(57)【要約】【課題】消費電力を低減する。【解決手段】電源電位を生成する電源回路と、電源回路からトランジスタのバックゲートに対する電源電位の供給を制御する電源供給制御スイッチと、を備え、電源供給制御スイッチは、制御端子に入力されるパルス信号に従ってオン状態又はオフ状態になることにより、電源回路とトランジスタのバックゲートとの導通を制御する制御トランジスタを有する。電源供給制御スイッチを用いて、電源回路からトランジスタのバックゲートに電源電位を間欠的に供給する。【選択図】図１
2020102642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のトランジスタ、第２のトランジスタ、及び容量素子を有する第１の回路と、
第３のトランジスタと、
第４のトランジスタと、
第１の電位を生成する機能を有する第２の回路と、
第２の電位を生成する機能を有する第３の回路と、を有する半導体装置であって、
前記第１のトランジスタは、前記第２のトランジスタのゲートへのデータの入力を制御する機能を有し、
前記第１のトランジスタのチャネル形成領域は、金属酸化物を含み、
前記容量素子は、前記第２のトランジスタのゲートに電気的に接続されており、
前記第１の電位が前記第３のトランジスタを介して前記第１のトランジスタのバックゲートに供給された後に、前記第３のトランジスタをオフ状態にすることにより前記第１のトランジスタのバックゲートを浮遊状態にする機能と、
前記第２の電位が前記第４のトランジスタを介して前記第１のトランジスタのバックゲートに供給された後に、前記第４のトランジスタをオフ状態にすることにより前記第１のトランジスタのバックゲートを浮遊状態にする機能と、を有する半導体装置。
【請求項２】
第１のトランジスタ、第２のトランジスタ、及び容量素子を有する第１の回路と、
第３のトランジスタと、
第４のトランジスタと、
負電位である第１の電位を生成する機能を有する第２の回路と、
正電位である第２の電位を生成する機能を有する第３の回路と、を有する半導体装置であって、
前記第１のトランジスタは、前記第２のトランジスタのゲートへのデータの入力を制御する機能を有し、
前記第１のトランジスタのチャネル形成領域は、金属酸化物を含み、
前記容量素子は、前記第２のトランジスタのゲートに電気的に接続されており、
前記第１の電位が前記第３のトランジスタを介して前記第１のトランジスタのバックゲートに供給された後に、前記第３のトランジスタをオフ状態にすることにより前記第１のトランジスタのバックゲートを浮遊状態にする機能と、
前記第２の電位が前記第４のトランジスタを介して前記第１のトランジスタのバックゲートに供給された後に、前記第４のトランジスタをオフ状態にすることにより前記第１のトランジスタのバックゲートを浮遊状態にする機能と、を有する半導体装置。
【請求項３】
第１のトランジスタ、第２のトランジスタ、及び容量素子を有する第１の回路と、
第３のトランジスタと、
第４のトランジスタと、
第１の電位を生成する機能を有する第２の回路と、
第２の電位を生成する機能を有する第３の回路と、を有する半導体装置であって、
前記第１のトランジスタは、前記第２のトランジスタのゲートへのデータの入力を制御する機能を有し、
前記第１のトランジスタのチャネル形成領域は、金属酸化物を含み、
前記容量素子は、前記第２のトランジスタのゲートに電気的に接続されており、
前記第１の電位が前記第３のトランジスタを介して前記第１のトランジスタのバックゲートに供給された後に、前記第３のトランジスタをオフ状態にすることにより前記第１のトランジスタのバックゲートを浮遊状態にする機能と、
前記第２の電位が前記第４のトランジスタを介して前記第１のトランジスタのバックゲートに供給された後に、前記第４のトランジスタをオフ状態にすることにより前記第１のトランジスタのバックゲートを浮遊状態にする機能と、
前記第３のトランジスタがオフ状態になった後に、前記第２の回路への信号の供給を停止する機能と、
前記第４のトランジスタがオフ状態になった後に、前記第３の回路への信号の供給を停止する機能と、を有する半導体装置。
【請求項４】
第１のトランジスタ、第２のトランジスタ、及び容量素子を有する第１の回路と、
第３のトランジスタと、
第４のトランジスタと、
第１の電位を生成する機能を有する第２の回路と、
第２の電位を生成する機能を有する第３の回路と、を有する半導体装置であって、
前記第１のトランジスタは、前記第２のトランジスタのゲートへのデータの入力を制御する機能を有し、
前記第１のトランジスタのチャネル形成領域は、金属酸化物を含み、
前記容量素子は、前記第２のトランジスタのゲートに電気的に接続されており、
前記第１の電位が前記第３のトランジスタを介して前記第１のトランジスタのバックゲートに供給された後に、前記第３のトランジスタをオフ状態にすることにより前記第１のトランジスタのバックゲートを浮遊状態にする機能と、
前記第２の電位が前記第４のトランジスタを介して前記第１のトランジスタのバックゲートに供給された後に、前記第４のトランジスタをオフ状態にすることにより前記第１のトランジスタのバックゲートを浮遊状態にする機能と、
前記第３のトランジスタがオフ状態になった後に、前記第２の回路への電源電圧の供給を停止する機能と、
前記第４のトランジスタがオフ状態になった後に、前記第３の回路への前記電源電圧の供給を停止する機能と、を有する半導体装置。
【請求項５】
第１のトランジスタ、第２のトランジスタ、及び容量素子を有する第１の回路と、
第１の電位を生成する機能を有する第２の回路と、
第２の電位を生成する機能を有する第３の回路と、を有する半導体装置であって、
前記第１のトランジスタは、前記第２のトランジスタのゲートへのデータの入力を制御する機能を有し、
前記第１のトランジスタのチャネル形成領域は、金属酸化物を含み、
前記容量素子は、前記第２のトランジスタのゲートに電気的に接続されており、
前記第１の電位が前記第１のトランジスタのバックゲートに供給された後に、前記第１のトランジスタのバックゲートを浮遊状態にする機能と、
前記第２の電位が前記第１のトランジスタのバックゲートに供給された後に、前記第１のトランジスタのバックゲートを浮遊状態にする機能と、を有する半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関する。また、本発明は、半導体装置を用いた電子機器に関する
。
【背景技術】
【０００２】
近年、トランジスタを用いた半導体装置の開発が進められている。
【０００３】
上記半導体装置において、トランジスタのしきい値電圧の制御は重要である。例えば、ト
ランジスタがノーマリオン型になってしまうと、動作時に動作不良が発生しやすくなる又
は非動作時の消費電力が高くなるなど、様々な問題が生じる。
【０００４】
トランジスタのしきい値電圧の制御方法例としては、トランジスタのバックゲートに電源
電位を供給することにより、該トランジスタのしきい値電圧をシフトさせる方法が知られ
ている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１６５８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のトランジスタのしきい値電圧の制御方法では、消費電力が高いとい
った問題があった。
【０００７】
例えば、特許文献１に示す半導体装置では、動作時にトランジスタのバックゲートに電源
電位を常に供給し続ける必要があるため、例えば該電源電位を生成する電源回路を動作さ
せ続けなければならず、消費電力の低減が困難であった。
【０００８】
上記問題に鑑み、本発明の一態様では、消費電力の低減を課題の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様では、電源供給制御スイッチを用いて、電源回路からトランジスタのバッ
クゲートに電源電位を間欠的に供給する。このとき、電源供給制御スイッチは、例えばオ
フ電流の低い制御トランジスタを用いて構成される。
【００１０】
電源供給制御スイッチを設けることにより、該電源供給制御スイッチがオフ状態のとき、
即ちトランジスタのバックゲートが浮遊状態のときに、該バックゲートの電位を一定期間
保持できる。よって、常に電源回路からトランジスタのバックゲートに電源電位を供給す
る必要がなくなるため、不要なときに電源回路に対する電源電圧の供給を停止できる。
【００１１】
このように、本発明の一態様では、電源回路からトランジスタのバックゲートに対する電
源電位の供給を間欠的に停止させて消費電力の低減を図る。
【００１２】
本発明の一態様は、電源電位を生成する電源回路と、電源回路からトランジスタのバック
ゲートに対する電源電位の供給を制御する電源供給制御スイッチと、を備え、電源供給制
御スイッチは、制御端子に入力されるパルス信号に従ってオン状態又はオフ状態になるこ
とにより、電源回路とトランジスタのバックゲートとの導通を制御する制御トランジスタ
を有する半導体装置である。
【００１３】
さらに、本発明の一態様では、トランジスタのバックゲートに供給する電源電位を、例え
ば負電源電位又は正電源電位の２値で切り換えることにより、該トランジスタがオフ状態
のときには、オフ電流を低減し、オン状態のときには、オン電流を高くする。なお、２値
に限定されず、３値以上の電源電位を切り換えてトランジスタのバックゲートに供給して
もよい。
【００１４】
本発明の一態様は、第１の電源電位を生成する第１の電源回路と、第１の電源回路からト
ランジスタのバックゲートに対する第１の電源電位の供給を制御する第１の電源供給制御
スイッチと、第１の電源回路に対する第１の電源電圧の供給を制御する第１の電源スイッ
チと、第２の電源電位を生成する第２の電源回路と、第２の電源回路からトランジスタの
バックゲートに対する第２の電源電位の供給を制御する第２の電源供給制御スイッチと、
第２の電源回路に対する第２の電源電圧の供給を制御する第２の電源スイッチと、を有し
、第１の電源供給制御スイッチは、制御端子に入力される第１のパルス信号に従ってオン
状態又はオフ状態になることにより、第１の電源回路とトランジスタのバックゲートとの
導通を制御する第１の制御トランジスタを有し、第２の電源供給制御スイッチは、制御端
子に入力される第２のパルス信号に従ってオン状態又はオフ状態になることにより、第２
の電源回路とトランジスタのバックゲートとの導通を制御する第２の制御トランジスタを
有し、第１及び第２の制御トランジスタのチャネル幅１μｍあたりのオフ電流は、１００
ｚＡ以下であり、第１及び第２のパルス信号の一方がハイレベルのとき、他方はローレベ
ルであり、第１の電源スイッチがオフ状態のとき、第１の制御トランジスタはオフ状態で
あり、第２の電源スイッチがオフ状態のとき、第２の制御トランジスタはオフ状態である
半導体装置である。
【００１５】
本発明の一態様は、半導体装置を用いた電子機器である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の一態様により、トランジスタのしきい値電圧を制御する場合であっても、トラン
ジスタのバックゲートに対する電源電位の供給を間欠的に停止できるため、消費電力を低
減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】半導体装置の例を説明するための図。
【図２】トランジスタのオフ電流を説明するための図。
【図３】半導体装置の駆動方法例を説明するための図。
【図４】半導体装置の例を説明するための図。
【図５】機能回路の例を説明するための図。
【図６】半導体装置の例を説明するための図。
【図７】半導体装置の例を説明するための図。
【図８】半導体装置の駆動方法例を説明するための図。
【図９】半導体装置の駆動方法例を説明するための図。
【図１０】半導体装置の駆動方法例を説明するための図。
【図１１】機能回路の例を説明するための図。
【図１２】電源回路の例を説明するための図。
【図１３】電源回路の例を説明するための図。
【図１４】電源回路の例を説明するための図。
【図１５】電源回路の例を説明するための図。
【図１６】電源回路の例を説明するための図。
【図１７】半導体装置の例を説明するための図。
【図１８】ゲートドライバの例を説明するための図。
【図１９】フリップフロップの例を説明するための図。
【図２０】インバータの例を説明するための図。
【図２１】半導体装置の駆動方法例を説明するためのタイミングチャート。
【図２２】画素回路の例を説明するための図。
【図２３】半導体装置の構造例を説明するための図。
【図２４】半導体装置の例を説明するための図。
【図２５】メモリセルの例を説明するための図。
【図２６】メモリセルの例を説明するための図。
【図２７】半導体装置の例を説明するための図。
【図２８】半導体装置の構造例を説明するための図。
【図２９】電子機器の例を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係る実施の形態の例について説明する。なお、本発明の趣旨及び範囲から逸脱す
ることなく実施の形態の内容を変更することは、当業者であれば容易である。よって、例
えば本発明は、下記実施の形態の記載内容に限定されない。
【００１９】
なお、各実施の形態の内容を互いに適宜組み合わせることができる。また、各実施の形態
の内容を互いに適宜置き換えることができる。
【００２０】
また、第１、第２などの序数詞は、構成要素の混同を避けるために付しており、各構成要
素の数は、序数に限定されない。
【００２１】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である半導体装置の例について説明する。
【００２２】
なお、本明細書中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、例えば、センサ、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏ
ｎ）などの集積回路、又は表示装置などは全て半導体装置に含まれる。
【００２３】
本実施の形態に係る半導体装置の構成例について、図１を参照して説明する。
【００２４】
図１に示す半導体装置は、電源回路１０１と、電源供給制御スイッチ（ＰＳＷともいう）
１０２と、を備える。
【００２５】
さらに、図１に示すトランジスタ１１０は、バックゲートの電位（ＶＢＧともいう）の制
御が可能なトランジスタである。トランジスタ１１０は、例えば半導体装置を構成する機
能回路１００に設けられる。
【００２６】
機能回路１００としては、特定の機能を有する様々な回路を適用できる。例えば、機能回
路１００としては、例えばゲートドライバ、ソースドライバ、ＬＳＩ、センサ、又は画素
部を含む半導体装置なども含む。
【００２７】
図１に示す電源回路１０１は、入力される電源電圧を元に電源電位Ｖｘを生成する機能を
有する。なお、電源電圧は、電源電位ＶＤＤと電源電位ＶＳＳの電位差に等しい。さらに
、スイッチ１０４をオフ状態にすることにより、電源回路１０１に対する電源電圧の供給
を停止させることができる。なお、図１に示す構成に限定されず、スイッチ１０４により
、電源回路１０１に対する電源電位ＶＳＳの供給を制御してもよい。
【００２８】
電源回路１０１は、例えばチャージポンプ又は反転型コンバータなどを用いて構成される
。また、Ｃｕｋ型コンバータを用いて電源回路１０１を構成してもよい。
【００２９】
電源供給制御スイッチ１０２は、電源回路１０１からトランジスタ１１０のバックゲート
に対する電源電位の供給を制御する機能を有する。
【００３０】
電源供給制御スイッチ１０２は、制御トランジスタ１２０を有する。制御トランジスタ１
２０は、制御端子に入力されるパルス信号に従ってオン状態又はオフ状態になることによ
り、電源回路１０１とトランジスタ１１０のバックゲートとの導通を制御する機能を有す
る。図１では、一例として制御端子が制御トランジスタ１２０のゲートとして説明する。
また、図１に限定されず、例えば制御トランジスタ１２０を含むアナログスイッチなどを
用いて電源供給制御スイッチ１０２を構成してもよい。
【００３１】
このとき、制御トランジスタ１２０のゲートに入力されるパルス信号は、例えばパルス出
力回路１０５から入力される。パルス信号のパルス間隔は、１秒以上、好ましくは３０秒
以上、さらに好ましくは１分以上であることが好ましい。例えば、制御信号などによりパ
ルス出力回路１０５から出力されるパルスの間隔を制御できる。なお、パルスの間隔は一
定でなくてもよい。また、パルス出力回路１０５を半導体装置に設けてもよい。
【００３２】
制御トランジスタ１２０としては、オフ電流の低いトランジスタを用いることができる。
なお、制御トランジスタ１２０のカットオフ電流の値は、トランジスタ１１０のカットオ
フ電流の値よりも小さいことが好ましい。例えば、制御トランジスタ１２０のチャネル長
（Ｌ）とチャネル幅（Ｗ）の比（Ｌ／Ｗ比ともいう）をトランジスタ１１０のＬ／Ｗ比よ
りも大きくすることにより、制御トランジスタ１２０のカットオフ電流の値を、トランジ
スタ１１０のカットオフ電流の値よりも小さくできる。
【００３３】
上記オフ電流の低いトランジスタとしては、例えばシリコンよりもバンドギャップの広い
酸化物半導体を含むチャネル形成領域を有し、該チャネル形成領域が実質的にｉ型である
トランジスタを適用できる。このとき、上記酸化物半導体のキャリア密度は、１×１０１
４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、さらに好
ましくは１×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満とすることが好ましい。例えば、水素又は
水などの不純物を可能な限り除去し、酸素を供給して酸素欠損を可能な限り減らすことに
より、上記酸化物半導体を含むトランジスタを作製できる。このとき、チャネル形成領域
において、ドナー不純物といわれる水素の量を１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好
ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下に低減することが好ましい。
【００３４】
上記酸化物半導体としては、例えばＩｎ系金属酸化物、Ｚｎ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ系
金属酸化物、又はＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系金属酸化物などを適用できる。また、上記Ｉｎ−Ｇ
ａ−Ｚｎ系金属酸化物に含まれるＧａの一部若しくは全部の代わりに他の金属元素を含む
金属酸化物を用いてもよい。
【００３５】
上記他の金属元素としては、例えばチタン、ジルコニウム、ハフニウム、ゲルマニウム、
錫、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリ
ニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビ
ウム、及びルテチウムのいずれか一つ又は複数の元素を用いればよい。これらの金属元素
は、スタビライザーとしての機能を有する。なお、これらの金属元素の添加量は、金属酸
化物が半導体として機能することが可能な量である。
【００３６】
以下では、酸化物半導体層の構造について説明する。
【００３７】
酸化物半導体層は、単結晶酸化物半導体層と非単結晶酸化物半導体層とに大別される。非
