JP6005391B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、酸化物半導体を有するトランジスタを備えた論理回路、又は半導体装置に関する。 The present invention relates to a logic circuit or a semiconductor device including a transistor including an oxide semiconductor.
中央演算処理装置(CPU:Central Processing Unit)は、その用途によって多種多様な構成を有している。CPUの記憶手段には、不揮発性メモリや揮発性メモリを用いることができる。揮発性メモリには、SRAM(Static Random Access Memory)やDRAM(Dynamic Random Access Memory)を用いることができる。 A central processing unit (CPU) has a variety of configurations depending on its application. A nonvolatile memory or a volatile memory can be used as the storage means of the CPU. As the volatile memory, SRAM (Static Random Access Memory) or DRAM (Dynamic Random Access Memory) can be used.
DRAMの回路構成は、ビット線と、ワート線とに電気的に接続されたスイッチング素子と記憶素子を有する。スイッチング素子には、シリコンを有するトランジスタが用いられ、記憶素子には容量素子が用いられている。 The circuit configuration of the DRAM includes a switching element and a storage element that are electrically connected to a bit line and a wort line. A transistor including silicon is used for the switching element, and a capacitor element is used for the memory element.
このようなDRAMは、SRAMと比較すると単純な構成となるが、容量素子に蓄積されていた電荷が時間にともなってゼロまで低下してしまうため、一定期間ごとに新たに電荷を与えるリフレッシュ動作が必要となる。リフレッシュ動作は、通常、1行のアドレスにつき15マイクロ秒〜60マイクロ秒程度に一回行われている。 Such a DRAM has a simple configuration as compared with an SRAM, but the charge accumulated in the capacitor element decreases to zero with time, so that a refresh operation for newly applying a charge every certain period is performed. Necessary. The refresh operation is normally performed once every 15 to 60 microseconds for each row address.
このような揮発性メモリは、電源を落とすとデータが消去されるため、消去信号を供給することはなかった。 Such a volatile memory does not supply an erase signal because data is erased when the power is turned off.
ところで近年、トランジスタを構成する材料にシリコンではなく、酸化物半導体を用いる研究が行われている。酸化物半導体にはInと、Gaと、Znとを有する酸化物材料(IGZO系材料)がある。酸化物半導体はイオン結合で構成され、共有結合で構成されるシリコンとは異なる点が多い。このような酸化物半導体をラッチ保持部に用いて、ラッチ部のデータを保持する不揮発性のラッチ回路が研究されている(特許文献1参照)。不揮発性のラッチ回路はCPUのレジスタとして使用されることが記載されている。 By the way, in recent years, studies have been made on using an oxide semiconductor instead of silicon as a material for forming a transistor. An oxide semiconductor includes an oxide material (IGZO-based material) containing In, Ga, and Zn. An oxide semiconductor is composed of ionic bonds and is different from silicon composed of covalent bonds. Research has been conducted on a nonvolatile latch circuit that holds data in a latch portion using such an oxide semiconductor for a latch holding portion (see Patent Document 1). It is described that a nonvolatile latch circuit is used as a register of a CPU.
特許文献1では酸化物半導体を用いたトランジスタをデータ保持部のスイッチング素子に用いているため、電源をオフにしても論理状態を記憶することができると記載されている。また電源をオンにした時のシステム起動を高速かつ低電力で行うことが可能であると記載されている。
このような論理回路をCPUのレジスタに搭載する場合、当該データが削除されない状態が一定期間続くこととなる。すると、セキュリティー上の問題が浮上してくることがある。すなわち、使用者によっては、一定時間後に当該データを強制的に削除したい状況が生じる。 When such a logic circuit is mounted on a CPU register, a state in which the data is not deleted continues for a certain period. This may raise security issues. That is, depending on the user, a situation occurs in which the data is forcibly deleted after a certain time.
そこで、本発明は、セキュリティー上、問題となるデータを強制的に削除することができる論理回路を備えた半導体装置を提供する。 Therefore, the present invention provides a semiconductor device including a logic circuit capable of forcibly deleting data that causes a problem in terms of security.
本発明は、論理回路に蓄積されたデータを強制的に削除する手段を備えた半導体装置である。論理回路は、データを記録することができ、かつ記録されたデータを一定期間保持することができる回路を含む。一定期間保持することができる回路は、酸化物半導体を有するトランジスタ(Oxide Semiconductorトランジスタ、以下OSトランジスタと記す)を有する。OSトランジスタのVg=0のときの電流、つまりオフ電流は非常に小さいため、OSトランジスタをオフとすると、ソース又はドレインと電気的に接続されている端子(ノード)を、一定期間以上、電源やグラント等に接続されていない状態、つまり浮遊状態とすることができ、データを当該期間保持することができる。 The present invention is a semiconductor device provided with means for forcibly deleting data stored in a logic circuit. The logic circuit includes a circuit that can record data and can hold the recorded data for a certain period. A circuit that can be held for a certain period includes an oxide semiconductor transistor (hereinafter referred to as an OS transistor). Since the current when Vg = 0 of the OS transistor, that is, the off-state current is very small, when the OS transistor is turned off, a terminal (node) electrically connected to the source or the drain is connected to the power source or It can be in a state where it is not connected to a grant or the like, that is, in a floating state, and data can be held for the period.
論理回路に蓄積されたデータを強制的に削除する手段は、たとえば、OSトランジスタのゲートに消去信号を入力する手段を有する。当該手段により、当該トランジスタをオン状態とさせることで、蓄積された電荷を放出し、データを削除することができる。すなわち、浮遊状態となっていたノードを電源などと電気的に接続された状態として、電荷を放出させる。 The means for forcibly deleting the data stored in the logic circuit has means for inputting an erase signal to the gate of the OS transistor, for example. By the transistor being turned on by the means, accumulated charge can be released and data can be deleted. That is, the charge is released with the node in a floating state being electrically connected to a power source or the like.
また論理回路に蓄積されたデータを強制的に削除する手段は、たとえばOSトランジスタに光を照射することができる手段を有する。OSトランジスタは、光を照射すると、Vg=0のときの電流、つまりオフ電流が増加することがある。オフ電流を増加させることで、蓄積された電荷を放出し、データを削除することができる。すなわち、浮遊状態となっていたノードを電源などと電気的に接続された状態として、電荷を放出させる。 The means for forcibly deleting the data stored in the logic circuit includes means capable of irradiating light to the OS transistor, for example. When the OS transistor is irradiated with light, the current when Vg = 0, that is, the off-current may increase. By increasing the off-state current, accumulated charges can be released and data can be deleted. That is, the charge is released with the node in a floating state being electrically connected to a power source or the like.
CPUの記憶手段であるレジスタやキャッシュは、このような論理回路を有することができる。Siトランジスタで構成されてきたレジスタやキャッシュは揮発性メモリであったが、上述した論理回路を用いることによって、不揮発性メモリとなる。 A register or cache which is a storage means of the CPU can have such a logic circuit. Registers and caches composed of Si transistors have been volatile memories, but become non-volatile memories by using the logic circuits described above.
本発明の一態様に係る構成は、酸化物半導体と、酸化物半導体上の第1のゲートとを有するトランジスタと、トランジスタのソース又はドレインと電気的に接続された記憶素子とを有するメモリセルを有し、トランジスタがオフ状態のとき、トランジスタと電気的に接続された記憶素子の一方の電極のノードは浮遊状態となることができ、一定期間経過後、ノードを介して記憶素子に蓄積された電荷を削除する手段を有する半導体装置である。 According to one embodiment of the present invention, a memory cell including a transistor including an oxide semiconductor, a first gate over the oxide semiconductor, and a memory element electrically connected to a source or a drain of the transistor is provided. When the transistor is off, the node of one electrode of the memory element electrically connected to the transistor can be in a floating state, and is accumulated in the memory element through the node after a certain period of time. This is a semiconductor device having means for removing charges.
本発明の一態様に係る構成は、酸化物半導体と、酸化物半導体上の第1のゲートとを有するトランジスタと、トランジスタのソース又はドレインと電気的に接続された記憶素子とを有するメモリセルを有し、トランジスタがオフ状態のとき、トランジスタと電気的に接続された記憶素子の一方の電極のノードは浮遊状態となることができ、第1のゲートへ消去信号を入力して、ノードを介して記憶素子に蓄積された電荷を削除する手段を有する半導体装置である。 According to one embodiment of the present invention, a memory cell including a transistor including an oxide semiconductor, a first gate over the oxide semiconductor, and a memory element electrically connected to a source or a drain of the transistor is provided. When the transistor is off, the node of one electrode of the memory element electrically connected to the transistor can be in a floating state, and an erase signal is input to the first gate, In this case, the semiconductor device has means for removing charges accumulated in the storage element.
本発明の一態様に係る構成は、酸化物半導体と、酸化物半導体上の第1のゲートと、酸化物半導体下の第2のゲートとを有するトランジスタと、トランジスタのソース又はドレインと電気的に接続された記憶素子とを有するメモリセルを有し、トランジスタがオフ状態のとき、トランジスタと電気的に接続された記憶素子の一方の電極のノードは浮遊状態となることができ、第1又は第2のゲートへ消去信号を入力して、ノードを介して記憶素子に蓄積された電荷を削除する手段を有する半導体装置である。 According to one embodiment of the present invention, a transistor including an oxide semiconductor, a first gate over the oxide semiconductor, and a second gate under the oxide semiconductor, and a source or a drain of the transistor electrically And a node of one electrode of the memory element electrically connected to the transistor can be in a floating state when the memory cell includes a memory cell having a memory element connected thereto and the transistor is in an off state. 2 is a semiconductor device having means for inputting an erase signal to the gate of No. 2 and deleting charges accumulated in the memory element via the node.
本発明の一態様に係る構成は、酸化物半導体と、酸化物半導体上の第1のゲートとを有するトランジスタと、トランジスタのソース又はドレインと電気的に接続された記憶素子とを有するメモリセルを有し、トランジスタがオフ状態のとき、トランジスタと電気的に接続された記憶素子の一方の電極のノードは浮遊状態となることができ、酸化物半導体に光を照射して、ノードを介して記憶素子に蓄積された電荷を削除する手段を有する半導体装置である。 According to one embodiment of the present invention, a memory cell including a transistor including an oxide semiconductor, a first gate over the oxide semiconductor, and a memory element electrically connected to a source or a drain of the transistor is provided. And when the transistor is off, the node of one electrode of the memory element electrically connected to the transistor can be in a floating state, and the oxide semiconductor is irradiated with light to be stored through the node. This is a semiconductor device having means for removing charges accumulated in the element.
本発明の一態様に係る構成において、メモリセルを有するCPUを備え、記憶素子に蓄積された電荷を削除するときは、CPUへの電力供給が停止していてもよい。 In the structure according to one embodiment of the present invention, when a CPU including a memory cell is provided and charge accumulated in the memory element is deleted, power supply to the CPU may be stopped.
このような本発明により、セキュリティー上問題となるデータが論理回路に残っていた場合であっても、当該データを強制的に削除することができる。 According to the present invention as described above, even when data that is a security problem remains in the logic circuit, the data can be forcibly deleted.
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、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。したがって、本発明は、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it will be easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments below.
