JP2019213202A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
ュファクチャ、又は組成物(コンポジション・オブ・マター)に関する。また、本発明の
一態様は、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、それらの駆動方法又
はそれらの製造方法に関する。特に、本発明の一態様は、酸化物半導体を含む半導体装置
、表示装置、又は発光装置に関する。
全般を指す。表示装置、電気光学装置、半導体回路及び電子機器は、半導体装置を有する
場合がある。
entral Processing Unit)などの半導体装置は、その用途によっ
て多種多様な構成を有している。PLDにはレジスタ及びコンフィギュレーションメモリ
、CPUにはレジスタ及びキャッシュメモリなど、記憶装置が設けられていることが多い
。
み及び読み出しなどの動作が高速であることが求められる。よって、レジスタとしてはフ
リップフロップが、コンフィギュレーションメモリ及びキャッシュメモリとしてはSRA
M(Static Random Access Memory)が用いられることが多
い。
細化に伴いリーク電流の増大が顕在化し、消費電力が増大するといった問題がある。そこ
で消費電力を抑えるため、例えばデータの入出力が行われない期間において、半導体装置
への電源電位の供給を停止することが試みられている。
れるSRAMは、揮発性である。よって、半導体装置への電源電位の供給を停止する場合
には、電源電位の供給を再開後にレジスタ及びキャッシュメモリ等の揮発性の記憶装置に
おいて消失したデータを復元することが必要となる。
されている。例えば、特許文献1では、電源電位の供給を停止する前にフリップフロップ
などに保持されているデータを強誘電体メモリへと退避させ、電源電位の供給を再開した
後に強誘電体メモリに退避されているデータをフリップフロップなどに復元する技術が開
示されている。
は、本発明の一態様は、消費電力を低減する半導体装置の駆動方法を提供することを課題
の一とする。又は、本発明の一態様は、電源電位の供給の停止と再開に伴う動作遅延を抑
制する半導体装置を提供することを課題の一とする。又は、本発明の一態様は、電源電位
の供給の停止と再開に伴う動作遅延を抑制する半導体装置の駆動方法を提供することを課
題の一とする。又は、本発明の一態様は、新規な半導体装置及びその駆動方法を提供する
ことを課題の一とする。
態様は、これらの課題の全て解決する必要はない。また、列記した以外の課題が、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、これらの課題も、本発
明の一形態の課題となり得る。
のノードと、第2のノードと、を有する。第2の回路は、第1乃至第6のトランジスタと
、第3のノードと、第4のノードと、第1の配線と、を有する。第3の回路は、第7乃至
第9のトランジスタと、第1乃至第Nのインバータ回路(Nは2以上の偶数)と、第2の
配線と、を有する。第1のノードは、第1の電位及び第2の電位の一方を保持する機能を
有する。第2のノードは、第1の電位及び第2の電位の他方を保持する機能を有する。第
1のノードは、第1のトランジスタを介して、第3のノードに電気的に接続される。第1
のノードは、第5及び第6のトランジスタを介して、第1の配線に電気的に接続される。
第2のノードは、第4のトランジスタを介して、第4のノードに電気的に接続される。第
2のノードは、第2及び第3のトランジスタを介して、第1の配線に電気的に接続される
。第2のトランジスタのゲートは、第3のノードに電気的に接続される。第5のトランジ
スタのゲートは、第4のノードに電気的に接続される。第7のトランジスタのソース及び
ドレインの一方は、第3のノードに電気的に接続される。第7のトランジスタのソース及
びドレインの他方は、第1乃至第Nのインバータ回路を介して、第2の配線に電気的に接
続される。第7のトランジスタのゲートは、第9のトランジスタを介して、第2の配線に
電気的に接続される。第8のトランジスタのソース及びドレインの一方は、第4のノード
に電気的に接続される。第8のトランジスタのソース及びドレインの他方は、第1乃至第
Nのインバータ回路を介して、第2の配線に電気的に接続される。第8のトランジスタの
ゲートは、第9のトランジスタを介して、第2の配線に電気的に接続される。第1の配線
は、第2の電位が与えられる。第2の配線は、第1の電位が与えられる。第1、第4、第
7及び第8のトランジスタは、チャネル形成領域に酸化物半導体を有することが好ましい
。
のノードと、第2のノードと、を有する。第2の回路は、第1乃至第6のトランジスタと
、第3のノードと、第4のノードと、第1の配線と、を有する。第3の回路は、第7及び
第8のトランジスタと、第2の配線と、を有する。第1のノードは、第1の電位及び第2
の電位の一方を保持する機能を有する。第2のノードは、第1の電位及び第2の電位の他
方を保持する機能を有する。第1のノードは、第1のトランジスタを介して、第3のノー
ドに電気的に接続される。第1のノードは、第5及び第6のトランジスタを介して、第1
の配線に電気的に接続される。第2のノードは、第4のトランジスタを介して、第4のノ
ードに電気的に接続される。第2のノードは、第2及び第3のトランジスタを介して、第
1の配線に電気的に接続される。第2のトランジスタのゲートは、第3のノードに電気的
に接続される。第5のトランジスタのゲートは、第4のノードに電気的に接続される。第
2の配線は、第7のトランジスタを介して、第3のノードに電気的に接続される。第2の
配線は、第8のトランジスタを介して、第4のノードに電気的に接続される。第1の配線
は、第2の電位が与えられる。第2の配線は、第1の電位が与えられる。第1、第4、第
7及び第8のトランジスタは、チャネル形成領域に酸化物半導体を有することが好ましい
。
た状態において、第1のノードに与えられた電位を保持する。第4のノードは、第1乃至
第3の回路への電源電位の供給が停止された状態において、第2のノードに与えられた電
位を保持する。
のノードと、第2のノードと、を有する。第2の回路は、第1及び第2のインバータ回路
と、第1乃至第6のトランジスタと、第3のノードと、第4のノードと、第1の配線と、
を有する。第3の回路は、第7乃至第9のトランジスタと、第3乃至第Nのインバータ回
路(Nは4以上の偶数)と、第2の配線と、を有する。第1のノードは、第1の電位及び
第2の電位の一方を保持する機能を有する。第2のノードは、第1の電位及び第2の電位
の他方を保持する機能を有する。第1のノードは、第1のインバータ回路及び第1のトラ
ンジスタを介して、第3のノードに電気的に接続される。第1のノードは、第2及び第3
のトランジスタを介して、第1の配線に電気的に接続される。第2のノードは、第2のイ
ンバータ回路及び第4のトランジスタを介して、第4のノードに電気的に接続される。第
2のノードは、第5及び第6のトランジスタを介して、第1の配線に電気的に接続される
。第2のトランジスタのゲートは、第3のノードに電気的に接続される。第5のトランジ
スタのゲートは、第4のノードに電気的に接続される。第7のトランジスタのソース及び
ドレインの一方は、第3のノードに電気的に接続される。第7のトランジスタのソース及
びドレインの他方は、第3乃至第Nのインバータ回路を介して、第2の配線に電気的に接
続される。第7のトランジスタのゲートは、第9のトランジスタを介して、第2の配線に
電気的に接続される。第8のトランジスタのソース及びドレインの一方は、第4のノード
に電気的に接続される。第8のトランジスタのソース及びドレインの他方は、第3乃至第
Nのインバータ回路を介して、第2の配線に電気的に接続される。第8のトランジスタの
ゲートは、第9のトランジスタを介して、第2の配線に電気的に接続される。第1の配線
は、第2の電位が与えられる。第2の配線は、第1の電位が与えられる。第1、第4、第
7及び第8のトランジスタは、チャネル形成領域に酸化物半導体を有することが好ましい
。
のノードと、第2のノードと、を有する。第2の回路は、第1及び第2のインバータ回路
と、第1乃至第6のトランジスタと、第3のノードと、第4のノードと、第1の配線と、
を有する。第3の回路は、第7及び第8のトランジスタと、第2の配線と、を有する。第
1のノードは、第1の電位及び第2の電位の一方を保持する機能を有する。第2のノード
は、第1の電位及び第2の電位の他方を保持する機能を有する。第1のノードは、第1の
インバータ回路及び第1のトランジスタを介して、第3のノードに電気的に接続される。
第1のノードは、第2及び第3のトランジスタを介して、第1の配線に電気的に接続され
る。第2のノードは、第2のインバータ回路及び第4のトランジスタを介して、第4のノ
ードに電気的に接続される。第2のノードは、第5及び第6のトランジスタを介して、第
1の配線に電気的に接続される。第2のトランジスタのゲートは、第3のノードに電気的
に接続される。第5のトランジスタのゲートは、第4のノードに電気的に接続される。第
2の配線は、第7のトランジスタを介して、第3のノードに電気的に接続される。第2の
配線は、第8のトランジスタを介して、第4のノードに電気的に接続される。第1の配線
は、第2の電位が与えられる。第2の配線は、第1の電位が与えられる。第1、第4、第
7及び第8のトランジスタは、チャネル形成領域に酸化物半導体を有することが好ましい
。
た状態において、第2のノードに与えられた電位を保持する。第4のノードは、第1乃至
第3の回路への電源電位の供給が停止された状態において、第1のノードに与えられた電
位を保持する。
カー、操作キー、または、筐体と、を有する電子機器である。
とも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン(ドレイン端子、ドレイン領域又
はドレイン電極)とソース(ソース端子、ソース領域又はソース電極)の間にチャネル領
域を有しており、ドレインとチャネル領域とソースとを介して電流を流すことができるも
のである。
、いずれがソース又はドレインであるかを限定することが困難である。そこで、ソースと
して機能する部分、及びドレインとして機能する部分を、ソース又はドレインと呼ばず、
ソースとドレインとの一方を第1電極と表記し、ソースとドレインとの他方を第2電極と
表記する場合がある。
を避けるために付したものであり、数的に限定するものではないことを付記する。
るものの他、電気的に接続されているものを含むものとする。ここで、AとBとが電気的
に接続されているとは、AとBとの間で、何らかの電気的作用を有する対象物が存在する
とき、AとBとの電気信号の授受を可能とするものをいう。
さず)、Xと電気的に接続され、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)が、Z
2を介して(又は介さず)、Yと電気的に接続されている場合や、トランジスタのソース
(又は第1の端子など)が、Z1の一部と直接的に接続され、Z1の別の一部がXと直接
的に接続され、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)が、Z2の一部と直接的
に接続され、Z2の別の一部がYと直接的に接続されている場合では、以下のように表現
することが出来る。
の端子など)とは、互いに電気的に接続されており、X、トランジスタのソース(又は第
1の端子など)、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)、Yの順序で電気的に
接続されている。」と表現することができる。または、「トランジスタのソース(又は第
1の端子など)は、Xと電気的に接続され、トランジスタのドレイン(又は第2の端子な
ど)はYと電気的に接続され、X、トランジスタのソース(又は第1の端子など)、トラ
ンジスタのドレイン(又は第2の端子など)、Yは、この順序で電気的に接続されている
」と表現することができる。または、「Xは、トランジスタのソース(又は第1の端子な
ど)とドレイン(又は第2の端子など)とを介して、Yと電気的に接続され、X、トラン
ジスタのソース(又は第1の端子など)、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など
)、Yは、この接続順序で設けられている」と表現することができる。これらの例と同様
な表現方法を用いて、回路構成における接続の順序について規定することにより、トラン
ジスタのソース(又は第1の端子など)と、ドレイン(又は第2の端子など)とを、区別
して、技術的範囲を決定することができる。なお、これらの表現方法は、一例であり、こ
れらの表現方法に限定されない。ここで、X、Y、Z1、Z2は、対象物(例えば、装置
、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、など)であるとする。
係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。また、構成同士の位置関係は
、各構成を描写する方向に応じて適宜変化するものである。従って、明細書で説明した語
句に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
ものであり、異なる回路ブロックで別々の機能を実現するよう示していても、実際の回路
や領域においては同じ回路ブロックで別々の機能を実現しうるように設けられている場合
もある。また図面におけるブロック図の各回路ブロックの機能は、説明のため機能を特定
するものであり、一つの回路ブロックとして示していても、実際の回路や領域においては
一つの回路ブロックで行う処理を、複数の回路ブロックで行うよう設けられている場合も
ある。
ネル型トランジスタでは、ゲートとソースの間の電圧差(Vgs)がしきい値電圧(Vt
h)よりも高い状態、pチャネル型トランジスタでは、VgsがVthよりも低い状態を
いう。また、トランジスタがオフ状態(単にオフと呼ぶ場合もある)とは、nチャネル型
トランジスタでは、VgsがVthよりも低い状態、pチャネル型トランジスタでは、V
gsがVthよりも高い状態をいう。また、本明細書において、オフ電流とは、トランジ
スタがオフ状態にあるときのドレイン電流をいう。例えば、nチャネル型のトランジスタ
のオフ電流とは、VgsがVthよりも低いときのドレイン電流を言う場合がある。トラ
ンジスタのオフ電流は、Vgsに依存する場合がある。従って、トランジスタのオフ電流
が10−21A以下である、とは、トランジスタのオフ電流が10−21A以下となるV
gsの値が存在することを言う場合がある。
合がある。本明細書において、オフ電流は、特に記載がない場合、Vdsの絶対値が0.
