JP2018074561A - 半導体装置、電子部品、および電子機器 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の一態様の半導体装置の構成について説明する。なお本発明の一態様の半導体装置は、マルチコンテキスト方式を実現できるプログラマブルロジックデバイス(PLD)としての機能を有する。
OSトランジスタは、Siトランジスタよりも高い温度で使用することができる。具体例を挙げて説明するため、図4(A)にOSトランジスタのゲート電圧VG−ドレイン電流ID特性、およびゲート電圧VG−電界効果移動度μFE特性の温度依存性を、図4(B)にSiトランジスタのゲート電圧VG−ドレイン電流ID特性、およびゲート電圧VG−電界効果移動度μFE特性の温度依存性を、示す。なお図4(A)、(B)においては、−25℃、50℃、150℃の温度での各電気特性の測定結果を示している。なおドレイン電圧VDは1Vとしている。
図8は、半導体装置の動作を説明するためタイミングチャートの一例である。図8では、図7に示すコンフィギュレーションメモリ81Bのコンフィギュレーションおよびコンテキスト切り替え動作の一例を示す。
図9は、図2に示すルックアップテーブル80の構成例を示す。ルックアップテーブル80は、図9に示すように複数の切り替え回路82を有し、信号in[0]乃至信号in[3]の論理に応じてコンフィギュレーションメモリ81[0]乃至コンフィギュレーションメモリ81[15]の中の一つの出力信号mout[0]―mout[15]を出力信号outして出力する。コンフィギュレーションメモリ81[0]乃至コンフィギュレーションメモリ81[16]は、コンフィギュレーションデータを保持し、また保持されたコンフィギュレーションデータに応じた信号を出力する。
図10は、図2で説明したバックアップ機能付きフリップフロップ60の構成例を示す。
次いで半導体装置の断面構造の一例について、図11―図13を参照して説明する。
図14は、上記半導体装置を適用した表示システムの構成例を説明するブロック図である。
図15(A)は、表示装置部540の構成例を説明するブロック図である。
表示装置部540は、様々な形態を用いること、または様々な表示素子を有することが出来る。表示素子の一例としては、EL(エレクトロルミネッセンス)素子(有機EL素子、無機EL素子、または、有機物および無機物を含むEL素子)、LED(白色LED、赤色LED、緑色LED、青色LEDなど)、トランジスタ(電流に応じて発光するトランジスタ)、電子放出素子、液晶素子、電子インク、電気泳動素子、グレーティングライトバルブ(GLV)、MEMS(マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム)を用いた表示素子、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)、DMS(デジタル・マイクロ・シャッター)、MIRASOL(登録商標)、IMOD(インターフェロメトリック・モジュレーション)素子、シャッター方式のMEMS表示素子、光干渉方式のMEMS表示素子、エレクトロウェッティング素子、圧電セラミックディスプレイ、カーボンナノチューブを用いた表示素子、など、電気的または磁気的作用により、コントラスト、輝度、反射率、透過率などが変化する表示媒体を有するものがある。また、表示素子として量子ドットを用いてもよい。
図15(B)に示す画素546Aは、トランジスタ461と、容量素子463と、トランジスタ468と、トランジスタ464と、表示素子として機能できる発光素子426と、を有する。
図15(C)に示す画素546Bは、トランジスタ471と、容量素子473と、液晶素子472と、を有する。
図16(A)に示す画素546Cは、トランジスタ461と、容量素子463と、トランジスタ468と、トランジスタ464と、発光素子426と、トランジスタ471と、容量素子473と、液晶素子472と、を有する。
上述した半導体装置を適用した電子部品について説明する。
次いで、コンピュータ、携帯情報端末(携帯電話、携帯型ゲーム機、音響再生装置なども含む)、電子ペーパー、テレビジョン装置(テレビ、又はテレビジョン受信機ともいう)、デジタルビデオカメラなどの電子機器に、上述の電子部品を適用する場合について説明する。
