JP4223214B2 - Semiconductor device, image display device, and electronic apparatus - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置に関し、特に薄膜トランジスタからなる半導体装置に用いられるセンスアンプに関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体記憶装置において、記憶されたデータを読み出す過程でセンスアンプが用いられる。従来のセンスアンプの一例の構成とその動作を、図27を用いて説明する。図27において、対となるビット線に対応する第1入力端子IN1、第2入力端子IN2にはそれぞれNMOSトランジスタMN1、MN2のゲートが接続されている。PMOS負荷トランジスタMP1、MP2のソースは共に電源VDDに接続され、ゲートは共通であり更にMP1のドレインと接続されている。また、MP1のドレインはMN1のドレインと接続され、MP2のドレインはMN2のドレイン、ならびに出力端子OUTと接続されている。MN1とMN2のソースは共通であり、直流電流源の役割を果たすNMOSトランジスタMN3のドレインに接続されている。MN3のゲートはバイアス電源V#BIASに、ソースは電源GNDに接続されている。なお、図27に示すセンスアンプはカレントミラー型差動増幅器を構成している。
【0003】
半導体記憶装置において、記憶されたデータを読み出す際に、そのデータが“Hi”か“Lo”かによって対となるビット線に高低で逆の電位差が生じる。図27に示すセンスアンプは、第1入力端子IN1、第2入力端子IN2に送られたビット線の信号の僅かな電位差を検出し、その結果を増幅して出力する。すなわち、IN1の電位よりIN2の電位の方が大きいとき出力端子OUTは“Lo”を出力し、逆にIN1の電位よりIN2の電位の方が小さいとき出力端子OUTは“Hi”を出力する。このようにセンスアンプは、半導体記憶装置において記憶されたデータの読み取りに用いられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
近年ガラス基板上に半導体薄膜を形成した画像表示装置、特に薄膜トランジスタ(以降、TFTと記す)を使用したアクティブマトリクス型画像表示装置が普及している。TFTを使用したアクティブマトリクス型画像表示装置(以下、画像表示装置という)は、マトリクス状に配置された数十万から数百万のTFTを有し、各画素の電荷を制御している。更に、最近の技術として、画素を構成する画素TFTの他に、駆動回路、更には記憶回路、コントロール回路、CPUまでもTFTを用いて同時形成する、いわゆるシステムオングラスを実現するTFT技術(ポリシリコンTFT技術など)が発展しつつある。
【0005】
しかし、現状のTFT技術ではトランジスタの特性ばらつきが単結晶Si基板上に形成するトランジスタ技術に比べて大きいことが課題となっている。これは図27で示した従来例の回路を現状のTFT技術で用いることは難しいことを示している。例えば、NMOSトランジスタMN1とMN2のしきい値がそれぞれ1.0[V]、1.5[V]で0.5V差があるとする。第1入力端子IN1の電位より第2入力端子IN2の電位が0.2[V]大きいと出力OUTは“Lo”となるべきところが“Hi”となり誤動作することになってしまう。これは、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリー(DRAM)の読み出し回路に使用する場合は致命傷となる。
【0006】
また、スタティック・ランダム・アクセス・メモリー(SRAM)の読み出し回路に使用するのであれば、入力端子の電位差は時間と共に大きくなり最終的にはNMOSトランジスタMN1とMN2のしきい値ばらつきを吸収し誤動作する可能性は小さくなる。しかし、しきい値ばらつきを吸収するまで入力電位差が大きくなるには時間がかかり読み出し時間が長くなるという欠点は拭えない。
【0007】
そこで本発明は、上記問題に鑑みしきい値ばらつきの影響を抑制したセンスアンプを提供することを課題とする。また、本発明は良好な特性を有するTFTにより構成されたセンスアンプを提供することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明のセンスアンプは以下に示す構成を有する。
【0009】
第1の入力端子と第2の入力端子に入力される信号の電位差を検出する本発明のセンスアンプは、第1および第2のトランジスタの各ゲート・ソース間電圧に前記第1および前記第2のトランジスタのしきい値に相当する電圧をそれぞれ印加する第1の手段と、前記第1および前記第2の入力端子に入力する信号を前記第1および前記第2のトランジスタのゲートにそれぞれ伝達する第2の手段と、を有し、前記第1および前記第2のトランジスタのしきい値ばらつきを補正することを特徴とする。
【0010】
前記第1および前記第2のトランジスタのソースは共通であり、かつ、第1のスイッチを介して第1の電源に接続されている。
【0011】
前記第1および前記第2のトランジスタのドレインは、それぞれ第2および第3のスイッチを介して第2の電源に接続されてもよい。
【0012】
また、前記第1のトランジスタのドレインは、第2のスイッチと第1の抵抗素子を介して第2の電源に接続され、前記第2のトランジスタのドレインは、第3のスイッチと第2の抵抗素子を介して前記第2の電源に接続されてもよい。
【0013】
また、前記第1のトランジスタのドレインは、第2のスイッチおよび第3のトランジスタを介して第2の電源に接続され、前記第2のトランジスタのドレインは、第3のスイッチおよび第4のトランジスタを介して前記第2の電源に接続され、前記第3および第4のトランジスタのゲートは、共に前記第3のドレインに接続されていてもよい。
【0014】
なお、前記第1の手段は、前記第1および前記第2のトランジスタの各ゲート・ドレイン間の導通・非導通を制御する第1のスイッチング手段と、前記第1および前記第2のトランジスタの各ドレインに電荷の流入あるいは放出を制御する第2のスイッチング手段と、前記第1および前記第2のトランジスタの各ソースに電荷の流入あるいは放出を制御する第3のスイッチング手段と、を有する。
【0015】
また、前記第2の手段は、前記第1および前記第2の入力端子と、前記第1および前記第2のトランジスタのゲートとの間にそれぞれ容量素子を介することにより達成される。
【0016】
また、別の前記第2の手段は、前記第1および前記第2の入力端子と、前記第1および前記第2のトランジスタのゲートとの間にそれぞれ容量素子およびスイッチを直列接続し、前記2組の容量素子とスイッチとの接続ノードに、第3の電源との接続を制御する第4および第5のスイッチをそれぞれ有することにより達成される。
【0017】
また前記センスアンプは薄膜トランジスタにより形成され、前記薄膜トランジスタの半導体活性層を形成する半導体膜は、連続発振のレーザ光を用いたレーザアニールによって結晶化される。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について,図面を参照しながら説明する。なお、従来例との比較を容易にするため、以下の実施形態の説明には従来例の各部に対応するトランジスタ等については同一の符号を用いた。
【0019】
[実施形態1]
本実施形態では、図1に示すセンスアンプについて説明する。まず、本実施形態の構成について説明する。図1で示す本実施形態は、図27で示す従来例にスイッチ、容量素子が追加されている点が異なる。すなわち、PMOSトランジスタMP1のドレインとNMOSトランジスタMN1のドレインは、第1のスイッチSW1を介し接続が制御され、同様にPMOSトランジスタMP2のドレインとNMOSトランジスタMN2のドレインは、第2のスイッチSW2を介し接続が制御される。NMOSトランジスタMN1のドレインとゲートは第3のスイッチSW3を介し接続が制御され、同様にNMOSトランジスタMN2のドレインとゲートは第4のスイッチSW4を介し接続が制御される。第1入力端子IN1とNMOSトランジスタMN1のゲートは第5のスイッチSW5と容量素子C1によりノード分離され、すなわち、第1入力端子IN1は第5のスイッチSW5を介してノードN1と接続が制御され、ノードN1とNMOSトランジスタMN1のゲート間にC1を付加する。同様に第2入力端子IN2とNMOSトランジスタMN2のゲートは第6のスイッチSW6と容量素子C2によりノード分離され、すなわち、第2入力端子IN2は第6のスイッチSW6を介してノードN2と接続が制御され、ノードN2とNMOSトランジスタMN2のゲート間にC2を付加する。また、ノードN1は第7のスイッチSW7を介して電源GNDと接続が制御され、同様にノードN2は第8のスイッチSW8を介して電源GNDと接続が制御される。NMOSトランジスタMN1のソースとゲート間には容量素子C3を付加し、同様にNMOSトランジスタMN2のソースとゲート間には容量素子C4を付加する。最後に、NMOSトランジスタMN1とMN2の共通なソースは第9のスイッチSW9を介し電源GNDと接続が制御される。なお、制御信号(WE1、WE2、WE3、PR1、PR2)は図1中の表にまとめた通り対応する各スイッチを制御する。
【0020】
次に、本実施形態の動作について、動作タイミングを示した図2、及び主要なタイミング時におけるスイッチの接続状況を示した図3を参照しながら説明する。なお、説明の便宜上、以下では各制御信号が“Hi”の時に対応するスイッチが導通し、“Lo”の時は非導通になるとする。また、回路構成、回路動作の対照性から図1の回路の左半分のみを抜粋して図3に示した。
【0021】
まず、全ての制御信号が“Lo”ですべてのスイッチが非導通の状態から、制御信号WE2、PR1、PR2を“Hi”の期間T1を設ける。期間T1での各スイッチの状態は図3−Aに示す通りである。期間T1に、NMOSトランジスタMN1(MN2)のゲート電位を電源VDDからPMOSトランジスタMP1(MP2)のしきい値に相当する電圧だけ低い高電位を与える。
【0022】
次に、制御信号WE2を“Lo”、WE3を“Hi”の期間T2を設ける。期間T2での各スイッチの状態は図3−Bに示す通りである。期間T2では、期間T1でNMOSトランジスタMN1(MN2)のゲートに充電された電荷を放電させ、MN1(MN2)のゲート・ソース間電圧がMN1(MN2)のしきい値に相当する電圧になるようにする。この期間T2は、NMOSトランジスタMN1、MN2にそれぞれのしきい値をゲート・ソース間電圧に記憶させる役目を果たす。
【0023】
最後に、制御信号WE1、WE2、WE3が“Hi”、そして、制御信号PR1、PR2が“Lo”の期間T3を設ける。期間T3での各スイッチの状態は図3−Cに示す通りである。期間T3では、NMOSトランジスタMN1(MN2)のゲート電位に入力IN1(IN2)に対応する電位を、期間T2で確定したゲート電位に上乗せする役割を果たす。期間T2で既にNMOSトランジスタMN1とMN2の各ゲート・ソース間電圧にはそれぞれのしきい値が書き込まれているので、期間T3で前記上乗せされた電位差がそのままNMOSトランジスタMN1とMN2の駆動能力の差に現れる。
【0024】
このようにして、NMOSトランジスタMN1とMN2のしきい値が異なっても入力信号IN1、IN2の電位の大小を正確に検知することが可能となる。また、入力IN1とIN2の電位差が小さい段階で正確な検知ができることから短時間で出力を確定でき、高速読み取りを可能にする。
【0025】
[実施形態2]
本実施形態では、図4に示すセンスアンプについて説明する。本実施形態では図4が示すように、実施形態1である図1の回路図から、第5のスイッチSW5から第8のスイッチSW8までを取り除き、入力端子IN1、IN2を直接容量素子C1、C2に接続している形態をとっている。このため、入力端子IN1、IN2から入力される各入力信号は実施形態1の場合とは異なり図5に示すように期間T3以前では各入力信号は共に同電位の“Lo”レベル(実施形態1の電源GNDレベルに相当)を維持し、期間T3で前記“Lo”レベルからそれぞれ所望の電位レベルまで変化させる必要がある。こうすることで、スイッチ数を削減しながら実施形態1と同等の機能を享受できる。
【0026】
[実施形態3]
本実施形態では、図6に示すセンスアンプについて説明する。本実施形態では図6が示すように、実施形態1である図1の回路図において、PMOSトランジスタMP1、MP2を抵抗素子R1、R2にそれぞれ置き換えた点が異なる。本実施形態の動作タイミングについても図2が適用できる。本実施形態は実施形態1に比べて動作的には劣るが、従来例との比較においては、しきい値補正機能によりしきい値ばらつきに影響しない点で優位である。
【0027】
[実施形態4]
本実施形態では、図7に示すセンスアンプについて説明する。本実施形態では図7が示すように、実施形態2である図4の回路図において、PMOSトランジスタMP1、MP2を抵抗素子R1、R2にそれぞれ置き換えた点が異なる。本実施形態の動作タイミングについては図5が適用できる。本実施形態は実施形態1に比べて動作的には劣るが、従来例との比較においては、しきい値補正機能によりしきい値ばらつきに影響しない点で優位である。
【0028】
[実施形態5]
本実施形態では、図8に示すセンスアンプについて説明する。本実施形態では図8が示すように、実施形態1である図1の回路図において、PMOSトランジスタMP1、MP2を削除し、第1のスイッチSW1と第2のスイッチSW2をPMOSトランジスタMP1、MP2の元あった位置に移動した点が異なる。また、本実施形態は実施形態3において抵抗素子R1の役割を第1のスイッチSW1にスイッチ機能と同時に持たせているとも言える。第2のスイッチSW2についても同様である。本実施形態の動作タイミングについても図2が適用できる。本実施形態は実施形態1に比べて動作的には劣るが、従来例との比較においては、しきい値補正機能によりしきい値ばらつきに影響しない点で優位である。
【0029】
[実施形態6]
本実施形態では、図9に示すセンスアンプについて説明する。本実施形態では図9が示すように、実施形態2である図4の回路図において、PMOSトランジスタMP1、MP2を削除し、第1のスイッチSW1と第2のスイッチSW2をPMOSトランジスタMP1、MP2の元あった位置に移動した点が異なる。本実施形態の動作タイミングについても図5が適用できる。本実施形態は実施形態1に比べて動作的には劣るが、従来例との比較においては、しきい値補正機能によりしきい値ばらつきに影響しない点で優位である。
【0030】
なお、以上の実施形態1〜実施形態6においてトランジスタの導電型を固定して説明したが、電源系の高低を反転させトランジスタの導電型を反転してもよい。
【0031】
【実施例】
ここで、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【0032】
[実施例1]
図10に示した本実施例は、実施形態1のセンスアンプ(図1)において各スイッチを具体的にNMOSトランジスタで構成した例である。本実施例では各スイッチにNMOSトランジスタを用いたが、PMOSトランジスタを用いてもよいし、CMOSトランジスタでもよい。また、NMOS、PMOS、CMOSを組み合わせて用いてもよい。
【0033】
本実施例は、実施形態1のセンスアンプ(図1)の各スイッチをNMOSトランジスタで構成した例であるが、実施形態2〜実施形態6のセンスアンプの各スイッチをNMOSトランジスタで構成できることは言うまでもない。また、前記各スイッチはNMOS、PMOS、CMOSを任意に組み合わせて用いてもよい。
【0034】
[実施例2]
図11に示した本実施例は、1列分のメモリセルを含んだ半導体記憶装置の一部分を示し、実施形態1〜実施形態6に記載したセンスアンプが半導体記憶装置に組み込まれた実施例である。本実施例は、プリチャージ回路、メモリセルから成るメモリセルアレイ、対を成すデータ線D、/D、ワード線W(W_1、W_2、…、W_n)、複数本から成る制御信号線CSL、およびセンスアンプから構成されている。
【0035】
データの読み出し動作を簡単に説明する。まず、前記対を成すデータ線D、/Dは、前記プリチャージ回路により同電位の状態にされる。次に、前記ワード線のうちある1つのワード線がアクティブ電位をとり対応するメモリセルが選択される。前記メモリセルが選択されると記憶されていたデータに依存して前記対を成すデータ線D、/D間に電位差が生じ、これをセンスアンプが検出しデータの読み出しを行なう。このように実施形態1〜実施形態6に記載したセンスアンプを半導体記憶装置に用いることができる。
【0036】
[実施例3]
