JP6606219B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
、マニュファクチャ、または、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関する。特に
、本発明は、例えば、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、それらの駆動方法、
または、それらの製造方法に関する。特に、本発明は、例えば、酸化物半導体を有する半
導体装置、表示装置、または、発光装置に関する。
全般を指す。電気光学装置、半導体回路および電気機器は、半導体装置に含まれていたり
、半導体装置を有していたりする場合がある。
タ(TFT)ともいう)を構成する技術が注目されている。当該トランジスタは集積回路
(IC)や画像表示装置(表示装置)のような電子デバイスに広く応用されている。トラ
ンジスタに適用可能な半導体薄膜としてシリコン系半導体材料が広く知られているが、そ
の他の材料として酸化物半導体が注目されている。
亜鉛(Zn)を含む非晶質酸化物半導体を用いたトランジスタが特許文献1に開示されて
いる。
とが特許文献2に開示されている。
トランジスタを微細化すると、しきい値電圧やS値(サブスレッショルド値)などのトラ
ンジスタの電気特性が悪化することが知られている。しきい値電圧が悪化するとゲート電
圧が0V時の電流(Icutともいう)が増大し、半導体装置の消費電力の増大、または
Icutが小さいことを利用した機能が失われることがある。
制御用、他方をしきい値電圧制御用とする構造が検討されている。しかしながら、活性層
が酸化物半導体層である場合、他方のゲート電極と活性層との間には、より多くの酸素を
活性層に供給するための厚い酸化物絶縁膜が形成されていることが望ましい。そのため、
所望のしきい値電圧に調整するには他方のゲート電極の電位の絶対値を大きくしなければ
ならない問題があった。
成の半導体装置を提供することを目的の一つとする。または、本発明の一態様は、低消費
電力の半導体装置を提供することを目的の一つとする。または、本発明の一態様は、信頼
性の高い半導体装置を提供することを目的の一つとする。または、本発明の一態様は、し
きい値電圧の悪化を低減した半導体装置を提供することを目的の一つとする。または、本
発明の一態様は、電源が遮断されてもデータが保持される半導体装置を提供することを目
的の一つとする。または、目にやさしい半導体装置などを提供することを目的の一つとす
る。または、新規な半導体装置などを提供することを目的の一つとする。
態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題
は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図
面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
電圧調整用の電位を供給することのできる構成の半導体装置に関する。
第2の容量素子と、を有し、第1のトランジスタのソース電極またはドレイン電極の一方
は、第1の配線に電気的に接続され、第1のトランジスタのソース電極またはドレイン電
極の他方は、第2の配線に電気的に接続され、第1のトランジスタのゲート電極は、第2
のトランジスタのソース電極またはドレイン電極の一方および第1の容量素子の一方の電
極と電気的に接続され、第2のトランジスタのソース電極またはドレイン電極の他方は、
第1の配線と電気的に接続され、第2のトランジスタのゲート電極は、第2の容量素子の
一方の電極および第5の配線と接続され、第1の容量素子の他方の電極は第3の配線と電
気的に接続され、第2の容量素子の他方の電極は第4の配線と電気的に接続されているこ
とを特徴とする半導体装置である。
ために付すものであり、数的に限定するものではないことを付記する。
びドレイン電極と、酸化物半導体層、ソース電極およびドレイン電極と接するゲート絶縁
膜と、ゲート絶縁膜を介して酸化物半導体層と重畳するゲート電極を有する。
を有し、トランジスタのソース電極またはドレイン電極の一方は、第1の配線に電気的に
接続され、トランジスタのソース電極またはドレイン電極の他方は、第1の容量素子の一
方の電極と電気的に接続され、トランジスタのゲート電極は、第2の容量素子の一方の電
極および第4の配線と電気的に接続され、第1の容量素子の他方の電極は、第2の配線と
電気的に接続され、第2の容量素子の他方の電極は、第3の配線と電気的に接続されてい
ることを特徴とする半導体装置である。
イン電極と、酸化物半導体層、ソース電極およびドレイン電極と接するゲート絶縁膜と、
ゲート絶縁膜を介して酸化物半導体層と重畳するゲート電極を有する。
の酸化物半導体層、第2の酸化物半導体層、第1の酸化物半導体層の順でなる積層として
もよい。
体層は、第2の酸化物半導体層よりも伝導帯下端のエネルギーが0.05eV以上2eV
以下の範囲で真空準位に近いことが好ましい。
Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、NdまたはHf)であり、第1の酸化物半導
体層および第3の酸化物半導体層は、Inに対するMの原子数比が第2の酸化物半導体層
よりも大きいことが好ましい。
る構成の半導体装置を提供することができる。または、低消費電力の半導体装置を提供す
ることができる。または、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。または、S
値(サブスレッショルド値)の悪化を低減した半導体装置を提供することができる。また
は、しきい値電圧の悪化を低減した半導体装置を提供することができる。または、電源が
遮断されてもデータが保持される半導体装置を提供することができる。または、目にやさ
しい半導体装置などを提供することができる。または、新規な半導体装置などを提供する
ことができる。
態様は、必ずしも、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。
れず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および詳細を様々に変
更し得ることは当業者であれば容易に理解される。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。なお、以下に説明する発明の構成
において、同一部分または同様な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ことがある。
とYとが電気的に接続されている場合と、XとYとが機能的に接続されている場合と、X
とYとが直接接続されている場合とを含むものとする。ここで、X、Y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。したがっ
て、所定の接続関係、例えば、図または文章に示された接続関係に限定されず、図または
文章に示された接続関係以外のものも含むものとする。
とする素子(例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイ
オード、表示素子、発光素子、負荷など)が、XとYとの間に1個以上接続されることが
可能である。なお、スイッチは、オンオフが制御される機能を有している。つまり、スイ
ッチは、導通状態(オン状態)、または、非導通状態(オフ状態)になり、電流を流すか
流さないかを制御する機能を有している。または、スイッチは、電流を流す経路を選択し
て切り替える機能を有している。
とする回路(例えば、論理回路(インバータ、NAND回路、NOR回路など)、信号変
換回路(DA変換回路、AD変換回路、ガンマ補正回路など)、電位レベル変換回路(電
源回路(昇圧回路、降圧回路など)、信号の電位レベルを変えるレベルシフタ回路など)
、電圧源、電流源、切り替え回路、増幅回路(信号振幅または電流量などを大きく出来る
回路、オペアンプ、差動増幅回路、ソースフォロワ回路、バッファ回路など)、信号生成
回路、記憶回路、制御回路など)が、XとYとの間に1個以上接続されることが可能であ
る。なお、一例として、XとYとの間に別の回路を挟んでいても、Xから出力された信号
がYへ伝達される場合は、XとYとは機能的に接続されているものとする。
されている場合(つまり、XとYとの間に別の素子または別の回路を挟んで接続されてい
る場合)と、XとYとが機能的に接続されている場合(つまり、XとYとの間に別の回路
を挟んで機能的に接続されている場合)と、XとYとが直接接続されている場合(つまり
、XとYとの間に別の素子または別の回路を挟まずに接続されている場合)とを含むもの
とする。つまり、電気的に接続されている、と明示的に記載する場合は、単に、接続され
ている、とのみ明示的に記載されている場合と同じであるとする。
る場合であっても、1つの構成要素が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合もあ
る。例えば配線の一部が電極としても機能する場合は、一の導電膜が、配線の機能、及び
電極の機能の両方の構成要素の機能を併せ持っている。したがって、本明細書における電
気的に接続とは、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。
。基板の種類は、特定のものに限定されることはない。その基板の一例としては、半導体
基板(例えば単結晶基板またはシリコン基板)、SOI基板、ガラス基板、石英基板、プ
ラスチック基板、金属基板、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、可撓性基板、貼り合
わせフィルム、繊維状の材料を含む紙、または基材フィルムなどがある。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、またはソーダライ
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、また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、またはポ
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、無機蒸着フィルム、または紙類などがある。特に、半導体基板、単結晶基板、
またはSOI基板などを用いてトランジスタを製造することによって、特性、サイズ、ま
たは形状などのばらつきが少なく、電流能力が高く、サイズの小さいトランジスタを製造
することができる。このようなトランジスタによって回路を構成すると、回路の低消費電
力化、または回路の高集積化を図ることができる。
し、別の基板上にトランジスタを配置してもよい。トランジスタが転置される基板の一例
としては、上述したトランジスタを形成することが可能な基板に加え、紙基板、セロファ
ン基板、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、また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、または薄型化を図ることができる。
本実施の形態では、電力が供給されない状況でも記憶内容の保持が可能で、かつ、書き込
み回数にも制限が無い半導体装置(記憶装置)の一例を、図面を用いて説明する。
、第1の容量素子111、および第2の容量素子112を有している。第1のトランジス
タ101のソース電極またはドレイン電極の一方は、第1の配線131に電気的に接続さ
れ、該第1のトランジスタのソース電極またはドレイン電極の他方は、第2の配線132
に電気的に接続され、該第1のトランジスタのゲート電極は、第2のトランジスタ102
のソース電極またはドレイン電極の一方および第1の容量素子111の一方の電極と電気
的に接続され、第2のトランジスタ102のソース電極またはドレイン電極の他方は、第
1の配線131と電気的に接続され、該第2のトランジスタのゲート電極は、第2の容量
素子112の一方の電極および第5の配線135と電気的に接続され、第1の容量素子1
11の他方の電極は、第3の配線133と電気的に接続され、第2の容量素子112の他
方の電極は、第4の配線134と電気的に接続されている。
域の禁制帯幅が異なる材料で形成することが好ましい。例えば、第1のトランジスタ10
1を酸化物半導体以外の半導体材料(シリコンなど)で形成し、第2のトランジスタ10
2を酸化物半導体で形成することができる。酸化物半導体以外の材料を用いたトランジス
タ、例えば結晶シリコンなどを用いた場合は、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、オフ電流が低い電気特性により長時間の電荷保持を可能と
する。なお、第1のトランジスタ101および第2のトランジスタ102の両方が酸化物
半導体を用いたトランジスタであってもよい。または、第1のトランジスタ101および
第2のトランジスタ102の両方が酸化物半導体以外の半導体材料(シリコンなど)を用
いたトランジスタであってもよい。
るが、pチャネル型トランジスタを用いることができるのはいうまでもない。また、情報
を保持するために酸化物半導体を用いたトランジスタを用いる他は、半導体装置に用いら
れる材料や半導体装置の構造など、半導体装置の具体的な構成をここで示すものに限定す
る必要はない。
の機能、第3の配線133は情報を読み出すためのワード線としての機能、第4の配線1
34は情報を書き込むためのワード線としての機能、第5の配線135はノードFG2に
電位を供給するための機能をそれぞれ有することができる。
一方、および第2のトランジスタ102のソース電極またはドレイン電極の他方を第1の
配線131に接続する形態を説明するが、どちらか一方を第6の配線(図示せず)に電気
的に接続する形態であってもよい。この場合、第1の配線131が有する機能の一部は第
6の配線に分割される。
の容量素子112を含む回路120を有することを特徴とする。回路120を図2(A)
を用いて説明する。本実施の形態において、第2のトランジスタ102はチャネル形成領
域を酸化物半導体で形成したトランジスタであり、オフ電流が極めて小さい特徴を有する
。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、トランジスタのチャネル幅で規格化したオフ電流は、数yA/μm乃至数zA/μ
mにまで低減することができる。
第5の配線135が電気的に接続されている。第5の配線135はノードFG2に電荷を
注入する機能を有する配線であり、ノードFG2の電位は、Vfg=Vfg0+Vfg1
となる。ここで、Vfg0は注入電荷による電位で、正電荷であればVfg>0V、負電
荷であればVfg<0Vである。また、Vfg1は第2の容量素子112の他方の電極に
印加する電位Vgとの容量結合による電位であり、Vfg1=(C_I2/C_T)Vg
で与えられる。C_TはノードFG2と周辺との全容量和で、C_T=C_I1+C_I
2+xである。C_I1はノードFG2と第2のトランジスタ102の活性層(酸化物半
導体層)との間のゲート絶縁膜の容量であり、C_I2はノードFG2と第2の容量素子
112の他方の電極との間の容量である。また、xにはノードFG2と第2のトランジス
タ102のソース電極またはドレイン電極間の寄生容量などが含まれる。
供給される電位Vfg0が0VのときにIcutが高い状態である場合、第5の配線13
5を負電位(Vfg0<0V)、すなわちノードFG2に負電荷を注入することでしきい
値電圧をプラス方向にシフトさせることができ、Icutを低減させることができる。
ード接続したトランジスタなどの半導体素子150を第5の配線135に接続し、半導体
素子の非線形特性やスイッチングを利用する方法、またはフラッシュメモリなどと同様に
ゲート絶縁膜を介したトンネル電流を用いる方法などを用いればよい。なお、図1では、
半導体素子150として、ダイオード接続したエンハンスメント型トランジスタを第5の
配線135に接続する形態を例示している。このとき、当該トランジスタにはオフ電流の
小さい、チャネル形成領域を酸化物半導体で形成したトランジスタを用いることが好まし
い。また、ノードFG2への電荷注入後に半導体素子150と第5の配線135の電気的
接続を断ち、ノードFG2からの電荷のリーク量を抑える構成としてもよい。
