JP6538902B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device.
なお、本明細書等において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置
全般を指し、電気光学装置、表示装置、半導体回路及び電子機器は全て半導体装置である
。
Note that in this specification and the like, a semiconductor device refers to any device that can function by utilizing semiconductor characteristics, and electro-optical devices, display devices, semiconductor circuits, and electronic devices are all semiconductor devices.
近年、半導体集積回路などに代表される半導体装置の多機能化、高集積化、高速化、低消
費電力化が強く求められている。これらの要求を実現するためには、半導体装置を構成す
るトランジスタの微細化や、動作電圧の低電圧化が必要である。また、動作電圧の低電圧
化を実現するためには、トランジスタのしきい値電圧を小さくする必要があるが、同時に
しきい値電圧のばらつきも少なくする必要がある。
In recent years, there has been a strong demand for multifunctionalization, high integration, high speed, and low power consumption of semiconductor devices represented by semiconductor integrated circuits and the like. In order to realize these requirements, it is necessary to miniaturize the transistors constituting the semiconductor device and to lower the operating voltage. Further, in order to realize a reduction in operating voltage, it is necessary to reduce the threshold voltage of the transistor, but it is also necessary to reduce the variation in threshold voltage.
特許文献1には、半導体基板にバイアス用電圧を印加して、トランジスタのしきい値電圧
を変化させる方法が示されている。また、特許文献2には、トランジスタの動作時または
非動作時に異なるバイアス用電圧を半導体基板に印加して、トランジスタの動作時にしき
い値電圧を小さくし、トランジスタの非動作時にしきい値電圧を大きくする方法が示され
ている。また、特許文献3には、半導体集積回路を複数の領域に分割し、領域ごとに半導
体基板に印加するバイアス用電圧を調整する方法が示されている。
Patent Document 1 discloses a method of changing a threshold voltage of a transistor by applying a bias voltage to a semiconductor substrate. In addition, according to Patent Document 2, different bias voltages are applied to the semiconductor substrate when the transistor is operating or not operating to reduce the threshold voltage when the transistor is operating, and the threshold voltage is used when the transistor is not operating. How to make it bigger is shown. Further, Patent Document 3 discloses a method of dividing a semiconductor integrated circuit into a plurality of regions and adjusting a bias voltage applied to a semiconductor substrate for each region.
しかしながら、特許文献1に示された方法では、半導体集積回路が有するトランジスタ全
体のしきい値電圧が同様に変化するだけであり、ばらつきを低減することができない。ま
た、特許文献2に示された方法では、半導体集積回路が有する個々のトランジスタにバイ
アス用電圧を印加する必要があるため、トランジスタごとに専用の配線が必要となり、占
有面積が大きくなりやすく、高集積化が難しい。また、特許文献3に示された方法では、
分割した領域ごとにバイアス用電圧を供給するための具体的な手段について開示されてい
ない。
However, in the method disclosed in Patent Document 1, the threshold voltage of the entire transistor included in the semiconductor integrated circuit changes only in the same manner, and the variation can not be reduced. Further, according to the method disclosed in Patent Document 2, since it is necessary to apply a bias voltage to each transistor included in the semiconductor integrated circuit, a dedicated wiring is required for each transistor, and the occupied area tends to be large. Integration is difficult. Further, in the method shown in Patent Document 3,
There is no disclosure of a specific means for supplying a bias voltage for each divided area.
本発明の一態様は、トランジスタのしきい値ばらつきが低減された半導体装置を提供する
ことを目的の一とする。
An object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device in which variation in threshold voltage of a transistor is reduced.
本発明の一態様は、高集積化、高速化、低消費電力化が可能な半導体装置を提供すること
を目的の一とする。
An object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device capable of achieving high integration, high speed, and low power consumption.
半導体装置を複数のブロックに分けて構成し、ブロック内のトランジスタのボディーに、
しきい値電圧を変化させる電位を、スイッチを介してブロック毎に供給することにより、
半導体装置のしきい値電圧ばらつきを低減する。
The semiconductor device is divided into a plurality of blocks, and the body of the transistor in the block is
By supplying a potential that changes the threshold voltage for each block via the switch,
A variation in threshold voltage of a semiconductor device is reduced.
また、動作中のブロックが有するトランジスタのしきい値電圧を小さくして半導体装置を
高速動作可能とする。すなわち、同じ動作速度であれば、動作電圧を小さくすることがで
きる。よって、動作電圧の低電圧化が可能な半導体装置を実現することが可能となる。ま
た、停止中のブロックが有するトランジスタのしきい値電圧を大きくしてオフ電流を低減
させ、半導体装置の低消費電力化を実現可能とする。
In addition, the threshold voltage of the transistor included in the operating block is reduced to enable the semiconductor device to operate at high speed. That is, at the same operating speed, the operating voltage can be reduced. Therefore, it is possible to realize a semiconductor device capable of reducing the operating voltage. In addition, the threshold voltage of the transistor included in the block being stopped is increased to reduce the off-state current, and the reduction in power consumption of the semiconductor device can be realized.
本発明の一態様は、複数のブロックにより構成される半導体装置であって、それぞれのブ
ロックに、論理回路とスイッチを有し、該スイッチはチャネルが形成される半導体層に酸
化物半導体を用いたトランジスタを有し、論理回路が有するトランジスタのボディーに電
気的に接続されていることを特徴とする。
One embodiment of the present invention is a semiconductor device including a plurality of blocks, each block including a logic circuit and a switch, and the switch uses an oxide semiconductor for a semiconductor layer in which a channel is formed. A transistor is included and is electrically connected to a body of a transistor included in the logic circuit.
スイッチを介して、論理回路が有するトランジスタのボディーに電位を供給し、論理回路
が有するトランジスタのしきい値電圧を変化させる。
A potential is supplied to a body of a transistor included in the logic circuit through the switch to change a threshold voltage of the transistor included in the logic circuit.
また、論理回路が有するトランジスタのボディーに供給する電位は、スイッチに保持され
た電位に応じて行うことができる。
Further, the potential supplied to the body of the transistor included in the logic circuit can be determined in accordance with the potential held in the switch.
本発明の一態様は、複数のブロックにより構成される半導体装置であって、それぞれのブ
ロックは、論理回路と、第1のスイッチと、第2のスイッチを有し、第1のスイッチと、
第2のスイッチは、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用いたトランジスタ
を有し、第1のスイッチは、論理回路が有する第1のトランジスタの第1のボディーに電
気的に接続され、第2のスイッチは、論理回路が有する第2のトランジスタの第2のボデ
ィーに電気的に接続されていることを特徴とする。
One embodiment of the present invention is a semiconductor device including a plurality of blocks, each block including a logic circuit, a first switch, and a second switch, and the first switch;
The second switch includes a transistor using an oxide semiconductor in a semiconductor layer in which a channel is formed, and the first switch is electrically connected to a first body of a first transistor included in the logic circuit. The second switch is electrically connected to a second body of a second transistor included in the logic circuit.
第1のスイッチを介して、第1のボディーに第1の電位を供給して、第1のトランジスタ
のしきい値電圧を変化させ、第2のスイッチを介して、第2のボディーに第2の電位を供
給して、第2のトランジスタのしきい値電圧を変化させる。
The first potential is supplied to the first body via the first switch to change the threshold voltage of the first transistor, and the second body is connected to the second body via the second switch. To change the threshold voltage of the second transistor.
第1の電位の供給は、第1のスイッチに保持された電位に応じて行い、第2の電位の供給
は、第2のスイッチに保持された電位に応じて行うことができる。
The supply of the first potential can be performed according to the potential held by the first switch, and the supply of the second potential can be performed according to the potential held by the second switch.
また、第1のトランジスタまたは第2のトランジスタの少なくとも一方をn型のトランジ
スタとすることができる。また、第1のトランジスタまたは第2のトランジスタの少なく
とも一方をp型のトランジスタとすることができる。
In addition, at least one of the first transistor and the second transistor can be an n-type transistor. In addition, at least one of the first transistor and the second transistor can be a p-type transistor.
本発明の一態様によれば、トランジスタのしきい値ばらつきが低減された半導体装置を提
供することができる。
According to one embodiment of the present invention, a semiconductor device with reduced threshold voltage variation of a transistor can be provided.
本発明の一態様によれば、高集積化、高速化、低消費電力化が可能な半導体装置を提供す
ることができる。
According to one embodiment of the present invention, a semiconductor device capable of achieving high integration, high speed, and low power consumption can be provided.
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定さ
れず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し
得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の
記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において
、同一部分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。
Embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it can be easily understood by those skilled in the art that various changes can be made in the form and details without departing from the spirit and the scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments below. Note that in the structures of the invention described below, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals in different drawings, and
The description of the repetition is omitted.
また、本明細書等における「第1」、「第2」、「第3」などの序数は、構成要素の混同
を避けるために付すものであり、数的に限定するものではない。
Further, ordinal numbers such as "first", "second", and "third" in the present specification and the like are attached to avoid confusion of the constituent elements, and are not limited numerically.
また、図面等において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、理解しやすくするため
、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は
、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
Moreover, in order to make it easy to understand the position, magnitude | size, range, etc. of each structure shown in drawings etc., an actual position, magnitude | size, range, etc. may not be represented. Therefore, the disclosed invention is not necessarily limited to the position, size, range, and the like disclosed in the drawings and the like.
また、トランジスタの「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。
In addition, the functions of the “source” and the “drain” of the transistor may be interchanged when adopting transistors of different polarities or when the direction of current changes in circuit operation. Therefore, in the present specification, the terms "source" and "drain" can be used interchangeably.
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。
Further, in the present specification and the like, the terms “electrode” and “wiring” do not functionally limit these components. For example, "electrode" may be used as part of "wiring",
The reverse is also true. Furthermore, the terms “electrode” and “wiring” include the case where a plurality of “electrodes” and “wirings” are integrally formed.
また、電圧とは2点間における電位差のことをいい、電位とはある一点における静電場の
中にある単位電荷が持つ静電エネルギー(電気的な位置エネルギー)のことをいう。ただ
し、一般的に、ある一点における電位と基準となる電位(例えば接地電位)との電位差の
ことを、単に電位もしくは電圧と呼び、電位と電圧が同義語として用いられることが多い
。このため、本明細書では特に指定する場合を除き、電位を電圧と読み替えてもよいし、
電圧を電位と読み替えてもよいこととする。
In addition, voltage refers to a potential difference between two points, and potential refers to electrostatic energy (electrical potential energy) possessed by a unit charge in an electrostatic field at a certain point. However, in general, the potential difference between a potential at a certain point and a reference potential (for example, ground potential) is simply referred to as a potential or a voltage, and the potential and the voltage are often used as synonyms. Therefore, the potential may be read as voltage unless otherwise specified in the present specification.
Voltage may be read as potential.
トランジスタは半導体素子の一種であり、電流や電圧の増幅や、導通または非導通を制御
するスイッチング動作などを実現することができる。本明細書におけるトランジスタは、
IGFET(Insulated Gate Field Effect Transi
stor)や薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)
を含む。
A transistor is a type of semiconductor element and can realize amplification of current or voltage, switching operation to control conduction or non-conduction, and the like. The transistor in this specification is
IGFET (Insulated Gate Field Effect Transi
stor) and thin film transistor (TFT: Thin Film Transistor)
including.
(実施の形態1)
本発明の一形態について、図1、図2、及び図8を用いて説明する。図1(A)に集積回
路101の構成例を示す。集積回路101は複数のブロック102により構成される。図
1(A)は、集積回路101がブロック102_a乃至ブロック102_iの9個のブロ
ックにより構成される例を示している。また、図1(B)にブロック102の構成例を示
す。
Embodiment 1
One embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2 and 8. FIG. FIG. 1A shows a configuration example of the
各ブロックには、nチャネル型トランジスタのボディー(nチャネル型トランジスタが有
する拡散層に接して形成されているウェル)に電位VnHを供給するための配線106n
H、及び電位VnLを供給するための配線106nLと、pチャネル型トランジスタのボ
ディー(pチャネル型トランジスタが有する拡散層に接して形成されているウェル)に電
位VpHを供給するための配線106pH、及びと電位VpLを供給するための配線10
6pLが接続されている。
In each block, a wire 106n for supplying a potential VnH to the body of the n-channel transistor (well formed in contact with the diffusion layer of the n-channel transistor)
H and a wiring 106nL for supplying a potential VnL, a wiring 106pH for supplying a potential VpH to a body of a p-channel transistor (a well formed in contact with a diffusion layer of the p-channel transistor), And the wiring 10 for supplying the potential VpL
6pL is connected.
また、配線108n_1及び配線108p_1が、ブロック102_a乃至ブロック10
2_cに接続され、配線108n_2及び配線108p_2が、ブロック102_d乃至
ブロック102_fに接続され、配線108n_3及び配線108p_3が、ブロック1
02_g乃至ブロック102_iに接続されている。
In addition, the wiring 108 n _ 1 and the wiring 108 p _ 1 include the
The
It is connected to 02_g to block 102_i.
また、配線109_1が、ブロック102_a、ブロック102_d、ブロック102_
gに接続され、また、配線109_2が、ブロック102_b、ブロック102_e、ブ
ロック102_hに接続され、また、配線109_3が、ブロック102_c、ブロック
102_f、ブロック102_iに接続されている。
In addition, the wiring 109_1 includes the block 102_a, the block 102_d, and the block 102_.
The wiring 109_2 is connected to the block 102_b, the block 102_e, and the block 102_h, and the wiring 109_3 is connected to the block 102_c, the block 102_f, and the block 102_i.
また、配線109_1乃至配線109_3、配線106nH、配線106nL、配線10
6pH、及び、配線106pLは回路132に接続され、配線108n_1乃至配線10
8n_3、配線108p_1乃至配線108p_3は回路131に接続されている。回路
131及び回路132は、上記の各配線を介して集積回路101に信号や電位を供給する
機能を有する。
In addition, the wirings 109_1 to 109_3, the wiring 106nH, the wiring 106nL, and the wiring 10
6 pH and the wiring 106 pL are connected to the
8n_3 and the wirings 108p_1 to 108p_3 are connected to the
図1(B)に示すブロック102は、論理回路107と、スイッチ105nH、スイッチ
105nL、スイッチ105pH、及びスイッチ105pLを有する。また、図1(C)
に示すブロック102は、図1(B)に示したブロック102に、しきい値電圧検出回路
103を付加した構成を有する。なお、しきい値電圧検出回路103については、他の実
施の形態で詳述する。
A
A
続いて、図1(B)に例示したブロック102の構成について、図2を用いて詳細に説明
する。図2(A)に示すブロック102は、論理回路107としてインバータ回路を有す
る例を示している。論理回路107は、インバータ回路に限らず、OR回路、AND回路
、NOR回路、NAND回路などの、既知の論理回路を適用することができる。また、ブ
ロック102は複数の論理回路107を有してもよい。
Subsequently, the configuration of the
回路132から配線106nHを介して供給される電位VnHは、スイッチ105nHを
介して論理回路107が有するnチャネル型のトランジスタのボディーへ供給される。ま
た、回路132から配線106nLを介して供給される電位VnLは、スイッチ105n
Lを介して論理回路107が有するnチャネル型のトランジスタのボディーへ供給される
。また、回路132から配線106pHを介して供給される電位VpHは、スイッチ10
5pHを介して論理回路107が有するpチャネル型のトランジスタのボディーへ供給さ
れる。また、回路132から配線106pLを介して供給される電位VpLは、スイッチ
105pLを介して論理回路107が有するpチャネル型のトランジスタのボディーへ供
給される。
The potential VnH supplied from the
The signal is supplied to the body of the n-channel transistor of the
5 pH is supplied to the body of the p-channel transistor of the
ボディーは、ボディーに供給される電位に応じて、トランジスタのVthを変化させる機
能を有する。ここで、ボディーに供給する電位を調整して、Vthを変化させたトランジ
スタの電気特性について、nチャネル型のトランジスタ300を例示して説明しておく。
図8(A)に、nチャネル型のトランジスタ300の断面構成の概略図を示す。トランジ
スタ300は、n型半導体基板301に形成され、p型ウェル302中に拡散層305a
、及び拡散層305bを有し、ゲート絶縁層303上にゲート電極304を有する。また
、図8(B)に、トランジスタ300の回路記号を示す。拡散層305aまたは拡散層3
05bの一方がソースSに相当し、拡散層305aまたは拡散層305bの他方がドレイ
ンDに相当する。また、ゲート電極304がゲートGに相当し、p型ウェル302がボデ
ィーBに相当する。
図8(C)は、トランジスタ300のゲートGとソースS間の電圧(Vgs)を変化させ
た時の、ソースSとドレインD間に流れる電流(Ids)の変化を示している。図8(C
)の横軸は、Vgsの変化を示し、縦軸はIdsの変化を対数軸で示している。曲線31
1は、ボディーBに供給する電位を調整して、しきい値電圧(以下、「Vth」ともいう
。)をVth1としたときの特性を示し、曲線312は、ボディーBに供給する電位を調
整して、しきい値電圧をVth2としたときの特性を示している。なお、Vth1とVt
h2は、Vth1<Vth2の関係にあるものとする。
The body has a function of changing the Vth of the transistor in accordance with the potential supplied to the body. Here, the electrical characteristics of the transistor in which the potential supplied to the body is adjusted and the Vth is changed will be described with reference to the n-
FIG. 8A is a schematic view of a cross-sectional configuration of the n-
And the diffusion layer 305 b, and the
One end 05 b corresponds to the source S, and the other end of the
FIG. 8C shows a change in the current (Ids) flowing between the source S and the drain D when the voltage (Vgs) between the gate G and the source S of the
The horizontal axis of) shows the change of Vgs, and the vertical axis shows the change of Ids on the logarithmic axis. Curve 31
The curve 1 represents the characteristic when the threshold voltage (hereinafter also referred to as "Vth") is Vth1 by adjusting the potential supplied to the body B, and the
It is assumed that h2 has a relationship of Vth1 <Vth2.
トランジスタ300のボディーBに正の電圧(ソースSの電位よりも高い電位)を印加す
ることで、Vthを小さく(マイナス方向にシフト)することができる。また、トランジ
スタ300のボディーに負の電圧(ソースSの電位よりも低い電位)を印加することで、
Vthを大きく(プラス方向にシフト)することができる。
By applying a positive voltage (a potential higher than the potential of the source S) to the body B of the
Vth can be increased (shifted in the positive direction).