図12に示した本実施例は、マトリックス状のメモリセルを含んだ半導体記憶装置のブロック図を示し、実施形態1〜実施形態6に記載したセンスアンプが半導体記憶装置に組み込まれた別の実施例である。本実施例は、プリチャージ回路、メモリセルから成るメモリセルアレイ、対を成すデータ線群、ワード線群、書き込み回路および読み出し回路から構成されている。実施形態1〜実施形態6に記載したセンスアンプは読み出し回路の一部を構成している。
【0037】
データの読み出し動作を簡単に説明する。まず、前記対を成すデータ線群は、前記プリチャージ回路により同電位の状態にされる。次に、行デコーダにより前記ワード線のうちある1つのワード線がアクティブ電位をとり対応するメモリセル行が選択される。これにより選択されたメモリセル行の各メモリセルに記憶されていたデータに依存して前記各対を成すデータ線にそれぞれ電位差が生じる。更に、列デコーダにより前記対を成すデータ線群のうち1つを選択し、これを読み出し回路のセンスアンプが検出しデータの読み出しを行なうことにより所望のメモリセル中のデータを読み出す。このように実施形態1〜実施形態6に記載したセンスアンプを半導体記憶装置に用いることができる。なお、実施例2は本実施例の1部分を抜き出したものに対応する。
【0038】
[実施例4]
図13に示した本実施例は、システムと表示部を含む半導体装置のブロック図を示し、実施形態1〜実施形態6に記載したセンスアンプが半導体装置に組み込まれた別の実施例である。
【0039】
図13において、半導体装置201は、画像データを取り込み、または作成して、画像データの加工とフォーマット変換を行い、画像を表示する装置である。半導体装置201としては、例えば、ゲーム機、ビデオカメラ、カーナビゲーション、パーソナルコンピュータ等を考えることができる。
【0040】
半導体装置201は、入力端子211、第1の制御回路212、第2の制御回路213、CPU214、第1の記憶回路部215、第2の記憶回路部216、および信号線駆動回路217、走査線駆動回路218および画素部219から成る半導体表示部202を有する。従来は半導体表示部202のみが、ガラス、石英、プラスチック等の絶縁表面を有する基板上に形成されていたが、本実施例では他のすべての回路ブロックが前記絶縁表面を有する基板上に形成される。
【0041】
入力端子211からは、それぞれの電子機器に応じて、画像データの基となるデータが入力される。例えば、放送受信機ではアンテナからの入力データであり、ビデオカメラではCCDからの入力データである。DVテープやメモリーカードからの入力データであってもよい。入力端子211から入力されたデータは、第1の制御回路212によって画像信号に変換される。第1の制御回路212では、MPEG規格やテープフォーマット等に従って圧縮符号化された画像データの復号処理、画像の補間やリサイズといった画像信号処理が行われる。第1の制御回路212から出力された画像信号や、CPU214が作成または加工した画像信号は、第2の制御回路213に入力され、半導体表示部202に適したフォーマット(例えば走査フォーマット等)に変換される。第2の制御回路213からは、フォーマット変換された画像信号と制御信号が出力される。
【0042】
CPU214は、第1の制御回路212、第2の制御回路213および他のインターフェース回路における信号処理を効率良く制御する。また、画像データを作成したり、加工したりする。第1の記憶回路部215は、第1の制御回路212から出力される画像データや第2の制御回路213から出力される画像データを格納するメモリ領域、CPUによる制御を行う際のワークメモリ領域、CPUによって画像データを作成する際のワークメモリ領域、等として用いられる。第1の記憶回路部215としては、DRAMやSRAMが用いられ、実施形態1〜実施形態6に記載したセンスアンプを第1の記憶回路部215内に用いる。第2の記憶回路部216は、CPU214によって画像データを作成または加工する場合に必要となる、色データや文字データを格納するメモリ領域であり、マスクROMやEPROMによって構成される。
【0043】
信号線駆動回路217は第2の制御回路213から画像信号と制御信号(クロック信号、スタートパルス等)を、走査線駆動回路218は第2の制御回路213から制御信号(クロック信号、スタートパルス等)をそれぞれ受け取り、画素部219において画像を表示する。
【0044】
なお、半導体表示部としては、例えば液晶ディスプレイ、ELディスプレイを考えることができる。また、高性能ゲーム機のように、図13に示したアーキテクチャではCPUの負担が大きすぎる場合には、新たに画像処理用のプロセッサを設けてCPUの負荷を軽減した構成をとる場合もある。
【0045】
以上のように、実施形態1〜実施形態6に記載したセンスアンプを半導体装置に用いることができる。
【0046】
[実施例5]
本実施例では、本発明の半導体装置が有するTFTの半導体活性層を作製する上で、半導体膜を結晶化する手法の例を示す。
【0047】
ガラス基板上に下地膜として、プラズマCVD法により酸化窒化珪素膜(組成比Si=32%、O=59%、N=7%、H=2%)400nmを形成した。続いて、前記下地膜上に半導体膜として、プラズマCVD法により非晶質珪素膜150nmを形成した。そして、500℃で3時間の熱処理を行って、半導体膜が含有する水素を放出させた後、レーザアニール法により半導体膜の結晶化を行った。
【0048】
レーザアニ-ル法に用いるレーザとしては、連続発振のYVO4レーザを用いた。レーザアニール法の条件は、レーザ光としてYVO4レーザの第2高調波(波長532nm)を用いた。レーザ光を光学系により所定の形状のビームとして、基板表面上に形成した半導体膜に照射した。
【0049】
なお、基板上に照射されるビームの形状は、レーザの種類や、光学系によって変化させることができる。こうして、基板上に照射されるビームのアスペクト比やエネルギー密度の分布を変えることができる。例えば、基板上に照射されるビームの形状は、線状、矩形状、楕円状など、様々な形状とすることができる。本実施例では、YVO4レーザの第2高調波を、光学系によって200μm×50μmの楕円状にし、半導体膜に照射した。
【0050】
ここで、レーザ光を基板表面上に形成した半導体膜に照射する際に用いる、光学系の模式図を図14に示す。
【0051】
レーザ101から射出されたレーザ光(YVO4レーザの第2高調波)は、ミラー102を経由して、凸レンズ103に入射する。レーザ光は凸レンズ103に対して斜めに入射させる。このようにすることで、非点収差などの収差により焦点位置がずれ、照射面またはその近傍において楕円状ビーム106を形成することができる。
【0052】
そして、このようにして形成される楕円状ビーム106を照射しながら、例えば107で示す方向または108で示す方向にガラス基板105を移動させた。こうして、ガラス基板105上に形成された半導体膜104において、楕円状ビーム106を相対的に移動させながら照射した。
【0053】
なお、楕円状ビーム106の相対的な走査方向は、楕円状ビーム106の長軸に垂直な方向とした。
【0054】
本実施例では、凸レンズ103に対するレーザ光の入射角φを約20°として200μm×50μmの楕円状ビームを形成し、ガラス基板105を50cm/sの速度で移動させながら照射して、半導体膜の結晶化を行った。
【0055】
このようにして得られた結晶性半導体膜にセコエッチングを行って、SEMにより3千倍にて表面を観察した結果を図15に示す。なお、セコエッチングにおけるセコ液はHF:H2O=2:1に添加剤としてK2Cr27を用いて作製されるものである。図15は、図中の矢印で示す方向にレーザ光を相対的に走査させて得られたものである。レーザ光の走査方向に平行に大粒径の結晶粒が形成されている様子がわかる。つまり、レーザ光の走査方向に対して延在するように結晶成長がなされる。
【0056】
このように、本実施例の手法を用いて結晶化を行った半導体膜には大粒径の結晶粒が形成されている。そのため、前記半導体膜を半導体活性層として用いてTFTを作製すると、前記TFTのチャネル形成領域に含まれる結晶粒界の本数を少なくすることができる。また、個々の結晶粒の内部は実質的に単結晶と見なせる結晶性を有することから、単結晶半導体を用いたトランジスタと同等の高いモビリティ(電界効果移動度)を得ることも可能である。
【0057】
さらに、TFTを、そのキャリアの移動方向が、形成された結晶粒の延在する方向と揃うように配置すれば、キャリアが結晶粒界を横切る回数を極端に減らすことができる。そのため、オン電流値(TFTがオン状態にある時に流れるドレイン電流値)、オフ電流値(TFTがオフ状態にある時に流れるドレイン電流値)、しきい値電圧、S値及び電界効果移動度のバラツキを低減することも可能となり、電気的特性は著しく向上する。
【0058】
なお、半導体膜の広い範囲に楕円状ビーム106を照射するため、楕円状ビーム106をその長軸に垂直な方向に走査して半導体膜に照射する動作(以下、スキャンと表記する)を、複数回行っている。ここで、1回のスキャン毎に、楕円状ビーム106の位置は、その長軸に平行な方向にずらされる。また、連続するスキャン間では、その走査方向を逆にする。ここで、連続する2回のスキャンにおいて、一方を往路のスキャン、もう一方を復路のスキャンと呼ぶことにする。
【0059】
楕円状ビーム106の位置を、1回のスキャン毎にその長軸に平行な方向にずらす大きさを、ピッチdと表現する。また、往路のスキャンにおいて、図15に示したような大粒径の結晶粒が形成された領域の、楕円状ビーム106の走査方向に垂直な方向の長さを、D1と表記する。復路のスキャンにおいて、図15に示したような大粒径の結晶粒が形成された領域の、楕円状ビーム106の走査方向に垂直な方向の長さを、D2と表記する。また、D1とD2の平均値を、Dとする。
【0060】
このとき、オーバーラップ率RO.L[%]を式(1)で定義する。
【0061】
O.L=(1−d/D)×100・・・(1)
【0062】
本実施例では、オーバーラップ率RO.Lを0[%]とした。
【0063】
[実施例6]
本実施例では、本発明の半導体装置が有するTFTの半導体活性層を作製する上で、半導体膜を結晶化する手法において、実施例5とは異なる例を示す。
【0064】
半導体膜として非晶質珪素膜を形成するまでの工程は、実施例5と同様である。その後、特開平7−183540号公報に記載された方法を利用し、前記半導体膜上にスピンコート法にて酢酸ニッケル水溶液(重量換算濃度5ppm、体積10ml)を塗布し、500℃の窒素雰囲気で1時間、550℃の窒素雰囲気で12時間の熱処理を行った。続いて、レーザアニール法により、半導体膜の結晶性の向上を行った。
【0065】
レーザアニ-ル法に用いるレーザとしては、連続発振のYVO4レーザを用いた。レーザアニール法の条件は、レーザ光としてYVO4レーザの第2高調波(波長532nm)を用い、図14で示した光学系における凸レンズ103に対するレーザ光の入射角φを約20°として、200μm×50μmの楕円状ビームを形成した。ガラス基板105を50cm/sの速度で移動させながら、前記楕円状ビームを照射して、半導体膜の結晶性の向上を行った。
【0066】
なお、楕円状ビーム106の相対的な走査方向は、楕円状ビーム106の長軸に垂直な方向とした。
【0067】
このようにして得られた結晶性半導体膜にセコエッチングを行って、SEMにより3千倍にて表面を観察した。その結果を図16に示す。図16は、図中の矢印で示す方向にレーザ光を相対的に走査させて得られたものであり、走査方向に対して延在して大粒径の結晶粒が形成されている様子がわかる。
【0068】
このように、本発明を用いて結晶化を行った半導体膜には大粒径の結晶粒が形成されているため、前記半導体膜を用いてTFTを作製すると、そのチャネル形成領域に含まれる結晶粒界の本数を少なくすることができる。また、個々の結晶粒は実質的に単結晶と見なせる結晶性を有することから、単結晶半導体を用いたトランジスタと同等の高いモビリティ(電界効果移動度)を得ることも可能である。
【0069】
さらに、形成された結晶粒が一方向に揃っている。そのため、TFTを、そのキャリアの移動方向が、形成された結晶粒の延在する方向と揃うように配置すれば、キャリアが結晶粒界を横切る回数を極端に減らすことができる。そのため、オン電流値、オフ電流値、しきい値電圧、S値及び電界効果移動度のバラツキを低減することも可能となり、電気的特性は著しく向上する。
【0070】
なお、半導体膜の広い範囲に楕円状ビーム106を照射するため、楕円状ビーム106をその長軸に垂直な方向に走査して半導体膜に照射する動作(スキャン)を、複数回行っている。ここで、1回のスキャン毎に、楕円状ビーム106の位置は、その長軸に平行な方向にずらされる。また、連続するスキャン間では、その走査方向を逆にする。ここで、連続する2回のスキャンにおいて、一方を往路のスキャン、もう一方を復路のスキャンと呼ぶことにする。
【0071】
楕円状ビーム106の位置を、1回のスキャン毎にその長軸に平行な方向にずらす大きさを、ピッチdと表現する。また、往路のスキャンにおいて、図16に示したような大粒径の結晶粒が形成された領域の、楕円状ビーム106の走査方向に垂直な方向の長さを、D1と表記する。復路のスキャンにおいて、図16に示したような大粒径の結晶粒が形成された領域の、楕円状ビーム106の走査方向に垂直な方向の長さを、D2と表記する。また、D1とD2の平均値を、Dとする。
【0072】
このとき、式(1)と同様に、オーバーラップ率RO.L[%]を定義する。本実施例では、オーバーラップ率RO.Lを0[%]とした。
【0073】
また、上記結晶化の手法によって得られた半導体膜(図中、Improved CG−Siliconと表記)のラマン散乱分光の結果を図17に太線で示す。ここで、比較のため、単結晶シリコン(図中、ref.(100)Si Waferと表記)のラマン散乱分光の結果を細線で示した。また、非晶質珪素膜を形成後、熱処理を行って半導体膜が含有する水素を放出させた後、パルス発振のエキシマレーザを用い結晶化を行った半導体膜(図中、excimer laser annealingと表記)のラマン散乱分光の結果を図17に点線で示した。
【0074】
本実施例の手法によって得られた半導体膜のラマンシフトは、517.3cm-1のピークを有する。また、半値幅は、4.96cm-1である。一方、単結晶シリコンのラマンシフトは、520.7cm-1のピークを有する。また、半値幅は、4.44cm-1である。パルス発振のエキシマレーザを用い結晶化を行った半導体膜のラマンシフトは、516.3cm-1である。また、半値幅は、6.16cm-1である。
【0075】
図17の結果により、本実施例に示した結晶化の手法によって得られた半導体膜の結晶性が、パルス発振のエキシマレーザを用い結晶化を行った半導体膜の結晶性と比べて、単結晶シリコンに近いことがわかる。
【0076】
[実施例7]
本実施例では、実施例5に示した手法によって結晶化した半導体膜を用いてTFTを作製した例について、図14、図18および図19を用いて説明する。
【0077】
本実施例では基板20として、ガラス基板を用い、ガラス基板上に下地膜21として、プラズマCVD法により酸化窒化珪素膜(組成比Si=32%、O=27%、N=24%、H=17%)50nm、酸化窒化珪素膜(組成比Si=32%、O=59%、N=7%、H=2%)100nmを積層した。次いで、下地膜21上に半導体膜22として、プラズマCVD法により非晶質珪素膜150nmを形成した。そして、500℃で3時間の熱処理を行って、半導体膜が含有する水素を放出させた。(図18(A))
【0078】
その後、レーザ光として連続発振のYVO4レーザの第2高調波(波長532nm、5.5W)を用い、図14で示した光学系における凸レンズ103に対するレーザ光の入射角φを約20°として200μm×50μmの楕円状ビームを形成した。前記楕円状ビームを、50cm/sの速度で相対的に走査して、半導体膜22に照射し、結晶化した半導体膜23を得た。(図18(B))
【0079】
そして、第1のドーピング処理を行い、半導体膜24を得た。これはしきい値を制御するためのチャネルドープである。材料ガスとしてB26を用い、ガス流量30sccm、電流密度0.05μA、加速電圧60keV、ドーズ量1×1014/cm2として行った。(図18(C))
【0080】
続いて、パターニングを行って、半導体膜24を所望の形状にエッチングした後、エッチングされた半導体膜25、26を覆うゲート絶縁膜27としてプラズマCVD法により膜厚115nmの酸化窒化珪素膜を形成する。次いで、ゲート絶縁膜27上に導電膜として膜厚30nmのTaN膜28と、膜厚370nmのW膜29を積層形成する。(図18(D))
【0081】
フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスク(図示せず)を形成して、W膜、TaN膜、ゲート絶縁膜をエッチングする。
【0082】