(実施の形態1)
本実施の形態では、キャッシュ、レジスタやメインメモリのような記憶機能を備えた論理回路を例に説明する。図1(A)には、上記記憶機能を備えたメモリセル102と、データ消去手段103とを有する論理回路を示す。当該論理回路は半導体素子を用いているため半導体装置ともいう。データ消去手段103はメモリセル102へ消去信号(Erasing Signal)を出力することができ、メモリセル102のデータを消去させることができる。
(Embodiment 1)
In this embodiment, a logic circuit having a storage function such as a cache, a register, and a main memory will be described as an example. FIG. 1A shows a logic circuit including a
上記データ消去手段103は、メモリセル102と近接して配置されると好ましい。そのため、データ消去手段103の一部及び全部はCPU内に設けるとよい。
The data erasing means 103 is preferably arranged in the vicinity of the
図1(B)には図1(A)と異なる形態について示す。データ消去手段103の電源系統と、論理回路101全体の電源系統とは異なるものとするとよい。たとえば、メモリセル102を含む論理回路にはAC/DCコンバータやDC/DCコンバータ等を含む第1の電源108aから電源が供給される。一方、データ消去手段103は、AC/DCコンバータやDC/DCコンバータ等を含む第2の電源108bから電源が供給される。データを消去するための消去信号を供給する際は、第2の電源108bのみを起動させておけばよい。もちろん、第1及び第2の電源を起動した状態であっても、消去信号を供給することができる。
FIG. 1B illustrates a mode different from that in FIG. The power supply system of the
このように電源系統を別にすることにより、論理回路を有するCPUへの電力供給が停止していても、蓄積されたデータを強制的に削除することができる。たとえば、当該CPUを有するプロセッサがシャットダウンしていても、強制的にデータを削除することができる。また、当該CPUを有するプロセッサの状態がスリープ状態となっているときに、強制的にデータを削除することができる。また、当該CPUを有するプロセッサによって、ディスプレイがスクリーンセーバ状態となっているときに、強制的にデータを削除することができる。 By separating the power supply system in this way, accumulated data can be forcibly deleted even when power supply to a CPU having a logic circuit is stopped. For example, even if the processor having the CPU is shut down, data can be forcibly deleted. Further, data can be forcibly deleted when the processor having the CPU is in a sleep state. Further, the processor having the CPU can forcibly delete data when the display is in the screen saver state.
図1(C)には、論理回路がさらにデータ消去手段103を制御する制御回路104を有する形態を示す。制御回路104は、データ消去手段103を実行させるタイミングを指示することができる。たとえば、タイマー機能を有する制御回路104を配置させる。タイマー機能によって、一定時間後に消去信号を出力するようにデータ消去手段103を制御して、メモリセル102のデータを消去させる。
FIG. 1C shows a mode in which the logic circuit further includes a
また制御回路104は、データを消去すべき状況を信号で指示することができる回路を有する。たとえば、メモリセル102への不正アクセスなどが確認されて、データを消去すべき信号を受信することができる回路である。当該制御回路104により、データ消去手段103を制御して、データ消去手段103から消去信号を出力して、メモリセル102のデータを消去させる。
Further, the
上記制御回路104はその機能面から判断して、データ消去手段103とメモリセル102との間ほど近接する必要はない。そのため、制御回路104はCPUの外部に設けることができる。もちろん制御回路104の一部及び全部はCPU内に設けてもよい。
The
図1(C)に示すように、データ消去手段103の電源系統と、論理回路101全体の電源系統と、制御回路104の電源系統とは異ならせることができる。メモリセル102を含む論理回路への電源系統やデータ消去手段103への電源系統は図1(B)と同様にすることができる。制御回路104にも、AC/DCコンバータやDC/DCコンバータ等を含む別の電源から電力を供給すればよいが、たとえば、バッテリー109から電源を供給してもよい。
As shown in FIG. 1C, the power supply system of the data erasing means 103, the power supply system of the
図1(A)〜(C)において、メモリセル102は、OSトランジスタをスイッチング素子として有することができる。たとえば、メモリセル102がDRAMのように1つのOSトランジスタと、1つの容量素子で構成される場合の回路図を図2に示す。
1A to 1C, the
図2(A)に示すように、ビット線111と、ワード線112を有し、それらの交差領域にはメモリユニット110を有する。メモリユニット110の数に応じて、ビット線111を複数本有する。メモリユニット110は、OSトランジスタ113と、記憶素子114とを有する。記憶素子114は、容量素子や半導体素子のゲート容量を用いることができる。OSトランジスタ113のソース又はドレインは、記憶素子114の一方の電極と電気的に接続される。接続された端子をノード(N)とする。
As shown in FIG. 2A, a
OSトランジスタ113のチャネル形成領域には、Inと、Gaと、Znとを有する酸化物半導体を用いる。このような酸化物半導体は、In−M−Zn−O系材料と記すことができ、金属元素Mは酸素との結合エネルギーがIn及びZnよりも高い元素であればよい。具体的には、金属元素Mは、Al、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ga、Y、Zr、Nb、Mo、Sn、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Hf、TaまたはWとすればよく、好ましくはAl、Ti、Ga、Y、Zr、CeまたはHfとする。金属元素Mは、前述の元素から一種または二種以上選択することができる。また、金属元素Mの代わりにSiまたはGeを用いることもできる。
An oxide semiconductor including In, Ga, and Zn is used for a channel formation region of the
OSトランジスタ113のチャネル形成領域には、その他の酸化物半導体を用いてもよい。M−Zn−O系材料又はM−O系材料(金属元素Mは前段の金属元素から選択することができる)、Zn−O系材料などがある。
Another oxide semiconductor may be used for a channel formation region of the
このようなOSトランジスタ113は、ゲートの電位が0V(Vg=0)のときのオフ電流が、Siトランジスタと比較して非常に小さくなる。またN型を示す酸化物半導体において、ゲートの電位が負となる(Vg<0)ときのリーク電流が、Siトランジスタと比較して非常に小さくなる。すなわちOSトランジスタ113がスイッチング素子として機能しているメモリユニットでは、記憶素子114からの電荷のリークが非常に小さくなる。また、OSトランジスタ113のソース又はドレインと電気的に接続されている記憶素子114の一方の電極の端子(ノード:N)を浮遊状態とすることができる。このため、OSトランジスタを有する論理回路を不揮発性として見なすことができる。
Such an
なお、上記論理回路は、OSトランジスタ以外であっても、Siトランジスタと比較してオフ電流及びリーク電流が低いトランジスタを用いることができる。 Note that even if the logic circuit is not an OS transistor, a transistor with lower off-state current and leakage current than a Si transistor can be used.
このような論理回路をCPUのレジスタ、キャッシュやメインメモリに用いると、記憶素子114のデータは一定期間消去されずに残ってしまうため、セキュリティー上、削除する必要が生じる。その際、ワード線112から入力される消去信号(Erasing Signal)によって、強制的にデータを削除させる。ワード線112に入力される消去信号は、OSトランジスタがN型を示すものであれば、Vg>0以上の値を有するパルス信号でよい。また、CPUのクロックに制約されないため、書き込みや読み出しの際にワード線112へ供給する電位よりも消去信号の電位は小さくすることができる。このような消去信号は、データ消去手段103から供給することができる。また消去の際、書き込みも読み出しも行われないため、ビット線111へ信号を供給しなくともよい。
When such a logic circuit is used for a CPU register, cache, or main memory, the data in the
図2(B)には消去信号を入力する際の、好ましい形態を示す。上述したとおり、ワード線112から消去信号を供給する際、ビット線111の電位(Vb)は、記憶素子114の電位(Va)より低い方が、「1」のデータを「0」とする場合のデータの消去に適している。たとえば、Vbは0Vするとよい。この場合、書き込みや読み出しを行う際に、ビット線111がVbと電気的に接続されると、当該書き込みや読み出しがうまくできないことがある。そのため、スイッチング素子としてトランジスタ119をビット線111と電気的に接続させる。トランジスタ119はSiトランジスタであっても、OSトランジスタであってもよい。トランジスタ119は、消去信号でOSトランジスタ113がオンするときに、オンとなっていればよい。当該オンとなるための信号を配線118から供給することができる。このように、ビット線111には信号を供給するのではなく、ビット線111の電位をVbという低電位とし、ワード線112に消去信号を入力すればよい。
FIG. 2B shows a preferable mode when inputting the erase signal. As described above, when the erase signal is supplied from the
図3(A)には、図2(A)とは異なるDRAMの回路図を示す。図3(A)のOSトランジスタ113は、いわゆるバックゲートを有しており、これに信号を供給するための配線115を有する。
FIG. 3A shows a circuit diagram of a DRAM different from that in FIG. The
論理回路が動作しているとき、バックゲートに与えられる信号は、しきい値電圧を制御するための信号を有する。たとえば、OSトランジスタがノーマリーオン型の場合にしきい値電圧を制御するのであれば、当該信号は負の値に固定して供給することができる。すなわち、配線115は固定電位とすることができる。
When the logic circuit is operating, the signal applied to the back gate has a signal for controlling the threshold voltage. For example, if the threshold voltage is controlled when the OS transistor is normally on, the signal can be supplied with a fixed negative value. That is, the
そして、論理回路の情報を削除するとき、当該配線115を利用して、消去信号を入力することができる。すなわち、データ消去手段103から配線115に消去信号を供給することができる。OSトランジスタがN型を示す場合、消去信号は正の値を有すればよい。
When the logic circuit information is deleted, an erase signal can be input using the
図3(A)に示される論理回路においても、消去信号をワード線112を経由してOSトランジスタ113のゲート(コントロールゲート)に入力して、データを強制的に消去してもよい。
Also in the logic circuit shown in FIG. 3A, an erase signal may be input to the gate (control gate) of the
図3(A)に示される論理回路をCPUのレジスタ、キャッシュやメインメモリに用いた場合、セキュリティー上、データを削除する必要が生じたときに、配線115に消去信号を入力して、強制的にデータを削除することができる。
When the logic circuit shown in FIG. 3A is used for a register, cache, or main memory of a CPU, when it is necessary to delete data for security, an erasure signal is input to the
図3(B)には、消去信号を入力する際の、好ましい形態を示す。上述したとおり、ワード線112から消去信号を供給する際、ビット線111の電位(Vb)は、記憶素子114電位(Va)より低い方が、「1」のデータを「0」とする場合のデータの消去に適している。たとえば、Vbは0Vするとよい。この場合、書き込みや読み出しを行う際に、ビット線111がVbと電気的に接続されると、当該書き込みや読み出しがうまくできないことがある。そのため、スイッチング素子としてトランジスタ119をビット線111と電気的に接続させる。トランジスタ119はSiトランジスタであっても、OSトランジスタであってもよい。トランジスタ119は、消去信号でOSトランジスタ113がオンするときに、オンとなっていればよい。当該オンとなる信号を配線118から供給すればよい。このように、ビット線111には信号を供給するのではなく、ビット線111の電位をVbという低電位とし、ワード線112に消去信号を入力すればよい。
FIG. 3B shows a preferable mode when inputting the erase signal. As described above, when the erase signal is supplied from the
このように本発明の論理回路は、セキュリティー上、問題となるデータを強制的に削除することができる。 In this way, the logic circuit of the present invention can forcibly delete data that is a problem in terms of security.
(実施の形態2)
本実施の形態では、OSトランジスタを有する別の論理回路を示し、当該回路に消去信号を入力する形態を説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment mode, another logic circuit including an OS transistor is shown, and a mode in which an erase signal is input to the circuit will be described.