1V、0.8V、1V、1.2V、1.8V,2.5V,3V、3.3V、10V、12
V、16V、または20Vにおけるオフ電流を表す場合がある。または、当該トランジス
タが含まれる半導体装置等に要求されるVds、または、当該トランジスタが含まれる半
導体装置等において使用されるVdsにおけるオフ電流、を表す場合がある。
は、本発明の一態様により、消費電力を低減する半導体装置の駆動方法を提供することが
可能になる。又は、本発明の一態様により、電源電位の供給の停止と再開に伴う動作遅延
を抑制する半導体装置を提供することが可能になる。又は、本発明の一態様により、電源
電位の供給の停止と再開に伴う動作遅延を抑制する半導体装置の駆動方法を提供すること
が可能になる。又は、本発明の一態様は、新規な半導体装置及びその駆動方法を提供する
ことが可能になる。
態様は、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、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、これら以外の効果を抽出することが可能である。
る態様で実施することが可能であり、趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及
び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は、
以下の実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお図面は、理想的な例を模
式的に示したものであり、図面に示す形状又は値などに限定されない。例えば、ノイズに
よる信号、電圧、若しくは電流のばらつき、又は、タイミングのずれによる信号、電圧、
若しくは電流のばらつきなどを含むことが可能である。また、以下に説明する実施の形態
および実施例において、同一部分又は同様の機能を有する部分には同一の符号を異なる図
面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
本実施の形態では、本発明の一態様である半導体装置の回路構成及びその駆動方法につい
て説明する。
図1及び図2に示す回路図は、本発明の一態様である半導体装置の回路図である。図1に
示す半導体装置10は、記憶回路100(第1の記憶回路ともいう)と記憶回路120(
第2の記憶回路ともいう)とに大別することができる。また、図2に示す半導体装置11
は、図1に示す半導体装置10に、プリチャージ回路130を追加したものである。
図1に示す記憶回路100は、電源電位の供給が継続されている期間において、データに
対応する電位の保持ができる回路である。
ンバータ回路104及びスイッチ105を有している。また、記憶回路100は、電源電
位が供給されている期間において、1又は0に対応する電位をデータとして保持すること
が可能なノードNode_1及びノードNode_2を有する。
入力され、信号Qを出力する。
1の出力端子はノードNode_2に接続されている。
2の出力端子はスイッチ105の一方の端子に接続されている。またスイッチ105の他
方の端子はノードNode_1に接続されている。スイッチ105は反転クロック信号C
Bによってオン又はオフが制御される。
チ103の他方の端子はノードNode_1に接続されている。スイッチ103は、クロ
ック信号Cによってオン又はオフが制御される。
4の出力端子は、データ信号Qを与える配線に接続されている。
が電源電位として供給される。この電位V1及び電位V2が、記憶回路100の電源電位
として供給される。インバータ回路101、102、104は、入力端子に電位V1を印
加すると出力端子に電位V2を出力し、入力端子に電位V2を印加すると出力端子に電位
V1を出力する。
Sとする。なお電位V2は、グラウンド電位GNDでもよい。
Node_1、ノードNode_2の電位が電位V1であることに対応するものとして説
明する。また、ノードNode_1、ノードNode_2にデータ「0」を保持するとは
、ノードNode_1、ノードNode_2の電位が電位V2であることに対応するもの
として説明する。
ードまたは各端子に、保持または印加される電位を「Hレベル」の電位、電位V2に基づ
いて各ノードまたは各端子に、保持または印加される電位を「Lレベル」の電位というこ
ともある。
持される関係にある。すなわち、ノードNode_1は、Hレベル及びLレベルの一方の
電位を保持し、ノードNode_2は、Hレベル及びLレベルの他方の電位を保持する。
イッチ103及び105には、トランジスタを用いることもできる。
ックドインバータを用いることで一つの構成としてもよい。
ップフロップ、又はラッチ回路などを用いることができる。記憶回路100は、適用する
データの種類に応じて、レジスタであれば、D型レジスタ、T型レジスタ、JK型レジス
タ、又はRS型レジスタのいずれかを用いることができる。また、記憶回路100は、適
用するデータの種類に応じて、フリップフロップであれば、D型フリップフロップ、T型
フリップフロップ、JK型フリップフロップ、又はRS型フリップフロップのいずれかを
用いることができる。
において、記憶回路120に退避される(図中、点線矢印Save)。記憶回路120に
退避された電位は、電源電位の供給が再開する期間において、記憶回路100に復元され
る。なお記憶回路100のノードNode_1、Node_2に保持される電位は、電源
電位の供給が停止すると共に、消失する。
を電位V1から電位V2に切り替えることで、電位V1と電位V2の電位差(V1−V2
)を0に切り替えることをいう。例えば、半導体装置10における電源電位の供給の停止
は、電位V1が与えられる配線と記憶回路100との間にスイッチを設け、該スイッチを
オンからオフに切り替えることでもよい。例えば、半導体装置10における電源電位の供
給の停止は、電位V2が与えられる配線と記憶回路100との間にスイッチを設け、該ス
イッチをオンからオフに切り替えることでもよい。
を電位V2から電位V1に切り替えることで、電位V1と電位V2の電位差(V1−V2
)を0から0を超える値に切り替えることをいう。例えば、半導体装置10における電源
電位の供給の再開は、電位V1が与えられる配線と記憶回路100との間にスイッチを設
け、該スイッチをオフからオンに切り替えることでもよい。例えば、半導体装置10にお
ける電源電位の供給の再開は、電位V2が与えられる配線と記憶回路100との間にスイ
ッチを設け、該スイッチをオフからオンに切り替えることでもよい。
を電位V1で保持することで、電位V1と電位V2の電位差(V1−V2)が0を超える
値となる電位V1の印加を継続することをいう。例えば、半導体装置10における電源電
位の供給の継続は、電位V1が与えられる配線と記憶回路100との間にスイッチを設け
、該スイッチをオンにし続けることで行ってもよい。例えば、半導体装置10における電
源電位の供給の継続は、電位V2が与えられる配線と記憶回路100との間にスイッチを
設け、該スイッチをオンにし続けることで行ってもよい。
図1に示す記憶回路120は、電源電位の供給が停止されている期間において、データに
対応する電位の保持ができる回路である。
トランジスタ124と、トランジスタ125と、容量素子126と、トランジスタ127
と、トランジスタ128を有する。また、記憶回路120は、少なくとも電源電位の供給
が停止している期間において、1又は0に対応する電位をデータとして保持することが可
能なノードNode_3及びノードNode_4を有する。
de_1の電位を保持する。ノードNode_4は、少なくとも電源電位の供給が停止す
る期間において、ノードNode_2の電位を保持する。
に接続されている。トランジスタ121のソース及びドレインの一方はノードNode_
1に接続されている。トランジスタ121のソース及びドレインの他方はノードNode
_3に接続されている。なおトランジスタ121は、一例として、nチャネル型のトラン
ジスタとして説明する。
他方の電極は電位V2が与えられる配線に接続されている。なお容量素子122は、トラ
ンジスタ123のゲート容量等を大きくしておくことで、省略することが可能である。
3のソース及びドレインの一方は電位V2が与えられる配線に接続されている。なおトラ
ンジスタ123は、一例として、nチャネル型のトランジスタとして説明する。
に接続されている。トランジスタ124のソース及びドレインの一方はトランジスタ12
3のソース及びドレインの他方に接続されている。トランジスタ124のソース及びドレ
インの他方はノードNode_2に接続されている。なおトランジスタ124は、一例と
して、nチャネル型のトランジスタとして説明する。
トランジスタ125のソース及びドレインの一方はノードNode_2に接続されている
。トランジスタ125のソース及びドレインの他方はノードNode_4に接続されてい
る。なおトランジスタ125は、一例として、nチャネル型のトランジスタとして説明す
る。
他方の電極は電位V2が与えられる配線に接続されている。なお容量素子126は、トラ
ンジスタ127のゲート容量等を大きくしておくことで、省略することが可能である。
7のソース及びドレインの一方は電位V2が与えられる配線に接続されている。なおトラ
ンジスタ127は、一例として、nチャネル型のトランジスタとして説明する。
ランジスタ128のソース及びドレインの一方はトランジスタ127のソース及びドレイ
ンの他方に接続されている。トランジスタ128のソース及びドレインの他方はノードN
ode_1に接続されている。なおトランジスタ128は、一例として、nチャネル型の
トランジスタとして説明する。
替えるための信号である。また制御信号Saveは、ノードNode_2とノードNod
e_4との間の導通状態を切り替えるための信号である。図1の回路構成において、ノー
ドNode_1とノードNode_3との間、及びノードNode_2とノードNode
_4との間は、制御信号SaveがHレベルで導通状態となり、Lレベルで非導通状態と
なる。
、Node_2のデータは、ノードNode_3、Node_4に格納することができる
。また、制御信号SaveをLレベルに切り替えることで、ノードNode_3、Nod
e_4は、電気的にフローティングとなり、データを電位として保持し続けることができ
る。
他方との導通状態を切り替えるための信号である。また制御信号Loadは、ノードNo
de_1とトランジスタ127のソース及びドレインの他方との導通状態を切り替えるた
めの信号である。図1の回路構成において、ノードNode_2とトランジスタ123の
ソース及びドレインの他方との間、及びノードNode_1とトランジスタ127のソー
ス及びドレインの他方との間は、制御信号LoadがHレベルで導通状態となり、Lレベ
ルで非導通状態となる。
ode_4に電位として保持されるデータは、電源電位の供給再開時に、制御信号Loa
dの制御により、記憶回路100のノードNode_1、Node_2に復元することが
可能である(図中、点線矢印Load)。
納されている電位V1に対応するデータ「1」を格納し、ノードNode_4にノードN
ode_2に格納されている電位V2に対応するデータ「0」を格納している場合を考え
る。なお、電源電位の供給を停止しても、ノードNode_3の電位は電位V1、ノード
Node_4の電位は電位V2を保つが、ノードNode_1、Node_2の電位は不
定値となる。
タ127よりもチャネル抵抗が低い。そのため、制御信号LoadをHレベルとして、ト
ランジスタ124及びトランジスタ128を導通状態とした場合、ノードNode_2に
接続されたトランジスタ124のソース及びドレインの他方の電位は、ノードNode_
1に接続されたトランジスタ128のソース及びドレインの他方の電位よりも低くなる。
記憶回路100側では、トランジスタ124及びトランジスタ128が導通状態となると
共に、ノードNode_1とノードNode_2とで電位差が生じることになる。
de_2を電位V2とし、ノードNode_1を電位V1とすることができる。このとき
のノードNode_1、Node_2の電位に対応するデータは、記憶回路120のノー
ドNode_3、Node_4にデータを保持した際、言い換えれば電源電位の供給を停
止する直前の、記憶回路100のノードNode_1、Node_2のデータに一致する
。
く、真性キャリア密度がシリコンよりも低い半導体材料を用いればよい。例えば、当該半
導体材料として酸化物半導体が好ましい。チャネル形成領域に酸化物半導体を用いた酸化
物半導体トランジスタはオフ電流値が著しく小さい。ノードNode_3、Node_4
に対する電荷の供給経路は、トランジスタ121、125のソース及びドレインを介する
経路のみである。ここで、トランジスタ121、125を酸化物半導体トランジスタとす
ることで、これらトランジスタがオフする期間においては、ノードNode_3、Nod
e_4の電位を概略一定に保持することが可能である。その結果、ノードNode_3、
Node_4は、電源電位が供給されるか否かに依存せずにデータを保持することが可能
である。すなわち、ノードNode_3、Node_4には記憶回路100のノードNo
de_1、Node_2で保持されているデータを退避させることが可能である。なお、
オフ電流が著しく小さいとは、室温において、チャネル幅1μmあたりの規格化されたオ
フ電流が10×10−21A以下であることをいう。
することが可能である。例えば、シリコン又はゲルマニウムなどの材料を用いることがで
きる。また、化合物半導体又は酸化物半導体を用いることも可能である。なお、トランジ
スタ123、124、127、128としては、移動度が高いトランジスタ(例えば、チ
ャネルが単結晶シリコンに形成されるトランジスタなど)を適用することが好ましい。
際に、電位V1よりも、トランジスタ121のしきい値電圧分だけ低下した電位が、デー
タとしてノードNode_3に格納されてしまう。その結果、ノードNode_2の電位
を復元させる際に、トランジスタ123のオン電流が小さくなり、復元に要する時間が長
くなってしまう。特に、ノードNode_2の電位が、何らかの処理によって、Hレベル
になっている状態でデータの復元を行うと、ノードNode_2の電位はHレベルからL
レベルへと遷移するため、なおさらデータの復元に時間を要する。ノードNode_2の
電位の復元に要する時間が長くなると、インバータ回路101、102、104において
、電位V1を与える配線と電位V2を与える配線が導通状態となる時間が長くなり、貫通
電流及び消費電力が増大してしまう。
際に、トランジスタ121はn型トランジスタであるため、ノードNode_3の電位が
