(57)【要約】【課題】不揮発性メモリの動作が正常に行うことができ、かつＰ−ステート機能による省電力化が行える半導体装置、およびその駆動方法を提供する。【解決手段】プロセッサコアの駆動電圧およびクロック周波数を含むステートを制御する第１の回路と、ステートの情報を記憶する第１の記憶回路および第２の記憶回路と、第１の回路と電気的に接続された、電源を生成する第２の回路およびクロックを生成する第３の回路と、第２の回路および第３の回路とスイッチを介して電気的に接続されたプロセッサコアを有し、プロセッサコアには、揮発性メモリと、該揮発性メモリとデータの授受を行う不揮発性メモリが含まれた構成とする。【選択図】図１
2020004473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のメモリと、第２のメモリと、を有し、
前記第１のメモリは、フリップフロップ回路を有し、
前記第２のメモリは、第１のトランジスタと、容量素子と、を有する半導体装置であって、
電源電圧及びクロック信号の前記半導体装置への供給が遮断される前に、前記第１のメモリに保持されているデータを前記第２のメモリに退避させる機能を有し、
前記第１のメモリに保持されている前記データを前記第２のメモリに退避させるとき、前記電源電圧を高くする機能を有する半導体装置。
【請求項２】
第１のメモリと、第２のメモリと、を有し、
前記第１のメモリは、フリップフロップ回路を有し、
前記第２のメモリは、第１のトランジスタと、容量素子と、を有する半導体装置であって、
電源電圧及びクロック信号の前記半導体装置への供給が遮断される前に、前記第１のメモリに保持されているデータを前記第２のメモリに退避させる機能を有し、
前記第１のメモリに保持されている前記データを前記第２のメモリに退避させるとき、前記電源電圧を高くする機能と、前記クロック信号の周波数を低くする機能と、を有する半導体装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記第１のトランジスタは、チャネル形成領域に酸化物半導体を含む半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置、およびその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロセッサなどの半導体装置は、多種多様な構成を有する信号処理回路を含んでいるが、
一般的に、レジスタやキャッシュメモリなど、各種の記憶装置を有している。レジスタは
、演算処理やプログラムの実行状態の保持などのために一時的にデータを保持する役割を
有する。また、キャッシュメモリは、演算回路とメインメモリの間に介在し、低速なメイ
ンメモリへのアクセスを減らして演算処理を高速化させる役割を有している。
【０００３】
レジスタやキャッシュメモリ等の記憶装置は、メインメモリよりも読み書きが高速でなけ
ればならない。よって、通常は、レジスタとしてフリップフロップが、キャッシュメモリ
としてＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等が用い
られる。これらのレジスタ、キャッシュメモリ等は、電源電位の供給が途絶えるとデータ
を消失してしまう揮発性の記憶装置である。
【０００４】
一方、消費電力を抑えるため、データの入出力が行われない期間において信号処理回路へ
の電源電圧の供給を一時的に停止するという方法が提案されている。例えば、レジスタ、
キャッシュメモリ等の揮発性の記憶装置に格納されているデータを周辺に形成した不揮発
性の記憶装置に格納し、電源電位の供給を停止する間もデータを保持する方法が特許文献
１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−０７８８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
プロセッサの消費電力を抑える一手段として、処理の規模に応じて駆動電圧や周波数条件
を変更するパフォーマンスステート（Ｐ−ステート）と呼ばれる機能がある。一般的には
、プロセッサにおいて、高速な処理が必要な場合には駆動電圧や周波数を高くし、高速な
処理が不要な場合には駆動電圧や周波数を低くして消費電力を抑える。
【０００７】
このＰ−ステート機能による省電力化と、前述した不揮発性メモリを利用した省電力化を
組み合わせることで、さらに高い省電力効果を得ることができる。しかしながら、Ｐ−ス
テート機能により駆動電圧や周波数を変動させると、不揮発性メモリへの書き込み動作、
または読み出し動作に異常を誘発させてしまうことがある。例えば、駆動電圧が低い場合
や周波数が高い場合は、不揮発性メモリへの正常な書き込みが行えないことがある。
【０００８】
したがって、本発明の一態様は、不揮発性メモリの動作が正常に行うことができ、かつＰ
−ステート機能による省電力化が行える半導体装置を提供することを目的の一つとする。
また、当該半導体装置の駆動方法を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、不揮発性メモリとして動作するメモリを有する半導体装置において、
Ｐ−ステート機能を有効にした状態でも当該メモリを正常に動作させることができる半導
体装置、およびその駆動方法に関する。
【００１０】
本発明の一態様は、プロセッサコアの駆動電圧およびクロック周波数を含むステートを制
御する第１の回路と、ステートの情報を記憶する第１の記憶回路および第２の記憶回路と
、第１の回路と電気的に接続された、電源を生成する第２の回路およびクロックを生成す
る第３の回路と、第２の回路および第３の回路とスイッチを介して電気的に接続されたプ
ロセッサコアを有し、プロセッサコアには、第１のメモリと、該第１のメモリとデータの
授受を行う第２のメモリが含まれていることを特徴とする半導体装置である。
【００１１】
なお、本明細書等における「第１」、「第２」などの序数詞は、構成要素の混同を避ける
ために付すものであり、数的に限定するものではないことを付記する。
【００１２】
上記第１の記憶回路には、プロセッサコアに供給されている駆動電圧およびクロック周波
数を含むステート情報を格納することができる。
【００１３】
また、上記第２の記憶回路には、第１の回路がオフ動作要求を受ける前のプロセッサコア
に供給されていた駆動電圧およびクロック周波数を含むステート情報を格納することがで
きる。
【００１４】
上記、第１の回路、スイッチ、およびプロセッサコアはパワーゲーティング回路と電気的
に接続されている構成であってもよい。
【００１５】
また、上記、プロセッサコア、第１の回路、第２の回路、およびスイッチは、それぞれが
複数である構成であってもよい。
【００１６】
また、上記第２のメモリは、チャネル形成領域が酸化物半導体で形成されたトランジスタ
を有することが好ましい。
【００１７】
また、本発明の他の一態様は、プロセッサコアを第１のステートで動作し、オフ動作にお
いて、第１のステートを維持、または第２のステートに変更し、プロセッサコアが有する
第１のメモリからデータを読み出し、プロセッサコアが有する第２のメモリにデータを書
き込み、プロセッサコアの電源をオフし、オン動作において、オフ動作におけるステート
を維持、または第３のステートに変更し、プロセッサコアの電源をオンし、第２のメモリ
からデータを読み出し、第１のメモリにデータを書き込み、ステートを第１のステートに
変更することを特徴とする半導体装置の駆動方法である。
【００１８】
上記オフ動作おいて、第１のステートを維持するか、第２のステートに変更するかの判断
を行ってもよい。
【００１９】
上記オン動作おいて、オフ動作におけるステートを維持するか、第３のステートに変更す
るかの判断を行ってもよい。
【００２０】
また、上記第１のステートは、オフ動作要求を受ける前のプロセッサコアの動作時におけ
る駆動電圧およびクロック周波数の条件を含む。
【００２１】
また、第２のステートは、プロセッサコアが有する第２のメモリに正常にデータを書き込
める駆動電圧およびクロック周波数の条件を含む。
【００２２】
また、第３のステートは、プロセッサコアが有する第２のメモリから正常にデータを読み
出せる駆動電圧およびクロック周波数の条件を含む。
【００２３】
また、本発明の他の一態様は、プロセッサコアに供給されている駆動電圧およびクロック
周波数を含む第１のステート情報を第１の記憶装置に格納し、オフ動作において、ステー
トを制御する第１の回路がオフ動作要求を受け取り、第１のステート情報を第２の記憶装
置に格納し、第１の記憶装置に格納されている第１のステート情報を第２のステート情報
に書き換え、第２のステート情報に従って、プロセッサコアの駆動電圧およびクロック周
波数を切り替え、第１の回路がパワーゲーティング回路にオフ動作を要求し、プロセッサ
コアが有する第１のメモリに格納されているデータを読み出し、プロセッサコアが有する
第２のメモリにデータを書き込み、電源を生成する第２の回路およびクロックを生成する
第３の回路とプロセッサコアとの電気的接続を遮断し、オン動作において、第１の回路が
オン動作要求を受け取り、第１の記憶装置に格納されている第２のステート情報を第３の
ステート情報に書き換え、第３のステート情報に従って、プロセッサコアの駆動電圧およ
びクロック周波数を切り替え、第１の回路がパワーゲーティング回路にオン動作を要求し
、第２の回路および第３の回路とプロセッサコアとの電気的接続を復帰し、第２のメモリ
に格納されているデータを読み出し、第１のメモリにデータを書き込み、第１の記憶装置
に格納されている第３のステート情報を第２の記憶装置に格納されている第１のステート
情報に書き換え、第１のステート情報に従って、プロセッサコアの駆動電圧およびクロッ
ク周波数の切り替えることを特徴とする半導体装置の駆動方法である。
【００２４】
また、本発明の他の一態様は、プロセッサコアに供給されている駆動電圧およびクロック
周波数を含む第１のステート情報を第１の記憶装置に格納し、オフ動作において、ステー
トを制御する第１の回路がオフ動作要求を受け取り、第１のステート情報を第２の記憶装
置に格納し、第１の回路が第１の記憶装置から第１のステート情報を読み出し、第１のス
テートでプロセッサコアが有する第２のメモリに、プロセッサコアが有する第１のメモリ
に格納されているデータを正常に書き込めるか否かを判断し、第２のメモリに正常にデー
タを書き込める場合は、第１の回路がパワーゲーティング回路にオフ動作を要求し、第１
のメモリに格納されているデータを読み出し、第２のメモリにデータを書き込み、電源を
生成する第２の回路およびクロックを生成する第３の回路とプロセッサコアとの電気的接
続を遮断し、第２のメモリに正常にデータを書き込めない場合は、第１の記憶装置に格納
されている第１のステート情報を第２のステート情報に書き換え、第２のステート情報に
従って、プロセッサコアの駆動電圧およびクロック周波数を切り替え、第１の回路がパワ
ーゲーティング回路にオフ動作を要求し、第１のメモリに格納されているデータを読み出
し、第２のメモリにデータを書き込み、電源を生成する第２の回路およびクロックを生成
する第３の回路とプロセッサコアとの電気的接続を遮断し、オン動作において、第１の回
路がオン動作要求を受け取り、第１の回路が第１の記憶装置に格納されている第１のステ
ート情報または第２のステート情報を読み出し、当該ステートでプロセッサコアが有する
第２のメモリから正常にデータが読み込めるか否かを判断し、第２のメモリから正常にデ
ータが読み込める場合には、第１の回路がパワーゲーティング回路にオン動作を要求し、
第２の回路および第３の回路とプロセッサコアとの電気的接続を復帰し、第２のメモリに
格納されているデータを読み出し、第１のメモリにデータを書き込み、第１の記憶装置に
格納されているステート情報を第２の記憶装置に格納されている第１のステート情報に書
き換え、第１のステート情報に従って、プロセッサコアの駆動電圧およびクロック周波数
の切り替え、第２のメモリから正常にデータが読み込めない場合には、第１の記憶装置に
格納されている第１または第２のステート情報を第３のステート情報に書き換え、第３の
ステート情報に従って、プロセッサコアの駆動電圧およびクロック周波数を切り替え、第
１の回路がパワーゲーティング回路にオン動作を要求し、第２の回路および第３の回路と
プロセッサコアとの電気的接続を復帰し、第２のメモリに格納されているデータを読み出
し、第１のメモリにデータを書き込み、第１の記憶装置に格納されているステート情報を
第２の記憶装置に格納されている第１のステート情報に書き換え、第１のステート情報に
従って、プロセッサコアの駆動電圧およびクロック周波数の切り替えることを特徴とする
半導体装置の駆動方法である。
【００２５】
上記第３のステート情報は、プロセッサコアが有する第２のメモリから正常にデータを読
み出せる駆動電圧およびクロック周波数に関する情報を含む。
【００２６】
また、本発明の他の一態様は、プロセッサコアに供給されている駆動電圧およびクロック