図7に示すように、6つのSiトランジスタ701〜706を有し、Siトランジスタ702、704はP型を示し、それ以外のトランジスタはN型を示す。Siトランジスタ701、706のゲートには、ワード線(WL)が電気的に接続されている。Siトランジスタ701のソース又はドレインには、第1のビット線(BT1)が電気的に接続されている。Siトランジスタ706のソース又はドレインには、第2のビット線(BT2)が電気的に接続されている。第1のビット線の電位と、第2のビット線の電位は反転関係を有することができる。Siトランジスタ702、704のソース又はドレインは第1の電源線(Vdd)と電気的に接続されている。Siトランジスタ703、705のソース又はドレインは第2の電源線(Vss)と電気的に接続されている。第1の電源線の電位は、第2の電源線の電位より高くすることができる。以上より、いわゆるSRAMの回路を有する論理回路であることがわかる。
As shown in FIG. 7, six
図7において、さらに2つのOSトランジスタ711、712と、各OSトランジスタと電気的に接続された第1の容量素子C1、第2の容量素子C2とを有する。OSトランジスタ711はソース又はドレインの一方が、Siトランジスタ701のソース又はドレインと電気的に接続され、Siトランジスタ702と703とが電気的に接続されている入力端子部と電気的に接続され、Siトランジスタ704と705とが電気的に接続されている出力端子部と電気的に接続されている。OSトランジスタ711のソース又はドレインの他方は、第1の容量素子C1の第1の電極と電気的に接続されている。第1の容量素子C1の第2の電極は一定の電位Vc1を有する。Vc1は接地電位とすることができる。
In FIG. 7, two
OSトランジスタ712は、ソース又はドレインの一方が、Siトランジスタ706のソース又はドレインと電気的に接続され、Siトランジスタ704と705とが電気的に接続されている入力端子部と電気的に接続され、Siトランジスタ702と703とが電気的に接続されている出力端子部と電気的に接続されている。OSトランジスタ712のソース又はドレインの他方は、第2の容量素子C2の第1の電極と電気的に接続されている。第2の容量素子C2の第2の電極は一定の電位Vc2を有する。Vc2は接地電位とすることができる。
One of the source and the drain of the
このような論理回路に対して書き込みや読み出しを、SRAMのように行うことができる。その際、たとえばSiトランジスタ702がオンとなり、Vddの電位を出力端子に供給するときに、OSトランジスタ711もオンとして、第1の容量素子C1にVddをためることができる。同様に、Siトランジスタ703がオンとなり、Vssの電位を出力端子に供給するときに、OSトランジスタ711もオンとして、第1の容量素子C1にVssをためることができる。蓄積されたVddやVssを保持するために、OSトランジスタ711をオフとする。
Writing to and reading from such a logic circuit can be performed like an SRAM. At that time, for example, when the
このように第1の容量素子C1は、OSトランジスタ711を介して、出力されてくるVdd又はVssの電位を保持することができる。OSトランジスタ711をオフとすれば、オフ電流及びリーク電流がSiトランジスタと比較して非常に小さいため、上記Vdd又はVssの電位を一定期間保持することができる。第1の容量素子C1の端子N1を浮遊状態とすることができる。
As described above, the first capacitor C <b> 1 can hold the potential of Vdd or Vss output via the
同様に、Siトランジスタ704がオンとなり出力端子にVddを供給する際、OSトランジスタ712をオンとして、第2の容量素子C2にVddをため、出力端子にVssを供給する際、OSトランジスタ712をオンとして、第2の容量素子にVssをためることができる。蓄積されたVddやVssを保持するために、OSトランジスタ712をオフとする。
Similarly, when the
このように第2の容量素子C2はOSトランジスタ712を介して、出力されているVdd又はVssの電位を保持することができる。OSトランジスタ712をオフとすれば、オフ電流及びリーク電流がSiトランジスタと比較して非常に小さいため、上記Vdd又はVssの電位を一定期間保持することができる。第2の容量素子C2の端子N2を浮遊状態とすることができる。
As described above, the second capacitor C <b> 2 can hold the output potential of Vdd or Vss through the
このように第1の容量素子C1又は第2の容量素子C2に電荷を保持した状態で、電源を切ってしまっても、当該電荷を保持することができる。すなわち、このような論理回路は、Siトランジスタ701〜706からなる回路と比較して、不揮発性を備えることができる。
In this way, even when the power is turned off in a state where charges are held in the first capacitor element C1 or the second capacitor element C2, the charges can be held. That is, such a logic circuit can be provided with non-volatility as compared with a circuit including
その後、電源を立ち上げる際、図7に示される論理回路は、OSトランジスタ711又は712をオンすれば、第1の容量素子C1又は第2の容量素子C2に蓄積された電荷を読み出すことができる。たとえばOSトランジスタ711をオンとすれば、Siトランジスタ702、703で構成するCMOS回路の出力端子の電位を、第1の容量素子C1に相当する電位とすることができる。この動作は、Siトランジスタ701をオンしなくとも、つまり書き込みを行わなくとも、実行することができる。またOSトランジスタ712をオンとすれば、Siトランジスタ702、703で構成するCMOS回路の出力端子の電位を、第2の容量素子C2に相当する電位とすることができる。この動作は、Siトランジスタ706をオンしなくとも、つまり書き込みを行わなくとも、実行することができる。
After that, when the power supply is turned on, the logic circuit shown in FIG. 7 can read the charge accumulated in the first capacitor element C1 or the second capacitor element C2 by turning on the
上記動作を鑑みると、第1の容量素子C1、第2の容量素子C2は、容量値が大きいほど好ましい。 In view of the above operation, the first capacitor element C1 and the second capacitor element C2 are more preferable as the capacitance value is larger.
なお、上記論理回路において、OSトランジスタ711、712以外であっても、Siトランジスタと比較してオフ電流及びリーク電流が低いトランジスタを用いることができる。
Note that in the above logic circuit, transistors other than the
このような論理回路を、CPUのレジスタ、キャッシュやメインメモリに用いると、第1の容量素子C1及び第2の容量素子C2に蓄積されたデータは一定期間消去されずに残ってしまうため、セキュリティー上、削除する必要が生じる。その際、OSトランジスタ711、712のゲート(Vg1、Vg2)に消去信号(Erasing Signal)を入力して、強制的にデータを削除させる。消去信号は、OSトランジスタがN型を示すものであれば、Vg>0以上の値を有するパルス信号でよい。消去信号は、データ消去手段103から供給することができる。消去信号は、電荷が蓄積されている容量素子に電気的に接続されているOSトランジスタ711又は712の一方、又は両方に入力することができる。データを消去しさえすればよい。
When such a logic circuit is used for a register, cache, or main memory of a CPU, data stored in the first capacitor element C1 and the second capacitor element C2 remains without being erased for a certain period. In addition, it is necessary to delete. At that time, an erase signal (Erasing Signal) is input to the gates (Vg1, Vg2) of the
消去信号がOSトランジスタ711のゲートに入力されるとき、Siトランジスタ701をオンとする。すると、第1の容量素子C1から電荷がビット線(BT1)へ放電される。
When the erase signal is input to the gate of the
当該消去信号を入力する際、図2(B)のように、ビット線(BT1)と電気的に接続されたスイッチング素子を配置してもよい。スイッチング素子にはトランジスタを用いることができ、消去信号がOSトランジスタ711のゲートに入力される際、同時に当該トランジスタをオンさせることで、第1の容量素子C1に蓄積された電荷を放電しやすくする。「1」のデータを「0」とする場合のデータの消去に適している。
When the erase signal is input, a switching element electrically connected to the bit line (BT1) may be provided as illustrated in FIG. A transistor can be used as the switching element. When an erase signal is input to the gate of the
また消去信号がOSトランジスタ712のゲートに入力されるとき、Siトランジスタ706をオンとする。すると、第2の容量素子C2から電荷がビット線(BT2)へ放電される。
When an erase signal is input to the gate of the
当該消去信号を入力する際、図2(B)のように、ビット線(BT2)と電気的に接続されたスイッチング素子を配置してもよい。スイッチング素子にはトランジスタを用いることができ、消去信号がOSトランジスタ712のゲートに入力される際、同時に当該トランジスタをオンさせることで、第2の容量素子C2に蓄積された電荷を放電しやすくする。「1」のデータを「0」とする場合のデータの消去に適している。
When the erase signal is input, a switching element electrically connected to the bit line (BT2) may be provided as illustrated in FIG. A transistor can be used as the switching element. When an erase signal is input to the gate of the
図8には、図7と異なる回路図を示す。図8のOSトランジスタ711、712は、いわゆるバックゲートを有している。図8では省略するが、バックゲートに信号を供給するための配線も有する。
FIG. 8 shows a circuit diagram different from FIG. The
論理回路が動作しているとき、バックゲートに与えられる信号は、しきい値電圧を制御するための信号を有する。たとえば、OSトランジスタ711、712がノーマリーオン型の場合にしきい値電圧を制御するのであれば、当該信号は負の値に固定して供給することができる。
When the logic circuit is operating, the signal applied to the back gate has a signal for controlling the threshold voltage. For example, when the threshold voltage is controlled when the
そして、論理回路の情報を削除するとき、消去信号(Erasing Signal)を入力することができる。OSトランジスタ711、712がN型を示す場合、消去信号は正の値を有すればよい。
When deleting information on the logic circuit, an erasing signal can be input. In the case where the
図8に示される論理回路をCPUのレジスタ、キャッシュやメインメモリに用いた場合、セキュリティー上、データを削除する必要が生じたときに、バックゲートに消去信号を入力して、強制的にデータを削除することができる。 When the logic circuit shown in FIG. 8 is used for a CPU register, cache, or main memory, when it is necessary to delete data for security reasons, an erase signal is input to the back gate to force data to be deleted. Can be deleted.
図8に示される論理回路においても、消去信号をOSトランジスタ711、または712のゲート(コントロールゲート)に入力して、データを強制的に消去してもよい。
Also in the logic circuit shown in FIG. 8, an erase signal may be input to the gate (control gate) of the
消去信号を入力する際、図3(B)のように、ビット線(BT1)と電気的に接続されたスイッチング素子を配置してもよい。スイッチング素子にはトランジスタを用いることができ、消去信号がOSトランジスタ711のバックゲートに入力される際、同時に当該トランジスタをオンさせることで、第1の容量素子C1に蓄積された電荷を放電しやすくする。「1」のデータを「0」とする場合のデータの消去に適している。
When an erase signal is input, a switching element electrically connected to the bit line (BT1) may be provided as illustrated in FIG. A transistor can be used as the switching element. When the erase signal is input to the back gate of the
同様に消去信号を入力する際、図2(B)のように、ビット線(BT2)と電気的に接続されたスイッチング素子を配置してもよい。スイッチング素子にはトランジスタを用いることができ、消去信号がOSトランジスタ712のバックゲートに入力される際、同時に当該トランジスタをオンさせることで、第2の容量素子C2に蓄積された電荷を放電しやすくする。「1」のデータを「0」とする場合のデータの消去に適している。
Similarly, when an erase signal is input, a switching element electrically connected to the bit line (BT2) may be provided as shown in FIG. A transistor can be used as the switching element. When an erase signal is input to the back gate of the
このように本発明の論理回路は、セキュリティー上、問題となるデータを強制的に削除することができる。 In this way, the logic circuit of the present invention can forcibly delete data that is a problem in terms of security.
(実施の形態3)
本実施の形態では、OSトランジスタを有する別の論理回路を示し、当該回路に消去信号を入力する形態を説明する。
(Embodiment 3)
In this embodiment mode, another logic circuit including an OS transistor is shown, and a mode in which an erase signal is input to the circuit will be described.