本実施例では、Si−OSハイブリッドプロセスを用いたOS FPGAの試作と、評価結果を報告する。試作したOS FPGAを「OS FPGA110」と呼ぶ。本実施例では、非特許文献4において試作されたOS FPGAを比較例にする。比較例のOS FPGAを「OS FPGA4pv」と呼ぶ。
図21(A)−図21(C)を参照して、SB131について説明する。SB131にはdata、datab、信号context[1:0]、word[1:0]が入力される。data、databはコンフィギュレーションデータであり、dataとdatabは論理が相補的な関係にある。信号context[1:0]はコンテキスト選択信号であり、信号word[1:0]はワード線選択信号である。
図21(B)はPRS133[0]の回路図である。PRS133[0]とPRS133[1]とは同じ回路構成を有する。PRS133[0]とPRS133[1]とは入力されるコンテキスト選択信号、ワード線選択信号が異なる。信号context[0]、word[0]はPRS133[0]に入力され、信号context[1]、word[1]はPRS133[1]に入力される。例えば、SB131において、信号context[0]がハイレベルになることで、PRS133[0]がアクティブになる。
図23はPLE121のブロック図である。PLE121はLUTブロック123、レジスタブロック124、セレクタ125、CM126を有する。LUTブロック123は、内部の16ビットCM対の出力を入力inA−inDに従ってマルチプレクスする構成である。セレクタ125は、CM126が格納するコンフィギュレーションに従って、LUTブロック123の出力またはレジスタブロック124の出力を選択する構成である。
レジスタブロック124は、OS−FF140[1]、140[2]を有する。信号user_res、load、storeがOS−FF140[1]、140[2]に入力される。クロック信号CLK1はOS−FF140[1]に入力され、クロック信号CLK2はOS−FF140[2]に入力される。図24(A)にOS−FF140の回路図を示す。
“H”の信号storeがOS−FF140に入力されると、シャドウレジスタ142はFF141のデータをバックアップする。ノードN6は、ノードQのデータが書き込まれることで、“L”となり、ノードNB6は、ノードQBのデータが書き込まれることで、“H”となる。しかる後、パワーゲーティングが実行され、パワースイッチ127をオフにする。FF141のノードQ、QBのデータは消失するが、電源オフであっても、シャドウレジスタ142はバックアップしたデータを保持する。
パワースイッチ127をオンにし、PLE121に電源を供給する。しかる後、“H”の信号loadがOS−FF140に入力されると、シャドウレジスタ142はバックアップしているデータをFF141に書き戻す。ノードN6は“L”であるので、ノードN7は“L”が維持され、ノードNB6は“H”であるので、ノードNB7は“H”となる。よって、ノードQは“H”になり、ノードQBは“L” が維持さる。つまり、OS−FF140はバックアップ動作時の状態に復帰する。
OS FPGA110の評価結果を説明する。
本明細書等において、「第1」、「第2」、「第3」という序数詞は、構成要素の混同を避けるために付したものである。従って、構成要素の数を限定するものではない。また、構成要素の順序を限定するものではない。
CL 容量線
context コンテキスト選択信号線
contextb コンテキスト選択信号線
CS0 スイッチ
CS1 スイッチ
C1 容量素子
C3 容量素子
C6 容量素子
CB1 容量素子
CB6 容量素子
data データ線
datab データ線
M1 Siトランジスタ
M3 Siトランジスタ
M4 Siトランジスタ
M7 Siトランジスタ
MB7 Siトランジスタ
MO1 OSトランジスタ
MO2 OSトランジスタ
MO3 OSトランジスタ
MO5 OSトランジスタ
MO6 OSトランジスタ
MOB1 OSトランジスタ
MOB2 OSトランジスタ
MOB5 OSトランジスタ
MOB6 OSトランジスタ
m0 ノード
m1 ノード
mb0 ノード
mb1 ノード
MEM0 電荷保持回路
MEM1 電荷保持回路
MG 閾値制御線
mout 出力信号線
N ノード
NB ノード
N1 ノード
N2 ノード
NB2 ノード
N6 ノード
NB6 ノード
N7 ノード
NB7 ノード
PG 閾値制御線
swin[0] コンテキストスイッチ入力信号線
swin[1] コンテキストスイッチ入力信号線
swout コンテキストスイッチ出力信号線