一般に、論理回路において、Vgsが0Vの時にIdsが多いと過渡電流が増加しやすく
、消費電力増加の一因となる。nチャネル型のトランジスタの場合、ボディーBに負の電
圧を印加してVthを大きくすると、Vgsが0Vの時のIdsを低減することができる
。また、pチャネル型のトランジスタの場合、ボディーBに正の電圧を印加してVthを
大きくすると、Vgsが0Vの時のIdsを低減することができる。
Generally, in a logic circuit, when Vgs is 0 V and Ids is large, transient current tends to increase, which contributes to increase in power consumption. In the case of an n-channel transistor, when a negative voltage is applied to the body B to increase Vth, Ids when Vgs is 0 V can be reduced. In the case of a p-channel transistor, when a positive voltage is applied to the body B to increase Vth, Ids can be reduced when Vgs is 0V.
特に、Vgs=0Vがサブスレッショルド領域にかかっている場合は、Vthを大きくす
ることでVgsが0Vの時のIdsを劇的に低減することができる(図8(C)中のIo
ff1、Ioff2参照)。
In particular, when Vgs = 0 V is in the subthreshold region, Ids at Vgs of 0 V can be dramatically reduced by increasing Vth (Io in FIG. 8C).
See ff1 and Ioff2).
また、トランジスタのVthを小さくすると、同じVgsでもより多くのIdsを流すこ
とができるため、論理回路の動作速度を早くすることができる。このように、ボディーB
に印加する電圧を調整することで、論理回路の動作速度の向上と、消費電力の低減を実現
することが可能となる。
In addition, when the transistor Vth is reduced, more Ids can be supplied even with the same Vgs, so that the operation speed of the logic circuit can be increased. Thus, body B
By adjusting the voltage applied to the circuit, it is possible to improve the operating speed of the logic circuit and reduce the power consumption.
図2(B)に、スイッチ105nH、スイッチ105nLに用いることができる回路構成
の一例を示す。本実施の形態に示すスイッチ105nH、スイッチ105nL、スイッチ
105pH、及びスイッチ105pLは全て同様の構成とすることができる。よって、本
実施の形態では、主にスイッチ105nHの構成について説明する。
FIG. 2B illustrates an example of a circuit configuration that can be used for the
スイッチ105nHは、nチャネル型のトランジスタ121と、nチャネル型のトランジ
スタ122と、容量素子123を有する。トランジスタ121のゲートは配線108nH
に接続され、トランジスタ121のソースまたはドレインの一方は配線109に接続され
、トランジスタ121のソースまたはドレインの他方はノード120に接続される。トラ
ンジスタ122のゲートはノード120に接続され、トランジスタ122のソースまたは
ドレインの一方は配線106nHに接続され、トランジスタ122のソースまたはドレイ
ンの他方はノード126に接続される。容量素子123の一方の電極はノード120に接
続され他方の電極は端子125に接続される。また、ノード126は論理回路107が有
するnチャネル型のトランジスタのボディーに接続される。
The
, One of the source or the drain of the
なお、スイッチ105nLは、スイッチ105nLが有するトランジスタ121のゲート
が配線108nLに接続され、トランジスタ122のソースまたはドレインの一方が配線
106pLに接続されている点がスイッチ105nHと異なり、他の構成はスイッチ10
5nHと同様とすることができる。
The switch 105nL is different from the switch 105nH in that the gate of the
It can be made similar to 5 nH.
次に、スイッチ105nHの動作について説明する。配線108nHにトランジスタ12
1をオン状態とする電位(ハイレベル電位)が供給されると、配線109の電位がノード
120に供給される。このとき、配線109にトランジスタ122をオン状態とする電位
(ハイレベル電位)が供給されていると、ノード120に該電位が供給され、トランジス
タ122がオン状態となる。トランジスタ122がオン状態となると、配線106nHと
ノード126が導通し、スイッチ105nHをオン状態とすることができる。スイッチ1
05nHをオン状態とすることで、配線106nHに供給されている電位VnHを、ノー
ド126に供給することができる。なお、このとき、スイッチ105nLはオフである(
すなわち、配線106nLとノード126の間に十分に高い抵抗がある)ことが好ましい
。
Next, the operation of the
When a potential (a high level potential) which turns on 1 is supplied, the potential of the
By turning on 05 nH, the potential VnH supplied to the wiring 106 nH can be supplied to the
That is, it is preferable that there is a sufficiently high resistance between the wiring 106nL and the node 126).
その後、配線108nHの電位を、トランジスタ121をオフ状態とする電位(ローレベ
ル電位)とすると、ノード120の電位がハイレベル電位のまま保持される。よって、そ
の後に配線109の電位が変動しても、スイッチ105nHはオン状態を維持することが
できる。なお、容量素子123は、トランジスタ121のオフ電流に起因するノード12
0の電位変化を抑制し、ノード120の電位をより確実に保持する機能を有する。
After that, when the potential of the wiring 108nH is set to a potential at which the
It has a function of suppressing the potential change of 0 and holding the potential of the
スイッチ105nHをオフ状態とする場合は、配線109にトランジスタ122をオフ状
態とする電位(ローレベル電位)を供給し、配線108nHにトランジスタ121をオン
状態とする電位を供給すればよい。すると、ノード120にトランジスタ122をオフ状
態とする電位(ローレベル電位)が供給される。その後、トランジスタ121をオフ状態
とすることで、ノード120の電位がローレベル電位のまま保持される。よって、その後
に配線109の電位が変動しても、スイッチ105nHはオフ状態を維持することができ
る。
In the case where the switch 105nH is turned off, a potential (a low level potential) for turning off the
また、容量素子123の容量がノード120に接続するトランジスタのゲート容量よりも
十分に大きい場合、トランジスタ121をオフ状態として、ノード120の電位が保持さ
れた状態で、端子125の電位を変化させると、ノード120に保持された電位を変化さ
せることができる。例えば、端子125の電位が0Vの時にノード120に1Vの電位を
保持し、その後、端子125の電位を0.2Vとすると、ノード120の電位を1.2V
とすることができる。ノード120の電位が保持された状態で端子125の電位を調整す
ることで、ノード120の電位を調整することができる。
When the capacitance of the
It can be done. The potential of the
なお、本実施の形態では、トランジスタ121及びトランジスタ122をnチャネル型の
トランジスタとして説明したが、どちらか一方または両方にpチャネル型のトランジスタ
を用いてもよい。
Note that although the
また、ノード126の電位を電位VnHから電位VnLに、または、電位VnLから電位
VnHに切り替える場合は、一旦、スイッチ105nH、スイッチ105nLともにオフ
状態としてから、一方のスイッチをオン状態とする。両スイッチをオフ状態としてから一
方のスイッチをオン状態とすることで、配線106VnHと配線106VnLの短絡を防
ぎ、消費電力の増加を抑えることができる。
Further, in the case where the potential of the
なお、スイッチ105pH、及びスイッチ105pLも、上記と同様に動作させることが
できる。
The
トランジスタ121及びトランジスタ122のチャネルが形成される半導体層には、非晶
質半導体、微結晶半導体、多結晶半導体等を用いることができる。例えば、非晶質シリコ
ンや、微結晶ゲルマニウム等を用いることができる。また、炭化シリコン、ガリウム砒素
、酸化物半導体、窒化物半導体などの化合物半導体や、有機半導体等を用いることができ
る。
For a semiconductor layer in which the channels of the
なお、特に、トランジスタ121は、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用
いたトランジスタを適用することが好ましい。チャネルが形成される半導体層に酸化物半
導体を用いたトランジスタは、オフ電流が極めて少なく、長期間にわたってノード120
の電位を保持することが可能となる。よって、容量素子123を小さく、または省略する
ことも可能となるため、集積回路101の占有面積を小さくすることが可能となり、半導
体装置の高集積化が容易となる。加えて、長期間にわたってノード120の電位を保持す
ることが可能となるため、ノード120のリフレッシュ動作が不要となり、消費電力を低
減することが可能となる。
Note that in particular, the
It is possible to hold the potential of Accordingly, the
具体的には、上述のチャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用いたトランジスタ
は、チャネル幅1μmあたりのオフ電流を室温下において10aA(1×10−17A/
μm)以下にすること、さらには、1aA(1×10−18A/μm)以下、さらには1
zA(1×10−21A/μm)以下、さらには1yA(1×10−24A/μm)以下
にすることが可能である。
Specifically, a transistor in which an oxide semiconductor is used for a semiconductor layer in which the above-described channel is formed has an off-state current of 1 μm at a channel width of 10 aA (1 × 10 −17 A /
(μm) or less, furthermore, 1aA (1 × 10 -18 A / μm) or less, further 1
It is possible to set zA (1 × 10 −21 A / μm) or less, and further 1 yA (1 × 10 −24 A / μm) or less.
また、上述の酸化物半導体を用いたトランジスタは、オン電流の温度依存性がほとんど見
られず、オフ電流の変化も非常に小さい。
In addition, in the transistor including the above oxide semiconductor, the temperature dependence of the on current is hardly observed, and the change in the off current is also very small.
また、上述の酸化物半導体を用いたトランジスタは、バイアス−熱ストレス試験(BT試
験)前後においてもVthの変化量が低減でき、信頼性の高いトランジスタとすることが
できる。なお、トランジスタ122に、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を
用いたトランジスタを用いてもよい。なお、本実施の形態に開示する構成において、トラ
ンジスタ121、トランジスタ122に、特段の高速動作は必要とされないが、電界効果
移動度は1cm2/Vs以上あることが好ましい。
In addition, the transistor including the above oxide semiconductor can reduce the amount of change in Vth even before and after a bias-heat stress test (BT test), and can be a highly reliable transistor. Note that for the
なお、ノード120に電位が保持可能という点から、スイッチ105nH、スイッチ10
5nL、スイッチ105pH、及びスイッチ105pL(以下、これらを総称して単に「
スイッチ105」ともいう。)は記憶素子としての機能を有すると考えることができる。
長期間保持可能な記憶素子としては、例えばフラッシュメモリがあげられるが、フラッシ
ュメモリは書き換え時に高電界をかけてトンネル電流を発生させる必要があり、原理的に
書き換え回数の限界(10000回程度)がある。一方、スイッチ105におけるノード
120への電位の書き込みは、トンネル電流による電荷の注入を用いないためフラッシュ
メモリのような劣化を生じない。また、高電界が不要であるため、昇圧回路などを設ける
必要がなく、消費電力も少ない。
Note that the
5 nL,
It is also called a
As a memory element which can be held for a long time, for example, a flash memory can be mentioned, but it is necessary to apply a high electric field to rewrite the flash memory to generate a tunnel current, and in principle the limit of the number of rewrites (about 10000 times) is there. On the other hand, writing of the potential to the
各ブロック102が有するスイッチ105の設定は、集積回路101の起動時に予め不揮
発性メモリに記憶されたデータに基づいて行うことができる。例えば、各ブロック102
をマトリクス駆動で順次選択して行ってもよい。
The setting of the
May be sequentially selected by matrix driving.
また、電位VnH、電位VnL、電位VpH、及び電位VpLは、目的に応じて決定すれ
ばよい。ここで、高電源電位Vdd(以下、単に「Vdd」ともいう。)とは、低電源電
位Vss(以下、単に「Vss」ともいう。)よりも高い電位の電源電位を示す。また、
低電源電位Vssとは、高電源電位Vddよりも低い電位の電源電位を示す。また、接地
電位をVddまたはVssとして用いることもできる。例えばVddが接地電位の場合に
は、Vssは接地電位より低い電位であり、Vssが接地電位の場合には、Vddは接地
電位より高い電位である。なお、目的に応じて、電位VnH、電位VnL、電位VpH、
及び電位VpLをVddより高い電位としてもよいし、Vssより低い電位としてもよい
。
Further, the potential VnH, the potential VnL, the potential VpH, and the potential VpL may be determined in accordance with the purpose. Here, the high power supply potential Vdd (hereinafter, also simply referred to as “Vdd”) indicates a power supply potential higher than the low power supply potential Vss (hereinafter, also simply referred to as “Vss”). Also,
The low power supply potential Vss indicates a power supply potential lower than the high power supply potential Vdd. Also, the ground potential can be used as Vdd or Vss. For example, when Vdd is a ground potential, Vss is a potential lower than the ground potential, and when Vss is a ground potential, Vdd is a potential higher than the ground potential. Note that, depending on the purpose, potential VnH, potential VnL, potential VpH,
The potential VpL may be higher than Vdd or lower than Vss.
また、以上の例では、nチャネル型トランジスタ用、pチャネル型トランジスタ用として
、それぞれ、電位VnH、電位VnL、電位VpH、電位VpLの2段階の電位を選択す
る例を示したが、これに限られず、一方あるいは双方が3段階以上の電位を選択できるよ
うにしてもよい。
In the above example, two levels of potential VnH, potential VnL, potential VpH, and potential VpL are selected for the n-channel transistor and the p-channel transistor, respectively. Alternatively, one or both may select three or more potentials.
また、以上の例では、ブロック内のnチャネル型トランジスタ、pチャネル型トランジス
タのいずれもがVthを変更できる例を示したが、これに限られず、一方のみのVthを
変更できるようにしてもよい。
Further, in the above example, although an example is shown in which both the n-channel transistor and the p-channel transistor in the block can change Vth, the present invention is not limited to this, and only one of Vth may be changed. .
また、本実施の形態では、ノード120にハイレベル電位またはローレベル電位のどちら
かを保持するものとして説明したが、ノード120に保持する電位はトランジスタ122
をオン状態またはオフ状態とする電位であればどのような電位でもかまわない。
In this embodiment, the
The potential may be any potential as long as it is an on state or an off state.
また、トランジスタ122を飽和領域で動作させて、ノード120に保持された電位とノ
ード126に出力される電位が対応するように動作させることもできる。例えば、しきい
値電圧検出回路103から得られた情報をもとにノード120に保持する電位を決定し、
該電位と対応する電位をノード126に出力することで、論理回路107が有するトラン
ジスタのVthをより精度よく制御することが可能となる。よって、集積回路101が有
するトランジスタのしきい値ばらつきをより少なくすることができる。
Alternatively, the
By outputting a potential corresponding to the potential to the
ブロック内のトランジスタのしきい値電圧の平均値が、所定の値よりずれていれば、本実
施の形態に示す方法で、補正することができる。また、ブロックの演算速度を上げたり、
下げたりすることも、本実施の形態に示す方法でしきい値電圧を操作することでおこなう
ことができる。
If the average value of the threshold voltages of the transistors in the block deviates from a predetermined value, it can be corrected by the method described in this embodiment. Also, increase the block's operation speed,
The lowering can also be performed by operating the threshold voltage by the method described in this embodiment.
本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み
合わせて用いることができる。
The structures, methods, and the like described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures, methods, and the like described in the other embodiments.
(実施の形態2)
本実施の形態では、実施の形態1に示したスイッチ105の、他の構成例について説明す
る。
Second Embodiment
In this embodiment, another configuration example of the
図3(A)に示すスイッチ145は、実施の形態1に示したスイッチ105nHに、pチ
ャネル型のトランジスタ124を付加した構成を有する。スイッチ145において、トラ
ンジスタ124のゲートはノード120に接続され、トランジスタ124のソースまたは
ドレインの一方は配線106nLに接続され、ソースまたはドレインの他方はノード12
6に接続される。スイッチ105nHの構成に、pチャネル型のトランジスタ124を付
加することで、スイッチ105nHとスイッチ105nLの機能を有するスイッチ145
を実現することができる。
The
Connected to 6 By adding a p-
Can be realized.
また、トランジスタ124のチャネルが形成される半導体層は、トランジスタ121また
はトランジスタ122と同様の材料を用いて形成することができる。
The semiconductor layer in which the channel of the
次に、スイッチ145の動作について説明する。トランジスタ121のゲートに接続する
配線108に、トランジスタ121をオン状態とする電位が供給されると、配線109の
電位がノード120に供給される。このとき、配線109にハイレベル電位が供給されて
いると、ノード120がハイレベル電位となり、トランジスタ122がオン状態となる。
また、トランジスタ124はpチャネル型のトランジスタであるため、オフ状態となる。
Next, the operation of the
In addition, since the
また、配線109にローレベル電位が供給されていると、ノード120がローレベル電位
となり、トランジスタ122がオフ状態となり、トランジスタ124がオン状態となる。
その後、配線108にトランジスタ121をオフ状態とする電位を供給することで、ノー
ド120の電位が保持される。このようにして、ノード120に供給または保持される電
位によって、ノード126に供給する電位VnHと、電位VnLを選択することができる
。
In addition, when a low level potential is supplied to the
After that, the potential of the
スイッチ145を用いることで、スイッチ105nHとスイッチ105nLの両方を用い
る場合に比べて、スイッチの占有面積を減らすことができる。また、配線108nHと配
線108nLを1つの配線にまとめることができるため、集積回路101中の配線本数を
少なくすることができ、集積回路101の占有面積を小さくすることができる。よって、
半導体装置の高集積化が容易となる。
By using the
It becomes easy to achieve high integration of semiconductor devices.
図3(B)に示すスイッチ146は、スイッチ145のノード126に接続する配線に容
量素子127を付加した構成を有する。容量素子127を付加することで、ノード126
に接続するボディーの不連続な電位変動を防止することができる。
The
It is possible to prevent discontinuous potential fluctuation of the body connected to the.
本実施の形態では、スイッチ105nHとスイッチ105nLをスイッチ145またはス
イッチ146に置き換える例について説明したが、スイッチ105pH及びスイッチ10
5pLを、スイッチ145またはスイッチ146に置き換えることも可能である。
In the present embodiment, an example in which the
It is also possible to replace 5 pL with
本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み
合わせて用いることができる。
The structures, methods, and the like described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures, methods, and the like described in the other embodiments.
(実施の形態3)
本実施の形態では、上記実施の形態に示したスイッチと異なる構成を有するスイッチにつ
いて説明する。
Third Embodiment
In this embodiment mode, a switch having a different structure from the switch described in the above embodiment mode will be described.