そして、レジストからなるマスクを除去し、新たにマスク33を形成して第2のドーピング処理を行い、半導体膜にn型を付与する不純物元素を導入する。この場合、導電層30、31がn型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、自己整合的に不純物領域34が形成される。本実施例では第2のド−ピング処理は、半導体膜の膜厚が150nmと厚いため2条件に分けて行った。本実施例では、材料ガスとしてフォスフィン(PH3)を用い、ドーズ量を2×1013/cm2とし、加速電圧を90keVとして行った後、ドーズ量を5×1014/cm2とし、加速電圧を10keVとして行った。(図18(E))
【0083】
次いで、レジストからなるマスク33を除去した後、新たにレジストからなるマスク35を形成して第3のドーピング処理を行う。第3のドーピング処理により、pチャネル型TFTの活性層となる半導体膜に前記一導電型とは逆の導電型を付与する不純物元素が添加された不純物領域36を形成する。導電層30、31を不純物元素に対するマスクとして用い、p型を付与する不純物元素を添加して自己整合的に不純物領域36を形成する。本実施例では第3のド−ピング処理においても、半導体膜の膜厚が150nmと厚いため2条件に分けて行った。本実施例では、材料ガスとしてジボラン(B26)を用い、ドーズ量を2×1013/cm2とし、加速電圧を90keVとして行った後、ドーズ量を1×1015/cm2とし、加速電圧を10keVとして行った。(図18(F))
【0084】
以上までの工程で、それぞれの半導体層に不純物領域34、36が形成される。
【0085】
次いで、レジストからなるマスク35を除去して、プラズマCVD法により第1の層間絶縁膜37として膜厚50nmの酸化窒化珪素膜(組成比Si=32.8%、O=63.7%、N=3.5%)を形成した。
【0086】
次いで、熱処理により、半導体層の結晶性の回復、それぞれの半導体層に添加された不純物元素の活性化を行う。本実施例ではファーネスアニール炉を用いた熱アニール法により、窒素雰囲気中にて550度4時間の熱処理を行った。(図18(G))
【0087】
次いで、第1の層間絶縁膜37上に無機絶縁膜材料または有機絶縁物材料から成る第2の層間絶縁膜38を形成する。本実施例では、CVD法により膜厚50nmの窒化珪素膜を形成した後、膜厚400nmの酸化珪素膜を形成した。
【0088】
そして、熱処理を行うと水素化処理を行うことができる。本実施例では、ファーネスアニール炉を用い、410度で1時間、窒素雰囲気中にて熱処理を行った。
【0089】
続いて、各不純物領域とそれぞれ電気的に接続する配線39を形成する。本実施例では、膜厚50nmのTi膜と、膜厚500nmのAl―Si膜と、膜厚50nmのTi膜との積層膜をパターニングして形成した。もちろん、二層構造に限らず、単層構造でもよいし、三層以上の積層構造にしてもよい。また、配線の材料としては、AlとTiに限らない。例えば、TaN膜上にAlやCuを形成し、さらにTi膜を形成した積層膜をパターニングして配線を形成してもよい。(図18(H))
【0090】
以上の様にして、チャネル長6μm、チャネル幅4μmのnチャネル型TFT51とpチャネル型TFT52が形成された。
【0091】
これらの電気的特性を測定した結果を図19に示す。nチャネル型TFT51の電気的特性を図19(A)に、pチャネル型TFT52の電気的特性を図19(B)に示す。電気的特性の測定条件は、測定点をそれぞれ2点とし、ゲート電圧Vg=―16〜16Vの範囲で、ドレイン電圧Vd=1V及び5Vとした。また、図19において、ドレイン電流(ID)、ゲート電流(IG)は実線で、移動度(μFE)は点線で示している。
【0092】
本発明を用いて結晶化を行った半導体膜には大粒径の結晶粒が形成されているため、前記半導体膜を用いてTFTを作製すると、そのチャネル形成領域に含まれる結晶粒界の本数を少なくすることができる。さらに、形成された結晶粒は一方向に揃っているため、キャリアが結晶粒界を横切る回数を極端に減らすことができる。そのため、図19に示したように電気的特性の良いTFTが得られる。特に移動度が、nチャネル型TFTにおいて524cm2/Vs、pチャネル型TFTにおいて205cm2/Vsとなることがわかる。このようなTFTを用いて半導体装置を作製すれば、その動作特性および信頼性をも向上することが可能となる。
【0093】
なお、本実施例ではトップゲート構造の場合を説明したが、ボトムゲート構造、デュアルゲート構造であってもよい。また、基板としては、ガラス基板の他、石英基板、プラスチック基板などの一般に絶縁表面を有する基板を用いても良い。
【0094】
[実施例8]
本実施例では、実施例6に示した手法によって結晶化した半導体膜を用いてTFTを作製した例について、図14、図20〜図22、図23を用いて説明する。
【0095】
半導体膜として非晶質珪素膜を形成するまでの工程は、実施例7と同様である。なお、非晶質珪素膜は、150nmの厚さで形成した。(図20(A))
【0096】
その後、特開平7−183540号公報に記載された方法を利用し、前記半導体膜上にスピンコート法にて酢酸ニッケル水溶液(重量換算濃度5ppm、体積10ml)を塗布して金属含有層41を形成する。そして、500℃の窒素雰囲気で1時間、550℃の窒素雰囲気で12時間の熱処理を行った。こうして半導体膜42を得た。(図20(B))
【0097】
続いて、レーザアニール法により、半導体膜42の結晶性の向上を行う。
【0098】
レーザアニール法の条件は、レーザ光として連続発振のYVO4レーザの第2高調波(波長532nm、5.5W)を用い、図14で示した光学系における凸レンズ103に対するレーザ光の入射角φを約20°として200μm×50μmの楕円状ビームを形成した。前記楕円状ビームを、基板を20cm/sまたは50cm/sの速度で移動させながら照射して、半導体膜42の結晶性の向上を行った。こうして半導体膜43を得た。(図20(C))
【0099】
図20(C)の半導体膜の結晶化の後の工程は、実施例7において示した図18(C)〜図18(H)の工程と同様である。こうして、チャネル長6μm、チャネル幅4μmのnチャネル型TFT51とpチャネル型TFT52が形成された。これらの電気的特性を測定した。
【0100】
上記工程によって作製したTFTの電気的特性を、図21、図22、図23に示す。
【0101】
図21(A)及び図21(B)に、図20(C)のレーザアニール工程において、基板の速度を20cm/sで移動させて作製したTFTの電気的特性を示す。図21(A)に、nチャネル型TFT51の電気的特性を示す。また図21(B)に、pチャネル型TFT52の電気的特性を示す。また、図22(A)及び図22(B)に、図20(C)のレーザアニール工程において、基板の速度を50cm/sで移動させて作製したTFTの電気的特性を示す。図22(A)に、nチャネル型TFT51の電気的特性を示す。また図22(B)に、pチャネル型TFT52の電気的特性を示す。
【0102】
なお、電気的特性の測定条件は、ゲート電圧Vg=―16〜16Vの範囲で、ドレイン電圧Vd=1V及び5Vとした。また、図21、図22において、ドレイン電流(ID)、ゲート電流(IG)は実線で、移動度(μFE)は点線で示している。
【0103】
本発明を用いて結晶化を行った半導体膜には大粒径の結晶粒が形成されているため、前記半導体膜を用いてTFTを作製すると、そのチャネル形成領域に含まれる結晶粒界の本数を少なくすることができる。さらに、形成された結晶粒は一方向に揃っており、レーザ光の相対的な走査方向に対して交差する方向に形成される粒界が少ないため、キャリアが結晶粒界を横切る回数を極端に減らすことができる。
【0104】
そのため、図21及び図22に示したように電気的特性の良いTFTが得られる。特に移動度が、図21ではnチャネル型TFTにおいて510cm2/Vs、pチャネル型TFTにおいて200cm2/Vs、また、図22ではnチャネル型TFTにおいて595cm2/Vs、pチャネル型TFTにおいて199cm2/Vsと非常に優れていることがわかる。そして、このようなTFTを用いて半導体装置を作製すれば、その動作特性および信頼性をも向上することが可能となる。
【0105】
また、図23に、図20(C)のレーザアニール工程において、基板の速度を50cm/sで移動させて作製したTFTの電気的特性を示す。図23(A)に、nチャネル型TFT51の電気的特性を示す。また図23(B)に、pチャネル型TFT52の電気的特性を示す。
【0106】
なお、電気的特性の測定条件は、ゲート電圧Vg=―16〜16Vの範囲で、ドレイン電圧Vd=0.1V及び5Vとした。
【0107】
図23に示したように電気的特性の良いTFTが得られる。特に移動度が、図23(A)に示したnチャネル型TFTにおいて657cm2/Vs、図23(B)に示したpチャネル型TFTにおいて219cm2/Vsと非常に優れていることがわかる。そして、このようなTFTを用いて半導体装置を作製すれば、その動作特性および信頼性をも向上することが可能となる。
【0108】
なお、本実施例ではトップゲート構造の場合を説明したが、ボトムゲート構造、デュアルゲート構造であってもよい。また、基板としては、ガラス基板の他、石英基板、プラスチック基板などの一般に絶縁表面を有する基板を用いても良い。
【0109】
[実施例9]
本実施例では、実施例4で述べたように本発明のセンスアンプを用いた半導体装置を組み込んだ電子機器について図24、図25、図26で説明する。
【0110】
このような電子機器には、携帯情報端末(電子手帳、モバイルコンピュータ、携帯電話等)、ビデオカメラ、スチルカメラ、パーソナルコンピュータ、テレビ等が挙げられる。それらの一例を図24と図25に示す。
【0111】
図24(A)は携帯電話であり、本体9001、音声出力部9002、音声入力部9003、表示部9004、操作スイッチ9005、アンテナ9006から構成されている。本発明は表示部9004と同一基板上に一体形成することができる。
【0112】
図24(B)はビデオカメラであり、本体9101、表示部9102、音声入力部9103、操作スイッチ9104、バッテリー9105、受像部9106から成っている。本発明は表示部9102と同一基板上に一体形成することができる。
【0113】
図24(C)はモバイルコンピュータ或いは携帯型情報端末であり、本体9201、カメラ部9202、受像部9203、操作スイッチ9204、表示部9205で構成されている。本発明は表示部9205と同一基板上に一体形成することができる。
【0114】
図24(D)はヘッドマウントディスプレイであり、本体9301、表示部9302、アーム部9303で構成される。本発明は表示部9302と同一基板上に一体形成することができる。
【0115】
図24(E)はテレビであり、本体9401、スピーカ9402、表示部9403、受信装置9404、増幅装置9405等で構成される。本発明は表示部9403と同一基板上に一体形成することができる。
【0116】
図24(F)は携帯書籍であり、本体9501、表示部9502、記憶媒体9504、操作スイッチ9505、アンテナ9506から構成されており、ミニディスク(MD)やDVD(Digtial Versatile Disc)に記憶されたデータや、アンテナで受信したデータを表示するものである。本発明は表示部9502と同一基板上に一体形成することができる。
【0117】
図25(A)はパーソナルコンピュータであり、本体9601、画像入力部9602、表示部9603、キーボード9604で構成される。本発明は表示部9603と同一基板上に一体形成することができる。
【0118】
図25(B)はプログラムを記録した記録媒体(以下、記録媒体と呼ぶ)を用いるプレーヤーであり、本体9701、表示装置9702、スピーカ部9703、記録媒体9704、操作スイッチ9705で構成される。なお、この装置は記録媒体としてDVD、CD等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行なうことができる。本発明は表示部9702と同一基板上に一体形成することができる。
【0119】
図25(C)はデジタルカメラであり、本体9801、表示部9802、接眼部9803、操作スイッチ9804、受像部(図示しない)で構成される。本発明は表示部9802と同一基板上に一体形成することができる。
【0120】
図25(D)は片眼のヘッドマウントディスプレイであり、表示部9901、ヘッドマウント部9902で構成される。本発明はアクティブマトリクス基板を備えた表示部9901と同一基板上に一体形成することができる。
【0121】
図26(A)はフロント型プロジェクターであり、投射装置3601、スクリーン3602で構成される。
【0122】
図26(B)はリア型プロジェクターであり、本体3701、投射装置3702、ミラー3703、スクリーン3704で構成される。
【0123】
なお、図26(C)は、図26(A)及び図26(B)中における投射装置3601、3702の構造の一例を示した図である。投射装置3601、3702は、光源光学系3801、ミラー3802、3804〜3806、ダイクロイックミラー3803、プリズム3807、液晶表示部3808、位相差板3809、投射光学系3810で構成される。投射光学系3810は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施例は三板式の例を示したが、これに限定されず、例えば単板式であってもよい。また、図26(C)中において矢印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィルム、IRフィルム等の光学系を設けてもよい。本発明は液晶表示部3808と同一基板上に一体形成することができる。
【0124】
また、図26(D)は、図26(C)中における光源光学系3801の構造の一例を示した図である。本実施例では、光源光学系3801は、リフレクター3811、光源3812、レンズアレイ3813、3814、偏光変換素子3815、集光レンズ3816で構成される。なお、図26(D)に示した光源光学系は一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するフィルム、IRフィルム等の光学系を設けてもよい。
【0125】
以上の様に、本発明の適用範囲はきわめて広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。
【0126】
【発明の効果】
本発明のセンスアンプによれば、しきい値ばらつきの大きいトランジスタ技術においても2つの入力信号の電位差を正確に検出し誤動作を極力少なくすることが可能となる。また、入力信号の電位差が非常に小さい状態からでも検出が可能であることから、検出速度を向上させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態1の回路図である。
【図2】 実施形態1に対する動作タイミングチャート図である。
【図3】 実施形態1に対する主要期間における接続を表す回路図である。
【図4】 本発明の実施形態2の回路図である。
【図5】 実施形態2に対する動作タイミングチャート図である。
【図6】 本発明の実施形態3の回路図である。
【図7】 本発明の実施形態4の回路図である。
【図8】 本発明の実施形態5の回路図である。
【図9】 本発明の実施形態6の回路図である。
【図10】 本発明の実施例1の回路図である。
【図11】 本発明の実施例2の回路図である。
【図12】 本発明の実施例3の回路図である。
【図13】 本発明の実施例4の回路図である。
【図14】 実施例5で用いる光学系の模式図である。
【図15】 実施例5により作成された結晶性半導体膜のSEM写真である。
【図16】 実施例6により作成された結晶性半導体膜のSEM写真である。
【図17】 実施例6により作成された結晶性半導体膜のラマン散乱分光の結果である。
【図18】 実施例7によるTFT作製工程図である。
【図19】 実施例7により作製したTFTの電気的特性結果である。
【図20】 実施例8によるTFT作製工程図である。
【図21】 実施例8により作製したTFTの電気的特性結果である。
【図22】 実施例8により作製したTFTの電気的特性結果である。
【図23】 実施例8により作製したTFTの電気的特性結果である。
【図24】 画像表示装置の一例を示す図である。
【図25】 画像表示装置の一例を示す図である。
【図26】 投影型液晶表示装置の構成を示す図である。
【図27】 従来のセンスアンプの一例を示す図である。
【符号の説明】
21 下地膜
22〜26 半導体膜
27 ゲート絶縁膜
28 TaN膜
29 W膜
30、31 導電層
32 ゲート絶縁膜
33 マスク
34 不純物領域
35 マスク
36 不純物領域
37 第1の層間絶縁膜
38 第2の層間絶縁膜
39 配線
41 金属含有層
42、43 半導体膜
51 nチャネル型TFT
52 pチャネル型TFT
101 レーザ
102 ミラー
103 凸レンズ