上昇するにつれてトランジスタ121のゲートとソース間の電位(Vgs)が低くなり、
トランジスタ121のオン電流は減少する。その結果、Node_3に電位V1を格納す
るために必要な時間が長くなってしまう。
前に、これらノードの電位を、予めHレベルに設定(プリチャージ)することが好ましい
。
またはトランジスタ125のしきい値による、ノードNode_3またはノードNode
_4に格納する電位の低下を防ぎ、ノードNode_1またはノードNode_2のデー
タ復元に要する時間を短くすることができる。また、データの復元を高速で行うことで、
インバータ回路101、102、104に流れる貫通電流を抑制し、消費電力を低減する
ことができる。
ータの書き込み動作は、Lレベルの電位の書き込みのみ行えばよい(Hレベルの電位の書
き込みは省略できる)。Lレベルの電位の書き込みは、トランジスタ121またはトラン
ジスタ125のVgsを一定に保つことができるので、Hレベルの電位の書き込みでみら
れたオン電流の減少は発生せず、データ書き込みを短時間で済ませることができる。
以下では、上記プリチャージ動作を実現するためのプリチャージ回路130について、図
2を用いて説明を行う。なお、図2に示す記憶回路100及び記憶回路120は、図1に
示す当該回路と同一であり、説明を省略する。
させる前に、ノードNode_3、Node_4にHレベルの電位を入力することができ
る回路である。
スタ133と、トランジスタ134と、トランジスタ135と、を有する。また、プリチ
ャージ回路130は、電位V1よりも高電位を保持することができるノードFNを有する
。
インバータ回路131の出力端子はインバータ回路132の入力端子に接続される。
3のソース及びドレインの一方はプリチャージ信号PCが与えられる配線に接続され、ト
ランジスタ133のソース及びドレインの他方は、ノードFNに接続される。なおトラン
ジスタ133は、一例として、nチャネル型のトランジスタとして説明する。
ドレインの一方はインバータ回路132の出力端子に接続され、トランジスタ134のソ
ース及びドレインの他方はノードNode_3に接続される。なおトランジスタ134は
、一例として、nチャネル型のトランジスタとして説明する。
ドレインの一方はインバータ回路132の出力端子に接続され、トランジスタ135のソ
ース及びドレインの他方はノードNode_4に接続される。なおトランジスタ135は
、一例として、nチャネル型のトランジスタとして説明する。
_4への入力を制御する機能を有する。
有する。プリチャージ信号PCは、トランジスタ133を介してトランジスタ134、1
35のゲートに入力される。また、プリチャージ信号PCは、インバータ回路131、1
32を介して、トランジスタ134のソース及びドレインの一方と、トランジスタ135
のソース及びドレインの一方に入力される。インバータ回路131、132を経由したプ
リチャージ信号PCは、信号伝達に遅延が生じ、トランジスタ133を経由したプリチャ
ージ信号PCよりも遅れて、トランジスタ134、135に入力される。すなわち、トラ
ンジスタ134、135は、ゲートにHレベルの電位が与えられた後、遅れてソース及び
ドレインの一方の電位がHレベルとなる。このときに、ゲートとソース及びドレインの間
で発生する容量結合により、ノードFNの電位(トランジスタ134、135のゲート電
位)は、”V1+ΔV(ΔV>0)”となり、高電源電位である電位V1以上の電位が与
えられる。ここでΔVはゲートとソース及びドレイン間で発生する容量結合(以下、ブー
スティング効果と呼ぶ。)による増加分の電位を表す。
のしきい値電圧分だけ低下した電位が、ノードNode_3、Node_4に入力され、
プリチャージが充分に行われない可能性があるが、インバータ回路131、132が存在
することで、ブースティング効果が発生し、ノードNode_3、Node_4に充分な
Hレベルの電位を与えることができる。
ータ回路を設けたが、ブースティング効果で必要とされる遅延時間に応じて、n段(nは
2以上の偶数)のインバータ回路を設ければよい。
(ΔV>0)”となった時に電位を保持する機能を有する。
プが広く、真性キャリア密度がシリコンよりも低い半導体材料を用いればよい。例えば、
当該半導体材料として酸化物半導体が好ましい。チャネル形成領域に酸化物半導体を用い
た酸化物半導体トランジスタはオフ電流値が著しく小さい。トランジスタ134、135
を酸化物半導体トランジスタとすることで、これらトランジスタがオフする期間において
は、ノードNode_3、Node_4の電位を概略一定に保持することが可能である。
いて構成することが可能である。例えば、シリコン又はゲルマニウムなどの材料を用いる
ことができる。また、化合物半導体又は酸化物半導体を用いることも可能である。なお、
トランジスタ133及びインバータ回路131、132としては、移動度が高いトランジ
スタ(例えば、チャネルが単結晶シリコンに形成されるトランジスタなど)を適用するこ
とが好ましい。
次に、図2で示した半導体装置11の回路動作について、図3に示すタイミングチャート
を用いて説明を行う。
を表す。またCBは、反転クロック信号CBが与えられる配線の電位を表す。またDは、
データ信号Dが与えられる配線の電位を表す。またQは、信号Qが与えられる配線の電位
を表す。またSは、制御信号Saveが与えられる配線の電位を表す。またLは、制御信
号Loadが与えられる配線の電位を表す。またPCは、プリチャージ信号PCが与えら
れる配線の電位を表す。またFNは、プリチャージ回路130のノードFNの電位を表す
。またNode_3は、ノードNode_3の電位を表す。またNode_4は、ノード
Node_4の電位を表す。
明するために付したものである。
)の電位が記憶回路100に取り込まれ、信号Qの電位がHレベルになる。また、プリチ
ャージ信号PCの電位がLレベルからHレベルに変化すると、プリチャージ信号PCは、
トランジスタ133を介して、トランジスタ134、135のゲートに入力され、また、
プリチャージ信号PCは、インバータ回路131、132を介して、トランジスタ134
のソース及びドレインの一方と、トランジスタ135のソース及びドレインの一方に入力
される。前述したように、トランジスタ134、135は、ゲート電位がHレベルに変化
した後に、遅れてソース及びドレインの一方の電位がHレベルへと変化する。このとき、
ゲートとソース及びドレイン間で発生する容量結合により、ノードFNの電位(トランジ
スタ134、135のゲート電位)は、ブースティング効果で高電源電位を超える電位”
V1+ΔV(ΔV>0)”となり、ノードNode_3、Node_4にHレベルの電位
を書き込むことができる。
終了する。ノードNode_3、Node_4は電気的にフローティングとなり、Hレベ
ルの電位を維持する。
回路120へのデータの退避動作が開始される。ノードNode_3はノードNode_
1と同じHレベルの電位を維持する。一方、ノードNode_4はノードNode_2と
同じLレベルの電位に変化する。
回路120へのデータの退避動作が終了する。ノードNode_3、Node_4は電気
的にフローティングであるため、ノードNode_3の電位はHレベル、ノードNode
_4の電位はLレベルをそれぞれ維持する。
ベル)が記憶回路100に取り込まれ、信号Qの電位がLレベルになる。
。電源電位の供給を停止すれば、記憶回路100が保持していたデータは消去されてしま
うが、記憶回路120に退避させたデータは消去されずに残る。
の電位をHレベルにすると、記憶回路120から記憶回路100へのデータの復元が開始
される。ノードNode_4の電位はLレベルであるため、ノードNode_1と電位V
2が与えられる配線は非導通を維持し、ノードNode_1の電位は変化しない。一方で
、ノードNode_3の電位はHレベルであるため、ノードNode_2と電位V2が与
えられる配線は導通し、ノードNode_2の電位はLレベルに変化する。ノードNod
e_2の電位がLレベルになると、インバータ回路102によってノードNode_1の
電位がHレベルに変化する。出力データQは、退避動作が完了した時刻T3以前の電位で
あるHレベルの電位に復元される。
回路100へのデータの復元が終了する。
120へのデータ退避及び記憶回路120から記憶回路100へのデータ復元が実現でき
る。
ことができる。
本実施の形態では、本発明の一態様である半導体装置の変形例について説明する。
図4に示す半導体装置20は、図2の半導体装置11における記憶回路120を、記憶回
路120aとした場合である。なお、半導体装置20の記憶回路100及びプリチャージ
回路130は、半導体装置11と同一である。
おいて、データの電位の保持ができる回路である。
回路230が追加され、ノードNode_1、Node_2との結線関係が異なる。
e_2にデータ「0」が与えられている場合、電源電位の供給を停止する前に、ノードN
ode_3にデータ「0」が格納され、ノードNode_4にデータ「1」が格納される
。電源電位の供給が開始されると、トランジスタ127、128を介して、ノードNod
e_2に電位V2が与えられる。その結果、ノードNode_1にデータ「1」が与えら
れ、ノードNode_2にデータ「0」が与えられる。すなわち、記憶回路100は、電
源電位の供給が停止される前の状態に復帰する。
よい。
体的に説明すると、制御信号Saveの電位をHレベルにしてトランジスタ121、12
5を導通状態とする際、半導体装置11において、ノードNode_3、Node_4か
らノードNode_1、Node_2に電荷が移動することで、逆にノードNode_1
、Node_2のデータが書き換わってしまうといった誤動作が起こりえる。特にデータ
の保持特性を向上する目的で容量素子122、126の静電容量を大きくするときに前述
の誤動作が生じやすくなる。
Node_1、Node_2に電荷が移動する経路がないので、ノードNode_1、N
ode_2のデータが書き換わることが起こりにくい。そのため、容量素子122、12
6の静電容量を大きくしても前述の誤動作が生じにくい。
が可能になる。
図18に示す半導体装置21は、図2の半導体装置11におけるプリチャージ回路130
を、プリチャージ回路130aとした場合である。なお、半導体装置21の記憶回路10
0及び記憶回路120は、半導体装置11と同一である。
、インバータ回路131、132が省略されている。また、トランジスタ134、135
には信号PC1が与えられている。
しきい値を足し合わせた電位よりも、高いことが好ましい。こうすることで、Hレベルの
電位よりも、トランジスタ134、135のしきい値電圧分だけ低下した電位が、ノード
Node_3、Node_4に入力されることを防ぐことが可能になる。
21は、プリチャージ回路130aを採用することで、回路の占有面積を小さくすること
が可能になる。
よい。
図19に示す半導体装置22は、図4の半導体装置20におけるプリチャージ回路130
を、プリチャージ回路130aとした場合である。なお、半導体装置22の記憶回路10
0及び記憶回路120aは、半導体装置20と同一である。
すればよい。
くすることが可能になる。
ことができる。
本実施の形態では、本発明の一態様であるPLDについて説明する。
ックアレイ300は、アレイ状の複数のロジックエレメント(以下、LE)301を有す
る。ここでアレイ状とは、行列状にLEが周期的に配列していることを指し、配列は図5
の配列に限られない。
の配線は複数の水平な配線群303と複数の垂直な配線群304とにより構成される。配
線群とは、複数の配線からなる配線の束である。水平な配線群303と垂直な配線群30
4とが交わる部分にはスイッチ部302が設けられる。また、水平な配線群303及び垂
直な配線群304は入出力端子305に接続され、ロジックアレイ300の外部回路と信
号の授受を行う。
な配線群304に接続している。例えば、LE301の入出力端子は図5においてそれぞ
れ上下左右の側で水平な配線群303や垂直な配線群304と接続している。この入出力
端子を用いることで、LE301は他のLE301に接続することができる。任意のLE
301と、これと異なるLE301との接続経路は、スイッチ部302内に設けられた配
線間の接続を切り替えるためのスイッチによって決定される。
ンフィギュレーションデータに応じて決定される。スイッチ部302に設けられるコンフ
ィギュレーションメモリは、書き換え可能な構成とする場合、記憶するコンフィギュレー
ションデータが電源電位の供給の停止により消失しないよう、不揮発性の記憶素子を有す
る構成とすることが好ましい。
て、ルックアップテーブル(以下、LUT)311、フリップフロップ312及びマルチ
プレクサ313を有する。また図6では、LUT311及びマルチプレクサ313に接続
されて、コンフィギュレーションメモリ314、315が設けられている。
記憶するコンフィギュレーションデータが電源電位の供給の停止により消失しないよう、
不揮発性の記憶素子を有する構成とすることが好ましい。
プレクサ313の入力信号の選択情報、スイッチ部302の導通又は非導通のデータをい
う。またコンフィギュレーションメモリとは、コンフィギュレーションデータを記憶する
記憶回路をいう。
ョンデータの内容によって、定められる論理回路が異なる。そして、コンフィギュレーシ
ョンデータが確定すると、LUT311は、入力端子316に与えられた複数の入力信号
の入力値に対する、一の出力値が定まる。そして、LUT311からは、上記出力値を含
む信号が出力される。
に同期して当該信号に対応した出力信号が、マルチプレクサ313に出力される。
の出力信号とが入力されている。そして、マルチプレクサ313は、コンフィギュレーシ
ョンメモリ315に格納されているコンフィギュレーションデータに従って、上記2つの
出力信号のいずれか一方に切り替えて出力する。マルチプレクサ313からの出力信号は
、出力端子317から出力される。
記憶を行う回路に、上記実施の形態で示した半導体装置を用いることで、電源電位の供給
の停止によるフリップフロップ内のデータの消失を防ぐことができる。また、電源電位の
供給を停止する前に保持していたデータの退避を短時間で行うことができ、さらに、電源
電位の供給を再開した後、短時間で上記データを復元することができる。よって、PLD
を構成する複数のロジックエレメントにおいて、電源電位の供給の停止を行うことができ
る。従って、PLDの消費電力を小さく抑えることができる。
できる不揮発性の記憶素子の一例について図7(A)に示す。図7(A)に示す不揮発性
の記憶素子は、酸化物半導体を用いたトランジスタでコンフィギュレーションメモリを形
成する構成例である。コンフィギュレーションメモリに用いる不揮発性の記憶素子に、酸
