JP6392824B2 - 半導体装置 - Google Patents
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- H01L27/1225—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs with a particular composition, shape or crystalline structure of the active layer with semiconductor materials not belonging to the group IV of the periodic table, e.g. InGaZnO
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B41/00—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates
- H10B41/70—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates the floating gate being an electrode shared by two or more components
-
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Description
信号処理回路は、その用途によって多種多様な構成を有しているが、一般的に、データや
命令を記憶するための主記憶装置の他に、レジスタ、キャッシュなど、各種の半導体記憶
装置(以下、単に記憶装置とする)が設けられている。キャッシュは、演算装置と主記憶
装置の間に介在し、低速な主記憶装置へのアクセスを減らして演算処理を高速化させるこ
とを目的として、CPUに設けられている。
る。よって、通常は、レジスタとしてフリップフロップが、キャッシュとしてSRAMな
どが用いられる。また、下記特許文献1には、キャッシュとして、SRAMなどの揮発性
メモリと、不揮発性メモリとを併用する構成について記載されている。
電源電位が与えられているノードの間において、pチャネル型トランジスタとnチャネル
型トランジスタとが、直列に接続されている構成を有している。そして、pチャネル型ト
ランジスタとnチャネル型トランジスタは、一方がオンだと他方がオフになるように動作
するため、ハイレベルの電源電位が与えられているノードと、ローレベルの電源電位が与
えられているノードの間の電流は、理想的には、0になるはずである。しかし、実際には
、オフのはずのトランジスタに僅かなオフ電流が流れるため、上記ノード間の電流は完全
に0にはならない。よって、SRAMは、データの書き込みが行われていない保持の状態
でも、消費電力が発生する。
及びnチャネル型トランジスタを、バルクのシリコンを用いて作製した場合、室温下、ノ
ード間の電圧が約3Vの状態にて、1pA程度のオフ電流が生じる。そして、通常のSR
AMには、直列に接続されたpチャネル型トランジスタ及びnチャネル型トランジスタが
2組設けられているので、2pA程度のオフ電流が生じる。そして、記憶素子数が約10
7個程度であるキャッシュの場合、オフ電流はキャッシュ全体で20μAとなる。そして
、キャッシュが設けられたICチップの温度が上昇すれば、消費電力はさらに大きくなり
、キャッシュだけでオフ電流が数mAに達する。
への電源電位の供給を一時的に停止するという一つの方法が提案されている。キャッシュ
には、電源電位の供給が途絶えるとデータを消失してしまう揮発性の記憶装置が用いられ
ているため、その方法では、上記記憶装置の周辺に不揮発性の記憶装置を配置し、上記デ
ータをその不揮発性の記憶装置へ一時的に移している。しかし、これらの不揮発性の記憶
装置は、主に磁気素子や強誘電体が用いられているため、作製工程が複雑である。
データをハードディスク、フラッシュメモリ等の外部記憶装置に移すことで、データの消
失を防ぐこともできる。しかし、それらの外部記憶装置からデータをキャッシュに戻すの
には時間を要する。よって、ハードディスク、フラッシュメモリ等の外部記憶装置による
データのバックアップは、消費電力の低減を目的とした短時間の電源停止には適さない。
きる信号処理回路の提供を目的の一つとする。特に、短時間の電源停止により消費電力を
抑えることができる信号処理回路の提供を目的の一つとする。
メモリセルに、記憶素子と、上記記憶素子における電荷の供給、保持、放出を制御するた
めのスイッチング素子として機能するトランジスタとを有する。さらに、上記トランジス
タは、シリコンよりもバンドギャップが広く、真性キャリア密度がシリコンよりも低い半
導体を、チャネル形成領域に含んでいる。このような半導体としては、例えば、シリコン
の2倍以上の大きなバンドギャップを有する、酸化物半導体、炭化シリコン、窒化ガリウ
ムなどが挙げられる。上記半導体を有するトランジスタは、通常のシリコンやゲルマニウ
ムなどの半導体で形成されたトランジスタに比べて、オフ電流を極めて低くすることがで
きる。よって、上記構成を有するトランジスタを、記憶素子に流入した電荷を保持するた
めのスイッチング素子として用いることで、記憶素子からの電荷のリークを防ぐことがで
きる。
やり取りを行う演算装置、制御装置などの各種論理回路を有しており、上記記憶装置は緩
衝記憶装置として機能する。
欠損が低減されることで高純度化された酸化物半導体(purified Oxide
Semiconductor)は、i型(真性半導体)又はi型に限りなく近い。そのた
め、上記酸化物半導体を用いたトランジスタは、オフ電流が著しく低いという特性を有す
る。具体的に、高純度化された酸化物半導体は、二次イオン質量分析法(SIMS:Se
condary Ion Mass Spectrometry)による水素濃度の測定
値が、5×1018/cm3未満、より好ましくは5×1017/cm3以下、更に好ま
しくは1×1016/cm3以下とする。また、ホール効果測定により測定できる酸化物
半導体膜のキャリア密度は、1×1014/cm3未満、好ましくは1×1012/cm
3未満、更に好ましくは1×1011/cm3未満とする。また、酸化物半導体のバンド
ギャップは、2eV以上、好ましくは2.5eV以上、より好ましくは3eV以上である
。水分又は水素などの不純物濃度が十分に低減されて高純度化された酸化物半導体膜を用
いることにより、トランジスタのオフ電流を下げることができる。
度測定は、SIMSで行う。SIMSは、その原理上、試料表面近傍や、材質が異なる膜
との積層界面近傍のデータを正確に得ることが困難であることが知られている。そこで、
膜中における水素濃度の厚さ方向の分布をSIMSで分析する場合、対象となる膜が存在
する範囲において、値に極端な変動がなく、ほぼ一定の値が得られる領域における平均値
を、水素濃度として採用する。また、測定の対象となる膜の厚さが小さい場合、隣接する
膜内の水素濃度の影響を受けて、ほぼ一定の値が得られる領域を見いだせない場合がある
。この場合、当該膜が存在する領域における、水素濃度の極大値又は極小値を、当該膜中
の水素濃度として採用する。更に、当該膜が存在する領域において、極大値を有する山型
のピーク、極小値を有する谷型のピークが存在しない場合、変曲点の値を水素濃度として
採用する。
が低いことは、いろいろな実験により証明できる。例えば、チャネル幅が1×106μm
でチャネル長が10μmの素子であっても、ソース端子とドレイン端子間の電圧(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
、オフ電流をトランジスタのチャネル幅で除した数値に相当するオフ電流密度は、100
zA/μm以下であることが分かる。
むことが好ましい。特にInと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。
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。
物であるIn−Zn系酸化物、Sn−Zn系酸化物、Al−Zn系酸化物、Zn−Mg系
酸化物、Sn−Mg系酸化物、In−Mg系酸化物、In−Ga系酸化物、三元系金属の
酸化物であるIn−Ga−Zn系酸化物(IGZOとも表記する)、In−Al−Zn系
酸化物、In−Sn−Zn系酸化物、Sn−Ga−Zn系酸化物、Al−Ga−Zn系酸
化物、Sn−Al−Zn系酸化物、In−Hf−Zn系酸化物、In−La−Zn系酸化
物、In−Ce−Zn系酸化物、In−Pr−Zn系酸化物、In−Nd−Zn系酸化物
、In−Sm−Zn系酸化物、In−Eu−Zn系酸化物、In−Gd−Zn系酸化物、
In−Tb−Zn系酸化物、In−Dy−Zn系酸化物、In−Ho−Zn系酸化物、I
n−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、四元系金属の酸化物であるIn−Sn−Ga−Zn系酸化物、I
n−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。また、上記酸化物半導体は、珪素を含んでいてもよい。
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、移動度も高いため、信号処理回路に用い
る半導体材料としては好適である。
ることで、電源停止による記憶装置内のデータの消失を防ぐことができる。よって、信号
処理回路全体、もしくは信号処理回路を構成する一または複数の論理回路において、短い
時間でも電源停止を行うことができるため、消費電力を抑えることができる信号処理回路
、消費電力を抑えることができる当該信号処理回路の駆動方法を提供することができる。
以下の説明に限定されず、本発明の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。したがって、本発明
は、以下に示す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。
rocessor)、マイクロコントローラを含むLSI(Large Scale I
ntegrated Circuit)などの集積回路が、本発明の信号処理回路の範疇
に含まれる。
本発明の一態様に係る信号処理回路は、制御装置と、一または複数の演算装置と、一また
は複数の緩衝記憶装置とを少なくとも有する。図1(A)に、本発明の一態様に係る信号
処理回路100の一例を示す。図1(A)に示す信号処理回路100は、制御装置101
、演算装置102、緩衝記憶装置103、主記憶装置104を有する。
主記憶装置104の動作を統括的に制御する回路である。演算装置102は、論理演算、
四則演算など各種の演算処理を行う論理回路である。そして、緩衝記憶装置103は、演
算装置102における演算処理の際に、データを一時的に記憶する機能する。或いは、緩
衝記憶装置103は、制御装置101が実行する命令を一時的に記憶する機能を有する。
102から出力されたデータを記憶することができる。なお、図1(A)では、主記憶装
置104が信号処理回路100の一部である構成を示しているが、主記憶装置104は信
号処理回路100の外部に設けられていても良い。
01と主記憶装置104の間に設けることで、低速な主記憶装置104へのアクセスを減
らして演算処理などの信号処理を高速化させることができる。
と、当該記憶素子における電荷の保持を制御するための、オフ電流またはリーク電流が極
めて小さいトランジスタとを有する。
す。図1(B)に示す回路図では、メモリセル105が、記憶素子106と、スイッチン
グ素子として機能するトランジスタ107とを有する。記憶素子106は、容量素子、ト
ランジスタなどの半導体素子を用いることができる。そして、記憶素子106は、容量素
子、或いは、トランジスタのゲート電極と活性層の間に形成されるゲート容量に、電荷を
蓄積させることで、データを記憶する。
記憶素子106における電荷の保持とは、スイッチング素子として機能するトランジスタ
107により制御する。
ダクタンスなどのその他の回路素子を、さらに有していても良い。
ル形成領域に、シリコン半導体よりもバンドギャップが広く、真性キャリア密度がシリコ
ンよりも低い半導体材料を含むことを特徴とする。上述したような特性を有する半導体材
料をチャネル形成領域に含むことで、オフ電流またはリーク電流が極めて低いトランジス
タ107を実現することができる。
07を介してリークする量に依存する。よって、上記構成を有するトランジスタ107を
、記憶素子106に蓄積された電荷を保持するためのスイッチング素子として用いること
で、記憶素子106からの電荷のリークを防ぐことができ、データの保持期間を長く確保
することができる。
ては、ドレイン電極をソース電極とゲート電極よりも高い電位とした状態において、ソー
ス電極の電位を基準としたときのゲート電極の電位が0以下であるときに、ソース電極と
ドレイン電極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、ドレイン電極をソース電極とゲート電極よりも低い
電位とした状態において、ソース電極の電位を基準としたときのゲート電極の電位が0以
上であるときに、ソース電極とドレイン電極の間に流れる電流のことを意味する。また、
リーク電流とは、絶縁膜を通してソース電極あるいはドレイン電極とゲート電極との間に
流れる電流のことを意味する。
導体材料の一例として、炭化珪素(SiC)、窒化ガリウム(GaN)などの化合物半導
体、酸化亜鉛(ZnO)などの金属酸化物でなる酸化物半導体などを適用することができ
る。この中でも酸化物半導体は、スパッタリング法や湿式法により作製可能であり、量産
性に優れるといった利点がある。また、炭化シリコンまたは窒化ガリウムとは異なり、酸
化物半導体は室温でも成膜が可能なため、ガラス基板上への成膜、或いは半導体素子を用
いた集積回路上への成膜が可能である。また、基板の大型化にも対応が可能である。よっ
て、上述したワイドギャップ半導体の中でも、酸化物半導体は量産性が高いというメリッ
トを特に有する。また、トランジスタの性能(例えば電界効果移動度)を向上させるため
に結晶性の酸化物半導体を得ようとする場合でも、250℃から800℃の熱処理によっ
て容易に結晶性の酸化物半導体を得ることができる。
半導体を用いる場合を例に挙げている。
る場合を示している。トランジスタ107が、活性層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スイッチングを制御するための信号が与え
られ、他方のゲート電極は、電気的に絶縁しているフローティングの状態であっても良い
し、電位が他から与えられている状態であっても良い。後者の場合、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107の閾値電圧を制御することができる。
タ107を一つだけ有する構成を示しているが、本発明はこの構成に限定されない。本発
明の一態様では、スイッチング素子として機能するトランジスタが各メモリセルに最低限
1つ設けられていれば良く、上記トランジスタの数は複数であっても良い。メモリセル1
05がスイッチング素子として機能するトランジスタを複数有している場合、上記複数の
トランジスタは並列に接続されていても良いし、直列に接続されていても良いし、直列と
並列が組み合わされて接続されていても良い。
のトランジスタの第1端子と第2端子のいずれか一方のみが、第2のトランジスタの第1
端子と第2端子のいずれか一方のみに接続されている状態を意味する。また、トランジス
タが並列に接続されている状態とは、第1のトランジスタの第1端子が第2のトランジス
タの第1端子に接続され、第1のトランジスタの第2端子が第2のトランジスタの第2端
子に接続されている状態を意味する。
。
電極111と、ゲート電極111上の絶縁膜112と、絶縁膜112を間に挟んでゲート
電極111と重なる、活性層として機能する酸化物半導体膜113と、酸化物半導体膜1
13上のソース電極114及びドレイン電極115とを有している。図1(C)では、酸
化物半導体膜113、ソース電極114及びドレイン電極115上に、絶縁膜116が形
成されている。トランジスタ107は絶縁膜116をその構成要素に含んでいても良い。
いるが、トランジスタ107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、
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。
供給を停止しても、データを保持することができる。よって、信号処理回路100全体へ
の電源電圧の供給を停止し、消費電力を抑えることができる。或いは、緩衝記憶装置10
3への電源電圧の供給を停止し、消費電力を抑えることができる。
装置103とデータのやり取りを行う制御装置101または演算装置102への、電源電
圧の供給を停止するようにしても良い。例えば、演算装置102と緩衝記憶装置103に
おいて、動作が行われない場合、演算装置102及び緩衝記憶装置103への電源電圧の
