JP7266728B2 - semiconductor equipment - Google Patents
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Images
Landscapes
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- Non-Volatile Memory (AREA)
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Description
本発明の一態様は、半導体装置、記憶装置、及び電子機器に関する。 One embodiment of the present invention relates to semiconductor devices, memory devices, and electronic devices.
なお本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の
技術分野は、物、方法、又は、製造方法に関するものである。又は、本発明の一態様は、
プロセス、マシン、マニュファクチャ、又は、組成物(コンポジション・オブ・マター)
に関するものである。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明の一態様の技術
分野としては、半導体装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、蓄電装置、撮像装置、
記憶装置、プロセッサ、電子機器、それらの駆動方法、それらの製造方法、それらの検査
方法、又はそれらの少なくとも一を有するシステムを一例として挙げることができる。
Note that one embodiment of the present invention is not limited to the above technical field. The technical field of the invention disclosed in this specification and the like relates to products, methods, or manufacturing methods. Alternatively, one aspect of the present invention is
Process, Machine, Manufacture, or Composition of Matter
It is about. Therefore, the technical fields of one embodiment of the present invention disclosed in this specification more specifically include semiconductor devices, display devices, liquid crystal display devices, light-emitting devices, power storage devices, imaging devices,
Storage devices, processors, electronic devices, methods for driving them, methods for manufacturing them, methods for testing them, or systems having at least one of them can be given as examples.
近年、パーソナルコンピュータ、スマートフォン、デジタルカメラなどさまざまな電子
機器に、セントラルプロセシングユニット(CPU)、グラフィクスプロセシングユニッ
ト、記憶装置、センサなどの電子部品が用いられており、当該電子部品は、微細化、及び
低消費電力など様々な面で改良が進んでいる。
In recent years, electronic components such as central processing units (CPUs), graphics processing units, storage devices, and sensors have been used in various electronic devices such as personal computers, smartphones, and digital cameras. Improvements are progressing in various aspects such as low power consumption.
特に、近年、上述した電子機器などにおいて扱われているデータ量は増加しており、記
憶容量の大きい記憶装置が求められている。特許文献1及び特許文献2では、多値のデー
タの書き込み、読み出しを可能にした半導体装置について開示している。また、大きい記
憶容量を有する記憶装置を実現するには、記憶装置が有する回路を微細化する技術が求め
られている。
In particular, in recent years, the amount of data handled by the electronic devices described above has been increasing, and a storage device with a large storage capacity has been demanded.
本発明の一態様は、新規な半導体装置を提供することを課題の一つとする。又は、本発
明の一態様は、新規な半導体装置を有する記憶装置を提供することを課題の一とする。又
は、本発明の一態様は、新規な半導体装置を有する記憶装置を使用した電子機器を提供す
ることを課題の一とする。又は、本発明の一態様は、データ容量の大きい記憶装置を提供
することを課題の一とする。又は、本発明の一態様は、信頼性の高い記憶装置を提供する
ことを課題の一とする。
An object of one embodiment of the present invention is to provide a novel semiconductor device. Alternatively, an object of one embodiment of the present invention is to provide a memory device including a novel semiconductor device. Another object of one embodiment of the present invention is to provide an electronic device using a memory device including a novel semiconductor device. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a storage device with a large data capacity. Alternatively, an object of one embodiment of the present invention is to provide a highly reliable storage device.
なお本発明の一態様の課題は、上記列挙した課題に限定されない。上記列挙した課題は
、他の課題の存在を妨げるものではない。なお他の課題は、以下の記載で述べる、本項目
で言及していない課題である。本項目で言及していない課題は、当業者であれば明細書又
は図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる
。なお、本発明の一態様は、上記列挙した記載、及び他の課題のうち、少なくとも一つの
課題を解決するものである。なお、本発明の一態様は、上記列挙した記載、及び他の課題
の全てを解決する必要はない。
Note that the problem of one embodiment of the present invention is not limited to the problems listed above. The issues listed above do not preclude the existence of other issues. Still other issues are issues not mentioned in this section, which will be described in the following description. Problems not mentioned in this section can be derived from the descriptions in the specification, drawings, or the like by those skilled in the art, and can be appropriately extracted from these descriptions. Note that one embodiment of the present invention is to solve at least one of the above-described problems and other problems. Note that one embodiment of the present invention does not necessarily solve all of the above-listed descriptions and other problems.
(1)
本発明の一態様は、第1乃至第5絶縁体と、第1乃至第3導電体と、第1半導体と、第
2半導体と、を有する半導体装置であり、第1導電体は、第1絶縁体の上面に有し、第2
絶縁体は、第1導電体の上面に有し、第2導電体は、第2絶縁体の第1上面に有し、第2
導電体は、第3絶縁体の第1下面に有し、第4絶縁体は、第1絶縁体の側面と、第1導電
体の側面と、第2絶縁体の側面と、第2絶縁体の第2上面と、第2導電体の側面と、第3
絶縁体の第2下面と、第3絶縁体の側面と、を含む領域に連なるように有し、第3導電体
は、第4絶縁体が形成されている領域のうち、第2導電体の側面と重畳する領域に有し、
第1半導体は、第3導電体の形成面と、第4絶縁体が形成されている領域のうち、第1絶
縁体の側面と重畳する領域と、第2導電体の側面と重畳する領域と、第2絶縁体の側面と
重畳する領域と、第3絶縁体の側面と重畳する領域と、に有し、第5絶縁体は、第1半導
体の形成面に有し、第2半導体は、第5絶縁体の形成面に有することを特徴とする半導体
装置である。
(1)
One embodiment of the present invention is a semiconductor device including first to fifth insulators, first to third conductors, a first semiconductor, and a second semiconductor; A second
The insulator is provided on the upper surface of the first conductor, the second conductor is provided on the first upper surface of the second insulator, and the second conductor is provided on the upper surface of the second insulator.
The conductor is provided on the first lower surface of the third insulator, and the fourth insulator includes side surfaces of the first insulator, side surfaces of the first conductor, side surfaces of the second insulator, and the second insulator. the second upper surface of the second conductor, the side surface of the second conductor, and the third
It is connected to a region including the second lower surface of the insulator and the side surface of the third insulator, and the third conductor is the second conductor in the region in which the fourth insulator is formed. It has in the area overlapping with the side surface,
The first semiconductor includes a surface on which the third conductor is formed, a region overlapping with the side surface of the first insulator in a region where the fourth insulator is formed, and a region overlapping with the side surface of the second conductor. , a region overlapping with the side surface of the second insulator and a region overlapping with the side surface of the third insulator, the fifth insulator having the formation surface of the first semiconductor, the second semiconductor having: It is a semiconductor device characterized by having it on the formation surface of a 5th insulator.
(2)
又は、本発明の一態様は、第1乃至第5絶縁体と、第1乃至第3導電体と、第1乃至第
3半導体と、を有する半導体装置であり、第1導電体は、第1絶縁体の第1上面に有し、
第1導電体は、第2絶縁体の第1下面に有し、第2導電体は、第2絶縁体の第1上面に有
し、第2導電体は、第3絶縁体の第1下面に有し、第3半導体は、第1絶縁体の第2上面
と、第1導電体の側面と、第2絶縁体の第2下面と、を含む領域に有し、第4絶縁体は、
第1絶縁体の側面と、第1半導体の形成面と、第2絶縁体の側面と、第2絶縁体の第2上
面と、第2導電体の側面と、第3絶縁体の第2下面と、第3絶縁体の側面と、を含む領域
に連なるように有し、第3導電体は、第4絶縁体が形成されている領域のうち、第2導電
体の側面と重畳する領域に有し、第1半導体は、第3導電体の形成面と、第4絶縁体が形
成されている領域のうち、第1絶縁体の側面と重畳する領域と、第3半導体の形成面と重
畳する領域と、第2絶縁体の側面と重畳する領域と、第3絶縁体と重畳する領域と、に有
し、第5絶縁体は、第1半導体の形成面に有し、第2半導体は、第5絶縁体の形成面に有
することを特徴とする半導体装置である。
(2)
Alternatively, one embodiment of the present invention is a semiconductor device including first to fifth insulators, first to third conductors, and first to third semiconductors, wherein the first conductor is the first conductor. on the first top surface of the insulator,
A first conductor is provided on the first lower surface of the second insulator, a second conductor is provided on the first upper surface of the second insulator, and a second conductor is provided on the first lower surface of the third insulator. a third semiconductor in a region including a second upper surface of the first insulator, side surfaces of the first conductor, and a second lower surface of the second insulator;
A side surface of the first insulator, a formation surface of the first semiconductor, a side surface of the second insulator, a second upper surface of the second insulator, a side surface of the second conductor, and a second lower surface of the third insulator. and the side surface of the third insulator, and the third conductor is located in the area overlapping the side surface of the second conductor in the area where the fourth insulator is formed. and the first semiconductor includes a surface on which the third conductor is formed, a region overlapping the side surface of the first insulator in a region where the fourth insulator is formed, and a surface on which the third semiconductor is formed. a region overlapping with the side surface of the second insulator; a region overlapping with the third insulator; the fifth insulator having the formation surface of the first semiconductor; , and a fifth insulator formation surface.
(3)
又は、本発明の一態様は、第1乃至第4絶縁体と、第1乃至第4導電体と、第1半導体
と、第2半導体と、を有する半導体装置であり、第1絶縁体は、第1導電体の第1上面に
有し、第2導電体は、第1絶縁体の第1上面に有し、第2絶縁体は、第3導電体の第1下
面に有し、第2導電体は、第2絶縁体の第1下面に有し、第3絶縁体は、第1導電体の側
面と、第1導電体の第2上面と、第1絶縁体の側面と、第1絶縁体の第2上面と、第2導
電体の側面と、第2絶縁体の第2下面と、第2絶縁体の側面と、第3導電体の第2下面と
、第3導電体の側面と、に連なるように有し、第4導電体は、第3絶縁体が形成されてい
る領域のうち、第1絶縁体の側面と重畳する領域と、第2導電体の側面と重畳する領域と
、第2絶縁体の側面と重畳する領域と、に有し、第1半導体は、第4導電体の形成面と、
第3絶縁体が形成されている領域のうち、第1導電体と重畳する領域と、第3導電体と重
畳する領域と、に有し、第4絶縁体は、第1半導体の形成面に有し、第2半導体は、第4
絶縁体の形成面に有することを特徴とする半導体装置である。
(3)
Alternatively, one embodiment of the present invention is a semiconductor device including first to fourth insulators, first to fourth conductors, a first semiconductor, and a second semiconductor, wherein the first insulator comprises: The first conductor has a first upper surface, the second conductor has a first upper surface of the first insulator, the second insulator has a first lower surface of the third conductor, and the second The conductor is provided on the first lower surface of the second insulator, and the third insulator includes the side surface of the first conductor, the second upper surface of the first conductor, the side surface of the first insulator, and the first insulator. A second upper surface of the insulator, a side surface of the second conductor, a second lower surface of the second insulator, a side surface of the second insulator, a second lower surface of the third conductor, and a side surface of the third conductor. and the fourth conductor has a region overlapping with the side surface of the first insulator and a region overlapping with the side surface of the second conductor in the region where the third insulator is formed. and a region that overlaps with the side surface of the second insulator, the first semiconductor includes a surface on which the fourth conductor is formed, and
In the region where the third insulator is formed, it has a region overlapping with the first conductor and a region overlapping with the third conductor, and the fourth insulator is on the formation surface of the first semiconductor and the second semiconductor has a fourth
The semiconductor device is characterized in that it is provided on a formation surface of an insulator.
(4)
又は、本発明の一態様は、前記(1)乃至(3)において、第6絶縁体と、第5導電体
と、を有し、第6絶縁体は、第2半導体の形成面に有し、第4導電体は、第6絶縁体の形
成面に有することを特徴とする半導体装置である。
(4)
Alternatively, according to one embodiment of the present invention, in any of the above (1) to (3), the sixth insulator and the fifth conductor are provided, and the sixth insulator is provided on the formation surface of the second semiconductor. , the fourth conductor is provided on the formation surface of the sixth insulator.
(5)
又は、本発明の一態様は、前記(1)乃至(4)において、第1半導体は、金属酸化物
を有することを特徴とする半導体装置である。
(5)
Alternatively, one embodiment of the present invention is the semiconductor device in any of (1) to (4) above, in which the first semiconductor includes a metal oxide.
(6)
又は、本発明の一態様は、前記(1)乃至(5)において、第2半導体は、金属酸化物
を有することを特徴とする半導体装置である。
(6)
Alternatively, one embodiment of the present invention is the semiconductor device in any of (1) to (5) above, in which the second semiconductor includes a metal oxide.
(7)
又は、本発明の一態様は、前記(1)乃至前記(5)において、第2半導体は、シリコ
ンを有することを特徴とする半導体装置である。
(7)
Alternatively, one embodiment of the present invention is the semiconductor device in any of (1) to (5) above, in which the second semiconductor contains silicon.
(8)
又は、本発明の一態様は、前記(1)乃至前記(7)に記載の半導体装置と、周辺回路
と、を有する記憶装置である。
(8)
Alternatively, one embodiment of the present invention is a memory device including any of the semiconductor devices described in (1) to (7) and a peripheral circuit.
(9)
又は、本発明の一態様は、前記(8)に記載の記憶装置と、筐体と、を有する電子機器
である。
(9)
Alternatively, one embodiment of the present invention is an electronic device including the storage device described in (8) and a housing.
本発明の一態様によって、新規な半導体装置を提供することができる。又は、本発明の
一態様によって、新規な半導体装置を有する記憶装置を提供することができる。又は、本
発明の一態様によって、新規な半導体装置を有する記憶装置を使用した電子機器を提供す
ることができる。又は、本発明の一態様によって、データ容量の大きい記憶装置を提供す
ることができる。又は、本発明の一態様によって、信頼性の高い記憶装置を提供すること
ができる。
One embodiment of the present invention can provide a novel semiconductor device. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a memory device including a novel semiconductor device can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, an electronic device using a memory device including a novel semiconductor device can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a storage device with a large data capacity can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a highly reliable storage device can be provided.
なお本発明の一態様の効果は、上記列挙した効果に限定されない。上記列挙した効果は
、他の効果の存在を妨げるものではない。なお他の効果は、以下の記載で述べる、本項目
で言及していない効果である。本項目で言及していない効果は、当業者であれば明細書又
は図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる
。なお、本発明の一態様は、上記列挙した効果、及び他の効果のうち、少なくとも一つの
効果を有するものである。従って本発明の一態様は、場合によっては、上記列挙した効果
を有さない場合もある。
Note that the effects of one embodiment of the present invention are not limited to the effects listed above. The effects listed above do not preclude the existence of other effects. Still other effects are effects not mentioned in this section that will be described in the following description. Effects not mentioned in this item can be derived from the descriptions in the specification, drawings, etc. by those skilled in the art, and can be appropriately extracted from these descriptions. Note that one embodiment of the present invention has at least one of the effects listed above and other effects. Accordingly, one aspect of the present invention may not have the effects listed above depending on the case.
本明細書等において、金属酸化物(metal oxide)とは、広い表現での金属
の酸化物である。金属酸化物は、酸化物絶縁体、酸化物導電体(透明酸化物導電体を含む
)、酸化物半導体(Oxide Semiconductorまたは単にOSともいう)
などに分類される。例えば、トランジスタの活性層に金属酸化物を用いた場合、当該金属
酸化物を酸化物半導体と呼称する場合がある。つまり、金属酸化物が増幅作用、整流作用
、及びスイッチング作用の少なくとも1つを有するトランジスタのチャネル形成領域を構
成し得る場合、当該金属酸化物を、金属酸化物半導体(metal oxide sem
iconductor)、略してOSと呼ぶことができる。また、OS FETと記載す
る場合においては、金属酸化物または酸化物半導体を有するトランジスタと換言すること
ができる。
In this specification and the like, a metal oxide is a metal oxide in broad terms. Metal oxides include oxide insulators, oxide conductors (including transparent oxide conductors), and oxide semiconductors (also referred to as oxide semiconductors or simply OSs).
etc. For example, when a metal oxide is used for an active layer of a transistor, the metal oxide is sometimes called an oxide semiconductor. In other words, when a metal oxide can constitute a channel formation region of a transistor having at least one of an amplifying action, a rectifying action, and a switching action, the metal oxide is called a metal oxide semiconductor (metal oxide semiconductor).
icon), which can be abbreviated as OS. In the case of describing an OS FET, it can also be referred to as a transistor including a metal oxide or an oxide semiconductor.
また、本明細書等において、チャネル形成領域にシリコンを有するトランジスタをSi
トランジスタと記載する場合がある。
In this specification and the like, a transistor including silicon in a channel formation region is referred to as Si.
It may be described as a transistor.
また、本明細書等において、窒素を有する金属酸化物も金属酸化物(metal ox
ide)と総称する場合がある。また、窒素を有する金属酸化物を、金属酸窒化物(me
tal oxynitride)と呼称してもよい。
In addition, in this specification and the like, a metal oxide containing nitrogen is also referred to as a metal oxide (metal ox
ide) in some cases. In addition, a metal oxide containing nitrogen is a metal oxynitride (me
tal oxynitride).
(実施の形態1)
本実施の形態では、開示する発明の一態様に係る半導体装置の回路構成、動作方法、及
び作製方法について、説明する。なお、以下の記載において、例えば、“[x,y]”は
第x列第y列の要素を意味し、“[z]”は、第z行あるいは第z列の要素を意味する。
特に行や列を指定する必要がないときは、これらの表記は省略される。
(Embodiment 1)
In this embodiment, a circuit configuration, an operation method, and a manufacturing method of a semiconductor device according to one embodiment of the disclosed invention will be described. In the description below, for example, "[x, y]" means an element in the x-th column and y-th column, and "[z]" means an element in the z-th row or z-th column.
These notations are omitted when there is no particular need to specify a row or column.
<回路構成例>
はじめに、半導体装置の回路構成について、図1(A)を参照して説明する。図1(A
)には、n個(nは1以上の整数である。)のメモリセルの回路図が示されている。すな
わち、メモリセルMC[1]乃至メモリセルMC[n]のメモリセルと、それらを制御す
るための配線WWL[1]乃至配線WWL[n]、配線RWL[1]乃至配線RWL[n
]、配線WBL、配線RBLを有する。なお、配線WWLは書き込みワード線として機能
し、配線RWLは読み出しワード線として機能し、配線WBLは書き込みビット線として
機能し、配線RBLは読み出しビット線として機能する。
<Example of circuit configuration>
First, the circuit configuration of a semiconductor device is described with reference to FIG. Figure 1 (A
) shows a circuit diagram of n (n is an integer equal to or greater than 1) memory cells. That is, the memory cells MC[1] to MC[n], the wirings WWL[1] to WWL[n], and the wirings RWL[1] to RWL[n] for controlling them.
], a wiring WBL, and a wiring RBL. Note that the wiring WWL functions as a write word line, the wiring RWL functions as a read word line, the wiring WBL functions as a write bit line, and the wiring RBL functions as a read bit line.
それぞれのメモリセルMCは、トランジスタWTr、トランジスタRTr、容量素子C
Sを有する。図1(A)に図示しているトランジスタRTrは、バックゲートを有するト
ランジスタであり、バックゲートに電位を印加することにより、トランジスタRTrのし
きい値電圧を変動することができる。なお、図1(A)に図示している配線BGLは、そ
れぞれメモリセルMC[1]乃至メモリセルMC[n]が有するトランジスタRTrのバ
ックゲートと電気的に接続されている。また、図1に示す半導体装置は、配線BGLがメ
モリセルMC[1]乃至メモリセルMC[n]が有するトランジスタRTrのバックゲー
トのそれぞれと電気的に接続されている構成でなく、当該バックゲートに対してそれぞれ
独立に電気的接続して、それぞれ互いに異なった電位を供給する構成としてもよい。
Each memory cell MC includes a transistor WTr, a transistor RTr, a capacitive element C
S. The transistor RTr illustrated in FIG. 1A has a back gate, and application of a potential to the back gate can change the threshold voltage of the transistor RTr. Note that the wiring BGL illustrated in FIG. 1A is electrically connected to the back gates of the transistors RTr included in the memory cells MC[1] to MC[n]. Further, in the semiconductor device illustrated in FIG. 1, the wiring BGL is not electrically connected to the back gates of the transistors RTr included in the memory cells MC[1] to MC[n]. may be electrically connected to each other independently to supply potentials different from each other.
トランジスタWTrのチャネル形成領域は、実施の形態3で説明する金属酸化物を有す
ることが好ましい。特に、インジウム、元素M(元素Mとしては、例えば、アルミニウム
、ガリウム、イットリウム、錫など)、亜鉛から一、又は複数選ばれた金属酸化物の場合
、当該金属酸化物は、ワイドギャップ半導体として機能するため、当該金属酸化物がチャ
ネル形成領域に含まれているトランジスタは、オフ電流が非常に低い特性を有する。デー
タの保持を行うトランジスタWTrとして、この特性を有するトランジスタを適用するこ
とにより、メモリセルMCに長時間データを保持することができる。これにより、保持し
たデータのリフレッシュ回数を低減することができるため、半導体装置の消費電力を低減
することができる。
A channel formation region of the transistor WTr preferably contains the metal oxide described in
また、トランジスタRTrのチャネル形成領域としては、トランジスタの電界効果移動
度が高くなる材料を用いるのが好ましい。このようなトランジスタを用いることにより、
半導体装置をより早く動作することができる。例えば、トランジスタRTrのチャネル形
成領域に含まれる材料としては、実施の形態3で説明する金属酸化物、シリコンなどの半
導体材料を有することができる。
Further, for a channel formation region of the transistor RTr, a material with which the field-effect mobility of the transistor is high is preferably used. By using such a transistor,
A semiconductor device can operate faster. For example, as a material included in the channel formation region of the transistor RTr, a semiconductor material such as a metal oxide or silicon described in
トランジスタWTrは、書き込みトランジスタとして機能し、トランジスタRTrは読
み出しトランジスタとして機能する。トランジスタWTrのオン状態、オフ状態の切り替
えは、配線WWLに印加される電位によって行われる。容量素子CSの一方の電極の電位
は、配線RWLで制御される。容量素子CSの他方の電極は、トランジスタRTrのゲー
トに電気的に接続されている。容量素子CSの他方の電極をメモリノードと言い換えるこ
とができる。各メモリセルMCのメモリノードは、そのメモリセルMCが有するトランジ
スタWTrの第1端子に電気的に接続されている。
The transistor WTr functions as a write transistor, and the transistor RTr functions as a read transistor. Switching between the on state and the off state of the transistor WTr is performed by the potential applied to the wiring WWL. The potential of one electrode of the capacitor CS is controlled by the wiring RWL. The other electrode of the capacitor CS is electrically connected to the gate of the transistor RTr. The other electrode of the capacitive element CS can be called a memory node. A memory node of each memory cell MC is electrically connected to a first terminal of a transistor WTr included in the memory cell MC.