を介して上下のゲート電極で挟み、一方を動作制御用、他方をしきい値電圧制御用とする
構造を用いることが知られている。
体層に酸素を供給し、高純度真性化することがトランジスタの電気特性や信頼性向上に重
要である。したがって、他方のゲート電極と活性層との間には、より多くの酸素を活性層
に供給するための厚い酸化物絶縁膜が形成されていることが望ましい。そのため、他方の
ゲート電極と活性層との間に厚い酸化物絶縁膜が形成されている場合、所望のしきい値電
圧に調整するには、他方のゲート電極に絶対値の大きい電位を供給する必要があった。
の一方の面側に形成するため、活性層の他方の面側には任意の膜厚の酸化物絶縁膜を形成
することができ、活性層に酸化物半導体層を用いる場合には当該酸化物半導体層の加酸素
化を十分に行うことができる。また、ゲート絶縁膜は薄く形成することができるため、ノ
ードFG2に注入する電荷量が少ない場合においても、しきい値電圧を十分にシフトさせ
ることができる。
置の個体におけるばらつきを補正するだけでなく、半導体装置の長期の使用における変動
を補正することもできる。また、本発明の一態様におけるトランジスタのしきい値電圧を
制御する手段は、半導体装置の種類を問わず、電界効果型トランジスタがスイッチング素
子として用いられる半導体装置全般に適用可能である。
可能という特徴を活かすことで、次のように、情報の書き込み、保持、読み出しが可能で
ある。
ランジスタ102がオン状態となる電位にして、第2のトランジスタ102をオン状態と
する。このとき、第5の配線135の電位は0Vであってもよいし、しきい値電圧が小さ
くなるような電位、例えば負電位であってもよい。しきい値電圧が小さくなるような電位
を第5の配線135に供給すると、第2のトランジスタ102をオン状態とするための第
4の配線134に供給する電位を小さくすることができる。または、オン電流を大きくす
ることできる。したがって、半導体装置100の動作電圧の低電圧化や書き込み速度を向
上させることができる。
および第1の容量素子111に与えられる。すなわち、ノードFG1には、所定の電荷が
与えられる(書き込み)。ここでは、異なる二つの電位レベルを与える電荷(以下Low
レベル電荷、Highレベル電荷という)のいずれかが与えられるものとする。
て、第2のトランジスタ102をオフ状態とすることにより、ノードFG1に与えられた
電荷が保持される(保持)。第2のトランジスタ102のオフ電流は極めて小さいため、
ノードFG1の電荷は長時間にわたって保持される。このとき、第2のトランジスタ10
2のオフ状態での電流値がより小さくなるように第4の配線134の電位および第5の配
線135の電位を調整することで、ノードFG1からの電荷の流出をさらに少なくするこ
とができ、長期間情報を保持することが可能となる。例えば、第5の配線135の電位を
Icutが極力小さくなるような電位とした場合、第4の配線134の電位は0Vとすれ
ばよい。
た状態で、第3の配線133に適切な電位(読み出し電位)を与えると、ノードFG1に
保持された電荷量に応じて、第1の配線131は異なる電位をとる。一般に、第1のトラ
ンジスタ101をnチャネル型とすると、第1のトランジスタ101のゲート電極(ノー
ドFG1)にHighレベル電荷が与えられている場合の見かけのしきい値Vth_Hは
、第1のトランジスタ101のゲート電極(ノードFG1)にLowレベル電荷が与えら
れている場合の見かけのしきい値Vth_Lより低くなるためである。ここで、見かけの
しきい値電圧とは、第1のトランジスタ101を「オン状態」とするために必要な第3の
配線133の電位をいうものとする。したがって、第3の配線133の電位をVth_H
とVth_Lの間の電位V0とすることにより、第1のトランジスタ101のゲート電極
(ノードFG1)に与えられた電荷を判別できる。例えば、書き込みにおいて、High
レベル電荷が与えられていた場合には、第3の配線133の電位がV0(>Vth_H)
となれば、第1のトランジスタ101は「オン状態」となる。Lowレベル電荷が与えら
れていた場合には、第3の配線133の電位がV0(<Vth_L)となっても、第1の
トランジスタ101は「オフ状態」のままである。このため、第1の配線131の電位を
判別することで、保持されている情報を読み出すことができる。
み出せることが必要になる。このように情報を読み出さないメモリセルにおいては、ゲー
ト電極に与えられている電位にかかわらず、第1のトランジスタ101が「オフ状態」と
なるような電位、つまり、Vth_Hより小さい電位を第3の配線133に与えればよい
。または、ゲート電極に与えられている電位にかかわらず、第1のトランジスタ101が
「オン状態」となるような電位、つまり、Vth_Lより大きい電位を第3の配線133
に与えればよい。
の極めて小さいトランジスタを適用することで、極めて長期にわたり記憶内容を保持する
ことが可能である。つまり、リフレッシュ動作が不要となるか、または、リフレッシュ動
作の頻度を極めて低くすることが可能となるため、消費電力を十分に低減することができ
る。また、電力の供給がない場合(ただし、電位は固定されていることが望ましい)であ
っても、長期にわたって記憶内容を保持することが可能である。なお、記憶内容の保持期
間中に電力を供給する動作を行ってもよい。
とせず、第1のトランジスタ101の劣化の問題もない。例えば、従来の不揮発性メモリ
のような高電圧印加によるフローティングゲートへの電子の注入や、フローティングゲー
トからの電子の引き抜きを行う動作がないため、第1のトランジスタ101のゲート絶縁
膜の劣化などの問題が生じない。すなわち、開示する発明に係る半導体装置では、従来の
不揮発性メモリで問題となっている書き換え可能回数に制限はなく、信頼性が飛躍的に向
上する。さらに、トランジスタのオン状態、オフ状態によって、情報の書き込みが行われ
るため、高速な動作も容易に実現しうる。
い値電圧を制御するという意味においては、図3(A)に示すように、第2のトランジス
タ102のバックチャネル側に第2のゲート電極を設け、第2の容量素子112の一方の
電極を第2のゲート電極と電気的に接続し、第2の容量素子112の他方の電極を第5の
配線135に電気的に接続する構成であってもよい。また、図3(B)に示すように、第
2の容量素子112を省き、第2のゲート電極が第5の配線135と電気的に接続する構
成であってもよい。
導体素子150および第5の配線135を行毎に複数の半導体装置100で共有すること
で、行毎に半導体装置100のノードFG2の電位を略同時に切り替えることができる。
第5の配線135に電気的に接続し、半導体素子150および第5の配線135を行毎に
複数の半導体装置100で共有する構成としてもよい。当該構成では、半導体装置100
から第2の容量素子112を省くことができ、行毎に半導体装置100のノードFG2の
電位を略同時に切り替えることができる。
できる。
容量素子、抵抗素子など)などが有するすべての端子について、その接続先を特定しなく
ても、当業者であれば、発明の一態様を構成することは可能な場合がある。つまり、接続
先を特定しなくても、発明の一態様が明確であると言える。そして、接続先が特定された
内容が、本明細書等に記載されている場合、接続先を特定しない発明の一態様が、本発明
書等に記載されていると判断することが可能な場合がある。特に、端子の接続先が複数の
ケース考えられる場合には、その端子の接続先を特定の箇所に限定する必要はない。した
がって、能動素子(トランジスタ、ダイオードなど)、受動素子(容量素子、抵抗素子な
ど)などが有する一部の端子についてのみ、その接続先を特定することによって、発明の
一態様を構成することが可能な場合がある。
者であれば、発明を特定することが可能な場合がある。または、ある回路について、少な
くとも機能を特定すれば、当業者であれば、発明を特定することが可能な場合がある。つ
まり、機能を特定すれば、発明の一態様が明確であり、本明細書等に記載されていると判
断することが可能な場合がある。したがって、ある回路について、機能を特定しなくても
、接続先を特定すれば、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を
構成することが可能である。または、ある回路について、接続先を特定しなくても、機能
を特定すれば、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成する
ことが可能である。
て、その一部分を取り出して、発明の一態様を構成することは可能である。したがって、
ある部分を述べる図または文章が記載されている場合、その一部分の図または文章を取り
出した内容も、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成する
ことが可能であるものとする。そのため、例えば、能動素子(トランジスタ、ダイオード
など)、配線、受動素子(容量素子、抵抗素子など)、導電層、絶縁層、半導体層、有機
材料、無機材料、部品、装置、動作方法、製造方法などが単数または複数記載された図面
または文章において、その一部分を取り出して、発明の一態様を構成することが可能であ
るものとする。例えば、N個(Nは整数)の回路素子(トランジスタ、容量素子等)を有
して構成される回路図から、M個(Mは整数で、M<N)の回路素子(トランジスタ、容
量素子等)を抜き出して、発明の一態様を構成することは可能である。別の例としては、
N個(Nは整数)の層を有して構成される断面図から、M個(Mは整数で、M<N)の層
を抜き出して、発明の一態様を構成することは可能である。さらに別の例としては、N個
(Nは整数)の要素を有して構成されるフローチャートから、M個(Mは整数で、M<N
)の要素を抜き出して、発明の一態様を構成することは可能である。
。
本実施の形態では、電力が供給されない状況でも記憶内容の保持が可能で、かつ、書き込
み回数にも制限が無い半導体装置について、実施の形態1に示した構成と異なる半導体装
置の説明を行う。
2の容量素子212を有している。トランジスタ201のソース電極またはドレイン電極
の一方は、第1の配線231に電気的に接続され、該トランジスタのソース電極またはド
レイン電極の他方は、第1の容量素子211の一方の電極と電気的に接続され、該トラン
ジスタのゲート電極は、第2の容量素子212の一方の電極および第5の配線235と電
気的に接続され、第1の容量素子211の他方の電極は、第2の配線232と電気的に接
続され、第2の容量素子212の他方の電極は、第4の配線234と電気的に接続されて
いる。
しい。酸化物半導体を用いたトランジスタは、オフ電流が低い電気特性により長時間の電
荷保持を可能とする。
るが、pチャネル型トランジスタを用いることができるのはいうまでもない。また、情報
を保持するために酸化物半導体を用いたトランジスタを用いる他は、半導体装置に用いら
れる材料や半導体装置の構造など、半導体装置の具体的な構成をここで示すものに限定す
る必要はない。
の機能、第4の配線234はワード線としての機能、第5の配線235はノードFGに電
位を供給するための機能をそれぞれ有することができる。
素子212を含む回路220を有することを特徴とする。回路220は実施の形態1で説
明した回路120と同様の構成であり、詳細は実施の形態1における図2(A)、(B)
の説明を参照することができる。
活かすことで、次のように、情報の書き込み、保持、読み出しが可能である。
01がオン状態となる電位を供給し、トランジスタ201をオン状態とする。このとき、
第5の配線235の電位は0Vであってもよいし、しきい値電圧が小さくなるような電位
、例えば負電位であってもよい。しきい値電圧が小さくなるような電位を第5の配線23
5に供給すると、トランジスタ201をオン状態とするための第4の配線234に供給す
る電位を小さくすることができる。または、オン電流を大きくすることできる。したがっ
て、半導体装置200の動作電圧の低電圧化や書き込み速度を向上させることができる。
れる(書き込み)。その後、第4の配線234の電位をトランジスタ201がオフ状態と
なる電位として、トランジスタ201をオフ状態とすることにより、第1の容量素子21
1に蓄積された電荷が保持される(保持)。トランジスタ201のオフ電流は極めて小さ
いため、第1の容量素子211の一方の端子の電位は長時間にわたって保持される。この
とき、トランジスタ201のオフ状態での電流値がより小さくなるように第4の配線23
4の電位および第5の配線235の電位を調整することで、第1の容量素子211からの
電荷の流出をさらに少なくすることができ、長期間情報を保持することが可能となる。例
えば、第5の配線235の電位をIcutが極力小さくなるような電位とした場合、第4
の配線234の電位は0Vとすればよい。
状態である第1の配線231と第1の容量素子211とが導通し、第1の配線231と第
1の容量素子211の間で電荷が再分配される。その結果、第1の配線231の電位が変
化する。第1の配線231の電位の変化量は、第1の容量素子211の一方の端子の電位
(あるいは第1の容量素子211に蓄積された電荷)によって、異なる値をとる。
C、第1の配線231が有する容量成分をCB、電荷が再分配される前の第1の配線23
1の電位をVB0とすると、電荷が再分配された後の第1の配線231の電位は、(CB
×VB0+C×V)/(CB+C)となる。したがって、半導体装置200(メモリセル
)の状態として、第1の容量素子211の第1の端子の電位がV1とV0(V1>V0)
の2状態をとるとすると、電位V1を保持している場合の第1の配線231の電位(=(
CB×VB0+C×V1)/(CB+C))は、電位V0を保持している場合の第1の配
線231の電位(=CB×VB0+C×V0)/(CB+C))よりも高くなることがわ
かる。
できる。
さいという特徴から、第1の容量素子211に蓄積された電荷は長時間にわたって保持す
ることができる。つまり、リフレッシュ動作が不要となるか、または、リフレッシュ動作
の頻度を極めて低くすることが可能となるため、消費電力を十分に低減することができる
。また、電力の供給がない場合であっても、長期にわたって記憶内容を保持することが可
能である。なお、記憶内容の保持期間中に電力を供給する動作を行ってもよい。
圧を制御するという意味においては、図7(A)に示すように、トランジスタ201のバ
ックチャネル側に第2のゲート電極を設け、第2の容量素子212の一方の電極を第2の
ゲート電極と電気的に接続し、第2の容量素子212の他方の電極を第5の配線235に
電気的に接続する構成であってもよい。また、図7(B)に示すように、第2の容量素子
212を省き、第2のゲート電極が第5の配線235と電気的に接続する構成であっても
よい。
導体素子250および第5の配線235を行毎に複数の半導体装置200で共有すること
で、行毎に半導体装置200のノードFGの電位を略同時に切り替えることができる。
第5の配線235に電気的に接続し、半導体素子250および第5の配線235を行毎に
複数の半導体装置200で共有する構成としてもよい。当該構成では。半導体装置200
から第2の容量素子212を省くことができ、行毎に半導体装置200のノードFGの電
位を略同時に切り替えることができる。
もできる。
の駆動回路が形成された基板を積層することが好ましい。半導体装置200と駆動回路を
積層することで、半導体装置の小型化を図ることができる。なお、積層する半導体装置2
00および駆動回路の数は限定しない。
いて形成してもよい。例えば、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、炭化シ
リコン、またはガリウムヒ素等を用いることができ、単結晶半導体を用いることがより好
ましい。このような半導体材料を用いたトランジスタは、酸化物半導体を用いたトランジ
スタよりも高速動作が可能であり、半導体装置200の駆動回路の構成に用いることが適
している。なお、当該駆動回路は酸化物半導体を用いて形成してもよい。また、当該駆動
回路は積層ではなく、半導体装置200と同一基板上に形成してもよい。
装置を提供することができる。
。
本実施の形態では、本発明の一態様が適用可能な半導体装置(表示装置)について説明す
る。
(発光表示素子ともいう。)などを用いることができる。発光素子は、電流または電圧に
