半导体集成电路制造技术

本申请涉及半导体集成电路。降低半导体集成电路的耗电量，并降低半导体集成电路中的工作延迟。包括在存储电路中的多个时序电路分别包括：晶体管，该晶体管的沟道形成区使用氧化物半导体形成；以及电容器，该电容器的一个电极电连接到当所述晶体管截止时成为浮动状态的节点。通过将氧化物半导体用于晶体管的沟道形成区，可以实现断态电流(泄漏电流)极小的晶体管。因此，通过在不向存储电路供应电源电压的期间中使该晶体管截止，可以将该期间中的与电容器的一个电极电连接的节点的电位保持为恒定或大致恒定。结果，可以实现上述目的。

【技术实现步骤摘要】
半导体集成电路本申请是申请日为2011年7月15日、专利技术名称为“半导体集成电路”的中国专利申请201180038709.5的分案申请。
本专利技术涉及一种半导体集成电路。尤其是，本专利技术涉及一种半导体集成电路，该半导体集成电路包括具有时序电路的存储电路并可以控制向该存储电路供应的电源电压(可以进行电源门控(powergating))。
技术介绍
包括逻辑电路的半导体集成电路的规模逐年扩大。在集成电路的发展初期，集成电路由几个元件构成。现在有由几千万个元件构成的中央处理单元(CPU：CentralProcessingUnit)及数字信号处理器(DSP：DigitalSignalProcessor)。虽然通过元件的微型化及低电压化降低了每个元件的耗电量，但是因为元件数进一步增加，所以集成电路整体的耗电量在增加。作为降低耗电量的方法，已对部分地停止时钟的时钟门控(clockgating)、降低时钟频率的方法及部分地降低电源电压的方法进行研究开发。耗电量不仅包括起因于由晶体管等的元件的切换引起的充放电等的动态功率，而且包括起因于该元件的截止状态下的泄漏电流等的静态功率。虽然在包括少数元件的集成电路中该静态功率大致可以忽视不管，但是在包括庞大数量的元件的集成电路中该静态功率太大而不能忽视。因此，已开发了控制将电源电压供应到包括在集成电路中的电路的方法(电源门控)。该方法可以减低起因于泄漏电流的耗电量。例如，专利文献1公开了一种可以进行电源门控的半导体集成电路。具体地说，专利文献1公开了一种半导体集成电路，该半导体集成电路包括在逻辑电路和电源供应线之间的晶体管，并可通过控制该晶体管的切换来控制向该逻辑电路供应电源电压。[参考文献][专利文献1]日本专利申请公开2005-268694号公报
技术实现思路
但是，当该逻辑电路包括由多个时序电路构成的存储电路(寄存器等)时，所储存的数据由于进行电源门控而被擦除。实际上，已知在现有的半导体集成电路所包括的逻辑电路中通常使用寄存器等的存储电路，并且电源门控引起所储存的数据的擦除。在此情况下，当再次开始向存储电路供应电源电压时，需要再次进行算术运算等。就是说，相似的算术运算需要进行两次。因此，通过进行电源门控获得的降低耗电量的效果减弱。另外，由于直到完成该算术运算为止不能再次开始该半导体集成电路的工作，所以这会使半导体集成电路的工作延迟。鉴于上述问题，本专利技术的一个方式的目的之一是降低半导体集成电路的耗电量。本专利技术的一个方式的另一目的是降低半导体集成电路中的工作延迟。注意，本专利技术的一个方式的目的是实现上述目的中的至少一个。通过如下方式可以实现上述目的中的至少一个。包括在存储电路中的多个时序电路分别包括：晶体管，该晶体管的沟道形成区使用氧化物半导体形成；以及电容器，该电容器的一个电极电连接到当所述晶体管截止时成为浮动状态的节点。该氧化物半导体的带隙比硅的带隙宽，并且该氧化物半导体的本征载流子密度比硅的本征载流子密度低。通过将这种氧化物半导体用于晶体管的沟道形成区，可以实现断态电流(off-statecurrent)(泄漏电流)极少的晶体管。因此，通过在不向存储电路供应电源电压的期间中使该晶体管截止，可以将该期间中的与电容器的一个电极电连接的节点的电位保持为恒定或大致恒定。结果，当再次开始向存储电路供应电源电压时不需要再次进行算术运算等。就是说，在根据本专利技术的一个方式的半导体集成电路中，不存在由于该再次的算术运算产生的耗电量及工作延迟，因此可以实现上述目的。并且，该氧化物半导体优选为i型(本征)或基本上本征的氧化物半导体(纯OS)，其中有可能用作电子施主(多个施主)的水分或氢等杂质的浓度得到了降低。具体地说，当使用二次离子质谱分析法(SIMS：SecondaryIonMassSpectroscopy)测量氢浓度时，该氧化物半导体的氢浓度为5×1019(atoms/cm3)以下，优选为5×1018(atoms/cm3)以下，更优选为5×1017(atoms/cm3)以下。通过霍尔效应测量进行测量的该氧化物半导体的载流子密度低于1×1014/cm3，优选低于1×1012/cm3，更优选低于1×1011/cm3。该氧化物半导体的带隙为2eV以上，优选为2.5eV以上，更优选为3eV以上。在此，说明使用二次离子质谱分析法(SIMS)进行的氢浓度的分析。已知的是：在SIMS分析中，在原理上难以准确地获得样品表面附近或材质不同的膜的叠层的界面附近的数据。因此，当使用SIMS分析膜中的厚度方向上的氢浓度分布时，采用没有值的极端变动且可以获得大致相同的值的区域的平均值作为氢浓度。另外，当所测量的膜的厚度小时，有时由于受到相邻的膜的氢浓度的影响而找不到可以获得大致相同的值的区域。此时，采用设置有该膜的区域的氢浓度的最大值或最小值作为该膜的氢浓度。再者，当在设置有该膜的区域中不存在具有最大值的山形峰值及具有最小值的谷形峰值时，采用拐点的值作为氢浓度。以下示出氧化物半导体的例子：四元金属氧化物的In-Sn-Ga-Zn-O类氧化物半导体；三元金属氧化物的In-Ga-Zn-O类氧化物半导体、In-Sn-Zn-O类氧化物半导体、In-Al-Zn-O类氧化物半导体、Sn-Ga-Zn-O类氧化物半导体、Al-Ga-Zn-O类氧化物半导体、Sn-Al-Zn-O类氧化物半导体；二元金属氧化物的In-Zn-O类氧化物半导体、Sn-Zn-O类氧化物半导体、Al-Zn-O类氧化物半导体、Zn-Mg-O类氧化物半导体、Sn-Mg-O类氧化物半导体、In-Mg-O类氧化物半导体、In-Ga-O类氧化物半导体；以及In-O类氧化物半导体、Sn-O类氧化物半导体、Zn-O类氧化物半导体等。另外，在本说明书中，例如In-Sn-Ga-Zn-O类氧化物半导体是指包含铟(In)、锡(Sn)、镓(Ga)及锌(Zn)的金属氧化物。对其组成比没有特别的限制。上述氧化物半导体也可以包含硅。另外，在本说明书中，例如可以以化学式InMO3(ZnO)m(m>0)表示氧化物半导体。在此，M表示选自Ga、Al、Mn和Co中的一种或多种金属元素。在根据本专利技术的一个方式的半导体集成电路中，即使在不向存储电路供应电源电压的期间中，在该存储电路所包括的多个时序电路的每一个中也可以保持特定节点的电位。再者，可以使保持在该节点中的电位对应于保持在该时序电路中的数据。就是说，在根据本专利技术的一个方式的半导体集成电路中，当再次开始向存储电路供应电源电压时不需要再次进行算术运算等。因此，在根据本专利技术的一个方式的半导体集成电路中，可以降低耗电量并降低工作延迟。附图说明在附图中：图1A至图1C示出半导体集成电路的结构的例子；图2A至图2H示出晶体管的制造方法的例子；图3A至图3C是用来说明晶体管的断态电流的测量方法的图；图4A和图4B示出晶体管的特性；图5示出晶体管的特性；图6示出晶体管的特性；图7示出晶体管的特性；图8示出晶体管的特性；图9示出时序电路的具体例子；图10示出时序电路的工作例子；图11示出晶体管的具体例子；图12A至图12H示出晶体管的具体制造工序的例子；图13A至图13G示出晶体管的具体制造工序的例子；图14A至图14D示出晶体管的具体制造工序本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，包括：时序电路，包括：第一晶体管，包括第一端子、第二端子和栅极，其中所述第一晶体管包括包含铟、锌和氧的第一半导体层；电容器；以及逻辑门，包括电连接到所述第一晶体管的所述第一端子和所述电容器的输入端子，其中当所述第一晶体管处于截止状态时所述输入端子被配置为处于浮动状态。