また、トランジスタWTrの第2端子は、回路構成的には、隣接するメモリセルMCの
トランジスタWTrの第1端子と直列に、電気的に接続されている。同様に、トランジス
タRTrの第1端子は、隣接するメモリセルのトランジスタRTrの第2端子と直列に、
電気的に接続される。そして、メモリセルMC[n]が有するトランジスタWTrの第2
端子は、配線WBLと電気的に接続され、メモリセルMC[n]が有するトランジスタR
Trの第2端子は、配線RBLと電気的に接続されている。なお、本実施の形態では、メ
モリセルMC[n]が有するトランジスタRTrの第2端子と配線RBLとの接続点をノ
ードN1と呼称し、メモリセルMC[1]が有するトランジスタRTrの第1端子をノー
ドN2と呼称する。なお、ノードN1と配線RBLとの間の導通状態を制御するために、
トランジスタRTrと直列に、選択用トランジスタを接続してもよい。同様に、ノードN
2と接続された配線と、ノードN2との間の導通状態を制御するために、トランジスタR
Trと直列に、選択用トランジスタを接続してもよい。
In terms of circuit configuration, the second terminal of the transistor WTr is electrically connected in series with the first terminal of the transistor WTr of the adjacent memory cell MC. Similarly, the first terminal of transistor RTr is in series with the second terminal of transistor RTr of an adjacent memory cell,
electrically connected. Then, the second transistor WTr included in the memory cell MC[n]
The terminal is electrically connected to the wiring WBL and the transistor R included in the memory cell MC[n].
A second terminal of Tr is electrically connected to the wiring RBL. Note that in this embodiment, a connection point between the second terminal of the transistor RTr included in the memory cell MC[n] and the wiring RBL is referred to as a node N1, and the first terminal of the transistor RTr included in the memory cell MC[1] is referred to as a node N1. is called node N2. Note that in order to control the conduction state between the node N1 and the wiring RBL,
A selection transistor may be connected in series with the transistor RTr. Similarly, node N
2 and the node N2, the transistor R
A selection transistor may be connected in series with Tr.
なお、本発明の一態様は、図1(A)に示す半導体装置に限定されない。本発明の一態
様は、場合によって、状況に応じて、又は、必要に応じて、図1(A)に示す半導体装置
を適宜変更した回路構成とすることができる。例えば、本発明の一態様は、図1(B)に
示すとおり、必要があれば、トランジスタWTrにもバックゲートを設けた半導体装置と
してもよい。なお、図1(B)に図示している半導体装置は、図1(A)に図示している
半導体装置の構成に加え、メモリセルMC[1]乃至メモリセルMC[n]が有するトラ
ンジスタWTrにバックゲートを設けて、当該バックゲートのそれぞれに配線BGLと電
気的に接続した構成となっている。また、例えば、本発明の一態様は、図1(C)に示す
とおり、トランジスタRTr、及びトランジスタWTrにバックゲートを設けない半導体
装置としてもよい。
Note that one embodiment of the present invention is not limited to the semiconductor device illustrated in FIG. One embodiment of the present invention can have a circuit structure in which the semiconductor device illustrated in FIG. 1A is changed as appropriate depending on circumstances or as needed. For example, as illustrated in FIG. 1B, one embodiment of the present invention may be a semiconductor device in which the transistor WTr is also provided with a back gate if necessary. Note that in addition to the configuration of the semiconductor device illustrated in FIG. 1A, the semiconductor device illustrated in FIG. 1B has transistors WTr included in the memory cells MC[1] to MC[n]. , and each of the back gates is electrically connected to the wiring BGL. Further, for example, as illustrated in FIG. 1C, one embodiment of the present invention may be a semiconductor device in which the transistor RTr and the transistor WTr are not provided with back gates.
ところで、図1(A)(B)(C)に示す半導体装置の記憶容量を更に増やしたい場合
、図1(A)(B)(C)に示す半導体装置をマトリクス状となるように並べて配置すれ
ばよい。例えば、図1(B)に示す半導体装置をマトリクス状となるように並べて配置し
た場合、その回路構成は、図2に示す構成となる。
1A, 1B, and 1C, the semiconductor devices shown in FIGS. 1A, 1B, and 1C are arranged in a matrix. do it. For example, when the semiconductor devices illustrated in FIG. 1B are arranged in a matrix, the circuit configuration is illustrated in FIG.
図2に示す半導体装置は、図2(B)に示した半導体装置を1列としてm列(mは1以
上の整数である。)並べて配置したもので、配線RWL、及び配線WWLを同じ行のメモ
リセルMCと共有するように電気的に接続した構成となっている。つまり、図2に示す半
導体装置は、n行m列のマトリクス状の半導体装置であり、メモリセルMC[1,1]乃
至メモリセルMC[n,m]を有する。そのため、図2に示す半導体装置は、配線RWL
[1]乃至配線RWL[n]と、配線WWL[1]乃至配線WWL[n]と、配線RBL
[1]乃至配線RBL[m]と、配線WBL[1]乃至WBL[m]と、配線BGL[1
]乃至配線BGL[m]と、によって、電気的に接続されている。具体的には、メモリセ
ルMC[j,i](jは1以上n以下の整数であり、iは1以上m以下の整数である。)
の容量素子CSの一方の電極は、配線RWL[j]と電気的に接続され、メモリセルMC
[j,i]のトランジスタWTrのゲートは、配線WWL[j]と電気的に接続されてい
る。配線WBL[i]は、メモリセルMC[n,i]のトランジスタWTrの第2端子と
電気的に接続され、配線RBL[i]は、メモリセルMC[n,i]のトランジスタRT
rの第2端子と電気的に接続されている。
In the semiconductor device shown in FIG. 2, the semiconductor devices shown in FIG. 2B are arranged in m columns (where m is an integer of 1 or more) with one column, and the wiring RWL and the wiring WWL are arranged in the same row. are electrically connected so as to be shared with other memory cells MC. That is, the semiconductor device illustrated in FIG. 2 is a matrix semiconductor device with n rows and m columns, and includes memory cells MC[1,1] to MC[n,m]. Therefore, the semiconductor device shown in FIG.
[1] to wiring RWL[n], wiring WWL[1] to wiring WWL[n], and wiring RBL
[1] to wiring RBL[m], wiring WBL[1] to WBL[m], wiring BGL[1]
] to wiring BGL[m]. Specifically, memory cell MC[j, i] (j is an integer of 1 to n and i is an integer of 1 to m).
One electrode of the capacitive element CS of is electrically connected to the wiring RWL[j], and the memory cell MC
A gate of the transistor WTr in [j, i] is electrically connected to the wiring WWL[j]. The wiring WBL[i] is electrically connected to the second terminal of the transistor WTr of the memory cell MC[n, i], and the wiring RBL[i] is connected to the transistor RT of the memory cell MC[n, i].
is electrically connected to the second terminal of r.
なお、図2は、メモリセルMC[1,1]、メモリセルMC[1,i]、メモリセルM
C[1,m]、メモリセルMC[j,1]、メモリセルMC[j,i]、メモリセルMC
[j,m]、メモリセルMC[n,1]、メモリセルMC[n,i]、メモリセルMC[
n,m]、配線RWL[1]、配線RWL[j]、配線RWL[n]、配線WWL[1]
、配線WWL[j]、配線WWL[n]、配線RBL[1]、配線RBL[i]、配線R
BL[m]、配線WBL[1]、配線WBL[i]、配線WBL[m]、配線BGL[1
]、配線BGL[i]、配線BGL[m]、容量素子CS、トランジスタWTr、トラン
ジスタRTr、ノードN1、ノードN2のみ図示しており、それ以外の配線、素子、記号
、及び符号は省略している。
2, memory cell MC[1,1], memory cell MC[1,i], memory cell M
C[1,m], memory cell MC[j,1], memory cell MC[j,i], memory cell MC
[j,m], memory cell MC[n,1], memory cell MC[n,i], memory cell MC[
n, m], wiring RWL[1], wiring RWL[j], wiring RWL[n], wiring WWL[1]
, wiring WWL[j], wiring WWL[n], wiring RBL[1], wiring RBL[i], wiring R
BL[m], wiring WBL[1], wiring WBL[i], wiring WBL[m], wiring BGL[1
], the wiring BGL[i], the wiring BGL[m], the capacitor CS, the transistor WTr, the transistor RTr, the node N1, and the node N2 are illustrated, and other wirings, elements, symbols, and symbols are omitted. there is
また、図2(C)に示した半導体装置を1列としてm列(mは1以上の整数である。)
並べて配置したものを、図3に示す。なお、図3に示す半導体装置は、全てのメモリセル
MCが有するそれぞれのトランジスタにバックゲートを設けていない構成となっており、
そのため、図3に示す半導体装置は、配線BGLを有していない。なお、図3の半導体装
置については、図2に示す半導体装置の説明の記載を参酌する。
Further, the semiconductor device shown in FIG. 2C is taken as one column, and m columns (m is an integer of 1 or more) are arranged.
The side-by-side arrangement is shown in FIG. Note that the semiconductor device shown in FIG. 3 has a configuration in which back gates are not provided in the transistors of all the memory cells MC.
Therefore, the semiconductor device shown in FIG. 3 does not have the wiring BGL. Note that for the semiconductor device in FIG. 3, the description of the semiconductor device in FIG. 2 is referred to.
<動作方法例>
次に、図1(A)乃至図1(C)に示した半導体装置の動作方法の一例について説明す
る。なお、以下の説明で用いられる低レベル電位、高レベル電位は、特定の電位を意味す
るものではなく、配線が異なれば、具体的な電位も異なる場合がある。例えば、配線WW
Lに印加される低レベル電位、高レベル電位のそれぞれは、配線RWLに印加される低レ
ベル電位、高レベル電位と異なる電位であってもよい。
<Example of operation method>
Next, an example of an operation method of the semiconductor device illustrated in FIGS. 1A to 1C is described. Note that low-level potential and high-level potential used in the following description do not mean specific potentials, and specific potentials may differ depending on wiring. For example, wiring WW
The low-level potential and high-level potential applied to L may be potentials different from the low-level potential and high-level potential applied to the wiring RWL.
また、本動作方法例において、図1(A)、(B)に示した配線BGL、図1(B)に
示したBGW[1]乃至BGW[n]には、トランジスタRTr、トランジスタWTrが
正常に動作する範囲内の電位があらかじめ印加されているものとする。そのため、図1(
A)乃至(C)に示す半導体装置の動作は、それぞれ互いに同様に考えることができる。
In this operation method example, the wiring BGL shown in FIGS. 1A and 1B and BGW[1] to BGW[n] shown in FIG. It is assumed that a potential within the operating range is applied in advance. Therefore, in Fig. 1 (
The operations of the semiconductor devices shown in A) to (C) can be considered in the same way.
図4(A)は、半導体装置にデータを書き込む動作例を示したタイミングチャートであ
り、図4(B)は、半導体装置からデータを読み出す動作例を示したタイミングチャート
である。図4(A)、(B)のそれぞれのタイミングチャートは、配線WWL[1]、配
線WWL[2]、配線WWL[n]、配線RWL[1]、配線RWL[2]、配線RWL
[n]、ノードN1、及びノードN2の電位の大きさの変化を示している。また、配線W
BLは、配線WBLに供給されるデータについて示している。
FIG. 4A is a timing chart showing an operation example of writing data to a semiconductor device, and FIG. 4B is a timing chart showing an operation example of reading data from the semiconductor device. Timing charts in FIGS. 4A and 4B show a wiring WWL[1], a wiring WWL[2], a wiring WWL[n], a wiring RWL[1], a wiring RWL[2], and a wiring RWL.
[n], node N1, and node N2. Also, the wiring W
BL indicates data supplied to the wiring WBL.
図4(A)は、データD[1]乃至データD[n]のそれぞれをメモリセルMC[1]
乃至メモリセルMC[n]に書き込む例を示している。なお、データD[1]乃至データ
D[n]は、2値、又は多値とすることができる。そして、データD[1]乃至データD
[n]は、配線WBLから供給されるものとする。つまり、図1(A)乃至(C)に示す
半導体装置の回路構成において、データの書き込みは、メモリセルMC[1]からメモリ
セルMC[n]に順次行われる。
FIG. 4A shows data D[1] to data D[n] each stored in memory cell MC[1].
to memory cell MC[n]. Note that data D[1] to data D[n] can be binary or multivalued. Then, data D[1] to data D
[n] is supplied from the wiring WBL. That is, in the circuit configurations of the semiconductor devices illustrated in FIGS. 1A to 1C, data is written sequentially from the memory cell MC[1] to the memory cell MC[n].
逆に、メモリセルMC[2]にデータを書き込んだ後に、メモリセルMC[1]にデー
タを書き込もうとすると、一度、メモリセルMC[2]に書き込まれているデータを読み
出して別の場所に保存しないと、メモリセルMC[2]に保持されているデータは、メモ
リセルMC[1]にデータを書き込む段階で失われてしまう。
Conversely, if an attempt is made to write data to memory cell MC[1] after data has been written to memory cell MC[2], the data written to memory cell MC[2] is first read and stored in another location. Otherwise, the data held in memory cell MC[2] will be lost at the stage of writing data to memory cell MC[1].
図1(A)乃至(C)に示す半導体装置の回路構成において、メモリセルMC[i](
iは2以上n以下の整数である。)にデータを書きこむ場合、メモリセルMC[1]乃至
メモリセルMC[i-1]に保持されているデータの書き換えを防ぐために、配線WWL
[1]乃至配線WWL[i-1]に低レベル電位を供給して、メモリセルMC[1]乃至
メモリセルMC[i-1]が有するそれぞれのトランジスタWTrをオフ状態にする。こ
れにより、メモリセルMC[1]乃至メモリセルMC[i-1]に保持されているそれぞ
れのデータを保護することができる。
In the circuit configuration of the semiconductor device shown in FIGS. 1A to 1C, the memory cell MC[i] (
i is an integer of 2 or more and n or less. ), in order to prevent the data held in the memory cells MC[1] to MC[i−1] from being rewritten, the wiring WWL
[1] to the wiring WWL[i−1] are supplied with a low-level potential to turn off the transistors WTr included in the memory cells MC[1] to MC[i−1]. Thus, each data held in the memory cells MC[1] to MC[i−1] can be protected.
また、メモリセルMC[i]にデータを書きこむ場合、データは配線WBLから供給さ
れるため、配線WWL[i]乃至配線WWL[n]に高レベル電位を供給して、メモリセ
ルMC[i]乃至メモリセルMC[n]が有するそれぞれのトランジスタWTrを十分な
オン状態にする。これにより、メモリセルMC[i]のメモリノードにデータを保持する
ことができる。
Further, when data is written to the memory cell MC[i], the data is supplied from the wiring WBL. ] to the respective transistors WTr included in the memory cells MC[n] are sufficiently turned on. Thereby, data can be held in the memory node of the memory cell MC[i].
なお、図1(A)乃至(C)に示す半導体装置の回路構成にデータを書き込む場合、配
線RBLは独立に制御できるので、特定の電位にする必要は無いが、例えば、低レベル電
位とすることができる。また、配線RWL、すなわち、ノードN1の電位は、低レベル電
位とすることができる。加えて、ノードN2の電位も、低レベル電位とすることができる
。
Note that in the case of writing data to the circuit structures of the semiconductor devices illustrated in FIGS. 1A to 1C, the wiring RBL can be controlled independently; therefore, the wiring RBL need not have a specific potential; be able to. Further, the potential of the wiring RWL, that is, the node N1 can be a low-level potential. In addition, the potential of node N2 can also be a low level potential.
上述を踏まえた上で、図4(A)のタイミングチャートに示す動作例について説明する
。時刻T10において、配線WWL[1]乃至配線WWL[n]、配線RWL[1]乃至
配線RWL[n]、配線WBL、ノードN1、及びノードN2のそれぞれの電位は、低レ
ベル電位となっている。
Based on the above description, an operation example shown in the timing chart of FIG. 4A will be described. At time T10, the potentials of the wirings WWL[1] to WWL[n], the wirings RWL[1] to RWL[n], the wirings WBL, the nodes N1, and N2 are low-level potentials. .
時刻T11において、配線WWL[1]乃至配線WWL[n]には、高レベル電位が供
給される。これにより、メモリセルMC[1]乃至メモリセルMC[n]が有するそれぞ
れのトランジスタWTrが十分なオン状態となる。そして、配線WBLには、データD[
1]が供給される。メモリセルMC[1]乃至メモリセルMC[n]が有するそれぞれの
トランジスタWTrは十分なオン状態となっているため、データD[1]は、メモリセル
MC[1]のメモリノードにまで到達して書き込まれる。
At time T11, a high-level potential is supplied to the wirings WWL[1] to WWL[n]. Accordingly, the transistors WTr included in the memory cells MC[1] to MC[n] are sufficiently turned on. Data D[
1] is supplied. Since the transistors WTr included in the memory cells MC[1] to MC[n] are sufficiently on, the data D[1] does not reach the memory node of the memory cell MC[1]. written as
時刻T12において、配線WWL[1]には、低レベル電位が供給され、配線WWL[
2]乃至配線WWL[n]には、引き続き、高レベル電位が供給される。これにより、メ
モリセルMC[1]が有するトランジスタWTrがオフ状態となり、メモリセルMC[2
]乃至メモリセルMC[n]が有するそれぞれのトランジスタWTrが十分なオン状態と
なる。そして、配線WBLには、データD[2]が供給される。メモリセルMC[2]乃
至メモリセルMC[n]が有するそれぞれのトランジスタWTrは十分なオン状態となっ
ているため、データD[2]は、メモリセルMC[2]のメモリノードにまで到達して書
き込まれる。また、メモリセルMC[1]のトランジスタWTrはオフ状態となっている
ため、メモリセルMC[1]に保持されているデータD[1]は、この時刻T12から時
刻T13までの書き込み動作によって失われない。
At time T12, the wiring WWL[1] is supplied with a low-level potential, and the wiring WWL[1]
2] to the wiring WWL[n] are continuously supplied with the high-level potential. As a result, the transistor WTr included in the memory cell MC[1] is turned off, and the memory cell MC[2] is turned off.
] to the transistors WTr included in the memory cells MC[n] are sufficiently turned on. Data D[2] is supplied to the wiring WBL. Since the transistors WTr included in the memory cells MC[2] to MC[n] are sufficiently on, the data D[2] does not reach the memory node of the memory cell MC[2]. written as Further, since the transistor WTr of the memory cell MC[1] is in an off state, the data D[1] held in the memory cell MC[1] is lost by the write operation from time T12 to time T13. can't break
時刻T13から時刻T14までの間では、時刻T11から時刻T12までの間のメモリ
セルMC[1]へのデータD[1]の書き込み動作と、時刻T12から時刻T13までの
間のメモリセルMC[2]へのデータD[2]の書き込み動作と、のそれぞれと同様に、
メモリセルMC[3]乃至メモリセルMC[n-1]のそれぞれに順次データD[3]乃
至データD[n-1]が書き込まれる。具体的には、既にデータが書き込まれたメモリセ
ルMC[1]乃至メモリセルMC[j-1](jは3以上n-1以下の整数である。)が
有するトランジスタWTrをオフ状態とし、データが書き込まれていないメモリセルMC
[j]乃至メモリセルMC[n]が有するトランジスタWTrを十分なオン状態とし、デ
ータD[j]を配線WBLから供給して、メモリセルMC[j]のメモリノードに書き込
めばよい。そして、メモリセルMC[j]へのデータD[j]の書き込みが終了した場合
、メモリセルMC[j]が有するトランジスタWTrをオフ状態として、配線WBLから
データD[j+1]を供給して、メモリセルMC[j+1]のメモリノードに書き込む動
作を行えばよい。なお、jがn-1のときの書き込み動作は、次に記載する、時刻T14
から時刻T15までの動作を指す。
Between time T13 and time T14, data D[1] is written to memory cell MC[1] between time T11 and time T12, and memory cell MC[1] is written between time T12 and time T13. 2] as well as each of the write operations of data D[2] to
Data D[3] to D[n−1] are sequentially written to the memory cells MC[3] to MC[n−1], respectively. Specifically, the transistors WTr included in the memory cells MC[1] to MC[j−1] (where j is an integer greater than or equal to 3 and less than or equal to n−1) to which data has already been written are turned off; Memory cell MC to which no data is written
The transistors WTr included in the memory cells MC[j] to MC[n] are sufficiently turned on, and the data D[j] is supplied from the wiring WBL and written to the memory node of the memory cell MC[j]. Then, when the writing of the data D[j] to the memory cell MC[j] is completed, the transistor WTr included in the memory cell MC[j] is turned off, and the data D[j+1] is supplied from the wiring WBL. An operation of writing to the memory node of the memory cell MC[j+1] may be performed. Note that the write operation when j is n−1 is the time T14 described below.
to time T15.
時刻T14において、配線WWL[1]乃至配線WWL[n-1]には、低レベル電位
が供給され、配線WWL[n]には、引き続き、高レベル電位が供給される。これにより
、メモリセルMC[1]乃至メモリセルMC[n-1]が有するトランジスタWTrがオ
フ状態となり、メモリセルMC[n]が有するそれぞれのトランジスタWTrが十分なオ
ン状態となる。そして、配線WBLには、データD[n]が供給される。メモリセルMC
[n]が有するそれぞれのトランジスタWTrは十分なオン状態となっているため、デー
タD[n]は、メモリセルMC[n]のメモリノードにまで到達して書き込まれる。また
、メモリセルMC[1]乃至メモリセルMC[n-1]のトランジスタWTrはオフ状態
となっているため、メモリセルMC[1]乃至メモリセルMC[n-1]のそれぞれに保
持されているデータD[1]乃至データD[n-1]は、この時刻T14から時刻T15
までの書き込み動作によって失われない。
At time T14, the wirings WWL[1] to WWL[n−1] are supplied with a low-level potential, and the wiring WWL[n] is continuously supplied with a high-level potential. Accordingly, the transistors WTr included in the memory cells MC[1] to MC[n−1] are turned off, and the transistors WTr included in the memory cell MC[n] are sufficiently turned on. Data D[n] is supplied to the wiring WBL. Memory cell MC
Since each transistor WTr included in [n] is sufficiently on, the data D[n] reaches the memory node of the memory cell MC[n] and is written. In addition, since the transistors WTr of the memory cells MC[1] to MC[n−1] are in the off state, the transistors WTr of the memory cells MC[1] to MC[n−1] are held in the respective memory cells MC[1] to MC[n−1]. Data D[1] to Data D[n-1] are stored in the data from time T14 to time T15.
not lost by write operations up to
上述の動作によって、図1(A)乃至(C)に示す半導体装置のいずれか一において、
その半導体装置の有するメモリセルMCに対してデータを書き込むことができる。
By the above operation, in any one of the semiconductor devices shown in FIGS.
Data can be written to the memory cell MC included in the semiconductor device.
図4(B)は、データD[1]乃至データD[n]のそれぞれをメモリセルMC[1]
乃至メモリセルMC[n]から読み出す例を示している。なお、このとき、各メモリセル
MCに保持されたデータを維持するために、トランジスタWTrは、オフ状態であること
が求められる。そのため、メモリセルMC[1]乃至メモリセルMC[n]からデータを
読み出す動作時において、配線WWL[1]乃至配線WWL[n]の電位は低レベル電位
とする。
FIG. 4B shows data D[1] to data D[n] each stored in memory cell MC[1].
to an example of reading from the memory cell MC[n]. Note that at this time, the transistor WTr is required to be in an off state in order to maintain the data held in each memory cell MC. Therefore, in the operation of reading data from the memory cells MC[1] to MC[n], the potentials of the wirings WWL[1] to WWL[n] are low.