図4に示すスイッチ147は、実施の形態2に示したスイッチ145の構成に、pチャネ
ル型のトランジスタ128とnチャネル型のトランジスタ129を付加した構成を有する
。スイッチ147において、トランジスタ128のゲートはノード120に接続され、ソ
ースまたはドレインの一方は配線106pHに接続され、ソースまたはドレインの他方は
ノード136に接続される。また、トランジスタ129のゲートはノード120に接続さ
れ、ソースまたはドレインの一方は配線106pLに接続され、ソースまたはドレインの
他方はノード136に接続される。ノード126は論理回路107が有するnチャネル型
のトランジスタのボディーに接続され、ノード136は論理回路107が有するpチャネ
ル型のトランジスタのボディーに接続される。スイッチ145の構成に、pチャネル型の
トランジスタ128とnチャネル型のトランジスタ129を付加することで、スイッチ1
05nH、スイッチ105nL、スイッチ105pH、及びスイッチ105pLの機能を
有するスイッチ147を実現することができる。
The
A
また、トランジスタ128、及びトランジスタ129のチャネルが形成される半導体層は
、トランジスタ121、トランジスタ122、またはトランジスタ124と同様の材料を
用いて形成することができる。
The semiconductor layer in which the channels of the
次に、スイッチ147の動作について説明する。トランジスタ121のゲートに接続する
配線108に、トランジスタ121をオン状態とする電位が供給されると、配線109の
電位がノード120に供給される。このとき、配線109にハイレベル電位が供給されて
いると、ノード120がハイレベル電位となり、トランジスタ122とトランジスタ12
9がオン状態となる。また、トランジスタ124とトランジスタ128はpチャネル型の
トランジスタであるため、オフ状態となる。
Next, the operation of the
9 is turned on. In addition, since the
また、配線109にローレベル電位が供給されていると、ノード120がローレベル電位
となり、トランジスタ122とトランジスタ129がオフ状態となり、トランジスタ12
4とトランジスタ128がオン状態となる。その後、配線108にトランジスタ121を
オフ状態とする電位を供給することで、ノード120の電位が保持される。このようにし
て、ノード120に供給または保持される電位によって、ノード126に供給する電位V
nHと、電位VnLを選択することができる。
In addition, when a low level potential is supplied to the
4 and the
nH and a potential VnL can be selected.
スイッチ147を用いることで、スイッチの占有面積減らすことができる。また、配線1
08nHと配線108nLを1つの配線にまとめることができるため、集積回路101中
の配線本数を少なくすることができ、集積回路101の占有面積を小さくすることができ
る。よって、半導体装置の高集積化が容易となる。
By using the
Since 08 nH and the
また、nチャネル型のトランジスタのVthと、pチャネル型のトランジスタのVthを
ほぼ同時に変化させることができる。
Further, the Vth of the n-channel transistor and the Vth of the p-channel transistor can be changed almost simultaneously.
また、電位VnLと、電位VpHを同電位として用いる場合は、配線106nLと配線1
06pHを一つの配線にまとめて用いることができるため、集積回路101の占有面積を
さらに小さくすることができる。
When the potential VnL and the potential VpH are used as the same potential, the wiring 106nL and the wiring 1 are used.
Since 06 pH can be collectively used in one wiring, the area occupied by the
本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み
合わせて用いることができる。
The structures, methods, and the like described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures, methods, and the like described in the other embodiments.
(実施の形態4)
ブロック毎にしきい値電圧検出回路103を形成し、しきい値電圧検出回路103から得
られた情報をもとに電位VnH、電位VnL、電位VpH、及び電位VpLを決定しても
よい(図1(C)参照)。例えば、基準となるVthと、しきい値電圧検出回路103か
ら得られたVthを比較して、電位VnH、電位VnL、電位VpH、及び電位VpLを
決定すればよい。
Embodiment 4
The threshold
図5(A)及び図5(C)に、nチャネル型のトランジスタのVthを検出するしきい値
電圧検出回路103aの構成例を示す。また、図5(B)及び図5(D)に、pチャネル
型のトランジスタのVthを検出するしきい値電圧検出回路103bの構成例を示す。
FIGS. 5A and 5C show a configuration example of the threshold
図5(A)に示すしきい値電圧検出回路103aは、nチャネル型のトランジスタ111
、スイッチ113、スイッチ117、負荷114を有する。トランジスタ111のドレイ
ンは高電源電位Vddに接続され、トランジスタ111のソースはノード115に接続さ
れている。また、スイッチ113の一方の電極はノード115に接続され、スイッチ11
3の他方の電極は負荷114の一方の電極に接続され、負荷114の他方の電極は共通配
線に接続されている。また、スイッチ117の一方の電極はノード115に接続され、ス
イッチ117の他方の電極は共通配線COMに接続されている。
The threshold
,
The other electrode of 3 is connected to one electrode of the
図5(B)に示すしきい値電圧検出回路103bは、しきい値電圧検出回路103aのト
ランジスタ111をpチャネル型のトランジスタ116に置き換えて構成される。なお、
しきい値電圧検出回路103bにおいて、トランジスタ116のドレインは低電源電位V
ssに接続される。
The threshold
In the threshold
Connected to ss.
しきい値電圧検出回路103に論理回路107と同等の負荷114を設定し、論理回路1
07の動作中、しきい値電圧検出回路103のスイッチ117をオフ状態とし、スイッチ
113をオン状態とすることで、しきい値電圧検出回路103を論理回路107と同等の
動作状態とすることができる。
During the operation of 07, the
共通配線COMには共通電位が供給される。本実施の形態では、Vddは共通電位より高
い電位であり、Vssは共通電位より低い電位である。
A common potential is supplied to the common wiring COM. In the present embodiment, Vdd is a potential higher than the common potential, and Vss is a potential lower than the common potential.
続いて、図5(A)に示すしきい値電圧検出回路103aの動作について説明する。
しきい値電圧検出回路103aは、以下の手順によりトランジスタ111のしきい値電圧
を取得することができる。
Subsequently, the operation of the threshold
The threshold
まず、トランジスタ111のゲートに、トランジスタ111をオフ状態とする電位を供給
する。次に、スイッチ113をオフ状態とし、スイッチ117をオン状態とすると、ノー
ド115の電位が共通電位となる。次に、スイッチ117をオフ状態とすると、ノード1
15が電気的に浮遊した状態(フローティング状態)となる。次に、トランジスタ111
のゲートに、トランジスタ111をオン状態とする電位Vgs(以下、単に「Vgs」と
もいう。)を供給する。なお、Vgsは、Vdd≧Vg>Vthの関係を満たす電位とす
る。
First, a potential for turning off the
Fifteen are in an electrically floating state (floating state). Next, the
A potential Vgs (hereinafter, also simply referred to as “Vgs”) that turns on the
トランジスタ111がオン状態になると、ノード115の電位が上昇する。ノード115
の電位が上昇し、ゲートソース間の電位差がVthと等しくなると、トランジスタ111
がオフ状態になり、ノード115の電位上昇が停止する。この時、ノード115の電位は
Vgs−Vthとなる。すなわち、ノード115の電位を測定することで、トランジスタ
111のVthを検出することができる。
When the
When the potential difference between the gate and the source becomes equal to
Turns off, and the potential rise of the
図5(B)に示すしきい値電圧検出回路103bも同様の手順によりVthを検出するこ
とができる。ただし、トランジスタ116のゲートに印加するVgsは、Vdd≦Vgs
<Vthの関係を満たす電位とする。
The threshold
The potential satisfies the relationship of <Vth.
また、図5(A)に示した、しきい値電圧検出回路103aの構成からスイッチ113と
スイッチ117を省略し、図5(C)の構成とすることもできる。また、図5(B)に示
した、しきい値電圧検出回路103aの構成からスイッチ113とスイッチ117を省略
し、図5(D)の構成とすることもできる。図5(C)及び図5(D)の構成では、スイ
ッチ113とスイッチ117有しないため消費電力が増加してしまうが、トランジスタ1
11またはトランジスタ116のVthを常に検出することが可能となるため、より正確
かつ迅速にVthを検出することができる。
Further, the
Since it is possible to always detect the Vth of the transistor 11 or the
しきい値電圧検出回路103は、一つのブロック102に単数または複数形成することが
できる。
One or more threshold
トランジスタ111及びトランジスタ116のVthを定期的または必要に応じて取得し
て、論理回路104を構成するトランジスタの特性変動を検出し、それらのVthと基準
となるVthを比較して、電位VnH、電位VnL、電位VpH、及び電位VpLの電位
を設定することができる。
The Vth of the
本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み
合わせて用いることができる。
The structures, methods, and the like described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures, methods, and the like described in the other embodiments.
(実施の形態5)
本実施の形態では、上記実施の形態に示したトランジスタに適用可能なトランジスタの作
製方法の一例を、図6及び図7を用いて説明する。本実施の形態では、上記実施の形態に
示した論理回路やスイッチ等に用いることができるトランジスタの一例として、チャネル
が形成される半導体層に酸化物半導体を用いるトランジスタ440及びトランジスタ45
0の作製方法の一例を示す。
Fifth Embodiment
In this embodiment, an example of a method for manufacturing the transistor that can be applied to the transistors described in the above embodiments will be described with reference to FIGS. In this embodiment, as an example of the transistor that can be used for the logic circuit, the switch, and the like described in the above embodiments, the
An example of a method for producing 0 is shown.
まず、基板400上に、スパッタリング法、真空蒸着法、またはメッキ法を用いて100
nm以上500nm以下、好ましくは200nm以上300nm以下の厚さで導電層を形
成し、該導電膜上にフォトリソグラフィ法またはインクジェット法等によりレジストマス
クを形成し、該レジストマスクを用いて導電層をエッチングして電極402(これと同じ
層で形成される他の電極または配線を含む)を形成する。または、レジストマスクを用い
ずに、銅等の導電性ナノペーストをインクジェット法により基板上に吐出し、焼成するこ
とで形成することもできる。
First, a sputtering method, a vacuum evaporation method, or a plating method is used to form 100 on the
A conductive layer is formed with a thickness of from nm to 500 nm, preferably from 200 nm to 300 nm, a resist mask is formed over the conductive film by a photolithography method or an inkjet method, and the conductive layer is etched using the resist mask. Thus, an electrode 402 (including other electrodes or wirings formed in the same layer as the electrode 402) is formed. Alternatively, the conductive nanopaste of copper or the like can be discharged onto a substrate by an inkjet method without using a resist mask, and the conductive nanopaste can be formed by baking.
基板400は、ガラス基板、セラミック基板、半導体基板の他、本作製工程の処理温度に
耐えうる程度の耐熱性を有するプラスチック基板等を用いることができる。また、基板に
透光性を要しない場合には、ステンレス合金等の金属の基板の表面に絶縁層を設けたもの
を用いてもよい。ガラス基板としては、例えば、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホ
ウケイ酸ガラス若しくはアルミノケイ酸ガラス等の無アルカリガラス基板を用いるとよい
。他に、石英基板、サファイア基板などを用いることができる。また、シリコンや炭化シ
リコンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物
半導体基板、SOI基板などを適用することもでき、これらの基板上に半導体素子が設け
られたものを、基板400として用いてもよい。
As the
なお、基板400として、可撓性基板(フレキシブル基板)を用いてもよい。可撓性基板
を用いる場合、可撓性基板上に、トランジスタや容量素子などを直接作製してもよいし、
他の作製基板上にトランジスタや容量素子などを作製し、その後可撓性基板に剥離、転置
してもよい。なお、作製基板から可撓性基板に剥離、転置するために、作製基板とトラン
ジスタや容量素子などとの間に、剥離層を設けるとよい。
Note that as the
A transistor, a capacitor, or the like may be manufactured over another manufacturing substrate, and then peeled or transferred to a flexible substrate. Note that in order to peel and transfer the manufacturing substrate to the flexible substrate, a peeling layer may be provided between the manufacturing substrate and the transistor, the capacitor, or the like.
電極402となる導電層は、スパッタリング法、真空蒸着法、またはメッキ法を用いて形
成することができる。また、該導電層は、アルミニウム(Al)、クロム(Cr)、銅(
Cu)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)
、ネオジム(Nd)、スカンジウム(Sc)から選ばれた金属材料、上述した金属元素を
成分とする合金材料、上述した金属元素の窒化物材料などを用いて形成することができる
。また、マンガン(Mn)、マグネシウム(Mg)、ジルコニウム(Zr)、ベリリウム
(Be)のいずれか一または複数から選択された金属元素を含む材料用いてもよい。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。
The conductive layer to be the
Cu), tantalum (Ta), titanium (Ti), molybdenum (Mo), tungsten (W)
A metal material selected from neodymium (Nd) and scandium (Sc), an alloy material containing the above-described metal element, a nitride material of the above-described metal element, or the like can be used. Alternatively, a material containing a metal element selected from one or more of manganese (Mn), magnesium (Mg), zirconium (Zr), and beryllium (Be) may be used. Alternatively, a semiconductor typified by polycrystalline silicon containing an impurity element such as phosphorus or a silicide such as nickel silicide may be used.
また、電極402となる導電層は、単層構造でも、二層以上の積層構造としてもよい。例
えば、シリコンを含むアルミニウムを用いた単層構造、アルミニウム上にチタンを積層す
る二層構造、窒化チタン上にチタンを積層する二層構造、窒化チタン上にタングステンを
積層する二層構造、窒化タンタル上にタングステンを積層する二層構造、Cu−Mg−A
l合金上に銅を積層する二層構造、窒化チタン上に銅を積層し、さらにその上にタングス
テンを形成する三層構造、タングステン上に銅を積層し、さらにその上に窒化タンタルを
形成する三層構造などがある。電極402となる導電層に銅を用いることにより、電極4
02の配線抵抗を低減することができる。また、銅を、タングステン、モリブデン、タン
タルなどの高融点金属や、該金属の窒化物と積層することで、銅の他の層への拡散を防止
できる。
The conductive layer to be the
A two-layer structure in which copper is laminated on an l alloy, a three-layer structure in which copper is laminated on titanium nitride and a tungsten is formed thereon, a copper is laminated on tungsten, and a tantalum nitride is further formed thereon There is a three-layer structure etc. By using copper for the conductive layer to be the
The wiring resistance of 02 can be reduced. In addition, by laminating copper with a refractory metal such as tungsten, molybdenum, or tantalum, or a nitride of the metal, diffusion of copper to other layers can be prevented.
また、電極402となる導電層は、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、酸化ケイ素を
添加したインジウム錫酸化物などの酸素を含む導電性材料を適用することもできる。また
、上記酸素を含む導電性材料と、上記金属元素を含む材料の積層構造とすることもできる
。
In addition, a conductive layer to be the
また、ノーマリーオフのスイッチング素子を実現するために、5eV(電子ボルト)、好
ましくは5.5eV(電子ボルト)以上の仕事関数を有する材料をゲート電極層として用
いて、トランジスタの電気的特性のしきい値電圧をプラスにすることが好ましい。具体的
には、In−N結合を有し、且つ、固有抵抗が1×10−1〜1×10−4Ω・cm、好
ましくは固有抵抗が5×10−2〜1×10−4Ω・cmを有する材料をゲート電極層と
して用いる。その材料の一例としては、窒素を含むIn−Ga−Zn系酸化物膜や、窒素
を含むIn−Sn−O膜や、窒素を含むIn−Ga−O膜や、窒素を含むIn−Zn−O
膜や、窒素を含むIn−O膜や、金属窒化膜(InNなど)などが挙げられる。導電層の
エッチングは、ドライエッチング法またはウェットエッチング法により行うことができる
。また、ドライエッチング法とウェットエッチング法の両方を組み合わせて行ってもよい
。
In addition, in order to realize a normally-off switching element, a material having a work function of 5 eV (electron volts) or more, preferably 5.5 eV (electron volts) or more is used as a gate electrode layer. It is preferable to make the threshold voltage positive. Specifically, it has an In-N bond, and the resistivity is 1 × 10 −1 to 1 × 10 −4 Ω · cm, preferably the resistivity is 5 × 10 −2 to 1 × 10 −4 Ω A material having cm is used as a gate electrode layer. As an example of the material, an In—Ga—Zn-based oxide film containing nitrogen, an In—Sn—O film containing nitrogen, an In—Ga—O film containing nitrogen, an In—Zn— containing nitrogen O
A film, an In-O film containing nitrogen, a metal nitride film (InN or the like), and the like can be given. The etching of the conductive layer can be performed by a dry etching method or a wet etching method. Alternatively, both dry etching and wet etching may be performed in combination.
導電層のエッチングをドライエッチング法で行う場合は、エッチングガスとしてハロゲン
元素を含むガスを用いることができる。ハロゲン元素を含むガスの一例としては、塩素(
Cl2)、三塩化硼素(BCl3)、四塩化珪素(SiCl4)もしくは四塩化炭素(C
Cl4)などを代表とする塩素系ガス、四フッ化炭素(CF4)、六フッ化硫黄(SF6
)、三フッ化窒素(NF3)もしくはトリフルオロメタン(CHF3)などを代表とする
フッ素系ガス、臭化水素(HBr)または酸素を適宜用いることができる。また用いるエ
ッチング用ガスに不活性気体を添加してもよい。また、ドライエッチング法としては、反
応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)法を用い
ることができる。
In the case where the conductive layer is etched by a dry etching method, a gas containing a halogen element can be used as an etching gas. An example of a gas containing a halogen element is chlorine (
Cl 2 ), boron trichloride (BCl 3 ), silicon tetrachloride (SiCl 4 ) or carbon tetrachloride (C
Chlorinated gases represented by Cl 4 ) and the like, carbon tetrafluoride (CF 4 ), sulfur hexafluoride (SF 6 )
), Fluorine-based gas typified by nitrogen trifluoride (NF 3 ) or trifluoromethane (CHF 3 ), hydrogen bromide (HBr) or oxygen can be appropriately used. Further, an inert gas may be added to the etching gas to be used. Further, as a dry etching method, a reactive ion etching (RIE) method can be used.
また、プラズマ源として、容量結合型プラズマ(CCP:Capacitively C
oupled Plasma)、誘導結合プラズマ(ICP:Inductively
Coupled Plasma)、電子サイクロトロン共鳴(ECR:Electron
Cyclotron Resonance)プラズマ、ヘリコン波励起プラズマ(HW
P:Helicon Wave Plasma)、マイクロ波励起表面波プラズマ(SW
P:Surface Wave Plasma)などを用いることができる。特に、IC
P、ECR、HWP、及びSWPは、高密度のプラズマを生成することができる。ドライ
エッチング法で行うエッチング(以下、「ドライエッチング処理」ともいう。)は、所望
の加工形状にエッチングできるように、エッチング条件(コイル型の電極に印加される電
力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温度等)を適宜調節して行う。
Also, as a plasma source, capacitively coupled plasma (CCP: Capacitively C)
oupled plasma), inductively coupled plasma (ICP: inductively)
Coupled Plasma), Electron Cyclotron Resonance (ECR: Electron)
Cyclotron Resonance) plasma, helicon wave excited plasma (HW
P: Helicon Wave Plasma), microwave excited surface wave plasma (SW
P: Surface Wave Plasma) or the like can be used. In particular, IC
P, ECR, HWP, and SWP can generate high density plasma. The etching performed by the dry etching method (hereinafter, also referred to as “dry etching processing”) is performed under the etching conditions (amount of power applied to the coil type electrode, applied to the electrode on the substrate side) so that etching can be performed to a desired processed shape. The amount of power required, the temperature of the electrode on the substrate side, etc.) are appropriately adjusted.