104 半導体膜
105 ガラス基板
106 楕円状ビーム
107 ガラス基板の移動方向
108 ガラス基板の移動方向
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a sense amplifier used in a semiconductor device including a thin film transistor.
[0002]
[Prior art]
In a semiconductor memory device, a sense amplifier is used in the process of reading stored data. The configuration and operation of an example of a conventional sense amplifier will be described with reference to FIG. In FIG. 27, the gates of NMOS transistors MN1 and MN2 are connected to the first input terminal IN1 and the second input terminal IN2 corresponding to the paired bit lines, respectively. The sources of the PMOS load transistors MP1 and MP2 are both connected to the power supply VDD, the gates are common, and are further connected to the drain of MP1. The drain of MP1 is connected to the drain of MN1, and the drain of MP2 is connected to the drain of MN2 and the output terminal OUT. The sources of MN1 and MN2 are common, and are connected to the drain of an NMOS transistor MN3 that functions as a direct current source. The gate of MN3 is connected to the bias power supply V # BIAS, and the source is connected to the power supply GND. The sense amplifier shown in FIG. 27 constitutes a current mirror type differential amplifier.
[0003]
In the semiconductor memory device, when the stored data is read, a high and low potential difference is generated between the paired bit lines depending on whether the data is “Hi” or “Lo”. The sense amplifier shown in FIG. 27 detects a slight potential difference between the bit line signals sent to the first input terminal IN1 and the second input terminal IN2, and amplifies and outputs the result. That is, when the potential of IN2 is higher than the potential of IN1, the output terminal OUT outputs “Lo”, and conversely, when the potential of IN2 is smaller than the potential of IN1, the output terminal OUT outputs “Hi”. Thus, the sense amplifier is used for reading data stored in the semiconductor memory device.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, an image display device in which a semiconductor thin film is formed on a glass substrate, in particular, an active matrix image display device using a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT) has become widespread. An active matrix image display device using TFTs (hereinafter referred to as an image display device) has hundreds of thousands to millions of TFTs arranged in a matrix and controls the charge of each pixel. Furthermore, as a recent technology, TFT technology that realizes so-called system-on-glass, in which not only the pixel TFT that constitutes the pixel but also the drive circuit, further memory circuit, control circuit, and CPU are simultaneously formed using the TFT (polypoly). Silicon TFT technology and the like are being developed.
[0005]
However, the current TFT technology has a problem that the characteristic variation of transistors is larger than that of a transistor technology formed on a single crystal Si substrate. This indicates that it is difficult to use the conventional circuit shown in FIG. 27 with the current TFT technology. For example, it is assumed that the threshold values of the NMOS transistors MN1 and MN2 are 1.0 [V] and 1.5 [V], respectively, and there is a difference of 0.5V. If the potential of the second input terminal IN2 is 0.2 [V] larger than the potential of the first input terminal IN1, the output OUT should be “Hi” where it should be “Lo”, which causes a malfunction. This is a fatal injury when used in a dynamic random access memory (DRAM) read circuit.
[0006]
Also, if used in a static random access memory (SRAM) readout circuit, the potential difference between the input terminals increases with time and eventually absorbs variations in threshold values of the NMOS transistors MN1 and MN2 and malfunctions. The possibility is reduced. However, it takes time to increase the input potential difference until the variation in threshold value is absorbed, and the disadvantage that the readout time becomes long cannot be wiped out.
[0007]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a sense amplifier in which the influence of threshold variation is suppressed. It is another object of the present invention to provide a sense amplifier including a TFT having good characteristics.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the sense amplifier of the present invention has the following configuration.
[0009]
The sense amplifier of the present invention for detecting a potential difference between signals input to the first input terminal and the second input terminal has the first and second voltages applied to the gate-source voltages of the first and second transistors. A first means for applying a voltage corresponding to the threshold value of each of the transistors, and signals input to the first and second input terminals to the gates of the first and second transistors, respectively. And a second means for correcting a variation in threshold values of the first and second transistors.
[0010]
The sources of the first and second transistors are common, and are connected to a first power supply via a first switch.
[0011]
The drains of the first and second transistors may be connected to a second power source via second and third switches, respectively.
[0012]
The drain of the first transistor is connected to a second power source via a second switch and a first resistor, and the drain of the second transistor is connected to a third switch and a second resistor. The second power source may be connected via an element.
[0013]
The drain of the first transistor is connected to a second power source via a second switch and a third transistor, and the drain of the second transistor is connected to the third switch and the fourth transistor. The gates of the third and fourth transistors may be connected to the third drain.
[0014]
The first means includes first switching means for controlling conduction / non-conduction between the gates and drains of the first and second transistors, and each of the first and second transistors. And second switching means for controlling the inflow or discharge of charges to the drain and third switching means for controlling the inflow or discharge of charges to the sources of the first and second transistors.
[0015]
Further, the second means is achieved by interposing a capacitive element between the first and second input terminals and the gates of the first and second transistors, respectively.
[0016]
Further, the second means includes a capacitor element and a switch connected in series between the first and second input terminals and the gates of the first and second transistors, respectively. This is achieved by having the fourth and fifth switches for controlling the connection to the third power source at the connection node between the capacitive element and the switch in the set, respectively.
[0017]
The sense amplifier is formed of a thin film transistor, and the semiconductor film forming the semiconductor active layer of the thin film transistor is crystallized by laser annealing using continuous wave laser light.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In order to facilitate comparison with the conventional example, the same reference numerals are used for the transistors and the like corresponding to the respective parts of the conventional example in the following description of the embodiment.