図1に示す半導体装置の回路構成において、特定のメモリセルMCのデータの読み出す
場合、他のメモリセルMCが有するトランジスタRTrを十分なオン状態とした上で、当
該特定のメモリセルMCが有するトランジスタRTrを飽和領域として動作させる。つま
り、当該特定のメモリセルMCが有するトランジスタRTrのソース‐ドレイン間に流れ
る電流は、ソース‐ドレイン間電圧と、当該特定のメモリセルMCに保持されているデー
タと、に応じて決定される。
In the circuit configuration of the semiconductor device shown in FIG. 1, when reading data from a specific memory cell MC, the transistor RTr of the other memory cell MC is sufficiently turned on, and then the transistor of the specific memory cell MC is read. RTr is operated as a saturation region. That is, the current flowing between the source and drain of the transistor RTr included in the specific memory cell MC is determined according to the source-drain voltage and the data held in the specific memory cell MC.
例えば、メモリセルMC[k](kは1以上n以下の整数である。)に保持されている
データを読み出す場合を考える。このとき、メモリセルMC[k]を除いたメモリセルM
C[1]乃至メモリセルMC[n]が有するそれぞれのトランジスタRTrを十分なオン
状態にするため、配線RWL[k]を除いた配線RWL[1]乃至配線RWL[n]に高
レベル電位が供給される。
For example, consider the case of reading data held in a memory cell MC[k] (k is an integer equal to or greater than 1 and equal to or less than n). At this time, memory cells M other than memory cell MC[k]
In order to sufficiently turn on the transistors RTr included in the memory cells C[1] to MC[n], the wirings RWL[1] to RWL[n] excluding the wiring RWL[k] are supplied with a high-level potential. supplied.
一方、メモリセルMC[k]が有するトランジスタRTrは、保持されているデータに
応じたオン状態にするため、配線RWL[k]には、メモリセルMC[k]に当該データ
を書き込んだときの配線RWL[k]と同じ電位にする必要がある。なお、ここでは、書
き込み動作時及び読み出し動作時における配線RWL[k]の電位を低レベル電位として
考える。
On the other hand, the transistor RTr included in the memory cell MC[k] is turned on according to the held data. The potential must be the same as that of the wiring RWL[k]. Note that here, the potential of the wiring RWL[k] during the writing operation and the reading operation is considered to be a low-level potential.
例えば、ノードN1に+3V、ノードN2に0Vの電位を与える。そして、ノードN2
をフローティングにして、その後のノードN2の電位を測定する。配線RWL[k]を除
いた配線RWL[1]乃至配線RWL[n]の電位を高レベル電位とした場合、メモリセ
ルMC[k]を除いたメモリセルMC[1]乃至メモリセルMC[n]が有するトランジ
スタRTrが十分なオン状態となる。一方、メモリセルMC[k]が有するトランジスタ
RTrの第1端子‐第2端子間の電圧は、当該トランジスタRTrのゲートの電位とノー
ドN1の電位によって定まるため、ノードN2の電位はメモリセルMC[k]のメモリノ
ードに保持されたデータに応じて決まる。
For example, a potential of +3V is applied to the node N1 and a potential of 0V is applied to the node N2. and node N2
is set to float, and the potential of the node N2 is measured after that. When the potentials of the wirings RWL[1] to RWL[n] excluding the wiring RWL[k] are set to a high level potential, the memory cells MC[1] to MC[n] excluding the memory cell MC[k] ] is sufficiently turned on. On the other hand, the voltage between the first terminal and the second terminal of the transistor RTr included in the memory cell MC[k] is determined by the potential of the gate of the transistor RTr and the potential of the node N1. k] memory nodes.
このようにして、メモリセルMC[k]に保持されているデータを読み出すことができ
る。
Thus, the data held in the memory cell MC[k] can be read.
上述を踏まえた上で、図4(B)のタイミングチャートに示す動作例について説明する
。時刻T20において、配線WWL[1]乃至配線WWL[n]、配線RWL[1]乃至
配線RWL[n]、配線WBL、ノードN1、及びノードN2のそれぞれの電位は、低レ
ベル電位となっている。特に、ノードN2は、フローティング状態となっている。そして
、メモリセルMC[1]乃至メモリセルMC[n]のメモリノードには、それぞれデータ
D[1]乃至データD[n]が保持されているものとする。
Based on the above description, an operation example shown in the timing chart of FIG. 4B will be described. At time T20, the potentials of the wirings WWL[1] to WWL[n], the wirings RWL[1] to RWL[n], the wirings WBL, the nodes N1, and N2 are low-level potentials. . In particular, node N2 is in a floating state. It is assumed that data D[1] to data D[n] are held in the memory nodes of the memory cells MC[1] to MC[n], respectively.
時刻T21において、配線RWL[1]には、低レベル電位が供給され、配線RWL[
2]乃至配線WWL[n]には、高レベル電位が供給される。これにより、メモリセルM
C[2]乃至メモリセルMC[n]が有するそれぞれのトランジスタRTrが十分なオン
状態となる。そして、メモリセルMC[1]のトランジスタRTrは、メモリセルMC[
1]のメモリノードに保持されているデータD[1]に応じたオン状態となる。また、配
線RBLに電位VRを供給する。これにより、ノードN1の電位はVRとなり、ノードN
2の電位は、ノードN1の電位VRとノードN2の電位はメモリセルMC[1]のメモリ
ノードに保持されたデータとに応じて決まる。ここでは、ノードN2の電位を、VD[1
]とする。そして、ノードN2の電位VD[1]を測定することによって、メモリセルM
C[1]のメモリノードに保持されたデータD[1]を読み出すことができる。
At time T21, the wiring RWL[1] is supplied with a low-level potential, and the wiring RWL[1] is supplied with a low-level potential.
2] to the wiring WWL[n] are supplied with a high-level potential. As a result, the memory cell M
Each transistor RTr included in memory cells C[2] to MC[n] is sufficiently turned on. The transistor RTr of memory cell MC[1] is connected to memory cell MC[1].
1] is turned on according to the data D[1] held in the memory node D[1]. In addition, the potential VR is supplied to the wiring RBL. As a result, the potential of the node N1 becomes V R and the potential of the node N
2 depends on the potential VR of the node N1 and the potential of the node N2 depends on the data held in the memory node of the memory cell MC[1]. Here, the potential of the node N2 is V D[1
] . Then, by measuring the potential VD[1] of the node N2, the memory cell M
Data D[1] held in the memory node of C[1] can be read.
時刻T22において、配線RWL[1]乃至配線WWL[n]には、低レベル電位が供
給される。また、ノードN2には、低レベル電位が供給され、その後、ノードN2はフロ
ーティング状態となる。つまり、時刻T22から時刻T23までの間において、配線RW
L[1]乃至配線WWL[n]、ノードN2のそれぞれの電位は、時刻T20から時刻T
21までの間の状況と同じになる。なお、配線RBLには、引き続き、電位VRを供給し
てもよく、又は、低レベル電位を供給してもよい。本動作例では、配線RBLは、時刻T
21以降、電位VRが供給され続けるものとする。
At time T22, a low-level potential is supplied to the wirings RWL[1] to WWL[n]. A low-level potential is supplied to the node N2, after which the node N2 becomes floating. That is, from time T22 to time T23, the wiring RW
The potentials of L[1] to the wiring WWL[n] and the node N2 change from time T20 to time T
The situation will be the same as before 21. Note that the wiring RBL may continue to be supplied with the potential VR or may be supplied with a low-level potential. In this operation example, the wiring RBL is
21 onward, the potential V R continues to be supplied.
時刻T23において、配線RWL[2]には、低レベル電位が供給され、配線RWL[
1]、配線RWL[3]乃至配線WWL[n]には、高レベル電位が供給される。これに
より、メモリセルMC[1]、メモリセルMC[3]乃至メモリセルMC[n]が有する
それぞれのトランジスタRTrが十分なオン状態となる。そして、メモリセルMC[2]
のトランジスタRTrは、メモリセルMC[2]のメモリノードに保持されているデータ
D[2]に応じたオン状態となる。また、配線RBLには電位VRが引き続き供給されて
いる。これにより、ノードN2の電位は、ノードN1の電位VRとノードN2の電位はメ
モリセルMC[2]のメモリノードに保持されたデータとに応じて決まる。ここでは、ノ
ードN2の電位を、VD[2]とする。そして、ノードN2の電位VD[2]を測定する
ことによって、メモリセルMC[2]のメモリノードに保持されたデータD[2]を読み
出すことができる。
At time T23, the wiring RWL[2] is supplied with a low-level potential, and the wiring RWL[2] is supplied with a low-level potential.
1] and the wirings RWL[3] to WWL[n] are supplied with a high-level potential. Accordingly, the transistors RTr included in the memory cell MC[1], memory cell MC[3] to memory cell MC[n] are sufficiently turned on. and memory cell MC[2]
transistor RTr is turned on according to data D[2] held in the memory node of memory cell MC[2]. Further, the potential VR is still supplied to the wiring RBL. Thus, the potential of the node N2 is determined by the potential VR of the node N1 and the potential of the node N2 is determined by the data held in the memory node of the memory cell MC[2]. Here, the potential of the node N2 is VD[2] . By measuring the potential VD [2] of the node N2, the data D[2] held in the memory node of the memory cell MC[2] can be read.
時刻T24から時刻T25までの間では、時刻T20から時刻T22までの間のメモリ
セルMC[1]からのデータD[1]の読み出し動作と、時刻T22から時刻T24まで
の間のメモリセルMC[2]からのデータD[2]の読み出し動作と、のそれぞれと同様
に、メモリセルMC[3]乃至メモリセルMC[n-1]のそれぞれから順次データD[
3]乃至データD[n-1]が読み出される。具体的には、メモリセルMC[j](jは
3以上n-1以下の整数である。)からデータD[j]を読み出す場合、ノードN2の電
位を低レベル電位として、且つノードN2をフローティング状態にした後に、配線RWL
[j]を除いた配線RWL[1]乃至配線RWL[n]に高レベル電位を供給して、メモ
リセルMC[j]を除いたメモリセルMC[1]乃至メモリセルMC[n]が有するトラ
ンジスタRTrを十分なオン状態にし、メモリセルMC[j]が有するトランジスタRT
rをデータD[j]に応じたオン状態にする。次に、ノードN1の電位をVRにすること
で、ノードN2の電位は、データD[j]に応じた電位となり、この電位を測定すること
で、データD[j]を読み出すことができる。なお、メモリセルMC[j]に保持された
データD[j]の読み出しが終わった後は、次の読み出し動作の準備として、配線RWL
[1]乃至配線WWL[n]に低レベル電位を供給して、ノードN2に低レベル電位が供
給し、その後、ノードN2はフローティング状態にする。なお、jがn-1のとき、この
準備は、時刻T25から時刻T26までの間の動作を指す。
Between time T24 and time T25, data D[1] is read from memory cell MC[1] between time T20 and time T22, and memory cell MC[1] is read between time T22 and time T24. 2], and data D[2] is sequentially read from each of the memory cells MC[3] to MC[n-1].
3] to data D[n−1] are read. Specifically, when data D[j] is read from memory cell MC[j] (where j is an integer of 3 or more and n−1 or less), the potential of node N2 is set to a low level potential, and node N2 is set to a low level potential. After the floating state, the wiring RWL
A high-level potential is supplied to the wirings RWL[1] to RWL[n] excluding [j], and the memory cells MC[1] to MC[n] excluding the memory cell MC[j] have The transistor RTr is sufficiently turned on, and the transistor RT included in the memory cell MC[j] is turned on.
r is turned on according to data D[j]. Next, by setting the potential of the node N1 to VR , the potential of the node N2 becomes a potential corresponding to the data D[j]. By measuring this potential, the data D[j] can be read. . Note that after the data D[j] held in the memory cell MC[j] has been read, the wiring RWL is read as preparation for the next read operation.
A low-level potential is supplied to the wirings [1] to WWL[n], the node N2 is supplied with the low-level potential, and then the node N2 is brought into a floating state. Note that when j is n-1, this preparation refers to the operation from time T25 to time T26.
時刻T25において、配線RWL[1]乃至配線WWL[n]には、低レベル電位が供
給される。また、ノードN2には、低レベル電位が供給され、その後、ノードN2はフロ
ーティング状態となる。つまり、時刻T25から時刻T26までの間において、配線RW
L[1]乃至配線WWL[n]、ノードN2のそれぞれの電位は、時刻T20から時刻T
21までの間の状況と同じになる。なお、配線RBLには、引き続き、電位VRを供給し
てもよく、又は、低レベル電位を供給してもよい。本動作例では、配線RBLは、時刻T
21以降、電位VRが供給され続けるものとする。
At time T25, a low-level potential is supplied to the wirings RWL[1] to WWL[n]. A low-level potential is supplied to the node N2, after which the node N2 becomes floating. That is, from time T25 to time T26, the wiring RW
The potentials of L[1] to the wiring WWL[n] and the node N2 change from time T20 to time T
The situation will be the same as before 21. Note that the wiring RBL may continue to be supplied with the potential VR or may be supplied with a low-level potential. In this operation example, the wiring RBL is
21 onward, the potential V R continues to be supplied.
時刻T26において、配線RWL[n]には、低レベル電位が供給され、配線RWL[
1]乃至配線WWL[n-1]には、高レベル電位が供給される。これにより、メモリセ
ルMC[1]乃至メモリセルMC[n-1]が有するそれぞれのトランジスタRTrが十
分なオン状態となる。そして、メモリセルMC[n]のトランジスタRTrは、メモリセ
ルMC[n]のメモリノードに保持されているデータD[n]に応じたオン状態となる。
また、配線RBLには電位VRが引き続き供給されている。これにより、ノードN2の電
位は、ノードN1の電位VRとノードN2の電位はメモリセルMC[n]のメモリノード
に保持されたデータとに応じて決まる。ここでは、ノードN2の電位を、VD[n]とす
る。そして、ノードN2の電位VD[n]を測定することによって、メモリセルMC[n
]のメモリノードに保持されたデータD[n]を読み出すことができる。
At time T26, the wiring RWL[n] is supplied with a low-level potential, and the wiring RWL[n]
1] to the wiring WWL[n−1] are supplied with a high-level potential. As a result, the transistors RTr included in the memory cells MC[1] to MC[n−1] are sufficiently turned on. Then, the transistor RTr of the memory cell MC[n] is turned on according to the data D[n] held in the memory node of the memory cell MC[n].
Further, the potential VR is still supplied to the wiring RBL. Thus, the potential of the node N2 is determined by the potential VR of the node N1 and the potential of the node N2 is determined by the data held in the memory node of the memory cell MC[n]. Here, the potential of the node N2 is VD[n] . Then, by measuring the potential VD[n] of the node N2, the memory cell MC[n
] can be read out.
上述の動作によって、図1(A)乃至(C)に示す半導体装置のそれぞれのメモリセル
MCからデータを読み出すことができる。
Through the above operation, data can be read from each memory cell MC of the semiconductor devices illustrated in FIGS.
<構造例と作製方法例>
以下、本実施の形態の半導体装置の構造の理解を助けるため、その作製方法について説
明する。
<Structure example and manufacturing method example>
In order to help understanding of the structure of the semiconductor device of this embodiment mode, a manufacturing method thereof will be described below.
図5(A)、(B)は、図1(A)乃至(C)に示した半導体装置を示した模式図であ
る。図5(A)は当該半導体装置の上面図を示しており、図5(B)は図5(A)の一点
鎖線A1‐A2に対応する断面図を示している。
5A and 5B are schematic diagrams showing the semiconductor device shown in FIGS. 1A to 1C. FIG. 5A shows a top view of the semiconductor device, and FIG. 5B shows a cross-sectional view corresponding to the dashed-dotted line A1-A2 in FIG. 5A.
当該半導体装置は、配線RWLと、配線WWLと、絶縁体(図5ではハッチングを図示
していない領域)と、が積層された構造体を有し、当該構造体に開口部を設けて、開口部
が埋まるように導電体PGが形成されている。導電体PG上には、配線ERが形成されて
おり、これによって、配線ERと、配線RWL又は配線WWLと、が電気的に接続されて
いる。
The semiconductor device has a structure in which a wiring RWL, a wiring WWL, and an insulator (regions not shown hatched in FIG. 5) are stacked, and an opening is provided in the structure. A conductor PG is formed so as to fill the portion. A wiring ER is formed over the conductor PG, whereby the wiring ER is electrically connected to the wiring RWL or the wiring WWL.
加えて、当該構造体に対して、配線RWLと、配線WWLと、を一括で貫通するような
開口部が形成されている。そして、配線RWL及び配線WWLが貫通された領域ARにメ
モリセルMCを設けるために、当該開口部に絶縁体と、導電体と、半導体と、が形成され
ている。なお、当該導電体は、配線WBL、配線RBLとして機能し、当該半導体は、ト
ランジスタWTr、トランジスタRTrのチャネル形成領域として機能する。図5では、
該開口部に絶縁体と、導電体と、半導体と、が形成されている領域を、領域HLとして図
示している。なお、メモリセルMCが有するトランジスタにバックゲートが設けられてい
る場合、領域HLが有する当該導電体は、当該バックゲートと電気的に接続するための配
線BGLとしても機能してよい。
In addition, an opening is formed in the structure so as to collectively penetrate the wiring RWL and the wiring WWL. An insulator, a conductor, and a semiconductor are formed in the opening in order to provide the memory cell MC in the region AR through which the wiring RWL and the wiring WWL penetrate. Note that the conductor functions as the wiring WBL and the wiring RBL, and the semiconductor functions as channel formation regions of the transistor WTr and the transistor RTr. In Figure 5,
A region in which an insulator, a conductor, and a semiconductor are formed in the opening is shown as a region HL. Note that when the transistor included in the memory cell MC is provided with a back gate, the conductor included in the region HL may also function as the wiring BGL electrically connected to the back gate.
つまり、図5では、図1(A)(B)(C)のいずれか一に示した半導体装置は領域S
D1に構成され、図2、又は図3に示した半導体装置は領域SD2に構成されていること
を示している。
That is, in FIG. 5, the semiconductor device shown in any one of FIGS.
D1 indicates that the semiconductor device shown in FIG. 2 or 3 is configured in the region SD2.
以下の作製方法例1、及び作製方法例2では、領域ARにメモリセルMCを形成するた
めの方法について説明する。
In the following manufacturing method example 1 and manufacturing method example 2, a method for forming the memory cell MC in the region AR will be described.
<<作製方法例1>>
図6乃至図10は、図1(A)に示す半導体装置の作製例を説明するための断面図であ
り、特に、トランジスタWTr、トランジスタRTrのチャネル長方向の断面図を示して
いる。また、図6乃至図10の断面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示
している。
<<Manufacturing method example 1>>
6 to 10 are cross-sectional views for describing an example of manufacturing the semiconductor device illustrated in FIG. 1A, and particularly cross-sectional views of the transistor WTr and the transistor RTr in the channel length direction. Also, in the cross-sectional views of FIGS. 6 to 10, some elements are omitted for clarity of illustration.
図6(A)に示すように、図1(A)の半導体装置は、基板(図示しない。)の上方に
配置された絶縁体101Aと、絶縁体101A上に配置された導電体131Aと、導電体
131A上に配置された絶縁体101Bと、絶縁体101B上に配置された導電体132
Aと、導電体132A上に配置された絶縁体101Cと、絶縁体101C上に配置された
導電体131Bと、導電体131B上に配置された絶縁体101Dと、絶縁体101D上
に配置された導電体132Bと、導電体132B上に配置された絶縁体101Eと、を有
する。なお、以後、これらの複数の導電体及び複数の絶縁体を有する積層体を、積層体1
00と記載する。
As shown in FIG. 6A, the semiconductor device in FIG. 1A includes an
A, an
It is described as 00.
なお、当該基板としては、例えば、絶縁体基板、半導体基板または導電体基板を用いれ
ばよい。絶縁体基板としては、例えば、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、安定化
ジルコニア基板(イットリア安定化ジルコニア基板など)、樹脂基板などがある。また、
半導体基板としては、例えば、シリコン、ゲルマニウムなどの単体半導体基板、または炭
化シリコン、シリコンゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、酸化亜鉛、酸化
ガリウムからなる化合物半導体基板などがある。さらには、前述の半導体基板内部に絶縁
体領域を有する半導体基板、例えばSOI(Silicon On Insulator
)基板などがある。導電体基板としては、黒鉛基板、金属基板、合金基板、導電性樹脂基
板などがある。または、金属の窒化物を有する基板、金属の酸化物を有する基板などがあ
る。さらには、絶縁体基板に導電体または半導体が設けられた基板、半導体基板に導電体
または絶縁体が設けられた基板、導電体基板に半導体または絶縁体が設けられた基板など
がある。または、これらの基板に素子が設けられたものを用いてもよい。基板に設けられ
る素子としては、容量素子、抵抗素子、スイッチ素子、発光素子、記憶素子などがある。
Note that an insulator substrate, a semiconductor substrate, or a conductor substrate may be used as the substrate, for example. Examples of insulator substrates include glass substrates, quartz substrates, sapphire substrates, stabilized zirconia substrates (yttria stabilized zirconia substrates, etc.), and resin substrates. again,
Examples of semiconductor substrates include single semiconductor substrates such as silicon and germanium, and compound semiconductor substrates such as silicon carbide, silicon germanium, gallium arsenide, indium phosphide, zinc oxide, and gallium oxide. Furthermore, a semiconductor substrate having an insulator region inside the semiconductor substrate described above, such as an SOI (Silicon On Insulator).
) substrates, etc. Examples of conductive substrates include graphite substrates, metal substrates, alloy substrates, and conductive resin substrates. Alternatively, there are a substrate having a metal nitride, a substrate having a metal oxide, and the like. Furthermore, there are substrates in which an insulator substrate is provided with a conductor or a semiconductor, a substrate in which a semiconductor substrate is provided with a conductor or an insulator, a substrate in which a conductor substrate is provided with a semiconductor or an insulator, and the like. Alternatively, these substrates provided with elements may be used. Elements provided on the substrate include a capacitor element, a resistance element, a switch element, a light emitting element, a memory element, and the like.
また、基板として、可とう性基板を用いてもよい。なお、可とう性基板上にトランジス
タを設ける方法としては、非可とう性の基板上にトランジスタを作製した後、トランジス
タを剥離し、可とう性基板である基板に転置する方法もある。その場合には、非可とう性
基板とトランジスタとの間に剥離層を設けるとよい。なお、基板として、繊維を編みこん
だシート、フィルムまたは箔などを用いてもよい。また、基板が伸縮性を有してもよい。
また、基板は、折り曲げや引っ張りをやめた際に、元の形状に戻る性質を有してもよい。
または、元の形状に戻らない性質を有してもよい。基板は、例えば、5μm以上700μ
m以下、好ましくは10μm以上500μm以下、さらに好ましくは15μm以上300
μm以下の厚さとなる領域を有する。基板を薄くすると、トランジスタを有する半導体装
置を軽量化することができる。また、基板を薄くすることで、ガラスなどを用いた場合に
も伸縮性を有する場合や、折り曲げや引っ張りをやめた際に、元の形状に戻る性質を有す
る場合がある。そのため、落下などによって基板上の半導体装置に加わる衝撃などを緩和
することができる。即ち、丈夫な半導体装置を提供することができる。
Also, a flexible substrate may be used as the substrate. Note that as a method for providing a transistor over a flexible substrate, there is also a method in which after manufacturing a transistor over a non-flexible substrate, the transistor is peeled off and transferred to a substrate that is a flexible substrate. In that case, a peeling layer may be provided between the non-flexible substrate and the transistor. A sheet, film, foil, or the like in which fibers are woven may be used as the substrate. Also, the substrate may have stretchability.