なお、フォトリソグラフィ法を用いて導電層や絶縁層上に任意形状のレジストマスクを形
成する工程をフォトリソグラフィ工程というが、一般にレジストマスク形成後には、エッ
チング工程とレジストマスクの剥離工程が行われることが多い。このため、特段の説明が
無い限り、本明細書でいうフォトリソグラフィ工程には、レジストマスクの形成工程と、
導電層または絶縁層のエッチング工程と、レジストマスクの剥離工程が含まれているもの
とする。
The step of forming a resist mask of an arbitrary shape on the conductive layer or the insulating layer by photolithography is referred to as a photolithography step. Generally, after the resist mask is formed, an etching step and a peeling step of the resist mask are performed. There are many. For this reason, unless otherwise specified, in the photolithography process referred to in the present specification, a process of forming a resist mask,
The etching process of the conductive layer or the insulating layer and the peeling process of the resist mask are included.
また、ゲート電極202の断面形状、具体的には端部の断面形状(テーパー角や膜厚など
)を工夫することにより、後に形成される層の被覆性を向上させることができる。
In addition, by devising the cross-sectional shape of the gate electrode 202, specifically, the cross-sectional shape (the taper angle, the film thickness, and the like) of the end portion, coverage with a layer to be formed later can be improved.
具体的には、電極402の断面形状が台形または三角形状となるように、電極402の端
部をテーパー形状とする。ここで、電極402端部のテーパー角θ(図6(A)参照)を
、80°以下、好ましくは60°以下、さらに好ましくは45°以下とする。なお、テー
パー角θとは、テーパー形状を有する層を、その断面(基板の表面と直交する面)方向か
ら観察した際に、当該層の側面と底面がなす当該層内の角度を示す。また、テーパー角が
90°未満である場合を順テーパーといい、テーパー角が90°以上である場合を逆テー
パーという。
Specifically, the end of the
また、電極402端部の断面形状を複数段の階段形状とすることで、その上に被覆する層
の被覆性を向上させることもできる。なお、電極402に限らず、各層の端部の断面形状
を順テーパー形状または階段形状とすることで、その上に被覆する層が途切れてしまう現
象(段切れ)を防ぎ、被覆性を良好なものとすることができる。
In addition, by setting the cross-sectional shape of the end portion of the
また、基板401と電極402の間に、絶縁層を設けてもよい。絶縁層は、スパッタリン
グ法、MBE(Molecular Beam Epitaxy )法、CVD(Che
mical Vapor Deposition)法、PLD(Pulsed Lase
r Deposition)法、ALD(Atomic Layer Depositi
on)法、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor
Deposition)法等を適宜用いて形成することができる。また、μ波(例えば周
波数2.45GHz)を用いた高密度プラズマCVD法などを適用することができる。ま
た、絶縁層201は、スパッタリングターゲット表面に対し、概略垂直に複数の基板表面
がセットされた状態で成膜を行うスパッタ装置、所謂CPスパッタ装置を用いて成膜して
もよい。
In addition, an insulating layer may be provided between the substrate 401 and the
Mical Vapor Deposition method, PLD (Pulsed Lase)
r Deposition method, ALD (Atomic Layer Depositi)
on method, MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor)
It can form using the Deposition method etc. suitably. Further, high density plasma CVD method using microwave (for example, frequency 2.45 GHz) can be applied. In addition, the insulating layer 201 may be formed using a sputtering apparatus that performs film formation in a state where a plurality of substrate surfaces are set substantially perpendicularly to the sputtering target surface, a so-called CP sputtering apparatus.
また、絶縁層は、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、酸化窒
化アルミニウム、酸化ガリウム、窒化シリコン、酸化シリコン、窒化酸化シリコンまたは
酸化窒化シリコンから選ばれた材料を、単層でまたは積層して形成することができる。な
お、本明細書中において、窒化酸化とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多
いものであって、酸化窒化とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いものを
示す。なお、各元素の含有量は、例えば、ラザフォード後方散乱法(RBS:Ruthe
rford Backscattering Spectrometry)等を用いて測
定することができる。
In addition, the insulating layer is formed of a single layer or a stack of a material selected from aluminum nitride, aluminum oxide, aluminum nitride oxide, aluminum oxynitride, gallium oxide, silicon nitride, silicon oxide, silicon nitride oxide, or silicon oxynitride. It can be formed. In the present specification, the term "nitriding oxidation" means that the content of nitrogen is higher than that of oxygen as the composition, and the term "oxinitriding" means that the content of oxygen is higher than nitrogen as that composition. Indicates The content of each element is, for example, Rutherford backscattering method (RBS: Ruthe
It can be measured using rford backscattering spectrometry) or the like.
次いで、基板400及び電極402上に絶縁層403を形成する(図6(A)参照)。絶
縁層403は電極402の形状を反映した表面に凸部を有する層である。
Next, the insulating
絶縁層403としては、プラズマCVD法又はスパッタリング法等により、酸化シリコン
、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化
ガリウム、酸化ガリウム亜鉛、酸化亜鉛、又はこれらの混合材料を用いて形成することが
できる。絶縁層403は、単層でも積層でもよい。
As the insulating
本実施の形態では絶縁層403としてスパッタリング法を用いて形成する酸化シリコン膜
を用いる。また、プラズマCVD法を用いて形成する酸化窒化シリコン膜を用いてもよい
。
In this embodiment mode, a silicon oxide film formed by a sputtering method is used as the insulating
次いで、絶縁層403に対して、酸素431を導入する処理(酸素ドープ処理)を行い、
絶縁層403下面近傍及び電極402近傍に、酸素過剰領域481を形成する。これによ
って、酸素過剰領域481を有する絶縁層403が形成される(図6(B)参照)。なお
、図中において、点線で示す酸素過剰領域481は、導入された酸素の分布中心を模式的
に表している。
Next, the insulating
An
酸素431には、少なくとも、酸素ラジカル、酸素原子、酸素分子、オゾン、酸素イオン
(酸素分子イオン)、及び/又は酸素クラスタイオンのいずれかが含まれている。
The
絶縁層403への酸素431の導入は、例えば、イオン注入法、イオンドーピング法、プ
ラズマイマージョンイオンインプランテーション法、プラズマ処理等を用いることができ
る。なお、イオン注入法として、ガスクラスタイオンビームを用いてもよい。また、酸素
431の導入は、基板400の全面を一度に処理してもよいし、例えば、線状のイオンビ
ームを用いてもよい。線状のイオンビームを用いる場合には、基板又はイオンビームを相
対的に移動(スキャン)させることで、絶縁層403の全面に酸素431を導入すること
ができる。
For the introduction of the
酸素431の供給ガスとしては、Oを含有するガスを用いればよく、例えば、O2ガス、
N2Oガス、CO2ガス、COガス、NO2ガス等を用いることができる。なお、酸素の
供給ガスに希ガス(例えばAr)を含有させてもよい。
As the supply gas of
N 2 O gas, CO 2 gas, CO gas, NO 2 gas or the like can be used. Note that a rare gas (for example, Ar) may be contained in the oxygen supply gas.
また、例えば、イオン注入法で酸素の導入を行う場合、酸素431のドーズ量を0.5×
1016cm−2以上5×1016cm−2(例えば、1×1016cm−2)、加速エ
ネルギーを50eV以上70eV(例えば、50eV)とするのが好ましく、酸素ドープ
処理後の酸素過剰領域481を含む酸化物絶縁層436中の酸素の含有量は、酸化物絶縁
層436の化学量論的組成比を超える程度とするのが好ましい。なお、このような化学量
論的組成比よりも酸素を過剰に含む領域は、酸素過剰領域481に存在していればよい。
なお、酸素431の注入深さは、注入条件により適宜制御すればよい。
Also, for example, when oxygen is introduced by ion implantation, the dose of
It is preferable to set 10 16 cm −2 or more to 5 × 10 16 cm −2 (for example, 1 × 10 16 cm −2 ), and acceleration energy to be 50 eV or more to 70 eV (for example, 50 eV). The content of oxygen in the oxide insulating layer 436 including 481 is preferably higher than the stoichiometric composition ratio of the oxide insulating layer 436. Note that a region containing oxygen in excess of such a stoichiometric composition ratio may be present in the
Note that the implantation depth of the
次いで、酸素過剰領域481を含む絶縁層403に上面の凸部を除去する平坦化処理を行
う。電極402上の絶縁層403を選択的に除去することで表面を平坦化し、平坦化した
絶縁層404を形成する(図6(C)参照)。
Next, planarization treatment is performed on the insulating
平坦化処理によって、絶縁層403の電極402と重畳する領域が選択的に除去されて薄
くなるため、電極402上の酸素過剰領域481と、絶縁層403上面との距離は短くな
る。一方、絶縁層403において、電極402が存在しない領域では、絶縁層403の除
去はほとんど行われないため、酸素過剰領域481は絶縁層403下面近傍に存在する。
よって、絶縁層404において、酸素過剰領域は、酸化物絶縁層上面から、電極402の
存在する領域ではより浅い位置に設けられ、他の領域(導電層の存在しない領域)では深
い位置に設けられる。
A region overlapping with the
Thus, in the insulating
従って、後の工程で酸化物半導体層が設けられる、電極402と重なる絶縁層404にお
いて、酸化物半導体層に近接して酸素過剰領域481を設けることができるため、酸素過
剰領域481から酸化物半導体層へ効率よく酸素を供給することができる。また、酸素の
供給は、熱処理を行ってより促進することもできる。
Therefore, in the insulating
さらに、絶縁層404において、酸素過剰領域481は、酸素供給が必要な酸化物半導体
層の下以外の領域では、絶縁層404上面から離れた、絶縁層404下面近傍に設けられ
ている。よって、特に熱処理を行ったときでも、絶縁層404上面からの不必要な酸素の
放出が抑制でき、絶縁層404を酸素過剰な状態に維持することができる。
Further, in the insulating
なお、本実施の形態では、絶縁層403への酸素431の導入を行う例を示したが、成膜
直後に十分な酸素を含む絶縁層403が形成できるのであれば、絶縁層403への酸素4
31の導入を省略することができる。
Note that although an example in which
The introduction of 31 can be omitted.
また、平坦化処理としては、特に限定されないが、研磨処理(例えば、化学的機械研磨法
(Chemical Mechanical Polishing:CMP))、ドライ
エッチング処理、プラズマ処理を用いることができる。
The planarization treatment is not particularly limited, but polishing treatment (for example, chemical mechanical polishing (CMP)), dry etching treatment, or plasma treatment can be used.
次いで、絶縁層404上に酸化物半導体層405を形成する(図6(C)参照)。酸化物
半導体層405は、二元系金属の酸化物であるIn−Zn系酸化物、In−Mg系酸化物
、In−Ga系酸化物、三元系金属の酸化物であるIn−Ga−Zn系酸化物(IGZO
とも表記する。)、In−Sn−Zn系酸化物、In−Hf−Zn系酸化物、In−La
−Zn系酸化物、In−Ce−Zn系酸化物、In−Pr−Zn系酸化物、In−Nd−
Zn系酸化物、In−Sm−Zn系酸化物、In−Eu−Zn系酸化物、In−Gd−Z
n系酸化物、In−Tb−Zn系酸化物、In−Dy−Zn系酸化物、In−Ho−Zn
系酸化物、In−Er−Zn系酸化物、In−Tm−Zn系酸化物、In−Yb−Zn系
酸化物、In−Lu−Zn系酸化物、四元系金属の酸化物であるIn−Sn−Ga−Zn
系酸化物、In−Hf−Ga−Zn系酸化物、In−Sn−Hf−Zn系酸化物などを用
いることができる。
Then, the
Also written. ), In-Sn-Zn-based oxide, In-Hf-Zn-based oxide, In-La
-Zn-based oxide, In-Ce-Zn-based oxide, In-Pr-Zn-based oxide, In-Nd-
Zn-based oxide, In-Sm-Zn-based oxide, In-Eu-Zn-based oxide, In-Gd-Z
n-based oxide, In-Tb-Zn-based oxide, In-Dy-Zn-based oxide, In-Ho-Zn
In-based oxides, In-Er-Zn-based oxides, In-Tm-Zn-based oxides, In-Yb-Zn-based oxides, In-Lu-Zn-based oxides, and oxides of quaternary metals -Sn-Ga-Zn
A base oxide, an In-Hf-Ga-Zn-based oxide, an In-Sn-Hf-Zn-based oxide, or the like can be used.
なお、ここで、例えば、In−Ga−Zn系酸化物とは、In、Ga及びZnを有する酸
化物という意味であり、InとGaとZnの比率は問わない。また、In、Ga及びZn
以外の金属元素が含まれていてもよい。
Note that, for example, an In—Ga—Zn-based oxide means an oxide having In, Ga, and Zn, and there is no limitation on the ratio of In to Ga to Zn. Also, In, Ga and Zn
Other metal elements may be contained.
本実施の形態において、酸化物半導体層405をスパッタリング法で作製するためのター
ゲットとしては、組成比として、In:Ga:Zn=3:1:2[原子数比]の酸化物タ
ーゲットを用い、In−Ga−Zn系酸化物(IGZO)を5nm以上30nm以下の厚
さで形成する。
In this embodiment, an oxide target having a composition ratio of In: Ga: Zn = 3: 1: 2 [atomic number ratio] is used as a target for forming the
また、金属酸化物ターゲットの相対密度(充填率)は90%以上100%以下、好ましく
は95%以上99.9%以下である。相対密度の高い金属酸化物ターゲットを用いること
により、形成した酸化物半導体層405を緻密な膜とすることができる。
Further, the relative density (filling rate) of the metal oxide target is 90% or more and 100% or less, preferably 95% or more and 99.9% or less. By using a metal oxide target with a high relative density, the formed
酸化物半導体層405を、形成する際に用いるスパッタリングガスは水素、水、水酸基又
は水素化物などの不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
It is preferable to use a high-purity gas from which an impurity such as hydrogen, water, a hydroxyl group, or a hydride is removed as a sputtering gas used in forming the
まず、減圧状態に保持された成膜室内に、絶縁層404まで形成された基板400を保持
する。そして、成膜室内の残留水分を除去しつつ水素及び水分が除去されたスパッタガス
を導入し、上記ターゲットを用いて絶縁層404上に酸化物半導体層405を形成する。
成膜室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプ、例えば、クライオポンプ
、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが好ましい。また、排気手
段としては、ターボ分子ポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。クライ
オポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素原子、水(H2O)など水素原子を含
む化合物(より好ましくは炭素原子を含む化合物も)等が排気されるため、当該成膜室で
形成した酸化物半導体層405に含まれる不純物の濃度を低減できる。
First, the
In order to remove moisture remaining in the deposition chamber, an entrapment vacuum pump such as a cryopump, an ion pump, or a titanium sublimation pump is preferably used. In addition, as an evacuation means, a turbo molecular pump provided with a cold trap may be used. In the deposition chamber evacuated using a cryopump, for example, a hydrogen atom, a compound containing a hydrogen atom such as water (H 2 O) (more preferably also a compound containing a carbon atom), or the like is evacuated; The concentration of impurities contained in the
なお、酸化物半導体層405を、複数の酸化物半導体層が積層された構造としてもよい。
例えば、酸化物半導体層405を、第1の酸化物半導体層と第2の酸化物半導体層の積層
として、第1の酸化物半導体層と第2の酸化物半導体層に異なる組成の金属酸化物を用い
てもよい。例えば、第1の酸化物半導体層に三元系金属の酸化物を用い、第2の酸化物半
導体層に二元系金属の酸化物を用いてもよい。また、例えば、第1の酸化物半導体層と第
2の酸化物半導体層を、どちらも三元系金属の酸化物としてもよい。
Note that the
For example, the
また、第1の酸化物半導体層と第2の酸化物半導体層の構成元素を同一とし、両者の組成
比を異ならせてもよい。例えば、第1の酸化物半導体層の原子数比をIn:Ga:Zn=
1:1:1とし、第2の酸化物半導体層の原子数比をIn:Ga:Zn=3:1:2とし
てもよい。また、第1の酸化物半導体層の原子数比をIn:Ga:Zn=1:3:2とし
、第2の酸化物半導体層の原子数比をIn:Ga:Zn=2:1:3としてもよい。
The constituent elements of the first oxide semiconductor layer and the second oxide semiconductor layer may be the same, and the composition ratio of the two may be different. For example, the atomic ratio of the first oxide semiconductor layer can be expressed as In: Ga: Zn =
Alternatively, the atomic ratio of the second oxide semiconductor layer may be In: 1: 3: 1: 2. Further, the atomic ratio of the first oxide semiconductor layer is In: Ga: Zn = 1: 3: 2, and the atomic ratio of the second oxide semiconductor layer is In: Ga: Zn = 2: 1: 3. It may be
この時、第1の酸化物半導体層と第2の酸化物半導体層のうち、ゲート電極に近い側(チ
ャネル側)の酸化物半導体層のInとGaの含有率をIn>Gaとするとよい。またゲー
ト電極から遠い側(バックチャネル側)の酸化物半導体層のInとGaの含有率をIn≦
Gaとするとよい。
At this time, in the first oxide semiconductor layer and the second oxide semiconductor layer, the content ratio of In and Ga in the oxide semiconductor layer closer to the gate electrode (channel side) may be In> Ga. In addition, the In and Ga contents of the oxide semiconductor layer on the side (back channel side) far from the gate electrode are In ≦≦.
It is good to be Ga.
酸化物半導体では主として重金属のs軌道がキャリア伝導に寄与しており、Inの含有率
を多くすることによりs軌道のオーバーラップが多くなる傾向があるため、In>Gaの
組成となる酸化物はIn≦Gaの組成となる酸化物と比較して高い移動度を備える。また
、GaはInと比較して酸素欠損の形成エネルギーが大きく酸素欠損が生じにくいため、
In≦Gaの組成となる酸化物はIn>Gaの組成となる酸化物と比較して安定した特性
を備える。
In oxide semiconductors, the s orbital of heavy metal mainly contributes to carrier conduction, and there is a tendency that the overlap of the s orbital tends to increase by increasing the In content, so It has high mobility as compared with an oxide having a composition of In ≦ Ga. In addition, Ga has a greater formation energy of oxygen vacancies compared to In, and thus oxygen vacancies are less likely to occur.
