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TWI571058B - 半導體裝置與驅動半導體裝置之方法 - Google Patents

半導體裝置與驅動半導體裝置之方法 Download PDF

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TWI571058B
TWI571058B TW101116523A TW101116523A TWI571058B TW I571058 B TWI571058 B TW I571058B TW 101116523 A TW101116523 A TW 101116523A TW 101116523 A TW101116523 A TW 101116523A TW I571058 B TWI571058 B TW I571058B
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竹村保彥
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半導體能源研究所股份有限公司
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Description

半導體裝置與驅動半導體裝置之方法
本發明相關於可程式化半導體裝置。
在半導體積體電路中，諸如，普通的中央處理單元(CPU)，電路設計係固定的且在製造後不能改變。相反地，在稱為可程式化邏輯裝置(PLD)的半導體積體電路中，因為邏輯電路係由足夠數量的邏輯單元組成且該等邏輯單元可藉由電開關(程式化單元或開關)互連，邏輯單元之間的互連可在製造後依需要改變(見專利文件1及2)。
因此，因為電路組態可由使用者改變，可程式化邏輯裝置具有高可變性且容許大幅減少耗費在電路設計及發展上的時間及成本。
與可程式化邏輯裝置技術競爭之技術的一者係閘陣列。此係藉由其在晶圓上方，將係標準邏輯元件的組件範例，諸如，反及閘及反或閘、電晶體、以及被動元件，諸如電阻器，放置在預界定位置上並將金屬佈線層形成於其上方以將該等組件彼此連接，從而完成半導體電路的方式。此方式與可程式化邏輯裝置技術的不同係藉由金屬佈線形成組件之間的連接。
因此，為以閘陣列完成半導體裝置，僅訂購用於金屬佈線的遮罩並使用此遮罩形成金屬佈線層。雖然不能在半 導體裝置完成後改變電路組態，因為閘陣列在少量的生產等上需要比較小的投資量，閘陣列已比可程式化邏輯裝置技術更廣泛地使用。
然而，近年隨著電路線寬的減少，因為用於金屬佈線的遮罩變得更加昂貴，除非可預期可觀的生產量，閘陣列已無利潤。因此，在閘陣列中，電路線寬在最近幾年未曾落至130nm以下。
相反地，在電路係由電性程式化單元組成的可程式化邏輯裝置中，因為不需要遮罩，電路線寬已經係40nm或以下。另外，可程式化邏輯裝置技術需要比閘陣列更小的投資量。因此，即使在習知情形中會藉由閘陣列製造的半導體裝置也開始藉由可程式化邏輯裝置技術製造。
[參考文件]
[專利文件1]美國專利申請案公告案號第2011/0175646號
[專利文件2]美國專利序號第6172521號
[專利文件3]美國專利序號第7772053號
[專利文件4]美國專利序號第7674650號
[專利文件5]美國專利申請案公告案號第2011/0058116號
[專利文件6]美國專利申請案公告案號第2011/0101351號
可程式化邏輯裝置包括複雜的可程式化邏輯裝置(CPLD)、及場效可規劃閘極陣列(FPGA)等。在任何該等可程式化邏輯裝置中，電路組態係由儲存在半導體記憶體中，諸如電子可抹拭唯讀記憶體或靜態隨機存取記憶體，的邏輯單元之間的互連決定。
取決於已程式化的電路組態，可有邏輯單元對該電路組態無用的情形。特別係因為邏輯單元的數量在具有較大尺寸及較高可變性的可程式化邏輯裝置中增加，設定特定用途的電路組態(實施組態)增加對該電路結構無用之邏輯單元的數量。
另外，因為半導體記憶體電路，諸如，電子可抹拭唯讀記憶體(或反或快閃記憶體)或靜態隨機存取記憶體的較大面積，導致晶片面積相對於邏輯單元的尺寸甚大。例如，當場效可規劃閘極陣列及閘陣列具有相同數量的邏輯單元時，使用40-nm世代之靜態隨機存取記憶體的場效可規劃閘極陣列與使用130-nm世代之靜態隨機存取記憶體的閘陣列具有幾乎相同的晶片面積。
此外，在可程式化邏輯裝置中，也將電源供應電壓供應至對電路組態無用的邏輯單元，且因此，由於漏電流或關閉狀態電流，導致非必要的電力消耗發生。例如，在反向器係使用互補式金屬氧化物半導體形成的情形中，雖然理論上不會在穩態中消耗電力，實際上電力由於流至閘極絕緣膜的漏電流或在源極及汲極之間流動的關閉狀態電流 而消耗。
在互補式金屬氧化物半導體反向器係使用塊狀矽形成的情形中，使用約2V的電源供應電壓，在室溫下產生約1pA的關閉狀態電流。當實現更高積體度的可程式化邏輯裝置時，由於半導體元件的小型化、及元件數量的增加等，導致電力消耗更加增加。
在使用可重寫可程式化邏輯裝置的情形中，通常將電子可抹拭唯讀記憶體或靜態隨機存取記憶體使用為儲存互連結構的程式化單元。然而，因為電子可抹拭唯讀記憶體使用穿隧電流原理寫入及抹除資料，易發生絕緣膜退化。
因此，重寫資料的次數實際上並非無限，且重寫數量的上限約為數萬次至數十萬次。此外，當寫入資料或當抹除資料時，施加至電子可抹拭唯讀記憶體之電壓的絕對值高達約20V。因此，當寫入資料或當抹除資料時，電力消耗容易增加。此外，用於涵蓋此種高操作電壓的冗餘電路設計係必要的，且非常長的時間週期對寫入或抹除資料係必要的。因此，電子可抹拭唯讀記憶體不適合包含頻繁組態的用途。
另外，在靜態隨機存取記憶體中，始終需要供應電源供應電壓，使得資料可保持。雖然習知靜態隨機存取記憶體具有比動態隨機存取記憶體少的電力消耗，最近靜態隨機存取記憶體已消耗比動態隨機存取記憶體更多的電力。此係因為短通道效應及因應電源供應電壓的降低而在臨界上的降低。
因此，如上文所述，當供應電源供應電壓時，即使在穩態中仍消耗電力；因此，若使用靜態隨機存取記憶體之程式化單元的數量隨更高積體度而增加時，半導體裝置的電力消耗增加。
有鑑於上述問題，本發明之目的係提供可降低電力消耗的半導體裝置。本發明之另一目的係提供使用程式化單元之高度可靠的半導體裝置。本發明之再一目的係提供高度積體的半導體裝置。本發明之另一目的係提供具有新穎結構的半導體裝置。本發明之再一目的係提供驅動半導體裝置的新穎方法。根據本發明的一實施例，可實現此等目的之至少一者。
在本發明之一實施例的半導體裝置中，根據邏輯單元間之連接結構的改變(實施組態)，電源供應電壓至邏輯單元的供應也改變。換言之，當邏輯單元間之連接結構的改變產生對電路組態無用的邏輯單元時，電源供應電壓對不確定邏輯單元的供應停止。
根據本發明的一實施例，電源供應電壓至邏輯單元的供應及邏輯單元之間的連接係由使用具有極小量之關閉狀態電流或極小量的漏電流之絕緣閘極場效電晶體(在下文簡單地稱為電晶體)形成的程式化單元控制。
此處，該程式化單元包括第一開關元件、第二開關元件、以及電容器；該第一開關元件包括邏輯單元(等)的連接點及電源供應，並由該電容器中的電荷控制；且該第二開關元件具有將組態資料累積入該電容器並保持該資料 的功能。
依據本發明的一實施例，半導體裝置包括記憶體區域，該記憶體區域包括記憶體元件，諸如，動態隨機存取記憶體，其包括電容器及電晶體並藉由將電荷累積入該電容器而儲存資料，以及將邏輯單元配置成矩陣的邏輯電路區域。該半導體裝置具有在其中將作為電路連接的資料(組態資料)從記憶體區域週期性地傳輸至邏輯電路區域中之程式化單元的結構，且該程式化單元依據該組態資料控制邏輯單元間之連接及電源供應電壓至邏輯單元的供應。該程式化單元包括第一開關元件、第二開關元件、以及電容器；該第一開關元件包括邏輯單元(等)的連接點及電源供應，並由該電容器中的電荷控制；且該第二開關元件具有將組態資料累積入該電容器並保持該資料的功能。
作為用於第一開關元件使用的半導體，使用可以係單晶或多晶的矽、鍺、砷化鎵、磷化鎵、或磷化銦等是可能的。
作為用於第二開關元件使用的電晶體，具有比正常電晶體更長之通道長度或更窄的通道寬度之電晶體可被使用。例如，具有正常電晶體十倍通道長度之電晶體的關閉狀態電流可係該正常電晶體之關閉狀態電流的十分之一。此外，當可防止短通道效應時，關閉狀態電流可係正常電晶體之關閉狀態電流的百分之一。具有正常電晶體十分之一的通道寬度之電晶體的情形也是如此。該電晶體的關閉狀態電流也可用更薄的半導體層降低(見專利文件3)。
該電晶體的通道形成區域可能包括具有比矽半導體更寬的能帶隙及比矽更低之本質載體密度的半導體材料。將具有此種特徵的半導體材料包括在通道形成區域中，因此電晶體的關閉狀態電流量可極小。
作為此種半導體材料的範例，可提供具有約為矽的能帶隙三倍大之能帶隙的氧化物半導體(見專利文件1及4至6)。
在本發明的一實施例中，將如上文所述之具有極小量的關閉狀態電流或極小量之漏電流的電晶體使用為用於控制邏輯單元間之連接的程式化單元為佳。須注意可能將正常電晶體使用在實施將資料期間性地寫至程式化單元(動態組態)之驅動方法的情形中。
除非另有指定，在n-通道(p-通道)電晶體的情形中，此說明書中的術語關閉狀態電流係指將源極電位使用為參考電位而汲極電位高於(低於)源極及閘極電位時，當閘極之電位小於或等於0V時，在源極及汲極之間流動的電流。
具體地說，上述程式化單元包括至少用於控制二節點間之連接的第一開關元件以及用於控制上述第一開關元件的第二開關元件。該第一開關元件包括一或多個電晶體。
第二開關元件包括一或多個如上文所述的具有比正常電晶體更長之通道長度的電晶體、具有極薄半導體層(具有2nm或以下的厚度)的電晶體、以及具有包括諸如具有矽之大約二或多倍的能帶隙之氧化物半導體的電晶體材 料之通道形成區域的電晶體為佳。在第二開關元件中，電晶體的關閉狀態電流或漏電流量極小。
將包括在第二開關元件中之至少一電晶體的源極及汲極之一者連接至包括在第一開關元件中之至少一電晶體的閘極。因此，使用在第二開關元件中具有極小量的關閉狀態電流或極小量之漏電流的電晶體，可將包括在第一開關元件中之電晶體的閘極電位保持長週期。
保持包括在第一開關元件中的電晶體之閘極電位的期間係依據半導體裝置決定，並可能係100微秒或以下、一天或以上、或十年或以上。因此，第二開關元件中的電晶體的關閉狀態電流可依據所需週期決定。
須注意氧化物半導體係呈現半導體特徵的金屬氧化物。藉由將作為電子供給體(donors)使用的雜質濃度降低，諸如濕氣或氫，而高度純化的氧化物半導體(purified OS)係本質半導體(i-型)或實質本質半導體。因此，包括此種氧化物半導體的電晶體具有極小量之關閉狀態電流或極小量的漏電流。
具體地說，藉由二次離子質譜儀(SIMS)量測之高度純化氧化物半導體中的氫濃度小於或等於5×1019/cm3，小於或等於5×1018/cm3為佳，小於或等於5×1017/cm3更佳，小於或等於1×1016/cm3又更佳。
此外，可藉由霍爾效應量測量測之氧化物半導體膜的載體密度小於1×1014/cm3，小於1×1012/cm3較佳，小於1×1011/cm3更佳。此外，該氧化物半導體的能帶隙大於或 等於2eV，大於或等於2.5eV為佳，大於或等於3eV更佳。使用藉由充份地降低雜質濃度，諸如濕氣或氫，而高度純化之氧化物半導體膜，可降低該電晶體的關閉狀態電流或漏電流量。