周波数を含む第１のステート情報を第１の記憶装置に格納し、オフ動作において、ステー
トを制御する第１の回路がオフ動作要求を受け取り、第１のステート情報を第２の記憶装
置に格納し、第１の回路が第１の記憶装置から第１のステート情報を読み出し、第１のス
テートでプロセッサコアが有する第２のメモリに、プロセッサコアが有する第１のメモリ
に格納されているデータを正常に書き込めるか否かを判断し、第２のメモリに正常にデー
タを書き込める場合は、第１の回路がパワーゲーティング回路にオフ動作を要求し、第１
のメモリに格納されているデータを読み出し、第２のメモリにデータを書き込み、電源を
生成する第２の回路およびクロックを生成する第３の回路とプロセッサコアとの電気的接
続を遮断し、第２のメモリに正常にデータを書き込めない場合は、第１の記憶装置に格納
されている第１のステート情報を第２のステート情報に書き換え、第２のステート情報に
従って、プロセッサコアの駆動電圧およびクロック周波数を切り替え、第１の回路がパワ
ーゲーティング回路にオフ動作を要求し、第１のメモリに格納されているデータを読み出
し、第２のメモリにデータを書き込み、電源を生成する第２の回路およびクロックを生成
する第３の回路とプロセッサコアとの電気的接続を遮断し、オン動作において、第１の回
路がオン動作要求を受け取り、第１の回路がパワーゲーティング回路にオン動作を要求し
、第２の回路および第３の回路とプロセッサコアとの電気的接続を復帰し、第２のメモリ
に格納されているデータを読み出し、第１のメモリにデータを書き込み、第１の記憶装置
に格納されているステート情報を第２の記憶装置に格納されている第１のステート情報に
書き換え、第１のステート情報に従って、プロセッサコアの駆動電圧およびクロック周波
数の切り替えることを特徴とする半導体装置の駆動方法である。
【００２７】
上記第１のステート情報は、オフ動作要求を受ける前のプロセッサコアの動作における駆
動電圧およびクロック周波数に関する情報を含む。
【００２８】
また、上記第２のステート情報は、プロセッサコアが有する第２のメモリに正常にデータ
を書き込める駆動電圧およびクロック周波数に関する情報を含む。
【００２９】
上記それぞれの態様の半導体装置の駆動方法におけるオフ動作またはオン動作においては
、プロセッサコアを選択する手段が含まれていてもよい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の一態様を用いることにより、不揮発性メモリとして動作するメモリを有する半導
体装置において、Ｐ−ステート機能を有効にした状態でも当該メモリを正常に動作させる
ことができる。また、当該メモリを有する半導体装置をＰ−ステート機能を有効にして動
作させることにより、該半導体装置を低消費電力化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】半導体装置を説明するブロック図。
【図２】半導体装置の動作を説明するフローチャート。
【図３】半導体装置の動作を説明するフローチャート。
【図４】半導体装置の動作を説明するフローチャート。
【図５】半導体装置の動作を説明するフローチャート。
【図６】半導体装置の動作を説明するフローチャート。
【図７】記憶装置を説明する回路図。
【図８】記憶装置の動作を示すタイミングチャート。
【図９】記憶装置の構成を示す断面図。
【図１０】トランジスタの構成を示す断面図。
【図１１】ＣＰＵのブロック図。
【図１２】電子機器を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
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、その形態およ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。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈さ
れるものではない。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部分または同
様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略することがある
。
【００３３】
なお、本発明は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等のプロ
セッサ、画像処理回路、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）
、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、マイク
ロコントローラなどの集積回路や、ＲＦタグ、半導体表示装置等、記憶装置などを有する
半導体装置を、その範疇に含む。
【００３４】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様における半導体装置の構成および駆動方法について説
明する。
【００３５】
プロセッサの消費電力を抑える一手段として、プロセッサが有するレジスタ、キャッシュ
メモリ等の揮発性の記憶装置に格納されているデータを周辺に形成した不揮発性の記憶装
置に格納し、該レジスタ、該キャッシュメモリを含む信号処理回路への電源電圧の供給を
一時的に停止する方法がある。データの入出力が行われない期間において信号処理回路へ
の電源電圧の供給を遮断するため、プロセッサの処理能力を大きく低下させることなく、
低消費電力化することができる。
【００３６】
なお、本明細書において不揮発性とは、電源を遮断しても記憶されているデータが揮発し
ないと見なされる性質を指し、揮発性とは、電源遮断により記憶されているデータが瞬時
に揮発する性質を指す。
【００３７】
上記不揮発性メモリには、例えば、オフ電流の著しく小さいトランジスタにより容量素子
やフローティングノードへの電荷の供給、保持、放出が制御される記憶素子、ＭＴＪ素子
（磁気トンネル接合素子）を用いた記憶素子、強誘電体を用いた記憶素子、抵抗変化型素
子を用いた記憶素子などを用いることができる。
【００３８】
また、プロセッサの消費電力を抑える他の一手段として、処理の規模に応じて駆動電圧や
周波数条件を変更するパフォーマンスステート（Ｐ−ステート）と呼ばれる機能がある。
Ｐ−ステートは、例えば、Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２などの表記で示され、数字が大きいほど、よ
り低いクロック周波数、より低い電源電圧でプロセッサが動作することを意味している。
つまり、Ｐ−ステートの数値が大きいほど、プロセッサの消費電力が小さくなる。なお、
複数のコアを有するプロセッサでは、コア毎に異なるＰ−ステートを割り当て、効率良く
省電力化することもできる。
【００３９】
上述した不揮発性メモリを有する構成でプロセッサを形成し、Ｐ−ステート機能を用いて
動作させれば、より低消費電力化できることが期待される。しかしながら、Ｐ−ステート
機能により駆動電圧や周波数を変動させると、不揮発性メモリへの書き込み動作、または
読み出し動作に異常を誘発させてしまうことがある。
【００４０】
例えば、不揮発性メモリの記憶ノードＭ２に容量素子を用いる場合、該容量素子に”Ｈｉ
ｇｈ”を書き込む（充電する）電圧を電源電圧とすると、小さい電源電圧のＰ−ステート
では正常に書き込みができない場合がある。つまり、一定以上の電圧で書き込みを行わな
いと、”Ｌｏｗ”との違いを判断できなくなってしまう。
【００４１】
また、不揮発性メモリからの読み出しにおいて、電源電圧でノードＭ１をプリチャージし
、ノードＭ１を記憶ノードＭ２に書き込まれたデータに従って放電させ、ノードＭ１の電
位を利用して”Ｈｉｇｈ”、”Ｌｏｗ”を判断する構成では次の問題がある。例えば、電
源電圧の比較的低いＰ−ステートで記憶ノードＭ２へ”Ｈｉｇｈ”の書き込みを行った後
、電源電圧が比較的高いＰ−ステートに変更すると、読み出し時において高い電圧でノー
ドＭ１をプリチャージすることになるため、ノードＭ１を十分に放電することができなく
なり、”Ｈｉｇｈ”、”Ｌｏｗ”の判断ができなくなってしまう。
【００４２】
また、記憶ノードＭ２への書き込み（充電量）を制御するスイッチ（例えばトランジスタ
）の性能によっては、クロック周波数が速いＰ−ステートでは十分に記憶ノードＭ２を充
電することができず、正常に書き込みができない場合がある。
【００４３】
つまり、不揮発性メモリには、書き込みまたは読み出しに対して、適切な電源電圧やクロ
ック周波数があるため、Ｐ−ステートを変更する場合には、不揮発性メモリへの書き込み
、または読み出しに対して、異常を生じさせない対処が必要である。本発明の一態様は上
記問題を顧みて創出されたものであり、以下にその詳細を説明する。
【００４４】
図１は、本発明の一態様における半導体装置の一例を説明するブロック図である。半導体
装置１００は、第１の記憶装置１１１および第２の記憶装置１１２を含むステート制御回
路１１０、電源生成回路１２０、クロック生成回路１３０、パワーゲーティング回路１４
０、プロセッサコア１５１、１５２、１５３、キャッシュメモリ１６０を有する。なお、
プロセッサコアの数は任意である。また、図示していないが、各プロセッサコアは揮発性
メモリで構成されるレジスタやキャッシュメモリ、および該揮発性メモリとデータの授受
を行うことのできる不揮発性メモリを有している。なお、キャッシュメモリは、プロセッ
サコアの内外を問わず、複数が設けられていても良い。
【００４５】
ステート制御回路１１０は電源生成回路１２０およびクロック生成回路１３０と電気的に
接続され、プロセッサコア１５１、１５２、１５３の駆動電圧（電源電圧）およびクロッ
ク周波数を制御する。また、ステート制御回路１１０はパワーゲーティング回路１４０と
電気的に接続され、プロセッサコア１５１、１５２、１５３に供給する電源電圧および動
作周波数を含むステート情報の授受を行う。ステート情報は、ステート制御回路１１０に
設けられた第１の記憶装置１１１および第２の記憶装置１１２に格納することができる。
なお、第１の記憶装置１１１および第２の記憶装置１１２は、ステート制御回路１１０の
外部に設けられていてもよい。
【００４６】
電源生成回路１２０およびクロック生成回路１３０は、それぞれスイッチ１７０を介して
プロセッサコア１５１、１５２、１５３と電気的に接続され、プロセッサコア１５１、１
５２、１５３に電源電圧およびクロックを供給する。スイッチ１７０はパワーゲーティン
グ回路１４０で制御される。なお、電源生成回路１２０、クロック生成回路１３０および
スイッチ１７０を複数有し、プロセッサコア毎にオンオフ制御や異なる電源電圧およびク
ロックを供給できる構成であってもよい。
【００４７】
プロセッサコア１５１、１５２、１５３はバスライン１８０と電気的に接続されており、
キャッシュメモリ１６０を始め、様々な周辺装置と命令、アドレス、データなどの授受を
行う。また、プロセッサコア１５１、１５２、１５３はバスライン１８０を通じてパワー
ゲーティング回路１４０と電気的に接続されており、プロセッサコア毎のパワーゲーティ
ング制御を行うこともできる。
【００４８】
なお、半導体装置１００は上述した構成に限らず、図１に図示された回路の一部が省かれ
た構成、いくつかの回路が統合された構成、または他の回路が付加された構成であっても
よい。また、各回路は１チップ上に形成された構成に限らず、複数のチップ上に構成され
、バスラインや専用の信号線、電源線で電気的に接続されていてもよい。また、一部の回
路の機能をソフトウェアに置き換えた構成であってもよい。
【００４９】
次に、前述した問題を解決するための半導体装置の駆動方法の詳細を説明する。具体的に
前述した問題を解決するには、不揮発性メモリへデータを書き込むときに、不揮発性メモ
リへデータを正常に書き込むことができるＰ−ステートを割り当てればよい。また、不揮
発性メモリからデータの読み出すときには、不揮発性メモリからデータを正常に読み出す
ことができるＰ−ステートを割り当てればよい。
【００５０】
図２および図３は、図１に示した半導体装置１００を第１の方法で駆動するためのフロー
チャートである。
【００５１】
まず、図２のフローチャートを用いて第１の方法におけるプロセッサコア１５１、１５２
、１５３の電源遮断時の駆動の手順（オフ動作）を説明する。外部からステート制御回路
１１０が、プロセッサコア１５１、１５２、１５３のそれぞれに割り当てるＰ−ステート
（駆動電圧およびクロック周波数）の指示を受ける毎に、ステート制御回路１１０は現行
のステート情報として、当該Ｐ−ステートに関する情報を第１の記憶装置１１１に格納す
る（Ｓ２０１）。そして、電源生成回路１２０およびクロック生成回路１３０で現行のス
テート情報に従った電源電圧とクロックを生成し、パワーゲーティング回路１４０の指示
によりスイッチ１７０をオンし、プロセッサコア１５１、１５２、１５３に現行のステー