単結晶酸化物半導体層とは、非晶質酸化物半導体層、微結晶酸化物半導体層、多結晶酸化
物半導体層、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ  Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ
Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）層などをいう。
【００３８】
非晶質酸化物半導体層は、層中における原子配列が不規則であり、結晶成分を有さない酸
化物半導体層である。微小領域においても結晶部を有さず、層全体が完全な非晶質構造の
酸化物半導体層が典型である。
【００３９】
微結晶酸化物半導体層は、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ未満の大きさの微結晶（ナノ結晶
ともいう。）を含む。従って、微結晶酸化物半導体層は、非晶質酸化物半導体層よりも原
子配列の規則性が高い。そのため、微結晶酸化物半導体層は、非晶質酸化物半導体層より
も欠陥準位密度が低いという特徴がある。
【００４０】
ＣＡＡＣ−ＯＳ層は、複数の結晶部を有する酸化物半導体層の一つであり、ほとんどの結
晶部は、一辺が１００ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさである。従って、ＣＡＡＣ−Ｏ
Ｓ層に含まれる結晶部は、一辺が１０ｎｍ未満、５ｎｍ未満または３ｎｍ未満の立方体内
に収まる大きさの場合も含まれる。ＣＡＡＣ−ＯＳ層は、微結晶酸化物半導体層よりも欠
陥準位密度が低いという特徴がある。以下、ＣＡＡＣ−ＯＳ層について詳細な説明を行う
。
【００４１】
ＣＡＡＣ−ＯＳ層を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって観察すると、結晶部同士の明確な境界、即ち結
晶粒界（グレインバウンダリーともいう。）を確認することができない。そのため、ＣＡ
ＡＣ−ＯＳ層は、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。
【００４２】
ＣＡＡＣ−ＯＳ層を、試料面と概略平行な方向からＴＥＭによって観察（断面ＴＥＭ観察
）すると、結晶部において、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子
の各層は、ＣＡＡＣ−ＯＳ層の層を形成する面（被形成面ともいう。）または上面の凹凸
を反映した形状であり、ＣＡＡＣ−ＯＳ層の被形成面または上面と平行に配列する。
【００４３】
一方、ＣＡＡＣ−ＯＳ層を、試料面と概略垂直な方向からＴＥＭによって観察（平面ＴＥ
Ｍ観察）すると、結晶部において、金属原子が三角形状または六角形状に配列しているこ
とを確認できる。しかしながら、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則性は見られな
い。
【００４４】
断面ＴＥＭ観察および平面ＴＥＭ観察より、ＣＡＡＣ−ＯＳ層の結晶部は配向性を有して
いることがわかる。
【００４５】
なお、本明細書において、「平行」とは、二つの直線が−１０°以上１０°以下の角度で
配置されている状態をいう。従って、−５°以上５°以下の場合も含まれる。また、「垂
直」とは、二つの直線が８０°以上１００°以下の角度で配置されている状態をいう。従
って、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。
【００４６】
また、本明細書において、結晶が三方晶または菱面体晶である場合、六方晶系として表す
。
【００４７】
ＣＡＡＣ−ＯＳ層に対し、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）装
置を用いて構造解析を行うと、例えばＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ層
のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、回折角（２θ）が３１°近傍にピークが
現れる場合がある。このピークは、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（００９）面に帰属される
ことから、ＣＡＡＣ−ＯＳ層の結晶がｃ軸配向性を有し、ｃ軸が被形成面または上面に概
略垂直な方向を向いていることが確認できる。
【００４８】
一方、ＣＡＡＣ−ＯＳ層に対し、ｃ軸に概略垂直な方向からＸ線を入射させるｉｎ−ｐｌ
ａｎｅ法による解析では、２θが５６°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは
、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（１１０）面に帰属される。ＩｎＧａＺｎＯ４の単結晶酸化
物半導体層であれば、２θを５６°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸（φ軸）と
して試料を回転させながら分析（φスキャン）を行うと、（１１０）面と等価な結晶面に
帰属されるピークが６本観察される。これに対し、ＣＡＡＣ−ＯＳ層の場合は、２θを５
６°近傍に固定してφスキャンした場合でも、明瞭なピークが現れない。
【００４９】
以上のことから、ＣＡＡＣ−ＯＳ層では、異なる結晶部間ではａ軸およびｂ軸の配向は不
規則であるが、ｃ軸配向性を有し、かつｃ軸が被形成面または上面の法線ベクトルに平行
な方向を向いていることがわかる。従って、前述の断面ＴＥＭ観察で確認された層状に配
列した金属原子の各層は、結晶のａｂ面に平行な面である。
【００５０】
なお、結晶部は、ＣＡＡＣ−ＯＳ層を成膜した際、または加熱処理などの結晶化処理を行
った際に形成される。上述したように、結晶のｃ軸は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面また
は上面の法線ベクトルに平行な方向に配向する。従って、例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ層の形
状をエッチングなどによって変化させた場合、結晶のｃ軸がＣＡＡＣ−ＯＳ層の被形成面
または上面の法線ベクトルと平行にならないこともある。
【００５１】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳ層中の結晶化度が均一でなくてもよい。例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ層
の結晶部が、ＣＡＡＣ−ＯＳ層の上面近傍からの結晶成長によって形成される場合、上面
近傍の領域は、被形成面近傍の領域よりも結晶化度が高くなることがある。また、ＣＡＡ
Ｃ−ＯＳ層に不純物を添加する場合、不純物が添加された領域の結晶化度が変化し、部分
的に結晶化度の異なる領域が形成されることもある。
【００５２】
なお、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ層のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法
による解析では、２θが３１°近傍のピークの他に、２θが３６°近傍にもピークが現れ
る場合がある。２θが３６°近傍のピークは、ＺｎＧａ２Ｏ４の結晶の（３１１）面に帰
属されることから、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ層中の一部に、Ｚｎ
Ｇａ２Ｏ４の結晶が含まれることを示している。ＣＡＡＣ−ＯＳ層は、２θが３１°近傍
にピークを示し、２θが３６°近傍にピークを示さないことが好ましい。
【００５３】
ＣＡＡＣ−ＯＳ層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
が小さい。よって、当該トランジスタは、信頼性が高い。
【００５４】
なお、酸化物半導体層は、例えば、非晶質酸化物半導体層、微結晶酸化物半導体層、ＣＡ
ＡＣ−ＯＳ層のうち、二種以上を有する積層であってもよい。
【００５５】
上記酸化物半導体を含むトランジスタは、バンドギャップが広いため熱励起によるリーク
電流が少ない。さらに、半導体層中のキャリアが極めて少ない。よって、オフ電流を低く
できる。例えば、室温（２５℃）でチャネル幅１μｍあたり１×１０−１９Ａ（１００ｚ
Ａ）以下である。より好ましくは１×１０−２２Ａ（１００ｙＡ）以下である。トランジ
スタのオフ電流は、低ければ低いほどよいが、トランジスタのオフ電流の下限値は、約１
×１０−３０Ａ／μｍであると見積もられる。
【００５６】
ここで、上記オフ電流の低いトランジスタとしてインジウム、亜鉛、及びガリウムを含む
酸化物半導体でチャネル形成領域を形成したトランジスタのオフ電流の値について説明す
る。
【００５７】
トランジスタのオフ電流の値は極めて微小であるので、該オフ電流を測定するためには、
比較的サイズの大きいトランジスタを作製し、実際に流れるオフ電流を見積もる必要があ
る。
【００５８】
一例として、トランジスタのチャネル幅Ｗを１ｍ（１００００００μｍ）、チャネル長Ｌ
を３μｍとし、温度を１５０℃、１２５℃、８５℃と変化させた際のチャネル幅Ｗが１μ
ｍあたりのオフ電流値から見積もったアレニウスプロットを図２に示す。
【００５９】
図２に示すように、例えば２７℃のとき、チャネル幅Ｗが１μｍあたりのトランジスタの
オフ電流は１×１０−２５Ａ以下である。図２により、インジウム、亜鉛、及びガリウム
を含む酸化物半導体のチャネル形成領域を有するトランジスタのオフ電流は、極めて小さ
いことがわかる。
【００６０】
以上が電源供給制御スイッチ１０２の説明である。
【００６１】
次に、図１に示す半導体装置の駆動方法例について、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）を参照し
て説明する。ここでは、一例として、制御トランジスタ１２０及びトランジスタ１１０を
Ｎチャネル型トランジスタとし、トランジスタ１１０のバックゲートに供給される電位が
負電源電位−Ｖｘであるとして説明する。
【００６２】
まず、図３（Ａ）に示すように、制御トランジスタ１２０をオン状態にする。例えば、パ
ルス出力回路１０５からパルス信号のパルスを入力することにより、制御トランジスタ１
２０のゲートの電位がハイレベルの電位（Ｈ）になり、制御トランジスタ１２０がオン状
態になる。なお、制御トランジスタ１２０をオン状態にする前にスイッチ１０４をオン状
態にすることにより、電源回路１０１に電源電圧を供給し、電源回路１０１をオン状態に
しておく。
【００６３】
制御トランジスタ１２０がオン状態のとき、例えば図３（Ａ）の矢印に示すように電流が
流れ、電源回路１０１からトランジスタ１１０のバックゲートに負電源電位−Ｖｘが供給
され、該バックゲートの電位（ＶＢＧ）が負電源電位−Ｖｘと同等の値になる。
【００６４】
このとき、トランジスタ１１０のしきい値電圧が正の方向にシフトする。
【００６５】
ここで、バックゲートの電位によるトランジスタ１１０のしきい値電圧の変化について図
４を用いて説明する。
【００６６】
図４（Ａ−１）は、トランジスタ１１０のバックゲートの電位が基準電位Ｖ０のときを示
す図であり、図４（Ａ−２）は、バックゲートの電位が基準電位Ｖ０のときのトランジス
タ１１０のしきい値電圧を示す図である。基準電位Ｖ０を、例えば０Ｖ、ソース電位、又
は接地電位としてもよい。
【００６７】
図４（Ｂ−１）は、トランジスタ１１０のバックゲートの電位が負電源電位−Ｖｇのとき
を示す図であり、図４（Ｂ−２）は、バックゲートの電位が負電源電位−Ｖｇのときのト
ランジスタ１１０のしきい値電圧を示す図である。
【００６８】
例えば、チャネル形成領域に酸化物半導体を含むＮチャネル型のトランジスタは、バック
ゲートの電位を負の値にすると空乏層幅が広がり、ボディ電流が流れにくくなるため、ト
ランジスタのしきい値電圧が正の方向にシフトする。トランジスタ１１０のバックゲート
の電位が基準電位Ｖ０のときは図４（Ａ−２）に示すしきい値電圧であるのに対し、負電
源電位−Ｖｇのときは、図４（Ｂ−２）に示すように、正の方向にシフトする。このよう
に、トランジスタ１１０のバックゲートの電位を制御することにより、例えばノーマリオ
ン型のトランジスタをノーマリオフ型のトランジスタに変化させることもできる。
【００６９】
さらに、図３（Ｂ）に示すように、制御トランジスタ１２０をオフ状態にする。例えば、
パルス出力回路１０５から制御トランジスタ１２０に対するパルス信号の入力を停止させ
ることにより、制御トランジスタ１２０のゲートの電位がローレベルの電位（Ｌ）になり
、制御トランジスタ１２０がオフ状態になる。なお、制御トランジスタ１２０をオフ状態
にした後にスイッチ１０４をオフ状態にすることにより、電源回路１０１に対する電源電
圧の供給を停止させ、電源回路１０１をオフ状態にしておく。
【００７０】
制御トランジスタ１２０がオフ状態のとき、電源回路１０１がオフ状態になり、電源回路
１０１からトランジスタ１１０のバックゲートに対する電源電位の供給が停止する。さら
に、トランジスタ１１０のバックゲートが浮遊状態になり、該バックゲートの電位（ＶＢ
Ｇ）が保持される。
【００７１】
さらに、図３（Ａ）と同様に、電源回路１０１がオン状態のときに、制御トランジスタ１
２０をオン状態にすることにより、トランジスタ１１０のバックゲートに電源電位の再供
給（リチャージともいう）を行ってもよい。図１に示す半導体装置では、パルス出力回路
１０５からパルス信号のパルスが入力される毎に、制御トランジスタ１２０がオン状態に
なる。このため、制御トランジスタ１２０がオン状態になるたびにトランジスタ１１０の
バックゲートをリチャージさせることができる。
【００７２】
トランジスタ１１０のバックゲートをリチャージする場合の電位の変化について図５のタ
イミングチャートに示す。
【００７３】
図５では、期間Ｔ１において、制御トランジスタ１２０のゲートの電位（ＶＧ１２０とも
いう）がハイレベル（Ｈ）になる。このとき、制御トランジスタ１２０がオン状態になり
、トランジスタ１１０のバックゲートの電位（ＶＢＧ１１０ともいう）が−Ｖｘになる。
【００７４】
期間Ｔ２では、ＶＧ１２０がローレベル（Ｌ）になり、制御トランジスタ１２０がオフ状
態になる。トランジスタ１１０のバックゲートは浮遊状態になるが、このとき、トランジ
スタのバックゲートの電位が−Ｖｘよりも徐々に高くなっていく場合がある。
【００７５】
しかしながら、期間Ｔ３において、制御トランジスタ１２０のゲートの電位（ＶＧ１２０
ともいう）が再びハイレベル（Ｈ）になることにより、制御トランジスタ１２０がオン状
態になり、トランジスタ１１０のバックゲートの電位（ＶＢＧ１１０ともいう）が−Ｖｘ
に戻す（リチャージ）ことができる。
【００７６】
図５に示すように、トランジスタ１１０のバックゲートをリチャージすることにより、ト
ランジスタ１１０のバックゲートの電位を例えば負電源電位に維持することができる。ま
た、間欠的にトランジスタ１１０のバックゲートをリチャージするため、常に電源回路１
０１を動作させる必要がなくなるため、消費電力を低減することができる。
【００７７】
以上が図１に示す半導体装置の駆動方法例の説明である。
【００７８】
図１乃至図５を参照して説明したように、本実施の形態に係る半導体装置の一例では、電
源供給制御スイッチにより、電源回路からトランジスタのバックゲートに対する電源電位
の供給を制御する。上記構成にすることにより、電源供給制御スイッチがオフ状態のとき
にバックゲートの電位を保持することができ、電源回路に対する電源電圧の供給を間欠的
に停止させることができるため、消費電力を低減できる。
【００７９】
なお、本実施の形態に係る半導体装置では、トランジスタ１１０のバックゲートに異なる
複数の電位を切り換えて供給してもよい。トランジスタ１１０のバックゲートの電位を切
り換えて供給する場合の構成例について図６を用いて説明する。
【００８０】
図６に示す半導体装置は、電源回路１０１＿１及び１０１＿２と、電源供給制御スイッチ
（ＰＳＷともいう）１０２＿１及び１０２＿２と、電源スイッチ１０４＿１及び１０４＿
２と、を有する。なお、電源回路の数は図６に限定されず、電源回路の数に応じて電源供
給制御スイッチ及び電源スイッチを設けてもよい。
【００８１】
さらに、図６において、トランジスタ１１０は、バックゲートの電位（ＶＢＧともいう）
の制御が可能なトランジスタである。トランジスタ１１０は、例えば半導体装置を構成す
る機能回路１００に設けられる。
【００８２】
電源回路１０１＿１は、入力される第１の電源電圧を元に電源電位Ｖｘ１を生成する機能
を有する。なお、第１の電源電圧は、電源電位ＶＤＤ１と電源電位ＶＳＳの電位差に等し
い。さらに、電源スイッチ１０４＿１をオフ状態にすることにより、電源回路１０１＿１
に対する電源電位ＶＤＤ１の供給を停止させ、第１の電源電圧の供給を停止させることが
できる。電源スイッチ１０４＿１は、電源回路１０１＿１に対する第１の電源電圧の供給
を制御する機能を有する。なお、図６に示す構成に限定されず、電源スイッチ１０４＿１
により、電源回路１０１＿１に対する電源電位ＶＳＳの供給を制御してもよい。
【００８３】
電源回路１０１＿２は、入力される第２の電源電圧を元に電源電位Ｖｘ２を生成する機能
を有する。なお、第２の電源電圧は、電源電位ＶＤＤ２と電源電位ＶＳＳの電位差に等し
い。さらに、電源スイッチ１０４＿２をオフ状態にすることにより、電源回路１０１＿２
に対する電源電位ＶＤＤ２の供給を停止させ、第２の電源電圧の供給を停止させることが
できる。電源スイッチ１０４＿２は、電源回路１０１＿２に対する第２の電源電圧の供給
を制御する機能を有する。なお、図６に示す構成に限定されず、電源スイッチ１０４＿２
により、電源回路１０１＿２に対する電源電位ＶＳＳの供給を制御してもよい。また、第
１の電源電圧と第２の電源電圧は、異なる値であってもよい。
【００８４】
なお、電源回路１０１にクロック信号Ｃ＿ＣＬＫを用いる場合、電源回路１０１に対する
クロック信号Ｃ＿ＣＬＫの供給を制御するクロック供給制御スイッチ１０６を設け、クロ
ック信号Ｃ＿ＣＬＫの供給を停止させることにより電源回路１０１をオフ状態にしてもよ
い。例えば、電源回路１０１＿１、１０１＿２にクロック信号Ｃ＿ＣＬＫを用いる場合、
図７に示すように、電源回路１０１＿１に対するクロック信号Ｃ＿ＣＬＫの供給を制御す
るクロック供給制御スイッチ１０６＿１及び電源回路１０１＿２に対するクロック信号Ｃ
＿ＣＬＫの供給を制御するクロック供給制御スイッチ１０６＿２を設け、クロック信号Ｃ
＿ＣＬＫの供給を停止させることにより電源回路１０１＿１または電源回路１０１＿２を
オフ状態にしてもよい。
【００８５】
図６に示す電源供給制御スイッチ１０２＿１は、電源回路１０１＿１からトランジスタ１
１０のバックゲートに対する電源電位の供給を制御する機能を有し、電源供給制御スイッ
チ１０２＿２は、電源回路１０１＿２からトランジスタ１１０のバックゲートに対する電
源電位の供給を制御する機能を有する。
【００８６】
電源供給制御スイッチ１０２＿１は、制御トランジスタ１２０＿１を有し、電源供給制御
スイッチ１０２＿２は、制御トランジスタ１２０＿２を有する。制御トランジスタ１２０
＿１は、制御端子に入力される第１のパルス信号に従ってオン状態又はオフ状態になるこ