於此處描述該氧化物半導體膜之氫濃度的分析。理論上，難以藉由二次離子質譜儀分析在樣本表面的鄰近處或在使用不同材料形成之堆疊膜間的介面鄰近處精確地得到資料已為人所知。因此，藉由二次離子質譜儀在厚度方向上分析該膜之氫濃度的分佈之情形中，當在該膜之受調查的區域中，該值未大幅改變且可得到幾乎固定之值時，將平均值接受為該氫濃度。
另外，在受調查之該膜的厚度甚小的情形中，由於受相鄰膜中之氫濃度的影響，有時不能得到具有幾乎固定值的區域。在該情形中，將該膜區域中的氫濃度之區域最大值或區域最小值接受為該膜中的氫濃度。另外，在具有區域最大值之山形尖峰及具有區域最小值的谷形尖峰不存在於設置該等膜之該區域中的情形中，將在拐點的該值接受為該氫濃度。
各種實驗可實際地證明將高度純化氧化物半導體膜包括為主動層的該電晶體之小量的關閉狀態電流。例如，使用具有1×106mm的通道寬度及10μm之通道長度的元件，在源極及汲極間的電位差係在從1V至10V的範圍中，關閉狀態電流(其係在閘極及源極之間的電位差為0V或以下之情形中的汲極電流)小於或等於半導體參數分析儀的 量測限制係可能的，亦即，小於或等於1×10-13A。
在該情形中，可發現與以該電晶體的通道寬度除該關閉狀態電流所得到之值對應的關閉狀態電流密度低於或等於100zA/μm。另外，在該實驗中，將電容器及電晶體(閘極絕緣膜的厚度為100nm)彼此連接，並使用流入或流出該電容器的電荷係由該電晶體控制之電路。當將高度純化氧化物半導體膜使用為該電晶體中的通道形成區域時，並從每單位時間該電容器之電荷量的改變量測該電晶體的關閉狀態電流量，在該電晶體的源極及汲極間之電位差為3V的情形中，發現能得到10zA/μm至100zA/μm之較小量的關閉狀態電流。
因此，在依據本發明之一實施例的半導體裝置中，取決於源極及汲極間的電位差，將高度純化氧化物半導體膜包括為主動層之該電晶體的關閉狀態電流密度可小於或等於100zA/μm，小於或等於10zA/μm為佳，或小於或等於1zA/μm更佳。因此，將高度純化氧化物半導體膜包括為主動層的該電晶體具有遠小於包括具有晶度的矽之電晶體的關閉狀態電流量。當將具有此種小量之關閉狀態電流的電晶體使用為第二開關元件時，可將電荷保持一天或以上。
包括高度純化氧化物半導體的電晶體顯示關閉狀態電流幾乎無溫度相依性。此係因為將在該氧化物半導體中作為電子供給體(donors)使用的雜質移除並將該氧化物半導體高度純化，使得導電性接近實質本質型，且費米能階 位於禁帶中心。
此也由該氧化物半導體具有大於或等於3eV的能量間隙並包括非常少之熱激發載子所導致。此外，源極及汲極係在退化狀態中，其也係顯示無溫度相依性的因素。該電晶體主要係使用從退化源極注入至氧化物半導體的載體操作。
可將四元金屬氧化物，諸如，銦-錫-鎵-鋅-基氧化物半導體、三元金屬氧化物，諸如，銦-鎵-鋅-基氧化物半導體、銦-錫-鋅-基氧化物半導體、銦-鋁-鋅-基氧化物半導體、錫-鎵-鋅-基氧化物半導體、鋁-鎵-鋅-基氧化物半導體、以及錫-鋁-鋅-基氧化物半導體、或二元金屬氧化物，諸如，銦-鋅-基氧化物半導體、錫-鋅-基氧化物半導體、鋁-鋅-基氧化物半導體、鋅-鎂-基氧化物半導體、錫-鎂-基氧化物半導體、銦-鎂-基氧化物半導體、銦-鎵-基氧化物半導體、銦-基氧化物半導體、錫-基氧化物半導體、以及鋅-基氧化物半導體等使用為該氧化物半導體。
須注意在此說明書中，例如，銦-錫-鎵-鋅-基氧化物半導體意指包括銦(In)、錫(Sn)、鎵(Ga)、以及鋅(Zn)的金屬氧化物。在計量組成率上無特別限制。上述氧化物半導體可能包括矽。
或者，可能將以化學方程式銦MO3(ZnO)m(m>0)表示的氧化物半導體使用為該氧化物半導體。此處，M代表選自鎵、鋁、錳、以及鈷之一或多種金屬元素。
上述解釋係適合本發明申請案之氧化物半導體的一實 施態樣，且該氧化物半導體的細節及其製備方法等可在專利文件1及4至6中發現。
可應用至本發明之一實施例的程式化單元包括電容器，將其電極之一者連接至第一電晶體的閘極，且該電容器的電極之另一者的電位在程式化(組態)期間及在電路操作期間不同。
可應用至本發明之一實施例的程式化單元包括作為第一開關元件的一n-通道電晶體、一p-通道電晶體、或一傳輸閘電路(類比開關)。
可應用至本發明之一實施例的程式化單元包括作為第二開關元件之具有0V或以下之臨界的n-通道電晶體或具有0V或以上之臨界的p-通道電晶體。
根據本發明之一實施例，電源供應電壓至對電路組態無用之邏輯單元的供應係由程式化單元停止，使得可降低半導體積體電路的電力消耗。
相較於使用電子可抹拭唯讀記憶體的習知程式化單元，具有任何上述組態的程式化單元可抑制由穿隧電流導致的閘極絕緣膜退化；因此，可提供可增加重寫資料次數數量的半導體裝置。
形成具有任何上述結構之程式化單元所需的面積充份地小於使用靜態隨機存取記憶體或電子可抹拭唯讀記憶體之習知程式化單元中的面積；因此，可實現電路積體性。特別係當使用薄膜電晶體形成時，可將第二開關元件形成在邏輯單元上方；因此可更加縮減面積。
在本發明的一實施例中，動態組態係可能的，且因此具有有限數量之邏輯單元的電路可實質實現與使用至少數倍以上之邏輯單元同等級的功能。
在具有上述結構的程式化單元中，藉由該第二電晶體的操作電壓大致判定在連接狀態中寫入資料所需要的操作電壓。因此，可能提供相較於具有使用電子可抹拭唯讀記憶體之習知程式化單元的半導體裝置，可將上述操作電壓顯著地降低並降低電力消耗的半導體裝置。
與使用靜態隨機存取記憶體形成的程式化單元不同，具有上述結構的程式化單元使用具有極小量之關閉狀態電流的電晶體保持資料；因此，即使在未始終將電源供應電壓供應至程式化單元時，仍可將連接狀態保持至特定程度。因此，可提供降低電力消耗的半導體裝置。
在下文中，將參考該等隨附圖式詳細描述本發明之實施例。然而，本發明並未受限於以下描述，且熟悉本發明之人士可輕易地理解模式及細節可無須脫離本發明之精神及範圍而以各種方式改變。因此，不應將本發明理解為受以下實施例的描述限制。
須注意本發明之半導體裝置在其類別中包括使用半導體元件形成的各種半導體積體電路，諸如微處理器、影像處理電路、半導體顯示裝置的控制器、數位訊號處理器(DSP)、及微控制器等。此外，本發明之半導體裝置也在 其類別中包括各種裝置，諸如使用上述半導體積體電路形成的RF標籤、及半導體顯示裝置等。半導體顯示裝置包括在其類別中包括：液晶顯示裝置、發光裝置，其中針對各像素設置以有機發光元件(OLED)為代表的發光元件、電子紙、數位微鏡裝置(DMD)、電漿顯示面板(PDP)、場致發射顯示器(FED)、以及將半導體元件包括在驅動器電路中的其他半導體顯示裝置。
(實施例1)
在此實施例中，將描述本發明之一實施例的半導體裝置之結構及操作。
將本發明之一實施例的半導體裝置之結構描繪於圖1中，作為範例。描繪於圖1中的半導體裝置設有九個邏輯單元A至I、組態成控制邏輯單元A至I間之連接的程式化單元PD_AB至PD_IH、以及組態成控制高電源供應電位VDD至邏輯單元A至I之供應的程式化單元PD_VA至PD_VI。
須注意在圖1中，例如，將組態成控制邏輯單元A之輸出端及邏輯單元B的輸入端間之連接的程式化單元標示為PD_AB。另一方面，將組態成控制邏輯單元B之輸出端及邏輯單元A的輸入端間之連接的程式化單元標示為PD_BA。
在圖1中，為避免描述的複雜性，說明該等九個邏輯單元各者係經由程式化單元連接至上方、下方、左方、或 右方之邏輯單元的情形。然而，本發明之一實施例並未受限於此結構，且設計者可視情況設定邏輯單元的數量及連接的結構。
在圖1中，經由程式化單元將各邏輯單元連接至施加高電源供應電位VDD的節點；然而，在實際上，不僅將高電源供應電位VDD，也將與高電源供應電位VDD不同之固定電位，諸如，低電源電位VSS，施加至各邏輯單元。亦即，當將高電源供應電位VDD施加至邏輯單元時，將高電源供應電位VDD及低電源電位VSS之間的電位差作為電源供應電壓供應至邏輯單元。
圖1描繪經由程式化單元將給定邏輯單元的一輸出終端連接至另一邏輯單元之一輸入終端的情形。然而，本發明的一實施例並未受限於此結構。可能經由程式化單元將給定邏輯單元的一輸出端連接至另一邏輯單元的複數個輸入端。
須注意在使用為邏輯單元之邏輯電路的結構上並無特別限制。可將實施簡單邏輯操作的邏輯電路，諸如反向器、及、反及、或反或、加法器、乘法器、記憶體(例如，動態隨機存取記憶體或靜態隨機存取記憶體)；或各種算術單元，使用為該邏輯單元。
各程式化單元包括至少控制二節點間之連接的第一電晶體(Tr1)及控制電位至該第一電晶體的閘極之供應的第二電晶體(Tr2)。具體地說，將該等程式化單元的結構範例描繪於圖2A至2D中。
圖2A係具有最簡單結構的程式化單元，其包括組態成控制二節點(第一節點N1及第二節點N2)間之連接的第一電晶體Tr1，以及組態成控制電位至第一電晶體Tr1的閘極(第三節點N3)之供應的第二電晶體Tr2。具體地說，將第一電晶體Tr1的源極連接至第一節點N1並將第一電晶體Tr1的汲極連接至第二節點N2。
另外，將第二電晶體Tr2之源極及汲極的一者連接至第一電晶體Tr1的閘極(第三節點N3)，並將控制第一電晶體Tr1之切換的電位施加至第二電晶體Tr2之源極及汲極的另一者(終端D)。
如圖2B描繪的，第二電晶體Tr2可能係p-通道電晶體。如圖2C描繪的，可能設置用於保持第一電晶體Tr1之閘極電位的電容器Cs。如圖2D描繪的，可能將第三電晶體Tr3設置在該電容器的相對電極側上，使得防止終端E的電位在組態期間影響第三節點N3的電位。
當依據輸入至第二電晶體Tr2之閘極(亦即，終端G)的電位將第二電晶體Tr2開啟時，將用於控制第一電晶體Tr1之切換的電位施加至第三節點N3。第一電晶體Tr1依據施加至第三節點N3的電位實施切換。當第一電晶體Tr1為開啟時，將第一節點N1連接至第二節點N2。相反地，當第一電晶體Tr1為關閉時，第一節點N1未連接至第二節點N2。
當依據輸入至第二電晶體Tr2之閘極(亦即，終端G)的電位將第二電晶體Tr2關閉時，第三節點N3係在浮 動狀態中，並保持該電位。因此，保持第一節點N1及第二節點N2之間的連接狀態或切斷狀態。以此方式，可取決於第三節點N3的電位連接或切斷第一節點N1及第二節點N2。
在程式化單元用於控制邏輯單元間之連接的情形中，將第一節點N1連接至一邏輯單元的輸入端或輸出端，並將第二節點N2連接至另一邏輯單元的輸入端或輸出端。在程式化單元用於控制電源供應電壓至邏輯單元之供應的情形中，將邏輯單元連接至第一節點N1及第二節點N2之一者，並將高電源供應電位VDD施加至第一節點N1及第二節點N2之另一者。
依據本發明的一實施例，在描繪於圖2A至2D的各程式化單元中，第二電晶體Tr2的關閉狀態電流或漏電流量小至足以滿足需求。此處，所需之關閉狀態電流或漏電流量係由保持資料之期間的週期及電容器的電容(或對應於該電容器的元件)決定。
例如，為使用0.01fF之電容而可將資料保持10天或以上，關閉狀態電流及漏電流量的和必需為0.01zA或以下；當使用100fF之電容而保持資料之期間的週期為1秒或以下時，關閉狀態電流及漏電流量的和可高達10fA。
例如，第二電晶體Tr2的通道形成區域可能包括其能帶隙比矽半導體的能帶隙更寬且其本質載體密度比矽之本質載體密度更低的半導體材料。當將具有此種特徵的半導體材料包括在通道形成區域中時，可實現具有極小量之關 閉狀態電流的電晶體。另外，第二電晶體Tr2可能具有比正常電晶體更長的通道長度。或者，可能使用極薄的半導體層。