よって輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機EL(Elect
ro Luminescence)、有機ELなどを含む。また、電子インクなど、電気
的作用によりコントラストが変化する表示媒体も表示素子として適用することができる。
以下では、表示装置の一例としてEL素子を用いた表示装置及び液晶素子を用いた表示装
置について説明する。
トローラを含むICなどを実装した状態にあるモジュールを含む。
、コネクター、例えばFPC、TCPが取り付けられたモジュール、TCPの先にプリン
ト配線板が設けられたモジュール又は表示素子にCOG方式によりIC(集積回路)が直
接実装されたモジュールも全て表示装置に含むものとする。
れる入力手段(タッチセンサ)を設けることができる。例えば、接触によるセンシングに
よって行われる入力手段は、抵抗膜方式、静電容量方式、赤外線方式、電磁誘導方式、表
面弾性波方式など、種々の方式を用いることができる。また、近接によるセンシングによ
って行われる入力手段は赤外線カメラなどを用いることで実施できる。
設けてもよいし、以下に示す表示装置と一体として設けられた、いわゆるインセル方式と
して設けてもよい。
は、第1のトランジスタ301、第2のトランジスタ302、第1の容量素子311、第
2の容量素子312、および発光素子360を有している。第1のトランジスタ301の
ソース電極またはドレイン電極の一方は、発光素子360のアノードに電気的に接続され
、該トランジスタのソース電極またはドレイン電極の他方は、第3の配線333に電気的
に接続され、該トランジスタのゲート電極は第2のトランジスタ302のソース電極また
はドレイン電極の一方および第1の容量素子311の一方の電極と電気的に接続され、第
2のトランジスタ302のソース電極またはドレイン電極の他方は、第1の配線331に
電気的に接続され、第2のトランジスタ302のゲート電極は、第2の容量素子312の
一方の電極および第5の配線335に電気的に接続され、第1の容量素子311の他方の
電極は、第3の配線333に電気的に接続され、第2の容量素子312の他方の電極は、
第4の配線334に電気的に接続され、発光素子360のカソードは第2の配線332に
電気的に接続されている。
の機能、第3の配線333は電源線としての機能、第4の配線334は走査線としての機
能、第5の配線335はノードFGに電位を供給するための機能をそれぞれ有することが
できる。
は、トランジスタ401、第1の容量素子411、第2の容量素子412、および液晶素
子460を有している。トランジスタ401のソース電極またはドレイン電極の一方は、
液晶素子460の一方の電極および第1の容量素子411の一方の電極に電気的に接続さ
れ、該トランジスタのソース電極またはドレイン電極の他方は、第1の配線431に電気
的に接続され、該トランジスタのゲート電極は、第2の容量素子312の一方の電極およ
び第5の配線435と電気的に接続され、第1の容量素子411の他方の電極は、第2の
配線432に電気的に接続され、第2の容量素子412の他方の電極は、第4の配線43
4に電気的に接続されている。
の機能、第4の配線434は走査線としての機能、第5の配線435はノードFGに電位
を供給するための機能をそれぞれ有することができる。
晶表示装置400のトランジスタ401は、酸化物半導体で形成することが好ましい。酸
化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタは、オフ電流が低い電気特性により
、ノードNDにおける長時間の電荷保持を可能とする。
るが、pチャネル型トランジスタを用いることができるのはいうまでもない。また、情報
を保持するために酸化物半導体を用いたトランジスタを用いる他は、表示装置に用いられ
る材料や表示装置の構造など、表示装置の具体的な構成をここで示すものに限定する必要
はない。
12を含む回路320を有することを特徴とする。また、図12に示す液晶表示装置40
0は、トランジスタ401および第2の容量素子412を含む回路420を有することを
特徴とする。回路320および回路420は、実施の形態1で説明した回路120と同様
の構成であり、詳細を実施の形態1における図2(A)、(B)の説明を参照することが
できる。
入し、当該トランジスタのしきい値電圧を制御するという意味においては、図11(A)
に示すように、第2のトランジスタ302のバックチャネル側に第2のゲート電極を設け
、第2の容量素子312の一方の電極を第2のゲート電極と電気的に接続し、第2の容量
素子312の他方の電極を第5の配線335に電気的に接続する構成であってもよい。ま
た、図11(B)に示すように、第2の容量素子312を省き、第2のゲート電極が第5
の配線335と電気的に接続する構成であってもよい。
当該トランジスタのしきい値電圧を制御するという意味においては、図13(A)に示す
ように、トランジスタ401のバックチャネル側に第2のゲート電極を設け、第2の容量
素子412の一方の電極を第2のゲート電極と電気的に接続し、第2の容量素子412の
他方の電極を第5の配線435に電気的に接続する構成であってもよい。また、図13(
B)に示すように、第2の容量素子412を省き、第2のゲート電極が第5の配線435
と電気的に接続する構成であってもよい。
表示装置300の要素を用いて説明するが、第2のトランジスタ302をトランジスタ4
01、第4の配線334を第4の配線434、第5の配線335を第5の配線435と置
き換えることで、液晶表示装置400の動作を説明することができる。
し、第2のトランジスタ302をオンとすることでノードNDにデータの書き込みを行い
、第2のトランジスタ302をオフとすることでノードNDのデータを保持する。
ランジスタ302をオン状態とするとき、第5の配線335の電位は0Vであってもよい
し、しきい値電圧が小さくなるような電位、例えば負電位であってもよい。しきい値電圧
が小さくなるような電位を第5の配線335に供給すると、第2のトランジスタ302を
オン状態とするための第4の配線334に供給する電位を小さくすることができる。また
は、オン電流を大きくすることできる。したがって、表示装置の動作電圧の低電圧化や書
き込み速度を向上させることができる。
て、第2のトランジスタ302をオフ状態とすることにより、ノードNDに蓄積された電
荷が保持される。第2のトランジスタ302のオフ電流は極めて小さいため、ノードND
の電荷は長時間にわたって保持される。このとき、第2のトランジスタ302のオフ状態
での電流値がより小さくなるように第4の配線334の電位および第5の配線335の電
位を調整することで、ノードNDからの電荷の流出をさらに少なくすることができ、長期
間情報を保持することが可能となる。例えば、第5の配線335の電位をIcutが極力
小さくなるような電位とした場合、第4の配線334の電位は0Vとすればよい。
置の消費電力の削減をすることができる。また、低フレームレート(例えば、1Hz未満
)により画面のちらつきなどを抑えることができることから、目にやさしい表示装置を提
供することができる。
、半導体素子350および第5の配線335を行毎に複数のEL表示装置300で共有す
ることで、行毎にEL表示装置300のノードNDの電位を略同時に切り替えることがで
きる。なお、上記接続形態は、液晶表示装置400がマトリクス状に複数配置される場合
における半導体装置450と第5の配線435との接続形態にも適用することができる。
を第5の配線335に電気的に接続し、半導体素子350および第5の配線335を行毎
に複数のEL表示装置300で共有する構成としてもよい。当該構成では。EL表示装置
300から第2の容量素子312を省くことができ、行毎にEL表示装置300のノード
NDの電位を略同時に切り替えることができる。なお、上記接続形態および容量素子の変
更は、液晶表示装置400がマトリクス状に複数配置される場合における半導体装置45
0と第5の配線435との接続形態にも適用することができる。
300、および図13(A)、(B)に示す液晶表示装置400にも適用することができ
る。
。
本実施の形態では、実施の形態1で説明した回路220に適用可能な半導体装置について
図面を用いて説明する。
図16(A)は上面図であり、図16(A)に示す一点鎖線A1−A2の断面が図16(
B)に相当する。なお、図16(A)の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省
いて図示している。また、一点鎖線A1−A2方向をチャネル長方向と呼称する場合があ
る。
膜520、該下地絶縁膜上に形成された酸化物半導体層530、該酸化物半導体層上に形
成されたソース電極540、ドレイン電極550、該ソース電極、該ドレイン電極、およ
び酸化物半導体層530上に形成されたゲート絶縁膜560、該ゲート絶縁膜上に形成さ
れた第2のゲート電極572、ゲート絶縁膜560および第2のゲート電極572上に形
成された絶縁膜561、該絶縁膜561上に第2のゲート電極572と重畳するように形
成された第1のゲート電極571を有する。また、絶縁膜561および第1のゲート電極
571上に酸化物絶縁層580が形成されていてもよい。当該酸化物絶縁層は必要に応じ
て設ければよく、さらにその上部に他の絶縁層を形成してもよい。
す第2の容量素子112の一方の電極、誘電体層、他方の電極にそれぞれ対応する。また
、第2のゲート電極572、ソース電極540、ドレイン電極550は、図1に示す第2
のトランジスタ102のゲート電極、ソース電極、ドレイン電極にそれぞれ対応する。
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」の用語は、入れ替えて
用いることができるものとする。
基板であってもよい。この場合、トランジスタ500の第1のゲート電極571、第2の
ゲート電極572、ソース電極540、およびドレイン電極550の少なくとも一つは、
上記の他のデバイスと電気的に接続されていてもよい。
物半導体層530に酸素を供給する役割を担うことができるため、酸素を含む絶縁膜であ
ることが好ましく、過剰な酸素を含む絶縁膜がより好ましい。また、上述のように基板5
10が他のデバイスが形成された基板である場合、下地絶縁膜520は、層間絶縁膜とし
ての機能も有する。その場合は、表面が平坦になるようにCMP(Chemical M
echanical Polishing)法等で平坦化処理を行うことが好ましい。
酸化物半導体層532、第3の酸化物半導体層533が積層された構造を有している。こ
こで、一例としては、第2の酸化物半導体層532には、第1の酸化物半導体層531お
よび第3の酸化物半導体層533よりも電子親和力(真空準位から伝導帯下端までのエネ
ルギー)が大きい酸化物半導体を用いる。電子親和力は、真空準位と価電子帯とのエネル
ギー差(イオン化ポテンシャル)から、伝導帯と価電子帯とのエネルギー差(エネルギー
ギャップ)を差し引いた値として求めることができる。
るが、酸化物半導体層530が一層、二層または四層以上であってもよい。一層の場合は
、例えば、第2の酸化物半導体層532に相当する層を用いればよい。二層の場合は、例
えば、基板510側に第2の酸化物半導体層532に相当する層を用い、ゲート絶縁膜5
60側に第1の酸化物半導体層531または第3の酸化物半導体層533に相当する層を
用いる構造、または、基板510側に第1の酸化物半導体層531または第3の酸化物半
導体層533に相当する層を用い、ゲート絶縁膜560側に第2の酸化物半導体層532
に相当する層を用いる構造とすればよい。四層以上である場合は、例えば、本実施の形態
で説明する三層構造の積層に対して他の酸化物半導体層を積む構成や当該三層構造におけ
るいずれかの界面に他の酸化物半導体層を挿入する構成とすることができる。
層532を構成する金属元素を一種以上含み、例えば、伝導帯下端のエネルギーが第2の
酸化物半導体層532よりも、0.05eV、0.07eV、0.1eV、0.15eV
のいずれか以上であって、2eV、1eV、0.5eV、0.4eVのいずれか以下の範
囲で真空準位に近い酸化物半導体で形成することが好ましい。
界を印加すると、酸化物半導体層530のうち、伝導帯下端のエネルギーが最も小さい第
2の酸化物半導体層532にチャネルが形成される。すなわち、第2の酸化物半導体層5
32とゲート絶縁膜560との間に第3の酸化物半導体層533が形成されていることよ
って、トランジスタのチャネルをゲート絶縁膜と接しない構造とすることができる。
を一種以上含んで構成されるため、第2の酸化物半導体層532と第1の酸化物半導体層
531の界面に界面準位を形成しにくくなる。該界面準位はチャネルを形成することがあ
るため、トランジスタのしきい値電圧が変動することがある。したがって、第1の酸化物
半導体層531を設けることにより、トランジスタのしきい値電圧などの電気特性のばら
つきを低減することができる。
を一種以上含んで構成されるため、第2の酸化物半導体層532と第3の酸化物半導体層
533との界面ではキャリアの散乱が起こりにくくなる。したがって、第3の酸化物半導
体層533を設けることにより、トランジスタの電界効果移動度を高くすることができる
。
i、Ga、Ge、Y、Zr、Sn、La、CeまたはHfを第2の酸化物半導体層532
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層に生じることを抑制する機能を有する。す
なわち、第1の酸化物半導体層531および第3の酸化物半導体層533は、第2の酸化
物半導体層532よりも酸素欠損が生じにくいということができる。
層533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
の酸化物半導体層531をIn:M:Zn=x1:y1:z1[原子数比]、第2の酸化
物半導体層532をIn:M:Zn=x2:y2:z2[原子数比]、第3の酸化物半導
体層533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/x
3はy2/x2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の酸化物半導体層532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。
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50atomic%未満
、Mが50atomic%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の酸化物半導体層532における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6
6atomic%未満とする。
00nm以下、好ましくは3nm以上50nm以下とする。また、第2の酸化物半導体層
532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。
層533には、例えば、インジウム、亜鉛およびガリウムを含んだ酸化物半導体を用いる
ことができる。特に、第2の酸化物半導体層532にインジウムを含ませると、キャリア
移動度が高くなるため好ましい。
には、酸化物半導体層中の不純物濃度を低減し、酸化物半導体層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、酸化物半導体層のキャリア密度
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。
元素は不純物となる。例えば、水素および窒素は、ドナー準位の形成に寄与し、キャリア
密度を増大させてしまう。また、シリコンは、酸化物半導体層中で不純物準位を形成する
。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の酸化物半導体層531、第2の酸化物半導体層532および第3の酸
化物半導体層533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。
y Ion Mass Spectrometry)分析において、例えば、酸化物半導