とにより、電源回路１０１＿１とトランジスタ１１０のバックゲートとの導通を制御する
機能を有し、制御トランジスタ１２０＿２は、制御端子に入力される第２のパルス信号に
従ってオン状態又はオフ状態になることにより、電源回路１０１＿２とトランジスタ１１
０のバックゲートとの導通を制御する機能を有する。図６では、一例として制御端子が制
御トランジスタ１２０＿１及び１２０＿２のゲートとして説明する。また、図６に限定さ
れず、例えば制御トランジスタ１２０＿１を含むアナログスイッチなどを用いて電源供給
制御スイッチ１０２＿１を構成してもよく、制御トランジスタ１２０＿２を含むアナログ
スイッチなどを用いて電源供給制御スイッチ１０２＿２を構成してもよい。
【００８７】
このとき、第１のパルス信号は、パルス出力回路１０５＿１から制御トランジスタ１２０
＿１に入力され、第２のパルス信号は、パルス出力回路１０５＿２から制御トランジスタ
１２０＿２に入力される。なお、第１及び第２のパルス信号のパルスは互いに重ならない
ことが好ましく、例えば第１及び第２のパルス信号の一方がハイレベルのとき、他方がロ
ーレベルであることが好ましい。さらに、第１及び第２のパルス信号のパルス間隔のそれ
ぞれを、１秒以上、好ましくは３０秒以上、さらに好ましくは１分以上にすることができ
る。該パルスの間隔を、例えば制御信号などにより制御できる。なお、パルスの間隔は一
定でなくてもよい。また、パルス出力回路１０５＿１及び１０５＿２を半導体装置に設け
てもよい。
【００８８】
制御トランジスタ１２０＿１及び１２０＿２としては、上記オフ電流の低いトランジスタ
を用いることができる。
【００８９】
以上が電源供給制御スイッチ１０２＿１及び１０２＿２の説明である。
【００９０】
次に、図６に示す半導体装置の駆動方法例について、図８乃至図１０の模式図を参照して
説明する。ここでは、一例として、制御トランジスタ１２０＿１及び１２０＿２をＮチャ
ネル型トランジスタとし、トランジスタ１１０をＮチャネル型トランジスタとして説明す
る。
【００９１】
例えば、トランジスタ１１０がオフ状態のとき、図８に示すように制御トランジスタ１２
０＿１をオン状態にし、制御トランジスタ１２０＿２をオフ状態にする。例えば、パルス
出力回路１０５＿１により、制御トランジスタ１２０＿１のゲートの電位をハイレベルの
電位（Ｈ）にすることにより、制御トランジスタ１２０＿１をオン状態にできる。また、
制御トランジスタ１２０＿２のゲートの電位をローレベルの電位（Ｌ）にすることにより
、制御トランジスタ１２０＿２をオフ状態にできる。なお、制御トランジスタ１２０＿１
をオン状態にする前に電源スイッチ１０４＿１をオン状態にすることにより、電源回路１
０１＿１に第１の電源電圧を供給し、電源回路１０１＿１をオン状態にしておく。さらに
、電源スイッチ１０４＿２をオフ状態にすることにより、電源回路１０１＿２に対する第
２の電源電圧の供給を停止させ、電源回路１０１＿２をオフ状態にしておく。
【００９２】
このとき、電源回路１０１＿１からトランジスタ１１０のバックゲートに負電源電位−Ｖ
ｘが供給され、該バックゲートの電位（ＶＢＧ）が負電源電位−Ｖｘと同等の値になる。
【００９３】
さらに、トランジスタ１１０のしきい値電圧が正の方向にシフトする。これにより、例え
ばノーマリオン型のトランジスタをノーマリオフ型のトランジスタに変化させることがで
きる。
【００９４】
また、トランジスタ１１０がオン状態のとき、図９に示すように制御トランジスタ１２０
＿２をオン状態にし、制御トランジスタ１２０＿１をオフ状態にする。例えば、パルス出
力回路１０５＿１により、制御トランジスタ１２０＿１のゲートの電位をローレベルの電
位（Ｌ）にすることにより、制御トランジスタ１２０＿１をオフ状態にできる。また、制
御トランジスタ１２０＿２のゲートの電位をハイレベルの電位（Ｈ）にすることにより、
制御トランジスタ１２０＿２をオン状態にできる。なお、制御トランジスタ１２０＿２を
オン状態にする前に電源スイッチ１０４＿２をオン状態にすることにより、電源回路１０
１＿２に第２の電源電圧を供給し、電源回路１０１＿２をオン状態にしておく。さらに、
電源スイッチ１０４＿１をオフ状態にすることにより、電源回路１０１＿１に対する第１
の電源電圧の供給を停止させ、電源回路１０１＿１をオフ状態にしておく。
【００９５】
このとき、電源回路１０１＿２からトランジスタ１１０のバックゲートに正電源電位＋Ｖ
ｘが供給され、該バックゲートの電位（ＶＢＧ）が正電源電位＋Ｖｘと同等の値になる。
【００９６】
さらに、トランジスタ１１０のしきい値電圧が負の方向にシフトする。これにより、例え
ばトランジスタのオン電流を向上させることができる。
【００９７】
さらに、トランジスタ１１０のバックゲートに負電源電位−Ｖｘ又は正電源電位＋Ｖｘを
供給した後、図１０に示すように、制御トランジスタ１２０＿１及び１２０＿２をオフ状
態にする。また、電源スイッチ１０４＿１及び１０４＿２をオフ状態にすることにより、
電源回路１０１＿１に対する第１の電源電圧の供給と電源回路１０１＿２に対する第２の
電源電圧を停止させ、電源回路１０１＿１及び１０１＿２をオフ状態にする。
【００９８】
このとき、トランジスタ１１０のバックゲートが浮遊状態になり、該バックゲートの電位
（ＶＢＧ）が保持される。
【００９９】
その後、トランジスタ１１０がオフ状態のときに制御トランジスタ１２０＿１をオン状態
にし、制御トランジスタ１２０＿２をオフ状態にしてトランジスタ１１０のバックゲート
に電源電位の再供給（リチャージともいう）を行ってもよい。また、トランジスタ１１０
がオン状態のときに制御トランジスタ１２０＿２をオン状態にし、制御トランジスタ１２
０＿１をオフ状態にしてトランジスタ１１０のバックゲートに電源電位の再供給（リチャ
ージともいう）を行ってもよい。
【０１００】
以上が図６に示す半導体装置の駆動方法例の説明である。
【０１０１】
図１乃至図１０を参照して説明したように、本実施の形態に係る半導体装置の一例では、
電源供給制御スイッチにより、電源回路からトランジスタのバックゲートに対する電源電
位の供給を制御する。上記構成にすることにより、電源供給制御スイッチがオフ状態のと
きにバックゲートの電位を保持することができ、電源回路に対する電源電圧の供給を間欠
的に停止させることができるため、消費電力を低減できる。
【０１０２】
さらに、本実施の形態に係る半導体装置の一例では、複数の電源電位を切り換えてトラン
ジスタのバックゲートに供給することにより、例えばトランジスタがオフ状態のときには
、トランジスタのオフ電流を低くし、オン状態のときにはオン電流を高くする。これによ
り、トランジスタの状態を最適化できる。
【０１０３】
ここで、図１又は図６に示す機能回路１００の例について図１１を用いて説明する。
【０１０４】
図１１（Ａ）は、機能回路１００がゲートドライバである場合について示している。
【０１０５】
図１１（Ａ）に示すように、半導体装置は、ゲートドライバを有し、ゲートドライバは、
シフトレジスタ２００を有し、シフトレジスタ２００は、フリップフロップ（ＦＦともい
う）２０１＿１乃至２０１＿ｎ（ｎは自然数）を有する。なお、図１１（Ａ）ではｎが３
以上の場合を示している。
【０１０６】
フリップフロップ２０１＿１乃至２０１＿ｎのそれぞれは、トランジスタ２１１と、トラ
ンジスタ２１２と、を有する。トランジスタ２１１及び２１２のそれぞれは、フリップフ
ロップの出力信号の電位を制御する。このとき、トランジスタ２１１及び２１２のそれぞ
れのバックゲートは、例えば電源供給制御スイッチに接続される。電源供給制御スイッチ
は、パルス信号に従ってオン状態又はオフ状態になることにより、電源回路とトランジス
タ２１１及び２１２のバックゲートとの導通を制御する。つまり、トランジスタ２１１及
び２１２が例えば図１に示すトランジスタ１１０に相当する。
【０１０７】
シフトレジスタ２００は、フリップフロップ２０１＿１乃至２０１＿ｎの出力信号である
信号ＯＵＴ＿１乃至ＯＵＴ＿ｎのパルスを順次出力する。
【０１０８】
なお、図１１（Ａ）に示す構成は、ゲートドライバに限定されず、ソースドライバなどの
他の回路にも適用できる。
【０１０９】
図１１（Ｂ）は、機能回路１００がＬＳＩ（集積回路）の場合について示している。
【０１１０】
図１１（Ｂ）に示すように、半導体装置は、論理回路２２０を有する。
【０１１１】
論理回路２２０は、トランジスタ２３１及び２３２で構成される。トランジスタ２３１の
ソース及びドレインの一方には、電源電位ＶＤＤが供給され、他方の電位が出力信号ＯＵ
Ｔの電位となる。さらに、トランジスタ２３１のゲートには、電位Ｖｙが供給され、電位
Ｖｙにより、トランジスタ２３１のチャネル抵抗が設定される。また、トランジスタ２３
２のソース及びドレインの一方は、電源電位ＶＳＳが供給され、他方はトランジスタ２３
１のソース及びドレインの他方に電気的に接続される。さらに、トランジスタ２３２のゲ
ートの電位が入力信号ＩＮの電位となる。なお、電源電位ＶＤＤ及び電源電位ＶＳＳのう
ち、電源電位ＶＤＤは、相対的に高い高電源電位であり、電源電位ＶＳＳは相対的に低い
低電源電位である。トランジスタ２３１は、出力信号ＯＵＴの電位を第１の電位に設定す
るか否かを制御し、トランジスタ２３２は、出力信号ＯＵＴの電位を第２の電位に設定す
るか否かを制御する。さらに、トランジスタ２３１及び２３２のバックゲートのそれぞれ
は、電源供給制御スイッチに電気的に接続される。電源供給制御スイッチは、パルス信号
に従ってオン状態又はオフ状態になることにより、電源回路とトランジスタ２３１及び２
３２のバックゲートとの導通を制御する。トランジスタ２３１及び２３２のそれぞれが有
するバックゲートの電位を制御することにより、例えば、トランジスタ２３１及び２３２
のそれぞれがノーマリオン型のトランジスタであってもノーマリオフ型のトランジスタと
して駆動させることができる。なお、図１１（Ｂ）では、論理回路２２０がインバータで
ある例を示したが、これに限定されず、他の論理回路を用いてもよい。
【０１１２】
図１１（Ｃ）は、機能回路１００がセンサである場合について示している。
【０１１３】
図１１（Ｃ）に示すように、半導体装置は、センサ素子２４０と、増幅トランジスタ２４
１と、選択トランジスタ２４２と、を有する。
【０１１４】
センサ素子２４０としては、例えば光センサ素子又は温度センサ素子などを用いることが
できる。
【０１１５】
増幅トランジスタ２４１のソース又はドレインの電位が出力信号の電位となる。
【０１１６】
選択トランジスタ２４２のバックゲートは、電源供給制御スイッチに電気的に接続される
。このとき、電源供給制御スイッチは、パルス信号に従ってオン状態又はオフ状態になる
ことにより、電源回路と選択トランジスタ２４２のバックゲートとの導通を制御する。選
択トランジスタ２４２が有するバックゲートの電位を制御することにより、例えば、選択
トランジスタ２４２のそれぞれがノーマリオン型のトランジスタであってもノーマリオフ
型のトランジスタとして駆動させることができる。選択トランジスタ２４２は、オン状態
又はオフ状態になることにより、センサ素子２４０と増幅トランジスタ２４１のゲートと
の導通を制御する機能を有する。
【０１１７】
図１１（Ｄ）は、画素部を含む半導体装置の場合について示している。
【０１１８】
図１１（Ｄ）に示すように、半導体装置は、発光素子２６０と、駆動トランジスタ２６１
と、選択トランジスタ２６２と、保持容量２６３と、を有する。
【０１１９】
発光素子２６０は、画素に入力されるデータ信号に応じて表示状態が設定される。
【０１２０】
駆動トランジスタ２６１のバックゲートは、例えば電源供給制御スイッチに電気的に接続
される。駆動トランジスタ２６１は、データ信号に応じて発光素子２６０に流れる電流量
を設定する機能を有する。電源供給制御スイッチは、パルス信号に従ってオン状態又はオ
フ状態になることにより、電源回路と駆動トランジスタ２６１のバックゲートとの導通を
制御する。駆動トランジスタ２６１のバックゲートの電位を制御することにより、例えば
駆動トランジスタ２６１がノーマリオン型のトランジスタの場合であっても、ノーマリオ
フ型のトランジスタとして駆動させることができる。
【０１２１】
選択トランジスタ２６２は、オン状態又はオフ状態になることにより、画素に対するデー
タ信号の入力が制御される。なお、選択トランジスタ２６２のバックゲートの電位を制御
してもよい。
【０１２２】
保持容量２６３は、画素に入力されるデータ信号に応じた電位を保持する機能を有する。
なお、保持容量２６３を必ずしも設けなくてもよい。
【０１２３】
図１１（Ｄ）に示すように、画素には、表示素子と、トランジスタが少なくとも設けられ
る。
【０１２４】
図１１に示すように、様々な機能回路を用いて半導体装置を構成できる。さらに、これに
限定されず、記憶装置やプロセッサなどを用いて半導体装置を構成してもよい。
【０１２５】
次に、図６に示す電源回路１０１＿１の例を図１２乃至図１４に示す。なお、電源回路１
０１＿１に適用可能な構成は、電源回路１０１にも適用できる。
【０１２６】
図１２（Ａ）に示す電源回路１０１＿１は、ダイオード３１１ａ＿１乃至３１１ａ＿ｎ（
ｎは自然数）と、容量素子３１２ａ＿１乃至３１２ａ＿ｎと、容量素子３１３ａと、を有
する。なお、図１２（Ａ）では、一例としてｎが４以上の場合を示している。
【０１２７】
ダイオード３１１ａ＿１のカソードには、電源電位ＶＤＤ１（図１では電源電位ＶＤＤ）
が供給される。
【０１２８】
ダイオード３１１ａ＿ｋ（ｋは２以上の自然数）のカソードは、ダイオード３１１ａ＿ｋ
−１のアノードに電気的に接続される。
【０１２９】
容量素子３１２ａ＿ｍ（ｍはｎ以下の自然数）のうち、ｍが奇数の容量素子の一対の電極
の一方には、クロック信号Ｃ＿ＣＬＫが入力される。
【０１３０】
容量素子３１２ａ＿ｍのうち、ｍが偶数の容量素子の一対の電極の一方には、クロック信
号Ｃ＿ＣＬＫの反転信号である反転クロック信号／Ｃ＿ＣＬＫが入力される。
【０１３１】
さらに、容量素子３１２ａ＿ｍの一対の電極の他方は、ダイオード３１１ａ＿ｍのアノー
ドに電気的に接続される。
【０１３２】
容量素子３１３ａの一対の電極の一方には、電源電位ＶＳＳが与えられ、他方は、ダイオ
ード３１１ａ＿ｎのアノードに電気的に接続される。
【０１３３】
図１２（Ａ）に示す電源回路１０１＿１では、クロック信号Ｃ＿ＣＬＫと反転クロック信
号／Ｃ＿ＣＬＫのそれぞれがハイレベルとローレベルに交互に変化することにより、容量
素子３１２ａ＿１乃至３１２ａ＿ｎの電圧が降圧される。さらに、容量素子３１２ａ＿ｋ
の電圧は、容量素子３１２ａ＿ｋ−１の電圧よりも低くなる。これにより、信号ＯＵＴと
して負電源電位−Ｖｘを出力できる。
【０１３４】
図１２（Ｂ）に示す電源回路１０１＿１は、トランジスタ３２１ａ＿１乃至３２１ａ＿３
と、容量素子３２２ａ＿１乃至３２２ａ＿３と、トランジスタ３２３ａ＿１乃至３２３ａ
＿３と、トランジスタ３２４ａ＿１乃至３２４ａ＿３と、トランジスタ３２５ａと、容量
素子３２６ａと、を有する。なお、図１２（Ｂ）に示す電源回路１０１＿１では、入力さ
れる電源電位ＶＤＤ１の３倍の電源電位を生成する場合について説明するが、これに限定
されない。
【０１３５】
トランジスタ３２１ａ＿ｉ（ｉは３以下の自然数）のソース及びドレインの一方には、電
源電位ＶＤＤ１が供給される。さらに、トランジスタ３２１ａ＿ｉのゲートには、クロッ
ク信号Ｃ＿ＣＬＫが入力される。
【０１３６】
容量素子３２２ａ＿ｉの一対の電極の一方は、トランジスタ３２１ａ＿ｉのソース及びド
レインの他方に電気的に接続される。
【０１３７】
トランジスタ３２３ａ＿１のソース及びドレインの一方には、電源電位ＶＳＳが供給され
、他方は、容量素子３２２ａ＿１の一対の電極の一方に電気的に接続される。さらに、ト
ランジスタ３２３ａ＿１のゲートには、反転クロック信号／Ｃ＿ＣＬＫが入力される。
【０１３８】
トランジスタ３２３ａ＿ｊ（ｊは２以上３以下の自然数）のソース及びドレインの一方は
、容量素子３２２ａ＿ｊ−１の一対の電極の他方に電気的に接続され、他方は、容量素子
３２２ａ＿ｊの一対の電極の一方に電気的に接続される。さらに、トランジスタ３２３ａ
＿ｊのゲートには、反転クロック信号／Ｃ＿ＣＬＫが入力される。
【０１３９】
トランジスタ３２４ａ＿ｉのソース及びドレインの一方には、電源電位ＶＳＳが供給され
、他方は、容量素子３２２ａ＿ｉの一対の電極の他方に電気的に接続される。
【０１４０】
トランジスタ３２５ａのソース及びドレインの一方は、容量素子３２２ａ＿３の一対の電
極の他方に電気的に接続される。さらに、トランジスタ３２５ａのゲートには、反転クロ
ック信号／Ｃ＿ＣＬＫが入力される。
【０１４１】
容量素子３２６ａの一対の電極の一方には、電源電位ＶＤＤ１が供給され、他方はトラン
ジスタ３２５ａのソース及びドレインの他方に電気的に接続される。
【０１４２】
図１２（Ｂ）に示す電源回路では、クロック信号Ｃ＿ＣＬＫと反転クロック信号／Ｃ＿Ｃ
ＬＫのそれぞれがハイレベルとローレベルに交互に変化することにより、容量素子３２２
ａ＿１乃至３２２ａ＿３の電圧が降圧される。これにより、信号ＯＵＴとして負電源電位
−Ｖｘを出力できる。
【０１４３】
図１３（Ａ）に示す電源回路１０１＿１は、トランジスタ３３１ａ乃至３３４ａと、容量
素子３３５ａ及び３３６ａと、を有する。
【０１４４】
トランジスタ３３１ａのソース及びドレインの一方には、電源電位ＶＤＤ１が供給される
。さらに、トランジスタ３３１ａのゲートには、クロック信号Ｃ＿ＣＬＫが入力される。
【０１４５】
トランジスタ３３２ａのソース及びドレインの一方には、電源電位ＶＳＳが供給される。
さらに、トランジスタ３３２ａのゲートには、クロック信号Ｃ＿ＣＬＫが入力される。
【０１４６】
トランジスタ３３３ａのソース及びドレインの一方は、トランジスタ３３１ａのソース及
びドレインの他方に電気的に接続され、他方には電源電位ＶＳＳが供給される。さらにト
ランジスタ３３３ａのゲートには、クロック信号Ｃ＿ＣＬＫの反転信号である反転クロッ
ク信号／Ｃ＿ＣＬＫが入力される。
【０１４７】
トランジスタ３３４ａのソース及びドレインの一方は、トランジスタ３３２ａのソース及
びドレインの他方に電気的に接続され、他方の電位が出力信号ＯＵＴの電位、即ちトラン
ジスタ１１０のバックゲートに出力するための電源電位となる。トランジスタ３３４ａの
ゲートには、反転クロック信号／Ｃ＿ＣＬＫが入力される。
【０１４８】
容量素子３３５ａの一対の電極の一方は、トランジスタ３３１ａのソース及びドレインの
他方に電気的に接続され、他方は、トランジスタ３３２ａのソース及びドレインの他方に
電気的に接続される。
【０１４９】
容量素子３３６ａの一対の電極の一方には、電源電位ＶＳＳが供給され、他方は、トラン
ジスタ３３４ａのソース及びドレインの他方に電気的に接続される。
【０１５０】
図１３（Ａ）に示す電源回路１０１＿１では、クロック信号Ｃ＿ＣＬＫ及び反転クロック
信号／Ｃ＿ＣＬＫに従って、トランジスタ３３１ａ及び３３２ａと、トランジスタ３３３
ａ及び３３４ａが交互にオン状態又はオフ状態になり、入力される第１の電源電圧を降圧
することにより、トランジスタ１１０のバックゲートに入力するための電源電位を生成で
きる。
【０１５１】
図１３（Ｂ）に示す電源回路１０１＿１は、トランジスタ３４１ａと、ダイオード３４２
ａと、誘導素子３４３ａと、容量素子３４４ａと、を有する。
【０１５２】
トランジスタ３４１ａのソース及びドレインの一方には、電源電位ＶＤＤ１が供給される
。トランジスタ３４１ａのゲートには、パルス信号が入力される。