化物半導体を用いたトランジスタのオフ電流が小さいという特性を利用してデータの保持
を行う構成を採用することで、トランジスタの作製工程によりコンフィギュレーションメ
モリを作製することができ、且つトランジスタ同士を積層して作製することができる等、
低コスト化の点でメリットが大きい。
さいということを利用する記憶回路の場合には、情報を保持する期間において、トランジ
スタには、所定の電圧が供給され続けている場合がある。例えば、トランジスタのゲート
には、トランジスタが完全にオフ状態となるような電圧が供給され続けている場合がある
。または、トランジスタのバックゲートには、トランジスタのしきい値電圧がシフトして
、トランジスタがノーマリオフ状態になるような電圧が供給され続けている場合がある。
そのような場合には、情報を保持する期間において、記憶回路に電圧が供給されているこ
とになるが、電流がほとんど流れないため、電力をほとんど消費しない。したがって、電
力をほとんど消費しないことから、仮に、所定の電圧が記憶回路に供給されているとして
も、実質的には、記憶回路は不揮発性であると表現することができる。
リ500を示す。コンフィギュレーションメモリ500は、ノードmemに保持されるコ
ンフィギュレーションデータに従って、端子S1と端子S2との電気的な接続を制御する
。
ンジスタ512と、トランジスタ513と、容量素子514と、を有する。
ンフィギュレーションメモリ520を示す。コンフィギュレーションメモリ520は、ノ
ードmem1、mem2に保持されるコンフィギュレーションデータに従って、出力端子
OUTの信号を制御する。電位VH及び電位VLは、それぞれLUT311又はマルチプ
レクサ313を制御するための信号である。
ンジスタ532と、トランジスタ533と、容量素子534と、トランジスタ535と、
トランジスタ536と、トランジスタ537と、容量素子538を有する。
ャップが広く、真性キャリア密度がシリコンよりも低い半導体材料を用いればよい。例え
ば、当該半導体材料として酸化物半導体が好ましい。一方、トランジスタ512、513
、532、533、536、537のチャネル形成領域には、例えばシリコンなどの半導
体材料を用いるとよい。
形成領域に具備するトランジスタであることを示すために、OSの符号を付している。
7(A)に示すように、トランジスタ511のゲートは、第1のワード線502に接続さ
れている。また、トランジスタ511のソース及びドレインの一方はデータ線501に接
続されている。また、トランジスタ511のソース及びドレインの他方は、トランジスタ
512のゲート及び容量素子514に接続されている。トランジスタ512のソース及び
ドレインの一方は、端子S1に接続されている。トランジスタ512のソース及びドレイ
ンの他方は、トランジスタ513のソース及びドレインの一方に接続されている。トラン
ジスタ513のゲートは、第2のワード線503に接続されている。トランジスタ513
のソース及びドレインの他方は、端子S2に接続されている。
はLレベルに対応する電位をコンフィギュレーションデータとして保持する。トランジス
タ511は、オフ電流が極めて小さいトランジスタを用いることで、ノードmemにコン
フィギュレーションデータを記憶することができる。コンフィギュレーションデータの電
位に応じてコンフィギュレーションメモリ500では、トランジスタ512の導通状態が
制御される。そしてトランジスタ513を導通状態とするタイミングで、端子S1及び端
子S2間のオン又はオフの制御を実現することができる。
る。図7(B)に示すように、トランジスタ531のゲートは、第1のワード線542に
接続されている。また、トランジスタ531のソース及びドレインの一方はデータ線54
1に接続されている。また、トランジスタ531のソース及びドレインの他方は、トラン
ジスタ532のゲート及び容量素子534に接続されている。トランジスタ532のソー
ス及びドレインの一方は、電位VHが与えられる配線に接続されている。トランジスタ5
32のソース及びドレインの他方は、トランジスタ533のソース及びドレインの一方に
接続されている。トランジスタ533のゲートは、第2のワード線543に接続されてい
る。トランジスタ533のソース及びドレインの他方は、出力端子OUTに接続されてい
る。トランジスタ535のゲートは、第1のワード線542に接続されている。また、ト
ランジスタ535のソース及びドレインの一方は、インバータ回路540を介して、デー
タ線541に接続されている。また、トランジスタ535のソース及びドレインの他方は
、トランジスタ536のゲート及び容量素子538に接続されている。トランジスタ53
6のソース及びドレインの一方は、電位VLが与えられる配線に接続されている。トラン
ジスタ536のソース及びドレインの他方は、トランジスタ537のソース及びドレイン
の一方に接続されている。トランジスタ537のゲートは、第2のワード線543に接続
されている。トランジスタ537のソース及びドレインの他方は、出力端子OUTに接続
されている。
にHレベル、Lレベルの組み合わせ、又はLレベル、Hレベルの組み合わせに対応する電
位をコンフィギュレーションデータとして保持する。トランジスタ531、535は、オ
フ電流が極めて小さいトランジスタを用いることで、ノードmem1、mem2にコンフ
ィギュレーションデータを記憶することができる。コンフィギュレーションメモリ520
では、コンフィギュレーションデータの電位に応じて、トランジスタ532、536の導
通状態が制御される。そしてトランジスタ533、537を導通状態とするタイミングで
、出力端子OUTより出力される信号を電位VH又は電位VLに切り替える制御を実現す
ることができる。
ことができる。
本実施の形態では、本発明の一態様であるCPUについて図を用いて説明を行う。
コーダ413、汎用レジスタ414、及びALU415(Arithmetic log
ic unit)を有する。CPU400の外部には、CPU400とのデータの入出力
を行うための主記憶装置401が設けられる。
マンド)のアドレスを指定する機能を有する。命令レジスタ412は、主記憶装置401
から命令デコーダ413に送られるデータを一時的に記憶する機能を有する。命令デコー
ダ413は、入力されたデータをデコードし、汎用レジスタ414のレジスタを指定する
機能を有する。また、命令デコーダ413は、ALU415の演算方法を指定する信号を
生成する機能を有する。汎用レジスタ414は、主記憶装置401から読み出されたデー
タ、ALU415の演算処理の途中で得られたデータ、或いはALU415の演算処理の
結果得られたデータ、などを記憶する機能を有する。ALU415は、四則演算、論理演
算などの各種演算処理を行う機能を有する。なお、CPU400には、別途データキャッ
シュ等を設け、演算結果などを一時的に記憶する回路があってもよい。
定する。次いで、プログラムカウンタ411に指定された命令が、主記憶装置401から
読み出され、命令レジスタ412に記憶される。
スタ414及びALU415にデータを渡す。具体的には、汎用レジスタ414内のレジ
スタを指定する信号、及びALU415での演算方法指定等の信号を生成する。
憶装置401に出力する。ALU415は、命令デコーダ413が指定した演算方法に基
づいて、演算処理を実行し、演算結果を汎用レジスタ414に記憶させる。
コード、命令の実行)を再び繰り返す。
13、汎用レジスタ414といった回路内における一時的なデータの記憶を行うレジスタ
に、実施の形態1及び2で示した半導体装置を用いることで、電源電位の供給の停止によ
るレジスタ内のデータの消失を防ぐことができる。また、電源電位の供給を停止する前に
保持していたデータの退避を短時間で行うことができ、さらに、電源電位の供給を再開し
た後、短時間で上記データを復元することができる。よって、CPU400全体、又はC
PU400を構成する各種回路において、電源電位の供給の停止を行うことができる。従
って、CPU400の消費電力を小さく抑えることができる。
して図9に示す。図9には、CPU400と、パワースイッチ421と、電源制御回路4
22とを有する。
給の停止又は再開を制御することができる。具体的には、電源制御回路422が、パワー
スイッチ421のオン又はオフするためのパワー制御信号Power_ENを出力し、C
PU400への電源電位の供給の停止又は再開を制御する。パワースイッチ421をオン
にすることで、電位V1、V2が与えられる配線より、CPU400への電源電位の供給
が行われる。またパワースイッチ421をオフにすることで、電位V1、V2が与えられ
る配線間の電流のパスが切断されるため、CPU400への電源電位の供給が停止する。
1及びCPU400の動作を統轄的に制御する機能を有する。具体的には、電源制御回路
422は、パワースイッチ421のオン又はオフするためのパワー制御信号Power_
EN、並びにレジスタで退避及び復元されるデータを制御する制御信号Save及び制御
信号Loadを出力する。制御信号Save及び制御信号Loadは、上述したように、
レジスタ内の電位の保持を揮発性の記憶回路、又は不揮発性の記憶部との間で退避及び復
元するための信号である。
作の一例について説明する。
データDataの頻度をもとに判断する。具体的には、データDataがCPU400に
継続して入力される場合、電源制御回路422は電源電位の供給を継続するよう制御する
。またデータDataがCPU400に間欠的に入力される場合、データDataが入力
されるタイミングに従って、電源制御回路422は電源電位の供給を停止又は再開するよ
う制御する。
して電源電位の供給が行われる構成とすることが好ましい。当該構成とすることで、CP
U400への電源電位の供給を停止又は再開を、所望のタイミングで行うことができる。
ことができる。
本実施の形態では、上記実施の形態で用いた酸化物半導体トランジスタについて、図を用
いて説明する。なお、本実施の形態に示す酸化物半導体トランジスタは一例であり、上記
実施の形態に用いることができるトランジスタの形状はこれに限定されない。
図10(A)乃至図10(D)は、トランジスタ600の上面図および断面図である。図
10(A)は上面図であり、図10(A)に示す一点鎖線Y1−Y2方向の断面が図10
(B)に相当し、図10(A)に示す一点鎖線X1−X2方向の断面が図10(C)に相
当し、図10(A)に示す一点鎖線X3−X4方向の断面が図10(D)に相当する。な
お、図10(A)乃至図10(D)では、図の明瞭化のために一部の要素を拡大、縮小、
または省略して図示している。また、一点鎖線Y1−Y2方向をチャネル長方向、一点鎖
線X1−X2方向をチャネル幅方向と呼称する場合がある。
ジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分)とゲート電極とが重なる領域
、またはチャネルが形成される領域における、ソース(ソース領域またはソース電極)と
ドレイン(ドレイン領域またはドレイン電極)との間の距離をいう。なお、一つのトラン
ジスタにおいて、チャネル長が全ての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのト
ランジスタのチャネル長は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では
、チャネル長は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値
または平均値とする。
電流の流れる部分)とゲート電極とが重なる領域、またはチャネルが形成される領域にお
ける、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さをいう。なお、一つのトランジ
スタにおいて、チャネル幅がすべての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのト
ランジスタのチャネル幅は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では
、チャネル幅は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値
または平均値とする。
ル幅(以下、実効的なチャネル幅と呼ぶ。)と、トランジスタの上面図において示される
チャネル幅(以下、見かけ上のチャネル幅と呼ぶ。)と、が異なる場合がある。例えば、
立体的な構造を有するトランジスタでは、実効的なチャネル幅が、トランジスタの上面図
において示される見かけ上のチャネル幅よりも大きくなり、その影響が無視できなくなる
場合がある。例えば、微細かつ立体的な構造を有するトランジスタでは、半導体の上面に
形成されるチャネル領域の割合に対して、半導体の側面に形成されるチャネル領域の割合
が大きくなる場合がある。その場合は、上面図において示される見かけ上のチャネル幅よ
りも、実際にチャネルの形成される実効的なチャネル幅の方が大きくなる。
による見積もりが困難となる場合がある。例えば、設計値から実効的なチャネル幅を見積
もるためには、半導体の形状が既知という仮定が必要である。したがって、半導体の形状
が正確にわからない場合には、実効的なチャネル幅を正確に測定することは困難である。
領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さである見かけ上のチャ
ネル幅を、「囲い込みチャネル幅(SCW:Surrounded Channel W
idth)」と呼ぶ場合がある。また、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合に
は、囲い込みチャネル幅または見かけ上のチャネル幅を指す場合がある。または、本明細
書では、単にチャネル幅と記載した場合には、実効的なチャネル幅を指す場合がある。な
お、チャネル長、チャネル幅、実効的なチャネル幅、見かけ上のチャネル幅、囲い込みチ
ャネル幅などは、断面TEM像などを取得して、その画像を解析することなどによって、
値を決定することができる。
る場合、囲い込みチャネル幅を用いて計算する場合がある。その場合には、実効的なチャ
ネル幅を用いて計算する場合とは異なる値をとる場合がある。
物半導体661、第2の酸化物半導体662の順で形成された積層と、該積層の一部と電
気的に接続するソース電極671およびドレイン電極672と、該積層の一部、ソース電
極671の一部、およびドレイン電極672の一部を覆う第3の酸化物半導体663と、
該積層の一部、ソース電極671の一部、ドレイン電極672の一部、第3の酸化物半導
体663と重なるゲート絶縁膜653およびゲート電極673と、ソース電極671およ
びドレイン電極672、ならびにゲート電極673上の絶縁膜654と、絶縁膜654上