図9(A)に示すように、1つのSiトランジスタ901と、1つのOSトランジスタ911と、容量素子C1とを有し、各トランジスタはN型を示す場合で説明する。容量素子C1の第1の電極は、OSトランジスタ911のソース又はドレインの一方と、Siトランジスタ901のゲートと電気的に接続されている。
As shown in FIG. 9A, a case will be described in which one
容量素子C1の第2の電極の電位(Vc)と、Siトランジスタ901を流れる電流(Id)の関係を図9(B)に示す。容量素子C1の第1の電極のノードがHighとなったとき、Siトランジスタ901を流れる電流Id1は図9(B)に示すId1となり、当該ノードがLowとなったとき、Siトランジスタ902を流れる電流Idは図9(B)に示すId2となり、端子Vcからみると電流Idが2つの状態を示す。これを利用して、2値のメモリ素子とすることができる。
FIG. 9B shows the relationship between the potential (Vc) of the second electrode of the capacitor C1 and the current (Id) flowing through the
上記Id1のときに、OSトランジスタ911をオフとすると、ノードNは浮遊状態となり、Siトランジスタ901を流れる電流Id1を一定期間以上保持することができる。また上記Id2のときに、OSトランジスタ911をオフとすると、ノードNは浮遊状態となり、Siトランジスタ901を流れる電流Id2を一定期間以上保持することができる。
When the
このような論理回路を、CPUのレジスタ、キャッシュやメインメモリに用いると、Siトランジスタ901を流れる電流Id1、又はId2として蓄積されたデータは一定期間消去されずに残ってしまうため、セキュリティー上、削除する必要が生じる。その際、OSトランジスタ911のゲート(S2)に消去信号(Erasing Signal)を入力して、強制的にデータを削除させる。消去信号は、OSトランジスタがN型を示すものであれば、Vg>0以上の値を有するパルス信号でよい。消去信号は、データ消去手段103から供給することができる。消去信号がOSトランジスタ911に入力されると、ノード(N)がLOWとなるため、電流Id1がId2となることで、データの消去が成立する。
If such a logic circuit is used for a register, cache or main memory of a CPU, the data accumulated as the current Id1 or Id2 flowing through the
図10には、図9と異なる回路図を示す。図10のOSトランジスタ911は、いわゆるバックゲートを有している。図10では省略するが、バックゲートに信号を供給するための配線も有する。
FIG. 10 shows a circuit diagram different from FIG. The
論理回路が動作しているとき、バックゲートに与えられる信号は、しきい値電圧を制御するための信号を有する。たとえば、OSトランジスタ911がノーマリーオン型の場合にしきい値電圧を制御するのであれば、当該信号は負の値に固定して供給することができる。
When the logic circuit is operating, the signal applied to the back gate has a signal for controlling the threshold voltage. For example, when the threshold voltage is controlled when the
そして、論理回路の情報を削除するとき、消去信号(Erasing Signal)を入力することができる。OSトランジスタ911がN型を示す場合、消去信号は正の値を有すればよい。当該消去信号がOSトランジスタ911のバックゲート側に入力されると、ノード(N)がLOWとなるため、電流Id1がId2となることで、データの消去が成立する。
When deleting information on the logic circuit, an erasing signal can be input. In the case where the
図10に示される論理回路においても、消去信号をOSトランジスタ911のゲート(コントロールゲート)に入力して、データを強制的に消去してもよい。
Also in the logic circuit shown in FIG. 10, an erase signal may be input to the gate (control gate) of the
図10に示される論理回路をCPUのレジスタ、キャッシュやメインメモリに用いた場合、セキュリティー上、データを削除する必要が生じたときに、バックゲートに消去信号を入力して、強制的にデータを削除することができる。 When the logic circuit shown in FIG. 10 is used for a CPU register, cache, or main memory, when it is necessary to delete data for security reasons, an erase signal is input to the back gate to force the data to be deleted. Can be deleted.
このように本発明の論理回路は、セキュリティー上、問題となるデータを強制的に削除することができる。 In this way, the logic circuit of the present invention can forcibly delete data that is a problem in terms of security.
(実施の形態4)
本実施の形態では、データ消去手段の構成例について図6を用いて例示する。
(Embodiment 4)
In the present embodiment, an example of the configuration of the data erasing unit is illustrated with reference to FIG.
図6(A)に示すデータ消去手段103は、検出部201と、判定部202と、消去信号生成部203を有する。検出部201は、メモリセル102にデータが保持されているか、そして当該データを消去する必要が生じているかを検出する。たとえば、検出部201はカウンタ回路などを有し、メモリセル102へのアクセス回数、つまりワード線112又はビット線111などに対して信号が入力された回数をカウントすることができる。検出部201は、カウンタ回路のカウント数をリセットするリセット回路を有する。上記回数が一定以上となった際に、メモリセル102のデータを消去することができる。消去するにあたり、タッチパネル、キーボード、マウス、音声入力装置といった外部入力装置のアクセスが行われていても問題はないが、当該アクセスが行われていない方がCPUにとっては好ましい。
The
そこで判定部202は、タッチパネル、キーボード、マウス、音声入力装置といった外部入力装置のアクセスがないことを判定することができる。検出部201によって、一定以上の回数となったことが検出され、かつ外部入力装置へのアクセスがなければ、消去信号生成部203によって、データ消去信号を生成し、ワード線112へデータ消去信号を出力することができる。
Accordingly, the
このような検出部201や消去信号生成部203は、CPU内に設けることができ、判定部202はCPU外に設けることができる。このようにデータ消去手段の一部は、CPU内部に設けることができる。もちろんデータ消去手段の全部をCPUの内部に設けてもよい。
Such a
またデータ消去信号は、OSトランジスタがオンとなる電位を有すればよい。たとえば、OSトランジスタがN型トランジスタであれば、ゲートの電位:Vg>0が与えられれば、オン状態となり、オン状態となったOSトランジスタに電気的に接続されている記憶素子114の電荷は放電され、データは消去される。つまり、浮遊状態であったノード(N)を電源などと電気的に接続させる。
The data erasure signal may have a potential at which the OS transistor is turned on. For example, if the OS transistor is an N-type transistor, it is turned on when a gate potential Vg> 0 is applied, and the charge of the
なお、データ消去手段103は、カウンタ回路などの検出部を有することなく、セキュリティー上、消去すべきデータであること命令から把握して、データを消去してもよい。当該命令を割り当てておけばよい。データを消去する際、好ましくは外部入力装置へのアクセスがない方がよい。
Note that the
図6(B)に示すデータ消去手段103は、図6(A)の消去信号生成部203に換えて、光照射手段213を有する。光照射手段213は、光源213aと、光源を制御する駆動回路213bを有する。
A
まず図6(A)と同様に、検出部201によって、メモリセル102にデータが保持されているか、そして当該データを消去する必要が生じているかを検出する。たとえば、カウンタ回路によって検出することができる。
First, as in FIG. 6A, the
次に、判定部202が外部入力装置にアクセスがないことを判定する。検出部201によって、一定以上の回数となったことが検出され、かつ外部入力装置へのアクセスがなければ、光照射手段213が有する駆動回路213bに信号を出力し、光源213aを動作させて、メモリセル102に光を照射する。
Next, the
光源213aには、ハロゲンランプを用いることができる。またハロゲンランプに換えて自発光素子をもちいることができる。光源213aの波長は、OSトランジスタを構成する酸化物半導体のバンドギャップから決定することができる。
A halogen lamp can be used as the
当該光があたったOSトランジスタは、オフ電流が増大するため、OSトランジスタに電気的に接続されている記憶素子114の電荷を放電することができる。
Since the off-state current of the OS transistor exposed to the light increases, the charge of the
このような検出部201や光照射手段213は、CPU内に設けることができる。光照射手段213をCPU内に設けると、ワンチップ化することができ好ましい。また、判定部202はCPU外に設けることができる。このようにデータ消去手段103の一部は、CPU内部に設けることができる。もちろんデータ消去手段103の全部をCPUの内部に設けてもよい。
Such a
なお、データ消去手段103は、カウンタ回路などの検出部を有することなく、セキュリティー上、消去すべきデータであること命令から把握して、データを消去してもよい。当該命令を割り当てておけばよい。データを消去する際、好ましくは外部入力装置へのアクセスがない方がよい。
Note that the
このようにデータ消去手段によって、メモリセルのデータを消去させることができる。 In this way, the data in the memory cell can be erased by the data erasing means.
(実施の形態5)
本実施の形態では、図4に示すフローチャートを用いて、データ消去を実施するまでの手順を説明する。
(Embodiment 5)
In the present embodiment, a procedure until data erasure is performed will be described using the flowchart shown in FIG.
最初、データが保持されているか否かを確認する(S1)。保持されている場合、次の手順として、データを削除する状態かを確認する(S2)。データを削除する状態とは、論理回路が動作していない状態又はメモリセルへの書き込み及び読み出しが行われていない状態である。その後、タッチパネル、キーボード、マウス、音声入力装置などの外部入力装置へのアクセス状況を確認する(S3)。外部入力装置へのアクセスがあるのであれば、メモリセル以外に対するデータの書き込み又は読み出しが続いている可能性がある。その際、メモリセルのデータであれば消去してもよいが、CPUとって好ましくない。さらに、外部装置へのアクセスが確認されるのであれば、使用者が使い続けている状況であり、セキュリティー上データを消去する必要性が低い。そのため、外部入力装置へのアクセスが一定期間以上ないときに、データ消去を実施するとよい(S4)。 First, it is confirmed whether or not data is held (S1). If it is held, as the next procedure, it is confirmed whether or not the data is to be deleted (S2). The state in which data is deleted is a state in which the logic circuit is not operating or a state in which writing and reading to the memory cell are not performed. Thereafter, an access status to an external input device such as a touch panel, a keyboard, a mouse, and a voice input device is confirmed (S3). If there is an access to the external input device, there is a possibility that data writing or reading to other than the memory cell continues. At this time, the data in the memory cell may be erased, but this is not preferable for the CPU. Furthermore, if access to the external device is confirmed, the user continues to use it, and the necessity of erasing data is low for security. Therefore, data erasure should be performed when there is no access to the external input device for a certain period or longer (S4).
使用者は、あらかじめ外部入力装置へのアクセスがない期間を設定することができる。またアクセス頻度を考慮することもでき、たとえば直近の使用時間の統計を作成し、当該統計から導き出された値から外れ値となる時間の場合、アクセスが一定期間以上ないと判断することができる。 The user can set a period when there is no access to the external input device in advance. The access frequency can also be taken into account. For example, when the statistics of the most recent usage time are created and the time is an outlier from the value derived from the statistics, it can be determined that the access is not longer than a certain period.
図5には、図4に示したフローチャートと異なる場合の手順を示す。異なる点は、外部入力装置へのアクセス状況を確認するステップ(S3)の後、CPUへの電源供給を停止するステップ(S3’)を設けたことである。低消費電力化を図ることができる。電源供給を停止するとは、スタートパルスやクロック信号などを停止させることを含み、CPU系統の電源をオフすることができる。 FIG. 5 shows a procedure in a case different from the flowchart shown in FIG. The difference is that a step (S3 ') for stopping the power supply to the CPU is provided after the step (S3) for checking the access status to the external input device. Low power consumption can be achieved. Stopping power supply includes stopping a start pulse, a clock signal, and the like, and the power of the CPU system can be turned off.
このようなとき、スリープ状態となることができる。スリープ状態であっても、データ消去信号手段によってデータの削除を実施することができる(S4)。 In such a case, the sleep state can be entered. Even in the sleep state, data can be deleted by the data erasure signal means (S4).
CPU系統の電源をオフとしても、OSトランジスタはオフ電流がSiトランジスタと比較して非常に小さいため、一定期間データを保持することができる。当該データがセキュリティー上問題となる場合、データ消去手段によって、データを消去するのであるが、CPU系統の電源とは別の電源を要しておけばよい。 Even when the power supply of the CPU system is turned off, the OS transistor has a very small off-current compared to the Si transistor, so that data can be held for a certain period. If the data is a security problem, the data is erased by the data erasing means, but a power supply different from the power supply of the CPU system may be required.
このような手順に従って、メモリセルのデータを消去させることができる。 According to such a procedure, the data in the memory cell can be erased.
(実施の形態6)
本実施の形態では、CPUの内部回路、及びCPUの外部回路の例について説明する。
(Embodiment 6)
In this embodiment, an example of an internal circuit of a CPU and an external circuit of the CPU will be described.