【０１５３】
ダイオード３４２ａのアノードの電位は、信号ＯＵＴの電位、即ちトランジスタ１１０の
バックゲートに入力される電源電位となり、カソードは、トランジスタ３４１ａのソース
及びドレインの他方に電気的に接続される。
【０１５４】
誘導素子３４３ａの一方の端子は、トランジスタ３４１ａのソース及びドレインの他方に
電気的に接続され、他方の端子には電源電位ＶＳＳが供給される。
【０１５５】
容量素子３４４ａの一対の電極の一方は、ダイオード３４２ａのアノードに電気的に接続
され、他方には電源電位ＶＳＳが供給される。
【０１５６】
図１３（Ｂ）に示す電源回路１０１＿１では、トランジスタ３４１ａをオン状態にするこ
とにより、ダイオード３４２ａが非導通状態になり、誘導素子３４３ａに電流が流れる。
このとき、誘導素子３４３ａに起電力Ｖ１が印加される。このとき、容量素子３４４ａに
印加される電圧は変化しない。さらに、トランジスタ３４１ａをオフ状態にすることによ
り、誘導素子３４３ａでは、自身の磁界の変化を抑制するために起電力Ｖ１とは逆の方向
の起電力Ｖ２が発生し、ダイオード３４２ａが導通状態になる。このとき、誘導素子３４
３ａ及びダイオード３４２ａを介して電流が流れ、容量素子３４４ａに印加される電圧が
変化することにより、トランジスタ１１０のバックゲートに入力するための電源電位を生
成できる。
【０１５７】
図１４に示す電源回路１０１＿１は、トランジスタ３６１＿１乃至３６１＿３と、容量素
子３６２＿１乃至３６２＿３と、トランジスタ３６３＿１乃至３６３＿３と、トランジス
タ３６４＿１乃至３６４＿３と、トランジスタ３６５乃至３６８と、容量素子３６９及び
３７０と、を有する。なお、図１４に示す電源回路１０１＿１では、入力される電源電位
ＶＤＤ１の−３倍の電源電位を生成する場合に説明するが、これに限定されない。
【０１５８】
トランジスタ３６１＿ｉ（ｉは３以下の自然数）のソース及びドレインの一方には、電源
電位ＶＳＳが供給される。さらに、トランジスタ３６１＿ｉのゲートには、クロック信号
Ｃ＿ＣＬＫが入力される。
【０１５９】
容量素子３６２＿ｉの一対の電極の一方は、トランジスタ３６１＿ｉのソース及びドレイ
ンの他方に電気的に接続される。
【０１６０】
トランジスタ３６３＿１のソース及びドレインの一方には、電源電位ＶＤＤ１が供給され
、他方は、容量素子３６２＿１の一対の電極の一方に電気的に接続される。さらに、トラ
ンジスタ３６３＿１のゲートには、反転クロック信号／Ｃ＿ＣＬＫが入力される。
【０１６１】
トランジスタ３６３＿ｊ（ｊは２以上３以下の自然数）のソース及びドレインの一方は、
容量素子３６２＿ｊ−１の一対の電極の他方に電気的に接続され、他方は、容量素子３６
２＿ｊの一対の電極の一方に電気的に接続される。さらに、トランジスタ３６３＿ｊのゲ
ートには、反転クロック信号／Ｃ＿ＣＬＫが入力される。
【０１６２】
トランジスタ３６４＿ｉのソース及びドレインの一方には、電源電位ＶＤＤ１が供給され
、他方は、容量素子３６２＿ｉの一対の電極の他方に電気的に接続される。
【０１６３】
トランジスタ３６５のソース及びドレインの一方は、容量素子３６２ａ＿３の一対の電極
の他方に電気的に接続される。さらに、トランジスタ３６５のゲートには、反転クロック
信号／Ｃ＿ＣＬＫが入力される。
【０１６４】
トランジスタ３６６のソース及びドレインの一方には、電源電位ＶＳＳが供給される。さ
らに、トランジスタ３６６のゲートには、反転クロック信号／Ｃ＿ＣＬＫが入力される。
【０１６５】
トランジスタ３６７のソース及びドレインの一方は、トランジスタ３６５のソース及びド
レインの他方に電気的に接続され、他方には電源電位ＶＳＳが供給される。さらに、トラ
ンジスタ３６７のゲートには、クロック信号Ｃ＿ＣＬＫが入力される。
【０１６６】
トランジスタ３６８のソース及びドレインの一方は、トランジスタ３６６のソース及びド
レインの他方に電気的に接続され、他方の電位が出力信号ＯＵＴの電位、即ちトランジス
タ１１０のバックゲートに出力するための電源電位となる。トランジスタ３６８のゲート
には、クロック信号Ｃ＿ＣＬＫが入力される。
【０１６７】
容量素子３６９の一対の電極の一方は、トランジスタ３６５のソース及びドレインの他方
に電気的に接続され、他方は、トランジスタ３６６のソース及びドレインの他方に電気的
に接続される。
【０１６８】
容量素子３７０の一対の電極の一方には、電源電位ＶＳＳが供給され、他方は、トランジ
スタ３６８のソース及びドレインの他方に電気的に接続される。
【０１６９】
図１４に示す電源回路１０１＿１では、クロック信号Ｃ＿ＣＬＫ及び反転クロック信号／
Ｃ＿ＣＬＫに従って、容量素子３６２＿１乃至３６２＿３の電圧が昇圧される。さらに、
トランジスタ３６５及び３６６と、トランジスタ３６７及び３６８が交互にオン状態又は
オフ状態になり、容量素子３６２＿３の電圧を負電圧に降圧することにより、トランジス
タ１１０のバックゲートに入力するための電源電位を生成できる。
【０１７０】
さらに、電源回路１０１＿２の例を図１５及び図１６に示す。
【０１７１】
図１５（Ａ）に示す電源回路１０１＿２は、ダイオード３１１ｂ＿１乃至３１１ｂ＿ｎ（
ｎは自然数）と、容量素子３１２ｂ＿１乃至３１２ｂ＿ｎと、容量素子３１３ｂと、を有
する。なお、図１５（Ａ）では、一例としてｎが４以上の場合を示している。
【０１７２】
ダイオード３１１ｂ＿１のアノードには、電源電位ＶＤＤ２が供給される。
【０１７３】
ダイオード３１１ｂ＿ｋ（ｋは２以上の自然数）のアノードは、ダイオード３１１ｂ＿ｋ
−１のカソードに電気的に接続される。
【０１７４】
容量素子３１２ｂ＿ｍ（ｍはｎ以下の自然数）のうち、ｍが奇数の容量素子の一対の電極
の一方には、クロック信号Ｃ＿ＣＬＫが入力される。
【０１７５】
容量素子３１２ｂ＿ｍのうち、ｍが偶数の容量素子の一対の電極の一方には、クロック信
号Ｃ＿ＣＬＫの反転信号である反転クロック信号／Ｃ＿ＣＬＫが入力される。
【０１７６】
さらに、容量素子３１２ｂ＿ｍの一対の電極の他方は、ダイオード３１１ｂ＿ｍのカソー
ドに電気的に接続される。
【０１７７】
容量素子３１３ｂの一対の電極の一方には、電源電位ＶＳＳが与えられ、他方は、ダイオ
ード３１１ｂ＿ｎのカソードに電気的に接続される。
【０１７８】
図１５（Ａ）に示す電源回路１０１＿２では、クロック信号Ｃ＿ＣＬＫと反転クロック信
号／Ｃ＿ＣＬＫのそれぞれがハイレベルとローレベルに交互に変化することにより、容量
素子３１２ｂ＿１乃至３１２ｂ＿ｎの電圧が昇圧される。さらに、容量素子３１２ｂ＿ｋ
の電圧は、容量素子３１２ｂ＿ｋ−１の電圧よりも高くなる。これにより、信号ＯＵＴと
して正電源電位Ｖｘを出力できる。
【０１７９】
図１５（Ｂ）に示す電源回路１０１＿２は、トランジスタ３２１ｂ＿１乃至３２１ｂ＿３
と、容量素子３２２ｂ＿１乃至３２２ｂ＿３と、トランジスタ３２３ｂ＿１乃至３２３ｂ
＿３と、トランジスタ３２４ｂ＿１乃至３２４ｂ＿３と、トランジスタ３２５ｂと、容量
素子３２６ｂと、を有する。なお、図１５（Ｂ）に示す電源回路１０１＿２では、入力さ
れる電源電位ＶＤＤ２の３倍の電源電位を生成する場合に説明するが、これに限定されな
い。
【０１８０】
トランジスタ３２１ｂ＿ｉ（ｉは３以下の自然数）のソース及びドレインの一方には、電
源電位ＶＳＳが供給される。さらに、トランジスタ３２１ｂ＿ｉのゲートには、クロック
信号Ｃ＿ＣＬＫが入力される。
【０１８１】
容量素子３２２ｂ＿ｉの一対の電極の一方は、トランジスタ３２１ｂ＿ｉのソース及びド
レインの他方に電気的に接続される。
【０１８２】
トランジスタ３２３ｂ＿１のソース及びドレインの一方には、電源電位ＶＤＤ２が供給さ
れ、他方は、容量素子３２２ｂ＿１の一対の電極の一方に電気的に接続される。さらに、
トランジスタ３２３ｂ＿１のゲートには、反転クロック信号／Ｃ＿ＣＬＫが入力される。
【０１８３】
トランジスタ３２３ｂ＿ｊ（ｊは２以上３以下の自然数）のソース及びドレインの一方は
、容量素子３２２ｂ＿ｊ−１の一対の電極の他方に電気的に接続され、他方は、容量素子
３２２ｂ＿ｊの一対の電極の一方に電気的に接続される。さらに、トランジスタ３２３ｂ
＿ｊのゲートには、反転クロック信号／Ｃ＿ＣＬＫが入力される。
【０１８４】
トランジスタ３２４ｂ＿ｉのソース及びドレインの一方には、電源電位ＶＤＤ２が供給さ
れ、他方は、容量素子３２２ｂ＿ｉの一対の電極の他方に電気的に接続される。
【０１８５】
トランジスタ３２５ｂのソース及びドレインの一方は、容量素子３２２ｂ＿３の一対の電
極の他方に電気的に接続される。さらに、トランジスタ３２５ｂのゲートには、反転クロ
ック信号／Ｃ＿ＣＬＫが入力される。
【０１８６】
容量素子３２６ｂの一対の電極の一方は、電源電位ＶＳＳが供給され、他方は、トランジ
スタ３２５ｂのソース及びドレインの他方に電気的に接続される。
【０１８７】
図１５（Ｂ）に示す電源回路１０１＿２では、クロック信号Ｃ＿ＣＬＫと反転クロック信
号／Ｃ＿ＣＬＫのそれぞれがハイレベルとローレベルに交互に変化することにより、容量
素子３２２ｂ＿１乃至３２２ｂ＿３の電圧が昇圧される。これにより、信号ＯＵＴとして
正電源電位＋Ｖｘを出力できる。
【０１８８】
図１６（Ａ）に示す電源回路１０１＿２は、トランジスタ３３１ｂ乃至３３４ｂと、容量
素子３３５ｂ及び３３６ｂと、を有する。
【０１８９】
トランジスタ３３１ｂのソース及びドレインの一方には、電源電位ＶＳＳが供給される。
さらに、トランジスタ３３１ｂのゲートには、クロック信号Ｃ＿ＣＬＫが入力される。
【０１９０】
トランジスタ３３２ｂのソース及びドレインの一方には、電源電位ＶＤＤ２が供給される
。さらに、トランジスタ３３２ｂのゲートには、クロック信号Ｃ＿ＣＬＫが入力される。
【０１９１】
トランジスタ３３３ｂのソース及びドレインの一方は、トランジスタ３３１ｂのソース及
びドレインの他方に電気的に接続され、他方には電源電位ＶＤＤ２が供給される。さらに
トランジスタ３３３ｂのゲートには、クロック信号Ｃ＿ＣＬＫの反転信号である反転クロ
ック信号／Ｃ＿ＣＬＫが入力される。
【０１９２】
トランジスタ３３４ｂのソース及びドレインの一方は、トランジスタ３３２ｂのソース及
びドレインの他方に電気的に接続され、他方の電位が出力信号ＯＵＴの電位、即ちトラン
ジスタ１１０のバックゲートに出力するための電源電位となる。トランジスタ３３４ｂの
ゲートには、反転クロック信号／Ｃ＿ＣＬＫが入力される。
【０１９３】
容量素子３３５ｂの一対の電極の一方は、トランジスタ３３１ｂのソース及びドレインの
他方に電気的に接続され、他方は、トランジスタ３３２ｂのソース及びドレインの他方に
電気的に接続される。
【０１９４】
容量素子３３６ｂの一対の電極の一方には、電源電位ＶＳＳが供給され、他方は、トラン
ジスタ３３４ｂのソース及びドレインの他方に電気的に接続される。
【０１９５】
図１６（Ａ）に示す電源回路１０１＿２では、クロック信号Ｃ＿ＣＬＫ及び反転クロック
信号／Ｃ＿ＣＬＫに従って、トランジスタ３３１ｂ及び３３２ｂと、トランジスタ３３３
ｂ及び３３４ｂが交互にオン状態又はオフ状態になり、入力される第２の電源電圧を昇圧
することにより、トランジスタ１１０のバックゲートに入力するための電源電位を生成で
きる。
【０１９６】
図１６（Ｂ）に示す電源回路１０１＿２は、トランジスタ３４１ｂと、ダイオード３４２
ｂと、誘導素子３４３ｂと、容量素子３４４ｂと、を有する。
【０１９７】
トランジスタ３４１ｂのソース及びドレインの一方には、電源電位ＶＳＳが供給される。
トランジスタ３４１ｂのゲートには、パルス信号が入力される。
【０１９８】
ダイオード３４２ｂのアノードは、トランジスタ３４１ｂのソース及びドレインの他方に
電気的に接続され、カソードの電位は、信号ＯＵＴの電位、即ちトランジスタ１１０のバ
ックゲートに入力される電源電位Ｖｘ２となる。
【０１９９】
誘導素子３４３ｂの一方の端子には、電源電位ＶＤＤ２が供給され、他方の端子はトラン
ジスタ３４１ｂのソース及びドレインの他方に電気的に接続される。
【０２００】
容量素子３４４ｂの一対の電極の一方には、電源電位ＶＳＳが供給され、他方は、ダイオ
ード３４２ｂのカソードに電気的に接続される。
【０２０１】
図１６（Ｂ）に示す電源回路１０１＿２では、トランジスタ３４１ｂをオン状態にするこ
とにより、ダイオード３４２ｂが非導通状態になり、誘導素子３４３ｂに電流が流れる。
このとき、誘導素子３４３ｂに起電力Ｖ１が印加される。このとき、容量素子３４４ｂに
印加される電圧は変化しない。さらに、トランジスタ３４１ｂをオフ状態にすることによ
り、誘導素子３４３ｂでは、自身の磁界の変化を抑制するために起電力Ｖ１とは逆の方向
の起電力Ｖ２が発生し、ダイオード３４２ｂが導通状態になる。このとき、誘導素子３４
３ｂ及びダイオード３４２ｂを介して電流が流れ、容量素子３４４ｂに印加される電圧が
変化することにより、トランジスタ１１０のバックゲートに入力するための電源電位を生
成できる。
【０２０２】
以上が電源回路１０１＿２の例の説明である。
【０２０３】
（実施の形態２）
本実施の形態では、画像の表示が可能な半導体装置の例について説明する。
【０２０４】
まず、本実施の形態に係る半導体装置の構成例について、図１７を参照して説明する。
【０２０５】
図１７に示す半導体装置は、Ｘ行Ｙ列（Ｘ及びＹは２以上の自然数）に配置された複数の
画素回路９１０と、ソースドライバ９０１と、データ信号線ＤＬ＿１乃至ＤＬ＿Ｙと、ゲ
ートドライバ９０２と、ゲート信号線ＧＬ＿１乃至ＧＬ＿Ｘと、電源回路９０３と、電源
供給制御スイッチ９２１と、電源供給制御スイッチ９２２と、を備える。なお、ゲート信
号線ＧＬ＿１乃至ＧＬ＿Ｘのそれぞれは、ゲート信号毎に複数設けてもよい。
【０２０６】
例えば、赤（Ｒ）表示用、緑（Ｇ）表示用、及び青（Ｂ）表示用の３種の画素回路９１０
により１つの画素を構成できる。
【０２０７】
データ信号線ＤＬ＿１乃至ＤＬ＿Ｙの電位は、ソースドライバ９０１により制御される。
ソースドライバ９０１は、例えばアナログスイッチ、ラッチ回路、及びオペアンプなどを
用いて構成される。図１７に示す半導体装置では、データ信号線ＤＬ＿１乃至ＤＬ＿Ｙを
介して複数の画素回路９１０にデータが入力される。
【０２０８】
ゲート信号線ＧＬ＿１乃至ＧＬ＿Ｘの電位は、ゲートドライバ９０２により制御される。
なお、ゲートドライバ９０２は、画素回路９１０と同一工程により、同一基板上に形成し
てもよい。ゲートドライバ９０２は、例えばシフトレジスタを用いて構成される。ゲート
信号線ＧＬ＿１乃至ＧＬ＿Ｘは、データを入力する画素回路９１０を選択するゲート信号
が入力される配線である。
【０２０９】
さらに、画素回路９１０、ソースドライバ９０１、及びゲートドライバ９０２には、電源
回路９０３により電源電位又は電源電圧が供給される。なお、電源回路９０３は、画素回
路９１０と別の基板に形成し、配線などにより接続してもよい。
【０２１０】
さらに、ゲートドライバ９０２内のトランジスタのバックゲートには、電源供給制御スイ
ッチ９２１を介して電位ＢＧ１が与えられ、電源供給制御スイッチ９２２を介して電位Ｂ
Ｇ２が供給される。電位ＢＧ１及びＢＧ２は、トランジスタのバックゲートに供給される
電位である。電源供給制御スイッチ９２１及び電源供給制御スイッチ９２２の構成として
は、電源供給制御スイッチ１０２の構成を適用できる。
【０２１１】
さらに、ゲートドライバ９０２の例について図１８に示す。
【０２１２】
図１８に示すゲートドライバ９０２は、シフトレジスタ３０と、インバータ４２＿１乃至
４２＿Ｎ＋１と、インバータ５３＿１乃至５３＿Ｎ＋１と、を有する。さらに、シフトレ
ジスタ３０は、フリップフロップ（ＦＦ）３１＿１乃至３１＿Ｎ＋１を有する。
【０２１３】
さらに、図１８に示すゲートドライバの各構成要素について図１９乃至図２１を用いて説
明する。
【０２１４】
図１９（Ａ）に示すように、図１８に示すフリップフロップ３１＿１乃至３１＿Ｎのそれ
ぞれには、セット信号ＬＩＮ、リセット信号ＲＩＮ、クロック信号ＣＬＫ１及びＣＬＫ２
、パルス幅制御信号ＰＷＣ１及びＰＷＣ２、及び初期化信号ＩＮＩＲＥＳが入力される。
なお、図１８では、便宜のため、電源電位及び電位ＢＧ１、ＢＧ２が入力される端子を省
略している。また、図１９（Ａ）に示すフリップフロップは、信号ＦＦＯＵＴ、信号ＧＯ
ＵＴ１、及び信号ＧＯＵＴ２を出力する。なお、初期化信号ＩＮＩＲＥＳは、例えばフリ
ップフロップを初期化したい場合などに用いる信号であり、初期化信号ＩＮＩＲＥＳのパ
ルスをフリップフロップに入力することにより、フリップフロップは初期化される。また
、必ずしも初期化信号ＩＮＩＲＥＳをフリップフロップに入力しなくてもよい。
【０２１５】
なお、フリップフロップ３１＿Ｎ＋１の構成は、リセット信号ＲＩＮが入力されないこと
を除き、他のフリップフロップと同じ構成である。
【０２１６】
さらに、図１９（Ａ）に示すフリップフロップは、図１９（Ｂ）に示すように、トランジ
スタ６１乃至７５と、容量素子７６と、を備える。
【０２１７】
トランジスタ６１のソース及びドレインの一方には、電源電位Ｇ＿ＶＤＤが供給される。
さらに、トランジスタ６１のゲートには、セット信号ＬＩＮが入力され、バックゲートに
は、電位ＢＧ１が供給される。
【０２１８】
トランジスタ６２のソース及びドレインの一方には、電源電位Ｇ＿ＶＳＳが供給される。
さらに、トランジスタ６２のゲートには、セット信号ＬＩＮが入力され、バックゲートに
は、電位ＢＧ２が供給される。このとき、電位ＢＧ２の値は、電位ＢＧ１よりも低いこと
が好ましい。電位ＢＧ１が供給されるトランジスタのしきい値電圧が高すぎると、半導体
装置の動作不良が起こりやすいためである。なお、電源電位Ｇ＿ＶＤＤ及び電源電位Ｇ＿
ＶＳＳのうち、電源電位Ｇ＿ＶＤＤは、相対的に高電源電位であり、電源電位Ｇ＿ＶＳＳ
は、相対的に低電源電位である。電源電位Ｇ＿ＶＤＤと電源電位Ｇ＿ＶＳＳの電位差が電
源電圧となる。
【０２１９】
トランジスタ６３のソース及びドレインの一方には、電源電位Ｇ＿ＶＤＤが供給される。
さらに、トランジスタ６３のゲートには、リセット信号ＲＩＮが入力され、バックゲート
には、電位ＢＧ２が供給される。
【０２２０】
トランジスタ６４のソース及びドレインの一方には、電源電位Ｇ＿ＶＤＤが供給される。
さらに、トランジスタ６４のゲートには、クロック信号ＣＬＫ２が入力され、バックゲー
トには、電位ＢＧ２が供給される。
【０２２１】
トランジスタ６５のソース及びドレインの一方には、クロック信号ＣＬＫ１が入力され、
他方の電位が信号ＦＦＯＵＴの電位となる。さらに、トランジスタ６５のバックゲートに
は、電位ＢＧ２が供給される。
【０２２２】
トランジスタ６６のソース及びドレインの一方には、電源電位Ｇ＿ＶＳＳが与えられ、他
方は、トランジスタ６５のソース及びドレインの他方に電気的に接続される。さらに、ト
ランジスタ６６のゲートは、トランジスタ６３のソース及びドレインの他方に電気的に接
続され、バックゲートには、電位ＢＧ２が供給される。
【０２２３】
トランジスタ６７のソース及びドレインの一方には、電源電位Ｇ＿ＶＳＳが与えられ、他
方は、トランジスタ６１のソース及びドレインの他方に電気的に接続される。さらに、ト
ランジスタ６７のゲートは、トランジスタ６３のソース及びドレインの他方に電気的に接
続され、バックゲートには、電位ＢＧ２が供給される。
【０２２４】
トランジスタ６８のソース及びドレインの一方は、トランジスタ６１のソース及びドレイ
ンの他方に接続され、他方は、トランジスタ６５のゲートに電気的に接続される。さらに
、トランジスタ６８のゲートには、電源電位Ｇ＿ＶＤＤが与えられ、バックゲートには、