The substrate may also have the property of returning to its original shape when bending or pulling is ceased.
Alternatively, it may have the property of not returning to its original shape. The substrate is, for example, 5 μm or more and 700 μm
m or less, preferably 10 μm or more and 500 μm or less, more preferably 15 μm or more and 300 μm or less
It has a region with a thickness of μm or less. By thinning the substrate, the weight of a semiconductor device having a transistor can be reduced. In addition, by making the substrate thin, even when glass or the like is used, it may have stretchability, or may have the property of returning to its original shape when bending or pulling is stopped. Therefore, it is possible to mitigate the impact applied to the semiconductor device on the substrate due to dropping or the like. That is, a durable semiconductor device can be provided.
可とう性基板である基板としては、例えば、金属、合金、樹脂もしくはガラス、または
それらの繊維などを用いることができる。可とう性基板である基板は、線膨張率が低いほ
ど環境による変形が抑制されて好ましい。可とう性基板である基板としては、例えば、線
膨張率が1×10-3/K以下、5×10-5/K以下、または1×10-5/K以下で
ある材質を用いればよい。樹脂としては、例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリ
アミド(ナイロン、アラミドなど)、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリルなどがあ
る。特に、アラミドは、線膨張率が低いため、可とう性基板である基板として好適である
。
As a substrate that is a flexible substrate, for example, metals, alloys, resins, glass, or fibers thereof can be used. The substrate, which is a flexible substrate, preferably has a lower coefficient of linear expansion because deformation due to the environment is suppressed. As the flexible substrate, for example, a material having a coefficient of linear expansion of 1×10 −3 /K or less, 5×10 −5 /K or less, or 1×10 −5 /K or less may be used. . Examples of resin include polyester, polyolefin, polyamide (nylon, aramid, etc.), polyimide, polycarbonate, and acrylic. In particular, aramid has a low coefficient of linear expansion, so it is suitable as a flexible substrate.
本実施の形態で説明する作製例では、その工程中に加熱処理が含まれるため、基板とし
ては、耐熱性の高い、且つ熱膨張率の低い材料を用いることが好ましい。
In the manufacturing example described in this embodiment, heat treatment is included in the process; therefore, a material with high heat resistance and a low coefficient of thermal expansion is preferably used for the substrate.
導電体131A(導電体131B)は、図1(A)に示す配線WWLとして機能し、導
電体132A(導電体132B)は、図1(A)に示す配線RWLとして機能する。
The
導電体131A、導電体131B、導電体132A、導電体132Bとしては、例えば
、アルミニウム、クロム、銅、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、チタン、モリブデン
、タングステン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、マンガン、マグネシウム、ジルコニ
ウム、ベリリウム、インジウム、ルテニウムなどから選ばれた金属元素を1種以上含む材
料を用いることができる。また、リン等の不純物元素を含有させた多結晶シリコンに代表
される、電気伝導度が高い半導体、ニッケルシリサイドなどのシリサイドを用いてもよい
。
Examples of the
また、上記導電体、特に、導電体131A、導電体131Bとして、後述する半導体1
51、半導体152、半導体153a、半導体153bに適用可能な金属酸化物に含まれ
る金属元素及び酸素を含む導電性材料を用いてもよい。また、前述した金属元素及び窒素
を含む導電性材料を用いてもよい。例えば、窒化チタン、窒化タンタルなどの窒素を含む
導電性材料を用いてもよい。また、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジ
ウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウ
ム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、シリコンを添
加したインジウム錫酸化物を用いてもよい。また、窒素を含むインジウムガリウム亜鉛酸
化物を用いてもよい。このような材料を用いることで、周辺の絶縁体などから混入する水
素を捕獲することができる場合がある。
Further, as the conductors, particularly the
51, the
また、上記導電体、特に、導電体132A、導電体132Bとして、水または水素など
の不純物の透過を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。例えば、タ
ンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン、ルテニウムまたは酸化ルテニウムなどを用
いることが好ましく、単層または積層とすればよい。
Further, it is preferable to use a conductive material having a function of suppressing permeation of impurities such as water or hydrogen for the conductors, particularly the
また、上記の材料で形成される導電体を複数積層して用いてもよい。例えば、前述した
金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい
。また、前述した金属元素を含む材料と、窒素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層
構造としてもよい。また、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料と、窒
素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい。また、導電体の周辺に接
する絶縁体として過剰酸素領域を有する絶縁体を適用することで、導電体の絶縁体と接す
る領域において、酸素が拡散する場合がある。これにより、金属元素を含む材料と、酸素
を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造を形成することができる。また、同様に、
導電体の周辺に接する絶縁体として過剰窒素領域を有する絶縁体を適用することで、導電
体の絶縁体と接する領域において、窒素が拡散する場合がある。これにより、金属元素を
含む材料と、窒素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造を形成することができる
。
Alternatively, a plurality of conductors formed using any of the above materials may be stacked and used. For example, a laminated structure in which the material containing the metal element described above and the conductive material containing oxygen are combined may be used. Alternatively, a laminated structure may be employed in which the material containing the metal element described above and the conductive material containing nitrogen are combined. Alternatively, a laminated structure may be employed in which the material containing the metal element described above, the conductive material containing oxygen, and the conductive material containing nitrogen are combined. Further, when an insulator having an excess oxygen region is used as an insulator which is in contact with the periphery of the conductor, oxygen may diffuse in a region of the conductor which is in contact with the insulator. Thereby, it is possible to form a layered structure in which a material containing a metal element and a conductive material containing oxygen are combined. Also, similarly,
By applying an insulator having an excess nitrogen region as an insulator in contact with the periphery of the conductor, nitrogen may diffuse in a region of the conductor in contact with the insulator. Thereby, it is possible to form a laminated structure in which a material containing a metal element and a conductive material containing nitrogen are combined.
なお、導電体131A、導電体131B、導電体132A、導電体132Bのそれぞれ
は、互いに同一の材料であってもよいし、互いに異なる材料であってもよい。つまり、本
発明の一態様の半導体装置を構成する導電体131A、導電体131B、導電体132A
、導電体132Bに適用する材料をそれぞれ適宜選択して用いることができる。
Note that the
, and the
絶縁体101A乃至絶縁体101Eとして、水、又は水素などの不純物濃度が低減され
ている材料であることが好ましい。例えば、絶縁体101A乃至絶縁体101Eの水素の
脱離量は、昇温脱離ガス分析法(TDS(Thermal Desorption Sp
ectroscopy))において、50℃から500℃の範囲において、水素分子に換
算した脱離量が、絶縁体101A乃至絶縁体101Eのいずれか一の面積当たりに換算し
て、2×1015molecules/cm2以下、好ましくは1×1015molec
ules/cm2以下、より好ましくは5×1014molecules/cm2以下で
あればよい。また、絶縁体101A乃至絶縁体101Eは、加熱により酸素が放出される
絶縁体を用いて形成してもよい。これにより、上述のとおり、導電体131A、導電体1
31B、導電体132A、導電体132Bを、金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性
材料と、を組み合わせた積層構造とすることができる。
The
Electroscopy)), in the range of 50° C. to 500° C., the desorption amount in terms of hydrogen molecules is 2×10 15 molecules/cm in terms of the area of any one of the
It may be ules/cm 2 or less, more preferably 5×10 14 molecules/cm 2 or less. Alternatively, the
31B, the
絶縁体101A乃至絶縁体101Eとしては、例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フ
ッ素、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲル
マニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタ
ルを含む絶縁体を、単層で、又は積層で用いることができる。また、例えば、酸化シリコ
ン又は酸化窒化シリコンを含む材料を用いることができる。
The
なお、本明細書中において、酸化窒化シリコンとは、その組成として窒素よりも酸素の
含有量が多い材料を指し、窒化酸化シリコンとは、その組成として、酸素よりも窒素の含
有量が多い材料を示す。また、本明細書中において、酸化窒化アルミニウムとは、その組
成として窒素よりも酸素の含有量が多い材料を指し、窒化酸化アルミニウムとは、その組
成として、酸素よりも窒素の含有量が多い材料を示す。
In this specification, silicon oxynitride refers to a material whose composition contains more oxygen than nitrogen, and silicon oxynitride refers to a material whose composition contains more nitrogen than oxygen. indicates In this specification, aluminum oxynitride refers to a material whose composition contains more oxygen than nitrogen, and aluminum oxynitride refers to a material whose composition contains more nitrogen than oxygen. indicates
次の工程では、図6(B)に示すとおり、レジストマスク形成とエッチング処理などに
よって、図6(A)に示す積層体100に対して、開口部191を形成することができる
。
In the next step, as shown in FIG. 6B, an
レジストマスクの形成は、リソグラフィ法、印刷法、インクジェット法等を適宜用いて
行うことができる。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。また、エッチング処理については、ドライエッチ
ング法でもウェットエッチング法でもよく、両方を用いてもよい。
A resist mask can be formed using a lithography method, a printing method, an inkjet method, or the like as appropriate. Since a photomask is not used when the resist mask is formed by an inkjet method, the manufacturing cost can be reduced. As for the etching process, either a dry etching method or a wet etching method may be used, or both may be used.
そして、図7(A)に示すとおり、エッチング処理などを用いて、開口部191の側面
に有する導電体132A、導電体132Bが除去されて、当該側面部に凹部192A(凹
部192B)が形成される。ここでは、導電体132A(導電体132B)としては、積
層体100のうち、導電体132A(導電体132B)が選択的に除去されるような材料
(絶縁体101A乃至絶縁体101E、及び導電体131A(導電体131B)よりもエ
ッチングレートが高い材料)が適用されているものとする。
Then, as shown in FIG. 7A, the
また、凹部192A(凹部192B)は、図6(A)に示す半導体装置の作製工程の段
階で、開口部191及び凹部192A(凹部192B)が形成される領域に犠牲層を設け
て、図6(B)に示す半導体装置の作製工程で、開口部191と一括で形成してもよい。
また、犠牲層を設けずに開口部191を形成した時に、自動的に凹部192A(凹部19
2B)が形成できる場合もある。
Further, the
Also, when the
2B) can also be formed.
次の工程では、図7(B)に示すとおり、図7(A)に示す開口部191の側面、及び
前述した凹部に、絶縁体102が成膜される。
In the next step, as shown in FIG. 7B, the
絶縁体102としては、酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁性材料を用いることが
好ましい。例えば、絶縁体102として、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シ
リコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウムなどを用いることが好ましい。このよ
うな絶縁体102を形成することで、絶縁体102を透過して酸素が進入して、後述する
導電体133が酸化されることによる、導電体133の導電性の低下を防ぐことができる
。
As the
次の工程では、図8(A)に示すとおり、図7(B)に示す開口部191の側面、及び
形成されている凹部に、導電体133が成膜される。つまり、絶縁体102の形成面に導
電体133が形成される。
In the next step, as shown in FIG. 8A, a
導電体133として、上述した導電体131A、導電体131B、導電体132A、導
電体132Bに適用できる材料を用いることができる。特に、当該材料のうち、導電性の
高い材料を導電体133に適用するのが好ましい。
As the
次の工程では、図8(B)に示すとおり、レジストマスク形成とエッチング処理などに
よって、前述した凹部のみ導電体133が残るように、開口部191に含まれる導電体1
33が除去される。これによって、導電体133a、導電体133bが形成される。なお
、このとき、絶縁体101A乃至絶縁体101E、導電体131A、及び導電体131B
が開口部191に露出しない程度であれば、絶縁体102の一部が除去されていてもよい
。
In the next step, as shown in FIG. 8B, the
33 are removed. Thus,
A portion of the
なお、レジストマスクの形成とエッチング処理と、については、図6(B)の説明を参
酌する。
Note that the description of FIG. 6B is referred to for the formation of the resist mask and the etching treatment.
ところで、導電体133a(導電体133b)は、図1(A)に示す容量素子CSの他
方の電極として機能する。つまり、図8(B)に示す領域181A(領域181B)にお
いて、容量素子CSが形成されている。
Incidentally, the
次の工程では、図9(A)に示すとおり、開口部191の側面部に位置する絶縁体10
2、導電体133a、及び導電体133bの形成面に、半導体151が成膜される。
In the next step, as shown in FIG.
2. A
半導体151としては、実施の形態3で説明する金属酸化物が含まれている材料を適用
するのが好ましい。
As the
ところで、半導体151に金属酸化物が含まれている場合、半導体151に接する絶縁
体102は、酸素だけでなく、水又は水素などの不純物の透過を抑制する機能を有する絶
縁性材料を用いることが好ましい。そのような絶縁体102を形成することで、絶縁体1
02を透過して水又は水素などの不純物が進入して、半導体151に含まれる酸素と反応
して水となるのを防ぐことができる。半導体151内で水が生成されると、半導体151
内で酸素欠損が形成される場合がある。当該酸素欠損に、水素などの不純物が入ることに
より、キャリアとなる電子が生成される場合がある。そのため、半導体151内において
、水素が多く含まれている領域が存在する場合、当該領域がチャネル形成領域に含まれる
トランジスタは、ノーマリーオン特性となりやすい。これを防ぐため、絶縁体102とし
て、酸素だけでなく、水又は水素などの不純物の透過を抑制する機能を有する絶縁性材料
を用いることが望まれる。
By the way, in the case where the
Impurities such as water or hydrogen can be prevented from entering through the film 02 and reacting with oxygen contained in the
Oxygen vacancies may form within When impurities such as hydrogen enter the oxygen vacancies, electrons serving as carriers may be generated. Therefore, when a region containing a large amount of hydrogen exists in the
また、半導体151に金属酸化物が含まれている場合、半導体151は、形成された領
域によって、導電性が異なる場合がある。図9(A)には、半導体151が形成された領
域のうち、絶縁体102の形成面に有する領域を領域151a、領域151bと図示し、
導電体133a(導電体133b)の形成面に有する領域を領域151cと図示している
。特に、領域151aは、導電体131A(導電体131B)の側面と重畳する領域とし
、領域151bは、絶縁体101A(絶縁体101B乃至絶縁体101E)の側面と重畳
する領域としている。領域151cは、導電体133a(導電体133b)に接している
ため、導電体133aに含まれる水素、又は水などの不純物が領域151cに拡散する場
合がある。上述したとおり、半導体151に水又は水素などの不純物が拡散した場合、キ
ャリアとなる電子が生成される場合があるため、領域151cは低抵抗化されることがあ
る。このため、領域151cは、領域151a、領域151bよりも導電性が高い領域と
なる。
In the case where the
A
領域151aは、トランジスタのチャネル形成領域となる領域である。このため、当該
トランジスタがオン状態のとき、領域151aは低抵抗化するため、領域151bよりも
導電性が高くなる。
The
次の工程では、図9(B)に示すとおり、開口部191の側面部に位置する半導体15
1の形成面に、絶縁体103、半導体152が順に成膜される。
In the next step, as shown in FIG. 9B, the semiconductor 15 positioned on the side of the
An
絶縁体103としては、上述した絶縁体102に適用できる材料を用いることができる
。特に、半導体151に金属酸化物が含まれている場合、絶縁体102としては、酸素だ
けでなく、水又は水素などの不純物の透過を抑制する機能を有する絶縁性材料であること
が好ましい。
As the
ところで、図9(B)に示す領域182A(領域182B)において、図1(A)に示
すトランジスタWTrが構成されている。具体的には、領域182A(領域182B)に
おいて、半導体151の領域151aがトランジスタWTrのチャネル形成領域として機
能し、半導体151の2つの領域151bのそれぞれがトランジスタWTrのソース電極
、ドレイン電極として機能し、導電体132AがトランジスタWTrのゲート電極として
機能する。特に、半導体151として金属酸化物を含む材料を適用している場合、トラン
ジスタWTrはOSトランジスタを構成していることになる。
Incidentally, the transistor WTr illustrated in FIG. 1A is formed in the
半導体152として、半導体151と同様に、実施の形態3で説明する金属酸化物が含
まれる材料を用いることができる。また、半導体152の代替として、シリコンなどの半
導体材料を用いることができる。
As the
次の工程では、図10(A)に示すとおり、半導体152の形成面に絶縁体104が成
膜され、残りの開口部191が埋まるように導電体134が成膜される。
In the next step, as shown in FIG. 10A, the
絶縁体104としては、上述した絶縁体102、絶縁体103に適用できる材料を用い
ることができる。
As the
導電体134としては、上述した導電体131A、導電体131B、導電体132A、
導電体132B、導電体133a、導電体133bに適用できる材料を用いることができ
る。
As the
A material that can be applied to the
ところで、図10(A)に示す領域183A(領域183B)において、図1(A)に
示すトランジスタRTrが構成されている。具体的には、領域183A(領域183B)
において、半導体151の領域151c、2つの領域151b、及び導電体133a(導
電体133b)がトランジスタRTrのゲート電極として機能し、半導体152がトラン
ジスタRTrのチャネル形成領域として機能し、導電体134がトランジスタRTrのバ
ックゲート電極として機能する。特に、半導体152として金属酸化物を含む材料を適用
している場合、トランジスタRTrはOSトランジスタを構成していることになる。
Incidentally, the transistor RTr illustrated in FIG. 1A is formed in the
, the
図6(A)から図10(A)までの工程を行うことにより、図1(A)に示した半導体
装置を作製することができる。
By performing the steps from FIG. 6A to FIG. 10A, the semiconductor device illustrated in FIG. 1A can be manufactured.
本発明の一態様は、図10(A)に示した半導体装置の構成例に限定されない。本発明
の一態様は、場合によって、状況に応じて、又は、必要に応じて、図10(A)に示す半
導体装置を適宜変更した構成とすることができる。
One embodiment of the present invention is not limited to the structural example of the semiconductor device illustrated in FIG. One embodiment of the present invention can have a structure in which the semiconductor device illustrated in FIG. 10A is changed as appropriate depending on circumstances or as needed.
例えば、本発明の一態様は、前述したとおり、図1(C)に示すようにトランジスタW
Tr、トランジスタRTrにバックゲートが設けられていない半導体装置とすることもで
きる。図1(C)に示す半導体装置を作製する場合、図1(A)を作製する過程において
、図10(A)に示す工程の代わりに図10(B)に示す工程を行えばよい。図10(B
)では、図10(A)の導電体134の代わりとして、開口部191が埋まるように絶縁
体105を成膜した工程を示している。なお、絶縁体105は、例えば、絶縁体104と
して適用できる材料を用いることができる。
For example, as described above, one embodiment of the present invention includes a transistor W as illustrated in FIG.
A semiconductor device in which the Tr and the transistor RTr are not provided with a back gate can also be used. In the case of manufacturing the semiconductor device illustrated in FIG. 1C, the step illustrated in FIG. 10B may be performed instead of the step illustrated in FIG. 10A in the manufacturing process of FIG. Figure 10 (B
) shows a step of forming an
また、例えば、本発明の一態様は、トランジスタWTrのスイッチング特性を向上する
ためとして、トランジスタWTrのゲート電極の構成を、図10(A)に示す構成から変
更してもよい。図11(A)、(B)、図12(A)(B)はその半導体装置の作製方法
の一例を示している。図11(A)では、図6(B)において、開口部191の側面に有
する導電体131A(導電体131B)が除去されて、凹部193A(凹部193B)が
形成される工程を示している。ここでは、導電体131A(導電体131B)としては、
積層体100のうち、導電体131A(導電体131B)が選択的に除去されるような材
料(導電体132A(導電体132B)、絶縁体101A乃至絶縁体101Eよりもエッ
チングレートが高い材料)が適用されているものとする。
Further, for example, in one embodiment of the present invention, the structure of the gate electrode of the transistor WTr may be changed from the structure illustrated in FIG. 10A in order to improve switching characteristics of the transistor WTr. 11A, 11B, 12A, and 12B show an example of a method for manufacturing the semiconductor device. 11A shows a step of removing the
A material (a material having a higher etching rate than the
また、凹部193A(凹部193B)は、図6(A)に示す半導体装置の作製工程の段
階で、開口部191、及び凹部193A(凹部193B)が形成される領域に犠牲層を設
けて、図6(B)に示す半導体装置の作製工程で、開口部191と一括で形成してもよい
。また、犠牲層を設けずに開口部191を形成した時に、自動的に凹部193A(凹部1
93B)が形成できる場合もある。
Further, the
93B) can be formed.
次の工程では、図11(B)に示すとおり、図11(A)に示す開口部191の側面、
及び凹部193A(凹部193B)に、半導体153が成膜される。
In the next step, as shown in FIG. 11(B), the side surface of the
And the
半導体153としては、実施の形態3で説明する金属酸化物が含まれている材料を適用
するものとする。
As the
次の工程では、図12(A)に示すとおり、レジストマスク形成とエッチング処理など
によって、前述した凹部193A(凹部193B)のみ半導体153が残るように、開口
部191に含まれる半導体153が除去される。また、この処理と同時に、又は、この処
理の後に、エッチング処理を行って導電体132A(導電体132B)を除去して、凹部
192A(凹部192B)を形成する。
In the next step, as shown in FIG. 12A, the
次に、図8(B)の工程と同様に、開口部191の側面に対して、半導体153a(半
導体153b)を覆うように絶縁体102を形成する。半導体153(半導体153b)
として、金属酸化物を含む材料が適用されている場合、半導体153a(半導体153b
)は絶縁体102に接することで、絶縁体102に含まれる水素、水などの不純物が半導
体153a(半導体153b)に拡散する。また、半導体153a(半導体153b)は
導電体133a(導電体133b)に接することで、導電体133a(導電体133b)
に含まれる水素、水などの不純物が半導体153a(半導体153b)に拡散する。つま
り、半導体153a(半導体153b)は、水素、水などの不純物を捕集する役割を有す
る。これにより、半導体153a(半導体153b)が低抵抗化して、トランジスタWT
rのゲート電極として機能することができる。この後は、図9(A)から図10(A)ま
でと同様の工程を行うことによって、図12(B)に示す半導体装置を構成することがで
きる。
Next, similarly to the step of FIG. 8B, the
as the
) is in contact with the
Impurities such as hydrogen and water contained in the silicon diffuse into the
It can function as a gate electrode for r. After that, the semiconductor device shown in FIG. 12B can be formed by performing the same steps as those shown in FIGS. 9A to 10A.
また、例えば、本発明の一態様は、図1(A)に示すトランジスタWTrの第1端子、
又は第2端子と、トランジスタRTrのゲートと、の間の電気的な抵抗を小さくするため
として、トランジスタRTrのゲート電極の構成を、図10(A)に示す構成から変更し
てもよい。図13(A)、(B)はその半導体装置の作製方法の一例を示している。図1
3(A)では、図7(A)において開口部191の側面に有する導電体132A(導電体
132B)だけが除去されるのではなく、絶縁体101A乃至絶縁体101Eが除去され
て、凹部194B(凹部194A、凹部194C)が形成される工程を示している。ここ
では、導電体132A(導電体132B)及び絶縁体101A乃至絶縁体101Eとして
は、積層体100のうち、導電体132A(導電体132B)及び絶縁体101A乃至絶
縁体101Eが選択的に除去されるような材料(導電体131A(導電体131B)より
もエッチングレートが高い材料)が適用されているものとする。
Further, for example, in one embodiment of the present invention, the first terminal of the transistor WTr illustrated in FIG.