其能帶隙比矽半導體之能帶隙更寬且其本質載體密度比矽區域化合物半導體的本質載體密度更低之半導體材料的範例，諸如碳化矽(SiC)或氮化鎵(GaN)，及包括金屬氧化物，諸如氧化鋅(ZnO)，的氧化物半導體等。
特別係該氧化物半導體的膜形成溫度通常低至300℃至500℃(最大約為800℃)，且可將包括氧化物半導體的半導體元件堆疊在使用半導體材料，諸如單晶矽，形成的積體電路上方。
另外，該氧化物半導體可隨基材的尺寸增加而增加。因此，在上述寬能帶隙半導體之間，氧化物半導體特別具有高量產效率的優點。此外，具有卓越效能(例如，更高的場效遷移率)的晶體氧化物半導體可藉由包含在450℃及800℃間之溫度的熱處理而輕易地得到。
當將氧化物半導體使用為第二電晶體Tr2時，氧化物半導體具有大於或等於3eV的能帶隙，及小於1012/cm3的載體密度為佳，小於1011/cm3更佳。藉由二次離子質譜儀量測之上述氧化物半導體中的氫濃度小於或等於5×1019/cm3亦佳，小於或等於5×1018/cm3為佳，小於或等於5×1017/cm3更佳，小於或等於1×1016/cm3又更佳。當使用具有此種特徵的氧化物半導體時，可降低第二電晶體Tr2的關閉狀態電流或漏電流量。
第二電晶體Tr2的閘極絕緣膜具有大於或等於1nm的厚度為佳，大於或等於10nm更佳。第二電晶體Tr2的通道長度大於或等於30nm為佳，大於或等於300nm更佳。當採用此種結構時，可降低第二電晶體Tr2的關閉狀態電流或漏電流量。
因此，當使用具有非常小量的關閉狀態電流或非常小量之漏電流的第二電晶體Tr2時，電位至第三節點N3的供應受控制，從而將第三節點N3的電位長時間地保持固定。因此，也可將第一節點N1及第二節點N2之間的連接狀態保持長時間。
在保持連接狀態時，為更加降低第二電晶體Tr2的關閉狀態電流或漏電流，視情況設定第三節點N3的電位為佳。
第一電晶體Tr1的通道形成區域可能包括其能帶隙較矽半導體之能帶隙更寬且其本質載體密度較矽的本質載體密度更低的半導體材料，或可能包括具有較高遷移率的半導體材料。具有高遷移率之半導體材料的適當範例係具有晶度的多晶或單晶材料，諸如，鍺、矽、及鍺化矽、及單晶碳化矽等。
在其能帶隙比矽半導體之能帶隙更寬且其本質載體密度比矽的本質載體密度更低之半導體材料的情形中，第一電晶體Tr1具有與第二電晶體Tr2相似的小量之關閉狀態電流或小量的漏電流，且因此可更加降低半導體裝置的電力消耗。
在具有較高遷移率之半導體材料的情形中，第一電晶體Tr1的遷移率甚高，且因此可將與第一電晶體Tr1連接之該等節點間的電阻降低。特別係在使用控制邏輯單元間的連接之程式化單元的情形中，邏輯單元間的高連接電阻導致半導體裝置之操作速度降低。因此，在用於控制邏輯單元間的連接之程式化單元的情形中，使用具有較高遷移率之半導體材料的該結構較佳。
須注意當第一電晶體Tr1的通道形成區域包括具有較高遷移率的半導體材料時，該閘極絕緣膜的實體厚度為2nm或以上為佳，以降低關閉狀態電流或漏電流。
另外，當保持資料之期間的週期為1天或以上時，閘極絕緣膜的實體厚度為4nm或以上為佳。當保持資料之期間的週期為10年或以上時，閘極絕緣膜的實體厚度為7nm或以上為佳。
在任何情形中，第一電晶體Tr1可能使用半導體的薄膜(半導體膜)或塊狀半導體(例如，半導體晶圓)形成。
須注意當二電晶體的通道形成區域包括相同的半導體材料時，可能將第一電晶體Tr1形成在與第二電晶體Tr2相同的層中。
在該情形中，第一電晶體Tr1之閘極絕緣膜的厚度在設計上與第二電晶體Tr2之閘極絕緣膜的厚度相同；然而，第一電晶體Tr1的通道長度或通道寬度可能與第二電晶體Tr2不同。例如，當期望第一電晶體Tr1的開啟狀態電 阻較低時，通道寬度可能係第二電晶體Tr2之通道寬度的二倍或以上，為第二電晶體Tr2之通道寬度的五倍或以上為佳。
另外，第一電晶體Tr1可能藉由非自對準法形成。雖然寄生電容由於藉由非自對準法引起之閘極與源極或汲極重疊而發生，因為第一電晶體Tr1不需要高速切換，此種寄生電容不會變成問題。取而代之的，寄生電容的功能如同保持第一電晶體Tr1之閘極電位的電容器(Cs)。另一方面，第二電晶體Tr2的寄生電容甚低為佳，以防止切換時在第三節點N3的電位中產生變化。
甚至在將與形成邏輯單元的電晶體之半導體材料相同的半導體材料用於第一電晶體Tr1時，閘極絕緣膜的厚度比形成邏輯單元之電晶體的閘極絕緣膜之厚度更大為佳，以降低第一電晶體Tr1的漏電流。在該情形中，藉由非自對準法形成第一電晶體Tr1並將形成在與用於邏輯單元之電晶體的層不同之層中的導電膜使用為第一電晶體Tr1之閘極係可能的。
當第一電晶體Tr1及第二電晶體Tr2之至少一者係使用半導體膜形成時，使用半導體膜形成的該電晶體或該等電晶體可能具有僅在半導體膜之一側上的閘極或也可能具有在半導體膜之相對側上的背閘極，使得半導體膜插於閘極及背閘極之間。在該情形中，可能將該背閘極電性絕緣為在浮動狀態中，或可能在以來自另一元件之電位供應該背閘極的狀態中。在後一情形中，可能將閘極電性連接至 背閘極，或始終可能以適當的固定電位僅供應該背閘極。控制施加至背閘極的電位位準，因此可控制電晶體的臨界。
可用於該半導體裝置的程式化單元並未受限於圖2A至2D描繪的電路。程式化單元至少包括用於控制二節點間之連接的一或多個第一電晶體，以及用於控制電位至第一電晶體的閘極之供應的一或多個第二電晶體。
圖1中描繪的半導體裝置係在將所有邏輯單元間之連接切斷並將至所有邏輯單元的電源供應電壓之供應停止的狀態中。可從圖1描繪的該狀態將部分程式化單元開啟以連接邏輯單元，使得可形成所需電路。
須注意只要使用如圖1描繪的電路結構，取決於使用邏輯單元及程式化單元形成之矩陣的尺寸、及用於程式化單元之電晶體的遷移率等，實施組態(藉由控制程式化單元的切換建立電路)所需要的時間短到可忽視。例如，每列邏輯單元(例如，邏輯單元A至C的一列)所需要的上述時間小於或等於100奈秒。
在此實施例中，將電源供應電壓至對電路組態無用之邏輯單元的供應停止，其可減少半導體裝置的電力消耗。特別係當半導體裝置具有小於或等於50nm的通道長度時，因為閘極絕緣膜的厚度為數奈米或以下且將流經閘極絕緣膜之在源極及汲極間的關閉狀態電流及漏電流列入電力消耗的基本量中，上述結構在減少電力消耗上係有效的。
在此實施例中，邏輯單元之間的連接係由具有極小量 之關閉狀態電流或極小量的漏電流的電晶體控制，使得可能減少流經施加電源供應電壓的邏輯單元及未施加電源供應電壓之邏輯單元間的漏電流或關閉狀態電流，從而減少半導體裝置的電力消耗。
使用具有上述結構的程式化單元，相較於在使用電子可抹拭唯讀記憶體的習知程式化單元中之閘極絕緣膜退化的情形，可抑制由於穿隧電流所導致的程式化單元中之閘極絕緣膜的退化。因此，可提供能將資料重寫無限次的半導體裝置。
在具有上述結構的程式化單元中，藉由第二電晶體Tr2的操作電壓大致判定寫入資料所需要的操作電壓。因此，相較於使用電子可抹拭唯讀記憶體的習知程式化單元，可提供可顯著地降低此操作電壓並可抑制電力消耗的半導體裝置。
與使用靜態隨機存取記憶體的程式化單元不同，甚至在電源供應電壓未始終供應至程式化單元時，具有上述結構的程式化單元可將連接狀態保持至特定程度。此外，資料係使用具有非常小量之關閉狀態電流的電晶體保持。因此，可提供可將電力消耗降低的半導體裝置。
(實施例2)
在此實施例中，描述將圖2A中的電路使用為程式化單元的操作範例。在包括此實施例的下文解釋中，雖然為了易於理解而提供具體數值，未排除使用其他數值的實作 。此外，因為電位係相對決定的，電位的絕對值並不太重要。
此處，將描繪於圖1中之電路的高電源供應電位VDD及低電源電位VSS分別設定為+2V及0V。亦即，描繪於圖1中之各邏輯單元的輸出電壓在0V至+2V的範圍中改變。
在該情形中，為使在描繪於圖2A中之程式化單元中的第一節點N1及第二節點N2可始終在連接狀態中(為了可防止第一節點N1及第二節點N2的電位限制該連接狀態)，第三節點N3的電壓必需等於或高於第一電晶體Tr1之臨界及VDD的和。
當將第一電晶體Tr1的臨界設定為+0.5V時，第三節點N3的電位必需為+2.5V或以上。實際上，第三節點N3的電位為+3V或以上為佳，以充份地降低開啟狀態電阻。
以相同的方式，為使程式化單元中的第一節點N1及第二節點N2可始終在切斷狀態中，第三節點N3的電位必需等於或低於第一電晶體Tr1之臨界及VSS的和。因此，第三節點N3的電位必需為+0.5V或以下。實際上，第三節點N3的電位為0V或以下為佳，以充份地增加關閉狀態電阻。
因此，將終端D的電位設定為0V或以下或+3V或以上。此處，將終端D的電位設定為0V或+3V。當終端D的電位為0V時，將程式化單元中的第一節點N1及第二節點N2切斷，且當終端D的電位為+3V時，連接第一節 點N1及第二節點N2。
考慮當對終端D使用上述條件時第二電晶體Tr2的操作。在終端D的電位為+3V的情形中，為可將該電位輸入至第三節點N3，第二電晶體Tr2之閘極的電位必需等於或高於+3V及第二電晶體Tr2之臨界的和。
附帶一提，參考圖4A及4B描繪對本發明的理解及實作重要之第二電晶體Tr2的臨界及關閉狀態特徵。圖4A示意地顯示汲極電流(Id)在通常之n-通道絕緣閘極電晶體上的閘極電位(Vg)相依性(汲極的電位>源極的電位=0V)。
換言之，當閘極電位充份地低於源極電位時，汲極電流量在保持成極小時較不改變。須注意如上文所述，此狀態中的汲極電流量在將具有3eV或以上之能帶隙的本質半導體用為通道的情形中極小。
當閘極電位超過特定值且變高時，汲極電流迅速地增加。此狀態持續至閘極電位變為在電晶體之臨界附近的值。將此種區域稱為次臨界區域。在閘極電位超過臨界附近之後，汲極電流緩慢增加。
當保持資料時，程式化單元中的第二電晶體Tr2必需具有足夠高的關閉狀態電阻(亦即，夠小量的關閉狀態電流)。另一方面，當將資料寫至程式化單元中時，需要充份低的開啟狀態電阻(充份高的開啟狀態電流)。在圖4A中以V1標示得到所需之開啟狀態電流的閘極電位。
在以下範例中，在可充份地得到第二電晶體Tr2所需 之開啟狀態電流的假設下，即使在將閘極電位設定為臨界時，V1意指與臨界相同的事物。
程式化單元保持資料之期間的週期為一微秒至十年，且資料的寫入在十奈秒至一微秒的週期中實施為佳。在此種條件下，所需開啟狀態電流對所需關閉狀態電流的比率(所需開啟狀態電流/所需關閉狀態電流)為106至1020，1014至1020為佳。
如圖4A所明顯顯示的，所需開啟狀態電流對所需關閉狀態電流之比率的主要部分在次臨界區域內改變。因此，比率中的此種改變在次臨界區域中得到為佳。
通常，考慮汲極電流在次臨界區域中的增加，針對理想的絕緣閘極電晶體，將汲極電流增加十倍需要在室溫下(25℃)將閘極電位增加60mV。若有閘極絕緣膜的陷阱準位等或短通道效應，需要將閘極電位增加更多。
若有溫度增加，也需要將閘極電位增加更多。此趨勢比例於絕對溫度；例如，在95℃，增加十倍的汲極電流需要增加73mV的閘極電位。
鑒於上文，例如，針對理想的絕緣閘極電晶體，為將汲極電流改變14個數量級，在室溫下需要以0.84V或在95℃需要以1.02V改變閘極電位。實際的絕緣閘極電晶體比理想閘極電晶體需要更大的改變；在室溫下需要以1V至1.5V或在95℃需要以1.2V至1.8V改變閘極電位。
換言之，所需之關閉狀態電阻(關閉狀態電流)在室溫下需要比臨界低1V或以上，或在95℃需要比臨界低 1.2V或以上的閘極電位。在圖4A，V2(RT)代表用於在室溫下得到所需之關閉狀態電流的閘極電位，且V2(HT)代表用於在高溫(95℃)得到所需之關閉狀態電流的閘極電位。