ト情報に従った電源電圧とクロックを供給する。
【００５２】
次に、ステート制御回路１１０が外部からオフ命令を受け取る（Ｓ２０２）と、ステート
制御回路１１０は、第２の記憶装置１１２に現行のステート情報を格納する（Ｓ２０３）
。
【００５３】
次に、第１の記憶装置１１１に格納されている現行のステート情報を退避用ステート情報
に書き換える（Ｓ２０４）。ここで、退避用ステート情報とは、プロセッサコア１５１、
１５２、１５３が有する不揮発性メモリに正常に書き込みを行うことのできる電源電圧お
よびクロック周波数に関し、予め設定された値に関する情報である。例えば、比較的高い
電源電圧、比較的低いクロック周波数に変更する。なお、第１の方法では、現行のステー
トを破棄して、強制的に退避用ステートに変更する。
【００５４】
次に、退避用ステート情報に従った電源電圧とクロックを生成し、プロセッサコア１５１
、１５２、１５３に該電源電圧と該クロックを供給する（Ｓ２０５）。
【００５５】
次に、ステート制御回路１１０がパワーゲーティング回路１４０にオフ要求を行う（Ｓ２
０６）と、パワーゲーティング回路１４０はプロセッサコア１５１、１５２、１５３にデ
ータ退避要求をする（Ｓ２０７）。
【００５６】
ここで、プロセッサコア１５１、１５２、１５３のそれぞれが有するレジスタやキャッシ
ュメモリなどの揮発性メモリにおける処理中のデータは、プロセッサコア１５１、１５２
、１５３のそれぞれが有する不揮発性メモリに書き込まれる（Ｓ２０８）。このとき、Ｐ
−ステートは退避用ステートに変更されているため、不揮発性メモリにデータを正常に書
き込むことができる。
【００５７】
そして、パワーゲーティング回路１４０の指示によりスイッチ１７０がオフとなり、プロ
セッサコア１５１、１５２、１５３への電源電圧およびクロックの供給が遮断される（Ｓ
２０９）。
【００５８】
次に、図２のフローチャートに従って電源が遮断されたプロセッサコア１５１、１５２、
１５３に対して、電源を復帰する手順（オン動作）を図３のフローチャートを用いて説明
する。
【００５９】
まず、ステート制御回路１１０が外部からオン命令を受け取る（Ｓ３０１）と、第１の記
憶装置１１１に格納されている退避用ステート情報を復帰用ステート情報に書き換える（
Ｓ３０２）。ここで、復帰用ステート情報とは、プロセッサコア１５１、１５２、１５３
が有する不揮発性メモリから正常に読み出しを行うことのできる電源電圧およびクロック
周波数に関し、予め設定された値に関する情報である。例えば、退避時と同じ電源電圧と
し、読み出し誤差を小さくするクロック周波数に変更する。
【００６０】
次に、復帰用ステート情報に従った電源電圧とクロックを生成し、プロセッサコア１５１
、１５２、１５３に該電源電圧と該クロックを供給する（Ｓ３０３）。
【００６１】
次に、ステート制御回路１１０がパワーゲーティング回路１４０にオン要求を行う（Ｓ３
０４）と、パワーゲーティング回路１４０の指示によりスイッチ１７０がオンとなり、プ
ロセッサコア１５１、１５２、１５３へ電源電圧およびクロックが供給される。
【００６２】
次に、パワーゲーティング回路１４０は、プロセッサコア１５１、１５２、１５３にデー
タ復帰要求をする（Ｓ３０６）。
【００６３】
ここで、プロセッサコア１５１、１５２、１５３のそれぞれが有する不揮発性メモリに格
納されているデータが読み出され、プロセッサコア１５１、１５２、１５３のそれぞれが
有するレジスタやキャッシュメモリなどの揮発性メモリに書き戻される（Ｓ３０７）。こ
のとき、Ｐ−ステートは復帰用ステートに変更されているため、不揮発性メモリからデー
タを正常に読み出すことができる。
【００６４】
次に、第１の記憶装置１１１に格納されている復帰用のステート情報を第２の記憶装置１
１２に格納されているステート情報に書き換える（Ｓ３０８）。ここで、第２の記憶装置
１１２に格納されているステート情報とは、ステート制御回路１１０がオフ命令を受け取
る前のステートに関する情報である。
【００６５】
そして、第１の記憶装置１１１に格納されているステート情報に従った電源電圧とクロッ
クを生成し、プロセッサコア１５１、１５２、１５３に該電源電圧と該クロックを供給す
る（Ｓ３０９）。したがって、電源の供給を遮断する前と同じステートでプロセッサコア
１５１、１５２、１５３の動作を復帰させることができる。
【００６６】
次に、図４および図５を用いて、図１に示した半導体装置１００を第２の方法で駆動する
手順を説明する。
【００６７】
まず、図４のフローチャートを用いて第２の方法におけるプロセッサコア１５１、１５２
、１５３の電源遮断時の駆動の手順（オフ動作）を説明する。外部からステート制御回路
１１０が、プロセッサコア１５１、１５２、１５３のそれぞれに割り当てるＰ−ステート
（駆動電圧およびクロック周波数）の指示を受ける毎に、ステート制御回路１１０は現行
のステート情報として、当該Ｐ−ステートに関する情報を第１の記憶装置１１１に格納す
る（Ｓ４０１）。そして、電源生成回路１２０およびクロック生成回路１３０で現行のス
テート情報に従った電源電圧とクロックを生成し、パワーゲーティング回路１４０の指示
によりスイッチ１７０をオンし、プロセッサコア１５１、１５２、１５３に現行のステー
ト情報に従った電源電圧とクロックを供給する。
【００６８】
次に、ステート制御回路１１０が外部からオフ命令を受け取る（Ｓ４０２）と、ステート
制御回路１１０は、第２の記憶装置１１２に現行のステート情報を格納する（Ｓ４０３）
。
【００６９】
次に、ステート制御回路１１０は、第１の記憶装置１１１に格納されている現行のステー
ト情報を読み取り（Ｓ４０４）、現行ステートでプロセッサコアにおいて処理中のデータ
が退避可能か否かの判断を行う。ここで、ステート情報の読み取り、およびデータの退避
可能か否かの判断には、ソフトウェアを用いてもよい。
【００７０】
現行ステートでデータの退避が可能な場合は、ステート制御回路１１０がパワーゲーティ
ング回路１４０にオフ要求を行う（Ｓ４０８）。そして、パワーゲーティング回路１４０
はプロセッサコア１５１、１５２、１５３にデータ退避要求をする（Ｓ４０９）。
【００７１】
ここで、プロセッサコア１５１、１５２、１５３のそれぞれが有するレジスタやキャッシ
ュメモリなどの揮発性メモリにおける処理中のデータは、プロセッサコア１５１、１５２
、１５３のそれぞれが有する不揮発性メモリに書き込まれる（Ｓ４１０）。このとき、Ｐ
−ステートはデータの退避が可能なステートであるため、不揮発性メモリにデータを正常
に書き込むことができる。
【００７２】
そして、パワーゲーティング回路１４０の指示によりスイッチ１７０がオフとなり、プロ
セッサコア１５１、１５２、１５３への電源電圧およびクロックの供給が遮断される（Ｓ
４１１）。
【００７３】
現行ステートでデータの退避が不可能な場合は、第１の記憶装置１１１に格納されている
現行のステート情報を退避用ステート情報に書き換える（Ｓ４０６）。
【００７４】
次に、退避用ステート情報に従った電源電圧とクロックを生成し、プロセッサコア１５１
、１５２、１５３に該電源電圧と該クロックを供給する（Ｓ４０７）。これ以降の手順は
、現行ステートでデータの退避が可能な場合と同じである。
【００７５】
次に、図４のフローチャートに従って電源が遮断されたプロセッサコア１５１、１５２、
１５３に対して、電源を復帰する手順（オン動作）を図５のフローチャートを用いて説明
する。
【００７６】
まず、ステート制御回路１１０が外部からオン命令を受け取る（Ｓ５０１）と、ステート
制御回路１１０は、第１の記憶装置１１１に格納されているステートの情報を読み取り（
Ｓ５０２）、当該ステートでプロセッサコア１５１、１５２、１５３のそれぞれが有する
不揮発性メモリからデータが正常に読み出せるか否かの判断を行う。ここで、ステート情
報の読み取り、およびデータの復帰可能か否かの判断には、ソフトウェアを用いてもよい
。
【００７７】
第１の記憶装置１１１に格納されているステートでデータの退避が可能な場合は、ステー
ト制御回路１１０がパワーゲーティング回路１４０にオン要求を行う（Ｓ５０６）。そし
て、パワーゲーティング回路１４０の指示によりスイッチ１７０がオンとなり、プロセッ
サコア１５１、１５２、１５３へ電源電圧およびクロックが供給される（Ｓ５０７）。
【００７８】
次に、パワーゲーティング回路１４０は、プロセッサコア１５１、１５２、１５３にデー
タ復帰要求をする（Ｓ５０８）。
【００７９】
ここで、プロセッサコア１５１、１５２、１５３のそれぞれが有する不揮発性メモリに格
納されているデータが読み出され、プロセッサコア１５１、１５２、１５３のそれぞれが
有するレジスタやキャッシュメモリなどの揮発性メモリに書き戻される（Ｓ５０９）。
【００８０】
次に、第１の記憶装置１１１に格納されているステート情報を第２の記憶装置１１２に格
納されているステート情報に書き換える（Ｓ５１０）。ここで、第２の記憶装置１１２に
格納されているステート情報とは、ステート制御回路１１０がオフ命令を受け取る前のス
テートに関する情報である。
【００８１】
そして、第１の記憶装置１１１に格納されているステート情報に従った電源電圧とクロッ
クを生成し、プロセッサコア１５１、１５２、１５３に該電源電圧と該クロックを供給す
る（Ｓ５１１）。したがって、電源の供給を遮断する前と同じステートでプロセッサコア
１５１、１５２、１５３の動作を復帰させることができる。
【００８２】
第１の記憶装置１１１に格納されているステートでデータの復帰が不可能な場合は、第１
の記憶装置１１１に格納されているステート情報を復帰用ステート情報に書き換える（Ｓ
５０４）。
【００８３】
次に、復帰用ステート情報に従った電源電圧とクロックを生成し、プロセッサコア１５１
、１５２、１５３に該電源電圧と該クロックを供給する（Ｓ５０５）。これ以降の手順は
、第１の記憶装置１１１に格納されているステートでデータの退避が可能な場合と同じで
ある。
【００８４】
次に、図６を用いて、図１に示した半導体装置１００を第３の方法で駆動する手順を説明
する。なお、第３の方法におけるプロセッサコア１５１、１５２、１５３の電源遮断の手
順（オフ動作）は、第２の方法と同じである。したがって、図４のフローチャートに従っ
て電源が遮断されたプロセッサコア１５１、１５２、１５３に対して、電源を復帰する手
順（オン動作）を図６のフローチャートを用いて説明する。
【００８５】
まず、ステート制御回路１１０が外部からオン命令を受け取る（Ｓ６０１）と、ステート
制御回路１１０がパワーゲーティング回路１４０にオン要求を行う（Ｓ６０２）。そして
、パワーゲーティング回路１４０の指示によりスイッチ１７０がオンとなり、プロセッサ
コア１５１、１５２、１５３へ電源電圧およびクロックが供給される（Ｓ６０３）。
【００８６】
つまり、第３の方法では、電源遮断時のステートで復帰可能か否かの判断を行わず、電源
遮断時のステートで復帰させる。そのため、電源遮断時のステートは復帰も可能なステー
トとすることが好ましい。
【００８７】
次に、パワーゲーティング回路１４０は、プロセッサコア１５１、１５２、１５３にデー
タ復帰要求をする（Ｓ６０４）。
【００８８】
ここで、プロセッサコア１５１、１５２、１５３のそれぞれが有する不揮発性メモリに格
納されているデータが読み出され、プロセッサコア１５１、１５２、１５３のそれぞれが
有するレジスタやキャッシュメモリなどの揮発性メモリに書き戻される（Ｓ６０５）。
【００８９】
次に、第１の記憶装置１１１に格納されているステート情報を第２の記憶装置１１２に格
納されているステート情報に書き換える（Ｓ６０６）。ここで、第２の記憶装置１１２に
格納されているステート情報とは、ステート制御回路１１０がオフ命令を受け取る前のス
テートに関する情報である。
【００９０】
そして、第１の記憶装置１１１に格納されているステート情報に従った電源電圧とクロッ
クを生成し、プロセッサコア１５１、１５２、１５３に該電源電圧と該クロックを供給す
る（Ｓ６０７）。したがって、電源の供給を遮断する前と同じステートでプロセッサコア
１５１、１５２、１５３の動作を復帰させることができる。
【００９１】
上記、本発明の一態様の半導体装置の駆動方法を用いることによって、不揮発性メモリを
有する構成のプロセッサをＰ−ステート機能を用いても正常に動作させることができ、半
導体装置をより低消費電力で駆動することができる。
【００９２】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【００９３】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で説明した半導体装置に使用できる不揮発性メモリを有
する記憶素子の一例に関して説明する。
【００９４】
図７は、不揮発性メモリを有する記憶素子（レジスタ）の回路図の一例である。記憶素子
７００は、揮発性記憶回路７０１と、不揮発性記憶回路７０２と、スイッチ７０３と、ス
イッチ７０４と、論理素子７０６と、容量素子７０７と、セレクタ回路７２０と、を有す