供給を停止するようにしても良い。
、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
て間接的に接続している状態も、その範疇に含む。
は、例えば配線の一部が電極としても機能する場合など、一の導電膜が、複数の構成要素
の機能を併せ持っている場合もある。本明細書において接続とは、このような、一の導電
膜が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合も、その範疇に含める。
極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電極がソース電極と呼ばれ、高い電位が与えら
れる電極がドレイン電極と呼ばれる。また、pチャネル型トランジスタでは、低い電位が
与えられる電極がドレイン電極と呼ばれ、高い電位が与えられる電極がソース電極と呼ば
れる。以下、ソース電極とドレイン電極のいずれか一方を第1端子、他方を第2端子と称
する。
07と、記憶素子として機能する容量素子120とを有する。トランジスタ107のゲー
ト電極は、ワード線WLに接続されている。また、トランジスタ107は、その第1端子
がデータ線DLに接続されており、その第2端子が容量素子120の一方の電極に接続さ
れている。容量素子120の他方の電極は、接地電位などの固定電位が与えられているノ
ードに、接続されている。
ンになり、データ線DLからデータを含む信号の電位が、トランジスタ107を介して容
量素子120の一方の電極に与えられる。そして、上記信号の電位に従って、容量素子1
20に蓄積されている電荷量が制御されることで、容量素子120へのデータの書き込み
が行われる。
て電荷が保持される。上述したように、トランジスタ107はオフ電流またはリーク電流
が極めて低いという特性を有している。そのため、容量素子120に蓄積された電荷はリ
ークしづらく、トランジスタ107にシリコンなどの半導体材料を用いた場合に比べ、長
い期間に渡ってデータの保持を行うことができる。
素子120に蓄積された電荷が取り出される。そして、上記電荷量の違いを読み取ること
により、データを読み出すことができる。
07と、記憶素子として機能するトランジスタ121及び容量素子122とを有する。ト
ランジスタ107のゲート電極は、第1ワード線WLaに接続されている。また、トラン
ジスタ107は、その第1端子が第1データ線DLaに接続されており、その第2端子が
トランジスタ121のゲート電極に接続されている。トランジスタ121は、その第1端
子が、第2データ線DLbに接続されており、その第2端子が、所定の電位が与えられて
いるノードに接続されている。容量素子122が有する一対の電極は、一方がトランジス
タ121のゲート電極に接続され、他方が第2ワード線WLbに接続されている。
ンになり、第1データ線DLaからデータを含む信号の電位が、トランジスタ107を介
してトランジスタ121のゲート電極に与えられる。そして、上記信号の電位に従って、
トランジスタ121のゲート容量、及び容量素子122に蓄積される電荷量が制御される
ことで、トランジスタ121及び容量素子122へのデータの書き込みが行われる。
ゲート容量、及び容量素子122に蓄積された電荷が保持される。上述したように、トラ
ンジスタ107はオフ電流またはリーク電流が極めて低いという特性を有している。その
ため、蓄積された上記電荷はリークしづらく、トランジスタ107にシリコンなどの半導
体材料を用いた場合に比べ、長い期間に渡ってデータの保持を行うことができる。
する一対の電極の電位差は、電荷保存則により維持されたままなので、第2ワード線WL
bの電位の変化は、トランジスタ121のゲート電極に与えられる。トランジスタ121
は、そのゲート容量に蓄積されている電荷量によって閾値電圧が変化している。よって、
トランジスタ121のゲート電極の電位が変化することで得られるトランジスタ121の
ドレイン電流の大きさから、蓄積されている電荷量の違いを読み取ることにより、データ
を読み出すことができる。
用いられていても良い。或いは、トランジスタ121の活性層に、酸化物半導体以外の、
非晶質、微結晶、多結晶、または単結晶の、シリコン、またはゲルマニウムなどの半導体
が用いられていても良い。メモリセル105内の全てのトランジスタの活性層に、酸化物
半導体膜を用いることで、プロセスを簡略化することができる。また、記憶素子として機
能するトランジスタ121の活性層に、例えば、多結晶または単結晶のシリコンなどのよ
うに、酸化物半導体よりも高い移動度が得られる半導体材料を用いることで、メモリセル
105からのデータの読み出しを高速で行うことができる。
2データ線DLbの機能を併せ持っている点において、図2(B)に示すメモリセル10
5と異なっている。具体的に、図2(C)に示すメモリセル105は、スイッチング素子
として機能するトランジスタ107と、記憶素子として機能するトランジスタ123及び
容量素子124とを有する。トランジスタ107のゲート電極は、第1ワード線WLaに
接続されている。また、トランジスタ107は、その第1端子がデータ線DLに接続され
ており、その第2端子がトランジスタ123のゲート電極に接続されている。トランジス
タ123は、その第1端子がデータ線DLに接続されており、その第2端子が、所定の電
位が与えられているノードに接続されている。容量素子124が有する一対の電極は、一
方がトランジスタ123のゲート電極に接続され、他方が第2ワード線WLbに接続され
ている。
、図2(B)に示すメモリセル105と同様に行うことができる。
用いられていても良い。或いは、トランジスタ123の活性層に、酸化物半導体以外の、
非晶質、微結晶、多結晶、または単結晶の、シリコン、またはゲルマニウムなどの半導体
が用いられていても良い。メモリセル105内の全てのトランジスタの活性層に、酸化物
半導体膜を用いることで、プロセスを簡略化することができる。また、記憶素子として機
能するトランジスタ123の活性層に、例えば、多結晶または単結晶のシリコンなどのよ
うに、酸化物半導体よりも高い移動度が得られる半導体材料を用いることで、メモリセル
105からのデータの読み出しを高速で行うことができる。
07と、記憶素子として機能するトランジスタ125とを有する。トランジスタ125は
、活性層を間に挟んで存在する一対のゲート電極を有している。上記一対のゲート電極の
一方を第1ゲート電極、他方を第2ゲート電極とする。
ンジスタ107は、その第1端子が第1データ線DLaに接続されており、その第2端子
がトランジスタ125の第1ゲート電極に接続されている。トランジスタ125の第2ゲ
ート電極は、第2ワード線WLbに接続されている。また、トランジスタ125は、その
第1端子が、第2データ線DLbに接続されており、その第2端子が、所定の電位が与え
られているノードに接続されている。
ンになり、第1データ線DLaからデータを含む信号の電位が、トランジスタ107を介
してトランジスタ125の第1ゲート電極に与えられる。そして、上記信号の電位に従っ
て、トランジスタ125のゲート容量に蓄積される電荷量が制御されることで、トランジ
スタ125へのデータの書き込みが行われる。
ゲート容量に蓄積された電荷が保持される。上述したように、トランジスタ107はオフ
電流またはリーク電流が極めて低いという特性を有している。そのため、蓄積された上記
電荷はリークしづらく、トランジスタ107にシリコンなどの半導体材料を用いた場合に
比べ、長い期間に渡ってデータの保持を行うことができる。
125の第2ゲート電極の電位を変化させる。トランジスタ125は、そのゲート容量に
蓄積されている電荷量によって閾値電圧が変化している。よって、トランジスタ125の
第2ゲート電極の電位を変化させることで得られるトランジスタ125のドレイン電流の
大きさから、蓄積されている電荷量の違いを読み取り、結果的に、データを読み出すこと
ができる。
用いられていても良い。或いは、トランジスタ125の活性層に、酸化物半導体以外の、
非晶質、微結晶、多結晶、または単結晶の、シリコン、またはゲルマニウムなどの半導体
が用いられていても良い。メモリセル105内の全てのトランジスタの活性層に、酸化物
半導体膜を用いることで、プロセスを簡略化することができる。また、記憶素子として機
能するトランジスタ125の活性層に、例えば、多結晶または単結晶のシリコンなどのよ
うに、酸化物半導体よりも高い移動度が得られる半導体材料を用いることで、メモリセル
105からのデータの読み出しを高速で行うことができる。
07と、記憶素子として機能するトランジスタ126と、データの読み出しを制御するス
イッチング素子として機能するトランジスタ127とを有する。トランジスタ107のゲ
ート電極は、第1ワード線WLaに接続されている。また、トランジスタ107は、その
第1端子が第1データ線DLaに接続されており、その第2端子がトランジスタ126の
ゲート電極に接続されている。トランジスタ126は、その第1端子がトランジスタ12
7の第2端子に接続されており、その第2端子が、所定の電位が与えられているノードに
接続されている。トランジスタ127が有する第1端子は、第2データ線DLbに接続さ
れている。トランジスタ127のゲート電極は、第2ワード線WLbに接続されている。
ンになり、第1データ線DLaからデータを含む信号の電位が、トランジスタ107を介
してトランジスタ126のゲート電極に与えられる。そして、上記信号の電位に従って、
トランジスタ126のゲート容量に蓄積される電荷量が制御されることで、トランジスタ
126へのデータの書き込みが行われる。
ゲート容量に蓄積された電荷が保持される。上述したように、トランジスタ107はオフ
電流またはリーク電流が極めて低いという特性を有している。そのため、蓄積された上記
電荷はリークしづらく、シリコンなどの半導体材料を用いた場合に比べ、長い期間に渡っ
てデータの保持を行うことができる。
7がオンになる。トランジスタ127がオンになると、トランジスタ126には、そのゲ
ート容量に蓄積されている電荷量に見合った高さのドレイン電流が流れる。よって、トラ
ンジスタ126のドレイン電流の大きさから、蓄積されている電荷量の違いを読み取るこ
とにより、データを読み出すことができる。
が用いられていても良い。或いは、トランジスタ126またはトランジスタ127の活性
層に、酸化物半導体以外の、非晶質、微結晶、多結晶、または単結晶の、シリコン、また
はゲルマニウムなどの半導体が用いられていても良い。メモリセル105内の全てのトラ
ンジスタの活性層に、酸化物半導体膜を用いることで、プロセスを簡略化することができ
る。また、トランジスタ126またはトランジスタ127の活性層に、例えば、多結晶ま
たは単結晶のシリコンなどのように、酸化物半導体よりも高い移動度が得られる半導体材
料を用いることで、メモリセル105からのデータの読み出しを高速で行うことができる
。
2ワード線WLbの機能を併せ持っている点において、図3(B)に示すメモリセル10
5と異なっている。具体的に、図3(C)に示すメモリセル105は、スイッチング素子
として機能するトランジスタ107と、記憶素子として機能するトランジスタ128と、
データの読み出しを制御するスイッチング素子として機能するトランジスタ129とを有
する。トランジスタ129はトランジスタ128と極性が異なる。そして、トランジスタ
107のゲート電極は、ワード線WLに接続されている。また、トランジスタ107は、
その第1端子が第1データ線DLaに接続されており、その第2端子がトランジスタ12
8のゲート電極に接続されている。トランジスタ128は、その第1端子がトランジスタ
129の第2端子に接続されており、その第2端子が、所定の電位が与えられているノー
ドに接続されている。トランジスタ129の第1端子は、第2データ線DLbに接続され
ている。トランジスタ129のゲート電極は、ワード線WLに接続されている。
、図3(B)に示すメモリセル105と同様に行うことができる。
或いは、トランジスタ128の活性層に、酸化物半導体以外の、非晶質、微結晶、多結晶
、または単結晶の、シリコン、またはゲルマニウムなどの半導体が用いられていても良い
。また、トランジスタ128の活性層に、例えば、多結晶または単結晶のシリコンなどの
ように、酸化物半導体よりも高い移動度が得られる半導体材料を用いることで、メモリセ
ル105からのデータの読み出しを高速で行うことができる。
07と、記憶素子として機能するトランジスタ130と、データの読み出しを制御するダ
イオード131とを有する。トランジスタ107のゲート電極は、ワード線WLに接続さ
れている。また、トランジスタ107は、その第1端子が第1データ線DLaに接続され
ており、その第2端子がトランジスタ130のゲート電極に接続されている。トランジス
タ130は、その第1端子がダイオード131の陰極に接続されており、その第2端子が
、所定の電位が与えられているノードに接続されている。ダイオード131は、その陽極
が第2データ線DLbに接続されている。
ンになり、第1データ線DLaからデータを含む信号の電位が、トランジスタ107を介
してトランジスタ130のゲート電極に与えられる。そして、上記信号の電位に従って、
トランジスタ130のゲート容量に蓄積される電荷量が制御されることで、トランジスタ
130へのデータの書き込みが行われる。なお、データの書き込み時では、第2データ線
DLbの電位を、所定の電位と同じか、それより低く保つ。
においても、第2データ線DLbの電位を、所定の電位と同じか、それより低く保つ。よ
って、トランジスタ130のゲート容量に蓄積された電荷が保持される。上述したように
、トランジスタ107はオフ電流またはリーク電流が極めて低いという特性を有している
。そのため、蓄積された上記電荷はリークしづらく、トランジスタ107にシリコンなど
の半導体材料を用いた場合に比べ、長い期間に渡ってデータの保持を行うことができる。
ンジスタ130は、そのゲート容量に蓄積されている電荷量によって閾値電圧が変化して
いる。よって、トランジスタ130のゲート電極の電位が変化することで得られるトラン
ジスタ130のドレイン電流の大きさから、蓄積されている電荷量の違いを読み取ること
により、データを読み出すことができる。
用いられていても良い。或いは、トランジスタ130の活性層に、酸化物半導体以外の、
非晶質、微結晶、多結晶、または単結晶の、シリコン、またはゲルマニウムなどの半導体
が用いられていても良い。メモリセル105内の全てのトランジスタの活性層に、酸化物
半導体膜を用いることで、プロセスを簡略化することができる。また、記憶素子として機
能するトランジスタ130の活性層に、例えば、多結晶または単結晶のシリコンなどのよ
うに、酸化物半導体よりも高い移動度が得られる半導体材料を用いることで、メモリセル
105からのデータの読み出しを高速で行うことができる。
する。
の一例である。ただし、図4では、図2(C)とは異なり、トランジスタ123がpチャ
ネル型である場合の回路図を例示している。
数の第2ワード線WLb、複数のソース線SLなどの各種配線が設けられており、駆動回
路からの信号又は電位が、これら配線を介して各メモリセル105に供給される。ソース
線SLは、トランジスタ123の第2端子に接続されている。
体的に、図4に示すセルアレイ200の場合、y行×x列のメモリセル105がマトリク
ス状に接続されており、第1ワード線WLa1〜WLay、第2ワード線WLb1〜WL
by、ソース線SL1〜SLy、データ線DL1〜DLxが、セルアレイ200内に配置
されている場合を例示している。
て説明する。なお、図5では、1行1列目のメモリセル105と、1行x列目のメモリセ
ル105と、y行1列目のメモリセル105と、y行x列目のメモリセル105とにおい
て、データの書き込み、保持、読み出しを行う場合を例に挙げている。また、図5では、
トランジスタ123がpチャネル型トランジスタである場合を例示している。
でも良い期間を意味する。
行x列目のメモリセル105へのデータの書き込みを先に行い、その後で、y行1列目の
メモリセル105及びy行x列目のメモリセル105へのデータの書き込みを行う場合を
例示している。
2ワード線WLb1の選択を行う。具体的に図5では、第1ワード線WLa1にハイレベ
ルの電位VHが与えられ、それ以外の第1ワード線WLa2〜WLayには接地電位GN
Dが与えられる。よって、第1ワード線WLa1にゲート電極が接続されているトランジ
スタ107のみが、選択的にオンになる。また、第2ワード線WLb1には接地電位GN
Dが与えられ、他の第2ワード線WLb2〜WLbyにはハイレベルの電位VDDが与え
られる。
、データ線DL1、DLxに、データを含む信号の電位が与えられる。データ線DL1、
DLxに与えられる電位のレベルは、データの内容によって当然異なる。図5では、デー
タ線DL1にハイレベルの電位VDDが与えられ、データ線DLxに接地電位GNDが与
えられている場合を例示する。データ線DL1、DLxに与えられる電位は、オンのトラ
ンジスタ107を介して、容量素子124が有する電極の一つと、トランジスタ123の