[0019]
[Embodiment 1]
In the present embodiment, the sense amplifier shown in FIG. 1 will be described. First, the configuration of the present embodiment will be described. The present embodiment shown in FIG. 1 is different from the conventional example shown in FIG. 27 in that a switch and a capacitive element are added. In other words, the connection of the drain of the PMOS transistor MP1 and the drain of the NMOS transistor MN1 is controlled via the first switch SW1, and similarly the drain of the PMOS transistor MP2 and the drain of the NMOS transistor MN2 are connected via the second switch SW2. Is controlled. The connection of the drain and gate of the NMOS transistor MN1 is controlled through the third switch SW3, and similarly, the connection of the drain and gate of the NMOS transistor MN2 is controlled through the fourth switch SW4. The first input terminal IN1 and the gate of the NMOS transistor MN1 are node-separated by the fifth switch SW5 and the capacitive element C1, that is, the first input terminal IN1 is connected to the node N1 through the fifth switch SW5, C1 is added between the node N1 and the gate of the NMOS transistor MN1. Similarly, the second input terminal IN2 and the gate of the NMOS transistor MN2 are node-separated by the sixth switch SW6 and the capacitive element C2, that is, the second input terminal IN2 is connected to the node N2 via the sixth switch SW6. Then, C2 is added between the node N2 and the gate of the NMOS transistor MN2. Further, the connection of the node N1 with the power supply GND is controlled through the seventh switch SW7, and similarly the connection of the node N2 with the power supply GND is controlled through the eighth switch SW8. A capacitive element C3 is added between the source and gate of the NMOS transistor MN1, and similarly, a capacitive element C4 is added between the source and gate of the NMOS transistor MN2. Finally, the common source of the NMOS transistors MN1 and MN2 is connected to the power supply GND via the ninth switch SW9. The control signals (WE1, WE2, WE3, PR1, PR2) control corresponding switches as summarized in the table in FIG.
[0020]
Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIG. 2 showing the operation timing and FIG. 3 showing the switch connection state at the main timing. For convenience of explanation, it is assumed below that the corresponding switch is conductive when each control signal is “Hi” and non-conductive when it is “Lo”. Further, only the left half of the circuit of FIG. 1 is extracted and shown in FIG. 3 from the contrast of circuit configuration and circuit operation.
[0021]
First, a period T1 in which the control signals WE2, PR1, and PR2 are “Hi” is provided from the state where all the control signals are “Lo” and all the switches are non-conductive. The state of each switch in the period T1 is as shown in FIG. In a period T1, the gate potential of the NMOS transistor MN1 (MN2) is given a high potential by a voltage corresponding to the threshold value of the PMOS transistor MP1 (MP2) from the power supply VDD.
[0022]
Next, a period T2 in which the control signal WE2 is “Lo” and WE3 is “Hi” is provided. The state of each switch in the period T2 is as shown in FIG. In the period T2, the charge charged in the gate of the NMOS transistor MN1 (MN2) in the period T1 is discharged so that the gate-source voltage of the MN1 (MN2) becomes a voltage corresponding to the threshold value of the MN1 (MN2). To. This period T2 serves to store the respective threshold values in the gate-source voltage in the NMOS transistors MN1 and MN2.
[0023]
Finally, a period T3 in which the control signals WE1, WE2, and WE3 are “Hi” and the control signals PR1 and PR2 are “Lo” is provided. The state of each switch in the period T3 is as shown in FIG. In the period T3, the gate potential of the NMOS transistor MN1 (MN2) plays a role of adding a potential corresponding to the input IN1 (IN2) to the gate potential determined in the period T2. Since the respective threshold values are already written in the gate-source voltages of the NMOS transistors MN1 and MN2 in the period T2, the added potential difference in the period T3 remains as it is as the difference in driving capability between the NMOS transistors MN1 and MN2. Appear in
[0024]
In this way, it is possible to accurately detect the magnitude of the potentials of the input signals IN1, IN2 even if the threshold values of the NMOS transistors MN1 and MN2 are different. In addition, since accurate detection can be performed when the potential difference between the inputs IN1 and IN2 is small, the output can be determined in a short time and high-speed reading can be performed.
[0025]
[Embodiment 2]
In the present embodiment, the sense amplifier shown in FIG. 4 will be described. In this embodiment, as shown in FIG. 4, the fifth switch SW5 to the eighth switch SW8 are removed from the circuit diagram of FIG. 1 which is the first embodiment, and the input terminals IN1, IN2 are directly connected to the capacitive elements C1, C2. It takes the form which is connected to. Therefore, the input signals input from the input terminals IN1 and IN2 are different from those in the first embodiment, as shown in FIG. 5, before the period T3, the input signals are both at the “Lo” level having the same potential (the first embodiment). In the period T3, it is necessary to change from the “Lo” level to a desired potential level. By doing so, it is possible to enjoy functions equivalent to those of the first embodiment while reducing the number of switches.
[0026]
[Embodiment 3]
In the present embodiment, the sense amplifier shown in FIG. 6 will be described. As shown in FIG. 6, the present embodiment is different from the circuit diagram of FIG. 1 of the first embodiment in that the PMOS transistors MP1 and MP2 are replaced with resistance elements R1 and R2, respectively. FIG. 2 can also be applied to the operation timing of this embodiment. Although this embodiment is inferior in operation to the first embodiment, it is superior in comparison with the conventional example in that it does not affect the threshold variation by the threshold correction function.
[0027]
[Embodiment 4]
In the present embodiment, the sense amplifier shown in FIG. 7 will be described. As shown in FIG. 7, the present embodiment is different from the circuit diagram of FIG. 4 of the second embodiment in that the PMOS transistors MP1 and MP2 are replaced with resistance elements R1 and R2, respectively. FIG. 5 can be applied to the operation timing of this embodiment. Although this embodiment is inferior in operation to the first embodiment, it is superior in comparison with the conventional example in that it does not affect the threshold variation by the threshold correction function.
[0028]
[Embodiment 5]
In the present embodiment, the sense amplifier shown in FIG. 8 will be described. In this embodiment, as shown in FIG. 8, in the circuit diagram of FIG. 1 which is Embodiment 1, the PMOS transistors MP1 and MP2 are deleted, and the first switch SW1 and the second switch SW2 are replaced by the PMOS transistors MP1 and MP2. The point that moved to the original position is different. In addition, this embodiment can be said to have the role of the resistance element R1 in the third embodiment as well as the switching function of the first switch SW1. The same applies to the second switch SW2. FIG. 2 can also be applied to the operation timing of this embodiment. Although this embodiment is inferior in operation to the first embodiment, it is superior in comparison with the conventional example in that it does not affect the threshold variation by the threshold correction function.
[0029]
[Embodiment 6]
In the present embodiment, the sense amplifier shown in FIG. 9 will be described. In this embodiment, as shown in FIG. 9, in the circuit diagram of FIG. 4 which is Embodiment 2, the PMOS transistors MP1 and MP2 are deleted, and the first switch SW1 and the second switch SW2 are replaced by the PMOS transistors MP1 and MP2. The point that moved to the original position is different. FIG. 5 can also be applied to the operation timing of this embodiment. Although this embodiment is inferior in operation to the first embodiment, it is superior in comparison with the conventional example in that it does not affect the threshold variation by the threshold correction function.
[0030]
In the above first to sixth embodiments, the description has been made with the transistor conductivity type fixed, but the power supply system may be inverted to invert the transistor conductivity type.
[0031]
【Example】
Now, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0032]
[Example 1]
This example shown in FIG. 10 is an example in which each switch is specifically configured with an NMOS transistor in the sense amplifier (FIG. 1) of the first embodiment. In this embodiment, an NMOS transistor is used for each switch, but a PMOS transistor or a CMOS transistor may be used. Further, a combination of NMOS, PMOS, and CMOS may be used.
[0033]
This example is an example in which each switch of the sense amplifier (FIG. 1) of the first embodiment is configured by an NMOS transistor, but it goes without saying that each switch of the sense amplifier of the second to sixth embodiments can be configured by an NMOS transistor. Yes. Each switch may be an arbitrary combination of NMOS, PMOS, and CMOS.
[0034]
[Example 2]
This embodiment shown in FIG. 11 shows a part of a semiconductor memory device including memory cells for one column, and is an example in which the sense amplifier described in the first to sixth embodiments is incorporated in a semiconductor memory device. is there. In this embodiment, a precharge circuit, a memory cell array composed of memory cells, a pair of data lines D and / D, a word line W (W_1, W_2,..., W_n), a plurality of control signal lines CSL, and a sense It consists of an amplifier.
[0035]
A data read operation will be briefly described. First, the paired data lines D and / D are set to the same potential by the precharge circuit. Next, one of the word lines has an active potential and a corresponding memory cell is selected. When the memory cell is selected, a potential difference is generated between the paired data lines D and / D depending on the stored data, and this is detected by the sense amplifier to read the data. As described above, the sense amplifiers described in Embodiments 1 to 6 can be used in a semiconductor memory device.
[0036]
[Example 3]
This embodiment shown in FIG. 12 shows a block diagram of a semiconductor memory device including matrix-like memory cells, and another implementation in which the sense amplifier described in the first to sixth embodiments is incorporated in the semiconductor memory device. It is an example. This embodiment is composed of a precharge circuit, a memory cell array composed of memory cells, a pair of data lines, a word line group, a write circuit, and a read circuit. The sense amplifiers described in the first to sixth embodiments constitute a part of the readout circuit.
[0037]
A data read operation will be briefly described. First, the pair of data lines are set to the same potential by the precharge circuit. Next, one of the word lines takes an active potential and a corresponding memory cell row is selected by the row decoder. As a result, a potential difference is generated between each pair of data lines depending on the data stored in each memory cell of the selected memory cell row. Further, one of the paired data lines is selected by the column decoder, and this is detected by the sense amplifier of the read circuit, and the data in the desired memory cell is read by reading the data. As described above, the sense amplifiers described in Embodiments 1 to 6 can be used in a semiconductor memory device. In addition, Example 2 respond | corresponds to what extracted one part of the present Example.
[0038]
[Example 4]
13 is a block diagram of a semiconductor device including a system and a display portion, and is another example in which the sense amplifier described in Embodiments 1 to 6 is incorporated in a semiconductor device.
[0039]
In FIG. 13, a semiconductor device 201 is a device that captures or creates image data, processes the image data, converts the format, and displays an image. As the semiconductor device 201, for example, a game machine, a video camera, a car navigation system, a personal computer, or the like can be considered.
[0040]
The semiconductor device 201 includes an input terminal 211, a first control circuit 212, a second control circuit 213, a CPU 214, a first storage circuit unit 215, a second storage circuit unit 216, a signal line driver circuit 217, and a scanning line. The semiconductor display portion 202 includes a driver circuit 218 and a pixel portion 219. Conventionally, only the semiconductor display unit 202 is formed on a substrate having an insulating surface such as glass, quartz, or plastic. However, in this embodiment, all other circuit blocks are formed on the substrate having the insulating surface. The
[0041]
From the input terminal 211, data serving as a basis of image data is input in accordance with each electronic device. For example, it is input data from an antenna in a broadcast receiver, and input data from a CCD in a video camera. It may be input data from a DV tape or a memory card. Data input from the input terminal 211 is converted into an image signal by the first control circuit 212. The first control circuit 212 performs image signal processing such as decoding processing of image data compression-encoded according to the MPEG standard, tape format, etc., image interpolation and resizing. The image signal output from the first control circuit 212 and the image signal created or processed by the CPU 214 are input to the second control circuit 213 and converted into a format suitable for the semiconductor display unit 202 (for example, a scanning format). Is done. The second control circuit 213 outputs a format-converted image signal and control signal.
[0042]
The CPU 214 efficiently controls signal processing in the first control circuit 212, the second control circuit 213, and other interface circuits. Also, image data is created or processed. The first storage circuit unit 215 stores a memory area for storing image data output from the first control circuit 212 and image data output from the second control circuit 213, and a work memory area for control by the CPU. Used as a work memory area when image data is created by the CPU. As the first memory circuit portion 215, a DRAM or an SRAM is used, and the sense amplifier described in the first to sixth embodiments is used in the first memory circuit portion 215. The second storage circuit unit 216 is a memory area for storing color data and character data necessary for creating or processing image data by the CPU 214, and is configured by a mask ROM or EPROM.
[0043]
The signal line driver circuit 217 receives image signals and control signals (clock signal, start pulse, etc.) from the second control circuit 213, and the scanning line driver circuit 218 receives control signals (clock signal, start pulse, etc.) from the second control circuit 213. ) And display an image in the pixel portion 219.
[0044]
In addition, as a semiconductor display part, a liquid crystal display and an EL display can be considered, for example. Further, as in the case of a high-performance game machine, when the burden on the CPU is too large in the architecture shown in FIG. 13, a configuration may be adopted in which a new processor for image processing is provided to reduce the load on the CPU.
[0045]
As described above, the sense amplifiers described in Embodiments 1 to 6 can be used for a semiconductor device.
[0046]
[Example 5]
In this embodiment, an example of a technique for crystallizing a semiconductor film will be described in manufacturing a semiconductor active layer of a TFT included in a semiconductor device of the present invention.
