 表示部
5004 表示部
5005 マイクロフォン
5006 スピーカー
5007 操作キー
5008 スタイラス
5101 車体
5102 車輪
5103 ダッシュボード
5104 ライト
5301 筐体
5302 冷蔵室用扉
5303 冷凍室用扉
5401 筐体
5402 表示部
5403 キーボード
5404 ポインティングデバイス
5601 筐体
5602 筐体
5603 表示部
5604 表示部
5605 接続部
5606 操作キー
5801 筐体
5802 筐体
5803 表示部
5804 操作キー
5805 レンズ
5806 接続部
8100 回路
8101 トランジスタ
8102n トランジスタ
8108 記憶手段
8110 ダイオード
8111 抵抗
8112 導線
100 circuit 101 transistor 102n transistor 102p transistor 103 capacitor 110 diode 111 resistor 112 conductor 120 diode 121 resistor 122 conductor 830a oxide semiconductor layer 830b oxide semiconductor layer 830c oxide semiconductor layer 1100 circuit 1101 transistor 1102n transistor 1102p transistor 1103 capacitor element 1101A Transistor 1400 Semiconductor substrate 1401 Element isolation insulating film 1402 Impurity region 1403 Impurity region 1404 Gate electrode 1405 Gate insulating film 1409 Insulating film 1410 Wiring 1411 Wiring 1412 Wiring 1415 Wiring 1416 Wiring 1417 Wiring 1420 Insulating film 1421 Wiring 1430 Semiconductor film 1431 Gate insulating film 1432 conductive film 1433 conductive film 1434 gate Electrode 1435 Conductive film 1440 Insulating film 1441 Insulating film 1442 Insulating film 1443 Conductive film 2100 Circuit 2101 Transistor 2102n Transistor 2102p Transistor 2103 Capacitance element 5001 Case 5002 Case 5003 Display portion 5004 Display portion 5005 Microphone 5006 Speaker 5007 Operation key 5008 Stylus 5101 Body 5102 Wheel 5103 Dashboard 5104 Light 5301 Case 5302 Refrigeration room door 5303 Freezer compartment door 5401 Case 5402 Display unit 5403 Keyboard 5404 Pointing device 5601 Case 5602 Case 5603 Display unit 5604 Display unit 5605 Connection unit 5606 Operation key 5801 Housing 5802 Housing 5803 Display portion 5804 Operation key 5805 Lens 5806 Connection portion 100 circuit 8101 transistor 8102n transistor 8108 storage unit 8110 diode 8111 resistance 8112 conductor

Claims (2)

第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、第3のトランジスタと、第4のトランジスタと、第1の容量素子と、第2の容量素子と、を有し、
前記第1のトランジスタは、第1の酸化物半導体層にチャネル形成領域を有し、
前記第3のトランジスタは、第2の酸化物半導体層にチャネル形成領域を有し、
前記第2のトランジスタのゲートは前記第1のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
前記第4のトランジスタのゲートは前記第3のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
前記第1の容量素子の一対の電極のうちの一方は前記第2のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
前記第2の容量素子の一対の電極のうちの一方は前記第4のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
前記第1の容量素子の一対の電極のうちの他方は前記第2のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
前記第2の容量素子の一対の電極のうちの他方は前記第4のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
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他方と電気的に接続され、
前記第1のトランジスタがオフ状態となることによって、前記第2のトランジスタのゲートが浮遊状態となり、
前記第3のトランジスタがオフ状態となることによって、前記第4のトランジスタのゲートが浮遊状態となり、
前記第1のトランジスタは、第1の酸化物半導体層を間に挟んで第1のゲート電極及び第2のゲート電極を有し、
前記第1のゲート電極は、前記第1のトランジスタの閾値電圧を制御する機能を有し、
前記第2のトランジスタは、第2の酸化物半導体層を間に挟んで第3のゲート電極及び第4のゲート電極を有し、
前記第3のゲート電極は、前記第2のトランジスタの閾値電圧を制御する機能を有することを特徴とする半導体装置。
A first transistor, a second transistor, a third transistor, a fourth transistor, a first capacitor, and a second capacitor;
The first transistor has a channel formation region in a first oxide semiconductor layer;
The third transistor has a channel formation region in the second oxide semiconductor layer;
A gate of the second transistor is electrically connected to one of a source or a drain of the first transistor;
A gate of the fourth transistor is electrically connected to one of a source and a drain of the third transistor;
One of the pair of electrodes of the first capacitor is electrically connected to the gate of the second transistor;
One of the pair of electrodes of the second capacitor element is electrically connected to the gate of the fourth transistor;
The other of the pair of electrodes of the first capacitor is electrically connected to one of a source or a drain of the second transistor;