附帶一提，在具有足夠長的通道之薄膜電晶體中，其中本質半導體膜的厚度為30nm或以下且閘極絕緣膜的氧化矽等效厚度為30nm或以下之，臨界幾乎係由半導體的電子親和力及閘極的工作函數決定。例如，當半導體的電子親和力為4.6eV且閘極的工作函數為5.0eV時，臨界約為+0.4V。
例如，在材料具有4.1eV之工作函數的情形中(例如，鋁)，臨界約為-0.5V(見圖4B中的曲線B)；在材料具有5.9eV之工作函數的情形中(例如，鋨)，臨界約為+1.3V(見圖4B中的曲線A)。此處，在後一情形中，當臨界為+0.1V(對應於圖4B中的V2a)時，可在95℃得到所需之關閉狀態電流。須注意當受到短通道效應影響時，必需將閘極電位降低更多。
於下文描述在第二電晶體Tr2的+1.5V、+0.5V、以及-0.5V之臨界V1的操作。在此實施例及後續實施例中，可用其得到所需關閉狀態電流(或關閉狀態電阻)之閘極的電位V2[V]為(V1-1.5)[V]或以下。
如上文所述，在終端D的電位為+3V的情形中，第二電晶體Tr2的閘極(亦即，終端G)電位必需等於或高於+3V及第二電晶體Tr2之臨界的和，以使第二電晶體Tr2 可開啟。因此，當第二電晶體Tr2的臨界為+1.5V時，終端G的電位必需係[4.5+α]V，當臨界為+0.5V時，終端G的電位必需為[3.5+α]V，且當臨界為-0.5V時，終端G的電位必需為[2.5+α]V。
此處，α係0或以上為佳；當α增加時，資料的寫入更快，但電路所需的最大電位自然地變得更高且電路上的負載也增加。然而，與正常CPU或記憶體不同，取決於該情形，如此實施例中的程式化單元並不特別需要高速。因此，α可能係0，或取決於該情形可能小於0。
例如，具有10cm2/Vs的半導體遷移率，當α=0時，汲極電流約為1μA，但切換所需時間可為100奈秒或以下。若切換所需時間可係一微秒或以上，α可小於0。
在終端D的電位為0V的情形中，用於得到保持第三節點N3中之終端D的電位所需之關閉狀態電流的第二電晶體Tr2之閘極(亦即，終端G)的電位必需等於或低於從第二電晶體Tr2之臨界減去1.5V所得到的該值。亦即，當臨界為+1.5V時，終端G的電位必需係[0-β]V，當臨界為+0.5V時，終端G的電位必需為[-1-β]V，且當臨界為-0.5V時，終端G的電位必需為[-2-β]V。此處，β為0或以上為佳。
總之，在將第二電晶體Tr2之臨界設定為+1.5V的情形中，需要四種電位，亦即，VDD、VSS、終端D所需的+3V電位、以及將第二電晶體Tr2開啟所需之大於或等於+4.5V的電位。須注意可用VSS取代關閉第二電晶體Tr2 所需之小於或等於0V的電位。
另外，也可用開啟第二電晶體Tr2所需之大於或等於+4.5V的電位取代終端D所需之+3V電位。在產生此種取代的情形中，所需電位數為三。在將終端D的電位設定為+4.5V或以上的情形中，第三節點N3的電位係藉由從終端D的電位減去第二電晶體Tr2之臨界所得到的電位(+3V或以上)。
在將第二電晶體Tr2之臨界設定為+0.5V的情形中，需要五種電位，亦即，VDD、VSS、終端D所需的+3V電位、開啟第二電晶體Tr2所需之大於或等於+3.5V的電位、以及關閉第二電晶體Tr2所需之小於或等於-1V的電位。
另外，可用開啟第二電晶體Tr2所需之大於或等於+3.5V的電位取代終端D所需之+3V電位。在產生此種取代的情形中，所需電位數為四。在將終端D的電位設定為+3.5V或以上的情形中，第三節點N3的電位係藉由從終端D的電位減去第二電晶體Tr2之臨界所得到的電位(+3V或以上)。
在將第二電晶體Tr2之臨界設定為-0.5V的情形中，需要五種電位，亦即，VDD、VSS、終端D所需的+3V電位、開啟第二電晶體Tr2所需之大於或等於+2.5V的電位、以及關閉第二電晶體Tr2所需之小於或等於-2V的電位。
須注意可用終端D所需的+3V電位取代開啟第二電晶 體Tr2所需之大於或等於+2.5V的電位。在產生此種取代的情形中，所需電位數為四。在將開啟第二電晶體Tr2所需的電位設定為+3V並將終端D之電位設定為+3V的情形中，第三節點N3的電位為+3V。
因此，可用開啟第二電晶體Tr2的該電位取代比施加至終端D之電位(上述範例中的+3V及0V)更高的電位(上述範例中的+3V)。在第二電晶體Tr2之臨界足夠高的情形中，可用VSS取代用於關閉第二電晶體Tr2的電位。因此，所需電位係三或四種。
通常，在第二電晶體Tr2之臨界為V1[V]的情形中，需要五種電位，亦即，VDD、VSS、終端D所需的+3V、開啟第二電晶體Tr2所需的(V1+3+α)[V]電位(α0)、以及關閉第二電晶體Tr2所需的(V1-1.5-β)[V]電位(β0)。
在上述電位之間，當V10時，可用開啟第二電晶體Tr2所需的(V1+3+α)[V]電位取代終端D所需的+3V電位。在產生此種取代的情形中，第三節點N3的電位為+3V或以上。另外，當-3<V1<0時，可用終端D所需的+3V電位取代開啟第二電晶體Tr2所需的電位。在產生此種取代的情形中，第三節點N3的電位為+3V。在任何情形中，可將所需電位的數量減少一。
在V11.5[V]的情形中，可用VSS置換關閉第二電晶體Tr2所需的(V1-1.5-β)[V]電位。在任何情形中，可將所需電位的數量另外減少一。
在上述之驅動上述程式化單元的方法中，當視情況設定第二電晶體Tr2的臨界時，可更加降低第二電晶體Tr2的閘極及源極(或汲極)之間的電位差。
因此，第二電晶體Tr2之閘極的最大電位為(V1+3)[V]或以上，且終端D的最低電位為0V，且因此此等電位之間的差為|V1+3|[V]或以上。當將第二電晶體Tr2關閉時，第二電晶體Tr2之閘極的最小電位為(V1-1.5)[V]或以下，且終端D的較高電位為+3V；因此此等電位之間的差為|V1-4.5|[V]或以上。
因此，當選擇使|V1+3|[V]等於|V1-4.5|[V]的V1時，可使第二電晶體Tr2的閘極及源極(或汲極)之間的最大電位差最小化。具體地說，當V1=+0.75[V]時，第二電晶體Tr2的閘極及源極(或汲極)之間的最大電位差為3.75V，此係其之最小值。
(實施例3)
於下文描述將圖2B中的電路使用為程式化單元的操作範例。為使描繪於圖2B中之程式化單元中的第一節點N1及第二節點N2可始終在切斷狀態中，第三節點N3的電位必需等於或高於第一電晶體Tr1之臨界及VDD的和。此處，當將第一電晶體Tr1的臨界設定為-0.5V時，第三節點N3的電位必需為+1.5V或以上。實際上，第三節點N3的電位為+2V或以上為佳，以充份地增加關閉狀態電阻。
以相同的方式，為使程式化單元中的第一節點N1及第二節點N2可始終在連接狀態中，第三節點N3的電位必需等於或低於第一電晶體Tr1之臨界及VSS的和。因此，第三節點N3的電位必需為-0.5V或以下。實際上，第三節點N3的電位為-1V或以下為佳，以充份地降低開啟狀態電阻。
因此，終端D的電位必需為-1V或以下或+2V或以上。此處，將終端D的電位設定為-1V或+2V。當終端D的電位為+2V時，將程式化單元中的第一節點N1及第二節點N2切斷，且當終端D的電位為-1V時，連接第一節點N1及第二節點N2。
考慮當對終端D使用上述條件時第二電晶體Tr2的操作。當終端D的電位為+2V時，終端G的電位必需等於或高於+2V及第二電晶體Tr2之臨界的和。因此，當臨界為V1[V]時，終端G的電位必需係(V1+2+α)[V]。此處，α為0或以上為佳。
在終端D的電位為-1V的情形中，用於得到保持第三節點N3中之終端D的電位所需之關閉狀態電流的閘極(亦即，終端G)之電位必需等於或低於從臨界減去1.5-(-1)=2.5[V]所得到的該值。亦即，終端G的電位必需係(V1-2.5-β)[V]。此處，β為0或以上為佳。
需要五種電位，亦即，VDD、VSS、終端D所需的-1V電位、開啟第二電晶體Tr2所需的(V1+2+α)[V]電位(α0)、以及關閉第二電晶體Tr2所需的(V1-2.5-β )[V]電位(β0)。
此處，當V1+1.5[V]時，可用終端D所需之-1V電位取代關閉第二電晶體Tr2所需的(V1-2.5-β)[V]電位。亦即，當終端G的電位為-1V時，可得到充份的關閉狀態特徵。在此情形中，可將所需電位的數量減少一。
另外，當V10[V]時，可用VDD取代開啟第二電晶體Tr2所需的(V1+2+α)[V]電位。在該情形中，可將所需電位的數量減少一。
此外，當V1+1.5[V]時，可用關閉第二電晶體Tr2所需的(V1-2.5-β)[V]電位取代終端D所需的-1V電位。換言之，將(V1-2.5-β)[V]輸入為終端D的低電位，將終端G的電位設定為VDD，使得可將第二電晶體Tr2開啟，然後將終端G的電位設定為(V1-2.5-β)[V]。須注意當保持資料時，將終端D的電位設定為VSS或以上。
在此種條件下使用第二電晶體Tr2，不能得到充分的關閉狀態特徵且因此第三節點N3的電位在最初從(V1-2.5-β)[V]增加；然而，當第三節點N3的電位增加至以(V1-1.5)[V]高於第二電晶體Tr2的閘極電位時(亦即，當第三節點N3的電位變成(-1-β)[V]時)，可得到充份的關閉狀態特徵且因此該電位不會有任何增加。亦即，結果可將-1V或以下的電位輸入至第三節點N3。
在描述於此實施例中的驅動程式化單元的方法中，終端G的最大電位可比實施例2中的最大電位更加降低。 雖然在實施例2中第二電晶體Tr2之閘極的最大電位為(V1+3)[V]或以上，在實施例3中，第二電晶體Tr2之閘極的最大電位為(V1+2)[V]或以上；亦即，比實施例2低1V。
(實施例4)
於下文描述將圖2C中的電路使用為程式化單元的操作範例。為使在描繪於圖2C中之程式化單元中的第一節點N1及第二節點N2可始終在連接(或切斷)狀態中，如實施例2中描述的，第三節點N3的電位為+3V或以上(或0V或以下)為佳。
然而，上文在電路藉由程式化單元功能藉由連接或切斷而組態的該階段(操作期間)係必要的，但在程式化單元的組態期間並不始終係必要的。例如，終端D的電位在組態期間可係+2V或以下的電位。
例如，在組態期間可將終端D的電位設定為-1V或+2V。為使此電位可輸入至第三節點N3，第二電晶體Tr2之閘極(亦即，終端G)的電位為(V1+2)[V]或以上為佳。另外，此時將終端E的電位設定為-1V。
在組態週期以外的週期期間，以1V將終端E的電位增加至0V。然後，也以1V將經由電容器Cs連接至終端E之第三節點N3的電位增加至0V或+3V。亦即，第一節點N1及第二節點N2係在連接狀態或切斷狀態之任一者中。
當第三節點N3的電位係0V或+3V時，將終端G的電位設定為(V1-1.5)[V]或以下為佳，以可確實地關閉第二電晶體Tr2。須注意終端D的電位為0V或以上為佳。
總之，需要五種電位，亦即，VDD、VSS、(V1+2+α)[V](α0)的電位、(V1-1.5-β)[V](β0)之電位、以及-1V的電位。在此等電位之間，當V1+0.5[V]時，可用-1V電位取代用於關閉第二電晶體Tr2的(V1-1.5-β)[V]電位。在產生此種取代的情形中，所需電位數為四。當V10[V]時，可用VDD取代用於開啟第二電晶體Tr2的(V1+2+α)[V]電位，且因此可將所需電位數量另外減少一。