図11にはCPUの内部回路となる、割り込みコントローラ11、インストラクションレジスタ/デコーダ12、プログラムカウンタ13、算術論理演算器(ALU)14、複数のレジスタ15、データ入出力レジスタ16、アドレス出力レジスタ17を示す。
FIG. 11 shows an interrupt controller 11, an instruction register /
CPUは、プログラムカウンタ13に設定された命令アドレスの命令をインストラクションレジスタにフェッチし、フェッチした命令をインストラクションデコーダで解読する。これらはバス20aを介して行われる。
The CPU fetches the instruction at the instruction address set in the
インストラクションデコーダはその結果に従って、当該命令を実行するための内部制御信号を生成する。それら制御信号によって、ALU14などのなどの演算回路の動作やレジスタ15に対するオペランドのリード・ライトなどが制御されて、命令が実行される。実行された結果はレジスタ15に出力することができる。これらはバス20cを介して行われる。
The instruction decoder generates an internal control signal for executing the instruction according to the result. By these control signals, the operation of an arithmetic circuit such as the ALU 14 and the like, and the read / write of the operand with respect to the
1次キャッシュメモリ31は、プログラムカウンタ13等と同等な速度を有するため、プログラムカウンタ13やインストラクションレジスタ/デコーダ12等とバス20aを介して、やりとりされる。1キャッシュメモリ31は、その他のメモリとプログラムカウンタとに転送遅延がある場合、当該転送遅延を極力遮蔽化させて、転送効率を向上させるために設けられている。
Since the
その他のメモリとして、二次キャッシュメモリ32やメインメモリ33がある。これらは各コントローラを介してバス20bを介してやりとりすることができる。1次キャッシュメモリ31が2次キャッシュメモリ32やメインメモリ33とやりとりする場合も、コントローラを介してバス20bを用いて情報の転送が行われる。
As other memories, there are a
これらメモリである記憶機能を有する領域は、CPUによって任意にアクセス可能にされている。OSトランジスタは、レジスタ15、1次キャッシュ31、2次キャッシュ32、メインメモリ33のスイッチング素子に用いることができる。
These memory areas having a storage function are arbitrarily accessible by the CPU. The OS transistor can be used as a switching element of the
また割り込みコントローラ11は、割り込みや例外処理などの命令実行手順を制御する論理などを有する。 The interrupt controller 11 has logic for controlling instruction execution procedures such as interrupt and exception processing.
バス20aは、バス20bやバス20cと比べて、転送速度が速いバスである。 The bus 20a is a bus having a higher transfer speed than the bus 20b and the bus 20c.
CPUはアドレス出力レジスタ17を介してアドレスバス21に命令アドレスのアドレスを出力し、データ入出力レジスタ16を介してデータバス22との間でデータの入出力を行う。
The CPU outputs the address of the instruction address to the address bus 21 via the address output register 17 and inputs / outputs data to / from the data bus 22 via the data input /
CPUの内部回路として、データ消去手段の一部35aを有することができる。バス20b及び1次キャッシュメモリ31を介して、プログラムカウンタ13、ALU14、レジスタ15などとやりとりすることができる。データ消去手段の一部35aは、データバス21bを介して、2次キャッシュ32やメインメモリ33とやりとりすることができる。データ消去手段の一部35aは、アドレスバス22からアドレスを得ることができる。
As an internal circuit of the CPU, a
制御レジスタ41は、データバス21、及びデータ入出力レジスタ16を介して1次キャッシュメモリ31、2次キャッシュメモリ32、メインメモリ33などとやりとりすることができる。制御レジスタ41はアドレスバス22からアドレスを得ることができる。制御レジスタ41は、外部のコントローラ(ディスプレイコントローラなどを含む)42、外部のメモリ(HDDなどの不揮発性メモリを含む)43とやりとりすることができる。データ消去手段の他の一部35bは、外部コントローラ42とやりとりすることができ、外部コントローラ42へのアクセス状況を把握することができる。その情報を制御レジスタ41へ出力し、データバス21を介して、データ消去手段の一部35aへ出力し、1次キャッシュメモリ31、2次キャッシュメモリ32、メインメモリ33、レジスタ15などの情報を強制的に削除する状況か否かを指定することができる。
The control register 41 can communicate with the
図12には、CPUを備えたパーソナルコンピュータの全体図を示す。図11に基づくCPU50と、外部に設けられたメインメモリ51を中心に示す。外部コントローラ42として、電源コントローラ52、クロックコントローラ53、サウンドコントローラ54、I/Oコントローラ55、ディスプレイコントローラ56を有する。サウンドコントローラ54は、スピーカ62を制御することができる。I/Oコントローラ55は、スイッチ64により制御される。ディスプレイコントローラ56は、ディスプレイ63を制御することができる。
FIG. 12 shows an overall view of a personal computer equipped with a CPU. The
外部メモリとしてHDDとなるROM(Read Only Memory)61を有する。またRAM(Random Access Memory)60を有していてもよい。 A ROM (Read Only Memory) 61 serving as an HDD is provided as an external memory. A RAM (Random Access Memory) 60 may be included.
このようなパーソナルコンピュータは、CUP内部のレジスタ、1次キャッシュ、2次キャッシュ、メインメモリのいずれか一または全部にOSトランジスタを用いることができる。OSトランジスタは、オフ電流又はリーク電流がSiトランジスタと比べて非常に小さいため、消費電力を押さえることができる。またOSトランジスタと電気的に接続された記憶素子の情報を一定期間保持することができる。つまり、レジスタ、1次キャッシュ、2次キャッシュ、メインメモリのいずれか一または全部を、不揮発性のメモリとして機能させることができる。 In such a personal computer, an OS transistor can be used for any one or all of a register in the CUP, a primary cache, a secondary cache, and a main memory. Since the OS transistor has an extremely small off-state current or leakage current as compared with the Si transistor, power consumption can be suppressed. In addition, information in the memory element electrically connected to the OS transistor can be held for a certain period. That is, any one or all of the register, the primary cache, the secondary cache, and the main memory can function as a nonvolatile memory.
そして、一定期間保持された情報は、セキュリティー上削除したのであれば、強制的に削除することができる。 The information held for a certain period can be forcibly deleted if it is deleted for security reasons.
(実施の形態7)
本実施の形態では、論理回路の構成について説明する。
(Embodiment 7)
In this embodiment, a structure of a logic circuit is described.
図13に示すように、絶縁表面130上にOSトランジスタ131と容量素子132を有する。このような構成は、たとえば図2を用いて説明した論理回路に適用することができ、図2の記憶素子114が、図13の容量素子132に対応する。
As illustrated in FIG. 13, the
OSトランジスタ131は、酸化物半導体層134を有する。酸化物半導体層134における、トランジスタのチャネル形成領域には、Inと、Gaと、Znとを有する酸化物半導体を用いる。このような酸化物半導体は、In−M−Zn−O系材料と記すことができ、金属元素Mは酸素との結合エネルギーがIn及びZnよりも高い元素であればよい。具体的には、金属元素Mは、Al、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ga、Y、Zr、Nb、Mo、Sn、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Hf、TaまたはWとすればよく、好ましくはAl、Ti、Ga、Y、Zr、CeまたはHfとする。金属元素Mは、前述の元素から一種または二種以上選択することができる。また、金属元素Mの代わりにSiまたはGeを用いることもできる。
The
チャネル形成領域には、その他の酸化物半導体を用いてもよい。M−Zn−O系材料又はM−O系材料(金属元素Mは前段の金属元素から選択することができる)、Zn−O系材料などがある。 Another oxide semiconductor may be used for the channel formation region. There are an M—Zn—O-based material or an M—O-based material (the metal element M can be selected from the preceding metal elements), a Zn—O-based material, and the like.
酸化物半導体層134は、アモルファスでも結晶性を有していてもよく、アモルファスと結晶が混在した状態を有してもよい。すなわち、酸化物半導体層は結晶領域を有することができる。酸化物半導体層が有する結晶領域は、ab面(または上面または被形成面)において、a軸またはb軸の向きが異なる二種以上の結晶部分を含んでいる。1つの結晶部分と他の結晶部分の境界を透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)による観察像では明確に判別できない。当該結晶のうち少なくとも一は、c軸配向し、ab面、上面または被形成面に垂直な方向から見て少なくとも三角形状または六角形状の原子配列を有する。c軸においては、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領域を有する。これをCAAC酸化物:C Axis Aligned Crystalline Oxideともいう。すなわち、CAAC酸化物とは、広義に、非単結晶であって、非晶質のみから形成されているものでもない。
The
次に、CAAC酸化物膜の形成方法の一例について説明する。 Next, an example of a method for forming a CAAC oxide film is described.
まず、平坦性を有する絶縁表面に酸化物膜をスパッタリング法、蒸着法、PCVD法、PLD法、ALD法またはMBE法などによって成膜する。成膜された酸化物膜がCAAC酸化物膜となるために以下のような加熱処理をいずれか一又は複数行う。
(1)絶縁表面を加熱しながら、酸化物膜を成膜する。
(2)酸化物膜成膜後、当該酸化物膜を加熱する。
First, an oxide film is formed over a flat insulating surface by a sputtering method, an evaporation method, a PCVD method, a PLD method, an ALD method, an MBE method, or the like. In order for the formed oxide film to be a CAAC oxide film, one or more of the following heat treatments are performed.
(1) An oxide film is formed while heating the insulating surface.
(2) After the oxide film is formed, the oxide film is heated.
<絶縁表面を加熱しながら、酸化物膜を成膜する場合>
絶縁表面を基板として説明する。基板を加熱しながら酸化物膜を成膜することで、非晶質部分より結晶部分の占める割合が多い酸化物膜を得ることができる。例えば、基板温度が150℃以上450℃以下、好ましくは、200℃以上350℃以下となるように加熱を行う。
<When forming an oxide film while heating the insulating surface>
The insulating surface will be described as a substrate. By forming the oxide film while heating the substrate, an oxide film in which the proportion of the crystal portion is larger than that of the amorphous portion can be obtained. For example, heating is performed so that the substrate temperature is 150 ° C to 450 ° C, preferably 200 ° C to 350 ° C.
<酸化物膜成膜後、当該酸化物膜を加熱する場合>
成膜された酸化物膜に対して、例えば200℃以上基板の歪み点未満、好ましくは、250℃以上450℃以下の加熱処理を行う。当該加熱温度で基板を加熱することで、酸化物膜を輻射加熱してもよい。加熱雰囲気は、酸化性雰囲気、不活性雰囲気または減圧雰囲気(10Pa以下)でよい。酸化性ガスとは、酸素、オゾンまたは亜酸化窒素などであって、水、水素などが含まれないことが好ましい。不活性雰囲気とは、窒素、希ガス(ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン)などの不活性ガスを主成分とする雰囲気である。加熱処理時間は3分〜24時間とする。処理時間を長くするほど非晶質部分に対して結晶部分の割合の多い酸化物膜を形成することができる。
<When heating the oxide film after forming the oxide film>
For example, heat treatment is performed on the formed oxide film at 200 ° C. or higher and lower than the strain point of the substrate, preferably 250 ° C. or higher and 450 ° C. or lower. The oxide film may be radiantly heated by heating the substrate at the heating temperature. The heating atmosphere may be an oxidizing atmosphere, an inert atmosphere, or a reduced pressure atmosphere (10 Pa or less). The oxidizing gas is oxygen, ozone, nitrous oxide, or the like, and preferably does not contain water, hydrogen, or the like. The inert atmosphere is an atmosphere mainly containing an inert gas such as nitrogen or a rare gas (helium, neon, argon, krypton, xenon). The heat treatment time is 3 minutes to 24 hours. As the treatment time is increased, an oxide film having a higher ratio of crystal parts to amorphous parts can be formed.
加熱処理時間が短い場合、RTA(Rapid Thermal Anneal)装置を用いることができる。 When the heat treatment time is short, an RTA (Rapid Thermal Anneal) apparatus can be used.
なお、上述のとおり、本加熱処理は(1)の処理の後に行ってもよい。 Note that as described above, this heat treatment may be performed after the treatment (1).
以上の方法で、CAAC酸化物膜を形成することができる。 With the above method, a CAAC oxide film can be formed.