体層のある深さにおいて、または、酸化物半導体層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/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ることが
好ましい。また、水素濃度は、例えば、酸化物半導体層のある深さにおいて、または、酸
化物半導体層のある領域において、2×1020atoms/cm3以下、好ましくは5
×1019atoms/cm3以下、より好ましくは1×1019atoms/cm3以
下、さらに好ましくは5×1018atoms/cm3以下とする部分を有していること
が好ましい。また、窒素濃度は、例えば、酸化物半導体層のある深さにおいて、または、
酸化物半導体層のある領域において、5×1019atoms/cm3未満、好ましくは
5×1018atoms/cm3以下、より好ましくは1×1018atoms/cm3
以下、さらに好ましくは5×1017atoms/cm3以下とする部分を有しているこ
とが好ましい。
半導体層の結晶性を低下させることがある。酸化物半導体層の結晶性を低下させないため
には、例えば、酸化物半導体層のある深さにおいて、または、酸化物半導体層のある領域
において、シリコン濃度を1×1019atoms/cm3未満、好ましくは5×101
8atoms/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、酸化物半導体層のある深さにおいて、または
、酸化物半導体層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1×1018at
oms/cm3未満とする部分を有していればよい。
スタのオフ電流は極めて小さく、トランジスタのチャネル幅で規格化したオフ電流は、数
yA/μm乃至数zA/μmにまで低減することが可能となる。なお、その場合のソース
とドレインとの間の電圧は、例えば、0.1V、5V、または、10V程度である。
め、上記理由により酸化物半導体層のチャネルとなる領域はゲート絶縁膜と接しないこと
が好ましいということができる。また、ゲート絶縁膜と酸化物半導体層との界面にチャネ
ルが形成される場合、該界面でキャリアの散乱が起こり、トランジスタの電界効果移動度
が低くなることがある。このような観点からも、酸化物半導体層のチャネルとなる領域は
ゲート絶縁膜から離すことが好ましい。
層532、第3の酸化物半導体層533の積層構造とすることで、トランジスタのチャネ
ルが形成される第2の酸化物半導体層532をゲート絶縁膜から離すことができ、高い電
界効果移動度を有し、安定した電気特性のトランジスタを形成することができる。
物半導体層531および第3の酸化物半導体層533に相当する層としてエネルギーギャ
ップが3.5eVであるIn−Ga−Zn酸化物、第2の酸化物半導体層532に相当す
る層としてエネルギーギャップが3.15eVであるIn−Ga−Zn酸化物を用い、酸
化物半導体層530に相当する積層を作製して行っている。なお、便宜的に当該積層を酸
化物半導体層530、当該積層を構成するそれぞれの層を第1の酸化物半導体層531、
第2の酸化物半導体層532、第3の酸化物半導体層533と称して説明する。
3の膜厚はそれぞれ10nmとし、エネルギーギャップは、分光エリプソメータ(HOR
IBA JOBIN YVON社 UT−300)を用いて測定した。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:Ultraviole
t Photoelectron Spectroscopy)装置(PHI社 Ver
saProbe)を用いて測定した。
との差分として算出される真空準位と伝導帯下端のエネルギー差(電子親和力)から模式
的に示されるバンド構造の一部である。図17(A)は、第1の酸化物半導体層531お
よび第3の酸化物半導体層533と接して、酸化シリコン膜を設けた場合のバンド図であ
る。ここで、Evは真空準位のエネルギー、EcI1およびEcI2は酸化シリコン膜の
伝導帯下端のエネルギー、EcS1は第1の酸化物半導体層531の伝導帯下端のエネル
ギー、EcS2は第2の酸化物半導体層532の伝導帯下端のエネルギー、EcS3は第
3の酸化物半導体層533の伝導帯下端のエネルギーである。また、トランジスタを構成
する場合、ゲート電極(トランジスタ500では第2のゲート電極572に相当)はEc
I2を有する酸化シリコン膜に接するものとする。
、第3の酸化物半導体層533において、伝導帯下端のエネルギーが連続的に変化する。
これは、第1の酸化物半導体層531、第2の酸化物半導体層532、第3の酸化物半導
体層533の組成が近似することにより、酸素が相互に拡散しやすい点からも理解される
。したがって、第1の酸化物半導体層531、第2の酸化物半導体層532、第3の酸化
物半導体層533は組成が異なる層の積層体ではあるが、物性的に連続であるということ
もでき、本明細書の図面において、当該積層体のそれぞれの界面は点線で表している。
連続接合(ここでは特に伝導帯下端のエネルギーが各層の間で連続的に変化するU字型の
井戸構造)が形成されるように作製する。すなわち、各層の界面にトラップ中心や再結合
中心のような欠陥準位を形成するような不純物が存在しないように積層構造を形成する。
仮に、積層された酸化物半導体層の層間に不純物が混在していると、エネルギーバンドの
連続性が失われ、界面でキャリアがトラップあるいは再結合により消滅してしまうことが
ある。
(スパッタ装置)を用いて各層を大気に触れさせることなく連続して積層することが必要
となる。スパッタ装置における各チャンバーは、酸化物半導体にとって不純物となる水等
を可能な限り除去すべく、クライオポンプのような吸着式の真空排気ポンプを用いて高真
空排気(5×10−7Pa乃至1×10−4Pa程度まで)できること、かつ、成膜され
る基板を100℃以上、好ましくは500℃以上に加熱できることが好ましい。または、
ターボ分子ポンプとコールドトラップを組み合わせて排気系からチャンバー内に炭素成分
や水分等を含む気体が逆流しないようにしておくことが好ましい。
ッタガスの高純度化も必要である。スパッタガスとして用いる酸素ガスやアルゴンガスは
、露点が−40℃以下、好ましくは−80℃以下、より好ましくは−100℃以下にまで
高純度化したガスを用いることで酸化物半導体膜に水分等が取り込まれることを可能な限
り防ぐことができる。
ぞれが異なっていてもよい。例えば、EcS3よりもEcS1が高いエネルギーを有する
場合、バンド構造の一部は、図17(B)のように示される。
化物半導体層533にIn:Ga:Zn=1:3:2、1:6:4または1:9:6(原
子数比)第2の酸化物半導体層532にIn:Ga:Zn=1:1:1または3:1:2
(原子数比)のIn−Ga−Zn酸化物などを用いることができる。また、EcS1>E
cS3である場合は、第1の酸化物半導体層531にIn:Ga:Zn=1:6:4また
は1:9:6(原子数比)、第2の酸化物半導体層532にIn:Ga:Zn=1:1:
1または3:1:2(原子数比)、第3の酸化物半導体層533にIn:Ga:Zn=1
:3:2(原子数比)のIn−Ga−Zn酸化物などを用いることができる。
がウェル(井戸)となり、酸化物半導体層530を用いたトランジスタにおいて、チャネ
ルが第2の酸化物半導体層532に形成されることがわかる。なお、酸化物半導体層53
0は伝導帯下端のエネルギーが連続的に変化しているため、U字型井戸(U Shape
Well)とも呼ぶことができる。また、このような構成で形成されたチャネルを埋め
込みチャネルということもできる。
膜などの絶縁膜との界面近傍には、不純物や欠陥に起因したトラップ準位が形成され得る
。第1の酸化物半導体層531および第3の酸化物半導体層533があることにより、第
2の酸化物半導体層532と当該トラップ準位とを遠ざけることができる。ただし、Ec
S1またはEcS3と、EcS2とのエネルギー差が小さい場合、第2の酸化物半導体層
532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、絶縁膜界面にマイナスの電荷が生じ、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。
eV以上、好ましくは0.15eV以上とすることで、トランジスタのしきい値電圧の変
動が低減され、安定した電気特性を得ることができる。
導体層533のいずれか一つ以上の層には、結晶部が含まれることが好ましい。例えば、
第1の酸化物半導体層531を非晶質とし、第2の酸化物半導体層532および第3の酸
化物半導体層533を結晶部が含まれる層とする。チャネルが形成される第2の酸化物半
導体層532が結晶部を含むことにより、トランジスタに安定した電気特性を付与するこ
とができる。
は、表面と略垂直な方向にc軸が配向した結晶であることが好ましい。
540およびドレイン電極550に接しており、電流を効率良く取り出すには第3の酸化
物半導体層533のエネルギーギャップが絶縁体のように大きくないこと、および膜厚が
薄いことが好ましい。また、酸化物半導体層530にIn−Ga−Zn酸化物を用いる場
合は、Inのゲート絶縁膜への拡散を防ぐために、第3の酸化物半導体層533は第2の
酸化物半導体層532よりもInを少なくする組成とすることが好ましい。
とが好ましい。例えば、Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、Wなどを用いることがで
きる。上記材料において、特に酸素と結合し易いTiや、後のプロセス温度が比較的高く
できることなどから、融点の高いWを用いることがより好ましい。なお、酸素と結合し易
い導電材料には、酸素が拡散し易い材料も含まれる。
、酸素と結合し易い導電材料側に拡散する現象が起こる。当該現象は、温度が高いほど顕
著に起こる。トランジスタの作製工程には、いくつかの加熱工程があることから、上記現
象により、酸化物半導体層のソース電極またはドレイン電極と接触した近傍の領域に酸素
欠損が発生し、当該領域はn型化する。したがって、n型化した当該領域はトランジスタ
のソースまたはドレインとして作用させることができる。
として点線で示される。境界535は、真性半導体領域とn型半導体領域の境界であり、
酸化物半導体層530におけるソース電極540またはドレイン電極550と接触した近
傍の領域がn型化した領域となる。なお、境界535は模式的に示したものであり、実際
には明瞭ではない場合がある。また、図16では、境界535が第2の酸化物半導体層5
32中で横方向に延びているように位置している状態を示したが、境界535は、第1の
酸化物半導体層531中、または第3の酸化物半導体層533中で横方向に延びるように
位置することもある。また、酸化物半導体層530のソース電極540またはドレイン電
極550と下地絶縁膜520との間に挟まれた領域の膜厚方向全体がn型化することもあ
る。
よってn型化した領域がトランジスタのチャネル長方向に延在してしまうことがある。こ
の場合、トランジスタの電気特性には、しきい値電圧のシフトやゲート電圧でオンオフの
制御ができない状態(導通状態)が現れる。そのため、チャネル長が極短いトランジスタ
を形成する場合は、ソース電極およびドレイン電極に酸素と結合し易い導電材料を用いる
ことが必ずしも好ましいとはいえない。
、図18(A)、(B)に示すトランジスタ501のように、ソース電極540およびド
レイン電極550のそれぞれを覆うように、第2のソース電極542および第2のドレイ
ン電極552を酸素と結合しにくい導電材料で形成するとよい。ここで、図18(A)は
上面図であり、図18(A)に示す一点鎖線B1−B2の断面が図18(B)に相当する
。なお、図18(A)の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示してい
る。
ャネル長を定める第2のソース電極542および第2のドレイン電極552には、窒化タ
ンタル、窒化チタン、またはルテニウムを含む材料などを用いることができる。なお、酸
素と結合しにくい導電材料には、酸素が拡散しにくい材料も含まれる。
52に用いることによって、酸化物半導体層に形成されるチャネル形成領域に酸素欠損が
形成されることを抑制することができ、チャネルのn型化を抑えることができる。したが
って、チャネル長が極短いトランジスタであっても良好な電気特性を得ることができる。
と、酸化物半導体層530とのコンタクト抵抗が高くなりすぎることから、図18に示す
ように、ソース電極540およびドレイン電極550を酸化物半導体層530上に形成し
、ソース電極540およびドレイン電極550を覆うように第2のソース電極542およ
び第2のドレイン電極552を形成することが好ましい。
面積を大として酸素欠損生成によってn型化した領域によりコンタクト抵抗を下げ、第2
のソース電極542および第2のドレイン電極552と酸化物半導体層530との接触面
積は小とすることが好ましい。第2のソース電極542および第2のドレイン電極552
と酸化物半導体層530とのコンタクト抵抗が大きいとトランジスタの電気特性を低下さ
せる場合がある。
チタンなどの窒化物を用いる場合はその限りではない。窒化物中の窒素が酸化物半導体層
530との界面近傍に僅かに拡散し、酸化物半導体層530中で窒素がドナー準位の形成
に寄与してn型領域を形成し、コンタクト抵抗を低下させることができる。
は1.0μm以上とする。当該間隔が0.8μmより小さいとチャネル形成領域において
発生する酸素欠損の影響を排除できなくなり、トランジスタの電気特性が低下してしまう
。
m以下としても良好なトランジスタの電気特性を得ることができる。
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560は上記材料の積層であってもよい。
Ni、Cu、Y、Zr、Mo、Ru、Ag、TaおよびWなどの導電膜を用いることがで
きる。また、当該ゲート電極は、上記材料の積層であってもよい。
てもよい。当該酸化物絶縁層には、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、当該酸化物絶
縁層は上記材料の積層であってもよい。
絶縁層とは、加熱処理などによって酸素を放出することができる酸化物絶縁層をいう。好
ましくは、昇温脱離ガス分光法分析にて、酸素原子に換算しての酸素の放出量が1.0×
1019atoms/cm3以上である膜とする。当該酸化物絶縁層から放出される酸素
は絶縁膜561およびゲート絶縁膜560を経由して酸化物半導体層530のチャネル形
成領域に拡散させることができることから、不本意に形成された酸素欠損に酸素を補填す
ることができる。したがって、安定したトランジスタの電気特性を得ることができる。
、長期信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
い。図19(A)は上面図であり、図19(A)に示す一点鎖線C1−C2の断面が図1
9(B)に相当する。なお、図19(A)の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素
を省いて図示している。図19に示すトランジスタ502は、図16に示すトランジスタ
500と第2のゲート電極572の形状が異なり、第2のゲート電極572とソース電極
540およびドレイン電極550が極力重ならない構造となっている。そのため、第2の
ゲート電極572とソース電極540およびドレイン電極550とのそれぞれの間に形成
される寄生容量を小さくすることができる。したがって、第1のゲート電極571と第2
のゲート電極572との間で形成される容量素子の容量が相対的に周辺の容量(寄生容量
)よりも大きくなるため、第1のゲート電極571に印加するゲート電圧でのトランジス
タの制御性を向上させることができる。
い。図20(A)は上面図であり、図20(A)に示す一点鎖線D1−D2の断面が図2
0(B)に相当する。なお、図20(A)の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素
を省いて図示している。
10上に形成された下地絶縁膜520、該下地絶縁膜上に形成された第1のゲート電極5
71、該下地絶縁膜および該第1のゲート電極上に形成された絶縁膜561、該絶縁層上
に第1のゲート電極と重畳するように形成された第2のゲート電極572、該第2のゲー