The other of the pair of electrodes of the second capacitor 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 second transistor is electrically connected to the other of the source and the drain of the fourth transistor;
When the first transistor is turned off, the gate of the second transistor is in a floating state,
When the third transistor is turned off, the gate of the fourth transistor is in a floating state,
The first transistor has a first gate electrode and a second gate electrode with a first oxide semiconductor layer interposed therebetween,
The first gate electrode has a function of controlling a threshold voltage of the first transistor;
The second transistor includes a third gate electrode and a fourth gate electrode with a second oxide semiconductor layer interposed therebetween,
The semiconductor device, wherein the third gate electrode has a function of controlling a threshold voltage of the second transistor.
第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、第3のトランジスタと、第4のトランジスタと、第1の容量素子と、第2の容量素子と、を有し、
前記第1のトランジスタは、第1の酸化物半導体層にチャネル形成領域を有し、
前記第3のトランジスタは、第2の酸化物半導体層にチャネル形成領域を有し、
前記第2のトランジスタのゲートは前記第1のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
前記第4のトランジスタのゲートは前記第3のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
前記第1の容量素子の一対の電極のうちの一方は前記第2のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
前記第2の容量素子の一対の電極のうちの一方は前記第4のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
前記第1の容量素子の一対の電極のうちの他方は前記第2のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
前記第2の容量素子の一対の電極のうちの他方は前記第4のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
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他方と電気的に接続され、
前記第1のトランジスタがオフ状態となることによって、前記第2のトランジスタのゲートが浮遊状態となり、
前記第3のトランジスタがオフ状態となることによって、前記第4のトランジスタのゲートが浮遊状態となり、
前記第1のトランジスタは、第1の酸化物半導体層を間に挟んで第1のゲート電極及び第2のゲート電極を有し、
前記第1のゲート電極には、前記第2のゲート電極に与えられる信号とは異なる信号が与えられ、
前記第2のトランジスタは、第2の酸化物半導体層を間に挟んで第3のゲート電極及び第4のゲート電極を有し、
前記第3のゲート電極には、前記第4のゲート電極に与えられる信号とは異なる信号が与えられることを特徴とする半導体装置。
A first transistor, a second transistor, a third transistor, a fourth transistor, a first capacitor, and a second capacitor;
The first transistor has a channel formation region in a first oxide semiconductor layer;
The third transistor has a channel formation region in the second oxide semiconductor layer;
A gate of the second transistor is electrically connected to one of a source or a drain of the first transistor;
A gate of the fourth transistor is electrically connected to one of a source and a drain of the third transistor;
One of the pair of electrodes of the first capacitor is electrically connected to the gate of the second transistor;
One of the pair of electrodes of the second capacitor element is electrically connected to the gate of the fourth transistor;
The other of the pair of electrodes of the first capacitor is electrically connected to one of a source or a drain of the second transistor;
The other of the pair of electrodes of the second capacitor 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 second transistor is electrically connected to the other of the source and the drain of the fourth transistor;
When the first transistor is turned off, the gate of the second transistor is in a floating state,
When the third transistor is turned off, the gate of the fourth transistor is in a floating state,
The first transistor has a first gate electrode and a second gate electrode with a first oxide semiconductor layer interposed therebetween,
A signal different from the signal given to the second gate electrode is given to the first gate electrode,
The second transistor includes a third gate electrode and a fourth gate electrode with a second oxide semiconductor layer interposed therebetween,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a signal different from a signal applied to the fourth gate electrode is applied to the third gate electrode.
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