の絶縁膜655を有する。なお、第1の酸化物半導体661、第2の酸化物半導体662
および第3の酸化物半導体663をまとめて、酸化物半導体660と呼称する。
は全部)は、第2の酸化物半導体662(および/又は、第1の酸化物半導体661)な
どの半導体層の、表面、側面、上面、および/又は、下面の少なくとも一部(又は全部)
に設けられている。
又は全部)は、第2の酸化物半導体662(および/又は、第1の酸化物半導体661)
などの半導体層の、表面、側面、上面、および/又は、下面の少なくとも一部(又は全部
)と、接触している。または、ソース電極671(および/又は、ドレイン電極672)
の、少なくとも一部(又は全部)は、第2の酸化物半導体662(および/又は、第1の
酸化物半導体661)などの半導体層の少なくとも一部(又は全部)と、接触している。
又は全部)は、第2の酸化物半導体662(および/又は、第1の酸化物半導体661)
などの半導体層の、表面、側面、上面、および/又は、下面の少なくとも一部(又は全部
)と、電気的に接続されている。または、ソース電極671(および/又は、ドレイン電
極672)の、少なくとも一部(又は全部)は、第2の酸化物半導体662(および/又
は、第1の酸化物半導体661)などの半導体層の一部(又は全部)と、電気的に接続さ
れている。
又は全部)は、第2の酸化物半導体662(および/又は、第1の酸化物半導体661)
などの半導体層の、表面、側面、上面、および/又は、下面の少なくとも一部(又は全部
)に、近接して配置されている。または、ソース電極671(および/又は、ドレイン電
極672)の、少なくとも一部(又は全部)は、第2の酸化物半導体662(および/又
は、第1の酸化物半導体661)などの半導体層の一部(又は全部)に、近接して配置さ
れている。
又は全部)は、第2の酸化物半導体662(および/又は、第1の酸化物半導体661)
などの半導体層の、表面、側面、上面、および/又は、下面の少なくとも一部(又は全部
)の横側に配置されている。または、ソース電極671(および/又は、ドレイン電極6
72)の、少なくとも一部(又は全部)は、第2の酸化物半導体662(および/又は、
第1の酸化物半導体661)などの半導体層の一部(又は全部)の横側に配置されている
。
又は全部)は、第2の酸化物半導体662(および/又は、第1の酸化物半導体661)
などの半導体層の、表面、側面、上面、および/又は、下面の少なくとも一部(又は全部
)の斜め上側に配置されている。または、ソース電極671(および/又は、ドレイン電
極672)の、少なくとも一部(又は全部)は、第2の酸化物半導体662(および/又
は、第1の酸化物半導体661)などの半導体層の一部(又は全部)の斜め上側に配置さ
れている。
又は全部)は、第2の酸化物半導体662(および/又は、第1の酸化物半導体661)
などの半導体層の、表面、側面、上面、および/又は、下面の少なくとも一部(又は全部
)の上側に配置されている。または、ソース電極671(および/又は、ドレイン電極6
72)の、少なくとも一部(又は全部)は、第2の酸化物半導体662(および/又は、
第1の酸化物半導体661)などの半導体層の一部(又は全部)の上側に配置されている
。
採用する場合や、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることが
ある。このため、本明細書においては、「ソース」や「ドレイン」という用語は、入れ替
えて用いることができるものとする。
くはチャネル長が20nm 以上500nm以下、より好ましくはチャネル長が30nm
以上300nm以下のトップゲート型構造である。
基板640は、単なる支持材料に限らず、他のトランジスタなどのデバイスが形成された
基板であってもよい。この場合、トランジスタ600のゲート電極673、ソース電極6
71、およびドレイン電極672の一つは、上記の他のデバイスと電気的に接続されてい
てもよい。
絶縁膜652は、基板640からの不純物の拡散を防止する役割を有するほか、酸化物半
導体660に酸素を供給する役割を担うことができる。したがって、絶縁膜652は酸素
を含む絶縁膜であることが好ましく、化学量論組成よりも多い酸素を含む絶縁膜であるこ
とがより好ましい。例えば、TDS(Thermal Desorption Spec
troscopy)分析にて、酸素原子に換算しての酸素の放出量が1.0×1019a
toms/cm3以上である膜とする。なお、上記TDS分析時における膜の表面温度と
しては100℃以上700℃以下、または100℃以上500℃以下の範囲が好ましい。
また、上述のように基板640が他のデバイスが形成された基板である場合、絶縁膜65
2は、表面が平坦になるようにCMP(Chemical Mechanical Po
lishing)法等で平坦化処理を行うことが好ましい。
リコン、酸化窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化
ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムおよび酸化タンタルなどの
酸化物絶縁膜、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化酸化アルミニウムなどの窒化物絶
縁膜、または上記材料を混合した膜を用いて形成することができる。
酸化物半導体660は、代表的には、In−Ga酸化物、In−Zn酸化物、In−M−
Zn酸化物(Mは、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd、SnまたはHf)がある
。とくに、酸化物半導体660としては、In−M−Zn酸化物(Mは、Ti、Ga、Y
、Zr、La、Ce、Nd、SnまたはHf)を用いると好ましい。
660は、例えば、Zn−Sn酸化物、Ga−Sn酸化物であっても構わない。
、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd、SnまたはHf)の場合、In−M−Zn酸化物
を成膜するために用いるターゲットの金属元素の原子数比は、In≧M、Zn≧Mを満た
すことが好ましい。このようなターゲットの金属元素の原子数比として、In:M:Zn
=1:1:1、In:M:Zn=1:1:1.2、In:M:Zn=3:1:2、In:
M:Zn=2:1:3が好ましい。なお、成膜される酸化物半導体660の原子数比はそ
れぞれ、誤差として上記のスパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプ
ラスマイナス40%の変動を含む。
体663の積層により構成される酸化物半導体660の機能およびその効果について、図
11(B)に示すエネルギーバンド構造図を用いて説明する。図11(A)は、図10(
B)に示すトランジスタ600のチャネル部分を拡大した図で、図11(B)は、図11
(A)にA1−A2の鎖線で示した部位のエネルギーバンド構造を示している。
れぞれ、絶縁膜652、第1の酸化物半導体661、第2の酸化物半導体662、第3の
酸化物半導体663、ゲート絶縁膜653の伝導帯下端のエネルギーを示している。
空準位と価電子帯上端のエネルギーとの差(イオン化ポテンシャルともいう。)からエネ
ルギーギャップを引いた値となる。なお、エネルギーギャップは、分光エリプソメータ(
HORIBA JOBIN YVON社 UT−300)を用いて測定できる。また、真
空準位と価電子帯上端のエネルギー差は、紫外線光電子分光分析(UPS:Ultrav
iolet Photoelectron Spectroscopy)装置(PHI社
VersaProbe)を用いて測定できる。
成したIn−Ga−Zn酸化物のエネルギーギャップは約3.5eV、電子親和力は約4
.5eVである。また、原子数比がIn:Ga:Zn=1:3:4のスパッタリングター
ゲットを用いて形成したIn−Ga−Zn酸化物のエネルギーギャップは約3.4eV、
電子親和力は約4.5eVである。また、原子数比がIn:Ga:Zn=1:3:6のス
パッタリングターゲットを用いて形成したIn−Ga−Zn酸化物のエネルギーギャップ
は約3.3eV、電子親和力は約4.5eVである。また、原子数比がIn:Ga:Zn
=1:6:2のスパッタリングターゲットを用いて形成したIn−Ga−Zn酸化物のエ
ネルギーギャップは約3.9eV、電子親和力は約4.3eVである。また、原子数比が
In:Ga:Zn=1:6:8のスパッタリングターゲットを用いて形成したIn−Ga
−Zn酸化物のエネルギーギャップは約3.5eV、電子親和力は約4.4eVである。
また、原子数比がIn:Ga:Zn=1:6:10のスパッタリングターゲットを用いて
形成したIn−Ga−Zn酸化物のエネルギーギャップは約3.5eV、電子親和力は約
4.5eVである。また、原子数比がIn:Ga:Zn=1:1:1のスパッタリングタ
ーゲットを用いて形成したIn−Ga−Zn酸化物のエネルギーギャップは約3.2eV
、電子親和力は約4.7eVである。また、原子数比がIn:Ga:Zn=3:1:2の
スパッタリングターゲットを用いて形成したIn−Ga−Zn酸化物のエネルギーギャッ
プは約2.8eV、電子親和力は約5.0eVである。
c661、Ec662、およびEc663よりも真空準位に近い(電子親和力が小さい)
。
c662よりも0.05eV以上、0.07eV以上、0.1eV以上または0.15e
V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
近いことが好ましい。
c662よりも0.05eV以上、0.07eV以上、0.1eV以上または0.15e
V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
近いことが好ましい。
2の酸化物半導体662と第3の酸化物半導体663との界面近傍では、混合領域が形成
されるため、伝導帯下端のエネルギーは連続的に変化する。即ち、これらの界面において
、準位は存在しないか、ほとんどない。
体662を主として移動することになる。そのため、第1の酸化物半導体661と絶縁膜
652との界面、または、第3の酸化物半導体663とゲート絶縁膜653との界面に準
位が存在したとしても、当該準位は電子の移動にほとんど影響しない。また、第1の酸化
物半導体661と第2の酸化物半導体662との界面、および第3の酸化物半導体663
と第2の酸化物半導体662との界面に準位が存在しないか、ほとんどないため、当該領
域において電子の移動を阻害することもない。従って、上記酸化物半導体の積層構造を有
するトランジスタ600は、高い電界効果移動度を実現することができる。
よび第3の酸化物半導体663とゲート絶縁膜653の界面近傍には、不純物や欠陥に起
因したトラップ準位Et600が形成され得るものの、第1の酸化物半導体661、およ
び第3の酸化物半導体663があることにより、第2の酸化物半導体662と当該トラッ
プ準位とを遠ざけることができる。
酸化物半導体662の上面と側面が第3の酸化物半導体663と接し、第2の酸化物半導
体662の下面が第1の酸化物半導体661と接して形成されている(図10(C)参照
)。このように、第2の酸化物半導体662を第1の酸化物半導体661と第3の酸化物
半導体663で覆う構成とすることで、上記トラップ準位の影響をさらに低減することが
できる。
2の酸化物半導体662の電子が該エネルギー差を越えてトラップ準位に達することがあ
る。トラップ準位に電子が捕獲されることで、絶縁膜の界面にマイナスの固定電荷が生じ
、トランジスタのしきい値電圧はプラス方向にシフトしてしまう。
.1eV以上、好ましくは0.15eV以上とすると、トランジスタのしきい値電圧の変
動が低減され、トランジスタの電気特性を良好なものとすることができるため、好ましい
。
、第2の酸化物半導体662のバンドギャップよりも広いほうが好ましい。
Ga、Ge、Y、Zr、Sn、La、CeまたはHfを第2の酸化物半導体662よりも
高い原子数比で含む材料を用いることができる。具体的には、当該原子数比を1.5倍以
上、好ましくは2倍以上、さらに好ましくは3倍以上とする。前述の元素は酸素と強く結
合するため、酸素欠損が酸化物半導体に生じることを抑制する機能を有する。すなわち、
第1の酸化物半導体661および第3の酸化物半導体663は、第2の酸化物半導体66
2よりも酸素欠損が生じにくいということができる。
3が、少なくともインジウム、亜鉛およびM(Al、Ti、Ga、Ge、Y、Zr、Sn
、La、CeまたはHf等の金属)を含むIn−M−Zn酸化物であるとき、第1の酸化
物半導体661をIn:M:Zn=x1:y1:z1[原子数比]、第2の酸化物半導体
662をIn:M:Zn=x2:y2:z2[原子数比]、第3の酸化物半導体663を
In:M:Zn=x3:y3:z3[原子数比]とすると、y1/x1およびy3/x3
がy2/x2よりも大きくなることが好ましい。y1/x1およびy3/x3はy2/x
2よりも1.5倍以上、好ましくは2倍以上、さらに好ましくは3倍以上とする。このと
き、第2の酸化物半導体662において、y2がx2以上であるとトランジスタの電気特
性を安定させることができる。ただし、y2がx2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、y2はx2の3倍未満であることが好ましい。
nおよびMの原子数比率は、好ましくはInが50atomic%未満、Mが50ato
mic%以上、さらに好ましくはInが25atomic%未満、Mが75atomic
%以上とする。また、第2の酸化物半導体662のZnおよびOを除いてのInおよびM
の原子数比率は、好ましくはInが25atomic%以上、Mが75atomic%未
満、さらに好ましくはInが34atomic%以上、Mが66atomic%未満とす
る。
nm以下、好ましくは3nm以上50nm以下とする。また、第2の酸化物半導体662
の厚さは、3nm以上200nm以下、好ましくは3nm以上100nm以下、さらに好
ましくは3nm以上50nm以下とする。また、第2の酸化物半導体662は、第1の酸
化物半導体661および第3の酸化物半導体663より厚い方が好ましい。
は、酸化物半導体中の不純物濃度を低減し、酸化物半導体を真性または実質的に真性にす
ることが有効である。ここで、実質的に真性とは、酸化物半導体のキャリア密度が、1×
1017/cm3未満であること、好ましくは1×1015/cm3未満であること、さ
らに好ましくは1×1013/cm3未満であることを指す。
素は不純物となる。例えば、水素および窒素はドナー準位の形成に寄与し、キャリア密度