る。揮発性記憶回路７０１は、電源電圧が供給されている期間のみデータを保持する。不
揮発性記憶回路７０２は、容量素子７０８と、トランジスタ７０９と、トランジスタ７１
０と、を有する。
【００９５】
なお、記憶素子７００は、必要に応じて、ダイオード、抵抗素子、インダクタなどのその
他の回路素子をさらに有していても良い。
【００９６】
トランジスタ７０９は、チャネルが酸化物半導体層で形成されるトランジスタである。図
７において、トランジスタ７０９は酸化物半導体層でチャネルが形成されるトランジスタ
であることを示すためにＯＳの符号を付す。ここで、チャネルが酸化物半導体層に形成さ
れるトランジスタ７０９として、リーク電流（オフ電流）が極めて小さい、エンハンスメ
ント型（ノーマリオフ型）のｎチャネル型のトランジスタを用いる。そして、記憶素子７
００への電源電圧の供給が停止した際、トランジスタ７０９のゲートには接地電位（０Ｖ
）、またはトランジスタ７０９がオフする電位が入力され続ける構成とする。例えば、ト
ランジスタ７０９のゲートが抵抗等の負荷を介して接地される構成とする。
【００９７】
図７では、スイッチ７０３は、一導電型（例えば、ｎチャネル型）のトランジスタ７１３
を用いて構成され、スイッチ７０４は、一導電型とは逆の導電型（例えば、ｐチャネル型
）のトランジスタ７１４を用いて構成した例を示す。ここで、スイッチ７０３の第１の端
子はトランジスタ７１３のソースとドレインの一方に対応し、スイッチ７０３の第２の端
子はトランジスタ７１３のソースとドレインの他方に対応し、スイッチ７０３はトランジ
スタ７１３のゲートに入力される制御信号ＲＤによって、第１の端子と第２の端子の間の
導通または非導通（つまり、トランジスタ７１３のオン状態またはオフ状態）が選択され
る。スイッチ７０４の第１の端子はトランジスタ７１４のソースとドレインの一方に対応
し、スイッチ７０４の第２の端子はトランジスタ７１４のソースとドレインの他方に対応
し、スイッチ７０４はトランジスタ７１４のゲートに入力される制御信号ＲＤによって、
第１の端子と第２の端子の間の導通または非導通（つまり、トランジスタ７１４のオン状
態またはオフ状態）が選択される。
【００９８】
トランジスタ７０９のソースとドレインの一方は、容量素子７０８の一対の電極のうちの
一方、及びトランジスタ７１０のゲートと電気的に接続される。ここで、接続部分をノー
ドＭ２とする。トランジスタ７１０のソースとドレインの一方は、低電位電源線（例えば
ＧＮＤ線）に電気的に接続され、他方は、スイッチ７０３の第１の端子（トランジスタ７
１３のソースとドレインの一方）と電気的に接続される。スイッチ７０３の第２の端子（
トランジスタ７１３のソースとドレインの他方）はスイッチ７０４の第１の端子（トラン
ジスタ７１４のソースとドレインの一方）と電気的に接続される。スイッチ７０４の第２
の端子（トランジスタ７１４のソースとドレインの他方）は電源電位ＶＤＤが与えられる
電源線と電気的に接続される。スイッチ７０３の第２の端子（トランジスタ７１３のソー
スとドレインの他方）と、スイッチ７０４の第１の端子（トランジスタ７１４のソースと
ドレインの一方）と、論理素子７０６の入力端子と、容量素子７０７の一対の電極のうち
の一方と、は電気的に接続される。ここで、接続部分をノードＭ１とする。容量素子７０
７の一対の電極のうちの他方は、一定の電位が入力される構成とすることができる。例え
ば、低電源電位（ＧＮＤ等）または高電源電位（ＶＤＤ等）が入力される構成とすること
ができる。容量素子７０７の一対の電極のうちの他方は、低電位電源線（例えばＧＮＤ線
）と電気的に接続される。容量素子７０８の一対の電極のうちの他方は、一定の電位が入
力される構成とすることができる。例えば、低電源電位（ＧＮＤ等）または高電源電位（
ＶＤＤ等）が入力される構成とすることができる。容量素子７０８の一対の電極のうちの
他方は、低電位電源線（例えばＧＮＤ線）と電気的に接続される。
【００９９】
なお、容量素子７０７および容量素子７０８は、トランジスタや配線の寄生容量等を積極
的に利用することによって省略することも可能である。
【０１００】
トランジスタ７０９のゲートには、制御信号ＷＥが入力される。スイッチ７０３及びスイ
ッチ７０４は、制御信号ＷＥとは異なる制御信号ＲＤによって第１の端子と第２の端子の
間の導通状態または非導通状態を選択され、一方のスイッチの第１の端子と第２の端子の
間が導通状態のとき他方のスイッチの第１の端子と第２の端子の間は非導通状態となる。
【０１０１】
トランジスタ７０９のソースとドレインの他方には、揮発性記憶回路７０１に保持された
データに対応する信号が入力される。図７では、揮発性記憶回路７０１から出力された信
号が、トランジスタ７０９のソースとドレインの他方に入力される例を示した。スイッチ
７０３の第２の端子（トランジスタ７１３のソースとドレインの他方）から出力される信
号は、論理素子７０６によってその論理値が反転された反転信号となり、セレクタ回路７
２０を介して揮発性記憶回路７０１に入力される。
【０１０２】
なお、図７では、スイッチ７０３の第２の端子（トランジスタ７１３のソースとドレイン
の他方）から出力される信号は、論理素子７０６及びセレクタ回路７２０を介して揮発性
記憶回路７０１に入力する例を示したがこれに限定されない。スイッチ７０３の第２の端
子（トランジスタ７１３のソースとドレインの他方）から出力される信号が、論理値を反
転させられることなく、揮発性記憶回路７０１に入力されてもよい。例えば、揮発性記憶
回路７０１内に、入力端子から入力された信号の論理値が反転した信号が保持されるノー
ドが存在する場合に、スイッチ７０３の第２の端子（トランジスタ７１３のソースとドレ
インの他方）から出力される信号を当該ノードに入力することができる。
【０１０３】
図７におけるトランジスタ７０９は、酸化物半導体層を挟んで上下に２つのゲートを有す
るトランジスタとすることもできる。一方のゲートに制御信号ＷＥを入力し、他方のゲー
トには、制御信号ＷＥ２を入力することができる。制御信号ＷＥ２は、一定の電位の信号
であってもよい。一定の電位は、接地電位ＧＮＤや電源電位ＶＤＤであってもよい。なお
、酸化物半導体層を挟んで上下に設けられた２つのゲートを電気的に接続し、制御信号Ｗ
Ｅを入力してもよい。トランジスタ７０９の他方のゲートに入力される信号によって、ト
ランジスタ７０９のしきい値電圧を制御することができる。例えば、トランジスタ７０９
のオフ電流を更に低減することもできる。
【０１０４】
図７において、記憶素子７００に用いられるトランジスタのうち、トランジスタ７０９以
外のトランジスタは、酸化物半導体以外の半導体でなる層または基板にチャネルが形成さ
れるトランジスタとすることができる。例えば、シリコン層またはシリコン基板にチャネ
ルが形成されるトランジスタとすることができる。また、記憶素子７００に用いられるト
ランジスタ全てを、チャネルが酸化物半導体層で形成されるトランジスタとすることもで
きる。または、記憶素子７００は、トランジスタ７０９以外にも、チャネルが酸化物半導
体層で形成されるトランジスタを含んでいてもよく、残りのトランジスタは酸化物半導体
以外の半導体でなる層または基板にチャネルが形成されるトランジスタとすることもでき
る。
【０１０５】
図７における揮発性記憶回路７０１には、例えばフリップフロップ回路を用いることがで
きる。また、論理素子７０６としては、例えばインバータやクロックドインバータ等を用
いることができる。
【０１０６】
以上が、記憶素子７００の構成の説明である。次いで、記憶素子７００の駆動方法につい
て説明する。
【０１０７】
記憶素子７００において、電源電圧の供給の後、データの保持時における消費電力を削減
するために電源電圧の供給を停止し、再び電源電圧を供給する場合の駆動方法は次のよう
にすることができる。駆動方法について、図８のタイミングチャートを参照して説明する
。図８のタイミングチャートにおいて、７０１は揮発性記憶回路７０１に保持されている
データを示し、ＷＥは制御信号ＷＥの電位を示し、ＲＤは制御信号ＲＤの電位を示し、Ｓ
ＥＬはセレクタ回路７２０における一経路の制御信号ＳＥＬの電位を示し、ＶＤＤは電源
電位ＶＤＤを示す。また、Ｍ１はノードＭ１の電位を示し、Ｍ２はノードＭ２の電位を示
す。なお、上記セレクタ回路７２０における一経路とは、不揮発性記憶回路７０２の出力
側と揮発性記憶回路７０１の入力側を接続する経路である。
【０１０８】
なお、以下に示す駆動方法では、図７に示した構成において、スイッチ７０３をｎチャネ
ル型トランジスタとし、スイッチ７０４をｐチャネル型トランジスタとして、制御信号Ｒ
Ｄがハイレベル電位の場合に、スイッチ７０３の第１の端子と第２の端子の間が導通状態
となり、且つスイッチ７０４の第１の端子と第２の端子の間が非導通状態となり、制御信
号ＲＤがローレベル電位の場合に、スイッチ７０３の第１の端子と第２の端子の間が非導
通状態となり、且つスイッチ７０４の第１の端子と第２の端子の間が導通状態となる例を
示す。また、制御信号ＳＥＬがハイレベル電位の場合にセレクタ回路７２０の一経路にお
ける第１の端子と第２の端子の間が導通状態となり、制御信号ＳＥＬがローレベル電位の
場合に第１の端子と第２の端子の間が非導通状態となる例を示す。また、トランジスタ７
０９をｎチャネル型トランジスタとして、制御信号ＷＥがハイレベル電位の場合に、トラ
ンジスタ７０９がオン状態となり、制御信号ＷＥがローレベル電位の場合に、トランジス
タ７０９がオフ状態となる例を示す。
【０１０９】
しかしながら、本発明の一態様の半導体装置の駆動方法はこれに限定されず、以下の説明
における、スイッチ７０３、スイッチ７０４、セレクタ回路７２０、トランジスタ７０９
の状態が同じとなるように、各制御信号の電位を定めることができる。
【０１１０】
まず、図８におけるＴ１の期間の動作について説明する。Ｔ１では、電源電圧ＶＤＤが記
憶素子７００に供給されている。記憶素子７００へ電源電圧が供給されている間は、揮発
性記憶回路７０１がデータ（図８中、ｄａｔａＸと表記）を保持する。この際、制御信号
ＳＥＬをローレベル電位として、セレクタ回路７２０の一経路における第１の端子と第２
の端子の間は非導通状態とされる。なお、スイッチ７０３及びスイッチ７０４の第１の端
子と第２の端子の間の状態（導通状態、非導通状態）はどちらの状態であってもよい。即
ち、制御信号ＲＤはハイレベル電位であってもローレベル電位であってもよい（図８中、
Ａと表記）。また、トランジスタ７０９の状態（オン状態、オフ状態）はどちらの状態で
あってもよい。即ち、制御信号ＷＥはハイレベル電位であってもローレベル電位であって
もよい（図８中、Ａと表記）。Ｔ１において、ノードＭ１はどのような電位であってもよ
い（図８中、Ａと表記）。Ｔ１において、ノードＭ２はどのような電位であってもよい（
図８中、Ａと表記）。Ｔ１の動作を通常動作と呼ぶ。
【０１１１】
次に、図８におけるＴ２の期間の動作について説明する。記憶素子７００への電源電圧の
供給の停止をする前に、制御信号ＷＥをハイレベル電位として、トランジスタ７０９をオ
ン状態とする。こうして、揮発性記憶回路７０１に保持されたデータ（ｄａｔａＸ）に対
応する信号が、トランジスタ７０９を介してトランジスタ７１０のゲートに入力される。
トランジスタ７１０のゲートに入力された信号は、容量素子７０８によって保持される。
こうして、ノードＭ２の電位は、揮発性記憶回路７０１に保持されたデータに対応する信
号電位（図８中、ＶＸと表記）となる。その後、制御信号ＷＥをローレベル電位としてト
ランジスタ７０９をオフ状態とする。こうして、揮発性記憶回路７０１に保持されたデー
タに対応する信号が不揮発性記憶回路７０２に保持される。Ｔ２の間も、制御信号ＳＥＬ
によって、セレクタ回路７２０の一経路における第１の端子と第２の端子の間は非導通状
態とされる。スイッチ７０３及びスイッチ７０４の第１の端子と第２の端子の間の状態（
導通状態、非導通状態）はどちらの状態であってもよい。即ち、制御信号ＲＤはハイレベ
ル電位であってもローレベル電位であってもよい（図８中、Ａと表記）。Ｔ２において、
ノードＭ１はどのような電位であってもよい（図８中、Ａと表記）。Ｔ２の動作を電源電
圧供給停止前の動作と呼ぶ。
【０１１２】
次に、図８におけるＴ３の期間の動作について説明する。電源電圧供給停止前の動作を行
った後、Ｔ３のはじめに、記憶素子７００への電源電圧の供給を停止する。電源電圧の供
給が停止すると、揮発性記憶回路７０１に保持されていたデータ（ｄａｔａＸ）は消失す
る。しかし、記憶素子７００への電源電圧の供給が停止した後においても、容量素子７０
８によって揮発性記憶回路７０１に保持されていたデータ（ｄａｔａＸ）に対応する信号
電位（ＶＸ）がノードＭ２に保持される。ここで、トランジスタ７０９は、チャネルが酸
化物半導体層で形成され、リーク電流（オフ電流）が極めて小さい、エンハンスメント型
（ノーマリオフ型）のｎチャネル型のトランジスタを用である。したがって、記憶素子７
００への電源電圧の供給が停止した際、トランジスタ７０９のゲートには接地電位（０Ｖ