酸化物半導体層134は、第1の酸化物膜上に第2の酸化物膜を成膜して得られた、酸化物積層体を形成してもよい。第1の酸化物膜と、第2の酸化物膜の組成比と異ならせてもよい。2層に限らず、多層構造を用いてもよい。
The
次に、酸化物半導体層134と電気的に接続されたソース135及びドレイン136として機能する導電膜を形成する。ソース及びドレインには、抵抗の低いCuを用いることができる。Cuに換えてWを用いてもよい。CuやW以外にAl、Ti、Mo、Taなどを用いることができる。列挙した材料の窒化物を用いることができる。列挙した材料を積層してもよい。
Next, a conductive film functioning as the
容量素子132は、ソース及びドレインと同材料を有する導電膜137を有する。導電膜137は、容量素子132の一方の電極として機能することができる。ソース及びドレインの一方と、容量素子132の一方の電極137とは電気的に接続することができる。
The
これらを覆って、ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜138を形成する。容量素子132も、絶縁膜138の一部を有することができ、誘電体として機能することができる。絶縁膜138を薄膜化することで、容量素子132の容量値を高めることができる。
An insulating
絶縁膜138は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム等を用いることができる。
For the insulating
OSトランジスタ131において、絶縁膜138を介して、酸化物半導体層134と重なるゲート電極として機能する導電膜139を形成する。導電膜139には、光透性を有する材料を用いる。上記消去手段の一として、酸化物半導体層134を構成する酸化物半導体のバンドギャップに対応する波長を有する光を照射する場合、当該光に対して透光性を有すると好ましい。また、透光性が低い場合であれば、ゲート電極の膜厚を酸化物半導体層134の膜厚より薄くするとよい。透光性を有する材料は、ITO(酸化インジウム酸化スズ合金)、酸化インジウム酸化亜鉛合金(In2O3―ZnO)、酸化亜鉛(ZnO)等を用いればよい。
In the
光を照射してデータを消去しない場合、導電膜139の材料の選択肢は広がり、たとえばWを用いることができる。Wに換えて、抵抗の低いCuを用いることができる。WやCu以外にAl、Ti、Mo、Taなどを用いることができる。列挙した材料の窒化物を用いることができる。列挙した材料を積層してもよい。たとえば、窒化タンタルとタングステンとの積層構造があり、多様な組み合わせから選択することができる。
In the case where data is not erased by irradiating light, choices of materials for the
ゲート電極139が酸化物半導体層134と重なる領域はチャネル形成領域となる。ゲート電極139と、ソース135及びドレイン136とは、重ならないように配置されている。酸化物半導体層134における重ならない領域141、142には、ゲート電極139をマスクとして、不純物を注入することができる。たとえば、リンを注入する。すると、領域141、142の抵抗を下げることができる。
A region where the
酸化物半導体層134に、強制的にデータを消去するための光照射を行う場合、領域141、142から当該光が酸化物半導体層へ照射されることができる。
In the case where light irradiation for forcibly erasing data is performed on the
容量素子132も、ゲート電極と同一材料を有する導電膜140を有する。導電膜137を第1の電極とすると、導電膜140は第2の電極として機能する。容量素子132は、これらの間に絶縁膜138を有する。
The
OSトランジスタ131、容量素子132に渡って、パッシべーション膜145を形成する。パッシべーション膜は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム等を用いることができる。パッシべーション膜は、列挙した材料を積層して用いてもよい。
A
このようにしてOSトランジスタ131と、容量素子132を同一絶縁表面上に形成することができる。
In this manner, the
OSトランジスタ131のゲート電極139には消去信号を入力することができる。その結果、容量素子132に蓄積されたデータを強制的に消去することができる。
An erase signal can be input to the
(実施の形態8)
本実施の形態では、論理回路の別構成であって、OSトランジスタがいわゆるボトムゲートを有する構成について説明する。
(Embodiment 8)
In this embodiment, a structure of another logic circuit, in which an OS transistor has a so-called bottom gate, is described.
図14に示すように、酸化物半導体層134の下側に導電膜151を有する。OSトランジスタ131のいわゆるバックゲートとして機能することができる。導電膜151は絶縁表面130上に形成することができる。導電膜151は、Wを用いることができる。Wに換えて、抵抗の低いCuを用いることができる。WやCu以外にAl、Ti、Mo、Taなどを用いることができる。列挙した材料の窒化物を用いることができる。列挙した材料を積層してもよい。たとえば、窒化タンタルとタングステンとの積層構造があり、多様な組み合わせから選択することができる。
As illustrated in FIG. 14, the
バックゲートとして機能する導電膜151は、酸化物半導体層134と重なる領域が多い方が好ましい。OSトランジスタ131のしきい値を確実に制御することができるからである。また当該導電膜151は、酸化物半導体層134を超えて設けられる領域がない方がよい。酸化物半導体層134を超えて導電膜151が設けられると、ソース135やドレイン136と導電膜151が重なり、不要な容量を形成してしまう可能性があるためである。すなわち、図14でみると、導電膜151の幅d1は、酸化物半導体層134の幅d3よりも小さい方がよく、この関係は、d1<d3と示すことができる。
The
またゲート電極139の幅をd2とすると、d1>d2となる。OSトランジスタ131のしきい値を確実に制御することができるからである。
When the width of the
酸化物半導体層134上方から、強制的にデータを消去するために光照射を行う場合、当該光は領域141、142から回り込んで酸化物半導体層134に照射される。また導電膜151に反射することで、当該光が酸化物半導体層134の裏から照射することもできる。
In the case where light irradiation is performed forcibly erasing data from above the
導電膜151を覆って、絶縁膜152を形成する。絶縁膜152は酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム等を用いることができる。絶縁膜152は、その表面を導電膜151の表面と同じとなるように平坦化処理が行われる。
An insulating
絶縁膜152上に絶縁膜153を形成する。絶縁膜153は酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム等を用いることができる。酸化物半導体134に近づくにつれ酸化アルミニウムを適用すると好ましいため、絶縁膜152に酸化シリコン、絶縁膜153に酸化アルミニウムを用いるとよい。
An insulating
バックゲートとして機能する導電膜151にはしきい値を制御する信号を入力することができ、さらに消去信号を入力することができる。しきい値を制御する信号を入力すると、たとえばノーマリーオン型のOSトランジスタをノーマリーオフ型のOSトランジスタとすることができる。また消去信号を入力すると、容量素子132に蓄積されたデータを強制的に消去することができる。
A signal for controlling a threshold value can be input to the
(実施の形態9)
本実施の形態では、論理回路の別構成であって、OSトランジスタとSiトランジスタをともに有する構成について説明する。
(Embodiment 9)
In this embodiment, a structure of another logic circuit, which includes both an OS transistor and a Si transistor, will be described.
図15(A)に示すようにSiトランジスタ160上に絶縁表面130を構成する絶縁物を介して、OSトランジスタ131、容量素子132が設けられている。このような構成は、たとえば図7を用いて説明した論理回路に適用することができる。図7のSiトランジスタ701〜706に図15のSiトランジスタ160を適用することができる。また図7のOSトランジスタ711、712に図15のOSトランジスタ131を適用することができる。また図7の第1の容量素子C1、第2の容量素子C2に図15の容量素子132を適用することができる。図15(A)で示すように容量素子132は、Siトランジスタとは別層に設けることができ、面積上の制約があまりないため、その容量値を大きくすることができる。つまり、図7の第1の容量素子C1、第2の容量素子C2の容量値を大きくすることができる。
As shown in FIG. 15A, an
半導体基板161を用意する。半導体基板161に素子分離のための絶縁物を形成する。いわゆる絶縁分離を行う。その後、半導体基板161の表面を熱酸化してゲート絶縁膜として機能する絶縁膜163を形成する。絶縁膜163上にゲート電極として機能する導電膜164を形成する。導電膜164は多結晶シリコンを用いることができる。多結晶シリコンのほか、W、Moなど耐熱性の高い材料を用いることができる。これら列挙した材料を積層してもよい。
A
ゲート電極を用いて、選択的なゲート絶縁膜となるように絶縁膜163をエッチングする。すると、ゲート電極の端部と,ゲート絶縁膜の端部とが一致することができる。
The insulating
ゲート電極を用いて半導体基板161に不純物を添加して、第1の不純物領域165を形成する。N型不純物又はP型不純物を用いることができる。ゲート電極を用いて不純物を添加したため、第1の不純物領域165の端部と、ゲート電極の端部とは一致することができる。第1の不純物領域165は、ゲート電極の端部と一致する箇所から、当該箇所から離れるに従って、深さが徐々に増すように設けることができる。
An impurity is added to the
ゲート電極の側面にサイドウォールとして機能する絶縁物166を形成する。ゲート電極を覆って絶縁膜を形成し、エッチング処理を行うことによって、サイドウォールとして機能する絶縁物166を得ることができる。その後、サイドウォールを用いて、半導体基板161に不純物を添加して第2の不純物領域167を形成する。N型不純物又はP型不純物を用いることができる。第2の不純物領域167の端部は、サイドウォールの端部とほぼ一致するが、不純物が拡散するため、第1の不純物領域165の端部と、ゲート電極の端部との組み合わせほど、端部が一致しない。
An
またゲート電極の抵抗をさげるため、シリサイド処理を行ってもよい。ゲート電極が多結晶シリコンで形成される場合、ニッケル又はチタンを用いて、シリサイド処理を行う。これらに白金などを添加して、シリサイド処理を効率化してもよい。シリサイド処理が行われると、少なくともゲート電極の上面にシリサイド領域を形成することができる。 Silicide treatment may be performed to reduce the resistance of the gate electrode. In the case where the gate electrode is formed of polycrystalline silicon, silicide treatment is performed using nickel or titanium. Platinum or the like may be added to these to improve the silicidation process efficiency. When the silicide treatment is performed, a silicide region can be formed at least on the upper surface of the gate electrode.
その後、パッシべーション膜170を形成する。パッシべーション膜170は窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜を用いることができる。このような材料は無機材料を含む膜であり、表面が凹凸を有したままとなる。当該凹凸の平坦性を保つため、さらに絶縁膜171形成することができる。絶縁膜171は、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜を用いることができ、パッシべーション膜170よりも厚く形成すればよい。
Thereafter, a
第2の不純物領域167と電気的に接続する配線172を形成する。配線172は、WやMoなどの耐熱性の高い材料を用いることができる。配線172を形成するため、パッシべーション膜170、絶縁膜171にはコンタクトホールを形成する。
A
その後、配線172と絶縁膜171の表面をそろえるため、平坦化処理を行う。平坦化処理された面に、第1の接続配線173を形成する。第1の接続配線173が形成しやすくなる。第1の接続配線173はCuなどの抵抗の低い材料を用いるとよい。Cuは熱拡散しやすい。熱拡散する場合、第1の接続配線173を囲ってタンタル、窒化タンタルなどのバリア膜を設けるとよい。
Thereafter, planarization is performed to align the surfaces of the
その後、図13、又は図14で説明したとおり、絶縁表面130を構成する絶縁膜を形成する。その後、絶縁表面上にOSトランジスタ131や容量素子132を形成する。またOSトランジスタ131などと、Siトランジスタ160とを電気的に接続するため、第2の接続配線174を形成する。第2の接続配線174を形成するために、絶縁表面130を構成する絶縁膜にコンタクトホールを形成する。当該コンタクトホールは、底面の幅(W)が高さ(h)よりも大きくなるようにする。すなわち、充分広い底面を形成し、当該底面に、第2の接続配線174を形成することができる。当該底面において、第1の接続配線173との接触面積を高めることができ、接続を確実なものとすることができる。
Thereafter, as described with reference to FIG. 13 or FIG. 14, an insulating film constituting the insulating
第2の接続配線174は、ソース135、ドレイン136と同じ材料で形成することができる。第2の接続配線174にはCuなどの抵抗の低い材料を用いてもよい。熱拡散する場合は、タンタル、窒化タンタルなどのバリア膜を設ければよい。バリア膜を設ける場合、第2の接続配線174を覆い、一部がゲート絶縁膜として機能する絶縁膜138を、タンタル、窒化タンタルなどから形成してもよい。ゲート絶縁膜としての機能を付加させるのであれば、タンタル、窒化タンタルなどのバリア膜と、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ガリウムなどの上述した材料とを積層すればよい。
The
このようにしてOSトランジスタとSiトランジスタをともに有する構成を得ることができる。 In this way, a configuration having both an OS transistor and a Si transistor can be obtained.