ゲート電極に与えられる。そして、容量素子124が有する電極の一つと、トランジスタ
123のゲート電極をノードFGとすると、上記信号の電位に従って、ノードFGに蓄積
される電荷量が制御されることで、1行1列目のメモリセル105と、1行x列目のメモ
リセル105へのデータの書き込みが行われる。
ート電極が接続されているトランジスタ107が、オフになる。
第2ワード線WLbyの選択を行う。具体的に図5では、第1ワード線WLayにハイレ
ベルの電位VHが与えられ、それ以外の第1ワード線WLa1〜WLa(y−1)には接
地電位GNDが与えられる。よって、第1ワード線WLayにゲート電極が接続されてい
るトランジスタ107のみが、選択的にオンになる。また、第2ワード線WLbyには接
地電位GNDが与えられ、他の第2ワード線WLb1〜WLb(y−1)にはハイレベル
の電位VDDが与えられる。
、データ線DL1、DLxに、データを含む信号の電位が与えられる。図5では、データ
線DL1に接地電位GNDが与えられ、データ線DLxにハイレベルの電位VDDが与え
られている場合を例示する。データ線DL1、DLxに与えられる電位は、オンのトラン
ジスタ107を介して、容量素子124が有する電極の一つと、トランジスタ123のゲ
ート電極に与えられる。そして、上記信号の電位に従って、ノードFGに蓄積される電荷
量が制御されることで、y行1列目のメモリセル105と、y行x列目のメモリセル10
5へのデータの書き込みが行われる。
上記構成により、ノードFGに接地電位GNDが与えられる場合において、データ線DL
とソース線SLに電流が生じることを抑制することができる。
La及び第2ワード線WLbの選択期間が終了した後に、データ線DLにデータを含む信
号の電位を入力する期間を終了させるようにすることが望ましい。
るレベルの電位、具体的には接地電位GNDが与えられる。本発明の一態様では、上述し
たように、トランジスタ107のオフ電流が著しく低い。トランジスタ107のオフ電流
が低いと、ノードFGに蓄積された電荷はリークしづらくなるため、長い期間に渡ってデ
ータの保持を行うことができる。
を行う。具体的に図5では、第2ワード線WLb1に接地電位GNDが与えられ、他の第
2ワード線WLb2〜WLbyにハイレベルの電位VDDが与えられる。また、読み出し
期間Trでは、全ての第1ワード線WLaは、接地電位GNDが与えられることで非選択
の状態になっている。そして、第2ワード線WLb1の選択が行われている期間において
、全てのソース線SLにはハイレベルの電位VRが与えられる。なお、電位VRは、電位
VDDと同じか、もしくは電位VDDより低く接地電位GNDよりも高い電位であるもの
とする。
荷量に依存する。よって、データ線DL1、DLxには、ノードFGに蓄積された電荷量
に応じた電位が与えられる。そして、上記電位から電荷量の違いを読み取ることにより、
1行1列目のメモリセル105と、1行x列目のメモリセル105から、データを読み出
すことができる。
択を行う。具体的に図5では、第2ワード線WLbyに接地電位GNDが与えられ、他の
第2ワード線WLb1〜WLb(y−1)にハイレベルの電位VDDが与えられる。また
、上述したように、読み出し期間Trでは、全ての第1ワード線WLaは、接地電位GN
Dが与えられることで非選択の状態になっている。また、第2ワード線WLbyの選択が
行われている期間において、全てのソース線SLにはハイレベルの電位VRが与えられる
。
荷量に依存する。よって、データ線DL1、DLxには、ノードFGに蓄積された電荷量
に応じた電位が与えられる。そして、上記電位から電荷量の違いを読み取ることにより、
y行1列目のメモリセル105と、y行x列目のメモリセル105から、データを読み出
すことができる。
が、セルアレイ200から実際に読み出されたデータを含んでいる。
説明する。
の一例である。
ース線SLなどの各種配線が設けられており、駆動回路からの信号又は電位が、これら配
線を介して各メモリセル105に供給される。ソース線SLは、容量素子120の他方の
電極に接続されており、接地電位が与えられている。
体的に、図6に示すセルアレイ300の場合、y行×x列のメモリセルがマトリクス状に
接続されており、ワード線WL1〜WLy、データ線DL1〜DLx、ソース線SL1〜
SLyが、セルアレイ300内に配置されている場合を例示している。
み期間において、ワード線WL1にパルスを有する信号が入力されると、当該パルスの電
位、具体的にはハイレベルの電位が、ワード線WL1に接続されているトランジスタ10
7のゲート電極に与えられる。よって、ワード線WL1にゲート電極が接続されているト
ランジスタ107は、全てオンになる。
DLxに入力される信号の電位のレベルは、データの内容によって当然異なる。データ線
DL1〜DLxに入力されている電位は、オンのトランジスタ107を介して、容量素子
120の一方の電極に与えられる。そして、上記信号の電位に従って、容量素子120に
蓄積されている電荷量が制御されることで、容量素子120へのデータの書き込みが行わ
れる。
電極が接続されているトランジスタ107が、全てオフになる。そして、ワード線WL2
〜WLyに、パルスを有する信号が順に入力され、ワード線WL2〜WLyを有するメモ
リセル105において、上述した動作が同様に繰り返される。
において、全てのワード線WL1〜WLyには、トランジスタ107がオフになるレベル
の電位、具体的にはローレベルの電位が与えられる。本発明の一態様では、上述したよう
に、トランジスタ107のオフ電流が著しく低い。トランジスタ107のオフ電流が低い
と、容量素子120に蓄積された電荷はリークしづらくなるため、長い期間に渡ってデー
タの保持を行うことができる。
タの読み出し期間には、書き込み期間と同様に、ワード線WL1〜WLyに順にパルスを
有する信号が入力される。当該パルスの電位、具体的にはハイレベルの電位が、ワード線
WL1に接続されているトランジスタ107のゲート電極に与えられると、当該トランジ
スタ107は全てオンになる。
電荷が取り出される。そして、上記電荷量の違いをデータ線DLの電位から読み取ること
により、データを読み出すことができる。
が、記憶部から実際に読み出されたデータを含んでいる。
おいて順に行う駆動方法について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。指定さ
れたアドレスのメモリセル105においてのみ、上記動作を行うようにしても良い。
リセル105の構成に限定されない。
上書きするように、別のデータを書き込むことが可能である。よって、従来のフラッシュ
メモリとは異なり、データの書き換えの際に、先に書き込んであるデータの消去を必要と
しない点が、メリットの一つである。
膜で覆われた絶縁状態にある。よって、フローティングゲートに、トンネル効果を利用し
て電荷を蓄積させるためには、20V程度の高い電圧を記憶素子に印加する必要がある。
また、データの書き込みに長い時間を要する。しかし、本発明の一態様に係る信号処理回
路が有する記憶装置では、高純度化された酸化物半導体膜をトランジスタの活性層として
用いたスイッチング素子により、データの書き込み及び読み出しを行うことができる。よ
って、記憶装置の動作時に必要な電圧は数V程度であり、消費電力を格段に小さく抑える
ことができる。また、データの書き込みをフラッシュメモリの場合よりも高速で行うこと
ができる。
に必要な電圧(動作電圧)が大きいので、通常、昇圧回路などを用いてフラッシュメモリ
に与える電圧を昇圧している。しかし、本発明の一態様に係る信号処理回路では、記憶装
置の動作電圧を小さく抑えられるので、消費電力を小さくすることができる。よって、信
号処理回路内の、記憶装置の動作に係わる昇圧回路などの外部回路の負担を軽減すること
ができ、その分、外部回路の機能拡張などを行い、信号処理回路の高機能化を実現するこ
とができる。また、記憶装置の動作電圧を小さく抑えられることで、動作電圧の大きさを
カバーするための冗長な回路設計が不要となるため、信号処理回路に用いられている集積
回路の集積度を高めることができ、信号処理回路を高機能化させることができる。
が、本発明の一態様に係る信号処理回路が有する記憶装置では、3値以上の多値のデータ
を扱うことも可能である。なお、3値以上の多値のデータの場合、値が4値、5値と増え
ていくにつれて各値どうしの電荷量の差が小さくなるため、微少なオフ電流が存在すると
データの正確さを維持するのが難しく、保持期間がさらに短くなる傾向にある。しかし、
本発明の一態様に係る信号処理回路が有する記憶装置では、オフ電流が著しく低減された
トランジスタをスイッチング素子として用いるので、多値化に伴う保持期間の短縮化を抑
えることができる。
記憶装置の、駆動回路の具体的な構成の一例について説明する。
ロック図では、記憶装置内の回路を機能ごとに分類し、互いに独立したブロックとして示
しているが、実際の回路は機能ごとに完全に切り分けることが難しく、一つの回路が複数
の機能に係わることもあり得る。
動回路802は、セルアレイ801から読み出されたデータを含む信号を生成する読み出
し回路803と、第1ワード線または第2ワード線の電位を制御するワード線駆動回路8
04と、セルアレイ801において選択されたメモリセルにおけるデータの書き込みを制
御するデータ線駆動回路805とを有する。さらに、駆動回路802は、読み出し回路8
03、ワード線駆動回路804、データ線駆動回路805の動作を制御する制御回路80
6を有している。
レベルシフタ808と、バッファ809とを有している。データ線駆動回路805が、デ
コーダ810と、レベルシフタ811と、セレクタ812とを有している。
回路805、制御回路806は、全て一の基板を用いて形成されていても良いし、いずれ
か1つ又は全てが互いに異なる基板を用いて形成されていても良い。
it)などを介して上記回路間の電気的な接続を確保することができる。この場合、駆動
回路802の一部がFPCにCOF(Chip On Film)法を用いて接続されて
いても良い。或いは、COG(Chip On Glass)法を用いて、電気的な接続
を確保することができる。
Dが入力されると、制御回路806は、アドレスの列方向に関する情報Axをデータ線駆
動回路805に送り、アドレスの行方向に関する情報Ayをワード線駆動回路804に送
る。また、制御回路806は、記憶装置800に入力されたデータを含む信号DATAを
、データ線駆動回路805に送る。
6に供給される信号RE(Read enable)、信号WE(Write enab
le)などによって選択される。更に、セルアレイ801が複数存在する場合、制御回路
806に、セルアレイ801を選択するための信号CE(Chip enable)が入
力されていても良い。この場合、信号RE、信号WEにより選択される動作が、信号CE
により選択されたセルアレイ801において実行される。
からの指示に従って、ワード線駆動回路804が有するデコーダ807において、アドレ
スAyに対応するメモリセルを選択するための信号が生成される。当該信号は、レベルシ
フタ808によって振幅が調整された後、バッファ809において波形が処理され、セル
アレイ801に入力される。一方、データ線駆動回路805では、制御回路806からの
指示に従って、デコーダ810において選択されたメモリセルのうち、アドレスAxに対
応するメモリセルを選択するための信号が生成される。当該信号は、レベルシフタ811
によって振幅が調整された後、セレクタ812に入力される。セレクタ812では、入力
された信号に従って信号DATAをサンプリングし、アドレス(Ax、Ay)に対応する
メモリセルにサンプリングした信号を入力する。
806からの指示に従って、ワード線駆動回路804が有するデコーダ807において、
アドレスAyに対応するメモリセルを選択するための信号が生成される。当該信号は、レ
ベルシフタ808によって振幅が調整された後、バッファ809において波形が処理され
、セルアレイ801に入力される。一方、読み出し回路803では、制御回路806から
の指示に従って、デコーダ807により選択されたメモリセルのうち、アドレスAxに対
応するメモリセルを選択する。そして、アドレス(Ax、Ay)に対応するメモリセルに
記憶されているデータを読み出し、該データを含む信号を生成する。
本実施の形態では、読み出し回路の具体的な構成の一例について説明する。
のレベルが決まる。よって、理想的には、複数のメモリセルに同じデジタル値のデータが
記憶されているならば、複数のメモリセルから読み出された電位は、全て同じレベルのは
ずである。しかし、実際には、記憶素子として機能するトランジスタ、容量素子、又は読
み出し時においてスイッチング素子として機能するトランジスタの特性が、メモリセル間
においてばらつくことがある。この場合、読み出されるはずのデータが全て同じデジタル
値であっても、実際に読み出された電位にばらつきが生じるため、その分布は幅を有する
。よって、セルアレイから読み出された電位に多少のばらつきが生じていても、正確なデ
ータを含み、なおかつ所望の仕様に合わせて振幅、波形が処理された信号を形成する読み
出し回路を、駆動回路に設けることが望ましい。
ら読み出された電位Vdataの、読み出し回路への入力を制御するためのスイッチング
素子として機能するトランジスタ260と、抵抗として機能するトランジスタ261とを
有する。また、図8に示す読み出し回路は、オペアンプ262を有している。
ドレイン領域)が接続されており、なおかつ、ゲート電極及びドレイン電極にハイレベル
の電源電位Vddが与えられている。また、トランジスタ261は、ソース電極が、オペ
アンプ262の非反転入力端子(+)に接続されている。よって、トランジスタ261は
、電源電位Vddが与えられているノードと、オペアンプ262の非反転入力端子(+)
との間に接続された、抵抗として機能する。なお、図8では、ゲート電極とドレイン電極
が接続されたトランジスタを抵抗として用いたが、本発明はこれに限定されず、抵抗とし
て機能する素子であれば代替が可能である。
れる信号Sigの電位に従って、トランジスタ260が有するソース電極への電位Vda
taの供給を制御する。
ランジスタ260とトランジスタ261により抵抗分割することで得られる電位が、オペ
アンプ262の非反転入力端子(+)に与えられる。そして、電源電位Vddのレベルは
固定されているので、抵抗分割により得られる電位のレベルには、電位Vdataのレベ
ル、すなわち、読み出されたデータのデジタル値が反映されている。
。そして、非反転入力端子(+)に与えられる電位が、基準電位Vrefに対して高いか
低いかにより、出力端子の電位Voutのレベルを異ならせることができ、それにより、
データを間接的に含む信号を得ることができる。
らつきにより、読み出された電位Vdataのレベルにもばらつきが生じ、その分布が幅
を有する場合がある。よって、基準電位Vrefのレベルは、データの値を正確に読み取
るために、ノードの電位Vdataのばらつきを考慮して定める。
の読み出しに用いるオペアンプは、電位Vdataの与えられるノードに対して1つずつ
用いているが、オペアンプの数はこれに限定されない。n値(nは2以上の自然数)のデ
ータを扱う場合は、電位Vdataの与えられるノードに対するオペアンプの数をn−1
とする。
本実施の形態では、本発明の信号処理回路の具体的な一形態について説明する。図9に、
信号処理回路の構成をブロックで一例として示す。
tic logic unit)602と、データキャッシュ603と、命令キャッシュ
604と、プログラムカウンタ605と、命令レジスタ606と、主記憶装置607と、
レジスタファイル608とを有する。
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。データキャッシュ60
3は、使用頻度の高いデータを一時的に記憶しておく緩衝記憶装置である。命令キャッシ
ュ604は、制御装置601に送られる命令(プログラム)のうち、使用頻度の高い命令
を一時的に記憶しておく緩衝記憶装置である。プログラムカウンタ605は、次に実行す
る命令のアドレスを記憶するレジスタである。命令レジスタ606は、次に実行する命令
を記憶するレジスタである。主記憶装置607には、ALU602における演算処理に用
いられるデータや、制御装置601において実行される命令が記憶されている。レジスタ
ファイル608は、汎用レジスタを含む複数のレジスタを有しており、主記憶装置607
から読み出されたデータ、ALU602の演算処理の途中で得られたデータ、或いはAL
U602の演算処理の結果得られたデータ、などを記憶することができる。
ドレスに従い、命令キャッシュ604の対応するアドレスから命令を読み出し、命令レジ
スタ606に上記命令を記憶させる。命令キャッシュ604の対応するアドレスに、該当
する命令が記憶されていない場合は、主記憶装置607の対応するアドレスにアクセスし
、主記憶装置607から命令を読み出し、命令レジスタ606に記憶させる。この場合、