）またはトランジスタ７０９がオフとなる電位が入力され続ける構成であるため、記憶素
子７００への電源電圧の供給が停止した後も、トランジスタ７０９のオフ状態を維持する
ことができ、容量素子７０８によって保持された電位（ノードＭ２の電位ＶＸ）を長期間
保つことができる。こうして、記憶素子７００は電源電圧の供給が停止した後も、データ
（ｄａｔａＸ）を保持する。Ｔ３は、記憶素子７００への電源電圧の供給が停止している
期間に対応する。
【０１１３】
次に、図８におけるＴ４の期間の動作について説明する。記憶素子７００への電源電圧の
供給を再開した後、制御信号ＲＤをローレベル電位として、スイッチ７０４の第１の端子
と第２の端子の間を導通状態とし、スイッチ７０３の第１の端子と第２の端子の間を非導
通状態とする。この際、制御信号ＷＥはローレベル電位であり、トランジスタ７０９はオ
フ状態のままである。また、制御信号ＳＥＬはローレベル電位であり、セレクタ回路７２
０の一経路における第１の端子と第２の端子の間は非導通状態である。こうして、スイッ
チ７０３の第２の端子及びスイッチ７０４の第１の端子に、電源電圧ＶＤＤが入力される
。したがって、スイッチ７０３の第２の端子及びスイッチ７０４の第１の端子の電位（ノ
ードＭ１の電位）を、一定の電位（ここではＶＤＤ）にすることができる。Ｔ４の動作を
プリチャージ動作と呼ぶ。なお、ノードＭ１の電位は、容量素子７０７によって保持され
る。
【０１１４】
上記プリチャージ動作の後、Ｔ５の期間において、制御信号ＲＤをハイレベル電位とする
ことによって、スイッチ７０３の第１の端子と第２の端子の間を導通状態とし、スイッチ
７０４の第１の端子と第２の端子の間を非導通状態とする。この際、制御信号ＷＥはロー
レベル電位のままであり、トランジスタ７０９はオフ状態のままである。また、制御信号
ＳＥＬはローレベル電位であり、セレクタ回路７２０の一経路における第１の端子と第２
の端子の間は非導通状態である。容量素子７０８に保持された信号（ノードＭ２の電位Ｖ
Ｘ）に応じて、トランジスタ７１０のオン状態またはオフ状態が選択され、スイッチ７０
３の第２の端子及びスイッチ７０４の第１の端子の電位、即ちノードＭ１の電位が定まる
。トランジスタ７１０がオン状態の場合、ノードＭ１には低電源電位（例えば、ＧＮＤ）
が入力される。一方、トランジスタ７１０がオフ状態の場合には、ノードＭ１の電位は、
上記プリチャージ動作によって定められた一定の電位（例えば、ＶＤＤ）のまま維持され
る。こうして、トランジスタ７１０のオン状態またはオフ状態に対応して、ノードＭ１の
電位はＶＤＤまたはＧＮＤとなる。例えば、揮発性記憶回路７０１に保持されていた信号
が「１」であり、ハイレベルの電位（ＶＤＤ）に対応する場合、ノードＭ１の電位は、信
号「０」に対応するローレベルの電位（ＧＮＤ）となる。一方、揮発性記憶回路７０１に
保持されていた信号が「０」であり、ローレベルの電位（ＧＮＤ）に対応する場合、ノー
ドＭ１の電位は、信号「１」に対応するハイレベルの電位（ＶＤＤ）となる。つまり、揮
発性記憶回路７０１に記憶されていた信号の反転信号がノードＭ１に保持されることとな
る。図８において、この電位をＶＸｂと表記する。つまり、Ｔ２において揮発性記憶回路
７０１から入力されたデータ（ｄａｔａＸ）に対応する信号が、ノードＭ１の電位（ＶＸ
ｂ）に変換される。
【０１１５】
その後、Ｔ６の期間において、制御信号ＳＥＬをハイレベル電位として、セレクタ回路７
２０の一経路における第１の端子と第２の端子の間を導通状態とする。この際、制御信号
ＲＤはハイレベル電位のままである。また、制御信号ＷＥはローレベル電位のままであり
、トランジスタ７０９はオフ状態のままである。すると、スイッチ７０３の第２の端子及
びスイッチ７０４の第１の端子の電位（ノードＭ１の電位（ＶＸｂ））に対応する信号を
、論理素子７０６を介して反転信号とし、当該反転信号を揮発性記憶回路７０１に入力す
ることができる。こうして、揮発性記憶回路７０１は、記憶素子７００への電源電圧の供
給停止前に保持していたデータ（ｄａｔａＸ）を再び保持することができる。
【０１１６】
また、ノードＭ１の電位は、Ｔ４におけるプリチャージ動作によって一定の電位（図８で
は、ＶＤＤ）にされた後、Ｔ５において、データ（ｄａｔａＸ）に対応する電位ＶＸｂと
なる。プリチャージ動作を行っているため、ノードＭ１の電位が所定の電位ＶＸｂに定ま
るまでの時間を短くすることができる。こうして、電源電圧供給再開後に、揮発性記憶回
路７０１が元のデータを保持しなおすまでの時間を短くすることができる。
【０１１７】
以上が、記憶素子の駆動方法の説明である。
【０１１８】
本発明の一態様における半導体装置の駆動方法では、記憶素子７００に電源電圧が供給さ
れない間は、揮発性記憶回路７０１に記憶されていたデータを、不揮発性記憶回路７０２
に設けられた容量素子７０８によって保持することができる。
【０１１９】
また、酸化物半導体層にチャネルが形成されるトランジスタはオフ電流が極めて小さい。
例えば、酸化物半導体層にチャネルが形成されるトランジスタのオフ電流は、結晶性を有
するシリコンにチャネルが形成されるトランジスタのオフ電流に比べて著しく低い。その
ため、当該トランジスタをトランジスタ７０９として用いることによって、記憶素子７０
０に電源電圧が供給されない間も容量素子７０８に保持された信号は長期間にわたり保た
れる。こうして、記憶素子７００は電源電圧の供給が停止した間も記憶内容（データ）を
保持することが可能である。
【０１２０】
また、スイッチ７０３及びスイッチ７０４を設けることによって、上述したプリチャージ
動作を行うことを特徴とする記憶素子であるため、電源電圧供給再開後に、揮発性記憶回
路７０１が元のデータを保持しなおすまでの時間を短くすることができる。
【０１２１】
また、不揮発性記憶回路７０２において、容量素子７０８によって保持された信号はトラ
ンジスタ７１０のゲートに入力される。そのため、記憶素子７００への電源電圧の供給が
再開された後、容量素子７０８によって保持された信号を、トランジスタ７１０の状態（
オン状態、またはオフ状態）に変換して、不揮発性記憶回路７０２から読み出すことがで
きる。それ故、容量素子７０８に保持された信号に対応する電位が多少変動していても、
元の信号を正確に読み出すことが可能である。
【０１２２】
このような記憶素子７００を、プロセッサが有するレジスタやキャッシュメモリなどの記
憶装置に用いることで、電源電圧の供給停止による記憶装置内のデータの消失を防ぐこと
ができる。また、電源電圧の供給を再開した後、短時間で電源供給停止前の状態に復帰す
ることができる。よって、プロセッサ全体、もしくはプロセッサを構成する一つ、または
複数の論理回路において、短い時間でも電源停止を行うことができるため、消費電力を抑
えることができる。
【０１２３】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１２４】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１および２で説明した不揮発性メモリに用いることができ
、酸化物半導体を有するトランジスタを含む記憶装置の一例を、図面を用いて説明する。
【０１２５】
図９（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、実施の形態２における不揮発性記憶回路７０２の一例の
断面図である。
【０１２６】
図９（Ａ）に示す不揮発性記憶回路７０２は、下部に第１の半導体材料（基板３０００）
をチャネル形成領域に用いたトランジスタ７１０を有し、上部に第２の半導体材料３２１
０をチャネル形成領域に用いたトランジスタ７０９、および容量素子７０８を有している
。容量素子７０８は、一方の電極をトランジスタ７０９のゲート電極３２６０と同時に形
成することのできる層、他方の電極をトランジスタ７０９のソース電極またはドレイン電
極３２４０と同時に形成することのできる層、誘電体をトランジスタ７０９のゲート絶縁
膜３２５０と同時に形成することのできる層とすることで、トランジスタ７０９と同時に
形成することができる。
【０１２７】
なお、トランジスタ７０９としては、図９（Ａ）に示すノンセルフアライン型のトップゲ
ート型のトランジスタのほか、図９（Ｂ）に示すセルフアライン型、図９（Ｃ）に示すボ
トムゲート型のトランジスタであってもよい。なお、ボトムゲート型とする場合は、図１
０に示すような構造としてもよい。当該構造では、ゲート電極３２６０と同時に形成する
ことのできる層でソース配線またはドレイン配線３２９０を形成することができ、作製工
程を削減することができる。また、図１０では絶縁層３２８０を介して第２の半導体材料
３２１０と重なるように第２のゲート電極３２７０を設けた構成を示している。第２のゲ
ート電極３２７０を設けることで、しきい値電圧を調整することができる。なお、図９（
Ａ）、（Ｂ）の構成においても、下地絶縁層３２３０を介して第２の半導体材料３２１０
と重なるように導電層を設け、該導電層を第２のゲート電極として機能させてもよい。
【０１２８】
また、容量素子７０８は、図９（Ｂ）に示すように、誘電体に平坦化膜等の絶縁膜を用い
る構成としてもよい。
【０１２９】
ここで、第１の半導体材料（基板３０００）と第２の半導体材料３２１０は異なる禁制帯
幅を持つ材料とすることが望ましい。例えば、第１の半導体材料（基板３０００）を酸化
物半導体以外の半導体材料（シリコンなど）とし、第２の半導体材料３２１０を酸化物半
導体とすることができる。酸化物半導体以外の材料を用いたトランジスタは、高速動作が
容易である。一方で、酸化物半導体を用いたトランジスタは、その特性により不揮発性記
憶回路７０２の長時間の電荷保持を可能とする。
【０１３０】
なお、上記トランジスタは、いずれもｎチャネル型トランジスタであるものとして説明す
るが、ｐチャネル型トランジスタを用いることができるのはいうまでもない。また、情報
を保持するために酸化物半導体を用いたトランジスタを用いる他は、記憶装置に用いられ
る材料や記憶装置の構造など、記憶装置の具体的な構成をここで示すものに限定する必要
はない。
【０１３１】
図９（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）におけるトランジスタ７１０は、半導体材料（例えば、結晶
性シリコンなど）を含む基板３０００に設けられたチャネル形成領域と、チャネル形成領
域を挟むように設けられた不純物領域と、不純物領域に接する金属間化合物領域と、チャ
ネル形成領域上に設けられたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極層
と、を有する。なお、図において、明示的にはソース電極層やドレイン電極層を有しない
場合があるが、便宜上、このような状態を含めてトランジスタと呼ぶ場合がある。また、
この場合、トランジスタの接続関係を説明するために、ソース領域やドレイン領域を含め
てソース電極層やドレイン電極層と表現することがある。つまり、本明細書において、ソ
ース電極層との記載には、ソース領域が含まれうる。
【０１３２】
基板３０００上にはトランジスタ７１０を囲むように素子分離絶縁層３１００が設けられ
ており、トランジスタ７１０を覆うように絶縁層３２２０が設けられている。なお、素子
分離絶縁層３１００は、ＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｌｉ
ｃｏｎ）や、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）などの素子
分離技術を用いて形成することができる。
【０１３３】
例えば、結晶性シリコン基板を用いたトランジスタ７１０は、高速動作が可能である。こ
のため、当該トランジスタを読み出し用のトランジスタとして用いることで、情報の読み
出しを高速に行うことができる。トランジスタ７０９および容量素子７０８の形成前の処
理として、トランジスタ７１０を覆う絶縁層３２２０にＣＭＰ処理を施して、絶縁層３２
２０を平坦化すると同時にトランジスタ７１０のゲート電極層の上面を露出させる。
【０１３４】
トランジスタ７１０のゲート電極層は、絶縁層３２２０上に設けられたトランジスタ７０
９のソース電極またはドレイン電極の一方が延在した容量素子７０８の一方の電極と電気
的に接続されている。
【０１３５】
図９（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すトランジスタ７０９は、酸化物半導体層にチャネルが
形成されるトランジスタである。トランジスタ７０９は、オフ電流が小さいため、これを
用いることにより長期にわたり記憶内容を保持することが可能である。つまり、リフレッ
シュ動作を必要としない、或いは、リフレッシュ動作の頻度が極めて少ない半導体記憶装
置とすることが可能となるため、消費電力を十分に低減することができる。
【０１３６】
