JP6041707B2 - ラッチ回路および半導体装置 - Google Patents
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Description
本実施の形態では、本発明の一態様のラッチ回路について図1乃至図6を用いて説明する。
まず、本実施の形態で説明するラッチ回路100の回路構成について図1を用いて説明する。図1は、不揮発性のDラッチ回路である。
まず、高純度化された酸化物半導体を用いたトランジスタのオフ電流が十分に小さいことを考慮して、チャネル幅Wが1mと十分に大きいトランジスタを用意してオフ電流の測定を行った。チャネル幅Wが1mのトランジスタのオフ電流を測定した結果を図15に示す。図15において、横軸はゲート電圧VG、縦軸はドレイン電流IDである。ドレイン電圧VDが+1Vまたは+10Vの場合、ゲート電圧VGが−5Vから−20Vの範囲では、トランジスタのオフ電流は、検出限界である1×10−12A以下であることがわかった。また、トランジスタのオフ電流(ここでは、単位チャネル幅(1μm)あたりの値)は1aA(1×10−18A)以下となることがわかった。
次に、図2乃至図6を用いて、データの保持および復元の際の回路動作について説明する。図2乃至図5は、ラッチ回路100の動作を説明する図であり、図6は、タイミングチャートである。なお、タイミングチャート中の斜線は、どのような状態であってもよいことを示している。例えば、図6のDでは、Vdataの伝播を続けても止めてもどちらでもよい。
本実施の形態では、本発明の他の一態様のラッチ回路について図7を用いて説明する。
まず、本実施の形態で説明するラッチ回路200の回路構成について図7を用いて説明する。図7は、不揮発性のDラッチ回路である。
本実施の形態に示すデータの保持および復元の際の回路動作における実施の形態1との相違点は、クロック信号RECによってリカバリースイッチ105aのON/OFFをするところを、クロック信号RECによってトランスファーゲート205aのON/OFFをするように変えた点であり、該回路動作は、実施の形態1を参酌することができる。
本実施の形態では、先の実施の形態で示したラッチ回路を用いた半導体装置について図8を用いて説明する。図8は、実施の形態1で示したラッチ回路100を含む半導体装置のDフリップフロップ300である。
node(A)にnode(OS)に保持したデータを伝播させる動作まで実施の形態1(図2乃至図5)を参酌することができる。この時、スイッチ302は導通しており、NANDゲート303にnode(A)のデータ(/Vdata)が入力される。
本実施の形態では、先の実施の形態に示すラッチ回路の作製方法の一例について図9乃至図12を参照して説明する。はじめに、ラッチ回路の下部に形成されるトランジスタの作製方法について説明し、その後、上部に形成されるトランジスタの作製方法について説明する。
まず、絶縁膜402を介して半導体膜404が設けられた基板400を用意する(図9(A)参照)。
まず、トランジスタ510の作製前の処理として、絶縁膜424の表面を平坦化させる(図10(D)参照)。絶縁膜424の平坦化処理としては、化学的機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing、以下CMP処理という)などの研磨処理の他にエッチング処理、プラズマ処理などを用いることができる。
101 入力端子
102 スイッチ
103 インバータ
104 出力端子
105a リカバリースイッチ
105b ダイオード
106 トランジスタ
107 トランジスタ
108 インバータ
109 スイッチ
110 容量素子
111 入力端子
112 入力端子
113 トランジスタ
200 ラッチ回路
205a トランスファーゲート
300 Dフリップフロップ
302 スイッチ
303 NANDゲート
304 出力端子
305 リセット端子
308 インバータ
309 スイッチ
350 ラッチ回路
400 基板
402 絶縁膜
404 半導体膜
404a 半導体膜
404b 半導体膜
406a ゲート絶縁膜
406b ゲート絶縁膜
408 不純物領域
410 不純物領域
412a ゲート電極
412b ゲート電極
414a 低濃度不純物領域
414b 低濃度不純物領域
416a 低濃度不純物領域
416b 低濃度不純物領域