An oxide having a composition of In ≦ Ga has stable characteristics as compared with an oxide having a composition of In> Ga.
チャネル側にIn>Gaの組成となる酸化物半導体を適用し、バックチャネル側にIn≦
Gaの組成となる酸化物半導体を適用することで、トランジスタの移動度及び信頼性をさ
らに高めることが可能となる。
An oxide semiconductor with a composition of In> Ga is applied to the channel side, and In ≦≦ on the back channel side.
By using an oxide semiconductor which has a composition of Ga, mobility and reliability of the transistor can be further improved.
また、第1の酸化物半導体層と第2の酸化物半導体層に、結晶性の異なる酸化物半導体を
適用してもよい。すなわち、単結晶酸化物半導体、多結晶酸化物半導体、非晶質酸化物半
導体、またはCAAC−OS(C Axis Aligned Crystalline
Oxide Semiconductor)を適宜組み合わせた構成としてもよい。
Alternatively, oxide semiconductors with different crystallinity may be applied to the first oxide semiconductor layer and the second oxide semiconductor layer. That is, a single crystal oxide semiconductor, a polycrystalline oxide semiconductor, an amorphous oxide semiconductor, or a CAAC-OS (C Axis Aligned Crystalline).
It may be configured by appropriately combining Oxide Semiconductor).
ここで、CAAC−OSについて説明しておく。CAAC−OSは、完全な単結晶ではな
く、完全な非晶質でもない。CAAC−OSは、非晶質相に結晶部を有する結晶−非晶質
混相構造の酸化物半導体である。なお、当該結晶部は、一辺が100nm未満の立方体内
に収まる大きさであることが多い。また、透過型電子顕微鏡(TEM:Transmis
sion Electron Microscope)による観察像では、CAAC−O
Sに含まれる非晶質部と結晶部との境界は明確ではない。また、TEMによってCAAC
−OSには粒界(グレインバウンダリーともいう。)は確認できない。そのため、CAA
C−OSは、粒界に起因する電子移動度の低下が抑制される。
Here, the CAAC-OS will be described. CAAC-OS is not a complete single crystal nor a complete amorphous. The CAAC-OS is an oxide semiconductor of a crystal-amorphous mixed phase structure having a crystal part in an amorphous phase. Note that the crystal part often fits in a cube whose one side is less than 100 nm. Also, a transmission electron microscope (TEM: Transmis
In the observation image by sion electron microscope, the CAAC-O
The boundary between the amorphous part and the crystal part contained in S is not clear. Also, CAAC by TEM
-Grain boundaries (also called grain boundaries) can not be confirmed in OS. Therefore, CAA
In C-OS, the decrease in electron mobility due to grain boundaries is suppressed.
CAAC−OSに含まれる結晶部は、c軸がCAAC−OSの被形成面または表面に垂直
な方向に揃い、かつab面に垂直な方向から見て三角形状または六角形状の原子配列を有
し、c軸に垂直な方向から見て金属原子が層状または金属原子と酸素原子とが層状に配列
している。なお、異なる結晶部間で、それぞれa軸及びb軸の向きが異なっていてもよい
。本明細書において、単に垂直と記載する場合、85°以上95°以下の範囲も含まれる
こととする。
The crystal part included in the CAAC-OS has a c-axis aligned in a direction perpendicular to the formation surface or surface of the CAAC-OS, and has a triangular or hexagonal atomic arrangement when viewed from the direction perpendicular to the ab plane. The metal atoms are arranged in layers or the metal atoms and the oxygen atoms are arranged in layers when viewed in the direction perpendicular to the c-axis. Note that the directions of the a-axis and the b-axis may be different between different crystal parts. In the present specification, the term “perpendicular” also includes the range of 85 ° or more and 95 ° or less.
なお、CAAC−OSにおいて、結晶部の分布が一様でなくてもよい。例えば、CAAC
−OSの形成過程において、酸化物半導体層の表面側から結晶成長させる場合、被形成面
の近傍に対し表面の近傍では結晶部の占める割合が高くなることがある。また、CAAC
−OSへ不純物を添加することにより、当該不純物添加領域において結晶部が非晶質化す
ることもある。
In the CAAC-OS, distribution of crystal parts is not necessarily uniform. For example, CAAC
In the case of crystal growth from the surface side of the oxide semiconductor layer in the formation process of -OS, the proportion of the crystal part in the vicinity of the surface may be higher than the ratio in the vicinity of the formation surface. Also, CAAC
By adding an impurity to −OS, a crystal part may be made amorphous in the impurity added region.
CAAC−OSに含まれる結晶部のc軸は、CAAC−OSの被形成面または表面に垂直
な方向に揃うため、CAAC−OSの形状(被形成面の断面形状または表面の断面形状)
によっては互いに異なる方向を向くことがある。なお、結晶部のc軸の方向は、CAAC
−OSが形成されたときの被形成面または表面に垂直な方向となる。結晶部は、成膜する
ことにより、または成膜後に加熱処理などの結晶化処理を行うことにより形成される。
The c-axis of the crystal part included in the CAAC-OS is aligned in a direction perpendicular to the formation surface or surface of the CAAC-OS, so the shape of the CAAC-OS (cross-sectional shape of the formation surface or cross-sectional shape of the surface)
Depending on the direction, they may turn in different directions. Note that the direction of the c-axis of the crystal part is CAAC
-The direction perpendicular to the formation surface or the surface when the OS is formed. The crystal part is formed by film formation or by performing crystallization treatment such as heat treatment after film formation.
CAAC−OSを用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動を
低減することが可能である。よって、当該トランジスタは、信頼性が高い。
A transistor using a CAAC-OS can reduce variation in electrical characteristics due to irradiation with visible light or ultraviolet light. Thus, the transistor is highly reliable.
なお、酸化物半導体を構成する酸素の一部は窒素で置換されてもよい。 Note that part of oxygen included in the oxide semiconductor may be replaced with nitrogen.
また、CAAC−OSのように結晶部を有する酸化物半導体では、よりバルク内欠陥を低
減することができ、表面の平坦性を高めればアモルファス状態の酸化物半導体以上の移動
度を得ることができる。表面の平坦性を高めるためには、平坦な表面上に酸化物半導体を
形成することが好ましく、具体的には、平均面粗さ(Ra)が1nm以下、好ましくは0
.3nm以下、より好ましくは0.1nm以下の表面上に形成するとよい。Raは原子間
力顕微鏡(AFM:Atomic Force Microscope)にて評価可能で
ある。(CAAC−OSの説明終わり。)
In the case of an oxide semiconductor having a crystal part, such as a CAAC-OS, defects in the bulk can be further reduced, and mobility higher than that of an oxide semiconductor in an amorphous state can be obtained by enhancing surface flatness. . In order to improve surface flatness, an oxide semiconductor is preferably formed over a flat surface. Specifically, the average surface roughness (Ra) is 1 nm or less, preferably 0.
. It may be formed on a surface of 3 nm or less, more preferably 0.1 nm or less. Ra can be evaluated with an atomic force microscope (AFM). (End of explanation of CAAC-OS.)
第1の酸化物半導体層と第2の酸化物半導体層の少なくともどちらか一方に非晶質酸化物
半導体を適用すると、酸化物半導体層205の内部応力や外部からの応力を緩和し、トラ
ンジスタの特性ばらつきが低減され、また、トランジスタの信頼性をさらに高めることが
可能となる。
When an amorphous oxide semiconductor is applied to at least one of the first oxide semiconductor layer and the second oxide semiconductor layer, internal stress of the oxide semiconductor layer 205 and stress from the outside are relieved, and Characteristic variations are reduced, and it is possible to further enhance the reliability of the transistor.
一方で、非晶質酸化物半導体は水素などのドナーとなる不純物を吸収しやすく、また、酸
素欠損が生じやすいためn型化されやすい。このため、チャネル側の酸化物半導体層は、
CAAC−OSなどの結晶性を有する酸化物半導体を適用することが好ましい。
On the other hand, an amorphous oxide semiconductor is apt to absorb an impurity serving as a donor such as hydrogen, and is likely to be n-typed because oxygen vacancies are easily generated. Therefore, the oxide semiconductor layer on the channel side is
It is preferable to apply a crystalline oxide semiconductor such as CAAC-OS.
また、トランジスタとしてボトムゲート構造のチャネルエッチング型のトランジスタを用
いる場合、バックチャネル側に非晶質酸化物半導体を用いると、ソース電極及びドレイン
電極形成時のエッチング処理により酸素欠損が生じ、n型化されやすい。このため、チャ
ネルエッチング型のトランジスタを用いる場合は、バックチャネル側の酸化物半導体層に
結晶性を有する酸化物半導体を適用することが好ましい。
In addition, in the case of using a channel-etched transistor with a bottom gate structure as the transistor, when an amorphous oxide semiconductor is used on the back channel side, oxygen vacancies are generated by etching treatment when forming the source electrode and the drain electrode, It is easy to be done. Therefore, in the case of using a channel-etched transistor, an oxide semiconductor having crystallinity is preferably used for the oxide semiconductor layer on the back channel side.
また、酸化物半導体層405を3層以上の積層構造とし、複数層の結晶性を有する酸化物
半導体層で非晶質酸化物半導体層を挟む構造としてもよい。また、結晶性を有する酸化物
半導体層と非晶質酸化物半導体層を交互に積層する構造としてもよい。
Alternatively, the
酸化物半導体層405を複数層の積層構造とする場合の上記構成は、それぞれを適宜組み
合わせて用いることができる。
The above structures in the case where the
また、酸化物半導体層405を複数層の積層構造とし、各酸化物半導体層の形成後に酸素
ドープ処理を行ってもよい。各酸化物半導体層の形成毎に酸素ドープ処理を行うことで、
酸化物半導体内の酸素欠損を低減する効果を高めることができる。
Alternatively, the
The effect of reducing oxygen vacancies in the oxide semiconductor can be enhanced.
続いて、フォトリソグラフィ工程により酸化物半導体層405の一部を選択的にエッチン
グして、島状の酸化物半導体層406を形成する(図6(D)参照)。酸化物半導体層4
06を形成するためのレジストマスクはインクジェット法で形成してもよい。レジストマ
スクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減
できる。
Subsequently, part of the
The resist mask for forming 06 may be formed by an inkjet method. When the resist mask is formed by an inkjet method, a photomask is not used, and thus the manufacturing cost can be reduced.
なお、酸化物半導体層405のエッチングは、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。ウェットエッチング法により、酸化物半導体層40
5のエッチングを行う場合は、エッチング液として、燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液や、
シュウ酸を含む溶液などを用いることができる。また、ITO−07N(関東化学社製)
を用いてもよい。また、ドライエッチング法で酸化物半導体層405のエッチングを行う
場合は、例えば、ECRまたはICPなどの高密度プラズマ源を用いたドライエッチング
法を用いることができる。
Note that the etching of the
When etching is performed, a solution in which phosphoric acid, acetic acid and nitric acid are mixed is used as an etching solution, or
A solution containing oxalic acid can be used. Also, ITO-07N (Kanto Chemical Co., Ltd.)
May be used. In the case where the
また、酸化物半導体層405の形成後または酸化物半導体層406の形成後に、酸化物半
導体層中の過剰な水素(水や水酸基を含む)を除去(脱水化または脱水素化)するための
加熱処理を行ってもよい。加熱処理の温度は、300℃以上700℃以下、または基板の
歪み点未満とする。加熱処理は減圧下又は窒素雰囲気下などで行うことができる。例えば
、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体層に対して窒素雰囲気
下450℃において1時間の加熱処理を行う。
After the formation of the
なお、加熱処理装置は電気炉に限られず、抵抗発熱体などの発熱体からの熱伝導または熱
輻射によって、被処理物を加熱する装置を用いてもよい。例えば、GRTA(Gas R
apid Thermal Anneal)装置、LRTA(Lamp Rapid T
hermal Anneal)装置等のRTA(Rapid Thermal Anne
al)装置を用いることができる。LRTA装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドラ
ンプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀
ランプなどのランプから発する光(電磁波)の輻射により、被処理物を加熱する装置であ
る。GRTA装置は、高温のガスを用いて加熱処理を行う装置である。高温のガスには、
アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、加熱処理によって被処理物と反応しない不
活性気体が用いられる。
Note that the heat treatment apparatus is not limited to an electric furnace, and an apparatus which heats an object by heat conduction or heat radiation from a heating element such as a resistance heating element may be used. For example, GRTA (Gas R
apid Thermal Anneal device, LRTA (Lamp Rapid T)
RTA (Rapid Thermal Anneal) of equipment such as thermal Anneal
al) apparatus can be used. The LRTA apparatus is an apparatus for heating an object by radiation of light (electromagnetic wave) emitted from a lamp such as a halogen lamp, a metal halide lamp, a xenon arc lamp, a carbon arc lamp, a high pressure sodium lamp and a high pressure mercury lamp. The GRTA apparatus is an apparatus that performs heat treatment using a high temperature gas. For hot gases,
An inert gas which does not react with an object by heat treatment such as a rare gas such as argon or nitrogen is used.
例えば、加熱処理として、650℃〜700℃の高温に加熱した不活性ガス中に基板を入
れ、数分間加熱した後、基板を不活性ガス中から出すGRTAを行ってもよい。
For example, as heat treatment, GRTA in which the substrate is put in an inert gas heated to a high temperature of 650 ° C. to 700 ° C. and heated for several minutes may be performed.
なお、加熱処理においては、窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスに、水
、水素などが含まれないことが好ましい。または、熱処理装置に導入する窒素、またはヘ
リウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、6N(99.9999%)以上好ましく
は7N(99.99999%)以上(即ち不純物濃度を1ppm以下、好ましくは0.1
ppm以下)とすることが好ましい。
Note that in the heat treatment, it is preferable that water, hydrogen, and the like be not contained in nitrogen or a rare gas such as helium, neon, or argon. Alternatively, the purity of nitrogen or a rare gas such as helium, neon, or argon introduced into the heat treatment apparatus is 6N (99.9999%) or more, preferably 7N (99.99999%) or more (that is, the impurity concentration is 1ppm or less, preferably) Is 0.1
It is preferable to set it as ppm or less.
また、加熱処理により酸化物半導体層を加熱した後、同じ炉に高純度の酸素ガス、高純度
の一酸化二窒素ガス、又は超乾燥エア(キャビティリングダウン分光法(CRDS:Ca
vity Ring−Down Spectroscopy)を用いた露点計を用いて測
定した場合の水分量が20ppm(露点換算で−55℃)以下、好ましくは1ppm以下
、より好ましくは10ppb以下の空気)を導入してもよい。酸素ガスまたは一酸化二窒
素ガスに、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、熱処理装置に導入する酸
素ガスまたは一酸化二窒素ガスの純度を、6N以上好ましくは7N以上(即ち、酸素ガス
または一酸化二窒素ガス中の不純物濃度を1ppm以下、好ましくは0.1ppm以下)
とすることが好ましい。酸素ガス又は一酸化二窒素ガスの作用により、脱水化または脱水
素化処理による不純物の排除工程によって同時に減少してしまった酸化物半導体を構成す
る主成分材料である酸素を供給することによって、酸化物半導体内の酸素欠損が低減され
、酸化物半導体層をi型(真性)または実質的にi型化することができる。この点、シリ
コンなどのように不純物元素を添加してのi型化ではないため、酸化物半導体のi型化は
従来にない技術思想を含むものといえる。
In addition, after the oxide semiconductor layer is heated by heat treatment, high-purity oxygen gas, high-purity dinitrogen monoxide gas, or ultra-dry air (cavity ring down spectroscopy (CRDS: Ca) is performed in the same furnace.
The moisture content measured with a dew point meter using vity Ring-Down Spectroscopy) is 20 ppm or less (-55 ° C in terms of dew point) or less, preferably 1 ppm or less, more preferably 10 ppb or less of air. Good. It is preferable that the oxygen gas or the dinitrogen monoxide gas does not contain water, hydrogen and the like. Alternatively, the purity of the oxygen gas or dinitrogen monoxide gas introduced into the heat treatment apparatus is 6 N or more, preferably 7 N or more (that is, the impurity concentration in the oxygen gas or dinitrogen monoxide gas is 1 ppm or less, preferably 0.1 ppm or less )
It is preferable to Oxidation by supplying oxygen, which is a main component material of an oxide semiconductor, which has been simultaneously reduced by the process of removing impurities by dehydration or dehydrogenation treatment by the action of oxygen gas or dinitrogen monoxide gas. Oxygen vacancies in the product semiconductor are reduced, and the oxide semiconductor layer can be i-type (intrinsic) or substantially i-type. In this respect, since it is not i-type conversion by adding an impurity element like silicon and the like, it can be said that i-type conversion of an oxide semiconductor includes technical ideas that have not been present in the prior art.
また、脱水化又は脱水素化のための加熱処理は、複数回行ってもよく、他の加熱処理と兼
ねてもよい。また、加熱処理により、絶縁層404からの酸素の供給が促進される。また
、脱水化又は脱水素化処理を行った酸化物半導体層に、酸素ドープ処理を行い、酸化物半
導体層に酸素を供給してもよい。
Further, the heat treatment for dehydration or dehydrogenation may be performed a plurality of times, and may be combined with another heat treatment. Further, the heat treatment promotes the supply of oxygen from the insulating
また、酸化物半導体層は、銅、アルミニウム、塩素などの不純物がほとんど含まれない高
純度化されたものであることが望ましい。トランジスタの製造工程において、これらの不
純物が混入または酸化物半導体層の表面に付着する恐れのない工程を適宜選択することが
好ましく、酸化物半導体層の表面に付着した場合には、シュウ酸や希フッ酸などに曝す、
またはプラズマ処理(N2Oプラズマ処理など)を行うことにより、酸化物半導体層の表
面の不純物を除去することが好ましい。具体的には、酸化物半導体層中の銅濃度は1×1
018atoms/cm3以下、好ましくは1×1017atoms/cm3以下とする
。また、酸化物半導体層中のアルミニウム濃度は1×1018atoms/cm3以下と
する。また、酸化物半導体層中の塩素濃度は2×1018atoms/cm3以下とする
。
Further, it is preferable that the oxide semiconductor layer be highly purified which hardly contains impurities such as copper, aluminum, and chlorine. In the manufacturing process of the transistor, it is preferable to select a step which does not have the risk of the contamination or adhesion of these impurities on the surface of the oxide semiconductor layer, and in the case of adhesion to the surface of the oxide semiconductor layer, oxalic acid or Exposure to hydrofluoric acid, etc.