上記命令を命令キャッシュ604にも記憶させておく。
する。具体的には、上記命令に従ってALU602の動作を制御するための各種信号を生
成する。
用いてALU602に演算処理を行わせ、その演算処理の結果をレジスタファイル608
に格納する。
の対応するアドレスにアクセスし、該当するデータがデータキャッシュ603中にあるか
否かを確認する。ある場合は、データキャッシュ603の対応するアドレスからレジスタ
ファイル608に該当するデータをコピーする。ない場合は、上記データを主記憶装置6
07の対応するアドレスからデータキャッシュ603の対応するアドレスにコピーした後
、データキャッシュ603の対応するアドレスからレジスタファイル608に上記データ
をコピーする。
ッシュ603の対応するアドレスに記憶させる。このとき、制御装置601は、まずデー
タキャッシュ603の対応するアドレスにアクセスし、該当するデータがデータキャッシ
ュ603中に格納できるか否かを確認する。格納できる場合は、上記データをレジスタフ
ァイル608からデータキャッシュ603の対応するアドレスにコピーする。格納できな
い場合は、データキャッシュ603の一部領域に新たに対応するアドレスを割り振り、上
記データをレジスタファイル608からデータキャッシュ603の対応するアドレスにコ
ピーする。なお、データキャッシュ603にデータをコピーしたら直ちに、主記憶装置6
07にも上記データをコピーする構成も可能である。また、幾つかのデータをデータキャ
ッシュ603にコピーした後、それらのデータをまとめて主記憶装置607にコピーする
構成も可能である。
アクセスし、命令レジスタ606から読み出した命令をデコード、実行するという上記動
作を繰り返す。
態で示した記憶装置を用いることで、電源の供給を停止してもデータの消失を防ぐことが
できる。よって、信号処理回路600全体、もしくは信号処理回路600を構成する制御
装置601、ALU602などの論理回路において、短い時間でも電源の供給を停止する
ことができる。従って、信号処理回路600の消費電力を小さく抑えることができる。
緩衝記憶装置は、特定の情報量を格納するキャッシュラインを複数有している。そして、
各キャッシュラインは、データフィールドと呼ばれるメモリ領域と、タグと呼ばれるメモ
リ領域と、バリッドビットと呼ばれるメモリ領域とを含む。
ッシュデータが記憶される。タグには、上記キャッシュデータに対応したアドレスのデー
タである番地データが記憶される。バリッドビットには、データフィールドに格納されて
いるキャッシュデータが有効か無効かを示すデータである、バリッドデータが記憶される
。
シュライン0乃至キャッシュラインn−1の、n個のキャッシュラインを有している。各
キャッシュラインは、タグ、バリッドビット、データフィールドを有している。
憶装置が揮発性メモリで構成されているならば、キャッシュラインに格納されているデー
タは不定値になっている。このため、信号処理回路への電源電圧の供給が開始された後に
、全てのキャッシュラインのバリッドビットを無効化する必要がある。しかし、バリッド
ビットを無効化する処理を行っている間は、制御装置や演算装置を待機させておく必要が
ある。そのため、電源電圧の供給が開始されてから、信号処理回路が実際に信号を処理す
るまで、時間を要する。
タの書き込みを一括で行うことができる構成とする。すなわち、キャッシュラインごとに
、バリッドビットのデータを書き込んでいく必要はなく、全てのキャッシュラインが有す
るバリッドビットのデータを一括で書き込むことができる。具体的には、メモリセルの全
てのワード線WLまたは第1ワード線WLaの電位を一括で制御できる構成とすることで
、スイッチング素子として機能するトランジスタを一括してオンにし、無効を意味するデ
ジタル値のデータを全メモリセルに書き込む。また、スイッチング素子として機能するト
ランジスタが、活性層を間に挟んで存在する一対のゲート電極を有し、一方のゲート電極
がワード線WLまたは第1ワード線WLaに接続されている場合、他方のゲート電極の電
位を制御することで、一括で全メモリセルに無効を意味するデジタル値のデータを書き込
むようにしても良い。
込みを行わなくてはならない記憶装置を用いた一般的な信号処理回路に比べて、バリッド
ビットを無効化する処理に要する時間を短くすることができる。従って、電源電圧の供給
が開始されてから、信号処理回路が実際に信号を処理するまでの起動時間を、短くするこ
とができる。
信号処理回路に比べて、発明の一態様に係る信号処理回路は、上述した起動時間を著しく
短くすることができる。
を行う命令を用意する。当該命令を主記憶装置内の、制御装置が一番初めにアクセスする
アドレスに格納する。また、緩衝記憶装置は、電源電圧の供給が開始された直後は待機状
態となる構成とし、バリッドビットの無効化の処理が終了後、動作が開始する構成とする
。具体的には、緩衝記憶装置の状態を示すレジスタを用意し、信号処理回路への電源電圧
の供給が開始された直後は、緩衝記憶装置が待機状態であることを示すデータを、レジス
タが有するようにすれば良い。
にあるので、主記憶装置にアクセスをする。制御装置は主記憶装置から、全てのバリッド
ビットを無効化する命令を読み込む。制御装置は、読み込んだ命令をデコードし、実行す
る。
本実施の形態では、図2(C)に示したメモリセル105において、トランジスタ107
の活性層に酸化物半導体を用い、トランジスタ123の活性層にシリコンを用いる場合を
例に挙げて、記憶装置の作製方法について説明する。
単結晶炭化シリコンなどの半導体材料を用いていても良い。また、例えば、シリコンを用
いたトランジスタ123は、シリコンウェハなどの単結晶半導体基板、SOI法により作
製されたシリコン薄膜、気相成長法により作製されたシリコン薄膜などを用いて形成する
ことができる。或いは、本発明の一態様では、メモリセルを構成する全てのトランジスタ
に、酸化物半導体を用いていても良い。
単結晶の半導体基板から分離された半導体膜702とを形成する。
熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有していることが必要となる。例えば、基板700には
、フュージョン法やフロート法で作製されるガラス基板、石英基板、半導体基板、セラミ
ック基板等を用いることができる。ガラス基板としては、後の加熱処理の温度が高い場合
には、歪み点が730℃以上のものを用いると良い。
以下、トランジスタ123の作製方法について説明する。なお、具体的な単結晶の半導体
膜702の作製方法の一例について、簡単に説明する。まず、単結晶の半導体基板である
ボンド基板に、電界で加速されたイオンでなるイオンビームを注入し、ボンド基板の表面
から一定の深さの領域に、結晶構造が乱されることで局所的に脆弱化された脆化層を形成
する。脆化層が形成される領域の深さは、イオンビームの加速エネルギーとイオンビーム
の入射角によって調節することができる。そして、ボンド基板と、絶縁膜701が形成さ
れた基板700とを、間に当該絶縁膜701が挟まるように貼り合わせる。貼り合わせは
、ボンド基板と基板700とを重ね合わせた後、ボンド基板と基板700の一部に、1N
/cm2以上500N/cm2以下、好ましくは11N/cm2以上20N/cm2以下
程度の圧力を加える。圧力を加えると、その部分からボンド基板と絶縁膜701とが接合
を開始し、最終的には密着した面全体に接合がおよぶ。次いで、加熱処理を行うことで、
脆化層に存在する各微小ボイドが膨張することで微小ボイドどうしが結合し、大きな体積
を有するボイドが得られる。その結果、脆化層においてボンド基板の一部である単結晶半
導体膜が、ボンド基板から分離する。上記加熱処理の温度は、基板700の歪み点を越え
ない温度とする。そして、上記単結晶半導体膜をエッチング等により所望の形状に加工す
ることで、半導体膜702を形成することができる。
p型の導電性を付与する不純物元素、若しくはリン、砒素などのn型の導電性を付与する
不純物元素を添加しても良い。閾値電圧を制御するための不純物元素の添加は、パターニ
ングする前の半導体膜に対して行っても良いし、パターニング後に形成された半導体膜7
02に対して行っても良い。また、閾値電圧を制御するための不純物元素の添加を、ボン
ド基板に対して行っても良い。若しくは、不純物元素の添加を、閾値電圧を大まかに調整
するためにボンド基板に対して行った上で、閾値電圧を微調整するために、パターニング
前の半導体膜に対して、又はパターニングにより形成された半導体膜702に対しても行
っても良い。
はこの構成に限定されない。例えば、絶縁膜701上に気相成長法を用いて形成された多
結晶、微結晶、非晶質の半導体膜を用いても良いし、上記半導体膜を公知の技術により結
晶化しても良い。公知の結晶化方法としては、レーザ光を用いたレーザ結晶化法、触媒元
素を用いる結晶化法がある。或いは、触媒元素を用いる結晶化法とレーザ結晶化法とを組
み合わせて用いることもできる。また、石英のような耐熱性に優れている基板を用いる場
合、電熱炉を使用した熱結晶化方法、赤外光を用いたランプアニール結晶化法、触媒元素
を用いる結晶化法、950℃程度の高温アニール法を組み合わせた結晶化法を用いても良
い。
、ゲート絶縁膜703上にマスク705を形成し、導電性を付与する不純物元素を半導体
膜702の一部に添加することで、不純物領域704を形成する。
2の表面を酸化又は窒化することで形成することができる。高密度プラズマ処理は、例え
ばHe、Ar、Kr、Xeなどの希ガスと酸素、酸化窒素、アンモニア、窒素、水素など
の混合ガスとを用いて行う。この場合、プラズマの励起をマイクロ波の導入により行うこ
とで、低電子温度で高密度のプラズマを生成することができる。このような高密度のプラ
ズマで生成された酸素ラジカル(OHラジカルを含む場合もある)や窒素ラジカル(NH
ラジカルを含む場合もある)によって、半導体膜の表面を酸化又は窒化することにより、
1〜20nm、望ましくは5〜10nmの絶縁膜が半導体膜に接するように形成できる。
例えば、亜酸化窒素(N2O)をArで1〜3倍(流量比)に希釈して、10Pa〜30
Paの圧力にて3kW〜5kWのマイクロ波(2.45GHz)電力を印加して半導体膜
702の表面を酸化若しくは窒化させる。この処理により1nm〜10nm(好ましくは
2nm〜6nm)の絶縁膜を形成する。更に亜酸化窒素(N2O)とシラン(SiH4)
を導入し、10Pa〜30Paの圧力にて3kW〜5kWのマイクロ波(2.45GHz
)電力を印加して気相成長法により酸化窒化珪素膜を形成してゲート絶縁膜を形成する。
固相反応と気相成長法による反応を組み合わせることにより界面準位密度が低く絶縁耐圧
の優れたゲート絶縁膜を形成することができる。
ト絶縁膜703と半導体膜702との界面準位密度を極めて低くすることができる。また
高密度プラズマ処理により半導体膜702を直接酸化又は窒化することで、形成される絶
縁膜の厚さのばらつきを抑えることができる。また半導体膜が結晶性を有する場合、高密
度プラズマ処理を用いて半導体膜の表面を固相反応で酸化させることにより、結晶粒界に
おいてのみ酸化が速く進んでしまうのを抑え、均一性が良く、界面準位密度の低いゲート
絶縁膜を形成することができる。高密度プラズマ処理により形成された絶縁膜を、ゲート
絶縁膜の一部又は全部に含んで形成されるトランジスタは、特性のばらつきを抑えること
ができる。
化窒化珪素、窒化珪素、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム又は酸化タンタル、酸化イッ
トリウム、ハフニウムシリケート(HfSixOy(x>0、y>0))、窒素が添加さ
れたハフニウムシリケート(HfSixOy(x>0、y>0))、窒素が添加されたハ
フニウムアルミネート(HfAlxOy(x>0、y>0))等を含む膜を、単層で、又
は積層させることで、ゲート絶縁膜703を形成しても良い。
い物質であり、また、窒化酸化物とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い
物質を意味する。
以上50nm以下とすることができる。本実施の形態では、プラズマCVD法を用いて、
酸化珪素を含む単層の絶縁膜を、ゲート絶縁膜703として用いる。
一部を除去して、不純物領域704と重畳する領域にエッチング等により開口部706を
形成した後、ゲート電極707及び導電膜708を形成する。
該導電膜を所定の形状に加工(パターニング)することで、形成することができる。導電
膜708は、開口部706において不純物領域704と接している。上記導電膜の形成に
はCVD法、スパッタリング法、蒸着法、スピンコート法等を用いることができる。また
、導電膜は、タンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(Ti)、モリブデン(M
o)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、クロム(Cr)、ニオブ(Nb)等を用いる
ことができる。上記金属を主成分とする合金を用いても良いし、上記金属を含む化合物を
用いても良い。又は、半導体膜に導電性を付与するリン等の不純物元素をドーピングした
、多結晶珪素などの半導体を用いて形成しても良い。
るが、本実施の形態はこの構成に限定されない。ゲート電極707及び導電膜708は積
層された複数の導電膜で形成されていても良い。
グステンを用いることができる。上記例の他に、窒化タングステンとタングステン、窒化
モリブデンとモリブデン、アルミニウムとタンタル、アルミニウムとチタン等が挙げられ
る。タングステンや窒化タンタルは、耐熱性が高いため、2層の導電膜を形成した後の工
程において、熱活性化を目的とした加熱処理を行うことができる。また、2層の導電膜の
組み合わせとして、例えば、n型の導電性を付与する不純物元素がドーピングされた珪素
とニッケルシリサイド、n型の導電性を付与する不純物元素がドーピングされた珪素とタ
ングステンシリサイド等も用いることができる。
デン膜の積層構造を採用するとよい。
合物、酸化インジウム酸化亜鉛混合物、酸化亜鉛、酸化亜鉛アルミニウム、酸窒化亜鉛ア
ルミニウム、又は酸化亜鉛ガリウム等の透光性を有する酸化物導電膜を用いることもでき
る。
8を形成しても良い。液滴吐出法とは、所定の組成物を含む液滴を細孔から吐出又は噴出
することで所定のパターンを形成する方法を意味し、インクジェット法などがその範疇に
含まれる。
vely Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法を用い、
エッチング条件(コイル型の電極層に印加される電力量、基板側の電極層に印加される電
力量、基板側の電極温度等)を適宜調節することにより、所望のテーパー形状を有するよ
うにエッチングすることができる。また、テーパー形状は、マスクの形状によっても角度
等を制御することができる。なお、エッチング用ガスとしては、塩素、塩化硼素、塩化珪
素もしくは四塩化炭素などの塩素系ガス、四弗化炭素、弗化硫黄もしくは弗化窒素などの
フッ素系ガス又は酸素を適宜用いることができる。
導電性を付与する不純物元素を半導体膜702に添加することで、ゲート電極707と重
なるチャネル形成領域710と、チャネル形成領域710を間に挟む一対の不純物領域7
09と、不純物領域704の一部に更に不純物元素が添加された不純物領域711とが、
半導体膜702に形成される。
する場合を例に挙げる。
14(A)の破線A1−A2における断面図が、図11(D)に相当する。
08を覆うように、絶縁膜712、絶縁膜713を形成する。具体的に、絶縁膜712、
絶縁膜713は、酸化珪素、窒化珪素、窒化酸化珪素、酸化窒化珪素、窒化アルミニウム
、窒化酸化アルミニウムなどの無機の絶縁膜を用いることができる。特に、絶縁膜712
、絶縁膜713に誘電率の低い(low−k)材料を用いることで、各種電極や配線の重
なりに起因する容量を十分に低減することが可能になるため好ましい。なお、絶縁膜71
2、絶縁膜713に、上記材料を用いた多孔性の絶縁膜を適用しても良い。多孔性の絶縁
膜では、密度の高い絶縁膜と比較して誘電率が低下するため、電極や配線に起因する寄生
容量を更に低減することが可能である。
を用いる場合を例に挙げる。また、本実施の形態では、ゲート電極707及び導電膜70
8上に絶縁膜712、絶縁膜713を形成している場合を例示しているが、本発明はゲー
ト電極707及び導電膜708上に絶縁膜を1層だけ形成していても良いし、3層以上の
複数の絶縁膜を積層するように形成していても良い。
械研磨)処理やエッチング処理を行うことにより、ゲート電極707及び導電膜708の
表面を露出させる。なお、後に形成されるトランジスタ107の特性を向上させるために
、絶縁膜712、絶縁膜713の表面は可能な限り平坦にしておくことが好ましい。
うに、絶縁膜712又は絶縁膜713上に酸化物半導体膜716を形成する。
所望の形状に加工することで、形成することができる。上記酸化物半導体膜の膜厚は、2
nm以上200nm以下、好ましくは3nm以上50nm以下、更に好ましくは3nm以
上20nm以下とする。酸化物半導体膜は、酸化物半導体をターゲットとして用い、スパ
