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公開番号2025089496
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-12
出願番号2025051606,2024017070
出願日2025-03-26,2010-10-21
発明の名称半導体装置
出願人株式会社半導体エネルギー研究所
代理人
主分類H10D 89/00 20250101AFI20250605BHJP()
要約【課題】クロックゲーティングを行う論理回路において、待機電力を低減すること又は誤
動作を抑制すること。
【解決手段】論理回路は、クロック信号が供給されない期間に渡って、ソース端子及びド
レイン端子に電位差が存在する状態でオフするトランジスタを有する。該トランジスタの
チャネル形成領域は、水素濃度が低減された酸化物半導体によって構成される。具体的に
は、当該酸化物半導体の水素濃度は、5×10¹⁹(atoms/cm³)以下である。
そのため、当該トランジスタのリーク電流を低減することができる。その結果、当該論理
回路の待機電力を低減すること及び誤動作を抑制することができる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
クロック信号が入力される第１の期間と、前記クロック信号が入力されない第２の期間と、を有する論理回路であって、
前記第２の期間に渡って、ソース端子及びドレイン端子に電位差が存在する状態でオフするトランジスタを有し、
前記トランジスタのチャネル形成領域は、水素濃度が５×１０
１９
（ａｔｏｍｓ／ｃｍ
３
）以下の酸化物半導体によって構成されることを特徴とする論理回路。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、論理回路に関する。特に、チャネル形成領域が酸化物半導体によって構成さ
れるトランジスタを有する論理回路に関する。また、当該論理回路を有する半導体装置に
関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【０００２】
なお、本明細書において、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、半導体回路及び電気機器は全て半導体装置である。
【背景技術】
【０００３】
一般的に、Ｓｉ－ｗａｆｅｒやＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）
を用いて作製されたトランジスタを有する回路は、微細加工が進んで動作電圧が小さくな
るほど、消費電力が小さくなっていく。
【０００４】
消費電力は、主に、トランジスタのゲート容量、トランジスタ間及び回路ブロック間を
接続する配線等に生じる寄生容量の充放電によって消費される動的な電力、並びに、回路
が動作していない場合でも消費してしまう静的な電力（以下、待機電力とも呼ぶ）の和に
なる。
【０００５】
当該消費電力を低減する方法の一つに、クロックゲーティングと呼ばれる技術がある（
例えば、特許文献１参照）。クロックゲーティングとは、消費電力を低減するために、あ
る回路が動作していない期間で当該回路へのクロック信号の供給を停止する技術である。
こうすることで、クロック信号が供給される配線の寄生容量等で消費していた電力を低減
することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２００８－２１９８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
待機電力は、概ね、動作していない回路（以下、非動作回路）が消費する電力と、トラ
ンジスタのリーク電流（一般的に、ゲートソース間電圧＝０Ｖの時にソース－ドレイン間
に流れる電流）によって消費される電力とに分けられる。
【０００８】
上述したクロックゲーティングでは、動的な消費電力を低減することはできるが、リー
ク電流に起因する静的な消費電力を低減することはできない。なお、非動作回路における
動的な消費電力としては、クロック信号が供給される配線における寄生容量の充放電など
に起因する消費電力が挙げられる。さらに、クロックゲーティングを行う回路においては
、非動作回路を構成する各素子の状態が維持される。そのため、トランジスタのリーク電
流に起因する消費電力が待機電力に占める割合が高くなる。また、トランジスタのリーク
電流によって論理回路が誤動作を起こす確率が高くなる。
【０００９】
上述した課題に鑑み本発明の一態様は、クロックゲーティングを行う論理回路において
、リーク電流に起因する待機電力を低減すること又は誤動作を抑制することを課題の一と
する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一形態は、酸化物半導体中で電子供与体（ドナー）となり得る不純物（水素又
は水など）を除去することで、真性又は実質的に真性な半導体であって、シリコン半導体
よりもエネルギーギャップが大きい酸化物半導体でチャネル形成領域が形成されるトラン
ジスタを論理回路が有するＮ型トランジスタに適用するものである。
（【００１１】以降は省略されています）

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