上記実施の形態と同様に、OSトランジスタ131のゲート電極139には消去信号を入力することができる。その結果、容量素子132に蓄積されたデータを強制的に消去することができる。
As in the above embodiment, an erase signal can be input to the
図15(B)は、図15(A)と異なり、遮光膜180を有する。遮光膜180により、酸化物半導体層134に光が照射される際、Siトランジスタ160への光照射を防ぐことができる。
FIG. 15B is different from FIG. 15A in that it includes a light-blocking
遮光膜180がTiなどの導電性を有する場合、当該遮光膜180は絶縁膜181上に形成されている。遮光膜180が黒色樹脂などの導電性が低い場合は、絶縁膜181は省略することができる。なお、絶縁膜181は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム等を用いることができる。
When the
Siトランジスタ160への光照射を防ぐための遮光膜の機能は、パッシべーション膜170に持たせてもよい。
The
図15(B)は、さらに図15(A)と異なり、サイドウォールが2層構造となっている。また第2の不純物領域が濃度の異なる2つの領域を有している。
このようにSiトランジスタ160は多様な構成をとることができる。
FIG. 15B further differs from FIG. 15A in that the sidewall has a two-layer structure. The second impurity region has two regions having different concentrations.
As described above, the
図15(B)においても、OSトランジスタ131のゲート電極139には消去信号を入力することができる。その結果、容量素子132に蓄積されたデータを強制的に消去することができる。
In FIG. 15B as well, an erase signal can be input to the
(実施の形態10)
本実施の形態では、論理回路の別構成であって、OSトランジスタとSiトランジスタをともに有する別構成であって、OSトランジスタがいわゆるバックゲートを有する構成について説明する。
(Embodiment 10)
In this embodiment, another structure of a logic circuit, which includes an OS transistor and an Si transistor, and the OS transistor includes a so-called back gate will be described.
図16(A)に示されるOSトランジスタ131が有するバックゲートは、図14等を参考にして設ければよい。
The back gate included in the
バックゲートとして機能する導電膜151にはしきい値を制御する信号を入力することができ、さらに消去信号を入力することができる。しきい値を制御する信号を入力すると、たとえばノーマリーオン型のOSトランジスタをノーマリーオフ型のOSトランジスタとすることができる。また消去信号を入力すると、容量素子132に蓄積されたデータを強制的に消去することができる。
A signal for controlling a threshold value can be input to the
図16(A)に示す構成は、図15(A)に示す構成と、第2の接続配線174を形成するためのコンタクトホールの形状が異なる。コンタクトホールの底面の幅(W)を、深さ(h)よりも小さくなるようする。すると、第1の接続配線173の内側に、当該コンタクトホールを形成することができる。このようなコンタクトホールに第2の接続配線174を形成しても、電気的な接続をとることができる。このようなコンタクトホールによって、集積度を高めることができる。当該コンタクトホールの形状は、図15(A)、(B)に示した第2の接続配線174のコンタクトホールに適用することができる。また、図15(A)、(B)に示した底面の幅画充分広いコンタクトホールを、図16(A)のコンタクトホールに適用することができる。
The structure illustrated in FIG. 16A is different from the structure illustrated in FIG. 15A in the shape of a contact hole for forming the
図16(B)は、図16(A)と異なり、遮光膜180を有する。遮光膜180により、酸化物半導体層134に光が照射される際、Siトランジスタ160への光照射を防ぐことができる。遮光膜180が導電性を有する場合、当該遮光膜180は絶縁膜181上に形成される。
FIG. 16B has a light-blocking
遮光膜の機能は、パッシべーション膜170に持たせることもできる。
遮光膜の機能をバックゲートとして機能する導電膜151に持たせることもできる。その場合、ソース135、ドレイン136も併せて、遮光膜として用いるとよい。導電膜151とソース135、ドレイン136とは、互いに重なるように配置させることができるため、光がとおる経路を遮断することができる。
このように既存の膜で遮光膜の機能を果たせるのであれば、遮光膜180、絶縁膜181を省略することができる。
The
The
In this way, if the existing film can function as a light shielding film, the
図16(B)は、さらに図16(A)と異なり、サイドウォールが2層構造となっている。また第2の不純物領域が濃度の異なる2つの領域を有している。
このようにSiトランジスタ160は多様な構成をとることができる。
FIG. 16B is different from FIG. 16A in that the sidewall has a two-layer structure. The second impurity region has two regions having different concentrations.
As described above, the
図16(B)においても、OSトランジスタ131のゲート電極139には消去信号を入力することができる。その結果、容量素子132に蓄積されたデータを強制的に消去することができる。
In FIG. 16B as well, an erase signal can be input to the
(実施の形態11)
本実施の形態では、論理回路の構成であって、光照射手段の光源として自発光素子を用いる場合の構成を説明する。
(Embodiment 11)
In this embodiment mode, a configuration in which a self-luminous element is used as a light source of a light irradiation unit, which is a configuration of a logic circuit, will be described.
図19に示すように、Siトランジスタ160上に、バックゲートを有するOSトランジスタ131を有し、OSトランジスタ131上に発光素子190を有する。発光素子190は、絶縁膜191上に設けられる。絶縁膜191は平坦性を有するとよく、有機材料を含む膜で構成するとよい。たとえば、アクリルやポリイミドを含む膜が挙げられる。
As illustrated in FIG. 19, an
絶縁膜191上に発光素子190の第1の電極となる導電膜193を形成する。第1の電極は陽極又は陰極として機能することができる。第1の電極側から光を取り出すため、導電膜193は透光性を有する。たとえば、透明導電膜193は、ITO(酸化インジウム酸化スズ合金)、酸化インジウム酸化亜鉛合金(In2O3―ZnO)、酸化亜鉛(ZnO)等を用いて形成することができる。
A
第1の電極上に選択的にバンクとして機能する絶縁物192を形成する。絶縁物192の側面には逆テーパを持たせるとよい。絶縁物192は、酸化シリコン、酸化窒化シリコンなどの無機材料を有する層から形成することができる。 An insulator 192 functioning selectively as a bank is formed over the first electrode. The side surface of the insulator 192 may have a reverse taper. The insulator 192 can be formed of a layer containing an inorganic material such as silicon oxide or silicon oxynitride.
第1の電極上に有機化合物層194を形成する。有機化合物層194は、発光素子の発光層を有すればよい。また有機化合物層194は、正孔注入層や正孔輸送層を有してもよい。また有機化合物層194は、電子注入層や電子輸送層を有していてもよい。有機化合物層194は、逆テーパを有する絶縁物192によって、分断される。
An
有機化合物層194上に、発光素子190の第2の電極となる導電膜195を形成する。第2の電極は、陰極又は陽極として機能することができる。第2の電極は反射性が高いと好ましく、たとえば、AlやAgを有する膜から形成することができる。たとえば、MgとAlと有するMg−Ag膜を用いればよい。
A
このような状態で、パッケージを行う。封止基板198を用いて、Siトランジスタ、OSトランジスタ、発光素子までをワンチップ化することができる。
発光素子の劣化を防ぐために、封止基板198で囲まれた雰囲気中は不活性ガスを充填するとよい。
In this state, packaging is performed. Using the sealing substrate 198, the Si transistor, the OS transistor, and the light emitting element can be formed into one chip.
In order to prevent deterioration of the light-emitting element, an atmosphere surrounded by the sealing substrate 198 is preferably filled with an inert gas.
このようにして、OSトランジスタに光を照射し、容量素子に蓄積されたデータを強制的に削除することができる。 In this manner, data stored in the capacitor can be forcibly deleted by irradiating the OS transistor with light.
(実施の形態12)
本実施の形態では、論理回路が搭載されたICカードの使用例について説明する。
(Embodiment 12)
In this embodiment, a usage example of an IC card on which a logic circuit is mounted will be described.
ICカード350にはチップが搭載されており、メモリ機能を備えることができる。当該メモリ機能に、本発明の論理回路の構成を適用することができる。
A chip is mounted on the
図17(A)に示すように、メモリ機能を搭載したICカード350には、持ち主の個人情報や買い物履歴などのデータが記録されている。当該データは、OSトランジスタを有する論理回路によって蓄積されているため、一定期間保持することができる。
As shown in FIG. 17A, data such as personal information of the owner and shopping history is recorded in the
ICカード350を紛失・盗難される場合で,第三者に不正使用される可能性がある。その際、持ち主がカード会社に紛失又は盗難された申し出を行うと、カード会社からその情報が読み取り端末に送信される。このよう状態で第三者が読み取り装置351にICカードを通すと、図17(B)に示すように、読み取り装置に送信されていた情報が認識され(S11)、ICカードに上記データが保持されているか確認され(S12)、データ画確認された場合は、データの消去が実施される(S13)。緊急性が高い場合は、ICカードにデータが保持されているか確認するステップ(S12)を解することなく、データの消去を実施してもよい。
If the
データの消去とともに、ICカード350は使用できない状態となる。
As data is erased, the
このように、本願発明の論理回路を搭載したICカードであれば、一定期間の情報保持ができ、第三者に不正使用された場合、当該情報を強制的に削除することができる。 As described above, an IC card equipped with the logic circuit of the present invention can hold information for a certain period, and forcibly delete the information when used illegally by a third party.
本実施例では、OSトランジスタ用いられるIGZO系の酸化物半導体の光導電率を測定した。その結果を図18に示す。図18のX軸は光の光子エネルギーを示し、Y軸は導電率を示す。下記条件1〜条件4として、IGZO系酸化物半導体をスパッタリング法を用いて作製した。共通条件として、ターゲットは、In:Ga:Znの比が1:1:1のものを用いた。膜厚は50nmとした。
条件1:基板温度:室温、成膜雰囲気中の酸素:33%
条件2:基板温度:400℃、成膜雰囲気中の酸素:33%
条件3:基板温度:室温、成膜雰囲気中の酸素:100%
条件4:基板温度:400℃、成膜雰囲気中の酸素:100%
In this example, the photoconductivity of an IGZO-based oxide semiconductor used for an OS transistor was measured. The result is shown in FIG. The X axis in FIG. 18 represents the photon energy of light, and the Y axis represents the conductivity. As
Condition 1: Substrate temperature: room temperature, oxygen in film formation atmosphere: 33%
Condition 2: substrate temperature: 400 ° C., oxygen in film forming atmosphere: 33%
Condition 3: substrate temperature: room temperature, oxygen in film formation atmosphere: 100%
Condition 4: substrate temperature: 400 ° C., oxygen in film formation atmosphere: 100%
IGZO系の酸化物半導体が有するバンドギャップは3.1[eV]であるため、光の光子エネルギーが3[eV]以上の光を照射した。図18のX軸に示す。3.1[eV]は、光の波長にすると400nmに相当し、400nm以下の波長の光を照射したこととなる。 Since the band gap of the IGZO-based oxide semiconductor is 3.1 [eV], light with a photon energy of 3 [eV] or more was irradiated. This is shown on the X axis in FIG. 3.1 [eV] corresponds to 400 nm in terms of the wavelength of light, and is irradiated with light having a wavelength of 400 nm or less.
いずれの条件で成膜したIGZO系酸化物半導体においても、導電率[Ω−1cm−1]が増加していることがわかる。すなわち、IGZO系酸化物半導体を有するトランジスタは、光を照射すると、導電率が増加することがわかる。導電率が増加した状態であれば、当該トランジスタに電気的に接続された容量素子に蓄積された電荷を放出することができる。このような光は1秒以上照射すればよい。光は、ゲートを透過して、酸化物半導体に照射することができる。また当該光は、ゲートとソース、又はゲートとドレインとの間から酸化物半導体に照射することができる。 It can be seen that the conductivity [Ω −1 cm −1 ] is increased in the IGZO-based oxide semiconductor film formed under any conditions. That is, it can be seen that the conductivity of a transistor including an IGZO-based oxide semiconductor is increased when irradiated with light. If the conductivity is increased, the charge accumulated in the capacitor electrically connected to the transistor can be discharged. Such light may be irradiated for 1 second or longer. Light can pass through the gate and irradiate the oxide semiconductor. The light can be emitted to the oxide semiconductor from the gate and the source or between the gate and the drain.