ッタ法により成膜する。また、酸化物半導体膜は、希ガス(例えばアルゴン)雰囲気下、
酸素雰囲気下、又は希ガス(例えばアルゴン)及び酸素混合雰囲気下においてスパッタ法
により形成することができる。
マを発生させる逆スパッタを行い、絶縁膜712及び絶縁膜713の表面に付着している
塵埃を除去することが好ましい。逆スパッタとは、ターゲット側に電圧を印加せずに、ア
ルゴン雰囲気下で基板側にRF電源を用いて電圧を印加して基板近傍にプラズマを形成し
て表面を改質する方法である。なお、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウムなどを用い
てもよい。また、アルゴン雰囲気に酸素、亜酸化窒素などを加えた雰囲気で行ってもよい
。また、アルゴン雰囲気に塩素、四フッ化炭素などを加えた雰囲気で行ってもよい。
物であるIn−Zn系酸化物、Sn−Zn系酸化物、Al−Zn系酸化物、Zn−Mg系
酸化物、Sn−Mg系酸化物、In−Mg系酸化物、In−Ga系酸化物、三元系金属の
酸化物であるIn−Ga−Zn系酸化物(IGZOとも表記する)、In−Al−Zn系
酸化物、In−Sn−Zn系酸化物、Sn−Ga−Zn系酸化物、Al−Ga−Zn系酸
化物、Sn−Al−Zn系酸化物、In−Hf−Zn系酸化物、In−La−Zn系酸化
物、In−Ce−Zn系酸化物、In−Pr−Zn系酸化物、In−Nd−Zn系酸化物
、In−Sm−Zn系酸化物、In−Eu−Zn系酸化物、In−Gd−Zn系酸化物、
In−Tb−Zn系酸化物、In−Dy−Zn系酸化物、In−Ho−Zn系酸化物、I
n−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、四元系金属の酸化物であるIn−Sn−Ga−Zn系酸化物、I
n−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。また、上記酸化物半導体は、珪素を含んでいてもよい。
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。
応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とする半導体特性を得るために、キ
ャリア密度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間結合距離、密度
等を適切なものとすることが好ましい。
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。
c=1)である酸化物の組成が、原子数比がIn:Ga:Zn=A:B:C(A+B+C
=1)の酸化物の組成の近傍であるとは、a、b、cが、(a―A)2+(b―B)2+
(c―C)2≦r2を満たすことを言い、rは、例えば、0.05とすればよい。他の酸
化物でも同様である。
ーゲットを用いたスパッタ法により得られる膜厚30nmのIn−Ga−Zn−O系酸化
物半導体の薄膜を、酸化物半導体膜として用いる。上記ターゲットとして、例えば、In
2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1[mol数比]の組成比を有するターゲットを
用いる。また、In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:2[mol数比]の組成比を
有するターゲット、またはIn2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:4[mol数比]
を有するターゲットを用いることができる。また、In、Ga、及びZnを含むターゲッ
トの充填率は90%以上100%以下、好ましくは95%以上100%未満である。充填
率の高いターゲットを用いることにより、成膜した酸化物半導体膜は緻密な膜となる。
を除去しつつ水素及び水分が除去されたスパッタガスを導入し、上記ターゲットを用いて
酸化物半導体膜を成膜する。成膜時に、基板温度を100℃以上600℃以下、好ましく
は200℃以上400℃以下としても良い。基板を加熱しながら成膜することにより、成
膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物濃度を低減することができる。また、スパッタリ
ングによる損傷が軽減される。処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポ
ンプを用いることが好ましい。例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメ
ーションポンプを用いることが好ましい。また、排気手段としては、ターボポンプにコー
ルドトラップを加えたものであってもよい。クライオポンプを用いて処理室を排気すると
、例えば、水素原子、水(H2O)など水素原子を含む化合物(より好ましくは炭素原子
を含む化合物も)等が排気されるため、当該処理室で成膜した酸化物半導体膜に含まれる
不純物の濃度を低減できる。
、直流(DC)電源0.5kW、酸素(酸素流量比率100%)雰囲気下の条件が適用さ
れる。なお、パルス直流(DC)電源を用いると、成膜時に発生する塵埃が軽減でき、膜
厚分布も均一となるために好ましい。
とすることで、スパッタリング法による成膜途中における酸化物半導体膜への、アルカリ
金属、水素化物等の不純物の混入を低減することができる。また、排気系として上述した
吸着型の真空ポンプを用いることで、排気系からのアルカリ金属、水素原子、水素分子、
水、水酸基、または水素化物等の不純物の逆流を低減することができる。
アルカリ金属、水素原子、水素分子、水、水酸基、または水素化物等を低減することがで
きる。また、当該ターゲットを用いることで、酸化物半導体膜において、リチウム、ナト
リウム、カリウム等のアルカリ金属の濃度を低減することができる。
成膜の前処理として、スパッタリング装置の予備加熱室で絶縁膜712及び絶縁膜713
までが形成された基板700を予備加熱し、基板700に吸着した水分又は水素などの不
純物を脱離し排気することが好ましい。なお、予備加熱の温度は、100℃以上400℃
以下、好ましくは150℃以上300℃以下である。また、予備加熱室に設ける排気手段
はクライオポンプが好ましい。なお、この予備加熱の処理は省略することもできる。また
、この予備加熱は、後に行われるゲート絶縁膜721の成膜前に、導電膜719、導電膜
720まで形成した基板700にも同様に行ってもよい。
ットエッチングでもよく、両方を用いてもよい。ドライエッチングに用いるエッチングガ
スとしては、塩素を含むガス(塩素系ガス、例えば塩素(Cl2)、三塩化硼素(BCl
3)、四塩化珪素(SiCl4)、四塩化炭素(CCl4)など)が好ましい。また、フ
ッ素を含むガス(フッ素系ガス、例えば四弗化炭素(CF4)、六弗化硫黄(SF6)、
三弗化窒素(NF3)、トリフルオロメタン(CHF3)など)、臭化水素(HBr)、
酸素(O2)、これらのガスにヘリウム(He)やアルゴン(Ar)などの希ガスを添加
したガス、などを用いることができる。
ing)法や、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導
結合型プラズマ)エッチング法を用いることができる。所望の形状にエッチングできるよ
うに、エッチング条件(コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される
電力量、基板側の電極温度等)を適宜調節する。
ン酸やシュウ酸などの有機酸を用いることができる。本実施の形態では、ITO−07N
(関東化学社製)を用いる。
よい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、
製造コストを低減できる。
膜712及び絶縁膜713の表面に付着しているレジスト残渣などを除去することが好ま
しい。
酸基を含む)が多量に含まれていることがある。水分又は水素はドナー準位を形成しやす
いため、酸化物半導体にとっては不純物である。そこで、本発明の一態様では、酸化物半
導体膜中の水分又は水素などの不純物を低減(脱水化または脱水素化)するために、酸化
物半導体膜716に対して、減圧雰囲気下、窒素や希ガスなどの不活性ガス雰囲気下、酸
素ガス雰囲気下、又は超乾燥エア(CRDS(キャビティリングダウンレーザー分光法)
方式の露点計を用いて測定した場合の水分量が20ppm(露点換算で−55℃)以下、
好ましくは1ppm以下、好ましくは10ppb以下の空気)雰囲気下で、酸化物半導体
膜716に加熱処理を施す。
を脱離させることができる。具体的には、250℃以上750℃以下、好ましくは400
℃以上基板の歪み点未満の温度で加熱処理を行えば良い。例えば、500℃、3分間以上
6分間以下程度で行えばよい。加熱処理にRTA法を用いれば、短時間に脱水化又は脱水
素化が行えるため、ガラス基板の歪点を超える温度でも処理することができる。
射によって、被処理物を加熱する装置を備えていてもよい。例えば、GRTA(Gas
Rapid Thermal Anneal)装置、LRTA(Lamp Rapid
Thermal Anneal)装置等のRTA(Rapid Thermal Ann
eal)装置を用いることができる。LRTA装置は、ハロゲンランプ、メタルハライド
ランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水
銀ランプなどのランプから発する光(電磁波)の輻射により、被処理物を加熱する装置で
ある。GRTA装置は、高温のガスを用いて加熱処理を行う装置である。気体には、アル
ゴンなどの希ガス、又は窒素のような、加熱処理によって被処理物と反応しない不活性気
体が用いられる。
素などが含まれないことが好ましい。又は、加熱処理装置に導入する窒素、又はヘリウム
、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、6N(99.9999%)以上、好ましくは7
N(99.99999%)以上、(即ち不純物濃度を1ppm以下、好ましくは0.1p
pm以下)とすることが好ましい。
ていても問題がなく、ナトリウムのようなアルカリ金属が多量に含まれる廉価なソーダ石
灰ガラスも使えると指摘されている(神谷、野村、細野、「アモルファス酸化物半導体の
物性とデバイス開発の現状」、固体物理、2009年9月号、Vol.44、pp.62
1−633.)。しかし、このような指摘は適切でない。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
半導体膜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、酸化物半導体膜内において、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、トランジスタの特性の劣化が
起こり、加えて、特性のばらつきも生じる。この不純物によりもたらされるトランジスタ
の特性の劣化と、特性のばらつきは、酸化物半導体膜中の水素濃度が十分に低い場合にお
いて顕著に現れる。従って、酸化物半導体膜中の水素濃度が1×1018/cm3以下、
より好ましくは1×1017/cm3以下である場合には、上記不純物の濃度を低減する
ことが望ましい。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、5×10
16/cm3以下、好ましくは1×1016/cm3以下、更に好ましくは1×1015
/cm3以下とするとよい。同様に、Li濃度の測定値は、5×1015/cm3以下、
好ましくは1×1015/cm3以下とするとよい。同様に、K濃度の測定値は、5×1
015/cm3以下、好ましくは1×1015/cm3以下とするとよい。
により酸化物半導体膜の安定化を図ることができる。また、ガラス転移温度以下の加熱処
理で、水素に起因するキャリア密度が少なく、バンドギャップの広い酸化物半導体膜を形
成することができる。このため、大面積基板を用いてトランジスタを作製することができ
、量産性を高めることができる。上記加熱処理は、酸化物半導体膜の成膜以降であれば、
いつでも行うことができる。
有する酸化物半導体膜としては、c軸配向を有した結晶(C Axis Aligned
Crystal:CAACとも呼ぶ)を含む酸化物であっても、トランジスタの信頼性
を高めるという効果を得ることができるので、好ましい。
きる。スパッタリング法によってCAACを得るには酸化物半導体膜の堆積初期段階にお
いて六方晶の結晶が形成されるようにすることと、当該結晶を種として結晶が成長される
ようにすることが肝要である。そのためには、ターゲットと基板の距離を広くとり(例え
ば、150mm〜200mm程度)、基板加熱温度を100℃〜500℃、好適には20
0℃〜400℃、さらに好適には250℃〜300℃にすると好ましい。また、これに加
えて、成膜時の基板加熱温度よりも高い温度で、堆積された酸化物半導体膜を熱処理する
ことで膜中に含まれるミクロな欠陥や、積層界面の欠陥を修復することができる。
六角形、正三角形、または正六角形の原子配列を有する。なおかつ、CAACは、c軸方
向に金属原子が層状に配列した相、または、金属原子と酸素原子が層状に配列した相を、
含む。
なわち、酸化物半導体が非晶質の場合は、個々の金属原子によって配位数が異なることも
有り得るが、CAACでは金属原子の配位数はほぼ一定となる。そのため、微視的な酸素
の欠損が減少し、水素原子(水素イオンを含む)やアルカリ金属原子の脱着による電荷の
移動や不安定性を減少させる効果がある。
トランジスタへの光照射またはバイアス−熱ストレス(BT)の付加を行った後に生じる
、トランジスタのしきい値電圧の変化量を、低減することができる。よって、安定した電
気的特性を有するトランジスタを作製することができる。
716とも接する導電膜719と、導電膜708と接し、なおかつ酸化物半導体膜716
とも接する導電膜720とを形成する。導電膜719及び導電膜720は、ソース電極又
はドレイン電極として機能する。
ようにスパッタ法や真空蒸着法で導電膜を形成した後、該導電膜を所定の形状に加工(パ
ターニング)することで、形成することができる。
チタン、モリブデン、タングステンからから選ばれた元素、又は上述した元素を成分とす
る合金か、上述した元素を組み合わせた合金膜等が挙げられる。また、アルミニウム、銅
などの金属膜の下側もしくは上側にクロム、タンタル、チタン、モリブデン、タングステ
ンなどの高融点金属膜を積層させた構成としても良い。また、アルミニウム又は銅は、耐
熱性や腐食性の問題を回避するために、高融点金属材料と組み合わせて用いると良い。高
融点金属材料としては、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、ネオジ
ム、スカンジウム、イットリウム等を用いることができる。
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2層構造、チタン膜と、そのチタン膜上に重ねてアルミニウム膜を
積層し、更にその上にチタン膜を成膜する3層構造などが挙げられる。また、Cu−Mg
−Al合金、Mo−Ti合金、Ti、Mo、は、酸化膜との密着性が高い。よって、下層
にCu−Mg−Al合金、Mo−Ti合金、Ti、或いはMoで構成される導電膜、上層
にCuで構成される導電膜を積層し、上記積層された導電膜を導電膜719及び導電膜7
20に用いることで、酸化膜である絶縁膜と、導電膜719及び導電膜720との密着性
を高めることができる。
しても良い。導電性の金属酸化物としては酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化イ
ンジウム酸化スズ混合物、酸化インジウム酸化亜鉛混合物又は前記金属酸化物材料にシリ
コン若しくは酸化シリコンを含ませたものを用いることができる。
ることが好ましい。
それぞれの材料及びエッチング条件を適宜調節する。エッチング条件によっては、酸化物
半導体膜716の露出した部分が一部エッチングされることで、溝部(凹部)が形成され
ることもある。
含む溶液(アンモニア過水)を用いて、選択的に導電膜をウェットエッチングすることが
できる。具体的には、31重量%の過酸化水素水と、28重量%のアンモニア水と水とを
、体積比5:2:2で混合したアンモニア過水を用いる。或いは、塩素(Cl2)、塩化
硼素(BCl3)などを含むガスを用いて、導電膜をドライエッチングしても良い。
した光に多段階の強度をもたせる多階調マスクによって形成されたレジストマスクを用い
てエッチング工程を行ってもよい。多階調マスクを用いて形成したレジストマスクは複数
の膜厚を有する形状となり、エッチングを行うことで更に形状を変形することができるた
め、異なるパターンに加工する複数のエッチング工程に用いることができる。よって、一
枚の多階調マスクによって、少なくとも二種類以上の異なるパターンに対応するレジスト
マスクを形成することができる。よって露光マスク数を削減することができ、対応するフ