電位ＢＧ１が供給される。
【０２２５】
トランジスタ６９のソース及びドレインの一方には、パルス幅制御信号ＰＷＣ１が入力さ
れ、他方の電位が信号ＧＯＵＴ１の電位となる。さらに、トランジスタ６９のバックゲー
トには、電位ＢＧ２が供給される。
【０２２６】
トランジスタ７０のソース及びドレインの一方には、電位Ｇ＿ＶＥＥ１が与えられ、他方
は、トランジスタ６９のソース及びドレインの他方に電気的に接続される。電位Ｇ＿ＶＥ
Ｅ１は、任意の値の電位である。さらに、トランジスタ７０のゲートは、トランジスタ６
３のソース及びドレインの他方に電気的に接続され、バックゲートには、電位ＢＧ２が供
給される。
【０２２７】
トランジスタ７１のソース及びドレインの一方は、トランジスタ６１のソース及びドレイ
ンの他方に電気的に接続され、他方は、トランジスタ６９のゲートに電気的に接続される
。さらに、トランジスタ７１のゲートには、電源電位Ｇ＿ＶＤＤが与えられ、バックゲー
トには、電位ＢＧ１が供給される。
【０２２８】
トランジスタ７２のソース及びドレインの一方には、パルス幅制御信号ＰＷＣ２が入力さ
れ、他方の電位は信号ＧＯＵＴ２の電位となる。さらに、トランジスタ７２のバックゲー
トには、電位ＢＧ２が供給される。
【０２２９】
トランジスタ７３のソース及びドレインの一方には、電源電位Ｇ＿ＶＳＳが与えられ、他
方はトランジスタ７２のソース及びドレインの他方に電気的に接続される。さらに、トラ
ンジスタ７３のゲートは、トランジスタ６３のソース及びドレインの他方に電気的に接続
され、バックゲートには、電位ＢＧ２が供給される。
【０２３０】
トランジスタ７４のソース及びドレインの一方は、トランジスタ６１のソース及びドレイ
ンの他方に電気的に接続され、他方は、トランジスタ７２のゲートに電気的に接続される
。さらに、トランジスタ７４のゲートには、電源電位Ｇ＿ＶＤＤが与えられ、バックゲー
トには、電位ＢＧ１が供給される。
【０２３１】
トランジスタ７５のソース及びドレインの一方には、電源電位Ｇ＿ＶＤＤが与えられ、他
方はトランジスタ６３のソース及びドレインの他方に電気的に接続される。さらに、トラ
ンジスタ７５のゲートには、初期化信号ＩＮＩＲＥＳが入力され、バックゲートには、電
位ＢＧ２が供給される。
【０２３２】
容量素子７６の一対の電極の一方には、電源電位Ｇ＿ＶＳＳが与えられ、他方は、トラン
ジスタ６３のソース及びドレインの他方に電気的に接続される。なお、必ずしも容量素子
７６を設けなくてもよい。
【０２３３】
図１９（Ｂ）に示すフリップフロップでは、セット信号ＬＩＮのパルスが入力されると、
トランジスタ６１がオン状態になり、トランジスタ６５、６９、７２がオン状態になるこ
とにより、信号ＦＦＯＵＴの電位がクロック信号ＣＬＫ１の電位と同等の値になり、信号
ＧＯＵＴ１の電位がパルス幅制御信号ＰＷＣ１の電位と同等の値になり、信号ＧＯＵＴ２
の電位がパルス幅制御信号ＰＷＣ２の電位と同等の値になる。このとき、トランジスタ６
６、７０、７３はオフ状態である。また、図１９（Ｂ）に示すフリップフロップでは、リ
セット信号ＲＩＮに従って、トランジスタ６３がオン状態になることにより、トランジス
タ６６、７０、７３がオン状態になり、信号ＦＦＯＵＴの電位が電源電位Ｇ＿ＶＳＳと同
等の値になり、信号ＧＯＵＴ１の電位が電源電位Ｇ＿ＶＳＳと同等の値になり、信号ＧＯ
ＵＴ２の電位が電源電位Ｇ＿ＶＳＳと同等の値になる。このとき、トランジスタ６５、６
９、７２はオフ状態である。これにより、フリップフロップは、パルス信号を出力する。
【０２３４】
図１８に示すシフトレジスタ３０において、フリップフロップ３１＿１のセット信号ＬＩ
Ｎとしてスタートパルス信号ＳＰが入力される。
【０２３５】
なお、スタートパルス信号ＳＰをゲートドライバ９０２に入力するための配線に保護回路
を電気的に接続してもよい。
【０２３６】
また、シフトレジスタ３０において、フリップフロップ３１＿Ｋ（Ｋは２以上Ｘ以下の自
然数）のセット信号ＬＩＮとして、フリップフロップ３１＿Ｋ−１の信号ＦＦＯＵＴが入
力される。
【０２３７】
また、シフトレジスタ３０において、フリップフロップ３１＿Ｍ（ＭはＮ以下の自然数）
のリセット信号ＲＩＮとしてフリップフロップ３１＿Ｍ＋１の信号ＦＦＯＵＴが入力され
る。
【０２３８】
また、シフトレジスタ３０において、フリップフロップ３１＿１のクロック信号ＣＬＫ１
としてクロック信号Ｇ＿ＣＬＫ１が入力され、クロック信号ＣＬＫ２としてクロック信号
Ｇ＿ＣＬＫ２が入力される。さらに、フリップフロップ３１＿１を基準として、３つおき
のフリップフロップ毎にクロック信号ＣＬＫ１としてクロック信号Ｇ＿ＣＬＫ１が入力さ
れ、クロック信号ＣＬＫ２としてクロック信号Ｇ＿ＣＬＫ２が入力される。
【０２３９】
また、シフトレジスタ３０において、フリップフロップ３１＿２のクロック信号ＣＬＫ１
としてクロック信号Ｇ＿ＣＬＫ２が入力され、クロック信号ＣＬＫ２としてクロック信号
Ｇ＿ＣＬＫ３が入力される。さらに、フリップフロップ３１＿２を基準として、３つおき
のフリップフロップ毎にクロック信号ＣＬＫ１としてクロック信号Ｇ＿ＣＬＫ２が入力さ
れ、クロック信号ＣＬＫ２としてクロック信号Ｇ＿ＣＬＫ３が入力される。
【０２４０】
また、シフトレジスタ３０において、フリップフロップ３１＿３のクロック信号ＣＬＫ１
としてクロック信号Ｇ＿ＣＬＫ３が入力され、クロック信号ＣＬＫ２としてクロック信号
Ｇ＿ＣＬＫ４が入力される。さらに、フリップフロップ３１＿３を基準として、３つおき
のフリップフロップ毎にクロック信号ＣＬＫ１としてクロック信号Ｇ＿ＣＬＫ３が入力さ
れ、クロック信号ＣＬＫ２としてクロック信号Ｇ＿ＣＬＫ４が入力される。
【０２４１】
また、シフトレジスタ３０において、フリップフロップ３１＿４のクロック信号ＣＬＫ１
としてクロック信号Ｇ＿ＣＬＫ４が入力され、クロック信号ＣＬＫ２としてクロック信号
Ｇ＿ＣＬＫ１が入力される。さらに、フリップフロップ３１＿３を基準として、３つおき
のフリップフロップ毎にクロック信号ＣＬＫ１としてクロック信号Ｇ＿ＣＬＫ４が入力さ
れ、クロック信号ＣＬＫ２としてクロック信号Ｇ＿ＣＬＫ１が入力される。
【０２４２】
なお、クロック信号Ｇ＿ＣＬＫ１乃至Ｇ＿ＣＬＫ４を入力するための配線に保護回路を電
気的に接続してもよい。
【０２４３】
また、シフトレジスタ３０において、フリップフロップ３１＿１のパルス幅制御信号ＰＷ
Ｃ１としてパルス幅制御信号Ｇ＿ＰＷＣ１が入力され、パルス幅制御信号ＰＷＣ２として
パルス幅制御信号Ｇ＿ＰＷＣＡが入力される。さらに、フリップフロップ３１＿１を基準
として、３つおきのフリップフロップ毎にパルス幅制御信号ＰＷＣ１としてパルス幅制御
信号Ｇ＿ＰＷＣ１が入力され、パルス幅制御信号ＰＷＣ２としてパルス幅制御信号Ｇ＿Ｐ
ＷＣＡが入力される。
【０２４４】
また、シフトレジスタ３０において、フリップフロップ３１＿２のパルス幅制御信号ＰＷ
Ｃ１としてパルス幅制御信号Ｇ＿ＰＷＣ２が入力され、パルス幅制御信号ＰＷＣ２として
パルス幅制御信号Ｇ＿ＰＷＣＢが入力される。さらに、フリップフロップ３１＿２を基準
として、３つおきのフリップフロップ毎にパルス幅制御信号ＰＷＣ１としてパルス幅制御
信号Ｇ＿ＰＷＣ２が入力され、パルス幅制御信号ＰＷＣ２としてパルス幅制御信号Ｇ＿Ｐ
ＷＣＢが入力される。
【０２４５】
また、シフトレジスタ３０において、フリップフロップ３１＿３のパルス幅制御信号ＰＷ
Ｃ１としてパルス幅制御信号Ｇ＿ＰＷＣ３が入力され、パルス幅制御信号ＰＷＣ２として
パルス幅制御信号Ｇ＿ＰＷＣＣが入力される。さらに、フリップフロップ３１＿３を基準
として、３つおきのフリップフロップ毎にパルス幅制御信号ＰＷＣ１としてパルス幅制御
信号Ｇ＿ＰＷＣ３が入力され、パルス幅制御信号ＰＷＣ２としてパルス幅制御信号Ｇ＿Ｐ
ＷＣＣが入力される。
【０２４６】
また、シフトレジスタ３０において、フリップフロップ３１＿４のパルス幅制御信号ＰＷ
Ｃ１としてパルス幅制御信号Ｇ＿ＰＷＣ４が入力され、パルス幅制御信号ＰＷＣ２として
パルス幅制御信号Ｇ＿ＰＷＣＤが入力される。さらに、フリップフロップ３１＿４を基準
として、３つおきのフリップフロップ毎にパルス幅制御信号ＰＷＣ１としてパルス幅制御
信号Ｇ＿ＰＷＣ４が入力され、パルス幅制御信号ＰＷＣ２としてパルス幅制御信号Ｇ＿Ｐ
ＷＣＤが入力される。
【０２４７】
また、シフトレジスタ３０において、フリップフロップ３１＿Ｍの信号ＧＯＵＴ１がゲー
ト信号Ｇ１＿Ｍとなる。
【０２４８】
以上がフリップフロップの説明である。
【０２４９】
さらに、図２０は、インバータの構成例を説明するための図である。
【０２５０】
図２０（Ａ−１）に示すように、図１８に示すインバータ４２＿１乃至４２＿Ｎ＋１のそ
れぞれには、パルス信号ＩＮ１、リセット信号ＩＮＶ＿ＲＩＮが入力される。また、図１
８に示すインバータ４２＿１乃至４２＿Ｎ＋１のそれぞれは、信号ＩＮＶＯＵＴ１を出力
する。
【０２５１】
また、図２０（Ａ−１）に示すインバータ４２＿１乃至４２＿Ｎ＋１のそれぞれは、図２
０（Ａ−２）に示すようにトランジスタ８１乃至８５と、容量素子８６と、を備える。
【０２５２】
トランジスタ８１のソース及びドレインの一方には、電源電位Ｇ＿ＶＤＤが供給される。
さらに、トランジスタ８１のゲートには、リセット信号ＩＮＶ＿ＲＩＮが入力され、バッ
クゲートには、電位ＢＧ２が供給される。
【０２５３】
トランジスタ８２のソース及びドレインの一方には、電源電位Ｇ＿ＶＳＳ１が与えられ、
他方は、トランジスタ８１のソース及びドレインの他方に電気的に接続される。さらに、
トランジスタ８２のゲートには、パルス信号ＩＮ１が入力され、バックゲートには、電位
ＢＧ２が供給される。
【０２５４】
トランジスタ８３のソース及びドレインの一方には、電源電位Ｇ＿ＶＣＣ１が与えられ、
他方の電位が信号ＩＮＶＯＵＴ１の電位となる。信号ＩＮＶＯＵＴ１は、図１８に示す信
号Ｇ２＿１乃至Ｇ２＿Ｎ＋１のいずれかに相当する。電源電位Ｇ＿ＶＣＣ１は、任意の値
の電位である。さらに、トランジスタ８３のバックゲートには、電位ＢＧ２が供給される
。
【０２５５】
トランジスタ８４のソース及びドレインの一方には、電位Ｇ＿ＶＥＥ２が与えられ、他方
は、トランジスタ８３のソース及びドレインの他方に電気的に接続される。電位Ｇ＿ＶＥ
Ｅ２は、任意の値の電位である。さらに、トランジスタ８４のゲートには、パルス信号Ｉ
Ｎ１が入力され、バックゲートには、電位ＢＧ２が供給される。
【０２５６】
トランジスタ８５のソース及びドレインの一方は、トランジスタ８１のソース及びドレイ
ンの他方に電気的に接続され、他方は、トランジスタ８３のゲートに電気的に接続される
。さらに、トランジスタ８５のゲートには、電源電位Ｇ＿ＶＤＤが与えられ、バックゲー
トには、電位ＢＧ１が供給される。
【０２５７】
容量素子８６の一対の電極の一方は、トランジスタ８３のゲートに電気的に接続され、他
方は、トランジスタ８３のソース及びドレインの他方に電気的に接続される。
【０２５８】
さらに、図２０（Ｂ−１）に示すように、図１８に示すインバータ５３＿１乃至５３＿Ｎ
＋１のそれぞれには、パルス信号ＩＮ２、リセット信号ＩＮＶ＿ＲＩＮが入力される。ま
た、図１８に示すインバータ５３＿１乃至５３＿Ｎ＋１のそれぞれは、信号ＩＮＶＯＵＴ
２を出力する。
【０２５９】
また、図２０（Ｂ−１）に示すインバータ５３＿１乃至５３＿Ｎ＋１のそれぞれは、図２
０（Ｂ−２）に示すようにトランジスタ９１乃至９５と、容量素子９６と、を備える。
【０２６０】
トランジスタ９１のソース及びドレインの一方には、電源電位Ｇ＿ＶＤＤが供給される。
さらに、トランジスタ９１のゲートには、リセット信号ＩＮＶ＿ＲＩＮが入力され、バッ
クゲートには、電位ＢＧ２が供給される。
【０２６１】
トランジスタ９２のソース及びドレインの一方には、電源電位Ｇ＿ＶＳＳ１が与えられ、
他方は、トランジスタ９１のソース及びドレインの他方に電気的に接続される。さらに、
トランジスタ９２のゲートには、パルス信号ＩＮ２が入力され、バックゲートには、電位
ＢＧ２が供給される。
【０２６２】
トランジスタ９３のソース及びドレインの一方には、電源電位Ｇ＿ＶＣＣ２が与えられ、
他方の電位が信号ＩＮＶＯＵＴ２の電位となる。信号ＩＮＶＯＵＴ２は、図１８に示す信
号Ｇ３＿１乃至Ｇ３＿Ｎ＋１のいずれかに相当する。さらに、トランジスタ９３のバック
ゲートには、電位ＢＧ２が供給される。
【０２６３】
トランジスタ９４のソース及びドレインの一方には、電位Ｇ＿ＶＥＥ３が与えられ、他方
は、トランジスタ９３のソース及びドレインの他方に電気的に接続される。電位Ｇ＿ＶＥ
Ｅ３は、任意の値の電位である。さらに、トランジスタ９４のゲートには、パルス信号Ｉ
Ｎ２が入力され、バックゲートには、電位ＢＧ２が供給される。
【０２６４】
トランジスタ９５のソース及びドレインの一方は、トランジスタ９１のソース及びドレイ
ンの他方に電気的に接続され、他方は、トランジスタ９３のゲートに電気的に接続される
。さらに、トランジスタ９５のゲートには、電源電位Ｇ＿ＶＤＤが与えられ、バックゲー
トには、電位ＢＧ１が供給される。
【０２６５】
容量素子９６の一対の電極の一方は、トランジスタ９３のゲートに電気的に接続され、他
方は、トランジスタ９３のソース及びドレインの他方に電気的に接続される。
【０２６６】
また、インバータ４２＿Ｍのパルス信号ＩＮ１としてフリップフロップ３１＿Ｍの信号Ｆ
ＦＯＵＴが入力され、インバータ５３＿Ｍのパルス信号ＩＮ２としてフリップフロップ３
１＿Ｍの信号ＧＯＵＴ２が入力される。さらに、インバータ４２＿Ｍの信号ＩＮＶＯＵＴ
１がゲート信号Ｇ２＿Ｍとなる。また、インバータ５３＿Ｍの信号ＩＮＶＯＵＴ２がゲー
ト信号Ｇ３＿Ｍとなる。
【０２６７】
また、インバータ４２＿１及び５３＿１のリセット信号ＩＮＶ＿ＲＩＮとしてクロック信
号Ｇ＿ＣＬＫ２が入力される。さらに、インバータ４２＿１を基準として、３つおきのイ
ンバータ毎にリセット信号ＩＮＶ＿ＲＩＮとしてとしてクロック信号Ｇ＿ＣＬＫ２が入力
される。
【０２６８】
また、インバータ４２＿２及び５３＿２のリセット信号ＩＮＶ＿ＲＩＮとしてクロック信
号Ｇ＿ＣＬＫ３が入力される。さらに、インバータ４２＿２を基準として、３つおきのイ
ンバータ毎にリセット信号ＩＮＶ＿ＲＩＮとしてとしてクロック信号Ｇ＿ＣＬＫ３が入力
される。
【０２６９】
また、インバータ４２＿３及び５３＿３のリセット信号ＩＮＶ＿ＲＩＮとしてクロック信
号Ｇ＿ＣＬＫ３が入力される。さらに、インバータ４２＿３を基準として、３つおきのイ
ンバータ毎にリセット信号ＩＮＶ＿ＲＩＮとしてとしてクロック信号Ｇ＿ＣＬＫ３が入力
される。
【０２７０】
また、インバータ４２＿４及び５３＿４のリセット信号ＩＮＶ＿ＲＩＮとしてクロック信
号Ｇ＿ＣＬＫ４が入力される。さらに、インバータ４２＿４を基準として、３つおきのイ
ンバータ毎にリセット信号ＩＮＶ＿ＲＩＮとしてとしてクロック信号Ｇ＿ＣＬＫ４が入力
される。
【０２７１】
以上がインバータの例の説明である。
【０２７２】
次に、図１８に示すゲートドライバの駆動方法例について、図２１のタイミングチャート
を参照して説明する。
【０２７３】
図２１に示すように、図１８に示すゲートドライバの駆動方法例では、スタートパルス信
号ＳＰのパルスが入力されることにより、ゲート信号Ｇ１＿１乃至Ｇ１＿Ｎで順次パルス
が出力され、ゲート信号Ｇ２＿１乃至Ｇ２＿Ｎで順次パルスが出力され、ゲート信号Ｇ３
＿１乃至Ｇ３＿Ｎで順次パルスが出力される。例えば、時刻Ｔ１にスタートパルス信号Ｓ
Ｐがハイレベルになると、時刻Ｔ２にゲート信号Ｇ２＿１がローレベルになり、時刻Ｔ３
にゲート信号Ｇ１＿１がハイレベルになり、時刻Ｔ４にゲート信号Ｇ３＿１がローレベル
になる。さらに、時刻Ｔ５にゲート信号Ｇ１＿１がローレベルになり、時刻Ｔ６にゲート
信号Ｇ２＿１及びＧ３＿１がハイレベルになる。
【０２７４】
以上が図１８に示すゲートドライバの駆動方法例である。
【０２７５】
次に、画素回路９１０の構成例について図２２に示す。
【０２７６】
図２２（Ａ）に示す画素回路は、発光素子９５０と、トランジスタ９５１乃至９５５と、
容量素子９５６と、を有する。なお、発光素子９５０の容量成分を容量９５７として示す
。
【０２７７】
発光素子９５０は、アノードとカソードの間に流れる電流量に応じて発光する機能を有す
る。発光素子９５０のカソードには、カソード電位（ＣＡＴＨＯＤＥともいう）が供給さ
れる。
【０２７８】
トランジスタ９５１のドレインには、アノード電位（ＡＮＯＤＥともいう）が供給される
。トランジスタ９５１は、駆動トランジスタとしての機能を有する。
【０２７９】
トランジスタ９５２のソース及びドレインの一方には、データ信号ｄａｔａが入力され、
ゲートには、ゲート信号Ｇ１が入力される。ゲート信号Ｇ１は、図１８に示すゲート信号
Ｇ１＿Ｍに相当する。
【０２８０】
トランジスタ９５３のソース及びドレインの一方には、電位Ｖ０が与えられ、他方はトラ
ンジスタ９５１のゲートに電気的に接続される。さらに、トランジスタ９５３のゲートに
は、ゲート信号Ｇ１が入力される。
【０２８１】
トランジスタ９５４のソース及びドレインの一方は、トランジスタ９５１のゲートに電気
的に接続され、トランジスタ９５４のゲートには、ゲート信号Ｇ２が入力される。ゲート
信号Ｇ２は、図１８に示すゲート信号Ｇ２＿Ｍに相当する。
【０２８２】
トランジスタ９５５のソース及びドレインの一方は、トランジスタ９５１のソースに電気
的に接続され、他方は発光素子９５０のアノードに電気的に接続される。さらに、トラン
ジスタ９５５のゲートには、ゲート信号Ｇ３が入力される。ゲート信号Ｇ３は、図１８に
示すゲート信号Ｇ３＿Ｍに相当する。
【０２８３】
容量素子９５６の一対の電極の一方は、トランジスタ９５２のソース及びドレインの他方
、トランジスタ９５４のソース及びドレインの他方に接続され、他方は、トランジスタ９
５１のソースに電気的に接続される。
【０２８４】
次に、図２２（Ａ）に示す画素回路の駆動方法例について、図２２（Ｂ）のタイミングチ
ャートを参照して説明する。
【０２８５】
図２２（Ｂ）の期間Ｔ１は、初期化期間である。期間Ｔ１では、トランジスタ９５５がオ
ン状態になり、トランジスタ９５２、９５３、９５４がオフ状態になる。
【０２８６】
このとき、トランジスタ９５１のソースの電位は、電位Ｖ０よりも低い値になる。
【０２８７】
期間Ｔ２は、しきい値取得期間である。期間Ｔ２では、トランジスタ９５２、９５３がオ
ン状態になり、トランジスタ９５４、９５５がオフ状態になる。
【０２８８】
このとき、トランジスタ９５１のゲートの電位が電位Ｖ０になり、トランジスタ９５１の
ゲートとソースの間の電圧（Ｖｇｓ９５１ともいう）がトランジスタ９５１のしきい値電
圧（Ｖｔｈ９５１）と同じ値になると、トランジスタ９５１がオフ状態になる。このとき
、トランジスタ９５１のソースの電位は、Ｖ０−Ｖｔｈ９５１となる。また、容量素子９
５６の一対の電極の一方の電位がデータ信号ｄａｔａの電位Ｖｄａｔａと同等の値になる
。
【０２８９】
期間Ｔ３は、発光期間である。期間Ｔ３では、トランジスタ９５４、９５５がオン状態に
なり、トランジスタ９５２、９５３がオフ状態になる。
【０２９０】
このとき、トランジスタ９５１のゲートの電位がＶｄａｔａと同等の値になり、Ｖｇｓ９
５１がＶｄａｔａ−Ｖｔｈ９５１＋Ｖ０となる。これにより、飽和領域のときのトランジ
スタ９５１のソースとドレインの間に流れる電流（Ｉｄｓ９５１ともいう）の値は、Ｖｔ
ｈ９５１に依存せず、Ｖｄａｔａによって決まるため、Ｖｔｈ９５１のばらつきの影響を
抑制できる。
【０２９１】
さらに、Ｉｄｓ９５１に応じて発光素子９５０が発光する。