ト電極および絶縁膜561上に形成されたゲート絶縁膜560、該ゲート絶縁膜上に第1
のゲート電極571および第2のゲート電極572と重畳するように形成された酸化物半
導体層530、該酸化物半導体層上に形成されたソース電極540およびドレイン電極5
50を有する。また、酸化物半導体層530、ソース電極、およびドレイン電極上に酸化
物絶縁層580が形成されていてもよい。当該酸化物絶縁層は必要に応じて設ければよく
、さらにその上部に他の絶縁層を形成してもよい。
に第2のゲート電極572がソース電極540およびドレイン電極550と極力重ならな
い構造とすることが好ましい。また、トランジスタ503では、表示装置などに用いる場
合において、第1のゲート電極571が遮光層となるため、バックライト等から酸化物半
導体層530に向かって照射される光を遮ることができる。したがって、トランジスタ5
03の光劣化を防止することができ、信頼性の高い半導体装置を形成することができる。
においても、下地絶縁膜520と基板510との間に遮光層を設けることもできる。
い。図21(A)は上面図であり、図21(A)に示す一点鎖線E1−E2の断面が図2
1(B)に相当する。なお、図21(A)の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素
を省いて図示している。
スタ503の構造に保護膜562を設けた構造である。保護膜562を設けることで、酸
化物半導体層530のオーバーエッチングを抑えることができる。また、エッチング工程
にドライエッチングを用いる場合は、酸化物半導体層530へのプラズマダメージを抑え
ることができる。したがって、トランジスタを大面積に複数形成する場合において、電気
特性のばらつきが少なく、信頼性のよいトランジスタを形成することができる。なお、保
護膜562は、下地絶縁膜520、ゲート絶縁膜560、絶縁膜561、酸化物絶縁層5
80に適用できる材料で形成することができる。
子を構成することも可能である。そして、その抵抗素子を用いて、保護回路を構成するこ
とも可能である。保護回路を設けることにより、静電気などからの破壊を低減することが
出来る。
ては、ソース電極540およびドレイン電極550の形状が酸化物半導体層530のチャ
ネル幅方向の長さよりも短い構造となっている(トランジスタ501においては、第2の
ソース電極542および第2のドレイン電極552も含む)。これは、酸化物半導体層5
30のチャネル幅方向の端部をソース電極540またはドレイン電極550で覆うと、第
1のゲート電極571または第2のゲート電極572からの電界の一部が遮断され、酸化
物半導体層530に当該電界が印加されにくくなるためである。
しいが、トランジスタの電気特性が十分に満足するならば、その限りではない。例えば、
トランジスタ500およびトランジスタ501においては、図22(A)、(B)にそれ
ぞれ示すように、ソース電極540およびドレイン電極550の形状が酸化物半導体層5
30のチャネル幅方向の長さよりも長い構造としてもよい。また、同様にトランジスタ5
02においては、図23(A)に示す構造としてもよい。また、同様にトランジスタ50
3およびトランジスタ504においては、図23(B)に示す構造としてもよい。図22
(A)、(B)、図23(A)、(B)に示す構造とすることで、フォトリソグラフィ工
程の難度を下げることができる。
ンジスタ500を適用した場合の断面図の一例を図31に示す。なお、トランジスタ50
0は、図1における回路120と同一であり、当該回路に含まれる第2のトランジスタ1
02および第2の容量素子112はトランジスタ500に含まれる。
を有し、上部に第2の半導体材料を用いた第2のトランジスタ102および第2の容量素
子112を含む回路120(トランジスタ500)を有している。
レイン電極、他方の電極をトランジスタ500の第1のゲート電極、誘電体をトランジス
タ500のゲート絶縁膜および絶縁層と同じ材料を用いる構造とすることで、トランジス
タ500と同時に形成することができる。なお、第1の容量素子111は、他方の電極を
トランジスタ500の第2のゲート電極とし、誘電体をゲート絶縁膜のみで形成すること
もできる。
)を含む基板3000に設けられたチャネル形成領域と、チャネル形成領域を挟むように
設けられた不純物領域と、不純物領域に接する金属間化合物領域と、チャネル形成領域上
に設けられたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、を有する。な
お、図において、明示的にはソース電極やドレイン電極を有しない場合があるが、便宜上
、このような状態を含めてトランジスタと呼ぶ場合がある。また、この場合、トランジス
タの接続関係を説明するために、ソース領域やドレイン領域を含めてソース電極やドレイ
ン電極と表現することがある。つまり、本明細書において、ソース電極との記載には、ソ
ース領域が含まれうる。
けられており、第1のトランジスタ101を覆うように絶縁層3150が設けられている
。なお、素子分離絶縁層3100は、LOCOS(Local Oxidation o
f Silicon)や、STI(Shallow Trench Isolation
)などの素子分離技術を用いて形成することができる。
高速動作が可能となる。このため、当該トランジスタを読み出し用のトランジスタとして
用いることで、情報の読み出しを高速に行うことができる。
たはドレイン電極の一方は延在して、第1の容量素子111の一方の電極として作用する
。また、当該電極は、第1のトランジスタ101のゲート電極と電気的に接続される。
素子111は重畳するように形成することができるため、その占有面積を低減することが
できる。したがって、半導体装置の集積度を高めることができる。
。
本実施の形態では、実施の形態4で説明した図16に示すトランジスタ500の作製方法
について、図24乃至図25を用いて説明する。なお、図18乃至図21に示すトランジ
スタ501乃至トランジスタ504は、本実施の形態で説明するトランジスタの作製方法
およびトランジスタ501乃至トランジスタ504を説明する実施の形態を参照し、フォ
トリソグラフィ工程におけるレジストマスクの変更および工程順序を入れ替えることなど
により形成することができる。
ことができる。また、シリコンや炭化シリコンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基
板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基板、SOI(Silicon On I
nsulator)基板などを用いることも可能であり、これらの基板上に半導体素子が
設けられたものを用いてもよい。
酸化マグネシウム、酸化シリコン、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、窒化アルミ
ニウム、窒化酸化アルミニウムなどの窒化物絶縁膜、またはこれらの混合材料を用いて形
成することができる。また、上記材料の積層であってもよく、少なくとも酸化物半導体層
530と接する上層は酸化物半導体層530への酸素の供給源となりえる酸素を含む材料
で形成することが好ましい。
散の影響が無い場合は、下地絶縁膜520を設けない構成とすることができる。
、第3の酸化物半導体層533をスパッタリング法、CVD法、MBE法、ALD法また
はPLD法を用いて成膜し、選択的にエッチングを行うことで酸化物半導体層530を形
成する(図24(A)参照)。なお、エッチングの前に加熱工程を行ってもよい。
層533には、実施の形態4で説明した材料を用いることができる。例えば、第1の酸化
物半導体層531にIn:Ga:Zn=1:3:2[原子数比]のIn−Ga−Zn酸化
物、第2の酸化物半導体層532にIn:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]のIn−
Ga−Zn酸化物、第3の酸化物半導体層533にIn:Ga:Zn=1:3:2[原子
数比]のIn−Ga−Zn酸化物を用いることができる。
半導体層533として用いることのできる酸化物半導体は、少なくともインジウム(In
)もしくは亜鉛(Zn)を含むことが好ましい。または、InとZnの双方を含むことが
好ましい。また、該酸化物半導体を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすた
め、それらと共に、スタビライザーを含むことが好ましい。
ミニウム(Al)、またはジルコニウム(Zr)等がある。また、他のスタビライザーと
しては、ランタノイドである、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(P
r)、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)等がある
。
、Sn−Zn酸化物、Al−Zn酸化物、Zn−Mg酸化物、Sn−Mg酸化物、In−
Mg酸化物、In−Ga酸化物、In−Ga−Zn酸化物、In−Al−Zn酸化物、I
n−Sn−Zn酸化物、Sn−Ga−Zn酸化物、Al−Ga−Zn酸化物、Sn−Al
−Zn酸化物、In−Hf−Zn酸化物、In−La−Zn酸化物、In−Ce−Zn酸
化物、In−Pr−Zn酸化物、In−Nd−Zn酸化物、In−Sm−Zn酸化物、I
n−Eu−Zn酸化物、In−Gd−Zn酸化物、In−Tb−Zn酸化物、In−Dy
−Zn酸化物、In−Ho−Zn酸化物、In−Er−Zn酸化物、In−Tm−Zn酸
化物、In−Yb−Zn酸化物、In−Lu−Zn酸化物、In−Sn−Ga−Zn酸化
物、In−Hf−Ga−Zn酸化物、In−Al−Ga−Zn酸化物、In−Sn−Al
−Zn酸化物、In−Sn−Hf−Zn酸化物、In−Hf−Al−Zn酸化物を用いる
ことができる。
有する酸化物という意味であり、InとGaとZnの比率は問わない。また、InとGa
とZn以外の金属元素が入っていてもよい。また、本明細書においては、In−Ga−Z
n酸化物で構成した膜をIGZO膜とも呼ぶ。
いてもよい。なお、Mは、Ga、Fe、MnおよびCoから選ばれた一つの金属元素また
は複数の金属元素を示す。また、In2SnO5(ZnO)n(n>0、且つ、nは整数
)で表記される材料を用いてもよい。
酸化物半導体層533は、第2の酸化物半導体層532よりも電子親和力が小さくなるよ
うに材料を選択する。
ては、RFスパッタ法、DCスパッタ法、ACスパッタ法等を用いることができる。特に
、成膜時に発生するゴミを低減でき、かつ膜厚分布も均一とすることからDCスパッタ法
を用いることが好ましい。
3としてIn−Ga−Zn酸化物を用いる場合、In、Ga、Znの原子数比としては、
例えば、In:Ga:Zn=1:1:1、In:Ga:Zn=2:2:1、In:Ga:
Zn=3:1:2、In:Ga:Zn=1:3:2、In:Ga:Zn=1:4:3、I
n:Ga:Zn=1:5:4、In:Ga:Zn=1:6:6、In:Ga:Zn=2:
1:3、In:Ga:Zn=1:6:4、In:Ga:Zn=1:9:6、In:Ga:
Zn=1:1:4、In:Ga:Zn=1:1:2のいずれかの材料を用い、第1の酸化
物半導体層531および第3の酸化物半導体層533の電子親和力が第2の酸化物半導体
層532よりも小さくなるようにすればよい。
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を満たすことをいう。rとしては、例えば、0.05とすればよい。
他の酸化物でも同様である。
半導体層533よりもインジウムの含有量を多くするとよい。酸化物半導体では主として
重金属のs軌道がキャリア伝導に寄与しており、Inの含有率を多くすることにより、よ
り多くのs軌道が重なるため、InがGaよりも多い組成となる酸化物はInがGaと同
等または少ない組成となる酸化物と比較して移動度が高くなる。そのため、第2の酸化物
半導体層532にインジウムの含有量が多い酸化物を用いることで、高い移動度のトラン
ジスタを実現することができる。
Axis Aligned Crystal)、多結晶、微結晶、非晶質部を有する。
を、CAAC−OS(C Axis Aligned Crystalline Oxi
de Semiconductor)と呼ぶ。
lectron Microscope)による観察像で、結晶部を確認することができ
る場合がある。CAAC−OSに含まれる結晶部は、例えば、TEMによる観察像で、一
辺100nmの立方体内に収まる大きさであることが多い。また、CAAC−OSは、T
EMによる観察像で、結晶部と結晶部との境界を明確に確認できない場合がある。また、
CAAC−OSは、TEMによる観察像で、粒界(グレインバウンダリーともいう。)を
明確に確認できない場合がある。CAAC−OSは、例えば、明確な粒界を有さないため
、不純物が偏析することが少ない。また、CAAC−OSは、例えば、明確な粒界を有さ
ないため、欠陥準位密度が高くなることが少ない。また、CAAC−OSは、例えば、明
確な粒界を有さないため、電子移動度の低下が小さい。
成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃っている場合がある。ま
た、CAAC−OSは、例えば、X線回折(XRD:X−Ray Diffractio
n)装置を用い、out−of−plane法による分析を行うと、配向を示す2θが3
1°近傍のピークが現れる場合がある。また、CAAC−OSは、例えば、電子線回折パ
ターンで、スポット(輝点)が観測される場合がある。なお、特に、ビーム径が10nm
φ以下、または5nmφ以下の電子線を用いて得られる電子線回折パターンを、極微電子
線回折パターンと呼ぶ。また、CAAC−OSは、例えば、異なる結晶部間で、それぞれ
a軸およびb軸の向きが揃っていない場合がある。CAAC−OSは、例えば、c軸配向
し、a軸または/およびb軸はマクロに揃っていない場合がある。
ここでは、試料を、CAAC−OSの被形成面に垂直な方向に切断し、厚さが40nm程
度となるように薄片化する。また、ここでは、ビーム径が1nmφの電子線を、試料の切
断面に垂直な方向から入射させる。図26(A)より、CAAC−OSの極微電子線回折
パターンは、スポットが観測されることがわかる。
クトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向になるように揃い、かつab面に垂直な方
向から見て金属原子が三角形状または六角形状に配列し、c軸に垂直な方向から見て金属
原子が層状または金属原子と酸素原子とが層状に配列している。なお、異なる結晶部間で
、それぞれa軸およびb軸の向きが異なっていてもよい。本明細書において、単に垂直と
記載する場合、80°以上100°以下、好ましくは85°以上95°以下の範囲も含ま
れることとする。また、単に平行と記載する場合、−10°以上10°以下、好ましくは
−5°以上5°以下の範囲も含まれることとする。
たは表面の法線ベクトルに平行な方向になるように揃うため、CAAC−OSの形状(被
形成面の断面形状または表面の断面形状)によっては互いに異なる方向を向くことがある
。また、結晶部は、成膜したとき、または成膜後に加熱処理などの結晶化処理を行ったと
きに形成される。したがって、結晶部のc軸は、CAAC−OSが形成されたときの被形
成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向になるように揃う。
る。ここで、不純物は、水素、炭素、シリコン、遷移金属元素などの酸化物半導体の主成
分以外の元素である。特に、シリコンなどの元素は、酸化物半導体を構成する金属元素よ
りも酸素との結合力が強い。したがって、当該元素が酸化物半導体から酸素を奪う場合、
酸化物半導体の原子配列を乱し、結晶性を低下させることがある。また、鉄やニッケルな
どの重金属、アルゴン、二酸化炭素などは、原子半径(または分子半径)が大きいため、
酸化物半導体の原子配列を乱し、酸化物半導体の結晶性を低下させることがある。したが
って、CAAC−OSは、不純物濃度の低い酸化物半導体である。また、酸化物半導体に
含まれる不純物は、キャリア発生源となる場合がある。
−OSの形成過程において、酸化物半導体の表面側から結晶成長させる場合、被形成面の
近傍に対し表面の近傍では結晶部の占める割合が高くなることがある。また、CAAC−