在此實施例中，所需電位的範圍(最大電位-最小電位)為3.5V(當V<+0.5[V]時)或(V1+3)[V](當V1+0.5[V]時)，其可比實施例2或實施例3更小1V。
此係因為以1V改變終端E的電位，以在組態週期及其他週期(操作期間)之間不同。將電路所需的最大電位減少為佳，其中此種減少可減少施加電位之元件上或電位產生電路上的負載。
(實施例5)
於下文描述將圖2C中的電路使用為程式化單元的操作範例。在此實施例中，依據終端D在組態期間的電位改變終端E的電位。例如，當終端D的電位為+1.5V時， 將終端E的電位設定為0V，或當終端D的電位為0V時，將終端E的電位設定為+1.5V。在此種情形中，將終端E的電位稱為係終端D之電位的電位互補。
為使終端D的電位可輸入至第三節點N3，第二電晶體Tr2之閘極(亦即，終端G)的電位為(V1+1.5)[V]或以上為佳。另外，當第二電晶體Tr2在關閉狀態中時，第三節點N3的電位係依據終端E的電位而改變。實際上，因為將程式化單元配置成矩陣，即使當第二電晶體Tr2在關閉狀態中時，將用於將資料輸入至其他程式化單元的電位(亦即，+1.5V或0V)施加至終端E，且第三節點N3的電位因此改變並具有-1.5V的最小值。因此，為可確實地關閉第二電晶體，必需將終端G的電位設定為(V1-3)[V]或以下。
在組態週期以外的週期期間，將終端E的電位設定為+1.5V。然後，經由電容器Cs連接至終端E之第三節點N3的電位變成0V或+3V。換言之，第一節點N1及第二節點N2係在連接狀態或切斷狀態之任一者中。
總之，需要五種電位，亦即，VDD、VSS、(V1+1.5+α)[V](α0)的電位、(V1-3-β)[V](β0)之電位、以及+1.5V的電位。在此等電位之間，可用VDD取代大於或等於用於開啟第二電晶體Tr2之(V1+1.5)[V]的電位。在產生此種取代的情形中，所需電位數為四。
可用VDD取代上述的+1.5V電位。在產生此種取代 的情形中，所需電位數也可能為四。在此種情形中，例如，在組態期間，當終端D的電位為VDD時，將終端E的電位設定為VSS，或當終端D的電位為VSS時，將終端E的電位設定為VDD。
為可將終端D的電位輸入至第三節點N3，第二電晶體Tr2之閘極(亦即，終端G)的電位為(V1+VDD)或以上(亦即，(V1+VDD+α)[V](α0))為佳。另外，當第二電晶體Tr2在關閉狀態中時，依據終端E的電位改變第三節點N3的電位。也將其他程式化單元連接至終端E並供應程式化此等單元的電位，且因此終端E的電位在VSS至VDD的範圍中改變。
因此，第三節點N3之電位的最小值係(2×VSS-VDD)。為可確實地關閉第二電晶體，必需將終端G的電位設定為(2×VSS-VDD+V1-1.5)[V]或以下。換言之，需要四種電位，亦即，VDD、VSS、以及(V1+VDD+α)[V]的電位，及(2×VSS-VDD+V1-1.5-β)[V](β0)的電位。因此，在終端G之電位中的改變為(2×VDD+α-2×VSS+1.5+β)[V]。
在組態結束之後，將終端E的電位設定為VDD。然後，經由電容器Cs連接至終端E之第三節點N3的電位變成(2×VDD-VSS)或VSS。當VDD=+2V且VSS=0V時，第三節點N3的電位為+4V或0V，其對連接或切斷第一節點N1及第二節點N2係充分的。
在上述範例中，雖然第三節點N3的電位在組態完成 後可高於VDD，第三節點N3的電位在組態期間可能低於VDD，其在降低電力消耗上係有效的。
例如，在VDD=+2V且VSS=0V的情形中，產生一脈衝所需的能量為2C，其中C代表將脈衝導通至其之部位的電容，且因為在此實施例之方法中的組態期間，在終端D之電位中的改變為2V，所需能量變為4C。相反地，如實施例2或實施例3，在將終端D的電位設定為+3V並將終端E的電位設定為0V的情形中，產生一脈衝所需的能量為4.5C，其大於上文所述。因此，在描述於此實施例中的方法中，可降低電力消耗。另外，當用於組態的電位與組態結束後用於電路的電位相同時，也有利於電路設計。
(實施例6)
在實施例5中，藉由在組態期間改變終端E之電位的影響，可使第三節點N3的電位變成低於VSS；因此，需要減少第二電晶體Tr2之閘極的最小電位。
在實施例6中，將第三電晶體Tr3設置在電容器Cs的相對電極側上，使得終端E之電位的改變不影響電容器Cs。在此結構中，防止第三節點N3的電位變為低於VSS，且因此增加第二電晶體Tr2之閘極的最小電位，其導致電力消耗的更加減少。
將具有六或更多位數之導通/截止比率的電晶體使用為第三電晶體Tr3為佳。若可能，第三電晶體Tr3具有等 效於第二電晶體Tr2的開啟狀態特徵及關閉狀態特徵為佳。雖然在圖2D中使用n-通道電晶體，可能使用p-通道電晶體。可接受第三電晶體Tr3的切換速度實質等於或高於第二電晶體Tr2的切換速度。此處，使用具有與第二電晶體Tr2的特徵相似之特徵的電晶體。須注意因為電晶體Tr3的導通/截止比率可能沒有如此高，第三電晶體Tr3可具有比第二電晶體Tr2更短的通道。
於下文簡短地描述驅動方法。此處，在將資料寫至程式化單元的期間，當終端D的電位為VDD時，將終端E的電位設定為VSS，或當終端D的電位為VSS時，將終端E的電位設定為VDD。
首先，開啟第二電晶體Tr2及第三電晶體Tr3。例如，將終端G1及終端G2各者設定為(VDD+V1+α)[V](α0)。
之後，僅關閉第二電晶體Tr2並將終端E的電位設定為VDD。因此，第三節點N3的電位為VSS或(2×VDD-VSS)之任一者。因為VDD高於VSS，導出VSS<(2×VDD-VSS)的關係式。因此，為可使第二電晶體Tr2關閉，將終端G1的電位設定為(VSS+V1-1.5-β)[V](β0)為佳。
之後，將第三電晶體Tr3關閉。例如，將終端G2的電位設定為(VSS+V1-1.5-β)[V]為佳。
如上文所述，在終端G1之電位中的改變為(VDD+α-VSS+1.5+β)[V]。藉由(VDD-VSS)[V]的此改變小於實 施例5中的改變，且因此可降低電力消耗。
(實施例7)
於下文描述將圖2C中的電路使用為程式化單元的操作範例。又在此實施例中，依據終端D在組態期間的電位改變終端E之電位，使得該等電位彼此互補。例如，當終端D的電位為VDD(=+2V)時，將終端E的電位設定為VSS(=0V)，或當終端D的電位為VSS時，將終端E的電位設定為VDD。在此實施例中，將V1設定為+1V或以下。
將第二電晶體Tr2之閘極(亦即，終端G)的電位設定為VDD。然後，當第二電晶體Tr2在開啟狀態中時，第三節點N3的電位變為(2-V1)[V]或0V之任一者。另外，當第二電晶體Tr2在關閉狀態中時，第三節點N3之電位的最小值為-2V；因此，為可確實地關閉第二電晶體Tr2，需要將終端G的電位設定為(V1-3.5)[V]或以下。
在組態週期以外的週期期間，將終端E的電位設定為+2V。然後，經由電容器Cs連接至終端E之第三節點N3的電位變成0V或(4-V1)[V](+3V)。亦即，第一節點N1及第二節點N2係在連接狀態或切斷狀態之任一者中。
總之，該電路可用三種電位驅動，亦即，VDD、VSS、以及(V1-3.5-β)[V](β0)的電位。
(實施例8)
於下文描述將圖2C中的電路使用為程式化單元的操作範例。在此實施例中，在組態期間將終端E的電位改變為+3V或0V之任一者。另外，將終端D的電位固定在0V。
為可使第二電晶體Tr2開啟，終端G的電位為(V1+α)[V]為佳。另外，當第二電晶體Tr2在關閉狀態中時，第三節點N3之電位的最小值為-3V；因此，為可確實地關閉第二電晶體Tr2，需要將終端G的電位設定為(V1-4.5-β)[V]。
在組態週期以外的週期期間，將終端E的電位設定為+3V。然後，經由電容器Cs連接至終端E之第三節點N3的電位變成0V或+3[V]。亦即，第一節點N1及第二節點N2係在連接狀態或切斷狀態之任一者中。
總之，需要五種電位，亦即，VDD、VSS、(V1+α)[V](α0)的電位、(V1-4.5-β)[V](β0)之電位、以及+3V的電位。須注意當V1+2[V]時，可用VDD取代(V1+α)[V]電位。
(實施例9)
於下文描述將圖3A中的電路使用為程式化單元的操作範例。描繪於圖3A中的程式化單元具有包括n-通道第四電晶體Tr4及p-通道第五電晶體Tr5的傳輸閘電路，並將該傳輸閘電路之端點的一者連接至第一節點N1並將端 點的另一者連接至第二節點N2。
將第四電晶體Tr4的閘極連接至第一電容器Cs1之電極的一者，並將第五電晶體Tr5的閘極連接至第二電容器Cs2之電極的一者。也將第四電晶體Tr4的閘極連接至第六電晶體Tr6之源極及汲極的一者；將此部位界定為第四節點N4。也將第五電晶體Tr5的閘極連接至第七電晶體Tr7之源極及汲極的一者；將此部位界定為第五節點N5。
將第六電晶體Tr6之源極及汲極的另一者連接至終端D1，並將第七電晶體Tr7之源極及汲極的另一者連接至終端D2。將第六電晶體Tr6之閘極及第七電晶體Tr7的閘極二者連接至終端G。將第一電容器Cs1之電極的另一者連接至終端E1，並將第二電容器Cs2之電極的另一者連接至終端E2。
在此種程式化單元中，為使第一節點N1及第二節點N2可始終在連接(切斷)狀態中，第四節點N4的電位必需為VDD或以上(VSS或以下)且第五節點的電位必需為VSS或以下(VDD或以上)。
因此，終端D1及D2之電位中的改變可小於在實施例2至7中的改變。例如，為連接第一節點N1及第二節點N2，將終端D1的電位設定為VDD(=+2V)並將終端D2之電位設定為VSS(=0V)為佳。相反地，為切斷第一節點N1及第二節點N2，將終端D1的電位設定為VSS(=0V)並將終端D2之電位設定為VDD(=+2V)為佳。
此外，為使第四節點N4及第五節點N5的電位可具 有上述值，將第六電晶體Tr6之閘極的電位設定成等於或多於臨界及+2V之和並將第七電晶體Tr7之閘極的電位設定成等於或多於臨界及+2V之和為佳。當第六電晶體Tr6及第七電晶體Tr7二者之臨界均為V1時，將終端G的電位設定為(V1+2)[V]或以上為佳。
為可確實地關閉第六電晶體Tr6及第七電晶體Tr7，將終端G的電位設定為(V1-1.5)[V]或以下為佳。
總之，在此電路中，需要四種電位，亦即，VDD、VSS、(V1+2+α)[V](α0)的電位、以及(V1-1.5-β)[V](β0)的電位。另外，最大電位及最小電位之間的差也可比實施例2至4中的差低3.5V。當V1為0V或以下時，可用VDD取代(V1+2+α)[V]的電位(α0)，或當V1為+1.5V或以上時，可用VSS取代(V1-1.5-β)[V]的電位；因此，所需電位的數量可另外減少一。
(實施例10)
於下文描述將圖3A中的電路使用為程式化單元的操作範例。此處描述如何使終端E1及E2各者的電位在組態週期期間及在其他週期期間不同，以將最大電位及最小電位間之差減少的方式。
如實施例9描述的，為連接第一節點N1及第二節點N2，將終端D1的電位設定為VDD(=+2V)並將終端D2之電位設定為VSS(=0V)為佳。相反地，為切斷第一節點N1及第二節點N2，將終端D1的電位設定為VSS( =0V)並將終端D2之電位設定為VDD(=+2V)為佳。
然而，在組態期間，上文係不必要的並也可使用改變較少的電位。例如，當終端D1(終端D2)的電位在組態期間為+1V(0V)時，將終端E1(終端E2)的電位設定為0V(+1V)。當終端D1(終端D2)的電位在組態期間為0V(+1V)時，將終端E1(終端E2)的電位設定為+1V(0V)。