【技术特征摘要】
2010.08.06 JP 2010-178167;2011.05.13 JP 2011-108341.一种半导体装置，包括：时序电路，包括：第一晶体管，包括第一端子、第二端子和栅极，其中所述第一晶体管包括包含铟、锌和氧的第一半导体层；电容器；以及逻辑门，包括电连接到所述第一晶体管的所述第一端子和所述电容器的输入端子，其中当所述第一晶体管处于截止状态时所述输入端子被配置为处于浮动状态。2.一种半导体装置，包括：寄存器，包括：时序电路，包括：第一晶体管，包括第一端子、第二端子和栅极，其中所述第一晶体管包括包含铟、锌和氧的第一半导体层；电容器；以及逻辑门，包括电连接到所述第一晶体管的所述第一端子和所述电容器的输入端子，其中当所述第一晶体管处于截止状态时所述输入端子被配置为处于浮动状态；电源门控电路；以及第二晶体管，电连接到所述时序电路和所述电源门控电路，以根据来自所述电源门控电路的信号输出来控制向所述时序电路供应的电源电位。3.一种半导体装置，包括：寄存器，包括：时序电路，包括：第一晶体管，包括第一端子、第二端子和栅极，其中所述第一晶体管包括包含铟、锌和氧的第一半导体层；电容器；以及逻辑门，包括电连接到所述第一晶体管的所述第一端子和所述电容器的输入端子，其中当所述第一晶体管处于截止状态时所述输入端子被配置为处于浮动状态；寄存器控制器，包括电源门控电路；以及第二晶体管，电连接到所述时序电路和所述电源门控电路，以根据来...

【专利技术属性】
技术研发人员：小山润，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：发明
国别省市：日本,JP