Alternatively, impurities in the surface of the oxide semiconductor layer are preferably removed by plasma treatment (N 2 O plasma treatment or the like). Specifically, the copper concentration in the oxide semiconductor layer is 1 × 1
It is set to 0 18 atoms / cm 3 or less, preferably 1 × 10 17 atoms / cm 3 or less. Further, the concentration of aluminum in the oxide semiconductor layer is 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less. Further, the chlorine concentration in the oxide semiconductor layer is less than or equal to 2 × 10 18 atoms / cm 3 .
また、酸化物半導体層中のナトリウム(Na)、リチウム(Li)、カリウム(K)など
のアルカリ金属の濃度は、Naは5×1016cm−3以下、好ましくは1×1016c
m−3以下、さらに好ましくは1×1015cm−3以下、Liは5×1015cm−3
以下、好ましくは1×1015cm−3以下、Kは5×1015cm−3以下、好ましく
は1×1015cm−3以下とする。
In addition, the concentration of an alkali metal such as sodium (Na), lithium (Li), or potassium (K) in the oxide semiconductor layer is 5 × 10 16 cm −3 or less, preferably 1 × 10 16 c
m −3 or less, more preferably 1 × 10 15 cm −3 or less, Li is 5 × 10 15 cm −3
Hereinafter, preferably, it is 1 × 10 15 cm −3 or less, and K is 5 × 10 15 cm −3 or less, preferably 1 × 10 15 cm −3 or less.
次いで、酸化物半導体層406と電気的に接続するソース電極407a、ドレイン電極4
07b(これと同じ層で形成される他の電極または配線を含む)を形成する。ソース電極
407a、ドレイン電極407bを用いて他のトランジスタや素子と接続させ、様々な回
路を構成することができる。
Next, the
Form 07b (including other electrodes or wires formed in the same layer as this). Various circuits can be formed by using the
ソース電極407a、及びドレイン電極407bは、例えば、スパッタリング法、蒸着法
などを用いて導電層を形成し、フォトリソグラフィ工程により加工して形成することがで
きる。
The source electrode 407 a and the
ソース電極407a、及びドレイン電極407bに用いる導電層としては、例えば、Al
、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、Wから選ばれた元素を含む金属材料、または上述した
元素を成分とする金属窒化物材料(窒化チタン、窒化モリブデン、窒化タングステン)等
を用いることができる。
As a conductive layer used for the
Or a metal material containing an element selected from Cr, Cu, Ta, Ti, Mo, W, or a metal nitride material (titanium nitride, molybdenum nitride, tungsten nitride) or the like containing the above-described element as a component. .
本実施の形態では単層のタングステン層を用い、タングステン層上にレジストマスクを形
成し、タングステン層の厚さの半分程度を除去する第1のエッチングを行い、レジストマ
スクをアッシング処理により小さくした後、小さくしたレジストマスクを用いて第2のエ
ッチングを行い、その後レジストマスクを除去して図6(D)に示す断面形状、即ち、突
出した領域を下端部に有するソース電極407a、及び突出した領域を下端部に有するド
レイン電極407bをそれぞれ形成する。
In this embodiment, a single-layer tungsten layer is used, a resist mask is formed over the tungsten layer, a first etching for removing about a half of the thickness of the tungsten layer is performed, and the resist mask is reduced by ashing treatment. Then, the second etching is performed using the reduced resist mask, and then the resist mask is removed and the cross-sectional shape shown in FIG. 6D, that is, the
次いで、酸化物半導体層406、ソース電極406a、及びドレイン電極406bを覆う
ゲート絶縁層408を形成する(図6(E)参照)。
Then, the
ゲート絶縁層408の厚さは、例えば1nm以上20nm以下とし、スパッタリング法、
MBE法、CVD法、PLD法、ALD法、MOCVD法等を適宜用いることができる。
また、ゲート絶縁層408は、スパッタリングターゲット表面に対し、概略垂直に複数の
基板表面がセットされた状態で成膜を行うスパッタ装置、所謂CPスパッタ装置を用いて
形成してもよい。
The thickness of the
The MBE method, the CVD method, the PLD method, the ALD method, the MOCVD method, and the like can be used as appropriate.
Alternatively, the
ゲート絶縁層408の材料としては、酸化シリコン、酸化ガリウム、酸化ガリウム亜鉛、
Ga2O3(Gd2O3)、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、窒化シリコン、酸化窒化シリ
コン、酸化窒化アルミニウム、または窒化酸化シリコンを用いて形成することができる。
また、他の材料として、絶縁性を有するIn−Ga−Zn系酸化物もゲート絶縁層408
の材料として用いることができる。絶縁性を有するIn−Ga−Zn系酸化物は、In:
Ga:Zn=1:3:2[原子数比]の酸化物ターゲットを用い、基板温度を室温とし、
スパッタリングガスにアルゴン、またはアルゴンと酸素の混合ガスを用いて形成すればよ
い。
As a material of the
It can be formed using Ga 2 O 3 (Gd 2 O 3 ), zinc oxide, aluminum oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, aluminum oxynitride, or silicon nitride oxide.
In addition, as another material, an insulating In-Ga-Zn-based oxide can also be used for the
It can be used as a material of An In—Ga—Zn-based oxide having an insulating property is In:
With an oxide target of Ga: Zn = 1: 3: 2 [atomic number ratio], the substrate temperature is set to room temperature,
The sputtering gas may be formed using argon or a mixed gas of argon and oxygen.
チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用いる場合、該半導体層と接する層に、
該半導体層を構成する酸化物半導体と同種の成分を含む材料を用いると好ましい。このよ
うな材料は酸化物半導体との相性が良く、これを酸化物半導体と接する層に用いることで
、半導体層と該層の界面状態を良好に保つことができるからである。ここで、「酸化物半
導体と同種の成分」とは、酸化物半導体の構成元素から選択される一または複数の元素を
含むことを意味する。例えば、酸化物半導体がIn−Ga−Zn系の酸化物半導体材料に
よって構成される場合、同種の成分を含む絶縁材料としては、酸化ガリウムや酸化ガリウ
ム亜鉛などがある。
In the case where an oxide semiconductor is used for the semiconductor layer in which a channel is formed, the layer in contact with the semiconductor layer is
It is preferable to use a material containing a component of the same type as the oxide semiconductor forming the semiconductor layer. Such a material has high compatibility with an oxide semiconductor, and when used in a layer in contact with the oxide semiconductor, the interface state between the semiconductor layer and the layer can be favorably maintained. Here, “a component of the same type as the oxide semiconductor” means that one or more elements selected from constituent elements of the oxide semiconductor are included. For example, in the case where the oxide semiconductor is formed using an In-Ga-Zn-based oxide semiconductor material, examples of the insulating material containing the same kind of component include gallium oxide and gallium zinc oxide.
また、ゲート絶縁層408を積層構造とする場合には、酸化物半導体と同種の成分でなる
絶縁材料でなる層aと、層aの成分材料とは異なる材料を含む層bとの積層構造としても
よい。例えば、酸化物半導体がIn−Ga−Zn系の酸化物半導体材料によって構成され
る場合、酸化物半導体と接する層aを酸化ガリウムで形成し、層bを酸化窒化シリコンで
形成してもよい。
In the case where the
本実施の形態では、ゲート絶縁層408としてスパッタ法で形成する酸化ガリウムを用い
る。酸化ガリウムをゲート絶縁層408として用いると、酸化物半導体層406と同一構
成材料を含んでいるため、酸化物半導体層の界面状態を良好なものとすることができ、安
定な電気特性を付与することができる。
In this embodiment mode, gallium oxide formed by a sputtering method is used as the
次いで、ゲート絶縁層408上に、スパッタリング法、蒸着法などを用いて導電層を形成
し、該導電層をエッチングして、ゲート電極409a、ゲート電極409bを形成する。
Next, a conductive layer is formed over the
ゲート電極409a、ゲート電極409bの材料は、モリブデン、チタン、タンタル、タ
ングステン、アルミニウム、銅、クロム、ネオジム、スカンジウム等の金属材料またはこ
れらを主成分とする合金材料を用いて形成することができる。また、リン等の不純物元素
をドーピングした多結晶シリコンに代表される半導体、ニッケルシリサイドなどのシリサ
イドを用いてもよい。ゲート電極409a、ゲート電極409bは、単層構造としてもよ
いし、積層構造としてもよい。
The material of the
本実施の形態では、ゲート絶縁層408上に接するゲート電極409aとして、窒素を含
む金属酸化物(窒素を含むIn−Ga−Zn系酸化物)を形成し、その上にゲート電極4
09bとしてタングステンを形成する。窒素を含む金属酸化物をゲート電極409aとし
て用いることで、トランジスタのしきい値電圧をプラス方向にシフトさせることができる
。
In this embodiment, a metal oxide containing nitrogen (an In—Ga—Zn-based oxide containing nitrogen) is formed as the
Form tungsten as 09b. With the use of a metal oxide containing nitrogen as the
以上の工程で、トランジスタ440を作製することができる(図7(A)参照)。トラン
ジスタ440は、トップゲート構造のトランジスタの一例であり、図7(A)は、トラン
ジスタ440のチャネル長方向の断面図である。
Through the above steps, the
また、酸素過剰領域481を含む絶縁層404中に設けられた電極402は、ゲート電極
409a、ゲート電極409bとチャネル形成領域を介して重なり、トランジスタ440
のバックゲートとして機能することができる。なお、一般に、バックゲートは、ゲートと
バックゲートで半導体層のチャネル形成領域を挟むように配置される。バックゲートは導
電層で形成され、ゲートと同様に機能させることができる。また、バックゲートの電位を
変化させることで、トランジスタのしきい値電圧を変化させることができる。明細書に開
示するボディーも、バックゲート電極と同様の機能を有する。よって、ボディーをバック
ゲートと呼ぶことも可能である。
In addition, the
Can function as a back gate. Generally, the back gate is disposed so as to sandwich the channel formation region of the semiconductor layer between the gate and the back gate. The back gate is formed of a conductive layer and can function similarly to the gate. Further, the threshold voltage of the transistor can be changed by changing the potential of the back gate. The body disclosed in the specification also has the same function as the back gate electrode. Thus, the body can also be called a back gate.
また、ゲート電極409a、ゲート電極409bは、ソース電極407a及びドレイン電
極407bの一部と重畳して形成される。ソース電極407aの下端部に突出した領域(
またはドレイン電極407bの下端部に突出した領域)は、ゲート絶縁層408の被覆性
の向上が図れる形状となっているため、電界集中の緩和の効果があり、トランジスタの電
気特性の向上及び信頼性の向上に寄与する。
The
Alternatively, the region protruding to the lower end portion of the
次いで、ゲート電極409a、ゲート電極409bを覆う絶縁層410を形成する(図7
(B)参照)。この絶縁層410、酸化物半導体層406またはゲート絶縁層408から
の酸素の放出を防止する機能が高いバリア層(保護層)として機能する。
Next, an insulating
(B)). The insulating
バリア層として機能する絶縁層410は、酸化物半導体層406、またはゲート絶縁層4
08からの水素、水分などの不純物侵入が防止できる緻密な層が好ましい。
The insulating
A dense layer which can prevent the entry of impurities such as hydrogen and moisture from 08 is preferable.
バリア層として機能する絶縁層410に用いる材料としては、例えば、酸化ガリウム、酸
化ガリウム亜鉛、Ga2O3(Gd2O3)、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化ア
ルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化シリコ
ン、窒化酸化アルミニウム、酸化亜鉛などの無機絶縁材料を用いることができ、単層でも
積層でもよい。バリア層として機能する絶縁層410は、プラズマCVD法又はスパッタ
リング法、又は成膜ガスを用いたCVD法、又はMBE法を用いて形成することができる
。
As a material used for the insulating
次いで、絶縁層410上に層間絶縁層411を形成する。層間絶縁層411は、酸化シリ
コン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化シリコン、窒
化アルミニウム、窒化酸化シリコン、窒化酸化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化ガリウ
ム亜鉛、などの無機絶縁材料を用いることができ、単層でも積層でもよい。
Next, the
そして、層間絶縁層411に埋め込み配線を形成した段階の断面図が図7(C)に相当す
る。層間絶縁層411にソース電極407aに達するコンタクトホールを形成し、第1の
バリア金属層412を成膜し、その上に低抵抗導電層413を形成するための銅または銅
合金膜を成膜する。そして、平坦化するために研磨を行い、露出した低抵抗導電層413
を保護するため、第2のバリア金属層414を形成する。埋め込み配線は、第1のバリア
金属層412と、第2のバリア金属層414と、第1のバリア金属層412と第2のバリ
ア金属層414で囲まれた低抵抗導電層413とで構成される。
Then, a cross-sectional view at a stage when the embedded wiring is formed in the
To form a second
第1のバリア金属層412、及び第2のバリア金属層414は、低抵抗導電層413に含
まれる銅の拡散を抑える導電材料を用いればよく、例えば窒化タンタル、窒化モリブデン
、窒化タングステンなどを用いる。
The first
以上の工程を経ることによって、トランジスタ440上にさらに他の半導体素子や配線な
どを形成して多層構造を有する半導体装置を形成することができる。なお、トランジスタ
440上に設ける他の半導体素子や配線などは、埋め込み配線と電気的に接続を行うこと
ができる。
Through the above steps, another semiconductor element, a wiring, or the like can be further formed over the
なお、電極402の作製工程を省略することで、トランジスタ450を形成することがで
きる(図7(D)参照)。電極402はバックゲートとして機能させることができるが、
特に電極402を形成する必要が無い場合は、電極402の作製工程を省略することで半
導体装置の生産性を向上させることができる。
Note that by omitting the process for manufacturing the
In particular, when it is not necessary to form the
また、本実施の形態に示したトランジスタ440及びトランジスタ450の断面構造は一
例であって、ソース電極407a及びドレイン電極407bの断面形状が同じであれば、
特に限定されない。また、トランジスタ440としてMOSFETを例示しているが、ト
ランジスタ440としてIGBT(Insulated Gate Bipolar T
ransistor)、MESFET(Metal Semiconductor Fi
eld Effect Transistor)などを用いることもできる。ただし、ト
ランジスタ440としてIGBTを用いる場合、ソース電極がエミッタ端子に相当し、ド
レイン電極がコレクタ端子に相当する。
The cross-sectional structures of the
It is not particularly limited. Although a MOSFET is illustrated as the
ransistor, MESFET (Metal Semiconductor Fi)
It is also possible to use an eld effect transistor) or the like. However, in the case of using an IGBT as the
本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み
合わせて用いることができる。
The structures, methods, and the like described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures, methods, and the like described in the other embodiments.
(実施の形態6)
本実施の形態では、上記実施の形態に開示したスイッチ105の構成例について説明する
。
Sixth Embodiment
In this embodiment, a configuration example of the
図9(A)はスイッチ105の回路図である。また、図9(B)は、トランジスタ121
としてチャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用いたトランジスタを用い、トラ
ンジスタ122として半導体基板に形成されたトランジスタを用いた、スイッチ105の
積層構成を説明する断面図である。
FIG. 9A is a circuit diagram of the
FIG. 18 is a cross-sectional view illustrating a stacked-layer structure of the
なお、トランジスタ121は、上記実施の形態で示すトランジスタ450と同様な構造を
例示する。酸化物半導体を用いたトランジスタは、その特性により長時間のノード120
の電荷保持を可能とする。また、半導体基板に形成されたトランジスタは、高速動作が容
易である。
Note that the
Enables charge retention of In addition, a transistor formed over a semiconductor substrate can easily operate at high speed.
トランジスタ122が形成される半導体基板は、シリコンや炭化シリコンなどの単結晶半
導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基板、SOI(
Silicon on Insulator)基板などを用いることができる。
The semiconductor substrate on which the
A Silicon on Insulator) substrate or the like can be used.
本実施の形態では、基板700として単結晶シリコン基板を用い、基板700にnチャネ
ル型のトランジスタ122を形成する例を示す。
In this embodiment mode, an example in which a single crystal silicon substrate is used as the
まず、基板700の一部にp型を付与する不純物元素を添加して、p型のウェル701を
形成する。トランジスタ122は、p型のウェル701が形成された領域に設けられる。
すなわち、トランジスタ122のチャネル形成領域753は、p型のウェル701中に形
成される。p型を付与する不純物元素としては、ホウ素(B)等を用いることができる。
First, an impurity element imparting p-type conductivity is added to part of the
That is, the channel formation region 753 of the
トランジスタ122は、チャネル形成領域753、LDD(LightlyDoped
Drain)領域やエクステンション領域として機能するn型不純物領域754、ソース
領域又はドレイン領域として機能するn型不純物領域755、ゲート絶縁層752、ゲー
ト電極751を有している。なお、n型不純物領域755の不純物濃度は、n型不純物領
域754よりも高い。ゲート電極751の側面には側壁絶縁層756が設けられており、
ゲート電極751及び側壁絶縁層756をマスクとして用いて、n型不純物領域754、
n型不純物領域755を自己整合的に形成することができる。
The
Drain region or an n-
Using gate electrode 751 and sidewall insulating
The n-type impurity region 755 can be formed in a self-aligned manner.
また、トランジスタ122は素子分離領域789により他のトランジスタと分離されてお
り、トランジスタ122上に絶縁層788、及び絶縁層687が積層されている。絶縁層
687上には、絶縁層788及び絶縁層687に形成された開口を介してn型不純物領域
755の一方に接する配線層657、n型不純物領域755の他方に接する配線層658
、ゲート電極751に接する配線層659、を有する。
The
And the
また、配線層658は、論理回路が有するトランジスタ151のp型不純物領域757に
接続されている。p型不純物領域757はp型のウェル701よりも高い不純物濃度を有
し、配線層658とボディーとして機能するウェル701のオーミック接触を実現するこ
とができる。
The
また、本実施の形態の半導体装置は図9(B)に示す構成に限定されず、トランジスタ1
22としてシリサイド(サリサイド)を有するトランジスタや、側壁絶縁層を有さないト
ランジスタを用いてもよい。シリサイド(サリサイド)を有する構造であると、ソース領
域及びドレイン領域がより低抵抗化でき、半導体装置の高速化が可能である。また、低電
圧で動作できるため、半導体装置の消費電力を低減することが可能である。
Further, the semiconductor device of this embodiment is not limited to the structure shown in FIG.
A transistor having silicide (salicide) as the transistor 22 or a transistor having no sidewall insulating layer may be used. With the structure having silicide (salicide), the resistance of the source region and the drain region can be further reduced, and the speed of the semiconductor device can be increased. In addition, since the semiconductor device can operate at low voltage, power consumption of the semiconductor device can be reduced.