また、図９（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、トランジスタ７１０と容量素子７０８
は重畳するように形成することができるため、その占有面積を低減することができる。し
たがって、記憶装置の集積度を高めることができる。
【０１３７】
（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態１、２および３で説明した不揮発性メモリに用いることの
できる、オフ電流の著しく小さいトランジスタおよび該トランジスタを構成する材料につ
いて説明する。
【０１３８】
オフ電流の著しく小さいトランジスタとしては、例えば酸化物半導体などのバンドギャッ
プの広い半導体をチャネル形成領域に含むトランジスタを用いることが好ましい。
【０１３９】
シリコン半導体よりもバンドギャップが広く、真性キャリア密度がシリコンよりも低い半
導体材料の一例としては、酸化物半導体の他に、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（Ｇ
ａＮ）などの化合物半導体などがあるが、酸化物半導体は、炭化珪素や窒化ガリウムと異
なり、スパッタリング法や湿式法により作製可能であり、量産性に優れるといった利点が
ある。また、炭化シリコンまたは窒化ガリウムとは異なり、酸化物半導体は室温でも成膜
が可能なため、ガラス基板上への成膜、或いはシリコンを用いた集積回路上への成膜が可
能である。また、基板の大型化にも対応が可能である。よって、上述したワイドギャップ
半導体の中でも、特に酸化物半導体は量産性が高いというメリットを有する。また、トラ
ンジスタの性能（例えば電界効果移動度）を向上させるために結晶性の酸化物半導体を得
ようとする場合でも、２５０℃から８００℃の熱処理によって容易に結晶性の酸化物半導
体を得ることができる。
【０１４０】
また、電子供与体（ドナー）となる水分または水素などの不純物が低減され、なおかつ酸
素欠損が低減されることにより高純度化された酸化物半導体（ｐｕｒｉｆｉｅｄ  ＯＳ）
の導電型は、ｉ型またはｉ型に限りなく近い。そのため、上記酸化物半導体を用いたトラ
ンジスタは、オフ電流が著しく低いという特性を有する。また、酸化物半導体のバンドギ
ャップは、２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上、より好ましくは３ｅＶ以上である。
水分または水素などの不純物濃度が十分に低減され、なおかつ酸素欠損が低減されること
により高純度化された酸化物半導体膜を用いることにより、トランジスタのオフ電流を下
げることができる。
【０１４１】
具体的に、高純度化された酸化物半導体膜をチャネル形成領域に用いたトランジスタのオ
フ電流が低いことは、いろいろな実験により証明できる。例えば、チャネル幅が１×１０
６μｍでチャネル長が１０μｍの素子であっても、ソース電極とドレイン電極間の電圧（
ドレイン電圧）が１Ｖから１０Ｖの範囲において、オフ電流が、半導体パラメータアナラ
イザの測定限界以下、すなわち１×１０−１３Ａ以下という特性を得ることができる。こ
の場合、オフ電流をトランジスタのチャネル幅で規格化したオフ電流は、１００ｚＡ／μ
ｍ以下であることが分かる。また、容量素子とトランジスタとを接続して、容量素子に流
入または容量素子から流出する電荷を当該トランジスタで制御する回路を用いて、オフ電
流の測定を行った。当該測定では、上記トランジスタに高純度化された酸化物半導体膜を
チャネル形成領域に用い、容量素子の単位時間あたりの電荷量の推移から当該トランジス
タのオフ電流を測定した。その結果、トランジスタのソース電極とドレイン電極間の電圧
が３Ｖの場合に、数十ｙＡ／μｍという、さらに低いオフ電流が得られることが分かった
。したがって、高純度化された酸化物半導体膜をチャネル形成領域に用いたトランジスタ
は、オフ電流が、結晶性を有するシリコンを用いたトランジスタに比べて著しく低い。
【０１４２】
なお、酸化物半導体としては、少なくともインジウム（Ｉｎ）あるいは亜鉛（Ｚｎ）を含
むことが好ましい。特にＩｎとＺｎを含むことが好ましい。また、該酸化物半導体を用い
たトランジスタの電気的特性のばらつきを減らすためのスタビライザーとして、それらに
加えてガリウム（Ｇａ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてスズ（Ｓ
ｎ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてハフニウム（Ｈｆ）を有する
ことが好ましい。また、スタビライザーとしてアルミニウム（Ａｌ）を有することが好ま
しい。
【０１４３】
また、他のスタビライザーとして、ランタノイドである、ランタン（Ｌａ）、セリウム（
Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム
（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホル
ミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ル
テチウム（Ｌｕ）のいずれか一種または複数種を含んでいてもよい。
【０１４４】
例えば、酸化物半導体として、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、Ｉｎ−Ｚｎ系酸化
物、Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ系酸化
物、Ｉｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物（ＩＧＺＯと
も表記する）、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚ
ｎ系酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ
系酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ系
酸化物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ系酸
化物、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ系酸化
物、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ系酸化物
、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸
化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ
−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ａｌ−Ｚｎ系酸
化物を用いることができる。また、上記酸化物半導体は、珪素を含んでいてもよい。
【０１４５】
なお、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物とは、ＩｎとＧａとＺｎを含む酸化物という意
味であり、ＩｎとＧａとＺｎの比率は問わない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の金属元素
を含んでいてもよい。Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物は、無電界時の抵抗が十分に高くオフ電
流を十分に小さくすることが可能であり、また、移動度も高いため、半導体装置に用いる
半導体材料としては好適である。
【０１４６】
例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１（＝１／３：１／３：１／３）あるいはＩｎ：Ｇ
ａ：Ｚｎ＝２：２：１（＝２／５：２／５：１／５）の原子比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化
物やその組成の近傍の酸化物を用いることができる。あるいは、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝１：
１：１（＝１／３：１／３：１／３）、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝２：１：３（＝１／３：１／
６：１／２）あるいはＩｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝２：１：５（＝１／４：１／８：５／８）の原
子比のＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いるとよい。
【０１４７】
しかし、これらに限られず、必要とする電気的特性（移動度、しきい値、ばらつき等）に
応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とする半導体特性を得るために、キ
ャリア密度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離、密度等を
適切なものとすることが好ましい。
【０１４８】
なお、例えば、酸化物半導体膜は、Ｉｎ（インジウム）、Ｇａ（ガリウム）、及びＺｎ（
亜鉛）を含むターゲットを用いたスパッタリング法により形成することができる。Ｉｎ−
Ｇａ−Ｚｎ系酸化物半導体膜をスパッタリング法で成膜する場合、好ましくは、原子数比
がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１、４：２：３、３：１：２、１：１：２、２：１：３、
または３：１：４で示されるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物のターゲットを用いる。前述の原
子数比を有するＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物のターゲットを用いて酸化物半導体膜を成膜す
ることで、多結晶またはＣＡＡＣが形成されやすくなる。また、Ｉｎ、Ｇａ、及びＺｎを
含むターゲットの充填率は９０％以上、好ましくは９５％以上である。充填率の高いター
ゲットを用いることにより、成膜した酸化物半導体膜は緻密な膜となる。
【０１４９】
なお、酸化物半導体としてＩｎ−Ｚｎ系酸化物の材料を用いる場合、用いるターゲットの
組成は、原子数比で、Ｉｎ：Ｚｎ＝５０：１〜１：２（モル数比に換算するとＩｎ２Ｏ３
：ＺｎＯ＝２５：１〜１：４）、好ましくはＩｎ：Ｚｎ＝２０：１〜１：１（モル数比に
換算するとＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１０：１〜１：２）、さらに好ましくはＩｎ：Ｚｎ＝１
．５：１〜１５：１（モル数比に換算するとＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝３：４〜１５：２）と
する。例えば、Ｉｎ−Ｚｎ系酸化物である酸化物半導体膜の形成に用いるターゲットは、
原子数比がＩｎ：Ｚｎ：Ｏ＝Ｘ：Ｙ：Ｚのとき、Ｚ＞１．５Ｘ＋Ｙとする。Ｚｎの比率を
上記範囲に収めることで、移動度の向上を実現することができる。
【０１５０】
また、酸化物半導体膜としてＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物半導体膜をスパッタリング法で成
膜する場合、好ましくは、原子数比がＩｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝１：１：１、２：１：３、１：
２：２、または２０：４５：３５で示されるＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏターゲットを用いる。
【０１５１】
そして、具体的に酸化物半導体膜は、減圧状態に保持された処理室内に基板を保持し、処
理室内の残留水分を除去しつつ水素及び水分が除去されたスパッタガスを導入し、上記タ
ーゲットを用いて形成すればよい。成膜時に、基板温度を１００℃以上６００℃以下、好
ましくは２００℃以上４００℃以下としても良い。基板を加熱しながら成膜することによ
り、成膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物濃度を低減することができる。また、スパ
ッタリングによる損傷が軽減される。処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の
真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサ
ブリメーションポンプを用いることが好ましい。また、排気手段としては、ターボポンプ
にコールドトラップを加えたものであってもよい。クライオポンプを用いて処理室を排気
すると、例えば、水素原子、水（Ｈ２Ｏ）など水素原子を含む化合物（より好ましくは炭