另外，為可將終端D1及D2的上述電位寫至第四節點N4及第五節點N5，將第六電晶體Tr6之閘極的電位設定成等於或多於臨界及+1V的和，亦即，(V1+1)[V]或以上，並將第七電晶體Tr7之閘極的電位設定成等於或多於臨界及+1V的和，亦即，(V1+1)[V]或以上，為佳。
當第六電晶體Tr6在關閉狀態中時，第四節點N4之電位的最小值為-1V，且當第七電晶體Tr7在關閉狀態中時，第五節點N5之電位的最小值為-1V。為可確實地關閉第六電晶體Tr6及第七電晶體Tr7，必需將終端G的電位設定為(V1-2.5)[V]或以下。
在組態週期以外的週期期間，將終端E1及終端E2二者的電位均設為+1V。然後，第四節點N4及第五節點N5各者的電位變為+2V或0V之任一者。
總之，在此電路中，需要五種電位，亦即，VDD、VSS、(V1+1+α)[V](α0)的電位、+1V的電位、以及(V1-2.5-β)[V](β0)的電位。此處，當V1係+1V或以下時，可用VDD取代(V1+1+α)[V]電位，且因此所 需電位可能係四種。
(實施例11)
於下文描述將圖3A中的電路使用為程式化單元的操作範例。須注意在此實施例中，將V1設定為+2V或以下。
如同在實施例10中，將終端E1及E2各者的電位改變成在組態週期期間及其他週期期間不同。例如，當終端D1(終端D2)的電位在組態期間為+2V(0V)時，將終端E1(終端E2)的電位設定為0V(+2V)。當終端D1(終端D2)的電位在組態期間為0V(+2V)時，將終端E1(終端E2)的電位設定為+2V(0V)。須注意將終端G的電位設定為VDD(=+2V)。
在此情形中，即使在將終端D1的電位設定為+2V時，第四節點N4的電位變為不係+2V而係藉由從+2V減去第六電晶體Tr6之臨界而得到的值，亦即，(2-V1)[V]，且即使在將終端D2的電位設定為+2V時，第五節點N5的電位變為不係+2V而係從+2V減去第七電晶體Tr7之臨界而得到的值，亦即，(2-V1)[V]。亦即，第四節點N4及第五節點N5各者的電位變為(2-V1)[V]或0V。
當第六電晶體Tr6在關閉狀態中時，第四節點N4之電位的最小值為-2V，且當第七電晶體Tr7在關閉狀態中時，第五節點N5之電位的最小值為-2V。因此，為可確實地關閉第六電晶體Tr6及第七電晶體Tr7，必需將終端 G的電位設定為(V1-3.5)[V]或以下。
在組態週期以外的週期期間，將終端E1及終端E2二者的電位均設為+2V。然後，第四節點N4及第五節點N5各者的電位變為(4-V1)[V](+2[V])或0V之任一者。
總之，在該電路中，需要三種電位，亦即，VDD、VSS、以及(V1-3.5-β)[V](β0)的電位。
(實施例12)
於下文描述將圖3B中的電路使用為程式化單元的操作範例。於圖3B中描繪之程式化單元的電路結構幾乎與描繪於圖3A中的電路結構相同，但以將第六電晶體Tr6之源極及汲極的另一者與第七電晶體Tr7之源極及汲極的另一者二者均連接至終端D的此種方法簡化。
如同在圖3A中的程式化單元中，為使第一節點N1及第二節點N2可始終在連接(或切斷)狀態中，將第四節點N4的電位設定為VDD或以上(或VSS或以下)並將第五節點N5的電位設定為VSS或以下(或VDD或以上)為佳。
此處描述如何使終端E1及E2各者的電位在組態週期期間及在其他週期期間不同，以將最大電位及最小電位間之差減少的方式。例如，當終端E1的電位在組態期間為0V時，將終端E2的電位設定為+2V，或當終端E1的電位在組態週期為+2V時，終端E2的電位為0V。須注意 於此處將終端D的電位固定在0V。
為可使第六電晶體Tr6及第七電晶體Tr7開啟，終端G的電位為(V1+α)[V](α0)為佳。當第六電晶體Tr6在關閉狀態中時，第四節點N4之電位的最小值為-2V，且當第七電晶體Tr7在關閉狀態中時，第五節點N5之電位的最小值為-2V。因此，為可確實地關閉第六電晶體Tr6及第七電晶體Tr7，必需將終端G的電位設定為(V1-3.5)[V]或以下。
在組態週期以外的週期期間，將終端E1的電位設定為+2V並將終端E2的電位設定為0V。然後，第四節點N4及第五節點N5各者的電位變為0V或+2[V]之任一者。亦即，第一節點N1及第二節點N2係在連接狀態或切斷狀態之任一者中。
在上述操作中，可用四種電位驅動該電路，亦即，VDD、VSS、(V1+α)[V](α0)的電位、以及(V1-3.5-β)[V](β0)的電位。須注意當V1+2[V]時，可用VDD取代(V1+α)[V]電位。
(實施例13)
描述將圖5A中的電路使用為程式化單元的操作範例。描繪於圖5A中的程式化單元具有與圖3A中之程式化單元相同的結構，且在其中將終端E2連接至終端D1並將終端D2連接至終端E1。
在組態期間，將互補電位施加至終端D及E。例如， 當終端D的電位為VDD時，將終端E的電位設定為VSS，或當終端D的電位為VSS時，將終端E的電位設定為VDD。
為使在圖5A中之程式化單元中的第一節點N1及第二節點N2可始終在連接(或切斷)狀態中，將第四節點N4的電位設定為VDD或以上(或VSS或以下)並將第五節點N5的電位設定為VSS或以下(或VDD或以上)為佳。
為可使第六電晶體Tr6及第七電晶體Tr7開啟，終端G的電位為(VDD+V1+α)[V](α0)為佳。當第六電晶體Tr6在關閉狀態中時，第四節點N4之電位的最小值為(VSS-VDD)，且當第七電晶體Tr7在關閉狀態中時，第五節點N5之電位的最小值為(2×VSS-VDD)。因此，為可確實地關閉第六電晶體Tr6及第七電晶體Tr7，需要將終端G的電位設定為(V1-1.5+2×VSS-VDD)[V]或以下。
在組態週期以外的週期期間，將終端D及E二者的電位設定為VDD。然後，第四節點N4及第五節點N5各者的電位變為VSS或(2×VDD-VSS)之任一者。亦即，第一節點N1及第二節點N2係在連接狀態或切斷狀態之任一者中。
在上述操作中，可用四種電位驅動該電路，亦即，VDD、VSS、(VDD+V1+α)[V](α0)的電位、以及(V1-1.5+2×VSS-VDD-β)[V](β0)的電位。須注意當V10[V]時，可用VDD取代(VDD+V1+α)[V]的電位。
(實施例14)
描述將圖5B中的電路使用為程式化單元的操作範例。描繪於圖5B中之程式化單元具有與圖2D中之程式化單元相同的結構，且在其中第三電晶體Tr3的功能係由包括第八電晶體Tr8及第九電晶體Tr9的傳輸閘極實施。
具體地說，如同在圖2D的程式化單元中，將第二電晶體Tr2及包括第八電晶體Tr8及第九電晶體Tr9的傳輸閘極開啟及關閉。
因此，可將VDD或VSS使用為終端G2及終端G3各者的電位，且因此可更加降低電力消耗。傳輸閘極之操作以外的操作可如同在圖2D描繪之程式化單元中的操作實施。
在組態期間，將互補電位施加至終端D及E。例如，當終端D的電位為VDD時，將終端E的電位設定為VSS，或當終端D的電位為VSS時，將終端E的電位設定為VDD。為使在圖5B之程式化單元中的第一節點N1及第二節點N2可始終在連接(或切斷)狀態中，將第三節點N3的電位設定為VDD或以上(或VSS或以下)。
為可使第二電晶體Tr2開啟，終端G1的電位為(VDD+V1+α)[V](α0)為佳。當第二電晶體Tr2在關閉狀態中時，第三節點N3之電位的最小值可係VSS；因此，為可確實地關閉第三電晶體Tr3，終端G1的電位為(V1-1.5+VSS)[V]或以下為佳。
在將第二電晶體關閉之後，將終端E的電位設定為VDD。然後，第三節點N3的電位變為VSS或(2×VDD-VSS)之任一者。亦即，第一節點N1及第二節點N2係在連接狀態或切斷狀態之任一者中。之後，可將第八電晶體Tr8及第九電晶體Tr9關閉。
在上述操作中，可用四種電位驅動該電路，亦即，VDD、VSS、(VDD+V1+α)[V](α0)的電位、以及(VSS+V1-1.5-β)[V](β0)的電位。須注意當V10[V]時，可用VDD取代(VDD+V1+α)[V]的電位。
(實施例15)
在此實施例中，描述將本發明之一實施例施用至場效可規劃閘極陣列的範例。在該場效可規劃閘極陣列中，如圖6A描繪的，將複數個邏輯單元(LC1至LC9)配置為矩陣。藉由配置在矩陣中的佈線及設置成使此等佈線彼此連接的開關將邏輯單元彼此連接。
如圖6B描繪的，各開關包括形成為連接水平及垂直佈線的六個程式化單元(PD1至PD6)。已使用具有靜態隨機存取記憶體及電子可抹拭唯讀記憶體的程式化單元形成此種程式化單元，但此種結構中的缺點如上文所述。
在此實施例中，此等程式化單元各者係使用包括二開關元件及一電容器的程式化單元形成，導致較高的積體度及特徵改善。參考圖7A至7C、圖8A至8C、圖9A至9D、以及圖10A至10E於下文描述開關的結構。
在圖7A至7C及圖8A至8C中，描繪主要構成開關之佈線、及接點插頭等的佈置。虛線A-B代表各圖式中的相同位置，且虛線C-D代表各圖式中的相同位置。已為人所知的半導體製造技術或專利文件1及4至6供圖7A至7C及圖8A至8C參考。
圖7A描繪元件分隔絕緣器102及元件形成區域101a及101b的位置，基材的表面設置有彼等。為製造如圖6B描繪之連接在二相交方向上延伸之佈線(圖6B中之在垂直方向上的佈線114a及114b及在水平方向上的佈線111a及111b)的六個開關元件，即使在儘可能地減少用於製造的面積時，仍需要彼此無關的二元件形成區域(圖7A中的元件形成區域101a及101b)。
圖7B描繪第一層佈線103a至103l以及第一接點插頭105的位置，彼等形成在元件分隔絕緣器102及元件形成區域101a及101b上方。
此處，將第一層佈線103a至103e形成以橫跨元件形成區域101a，並將第一層佈線103f形成以橫跨元件形成區域101b。因此，將第一層佈線103a至103f作為包括在個別程式化單元中之第一開關元件的閘極使用。
元件形成區域101a及101b具有依據第一層佈線103a至103f之形狀的雜質區域(擴散區域)為佳。
從上文明顯地看出，各元件形成區域101a及101b在C-D方向上的長度為第一開關元件之電晶體的通道寬度。因此，為可減少第一開關元件的開啟狀態電阻，儘可能地 增加元件形成區域101a及101b在C-D方向上的長度為佳(並在同時也將第一層佈線103a至103f的長度增加)。
具體地說，第一開關元件之電晶體的通道寬度為通道長度的2至10倍長為佳。須注意通道長度為最小線寬的至少二倍長為佳。與習知程式化單元不同，此實施例的程式化單元不包括大面積組件，諸如，靜態隨機存取記憶體，並因此可將更大面積用於第一開關元件的電晶體。因此，可實現具有大量的開啟狀態電流及小量之關閉狀態電流的特徵而不使用短通道效應。
當將接點插頭形成在第一層佈線103g至103l上方時，第一層佈線103g至103l各者的功能如同焊墊。
圖7C描繪形成在第一層佈線103a至103l及第一接點插頭105上方之半導體層106a至106f的位置。可將在多晶狀態、非晶狀態、或多晶-非晶混合狀態中的矽、或氧化物半導體等使用為半導體層106a至106f。
圖8A描繪形成在半導體層106a至106f上方之第二層佈線108a至108g及第二接點插頭110的位置。此處，第二層佈線108a如圖式中描繪地在水平方向上延伸。第二層佈線108a作為包括在各程式化單元中之第二開關元件的閘極使用。