[0047]
A silicon oxynitride film (composition ratio Si = 32%, O = 59%, N = 7%, H = 2%) 400 nm was formed as a base film on a glass substrate by a plasma CVD method. Subsequently, an amorphous silicon film having a thickness of 150 nm was formed as a semiconductor film on the base film by a plasma CVD method. Then, heat treatment was performed at 500 ° C. for 3 hours to release hydrogen contained in the semiconductor film, and then the semiconductor film was crystallized by laser annealing.
[0048]
The laser used in the laser annealing method is a continuous wave YVO. Four A laser was used. The conditions of the laser annealing method are YVO as laser light. Four The second harmonic of the laser (wavelength 532 nm) was used. The semiconductor film formed on the substrate surface was irradiated with laser light as a beam having a predetermined shape by an optical system.
[0049]
Note that the shape of the beam irradiated onto the substrate can be changed depending on the type of laser and the optical system. Thus, the aspect ratio and energy density distribution of the beam irradiated on the substrate can be changed. For example, the shape of the beam irradiated onto the substrate can be various shapes such as a linear shape, a rectangular shape, and an elliptical shape. In this embodiment, YVO Four The second harmonic of the laser was made into an elliptical shape of 200 μm × 50 μm by an optical system, and the semiconductor film was irradiated.
[0050]
Here, FIG. 14 shows a schematic diagram of an optical system used when irradiating a semiconductor film formed on the substrate surface with laser light.
[0051]
Laser light emitted from the laser 101 (YVO Four The second harmonic of the laser enters the convex lens 103 via the mirror 102. The laser light is incident on the convex lens 103 at an angle. By doing so, the focal position shifts due to aberrations such as astigmatism, and the elliptical beam 106 can be formed at or near the irradiated surface.
[0052]
Then, while irradiating the elliptical beam 106 formed in this way, the glass substrate 105 was moved in a direction indicated by 107 or a direction indicated by 108, for example. In this way, the semiconductor film 104 formed on the glass substrate 105 was irradiated while moving the elliptical beam 106 relatively.
[0053]
The relative scanning direction of the elliptical beam 106 was a direction perpendicular to the major axis of the elliptical beam 106.
[0054]
In this embodiment, an elliptical beam of 200 μm × 50 μm is formed with an incident angle φ of the laser beam with respect to the convex lens 103 being about 20 °, and the glass substrate 105 is irradiated while moving at a speed of 50 cm / s, so that the semiconductor film Crystallization was performed.
[0055]
FIG. 15 shows the result of Secco-etching the thus obtained crystalline semiconductor film and observing the surface with SEM at a magnification of 3000 times. The Seco solution in Seco Etching is HF: H 2 O = 2: 1 K as additive 2 Cr 2 O 7 It is produced using. FIG. 15 is obtained by relatively scanning laser light in the direction indicated by the arrow in the figure. It can be seen that large crystal grains are formed parallel to the scanning direction of the laser beam. That is, crystal growth is performed so as to extend in the scanning direction of the laser beam.
[0056]
As described above, large-sized crystal grains are formed in the semiconductor film crystallized using the method of this embodiment. Therefore, when a TFT is manufactured using the semiconductor film as a semiconductor active layer, the number of crystal grain boundaries included in the channel formation region of the TFT can be reduced. In addition, since the inside of each crystal grain has crystallinity that can be regarded as a single crystal, high mobility (field effect mobility) equivalent to that of a transistor using a single crystal semiconductor can be obtained.
[0057]
Furthermore, if the TFT is arranged so that the carrier moving direction is aligned with the direction in which the formed crystal grains extend, the number of times the carriers cross the crystal grain boundary can be extremely reduced. Therefore, variations in on-current value (drain current value that flows when the TFT is on), off-current value (drain current value that flows when the TFT is off), threshold voltage, S value, and field effect mobility Can be reduced, and the electrical characteristics are remarkably improved.
[0058]
Note that in order to irradiate the elliptical beam 106 over a wide area of the semiconductor film, a plurality of operations (hereinafter referred to as scanning) of irradiating the semiconductor film by scanning the elliptical beam 106 in a direction perpendicular to the major axis are performed. I'm going to go. Here, for each scan, the position of the elliptical beam 106 is shifted in a direction parallel to the major axis. In addition, the scanning direction is reversed between consecutive scans. Here, in two consecutive scans, one is called a forward scan, and the other is called a backward scan.
[0059]
The size of shifting the position of the elliptical beam 106 in the direction parallel to the major axis for each scan is expressed as a pitch d. In the forward scan, the length in the direction perpendicular to the scanning direction of the elliptical beam 106 in the region where the crystal grains having a large grain size as shown in FIG. 15 are formed is denoted as D1. In the return scan, the length in the direction perpendicular to the scanning direction of the elliptical beam 106 in the region where the crystal grains having a large grain size as shown in FIG. 15 are formed is denoted as D2. Also, let D be the average value of D1 and D2.
[0060]
At this time, the overlap rate R OL [%] Is defined by equation (1).
[0061]
R OL = (1-d / D) × 100 (1)
[0062]
In this embodiment, the overlap rate R OL Was 0%.
[0063]
[Example 6]
In this embodiment, an example different from that in Embodiment 5 is shown in the method of crystallizing a semiconductor film in manufacturing a semiconductor active layer of a TFT included in the semiconductor device of the present invention.
[0064]
The steps until the amorphous silicon film is formed as the semiconductor film are the same as those in the fifth embodiment. Thereafter, using the method described in JP-A-7-183540, a nickel acetate aqueous solution (concentration in weight of 5 ppm, volume 10 ml) is applied onto the semiconductor film by spin coating, and in a nitrogen atmosphere at 500 ° C. Heat treatment was performed for 12 hours in a nitrogen atmosphere at 550 ° C. for 1 hour. Subsequently, the crystallinity of the semiconductor film was improved by laser annealing.
[0065]
The laser used in the laser annealing method is a continuous wave YVO. Four A laser was used. The conditions of the laser annealing method are YVO as laser light. Four Using the second harmonic of the laser (wavelength 532 nm), an elliptical beam of 200 μm × 50 μm was formed with the incident angle φ of the laser beam to the convex lens 103 in the optical system shown in FIG. 14 being about 20 °. While moving the glass substrate 105 at a speed of 50 cm / s, the elliptical beam was irradiated to improve the crystallinity of the semiconductor film.
[0066]
The relative scanning direction of the elliptical beam 106 was a direction perpendicular to the major axis of the elliptical beam 106.
[0067]
The crystalline semiconductor film thus obtained was subjected to seco etching, and the surface was observed with a SEM at a magnification of 3,000. The result is shown in FIG. FIG. 16 is obtained by relatively scanning the laser beam in the direction indicated by the arrow in the figure, and shows that large crystal grains are formed extending in the scanning direction. Recognize.
[0068]
As described above, since a large crystal grain is formed in the semiconductor film crystallized using the present invention, when a TFT is manufactured using the semiconductor film, a crystal included in the channel formation region is formed. The number of grain boundaries can be reduced. Further, since individual crystal grains have crystallinity that can be regarded as a single crystal, high mobility (field effect mobility) equivalent to that of a transistor including a single crystal semiconductor can be obtained.
[0069]
Furthermore, the formed crystal grains are aligned in one direction. Therefore, if the TFT is arranged so that the carrier moving direction is aligned with the extending direction of the formed crystal grains, the number of times the carriers cross the crystal grain boundary can be extremely reduced. Therefore, it is possible to reduce variations in the on-current value, off-current value, threshold voltage, S value, and field effect mobility, and the electrical characteristics are remarkably improved.
[0070]
Note that in order to irradiate the elliptical beam 106 over a wide range of the semiconductor film, the operation (scanning) of irradiating the semiconductor film by scanning the elliptical beam 106 in a direction perpendicular to the major axis is performed a plurality of times. Here, for each scan, the position of the elliptical beam 106 is shifted in a direction parallel to the major axis. In addition, the scanning direction is reversed between consecutive scans. Here, in two consecutive scans, one is called a forward scan, and the other is called a backward scan.
[0071]
The size of shifting the position of the elliptical beam 106 in the direction parallel to the major axis for each scan is expressed as a pitch d. In the forward scan, the length in the direction perpendicular to the scanning direction of the elliptical beam 106 in the region where the crystal grains having a large grain size as shown in FIG. 16 are formed is denoted as D1. In the backward scan, the length in the direction perpendicular to the scanning direction of the elliptical beam 106 in the region where the crystal grains having a large grain size as shown in FIG. 16 are formed is denoted as D2. Also, let D be the average value of D1 and D2.
[0072]
At this time, similar to the equation (1), the overlap rate R OL Define [%]. In this embodiment, the overlap rate R OL Was 0%.
[0073]
In addition, the results of Raman scattering spectroscopy of the semiconductor film obtained by the above crystallization technique (indicated as Improved CG-Silicon in the figure) are shown by thick lines in FIG. Here, for comparison, the results of Raman scattering spectroscopy of single crystal silicon (shown as ref. (100) Si Wafer in the figure) are shown by thin lines. In addition, after forming an amorphous silicon film, heat treatment is performed to release hydrogen contained in the semiconductor film, followed by crystallization using a pulsed excimer laser (indicated as excimer laser annealing in the figure). The results of Raman scattering spectroscopy of () are shown by dotted lines in FIG.
[0074]
The Raman shift of the semiconductor film obtained by the method of this example is 517.3 cm. -1 It has a peak. The half width is 4.96 cm. -1 It is. On the other hand, the Raman shift of single crystal silicon is 520.7 cm. -1 It has a peak. The half width is 4.44 cm. -1 It is. The Raman shift of the semiconductor film crystallized using a pulsed excimer laser is 516.3 cm. -1 It is. The half width is 6.16 cm. -1 It is.
[0075]
According to the result of FIG. 17, the crystallinity of the semiconductor film obtained by the crystallization method shown in this example is higher than that of the semiconductor film crystallized using a pulsed excimer laser. It can be seen that it is close to silicon.
[0076]
[Example 7]
In this embodiment, an example in which a TFT is manufactured using a semiconductor film crystallized by the method shown in Embodiment 5 will be described with reference to FIGS.
[0077]
In this embodiment, a glass substrate is used as the substrate 20, and a silicon oxynitride film (composition ratio Si = 32%, O = 27%, N = 24%, H = 17%) 50 nm and a silicon oxynitride film (composition ratio Si = 32%, O = 59%, N = 7%, H = 2%) 100 nm were stacked. Next, an amorphous silicon film 150 nm was formed as a semiconductor film 22 on the base film 21 by a plasma CVD method. Then, a heat treatment was performed at 500 ° C. for 3 hours to release hydrogen contained in the semiconductor film. (FIG. 18 (A))
[0078]
After that, continuous wave YVO as laser light Four Using the second harmonic of the laser (wavelength: 532 nm, 5.5 W), an elliptical beam of 200 μm × 50 μm was formed with the incident angle φ of the laser beam with respect to the convex lens 103 in the optical system shown in FIG. 14 being about 20 °. The elliptical beam was relatively scanned at a speed of 50 cm / s to irradiate the semiconductor film 22 to obtain a crystallized semiconductor film 23. (Fig. 18B)
[0079]
And the 1st doping process was performed and the semiconductor film 24 was obtained. This is channel doping for controlling the threshold value. B as material gas 2 H 6 , Gas flow rate 30 sccm, current density 0.05 μA, acceleration voltage 60 keV, dose amount 1 × 10 14 / Cm 2 Went as. (Figure 18 (C))
[0080]
Subsequently, patterning is performed to etch the semiconductor film 24 into a desired shape, and then a silicon oxynitride film having a thickness of 115 nm is formed by plasma CVD as a gate insulating film 27 covering the etched semiconductor films 25 and 26. . Next, a TaN film 28 with a thickness of 30 nm and a W film 29 with a thickness of 370 nm are stacked on the gate insulating film 27 as conductive films. (Fig. 18D)
[0081]
A mask (not shown) made of resist is formed by photolithography, and the W film, TaN film, and gate insulating film are etched.
[0082]
Then, the resist mask is removed, a new mask 33 is formed, and a second doping process is performed to introduce an impurity element imparting n-type into the semiconductor film. In this case, the conductive layers 30 and 31 serve as a mask for the impurity element imparting n-type, and the impurity region 34 is formed in a self-aligning manner. In this embodiment, the second doping process is performed under two conditions because the thickness of the semiconductor film is as thick as 150 nm. In this embodiment, phosphine (PH Three ) And a dose amount of 2 × 10 13 / Cm 2 And the acceleration voltage is 90 keV, and the dose is 5 × 10 5 14 / Cm 2 The acceleration voltage was 10 keV. (Figure 18 (E))
[0083]
Next, after removing the resist mask 33, a new resist mask 35 is formed and a third doping process is performed. By the third doping treatment, an impurity region 36 is formed in which an impurity element imparting a conductivity type opposite to the one conductivity type is added to the semiconductor film that becomes the active layer of the p-channel TFT. Using the conductive layers 30 and 31 as a mask for the impurity element, an impurity element imparting p-type is added to form the impurity region 36 in a self-aligning manner. In this embodiment, the third doping process is also performed under two conditions because the semiconductor film is as thick as 150 nm. In this embodiment, diborane (B 2 H 6 ) And a dose amount of 2 × 10 13 / Cm 2 And the acceleration voltage is 90 keV, and the dose is 1 × 10 15 / Cm 2 The acceleration voltage was 10 keV. (Fig. 18 (F))
[0084]
Through the above steps, impurity regions 34 and 36 are formed in the respective semiconductor layers.