【０２９２】
以上が画素回路の駆動方法例の説明である。
【０２９３】
次に、本実施の形態に係る半導体装置の構造例を図２３に示す。なお、本実施の形態では
、半導体装置の発光素子が上面方向に光を射出される構造であるが、これに限定されず、
下面方向に光を射出する構造又は上面及び下面方向に光を射出する構造でもよい。
【０２９４】
図２３に示す半導体装置は、ゲートドライバなどの駆動回路、電源回路が設けられる周辺
回路部９８１と、画素回路が設けられる画素部９８２と、を含む。
【０２９５】
図２３に示す半導体装置は、導電層９６２ａ及び９６２ｂと、絶縁層９６３と、半導体層
９６４ａ及び９６４ｂと、導電層９６５ａ乃至９６５ｄと、絶縁層９６６と、絶縁層９６
７と、導電層９６８ａ及び９６８ｂと、絶縁層９６９と、発光層９７０と、導電層９７１
と、着色層９７３と、絶縁層９７４、９７５、９７６と、を有する。
【０２９６】
導電層９６２ａ及び９６２ｂは、下地層９６１を挟んで基板９６０の上に設けられる。
【０２９７】
さらに、導電層９６２ａは、周辺回路部９８１に設けられる。導電層９６２ａは、例えば
ゲートドライバのトランジスタのゲート電極としての機能を有する。
【０２９８】
導電層９６２ｂは、画素部９８２に設けられる。導電層９６２ｂは、画素回路のトランジ
スタのゲート電極としての機能を有する。上記画素回路のトランジスタは、例えば図２２
（Ａ）に示す画素回路のトランジスタ９５５に相当する。
【０２９９】
導電層９６２ａ、９６２ｂは、例えば同一の導電膜の一部をエッチングすることにより設
けられる。
【０３００】
絶縁層９６３は、導電層９６２ａ、９６２ｂを挟んで下地層９６１の上に設けられる。絶
縁層９６３は、周辺回路部９８１のトランジスタのゲート絶縁層、及び画素部９８２のト
ランジスタのゲート絶縁層としての機能を有する。
【０３０１】
半導体層９６４ａは、絶縁層９６３を挟んで導電層９６２ａに重畳する領域を有する。半
導体層９６４ａは、周辺回路部９８１のトランジスタのチャネル形成層としての機能を有
する。
【０３０２】
半導体層９６４ｂは、絶縁層９６３を挟んで導電層９６２ｂに重畳する領域を有する。半
導体層９６４ｂは、画素部９８２のトランジスタのチャネル形成層としての機能を有する
。
【０３０３】
導電層９６５ａ、９６５ｂのそれぞれは、半導体層９６４ａに電気的に接続される。導電
層９６５ａは、周辺回路部９８１のトランジスタのソース電極及びドレイン電極の一方と
しての機能を有し、導電層９６５ｂは、周辺回路部９８１のトランジスタのソース電極及
びドレイン電極の他方としての機能を有する。
【０３０４】
導電層９６５ｃ、９６５ｄのそれぞれは、半導体層９６４ｂに電気的に接続される。導電
層９６５ｃは、画素部９８２のトランジスタのソース電極及びドレイン電極の一方として
の機能を有し、導電層９６５ｄは、画素部９８２のトランジスタのソース電極及びドレイ
ン電極の他方としての機能を有する。
【０３０５】
絶縁層９６６は、導電層９６５ａ乃至９６５ｄを挟んで半導体層９６４ａ、９６４ｂの上
に設けられる。絶縁層９６６は、保護層としての機能を有する。
【０３０６】
絶縁層９６７は、絶縁層９６６の上に設けられる。絶縁層９６７は、平坦化層としての機
能を有する。
【０３０７】
導電層９６８ａは、絶縁層９６６、９６７を挟んで半導体層９６４ａに重畳する。導電層
９６８ａは、周辺回路部９８１のトランジスタのバックゲート電極としての機能を有する
。
【０３０８】
導電層９６８ｂは、絶縁層９６６、９６７を貫通して設けられた開口部で導電層９６５ｄ
に電気的に接続される。導電層９６８ｂは、画素部９８２の発光素子のアノード電極とし
ての機能を有する。
【０３０９】
導電層９６８ａ、９６８ｂは、例えば同一の導電膜の一部をエッチングすることにより設
けられる。
【０３１０】
絶縁層９６９は、導電層９６８ａを挟んで絶縁層９６７の上に設けられる。
【０３１１】
発光層９７０は、絶縁層９６９を貫通して設けられた開口部で導電層９６８ｂに電気的に
接続される。
【０３１２】
導電層９７１は、発光層９７０に電気的に接続される。導電層９７１は、画素部９８２の
発光素子のカソード電極としての機能を有する。
【０３１３】
着色層９７３は、画素部９８２の基板９７２の一部に設けられる。
【０３１４】
絶縁層９７４は、着色層９７３を挟んで基板９７２の一平面に設けられる。絶縁層９７４
は、平坦化層としての機能を有する。
【０３１５】
絶縁層９７５は、絶縁層９７４の一平面に設けられる。絶縁層９７５は、保護層としての
機能を有する。
【０３１６】
絶縁層９７６は、素子が設けられた基板９６０と基板９７２を貼り合わせるための層であ
る。
【０３１７】
さらに、図２３に示す半導体装置の各構成要素について説明する。なお、各層を複数の材
料の積層により構成してもよい。
【０３１８】
基板９６０、９７２としては、例えばガラス基板又はプラスチック基板を用いることがで
きる。なお、必ずしも基板９６０、９７２を設けなくてもよい。
【０３１９】
下地層９６１としては、例えば酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層、
窒化酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層、酸化窒化アルミニウム
層、窒化酸化アルミニウム層、酸化ハフニウム層、酸化ガリウム層などを用いることがで
きる。例えば、下地層９６１としては、酸化シリコン層又は酸化窒化シリコン層などを用
いることができる。上記絶縁層がハロゲンを含んでいてもよい。なお、必ずしも下地層９
６１を設けなくてもよい。
【０３２０】
導電層９６２ａ、９６２ｂとしては、例えばモリブデン、チタン、クロム、タンタル、マ
グネシウム、銀、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、ルテニウム、又はスカン
ジウムなどの金属材料を含む層を用いることができる。また、導電層９６２ａ、９６２ｂ
としてグラフェンなどを用いてもよい。
【０３２１】
絶縁層９６３としては、上記下地層９６１として適用可能な材料の層の他、酸化ガリウム
、Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２の原子数比であるＩｎ−Ｇａ−Ｚ
ｎ系酸化物などの酸化物層を用いることができる。
【０３２２】
半導体層９６４ａ、９６４ｂとしては、例えば図１に示す制御トランジスタ１２０のチャ
ネル形成領域に適用可能な酸化物半導体の層を用いることができる。
【０３２３】
半導体層９６４ａ、９６４ｂとして酸化物半導体層を用いる場合、例えば脱水化・脱水素
化を行い、酸化物半導体層中の水素、水、水酸基、又は水素化物（水素化合物ともいう）
などの不純物を排除し、且つ酸化物半導体層に酸素を供給すると、酸化物半導体層を高純
度化させることができる。例えば、酸化物半導体層に接する層として酸素を含む層を用い
、また、加熱処理を行うことにより、酸化物半導体層を高純度化させることができる。
【０３２４】
また、形成直後の酸化物半導体層は、化学量論的組成より酸素が多い過飽和の状態である
ことが好ましい。例えば、スパッタリング法を用いて酸化物半導体層を形成する場合、成
膜ガスの酸素の占める割合が多い条件で形成することが好ましく、特に酸素雰囲気（例え
ば酸素ガス１００％）で成膜を行うことが好ましい。
【０３２５】
また、スパッタリング法を用いて酸化物半導体層を成膜する際に、基板温度を１００℃以
上５００℃以下、好ましくは２００℃以上３５０℃以下にして酸化物半導体層を成膜して
もよい。
【０３２６】
また、酸化物半導体層に十分な酸素が供給されて酸素を過飽和の状態とするために、酸化
物半導体層に接する絶縁層（絶縁層９６３、９６６）として過剰酸素を含む絶縁層を形成
してもよい。
【０３２７】
例えば、スパッタリング法を用いて膜中に酸素が多く含まれる成膜条件で絶縁膜を成膜す
ることにより、過剰酸素を含む絶縁層を形成できる。また、より多くの過剰酸素を絶縁層
に含ませたい場合には、イオン注入法やイオンドーピング法やプラズマ処理によって酸素
を添加すればよい。また、酸化物半導体層に酸素を添加してもよい。
【０３２８】
また、スパッタリング装置において、成膜室内の残留水分は、少ないことが好ましい。こ
のため、スパッタリング装置に吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。また、コー
ルドトラップを用いてもよい。
【０３２９】
また、トランジスタの作製において、加熱処理を行うことが好ましい。このときの加熱処
理の温度は、３５０℃以上基板の歪み点未満の温度、さらには、３５０℃以上４５０℃以
下であることが好ましい。なお、加熱処理を複数回行ってもよい。
【０３３０】
上記加熱処理に用いられる加熱処理装置としては、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈ
ｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置又はＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒ
ｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置などのＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎ
ｅａｌｉｎｇ）装置を用いてもよい。なお、これに限定されず、電気炉など、別の加熱処
理装置を用いてもよい。
【０３３１】
また、上記加熱処理を行った後、その加熱温度を維持しつつ、又はその加熱温度から降温
する過程で該加熱処理を行った炉と同じ炉に高純度の酸素ガス、高純度のＮ２Ｏガス、又
は超乾燥エア（露点が−４０℃以下、好ましくは−６０℃以下の雰囲気）を導入するとよ
い。このとき、酸素ガス又はＮ２Ｏガスは、水及び水素などを含まないことが好ましい。
また、加熱処理装置に導入する酸素ガス又はＮ２Ｏガスの純度は、６Ｎ以上、好ましくは
７Ｎ以上であると良い。すなわち、酸素ガス又はＮ２Ｏガス中の不純物濃度は、１ｐｐｍ
以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下であることが好ましい。この工程により、酸化物半導
体層に酸素が供給され、酸化物半導体層中の酸素欠乏に起因する欠陥を低減できる。なお
、上記高純度の酸素ガス、高純度のＮ２Ｏガス、又は超乾燥エアの導入は、上記加熱処理
時に行ってもよい。
【０３３２】
高純度化させた半導体層の水素濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳともいう）の測
定値において、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらには５×１０１８ａｔｏｍｓ
／ｃｍ３以下、さらには５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることが好ましい。
【０３３３】
導電層９６５ａ乃至９６５ｄとしては、例えばモリブデン、チタン、クロム、タンタル、
マグネシウム、銀、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、ルテニウム、又はスカ
ンジウムなどの金属材料を含む層を用いることができる。また、導電層９６５ａ乃至９６
５ｄとしてグラフェンなどを用いてもよい。
【０３３４】
絶縁層９６６としては、例えば絶縁層９６３として適用可能な材料の層を用いることがで
きる。
【０３３５】
絶縁層９６７としては、例えば絶縁層９６３として適用可能な材料の層を用いることがで
きる。
【０３３６】
導電層９６８ａ、９６８ｂとしては、例えばモリブデン、チタン、クロム、タンタル、マ
グネシウム、銀、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、ルテニウム、又はスカン
ジウムなどの金属材料を含む層を用いることができる。また、導電層９６８ａ、９６８ｂ
としては、導電性の金属酸化物を含む層を用いることもできる。導電性の金属酸化物とし
ては、例えば酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ
）、インジウム−スズ酸化物（Ｉｎ２Ｏ３―ＳｎＯ２、ＩＴＯと略記する場合がある）、
インジウム−亜鉛酸化物（Ｉｎ２Ｏ３―ＺｎＯ）などの金属酸化物、又はシリコン、酸化
シリコン、窒素を含む該金属酸化物を用いることができる。
【０３３７】
絶縁層９６９としては、例えば有機絶縁層又は無機絶縁層を用いることができる。なお、
絶縁層９６９は、隔壁ともいう。
【０３３８】
発光層９７０は、特定の色の光を呈する光を射出する層である。発光層９７０としては、
例えば特定の色を呈する光を射出する発光材料を用いた発光層を用いることができる。な
お、互いに異なる特性の色を呈する光を射出する発光層の積層を用いて発光層９７０を構
成してもよい。発光材料としては、蛍光材料又は燐光材料などのエレクトロルミネセンス
材料を用いることができる。複数のエレクトロルミネセンス材料を含む材料を用いて発光
材料を構成してもよい。例えば青色を呈する光を射出する蛍光材料の層、橙色を呈する光
を射出する第１の燐光材料の層、及び橙色を呈する光を射出する第２の燐光材料の層の積
層により、白色を呈する光を射出する発光層を構成してもよい。エレクトロルミネセンス
材料としては、有機エレクトロルミネセンス材料又は無機エレクトロルミネセンス材料を
用いることができる。上記発光層に加え、例えばホール注入層、ホール輸送層、電子輸送
層、及び電子注入層の一つ又は複数を設けて電界発光層を構成してもよい。
【０３３９】
導電層９７１としては、導電層９６８ｂに適用可能な材料の層のうち、光を透過する材料
の層を用いることができる。
【０３４０】
着色層９７３としては、例えば染料又は顔料を含み、赤色を呈する波長の光、緑色を呈す
る波長の光、又は青色を呈する波長の光を透過する層を用いることができる。また、着色
層９７３として、染料又は顔料を含み、シアン、マゼンタ、又はイエローの色を呈する光
を透過する層を用いてもよい。着色層９７３は、例えばフォトリソグラフィ法、印刷法、
又はインクジェット法、電着法、又は電子写真法などを用いて形成される。インクジェッ
ト法を用いることにより、室温で製造、低真空度で製造、又は大型基板上に製造できる。
また、レジストマスクを用いなくても製造できるため、製造コスト及び製造工程数を低減
できる。
【０３４１】
絶縁層９７４としては、例えば下地層９６１に適用可能な材料の層を用いることができる
。
【０３４２】
絶縁層９７５としては、例えば下地層９６１に適用可能な材料の層を用いることができる
。
【０３４３】
絶縁層９７６としては、例えば下地層９６１に適用可能な材料の層又は樹脂材料の層を用
いることができる。
【０３４４】
図２３を用いて説明したように、本実施の形態に係る半導体装置の一例は、発光素子とし
て特定の色の光を呈する光を射出する発光素子と、発光素子が射出する光のうち、特定の
波長を有する光を透過する着色層を含む構造である。上記構造にすることにより、作製工
程を容易にし、歩留まりを向上させることができる。例えば、メタルマスクを用いなくて
も表示素子を作製できるため、作製工程が容易になる。
【０３４５】
以上が本実施の形態に係る半導体装置の例の説明である。
【０３４６】
図１７乃至図２３を用いて説明したように、本実施の形態に係る半導体装置の一例では、
画素回路と同一基板上に駆動回路を設けてもよい。このとき、駆動回路などの回路のトラ
ンジスタの構造を、画素回路のトランジスタの構造と同じにしてもよい。単位回路と同一
基板上に駆動回路などの回路を設けることにより、単位回路及び駆動回路の接続配線の数
を低減できる。
【０３４７】
また、本実施の形態に係る半導体装置の一例では、トランジスタのバックゲートに間欠的
に電源電位を供給することにより、消費電力を低減しつつ、トランジスタのしきい値電圧
を制御できる。
【０３４８】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態２とは異なる半導体装置の例について説明する。
【０３４９】
本実施の形態に係る半導体装置の構成例について、図２４を用いて説明する。図２４は、
本実施の形態における半導体装置の構成例を示すブロック図である。
【０３５０】
図２４に示す半導体装置は、制御回路２０１１と、ビット線駆動回路２０１２と、ワード
線駆動回路２０１３と、電源回路２０１４と、複数のメモリセル（ＭＣともいう）２０５
１を備えるメモリセルアレイ２０１５と、電源供給制御スイッチ２０１６と、を有する。
【０３５１】
制御回路２０１１には、書き込み制御信号、読み出し制御信号、及びアドレス信号が入力
される。制御回路２０１１は、入力される書き込み制御信号、読み出し制御信号、及びア
ドレス信号に応じて、複数の制御信号を生成して出力する機能を有する。例えば、制御回
路２０１１は、入力されるアドレス信号に応じて行アドレス信号及び列アドレス信号を出
力する機能を有する。
【０３５２】
ビット線駆動回路２０１２には、データ信号及び列アドレス信号が入力される。ビット線
駆動回路２０１２は、列方向に配列された配線（例えばデータ線を含む）の電圧を設定す
る機能を有する。ビット線駆動回路２０１２は、例えばデコーダ及び複数のアナログスイ
ッチを備える。デコーダは、列方向に配列された配線を選択する機能を有し、複数のアナ
ログスイッチは、デコーダから入力される信号に応じてデータ信号を出力するか否かを制
御する機能を有する。なお、ビット線駆動回路２０１２に読み出し信号出力回路及び読み
出し回路を設けてもよい。読み出し信号出力回路は、読み出し選択線としての機能を有す
る配線に読み出し信号を出力する機能を有し、読み出し回路は、読み出し信号により選択
した配線に電気的に接続されたメモリセル２０５１に記憶されたデータを読み出す機能を
有する。
【０３５３】
ワード線駆動回路２０１３には、行アドレス信号が入力される。ワード線駆動回路２０１
３は、入力された行アドレス信号に従って行方向に配列された配線（例えばワード線を含
む）を選択し、選択した配線の電圧を設定する機能を有する。ワード線駆動回路２０１３
は、例えばデコーダを備える。デコーダは、入力された行アドレス信号に従って行方向に
配列された配線を選択する機能を有する。
【０３５４】
さらに、制御回路２０１１、ビット線駆動回路２０１２、ワード線駆動回路２０１３、及
び複数のメモリセル（ＭＣともいう）２０５１には、電源回路２０１４により電源電位又
は電源電圧が供給される。なお、電源回路２０１４は、メモリセル２０５１と別の基板に
形成し、配線などにより接続してもよい。
【０３５５】
さらに、メモリセル２０５１内のトランジスタのバックゲートには、電源供給制御スイッ
チ２０１６を介して電源電位が供給される。電源供給制御スイッチ２０１６の構成として
は、図１に示す電源供給制御スイッチ１０２の構成を適用できる。
【０３５６】
メモリセル２０５１は、ワード線駆動回路２０１３及びビット線駆動回路２０１２により
選択され、選択されたメモリセル２０５１では、データの書き込み又はデータの読み出し
が行われる。
【０３５７】
図２４に示す半導体装置は、制御回路に入力される信号に従って駆動回路によりメモリセ
ルを選択し、書き込み動作又は読み出し動作を行う。
【０３５８】
さらに、メモリセルアレイ２０１５の例について説明する。
【０３５９】