Alternatively, the structure of the gate electrode of the transistor RTr may be changed from that shown in FIG. 10A in order to reduce the electrical resistance between the second terminal and the gate of the transistor RTr. 13A and 13B show an example of a method for manufacturing the semiconductor device. Figure 1
In 3A, not only the
また、凹部194B(凹部194A、凹部194C)は、図6(A)に示す半導体装置
の作製工程の段階で、開口部191及び凹部194B(凹部194A、凹部194C)が
形成される領域に犠牲層を設けて、図6(B)に示す半導体装置の作製工程で、開口部1
91と一括で形成してもよい。また、犠牲層を設けずに開口部191を形成した時に、自
動的に凹部194B(凹部194A、凹部194C)が形成できる場合もある。
Further, the
91 may be formed together. Further, when the
また、図13(A)では、凹部194B(凹部194A、凹部194C)において、絶
縁体101B、絶縁体101C(絶縁体101A、絶縁体101D、絶縁体101E)よ
りも、導電体132A(導電体132B)のほうが大きく除去されているが、導電体13
2A(導電体132B)よりも、絶縁体101B、絶縁体101C(絶縁体101A、絶
縁体101D、絶縁体101E)のほうを大きく除去してもよい。また、絶縁体101B
、絶縁体101C(絶縁体101A、絶縁体101D、絶縁体101E)と、導電体13
2A(導電体132B)とは、同じ深さとして形成されてもよい。
In addition, in FIG. 13A, in the
,
2A (
図13(B)は、図13(A)の工程を介した場合の、半導体装置の構成例を示してい
る。図13(A)の工程の後では、凹部194B(凹部194A、凹部194C)が埋ま
るように導電体133が成膜され、トランジスタRTrのゲート電極が形成される。図1
3(A)では、トランジスタRTrのゲート電極として機能する導電体133a、導電体
133b、導電体133cを図示している。この後は、図9(A)から図10(A)まで
同様の工程を行うことによって、図13(B)に示す半導体装置を構成することができる
。この半導体装置は、図10(A)に示す半導体装置よりも、半導体151と導電体13
3a(導電体133b)との接触面積を大きくした構成となっている。半導体151に金
属酸化物を有する材料を適用した場合、図13(B)に示す半導体装置は、図10(A)
に示す領域151bが存在しないため、トランジスタWTrの第1端子、又は第2端子と
、トランジスタRTrのゲートと、の間の電気的な抵抗を小さくすることができる。
FIG. 13B shows a configuration example of a semiconductor device through the process of FIG. 13A. After the step of FIG. 13A, the
3A illustrates a
The contact area with 3a (
1 does not exist, electrical resistance between the first terminal or the second terminal of the transistor WTr and the gate of the transistor RTr can be reduced.
<<作製方法例2>>
ここでは、本実施の形態の半導体装置として、作製方法例1とは異なる構造の例につい
て、図14乃至図16を用いて説明する。
<<Manufacturing method example 2>>
Here, as a semiconductor device of this embodiment, an example of a structure different from that of Manufacturing Method Example 1 is described with reference to FIGS.
図14乃至図16は、図6乃至図10と同様に、図1(A)に示す半導体装置の作製例
を説明するための断面図であり、特に、トランジスタWTr、トランジスタRTrのチャ
ネル長方向の断面図を示している。また、図14乃至図16の断面図では、図6乃至図1
0と同様に、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。
Similar to FIGS. 6 to 10, FIGS. 14A to 16B are cross-sectional views illustrating an example of manufacturing the semiconductor device illustrated in FIG. Fig. 3 shows a cross-sectional view; 6 to 1 in the cross-sectional views of FIGS.
0, some elements are omitted for clarity of illustration.
初めの工程ついては、作製方法例1で説明した図6(A)から図7(B)までの説明の
記載を参酌する。
For the first steps, the description of FIGS. 6A to 7B described in Manufacturing Method Example 1 is taken into consideration.
図14(A)に示す工程は、図7(B)に示す工程の続きを示したものである。図14
(A)では、図7(B)に示した開口部191の側面、及び形成されている凹部に、半導
体151が成膜される。つまり、絶縁体102の形成面に半導体151が形成される。
The process shown in FIG. 14A is a continuation of the process shown in FIG. 7B. Figure 14
In (A), a
半導体151としては、実施の形態3で説明する半導体を適用するのが好ましい。
As the
次の工程では、図14(B)に示すとおり、図14(A)に示す開口部191の側面、
及び形成されている凹部に、導電体133が成膜される。
In the next step, as shown in FIG. 14(B), the side surface of the
And the
導電体133については、作製方法例1で説明した導電体133の記載を参酌する。
For the
次の工程では、図15(A)に示すとおり、レジストマスク形成とエッチング処理など
によって、前述した凹部のみ導電体133が残るように、開口部191に含まれる導電体
133が除去される。これによって、導電体133a、導電体133bが形成される。な
お、このとき、絶縁体102が開口部191に露出しない程度であれば、半導体151の
一部が除去されていてもよい。
In the next step, as shown in FIG. 15A, the
なお、レジストマスクの形成とエッチング処理と、については、図6(B)の説明を参
酌する。
Note that the description of FIG. 6B is referred to for the formation of the resist mask and the etching treatment.
ところで、導電体133a(導電体133b)は、図1(A)に示す容量素子CSの他
方の電極として機能する。つまり、図15(A)に示す領域181A(領域181B)に
おいて、容量素子CSが形成されている。
Incidentally, the
半導体151については、作製方法例1で説明した半導体151の記載を参酌する。ま
た、半導体151に金属酸化物が含まれている場合、半導体151は、領域151a、領
域151b、領域151cに分けることができる。領域151a、領域151b、領域1
51cについては、作製方法例1で説明した領域151a、領域151b、領域151c
の記載を参酌する。
For the
For 51c, the
Consider the description of.
次の工程では、図15(B)に示すとおり、開口部191の側面部に位置する導電体1
33a、導電体133b、及び半導体151の形成面に絶縁体103が成膜され、その後
に、絶縁体103の形成面に半導体152が成膜される。
In the next step, as shown in FIG. 15B, the
The
絶縁体103については、作製方法例1で説明した絶縁体103の記載を参酌する。
For the
半導体152については、作製方法例1で説明した半導体152の記載を参酌する。
For the
ところで、図15(B)に示す領域182A(領域182B)において、図1(A)に
示すトランジスタWTrが構成されている。具体的には、領域182A(領域182B)
において、半導体151の領域151aがトランジスタWTrのチャネル形成領域として
機能し、半導体151の2つの領域151bのそれぞれがトランジスタWTrのソース電
極、ドレイン電極として機能し、導電体132AがトランジスタWTrのゲート電極とし
て機能する。特に、半導体151として金属酸化物を含む材料を適用している場合、トラ
ンジスタWTrはOSトランジスタを構成していることになる。
Incidentally, the transistor WTr illustrated in FIG. 1A is formed in the
, a
次の工程では、図16(A)に示すとおり、半導体152の形成面に絶縁体104が成
膜され、残りの開口部191が埋まるように導電体134が成膜される。
In the next step, as shown in FIG. 16A, the
絶縁体104については、作製方法例1で説明した絶縁体104の記載を参酌する。
For the
導電体134については、作製方法例1で説明した導電体134の記載を参酌する。
For the
ところで、図16(A)に示す領域183A(領域183B)において、図1(A)に
示すトランジスタRTrが構成されている。具体的には、領域183A(領域183B)
において、半導体151の領域151c、2つの領域151b、及び導電体133a(導
電体133b)がトランジスタRTrのゲート電極として機能し、半導体152がトラン
ジスタRTrのチャネル形成領域として機能し、導電体134がトランジスタRTrのバ
ックゲート電極として機能する。特に、半導体152として金属酸化物を含む材料を適用
している場合、トランジスタRTrはOSトランジスタを構成していることになる。
Incidentally, the transistor RTr illustrated in FIG. 1A is formed in the
, the
図6(A)から図7(B)、図14(A)から図16(A)までの工程を行うことによ
り、図1(A)に示した半導体装置を作製することができる。
By performing the steps of FIGS. 6A to 7B and FIGS. 14A to 16A, the semiconductor device illustrated in FIG. 1A can be manufactured.
本発明の一態様は、図16(A)に示した半導体装置の構成例に限定されない。本発明
の一態様は、場合によって、状況に応じて、又は、必要に応じて、図16(A)に示す半
導体装置を適宜変更した構成とすることができる。
One embodiment of the present invention is not limited to the structural example of the semiconductor device illustrated in FIG. One embodiment of the present invention can have a structure in which the semiconductor device illustrated in FIG. 16A is changed as appropriate depending on circumstances or as needed.
例えば、本発明の一態様は、前述したとおり、図1(C)に示すようにトランジスタW
Tr、トランジスタRTrにバックゲートが設けられていない半導体装置とすることもで
きる。図1(C)に示す半導体装置を作製する場合、図1(A)を作製する過程において
、図16(A)に示す工程ではなく図16(B)に示す工程を行えばよい。図16(B)
では、図16(A)の導電体134の代わりとして、開口部191が埋まるように絶縁体
105を成膜した工程を示している。なお、絶縁体105は、例えば、絶縁体104とし
て適用できる材料を用いることができる。
For example, as described above, one embodiment of the present invention includes a transistor W as illustrated in FIG.
A semiconductor device in which the Tr and the transistor RTr are not provided with a back gate can also be used. In the case of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1C, the process shown in FIG. 16B may be performed instead of the process shown in FIG. 16A in the process of manufacturing FIG. FIG. 16(B)
Then, instead of the
また、例えば、本発明の一態様は、トランジスタWTrのスイッチング特性を向上する
ためとして、トランジスタWTrのゲート電極の構成を、図16(A)に示す構成から変
更してもよい。図17はその半導体装置の構成例を示している。図17に示す半導体装置
を作製する場合、作製方法例1で説明した図12(B)に示す構成例のように、凹部19
3A(凹部193B)が埋まるように半導体153a(半導体153b)を形成する。次
に、開口部191の側面に対して、半導体153a(半導体153b)を覆うように絶縁
体102を形成する。その後は、図14(A)から図16(A)までと同様の工程を行う
ことによって、図17に示す半導体装置を構成することができる。なお、図17を構成す
ることによる効果は、作製方法例1で説明した図11(A)、(B)、図12(A)、(
B)の説明の記載を参酌する。
Further, for example, in one embodiment of the present invention, the structure of the gate electrode of the transistor WTr may be changed from the structure illustrated in FIG. 16A in order to improve switching characteristics of the transistor WTr. FIG. 17 shows a configuration example of the semiconductor device. When fabricating the semiconductor device shown in FIG.
A
The description of B) is taken into consideration.
また、例えば、本発明の一態様は、図1(A)に示すトランジスタWTrの第1端子、
又は第2端子と、トランジスタRTrのゲートと、の間の電気的な抵抗を小さくするため
として、トランジスタRTrのゲート電極の構成を、図16(A)に示す構成から変更し
てもよい。図18はその半導体装置の構成例を示している。図18に示す半導体装置を作
製する場合、作製方法例1で説明した図13(A)に示す構成例を作製する。その後は、
図14(A)から図16(A)までと同様の工程を行うことによって、図18に示す半導
体装置を構成することができる。なお、図18を構成することによる効果は、作製方法例
1で説明した図13(B)の説明の記載を参酌する。
Further, for example, in one embodiment of the present invention, the first terminal of the transistor WTr illustrated in FIG.
Alternatively, the structure of the gate electrode of the transistor RTr may be changed from that shown in FIG. 16A in order to reduce the electrical resistance between the second terminal and the gate of the transistor RTr. FIG. 18 shows a configuration example of the semiconductor device. In the case of manufacturing the semiconductor device illustrated in FIG. 18, the structural example illustrated in FIG. After that,
14A to 16A, the semiconductor device shown in FIG. 18 can be formed. Note that the description of FIG. 13B described in Manufacturing Method Example 1 will be referred to for the effect of the structure shown in FIG.
上述した作製方法例1、又は作製方法例2によって、多くのデータを保持できる半導体
装置を作製することができる。
By manufacturing method example 1 or manufacturing method example 2 described above, a semiconductor device capable of holding a large amount of data can be manufactured.
ここで、図5(B)に示す半導体装置の領域SD2に、図10(A)に示す半導体装置
(図1(A)の回路構成)の断面図を適用した構造を図19に示す。なお、領域SD1は
、メモリセルMCに相当する。図19に示す通り、配線RWL、配線WWLである導電体
と、絶縁体と、積層した構造体に対して、一括に開口部を設けて、上述した作製方法例1
、又は作製方法例2に記載の通りに作製を行うことで、図1(A)の回路構成を実現する
ことができる。
Here, FIG. 19 shows a structure in which the cross-sectional view of the semiconductor device shown in FIG. 10A (the circuit configuration of FIG. 1A) is applied to the region SD2 of the semiconductor device shown in FIG. 5B. Note that the region SD1 corresponds to the memory cell MC. As shown in FIG. 19, openings are collectively provided in the stacked structure of the conductors and insulators, which are the wiring RWL and the wiring WWL, and the manufacturing method example 1 described above is performed.
Alternatively, by manufacturing as described in Manufacturing Method Example 2, the circuit structure in FIG. 1A can be realized.
<周辺回路との接続例>
作製方法例1、又は作製方法例2に示した半導体装置は、その下層に読み出し回路、プ
リチャージ回路などのメモリセルアレイの周辺回路を形成してもよい。この場合、シリコ
ン基板などの上にSiトランジスタを形成して当該周辺回路を構成し、その後、作製方法
例1、又は作製方法例2で、当該周辺回路上に本発明の一態様の半導体装置を形成すれば
よい。図20(A)は、周辺回路をプレーナ型のSiトランジスタで構成して、その上層
に本発明の一態様の半導体装置を形成した断面図である。また、図21(A)は、周辺回
路をFIN型のSiトランジスタで構成して、その上層に本発明の一態様の半導体装置を
形成した断面図である。なお、図20(A)、図20(B)に示す半導体装置は、一例と
して、図10(A)の構成を適用している。
<Connection example with peripheral circuit>
In the semiconductor device shown in Manufacturing Method Example 1 or Manufacturing Method Example 2, a peripheral circuit of a memory cell array such as a reading circuit and a precharge circuit may be formed in a lower layer. In this case, the peripheral circuit is formed by forming a Si transistor over a silicon substrate or the like, and then the semiconductor device of one embodiment of the present invention is formed over the peripheral circuit by Manufacturing Method Example 1 or Manufacturing Method Example 2. should be formed. FIG. 20A is a cross-sectional view in which a peripheral circuit is formed using a planar Si transistor and a semiconductor device of one embodiment of the present invention is formed thereover. FIG. 21A is a cross-sectional view in which a peripheral circuit is formed using a FIN Si transistor and a semiconductor device of one embodiment of the present invention is formed thereover. Note that the structure of FIG. 10A is applied to the semiconductor devices illustrated in FIGS. 20A and 20B as an example.
図20(A)、図21(A)において、周辺回路を構成するSiトランジスタは、基板
1700上に形成される。素子分離層1701は、複数のSiトランジスタの間に形成さ
れる。Siトランジスタのソース及びドレインとして導電体1712が形成されている。
導電体1730は、チャネル幅方向に延びて形成しており、他のSiトランジスタ、又は
導電体1712に接続されている(図示しない)。
In FIGS. 20A and 21A, Si transistors forming a peripheral circuit are formed on a
The
基板1700としては、シリコンや炭化シリコンからなる単結晶半導体基板、多結晶半
導体基板、シリコンゲルマニウムからなる化合物半導体基板や、SOI基板などを用いる
ことができる。
As the
また、基板1700として、例えば、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、金属
基板、可撓性基板、貼り合わせフィルム、繊維状の材料を含む紙、又は基材フィルム、な
どを用いてもよい。また、ある基板を用いて半導体素子を形成し、その後、別の基板に半
導体素子を転置してもよい。図20(A)、図21(A)では、一例として、基板170
0に単結晶シリコンウエハを用いた例を示している。
Alternatively, as the
0 shows an example using a single crystal silicon wafer.
ここで、Siトランジスタの詳細について説明を行う。図20(A)に示すプレーナ型
のSiトランジスタは、チャネル長方向の断面図を示し、図20(B)に示すプレーナ型
のSiトランジスタは、チャネル幅方向の断面図を示している。Siトランジスタは、ウ
ェル1792に設けられたチャネル形成領域1793と、低濃度不純物領域1794及び
高濃度不純物領域1795(これらを合わせて単に不純物領域とも呼ぶ)と、該不純物領
域に接して設けられた導電性領域1796と、チャネル形成領域1793上に設けられた
ゲート絶縁膜1797と、ゲート絶縁膜1797上に設けられたゲート電極1790と、
ゲート電極1790の側面に設けられた側壁絶縁層1798、側壁絶縁層1799とを有
する。なお、導電性領域1796には、金属シリサイド等を用いてもよい。
Details of the Si transistor will now be described. The planar Si transistor shown in FIG. 20A shows a cross-sectional view in the channel length direction, and the planar Si transistor shown in FIG. 20B shows a cross-sectional view in the channel width direction. The Si transistor includes a
また、図21(A)に示すFIN型のSiトランジスタは、チャネル長方向の断面図を
示し、図21(B)に示すFIN型のSiトランジスタは、チャネル幅方向の断面図を示
している。図21(A)、(B)に示すSiトランジスタは、チャネル形成領域1793
が凸形状を有し、その側面及び上面に沿ってゲート絶縁膜1797及びゲート電極179
0が設けられている。本実施の形態では、半導体基板の一部を加工して凸部を形成する場
合を示したが、SOI基板を加工して凸形状を有する半導体層を形成してもよい。なお、
図21(A)、(B)に示す符号は、図20(A)、(B)に示す符号と同一である。
The FIN Si transistor shown in FIG. 21A is a cross-sectional view in the channel length direction, and the FIN Si transistor shown in FIG. 21B is a cross-sectional view in the channel width direction. The Si transistor shown in FIGS. 21A and 21B has a
has a convex shape, and a
0 is provided. In this embodiment mode, the case where a part of the semiconductor substrate is processed to form a convex portion is described; however, a semiconductor layer having a convex shape may be formed by processing an SOI substrate. note that,
The symbols shown in FIGS. 21A and 21B are the same as the symbols shown in FIGS. 20A and 20B.
なお、本明細書等で開示された、絶縁体、導電体、半導体などは、PVD(Phisi
cal Vapor Deposition)法、CVD(Chemical Vapo
r Deposition)法により形成することができる。PVD法としては、例えば
、スパッタリング法、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、PLD(Pulsed La
ser Deposition)法などが挙げられる。また、CVD法として、プラズマ
CVD法、熱CVD法を用いて形成などが挙げられる。特に、熱CVD法としては、例え
ば、MOCVD(Metal Organic Chemical Vepor Dep
osition)法やALD(Atomic Layer Deposition)法な
どが挙げられる。
Insulators, conductors, semiconductors, etc. disclosed in this specification etc. are PVD (Phis
Cal Vapor Deposition) method, CVD (Chemical Vapor Deposition) method
r Deposition) method. PVD methods include, for example, a sputtering method, a resistance heating vapor deposition method, an electron beam vapor deposition method, and a PLD (Pulsed La
(ser Deposition) method and the like. As the CVD method, a plasma CVD method, a thermal CVD method, and the like are used. In particular, as a thermal CVD method, for example, MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Depth
position) method and ALD (Atomic Layer Deposition) method.
熱CVD法は、プラズマを使わない成膜方法のため、プラズマダメージにより欠陥が生
成されることが無いという利点を有する。
The thermal CVD method is a film forming method that does not use plasma, so it has the advantage of not generating defects due to plasma damage.
熱CVD法は、原料ガスと酸化剤を同時にチャンバー内に送り、チャンバー内を大気圧
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。
In the thermal CVD method, a raw material gas and an oxidizing agent are sent into a chamber at the same time, the inside of the chamber is made to be under atmospheric pressure or reduced pressure, and a film is formed by reacting near or on the substrate and depositing it on the substrate. .
また、ALD法は、チャンバー内を大気圧または減圧下とし、反応のための原料ガスが
順次にチ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の薄
い層を成膜し、後から導入される第2の原料ガスと反応して、第2の薄い層が第1の薄い
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FETを作製する場合に適している。
Further, in the ALD method, the inside of the chamber is set to atmospheric pressure or reduced pressure, raw material gases for reaction are sequentially introduced into the chamber, and film formation may be performed by repeating the order of gas introduction. For example, by switching the switching valves (also called high-speed valves), two or more source gases are sequentially supplied to the chamber, and the first source gas is supplied simultaneously with or after the first source gas so as not to mix the two or more source gases. Introduce an active gas (argon, nitrogen, etc.),
A second source gas is introduced. When the inert gas is introduced at the same time, the inert gas serves as a carrier gas, and the inert gas may be introduced at the same time as the introduction of the second raw material gas. Alternatively, instead of introducing the inert gas, the second source gas may be introduced after the first source gas is exhausted by evacuation. The first source gas adsorbs on the surface of the substrate to form a first thin layer, which reacts with the second source gas introduced later to form a second thin layer on the first thin layer. is laminated to form a thin film. A thin film with excellent step coverage can be formed by repeating this gas introduction sequence several times until a desired thickness is obtained. Since the thickness of the thin film can be adjusted by the number of times the gas introduction sequence is repeated, precise film thickness adjustment is possible, and this method is suitable for manufacturing fine FETs.
MOCVD法やALD法などの熱CVD法は、これまでに記載した実施形態に開示され
た金属膜、半導体膜、無機絶縁膜など様々な膜を形成することができ、例えば、In-G
a-Zn-O膜を成膜する場合には、トリメチルインジウム(In(CH3)3)、トリ
メチルガリウム(Ga(CH3)3)、及びジメチル亜鉛(Zn(CH3)2)を用いる
。また、これらの組み合わせに限定されず、トリメチルガリウムに代えてトリエチルガリ
ウム(Ga(C2H5)3)を用いることもでき、ジメチル亜鉛に代えてジエチル亜鉛(
Zn(C2H5)2)を用いることもできる。
Thermal CVD methods such as MOCVD and ALD can form various films such as metal films, semiconductor films, and inorganic insulating films disclosed in the embodiments described above.
Trimethylindium (In(CH 3 ) 3 ), trimethylgallium (Ga(CH 3 ) 3 ), and dimethylzinc (Zn(CH 3 ) 2 ) are used for forming an a-Zn-O film. Moreover, it is not limited to these combinations, triethylgallium (Ga(C 2 H 5 ) 3 ) can be used instead of trimethylgallium, and diethylzinc (
Zn( C2H5 )2 ) can also be used.
例えば、ALDを利用する成膜装置により酸化ハフニウム膜を形成する場合には、溶媒
とハフニウム前駆体化合物を含む液体(ハフニウムアルコキシドや、テトラキスジメチル
アミドハフニウム(TDMAH、Hf[N(CH3)2]4)などのハフニウムアミド)
を気化させた原料ガスと、酸化剤としてオゾン(O3)の2種類のガスを用いる。また、
他の材料としては、テトラキス(エチルメチルアミド)ハフニウムなどがある。
For example, when a hafnium oxide film is formed by a film forming apparatus using ALD, a liquid containing a solvent and a hafnium precursor compound (hafnium alkoxide, tetrakisdimethylamide hafnium (TDMAH, Hf[N(CH 3 ) 2 ] 4 ) Hafnium amides such as
and ozone (O 3 ) as an oxidizing agent. again,
Other materials include tetrakis(ethylmethylamido)hafnium.