[0085]
Next, the resist mask 35 is removed, and a 50-nm-thick silicon oxynitride film (composition ratio Si = 32.8%, O = 63.7%, N) is formed as the first interlayer insulating film 37 by plasma CVD. = 3.5%).
[0086]
Next, the crystallinity of the semiconductor layers is restored and the impurity elements added to the respective semiconductor layers are activated by heat treatment. In this example, heat treatment was performed at 550 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere by a thermal annealing method using a furnace annealing furnace. (Figure 18 (G))
[0087]
Next, a second interlayer insulating film 38 made of an inorganic insulating film material or an organic insulating material is formed on the first interlayer insulating film 37. In this example, a silicon nitride film having a thickness of 50 nm was formed by a CVD method, and then a silicon oxide film having a thickness of 400 nm was formed.
[0088]
And if it heat-processes, a hydrogenation process can be performed. In this example, heat treatment was performed in a nitrogen atmosphere at 410 ° C. for 1 hour using a furnace annealing furnace.
[0089]
Subsequently, wirings 39 that are electrically connected to the respective impurity regions are formed. In this example, a stacked film of a Ti film with a thickness of 50 nm, an Al—Si film with a thickness of 500 nm, and a Ti film with a thickness of 50 nm was formed by patterning. Of course, not only a two-layer structure but also a single-layer structure or a laminated structure of three or more layers may be used. Further, the wiring material is not limited to Al and Ti. For example, a wiring may be formed by patterning a laminated film in which Al or Cu is formed on a TaN film and a Ti film is further formed. (Fig. 18 (H))
[0090]
As described above, an n-channel TFT 51 and a p-channel TFT 52 having a channel length of 6 μm and a channel width of 4 μm were formed.
[0091]
The results of measuring these electrical characteristics are shown in FIG. The electrical characteristics of the n-channel TFT 51 are shown in FIG. 19A, and the electrical characteristics of the p-channel TFT 52 are shown in FIG. 19B. The measurement conditions of the electrical characteristics were set to two measurement points, a gate voltage Vg = −16 to 16V, and a drain voltage Vd = 1V and 5V. In FIG. 19, the drain current (ID) and the gate current (IG) are indicated by solid lines, and the mobility (μFE) is indicated by a dotted line.
[0092]
Since the semiconductor film crystallized using the present invention has large crystal grains, the number of crystal grain boundaries included in the channel formation region when a TFT is manufactured using the semiconductor film. Can be reduced. Furthermore, since the formed crystal grains are aligned in one direction, the number of times the carriers cross the crystal grain boundary can be extremely reduced. Therefore, a TFT having good electrical characteristics can be obtained as shown in FIG. In particular, the mobility is 524 cm in an n-channel TFT. 2 / Vs, 205cm for p-channel TFT 2 It turns out that it becomes / Vs. If a semiconductor device is manufactured using such a TFT, its operating characteristics and reliability can be improved.
[0093]
Although the case of the top gate structure has been described in this embodiment, a bottom gate structure or a dual gate structure may be used. In addition to the glass substrate, a substrate having an insulating surface such as a quartz substrate or a plastic substrate may be used as the substrate.
[0094]
[Example 8]
In this embodiment, an example in which a TFT is manufactured using a semiconductor film crystallized by the method shown in Embodiment 6 will be described with reference to FIGS. 14, 20 to 22, and 23.
[0095]
The steps until the amorphous silicon film is formed as the semiconductor film are the same as those in the seventh embodiment. The amorphous silicon film was formed with a thickness of 150 nm. (FIG. 20 (A))
[0096]
Thereafter, using the method described in JP-A-7-183540, a nickel acetate aqueous solution (weight-concentration concentration 5 ppm, volume 10 ml) is applied onto the semiconductor film by spin coating to form the metal-containing layer 41. To do. Then, heat treatment was performed in a nitrogen atmosphere at 500 ° C. for 1 hour and in a nitrogen atmosphere at 550 ° C. for 12 hours. Thus, the semiconductor film 42 was obtained. (Fig. 20 (B))
[0097]
Subsequently, the crystallinity of the semiconductor film 42 is improved by laser annealing.
[0098]
The conditions of the laser annealing method are as follows: Four Using the second harmonic of the laser (wavelength: 532 nm, 5.5 W), an elliptical beam of 200 μm × 50 μm was formed with the incident angle φ of the laser beam with respect to the convex lens 103 in the optical system shown in FIG. 14 being about 20 °. The crystallinity of the semiconductor film 42 was improved by irradiating the elliptical beam while moving the substrate at a speed of 20 cm / s or 50 cm / s. In this way, a semiconductor film 43 was obtained. (Figure 20 (C))
[0099]
The process after crystallization of the semiconductor film in FIG. 20C is the same as the process in FIGS. 18C to 18H described in Embodiment 7. Thus, an n-channel TFT 51 and a p-channel TFT 52 having a channel length of 6 μm and a channel width of 4 μm were formed. These electrical characteristics were measured.
[0100]
The electrical characteristics of the TFT manufactured by the above process are shown in FIG. 21, FIG. 22, and FIG.
[0101]
FIGS. 21A and 21B show electrical characteristics of TFTs manufactured by moving the substrate at a speed of 20 cm / s in the laser annealing step of FIG. 20C. FIG. 21A shows electrical characteristics of the n-channel TFT 51. FIG. 21B shows electrical characteristics of the p-channel TFT 52. FIGS. 22A and 22B show electrical characteristics of TFTs manufactured by moving the substrate at a speed of 50 cm / s in the laser annealing step of FIG. 20C. FIG. 22A shows electrical characteristics of the n-channel TFT 51. FIG. 22B shows electrical characteristics of the p-channel TFT 52.
[0102]
The electrical characteristics were measured under the conditions where the gate voltage Vg = −16 to 16V and the drain voltage Vd = 1V and 5V. 21 and 22, the drain current (ID) and the gate current (IG) are indicated by solid lines, and the mobility (μFE) is indicated by a dotted line.
[0103]
Since the semiconductor film crystallized using the present invention has large crystal grains, the number of crystal grain boundaries included in the channel formation region when a TFT is manufactured using the semiconductor film. Can be reduced. Furthermore, since the formed crystal grains are aligned in one direction and there are few grain boundaries formed in the direction intersecting the relative scanning direction of the laser beam, the number of times the carriers cross the crystal grain boundary is extremely small. Can be reduced.
[0104]
Therefore, a TFT having good electrical characteristics can be obtained as shown in FIGS. In particular, the mobility is 510 cm in the n-channel TFT in FIG. 2 / Vs, 200cm for p-channel TFT 2 / Vs, and 595 cm in the n-channel TFT in FIG. 2 / Vs, 199 cm for p-channel TFT 2 It can be seen that / Vs is very excellent. If a semiconductor device is manufactured using such a TFT, its operating characteristics and reliability can be improved.
[0105]
FIG. 23 shows electrical characteristics of a TFT manufactured by moving the substrate at a speed of 50 cm / s in the laser annealing step of FIG. FIG. 23A shows electrical characteristics of the n-channel TFT 51. FIG. 23B shows electrical characteristics of the p-channel TFT 52.
[0106]
The electrical characteristics were measured under the conditions where the gate voltage Vg = −16 to 16V and the drain voltage Vd = 0.1V and 5V.
[0107]
As shown in FIG. 23, a TFT having good electrical characteristics can be obtained. In particular, the mobility is 657 cm in the n-channel TFT shown in FIG. 2 / Vs, 219 cm in the p-channel TFT shown in FIG. 2 It can be seen that / Vs is very excellent. If a semiconductor device is manufactured using such a TFT, its operating characteristics and reliability can be improved.
[0108]
Although the case of the top gate structure has been described in this embodiment, a bottom gate structure or a dual gate structure may be used. In addition to the glass substrate, a substrate having an insulating surface such as a quartz substrate or a plastic substrate may be used as the substrate.
[0109]
[Example 9]
In this embodiment, electronic devices incorporating a semiconductor device using the sense amplifier of the present invention as described in Embodiment 4 will be described with reference to FIGS.
[0110]
Examples of such electronic devices include portable information terminals (electronic notebooks, mobile computers, mobile phones, etc.), video cameras, still cameras, personal computers, televisions, and the like. Examples of these are shown in FIGS.
[0111]
FIG. 24A illustrates a mobile phone, which includes a main body 9001, an audio output portion 9002, an audio input portion 9003, a display portion 9004, operation switches 9005, and an antenna 9006. In the present invention, the display portion 9004 can be formed over the same substrate.
[0112]
FIG. 24B illustrates a video camera which includes a main body 9101, a display portion 9102, an audio input portion 9103, operation switches 9104, a battery 9105, and an image receiving portion 9106. In the present invention, the display portion 9102 can be formed over the same substrate.
[0113]
FIG. 24C illustrates a mobile computer or a portable information terminal, which includes a main body 9201, a camera portion 9202, an image receiving portion 9203, operation switches 9204, and a display portion 9205. In the present invention, the display portion 9205 can be formed over the same substrate.
[0114]
FIG. 24D illustrates a head mounted display which includes a main body 9301, a display portion 9302, and an arm portion 9303. In the present invention, the display portion 9302 can be formed over the same substrate.
[0115]
FIG. 24E illustrates a television set including a main body 9401, a speaker 9402, a display portion 9403, a receiving device 9404, an amplifying device 9405, and the like. In the present invention, the display portion 9403 can be formed over the same substrate.
[0116]
FIG. 24F illustrates a portable book, which includes a main body 9501, a display portion 9502, a storage medium 9504, operation switches 9505, and an antenna 9506, and is stored on a mini disc (MD) or DVD (Digital Versatile Disc). Data and data received by the antenna are displayed. In the present invention, the display portion 9502 can be formed over the same substrate.
[0117]
FIG. 25A illustrates a personal computer which includes a main body 9601, an image input portion 9602, a display portion 9603, and a keyboard 9604. In the present invention, the display portion 9603 can be formed over the same substrate.
[0118]
FIG. 25B shows a player that uses a recording medium (hereinafter referred to as a recording medium) in which a program is recorded, and includes a main body 9701, a display device 9702, a speaker portion 9703, a recording medium 9704, and operation switches 9705. This apparatus uses a DVD, CD, or the like as a recording medium, and can perform music appreciation, movie appreciation, games, and the Internet. In the present invention, the display portion 9702 can be formed over the same substrate.
[0119]
FIG. 25C illustrates a digital camera which includes a main body 9801, a display portion 9802, an eyepiece portion 9803, an operation switch 9804, and an image receiving portion (not shown). In the present invention, the display portion 9802 can be formed over the same substrate.
[0120]
FIG. 25D illustrates a one-eye head mounted display which includes a display portion 9901 and a head mount portion 9902. In the present invention, the display portion 9901 including an active matrix substrate can be formed over the same substrate.
[0121]
FIG. 26A illustrates a front type projector which includes a projection device 3601 and a screen 3602.
[0122]
FIG. 26B shows a rear projector, which includes a main body 3701, a projection device 3702, a mirror 3703, and a screen 3704.
[0123]
Note that FIG. 26C is a diagram illustrating an example of the structure of the projection devices 3601 and 3702 in FIGS. 26A and 26B. The projection devices 3601 and 3702 include a light source optical system 3801, mirrors 3802, 3804 to 3806, a dichroic mirror 3803, a prism 3807, a liquid crystal display unit 3808, a phase difference plate 3809, and a projection optical system 3810. The projection optical system 3810 is composed of an optical system including a projection lens. In this embodiment, an example of a three-plate type is shown, but the present invention is not limited to this. For example, a single-plate type may be used. In addition, the practitioner may appropriately provide an optical system such as an optical lens, a film having a polarization function, a film for adjusting a phase difference, or an IR film in an optical path indicated by an arrow in FIG. Good. The present invention can be integrally formed with the liquid crystal display portion 3808 on the same substrate.
[0124]
FIG. 26D illustrates an example of the structure of the light source optical system 3801 in FIG. In this embodiment, the light source optical system 3801 includes a reflector 3811, a light source 3812, lens arrays 3813 and 3814, a polarization conversion element 3815, and a condenser lens 3816. Note that the light source optical system illustrated in FIG. 26D is an example and is not particularly limited. For example, the practitioner may appropriately provide an optical system such as an optical lens, a film having a polarization function, a film for adjusting a phase difference, or an IR film in the light source optical system.
[0125]
As described above, the applicable range of the present invention is so wide that the present invention can be applied to electronic devices in various fields.
[0126]
【The invention's effect】
According to the sense amplifier of the present invention, it is possible to accurately detect a potential difference between two input signals and reduce malfunctions as much as possible even in a transistor technology with a large threshold variation. In addition, since detection is possible even when the potential difference between the input signals is very small, there is an effect of improving the detection speed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an operation timing chart for the first embodiment.
FIG. 3 is a circuit diagram showing connections in main periods with respect to the first embodiment.
FIG. 4 is a circuit diagram of Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 5 is an operation timing chart for the second embodiment.
FIG. 6 is a circuit diagram of Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 7 is a circuit diagram of Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 8 is a circuit diagram according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a circuit diagram of Embodiment 6 of the present invention.
FIG. 10 is a circuit diagram of Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 11 is a circuit diagram of Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 12 is a circuit diagram of Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 13 is a circuit diagram of Embodiment 4 of the present invention.
14 is a schematic diagram of an optical system used in Example 5. FIG.