418a 側壁絶縁膜
418b 側壁絶縁膜
418c 側壁絶縁膜
418d 側壁絶縁膜
420a 高濃度不純物領域
420b 高濃度不純物領域
422a 高濃度不純物領域
422b 高濃度不純物領域
424 絶縁膜
430 トランジスタ
440 トランジスタ
498 ゲート電極
499 絶縁膜
502 酸化物半導体膜
503 酸化物半導体膜
504 絶縁膜
505 ゲート電極
506 絶縁膜
507a 領域
507b 領域
508 チャネル形成領域
509a サイドウォール絶縁膜
509b サイドウォール絶縁膜
510 トランジスタ
511 ゲート絶縁膜
515 絶縁膜
516a ソース電極
516b ドレイン電極
517 絶縁膜
518 絶縁膜
519a 配線
519b 配線
800 測定系
802 容量素子
804 トランジスタ
805 トランジスタ
806 トランジスタ
808 トランジスタ
Claims (5)
- 第1の入力端子と、
前記第1の入力端子からの信号が入力される第1のスイッチと、
前記第1のスイッチと電気的に接続され、かつ、前記第1の入力端子の出力が入力される第1のインバータと、
前記第1のインバータからの信号が入力される出力端子、リカバリースイッチおよびダイオードと、
前記リカバリースイッチおよび前記ダイオードと電気的に接続される第1のトランジスタ、第2のトランジスタおよび第2のインバータと、
前記第1のインバータと電気的に接続され、かつ、前記第2のインバータの出力が入力される第2のスイッチと、
前記第1のトランジスタのソースおよびドレインの一方と電気的に接続される容量素子と、
前記第1のトランジスタのゲートと電気的に接続される第2の入力端子と、
前記第2のトランジスタのゲートと電気的に接続される第3の入力端子と、を有し、
前記リカバリースイッチと、前記ダイオードとは、並列に接続され、
前記第1のインバータからの信号は、前記ダイオードおよび前記リカバリースイッチを介して、前記第2のインバータに入力され、
前記第1のトランジスタは、酸化物半導体をチャネル領域に用いたトランジスタであるラッチ回路。 - 第1の入力端子と、
前記第1の入力端子からの信号が入力される第1のスイッチと、
前記第1のスイッチと電気的に接続され、かつ、前記第1の入力端子の出力が入力される第1のインバータと、
前記第1のインバータからの信号が入力される出力端子、トランスファーゲートおよびダイオードと、
前記トランスファーゲートおよび前記ダイオードと電気的に接続される第1のトランジスタ、第2のトランジスタおよび第2のインバータと、
前記第1のインバータと電気的に接続され、かつ、前記第2のインバータの出力が入力される第2のスイッチと、
前記第1のトランジスタのソースおよびドレインの一方と電気的に接続される容量素子と、
前記第1のトランジスタのゲートと電気的に接続される第2の入力端子と、
前記第2のトランジスタのゲートと電気的に接続される第3の入力端子と、を有し、
前記トランスファーゲートと、前記ダイオードとは、並列に接続され、
前記第1のインバータからの信号は、前記ダイオードおよび前記トランスファーゲートを介して、前記第2のインバータに入力され、
前記第1のトランジスタは、酸化物半導体をチャネル領域に用いたトランジスタであるラッチ回路。 - 第1のインバータと、
第2のインバータと、
ダイオードと、
スイッチと、
第1のトランジスタと、
容量素子とを有し、
前記スイッチと、前記ダイオードとは、並列に接続され、
前記第1のインバータの出力端子は、前記ダイオードおよび前記スイッチを介して、前記第2のインバータの入力端子と電気的に接続され、
前記第2のインバータの出力端子は、前記第1のインバータの入力端子と電気的に接続され、
前記第1のトランジスタのソースおよびドレインの一方は、前記ダイオード、前記スイッチ、および前記第2のインバータの入力端子と電気的に接続され、
前記第1のトランジスタのソースおよびドレインの他方は、前記容量素子と電気的に接続されるラッチ回路。 - 前記第1のトランジスタは、チャネル幅あたりのオフ電流が1×10−19A/μm以下である請求項1乃至請求項3のいずれか一に記載のラッチ回路。
- 請求項1乃至請求項4のいずれか一に記載のラッチ回路を有する半導体装置。
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