を増大させてしまう。また、シリコンは酸化物半導体中で不純物準位の形成に寄与する。
当該不純物準位はトラップとなり、トランジスタの電気特性を劣化させることがある。し
たがって、第1の酸化物半導体661、第2の酸化物半導体662および第3の酸化物半
導体663の層中や、それぞれの界面において不純物濃度を低減させることが好ましい。
、酸化物半導体のある深さにおいて、または、酸化物半導体のある領域において、シリコ
ン濃度を1×1019atoms/cm3未満、好ましくは5×1018atoms/c
m3未満、さらに好ましくは1×1018atoms/cm3未満とする。また、水素濃
度は、例えば、酸化物半導体のある深さにおいて、または、酸化物半導体のある領域にお
いて、2×1020atoms/cm3以下、好ましくは5×1019atoms/cm
3以下、より好ましくは1×1019atoms/cm3以下、さらに好ましくは5×1
018atoms/cm3以下とする。また、窒素濃度は、例えば、酸化物半導体のある
深さにおいて、または、酸化物半導体のある領域において、5×1019atoms/c
m3未満、好ましくは5×1018atoms/cm3以下、より好ましくは1×101
8atoms/cm3以下、さらに好ましくは5×1017atoms/cm3以下とす
る。
導体の結晶性を低下させることがある。酸化物半導体の結晶性を低下させないためには、
例えば、酸化物半導体のある深さにおいて、または、酸化物半導体のある領域において、
シリコン濃度を1×1019atoms/cm3未満、好ましくは5×1018atom
s/cm3未満、さらに好ましくは1×1018atoms/cm3未満とする部分を有
していればよい。また、例えば、酸化物半導体のある深さにおいて、または、酸化物半導
体のある領域において、炭素濃度を1×1019atoms/cm3未満、好ましくは5
×1018atoms/cm3未満、さらに好ましくは1×1018atoms/cm3
未満とする部分を有していればよい。
タのオフ電流は極めて小さい。例えば、ソースとドレインとの間の電圧を0.1V、5V
、または、10V程度とした場合に、トランジスタのチャネル幅で規格化したオフ電流を
数yA/μmから数zA/μmにまで低減することが可能となる。
電気的に取り囲むようにゲート電極673が形成されているため、酸化物半導体660に
対しては垂直方向からのゲート電界に加えて、側面方向からのゲート電界が印加される(
図10(C)参照)。すなわち、酸化物半導体の全体的にゲート電界が印加させることと
なり、電流はチャネルとなる第2の酸化物半導体662全体に流れるようになり、さらに
オン電流を大きくすることができる。
次に、酸化物半導体膜の構造について説明する。
単結晶酸化物半導体膜とは、非晶質酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、多結晶酸化
物半導体膜、CAAC−OS膜などをいう。
化物半導体膜である。微小領域においても結晶部を有さず、膜全体が完全な非晶質構造の
酸化物半導体膜が典型である。
ともいう。)を含む。従って、微結晶酸化物半導体膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも原
子配列の規則性が高い。そのため、微結晶酸化物半導体膜は、非晶質酸化物半導体膜より
も欠陥準位密度が低いという特徴がある。
晶部は、一辺が100nm未満の立方体内に収まる大きさである。従って、CAAC−O
S膜に含まれる結晶部は、一辺が10nm未満、5nm未満または3nm未満の立方体内
に収まる大きさの場合も含まれる。CAAC−OS膜は、微結晶酸化物半導体膜よりも欠
陥準位密度が低いという特徴がある。CAAC−OS膜を透過型電子顕微鏡(TEM:T
ransmission Electron Microscope)によって観察する
と、結晶部同士の明確な境界、即ち結晶粒界(グレインバウンダリーともいう。)を確認
することができない。そのため、CAAC−OS膜は、結晶粒界に起因する電子移動度の
低下が起こりにくいといえる。
)すると、結晶部において、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子
の各層は、CAAC−OS膜の膜を形成する面(被形成面ともいう。)または上面の凹凸
を反映した形状であり、CAAC−OS膜の被形成面または上面と平行に配列する。
れている状態をいう。従って、−5°以上5°以下の場合も含まれる。また、「垂直」と
は、二つの直線が80°以上100°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、
85°以上95°以下の場合も含まれる。
M観察)すると、結晶部において、金属原子が三角形状または六角形状に配列しているこ
とを確認できる。しかしながら、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則性は見られな
い。
いることがわかる。
置を用いて構造解析を行うと、例えばInGaZnO4の結晶を有するCAAC−OS膜
のout−of−plane法による解析では、回折角(2θ)が31°近傍にピークが
現れる場合がある。このピークは、InGaZnO4の結晶の(009)面に帰属される
ことから、CAAC−OS膜の結晶がc軸配向性を有し、c軸が被形成面または上面に概
略垂直な方向を向いていることが確認できる。
ane法による解析では、2θが56°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは
、InGaZnO4の結晶の(110)面に帰属される。InGaZnO4の単結晶酸化
物半導体膜であれば、2θを56°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸(φ軸)と
して試料を回転させながら分析(φスキャン)を行うと、(110)面と等価な結晶面に
帰属されるピークが6本観察される。これに対し、CAAC−OS膜の場合は、2θを5
6°近傍に固定してφスキャンした場合でも、明瞭なピークが現れない。
規則であるが、c軸配向性を有し、かつc軸が被形成面または上面の法線ベクトルに平行
な方向を向いていることがわかる。従って、前述の断面TEM観察で確認された層状に配
列した金属原子の各層は、結晶のab面に平行な面である。
った際に形成される。上述したように、結晶のc軸は、CAAC−OS膜の被形成面また
は上面の法線ベクトルに平行な方向に配向する。従って、例えば、CAAC−OS膜の形
状をエッチングなどによって変化させた場合、結晶のc軸がCAAC−OS膜の被形成面
または上面の法線ベクトルと平行にならないこともある。
の結晶部が、CAAC−OS膜の上面近傍からの結晶成長によって形成される場合、上面
近傍の領域は、被形成面近傍の領域よりも結晶化度が高くなることがある。また、CAA
C−OS膜に不純物を添加する場合、不純物が添加された領域の結晶化度が変化し、部分
的に結晶化度の異なる領域が形成されることもある。
による解析では、2θが31°近傍のピークの他に、2θが36°近傍にもピークが現れ
る場合がある。2θが36°近傍のピークは、CAAC−OS膜中の一部に、c軸配向性
を有さない結晶が含まれることを示している。CAAC−OS膜は、2θが31°近傍に
ピークを示し、2θが36°近傍にピークを示さないことが好ましい。
動が小さい。よって、当該トランジスタは、信頼性が高い。
する耐性がPoly−Siトランジスタまたは単結晶Siトランジスタより強く、例えば
プラスチックなど柔軟性の高い基板に適している。
AC−OS膜のうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。
とが好ましい。
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、および窒素など)
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。
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
板状又はペレット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。
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。
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−G
a−Zn系酸化物ターゲットとする。なお、X、YおよびZは任意の正数である。ここで
、所定のmol数比は、例えば、InOX粉末、GaOY粉末およびZnOZ粉末が、2
:2:1、8:4:3、3:1:1、1:1:1、4:2:3、1:4:4、3:1:2
または2:1:3である。なお、粉末の種類、およびその混合する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。
ゲート電極673は、クロム(Cr)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、金(Au)
、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)
、タングステン(W)、マンガン(Mn)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、コバルト(
Co)、ルテニウム(Ru)から選ばれた金属元素、上述した金属元素を成分とする合金
、または上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いて形成することができる。また、
ゲート電極673は、一層構造でも、二層以上の積層構造としてもよい。例えば、シリコ
ンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、
窒化チタン膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にタングステン膜を積層
する二層構造、窒化タンタル膜または窒化タングステン膜上にタングステン膜を積層する
二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタ
ン膜を形成する三層構造、Cu−Mn合金膜の単層構造、Cu−Mn合金膜上にCu膜を
積層する二層構造、Cu−Mn合金膜上にCu膜を積層し、さらにその上にCu−Mn合
金膜を積層する三層構造等がある。特にCu−Mn合金膜は、電気抵抗が低く、且つ、酸
素を含む絶縁膜との界面に酸化マンガンを形成し、Cuの拡散を防ぐことができるため好
ましい。
酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸
化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化シリコンを添
加したインジウム錫酸化物等の透光性を有する導電性材料を適用することもできる。また
、上記透光性を有する導電性材料と、上記金属元素の積層構造とすることもできる。
ゲート絶縁膜653には、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化シリコン、酸化窒
化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化
イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムおよび
酸化タンタルを一種以上含む絶縁膜を用いることができる。また、ゲート絶縁膜653は
上記材料の積層であってもよい。なお、ゲート絶縁膜653に、ランタン(La)、窒素
、ジルコニウム(Zr)などを、不純物として含んでいてもよい。
例えば、酸素、窒素、シリコン、ハフニウムなどを有する。具体的には、酸化ハフニウム
、および酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンを含むと好ましい。
て、等価酸化膜厚に対して物理的な膜厚を大きくできるため、等価酸化膜厚を10nm以
下または5nm以下とした場合でも、トンネル電流によるリーク電流を小さくすることが
できる。即ち、オフ電流の小さいトランジスタを実現することができる。さらに、結晶構
造を有する酸化ハフニウムは、非晶質構造を有する酸化ハフニウムと比べて高い比誘電率
を備える。したがって、オフ電流の小さいトランジスタとするためには、結晶構造を有す
る酸化ハフニウムを用いることが好ましい。結晶構造の例としては、単斜晶系や立方晶系
などが挙げられる。ただし、本発明の一態様は、これらに限定されない。
ソース電極671およびドレイン電極672は、ゲート電極673と同様の材料で作製す
ることができる。特にCu−Mn合金膜は、電気抵抗が低く、且つ、酸化物半導体660
との界面に酸化マンガンを形成し、Cuの拡散を防ぐことができるため好ましい。
絶縁膜654は、酸素、水素、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等のブロッキングで
きる機能を有する。絶縁膜654を設けることで、酸化物半導体660からの酸素の外部
への拡散と、外部から酸化物半導体660への水素、水等の入り込みを防ぐことができる
。絶縁膜654としては、例えば、窒化物絶縁膜を用いることができる。該窒化物絶縁膜
としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム
等がある。なお、酸素、水素、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等のブロッキング効
果を有する窒化物絶縁膜の代わりに、酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する酸化
物絶縁膜を設けてもよい。酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する酸化物絶縁膜と
しては、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、
酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム等があ
る。
せない遮断効果が高いので絶縁膜654に適用するのに好ましい。したがって、酸化アル
ミニウム膜は、トランジスタの作製工程中および作製後において、トランジスタの電気特
性の変動要因となる水素、水分などの不純物の酸化物半導体660への混入防止、酸化物
半導体660を構成する主成分材料である酸素の酸化物半導体からの放出防止、絶縁膜6