ォトリソグラフィ工程も削減できるため、工程の簡略化が可能となる。
9及び導電膜720との間に、ソース領域及びドレイン領域として機能する酸化物導電膜
を設けるようにしても良い。酸化物導電膜の材料としては、酸化亜鉛を成分として含むも
のが好ましく、酸化インジウムを含まないものであることが好ましい。そのような酸化物
導電膜として、酸化亜鉛、酸化亜鉛アルミニウム、酸窒化亜鉛アルミニウム、酸化亜鉛ガ
リウムなどを適用することができる。
導電膜719及び導電膜720を形成するためのパターニングとを一括で行うようにして
も良い。
膜716と導電膜719及び導電膜720の間の抵抗を下げることができるので、トラン
ジスタの高速動作を実現させることができる。また、ソース領域及びドレイン領域として
機能する酸化物導電膜を設けることで、トランジスタの耐圧を高めることができる。
い。このプラズマ処理によって露出している酸化物半導体膜の表面に付着した水などを除
去する。また、酸素とアルゴンの混合ガスを用いてプラズマ処理を行ってもよい。
14(B)の破線A1−A2における断面図が、図13(A)に相当する。
20と、酸化物半導体膜716とを覆うように、ゲート絶縁膜721を形成する。そして
、ゲート絶縁膜721上において、酸化物半導体膜716と重なる位置にゲート電極72
2を形成し、導電膜719と重なる位置に導電膜723を形成する。
することが可能である。なお、ゲート絶縁膜721は、水分や、水素などの不純物を極力
含まないことが望ましく、単層の絶縁膜であっても良いし、積層された複数の絶縁膜で構
成されていても良い。ゲート絶縁膜721に水素が含まれると、その水素が酸化物半導体
膜716へ侵入し、又は水素が酸化物半導体膜716中の酸素を引き抜き、酸化物半導体
膜716が低抵抗化(n型化)してしまい、寄生チャネルが形成されるおそれがある。よ
って、ゲート絶縁膜721はできるだけ水素を含まない膜になるように、成膜方法に水素
を用いないことが重要である。上記ゲート絶縁膜721には、バリア性の高い材料を用い
るのが望ましい。例えば、バリア性の高い絶縁膜として、窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、
窒化アルミニウム膜、又は窒化酸化アルミニウム膜などを用いることができる。複数の積
層された絶縁膜を用いる場合、窒素の含有比率が低い酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜などの
絶縁膜を、上記バリア性の高い絶縁膜よりも、酸化物半導体膜716に近い側に形成する
。そして、窒素の含有比率が低い絶縁膜を間に挟んで、導電膜719及び導電膜720及
び酸化物半導体膜716と重なるように、バリア性の高い絶縁膜を形成する。バリア性の
高い絶縁膜を用いることで、酸化物半導体膜716内、ゲート絶縁膜721内、或いは、
酸化物半導体膜716と他の絶縁膜の界面とその近傍に、水分又は水素などの不純物が入
り込むのを防ぐことができる。また、酸化物半導体膜716に接するように窒素の比率が
低い酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜などの絶縁膜を形成することで、バリア性の高い材料を
用いた絶縁膜が直接酸化物半導体膜716に接するのを防ぐことができる。
法で形成された膜厚100nmの窒化珪素膜を積層させた構造を有する、ゲート絶縁膜7
21を形成する。成膜時の基板温度は、室温以上300℃以下とすればよく、本実施の形
態では100℃とする。
、超乾燥空気、又は希ガス(アルゴン、ヘリウムなど)の雰囲気下において、好ましくは
200℃以上400℃以下、例えば250℃以上350℃以下で行う。上記ガスは、水の
含有量が20ppm以下、好ましくは1ppm以下、より好ましくは10ppb以下であ
ることが望ましい。本実施の形態では、例えば、窒素雰囲気下で250℃、1時間の加熱
処理を行う。或いは、導電膜719及び導電膜720を形成する前に、水分又は水素を低
減させるための酸化物半導体膜に対して行った先の加熱処理と同様に、高温短時間のRT
A処理を行っても良い。酸素を含むゲート絶縁膜721が設けられた後に、加熱処理が施
されることによって、酸化物半導体膜716に対して行った先の加熱処理により、酸化物
半導体膜716に酸素欠損が発生していたとしても、ゲート絶縁膜721から酸化物半導
体膜716に酸素が供与される。そして、酸化物半導体膜716に酸素が供与されること
で、酸化物半導体膜716において、ドナーとなる酸素欠損を低減し、化学量論的組成比
を満たすことが可能である。酸化物半導体膜716には、化学量論的組成比を超える量の
酸素が含まれていることが好ましい。その結果、酸化物半導体膜716をi型に近づける
ことができ、酸素欠損によるトランジスタの電気特性のばらつきを軽減し、電気特性の向
上を実現することができる。この加熱処理を行うタイミングは、ゲート絶縁膜721の形
成後であれば特に限定されず、他の工程、例えば樹脂膜形成時の加熱処理や、透明導電膜
を低抵抗化させるための加熱処理と兼ねることで、工程数を増やすことなく、酸化物半導
体膜716をi型に近づけることができる。
素を添加し、酸化物半導体膜716中においてドナーとなる酸素欠損を低減させても良い
。加熱処理の温度は、例えば100℃以上350℃未満、好ましくは150℃以上250
℃未満で行う。上記酸素雰囲気下の加熱処理に用いられる酸素ガスには、水、水素などが
含まれないことが好ましい。又は、加熱処理装置に導入する酸素ガスの純度を、6N(9
9.9999%)以上、好ましくは7N(99.99999%)以上、(即ち酸素中の不
純物濃度を1ppm以下、好ましくは0.1ppm以下)とすることが好ましい。
素を添加することで、ドナーとなる酸素欠損を低減させても良い。例えば、2.45GH
zのマイクロ波でプラズマ化した酸素を酸化物半導体膜716に添加すれば良い。
後、該導電膜をパターニングすることで形成することができる。ゲート電極722及び導
電膜723は、ゲート電極707、或いは導電膜719及び導電膜720と同様の材料を
用いて形成することが可能である。
nm〜200nmとする。本実施の形態では、タングステンターゲットを用いたスパッタ
法により150nmのゲート電極用の導電膜を形成した後、該導電膜をエッチングにより
所望の形状に加工(パターニング)することで、ゲート電極722及び導電膜723を形
成する。なお、レジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクを
インクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる
。
容量素子120に相当する。
C)の破線A1−A2における断面図が、図13(B)に相当する。
要に応じて、電気的に接続された複数のゲート電極を有することで、チャネル形成領域を
複数有する、マルチゲート構造のトランジスタも形成することができる。
21が該当する。)は、第13族元素及び酸素を含む絶縁材料を用いるようにしても良い
。酸化物半導体材料には第13族元素を含むものが多く、第13族元素を含む絶縁材料は
酸化物半導体との相性が良く、これを酸化物半導体膜に接する絶縁膜に用いることで、酸
化物半導体膜との界面の状態を良好に保つことができる。
味する。第13族元素を含む絶縁材料としては、例えば、酸化ガリウム、酸化アルミニウ
ム、酸化アルミニウムガリウム、酸化ガリウムアルミニウムなどがある。ここで、酸化ア
ルミニウムガリウムとは、ガリウムの含有量(原子%)よりアルミニウムの含有量(原子
%)が多いものを示し、酸化ガリウムアルミニウムとは、ガリウムの含有量(原子%)が
アルミニウムの含有量(原子%)以上のものを示す。
酸化ガリウムを含む材料を用いることで酸化物半導体膜と絶縁膜の界面特性を良好に保つ
ことができる。例えば、酸化物半導体膜と酸化ガリウムを含む絶縁膜とを接して設けるこ
とにより、酸化物半導体膜と絶縁膜の界面における水素のパイルアップを低減することが
できる。なお、絶縁膜に酸化物半導体の成分元素と同じ族の元素を用いる場合には、同様
の効果を得ることが可能である。例えば、酸化アルミニウムを含む材料を用いて絶縁膜を
形成することも有効である。なお、酸化アルミニウムは、水を透過させにくいという特性
を有しているため、当該材料を用いることは、酸化物半導体膜への水の侵入防止という点
においても好ましい。
プなどにより、絶縁材料を化学量論的組成比より酸素が多い状態とすることが好ましい。
酸素ドープとは、酸素をバルクに添加することをいう。なお、当該バルクの用語は、酸素
を薄膜表面のみでなく薄膜内部に添加することを明確にする趣旨で用いている。また、酸
素ドープには、プラズマ化した酸素をバルクに添加する酸素プラズマドープが含まれる。
また、酸素ドープは、イオン注入法又はイオンドーピング法を用いて行ってもよい。
囲気下による熱処理や、酸素ドープを行うことにより、酸化ガリウムの組成をGa2OX
(X=3+α、0<α<1)とすることができる。
雰囲気下による熱処理や、酸素ドープを行うことにより、酸化アルミニウムの組成をAl
2OX(X=3+α、0<α<1)とすることができる。
ミニウムガリウム)を用いた場合、酸素雰囲気下による熱処理や、酸素ドープを行うこと
により、酸化ガリウムアルミニウム(酸化アルミニウムガリウム)の組成をGaXAl2
−XO3+α(0<X<2、0<α<1)とすることができる。
を形成することができる。このような領域を備える絶縁膜と酸化物半導体膜が接すること
により、絶縁膜中の過剰な酸素が酸化物半導体膜に供給され、酸化物半導体膜中、又は酸
化物半導体膜と絶縁膜の界面における酸素欠陥を低減し、酸化物半導体膜をi型化又はi
型に限りなく近くすることができる。
接する絶縁膜のうち、上層に位置する絶縁膜又は下層に位置する絶縁膜のうち、どちらか
一方のみに用いても良いが、両方の絶縁膜に用いる方が好ましい。化学量論的組成比より
酸素が多い領域を有する絶縁膜を、酸化物半導体膜716に接する絶縁膜の、上層及び下
層に位置する絶縁膜に用い、酸化物半導体膜716を挟む構成とすることで、上記効果を
より高めることができる。
素を有する絶縁膜としても良いし、異なる構成元素を有する絶縁膜としても良い。例えば
、上層と下層とも、組成がGa2OX(X=3+α、0<α<1)の酸化ガリウムとして
も良いし、上層と下層の一方を組成がGa2OX(X=3+α、0<α<1)の酸化ガリ
ウムとし、他方を組成がAl2OX(X=3+α、0<α<1)の酸化アルミニウムとし
ても良い。
有する絶縁膜の積層としても良い。例えば、酸化物半導体膜716の上層に組成がGa2
OX(X=3+α、0<α<1)の酸化ガリウムを形成し、その上に組成がGaXAl2
−XO3+α(0<X<2、0<α<1)の酸化ガリウムアルミニウム(酸化アルミニウ
ムガリウム)を形成してもよい。なお、酸化物半導体膜716の下層を、化学量論的組成
比より酸素が多い領域を有する絶縁膜の積層としても良いし、酸化物半導体膜716の上
層及び下層の両方を、化学量論的組成比より酸素が多い領域を有する絶縁膜の積層として
も良い。
2を覆うように、絶縁膜724を形成する。絶縁膜724は、PVD法やCVD法などを
用いて形成することができる。また、酸化珪素、酸化窒化珪素、窒化珪素、酸化ハフニウ
ム、酸化ガリウム、酸化アルミニウム等の無機絶縁材料を含む材料を用いて形成すること
ができる。なお、絶縁膜724には、誘電率の低い材料や、誘電率の低い構造(多孔性の
構造など)を用いることが望ましい。絶縁膜724の誘電率を低くすることにより、配線
や電極などの間に生じる寄生容量を低減し、動作の高速化を図ることができるためである
。なお、本実施の形態では、絶縁膜724を単層構造としているが、本発明の一態様はこ
れに限定されず、2層以上の積層構造としても良い。
を露出させる。その後、絶縁膜724上に、上記開口部725において導電膜720と接
する配線726を形成する。
ニングすることによって形成される。また、導電膜の材料としては、アルミニウム、クロ
ム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステンから選ばれた元素や、上述した元
素を成分とする合金等を用いることができる。マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、
ベリリウム、ネオジム、スカンジウムのいずれか、又はこれらを複数組み合わせた材料を
用いてもよい。
く(5nm程度)形成した後に、開口部725に埋め込むようにアルミニウム膜を形成す
る方法を適用することができる。ここで、PVD法により形成されるチタン膜は、被形成
面の酸化膜(自然酸化膜など)を還元し、下部電極など(ここでは導電膜720)との接
触抵抗を低減させる機能を有する。また、アルミニウム膜のヒロックを防止することがで
きる。また、チタンや窒化チタンなどによるバリア膜を形成した後に、メッキ法により銅
膜を形成してもよい。
望ましい。このような領域に開口部725を形成することで、コンタクト領域に起因する
素子面積の増大を抑制することができる。
720と配線726との接続とを重畳させる場合について説明する。この場合、不純物領
域704上に形成された絶縁膜712、絶縁膜713に開口部(下部の開口部と呼ぶ)を
形成し、下部の開口部を覆うように導電膜720を形成した後、ゲート絶縁膜721及び
絶縁膜724において、下部の開口部と重畳する領域に開口部(上部の開口部と呼ぶ)を
形成し、配線726を形成することになる。下部の開口部と重畳する領域に上部の開口部
を形成する際に、エッチングにより下部の開口部に形成された導電膜720が断線してし
まうおそれがある。これを避けるために、下部の開口部と上部の開口部が重畳しないよう
に形成することにより、素子面積が増大するという問題がおこる。
ずに上部の開口部を形成することが可能となる。これにより、下部の開口部と上部の開口
部を重畳させて設けることができるため、開口部に起因する素子面積の増大を抑制するこ
とができる。つまり、信号処理回路の集積度を高めることができる。
憶装置を作製することができる。
導電膜720が、酸化物半導体膜716の後に形成されている。よって、図13(B)に
示すように、上記作製方法によって得られるトランジスタ107は、導電膜719及び導
電膜720が、酸化物半導体膜716の上に形成されている。しかし、トランジスタ10
7は、ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜が、酸化物半導体膜716の下
、すなわち、酸化物半導体膜716と絶縁膜712及び絶縁膜713の間に設けられてい
ても良い。
、酸化物半導体膜716と絶縁膜712及び絶縁膜713の間に設けられている場合の、
メモリセルの断面図を示す。図15に示すトランジスタ107は、絶縁膜713を形成し
た後に導電膜719及び導電膜720の形成を行い、次いで酸化物半導体膜716の形成
を行うことで、得ることができる。
本実施の形態では、実施の形態6とは異なる構造を有した、酸化物半導体膜を用いたトラ
ンジスタについて説明する。
機能する酸化物半導体膜903と、酸化物半導体膜903上に形成されたソース電極90
4及びドレイン電極905と、酸化物半導体膜903、ソース電極904及びドレイン電
極905上のゲート絶縁膜906と、ゲート絶縁膜906上において酸化物半導体膜90
3と重なる位置に設けられたゲート電極907とを有する。
上に形成されているトップゲート型であり、なおかつ、ソース電極904及びドレイン電
極905が酸化物半導体膜903の上に形成されているトップコンタクト型である。そし
て、トランジスタ901は、ソース電極904及びドレイン電極905と、ゲート電極9
07とが重なっていない。すなわち、ソース電極904及びドレイン電極905とゲート
電極907との間には、ゲート絶縁膜906の膜厚よりも大きい間隔が設けられている。
よって、トランジスタ901は、ソース電極904及びドレイン電極905とゲート電極
907との間に形成される寄生容量を小さく抑えることができるので、高速動作を実現す
ることができる。
3にn型の導電性を付与するドーパントを添加することで得られる、一対の高濃度領域9
08を有する。また、酸化物半導体膜903のうち、ゲート絶縁膜906を間に挟んでゲ
ート電極907と重なる領域がチャネル形成領域909である。酸化物半導体膜903で
は、一対の高濃度領域908の間にチャネル形成領域909が設けられている。高濃度領
域908を形成するためのドーパントの添加は、イオン注入法を用いることができる。ド
ーパントは、例えばヘリウム、アルゴン、キセノンなどの希ガスや、窒素、リン、ヒ素、
アンチモンなどの5族原子などを用いることができる。
5×1019/cm3以上1×1022/cm3以下であることが望ましい。
膜903中の他の領域に比べて導電性が高くなる。よって、高濃度領域908を酸化物半
導体膜903に設けることで、ソース電極904とドレイン電極905の間の抵抗を下げ
ることができる。
加した後、300℃以上600℃以下で1時間程度加熱処理を施すことにより、高濃度領