例えば、ALDを利用する成膜装置により酸化アルミニウム膜を形成する場合には、溶
媒とアルミニウム前駆体化合物を含む液体(トリメチルアルミニウム(TMA、Al(C
H3)3)など)を気化させた原料ガスと、酸化剤としてH2Oの2種類のガスを用いる
。また、他の材料としては、トリス(ジメチルアミド)アルミニウム、トリイソブチルア
ルミニウム、アルミニウムトリス(2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジ
オナート)などがある。
For example, when forming an aluminum oxide film with a film forming apparatus using ALD, a liquid containing a solvent and an aluminum precursor compound (trimethylaluminum (TMA, Al(C
Two types of gases are used: a source gas obtained by vaporizing H 3 ) 3 ), etc.) and H 2 O as an oxidizing agent. Other materials include tris(dimethylamido)aluminum, triisobutylaluminum, and aluminum tris(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate).
例えば、ALDを利用する成膜装置により酸化シリコン膜を形成する場合には、ヘキサ
クロロジシランを被成膜面に吸着させ、酸化性ガス(O2、一酸化二窒素)のラジカルを
供給して吸着物と反応させる。
For example, when a silicon oxide film is formed by a film forming apparatus using ALD, hexachlorodisilane is adsorbed on the film formation surface, and radicals of oxidizing gas (O 2 , dinitrogen monoxide) are supplied and adsorbed. react with things.
例えば、ALDを利用する成膜装置によりタングステン膜を成膜する場合には、WF6
ガスと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、WF
6ガスとH2ガスを順次繰り返し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。
For example, when forming a tungsten film with a film forming apparatus using ALD, WF 6
gas and B 2 H 6 gas are sequentially and repeatedly introduced to form an initial tungsten film, and then WF
6 gas and H2 gas are successively and repeatedly introduced to form a tungsten film. SiH4 gas may be used instead of B2H6 gas .
例えば、ALDを利用する成膜装置により酸化物半導体膜、例えばIn-Ga-Zn-
O膜を成膜する場合には、In(CH3)3ガスとO3ガスを順次繰り返し導入してIn
-O層を形成し、その後、Ga(CH3)3ガスとO3ガスを順次繰り返し導入してGa
O層を形成し、更にその後Zn(CH3)2ガスとO3ガスを順次繰り返し導入してZn
O層を形成する。なお、これらの層の順番はこの例に限らない。また、これらのガスを用
いてIn-Ga-O層やIn-Zn-O層、Ga-Zn-O層などの混合酸化物層を形成
しても良い。なお、O3ガスに替えてAr等の不活性ガスで水をバブリングして得られた
H2Oガスを用いても良いが、Hを含まないO3ガスを用いる方が好ましい。また、In
(CH3)3ガスにかえて、In(C2H5)3ガスを用いても良い。また、Ga(CH
3)3ガスにかえて、Ga(C2H5)3ガスを用いても良い。また、Zn(CH3)2
ガスを用いても良い。
For example, an oxide semiconductor film such as In—Ga—Zn—
When forming an O film, In(CH 3 ) 3 gas and O 3 gas are sequentially and repeatedly introduced to form an In film.
—O layer is formed, and then Ga(CH 3 ) 3 gas and O 3 gas are successively and repeatedly introduced to form Ga
An O layer is formed, and then Zn(CH 3 ) 2 gas and O 3 gas are sequentially and repeatedly introduced to form a Zn layer.
Form an O layer. Note that the order of these layers is not limited to this example. In addition, a mixed oxide layer such as an In--Ga--O layer, an In--Zn--O layer, or a Ga--Zn--O layer may be formed using these gases. Although H 2 O gas obtained by bubbling water with an inert gas such as Ar may be used instead of O 3 gas, it is preferable to use O 3 gas that does not contain H. Also, In
In(C 2 H 5 ) 3 gas may be used instead of (CH 3 ) 3 gas. Also, Ga(CH
3 ) Ga(C 2 H 5 ) 3 gas may be used instead of 3 gas. Also, Zn( CH3 ) 2
Gas may be used.
なお、本実施の形態で説明した半導体装置のそれぞれの構成例は、互いに適宜組み合わ
せることができる。
Note that the structural examples of the semiconductor devices described in this embodiment can be combined as appropriate.
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができ
る。
Note that this embodiment can be combined with any of the other embodiments described in this specification as appropriate.
(実施の形態2)
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した半導体装置を有する記憶装置について説
明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment mode, a memory device including the semiconductor device described in the above embodiment mode will be described.
図22に記憶装置の構成の一例を示す。記憶装置2600は、周辺回路2601、及び
メモリセルアレイ2610を有する。周辺回路2601は、ローデコーダ2621、ワー
ド線ドライバ回路2622、ビット線ドライバ回路2630、出力回路2640、コント
ロールロジック回路2660を有する。
FIG. 22 shows an example of the configuration of a storage device. A
実施の形態1で説明した図1(A)、(B)、又は(C)に図示した半導体装置は、メ
モリセルアレイ2610に適用することができる。
The semiconductor device illustrated in FIGS. 1A, 1B, or 1C described in
ビット線ドライバ回路2630は、カラムデコーダ2631、プリチャージ回路263
2、センスアンプ2633、及び書き込み回路2634を有する。プリチャージ回路26
32は、実施の形態1で説明した配線RBLのノードN1(図22に図示していない)を
所定の電位にプリチャージする機能を有する。センスアンプ2633は、読み出されたノ
ードN2の電位をデータ信号として取得して、当該データ信号を増幅する機能を有する。
増幅されたデータ信号は、出力回路2640を介して、デジタルのデータ信号RDATA
として記憶装置2600の外部に出力される。
The bit
2, a
32 has a function of precharging the node N1 (not shown in FIG. 22) of the wiring RBL described in the first embodiment to a predetermined potential. The
The amplified data signal is output via
, and is output to the outside of the
また、記憶装置2600には、外部から電源電圧として低電源電圧(VSS)、周辺回
路2601用の高電源電圧(VDD)、メモリセルアレイ2610用の高電源電圧(VI
L)が供給される。
In addition, the
L) is supplied.
また、記憶装置2600には、制御信号(CE、WE、RE)、アドレス信号ADDR
、データ信号WDATAが外部から入力される。アドレス信号ADDRは、ローデコーダ
2621及びカラムデコーダ2631に入力され、データ信号WDATAは書き込み回路
2634に入力される。
In addition, the
, the data signal WDATA is input from the outside. The address signal ADDR is input to the
コントロールロジック回路2660は、外部からの入力信号(CE、WE、RE)を処
理して、ローデコーダ2621、カラムデコーダ2631の制御信号を生成する。CEは
、チップイネーブル信号であり、WEは、書き込みイネーブル信号であり、REは、読み
出しイネーブル信号である。コントロールロジック回路2660が処理する信号は、これ
に限定されるものではなく、必要に応じて、他の制御信号を入力すればよい。
The
なお、上述の各回路あるいは各信号は、必要に応じて、適宜、取捨することができる。 It should be noted that each circuit or each signal described above can be appropriately discarded as needed.
また、pチャネル型Siトランジスタと、後述する実施の形態の酸化物半導体(好まし
くはIn、Ga、及びZnを含む酸化物)をチャネル形成領域に含むトランジスタを用い
、記憶装置2600に適用することで、小型の記憶装置2600を提供できる。また、消
費電力低減することが可能な記憶装置2600を提供できる。また、動作速度を向上する
ことが可能な記憶装置2600を提供できる。特に、Siトランジスタはpチャネル型の
みとすることで、製造コストを低く抑えることができる。
In addition, a p-channel Si transistor and a transistor including an oxide semiconductor (preferably an oxide containing In, Ga, and Zn) in an embodiment described below in a channel formation region are used and applied to the
なお、本実施の形態の構成例は、図22の構成に限定されない。例えば、周辺回路26
01の一部、例えばプリチャージ回路2632又は/及びセンスアンプ2633をメモリ
セルアレイ2610の下層に設ける、などのように適宜構成を変更してもよい。
Note that the configuration example of this embodiment is not limited to the configuration in FIG. 22 . For example, peripheral circuit 26
01, for example, the
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができ
る。
Note that this embodiment can be combined with any of the other embodiments described in this specification as appropriate.
(実施の形態3)
本実施の形態では、上記実施の形態で用いたOSトランジスタのチャネル形成領域に含
まれる金属酸化物について説明を行う。
(Embodiment 3)
In this embodiment, the metal oxide contained in the channel formation region of the OS transistor used in the above embodiment will be described.
金属酸化物は、少なくともインジウムまたは亜鉛を含むことが好ましい。特にインジウ
ムおよび亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、
イットリウムまたはスズなどが含まれていることが好ましい。また、ホウ素、シリコン、
チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム
、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれ
た一種、または複数種が含まれていてもよい。
The metal oxide preferably contains at least indium or zinc. Indium and zinc are particularly preferred. Also, in addition to them, aluminum, gallium,
It preferably contains yttrium, tin, or the like. In addition, boron, silicon,
One or more selected from titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, or magnesium may be included.
ここでは、金属酸化物が、インジウム、元素Mおよび亜鉛を有するIn-M-Zn酸化
物である場合を考える。なお、元素Mは、アルミニウム、ガリウム、イットリウムまたは
スズなどとする。そのほかの元素Mに適用可能な元素としては、ホウ素、シリコン、チタ
ン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネ
オジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、マグネシウムなどがある。ただし、元素
Mとして、前述の元素を複数組み合わせても構わない場合がある。
Consider here the case where the metal oxide is an In--M--Zn oxide with indium, the element M and zinc. Note that the element M is aluminum, gallium, yttrium, tin, or the like. Other elements applicable to element M include boron, silicon, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, and magnesium. However, as the element M, there are cases where a plurality of the above elements may be combined.
次に、図23(A)、図23(B)、および図23(C)を用いて、本発明に係る金属
酸化物が有するインジウム、元素Mおよび亜鉛の原子数比の好ましい範囲について説明す
る。なお、図23(A)、図23(B)、および図23(C)には、酸素の原子数比につ
いては記載しない。また、金属酸化物が有するインジウム、元素M、および亜鉛の原子数
比のそれぞれの項を[In]、[M]、および[Zn]とする。
Next, with reference to FIGS. 23(A), 23(B), and 23(C), a preferred range of atomic number ratios of indium, element M, and zinc in the metal oxide according to the present invention will be described. . Note that the atomic number ratio of oxygen is not shown in FIGS. 23A, 23B, and 23C. Further, the terms of the atomic ratios of indium, the element M, and zinc contained in the metal oxide are represented by [In], [M], and [Zn], respectively.
図23(A)、図23(B)、および図23(C)において、破線は、[In]:[M
]:[Zn]=(1+α):(1-α):1の原子数比(-1≦α≦1)となるライン、
[In]:[M]:[Zn]=(1+α):(1-α):2の原子数比となるライン、[
In]:[M]:[Zn]=(1+α):(1-α):3の原子数比となるライン、[I
n]:[M]:[Zn]=(1+α):(1-α):4の原子数比となるライン、および
[In]:[M]:[Zn]=(1+α):(1-α):5の原子数比となるラインを表
す。
In FIGS. 23(A), 23(B), and 23(C), dashed lines indicate [In]:[M
]: [Zn] = (1 + α): (1-α): A line with an atomic ratio of 1 (-1 ≤ α ≤ 1),
[In]: [M]: [Zn] = (1 + α): (1-α): a line with an atomic ratio of 2, [
In]:[M]:[Zn]=(1+α):(1−α): lines with an atomic number ratio of 3, [I
n]:[M]:[Zn]=(1+α):(1−α):4 lines and [In]:[M]:[Zn]=(1+α):(1− α): Represents a line with an atomic number ratio of 5.
また、一点鎖線は、[In]:[M]:[Zn]=5:1:βの原子数比(β≧0)と
なるライン、[In]:[M]:[Zn]=2:1:βの原子数比となるライン、[In
]:[M]:[Zn]=1:1:βの原子数比となるライン、[In]:[M]:[Zn
]=1:2:βの原子数比となるライン、[In]:[M]:[Zn]=1:3:βの原
子数比となるライン、および[In]:[M]:[Zn]=1:4:βの原子数比となる
ラインを表す。
In addition, the dashed-dotted line is a line with an atomic ratio of [In]:[M]:[Zn]=5:1:β (β≧0), [In]:[M]:[Zn]=2: A line with an atomic ratio of 1:β, [In
]: [M]: [Zn] = 1: 1: line with an atomic ratio of β, [In]: [M]: [Zn
]=1:2:β atomic number lines, [In]:[M]:[Zn]=1:3:β atomic ratio lines and [In]:[M]:[ Zn]=1:4:β line.
また、図23(A)、図23(B)、および図23(C)に示す、[In]:[M]:
[Zn]=0:2:1の原子数比、およびその近傍値の金属酸化物は、スピネル型の結晶
構造をとりやすい。
23(A), 23(B), and 23(C), [In]:[M]:
A metal oxide having an atomic ratio of [Zn]=0:2:1 or a value close thereto tends to have a spinel crystal structure.
また、金属酸化物中に複数の相が共存する場合がある(二相共存、三相共存など)。例
えば、原子数比が[In]:[M]:[Zn]=0:2:1の近傍値である場合、スピネ
ル型の結晶構造と層状の結晶構造との二相が共存しやすい。また、原子数比が[In]:
[M]:[Zn]=1:0:0の近傍値である場合、ビックスバイト型の結晶構造と層状
の結晶構造との二相が共存しやすい。金属酸化物中に複数の相が共存する場合、異なる結
晶構造の間において、結晶粒界が形成される場合がある。
In addition, multiple phases may coexist in the metal oxide (two-phase coexistence, three-phase coexistence, etc.). For example, when the atomic number ratio is close to [In]:[M]:[Zn]=0:2:1, two phases, a spinel crystal structure and a layered crystal structure, tend to coexist. Also, the atomic ratio is [In]:
When [M]:[Zn] is close to 1:0:0, two phases of a bixbyite crystal structure and a layered crystal structure tend to coexist. When multiple phases coexist in a metal oxide, grain boundaries may be formed between different crystal structures.
図23(A)に示す領域Aは、金属酸化物が有する、インジウム、元素M、および亜鉛
の原子数比の好ましい範囲の一例について示している。
A region A shown in FIG. 23A shows an example of a preferable range of the atomic ratio of indium, element M, and zinc in the metal oxide.
金属酸化物は、インジウムの含有率を高くすることで、金属酸化物のキャリア移動度(
電子移動度)を高くすることができる。従って、インジウムの含有率が高い金属酸化物は
インジウムの含有率が低い金属酸化物と比較してキャリア移動度が高くなる。
By increasing the indium content of the metal oxide, the carrier mobility of the metal oxide (
electron mobility) can be increased. Therefore, a metal oxide with a high indium content has higher carrier mobility than a metal oxide with a low indium content.
一方、金属酸化物中のインジウムおよび亜鉛の含有率が低くなると、キャリア移動度が
低くなる。従って、原子数比が[In]:[M]:[Zn]=0:1:0、およびその近
傍値である場合(例えば図23(C)に示す領域C)は、絶縁性が高くなる。
On the other hand, lower contents of indium and zinc in the metal oxide result in lower carrier mobility. Therefore, when the atomic number ratio is [In]:[M]:[Zn]=0:1:0 and its neighboring values (for example, region C shown in FIG. 23C), the insulating property is high. .
従って、本発明の一態様の金属酸化物は、キャリア移動度が高く、かつ、結晶粒界が少
ない層状構造となりやすい、図23(A)の領域Aで示される原子数比を有することが好
ましい。
Therefore, the metal oxide of one embodiment of the present invention preferably has an atomic ratio shown in region A in FIG. 23A, which tends to have a layered structure with high carrier mobility and few crystal grain boundaries. .
特に、図23(B)に示す領域Bでは、領域Aの中でも、CAAC(c-axis a
ligned crystalline)-OSとなりやすく、キャリア移動度も高い優
れた金属酸化物が得られる。
In particular, in region B shown in FIG. 23B, even in region A, CAAC (c-axis a
ligned crystalline)-OS, and an excellent metal oxide having high carrier mobility can be obtained.
CAAC-OSは、c軸配向性を有し、かつa-b面方向において複数のナノ結晶が連
結し、歪みを有した結晶構造である。なお、歪みとは、複数のナノ結晶が連結する領域に
おいて、格子配列の揃った領域と、別の格子配列の揃った領域と、の間で格子配列の向き
が変化している箇所を指す。
CAAC-OS has a c-axis orientation and a distorted crystal structure in which a plurality of nanocrystals are connected in the ab plane direction. The strain refers to a portion where the orientation of the lattice arrangement changes between a region with a uniform lattice arrangement and another region with a uniform lattice arrangement in a region where a plurality of nanocrystals are connected.
ナノ結晶は、六角形を基本とするが、正六角形状とは限らず、非正六角形状である場合
がある。また、歪みにおいて、五角形、および七角形などの格子配列を有する場合がある
。なお、CAAC-OSにおいて、歪み近傍においても、明確な結晶粒界(グレインバウ
ンダリーともいう)を確認することはできない。即ち、格子配列の歪みによって、結晶粒
界の形成が抑制されていることがわかる。これは、CAAC-OSが、a-b面方向にお
いて酸素原子の配列が稠密でないことや、金属元素が置換することで原子間の結合距離が
変化することなどによって、歪みを許容することができるためと考えられる。
Although nanocrystals are basically hexagonal, they are not limited to regular hexagons and may have non-regular hexagons. Also, the distortion may have a lattice arrangement of pentagons, heptagons, and the like. In CAAC-OS, a clear crystal grain boundary (also referred to as a grain boundary) cannot be confirmed even in the vicinity of strain. That is, it can be seen that the distortion of the lattice arrangement suppresses the formation of grain boundaries. This is because the CAAC-OS can tolerate strain due to the fact that the arrangement of oxygen atoms is not dense in the ab plane direction and the bond distance between atoms changes due to the substitution of metal elements. It is considered to be for
CAAC-OSは結晶性の高い金属酸化物である。一方、CAAC-OSは、明確な結
晶粒界を確認することはできないため、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりに
くいといえる。また、金属酸化物の結晶性は不純物の混入や欠陥の生成などによって低下
する場合があるため、CAAC-OSは不純物や欠陥(酸素欠損など)の少ない金属酸化
物ともいえる。従って、CAAC-OSを有する金属酸化物は、物理的性質が安定する。
そのため、CAAC-OSを有する金属酸化物は熱に強く、信頼性が高い。
CAAC-OS is a highly crystalline metal oxide. On the other hand, since a clear grain boundary cannot be confirmed in CAAC-OS, it can be said that the decrease in electron mobility caused by the grain boundary is unlikely to occur. In addition, since the crystallinity of a metal oxide may be degraded by contamination with impurities, generation of defects, or the like, CAAC-OS can be said to be a metal oxide with few impurities and defects (such as oxygen vacancies). Therefore, metal oxides with CAAC-OS have stable physical properties.
Therefore, a metal oxide containing CAAC-OS is heat resistant and highly reliable.
なお、領域Bは、[In]:[M]:[Zn]=4:2:3から4.1、およびその近
傍値を含む。近傍値には、例えば、[In]:[M]:[Zn]=5:3:4が含まれる
。また、領域Bは、[In]:[M]:[Zn]=5:1:6、およびその近傍値、およ
び[In]:[M]:[Zn]=5:1:7、およびその近傍値を含む。
Note that region B includes [In]:[M]:[Zn]=4:2:3 to 4.1 and their neighboring values. Neighborhood values include, for example, [In]:[M]:[Zn]=5:3:4. Also, region B has [In]:[M]:[Zn]=5:1:6 and its neighboring values, and [In]:[M]:[Zn]=5:1:7 and its Contains neighborhood values.
なお、金属酸化物が有する性質は、原子数比によって一義的に定まらない。同じ原子数
比であっても、形成条件により、金属酸化物の性質が異なる場合がある。例えば、金属酸
化物をスパッタリング装置にて成膜する場合、ターゲットの原子数比からずれた原子数比
の膜が形成される。また、成膜時の基板温度によっては、ターゲットの[Zn]よりも、
膜の[Zn]が小さくなる場合がある。従って、図示する領域は、金属酸化物が特定の特
性を有する傾向がある原子数比を示す領域であり、領域A乃至領域Cの境界は厳密ではな
い。
The properties of metal oxides are not uniquely determined by the atomic number ratio. Even if the atomic ratio is the same, the properties of the metal oxide may differ depending on the formation conditions. For example, when a metal oxide is deposited using a sputtering apparatus, a film having an atomic ratio deviating from the atomic ratio of the target is formed. Also, depending on the substrate temperature during film formation, more than [Zn] of the target,
[Zn] of the film may become small. Thus, the illustrated regions are regions exhibiting atomic ratios where metal oxides tend to have particular properties, and the boundaries of regions A through C are not strict.
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができ
る。
Note that this embodiment can be combined with any of the other embodiments described in this specification as appropriate.
(実施の形態4)
本実施の形態では、上記実施の形態の半導体装置を備えることができるCPUについて
説明する。
(Embodiment 4)
In this embodiment, a CPU which can include the semiconductor device of any of the above embodiments will be described.
図24は、実施の形態1で説明した半導体装置を一部に用いたCPUの一例の構成を示す
ブロック図である。
FIG. 24 is a block diagram showing a configuration of an example of a CPU partially using the semiconductor device described in
図24に示すCPUは、基板1190上に、ALU1191(ALU:Arithme
tic 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
1198(Bus I/F)、書き換え可能なROM1199、及び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及び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24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24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、つまりGPUの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。
The CPU shown in FIG. 24 has an ALU 1191 (ALU: Arithme
It may be provided in another chip. Of course, the CPU shown in FIG. 24 is merely an example of a simplified configuration, and actual CPUs have a wide variety of configurations depending on their uses. For example, a configuration including a CPU or an arithmetic circuit shown in FIG. 24 may be used as one core, a plurality of such cores may be included, and the cores may operate in parallel, that is, a configuration like a GPU. The number of bits that the CPU can handle in the internal arithmetic circuit and data bus is, for example, 8 bits, 16 bits, and 16 bits.
bits, 32 bits, 64 bits, and so on.
バスインターフェース1198を介してCPUに入力された命令は、インストラクショ
ンデコーダ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。
Instructions input to the CPU via the
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
。
The
また、タイミングコントローラ1195は、ALU1191、ALUコントローラ11
92、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、及び
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、基準クロック信号を元に、内部クロック信号を生成す
る内部クロック生成部を備えており、内部クロック信号を上記各種回路に供給する。
Also, the
92, generates signals that control the timing of the operation of
図24に示すCPUでは、レジスタ1196に、メモリセルが設けられている。レジス
タ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。
In the CPU shown in FIG. 24, the
図24に示すCPUにおいて、レジスタコントローラ1197は、ALU1191から
の指示に従い、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1
196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。
In the CPU shown in FIG. 24, the
196, whether to hold data by a flip-flop or by a capacitor is selected. When data holding by the flip-flop is selected, power supply voltage is supplied to the memory cells in the
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができ
る。
Note that this embodiment can be combined with any of the other embodiments described in this specification as appropriate.
(実施の形態5)
上記実施の形態の記憶装置を備えることができるメモリカード(例えば、SDカード)
、USB(Universal Serial Bus)メモリ、SSD(Solid
State Drive)等の各種のリムーバブル記憶装置に適用することができる。本
実施の形態では、リムーバブル記憶装置の幾つかの構成例について、図25を用いて、説
明する。
(Embodiment 5)
A memory card (for example, an SD card) that can include the storage device of the above embodiment
, USB (Universal Serial Bus) memory, SSD (Solid
It can be applied to various removable storage devices such as State Drive. In this embodiment, several configuration examples of the removable storage device will be described with reference to FIG.