なお、本実施の形態では説明を省略するが、基板700の一部にn型を付与する不純物元
素を添加してn型のウェルを形成し、n型のウェルが形成された領域にp型のトランジス
タを形成することも可能である。n型を付与する不純物元素としては、リン(P)、砒素
(As)等を用いることができる。
Although not described in this embodiment, an impurity element imparting n-type conductivity is added to part of the
次に、図9の半導体装置における下部のトランジスタ上に設けられる上部の素子構成を説
明する。
Next, an upper element configuration provided on the lower transistor in the semiconductor device of FIG. 9 will be described.
絶縁層687及び配線層657上に絶縁層684が積層され、絶縁層684上に配線層6
92が形成されている。また、配線層692を覆う絶縁層434と絶縁層404が設けら
れ、その上に酸化物半導体層406が形成されている。そして、酸化物半導体層406上
に、突出した領域を下端部に有するソース電極407a、及び突出した領域を下端部に有
するドレイン電極407bが形成され、ソース電極407a及びドレイン電極407b上
にゲート絶縁層408が設けられている。
An insulating
92 are formed. In addition, an insulating
また、容量素子123もトランジスタ121と同一の絶縁層404上に工程を増やすこと
なく形成しており、容量素子123は、ソース電極407aを一方の電極とし、容量電極
693a、容量電極693bをもう一方の電極とし、それらの間に設けられたゲート絶縁
層408を誘電体として形成される。なお、容量電極693a、容量電極693bはゲー
ト電極409a、ゲート電極409bと同じ工程で形成される。
In addition, the
配線層692は、絶縁層684に形成された開口を介して配線層659と電気的に接続す
る。本実施の形態において、絶縁層684はCMP法により平坦化処理を行っている。
The
絶縁層434はトランジスタ121とトランジスタ122の間に設けられており、酸化物
半導体層406に電気的特性の劣化や変動を招く水素等の不純物が下層から侵入しないよ
うに、バリア層として機能する。よって、絶縁層434は、不純物等の遮断機能の高い緻
密な無機絶縁材料(例えば、酸化アルミニウム、窒化シリコンなど)を用いて形成するこ
とが好ましい。
The insulating
ソース電極407aは、絶縁層404、絶縁層434に形成された開口介して配線層69
2と電気的に接続する。なお、トランジスタ121は上記実施の形態に示した作製方法に
従って作製することができる。また、さらにトランジスタ121の上方に他の半導体素子
や配線などを形成してもよい。
The source electrode 407 a includes the wiring layer 69 through the opening formed in the insulating
Connect with 2 electrically. Note that the
本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み
合わせて用いることができる。
The structures, methods, and the like described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures, methods, and the like described in the other embodiments.
(実施の形態7)
本実施の形態では、上記実施の形態に開示した構成を半導体装置に適用する一例として、
CPU(Central Processing Unit)について説明する。
Seventh Embodiment
In this embodiment, as an example of applying the configuration disclosed in the above embodiment to a semiconductor device,
The CPU (Central Processing Unit) will be described.
図10(A)は、CPUの具体的な構成を示すブロック図である。図10(A)に示すC
PUは、基板1190上に、演算回路(ALU:Arithmetic logic u
nit)1191、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11
96、レジスタコントローラ1197、バスインターフェース(Bus I/F)119
8、書き換え可能なROM1199、及びROMインターフェース(ROM I/F)1
189の複数のブロックにより構成されている。基板1190は、半導体基板を用いる。
ROM1199及びROM I/F1189は、別チップに設けてもよい。もちろん、図
10(A)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、基板1190上に、上記に示す
回路の1種類以上を複数有してもよい。
FIG. 10A is a block diagram showing a specific configuration of the CPU. C shown in FIG.
The PU is an arithmetic circuit (ALU: Arithmetic logic u) on a
nit) 1191,
, Interrupt
96,
8.
It consists of 189 blocks. The
The
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。
An instruction 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119
2、インストラクションデコーダ1193、インタラプトコントローラ1194、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CLK1を元に、内部クロック信号C
LK2を生成する内部クロック生成部を備えており、内部クロック信号CLK2を上記各
種回路に供給する。
The
2. Generate a signal that controls the operation timing of the
An internal clock generation unit for generating LK2 is provided, and the internal clock signal CLK2 is supplied to the various circuits.
上記CPUを構成するブロック毎に、上記実施の形態に開示した構成を適用することで、
各ブロックが有するトランジスタのVthを最適な値とすることができる。また、CPU
を構成するトランジスタのVthばらつきを少なくし、動作を安定させることができる。
また、トランジスタのVthを適切な値とすることによって、CPUの動作速度を高める
ことや、トランジスタのオフ電流を低減させ、CPUの消費電力を低減することが可能と
なる。
By applying the configuration disclosed in the above embodiment to each block constituting the CPU,
The Vth of the transistors included in each block can be set to an optimal value. Also, CPU
Variations in the Vth of the transistors that make up the circuit can be reduced, and the operation can be stabilized.
Further, by setting the Vth of the transistor to an appropriate value, it is possible to increase the operating speed of the CPU, reduce the off-state current of the transistor, and reduce the power consumption of the CPU.
図10(A)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のメモリセルには、上記実施の形態に記載されているメモリセルを用いる
ことができる。
In the CPU illustrated in FIG. 10A, the memory cell is provided in the
図10(A)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1196が有するメモリセルにおいて、位相反転素子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。位相反転素子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. 10A, the
In accordance with the instruction from, the selection of the holding operation in
When data retention in the capacitor is selected, data rewriting to the capacitor is performed, and supply of the power supply voltage to the memory cell in the
電源停止に関しては、図10(B)または図10(C)に示すように、メモリセル群と、
電源電位VDDまたは電源電位VSSの与えられているノード間に、スイッチング素子を
設けることにより行うことができる。以下に図10(B)及び図10(C)の回路の説明
を行う。
Regarding power supply stop, as shown in FIG. 10 (B) or FIG. 10 (C), a memory cell group, and
This can be performed by providing a switching element between nodes to which the power supply potential VDD or the power supply potential VSS is applied. The circuits of FIGS. 10B and 10C will be described below.
図10(B)及び図10(C)では、メモリセルへの電源電位の供給を制御するスイッチ
ング素子に、上記実施の形態に開示したトランジスタを含む記憶回路の構成の一例を示す
。
10B and 10C illustrate an example of a structure of a memory circuit including the transistor disclosed in the above embodiment for a switching element which controls supply of power supply potential to a memory cell.
図10(B)に示す記憶装置は、スイッチング素子1141と、メモリセル1142を複
数有するメモリセル群1143とを有している。具体的に、各メモリセル1142には、
上記実施の形態に開示したメモリセルを用いることができる。メモリセル群1143が有
する各メモリセル1142には、スイッチング素子1141を介して、ハイレベルの電源
電位VDDが供給されている。さらに、メモリセル群1143が有する各メモリセル11
42には、信号INの電位と、ローレベルの電源電位VSSの電位が与えられている。
The memory device illustrated in FIG. 10B includes a
The memory cell disclosed in the above embodiment can be used. The
The potential of the signal IN and the potential of the low level power supply potential VSS are given to the reference numeral 42.
図10(B)では、スイッチング素子1141として、上記実施の形態に開示したトラン
ジスタを用いており、該トランジスタは、そのゲート電極に与えられる信号SigAによ
りスイッチングが制御される。
In FIG. 10B, the transistor disclosed in the above embodiment is used as the
なお、図10(B)では、スイッチング素子1141がトランジスタを一つだけ有する構
成を示しているが、特に限定されず、トランジスタを複数有していてもよい。スイッチン
グ素子1141が、スイッチング素子として機能するトランジスタを複数有している場合
、上記複数のトランジスタは並列に接続されていてもよいし、直列に接続されていてもよ
いし、直列と並列が組み合わされて接続されていてもよい。
Note that FIG. 10B illustrates a structure in which the
また、図10(B)では、スイッチング素子1141により、メモリセル群1143が有
する各メモリセル1142への、ハイレベルの電源電位VDDの供給が制御されているが
、スイッチング素子1141により、ローレベルの電源電位VSSの供給が制御されてい
てもよい。
In FIG. 10B, the
また、図10(C)には、メモリセル群1143が有する各メモリセル1142に、スイ
ッチング素子1141を介して、ローレベルの電源電位VSSが供給されている、記憶装
置の一例を示す。スイッチング素子1141により、メモリセル群1143が有する各メ
モリセル1142への、ローレベルの電源電位VSSの供給を制御することができる。
FIG. 10C illustrates an example of a memory device in which the low-level power supply potential VSS is supplied to each
メモリセル群と、電源電位VDDまたは電源電位VSSの与えられているノード間に、ス
イッチング素子を設け、一時的にCPUの動作を停止し、電源電圧の供給を停止した場合
においてもデータを保持することが可能であり、消費電力の低減を行うことができる。具
体的には、例えば、パーソナルコンピュータのユーザーが、キーボードなどの入力装置へ
の情報の入力を停止している間でも、CPUの動作を停止することができ、それにより消
費電力を低減することができる。
A switching element is provided between the memory cell group and a node supplied with the power supply potential VDD or the power supply potential VSS, and the operation of the CPU is temporarily stopped and data is retained even when the supply of the power supply voltage is stopped. It is possible to reduce power consumption. Specifically, for example, even while a user of a personal computer stops inputting information to an input device such as a keyboard, the operation of the CPU can be stopped, thereby reducing power consumption. it can.
メモリセル群1143が有するメモリセル1142毎に、上記実施の形態に開示した構成
を適用することで、各メモリセル1142が有するトランジスタのVthを最適な値とす
ることができる。また、メモリセル群1143を構成するトランジスタのVthばらつき
を少なくし、動作を安定させることができる。また、オン状態とするトランジスタのVt
hを小さくすることができるため、メモリセル群1143の動作速度を高めることができ
る。また、オフ状態とするトランジスタのVthを大きくすることができるため、トラン
ジスタのオフ電流をさらに低減させ、メモリセル群1143の消費電力を低減することが
可能となる。
By applying the configuration disclosed in the above embodiment to each
Since h can be reduced, the operating speed of the
また、上記実施の形態に開示したスイッチ105は、ノード120に情報を記憶する記憶
素子として用いることもできるため、メモリセル1142にスイッチ105を用いること
も可能である。
Further, since the
本実施の形態では、CPUを例に挙げて説明したが、上記実施の形態に開示したトランジ
スタは、DSP(Digital Signal Processor)、カスタムLS
I、FPGA(Field Programmable Gate Array)等のL
SIに用いることも可能である。
In the present embodiment, the CPU has been described as an example, but the transistors disclosed in the above embodiments may be DSP (Digital Signal Processor), custom LS
I, L such as FPGA (Field Programmable Gate Array)
It is also possible to use for SI.
本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み
合わせて用いることができる。
The structures, methods, and the like described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures, methods, and the like described in the other embodiments.
また、スピントロニクスデバイスとして知られるスピンMRAM(スピン注入磁化反転型
MRAM)と、酸化物半導体を用いたメモリの比較表を表1に示す。
Further, a comparison table of a spin MRAM (spin injection magnetization reversal type MRAM) known as a spintronics device and a memory using an oxide semiconductor is shown in Table 1.
酸化物半導体を用いたトランジスタとシリコンを用いたトランジスタを組み合わせるメモ
リは、表1に示したように、スピントロニクスデバイスと比べて、駆動方式、書き込み原
理、材料などが大きく異なっている。
As shown in Table 1, a memory in which a transistor including an oxide semiconductor and a transistor including silicon are combined is largely different in driving method, writing principle, material, and the like from a spintronics device.
また、酸化物半導体を用いたトランジスタとシリコンを用いたトランジスタを組み合わせ
るメモリは、表1に示したように、スピントロニクスデバイスに比べて、耐熱性、3D化
(3層以上の積層構造化)、磁界耐性など多くの点で有利である。なお、表1にあるオー
バーヘッドの電力とは、複数のプロセッサが一つのロックについてスピンする時に、これ
らのプロセッサは、ロックについて争い、バス及びシステム相互接続上で過剰なトラフィ
ックを生成することによってシステム性能を低下させる、所謂オーバーヘッドに消費され
る電力のことである。
In addition, as shown in Table 1, the memory in which a transistor using an oxide semiconductor and a transistor using silicon are combined is more resistant to heat, made 3D (layered structure of three or more layers), and a magnetic field as compared to a spintronics device. It is advantageous in many points such as tolerance. Note that overhead power in Table 1 means that when multiple processors spin on one lock, these processors contend for locks and system performance by creating excessive traffic on the bus and system interconnects. Power that is consumed in the so-called overhead.
このように、スピントロニクスデバイスに比べて有利な点の多い酸化物半導体を用いたメ
モリを利用することで、CPUの省電力化が実現可能となる。
As described above, power saving of the CPU can be realized by using a memory using an oxide semiconductor that has many advantages over spintronic devices.
(実施の形態8)
本明細書に開示する半導体装置は、さまざまな電子機器(遊技機も含む)に適用すること
ができる。電子機器としては、テレビ、モニタ等の表示装置、照明装置、デスクトップ型
或いはノート型のパーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、DVD(Digital
Versatile Disc)などの記録媒体に記憶された静止画又は動画を再生す
る画像再生装置、ポータブルCDプレイヤー、ラジオ、テープレコーダ、ヘッドホンステ
レオ、ステレオ、コードレス電話子機、トランシーバ、携帯無線機、携帯電話、自動車電
話、携帯型ゲーム機、電卓、携帯情報端末、電子手帳、電子書籍、電子翻訳機、音声入力
機器、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、電気シェーバ、電子レンジ等の高周波加熱
装置、電気炊飯器、電気洗濯機、電気掃除機、エアコンディショナーなどの空調設備、食
器洗い器、食器乾燥器、衣類乾燥器、布団乾燥器、電気冷蔵庫、電気冷凍庫、電気冷凍冷
蔵庫、DNA保存用冷凍庫、煙感知器、放射線測定器、透析装置等の医療機器、などが挙
げられる。さらに、誘導灯、信号機、ベルトコンベア、エレベータ、エスカレータ、産業
用ロボット、電力貯蔵システム等の産業機器も挙げられる。また、石油を用いたエンジン
や、非水系二次電池からの電力を用いて電動機により推進する移動体なども、電気機器の
範疇に含まれるものとする。上記移動体として、例えば、電気自動車(EV)、内燃機関
と電動機を併せ持ったハイブリッド車(HEV)、プラグインハイブリッド車(PHEV
)、これらのタイヤ車輪を無限軌道に変えた装軌車両、電動アシスト自転車を含む原動機
付自転車、自動二輪車、電動車椅子、ゴルフ用カート、小型又は大型船舶、潜水艦、ヘリ
コプター、航空機、ロケット、人工衛星、宇宙探査機や惑星探査機、宇宙船が挙げられる
。これらの電子機器の具体例を図11乃至図13に示す。
Eighth Embodiment
The semiconductor device disclosed in this specification can be applied to various electronic devices (including game machines). Examples of the electronic device include a display device such as a television and a monitor, a lighting device, a desktop computer or a notebook personal computer, a word processor, a DVD (Digital Device
Image playback device for playing back still images or moving images stored in recording media such as Versatile Disc, portable CD players, radios, tape recorders, headphone stereos, stereos, cordless handsets, transceivers, portable radios, mobile phones, Car phones, portable game machines, calculators, portable information terminals, electronic notebooks, electronic books, electronic translators, voice input devices, video cameras, digital still cameras, high-frequency heating devices such as electric shavers, microwave ovens, electric rice cookers, Air conditioners such as electric washing machines, electric vacuum cleaners, air conditioners, dishwashers, dish dryers, clothes dryers, clothes dryers, futon dryers, electric refrigerators, electric freezers, electric refrigerators, DNA freezers, smoke detectors, radiation Examples include a measuring instrument, and a medical device such as a dialysis device. Furthermore, industrial devices such as guide lights, traffic lights, belt conveyors, elevators, escalators, industrial robots, and power storage systems can also be mentioned. In addition, an engine using petroleum, a moving object driven by an electric motor using electric power from a non-aqueous secondary battery, and the like are also included in the category of electric devices. As the moving body, for example, an electric vehicle (EV), a hybrid vehicle (HEV) having an internal combustion engine and a motor together, a plug-in hybrid vehicle (PHEV)
), These tire wheels are converted to endless tracks, motorized bicycles including electric assist bicycles, motorcycles, electric wheelchairs, electric carts, golf carts, small or large ships, submarines, helicopters, aircrafts, rockets, satellites , Space probes, planet probes, and spacecraft. Specific examples of these electronic devices are shown in FIG. 11 to FIG.
図11(A)は、表示部を有するテーブル9000を示している。テーブル9000は、
筐体9001に表示部9003が組み込まれており、表示部9003により映像を表示す
ることが可能である。なお、4本の脚部9002により筐体9001を支持した構成を示
している。また、電力供給のための電源コード9005を筐体9001に有している。
FIG. 11A shows a table 9000 having a display portion. Table 9000 is
A
表示部9003は、タッチ入力機能を有しており、テーブル9000の表示部9003に
表示された表示ボタン9004を指などで触れることで、画面操作や、情報を入力するこ
とができ、また他の家電製品との通信を可能とする、又は制御を可能とすることで、画面
操作により他の家電製品をコントロールする制御装置としてもよい。例えば、イメージセ
ンサ機能を有する半導体装置を用いれば、表示部9003にタッチ入力機能を持たせるこ
とができる。
The
また、筐体9001に設けられたヒンジによって、表示部9003の画面を床に対して垂
直に立てることもでき、テレビジョン装置としても利用できる。狭い部屋においては、大
きな画面のテレビジョン装置は設置すると自由な空間が狭くなってしまうが、テーブルに
表示部が内蔵されていれば、部屋の空間を有効に利用することができる。
In addition, with the hinge provided in the
上記実施の形態に開示した構成は、表示部に適用することも可能である。上記実施の形態
に開示した構成をテーブル9000に適用することで、表示部を有するテーブル9000
の動作を安定させ、信頼性を高めることができる。また、動作速度を高め、消費電力を低
減することができる。
The configuration disclosed in the above embodiment can also be applied to a display portion. By applying the configuration disclosed in the above embodiment to table 9000, table 9000 having a display portion
Operation can be stabilized and reliability can be improved. In addition, the operating speed can be increased and the power consumption can be reduced.