52からの酸素の不必要な放出防止の効果を有する保護膜として用いることに適している
。また、酸化アルミニウム膜に含まれる酸素を酸化物半導体中に拡散させることもできる
。
また、絶縁膜654上には絶縁膜655が形成されていることが好ましい。当該絶縁膜に
は、酸化マグネシウム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリ
コン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ラ
ンタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムおよび酸化タンタルを一種以上含む絶縁膜を用い
ることができる。また、当該酸化物絶縁膜は上記材料の積層であってもよい。
なお、図10において、トランジスタにゲート電極が1つ設けられている場合の例を示し
たが、本発明の一態様は、これに限定されない。トランジスタに複数のゲート電極が設け
られていてもよい。一例として、図10に示したトランジスタ600に、第2のゲート電
極として導電膜674が設けられている例を、図12(A)乃至図12(D)に示す。図
12(A)は上面図であり、図12(A)に示す一点鎖線Y1−Y2方向の断面が図12
(B)に相当し、図12(A)に示す一点鎖線X1−X2方向の断面が図12(C)に相
当し、図12(A)に示す一点鎖線X3−X4方向の断面が図12(D)に相当する。な
お、図12(A)乃至図12(D)では、図の明瞭化のために一部の要素を拡大、縮小、
または省略して図示している。
来る。導電膜674は、ゲート電極層としての機能を有する。なお、導電膜674は、一
定の電位が供給されていてもよいし、ゲート電極673と同じ電位や、同じ信号が供給さ
れていてもよい。
わせて用いることができる。
本実施の形態では、上記実施の形態で示した半導体装置について、図13を用いて説明す
る。なお、本実施の形態に示す半導体装置は一例であり、本発明の一態様に用いることが
できる半導体装置の構成はこれに限定されない。
図13(A)に本発明の一態様の半導体装置の断面図を示す。図13(A)に示す半導体
装置は、第1の半導体材料を用いたトランジスタ2200と、第2の半導体材料を用いた
トランジスタ2400と、基板2000と、素子分離層2001と、プラグ2002と、
配線2003と、プラグ2004と、絶縁膜2005と、配線2006と、配線2008
と、を有し、トランジスタ2200は、ゲート電極2205と、ゲート絶縁膜2204と
、側壁絶縁層2206と、ソース領域又はドレイン領域として機能する不純物領域220
3と、LDD(Lightly Doped Drain)領域やエクステンション領域
として機能する不純物領域2202と、チャネル形成領域2201と、を有する。
。例えば、第1の半導体材料を酸化物半導体以外の半導体材料(シリコン(歪シリコン含
む)、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、炭化シリコン、ガリウムヒ素、アルミニウ
ムガリウムヒ素、インジウムリン、窒化ガリウム、有機半導体など)とし、第2の半導体
材料を酸化物半導体とすることができる。半導体材料として単結晶シリコンなどを用いた
トランジスタは、高速動作が容易である。一方で、酸化物半導体を用いたトランジスタは
、オフ電流が小さい。図13(A)では、第2の半導体材料を用いたトランジスタ240
0として、先の実施の形態5で例示したトランジスタ600を適用した例を示している。
なお、一点鎖線より左側がトランジスタのチャネル長方向の断面、右側がチャネル幅方向
の断面である。
体基板、シリコンゲルマニウムからなる化合物半導体基板や、SOI(Silicon
on Insulator)基板などを用いることができる。半導体基板を用いて形成さ
れたトランジスタは、高速動作が容易である。なお、基板2000としてp型の単結晶シ
リコン基板を用いた場合、基板2000の一部にn型を付与する不純物元素を添加してn
型のウェルを形成し、n型のウェルが形成された領域にp型のトランジスタを形成するこ
とも可能である。n型を付与する不純物元素としては、リン(P)、砒素(As)等を用
いることができる。p型を付与する不純物元素としては、ボロン(B)等を用いることが
できる。
属基板としては、ステンレス・スチル基板、ステンレス・スチル・ホイルを有する基板、
タングステン基板、タングステン・ホイルを有する基板などが挙げられる。該絶縁基板と
して、例えば、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、可撓性基板、貼り合わせフィ
ルム、繊維状の材料を含む紙、又は基材フィルムなどが挙げられる。ガラス基板の一例と
しては、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、又はソーダライムガラ
スなどがある。可撓性基板の一例としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポ
リエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルサルフォン(PES)に代表されるプ
ラスチック、又はアクリル等の可撓性を有する合成樹脂などがある。貼り合わせフィルム
の一例としては、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフッ化ビニル、又はポリ塩化ビニ
ルなどがある。基材フィルムの一例としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、
アラミド、エポキシ、無機蒸着フィルム、又は紙類などがある。
もよい。半導体素子が転置される基板の一例としては、上述した基板に加え、紙基板、セ
ロファン基板、アラミドフィルム基板、ポリイミドフィルム基板、石材基板、木材基板、
布基板(天然繊維(絹、綿、麻)、合成繊維(ナイロン、ポリウレタン、ポリエステル)
若しくは再生繊維(アセテート、キュプラ、レーヨン、再生ポリエステル)などを含む)
、皮革基板、又はゴム基板などがある。これらの基板を用いることにより、特性のよいト
ランジスタの形成、消費電力の小さいトランジスタの形成、壊れにくい装置の製造、耐熱
性の付与、軽量化、又は薄型化を図ることができる。
ランジスタと分離されている。素子分離層2001は、酸化アルミニウム、酸化窒化アル
ミニウム、酸化マグネシウム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒
化シリコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、
酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム、酸化タンタルなどから選ばれた一種以上
含む絶縁体を用いることができる。
縁層2206を有さないトランジスタを用いてもよい。シリサイド(サリサイド)を有す
る構造であると、ソース領域およびドレイン領域がより低抵抗化でき、半導体装置の高速
化が可能である。また、低電圧で動作できるため、半導体装置の消費電力を低減すること
が可能である。
タのいずれであってもよく、回路によって適切なトランジスタを用いればよい。また、不
純物領域2203の不純物濃度は、不純物領域2202よりも高い。ゲート電極2205
および側壁絶縁層2206をマスクとして用いて、不純物領域2203及び不純物領域2
202を自己整合的に形成することができる。
トランジスタ2200の半導体膜の近傍に設けられる絶縁膜中の水素はシリコンのダング
リングボンドを終端し、トランジスタ2200の信頼性を向上させる効果がある。一方、
上層に設けられるトランジスタ2400に酸化物半導体を用いた場合、トランジスタ24
00の半導体膜の近傍に設けられる絶縁膜中の水素は、酸化物半導体中にキャリアを生成
する要因の一つとなるため、トランジスタ2400の信頼性を低下させる要因となる場合
がある。したがって、シリコン系半導体材料を用いたトランジスタ2200の上層に酸化
物半導体を用いたトランジスタ2400を積層して設ける場合、これらの間に水素の拡散
を防止する機能を有する絶縁膜2005を設けることは特に効果的である。絶縁膜200
5により、下層に水素を閉じ込めることでトランジスタ2200の信頼性が向上すること
に加え、下層から上層に水素が拡散することが抑制されることでトランジスタ2400の
信頼性も同時に向上させることができる。
ム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸
化窒化ハフニウム、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)等を用いることができる。特
に、酸化アルミニウム膜は、水素、水分などの不純物および酸素の双方に対して膜を透過
させない遮断(ブロッキング)効果が高く好ましい。
ングステン(W)、モリブデン(Mo)、金(Au)、アルミニウム(Al)、マンガン
(Mn)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、鉛
(Pb)、錫(Sn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)の低抵抗材料からなる単体、もし
くは合金、またはこれらを主成分とする化合物を含む導電膜の単層または積層とすること
が好ましい。特に、Cu−Mn合金を用いると、酸素を含む絶縁体との界面に酸化マンガ
ンを形成し、該酸化マンガンがCuの拡散を抑制する機能を持つので好ましい。
構成された領域を表している。当該領域には、酸化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム
、酸化マグネシウム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコ
ン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ラン
タン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム、酸化タンタルなどから選ばれた一種以上含む絶縁
体を用いることができる。また、当該領域には、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、アク
リル樹脂、シロキサン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の有機樹脂を用いることも
できる。
トランジスタとすることができる。例えば、FIN(フィン)型、TRI−GATE(ト
ライゲート)型などのトランジスタなどとすることができる。その場合の断面図の例を、
図13(D)に示す。
0は、先端の細い凸部(フィンともいう)を有する。なお、凸部の上には、絶縁膜が設け
られていてもよい。その絶縁膜は、凸部を形成するときに、基板2000がエッチングさ
れないようにするためのマスクとして機能するものである。なお、凸部は、先端が細くな
くてもよく、例えば、略直方体の凸部であってもよいし、先端が太い凸部であってもよい
。基板2000の凸部の上には、ゲート絶縁膜2604が設けられ、その上には、ゲート
電極2605及び側壁絶縁層2606が設けられている。基板2000には、ソース領域
又はドレイン領域として機能する不純物領域2603と、LDD領域やエクステンション
領域として機能する不純物領域2602と、チャネル形成領域2601が形成されている
。なお、ここでは、基板2000が、凸部を有する例を示したが、本発明の一態様に係る
半導体装置は、これに限定されない。例えば、SOI基板を加工して、凸部を有する半導
体領域を形成しても構わない。
上記構成において、トランジスタ2200やトランジスタ2400の電極の接続構成を異
ならせることにより、様々な回路を構成することができる。以下では、本発明の一態様の
半導体装置を用いることにより実現できる回路構成の例を説明する。
ランジスタ2400を直列に接続し、且つそれぞれのゲートを接続した、いわゆるCMO
S回路(インバータ回路)の構成を示している。
れぞれのソースとドレインを接続した構成を示している。このような構成とすることで、
いわゆるアナログスイッチとして機能させることができる。
わせて用いることができる。
本発明の一態様に係る半導体装置は、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:Digital 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)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、携帯データ端末、電子書籍端末、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。
904、マイクロフォン905、スピーカー906、操作キー907、スタイラス908
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903と表示
部904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
。
13、第2表示部914、接続部915、操作キー916等を有する。第1表示部913
は第1筐体911に設けられており、第2表示部914は第2筐体912に設けられてい
る。そして、第1筐体911と第2筐体912とは、接続部915により接続されており
、第1筐体911と第2筐体912の間の角度は、接続部915により変更が可能である
。第1表示部913における映像を、接続部915における第1筐体911と第2筐体9
12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913およ
び第2表示部914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。
ーボード923、ポインティングデバイス924等を有する。
3等を有する。
操作キー944、レンズ945、接続部946等を有する。操作キー944およびレンズ
945は第1筐体941に設けられており、表示部943は第2筐体942に設けられて
いる。そして、第1筐体941と第2筐体942とは、接続部946により接続されてお
り、第1筐体941と第2筐体942の間の角度は、接続部946により変更が可能であ
る。表示部943における映像を、接続部946における第1筐体941と第2筐体94
2との間の角度に従って切り替える構成としても良い。