OSに不純物が混入することにより、当該不純物混入領域において結晶部の結晶性が低下
することがある。
。酸化物半導体において、例えば、酸素欠損は欠陥準位である。酸素欠損は、トラップ準
位となることや、水素を捕獲することによってキャリア発生源となることがある。CAA
C−OSを形成するためには、例えば、酸化物半導体に酸素欠損を生じさせないことが重
要となる。したがって、CAAC−OSは、欠陥準位密度の低い酸化物半導体である。ま
たは、CAAC−OSは、酸素欠損の少ない酸化物半導体である。
質的に高純度真性と呼ぶ。高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体は、
キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることができる場合がある。したが
って、当該酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタは、しきい値電圧がマ
イナスとなる電気特性(ノーマリーオンともいう。)になることが少ない場合がある。ま
た、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体は、欠陥準位密度が低いた
め、トラップ準位密度も低くなる場合がある。したがって、当該酸化物半導体をチャネル
形成領域に用いたトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタ
となる場合がある。なお、酸化物半導体のトラップ準位に捕獲された電荷は、消失するま
でに要する時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、トラ
ップ準位密度の高い酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタは、電気特性
が不安定となる場合がある。
は、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動が小さい。
できる。
多結晶酸化物半導体と呼ぶ。多結晶酸化物半導体は複数の結晶粒を含む。
場合がある。多結晶酸化物半導体に含まれる結晶粒は、例えば、TEMによる観察像で、
2nm以上300nm以下、3nm以上100nm以下または5nm以上50nm以下の
粒径であることが多い。また、多結晶酸化物半導体は、例えば、TEMによる観察像で、
結晶粒と結晶粒との境界を確認できる場合がある。また、多結晶酸化物半導体は、例えば
、TEMによる観察像で、粒界を確認できる場合がある。
異なっている場合がある。また、多結晶酸化物半導体は、例えば、XRD装置を用い、o
ut−of−plane法による分析を行うと、配向を示す2θが31°近傍のピーク、
または複数種の配向を示すピークが現れる場合がある。また、多結晶酸化物半導体は、例
えば、電子線回折パターンで、スポットが観測される場合がある。
がある。したがって、多結晶酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタは、
高い電界効果移動度を有する。ただし、多結晶酸化物半導体は、粒界に不純物が偏析する
場合がある。また、多結晶酸化物半導体の粒界は欠陥準位となる。多結晶酸化物半導体は
、粒界がキャリア発生源、トラップ準位となる場合があるため、多結晶酸化物半導体をチ
ャネル形成領域に用いたトランジスタは、CAAC−OSをチャネル形成領域に用いたト
ランジスタと比べて、電気特性の変動が大きく、信頼性の低いトランジスタとなる場合が
ある。
できる。
微結晶酸化物半導体と呼ぶ。
ができない場合がある。微結晶酸化物半導体に含まれる結晶部は、例えば、1nm以上1
00nm以下、または1nm以上10nm以下の大きさであることが多い。特に、例えば
、1nm以上10nm以下の微結晶をナノ結晶(nc:nanocrystal)と呼ぶ
。ナノ結晶を有する酸化物半導体を、nc−OS(nanocrystalline O
xide Semiconductor)と呼ぶ。また、nc−OSは、例えば、TEM
による観察像では、結晶部と結晶部との境界を明確に確認できない場合がある。また、n
c−OSは、例えば、TEMによる観察像では、明確な粒界を有さないため、不純物が偏
析することが少ない。また、nc−OSは、例えば、明確な粒界を有さないため、欠陥準
位密度が高くなることが少ない。また、nc−OSは、例えば、明確な粒界を有さないた
め、電子移動度の低下が小さい。
原子配列に周期性を有する場合がある。また、nc−OSは、例えば、結晶部と結晶部と
の間で規則性がないため、巨視的には原子配列に周期性が見られない場合、または長距離
秩序が見られない場合がある。したがって、nc−OSは、例えば、分析方法によっては
、非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。nc−OSは、例えば、XRD装置
を用い、結晶部よりも大きいビーム径のX線でout−of−plane法による分析を
行うと、配向を示すピークが検出されない場合がある。また、nc−OSは、例えば、結
晶部よりも大きいビーム径(例えば、20nmφ以上、または50nmφ以上)の電子線
を用いる電子線回折パターンでは、ハローパターンが観測される場合がある。また、nc
−OSは、例えば、結晶部と同じか結晶部より小さいビーム径(例えば、10nmφ以下
、または5nmφ以下)の電子線を用いる極微電子線回折パターンでは、スポットが観測
される場合がある。また、nc−OSの極微電子線回折パターンは、例えば、円を描くよ
うに輝度の高い領域が観測される場合がある。また、nc−OSの極微電子線回折パター
ンは、例えば、当該領域内に複数のスポットが観測される場合がある。
では、試料を、nc−OSの被形成面に垂直な方向に切断し、厚さが40nm程度となる
ように薄片化する。また、ここでは、ビーム径が1nmφの電子線を、試料の切断面に垂
直な方向から入射させる。図26(B)より、nc−OSの極微電子線回折パターンは、
円を描くように輝度の高い領域が観測され、かつ当該領域内に複数のスポットが観測され
ることがわかる。
化物半導体よりも欠陥準位密度が低くなる。ただし、nc−OSは、結晶部と結晶部との
間で規則性がないため、CAAC−OSと比べて欠陥準位密度が高くなる。
る。キャリア密度が高い酸化物半導体は、電子移動度が高くなる場合がある。そのため、
nc−OSをチャネル形成領域に用いたトランジスタは、高い電界効果移動度を有する場
合がある。また、nc−OSは、CAAC−OSと比べて、欠陥準位密度が高いため、ト
ラップ準位密度も高くなる場合がある。したがって、nc−OSをチャネル形成領域に用
いたトランジスタは、CAAC−OSをチャネル形成領域に用いたトランジスタと比べて
、電気特性の変動が大きく、信頼性の低いトランジスタとなる場合がある。ただし、nc
−OSは、比較的不純物が多く含まれていても形成することができるため、CAAC−O
Sよりも形成が容易となり、用途によっては好適に用いることができる場合がある。例え
ば、AC電源を用いたスパッタリング法などの成膜方法によってnc−OSを形成しても
よい。AC電源を用いたスパッタリング法は、大型基板へ均一性高く成膜することが可能
であるため、nc−OSをチャネル形成領域に用いたトランジスタを有する半導体装置は
生産性高く作製することができる。
を、非晶質酸化物半導体と呼ぶ。非晶質酸化物半導体は、例えば、原子配列が無秩序であ
り、結晶部を有さない。または、非晶質酸化物半導体は、例えば、石英のような無定形状
態を有し、原子配列に規則性が見られない。
い場合がある。
うと、配向を示すピークが検出されない場合がある。また、非晶質酸化物半導体膜は、例
えば、電子線回折パターンでハローパターンが観測される場合がある。また、非晶質酸化
物半導体膜は、例えば、極微電子線回折パターンでスポットを観測することができず、ハ
ローパターンが観測される場合がある。
することができる場合がある。したがって、非晶質酸化物半導体は、例えば、不純物を高
い濃度で含む酸化物半導体である。
を形成する場合がある。したがって、不純物濃度の高い非晶質酸化物半導体は、欠陥準位
密度が高い。また、非晶質酸化物半導体は、結晶性が低いためCAAC−OSやnc−O
Sと比べて欠陥準位密度が高い。
る場合がある。そのため、非晶質酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタ
は、ノーマリーオンの電気特性になる場合がある。また、ノーマリーオンの電気特性が求
められるトランジスタに好適に用いることができる場合がある。非晶質酸化物半導体は、
欠陥準位密度が高いため、トラップ準位密度も高くなる場合がある。したがって、非晶質
酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタは、CAAC−OSやnc−OS
をチャネル形成領域に用いたトランジスタと比べて、電気特性の変動が大きく、信頼性の
低いトランジスタとなる場合がある。ただし、非晶質酸化物半導体は、比較的不純物が多
く含まれてしまう成膜方法によっても形成することができるため、形成が容易となり、用
途によっては好適に用いることができる場合がある。例えば、スピンコート法、ゾル−ゲ
ル法、浸漬法、スプレー法、スクリーン印刷法、コンタクトプリント法、インクジェット
印刷法、ロールコート法、ミストCVD法などの成膜方法によって非晶質酸化物半導体を
形成してもよい。したがって、非晶質酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジ
スタを有する半導体装置は生産性高く作製することができる。
晶質酸化物半導体の二種以上を有する混合膜であってもよい。混合膜は、例えば、非晶質
酸化物半導体の領域、微結晶酸化物半導体の領域、多結晶酸化物半導体の領域、CAAC
−OSの領域、のいずれか二種以上の領域を有する場合がある。また、混合膜は、例えば
、非晶質酸化物半導体の領域、微結晶酸化物半導体の領域、多結晶酸化物半導体の領域、
CAAC−OSの領域、のいずれか二種以上の領域の積層構造を有する場合がある。
、単結晶酸化物半導体と呼ぶ。
ない)ため、キャリア密度を低くすることができる。したがって、単結晶酸化物半導体を
チャネル形成領域に用いたトランジスタは、ノーマリーオンの電気特性になることが少な
い場合がある。また、単結晶酸化物半導体は、欠陥準位密度が低いため、トラップ準位密
度も低くなる場合がある。したがって、単結晶酸化物半導体をチャネル形成領域に用いた
トランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる場合がある
。
ば、結晶性が高いと密度が高くなる。また、酸化物半導体は、例えば、水素などの不純物
濃度が低いと密度が高くなる。例えば、単結晶酸化物半導体は、CAAC−OSよりも密
度が高い場合がある。また、例えば、CAAC−OSは、微結晶酸化物半導体よりも密度
が高い場合がある。また、例えば、多結晶酸化物半導体は、微結晶酸化物半導体よりも密
度が高い場合がある。また、例えば、微結晶酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体よりも
密度が高い場合がある。
スパッタ法によって成膜することができる。当該スパッタ用ターゲットにイオンが衝突す
ると、スパッタ用ターゲットに含まれる結晶領域がa−b面から劈開し、a−b面に平行
な面を有する平板状またはペレット状のスパッタ粒子として剥離することがある。この場
合、当該ペレット状のスパッタ粒子は帯電しているためプラズマ中で凝集せず、結晶状態
を維持したまま基板に到達し、CAAC−OS膜を成膜することができる。
る。例えば、成膜室内に存在する不純物(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。
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20
0℃以上500℃以下として成膜する。成膜時の基板加熱温度を高めることで、平板状の
スパッタ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。
ることができる。In−Ga−Zn−O化合物ターゲットは、InOX粉末、GaOY粉
末およびZnOZ粉末を所定のモル数比で混合し、加圧処理後、1000℃以上1500
℃以下の温度で加熱処理をすることで多結晶体とする。なお、X、YおよびZは任意の正
数である。また、当該多結晶体の粒径は、例えば1μm以下など、小さいほど好ましい。
ここで、粉末の種類、およびその混合するモル数比は、作製するスパッタ用ターゲットに
よって適宜変更すればよい。
以下、好ましくは300℃以上500℃以下の温度で、不活性ガス雰囲気、酸化性ガスを
10ppm以上含む雰囲気、または減圧状態で行えばよい。また、第1の加熱処理の雰囲
気は、不活性ガス雰囲気で加熱処理した後に、脱離した酸素を補うために酸化性ガスを1
0ppm以上含む雰囲気で行ってもよい。第1の加熱処理によって、第2の酸化物半導体
層532の結晶性を高め、さらに下地絶縁膜520、第1の酸化物半導体層531、およ
び第3の酸化物半導体層533から水素や水などの不純物を除去することができる。なお
、酸化物半導体層530を形成するエッチングの前に第1の加熱工程を行ってもよい。
、上層にはCAAC―OS膜が形成しやすくなる。したがって、第1の酸化物半導体層5
31を非晶質または微結晶とし、第2の酸化物半導体層532をCAAC―OS膜とする
ことが好ましい。
の導電膜を形成する。第1の導電膜としては、Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、W
、またはこれらを主成分とする合金材料を用いることができる。例えば、スパッタ法など
により100nmのチタン膜を形成する。
極540およびドレイン電極550を形成する(図24(B)参照)。
530の一部がエッチングされた形状となる。ただし、第1の導電膜と酸化物半導体層5
30のエッチングの選択比が大きい場合は、酸化物半導体層530がほとんどエッチング
されない形状となる。
の条件で行うことができる。第2の加熱処理により、酸化物半導体層530から、さらに
水素や水などの不純物を除去することができる。
縁膜560を形成する(図24(C)参照)。ゲート絶縁膜560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などを用いることができる。
なお、ゲート絶縁膜560は、上記材料の積層であってもよい。ゲート絶縁膜560は、
スパッタ法、CVD法、MBE法、ALD法またはPLD法などを用いて形成することが
できる。
Ti、Cr、Co、Ni、Cu、Y、Zr、Mo、Ru、Ag、Ta、W、またはこれら
を主成分とする合金材料を用いることができる。第2の導電膜は、スパッタ法などにより
形成することができる。そして、第2の導電膜をチャネル形成領域と重畳するように加工
し、第2のゲート電極572を形成する(図25(A)参照)。
当該絶縁層は、ゲート絶縁膜560に適用できる材料を用いることができ、スパッタ法、
CVD法、MBE法、ALD法またはPLD法などを用いて形成することができる。
に適用できる材料を用いることができ、スパッタ法などで形成することができる。そして
、第3の導電膜を第2のゲート電極572と重畳するように加工し、第1のゲート電極5
71を形成する。(図25(B)参照)。
5(C)参照)。酸化物絶縁層580は、下地絶縁膜520、またはゲート絶縁膜560
に適用できる材料を用いることができ、スパッタ法、CVD法、MBE法、ALD法また
はPLD法などを用いて形成することができる。酸化物絶縁層580は、酸化物半導体層
530に対し酸素を供給できるよう過剰に酸素を含む膜とすることが好ましい。
イオンインプランテーション法などを用いて酸素を添加してもよい。酸素を添加すること
によって、酸化物絶縁層580から酸化物半導体層530への酸素の供給をさらに容易に
することができる。
の条件で行うことができる。第3の加熱処理により、下地絶縁膜520、ゲート絶縁膜5
60、酸化物絶縁層580から過剰酸素が放出されやすくなり、酸化物半導体層530の
酸素欠損を低減することができる。
により形成することができるが、他の方法、例えば、熱CVD(Chemical Va