素原子を含む化合物も）等が排気されるため、当該処理室で成膜した酸化物半導体膜に含
まれる不純物の濃度を低減できる。
【０１５２】
なお、スパッタリング等で成膜された酸化物半導体膜中には、不純物としての水分または
水素（水酸基を含む）が多量に含まれていることがある。水分または水素はドナー準位を
形成しやすいため、酸化物半導体にとっては不純物である。そこで、酸化物半導体膜中の
水分または水素などの不純物を低減（脱水化または脱水素化）するために、酸化物半導体
膜に対して、減圧雰囲気下、窒素や希ガスなどの不活性ガス雰囲気下、酸素ガス雰囲気下
、または超乾燥エア（ＣＲＤＳ（キャビティリングダウンレーザー分光法）方式の露点計
を用いて測定した場合の水分量が２０ｐｐｍ（露点換算で−５５℃）以下、好ましくは１
ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）雰囲気下で、加熱処理を施す。
【０１５３】
酸化物半導体膜に加熱処理を施すことで、酸化物半導体膜中の水分または水素を脱離させ
ることができる。具体的には、２５０℃以上７５０℃以下、好ましくは４００℃以上基板
の歪み点未満の温度で加熱処理を行えば良い。例えば、５００℃、３分間以上６分間以下
程度で行えばよい。加熱処理にＲＴＡ法を用いれば、短時間に脱水化または脱水素化が行
えるため、ガラス基板の歪点を超える温度でも処理することができる。
【０１５４】
なお、上記加熱処理により、酸化物半導体膜から酸素が脱離し、酸化物半導体膜内に酸素
欠損が形成される場合がある。そこで、上記加熱処理の後に、酸化物半導体膜に酸素を供
給する処理を行い、酸素欠損を低減させることが望ましい。
【０１５５】
例えば、酸素を含むガス雰囲気下において加熱処理を行うことで、酸化物半導体膜に酸素
を供給することができる。酸素を供給するための加熱処理は、上述した、水分または水素
の濃度を低減するための加熱処理と同様の条件で行えば良い。ただし、酸素を供給するた
めの加熱処理は、酸素ガス、または超乾燥エア（ＣＲＤＳ（キャビティリングダウンレー
ザー分光法）方式の露点計を用いて測定した場合の水分量が２０ｐｐｍ（露点換算で−５
５℃）以下、好ましくは１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）などの酸素を
含むガス雰囲気下において行う。
【０１５６】
上記酸素を含むガスには、水、水素などの濃度が低いことが好ましい。具体的には、酸素
を含むガス内に含まれる不純物濃度を、１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下とす
ることが好ましい。
【０１５７】
或いは、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオンインプランテ
ーション法、プラズマ処理などを用いて、酸化物半導体膜に酸素を供給することができる
。上記方法を用いて酸素を酸化物半導体膜に供給した後、酸化物半導体膜に含まれる結晶
部が損傷を受けた場合は、加熱処理を行い、損傷を受けた結晶部を修復するようにしても
良い。
【０１５８】
また、酸化物半導体膜と接するゲート絶縁膜などの絶縁膜として、酸素を含む絶縁膜を用
い、上記絶縁膜から酸化物半導体膜に酸素を供給するようにしても良い。酸素を含む絶縁
膜は、酸素雰囲気下による熱処理や、酸素ドープなどにより、絶縁材料を化学量論的組成
より酸素が多い状態とすることが好ましい。酸素ドープとは、酸素を半導体膜に添加する
ことをいう。また、酸素ドープには、プラズマ化した酸素を半導体膜に添加する酸素プラ
ズマドープが含まれる。また、酸素ドープは、イオン注入法またはイオンドーピング法を
用いて行ってもよい。酸素ドープ処理を行うことにより、化学量論的組成より酸素が多い
領域を有する絶縁膜を形成することができる。そして、酸素を含む絶縁膜を形成した後、
加熱処理を施すことで、上記絶縁膜から酸化物半導体膜に酸素が供与されるようにする。
上記構成により、ドナーとなる酸素欠損を低減し、酸化物半導体膜に含まれる酸化物半導
体の、化学量論的組成を満たすことができる。その結果、酸化物半導体膜をｉ型に近づけ
ることができ、酸素欠損によるトランジスタの電気特性のばらつきを軽減し、電気特性の
向上を実現することができる。
【０１５９】
酸素を絶縁膜から酸化物半導体膜に供与するための加熱処理は、窒素、超乾燥空気、また
は希ガス（アルゴン、ヘリウムなど）の雰囲気下において、好ましくは２００℃以上４０
０℃以下、例えば２５０℃以上３５０℃以下）で行う。上記ガスは、水の含有量が２０ｐ
ｐｍ以下、好ましくは１ｐｐｍ以下、より好ましくは１０ｐｐｂ以下であることが望まし
い。
【０１６０】
以下では、酸化物半導体膜の構造について説明する。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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
。
【０１６３】
酸化物半導体膜は、単結晶酸化物半導体膜と非単結晶酸化物半導体膜とに大別される。非
単結晶酸化物半導体膜とは、非晶質酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、多結晶酸化
物半導体膜、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ  Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ
Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜などをいう。
【０１６４】
非晶質酸化物半導体膜は、膜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
化物半導体膜である。微小領域においても結晶部を有さず、膜全体が完全な非晶質構造の
酸化物半導体膜が典型である。
【０１６５】
微結晶酸化物半導体膜は、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膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも原
子配列の規則性が高い。そのため、微結晶酸化物半導体膜は、非晶質酸化物半導体膜より
も欠陥準位密度が低いという特徴がある。
【０１６６】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、複数の結晶部を有する酸化物半導体膜の一つであり、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膜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膜は、微結晶酸化物半導体膜よりも欠
陥準位密度が低いという特徴がある。以下、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜について詳細な説明を行う
。
【０１６７】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜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膜は、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。
【０１６８】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を、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膜の膜を形成する面（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膜の被形成面または上面と平行に配列する。
【０１６９】
一方、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を、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。
【０１７０】
断面ＴＥＭ観察および平面ＴＥＭ観察より、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶部は配向性を有して
いることがわかる。
【０１７１】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、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膜
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膜の結晶が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。
【０１７２】
一方、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、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
物半導体膜であれば、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膜の場合は、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。
【０１７３】
以上のことから、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜では、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。
【０１７４】
なお、結晶部は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜した際、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膜の形
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膜の被形成面
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。
【０１７５】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中の結晶化度が均一でなくてもよい。例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜
の結晶部が、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜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膜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。
【０１７６】
なお、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜の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、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中の一部に、ｃ軸配向性
を有さない結晶が含まれることを示している。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、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。
【０１７７】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜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。
【０１７８】
なお、酸化物半導体膜は、例えば、非晶質酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、ＣＡ
ＡＣ−ＯＳ膜のうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。
【０１７９】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１８０】
（実施の形態５）
本実施の形態では、実施の形態１で説明したプロセッサの一例として、ＣＰＵの構成につ
いて説明する。
【０１８１】
図１１に、本実施の形態のＣＰＵの構成を示す。図１１に示すＣＰＵは、基板９９００上
に、ＡＬＵ９９０１、ＡＬＵ・Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ９９０２、Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