域908中の酸化物半導体はウルツ鉱型の結晶構造を有するようになる。高濃度領域90
8中の酸化物半導体がウルツ鉱型の結晶構造を有することで、さらに高濃度領域908の
導電性を高め、ソース電極904とドレイン電極905の間の抵抗を下げることができる
。なお、ウルツ鉱型の結晶構造を有する酸化物半導体を形成して、ソース電極904とド
レイン電極905の間の抵抗を効果的に下げるためには、窒素をドーパントとして用いた
場合、高濃度領域908中の窒素原子の濃度を、1×1020/cm3以上7atoms
%以下とすることが望ましい。しかし、窒素原子が上記範囲よりも低い濃度であっても、
ウルツ鉱型の結晶構造を有する酸化物半導体が得られる場合もある。
3がCAACで構成されている場合、非晶質の場合に比べて酸化物半導体膜903の導電
率を高めることができるので、ソース電極904とドレイン電極905の間の抵抗を下げ
ることができる。
タ901の微細化を進めても、高いオン電流と、高速動作を確保することができる。また
、トランジスタ901の微細化により、メモリセルの占める面積を縮小化し、セルアレイ
の単位面積あたりの記憶容量を高めることができる。
4及びドレイン電極915と、ソース電極914及びドレイン電極915上に形成された
活性層として機能する酸化物半導体膜913と、酸化物半導体膜913、ソース電極91
4及びドレイン電極915上のゲート絶縁膜916と、ゲート絶縁膜916上において酸
化物半導体膜913と重なる位置に設けられたゲート電極917とを有する。
上に形成されているトップゲート型であり、なおかつ、ソース電極914及びドレイン電
極915が酸化物半導体膜913の下に形成されているボトムコンタクト型である。そし
て、トランジスタ911は、トランジスタ901と同様に、ソース電極914及びドレイ
ン電極915と、ゲート電極917とが重なっていないので、ソース電極914及びドレ
イン電極915とゲート電極917との間に形成される寄生容量を小さく抑えることがで
き、高速動作を実現することができる。
3にn型の導電性を付与するドーパントを添加することで得られる、一対の高濃度領域9
18を有する。また、酸化物半導体膜913のうち、ゲート絶縁膜916を間に挟んでゲ
ート電極917と重なる領域がチャネル形成領域919である。酸化物半導体膜913で
は、一対の高濃度領域918の間にチャネル形成領域919が設けられている。
同様に、イオン注入法を用いて形成することができる。そして、高濃度領域918を形成
するためのドーパントの種類については、高濃度領域908の場合を参照することができ
る。
5×1019/cm3以上1×1022/cm3以下であることが望ましい。
膜913中の他の領域に比べて導電性が高くなる。よって、高濃度領域918を酸化物半
導体膜913に設けることで、ソース電極914とドレイン電極915の間の抵抗を下げ
ることができる。
加した後、300℃以上600℃以下程度で加熱処理を施すことにより、高濃度領域91
8中の酸化物半導体はウルツ鉱型の結晶構造を有するようになる。高濃度領域918中の
酸化物半導体がウルツ鉱型の結晶構造を有することで、さらに高濃度領域918の導電性
を高め、ソース電極914とドレイン電極915の間の抵抗を下げることができる。なお
、ウルツ鉱型の結晶構造を有する酸化物半導体を形成して、ソース電極914とドレイン
電極915の間の抵抗を効果的に下げるためには、窒素をドーパントとして用いた場合、
高濃度領域918中の窒素原子の濃度を、1×1020/cm3以上7atoms%以下
とすることが望ましい。しかし、窒素原子が上記範囲よりも低い濃度であっても、ウルツ
鉱型の結晶構造を有する酸化物半導体が得られる場合もある。
3がCAACで構成されている場合、非晶質の場合に比べて酸化物半導体膜913の導電
率を高めることができるので、ソース電極914とドレイン電極915の間の抵抗を下げ
ることができる。
タ911の微細化を進めても、高いオン電流と、高速動作を確保することができる。また
、トランジスタ911の微細化により、メモリセルの占める面積を縮小化し、セルアレイ
の単位面積あたりの記憶容量を高めることができる。
機能する酸化物半導体膜923と、酸化物半導体膜923上に形成されたソース電極92
4及びドレイン電極925と、酸化物半導体膜923、ソース電極924及びドレイン電
極925上のゲート絶縁膜926と、ゲート絶縁膜926上において酸化物半導体膜92
3と重なる位置に設けられたゲート電極927とを有する。さらに、トランジスタ921
は、ゲート電極927の側部に設けられた、絶縁膜で形成されたサイドウォール930を
有する。
上に形成されているトップゲート型であり、なおかつ、ソース電極924及びドレイン電
極925が酸化物半導体膜923の上に形成されているトップコンタクト型である。そし
て、トランジスタ921は、トランジスタ901と同様に、ソース電極924及びドレイ
ン電極925と、ゲート電極927とが重なっていないので、ソース電極924及びドレ
イン電極925とゲート電極927との間に形成される寄生容量を小さく抑えることがで
き、高速動作を実現することができる。
3にn型の導電性を付与するドーパントを添加することで得られる、一対の高濃度領域9
28と、一対の低濃度領域929とを有する。また、酸化物半導体膜923のうち、ゲー
ト絶縁膜926を間に挟んでゲート電極927と重なる領域がチャネル形成領域931で
ある。酸化物半導体膜923では、一対の高濃度領域928の間に一対の低濃度領域92
9が設けられ、一対の低濃度領域929の間にチャネル形成領域931が設けられている
。そして、一対の低濃度領域929は、酸化物半導体膜923中の、ゲート絶縁膜926
を間に挟んでサイドウォール930と重なる領域に設けられている。
度領域908の場合と同様に、イオン注入法を用いて形成することができる。そして、高
濃度領域928を形成するためのドーパントの種類については、高濃度領域908の場合
を参照することができる。
5×1019/cm3以上1×1022/cm3以下であることが望ましい。また、例え
ば、窒素をドーパントとして用いた場合、低濃度領域929中の窒素原子の濃度は、5×
1018/cm3以上5×1019/cm3未満であることが望ましい。
膜923中の他の領域に比べて導電性が高くなる。よって、高濃度領域928を酸化物半
導体膜923に設けることで、ソース電極924とドレイン電極925の間の抵抗を下げ
ることができる。また、低濃度領域929をチャネル形成領域931と高濃度領域928
の間に設けることで、短チャネル効果による閾値電圧のマイナスシフトを軽減することが
できる。
加した後、300℃以上600℃以下程度で加熱処理を施すことにより、高濃度領域92
8中の酸化物半導体はウルツ鉱型の結晶構造を有するようになる。さらに、低濃度領域9
29も、窒素の濃度によっては、上記加熱処理によりウルツ鉱型の結晶構造を有する場合
もある。高濃度領域928中の酸化物半導体がウルツ鉱型の結晶構造を有することで、さ
らに高濃度領域928の導電性を高め、ソース電極924とドレイン電極925の間の抵
抗を下げることができる。なお、ウルツ鉱型の結晶構造を有する酸化物半導体を形成して
、ソース電極924とドレイン電極925の間の抵抗を効果的に下げるためには、窒素を
ドーパントとして用いた場合、高濃度領域928中の窒素原子の濃度を、1×1020/
cm3以上7atoms%以下とすることが望ましい。しかし、窒素原子が上記範囲より
も低い濃度であっても、ウルツ鉱型の結晶構造を有する酸化物半導体が得られる場合もあ
る。
3がCAACで構成されている場合、非晶質の場合に比べて酸化物半導体膜923の導電
率を高めることができるので、ソース電極924とドレイン電極925の間の抵抗を下げ
ることができる。
タ921の微細化を進めても、高いオン電流と、高速動作を確保することができる。また
、トランジスタ921の微細化により、メモリセルの占める面積を縮小化し、セルアレイ
の単位面積あたりの記憶容量を高めることができる。
4及びドレイン電極945と、ソース電極944及びドレイン電極945上に形成された
活性層として機能する酸化物半導体膜943と、酸化物半導体膜943、ソース電極94
4及びドレイン電極945上のゲート絶縁膜946と、ゲート絶縁膜946上において酸
化物半導体膜943と重なる位置に設けられたゲート電極947とを有する。さらに、ト
ランジスタ941は、ゲート電極947の側部に設けられた、絶縁膜で形成されたサイド
ウォール950を有する。
上に形成されているトップゲート型であり、なおかつ、ソース電極944及びドレイン電
極945が酸化物半導体膜943の下に形成されているボトムコンタクト型である。そし
て、トランジスタ941は、トランジスタ901と同様に、ソース電極944及びドレイ
ン電極945と、ゲート電極947とが重なっていないので、ソース電極944及びドレ
イン電極945とゲート電極947との間に形成される寄生容量を小さく抑えることがで
き、高速動作を実現することができる。
3にn型の導電性を付与するドーパントを添加することで得られる、一対の高濃度領域9
48と、一対の低濃度領域949とを有する。また、酸化物半導体膜943のうち、ゲー
ト絶縁膜946を間に挟んでゲート電極947と重なる領域がチャネル形成領域951で
ある。酸化物半導体膜943では、一対の高濃度領域948の間に一対の低濃度領域94
9が設けられ、一対の低濃度領域949の間にチャネル形成領域951が設けられている
。そして、一対の低濃度領域949は、酸化物半導体膜943中の、ゲート絶縁膜946
を間に挟んでサイドウォール950と重なる領域に設けられている。
度領域908の場合と同様に、イオン注入法を用いて形成することができる。そして、高
濃度領域948を形成するためのドーパントの種類については、高濃度領域908の場合
を参照することができる。
5×1019/cm3以上1×1022/cm3以下であることが望ましい。また、例え
ば、窒素をドーパントとして用いた場合、低濃度領域949中の窒素原子の濃度は、5×
1018/cm3以上5×1019/cm3未満であることが望ましい。
膜943中の他の領域に比べて導電性が高くなる。よって、高濃度領域948を酸化物半
導体膜943に設けることで、ソース電極944とドレイン電極945の間の抵抗を下げ
ることができる。また、低濃度領域949をチャネル形成領域951と高濃度領域948
の間に設けることで、短チャネル効果による閾値電圧のマイナスシフトを軽減することが
できる。
加した後、300℃以上600℃以下程度で加熱処理を施すことにより、高濃度領域94
8中の酸化物半導体はウルツ鉱型の結晶構造を有するようになる。さらに、低濃度領域9
49も、窒素の濃度によっては、上記加熱処理によりウルツ鉱型の結晶構造を有する場合
もある。高濃度領域948中の酸化物半導体がウルツ鉱型の結晶構造を有することで、さ
らに高濃度領域948の導電性を高め、ソース電極944とドレイン電極945の間の抵
抗を下げることができる。なお、ウルツ鉱型の結晶構造を有する酸化物半導体を形成して
、ソース電極944とドレイン電極945の間の抵抗を効果的に下げるためには、窒素を
ドーパントとして用いた場合、高濃度領域948中の窒素原子の濃度を、1×1020/
cm3以上7atoms%以下とすることが望ましい。しかし、窒素原子が上記範囲より
も低い濃度であっても、ウルツ鉱型の結晶構造を有する酸化物半導体が得られる場合もあ
る。
3がCAACで構成されている場合、非晶質の場合に比べて酸化物半導体膜943の導電
率を高めることができるので、ソース電極944とドレイン電極945の間の抵抗を下げ
ることができる。
タ941の微細化を進めても、高いオン電流と、高速動作を確保することができる。また
、トランジスタ941の微細化により、メモリセルの占める面積を縮小化し、セルアレイ
の単位面積あたりの記憶容量を高めることができる。
て機能する高濃度領域をセルフアラインプロセスにて作製する方法の一つとして、酸化物
半導体膜の表面を露出させて、アルゴンプラズマ処理をおこない、酸化物半導体膜のプラ
ズマにさらされた領域の抵抗率を低下させる方法が開示されている(S. Jeon e
t al. ”180nm Gate Length Amorphous InGaZ
nO Thin Film Transistor for High Density
Image Sensor Application”, IEDM Tech. D
ig., p.504, 2010.)。
イン領域となるべき部分を露出するべく、ゲート絶縁膜を部分的に除去する必要がある。
よって、ゲート絶縁膜が除去される際に、下層の酸化物半導体膜も部分的にオーバーエッ
チングされ、ソース領域またはドレイン領域となるべき部分の膜厚が小さくなってしまう
。その結果、ソース領域またはドレイン領域の抵抗が増加し、また、オーバーエッチング
によるトランジスタの特性不良が起こりやすくなる。
がある。しかし、上記オーバーエッチングは、酸化物半導体膜とゲート絶縁膜の選択比が
十分に確保できないドライエッチング法を採用する場合に、顕著に起こりやすい。
ャネル長を200nm以下とする場合には、短チャネル効果を防止する上で、チャネル形
成領域となる部分の酸化物半導体膜の厚さは20nm以下、好ましくは10nm以下であ
ることが求められる。そのような薄い酸化物半導体膜を扱う場合には、酸化物半導体膜の
オーバーエッチングは、上述したような、ソース領域またはドレイン領域の抵抗が増加、
トランジスタの特性不良を生じさせるため、好ましくない。
体膜を露出させず、ゲート絶縁膜を残したまま行うことで、酸化物半導体膜のオーバーエ
ッチングを防ぎ、酸化物半導体膜への過剰なダメージを軽減することができる。また、加
えて、酸化物半導体膜とゲート絶縁膜の界面も清浄に保たれる。従って、トランジスタの
特性及び信頼性を高めることができる。
本発明の一態様に係る信号処理回路を、携帯電話、スマートフォン、電子書籍などの携帯
用の電子機器に応用した場合について説明する。一般的な携帯用の電子機器においては、
画像データを一時的に記憶する場合などにSRAMまたはDRAMが使用されている。S
RAMまたはDRAMが使用される理由として、フラッシュメモリなどに比べて書き込み
や読み出しなどの応答速度が速く、画像データの処理を行う際に用いるのに適しているか
らである。
の欠点がある。通常のSRAMは、図18(A)に示すように1つのメモリセルがトラン
ジスタ401〜トランジスタ406の6個のトランジスタで構成されており、それをXデ
コーダ407、Yデコーダ408にて駆動している。そして、トランジスタ403とトラ
ンジスタ405とで構成されるインバータと、トランジスタ404とトランジスタ406
とで構成されるインバータとを有している。SRAMは応答速度が速いという利点がある
が、1つのメモリセルが6つのトランジスタで構成されているため、メモリセルの面積が
大きいという欠点がある。デザインルールの最小寸法をFとしたときに、SRAMのメモ
リセルの面積は、通常100F2〜150F2である。このためSRAMはビットあたり
の単価が、各種の半導体記憶装置の中で最も高い。
1、容量素子412によって構成され、それをXデコーダ413、Yデコーダ414にて
駆動している。1つのセルが1つのトランジスタと1つの容量素子で構成されており、メ
モリセルの面積が小さい。DRAMのメモリセルの面積は通常10F2以下である。しか
し、DRAMは常にリフレッシュが必要であり、書き換えを行わない場合でも消費電力が
発生する。
0F2前後であり、且つ頻繁なリフレッシュは不要である。そして、上記記憶装置は、一
般的なSRAMやDRAMとは異なり、メモリセルの面積縮小化と、消費電力低減という
2つの課題を解決することができる。
ログベースバンド回路422、デジタルベースバンド回路423、バッテリー424、電
源回路425、アプリケーションプロセッサ426、フラッシュメモリ430、ディスプ
レイコントローラ431、メモリ回路432、ディスプレイ433、タッチセンサ439
、音声回路437、キーボード438などより構成されている。ディスプレイ433は表
示部434、ソースドライバ435、ゲートドライバ436によって構成されている。ア
プリケーションプロセッサ426はCPU427、DSP428、インターフェース(I
F)429を有している。一般的にメモリ回路432はSRAMまたはDRAMで構成さ
れているが、メモリ回路432に上記実施の形態で示した記憶装置を採用することによっ
て、1ビットあたりの単価と消費電力を低減することが可能になる。
442、記憶装置443、スイッチ444、スイッチ445、及びメモリコントローラ4
41を有している。
セッサ426によって形成される。この画像データは、スイッチ444を介して記憶装置
442に記憶される。そして、スイッチ444を介して出力された画像データは、ディス
プレイコントローラ431を介してディスプレイ433に送られる。ディスプレイ433
が、画像データを用いて画像の表示を行う。
で、記憶装置442から読み出された画像データが、スイッチ445を介して、ディスプ
レイコントローラ431に送られ続ける。ユーザーが画面に表示されている画像を書き換