図２５に示すメモリセルアレイは、Ｉ行Ｊ列に配置された複数のメモリセル（記憶回路）
４００と、ビット線ＢＬ＿１乃至ＢＬ＿Ｊと、ワード線ＷＬ＿１乃至ＷＬ＿Ｉと、容量線
ＣＬ＿１乃至ＣＬ＿Ｉと、所定の値の電位が供給されるソース線ＳＬと、バックゲート線
ＢＧＬ＿１乃至ＢＧＬ＿Ｉと、を有する。
【０３６０】
図２５に示すメモリセルアレイにおいて、Ｍ（Ｍは１以上Ｉ以下の自然数）行Ｎ（Ｎは１
以上Ｊ以下の自然数）列目のメモリセル４００（メモリセル４００（Ｍ，Ｎ））は、トラ
ンジスタ４１１（Ｍ，Ｎ）と、トランジスタ４１２（Ｍ，Ｎ）と、容量素子４１３（Ｍ，
Ｎ）と、を備える。
【０３６１】
また、トランジスタ４１１（Ｍ，Ｎ）のソース及びドレインの一方は、ビット線ＢＬ＿Ｎ
に電気的に接続される。さらに、トランジスタ４１１（Ｍ，Ｎ）のゲートは、ワード線Ｗ
Ｌ＿Ｍに電気的に接続され、バックゲートは、バックゲート線ＢＧＬ＿Ｍに電気的に接続
される。
【０３６２】
そして、トランジスタ４１１（Ｍ，Ｎ）は、ｎチャネル型トランジスタであり、データの
書き込み及び保持を制御する選択トランジスタである。
【０３６３】
また、トランジスタ４１１（Ｍ，Ｎ）としては、実施の形態１に記載のオフ電流の低いト
ランジスタを用いることができる。
【０３６４】
トランジスタ４１２は、ｐチャネル型トランジスタである。トランジスタ４１２（Ｍ，Ｎ
）のソース及びドレインの一方はビット線ＢＬ＿Ｎに電気的に接続され、ソース及びドレ
インの他方はソース線ＳＬに電気的に接続されている。また、トランジスタ４１２（Ｍ，
Ｎ）のゲートは、トランジスタ４１１（Ｍ，Ｎ）のソース及びドレインの他方に電気的に
接続されている。
【０３６５】
トランジスタ４１２（Ｍ，Ｎ）は、出力するデータの電位を設定する出力トランジスタと
しての機能を有する。
【０３６６】
容量素子４１３（Ｍ，Ｎ）の一対の電極の一方は、トランジスタ４１１（Ｍ，Ｎ）のソー
ス及びドレインの他方に電気的に接続され、他方は、容量線ＣＬ＿Ｍに電気的に接続され
ている。
【０３６７】
容量素子４１３（Ｍ，Ｎ）は、データを保持する保持容量としての機能を有する。
【０３６８】
以上が図２５に示すメモリセルアレイの構成例の説明である。
【０３６９】
なお、メモリセルにトランジスタ４１２は設けられていなくてもよい。例えばメモリセル
を図２６に示す構成にしてもよい。このとき、容量線ＣＬを一つにまとめてソース線ＳＬ
の代わりとすることができる。
【０３７０】
次に、図２５のメモリセルアレイを有する図２４に示す半導体装置の駆動方法例について
説明する。ここでは、一例としてＭ行目のメモリセル４００に順次データを書き込み、そ
の後書き込まれたデータを読み出す場合について説明するが、これに限定されない。
【０３７１】
まず、Ｍ行目のメモリセル４００にデータを書き込む場合、ワード線ＷＬ＿Ｍの電位をＶ
Ｈにし、それ以外の全てのワード線ＷＬ＿ｏｔｈｅｒの電位をＶＬにする。
【０３７２】
なお、ＶＨは、例えば基準電位（例えば電源電位ＶＳＳ）より大きい値の電位（例えば
電源電位ＶＤＤ）であり、ＶＬは基準電位以下の電位である。
【０３７３】
このとき、Ｍ行目のメモリセル４００のそれぞれにおいて、トランジスタ４１１がオン状
態になり、容量素子４１３の一対の電極の一方の電位が各ビット線ＢＬの電位と同等の値
になる。
【０３７４】
その後、トランジスタ４１１がオフ状態となり、トランジスタ４１２のゲートは、浮遊状
態になり、トランジスタ４１２のゲートの電位は、保持される。このとき、バックゲート
線ＢＧＬ＿１乃至ＢＧＬ＿Ｉのそれぞれには、負電源電位−Ｖｘが供給される。これによ
り、トランジスタ４１１のしきい値電圧が制御される。
【０３７５】
上記動作を行毎に行うことにより、全てのメモリセル４００にデータを書き込むことがで
きる。
【０３７６】
また、Ｍ行目のメモリセル４００からデータを読み出す場合、全てのワード線ＷＬの電位
をＶＬにし、容量線ＣＬ＿ＭをＶＬにし、それ以外の全ての容量線ＣＬ＿ｏｔｈｅｒの電
位をＶＨにする。
【０３７７】
なお、Ｍ行目のメモリセル４００において、トランジスタ４１２のソースとドレインの間
の抵抗値は、トランジスタ４１２のゲートの電圧に応じて決まる。また、トランジスタ４
１２のソースとドレインの間に流れる電流に応じた値の電位をデータとしてメモリセル４
００から読み出すことができる。
【０３７８】
さらに、上記動作を行毎に繰り返し行うことにより、全てのメモリセル４００においてデ
ータを読み出すことができる。以上が図２４に示す半導体装置の駆動方法例の説明である
。
【０３７９】
さらに、演算処理部を備える半導体装置の例について説明する。
【０３８０】
図２７は、本実施の形態の半導体装置の構成例を示す図である。図２７（Ａ）に示す半導
体装置は、演算処理部６０１と、電源部６０２と、を有する。演算処理部６０１は、デー
タラッチ及びセレクタとしての機能を有する回路６１１と、内部クロック生成及びリセッ
ト制御の機能を有する回路６１２と、デコード部６１４と、演算制御部６１６と、レジス
タセット６２０と、演算部６２２と、アドレスバッファ６２４と、を有する。電源部６０
２は、電源回路６２６を有する。
【０３８１】
さらに、演算処理部６０１の各構成要素には電源部６０２により電源電位又は電源電圧が
供給される。例えば、演算処理部６０１内のトランジスタのバックゲートには、電源供給
制御スイッチ６２７を介して電源回路６２６から電源電位が供給される。なお、電源供給
制御スイッチ６２７は、パワーコントーラなどを用いて制御してもよい。電源供給制御ス
イッチ６２７の構成としては、図１に示す電源供給制御スイッチ１０２の構成を適用でき
る。なお、電源回路６２６は、演算処理部６０１と別の基板に形成し、配線などにより接
続してもよい。
【０３８２】
さらに、演算処理部６０１の各構成要素について説明する。
【０３８３】
回路６１１では、入力データのラッチ及び入力データの出力を制御する。
【０３８４】
回路６１２では、クロック信号の生成及びリセットのタイミングの制御を行う。
【０３８５】
デコード部６１４には、命令レジスタであるレジスタ６１５及び命令デコーダが設けられ
る。デコード部６１４は、入力された命令データのデコードを行い、命令内容を解析する
機能を有する。
【０３８６】
演算制御部６１６は、ステート生成部６１８及びレジスタ６１７を有する。さらに、ステ
ート生成部６１８には、レジスタ６１９が設けられる。ステート生成部６１８では、半導
体装置の状態を設定するための信号を生成する。
【０３８７】
レジスタセット６２０は、複数のレジスタ６２１を有する。複数のレジスタ６２１には、
プログラムカウンタ、汎用レジスタ、及び演算レジスタとして機能するレジスタが含まれ
る。レジスタセット６２０は、演算処理に必要なデータを格納する機能を有する。
【０３８８】
演算部６２２は、ＡＬＵ（Ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ  Ｌｏｇｉｃ  Ｕｎｉｔ）６２３を有す
る。演算部６２２は、ＡＬＵ６２３により入力されるデータの演算処理を行う機能を有す
る。なお、演算部６２２にもレジスタを設けてもよい。
【０３８９】
アドレスバッファ６２４は、レジスタ６２５を有する。アドレスバッファ６２４は、アド
レスデータのためのバッファゲートである。
【０３９０】
さらに、演算処理部６０１には、書き込み制御信号ＷＥ、読み出し制御信号ＲＤが入力さ
れる。また演算処理部６０１には、データバスを介して８ビットのデータが入力される。
また演算処理部６０１には、演算制御信号が入力される。
【０３９１】
演算処理部６０１からは、１６ビットアドレスデータが出力される。また演算処理部６０
１からは、バス制御信号が出力される。
【０３９２】
書き込み制御信号ＷＥ及び読み出し制御信号ＲＤは、回路６１２、演算制御部６１６、レ
ジスタセット６２０、及びアドレスバッファ６２４に入力される。８ビットのデータは、
データバスを介して、回路６１２、レジスタセット６２０及び演算部６２２に入力される
。演算制御信号は、回路６１２、及び演算制御部６１６に入力される。
【０３９３】
１６ビットアドレスデータは、アドレスバッファ６２４から出力される。またバス制御信
号は、演算制御部６１６から出力される。
【０３９４】
演算処理部６０１の各回路は、データバスの他、アドレスバス、コントロールバスを介し
て、データ、アドレス、演算制御信号の入出力を行うことができる。
【０３９５】
演算処理部６０１に設けられた各レジスタは、データ処理の際にデータを一定期間保持す
る機能を有する。
【０３９６】
さらに、１ビットのデータを保持可能なレジスタの回路構成の一例を図２７（Ｂ）に示す
。図２７（Ｂ）に示すレジスタは、フリップフロップ６５１と、不揮発性記憶回路６５２
と、セレクタ６５３と、を有する。
【０３９７】
フリップフロップ６５１には、リセット信号ＲＳＴ、クロック信号ＣＬＫ、及びデータ信
号Ｄが入力される。フリップフロップ６５１は、クロック信号ＣＬＫに従って入力される
データ信号Ｄのデータを保持し、データ信号Ｑとして出力する機能を有する。
【０３９８】
不揮発性記憶回路６５２には、書き込み制御信号ＷＥ、読み出し制御信号ＲＤ、及びデー
タ信号が入力される。
【０３９９】
不揮発性記憶回路６５２は、書き込み制御信号ＷＥに従って、入力されるデータ信号のデ
ータを記憶し、読み出し制御信号ＲＤに従って、記憶されたデータをデータ信号として出
力する機能を有する。
【０４００】
セレクタ６５３には、読み出し制御信号ＲＤに従って、データ信号Ｄ又は不揮発性記憶回
路６５２から出力されるデータ信号を選択して、フリップフロップ６５１に入力する。
【０４０１】
不揮発性記憶回路６５２には、トランジスタ６３１及び容量素子６３２が設けられている
。
【０４０２】
トランジスタ６３１は、ｎチャネル型トランジスタであり、選択トランジスタとしての機
能を有する。トランジスタ６３１のソース及びドレインの一方は、フリップフロップ６５
１の出力端子に電気的に接続されている。さらに、トランジスタ６３１のバックゲートは
、図２７（Ａ）に示す電源供給制御スイッチ６２７に電気的に接続される。トランジスタ
６３１は、書き込み制御信号ＷＥに従ってフリップフロップ６５１から出力されるデータ
信号の保持を制御する機能を有する。
【０４０３】
トランジスタ６３１としては、実施の形態１に示すオフ電流の低いトランジスタを用いる
ことができる。
【０４０４】
容量素子６３２の一対の電極の一方はトランジスタ６３１のソース及びドレインの他方に
電気的に接続され、他方には電源電位ＶＳＳが供給される。容量素子６３２は、記憶する
データ信号のデータに基づく電荷を保持する機能を有する。トランジスタ６３１のオフ電
流が非常に低いため、電源電圧の供給が停止しても容量素子６３２の電荷は保持され、デ
ータが保持される。
【０４０５】
トランジスタ６３３は、ｐチャネル型トランジスタである。トランジスタ６３３のソース
及びドレインの一方には電源電位ＶＤＤが供給され、ゲートには、読み出し制御信号ＲＤ
が入力される。
【０４０６】
トランジスタ６３４は、ｎチャネル型トランジスタである。トランジスタ６３４のソース
及びドレインの一方は、トランジスタ６３３のソース及びドレインの他方に電気的に接続
されており、ゲートには、読み出し制御信号ＲＤが入力される。
【０４０７】
トランジスタ６３５は、ｎチャネル型トランジスタである。トランジスタ６３５のソース
及びドレインの一方は、トランジスタ６３４のソース及びドレインの他方に電気的に接続
されており、ソース及びドレインの他方には、電源電位ＶＳＳが供給される。
【０４０８】
インバータ６３６の入力端子は、トランジスタ６３３のソース及びドレインの他方に電気
的に接続されている。また、インバータ６３６の出力端子は、セレクタ６５３の入力端子
に電気的に接続される。
【０４０９】
容量素子６３７の一対の電極の一方はインバータ６３６の入力端子に電気的に接続され、
他方には電源電位ＶＳＳが供給される。容量素子６３２は、インバータ６３６に入力され
るデータ信号のデータに基づく電荷を保持する機能を有する。
【０４１０】
なお、上記に限定されず、例えば相変化型メモリ（ＰＲＡＭともいう）、抵抗変化型メモ
リ（ＲｅＲＡＭともいう）、磁気抵抗型メモリ（ＭＲＡＭともいう）などを用いて不揮発
性記憶回路６５２を構成してもよい。例えば、ＭＲＡＭとしては磁気トンネル接合素子（
ＭＴＪ素子ともいう）を用いたＭＲＡＭを適用できる。
【０４１１】
次に、図２７（Ｂ）に示すレジスタの駆動方法の一例について説明する。
【０４１２】
まず、通常動作期間において、電源電圧、リセット信号ＲＳＴ、クロック信号ＣＬＫは、
レジスタに供給された状態である。このとき、セレクタ６５３は、データ信号Ｄのデータ
をフリップフロップ６５１に出力する。フリップフロップ６５１は、クロック信号ＣＬＫ
に従って入力されたデータ信号Ｄのデータを保持する。
【０４１３】
次に、電源電圧を停止する直前のバックアップ期間である期間において、書き込み制御信
号ＷＥのパルスに従って、不揮発性記憶回路６５２にデータ信号Ｄのデータを記憶させ、
データＤ＿ＨＬＤとして保持する。その後レジスタに対するクロック信号ＣＬＫの供給を
停止し、さらにその後レジスタに対するリセット信号ＲＳＴの供給を停止する。
【０４１４】
次に、電源停止期間において、レジスタに対する電源電圧の供給を停止する。このとき、
不揮発性記憶回路６５２において、トランジスタ６３１のオフ電流が低いため、データＤ
＿ＨＬＤの値が保持される。なお、電源電位ＶＤＤの代わりに接地電位ＧＮＤを供給する
ことにより、電源電圧の供給を停止するとみなすこともできる。
【０４１５】
このとき、電源供給制御スイッチ６２７を間欠的にオン状態にすることにより、トランジ
スタ６３１のバックゲートに電源電位を供給してもよい。例えば負電源電位を供給してト
ランジスタ６３１のしきい値電圧をシフトさせてトランジスタのオフ状態を維持してもよ
い。さらに、電源供給制御スイッチ６２７がオフ状態のときには、実施の形態１に示す電
源回路１０１と同様に、電源回路６２６に対する電源電圧の供給を停止させてもよい。
【０４１６】
次に、通常動作期間に戻る直前のリカバリー期間において、レジスタに対する電源電圧の
供給を再開し、その後クロック信号ＣＬＫの供給を再開し、さらにその後リセット信号Ｒ
ＳＴの供給を再開する。このとき、クロック信号ＣＬＫが供給される配線を電源電位ＶＤ
Ｄにしておき、その後クロック信号ＣＬＫの供給を再開する。さらに、読み出し制御信号
ＲＤのパルスに従って不揮発性記憶回路６５２によりデータＤ＿ＨＬＤに応じた値のデー
タ信号がセレクタ６５３に出力される。セレクタ６５３は、読み出し制御信号ＲＤのパル
スに従って上記データ信号をフリップフロップ６５１に出力する。これにより、電源停止
期間の直前の状態にフリップフロップ６５１を復帰させることができる。
【０４１７】
その後、通常動作期間において、再びフリップフロップ６５１の通常動作を行う。
【０４１８】
以上がレジスタの駆動方法例である。
【０４１９】
次に、本実施の形態の半導体装置の構造例について図２８に示す。
【０４２０】
図２８（Ａ）に示す半導体装置は、チャネル形成領域にシリコンを含むトランジスタ８０
１と、チャネル形成領域に酸化物半導体を含むトランジスタ８０２を積層し、さらに、ト
ランジスタ８０２の上に複数の配線層を積層した構造である。
【０４２１】
トランジスタ８０１は、埋め込み絶縁層を有する半導体基板に設けられる。トランジスタ
８０１は、例えば図２７（Ｂ）に示すトランジスタ６３５に相当する。
【０４２２】
トランジスタ８０２は、絶縁層に埋め込まれた導電層８１１ａと、導電層８１１ａの上に
設けられた絶縁層８１４と、絶縁層８１４を挟んで導電層８１１ａに重畳する半導体層８
１３と、半導体層８１３に電気的に接続する導電層８１５ａ、８１５ｂと、半導体層８１
３、導電層８１５ａ、８１５ｂの上に設けられた絶縁層８１６と、絶縁層８１６を挟んで
半導体層８１３に重畳する導電層８１８により構成される。このとき、導電層８１１ａは
、バックゲート電極としての機能を有する。絶縁層８１４は、ゲート絶縁層としての機能
を有する。半導体層８１３は、チャネル形成層としての機能を有する。導電層８１５ａ、
８１５ｂは、ソース電極又はドレイン電極としての機能を有する。絶縁層８１６は、ゲー
ト絶縁層としての機能を有する。導電層８１８は、ゲート電極としての機能を有する。
トランジスタ８０２は、例えば図２７（Ｂ）に示すトランジスタ６３１に相当する。
【０４２３】
絶縁層８１４は、水素などの不純物をブロックする機能を有することが好ましい。例えば
、酸化アルミニウム層、窒化シリコン層などは、水素をブロックする機能を有する。図２
８（Ａ）に示す半導体装置では、半導体層８１３が絶縁層８１４、８１６に囲まれている
ため、トランジスタ８０２に対する、外部（例えばトランジスタ８０１）から水素などの
不純物の拡散が抑制される。
【０４２４】
さらに、導電層８１５ａは、絶縁層８１４を貫通して設けられた開口部で、導電層８１１
ａと同一の導電膜により形成される導電層８１１ｂに電気的に接続され、導電層８１１ｂ
は、トランジスタ８０１のゲート電極に電気的に接続される。
【０４２５】
さらに、トランジスタ８０２の上層には、配線層８２２、８２４、８２６が順に積層して
設けられる。配線層８２２は、絶縁層に埋め込まれた配線層８２１により導電層８１５ｂ
に電気的に接続される。配線層８２４は、絶縁層に埋め込まれた配線層８２３により配線
層８２２に電気的に接続される。配線層８２６は、絶縁層に埋め込まれた配線層８２５に
より配線層８２４に電気的に接続される。例えば、配線層８２６を外部接続端子として用
いてもよい。
【０４２６】
さらに、図２８（Ｂ）に示す半導体装置は、トランジスタ８０１と、トランジスタ８０２
を積層し、さらに、トランジスタ８０１とトランジスタ８０２の間に積層された複数の配
線層を設けた構造である。さらに、図２８（Ｂ）では、端子部８０３も示す。
【０４２７】
トランジスタ８０１の上層には、配線層８３１ａ、８３３ａ、８３５ａが順に積層して設
けられる。配線層８３１ａは、トランジスタ８０１のゲート電極に電気的に接続される。
配線層８３３ａは、絶縁層に埋め込まれた配線層８３２ａにより配線層８３１ａに電気的
に接続される。配線層８３５ａは、絶縁層に埋め込まれた配線層８３４ａにより配線層８
３３ａに電気的に接続される。
【０４２８】
さらに、導電層８１５ａは、絶縁層８１４を貫通して設けられた開口部で、導電層８１１
ａと同一の導電膜により形成される導電層８１１ｂに電気的に接続され、導電層８１１ｂ
は、絶縁層に埋め込まれた配線層８３６ａにより配線層８３５ａに電気的に接続される。
【０４２９】
さらに、トランジスタ８０２の上層には、配線層８３８ａが積層して設けられる。配線層
８３８ａは、絶縁層に埋め込まれた配線層８３７ａにより導電層８１５ｂに電気的に接続
される。
【０４３０】
また、端子部８０３には、配線層８３１ａと同一の導電膜により形成される配線層８３１
ｂ、配線層８３３ａと同一の導電膜により形成される配線層８３３ｂ、配線層８３５ａと
同一の導電膜により形成される配線層８３５ｂ、導電層８１１ａと同一の導電膜により形
成される導電層８１１ｃ、導電層８１５ａと同一の導電膜により形成される導電層８１５
ｃ、配線層８３７ａと同一の導電膜により形成される配線層８３７ｂ、配線層８３８ａと
同一の導電膜により形成される配線層８３８ｂが順に積層して設けられる。配線層８３３
ｂは、絶縁層に埋め込まれ、配線層８３２ａと同一の導電膜により形成される配線層８３
２ｂにより配線層８３１ｂに電気的に接続される。配線層８３５ｂは、絶縁層に埋め込ま