por Deposition)法により形成してもよい。熱CVD法の例としては、M
OCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposi
tion)法やALD(Atomic Layer Deposition)法などがあ
る。
されることが無いという利点を有する。
大気圧または減圧下とし、基板近傍または基板上で反応させて基板上に堆積させることで
成膜を行ってもよい。
ャンバーに導入され、そのガス導入の順序を繰り返すことで成膜を行ってもよい。例えば
、それぞれのスイッチングバルブ(高速バルブとも呼ぶ)を切り替えて2種類以上の原料
ガスを順番にチャンバーに供給し、複数種の原料ガスが混ざらないように第1の原料ガス
と同時またはその後に不活性ガス(アルゴン、或いは窒素など)などを導入し、第2の原
料ガスを導入する。なお、同時に不活性ガスを導入する場合には、不活性ガスはキャリア
ガスとなり、また、第2の原料ガスの導入時にも同時に不活性ガスを導入してもよい。ま
た、不活性ガスを導入する代わりに真空排気によって第1の原料ガスを排出した後、第2
の原料ガスを導入してもよい。第1の原料ガスが基板の表面に吸着して第1の層を成膜し
、後から導入される第2の原料ガスと反応して、第2の層が第1の層上に積層されて薄膜
が形成される。このガス導入順序を制御しつつ所望の厚さになるまで複数回繰り返すこと
で、段差被覆性に優れた薄膜を形成することができる。薄膜の厚さは、ガス導入順序を繰
り返す回数によって調節することができるため、精密な膜厚調節が可能であり、微細なF
ETを作製する場合に適している。
スとB2H6ガスを順次繰り返し導入して初期タングステン膜を形成し、その後、WF6
ガスとH2ガスを同時に導入してタングステン膜を形成する。なお、B2H6ガスに代え
てSiH4ガスを用いてもよい。
。
本実施の形態では、実施の形態1で説明した半導体装置(記憶装置)を含むCPUについ
て説明する。
ジスタ500など)を少なくとも一部に用いたCPUの一例の構成を示すブロック図であ
る。
ic logic unit、演算回路)、ALUコントローラ1192、インストラク
ションデコーダ1193、インタラプトコントローラ1194、タイミングコントローラ
1195、レジスタ1196、レジスタコントローラ1197、バスインターフェース1
198(Bus I/F)、書き換え可能なROM1199、およびROMインターフェ
ース1189(ROM I/F)を有している。基板1190は、半導体基板、SOI基
板、ガラス基板などを用いる。ROM1199およびROMインターフェース1189は
、別チップに設けてもよい。もちろん、図27に示すCPUは、その構成を簡略化して示
した一例にすぎず、実際のCPUはその用途によって多種多様な構成を有している。例え
ば、図27に示すCPUまたは演算回路を含む構成を一つのコアとし、当該コアを複数含
み、それぞれのコアが並列で動作するような構成としてもよい。また、CPUが内部演算
回路やデータバスで扱えるビット数は、例えば8ビット、16ビット、32ビット、64
ビットなどとすることができる。
デコーダ1193に入力され、デコードされた後、ALUコントローラ1192、インタ
ラプトコントローラ1194、レジスタコントローラ1197、タイミングコントローラ
1195に入力される。
ラ1197、タイミングコントローラ1195は、デコードされた命令に基づき、各種制
御を行なう。具体的にALUコントローラ1192は、ALU1191の動作を制御する
ための信号を生成する。また、インタラプトコントローラ1194は、CPUのプログラ
ム実行中に、外部の入出力装置や、周辺回路からの割り込み要求を、その優先度やマスク
状態から判断し、処理する。レジスタコントローラ1197は、レジスタ1196のアド
レスを生成し、CPUの状態に応じてレジスタ1196の読み出しや書き込みを行なう。
2、インストラクションデコーダ1193、インタラプトコントローラ1194、および
レジスタコントローラ1197の動作のタイミングを制御する信号を生成する。例えばタ
イミングコントローラ1195は、基準クロック信号CLK1を元に、内部クロック信号
CLK2を生成する内部クロック生成部を備えており、内部クロック信号CLK2を上記
各種回路に供給する。
1196のメモリセルとして、先の実施の形態に示したトランジスタを用いることができ
る。
指示に従い、レジスタ1196における保持動作の選択を行う。すなわち、レジスタ11
96が有するメモリセルにおいて、フリップフロップによるデータの保持を行うか、容量
素子によるデータの保持を行うかを、選択する。フリップフロップによるデータの保持が
選択されている場合、レジスタ1196内のメモリセルへの、電源電圧の供給が行われる
。容量素子におけるデータの保持が選択されている場合、容量素子へのデータの書き換え
が行われ、レジスタ1196内のメモリセルへの電源電圧の供給を停止することができる
。
記憶素子700は、電源遮断で記憶データが揮発する回路701と、電源遮断で記憶デー
タが揮発しない回路702と、スイッチ703と、スイッチ704と、論理素子706と
、容量素子707と、選択機能を有する回路720と、を有する。回路702は、容量素
子708と、トランジスタ709と、トランジスタ710と、を有する。なお、記憶素子
700は、必要に応じて、ダイオード、抵抗素子、インダクタなどのその他の素子をさら
に有していても良い。
素子700への電源電圧の供給が停止した際、回路702のトランジスタ709の第1ゲ
ート(第1のゲート電極)には接地電位(0V)、またはトランジスタ709がオフする
電位が入力され続ける構成とする。例えば、トランジスタ709の第1ゲートが抵抗等の
負荷を介して接地される構成とする。なお、トランジスタ709には実施の形態4で説明
したトランジスタ500などを用いることができ、第1ゲート(第1のゲート電極)と第
2ゲート(第2のゲート電極)との間で形成される容量素子を含めてトランジスタ709
とよぶ。
成され、スイッチ704は、一導電型とは逆の導電型(例えば、pチャネル型)のトラン
ジスタ714を用いて構成した例を示す。ここで、スイッチ703の第1の端子はトラン
ジスタ713のソースとドレインの一方に対応し、スイッチ703の第2の端子はトラン
ジスタ713のソースとドレインの他方に対応し、スイッチ703はトランジスタ713
のゲートに入力される制御信号RDによって、第1の端子と第2の端子の間の導通または
非導通(つまり、トランジスタ713のオン状態またはオフ状態)が選択される。スイッ
チ704の第1の端子はトランジスタ714のソースとドレインの一方に対応し、スイッ
チ704の第2の端子はトランジスタ714のソースとドレインの他方に対応し、スイッ
チ704はトランジスタ714のゲートに入力される制御信号RDによって、第1の端子
と第2の端子の間の導通または非導通(つまり、トランジスタ714のオン状態またはオ
フ状態)が選択される。
一方、およびトランジスタ710のゲートと電気的に接続される。ここで、接続部分をノ
ードM2とする。トランジスタ710のソースとドレインの一方は、低電位電源を供給す
ることのできる配線(例えばGND線)に電気的に接続され、他方は、スイッチ703の
第1の端子(トランジスタ713のソースとドレインの一方)と電気的に接続される。ス
イッチ703の第2の端子(トランジスタ713のソースとドレインの他方)はスイッチ
704の第1の端子(トランジスタ714のソースとドレインの一方)と電気的に接続さ
れる。スイッチ704の第2の端子(トランジスタ714のソースとドレインの他方)は
電源電位VDDを供給することのできる配線と電気的に接続される。スイッチ703の第
2の端子(トランジスタ713のソースとドレインの他方)と、スイッチ704の第1の
端子(トランジスタ714のソースとドレインの一方)と、論理素子706の入力端子と
、容量素子707の一対の電極のうちの一方と、は電気的に接続される。ここで、接続部
分をノードM1とする。容量素子707の一対の電極のうちの他方は、一定の電位が入力
される構成とすることができる。例えば、低電源電位(GND等)または高電源電位(V
DD等)が入力される構成とすることができる。容量素子707の一対の電極のうちの他
方は、低電位電源を供給することのできる配線(例えばGND線)と電気的に接続される
。容量素子708の一対の電極のうちの他方は、一定の電位が入力される構成とすること
ができる。例えば、低電源電位(GND等)または高電源電位(VDD等)が入力される
構成とすることができる。容量素子708の一対の電極のうちの他方は、低電位電源を供
給することのできる配線(例えばGND線)と電気的に接続される。
的に利用することによって省略することも可能である。
。スイッチ703およびスイッチ704は、制御信号WEとは異なる制御信号RDによっ
て第1の端子と第2の端子の間の導通状態または非導通状態を選択され、一方のスイッチ
の第1の端子と第2の端子の間が導通状態のとき他方のスイッチの第1の端子と第2の端
子の間は非導通状態となる。
応する信号が入力される。図28では、回路701から出力された信号が、トランジスタ
709のソースとドレインの他方に入力される例を示した。スイッチ703の第2の端子
(トランジスタ713のソースとドレインの他方)から出力される信号は、論理素子70
6によってその論理値が反転された反転信号となり、回路720を介して回路701に入
力される。
ンの他方)から出力される信号は、論理素子706および回路720を介して回路701
に入力する例を示したがこれに限定されない。スイッチ703の第2の端子(トランジス
タ713のソースとドレインの他方)から出力される信号が、論理値を反転させられるこ
となく、回路701に入力されてもよい。例えば、回路701内に、入力端子から入力さ
れた信号の論理値が反転した信号が保持されるノードが存在する場合に、スイッチ703
の第2の端子(トランジスタ713のソースとドレインの他方)から出力される信号を当
該ノードに入力することができる。
ることができる。トランジスタ709の第1ゲートには制御信号WEを入力し、第2ゲー
トには制御信号WE2を入力することができる。制御信号WE2は、一定の電位の信号と
すればよい。当該一定の電位には、例えば、接地電位GNDやトランジスタ709のソー
ス電位よりも小さい電位などが選ばれる。制御信号WE2は、トランジスタ709のしき
い値電圧を制御するための電位信号であり、トランジスタ709のIcutをより低減す
ることができる。なお、トランジスタ709としては、第2ゲートを有さないトランジス
タを用いることもできる。
709以外のトランジスタは、酸化物半導体以外の半導体でなる層または基板1190に
チャネルが形成されるトランジスタとすることができる。例えば、シリコン層またはシリ
コン基板にチャネルが形成されるトランジスタとすることができる。また、記憶素子70
0に用いられるトランジスタ全てを、チャネルが酸化物半導体層で形成されるトランジス
タとすることもできる。または、記憶素子700は、トランジスタ709以外にも、チャ
ネルが酸化物半導体層で形成されるトランジスタを含んでいてもよく、残りのトランジス
タは酸化物半導体以外の半導体でなる層または基板1190にチャネルが形成されるトラ
ンジスタとすることもできる。
た、論理素子706としては、例えばインバータやクロックドインバータ等を用いること
ができる。
て説明する。
するために電源電圧の供給を停止し、再び電源電圧を供給する場合の駆動方法を図29の
タイミングチャートを参照して説明する。図29のタイミングチャートにおいて、701
は回路701に保持されているデータを示し、WEは制御信号WEの電位を示し、WE2
は制御信号WE2の電位を示し、RDは制御信号RDの電位を示し、SELは回路720
における一経路の制御信号SELの電位を示し、VDDは電源電位VDDを示す。また、
M1はノードM1の電位を示し、M2はノードM2の電位を示す。なお、上記回路720
における一経路とは、回路702の出力側と回路701の入力側を接続する経路である。
ネル型トランジスタとし、スイッチ704をpチャネル型トランジスタとして、制御信号
RDがハイレベル電位の場合に、スイッチ703の第1の端子と第2の端子の間が導通状
態となり、且つスイッチ704の第1の端子と第2の端子の間が非導通状態となり、制御
信号RDがローレベル電位の場合に、スイッチ703の第1の端子と第2の端子の間が非
導通状態となり、且つスイッチ704の第1の端子と第2の端子の間が導通状態となる例
を示す。また、制御信号SELがハイレベル電位の場合に回路720の一経路における第
1の端子と第2の端子の間が導通状態となり、制御信号SELがローレベル電位の場合に
第1の端子と第2の端子の間が非導通状態となる例を示す。また、トランジスタ709を
nチャネル型トランジスタとして、制御信号WEがハイレベル電位の場合に、トランジス
タ709がオン状態となり、制御信号WEがローレベル電位の場合に、トランジスタ70
9がオフ状態となる例を示す。
における、スイッチ703、スイッチ704、回路720、トランジスタ709の状態が
同じとなるように、各制御信号の電位を定めることができる。
記憶素子700に供給されている。記憶素子700へ電源電圧が供給されている間は、回
路701がデータ(図29中、dataXと表記)を保持する。この際、制御信号SEL
をローレベル電位として、回路720の一経路における第1の端子と第2の端子の間は非
導通状態とされる。なお、スイッチ703およびスイッチ704の第1の端子と第2の端
子の間の状態(導通状態、非導通状態)はどちらの状態であってもよい。即ち、制御信号
RDはハイレベル電位であってもローレベル電位であってもよい(図29中、Aと表記)
。また、トランジスタ709の状態(オン状態、オフ状態)はどちらの状態であってもよ
い。即ち、制御信号WEはハイレベル電位であってもローレベル電位であってもよい(図
29中、Aと表記)。T1において、ノードM1はどのような電位であってもよい(図2
9中、Aと表記)。T1において、ノードM2はどのような電位であってもよい(図29
中、Aと表記)。T1の動作を通常動作と呼ぶ。また、制御信号WE2は期間を問わず定
電位とし、例えば接地電位などのローレベル電位とする。
の供給の停止をする前に、制御信号WEをハイレベル電位として、トランジスタ709を
オン状態とする。こうして、回路701に保持されたデータ(dataX)に対応する信
号が、トランジスタ709を介してトランジスタ710のゲートに入力される。トランジ
スタ710のゲートに入力された信号は、容量素子708によって保持される。こうして
、ノードM2の電位は、回路701に保持されたデータに対応する信号電位(図29中、
VXと表記)となる。その後、制御信号WEをローレベル電位としてトランジスタ709
をオフ状態とする。こうして、回路701に保持されたデータに対応する信号が回路70
2に保持される。T2の間も、制御信号SELによって、回路720の一経路における第
1の端子と第2の端子の間は非導通状態とされる。スイッチ703およびスイッチ704
の第1の端子と第2の端子の間の状態(導通状態、非導通状態)はどちらの状態であって
もよい。即ち、制御信号RDはハイレベル電位であってもローレベル電位であってもよい
(図29中、Aと表記)。T2において、ノードM1はどのような電位であってもよい(
図29中、Aと表記)。T2の動作を電源電圧供給停止前の動作と呼ぶ。
行った後、T3のはじめに、記憶素子700への電源電圧の供給を停止する。電源電圧の
供給が停止すると、回路701に保持されていたデータ(dataX)は消失する。しか
し、記憶素子700への電源電圧の供給が停止した後においても、容量素子708によっ
て回路701に保持されていたデータ(dataX)に対応する信号電位(VX)がノー
ドM2に保持される。ここで、トランジスタ709は、チャネルが酸化物半導体層で形成
され、リーク電流(オフ電流)が極めて小さい、エンハンスメント型(ノーマリオフ型)
のnチャネル型のトランジスタを用である。したがって、記憶素子700への電源電圧の
供給が停止した際、トランジスタ709のゲートには接地電位(0V)またはトランジス
タ709がオフとなる電位が入力され続ける構成であるため、記憶素子700への電源電
圧の供給が停止した後も、トランジスタ709のオフ状態を維持することができ、容量素