図11(B)は、携帯音楽プレイヤーであり、本体3021には表示部3023と、耳に
装着するための固定部3022と、スピーカ、操作ボタン3024、外部メモリスロット
3025等が設けられている。上記実施の形態に示したトランジスタ、または記憶装置を
本体3021に内蔵されているメモリやCPUなどに適用することにより、より省電力化
された携帯音楽プレイヤー(PDA)とすることができる。
FIG. 11B shows a portable music player, and a
さらに、図11(B)に示す携帯音楽プレイヤーにアンテナやマイク機能や無線機能を持
たせ、携帯電話と連携させれば、乗用車などを運転しながらワイヤレスによるハンズフリ
ーでの会話も可能である。
Furthermore, if the portable music player shown in FIG. 11B is provided with an antenna, a microphone function and a wireless function and cooperated with a mobile phone, hands-free wireless conversation is possible while driving a passenger car or the like.
上記実施の形態に開示した構成を携帯音楽プレイヤーに適用することで、携帯音楽プレイ
ヤーの動作を安定させ、信頼性を高めることができる。また、動作速度を高め、消費電力
を低減することができる。
By applying the configuration disclosed in the above embodiment to the portable music player, the operation of the portable music player can be stabilized and the reliability can be enhanced. In addition, the operating speed can be increased and the power consumption can be reduced.
図11(C)はコンピュータであり、CPUを含む本体9201、筐体9202、表示部
9203、キーボード9204、外部接続ポート9205、ポインティングデバイス92
06等を含む。コンピュータは、本発明の一態様を用いて作製される半導体装置を用いる
ことにより作製される。
11C illustrates a computer, which includes a
Includes 06 mag. The computer is manufactured by using a semiconductor device manufactured using one embodiment of the present invention.
上記実施の形態に開示した構成をコンピュータに適用することで、コンピュータの動作を
安定させ、信頼性を高めることができる。また、動作速度を高め、消費電力を低減するこ
とができる。
By applying the configuration disclosed in the above embodiment to a computer, the operation of the computer can be stabilized and reliability can be improved. In addition, the operating speed can be increased and the power consumption can be reduced.
図12(A)及び図12(B)は2つ折り可能なタブレット型端末である。図12(A)
は、開いた状態であり、タブレット型端末は、筐体9630、表示部9631aと表示部
9631bを有する表示部9631、表示モード切り替えスイッチ9626、電源スイッ
チ9627、省電力モード切り替えスイッチ9625、留め具9629、操作スイッチ9
628、を有する。
12A and 12B illustrate a tablet terminal that can be folded. Figure 12 (A)
Is open, and the tablet terminal includes a
628,.
上記実施の形態に開示した構成をタブレット型端末に適用することで、タブレット型端末
の動作を安定させ、信頼性を高めることができる。また、動作速度を高め、消費電力を低
減することができる。
By applying the configuration disclosed in the above embodiment to the tablet terminal, the operation of the tablet terminal can be stabilized and reliability can be improved. In addition, the operating speed can be increased and the power consumption can be reduced.
表示部9631aは、一部をタッチパネルの領域9632aとすることができ、表示され
た操作キー9638にふれることでデータ入力をすることができる。なお、表示部963
1aにおいては、一例として半分の領域が表示のみの機能を有する構成、もう半分の領域
がタッチパネルの機能を有する構成を示しているが該構成に限定されない。表示部963
1aの全ての領域がタッチパネルの機能を有する構成としても良い。例えば、表示部96
31aの全面をキーボードボタン表示させてタッチパネルとし、表示部9631bを表示
画面として用いることができる。
A portion of the display portion 9631 a can be a
In 1a, as an example, a half area shows a configuration having only a display function, and the other half area shows a configuration having a touch panel function, but the present invention is not limited to this configuration. Display unit 963
The entire region 1a may have a touch panel function. For example, the display unit 96
A keyboard button can be displayed on the entire surface 31 a to form a touch panel, and the display portion 9631 b can be used as a display screen.
また、表示部9631bにおいても表示部9631aと同様に、表示部9631bの一部
をタッチパネルの領域9632bとすることができる。また、タッチパネルのキーボード
表示切り替えボタン9639が表示されている位置に指やスタイラスなどでふれることで
表示部9631bにキーボードボタン表示することができる。
Further, in the display portion 9631 b, as in the display portion 9631 a, part of the display portion 9631 b can be used as a
また、タッチパネルの領域9632aとタッチパネルの領域9632bに対して同時にタ
ッチ入力することもできる。
Further, touch input can be performed simultaneously on the
また、表示モード切り替えスイッチ9626は、縦表示又は横表示などの表示の向きを切
り替え、白黒表示やカラー表示の切り替えなどを選択できる。省電力モード切り替えスイ
ッチ9625は、タブレット型端末に内蔵している光センサで検出される使用時の外光の
光量に応じて表示の輝度を最適なものとすることができる。タブレット型端末は光センサ
だけでなく、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサなどの他の検出装置を内
蔵させてもよい。
In addition, the display
また、図12(A)では表示部9631bと表示部9631aの表示面積が同じ例を示し
ているが特に限定されず、一方のサイズともう一方のサイズが異なっていてもよく、表示
の品質も異なっていてもよい。例えば一方が他方よりも高精細な表示を行える表示パネル
としてもよい。
12A shows an example in which the display areas of the display portion 9631 b and the display portion 9631 a are the same, but is not particularly limited, one size may be different from the other size, and the display quality is also shown. It may be different. For example, a display panel in which one can perform higher definition display than the other may be used.
図12(B)は、閉じた状態であり、タブレット型端末は、筐体9630、太陽電池96
33、充放電制御回路9634、バッテリー9635、DCDCコンバータ9636を有
する。なお、図12(B)では充放電制御回路9634の一例としてバッテリー9635
、DCDCコンバータ9636を有する構成について示している。
The tablet terminal is closed in FIG. 12B and the
33 includes a charge /
,
なお、タブレット型端末は2つ折り可能なため、未使用時に筐体9630を閉じた状態に
することができる。従って、表示部9631a、表示部9631bを保護できるため、耐
久性に優れ、長期使用の観点からも信頼性の優れたタブレット型端末を提供できる。
Note that since the tablet terminal can be folded in half, the
また、この他にも図12(A)及び図12(B)に示したタブレット型端末は、様々な情
報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻など
を表示部に表示する機能、表示部に表示した情報をタッチ入力操作又は編集するタッチ入
力機能、様々なソフトウェア(プログラム)によって処理を制御する機能、等を有するこ
とができる。
In addition to this, the tablet type terminal shown in FIGS. 12A and 12B has a function of displaying various information (still image, moving image, text image, etc.), a calendar, a date or time, etc. A function of displaying on the display portion, a touch input function of performing touch input operation or editing of information displayed on the display portion, a function of controlling processing by various software (programs), and the like can be provided.
タブレット型端末の表面に装着された太陽電池9633によって、電力をタッチパネル、
表示部、又は映像信号処理部等に供給することができる。なお、太陽電池9633は、筐
体9630の一面又は二面に効率的なバッテリー9635の充電を行う構成とすることが
できるため好適である。なおバッテリー9635としては、リチウムイオン電池を用いる
と、小型化を図れる等の利点がある。
Electric power is applied to the touch panel by a
It can be supplied to a display unit or a video signal processing unit or the like. Note that the
また、図12(B)に示す充放電制御回路9634の構成、及び動作について図12(C
)にブロック図を示し説明する。図12(C)には、太陽電池9633、バッテリー96
35、DCDCコンバータ9636、コンバータ9637、スイッチSW1乃至SW3、
表示部9631について示しており、バッテリー9635、DCDCコンバータ9636
、コンバータ9637、スイッチSW1乃至SW3が、図12(B)に示す充放電制御回
路9634に対応する箇所となる。
The structure and operation of the charge and
The block diagram is shown in FIG. In FIG. 12C, a
35,
The display portion 9631 is illustrated, and the
The
まず外光により太陽電池9633により発電がされる場合の動作の例について説明する。
太陽電池で発電した電力は、バッテリー9635を充電するための電圧となるようDCD
Cコンバータ9636で昇圧又は降圧がなされる。そして、表示部9631の動作に太陽
電池9633からの電力が用いられる際にはスイッチSW1をオンにし、コンバータ96
37で表示部9631に必要な電圧に昇圧又は降圧をすることとなる。また、表示部96
31での表示を行わない際には、SW1をオフにし、SW2をオンにしてバッテリー96
35の充電を行う構成とすればよい。
First, an example of operation in the case where electric power is generated by the
The power generated by the solar cell is DCD to be the voltage for charging the
The
At 37, the voltage required for the display portion 9631 is boosted or lowered. In addition, the display unit 96
When the display at 31 is not performed, the SW1 is turned off, the SW2 is turned on, and the battery 96 is turned on.
It may be configured to charge 35.
なお太陽電池9633については、発電手段の一例として示したが、特に限定されず、圧
電素子(ピエゾ素子)や熱電変換素子(ペルティエ素子)などの他の発電手段によるバッ
テリー9635の充電を行う構成であってもよい。例えば、無線(非接触)で電力を送受
信して充電する無接点電力電送モジュールや、また他の充電手段を組み合わせて行う構成
としてもよい。
Although the
図13(A)において、テレビジョン装置8000は、筐体8001に表示部8002が
組み込まれており、表示部8002により映像を表示し、スピーカ部8003から音声を
出力することが可能である。
In FIG. 13A, in the
表示部8002は、液晶表示装置、有機EL素子などの発光素子を各画素に備えた発光装
置、電気泳動表示装置、DMD(Digital Micromirror Devic
e)、PDP(Plasma Display Panel)などの、半導体表示装置を
用いることができる。
The
e) A semiconductor display device such as a PDP (Plasma Display Panel) can be used.
テレビジョン装置8000は、受信機やモデムなどを備えていてもよい。テレビジョン装
置8000は、受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを
介して有線又は無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向(送信者から
受信者)又は双方向(送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など)の情報通信を行う
ことも可能である。
The
また、テレビジョン装置8000は、情報通信を行うためのCPUや、メモリを備えてい
てもよい。テレビジョン装置8000は、上記実施の形態に示す構成を用いることが可能
である。
In addition, the
図13(A)において、室内機8200及び室外機8204を有するエアコンディショナ
ーは、上記実施の形態に示したCPUを用いた電気機器の一例である。具体的に、室内機
8200は、筐体8201、送風口8202、CPU8203等を有する。図13(A)
において、CPU8203が、室内機8200に設けられている場合を例示しているが、
CPU8203は室外機8204に設けられていてもよい。或いは、室内機8200と室
外機8204の両方に、CPU8203が設けられていてもよい。上記実施の形態に示し
たCPUを用いることにより、信頼性の高いエアコンディショナーを実現できる。
In FIG. 13A, an air conditioner including an
In the example, the
The
図13(A)において、電気冷凍冷蔵庫8300は、上記実施の形態に示したCPUを備
える電気機器の一例である。具体的に、電気冷凍冷蔵庫8300は、筐体8301、冷蔵
室用扉8302、冷凍室用扉8303、CPU8304等を有する。図13(A)では、
CPU8304が、筐体8301の内部に設けられている。
In FIG. 13A, an electric refrigerator-
The
上記実施の形態に開示した構成を電気冷凍冷蔵庫に適用することで、電気冷凍冷蔵庫の動
作を安定させ、信頼性を高めることができる。また、消費電力を低減することができる。
By applying the configuration disclosed in the above embodiment to the electric refrigerator-freezer, the operation of the electric refrigerator-freezer can be stabilized and the reliability can be improved. In addition, power consumption can be reduced.
図13(B)及び図13(C)において、電気機器の一例である電気自動車の例を示す。
図13(C)は、電気自動車9700の内部に関する図である。電気自動車9700には
、二次電池9701が搭載されている。二次電池9701の電力は、制御回路9702に
より出力が調整されて、駆動装置9703に供給される。制御回路9702は、図示しな
いROM、RAM、CPU等を有する処理装置9704によって制御される。上記実施の
形態に示したCPUを電気自動車9700のCPUに用いることによって省電力化が図れ
る。
13 (B) and 13 (C) show an example of an electric vehicle which is an example of the electric device.
FIG. 13C is a view related to the inside of the
駆動装置9703は、直流電動機若しくは交流電動機単体、又は電動機と内燃機関と、を
組み合わせて構成される。処理装置9704は、電気自動車9700の運転者の操作情報
(加速、減速、停止など)や走行時の情報(上り坂や下り坂等の情報、駆動輪にかかる負
荷情報など)の入力情報に基づき、制御回路9702に制御信号を出力する。制御回路9
702は、処理装置9704の制御信号により、二次電池9701から供給される電気エ
ネルギーを調整して駆動装置9703の出力を制御する。交流電動機を搭載している場合
は、図示していないが、直流を交流に変換するインバータも内蔵される。
In accordance with a control signal of the
上記実施の形態に開示した構成を電気自動車に適用することで、電気自動車を安定して制
御することができ、信頼性を高めることができる。
By applying the configuration disclosed in the above embodiment to the electric vehicle, the electric vehicle can be stably controlled, and the reliability can be enhanced.
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。
This embodiment can be implemented in appropriate combination with the structures described in the other embodiments.
101 集積回路
102 ブロック
103 値電圧検出回路
104 論理回路
105 スイッチ
107 論理回路
108 配線
109 配線
111 トランジスタ
113 スイッチ
114 負荷
115 ノード
116 トランジスタ
117 スイッチ
120 ノード
121 トランジスタ
122 トランジスタ
123 容量素子
124 トランジスタ
125 端子
126 ノード
127 容量素子
128 トランジスタ
129 トランジスタ
131 回路
132 回路
136 ノード
145 スイッチ
146 スイッチ
147 スイッチ
151 トランジスタ
201 絶縁層
202 ゲート電極
205 酸化物半導体層
300 トランジスタ
301 n型半導体基板
302 p型ウェル
303 ゲート絶縁層
304 ゲート電極
311 曲線
312 曲線
400 基板
401 基板
402 電極
403 絶縁層
404 絶縁層
405 酸化物半導体層
406 酸化物半導体層
408 ゲート絶縁層
410 絶縁層
411 層間絶縁層
412 バリア金属層
413 低抵抗導電層
414 バリア金属層
431 酸素
434 絶縁層
436 酸化物絶縁層
440 トランジスタ
450 トランジスタ
481 酸素過剰領域
657 配線層
658 配線層
659 配線層
684 絶縁層
687 絶縁層
692 配線層
700 基板
701 ウェル
751 ゲート電極
752 ゲート絶縁層
753 チャネル形成領域
754 n型不純物領域
755 n型不純物領域
756 側壁絶縁層
757 p型不純物領域
788 絶縁層
789 素子分離領域
1141 スイッチング素子
1142 メモリセル
1143 メモリセル群
1190 基板
1191 ALU
1192 ALUコントローラ
1193 インストラクションデコーダ
1194 インタラプトコントローラ
1195 タイミングコントローラ
1196 レジスタ
1197 レジスタコントローラ
1198 バスインターフェース
1199 ROM
3021 本体
3022 固定部
3023 表示部
3024 操作ボタン
3025 外部メモリスロット
8000 テレビジョン装置
8001 筐体
8002 表示部
8003 スピーカ部
8200 室内機
8201 筐体
8202 送風口
8203 CPU
8204 室外機
8300 電気冷凍冷蔵庫
8301 筐体
8302 冷蔵室用扉
8303 冷凍室用扉
8304 CPU
9000 テーブル
9001 筐体
9002 脚部
9003 表示部
9004 表示ボタン
9005 電源コード
9201 本体
9202 筐体
9203 表示部
9204 キーボード
9205 外部接続ポート
9206 ポインティングデバイス
9625 スイッチ
9626 スイッチ
9627 電源スイッチ
9628 操作スイッチ
9629 具
9630 筐体
9631 表示部
9633 太陽電池
9634 充放電制御回路
9635 バッテリー
9636 DCDCコンバータ
9637 コンバータ
9638 操作キー
9639 ボタン
9700 電気自動車
9701 二次電池
9702 制御回路
9703 駆動装置
9704 処理装置
102_a ブロック
102_b ブロック
102_c ブロック
102_d ブロック
102_e ブロック
102_f ブロック
102_g ブロック
102_h ブロック
102_i ブロック
103a 値電圧検出回路
103b 値電圧検出回路
105nH スイッチ
105nL スイッチ
105pH スイッチ
105pL スイッチ
106nH 配線
106nL 配線
106pH 配線
106pL 配線
106VnH 配線
106VnL 配線
108n_1 配線
108n_2 配線
108n_3 配線
108nH 配線
108nL 配線
108p_1 配線
108p_2 配線
108p_3 配線
109_1 配線
109_2 配線
109_3 配線
305a 拡散層
305b 拡散層
406a ソース電極
406b ドレイン電極
407a ソース電極
407b ドレイン電極
409a ゲート電極
409b ゲート電極
693a 容量電極
693b 容量電極
9631a 表示部
9631b 表示部
9632a 領域
9632b 領域
DESCRIPTION OF
1192
3021
8204
9000 table 9001
Claims (1)
前記第1のスイッチは、第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、第1の容量素子と、を有し、
前記第2のスイッチは、第3のトランジスタと、第4のトランジスタと、第2の容量素子と、を有し、
前記論理回路は、第5のトランジスタを有し、
前記第1のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第2のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
前記第1の容量素子は、前記第2のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第5のトランジスタのボディーと電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのソース又はドレインの他方は、第1の電位が供給される第1の配線と電気的に接続され、
前記第3のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第4のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
前記第2の容量素子は、前記第4のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
前記第4のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第5のトランジスタのボディーと電気的に接続され、
前記第4のトランジスタのソース又はドレインの他方は、第2の電位が供給される第2の配線と電気的に接続される半導体装置。 A first switch, a second switch, and a logic circuit,
The first switch includes a first transistor, a second transistor, and a first capacitive element.
The second switch includes a third transistor, a fourth transistor, and a second capacitive element.
The logic circuit comprises a fifth transistor,
One of the source or the drain of the first transistor is electrically connected to the gate of the second transistor,
The first capacitive element is electrically connected to the gate of the second transistor,
One of the source or the drain of the second transistor is electrically connected to the body of the fifth transistor,
The other of the source and the drain of the second transistor is electrically connected to a first wiring to which a first potential is supplied,
One of the source or the drain of the third transistor is electrically connected to the gate of the fourth transistor,
The second capacitive element is electrically connected to the gate of the fourth transistor,
One of the source or the drain of the fourth transistor is electrically connected to the body of the fifth transistor,
Wherein the other of the source and the drain of the fourth transistor, the second wiring electrically connected to Ru semiconductor device in which the second potential is supplied.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
| JP2016108724A Division JP6293818B2 (en) | 2016-05-31 | 2016-05-31 | Method for manufacturing semiconductor device |
Publications (2)
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