T0 時刻
T1 時刻
T2 時刻
T3 時刻
T4 時刻
T5 時刻
T6 時刻
T7 時刻
T8 時刻
T9 時刻
T10 時刻
T11 時刻
T12 時刻
T13 時刻
T14 時刻
T15 時刻
V0 配線
Ve0 電位
Ve1 電位
VDD 高電位電源線
VSS 低電位電源線
VL_a 電位供給線
VL_b 電位供給線
wl0 書き込み制御信号線
wl1 書き込み制御信号線
4pv OS FPGA
10 トランジスタ層
12 トランジスタ
14 半導体層
16 ゲート電極
20 配線層
20A 配線層
20B 配線層
22 配線
24 絶縁層
30 トランジスタ層
32 トランジスタ
34 半導体層
36 ゲート電極
40 配線層
40A 配線層
40B 配線層
42 配線
44 絶縁層
60 バックアップ機能付きフリップフロップ
61 フリップフロップ
62 バックアップ回路
63 スイッチ
64 スイッチ
65 インバータ回路
66 インバータ回路
67 インバータ回路
68 インバータ回路
69 トランジスタ
70 トランジスタ
71 トランジスタ
72 容量素子
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
77 スイッチ
78 スイッチ
79 インバータ回路
80 ルックアップテーブル
81 コンフィギュレーションメモリ
81A コンフィギュレーションメモリ
81B コンフィギュレーションメモリ
82 切り替え回路
84 マルチプレクサ
85 インバータ回路
86 インバータ回路
88 インバータ回路
89 インバータ回路
100 半導体装置
101 PLE
102 PRS
103 配線群
104 配線群
105 入出力端子
110 OS FPGA
111 コントローラ
112 ワードドライバ
113 データドライバ
115 プログラマブルエリア
117 IOB
119 コア
120 LAB
121 PLE
123 LUTブロック
124 レジスタブロック
125 セレクタ
126 CM
127 パワースイッチ
128 CM
130 SAB
131 SB
131pv SB
133 PRS
133pv PRS
135 CM
135pv CM
137 NVM
137B NVM
140 OS−FF
141 FF
142 シャドウレジスタ
143 NVM
143B NVM
201 トランジスタ
202 トランジスタ
203 トランジスタ
204 トランジスタ
205 トランジスタ
206 トランジスタ
207 キャパシタ
208 トランジスタ
209 トランジスタ
210 トランジスタ
211 トランジスタ
212 トランジスタ
213 トランジスタ
214 キャパシタ
216 バッファ回路
416 絶縁体
217 トランジスタ
218 導電体
220 絶縁体
222 絶縁体
224 絶縁体
230 酸化物
230a 酸化物
230b 酸化物
230c 酸化物
240a 導電体
240b 導電体
244 導電体
246a 導電体
246b 導電体
250 絶縁体
260 導電体
270 絶縁体
280 絶縁体
282 絶縁体
284 絶縁体
300 キャパシタ
300A キャパシタ
301 基板
302 半導体領域
304 絶縁体
306 導電体
308a 低抵抗領域
308b 低抵抗領域
320 絶縁体
322 絶縁体
324 絶縁体
326 絶縁体
328 導電体
330 導電体
350 絶縁体
352 絶縁体
354 絶縁体
356 導電体
358 導電体
400 トランジスタ
410 絶縁体
412 絶縁体
414 絶縁体
426 発光素子
461 トランジスタ
463 容量素子
464 トランジスタ
465 ノード
467 ノード
468 トランジスタ
471 トランジスタ
472 液晶素子
473 容量素子
476 ノード
481 層
482 電極
483 開口部
500 トランジスタ
501 表示システム
500A トランジスタ
510 ビデオデータ通信部
511 無線信号受信部
512 プロセッサ
513 ビデオデータ入力部
520 表示駆動部
521 PLD
522 表示コントローラ
523 電源回路
530 電源制御部
531 無線給電モジュール
532 二次電池
533 電圧変換回路
534 電源コントローラ
540 表示装置部
541 駆動回路
542A 駆動回路
542B 駆動回路
543 表示領域
544 配線
544_g 配線
544_g_1 配線