える操作を行ったとき、アプリケーションプロセッサ426は、新たな画像データを形成
し、その画像データはスイッチ444を介して記憶装置443に記憶される。この新たな
画像データの記憶装置443への記憶が行われている間にも、記憶装置442からスイッ
チ445を介して定期的に画像データが読み出される。
装置443に記憶された新しい画像データが読み出され、スイッチ445、ディスプレイ
コントローラ431を介して、ディスプレイ433に上記画像データが送られる。ディス
プレイ433では、送られてきた新しい画像データを用いて、画像の表示を行う。この画
像データの読み出しは、さらに次の新しい画像データが記憶装置442に記憶されるまで
、継続される。このように、記憶装置442、記憶装置443が交互に画像データの書き
込みと読み出しを行い、ディスプレイ433は画像の表示を行う。
置が有するメモリ領域を、分割して使用してもよい。
452、マイクロプロセッサ453、フラッシュメモリ454、音声回路455、キーボ
ード456、メモリ回路457、タッチパネル458、ディスプレイ459、ディスプレ
イコントローラ460によって構成される。マイクロプロセッサ453はCPU467、
DSP468、インターフェース(IF)469を有している。本発明の一態様に係る信
号処理回路は、メモリ回路457に、上記実施の形態に記載した記憶装置を用いることが
できる。
ラインを引く、文字を太くする、文字の書体を変えるなどにより、当該箇所とそれ以外の
箇所との違いを明確にするハイライト機能を利用する場合、書籍データのうちユーザーが
指定した箇所のデータを記憶する必要がある。メモリ回路457は、上記データを一時的
に記憶する機能を持つ。なお、上記データを長期に渡って保存する場合には、フラッシュ
メモリ454に上記データをコピーしておいても良い。
本実施の形態では、記憶装置の構造の一形態について説明する。
に、多層に形成された複数のメモリセルを有し、下部に論理回路3004を有する。複数
のメモリセルのうち、メモリセル3170aと、メモリセル3170bを代表で示す。
ル3170bに含まれるトランジスタ3171bを代表で示す。トランジスタ3171a
及びトランジスタ3171bは、酸化物半導体膜にチャネル形成領域を有する。酸化物半
導体膜にチャネル形成領域が形成されるトランジスタの構成については、その他の実施の
形態において説明した構成と同様であるため、説明は省略する。
1aは、電極3502aによって、電極3003aと電気的に接続されている。トランジ
スタ3171bのソース電極及びドレイン電極と同じ層に形成された電極3501cは、
電極3502cによって、電極3003cと電気的に接続されている。
いたトランジスタ3001を有する。トランジスタ3001は、半導体材料(例えば、シ
リコンなど)を含む基板3000に素子分離絶縁膜3106を設け、素子分離絶縁膜31
06に囲まれた領域にチャネル形成領域となる領域を形成することによって得られるトラ
ンジスタとすることができる。なお、トランジスタ3001は、絶縁表面上に形成された
シリコン膜等の半導体膜や、SOI基板のシリコン膜にチャネル形成領域が形成されるト
ランジスタであってもよい。トランジスタ3001の構成については、公知の構成を用い
ることが可能であるため、説明は省略する。
3100bが形成されている。配線3100aとトランジスタ3001との間には、絶縁
膜3140aが設けられ、配線3100aと配線3100bとの間には、絶縁膜3141
aが設けられ、配線3100bとトランジスタ3171aとの間には、絶縁膜3142a
が設けられている。
c及び配線3100dが形成されている。配線3100cとトランジスタ3171aとの
間には、絶縁膜3140bが設けられ、配線3100cと配線3100dとの間には、絶
縁膜3141bが設けられ、配線3100dとトランジスタ3171bとの間には、絶縁
膜3142bが設けられている。
141b、絶縁膜3142bは、層間絶縁膜として機能し、その表面は平坦化された構成
とすることができる。
ル間の電気的接続や、論理回路3004とメモリセルとの電気的接続等を行うことができ
る。
ことができる。
気的に接続することができる。配線3100aは、電極3503aによって電極3501
bと電気的に接続することができる。こうして、配線3100a及び電極3303を、ト
ランジスタ3171aのソースまたはドレインと電気的に接続することができる。また、
電極3501bは、電極3502bによって、電極3003bと電気的に接続することが
できる。電極3003bは、電極3503bによって配線3100cと電気的に接続する
ことができる。
を介して行われる例を示したがこれに限定されない。電極3303とトランジスタ317
1aとの電気的接続は、配線3100bを介して行われてもよいし、配線3100aと配
線3100bの両方を介して行われてもよい。また、図23に示すように、電極3303
とトランジスタ3171aとの電気的接続は、配線3100aも配線3100bも介さず
行われてもよい。図23では、電極3303は、電極3503によって、電極3003b
と電気的に接続されている。電極3003bは、トランジスタ3171aのソースまたは
ドレインと電気的に接続される。こうして、電極3303とトランジスタ3171aとの
電気的接続をとることができる。
3170b)が積層された構成を例として示したが、積層するメモリセルの数はこれに限
定されない。
3001が形成された層との間には、配線3100aが形成された配線層と、配線310
0bが形成された配線層との、2つの配線層が設けられた構成を示したがこれに限定され
ない。トランジスタ3171aが形成された層と、トランジスタ3001が形成された層
との間に、1つの配線層が設けられていてもよいし、3つ以上の配線層が設けられていて
もよい。
3171aが形成された層との間には、配線3100cが形成された配線層と、配線31
00dが形成された配線層との、2つの配線層が設けられた構成を示したがこれに限定さ
れない。トランジスタ3171bが形成された層と、トランジスタ3171aが形成され
た層との間に、1つの配線層が設けられていてもよいし、3つ以上の配線層が設けられて
いてもよい。
ことが可能である。特に電力の供給を常時受けることが困難な携帯用の電子機器の場合、
本発明の一態様に係る消費電力の低い信号処理回路をその構成要素に追加することにより
、連続使用時間が長くなるといったメリットが得られる。また、オフ電流が低いトランジ
スタを用いることで、オフ電流の高さをカバーするための冗長な回路設計が不要となるた
め、信号処理回路の集積度を高めることができ、信号処理回路を高機能化させることがで
きる。
備えた画像再生装置(代表的にはDVD:Digital Versatile Dis
c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信号処理回路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、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、プリンター、プリンター複合機、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17に示す。
態様に係る信号処理回路は、電子書籍の駆動を制御するための集積回路に用いることがで
きる。電子書籍の駆動を制御するための集積回路に本発明の一態様に係る信号処理回路を
用いることで、消費電力の低い電子書籍を提供することができる。また、可撓性を有する
基板を用いることで、信号処理回路に可撓性を持たせることができるので、フレキシブル
かつ軽くて使い勝手の良い電子書籍を提供することができる。
する。本発明の一態様に係る信号処理回路は、表示装置の駆動を制御するための集積回路
に用いることができる。表示装置の駆動を制御するための集積回路に本発明の一態様に係
る信号処理回路を用いることで、消費電力の低い表示装置を提供することができる。なお
、表示装置には、パーソナルコンピュータ用、TV放送受信用、広告表示用などの全ての
情報表示用表示装置が含まれる。
態様に係る信号処理回路は、表示装置の駆動を制御するための集積回路に用いることがで
きる。表示装置の駆動を制御するための集積回路に本発明の一態様に係る信号処理回路を
用いることで、消費電力の低い表示装置を提供することができる。また、可撓性を有する
基板を用いることで、信号処理回路に可撓性を持たせることができるので、フレキシブル
かつ軽くて使い勝手の良い表示装置を提供することができる。よって、図17(C)に示
すように、布地などに固定させて表示装置を使用することができ、表示装置の応用の幅が
格段に広がる。
表示部7034、マイクロホン7035、スピーカー7036、操作キー7037、スタ
イラス7038等を有する。本発明の一態様に係る信号処理回路は、携帯型ゲーム機の駆
動を制御するための集積回路に用いることができる。携帯型ゲーム機の駆動を制御するた
めの集積回路に本発明の一態様に係る信号処理回路を用いることで、消費電力の低い携帯
型ゲーム機を提供することができる。なお、図17(D)に示した携帯型ゲーム機は、2
つの表示部7033と表示部7034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。
音声出力部7044、操作キー7045、受光部7046等を有する。受光部7046に
おいて受信した光を電気信号に変換することで、外部の画像を取り込むことができる。本
発明の一態様に係る信号処理回路は、携帯電話の駆動を制御するための集積回路に用いる
ことができる。携帯電話の駆動を制御するための集積回路に本発明の一態様に係る信号処
理回路を用いることで、消費電力の低い携帯電話を提供することができる。
等を有する。図17(F)に示す携帯情報端末は、モデムが筐体7051に内蔵されてい
ても良い。本発明の一態様に係る信号処理回路は、携帯情報端末の駆動を制御するための
集積回路に用いることができる。携帯情報端末の駆動を制御するための集積回路に本発明
の一態様に係る信号処理回路を用いることで、消費電力の低い携帯情報端末を提供するこ
とができる。
101 制御装置
102 演算装置
103 緩衝記憶装置
104 主記憶装置
105 メモリセル
106 記憶素子
107 トランジスタ
110 基板
111 ゲート電極
112 絶縁膜
113 酸化物半導体膜
114 ソース電極
115 ドレイン電極
116 絶縁膜
120 容量素子
121 トランジスタ
122 容量素子
123 トランジスタ
124 容量素子
125 トランジスタ
126 トランジスタ
127 トランジスタ
128 トランジスタ
129 トランジスタ
130 トランジスタ
131 ダイオード
200 セルアレイ
260 トランジスタ
261 トランジスタ
262 オペアンプ
300 セルアレイ
401 トランジスタ
403 トランジスタ
404 トランジスタ
405 トランジスタ
406 トランジスタ
407 Xデコーダ
408 Yデコーダ
411 トランジスタ
412 容量素子
413 Xデコーダ
414 Yデコーダ
421 RF回路
422 アナログベースバンド回路
423 デジタルベースバンド回路
424 バッテリー
425 電源回路
426 アプリケーションプロセッサ
427 CPU
428 DSP
429 インターフェース
430 フラッシュメモリ
431 ディスプレイコントローラ
432 メモリ回路
433 ディスプレイ
434 表示部
435 ソースドライバ
436 ゲートドライバ
437 音声回路
438 キーボード
439 タッチセンサ
441 メモリコントローラ
442 記憶装置
443 記憶装置
444 スイッチ
445 スイッチ
451 バッテリー
452 電源回路
453 マイクロプロセッサ
454 フラッシュメモリ
455 音声回路
456 キーボード
457 メモリ回路
458 タッチパネル
459 ディスプレイ
460 ディスプレイコントローラ
467 CPU
468 DSP
469 インターフェース
600 信号処理回路
601 制御装置
602 ALU
603 データキャッシュ
604 命令キャッシュ
605 プログラムカウンタ
606 命令レジスタ
607 主記憶装置
608 レジスタファイル
700 基板
701 絶縁膜
702 半導体膜
703 ゲート絶縁膜
704 不純物領域
705 マスク
706 開口部
707 ゲート電極
708 導電膜
709 不純物領域
710 チャネル形成領域
711 不純物領域
712 絶縁膜
713 絶縁膜
716 酸化物半導体膜
719 導電膜
720 導電膜
721 ゲート絶縁膜
722 ゲート電極
723 導電膜
724 絶縁膜
725 開口部
726 配線
727 絶縁膜
800 記憶装置
801 セルアレイ
802 駆動回路
803 回路
804 ワード線駆動回路
805 データ線駆動回路
806 制御回路
807 デコーダ
808 レベルシフタ
809 バッファ
810 デコーダ
811 レベルシフタ
812 セレクタ
901 トランジスタ
902 絶縁膜
903 酸化物半導体膜
904 ソース電極
905 ドレイン電極
906 ゲート絶縁膜
907 ゲート電極
908 高濃度領域
909 チャネル形成領域
911 トランジスタ
912 絶縁膜
913 酸化物半導体膜
914 ソース電極
915 ドレイン電極
916 ゲート絶縁膜
917 ゲート電極
918 高濃度領域
919 チャネル形成領域
921 トランジスタ
922 絶縁膜
923 酸化物半導体膜
924 ソース電極
925 ドレイン電極
926 ゲート絶縁膜
927 ゲート電極
928 高濃度領域
929 低濃度領域
930 サイドウォール
931 チャネル形成領域
941 トランジスタ
942 絶縁膜
943 酸化物半導体膜
944 ソース電極
945 ドレイン電極
946 ゲート絶縁膜
947 ゲート電極
948 高濃度領域
949 低濃度領域
950 サイドウォール
951 チャネル形成領域
3000 基板
3001 トランジスタ
3003a 電極
3003b 電極
3003c 電極
3004 論理回路
3100a 配線
3100b 配線
3100c 配線
3100d 配線
3106 素子分離絶縁膜
3140a 絶縁膜
3140b 絶縁膜
3141a 絶縁膜
3141b 絶縁膜
3142a 絶縁膜
3142b 絶縁膜
3170a メモリセル
3170b メモリセル
3171a トランジスタ
3171b トランジスタ
3303 電極
3503 電極
3505 電極
3501a 電極
3501b 電極
3501c 電極
3502a 電極
3502b 電極
3502c 電極
3503a 電極
3503b 電極
7001 筐体
7002 表示部
7011 筐体
7012 表示部
7013 支持台
7021 筐体
7022 表示部
7031 筐体
7032 筐体
7033 表示部
7034 表示部
7035 マイクロホン
7036 スピーカー
7037 操作キー
7038 スタイラス
7041 筐体
7042 表示部
7043 音声入力部
7044 音声出力部
7045 操作キー
7046 受光部
7051 筐体
7052 表示部
7053 操作キー
Claims (1)
- 論理回路と、
前記論理回路の上方のメモリセルと、を有し、
前記論理回路は、酸化物半導体以外の半導体をチャネル形成領域に含む第1のトランジスタを有し、
前記メモリセルは、酸化物半導体をチャネル形成領域に含む第2のトランジスタを有し、
前記第2のトランジスタの上方に第1の絶縁層が位置し、
前記第1の絶縁層の上方に第1の導電層が位置し、
前記第2のトランジスタのソース電極又はドレイン電極の一方は、前記第1の導電層と電気的に接続され、
前記第1の導電層は前記論理回路と電気的に接続され、
前記第2のトランジスタの半導体膜は、前記チャネル形成領域と、第1の領域と、第2の領域と、を有し、
前記第1の領域は、前記第2のトランジスタのゲート電極と重ならない領域を有し、
前記第2の領域は、前記第2のトランジスタのゲート電極と重ならない領域を有し、
前記第1の領域は、前記ソース電極又はドレイン電極の一方に接している領域を有し、
前記第2の領域は、前記ソース電極又はドレイン電極の他方に接している領域を有し、
前記第1の領域は、前記ソース電極又はドレイン電極の一方と重ならない領域を有し、
前記第2の領域は、前記ソース電極又はドレイン電極の他方と重ならない領域を有し、
前記第1の領域は、前記チャネル形成領域よりも導電性が高く、
前記第2の領域は、前記チャネル形成領域よりも導電性が高く、
前記ソース電極又はドレイン電極の一方に接している領域は、前記ソース電極又はドレイン電極の一方と重ならない領域よりも導電性が高く、
前記ソース電極又はドレイン電極の他方に接している領域は、前記ソース電極又はドレイン電極の他方と重ならない領域よりも導電性が高い半導体装置。
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