また図18は、IGZO系酸化物半導体に関する実験結果であるが、酸化物半導体は、ワイドギャップ半導体であることは知られている。すなわち、上記のような光導電率の特性は、酸化物半導体であれば備えていると考えられ、酸化物半導体のバンドギャップ以上の光を照射すればよいことがわかる。たとえばZnOを有するトランジスタであれば、ZnOのバンドギャップが3.3[eV]であるため、波長370nm以下の光を照射すれば、上記のような光導電率特性を発現することはわかる。 FIG. 18 shows experimental results on the IGZO-based oxide semiconductor. It is known that the oxide semiconductor is a wide gap semiconductor. That is, it can be understood that the above photoconductivity characteristics are provided in the case of an oxide semiconductor, and light having a band gap greater than that of the oxide semiconductor may be irradiated. For example, in the case of a transistor having ZnO, the band gap of ZnO is 3.3 [eV];
そこで、このような酸化物半導体トランジスタをメモリセルに用いることにより、CPUへ供給する電源を停止した状態でも、蓄積された電荷の保持を可能にすることができる。さらに、たとえ当該電源を切ったときであっても、必要に応じて、光照射を行うことで、蓄積された電荷を放出することができ、情報を削除することができる。 Thus, by using such an oxide semiconductor transistor for a memory cell, stored charge can be held even when power supplied to the CPU is stopped. Furthermore, even when the power is turned off, the accumulated charge can be released and information can be deleted by performing light irradiation as necessary.
C1 第1の容量素子
C2 第2の容量素子
101 論理回路
102 メモリセル
103 データ消去手段
104 制御回路
108a 第1の電源
108b 第2の電源
109 バッテリー
110 メモリユニット
111 ビット線
112 ワード線
113 OSトランジスタ
114 記憶素子
115 配線
118 配線
119 トランジスタ
130 絶縁表面
131 OSトランジスタ
132 容量素子
134 酸化物半導体
135 ソース(又はドレイン)
136 ドレイン(又はソース)
137 導電膜
138 絶縁膜
139 導電膜
140 導電膜
141 領域
142 領域
145 パッシべーション膜
151 導電膜
152 絶縁膜
153 絶縁膜
160 Siトランジスタ
161 半導体基板
163 絶縁膜
164 導電膜
165 第1の不純物領域
166 絶縁物
167 第2の不純物領域
170 パッシべーション膜
171 絶縁膜
172 配線
173 第1の接続配線
174 第2の接続配線
180 遮光膜
181 絶縁膜
190 発光素子
191 絶縁膜
192 絶縁物
193 導電膜
194 有機化合物層
195 導電膜
198 封止基板
201 検出部
202 判定部
203 消去信号生成部
213 光照射手段
213a 光源
213b 駆動回路
701 Siトランジスタ
702 Siトランジスタ
703 Siトランジスタ
704 Siトランジスタ
705 Siトランジスタ
706 Siトランジスタ
711 OSトランジスタ
712 OSトランジスタ
901 Siトランジスタ
902 Siトランジスタ
911 OSトランジスタ
C1 first capacitive element C2 second
136 Drain (or source)
137
Claims (4)
前記中央演算処理装置のレジスタ、前記キャッシュ又は前記メインメモリは、第1のトランジスタ乃至第8のトランジスタと、第1の容量素子及び第2の容量素子と、を有し、
前記第1のトランジスタ乃至前記第6のトランジスタは、それぞれ、シリコンに形成されるチャネル形成領域を有し、
前記第7のトランジスタ及び前記第8のトランジスタは、それぞれ、酸化物半導体に形成されるチャネル形成領域を有し、
前記第1のトランジスタのゲートは、第1の配線と電気的に接続され、
前記第1のトランジスタのソース又はドレインの一方は、第2の配線と電気的に接続され、
前記第1のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第2のトランジスタのソース又はドレインの他方と電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのゲートは、前記第3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、第4のトランジスタのソース又はドレインの一方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、前記第3のトランジスタのソース又はドレインの一方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他方は、第5の配線と電気的に接続され、
前記第4のトランジスタのゲートは、前記第2のトランジスタのソース又はドレインの他方と電気的に接続され、
前記第4のトランジスタのゲートは、前記第5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、第4の配線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、前記第5のトランジスタのソース又はドレインの一方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、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5のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第5の配線と電気的に接続され、
前記第6のトランジスタのゲートは、前記第1の配線と電気的に接続され、
前記第6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のトランジスタのソース又はドレインの他方と電気的に接続され、
前記第6のトランジスタのソース又はドレインの他方は、第3の配線と電気的に接続され、
前記第7のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第1のトランジスタのソース又はドレインの他方と電気的に接続され、
前記第7のトランジスタのゲートは、第6の配線と電気的に接続され、
前記第7のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第1の容量素子の電極と電気的に接続され、
前記第8のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第6のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
前記第8のトランジスタのゲートは、第7の配線と電気的に接続され、
前記第8のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第2の容量素子の電極と電気的に接続され、
前記第2のトランジスタをオン状態として、前記第4の配線の第1の電位を出力する際、前記第7のトランジスタをオン状態として、前記第1の容量素子に、前記第1の電位に応じた電荷を保持させて、その後、前記第7のトランジスタをオフ状態とすると、前記第7のトランジスタと電気的に接続された前記第1の容量素子の電極の第1のノードは、浮遊状態となることができ、
前記第4のトランジスタをオン状態として、前記第4の配線の第2の電位を出力する際、前記第8のトランジスタをオン状態として、前記第2の容量素子に、前記第2の電位に応じた電荷を保持させて、その後、前記第8のトランジスタをオフ状態とすると、前記第8のトランジスタと電気的に接続された前記第2の容量素子の電極の第2のノードは、浮遊状態となることができ、
一定期間経過後、前記第1のノードを介して前記第1の容量素子に蓄積された電荷を削除する、又は前記第2のノードを介して前記第2の容量素子に蓄積された電荷を削除する手段を有することを特徴とする半導体装置。 Having a central processing unit register, cache or main memory,
The register of the central processing unit, the cache, or the main memory includes first to eighth transistors, a first capacitor element, and a second capacitor element.
Each of the first to sixth transistors has a channel formation region formed in silicon,
The seventh transistor and the eighth transistor each have a channel formation region formed in an oxide semiconductor,
A gate of the first transistor is electrically connected to a first wiring;
One of a source and a drain of the first transistor is electrically connected to a second wiring;
The other of the source and the drain of the first transistor is electrically connected to the other of the source and the drain of the second transistor;
A gate of the second transistor is electrically connected to a gate of the third transistor;
One of a source and a drain of the second transistor is electrically connected to one of a source and a drain of the fourth transistor;
The other of the source and the drain of the second transistor is electrically connected to one of the source and the drain of the third transistor;
The other of the source and the drain of the third transistor is electrically connected to a fifth wiring;
A gate of the fourth transistor is electrically connected to the other of the source and the drain of the second transistor;
A gate of the fourth transistor is electrically connected to a gate of the fifth transistor;
The one is the fourth of the source and the drain of the transistor, the fourth wiring electrically connected,
The other of the source and the drain of the fourth transistor is electrically connected to one of the source and the drain of the fifth transistor;
The other of the source and the drain of the fourth transistor is electrically connected to the gate of the second transistor;
Wherein the other of the source and the drain of the fifth transistor is the fifth wiring and electrically connected,
A gate of the sixth transistor is electrically connected to the first wiring;
One of a source and a drain of the sixth transistor is electrically connected to the other of the source and the drain of the fourth transistor;
The other of the source and the drain of the sixth transistor is electrically connected to a third wiring;
One of a source and a drain of the seventh transistor is electrically connected to the other of the source and the drain of the first transistor;
A gate of the seventh transistor is electrically connected to a sixth wiring;
The other of the source and the drain of the seventh transistor is electrically connected to the electrode of the first capacitor,
One of a source and a drain of the eighth transistor is electrically connected to one of a source and a drain of the sixth transistor;
A gate of the eighth transistor is electrically connected to a seventh wiring;
The other of the source and the drain of the eighth transistor is electrically connected to the electrode of the second capacitor,
When the second transistor is turned on and the first potential of the fourth wiring is output, the seventh transistor is turned on, and the first capacitor is turned on in accordance with the first potential. And then the seventh transistor is turned off, the first node of the electrode of the first capacitor electrically connected to the seventh transistor is in a floating state. Can be
When the fourth transistor is turned on and the second potential of the fourth wiring is output, the eighth transistor is turned on and the second capacitor element is turned on according to the second potential. When the eighth transistor is turned off after that, the second node of the electrode of the second capacitor element electrically connected to the eighth transistor is in a floating state. Can be
After a certain period of time, the charge accumulated in the first capacitor element is deleted via the first node, or the charge accumulated in the second capacitor element is deleted via the second node. A semiconductor device comprising means for performing
前記一定期間経過後、前記第1のノードを介して前記第1の容量素子に蓄積された電荷を削除する手段は、前記第7のトランジスタのゲートに消去信号を供給する手段を有し、
前記一定期間経過後、前記第2のノードを介して前記第2の容量素子に蓄積された電荷を削除する手段は、前記第8のトランジスタのゲートに消去信号を供給する手段を有することを特徴とする半導体装置。 In claim 1,
The means for deleting the charge accumulated in the first capacitor element through the first node after the lapse of the predetermined period has means for supplying an erase signal to the gate of the seventh transistor,
The means for deleting the charge accumulated in the second capacitor element through the second node after the lapse of the predetermined period has means for supplying an erase signal to the gate of the eighth transistor. A semiconductor device.
前記第7のトランジスタは、前記ゲートと、バックゲートと、を有し、
前記第8のトランジスタは、前記ゲートと、バックゲートと、を有し、
前記一定期間経過後、前記第1のノードを介して前記第1の容量素子に蓄積された電荷を削除する手段は、前記第7のトランジスタのバックゲートに消去信号を供給する手段を有し、
前記一定期間経過後、前記第2のノードを介して前記第2の容量素子に蓄積された電荷を削除する手段は、前記第8のトランジスタのバックゲートに消去信号を供給する手段を有することを特徴とする半導体装置。 In claim 1,
The seventh transistor includes the gate and a back gate;
Transistor of the eighth has said gate, and back gate, and
The means for deleting the charge accumulated in the first capacitor element through the first node after the lapse of the predetermined period has means for supplying an erase signal to the back gate of the seventh transistor,
The means for deleting the charge accumulated in the second capacitor element through the second node after the fixed period has elapsed includes means for supplying an erase signal to the back gate of the eighth transistor. A featured semiconductor device.
前記一定期間経過後、前記第1のノードを介して前記第1の容量素子に蓄積された電荷を削除する手段は、前記第7のトランジスタが有する酸化物半導体に光を照射する手段を有し、
前記一定期間経過後、前記第2のノードを介して前記第2の容量素子に蓄積された電荷を削除する手段は、前記第8のトランジスタが有する酸化物半導体に光を照射する手段を有することを特徴とする半導体装置。 In claim 1,
The means for removing the charge accumulated in the first capacitor element through the first node after the fixed period has elapsed includes means for irradiating light to the oxide semiconductor included in the seventh transistor. ,
The means for removing the charge accumulated in the second capacitor element through the second node after the fixed period has elapsed includes means for irradiating light to the oxide semiconductor included in the eighth transistor. A semiconductor device characterized by the above.
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