將第二層佈線108b至108g形成為分別與第一層佈線103a至103f實質重疊，從而形成電容器。因此，當在C-D方向上將第一層佈線103a至103f加長時，該等電容器的電容也增加，導致程式化單元之電荷保持特徵(亦即， 組態資料保持特徵)的改善。
須注意將第二層佈線108b至108g各者連接至平行於待於稍後經由形成在第二層佈線108b至108g上方的第二接點插頭110等形成之資料佈線(透過彼等傳輸組態資料的佈線)的佈線。
圖8B描繪形成在第二層佈線108a至108g及第二接點插頭110上方之第三層佈線111a及111b及第三接點插頭113的位置。此處，將第三層佈線111a連接至在第一層佈線103a之左側上的雜質區域及在第一層佈線103d及103e之間的雜質區域。將第三層佈線111b連接至在第一層佈線103b及103c之間的雜質區域及在第一層佈線103e之右側上的雜質區域。
圖8C描繪形成在第三層佈線111a及111b以及第三接點插頭113上方之第四層佈線114a及114b以及第四接點插頭116的位置。此處，將第四層佈線114a連接至在第一層佈線103a及103b之間的雜質區域以及在第一層佈線103f之右側上的雜質區域。將第四層佈線114b連接至在第一層佈線103c及103d之間的雜質區域以及在第一層佈線103f之左側上的雜質區域。
從上文明顯地看出，將第一層佈線103a用於控制圖6B中之程式化單元PD1的第一開關元件。換言之，可藉由第一層佈線103a的電位開啟或關閉程式化單元PD1中的第一開關元件。以相同的方式，將第一層佈線103b用於控制程式化單元PD2中的第一開關元件；將第一層佈 線103c用於控制程式化單元PD3中的第一開關元件；將第一層佈線103d用於控制程式化單元PD4中的第一開關元件；將第一層佈線103e用於控制程式化單元PD5中的第一開關元件；並將第一層佈線103f用於控制程式化單元PD6中的第一開關元件。
圖9A至9D依製程的順序沿著圖7A至7C及圖8A至8C中之虛線A-B描繪橫剖面。圖10A至10E依製程的順序沿著圖7A至7C及圖8A至8C中之虛線C-D描繪橫剖面。
圖9A描繪將元件分隔絕緣器102形成在基材101中的狀態。圖9B描繪另外形成層佈線103a至103f、第一層間絕緣器104、以及第一接點插頭105的狀態。
圖9C描繪另外形成閘極絕緣器107、第二層佈線108b至108g、第二層間絕緣器109、以及第二接點插頭110的狀態。圖9D描繪另外形成第三層佈線111a及111b、第三層間絕緣器112、第三接點插頭113、第四層佈線114a及114b、以及第四層間絕緣器115的狀態。
圖10A描繪將元件分隔絕緣器102形成在基材101中的狀態。圖10B描繪另外形成第一層佈線103a及103g以及第一層間絕緣器104的狀態。圖10C描繪另外形成半導體層106a及閘極絕緣器107的狀態。
圖10D描繪另外形成第二層佈線108a及108b、第二層間絕緣器109、以及第二接點插頭110的狀態。第二層佈線108a作為在各程式化單元中之第二開關元件的閘極 使用。第一層佈線103a、第二層佈線108b、以及閘極絕緣器107作為構成電容器的介電質。
須注意因為第二開關元件的通道長度對應於第一層佈線103a及103g之間的距離，增加第二開關元件之關閉狀態電阻的有效方式係儘可能地增加第一層佈線103a及103g之間的距離。為避免由短通道效應導致的關閉狀態電阻降低，此種方式也係可取的。
圖10E描繪另外形成第三層佈線111a、第三層間絕緣器112、第三接點插頭113、第四層間絕緣器115、以及第四接點插頭116的狀態。將與第二層佈線108a相交的資料佈線形成在第四接點插頭116上方為佳。在此實施例中製造的程式化單元具有與描繪於圖2C中之電路結構等效的電路結構。
須注意可將第二開關元件或電容器形成在與上述層不同的層中，使得可降低開關的面積並可增加邏輯單元的面積。例如，可將開關的面積限制成僅在圖7A中之元件形成區域101a及101b的附近。參考圖11A至11C描繪此種結構的範例。
圖11A至11C描繪與圖10A至10E相似並由邏輯單元區域(LC區域)大量佔據的橫剖面結構。須注意在圖11A至11C及其解釋中，未用參考數字註明接點插頭。
圖11A描繪基材201設有元件分隔絕緣器202及第一層佈線203a至203d的狀態。此處，第一層佈線203a、203c、以及203d係邏輯單元區域中之電晶體的佈線。 第一層佈線203b作為程式化單元中之第一開關元件的閘極使用。
圖11B描繪將第一層間絕緣器204及第一接點插頭形成在元件分隔絕緣器202及第一層佈線203a至203d上方，並在其上方，另外形成第二層佈線208a至208d、第二層間絕緣器209、以及第二接點插頭，並在其上方另外形成第三層佈線211a至211c、第三層間絕緣器212、以及第三接點插頭。
此處，在第二層佈線208a至208d及第三層佈線211a至211c之間，僅有第二層佈線208b及第三層佈線211b相關於程式化單元且其他佈線相關於邏輯單元。雖然在圖11A至11C中，相關於邏輯單元的佈線係由第一至第三層佈線組成，除了第一至第三層佈線外，可能視需要將在此等層佈線上方的佈線層用於邏輯單元。
圖11C描繪將第四層佈線214a及第四層佈線214b形成為埋入在第三層佈線211a至211c、第三層間絕緣器212、以及第三接點插頭上方的第四層間絕緣器215中，且在第四層佈線214a及214b上方，形成半導體層206、閘極絕緣器207、第五層佈線217a及217b、第五層間絕緣器218、以及第四接點插頭。
在圖11C中，第四層佈線214a對應於圖10A至10E中的第一層佈線103g，並具有如同焊墊的功能。第五層佈線217a具有如同第二開關元件之閘極的功能。第二開關元件的通道長度對應於第四層佈線214a及214b之間的 距離。第四層佈線214b及第五層佈線217b構成在其中閘極絕緣器207係介電質的電容器。具有此種結構的程式化單元具有等效於描繪於圖2C中之電路結構的電路結構。
如圖11C描繪的，將第四層佈線214a及214b、半導體層206、閘極絕緣器207、及第五層佈線217a及217b等形成為在邏輯單元區域中重疊，使得第二開關元件的通道長度可足夠長且電容器的面積可足夠大。因此，程式化單元可具有優秀的組態資料保持特徵。
如圖11A至11C，在將第二開關元件設置在多層佈線的上層部中的情形中，需要用於將第一開關元件連接至第二開關元件的多階接點插頭。此外，此等接點插頭受低層佈線所影響。
若電容器的電容不夠大，由於低層佈線的影響，讀取閘極的電位可能改變，導致非預期操作。為避免此種情況，電容器的電容必需足夠大。在圖11A至11C中，在邏輯單元區域上方有充份的面積，且因此可設置具有所需之大電容的電容器。
(實施例16)
在此實施例中，描述將包括正常動態隨機存取記憶體記憶體胞元或修改之動態隨機存取記憶體記憶體胞元的程式化單元使用於其中的場效可規劃閘極陣列。例如，當將描繪於圖2C中之電路結構用為程式化單元時，將動態隨機存取記憶體記憶體胞元的結構用為第二電晶體Tr2及電 容器Cs。
在動態隨機存取記憶體中，自電容器釋放的自發電荷通常需要週期性的資料寫入(復新)。通常，每秒需要數十次的復新。因此，在將正常動態隨機存取記憶體之電晶體及電容器用於程式化單元的情形中，也需要每秒將組態資料重寫數十次。
例如，當圖2C中之第二電晶體Tr2的通道長度為正常動態隨機存取記憶體的十倍長或電容器Cs的電容為正常動態隨機存取記憶體的十倍大時，可將復新頻率降低至十分之一。當通道長度及電容二者增加為正常動態隨機存取記憶體的十倍時，可將復新頻率降低至百分之一。
上文也意謂著寫入所需時間增加為正常動態隨機存取記憶體的十倍(或一百倍)，並需要用於通道長度及電容增加的面積。然而，因為稍後描述的部分因素，這些係可接受的。
雖然週期性寫入組態資料的必要性可能導致電力消耗的增加，當用於形成具有相同結構的程式化單元，特別係具有40nm或以下之電路線寬時，靜態隨機存取記憶體消耗比驅動動態隨機存取記憶體更多的電力。
特別係如上文所述地，每次將組態資料週期性地寫入時，可藉由改變組態資料週期性地改變電路組態，亦即，可實施動態重組態。在此情形中，可能形成實質等效於由多於其實際邏輯單元所構成的電路。
在未實施動態重組態的情形中，需要足夠用於與實施 動態重組態的情形相同之效能等級的更多邏輯單元，並因此另外需要程式化單元；因此，電力消耗更加增加。為此種原因，如此實施例中之將組態資料週期性地寫入的方法充份地優於習知方法。
圖12A至12D係描繪此實施例的程式化單元之製程的橫剖面圖。圖12A至12D對應於圖10A至10E或圖11A至11C。
圖12A描繪基材301設有元件分隔絕緣器302、第一層佈線303a及303b、以及第一層間絕緣器304的狀態。此處，第一層佈線303a對應於第二開關元件的閘極，且第一層佈線303b對應於第一開關元件的閘極。第一層佈線303b可參考實施例15。
第一層佈線303a及303b之任一者或二者可能係具有凹陷結構的閘極。使用凹陷結構，可抑制短通道效應。當第一層佈線303a的線寬長於正常動態隨機存取記憶體記憶體胞元中的線寬時，作為第二開關元件之電晶體的通道可甚長，使得可降低關閉狀態電流。
圖12B描繪第一層間絕緣器304設有第一接點插頭305，且於其上形成第二層佈線308a至308c、第二層間絕緣器309、以及第二接點插頭310的狀態。
第二層佈線308b將第一開關元件的閘極(第一層佈線303b)連接至第二開關元件。須注意第二層佈線308a及308c分別對應於圖8B中的第三層佈線111a及111b，並係將邏輯單元互連的佈線。
圖12C描繪將第三層佈線311a及311b、第三層間絕緣器312、以及第三接點插頭313形成在第二層間絕緣器309及第二接點插頭310上方的情形。須注意第三層佈線311a及311b係分別對應於圖8C中之第四層佈線114a及114b的佈線，並互連邏輯單元。
圖12D描繪將第四層佈線314、第四層間絕緣器315、第四接點插頭316、電容器317、以及第五層佈線318形成在第三層間絕緣器312及第三接點插頭313上方的情形。
第四層佈線314、第四接點插頭316、以及電容器317之間的位置關係如在正常動態隨機存取記憶體中發現的。將第四層佈線314放置成避開第四接點插頭316。將第五層佈線318及第四層佈線314放置成彼此平行，並分別對應於圖2C中描繪的終端D及E。第四層佈線314及第五層佈線318的電位在寫入組態資料期間彼此互補為佳。
在此實施例的程式化單元中，例如，可將電容器形成在第一開關元件的閘極(第一層佈線303b)上方。此外，第一開關元件之閘極的寬度(通道寬度)也可係最小線寬的二或多倍。因此，可形成具有比使用在正常動態隨機存取記憶體記憶體胞元中的電容器更大之電容的電容器。另外，第二開關元件之閘極(第一層佈線303a)的寬度(通道長度)也可係使用在正常動態隨機存取記憶體記憶體胞元中的電晶體之寬度的二或多倍。
因此，由於經由具有比正常動態隨機存取記憶體中的電容更大之電容的電容器及具有比正常動態隨機存取記憶體中的通道更長之通道的電晶體之組合得到的效果，可將電荷保持在電容器中的時間可比在正常動態隨機存取記憶體中的時間更長。
靜態隨機存取記憶體所需要的面積為50F2或以上(F代表最小線寬)且不包括第一開關元件(對應其之部位)的面積。在此實施例的程式化單元中，在第二開關元件之閘極(第一層佈線303a)的寬度為3F且第一開關元件之閘極(第一層佈線303b)的寬度為9F的假設下，形成開關元件所需的面積為32F2。