れ、配線層８３４ａと同一の導電膜により形成される配線層８３４ｂにより配線層８３３
ｂに電気的に接続される。導電層８１１ｃは、絶縁層に埋め込まれ、配線層８３６ａと同
一の導電膜により形成される配線層８３６ｂにより配線層８３５ｂに電気的に接続される
。導電層８１５ｃは、絶縁層８１６を貫通して設けられた開口部で導電層８１１ｃに電気
的に接続される。配線層８３８ｂは、絶縁層に埋め込まれ、配線層８３７ａと同一の導電
膜により形成される配線層８３７ｂにより導電層８１５ｃに電気的に接続される。例えば
、配線層８３８ｂを外部接続端子として用いてもよい。
【０４３１】
さらに、各構成要素について説明する。
【０４３２】
導電層８１１ａ乃至８１１ｃ、８１８、配線層８３１ａ乃至８３８ａ、８３１ｂ乃至８３
８ｂとしては、例えば図２３に示す導電層９６２ａ、９６２ｂに適用可能な材料の層を用
いることができる。
【０４３３】
絶縁層８１４、絶縁層８１６を含む各絶縁層としては、例えば図２３に示す下地層９６１
に適用可能な材料の層を用いることができる。
【０４３４】
半導体層８１３としては、例えば図２３に示す半導体層９６４ａ、９６４ｂに適用可能な
材料の層を用いることができる。
【０４３５】
図２８に示すように、本実施の形態に係る半導体装置の一例では、異なるトランジスタを
積層させて構成することにより、回路面積を小さくできる。また、例えばＭＴＪ素子など
を用いた半導体装置では、ＭＴＪ素子を最上層に形成し、貫通配線により下層のトランジ
スタと接続しなければならないため、作製が困難であった。しかしながら、本実施の形態
に係る半導体装置の一例では、例えばあるトランジスタの直上に別のトランジスタを積層
することも可能であるため、作製が容易になる。
【０４３６】
以上が半導体装置の構造例の説明である。
【０４３７】
図２４乃至図２８を参照して説明したように、本実施の形態の半導体装置の一例では、オ
フ電流の低いトランジスタを用いて記憶回路の選択トランジスタを構成することにより、
データの保持期間を長くできる。よって、例えば電源電圧の供給を停止させた場合であっ
てもデータを保持できる。
【０４３８】
さらに、本実施の形態に係る半導体装置の一例では、電源供給制御スイッチにより、電源
回路と、選択トランジスタのバックゲートとの導通を制御し、該バックゲートに電源電位
を間欠的に供給することにより、消費電力を低減しつつ、該トランジスタのしきい値電圧
を制御できる。
【０４３９】
（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一態様である半導体装置を用いた電子機器の例について、図
２９を参照して説明する。
【０４４０】
図２９（Ａ）に示す電子機器は、携帯型情報端末の一例である。
【０４４１】
図２９（Ａ）に示す電子機器は、筐体１０１１と、筐体１０１１に設けられたパネル１０
１２と、ボタン１０１３と、スピーカー１０１４と、を具備する。
【０４４２】
なお、筐体１０１１に、外部機器に接続するための接続端子及び操作ボタンが設けられて
いてもよい。
【０４４３】
パネル１０１２は、表示パネル（ディスプレイ）である。パネル１０１２は、タッチパネ
ルの機能を有することが好ましい。
【０４４４】
ボタン１０１３は、筐体１０１１に設けられる。例えば、ボタン１０１３が電源ボタンで
あれば、ボタン１０１３を押すことにより、電子機器をオン状態にするか否かを制御する
ことができる。
【０４４５】
スピーカー１０１４は、筐体１０１１に設けられる。スピーカー１０１４は音声を出力す
る。
【０４４６】
なお、筐体１０１１にマイクが設けられていてもよい。筐体１０１１にマイクを設けられ
ることにより、例えば図２９（Ａ）に示す電子機器を電話機として機能させることができ
る。
【０４４７】
図２９（Ａ）に示す電子機器は、筐体１０１１の内部に本発明の一態様である半導体装置
を有する。
【０４４８】
図２９（Ａ）に示す電子機器は、例えば電話機、電子書籍、パーソナルコンピュータ、及
び遊技機の一つ又は複数としての機能を有する。
【０４４９】
図２９（Ｂ）に示す電子機器は、折り畳み式の情報端末の一例である。
【０４５０】
図２９（Ｂ）に示す電子機器は、筐体１０２１ａと、筐体１０２１ｂと、筐体１０２１ａ
に設けられたパネル１０２２ａと、筐体１０２１ｂに設けられたパネル１０２２ｂと、軸
部１０２３と、ボタン１０２４と、接続端子１０２５と、記録媒体挿入部１０２６と、ス
ピーカー１０２７と、を備える。
【０４５１】
筐体１０２１ａと筐体１０２１ｂは、軸部１０２３により接続される。
【０４５２】
パネル１０２２ａ及びパネル１０２２ｂは、表示パネル（ディスプレイ）である。パネル
１０２２ａ及びパネル１０２２ｂは、タッチパネルとしての機能を有することが好ましい
。
【０４５３】
図２９（Ｂ）に示す電子機器は、軸部１０２３を有するため、パネル１０２２ａとパネル
１０２２ｂを対向させて折り畳むことができる。
【０４５４】
ボタン１０２４は、筐体１０２１ｂに設けられる。なお、筐体１０２１ａにボタン１０２
４を設けてもよい。例えば、電源ボタンとしての機能を有するボタン１０２４を設けるこ
とより、ボタン１０２４を押すことで電子機器に対する電源電圧の供給を制御できる。
【０４５５】
接続端子１０２５は、筐体１０２１ａに設けられる。なお、筐体１０２１ｂに接続端子１
０２５が設けられていてもよい。また、接続端子１０２５が筐体１０２１ａ及び筐体１０
２１ｂの一方又は両方に複数設けられていてもよい。接続端子１０２５は、図２９（Ｂ）
に示す電子機器と他の機器を接続するための端子である。
【０４５６】
記録媒体挿入部１０２６は、筐体１０２１ａに設けられる。筐体１０２１ｂに記録媒体挿
入部１０２６が設けられていてもよい。また、記録媒体挿入部１０２６が筐体１０２１ａ
及び筐体１０２１ｂの一方又は両方に複数設けられていてもよい。例えば、記録媒体挿入
部にカード型記録媒体を挿入することにより、カード型記録媒体のデータを電子機器に読
み出し、又は電子機器内のデータをカード型記録媒体に書き込むことができる。
【０４５７】
スピーカー１０２７は、筐体１０２１ｂに設けられる。スピーカー１０２７は、音声を出
力する。なお、筐体１０２１ａにスピーカー１０２７を設けてもよい。
【０４５８】
なお、筐体１０２１ａ又は筐体１０２１ｂにマイクを設けてもよい。筐体１０２１ａ又は
筐体１０２１ｂにマイクが設けられることにより、例えば図２９（Ｂ）に示す電子機器を
電話機として機能させることができる。
【０４５９】
図２９（Ｂ）に示す電子機器は、筐体１０２１ａ又は筐体１０２１ｂの内部に本発明の一
態様である半導体装置を有する。
【０４６０】
図２９（Ｂ）に示す電子機器は、例えば電話機、電子書籍、パーソナルコンピュータ、及
び遊技機の一つ又は複数としての機能を有する。
【０４６１】
図２９（Ｃ）に示す電子機器は、据え置き型情報端末の一例である。図２９（Ｃ）に示す
据え置き型情報端末は、筐体１０３１と、筐体１０３１に設けられたパネル１０３２と、
ボタン１０３３と、スピーカー１０３４と、を具備する。
【０４６２】
パネル１０３２は、表示パネル（ディスプレイ）である。パネル１０３２は、タッチパネ
ルとしての機能を有することが好ましい。
【０４６３】
なお、筐体１０３１の甲板部１０３５にパネル１０３２と同様のパネルを設けてもよい。
上記パネルは、タッチパネルとしての機能を有することが好ましい。
【０４６４】
さらに、筐体１０３１に券などを出力する券出力部、硬貨投入部、及び紙幣挿入部などを
設けてもよい。
【０４６５】
ボタン１０３３は、筐体１０３１に設けられる。例えば、ボタン１０３３が電源ボタンで
あれば、ボタン１０３３を押すことで電子機器に対する電源電圧の供給を制御できる。
【０４６６】
スピーカー１０３４は、筐体１０３１に設けられる。スピーカー１０３４は、音声を出力
する。
【０４６７】
図２９（Ｃ）に示す電子機器は、筐体１０３１の内部に本発明の一態様である半導体装置
を有する。
【０４６８】
図２９（Ｃ）に示す電子機器は、例えば現金自動預け払い機、チケットなどの注文をする
ための情報通信端末（マルチメディアステーションともいう）、又は遊技機としての機能
を有する。
【０４６９】
図２９（Ｄ）は、据え置き型情報端末の一例である。図２９（Ｄ）に示す電子機器は、筐
体１０４１と、筐体１０４１に設けられたパネル１０４２と、筐体１０４１を支持する支
持台１０４３と、ボタン１０４４と、接続端子１０４５と、スピーカー１０４６と、を備
える。
【０４７０】
なお、筐体１０４１に外部機器に接続させるための接続端子を設けてもよい。
【０４７１】
パネル１０４２は、表示パネル（ディスプレイ）としての機能を有する。
【０４７２】
ボタン１０４４は、筐体１０４１に設けられる。例えば、ボタン１０４４が電源ボタンで
あれば、ボタン１０４４を押すことで電子機器に対する電源電圧の供給を制御できる。
【０４７３】
接続端子１０４５は、筐体１０４１に設けられる。接続端子１０４５は、図２９（Ｄ）に
示す電子機器と他の機器を接続するための端子である。例えば、接続端子１０４５により
図２９（Ｄ）に示す電子機器とパーソナルコンピュータを接続すると、パーソナルコンピ
ュータから入力されるデータ信号に応じた画像をパネル１０４２に表示させることができ
る。例えば、図２９（Ｄ）に示す電子機器のパネル１０４２が接続する他の電子機器のパ
ネルより大きければ、当該他の電子機器の表示画像を拡大することができ、複数の人が同
時に視認しやすくなる。
【０４７４】
スピーカー１０４６は、筐体１０４１に設けられる。スピーカー１０４６は、音声を出力
する。
【０４７５】
図２９（Ｄ）に示す電子機器は、筐体１０４１の内部に本発明の一態様である半導体装置
を有する。
【０４７６】
図２９（Ｄ）に示す電子機器は、例えば出力モニタ、パーソナルコンピュータ、及びテレ
ビジョン装置の一つ又は複数としての機能を有する。
【０４７７】
図２９（Ｅ）は、電気冷凍冷蔵庫の一例である。図２９（Ｅ）に示す電子機器は、筐体１
０５１と、冷蔵室用扉１０５２と、冷凍室用扉１０５３と、を備える。
【０４７８】
図２９（Ｅ）に示す電子機器は、筐体１０５１の内部に本発明の一態様である半導体装置
を有する。上記構成にすることにより、例えば、冷蔵室用扉１０５２及び冷凍室用扉１０
５３の開閉に従って、筐体１０５１内の半導体装置に対する電源電圧の供給を制御できる
。
【０４７９】
図２９（Ｆ）は、エアコンディショナーの一例である。図２９（Ｆ）に示す電子機器は、
室内機１０６０及び室外機１０６４により構成される。
【０４８０】
室内機１０６０は、筐体１０６１と、送風口１０６２と、を備える。
【０４８１】
図２９（Ｆ）に示す電子機器は、筐体１０６１の内部に本発明の一態様である半導体装置
を有する。上記構成にすることにより、例えば、リモートコントローラからの信号に従っ
て、筐体１０６１内の半導体装置に対する電源電圧の供給を制御できる。
【０４８２】
なお、図２９（Ｆ）では、室内機と室外機で構成されるセパレート型のエアコンディショ
ナーを例示しているが、室内機の機能と室外機の機能とを１つの筐体に有するエアコンデ
ィショナーであってもよい。
【０４８３】
なお、これに限定されず、電子レンジなどの高周波加熱装置、又は電気炊飯器などにも本
発明の一態様である半導体装置を適用できる。
【０４８４】
以上が図２９に示す電子機器の例の説明である。
【０４８５】
図２９を参照して説明したように、本実施の形態に係る電子機器では、本発明の一態様で
ある半導体装置を用いることにより、消費電力を低くできる。
【符号の説明】
【０４８６】
３０    シフトレジスタ
３１    フリップフロップ
４２    インバータ
５３    インバータ
６１    トランジスタ
６２    トランジスタ
６３    トランジスタ
６４    トランジスタ
６５    トランジスタ
６６    トランジスタ
６７    トランジスタ
６８    トランジスタ
６９    トランジスタ
７０    トランジスタ
７１    トランジスタ
７２    トランジスタ
７３    トランジスタ
７４    トランジスタ
７５    トランジスタ
７６    容量素子
８１    トランジスタ
８２    トランジスタ
８３    トランジスタ
８４    トランジスタ
８５    トランジスタ
８６    容量素子
９１    トランジスタ
９２    トランジスタ
９３    トランジスタ
９４    トランジスタ
９５    トランジスタ
９６    容量素子
１００    機能回路
１０１    電源回路
１０２    電源供給制御スイッチ
１０４    スイッチ
１０５    パルス出力回路
１０６    クロック供給制御スイッチ
１１０    トランジスタ
１２０    制御トランジスタ
２００    シフトレジスタ
２０１    フリップフロップ
２１１    トランジスタ
２１２    トランジスタ
２２０    論理回路
２３１    トランジスタ
２３２    トランジスタ
２４０    センサ素子
２４１    増幅トランジスタ
２４２    選択トランジスタ
２６０    発光素子
２６１    駆動トランジスタ
２６２    選択トランジスタ
２６３    保持容量
３１１ａ    ダイオード
３１１ｂ    ダイオード
３１２ａ    容量素子
３１２ｂ    容量素子
３１３ａ    容量素子
３１３ｂ    容量素子
３２１ａ    トランジスタ
３２１ｂ    トランジスタ
３２２ａ    容量素子
３２２ｂ    容量素子
３２３ａ    トランジスタ
３２３ｂ    トランジスタ
３２４ａ    トランジスタ
３２４ｂ    トランジスタ
３２５ａ    トランジスタ
３２５ｂ    トランジスタ
３２６ａ    容量素子
３２６ｂ    容量素子
３３１ａ    トランジスタ
３３１ｂ    トランジスタ
３３２ａ    トランジスタ
３３２ｂ    トランジスタ
３３３ａ    トランジスタ
３３３ｂ    トランジスタ
３３４ａ    トランジスタ
３３４ｂ    トランジスタ
３３５ａ    容量素子
３３５ｂ    容量素子
３３６ａ    容量素子
３３６ｂ    容量素子
３４１ａ    トランジスタ
３４１ｂ    トランジスタ
３４２ａ    ダイオード
３４２ｂ    ダイオード
３４３ａ    誘導素子
３４３ｂ    誘導素子
３４４ａ    容量素子
３４４ｂ    容量素子
３６１    トランジスタ
３６２    容量素子
３６３    トランジスタ
３６４    トランジスタ
３６５    トランジスタ
３６６    トランジスタ
３６７    トランジスタ
３６８    トランジスタ
３６９    容量素子
３７０    容量素子
４００    メモリセル
４１１    トランジスタ
４１２    トランジスタ
４１３    容量素子
６０１    演算処理部
６０２    電源部
６１１    回路
６１２    回路
６１４    デコード部
６１５    レジスタ
６１６    演算制御部
６１７    レジスタ
６１８    ステート生成部
６１９    レジスタ
６２０    レジスタセット
６２１    レジスタ
６２２    演算部
６２３    ＡＬＵ
６２４    アドレスバッファ
６２５    レジスタ
６２６    電源回路
６２７    電源供給制御スイッチ
６３１    トランジスタ
６３２    容量素子
６３３    トランジスタ
６３４    トランジスタ
６３５    トランジスタ
６３６    インバータ
６３７    容量素子
６５１    フリップフロップ
６５２    不揮発性記憶回路
６５３    セレクタ
８０１    トランジスタ
８０２    トランジスタ
８０３    端子部
８１１ａ    導電層
８１１ｂ    導電層
８１１ｃ    導電層
８１３    半導体層
８１４    絶縁層
８１５ａ    導電層
８１５ｂ    導電層
８１５ｃ    導電層
８１６    絶縁層
８１８    導電層
８２１    配線層
８２２    配線層
８２３    配線層
８２４    配線層
８２５    配線層
８２６    配線層
８３１ａ    配線層
８３１ｂ    配線層
８３２ａ    配線層
８３２ｂ    配線層
８３３ａ    配線層
８３３ｂ    配線層
８３４ａ    配線層
８３４ｂ    配線層
８３５ａ    配線層
８３５ｂ    配線層
８３６ａ    配線層
８３６ｂ    配線層
８３７ａ    配線層
８３７ｂ    配線層
８３８ａ    配線層
８３８ｂ    配線層
９０１    ソースドライバ
９０２    ゲートドライバ
９０３    電源回路
９１０    画素回路
９２１    電源供給制御スイッチ
９２２    電源供給制御スイッチ
９５０    発光素子
９５１    トランジスタ
９５２    トランジスタ
９５３    トランジスタ
９５４    トランジスタ
９５５    トランジスタ
９５６    容量素子
９５７    容量
９６０    基板
９６１    下地層
９６２ａ    導電層
９６２ｂ    導電層
９６３    絶縁層
９６４ａ    半導体層
９６４ｂ    半導体層
９６５ａ    導電層
９６５ｂ    導電層
９６５ｃ    導電層
９６５ｄ    導電層
９６６    絶縁層
９６７    絶縁層
９６８ａ    導電層
９６８ｂ    導電層
９６９    絶縁層
９７０    発光層
９７１    導電層
９７２    基板
９７３    着色層
９７４    絶縁層
９７５    絶縁層
９７６    絶縁層
９８１    周辺回路部
９８２    画素部
１０１１    筐体
１０１２    パネル
１０１３    ボタン
１０１４    スピーカー
１０２１ａ    筐体
１０２１ｂ    筐体
１０２２ａ    パネル
１０２２ｂ    パネル
１０２３    軸部
１０２４    ボタン
１０２５    接続端子
１０２６    記録媒体挿入部
１０２７    スピーカー
１０３１    筐体
１０３２    パネル
１０３３    ボタン
１０３４    スピーカー
１０３５    甲板部
１０４１    筐体
１０４２    パネル
１０４３    支持台
１０４４    ボタン
１０４５    接続端子
１０４６    スピーカー
１０５１    筐体
１０５２    冷蔵室用扉
１０５３    冷凍室用扉
１０６０    室内機
１０６１    筐体
１０６２    送風口
１０６４    室外機
２０１１    制御回路
２０１２    ビット線駆動回路
２０１３    ワード線駆動回路
２０１４    電源回路
２０１５    メモリセルアレイ
２０１６    電源供給制御スイッチ
２０５１    メモリセル
【図１】
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【図２】
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【図３】
2020102642.tif 000005
【図４】
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【図５】
2020102642.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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