・Ｄｅｃｏｄｅｒ９９０３、Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ・Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ９９０４、Ｔｉ
ｍｉｎｇ・Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ９９０５、Ｒｅｇｉｓｔｅｒ９９０６、Ｒｅｇｉｓｔｅ
ｒ・Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ９９０７、Ｂｕｓ・Ｉ／Ｆ９９０８、書き換え可能なＲＯＭ９
９０９、ＲＯＭ・Ｉ／Ｆ９９２０と、を主に有している。なお、ＡＬＵはＡｒｉｔｈｍｅ
ｔｉｃ  ｌｏｇｉｃ  ｕｎｉｔであり、Ｂｕｓ・Ｉ／Ｆはバスインターフェースであり、
ＲＯＭ・Ｉ／ＦはＲＯＭインターフェースである。ＲＯＭ９９０９及びＲＯＭ・Ｉ／Ｆ９
９２０は、別チップに設けても良い。勿論、図１１に示すＣＰＵは、その構成を簡略化し
て示した一例にすぎず、実際のＣＰＵはその用途によって多種多様な構成を有している。
【０１８２】
Ｂｕｓ・Ｉ／Ｆ９９０８を介してＣＰＵに入力された命令は、Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ・
Ｄｅｃｏｄｅｒ９９０３に入力され、デコードされた後、ＡＬＵ・Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ
９９０２、Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ・Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ９９０４、Ｒｅｇｉｓｔｅｒ・Ｃ
ｏｎｔｒｏｌｌｅｒ９９０７、Ｔｉｍｉｎｇ・Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ９９０５に入力され
る。
【０１８３】
ＡＬＵ・Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ９９０２、Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ・Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ９
９０４、Ｒｅｇｉｓｔｅｒ・Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ９９０７、Ｔｉｍｉｎｇ・Ｃｏｎｔｒ
ｏｌｌｅｒ９９０５は、デコードされた命令に基づき、各種制御を行なう。具体的にＡＬ
Ｕ・Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ９９０２は、ＡＬＵ９９０１の動作を制御するための信号を生
成する。また、Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ・Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ９９０４は、ＣＰＵのプログ
ラム実行中に、外部の入出力装置や、周辺回路からの割り込み要求を、その優先度やマス
ク状態から判断し、処理する。Ｒｅｇｉｓｔｅｒ・Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ９９０７は、Ｒ
ｅｇｉｓｔｅｒ９９０６のアドレスを生成し、ＣＰＵの状態に応じてＲｅｇｉｓｔｅｒ９
９０６の読み出しや書き込みを行なう。
【０１８４】
またＴｉｍｉｎｇ・Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ９９０５は、ＡＬＵ９９０１、ＡＬＵ・Ｃｏｎ
ｔｒｏｌｌｅｒ９９０２、Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ・Ｄｅｃｏｄｅｒ９９０３、Ｉｎｔｅ
ｒｒｕｐｔ・Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ９９０４、Ｒｅｇｉｓｔｅｒ・Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ
９９０７の動作のタイミングを制御する信号を生成する。例えばＴｉｍｉｎｇ・Ｃｏｎｔ
ｒｏｌｌｅｒ９９０５は、基準クロック信号ＣＬＫ１を元に、内部クロック信号ＣＬＫ２
を生成する内部クロック生成部を備えており、クロック信号ＣＬＫ２を上記各種回路に供
給する。
【０１８５】
本実施の形態のＣＰＵでは、Ｒｅｇｉｓｔｅｒ９９０６に、実施の形態２で示した構成を
有する記憶素子が設けられている。Ｒｅｇｉｓｔｅｒ・Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ９９０７は
、ＡＬＵ９９０１、または、実施の形態１で説明したパワーゲーティング回路１４０から
の指示に従い、Ｒｅｇｉｓｔｅｒ９９０６が有する記憶素子において、揮発性記憶回路７
０１によるデータの保持を行うか、不揮発性記憶回路７０２によるデータの保持を行うか
を選択する。
【０１８６】
揮発性記憶回路７０１によるデータの保持が選択されている場合、Ｒｅｇｉｓｔｅｒ９９
０６内の記憶素子への電源電圧の供給が行われる。不揮発性記憶回路７０２によるデータ
の保持が選択されている場合、Ｒｅｇｉｓｔｅｒ９９０６内の記憶素子への電源電圧の供
給を停止することができる。
【０１８７】
この様にして、一時的にＣＰＵの動作を停止し、電源電圧の供給を停止した場合において
もデータを保持することが可能であり、消費電力の低減を行うことができる。具体的には
、例えば、パーソナルコンピュータのユーザーが、キーボードなどの入力装置への情報の
入力を停止している間でも、ＣＰＵを停止することができ、それにより消費電力を低減す
ることができる。
【０１８８】
本実施の形態では、ＣＰＵを例に挙げて説明したが、本発明の信号処理回路はＣＰＵに限
定されず、マイクロプロセッサ、画像処理回路、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ等の集積回路にも応用
可能である。
【０１８９】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１９０】
（実施の形態６）
本発明の一態様に係る半導体装置は、表示機器、パーソナルコンピュータ、記録媒体を備
えた画像再生装置などに用いることができる。その他に、本発明の一態様に係る半導体装
置を用いることができる電子機器として、携帯電話、携帯型を含むゲーム機、携帯情報端
末、電子書籍、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッド
マウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、デ
ジタルオーディオプレイヤー等）、複写機、ファクシミリ、プリンター、プリンター複合
機、現金自動預け入れ払い機（ＡＴＭ）、自動販売機などが挙げられる。これら電子機器
の具体例を図１２に示す。
【０１９１】
図１２（Ａ）は携帯型ゲーム機であり、筐体５００１、筐体５００２、表示部５００３、
表示部５００４、マイクロホン５００５、スピーカー５００６、操作キー５００７、スタ
イラス５００８等を有する。なお、図１２（Ａ）に示した携帯型ゲーム機は、２つの表示
部５００３と表示部５００４とを有しているが、携帯型ゲーム機が有する表示部の数は、
これに限定されない。
【０１９２】
図１２（Ｂ）は携帯情報端末であり、第１筐体５６０１、第２筐体５６０２、第１表示部
５６０３、第２表示部５６０４、接続部５６０５、操作キー５６０６等を有する。第１表
示部５６０３は第１筐体５６０１に設けられており、第２表示部５６０４は第２筐体５６
０２に設けられている。そして、第１筐体５６０１と第２筐体５６０２とは、接続部５６
０５により接続されており、第１筐体５６０１と第２筐体５６０２の間の角度は、接続部
５６０５により可動となっている。第１表示部５６０３における映像の切り替えを、接続
部５６０５における第１筐体５６０１と第２筐体５６０２との間の角度に従って、切り替
える構成としても良い。また、第１表示部５６０３及び第２表示部５６０４の少なくとも
一方に、位置入力装置としての機能が付加された表示装置を用いるようにしても良い。な
お、位置入力装置としての機能は、表示装置にタッチパネルを設けることで付加すること
ができる。或いは、位置入力装置としての機能は、フォトセンサとも呼ばれる光電変換素
子を表示装置の画素部に設けることでも、付加することができる。
【０１９３】
図１２（Ｃ）はノート型パーソナルコンピュータであり、筐体５４０１、表示部５４０２
、キーボード５４０３、ポインティングデバイス５４０４等を有する。
【０１９４】
図１２（Ｄ）は電気冷凍冷蔵庫であり、筐体５３０１、冷蔵室用扉５３０２、冷凍室用扉
５３０３等を有する。
【０１９５】
図１２（Ｅ）はビデオカメラであり、第１筐体５８０１、第２筐体５８０２、表示部５８
０３、操作キー５８０４、レンズ５８０５、接続部５８０６等を有する。操作キー５８０
４及びレンズ５８０５は第１筐体５８０１に設けられており、表示部５８０３は第２筐体
５８０２に設けられている。そして、第１筐体５８０１と第２筐体５８０２とは、接続部
５８０６により接続されており、第１筐体５８０１と第２筐体５８０２の間の角度は、接
続部５８０６により可動となっている。表示部５８０３における映像の切り替えを、接続
部５８０６における第１筐体５８０１と第２筐体５８０２との間の角度に従って行う構成
としても良い。
【０１９６】
図１２（Ｆ）は普通自動車であり、車体５１０１、車輪５１０２、ダッシュボード５１０
３、ライト５１０４等を有する。
【０１９７】
以上の電子機器は、プロセッサなどによる電子制御が積極的に行われており、本発明の一
態様を適用することで、電子機器の消費電力を削減することができる。
【０１９８】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【符号の説明】
【０１９９】
１００    半導体装置
１１０    ステート制御回路
１１１    第１の記憶装置
１１２    第２の記憶装置
１２０    電源生成回路
１３０    クロック生成回路
１４０    パワーゲーティング回路
１５１    プロセッサコア
１５２    プロセッサコア
１５３    プロセッサコア
１６０    キャッシュメモリ
１７０    スイッチ
１８０    バスライン
７００    記憶素子
７０１    揮発性記憶回路
７０２    不揮発性記憶回路
７０３    スイッチ
７０４    スイッチ
７０６    論理素子
７０７    容量素子
７０８    容量素子
７０９    トランジスタ
７１０    トランジスタ
７１３    トランジスタ
７１４    トランジスタ
７２０    セレクタ回路
３０００    基板
３１００    素子分離絶縁層
３２１０    半導体材料
３２２０    絶縁層
３２３０    下地絶縁層
３２４０    ドレイン電極
３２５０    ゲート絶縁膜
３２６０    ゲート電極
３２７０    第２のゲート電極
３２８０    絶縁層
３２９０    ソース配線またはドレイン配線
５００１    筐体
５００２    筐体
５００３    表示部
５００４    表示部
５００５    マイクロホン
５００６    スピーカー
５００７    操作キー
５００８    スタイラス
５１０１    車体
５１０２    車輪
５１０３    ダッシュボード
５１０４    ライト
５３０１    筐体
５３０２    冷蔵室用扉
５３０３    冷凍室用扉
５４０１    筐体
５４０２    表示部
５４０３    キーボード
５４０４    ポインティングデバイス
５６０１    筐体
５６０２    筐体
５６０３    表示部
５６０４    表示部
５６０５    接続部
５６０６    操作キー
５８０１    筐体
５８０２    筐体
５８０３    表示部
５８０４    操作キー
５８０５    レンズ
５８０６    接続部
９９００    基板
９９０１    ＡＬＵ
９９０６    Ｒｅｇｉｓｔｅｒ
９９０９    ＲＯＭ
【図１】
2020004473.tif 000003
【図２】
2020004473.tif 000004
【図３】
2020004473.tif 000005
【図４】
2020004473.tif 000006
【図５】
2020004473.tif 000007
【図６】
2020004473.tif 000008
【図７】
2020004473.tif 000009
【図８】
2020004473.tif 000010
【図９】
2020004473.tif 000011
【図１０】
2020004473.tif 000012
【図１１】
2020004473.tif 000013
【図１２】
2020004473.tif 000014