544_g_2 配線
544_h 配線
545 配線
545_h 配線
545_h_1 配線
545_h_2 配線
546 画素
546A 画素
546B 画素
546C 画素
550 タッチパネル部
551 検出回路
552 演算回路
602 絶縁体
604 導電体
612 絶縁体
616 導電体
620 絶縁体
622 絶縁体
624 導電体
626 導電体
628 導電体
801 筐体
802 筐体
803a 第1の表示部
803b 第2の表示部
804 選択ボタン
805 キーボード
810 電子書籍端末
811 筐体
812 筐体
813 表示部
814 表示部
815 軸部
816 電源
817 操作キー
818 スピーカー
820 テレビジョン装置
821 筐体
822 表示部
823 スタンド
824 リモコン操作機
830 本体
831 表示部
832 スピーカー
833 マイク
834 操作ボタン
841 本体
842 表示部
843 操作スイッチ
7000 電子部品
7001 リード
7002 プリント基板
7004 回路基板
7100 半導体ウエハ
7102 回路領域
7104 分離領域
7106 分離線
7110 チップ
Claims (7)
- 第1の電荷保持回路と、第2の電荷保持回路と、第1のスイッチと、第2のスイッチと、バッファ回路と、を有し、
前記第1の電荷保持回路および第2の電荷保持回路は、それぞれ第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、を有し、
前記第1のトランジスタおよび前記第2のトランジスタは、それぞれチャネル形成領域となる半導体層に酸化物半導体を有し、
前記第1のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記第2のトランジスタのゲートに電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記第1のスイッチの一方の端子または前記第2のスイッチの一方の端子に電気的に接続され、
前記第1のスイッチの他方の端子は、前記第2のスイッチの他方の端子に電気的に接続され、
前記第1のスイッチの他方の端子および前記第2のスイッチの他方の端子は、前記バッファ回路の入力端子に電気的に接続され、
前記第1のスイッチの一方の端子の静電容量は、前記バッファ回路の入力端子の静電容量より大きく、
前記第2のスイッチの一方の端子の静電容量は、前記バッファ回路の入力端子の静電容量より大きいことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1において、
前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチのオンまたはオフは、コンテキスト切り替え信号によって制御されることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1または請求項2において、
前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチは、それぞれ第3のトランジスタを有し、
前記第3のトランジスタは、チャネル形成領域となる半導体層にシリコンを有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項3において、
前記第1のトランジスタおよび前記第2のトランジスタは、前記第3のトランジスタの上層に設けられることを特徴とする半導体装置。 - 請求項4において、
第1の容量素子および第2の容量素子を有し、
前記第1の容量素子の静電容量は、前記第1のスイッチの一方の端子の静電容量であり、
前記第2の容量素子の静電容量は、前記第2のスイッチの一方の端子の静電容量であり、
前記第1の容量素子および前記第2の容量素子は、前記第1のトランジスタおよび前記第2のトランジスタの上層に設けられることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至5のいずれか一項に記載の半導体装置と、
当該半導体装置と電気的に接続されたリードと、
を有することを特徴とする電子部品。 - 請求項6に記載の電子部品と、
表示装置、タッチパネル、マイクロホン、スピーカー、操作キー、および筐体の少なくとも1つと、
を有する電子機器。
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