亦即，可將程式化單元形成在充份小於靜態隨機存取記憶體所使用之面積的面積中。須注意當以最小線寬形成第一開關元件及第二開關元件各者時，仍可將程式化單元形成在更小的面積中(14F2)。甚至在此情形中，可用於電容器的部位仍比在正常動態隨機存取記憶體中的部位大。
圖13A係具有此種程式化單元的半導體裝置之電路結構的方塊圖。此半導體裝置包括記憶體區域401。雖然對包括在記憶體區域401中之記憶體胞元的種類並無特別限制，在可同時形成之上述程式化單元中使用動態隨機存取記憶體為佳，電力消耗可低於使用靜態隨機存取記憶體，且較不可能發生軟性錯誤。
在記憶體區域401中，儲存用於動態重組態之複數個 型樣的組態資料。例如，當需要時，儲存總共八個型樣之第一至第八個型樣的組態資料以待輸出，使得可實現所需之電路組態。
例如，第一型樣對應於a-b-c-d電路組態、第二型樣對應於a-c-b-d電路組態、且第三型樣對應於a-d-b-c電路組態。該資料由個別狀態組成，其中程式化單元需要依據電路組態放置。此外，在第一操作週期中實現第一型樣的電路組態，並在寫入組態資料之週期後的次一操作週期中，實施第二型樣的電路組態。
將記憶體區域401之各位元線402的一終端連接至選擇電路403。在來自記憶體區域401之資料輸出的基礎上，選擇電路403輸出對應於組態資料的訊號及互補訊號。須注意可能將在得到對應於組態資料的訊號時參考位元線的訊號使用為互補訊號。
在圖13A中，一選擇電路403對應於八條位元線402，亦即，在此電路結構中實際地選擇八種型樣之一者。然而，此結構並無限制，一選擇電路403可能對應於一位元線402，該此情形中，實際選擇八種型樣的一者。
將經由其傳輸對應於組態資料的訊號之資料佈線D及經由其傳輸互補資料的資料佈線E二者連接至邏輯電路區域中之開關404中的程式化單元，使得可實現電路組態。此處，通常，因為以在其間的距離分隔記憶體區域401及邏輯電路區域，傳輸資料花費時間。雖然所需時間取決於佈線之電容及電阻的乘積，當距離約為1cm，約花費數 百奈秒。
若程式化單元中的第二開關元件的通道甚長且電容器的電容甚大，也花費長時間寫入資料。然而，當寫入資料的時間實質等於或短於上述之傳輸資料的時間或係傳輸資料之時間的十分之一或以下為佳時，寫入資料的此種時間實際上並不重要。
由在開啟狀態中之正常動態隨機存取記憶體組成的時間約為一奈秒。當此時間常數為正常動態隨機存取記憶體的十倍時，因為程式化單元中之第二開關元件的通道甚長且電容器的電容甚大，寫入資料所花費的時間可係100奈秒。
因此，例如，當資料傳輸花費500奈秒時，從關閉程式化單元的時間至開啟其之時間所花費的時間為傳輸資料所花費之時間(500奈秒)及將電荷完全傳輸至電容器所花費的時間(100奈秒)之和。後一時間可隨更短之第二開關元件的通道及更小之電容器的電容而減少。然而，前一時間佔據從關閉程式化單元之時間至開啟其的時間所花費之時間的大半。因此，將後一時間更加減少的效率較小。
當開啟狀態中的時間常數如上文所述地較大時，短通道效應受抑制且因此關閉狀態中的時間常數也與開啟狀態中的時間常數一樣大或更大。因此，在此時間常數為正常動態隨機存取記憶體中之時間常數的十倍大時，因為程式化單元中之第二開關元件的通道甚長且電容器的電容甚大 ，當正常動態隨機存取記憶體每秒需要60次的復新時，每秒6次或以下的復新即足夠。
依據降低復新頻率的效果，即使用於資料傳輸所需要的時間足夠短，程式化單元中之第二開關元件的通道及電容器之電容可能仍增加。
在圖13B中，描繪此實施例之開關的形狀，並可能將該開關非常緊密地形成在邏輯單元LC1、LC2、LC4、以及LC5中間。須注意在圖13B中，將三個開關形成在虛線框中。
圖13C描繪此實施例之場效可規劃閘極陣列的操作。如圖13C描繪的，操作週期(邏輯操作週期)之間有組態週期。此處，一操作週期係藉由相鄰組態週期之間的間隔決定，且係程式化單元的電容器可保持電荷的時間。例如，在上述範例中，每秒6次或以下的復新即足夠，且因此一操作週期為167微秒或以上。
然而，可能取決於情形以較短間隔實施組態。此間隔不必然始終相同並可依需要改變。
組態週期取決於場效可規劃閘極陣列中之邏輯單元的數量。例如，因為可同時將資料寫入屬於各邏輯單元之開關等中的一列程式化單元中，用於寫入一程式化單元所需時間的1000倍時間對1000列乘1000行之邏輯單元的矩陣係足夠的，亦即，共一百萬個邏輯單元(2千萬或更多個程式化單元)。
例如，當如上文所述的寫入一程式化單元所需的時間 為600奈秒時，完成所有邏輯元件之組態操作並因此形成電路組態會花費600微秒，其係寫入一程式化單元所需時間的一千倍。
另外，如上文所述，因為將八個型樣之電路組態的組態資料預先儲存在記憶體區域401中，一百萬個邏輯單元能有與最多八百萬個邏輯單元相同的效能等級。
本申請案基於2011年5月18日向日本特許廳申請的日本專利申請案編號第2011-111098號，該專利之教示全文以提及之方式併入本文中。
101、201、301‧‧‧基材
101a、101b‧‧‧元件形成區域
102、202、302‧‧‧元件分隔絕緣器
103a、103b、103c、103d、103e、103f、103g、103h、103i、103j、103k、103l、203a、203b、203c、203d、303a、303b‧‧‧第一層佈線
104、204、304‧‧‧第一層間絕緣器
105、305‧‧‧第一接點插頭
106a、106b、106c、106d、106e、106f、206‧‧‧半導體層
107、207‧‧‧閘極絕緣器
108a、108b、108c、108d、108e、108f、108g、208a、208b、208c、208d、308a、308b、308c‧‧‧第二層佈線
109、209、309‧‧‧第二層間絕緣器
110、310‧‧‧第二接點接頭
111a、111b、114a、114b‧‧‧佈線
112、212、312‧‧‧第三層間絕緣器
113、313‧‧‧第三接點接頭
115、215、315‧‧‧第四層間絕緣器
116、316‧‧‧第四接點插頭
211a、211b、211c、311a、311b‧‧‧第三層佈線
214a、214b、314‧‧‧第四層佈線
217a、217b、317‧‧‧第五層佈線
218、318‧‧‧第五層間絕緣器
401‧‧‧記憶體區域
402‧‧‧位元線
403‧‧‧選擇電路
404‧‧‧開關
A、B、C、D、E、F、G、H、I、LC1、LC2、LC3、LC4、LC5、LC6、LC7、LC8、LC9‧‧‧邏輯單元
Cs‧‧‧電容器
Cs1‧‧‧第一電容器
Cs2‧‧‧第二電容器
D、D1、D2、E、E1、E2、G、G1、G2、G3‧‧‧終端
Id‧‧‧汲極電流
N1‧‧‧第一節點
N2‧‧‧第二節點
N3‧‧‧第三節點
N4‧‧‧第四節點
N5‧‧‧第五節點
PD1、PD2、PD3、PD4、PD5、PD6、PD_AB、PD_BA、PD_AD、PD_DA、PD_BC、PD_CB、PD_BE、PD_EB、PD_CF、PD_FC、PD_DE、PD_ED、PD_DG、PD_GD、PD_EF、PD_FE、PD_EH、PD_HE、PD_FI、PD_IF、 PD_GH、PD_HG、PD_HI、PD_IH、PD_VA、PD_VB、PD_VC、PD_VD、PD_VE、PD_VF、PD_VG、PD_VH、PD_VI‧‧‧程式化單元
Tr1‧‧‧第一電晶體
Tr2‧‧‧第二電晶體
Tr3‧‧‧第三電晶體
Tr4‧‧‧n-通道第四電晶體
Tr5‧‧‧p-通道第五電晶體
Tr6‧‧‧第六電晶體
Tr7‧‧‧第七電晶體
Tr8‧‧‧第八電晶體
Tr9‧‧‧第九電晶體
V1、V2(HT)、V2(RT)、Vg‧‧‧閘極電位
VDD‧‧‧高電源供應電位
在該等隨附圖式中：圖1係描繪半導體裝置之結構的圖；圖2A至2D各者描繪程式化單元的電路圖；圖3A及3B各者描繪程式化單元的電路圖；圖4A及4B各者描繪電晶體的特徵；圖5A及5B各者描繪程式化單元的電路圖；圖6A及6B描繪半導體裝置的結構；圖7A至7C各者描繪程式化單元的佈置；圖8A至8C各者描繪程式化單元的佈置；圖9A至9D描繪程式化單元之製程的橫剖面；圖10A至10E描繪程式化單元之製程的橫剖面；圖11A至11C描繪程式化單元之製程的橫剖面；圖12A至12D描繪程式化單元之製程的橫剖面；且 圖13A至13C描繪使用程式化單元之半導體裝置及該半導體裝置的操作範例。
Cs‧‧‧電容器
D、E、G‧‧‧終端
N1‧‧‧第一節點
N2‧‧‧第二節點
N3‧‧‧第三節點
Tr1‧‧‧第一電晶體
Tr2‧‧‧第二電晶體

Claims (10)

  1. 一種半導體裝置，包含：電路；第一邏輯電路；第二邏輯電路；及程式化單元，該程式化單元包含第一電晶體、第二電晶體、以及包括電極的電容器，其中該第二電晶體係配置來控制電位至該第一電晶體的閘極及該等電極之一的供應，其中其係配置為，當該第二電晶體是導通的時，該電路經由該第二電晶體來供應第一電位至該等電極之該一及第二電位至該等電極的另一，其中該程式化單元係配置來控制該第一邏輯電路及該第二邏輯電路之間的連接，且其中該第二電位係依據該第一電位來改變。
  2. 如申請專利範圍第1項的半導體裝置，其中該程式化單元包含傳輸閘電路。
  3. 一種半導體裝置，包含：電路；第一邏輯單元，包含邏輯電路；第二邏輯單元，包含邏輯電路；及程式化單元，包含：電容器，包括電極；第一開關元件，包含至少第一電晶體；以及 第二開關元件，包含至少第二電晶體，且該第二開關元件係配置來控制電位至該第一電晶體的閘極及該等電極之一的供應，其中其係配置為，當該第二電晶體是導通的時，該電路經由該第二電晶體來供應第一電位至該等電極之該一及第二電位至該等電極的另一，其中該程式化單元係配置來控制該第一邏輯單元及該第二邏輯單元之間的連接，且其中該第二電位係依據該第一電位來改變。
  4. 一種半導體裝置，包含：電路；複數個邏輯單元，每一該等複數個邏輯單元包含使用半導體元件的邏輯電路；及在該等複數個邏輯單元之間的複數個程式化單元，每一該等複數個程式化單元包含：電容器，包括電極；第一開關元件，包含至少第一電晶體；以及第二開關元件，包含至少第二電晶體，且該第二開關元件係配置來控制電位至該第一電晶體的閘極及該等電極之一的供應，其中其係配置為，當該第二電晶體是導通的時，該電路經由該第二電晶體來供應第一電位至該等電極之該一及第二電位至該等電極的另一，其中該等複數個程式化單元之至少一係配置來控制該 等複數個邏輯單元之間的連接，且其中該第二電位係依據該第一電位來改變。
  5. 如申請專利範圍第1、3、和4之任一項的半導體裝置，其中該第二電晶體的通道形成區域包含氧化物半導體。
  6. 如申請專利範圍第1、3、和4之任一項的半導體裝置，其中該第二電晶體之通道形成區域中的氫濃度小於或等於5×1019/cm3。
  7. 如申請專利範圍第3或4項的半導體裝置，其中該第一開關元件包含傳輸閘電路。
  8. 如申請專利範圍第1、3、和4之任一項的半導體裝置，其中該第二電晶體的關閉狀態電流密度小於或等於100zA/μm。
  9. 如申請專利範圍第1、3、和4之任一項的半導體裝置，其中該第一電晶體包含矽、鍺化矽、或鍺。
  10. 一種驅動如申請專利範圍第1、3、和4之任一項之半導體裝置的方法，其中該第二電位在組態期間中與在該組態期間以外的期間中不同。
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