図25(A)はUSBメモリの模式図である。USBメモリ5100は、筐体5101
、キャップ5102、USBコネクタ5103及び基板5104を有する。基板5104
は、筐体5101に収納されている。基板5104には、記憶装置及び該記憶装置を駆動
する回路が設けられている。例えば、基板5104には、メモリチップ5105、コント
ローラチップ5106が取り付けられている。メモリチップ5105は、実施の形態3で
説明したメモリセルアレイ2610、ワード線ドライバ回路2622、ローデコーダ26
21、センスアンプ2633、プリチャージ回路2632、カラムデコーダ2631など
が組み込まれている。コントローラチップ5106は、具体的にはプロセッサ、ワークメ
モリ、ECC回路等が組み込まれている。なお、メモリチップ5105とコントローラチ
ップ5106とのそれぞれの回路構成は、上述の記載に限定せず、状況に応じて、又は場
合によって、適宜回路構成を変更してもよい。例えば、ワード線ドライバ回路2622、
ローデコーダ2621、センスアンプ2633、プリチャージ回路2632、カラムデコ
ーダ2631をメモリチップ5105でなく、コントローラチップ5106に組み込んだ
構成としてもよい。USBコネクタ5103が外部装置と接続するためのインターフェー
スとして機能する。
FIG. 25A is a schematic diagram of a USB memory. The
, a
are accommodated in the
21, a
The
図25(B)はSDカードの外観の模式図であり、図25(C)は、SDカードの内部
構造の模式図である。SDカード5110は、筐体5111、コネクタ5112及び基板
5113を有する。コネクタ5112が外部装置と接続するためのインターフェースとし
て機能する。基板5113は筐体5111に収納されている。基板5113には、記憶装
置及び記憶装置を駆動する回路が設けられている。例えば、基板5113には、メモリチ
ップ5114、コントローラチップ5115が取り付けられている。メモリチップ511
4には、実施の形態3で説明したメモリセルアレイ2610、ワード線ドライバ回路26
22、ローデコーダ2621、センスアンプ2633、プリチャージ回路2632、カラ
ムデコーダ2631などが組み込まれている。コントローラチップ5115には、プロセ
ッサ、ワークメモリ、ECC回路等が組み込まれている。なお、メモリチップ5114と
コントローラチップ5115とのそれぞれの回路構成は、上述の記載に限定せず、状況に
応じて、又は場合によって、適宜回路構成を変更してもよい。例えば、ワード線ドライバ
回路2622、ローデコーダ2621、センスアンプ2633、プリチャージ回路263
2、カラムデコーダ2631をメモリチップ5114でなく、コントローラチップ511
5に組み込んだ構成としてもよい。
FIG. 25B is a schematic diagram of the appearance of the SD card, and FIG. 25C is a schematic diagram of the internal structure of the SD card. The
4 includes the
22, a
2. The
5 may be incorporated.
基板5113の裏面側にもメモリチップ5114を設けることで、SDカード5110
の容量を増やすことができる。また、無線通信機能を備えた無線チップを基板5113に
設けてもよい。これによって、外部装置とSDカード5110との間で無線通信を行うこ
とができ、メモリチップ5114のデータの読み出し、書き込みが可能となる。
By providing a
capacity can be increased. Alternatively, a wireless chip having a wireless communication function may be provided over the
図25(D)はSSDの外観の模式図であり、図25(E)は、SSDの内部構造の模
式図である。SSD5150は、筐体5151、コネクタ5152及び基板5153を有
する。コネクタ5152が外部装置と接続するためのインターフェースとして機能する。
基板5153は筐体5151に収納されている。基板5153には、記憶装置及び記憶装
置を駆動する回路が設けられている。例えば、基板5153には、メモリチップ5154
、メモリチップ5155、コントローラチップ5156が取り付けられている。メモリチ
ップ5154には、実施の形態3で説明したメモリセルアレイ2610、ワード線ドライ
バ回路2622、ローデコーダ2621、センスアンプ2633、プリチャージ回路26
32、カラムデコーダ2631などが組み込まれている。基板5153の裏面側にもメモ
リチップ5154を設けることで、SSD5150の容量を増やすことができる。メモリ
チップ5155にはワークメモリが組み込まれている。例えば、メモリチップ5155に
は、DRAMチップを用いればよい。コントローラチップ5156には、プロセッサ、E
CC回路などが組み込まれている。なお、メモリチップ5154と、メモリチップ515
5と、コントローラチップ5115と、のそれぞれの回路構成は、上述の記載に限定せず
、状況に応じて、又は場合によって、適宜回路構成を変更しても良い。例えば、コントロ
ーラチップ5156にも、ワークメモリとして機能するメモリを設けてもよい。
FIG. 25D is a schematic diagram of the appearance of the SSD, and FIG. 25E is a schematic diagram of the internal structure of the SSD. The
A
, a
32, a
CC circuit etc. are incorporated. Note that the
5 and the
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができ
る。
Note that this embodiment can be combined with any of the other embodiments described in this specification as appropriate.
(実施の形態6)
本実施の形態では、上記実施の形態の記憶装置を適用することができる電子機器の一例
について説明する。
(Embodiment 6)
In this embodiment, examples of electronic devices to which the memory device of the above embodiment can be applied will be described.
<ノート型パーソナルコンピュータ>
図26(A)はノート型パーソナルコンピュータであり、筐体5401、表示部540
2、キーボード5403、ポインティングデバイス5404等を有する。本発明の一態様
の記憶装置は、ノート型パーソナルコンピュータに備えることができる。
<Laptop Personal Computer>
FIG. 26A shows a notebook personal computer including a
2. It has a
<スマートウォッチ>
図26(B)はウェアラブル端末の一種であるスマートウォッチであり、筐体5901
、表示部5902、操作ボタン5903、操作子5904、バンド5905などを有する
。本発明の一態様の記憶装置は、スマートウォッチに備えることができる。また、表示部
5902に、位置入力装置としての機能が付加された表示装置を用いるようにしてもよい
。また、位置入力装置としての機能は、表示装置にタッチパネルを設けることで付加する
ことができる。あるいは、位置入力装置としての機能は、フォトセンサとも呼ばれる光電
変換素子を表示装置の画素部に設けることでも、付加することができる。また、操作ボタ
ン5903にスマートウォッチを起動する電源スイッチ、スマートウォッチのアプリケー
ションを操作するボタン、音量調整ボタン、または表示部5902を点灯、あるいは消灯
するスイッチなどのいずれかを備えることができる。また、図26(B)に示したスマー
トウォッチでは、操作ボタン5903の数を2個示しているが、スマートウォッチの有す
る操作ボタンの数は、これに限定されない。また、操作子5904は、スマートウォッチ
の時刻合わせを行うリューズとして機能する。また、操作子5904は、時刻合わせ以外
に、スマートウォッチのアプリケーションを操作する入力インターフェースとして、用い
るようにしてもよい。なお、図26(B)に示したスマートウォッチでは、操作子590
4を有する構成となっているが、これに限定せず、操作子5904を有さない構成であっ
てもよい。
<smart watch>
FIG. 26B shows a smart watch, which is a type of wearable terminal, and has a
, a
4, the configuration is not limited to this, and a configuration without the
<ビデオカメラ>
図26(C)はビデオカメラであり、第1筐体5801、第2筐体5802、表示部5
803、操作キー5804、レンズ5805、接続部5806等を有する。本発明の一態
様の記憶装置は、ビデオカメラに備えることができる。操作キー5804及びレンズ58
05は第1筐体5801に設けられており、表示部5803は第2筐体5802に設けら
れている。そして、第1筐体5801と第2筐体5802とは、接続部5806により接
続されており、第1筐体5801と第2筐体5802の間の角度は、接続部5806によ
り変更が可能である。表示部5803における映像を、接続部5806における第1筐体
5801と第2筐体5802との間の角度に従って切り替える構成としてもよい。
<Video camera>
FIG. 26C shows a video camera including a
803,
05 is provided in the
<携帯電話>
図26(D)は、情報端末の機能を有する携帯電話であり、筐体5501、表示部55
02、マイク5503、スピーカ5504、操作ボタン5505を有する。本発明の一態
様の記憶装置は、携帯電話に備えることができる。また、表示部5502に、位置入力装
置としての機能が付加された表示装置を用いるようにしてもよい。また、位置入力装置と
しての機能は、表示装置にタッチパネルを設けることで付加することができる。あるいは
、位置入力装置としての機能は、フォトセンサとも呼ばれる光電変換素子を表示装置の画
素部に設けることでも、付加することができる。また、操作ボタン5505に携帯電話を
起動する電源スイッチ、携帯電話のアプリケーションを操作するボタン、音量調整ボタン
、または表示部5502を点灯、あるいは消灯するスイッチなどのいずれかを備えること
ができる。
<mobile phone>
FIG. 26D shows a mobile phone having an information terminal function, which includes a
02, a
また、図26(D)に示した携帯電話では、操作ボタン5505の数を2個示している
が、携帯電話の有する操作ボタンの数は、これに限定されない。また、図示していないが
、図26(D)に示した携帯電話は、フラッシュライト、または照明の用途として発光装
置を有する構成であってもよい。
Although the mobile phone shown in FIG. 26D has two
<テレビジョン装置>
図26(E)は、テレビジョン装置を示す斜視図である。テレビジョン装置は、筐体9
000、表示部9001、スピーカ9003、操作キー9005(電源スイッチ、または
操作スイッチを含む)、接続端子9006、センサ9007(力、変位、位置、速度、加
速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場
、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、においまたは赤外線を測定する
機能を含むもの)などを有する。本発明の一態様の記憶装置は、テレビジョン装置に備え
ることができる。テレビジョン装置は、大画面、例えば、50インチ以上、または100
インチ以上の表示部9001を組み込むことが可能である。
<Television device>
FIG. 26E is a perspective view showing a television device. The television set includes a
000,
It is possible to incorporate a
<移動体>
上述した表示装置は、移動体である自動車の運転席周辺に適用することもできる。
<Moving body>
The display device described above can also be applied around the driver's seat of an automobile, which is a mobile object.
例えば、図26(F)は、自動車の室内におけるフロントガラス周辺を表す図である。
図26(F)では、ダッシュボードに取り付けられた表示パネル5701、表示パネル5
702、表示パネル5703の他、ピラーに取り付けられた表示パネル5704を図示し
ている。
For example, FIG. 26F is a diagram showing the vicinity of the windshield in the interior of an automobile.
In FIG. 26F, the
702, a
表示パネル5701乃至表示パネル5703は、ナビゲーション情報、スピードメータ
ーやタコメーター、走行距離、給油量、ギア状態、エアコンの設定など、その他様々な情
報を提供することができる。また、表示パネルに表示される表示項目やレイアウトなどは
、ユーザの好みに合わせて適宜変更することができ、デザイン性を高めることが可能であ
る。表示パネル5701乃至表示パネル5703は、照明装置として用いることも可能で
ある。
表示パネル5704には、車体に設けられた撮像手段からの映像を映し出すことによっ
て、ピラーで遮られた視界(死角)を補完することができる。すなわち、自動車の外側に
設けられた撮像手段からの画像を表示することによって、死角を補い、安全性を高めるこ
とができる。また、見えない部分を補完する映像を映すことによって、より自然に違和感
なく安全確認を行うことができる。表示パネル5704は、照明装置として用いることも
できる。
The
本発明の一態様の記憶装置は、移動体に備えることができる。本発明の一態様の記憶装
置は、例えば、表示パネル5701乃至表示パネル5704に画像を表示する際に用いら
れる、画像データを一時的に格納するフレームメモリや、移動体が有するシステムを駆動
するプログラムを保存する記憶装置などに用いることができる。
A storage device of one embodiment of the present invention can be provided in a mobile object. A storage device of one embodiment of the present invention is, for example, a frame memory that temporarily stores image data, which is used when images are displayed on the
また、図示していないが、図26(A)乃至(C)、(E)、(F)に示した電子機器
は、マイク及びスピーカを有する構成であってもよい。この構成により、例えば、上述し
た電子機器に音声入力機能を付することができる。
Further, although not shown, the electronic devices shown in FIGS. With this configuration, for example, the electronic device described above can be provided with a voice input function.
また、図示していないが、図26(A)、(B)、(D)乃至(F)に示した電子機器
は、カメラを有する構成であってもよい。
Although not shown, the electronic devices shown in FIGS. 26A, 26B, and 26D to 26F may have a camera.
また、図示していないが、図26(A)乃至(F)に示した電子機器は、筐体の内部に
センサ(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、
化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振
動、におい又は赤外線などを測定する機能を含むもの)を有する構成であってもよい。特
に、図26(D)に示す携帯電話に、ジャイロ、加速度センサなどの傾きを検出するセン
サを有する検出装置を設けることで、該携帯電話の向き(鉛直方向に対して該携帯電話が
どの向きに向いているか)を判断して、表示部5502の画面表示を、該携帯電話の向き
に応じて自動的に切り替えるようにすることができる。
Although not shown, the electronic devices shown in FIGS. 26A to 26F have sensors (force, displacement, position, speed, acceleration, angular velocity, rotation speed, distance, fluid, magnetism, temperature,
chemical substance, sound, time, hardness, electric field, current, voltage, power, radiation, flow rate, humidity, gradient, vibration, smell, infrared rays, etc.). In particular, by providing the mobile phone shown in FIG. 26(D) with a detection device having a sensor such as a gyro or an acceleration sensor that detects the inclination, the orientation of the mobile phone (which orientation of the mobile phone with respect to the vertical direction) can be detected. ), and the screen display on the
また、図示していないが、図26(A)乃至(F)に示した電子機器は、指紋、静脈、
虹彩、又は声紋など生体情報を取得する装置を有する構成であってもよい。この構成を適
用することによって、生体認証機能を有する電子機器を実現することができる。
Also, although not shown, the electronic device shown in FIGS.
The configuration may include a device for acquiring biometric information such as iris or voiceprint. By applying this configuration, an electronic device having a biometric authentication function can be realized.
また、図26(A)乃至(F)に示した電子機器の表示部として、可撓性を有する基材
を用いてもよい。具体的には、該表示部は、可撓性を有する基材上にトランジスタ、容量
素子、及び表示素子などを設けた構成としてもよい。この構成を適用することによって、
図26(A)乃至(F)に示した電子機器のように平らな面を有する筐体だけでなく、曲
面を有するような筐体の電子機器を実現することができる。
Further, a flexible base material may be used for the display portion of the electronic device shown in FIGS. Specifically, the display portion may have a structure in which a transistor, a capacitor, a display element, and the like are provided over a flexible base material. By applying this configuration,
An electronic device having a curved surface can be realized in addition to a housing having a flat surface as in the electronic devices shown in FIGS.
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができ
る。
Note that this embodiment can be combined with any of the other embodiments described in this specification as appropriate.
(本明細書等の記載に関する付記)
以上の実施の形態における各構成の説明について、以下に付記する。
(Additional remarks regarding descriptions in this specification, etc.)
A description of each configuration in the above embodiment will be added below.
<実施の形態で述べた本発明の一態様に関する付記>
各実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて、本発明の
一態様とすることができる。また、1つの実施の形態の中に、複数の構成例が示される場
合は、互いに構成例を適宜組み合わせることが可能である。
<Additional Remarks Regarding One Mode of the Present Invention Described in the Embodiment>
The structure described in each embodiment can be combined with any structure described in another embodiment as appropriate to be one embodiment of the present invention. Moreover, when a plurality of configuration examples are shown in one embodiment, the configuration examples can be combined as appropriate.
なお、ある一つの実施の形態の中で述べる内容(一部の内容でもよい)は、その実施の
形態で述べる別の内容(一部の内容でもよい)と、一つ若しくは複数の別の実施の形態で
述べる内容(一部の内容でもよい)との少なくとも一つの内容に対して、適用、組み合わ
せ、又は置き換えなどを行うことができる。
It should be noted that the content (or part of the content) described in one embodiment may be combined with another content (or part of the content) described in that embodiment, or one or a plurality of other implementations. can be applied, combined, or replaced with at least one of the contents described in the form of (may be part of the contents).
なお、実施の形態の中で述べる内容とは、各々の実施の形態において、様々な図を用い
て述べる内容、又は明細書に記載される文章を用いて述べる内容のことである。
In addition, the content described in the embodiment means the content described using various drawings or the content described using sentences described in the specification in each embodiment.
なお、ある一つの実施の形態において述べる図(一部でもよい)は、その図の別の部分
、その実施の形態において述べる別の図(一部でもよい)と、一つ若しくは複数の別の実
施の形態において述べる図(一部でもよい)との少なくとも一つの図に対して、組み合わ
せることにより、さらに多くの図を構成させることができる。
It should be noted that the figure (may be part of) described in one embodiment refers to another part of that figure, another figure (may be part) described in that embodiment, and one or more other More drawings can be formed by combining at least one of the drawings (or part of them) described in the embodiments.
<序数詞に関する付記>
本明細書等において、「第1」、「第2」、「第3」という序数詞は、構成要素の混同
を避けるために付したものである。従って、構成要素の数を限定するものではない。また
、構成要素の順序を限定するものではない。また例えば、本明細書等の実施の形態の一に
おいて「第1」に言及された構成要素が、他の実施の形態、あるいは特許請求の範囲にお
いて「第2」に言及された構成要素とすることもありうる。また例えば、本明細書等の実
施の形態の一において「第1」に言及された構成要素を、他の実施の形態、あるいは特許
請求の範囲において省略することもありうる。
<Notes on ordinal numbers>
In this specification and the like, the ordinal numbers "first", "second", and "third" are added to avoid confusion of constituent elements. Therefore, the number of components is not limited. Also, the order of the components is not limited. Also, for example, the component referred to as "first" in one of the embodiments of this specification etc. is the component referred to as "second" in another embodiment or the scope of claims It is possible. Further, for example, the component referred to as "first" in one of the embodiments of this specification etc. may be omitted in other embodiments or the scope of claims.
<図面を説明する記載に関する付記>
実施の形態について図面を参照しながら説明している。但し、実施の形態は多くの異な
る態様で実施することが可能であり、趣旨及びその範囲から逸脱することなく、その形態
及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は
、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、実施の形態の発明の
構成において、同一部分又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。
<Supplementary remarks regarding the description explaining the drawings>
Embodiments are described with reference to the drawings. However, those skilled in the art will readily appreciate that the embodiments can be embodied in many different forms and that various changes in form and detail can be made without departing from the spirit and scope thereof. be. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments. In addition, in the configuration of the invention of the embodiment, the same reference numerals are used in common for the same parts or parts having similar functions in different drawings, and repeated description thereof will be omitted.
また、本明細書等において、「上に」、「下に」などの配置を示す語句は、構成同士の
位置関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。構成同士の位置関係は
、各構成を描写する方向に応じて適宜変化する。そのため、配置を示す語句は、明細書で
説明した記載に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
In this specification and the like, terms such as “above” and “below” are used for convenience in order to describe the positional relationship between configurations with reference to the drawings. The positional relationship between the configurations changes appropriately according to the direction in which each configuration is drawn. Therefore, the words and phrases indicating the arrangement are not limited to the descriptions described in the specification, and can be appropriately rephrased according to the situation.
また、「上」や「下」の用語は、構成要素の位置関係が直上又は直下で、かつ、直接接
していることを限定するものではない。例えば、「絶縁層A上の電極B」の表現であれば
、絶縁層Aの上に電極Bが直接接して形成されている必要はなく、絶縁層Aと電極Bとの
間に他の構成要素を含むものを除外しない。
In addition, the terms "upper" and "lower" do not limit the positional relationship of the components to being directly above or directly below and in direct contact with each other. For example, the expression “electrode B on insulating layer A” does not require that electrode B be formed on insulating layer A in direct contact with another configuration between insulating layer A and electrode B. Do not exclude those containing elements.
また、図面において、大きさ、層の厚さ、又は領域は、説明の便宜上任意の大きさに示
したものである。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお図面は明確性を期
すために模式的に示したものであり、図面に示す形状又は値などに限定されない。例えば
、ノイズによる信号、電圧、若しくは電流のばらつき、又は、タイミングのずれによる信
号、電圧、若しくは電流のばらつきなどを含むことが可能である。
In the drawings, sizes, layer thicknesses, and regions are shown as arbitrary sizes for convenience of explanation. Therefore, it is not necessarily limited to that scale. Note that the drawings are shown schematically for clarity, and are not limited to the shapes or values shown in the drawings. For example, variations in signal, voltage, or current due to noise, or variations in signal, voltage, or current due to timing shift can be included.
また、図面において、斜視図などにおいて、図面の明確性を期すために、一部の構成要
素の記載を省略している場合がある。
Also, in the drawings, in perspective views and the like, descriptions of some components may be omitted in order to ensure clarity of the drawings.
また、図面において、同一の要素又は同様な機能を有する要素、同一の材質の要素、あ
るいは同時に形成される要素等には同一の符号を付す場合があり、その繰り返しの説明は
省略する場合がある。
In addition, in the drawings, the same reference numerals may be given to the same elements, elements having similar functions, elements made of the same material, or elements formed at the same time, and repeated description thereof may be omitted. .
<言い換え可能な記載に関する付記>
本明細書等において、トランジスタの接続関係を説明する際、ソースとドレインとの一
方を、「ソース又はドレインの一方」(又は第1電極、又は第1端子)と表記し、ソース
とドレインとの他方を「ソース又はドレインの他方」(又は第2電極、又は第2端子)と
表記している。これは、トランジスタのソースとドレインは、トランジスタの構造又は動
作条件等によって変わるためである。なおトランジスタのソースとドレインの呼称につい
ては、ソース(ドレイン)端子や、ソース(ドレイン)電極等、状況に応じて適切に言い
換えることができる。また、本明細書等では、ゲート以外の2つの端子を第1端子、第2
端子と呼ぶ場合や、第3端子、第4端子と呼ぶ場合がある。なお、本明細書等において、
チャネル形成領域は、ゲートに電位を印加することで、チャネルが形成される領域を指し
、この領域が形成されることによって、ソース‐ドレイン間に電流を流すことができる。
<Supplementary notes on rephrasable descriptions>
In this specification and the like, when describing the connection relationship of a transistor, one of a source and a drain is referred to as “one of the source or the drain” (or the first electrode or the first terminal). The other is described as "the other of source or drain" (or second electrode or second terminal). This is because the source and drain of a transistor change depending on the structure or operating conditions of the transistor. Note that the names of the source and the drain of a transistor can be appropriately changed to a source (drain) terminal, a source (drain) electrode, or the like, depending on the situation. In addition, in this specification and the like, two terminals other than the gate are referred to as the first terminal and the second terminal.
It may be called a terminal, or may be called a third terminal or a fourth terminal. In addition, in this specification etc.,
A channel formation region refers to a region in which a channel is formed by applying a potential to the gate, and the formation of this region allows current to flow between the source and the drain.
また、ソースやドレインの機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、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
細書等においては、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。
Also, the functions of the source and the drain may be interchanged when using transistors of different polarities or when the direction of current changes in circuit operation. Therefore, the terms "source" and "drain" can be used interchangeably in this specification and the like.