イト954等を有する。
ことができる。
本実施の形態では、本発明の一態様に係るRFタグの使用例について図15を用いながら
説明する。RFタグの用途は広範にわたるが、例えば、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名
債券類、証書類(運転免許証や住民票等、図15(A)参照)、記録媒体(DVDやビデ
オテープ等、図15(B)参照)、包装用容器類(包装紙やボトル等、図15(C)参照
)、乗り物類(自転車等、図15(D)参照)、食品類、植物類、動物類、人体、衣類、
身の回り品(鞄や眼鏡等)、生活用品類、薬品や薬剤を含む医療品、または電子機器(液
晶表示装置、EL表示装置、テレビジョン装置、または携帯電話)等の物品、若しくは各
物品に取り付ける荷札(図15(E)、図15(F)参照)等に設けて使用することがで
きる。
品に固定される。例えば、本であれば紙に埋め込み、有機樹脂からなるパッケージであれ
ば当該有機樹脂の内部に埋め込み、各物品に固定される。本発明の一態様に係るRFタグ
4000は、小型、薄型、軽量を実現するため、物品に固定した後もその物品自体のデザ
イン性を損なうことがない。また、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、または証書
類等に本発明の一態様に係るRFタグ4000を設けることにより、認証機能を設けるこ
とができ、この認証機能を活用すれば、偽造を防止することができる。また、包装用容器
類、記録媒体、身の回り品、食品類、衣類、生活用品類、または電子機器等に本発明の一
態様に係るRFタグを取り付けることにより、検品システム等のシステムの効率化を図る
ことができる。また、乗り物類であっても、本発明の一態様に係るRFタグを取り付ける
ことにより、盗難などに対するセキュリティ性を高めることができる。
ことにより、情報の書込みや読み出しを含む動作電力を低減できるため、最大通信距離を
長くとることが可能となる。また、電力が遮断された状態であっても情報を極めて長い期
間保持可能であるため、書き込みや読み出しの頻度が低い用途にも好適に用いることがで
きる。
ことができる。
CEシミュレーションを行い、プリチャージ回路130の効果について説明を行う。
11の回路動作について、それぞれSPICEシミュレーションを行った結果である。図
16及び図17の横軸は経過時間を示し、縦軸は電位を表している。
ータの退避を行う際の、制御信号Save(図中ではSと記載)、ノードNode_3及
びノードNode_4の電位の変化を示している。
2)、ノードNode_4の電位を2.5V(電位V1)とする。また、図には示してい
ないが、ノードNode_1の電位を2.5V(電位V1)、ノードNode_2の電位
を0V(電位V2)とする。
位はHレベルからLレベルへ短時間で遷移したが、ノードNode_3の電位はLレベル
からHレベルへ長時間かけて遷移し、最終的に2.1Vまでしか上昇しなかった。これは
、実施の形態1で示したように、ノードNode_1の電位を、ノードNode_3に退
避させる際に、トランジスタ121のVgsが徐々に低下するため、トランジスタ121
のオン電流が減少し、データの退避に要する時間が長くなるためである。
せる際に長時間を要する。ノードNode_2の電位の復元に要する時間が長くなると、
インバータ回路101、102、104において、電位V1を与える配線と電位V2を与
える配線が導通状態となる時間が長くなり、貫通電流及び消費電力が増大してしまう。
ータの退避を行う際の、制御信号Save(図中ではSと記載)、ノードNode_3、
ノードNode_4、プリチャージ信号PC及びノードFNの電位の変化を示している。
)、ノードNode_4の電位を0V(電位V2)とする。また、図には示していないが
、ノードNode_1の電位を2.5V(電位V1)、ノードNode_2の電位を0V
(電位V2)とする。
態1で示したブースティング効果によって、2.5Vよりも十分に高い電位になった。こ
のとき、トランジスタ133がオフになるため、ノードFNの電位は保持される。その結
果、トランジスタ134及び135がオンになり、ノードNode_3、Node_4に
は、Hレベルの電位が書き込まれた。
de_4にHレベルの電位が保持された。
ルからLレベルに急速に遷移し、一方で、ノードNode_3は、既にHレベルの電位が
プリチャージされているので、そのままHレベルの電位を維持した。図16に見られた、
ノードNode_3の不十分な電位の増加は、図17では確認されなかった。
0から記憶回路120へデータの退避を高速、且つ正確に行うことが確認された。
制することが確認された。
mem1 ノード
mem2 ノード
Node_1 ノード
Node_2 ノード
Node_3 ノード
Node_4 ノード
PC1 信号
S1 端子
S2 端子
T0 時刻
T1 時刻
T2 時刻
T3 時刻
T4 時刻
T5 時刻
T6 時刻
V1 電位
V2 電位
10 半導体装置
11 半導体装置
20 半導体装置
21 半導体装置
22 半導体装置
100 記憶回路
101 インバータ回路
102 インバータ回路
103 スイッチ
104 インバータ回路
105 スイッチ
120 記憶回路
120a 記憶回路
121 トランジスタ
122 容量素子
123 トランジスタ
124 トランジスタ
125 トランジスタ
126 容量素子
127 トランジスタ
128 トランジスタ
130 プリチャージ回路
130a プリチャージ回路
131 インバータ回路
132 インバータ回路
133 トランジスタ
134 トランジスタ
135 トランジスタ
229 インバータ回路
230 インバータ回路
300 ロジックアレイ
301 LE
302 スイッチ部
303 配線群
304 配線群
305 入出力端子
311 LUT
312 フリップフロップ
313 マルチプレクサ
314 コンフィギュレーションメモリ
315 コンフィギュレーションメモリ
316 入力端子
317 出力端子
400 CPU
401 主記憶装置
411 プログラムカウンタ
412 命令レジスタ
413 命令デコーダ
414 汎用レジスタ
415 ALU
421 パワースイッチ
422 電源制御回路
500 コンフィギュレーションメモリ
501 データ線
502 ワード線
503 ワード線
511 トランジスタ
512 トランジスタ
513 トランジスタ
514 容量素子
520 コンフィギュレーションメモリ
531 トランジスタ
532 トランジスタ
533 トランジスタ
534 容量素子
535 トランジスタ
536 トランジスタ
537 トランジスタ
538 容量素子
540 インバータ回路
541 データ線
542 ワード線
543 ワード線
600 トランジスタ
640 基板
652 絶縁膜
653 ゲート絶縁膜
654 絶縁膜
655 絶縁膜
660 酸化物半導体
661 酸化物半導体
662 酸化物半導体
663 酸化物半導体
671 ソース電極
672 ドレイン電極
673 ゲート電極
674 導電膜
901 筐体
902 筐体
903 表示部
904 表示部
905 マイクロフォン
906 スピーカー
907 操作キー
908 スタイラス
911 筐体
912 筐体
913 表示部
914 表示部
915 接続部
916 操作キー
921 筐体
922 表示部
923 キーボード
924 ポインティングデバイス
931 筐体
932 冷蔵室用扉
933 冷凍室用扉
941 筐体
942 筐体
943 表示部
944 操作キー
945 レンズ
946 接続部
951 車体
952 車輪
953 ダッシュボード
954 ライト
2000 基板
2001 素子分離層
2002 プラグ
2003 配線
2004 プラグ
2005 絶縁膜
2006 配線
2007 絶縁膜
2008 配線
2200 トランジスタ
2201 チャネル形成領域
2202 不純物領域
2203 不純物領域
2204 ゲート絶縁膜
2205 ゲート電極
2206 側壁絶縁層
2400 トランジスタ
2601 チャネル形成領域
2602 不純物領域
2603 不純物領域
2604 ゲート絶縁膜
2605 ゲート電極
2606 側壁絶縁層
4000 RFタグ
Claims (6)
- 第1乃至第3の回路を有し、
前記第1の回路は、第1乃至第3のインバータ回路と、第1及び第2のノードと、第1の配線と、を有し、
前記第2の回路は、第1乃至第6のトランジスタと、第3及び第4のノードと、第2の配線と、を有し、
前記第3の回路は、第7乃至第9のトランジスタと、第4乃至第Nのインバータ回路(Nは5以上の奇数)と、第3の配線と、を有し、
前記第1のインバータ回路の入力端子は、前記第1のノードに電気的に接続され、
前記第1のインバータ回路の出力端子は、前記第2のノードに電気的に接続され、
前記第2のインバータ回路の入力端子は、前記第2のノードに電気的に接続され、
前記第2のインバータ回路の出力端子は、前記第1のノードに電気的に接続され、
前記第3のインバータ回路の入力端子は、前記第2のノードに電気的に接続され、
前記第3のインバータ回路の出力端子は、前記第1の配線に電気的に接続され、
前記第1のノードは、前記第1のトランジスタを介して、前記第3のノードに電気的に接続され、
前記第1のノードは、前記第5及び前記第6のトランジスタを介して、前記第2の配線に電気的に接続され、
前記第2のノードは、前記第4のトランジスタを介して、前記第4のノードに電気的に接続され、
前記第2のノードは、前記第2及び前記第3のトランジスタを介して、前記第2の配線に電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのゲートは、前記第3のノードに電気的に接続され、
前記第5のトランジスタのゲートは、前記第4のノードに電気的に接続され、
前記第7のトランジスタのソース及びドレインの一方は、前記第3のノードに電気的に接続され、
前記第7のトランジスタのソース及びドレインの他方は、前記第4乃至前記第Nのインバータ回路を介して、前記第3の配線に電気的に接続され、
前記第7のトランジスタのゲートは、前記第9のトランジスタを介して、前記第3の配線に電気的に接続され、
前記第8のトランジスタのソース及びドレインの一方は、前記第4のノードに電気的に接続され、
前記第8のトランジスタのソース及びドレインの他方は、前記第1乃至前記第Nのインバータ回路を介して、前記第3の配線に電気的に接続され、
前記第8のトランジスタのゲートは、前記第9のトランジスタを介して、前記第3の配線に電気的に接続され、
前記第1、前記第4、前記第7及び前記第8のトランジスタの各々は、チャネル形成領域に酸化物半導体を有する半導体装置。 - 請求項1において、
前記第1のノードは、第1の電位及び第2の電位の一方を保持する機能を有し、
前記第2のノードは、第1の電位及び第2の電位の他方を保持する機能を有し、
前記第2の配線は、前記第2の電位が与えられ、
前記第3の配線は、プリチャージ信号が与えられる半導体装置。 - 請求項1又は請求項2において、
前記第3のノードは、前記第1乃至前記第3の回路への電源電位の供給が停止された状態において、前記第1のノードに与えられた電位を保持し、
前記第4のノードは、前記第1乃至前記第3の回路への電源電位の供給が停止された状態において、前記第2のノードに与えられた電位を保持する半導体装置。 - 第1乃至第3の回路を有し、
前記第1の回路は、第1乃至第3のインバータ回路と、第1及び第2のノードと、第1の配線と、を有し、
前記第2の回路は、第1乃至第6のトランジスタと、第4及び第5のインバータ回路と、第3及び第4のノードと、第2の配線と、を有し、
前記第3の回路は、第7乃至第9のトランジスタと、第6乃至第Nのインバータ回路(Nは7以上の奇数)と、第3の配線と、を有し、
前記第1のインバータ回路の入力端子は、前記第1のノードに電気的に接続され、
前記第1のインバータ回路の出力端子は、前記第2のノードに電気的に接続され、
前記第2のインバータ回路の入力端子は、前記第2のノードに電気的に接続され、
前記第2のインバータ回路の出力端子は、前記第1のノードに電気的に接続され、
前記第3のインバータ回路の入力端子は、前記第2のノードに電気的に接続され、
前記第3のインバータ回路の出力端子は、前記第1の配線に電気的に接続され、
前記第1のノードは、前記第1のインバータ回路及び前記第1のトランジスタを介して、前記第3のノードに電気的に接続され、
前記第1のノードは、前記第2及び前記第3のトランジスタを介して、前記第1の配線に電気的に接続され、
前記第2のノードは、前記第2のインバータ回路及び前記第4のトランジスタを介して、前記第4のノードに電気的に接続され、
前記第2のノードは、前記第5及び前記第6のトランジスタを介して、前記第1の配線に電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのゲートは、前記第3のノードに電気的に接続され、
前記第5のトランジスタのゲートは、前記第4のノードに電気的に接続され、
前記第7のトランジスタのソース及びドレインの一方は、前記第3のノードに電気的に接続され、
前記第7のトランジスタのソース及びドレインの他方は、前記第3乃至前記第Nのインバータ回路を介して、前記第2の配線に電気的に接続され、
前記第7のトランジスタのゲートは、前記第9のトランジスタを介して、前記第2の配線に電気的に接続され、
前記第8のトランジスタのソース及びドレインの一方は、前記第4のノードに電気的に接続され、
前記第8のトランジスタのソース及びドレインの他方は、前記第3乃至前記第Nのインバータ回路を介して、前記第2の配線に電気的に接続され、
前記第8のトランジスタのゲートは、前記第9のトランジスタを介して、前記第2の配線に電気的に接続され、
前記第1、前記第4、前記第7及び前記第8のトランジスタの各々は、チャネル形成領域に酸化物半導体を有する半導体装置。 - 請求項4において、
前記第1のノードは、第1の電位及び第2の電位の一方を保持する機能を有し、
前記第2のノードは、第1の電位及び第2の電位の他方を保持する機能を有し、
前記第2の配線は、前記第2の電位が与えられ、
前記第3の配線は、プリチャージ信号が与えられる - 請求項4又は請求項5において、
前記第3のノードは、前記第1乃至前記第3の回路への電源電位の供給が停止された状態において、前記第2のノードに与えられた電位を保持し、
前記第4のノードは、前記第1乃至前記第3の回路への電源電位の供給が停止された状態において、前記第1のノードに与えられた電位を保持する半導体装置。
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