子708によって保持された電位(ノードM2の電位VX)を長期間保つことができる。
こうして、記憶素子700は電源電圧の供給が停止した後も、データ(dataX)を保
持する。T3は、記憶素子700への電源電圧の供給が停止している期間に対応する。
の供給を再開した後、制御信号RDをローレベル電位として、スイッチ704の第1の端
子と第2の端子の間を導通状態とし、スイッチ703の第1の端子と第2の端子の間を非
導通状態とする。この際、制御信号WEはローレベル電位であり、トランジスタ709は
オフ状態のままである。また、制御信号SELはローレベル電位であり、回路720の一
経路における第1の端子と第2の端子の間は非導通状態である。こうして、スイッチ70
3の第2の端子およびスイッチ704の第1の端子に、電源電圧VDDが入力される。し
たがって、スイッチ703の第2の端子およびスイッチ704の第1の端子の電位(ノー
ドM1の電位)を、一定の電位(ここではVDD)にすることができる。T4の動作をプ
リチャージ動作と呼ぶ。なお、ノードM1の電位は、容量素子707によって保持される
。
ことによって、スイッチ703の第1の端子と第2の端子の間を導通状態とし、スイッチ
704の第1の端子と第2の端子の間を非導通状態とする。この際、制御信号WEはロー
レベル電位のままであり、トランジスタ709はオフ状態のままである。また、制御信号
SELはローレベル電位であり、回路720の一経路における第1の端子と第2の端子の
間は非導通状態である。容量素子708に保持された信号(ノードM2の電位VX)に応
じて、トランジスタ710のオン状態またはオフ状態が選択され、スイッチ703の第2
の端子およびスイッチ704の第1の端子の電位、即ちノードM1の電位が定まる。トラ
ンジスタ710がオン状態の場合、ノードM1には低電源電位(例えば、GND)が入力
される。一方、トランジスタ710がオフ状態の場合には、ノードM1の電位は、上記プ
リチャージ動作によって定められた一定の電位(例えば、VDD)のまま維持される。こ
うして、トランジスタ710のオン状態またはオフ状態に対応して、ノードM1の電位は
VDDまたはGNDとなる。例えば、回路701に保持されていた信号が「1」であり、
ハイレベルの電位(VDD)に対応する場合、ノードM1の電位は、信号「0」に対応す
るローレベルの電位(GND)となる。一方、回路701に保持されていた信号が「0」
であり、ローレベルの電位(GND)に対応する場合、ノードM1の電位は、信号「1」
に対応するハイレベルの電位(VDD)となる。つまり、回路701に記憶されていた信
号の反転信号がノードM1に保持されることとなる。図29において、この電位をVXb
と表記する。つまり、T2において回路701から入力されたデータ(dataX)に対
応する信号が、ノードM1の電位(VXb)に変換される。
経路における第1の端子と第2の端子の間を導通状態とする。この際、制御信号RDはハ
イレベル電位のままである。また、制御信号WEはローレベル電位のままであり、トラン
ジスタ709はオフ状態のままである。すると、スイッチ703の第2の端子およびスイ
ッチ704の第1の端子の電位(ノードM1の電位(VXb))に対応する信号を、論理
素子706を介して反転信号とし、当該反転信号を回路701に入力することができる。
こうして、回路701は、記憶素子700への電源電圧の供給停止前に保持していたデー
タ(dataX)を再び保持することができる。
では、VDD)にされた後、T5において、データ(dataX)に対応する電位VXb
となる。プリチャージ動作を行っているため、ノードM1の電位が所定の電位VXbに定
まるまでの時間を短くすることができる。こうして、電源電圧供給再開後に、回路701
が元のデータを保持しなおすまでの時間を短くすることができる。
ない間は、回路701に記憶されていたデータを、回路702に設けられた容量素子70
8によって保持することができる。
例えば、酸化物半導体層にチャネルが形成されるトランジスタのオフ電流は、結晶性を有
するシリコンにチャネルが形成されるトランジスタのオフ電流に比べて著しく低い。その
ため、当該トランジスタをトランジスタ709として用いることによって、記憶素子70
0に電源電圧が供給されない間も容量素子708に保持された信号は長期間にわたり保た
れる。こうして、記憶素子700は電源電圧の供給が停止した間も記憶内容(データ)を
保持することが可能である。
ジ動作を行うことを特徴とする記憶素子であるため、電源電圧供給再開後に、回路701
が元のデータを保持しなおすまでの時間を短くすることができる。
0のゲートに入力される。そのため、記憶素子700への電源電圧の供給が再開された後
、容量素子708によって保持された信号を、トランジスタ710の状態(オン状態、ま
たはオフ状態)に変換して、回路702から読み出すことができる。それ故、容量素子7
08に保持された信号に対応する電位が多少変動していても、元の信号を正確に読み出す
ことが可能である。
憶装置に用いることで、電源電圧の供給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。また、電源電圧の供給を再開した後、短時間で電源供給停止前の状態に復帰す
ることができる。よって、プロセッサ全体、もしくはプロセッサを構成する一つ、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。
rocessor)、カスタムLSI、FPGA(Field Programmabl
e Gate Array)等のLSIにも応用可能である。
本実施の形態では、実施の形態1乃至6で説明した半導体装置を用いることのできる電子
機器の例について説明する。
用することができる。電子機器としては、テレビ、モニタ等の表示装置、照明装置、パー
ソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、画像再生装置、ポータブルオーディオプレーヤ
、ラジオ、テープレコーダ、ステレオ、電話、コードレス電話、携帯電話、自動車電話、
トランシーバ、無線機、ゲーム機、電卓、携帯情報端末、電子手帳、電子書籍、電子翻訳
機、音声入力機器、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、電気シェーバ、ICチップ、
電子レンジ等の高周波加熱装置、電気炊飯器、電気洗濯機、電気掃除機、エアコンディシ
ョナーなどの空調設備、食器洗い機、食器乾燥機、衣類乾燥機、布団乾燥機、電気冷蔵庫
、電気冷凍庫、電気冷凍冷蔵庫、DNA保存用冷凍庫、放射線測定器、透析装置、X線診
断装置等の医療機器、などが挙げられる。また、煙感知器、熱感知器、ガス警報装置、防
犯警報装置などの警報装置も挙げられる。さらに、誘導灯、信号機、ベルトコンベア、エ
レベータ、エスカレータ、産業用ロボット、電力貯蔵システム等の産業機器も挙げられる
。また、燃料を用いたエンジンや、非水系二次電池からの電力を用いて電動機により推進
する移動体なども、電子機器の範疇に含まれるものとする。上記移動体として、例えば、
電気自動車(EV)、内燃機関と電動機を併せ持ったハイブリッド車(HEV)、プラグ
インハイブリッド車(PHEV)、これらのタイヤ車輪を無限軌道に変えた装軌車両、電
動アシスト自転車を含む原動機付自転車、自動二輪車、電動車椅子、ゴルフ用カート、小
型または大型船舶、潜水艦、ヘリコプター、航空機、ロケット、人工衛星、宇宙探査機や
惑星探査機、宇宙船が挙げられる。これらの電子機器の一部の具体例を図30に示す。
込まれており、表示部8002により映像を表示し、スピーカ部8003から音声を出力
することが可能である。本発明の一態様の半導体装置を有する記憶装置は、表示部800
2を動作するための駆動回路に用いることが可能である。
備えていてもよい。CPU8004やメモリに、本発明の一態様の半導体装置を有するC
PU、記憶装置を用いることができる。
煙または熱の検出部8102と、マイクロコンピュータ8101を有している。マイクロ
コンピュータ8101に本発明の一態様の半導体装置を有するCPU、記憶装置を用いる
ことができる。
ョナーは、先の実施の形態に示した半導体装置を含む電気機器の一例である。具体的に、
室内機8200は、筐体8201、送風口8202、CPU8203等を有する。図30
(A)においては、CPU8203が、室内機8200に設けられている場合を例示して
いるが、CPU8203は室外機8204に設けられていてもよい。または、室内機82
00と室外機8204の両方に、CPU8203が設けられていてもよい。先の実施の形
態に示した半導体装置をエアコンディショナーに用いることによって省電力化を図ること
ができる。
置を含む電気機器の一例である。具体的に、電気冷凍冷蔵庫8300は、筐体8301、
冷蔵室用扉8302、冷凍室用扉8303、CPU8304等を有する。図30(A)で
は、CPU8304が、筐体8301の内部に設けられている。先の実施の形態に示した
半導体装置を電気冷凍冷蔵庫8300に用いることによって省電力化が図れる。
気自動車9700には、二次電池9701が搭載されている。二次電池9701の電力は
、回路9702により出力が調整されて、駆動装置9703に供給される。回路9702
は、図示しないROM、RAM、CPU等を有する処理装置9704によって制御される
。先の実施の形態に示した半導体装置を電気自動車9700に用いることによって省電力
化が図れる。
を組み合わせて構成される。処理装置9704は、電気自動車9700の運転者の操作情
報(加速、減速、停止など)や走行時の情報(上り坂や下り坂等の情報、駆動輪にかかる
負荷情報など)の入力情報に基づき、回路9702に制御信号を出力する。回路9702
は、処理装置9704の制御信号により、二次電池9701から供給される電気エネルギ
ーを調整して駆動装置9703の出力を制御する。交流電動機を搭載している場合は、図
示していないが、直流を交流に変換するインバータも内蔵される。
。
101 第1のトランジスタ
102 第2のトランジスタ
111 第1の容量素子
112 第2の容量素子
112b 容量素子
120 回路
131 第1の配線
132 第2の配線
133 第3の配線
134 第4の配線
135 第5の配線
150 半導体素子
200 半導体装置
201 トランジスタ
211 第1の容量素子
212 第2の容量素子
212b 容量素子
220 回路
231 第1の配線
232 第2の配線
234 第4の配線
235 第5の配線
250 半導体素子
300 EL表示装置
301 第1のトランジスタ
302 第2のトランジスタ
311 第1の容量素子
312 第2の容量素子
312b 容量素子
320 回路
331 第1の配線
332 第2の配線
333 第3の配線
334 第4の配線
335 第5の配線
350 半導体素子
360 発光素子
400 液晶表示装置
401 トランジスタ
411 第1の容量素子
412 第2の容量素子
420 回路
431 第1の配線
432 第2の配線
434 第4の配線
435 第5の配線
450 半導体装置
460 液晶素子
500 トランジスタ
501 トランジスタ
502 トランジスタ
503 トランジスタ
504 トランジスタ
510 基板
520 下地絶縁膜
530 酸化物半導体層
531 第1の酸化物半導体層
532 第2の酸化物半導体層
533 第3の酸化物半導体層
535 境界
540 ソース電極
542 第2のソース電極
550 ドレイン電極
552 第2のドレイン電極
560 ゲート絶縁膜
561 絶縁膜
562 保護膜
571 第1のゲート電極
572 第2のゲート電極
580 酸化物絶縁層
700 記憶素子
701 回路
702 回路
703 スイッチ
704 スイッチ
706 論理素子
707 容量素子
708 容量素子
709 トランジスタ
710 トランジスタ
713 トランジスタ
714 トランジスタ
720 回路
1189 ROMインターフェース
1190 基板
1191 ALU
1192 ALUコントローラ
1193 インストラクションデコーダ
1194 インタラプトコントローラ
1195 タイミングコントローラ
1196 レジスタ
1197 レジスタコントローラ
1198 バスインターフェース
1199 ROM
3000 基板
3100 素子分離絶縁層
3150 絶縁層
8000 テレビジョン装置
8001 筐体
8002 表示部
8003 スピーカ部
8004 CPU
8100 警報装置
8101 マイクロコンピュータ
8102 検出部
8200 室内機
8201 筐体
8202 送風口
8203 CPU
8204 室外機
8300 電気冷凍冷蔵庫
8301 筐体
8302 冷蔵室用扉
8303 冷凍室用扉
8304 CPU
9700 電気自動車
9701 二次電池
9702 回路
9703 駆動装置
9704 処理装置
Claims (5)
- 第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、第3のトランジスタと、第4のトランジスタと、第1の容量素子と、第2の容量素子と、を有し、
前記第1のトランジスタの第1のソース電極及び第1のドレイン電極の一方は、第1の配線と電気的に接続され、
前記第1のトランジスタの前記第1のソース電極及び前記第1のドレイン電極の他方は、第2の配線と電気的に接続され、
前記第1のトランジスタの第1のゲート電極は、前記第2のトランジスタの第2のソース電極及び第2のドレイン電極の一方及び前記第1の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、
前記第1の容量素子の他方の電極は、第3の配線と電気的に接続され、
前記第2のトランジスタの前記第2のソース電極及び前記第2のドレイン電極の他方は、前記第1の配線と電気的に接続され、
前記第2のトランジスタの第2のゲート電極は、第4の配線と電気的に接続され、
前記第2のトランジスタの第3のゲート電極は、第5の配線と電気的に接続され、
前記第3のトランジスタの第3のソース電極及び第3のドレイン電極の一方は、前記第1の配線と電気的に接続され、
前記第3のトランジスタの前記第3のソース電極及び前記第3のドレイン電極の他方は、前記第2の配線と電気的に接続され、
前記第3のトランジスタの第4のゲート電極は、前記第4のトランジスタの第4のソース電極及び第4のドレイン電極の一方及び前記第2の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、
前記第2の容量素子の他方の電極は、第6の配線と電気的に接続され、
前記第4のトランジスタの前記第4のソース電極及び前記第4のドレイン電極の他方は、前記第1の配線と電気的に接続され、
前記第4のトランジスタの第5のゲート電極は、第7の配線と電気的に接続され、
前記第4のトランジスタの第6のゲート電極は、第8の配線と電気的に接続されることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1において、
ダイオード接続した第5のトランジスタと、ダイオード接続した第6のトランジスタと、を有し、
前記第5のトランジスタは、前記第5の配線と電気的に接続され、
前記第6のトランジスタは、前記第8の配線と電気的に接続されることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1又は請求項2において、
前記第1のトランジスタ上に第2の絶縁膜を有し、
前記第2の絶縁膜上に、前記第2のトランジスタと、前記第1の容量素子と、を有し、
前記第1のゲート電極は、前記第2の絶縁膜のコンタクトホールを介して、前記第2のソース電極及び前記第2のドレイン電極の一方と電気的に接続されることを特徴とする半導体装置。 - 請求項3において、
前記第1のトランジスタは、前記第2のトランジスタと重なる領域を有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項3において、
前記第2のソース電極及び前記第2のドレイン電極の一方の延在した領域は、前記第1の容量素子の一方の電極として機能する領域を有し、
前記第1のトランジスタは、前記第1の容量素子と重なる領域を有することを特徴とする半導体装置。
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