また、本明細書等に記載するトランジスタが2つ以上のゲートを有するとき(この構成
をデュアルゲート構造という場合がある)、それらのゲートを第1ゲート、第2ゲートと
呼ぶ場合や、フロントゲート、バックゲートと呼ぶ場合がある。特に、「フロントゲート
」という語句は、単に「ゲート」という語句に互いに言い換えることができる。また、「
バックゲート」という語句は、単に「ゲート」という語句に互いに言い換えることができ
る。なお、ボトムゲートとは、トランジスタの作製時において、チャネル形成領域よりも
先に形成される端子のことをいい、「トップゲート」とは、トランジスタの作製時におい
て、チャネル形成領域よりも後に形成される端子のことをいう。
Further, when a transistor described in this specification and the like has two or more gates (this structure is sometimes referred to as a dual gate structure), these gates are sometimes referred to as a first gate and a second gate, or a front gate , is sometimes called a back gate. In particular, the term "front gate" is interchangeable with simply the term "gate."again,"
The phrase "back gate" is interchangeable with the phrase simply "gate." Note that a bottom gate is a terminal formed before a channel formation region is formed when a transistor is manufactured, and a “top gate” is a terminal formed after a channel formation region is formed when a transistor is manufactured. It refers to a terminal that
また、本明細書等において「電極」や「配線」の用語は、これらの構成要素を機能的に
限定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり
、その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「
配線」が一体となって形成されている場合なども含む。
In addition, the terms “electrode” and “wiring” in this specification and the like do not functionally limit these constituent elements. For example, an "electrode" may be used as part of a "wiring" and vice versa. Furthermore, the terms "electrode" and "wiring" are used to refer to multiple "electrodes" and "
It also includes the case where "wiring" is integrally formed.
また、本明細書等において、電圧と電位は、適宜言い換えることができる。電圧は、基
準となる電位からの電位差のことであり、例えば基準となる電位をグラウンド電位(接地
電位)とすると、電圧を電位に言い換えることができる。グラウンド電位は必ずしも0V
を意味するとは限らない。なお電位は相対的なものであり、基準となる電位によっては、
配線等に与える電位を変化させる場合がある。
In this specification and the like, voltage and potential can be interchanged as appropriate. A voltage is a potential difference from a reference potential. For example, if the reference potential is a ground potential, the voltage can be translated into a potential. Ground potential is not always 0V
does not necessarily mean Note that the potential is relative, and depending on the reference potential,
In some cases, the potential applied to wiring or the like is changed.
なお本明細書等において、「膜」、「層」などの語句は、場合によっては、又は、状況
に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導
電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。又は、例えば、「絶縁膜」という
用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。又は、場合によって
は、又は、状況に応じて、「膜」、「層」などの語句を使わずに、別の用語に入れ替える
ことが可能である。例えば、「導電層」又は「導電膜」という用語を、「導電体」という
用語に変更することが可能な場合がある。又は、例えば、「絶縁層」「絶縁膜」という用
語を、「絶縁体」という用語に変更することが可能な場合がある。
Note that in this specification and the like, terms such as “film” and “layer” can be interchanged depending on the case or situation. For example, it may be possible to change the term "conductive layer" to the term "conductive film." Or, for example, it may be possible to change the term "insulating film" to the term "insulating layer". Alternatively, as the case may be, or depending on the circumstances, the terms "film", "layer", etc. can be omitted and replaced with other terms. For example, it may be possible to change the term "conductive layer" or "conductive film" to the term "conductor." Alternatively, for example, the terms “insulating layer” and “insulating film” may be changed to the term “insulator”.
なお本明細書等において、「配線」、「信号線」、「電源線」などの用語は、場合によ
っては、又は、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「配線」と
いう用語を、「信号線」という用語に変更することが可能な場合がある。また、例えば、
「配線」という用語を、「電源線」などの用語に変更することが可能な場合がある。また
、その逆も同様で、「信号線」「電源線」などの用語を、「配線」という用語に変更する
ことが可能な場合がある。「電源線」などの用語は、「信号線」などの用語に変更するこ
とが可能な場合がある。また、その逆も同様で「信号線」などの用語は、「電源線」など
の用語に変更することが可能な場合がある。また、配線に印加されている「電位」という
用語を、場合によっては、又は、状況に応じて、「信号」などという用語に変更すること
が可能な場合がある。また、その逆も同様で、「信号」などの用語は、「電位」という用
語に変更することが可能な場合がある。
Note that in this specification and the like, terms such as “wiring”, “signal line”, and “power line” can be interchanged depending on the case or situation. For example, it may be possible to change the term "wiring" to the term "signal line". Also, for example,
It may be possible to change the term "wiring" to a term such as "power line". Also, vice versa, terms such as "signal line" and "power line" may be changed to the term "wiring". It may be possible to change terms such as "power line" to terms such as "signal line". Also, vice versa, terms such as "signal line" may be changed to terms such as "power line". In addition, the term "potential" applied to the wiring can be changed to the term "signal" or the like in some cases or depending on the situation. And vice versa, terms such as "signal" may be changed to the term "potential".
<語句の定義に関する付記>
以下では、上記実施の形態中で言及した語句の定義について説明する。
<Supplementary notes on definitions of terms>
Definitions of terms referred to in the above embodiments will be described below.
<<半導体の不純物について>>
半導体の不純物とは、例えば、半導体層を構成する主成分以外をいう。例えば、濃度が
0.1原子%未満の元素は不純物である。不純物が含まれることにより、例えば、半導体
にDOS(Density of States)が形成されることや、キャリア移動度
が低下することや、結晶性が低下することなどが起こる場合がある。半導体が酸化物半導
体である場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、第1族元素、第2族
元素、第13族元素、第14族元素、第15族元素、主成分以外の遷移金属などがあり、
特に、例えば、水素(水にも含まれる)、リチウム、ナトリウム、シリコン、ホウ素、リ
ン、炭素、窒素などがある。酸化物半導体の場合、例えば水素などの不純物の混入によっ
て酸素欠損を形成する場合がある。また、半導体がシリコン層である場合、半導体の特性
を変化させる不純物としては、例えば、酸素、水素を除く第1族元素、第2族元素、第1
3族元素、第15族元素などがある。
<<Semiconductor Impurities>>
An impurity of a semiconductor means, for example, a substance other than the main component that constitutes a semiconductor layer. For example, elements with a concentration of less than 0.1 atomic percent are impurities. When impurities are contained, for example, DOS (Density of States) is formed in the semiconductor, carrier mobility is lowered, crystallinity is lowered, and the like may occur. When the semiconductor is an oxide semiconductor, impurities that change the characteristics of the semiconductor include, for example,
In particular, for example, hydrogen (also included in water), lithium, sodium, silicon, boron, phosphorus, carbon, nitrogen and the like. In the case of an oxide semiconductor, oxygen vacancies may be formed due to entry of impurities such as hydrogen. When the semiconductor is a silicon layer, the impurities that change the characteristics of the semiconductor include, for example,
There are
<<スイッチについて>>
本明細書等において、スイッチとは、導通状態(オン状態)、又は、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するものをいう。又は、スイ
ッチとは、電流を流す経路を選択して切り替える機能を有するものをいう。
<<About the switch>>
In this specification and the like, a switch has a function of being in a conducting state (on state) or a non-conducting state (off state) and controlling whether or not current flows. Alternatively, a switch has a function of selecting and switching a path through which current flows.
一例としては、電気的スイッチ又は機械的なスイッチなどを用いることができる。つま
り、スイッチは、電流を制御できるものであればよく、特定のものに限定されない。
As an example, an electrical switch, a mechanical switch, or the like can be used. In other words, the switch is not limited to a specific one as long as it can control current.
電気的なスイッチの一例としては、トランジスタ(例えば、バイポーラトランジスタ、
MOSトランジスタなど)、ダイオード(例えば、PNダイオード、PINダイオード、
ショットキーダイオード、MIM(Metal Insulator Metal)ダイ
オード、MIS(Metal Insulator Semiconductor)ダイ
オード、ダイオード接続のトランジスタなど)、又はこれらを組み合わせた論理回路など
がある。
Examples of electrical switches include transistors (e.g., bipolar transistors,
MOS transistors, etc.), diodes (for example, PN diodes, PIN diodes,
Schottky diodes, MIM (Metal Insulator Metal) diodes, MIS (Metal Insulator Semiconductor) diodes, diode-connected transistors, etc.), or logic circuits combining these.
なお、スイッチとしてトランジスタを用いる場合、トランジスタの「導通状態」とは、
トランジスタのソース電極とドレイン電極が電気的に短絡されているとみなせる状態をい
う。また、トランジスタの「非導通状態」とは、トランジスタのソース電極とドレイン電
極が電気的に遮断されているとみなせる状態をいう。なおトランジスタを単なるスイッチ
として動作させる場合には、トランジスタの極性(導電型)は特に限定されない。
When a transistor is used as a switch, the "conducting state" of the transistor means:
A state in which the source and drain electrodes of a transistor can be considered to be electrically short-circuited. A “non-conducting state” of a transistor means a state in which a source electrode and a drain electrode of the transistor can be considered to be electrically cut off. Note that the polarity (conductivity type) of the transistor is not particularly limited when the transistor is operated as a simple switch.
機械的なスイッチの一例としては、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)のよう
に、MEMS(マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム)技術を用いたスイッチが
ある。そのスイッチは、機械的に動かすことが可能な電極を有し、その電極が動くことに
よって、導通と非導通とを制御して動作する。
An example of a mechanical switch is a switch using MEMS (micro-electro-mechanical system) technology, such as a digital micromirror device (DMD). The switch has an electrode that can be moved mechanically, and operates by controlling conduction and non-conduction by moving the electrode.
<<接続について>>
本明細書等において、XとYとが接続されている、と記載する場合は、X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。したがって、所定の接続関係、例えば、図又は
文章に示された接続関係に限定されず、図又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。
<<About connection>>
In this specification and the like, when it is described that X and Y are connected, it means that X and Y are electrically connected and that X and Y are functionally connected. and where X and Y are directly connected. Therefore, it is not limited to a predetermined connection relationship, for example, the connection relationship shown in the diagram or text, and includes connections other than the connection relationship shown in the diagram or text.
ここで使用するX、Yなどは、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。
It is assumed that X, Y, etc. used here are objects (for example, devices, elements, circuits, wiring, electrodes, terminals, conductive films, layers, etc.).
XとYとが電気的に接続されている場合の一例としては、XとYとの電気的な接続を可
能とする素子(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)、又は、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。
An example of the case where X and Y are electrically connected is an element that enables electrical connection between X and Y (for example, switch, transistor, capacitive element, inductor, resistive element, diode, display elements, light emitting elements, loads, etc.) can be connected between X and Y. Note that the switch has a function of being controlled to be turned on and off. In other words, the switch has the function of being in a conducting state (on state) or a non-conducting state (off state) and controlling whether or not to allow current to flow.
XとYとが機能的に接続されている場合の一例としては、XとYとの機能的な接続を可
能とする回路(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(信号振幅又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。
As an example of the case where X and Y are functionally connected, a circuit that enables functional connection between X and Y (eg, a logic circuit (inverter, NAND circuit, NOR circuit, etc.), a signal conversion Circuits (DA conversion circuit, AD conversion circuit, gamma correction circuit, etc.), potential level conversion circuit (
Power supply circuit (booster circuit, step-down circuit, etc.), level shifter circuit that changes the signal potential level, etc.), voltage source, current source, switching circuit, amplifier circuit (circuit that can increase signal amplitude or current amount, operational amplifier, differential amplifier) circuit, source follower circuit, buffer circuit, etc.), signal generation circuit, storage circuit, control circuit, etc.) can be connected between X and Y. As an example, even if another circuit is interposed between X and Y, when a signal output from X is transmitted to Y, X and Y are considered to be functionally connected. do.
なお、XとYとが電気的に接続されている、と明示的に記載する場合は、XとYとが電
気的に接続されている場合(つまり、XとYとの間に別の素子又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との間に別の素子又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。
It should be noted that when explicitly describing that X and Y are electrically connected, it means that X and Y are electrically connected (that is, another element or connected across another circuit), and when X and Y are functionally connected (that is, functionally connected across another circuit between X and Y). and the case where X and Y are directly connected (that is, the case where X and Y are connected without another element or another circuit between them). In other words, the explicit description of "electrically connected" is the same as the explicit description of "connected".
なお、例えば、トランジスタのソース(又は第1の端子など)が、Z1を介して(又は
介さず)、Xと電気的に接続され、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)が、
Z2を介して(又は介さず)、Yと電気的に接続されている場合や、トランジスタのソー
ス(又は第1の端子など)が、Z1の一部と直接的に接続され、Z1の別の一部がXと直
接的に接続され、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)が、Z2の一部と直接
的に接続され、Z2の別の一部がYと直接的に接続されている場合では、以下のように表
現することが出来る。
Note that, for example, the source (or the first terminal, etc.) of the transistor is electrically connected to X through (or not through) Z1, and the drain (or the second terminal, etc.) of the transistor is
When electrically connected to Y through (or not through) Z2, or when the source (or first terminal, etc.) of a transistor is directly connected to part of Z1 and another part of Z1 One part is directly connected to X, the drain (or second terminal, etc.) of the transistor is directly connected to one part of Z2, and another part of Z2 is directly connected to Y. If so, it can be expressed as follows.
例えば、「XとYとトランジスタのソース(又は第1の端子など)とドレイン(又は第
2の端子など)とは、互いに電気的に接続されており、X、トランジスタのソース(又は
第1の端子など)、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)、Yの順序で電気的
に接続されている。」と表現することができる。又は、「トランジスタのソース(又は第
1の端子など)は、Xと電気的に接続され、トランジスタのドレイン(又は第2の端子な
ど)はYと電気的に接続され、X、トランジスタのソース(又は第1の端子など)、トラ
ンジスタのドレイン(又は第2の端子など)、Yは、この順序で電気的に接続されている
」と表現することができる。又は、「Xは、トランジスタのソース(又は第1の端子など
)とドレイン(又は第2の端子など)とを介して、Yと電気的に接続され、X、トランジ
スタのソース(又は第1の端子など)、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)
、Yは、この接続順序で設けられている」と表現することができる。これらの例と同様な
表現方法を用いて、回路構成における接続の順序について規定することにより、トランジ
スタのソース(又は第1の端子など)と、ドレイン(又は第2の端子など)とを、区別し
て、技術的範囲を決定することができる。なお、これらの表現方法は、一例であり、これ
らの表現方法に限定されない。ここで、X、Y、Z1、Z2は、対象物(例えば、装置、
素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、など)であるとする。
For example, "X and Y and the source (or first terminal, etc.) and drain (or second terminal, etc.) of the transistor are electrically connected together, and X, the source (or first terminal, etc.) of the transistor terminal, etc.), the drain of the transistor (or the second terminal, etc.), and are electrically connected in the order of Y.". Or "the source (or first terminal, etc.) of the transistor is electrically connected to X, the drain (or second terminal, etc.) of the transistor is electrically connected to Y, and X is the source of the transistor ( or the first terminal, etc.), the drain of the transistor (or the second terminal, etc.), and Y are electrically connected in this order. Or, "X is electrically connected to Y through the source (or first terminal, etc.) and drain (or second terminal, etc.) of the transistor, and X is the source (or first terminal, etc.) of the transistor; terminal, etc.), the drain of the transistor (or the second terminal, etc.)
, Y are provided in this connection order”. Using the same expression method as these examples, the source (or the first terminal, etc.) and the drain (or the second terminal, etc.) of the transistor can be distinguished by defining the order of connection in the circuit configuration. Alternatively, the technical scope can be determined. In addition, these expression methods are examples, and are not limited to these expression methods. where X, Y, Z1, Z2 are objects (e.g., devices,
element, circuit, wiring, electrode, terminal, conductive film, layer, etc.).
なお、回路図上は独立している構成要素同士が電気的に接続しているように図示されて
いる場合であっても、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。
Even if the circuit diagram shows independent components electrically connected to each other, if one component has the functions of multiple components There is also For example, when a part of the wiring also functions as an electrode, one conductive film has both the function of the wiring and the function of the electrode. Therefore, the term "electrically connected" in this specification includes cases where one conductive film functions as a plurality of constituent elements.
<<平行、垂直について>>
本明細書において、「平行」とは、二つの直線が-10°以上10°以下の角度で配置
されている状態をいう。したがって、-5°以上5°以下の場合も含まれる。また、「略
平行」とは、二つの直線が-30°以上30°以下の角度で配置されている状態をいう。
また、「垂直」とは、二つの直線が80°以上100°以下の角度で配置されている状態
をいう。したがって、85°以上95°以下の場合も含まれる。また、「略垂直」とは、
二つの直線が60°以上120°以下の角度で配置されている状態をいう。
<<Regarding Parallel and Perpendicular>>
As used herein, the term “parallel” refers to a state in which two straight lines are arranged at an angle of −10° or more and 10° or less. Therefore, the case of −5° or more and 5° or less is also included. Also, "substantially parallel" means a state in which two straight lines are arranged at an angle of -30° or more and 30° or less.
"Perpendicular" means that two straight lines are arranged at an angle of 80° or more and 100° or less. Therefore, the case of 85° or more and 95° or less is also included. Also, "substantially vertical" means
A state in which two straight lines are arranged at an angle of 60° or more and 120° or less.
MC[1] メモリセル
MC[2] メモリセル
MC[n] メモリセル
MC[1,1] メモリセル
MC[j,1] メモリセル
MC[n,1] メモリセル
MC[1,i] メモリセル
MC[j,i] メモリセル
MC[n,i] メモリセル
MC[1,m] メモリセル
MC[j,m] メモリセル
MC[n,m] メモリセル
WWL[1] 配線
WWL[2] 配線
WWL[j] 配線
WWL[n] 配線
RWL[1] 配線
RWL[2] 配線
RWL[j] 配線
RWL[n] 配線
WBL 配線
WBL[1] 配線
WBL[i] 配線
WBL[m] 配線
RBL 配線
RBL[1] 配線
RBL[i] 配線
RBL[m] 配線
BGL 配線
BGL[1] 配線
BGL[i] 配線
BGL[m] 配線
WTr トランジスタ
RTr トランジスタ
CS 容量素子
N1 ノード
N2 ノード
PG 導電体
WWL 配線
RWL 配線
ER 配線
HL 領域
AR 領域
SD1 領域
SD2 領域
100 積層体
101A 絶縁体
101B 絶縁体
101C 絶縁体
101D 絶縁体
101E 絶縁体
102 絶縁体
103 絶縁体
104 絶縁体
105 絶縁体
131A 導電体
131B 導電体
132A 導電体
132B 導電体
133 導電体
133a 導電体
133b 導電体
133c 導電体
134 導電体
151 半導体
151a 領域
151b 領域
151c 領域
152 半導体
153 半導体
153a 半導体
153b 半導体
181A 領域
181B 領域
182A 領域
182B 領域
183A 領域
183B 領域
191 開口部
192A 凹部
192B 凹部
193A 凹部
193B 凹部
194A 凹部
194B 凹部
194C 凹部
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
1189 ROMインターフェース
1190 基板
1700 基板
1701 素子分離層
1712 導電体
1730 導電体
1790 ゲート電極
1792 ウェル
1793 チャネル形成領域
1794 低濃度不純物領域
1795 高濃度不純物領域
1796 導電性領域
1797 ゲート絶縁膜
1798 側壁絶縁層
1799 側壁絶縁層
2600 記憶装置
2601 周辺回路
2610 メモリセルアレイ
2621 ローデコーダ
2622 ワード線ドライバ回路
2630 ビット線ドライバ回路
2631 カラムデコーダ
2632 プリチャージ回路
2633 センスアンプ
2634 書き込み回路
2640 出力回路
2660 コントロールロジック回路
5100 USBメモリ
5101 筐体
5102 キャップ
5103 USBコネクタ
5104 基板
5105 メモリチップ
5106 コントローラチップ
5110 SDカード
5111 筐体
5112 コネクタ
5113 基板
5114 メモリチップ
5115 コントローラチップ
5150 SSD
5151 筐体
5152 コネクタ
5153 基板
5154 メモリチップ
5155 メモリチップ
5156 コントローラチップ
5401 筐体
5402 表示部
5403 キーボード
5404 ポインティングデバイス
5501 筐体
5502 表示部
5503 マイク
5504 スピーカ
5505 操作ボタン
5701 表示パネル
5702 表示パネル
5703 表示パネル
5704 表示パネル
5801 第1筐体
5802 第2筐体
5803 表示部
5804 操作キー
5805 レンズ
5806 接続部
5901 筐体
5902 表示部
5903 操作ボタン
5904 操作子
5905 バンド
9000 筐体
9001 表示部
9003 スピーカ
9005 操作キー
9006 接続端子
9007 センサ
MC[1] memory cell MC[2] memory cell MC[n] memory cell MC[1,1] memory cell MC[j,1] memory cell MC[n,1] memory cell MC[1,i] memory cell MC[j,i] memory cell MC[n,i] memory cell MC[1,m] memory cell MC[j,m] memory cell MC[n,m] memory cell WWL[1] wiring WWL[2] wiring WWL[j] Wiring WWL[n] Wiring RWL[1] Wiring RWL[2] Wiring RWL[j] Wiring RWL[n] Wiring WBL Wiring WBL[1] Wiring WBL[i] Wiring WBL[m] Wiring RBL Wiring RBL [1] Wiring RBL[i] Wiring RBL[m] Wiring BGL Wiring BGL[1] Wiring BGL[i] Wiring BGL[m] Wiring WTr Transistor RTr Transistor CS Capacitive element N1 Node N2 Node PG Conductor WWL Wiring RWL Wiring ER Wiring HL Region AR Region SD1 Region SD2 Region 100 Laminate 101A Insulator 101B Insulator 101C Insulator 101D Insulator 101E Insulator 102 Insulator 103 Insulator 104 Insulator 105 Insulator 131A Conductor 131B Conductor 132A Conductor 132B Conductive Body 133 Conductor 133a Conductor 133b Conductor 133c Conductor 134 Conductor 151 Semiconductor 151a Region 151b Region 151c Region 152 Semiconductor 153 Semiconductor 153a Semiconductor 153b Semiconductor 181A Region 181B Region 182A Region 182B Region 183A Region 183B Region 191 Opening 192A recess 192B Recess 193A Recess 193B Recess 194A Recess 194B Recess 194C Recess 1191 ALU
1192
1189
5151
Claims (1)
第1の絶縁体を介して前記第1の導電体を囲む第1の酸化物半導体と、
第2の絶縁体を介して前記第1の酸化物半導体を囲む第2の酸化物半導体と、
第3の絶縁体を介して前記第2の酸化物半導体を囲み、且つ第2のトランジスタのゲート電極として機能を有する第2の導電体と、を有し、
前記第1のトランジスタは、前記第2のトランジスタの上方又は下方に位置し、
前記第1の酸化物半導体は、前記第1のトランジスタのチャネルとしての機能する第1の領域を有し、
前記第2の酸化物半導体は、前記第2のトランジスタのチャネルとしての機能する第2の領域を有する半導体装置。 a first conductor functioning as a gate electrode of the first transistor;
a first oxide semiconductor surrounding the first conductor via a first insulator;
a second oxide semiconductor surrounding the first oxide semiconductor with a second insulator;
a second conductor surrounding the second oxide semiconductor via a third insulator and functioning as a gate electrode of a second transistor;
the first transistor is positioned above or below the second transistor;
the first oxide semiconductor has a first region functioning as a channel of the first transistor;
A semiconductor device in which the second oxide semiconductor has a second region functioning as a channel of the second transistor.
Priority Applications (2)
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