15 is a SEM photograph of the crystalline semiconductor film prepared according to Example 5. FIG.
16 is a SEM photograph of a crystalline semiconductor film prepared according to Example 6. FIG.
FIG. 17 is a result of Raman scattering spectroscopy of the crystalline semiconductor film prepared according to Example 6.
18 is a drawing showing a manufacturing process of a TFT according to Example 7. FIG.
FIG. 19 is a result of electrical characteristics of the TFT fabricated by Example 7.
20 is a drawing showing a manufacturing process of a TFT according to Example 8. FIG.
FIG. 21 is a result of electrical characteristics of the TFT fabricated by Example 8.
22 shows the electrical characteristics results of the TFT manufactured according to Example 8. FIG.
FIG. 23 shows the electrical characteristic results of the TFT manufactured according to Example 8.
FIG. 24 is a diagram illustrating an example of an image display device.
FIG. 25 is a diagram illustrating an example of an image display device.
FIG. 26 is a diagram showing a configuration of a projection type liquid crystal display device.
FIG. 27 is a diagram illustrating an example of a conventional sense amplifier.
[Explanation of symbols]
21 Underlayer
22-26 Semiconductor film
27 Gate insulation film
28 TaN film
29 W film
30, 31 Conductive layer
32 Gate insulation film
33 Mask
34 Impurity region
35 mask
36 Impurity region
37 First interlayer insulating film
38 Second interlayer insulating film
39 Wiring
41 Metal-containing layer
42, 43 Semiconductor film
51 n-channel TFT
52 p-channel TFT
101 laser
102 mirror
103 Convex lens
104 Semiconductor film
105 Glass substrate
106 Elliptical beam
107 Moving direction of glass substrate
108 Moving direction of glass substrate

Claims (12)

第1及び第2のPMOSトランジスタと、第1及び第2のNMOSトランジスタと、第1の入力端子と、第2の入力端子と、出力端子と、第1乃至第4の容量素子と、第1乃至第9のスイッチと、を有し、
前記第1のPMOSトランジスタは、ゲートが当該第1のPMOSトランジスタのドレイン、前記第2のPMOSトランジスタのゲート、及び前記第1のスイッチの一方の端子に電気的に接続され、
前記第2のPMOSトランジスタは、ドレインが前記第2のスイッチの一方の端子及び前記出力端子に電気的に接続され、
前記第1のNMOSトランジスタは、ソースが前記第9のスイッチの一方の端子及び前記第3の容量素子の一方の端子に電気的に接続され、ゲートが前記第1の容量素子の一方の端子、前記第3の容量素子の他方の端子、及び前記第3のスイッチの一方の端子に電気的に接続され、ドレインが前記第1のスイッチの他方の端子及び前記第3のスイッチの他方の端子に電気的に接続され、
前記第2のNMOSトランジスタは、ソースが前記第9のスイッチの一方の端子及び前記第4の容量素子の一方の端子に電気的に接続され、ゲートが前記第2の容量素子の一方の端子、前記第4の容量素子の他方の端子、及び前記第4のスイッチの一方の端子に電気的に接続され、ドレインが前記第2のスイッチの他方の端子及び前記第4のスイッチの他方の端子に電気的に接続され、
前記第1の容量素子の他方の端子は、前記第5のスイッチの一方の端子及び前記第7のスイッチの一方の端子に電気的に接続され、
前記第5のスイッチの他方の端子は、前記第1の入力端子に電気的に接続され、
前記第2の容量素子の他方の端子は、前記第6のスイッチの一方の端子及び前記第8のスイッチの一方の端子に電気的に接続され、
前記第6のスイッチの他方の端子は、前記第2の入力端子に電気的に接続され、
前記第1及び第2のPMOSトランジスタのソースは、それぞれ第1の電位が供給され、
前記第7乃至第9のスイッチの他方の端子は、それぞれ第2の電位が供給され
前記第1及び第2の入力端子に入力される信号の電位差を検出する期間以外において、前記第1及び第2のスイッチ、又は前記第9のスイッチのうち少なくとも一方はオフしていることを特徴とする半導体装置
First and second PMOS transistors, first and second NMOS transistors, a first input terminal, a second input terminal, an output terminal, first to fourth capacitive elements, and a first To ninth switch,
The first PMOS transistor has a gate electrically connected to a drain of the first PMOS transistor, a gate of the second PMOS transistor, and one terminal of the first switch;
The second PMOS transistor has a drain electrically connected to one terminal of the second switch and the output terminal;
The first NMOS transistor has a source electrically connected to one terminal of the ninth switch and one terminal of the third capacitor, and a gate connected to one terminal of the first capacitor, The other terminal of the third capacitive element and one terminal of the third switch are electrically connected, and the drain is connected to the other terminal of the first switch and the other terminal of the third switch. Electrically connected,
In the second NMOS transistor, a source is electrically connected to one terminal of the ninth switch and one terminal of the fourth capacitor element, and a gate is one terminal of the second capacitor element, The other terminal of the fourth capacitor element is electrically connected to one terminal of the fourth switch, and the drain is connected to the other terminal of the second switch and the other terminal of the fourth switch. Electrically connected,
The other terminal of the first capacitive element is electrically connected to one terminal of the fifth switch and one terminal of the seventh switch,
The other terminal of the fifth switch is electrically connected to the first input terminal;
The other terminal of the second capacitor element is electrically connected to one terminal of the sixth switch and one terminal of the eighth switch,
The other terminal of the sixth switch is electrically connected to the second input terminal;
A first potential is supplied to the sources of the first and second PMOS transistors,
Wherein the seventh to the other terminal of the ninth switch, the second potential is respectively supplied,
At least one of the first and second switches or the ninth switch is off during a period other than detecting a potential difference between signals input to the first and second input terminals. A semiconductor device .
請求項において、前記第1乃至第9のスイッチは、それぞれNMOSトランジスタが用いられていることを特徴とする半導体装置4. The semiconductor device according to claim 1 , wherein each of the first to ninth switches uses an NMOS transistor. 第1及び第2のPMOSトランジスタと、第1及び第2のNMOSトランジスタと、第1の入力端子と、第2の入力端子と、出力端子と、第1乃至第4の容量素子と、第1乃至第5のスイッチと、を有し、
前記第1のPMOSトランジスタは、ゲートが当該第1のPMOSトランジスタのドレイン、前記第2のPMOSトランジスタのゲート、及び前記第1のスイッチの一方の端子に電気的に接続され、
前記第2のPMOSトランジスタは、ドレインが前記第2のスイッチの一方の端子及び前記出力端子に電気的に接続され、
前記第1のNMOSトランジスタは、ソースが前記第5のスイッチの一方の端子及び前記第3の容量素子の一方の端子に電気的に接続され、ゲートが前記第1の容量素子の一方の端子、前記第3の容量素子の他方の端子、及び前記第3のスイッチの一方の端子に電気的に接続され、ドレインが前記第1のスイッチの他方の端子及び前記第3のスイッチの他方の端子に電気的に接続され、
前記第2のNMOSトランジスタは、ソースが前記第5のスイッチの一方の端子及び前記第4の容量素子の一方の端子に電気的に接続され、ゲートが前記第2の容量素子の一方の端子、前記第4の容量素子の他方の端子、及び前記第4のスイッチの一方の端子に電気的に接続され、ドレインが前記第2のスイッチの他方の端子及び前記第4のスイッチの他方の端子に電気的に接続され、
前記第1の容量素子の他方の端子は、前記第1の入力端子に電気的に接続され、
前記第2の容量素子の他方の端子は、前記第2の入力端子に電気的に接続され、
前記第1及び第2のPMOSトランジスタのソースは、それぞれ第1の電位が供給され、
前記第5のスイッチの他方の端子は、第2の電位が供給され
前記第1及び第2の入力端子に入力される信号の電位差を検出する期間以外において、前記第1及び第2のスイッチ、又は前記第5のスイッチのうち少なくとも一方はオフしていることを特徴とする半導体装置
First and second PMOS transistors, first and second NMOS transistors, a first input terminal, a second input terminal, an output terminal, first to fourth capacitive elements, and a first To fifth switch,
The first PMOS transistor has a gate electrically connected to a drain of the first PMOS transistor, a gate of the second PMOS transistor, and one terminal of the first switch;
The second PMOS transistor has a drain electrically connected to one terminal of the second switch and the output terminal;
In the first NMOS transistor, a source is electrically connected to one terminal of the fifth switch and one terminal of the third capacitor, and a gate is one terminal of the first capacitor, The other terminal of the third capacitive element and one terminal of the third switch are electrically connected, and the drain is connected to the other terminal of the first switch and the other terminal of the third switch. Electrically connected,
The second NMOS transistor has a source electrically connected to one terminal of the fifth switch and one terminal of the fourth capacitor element, and a gate connected to one terminal of the second capacitor element, The other terminal of the fourth capacitor element is electrically connected to one terminal of the fourth switch, and the drain is connected to the other terminal of the second switch and the other terminal of the fourth switch. Electrically connected,
The other terminal of the first capacitive element is electrically connected to the first input terminal;
The other terminal of the second capacitive element is electrically connected to the second input terminal,
A first potential is supplied to the sources of the first and second PMOS transistors,
A second potential is supplied to the other terminal of the fifth switch ,
At least one of the first and second switches or the fifth switch is off during a period other than detecting a potential difference between signals input to the first and second input terminals. A semiconductor device .
第1及び第2の抵抗素子と、第1及び第2のNMOSトランジスタと、第1の入力端子と、第2の入力端子と、出力端子と、第1乃至第4の容量素子と、第1乃至第9のスイッチと、を有し、
前記第1の抵抗素子は、一方第1の電位が供給され、他方が前記第1のスイッチの一方の端子に電気的に接続され、
前記第2の抵抗素子は、一方前記第1の電位が供給され、他方が前記第2のスイッチの一方の端子及び前記出力端子に電気的に接続され、
前記第1のNMOSトランジスタは、ソースが前記第9のスイッチの一方の端子及び前記第3の容量素子の一方の端子に電気的に接続され、ゲートが前記第1の容量素子の一方の端子、前記第3の容量素子の他方の端子、及び前記第3のスイッチの一方の端子に電気的に接続され、ドレインが前記第1のスイッチの他方の端子及び前記第3のスイッチの他方の端子に電気的に接続され、
前記第2のNMOSトランジスタは、ソースが前記第9のスイッチの一方の端子及び前記第4の容量素子の一方の端子に電気的に接続され、ゲートが前記第2の容量素子の一方の端子、前記第4の容量素子の他方の端子、及び前記第4のスイッチの一方の端子に電気的に接続され、ドレインが前記第2のスイッチの他方の端子及び前記第4のスイッチの他方の端子に電気的に接続され、
前記第1の容量素子の他方の端子は、前記第5のスイッチの一方の端子及び前記第7のスイッチの一方の端子に電気的に接続され、
前記第5のスイッチの他方の端子は、前記第1の入力端子に電気的に接続され、
前記第2の容量素子の他方の端子は、前記第6のスイッチの一方の端子及び前記第8のスイッチの一方の端子に電気的に接続され、
前記第6のスイッチの他方の端子は、前記第2の入力端子に電気的に接続され、
前記第7乃至第9のスイッチの他方の端子は、それぞれ第2の電位が供給され
前記第1及び第2の入力端子に入力される信号の電位差を検出する期間以外において、前記第1及び第2のスイッチ、又は前記第9のスイッチのうち少なくとも一方はオフしていることを特徴とする半導体装置
First and second resistance elements, first and second NMOS transistors, a first input terminal, a second input terminal, an output terminal, first to fourth capacitance elements, and a first To ninth switch,
Said first resistive element, the first potential is supplied to one, the other is the electrical connection to one terminal of the first switch,
The second resistor element, one of the first potential is supplied to, the other is the electrical connection to one terminal and the output terminal of said second switch,
The first NMOS transistor has a source electrically connected to one terminal of the ninth switch and one terminal of the third capacitor, and a gate connected to one terminal of the first capacitor, The other terminal of the third capacitive element and one terminal of the third switch are electrically connected, and the drain is connected to the other terminal of the first switch and the other terminal of the third switch. Electrically connected,
In the second NMOS transistor, a source is electrically connected to one terminal of the ninth switch and one terminal of the fourth capacitor element, and a gate is one terminal of the second capacitor element, The other terminal of the fourth capacitor element is electrically connected to one terminal of the fourth switch, and the drain is connected to the other terminal of the second switch and the other terminal of the fourth switch. Electrically connected,
The other terminal of the first capacitive element is electrically connected to one terminal of the fifth switch and one terminal of the seventh switch,
The other terminal of the fifth switch is electrically connected to the first input terminal;
The other terminal of the second capacitor element is electrically connected to one terminal of the sixth switch and one terminal of the eighth switch,
The other terminal of the sixth switch is electrically connected to the second input terminal;
A second potential is supplied to each of the other terminals of the seventh to ninth switches ,
At least one of the first and second switches or the ninth switch is off during a period other than detecting a potential difference between signals input to the first and second input terminals. A semiconductor device .
第1及び第2の抵抗素子と、第1及び第2のNMOSトランジスタと、第1の入力端子と、第2の入力端子と、出力端子と、第1乃至第4の容量素子と、第1乃至第5のスイッチと、を有し、
前記第1の抵抗素子は、一方が第1の電位が供給され、他方が前記第1のスイッチの一方の端子に電気的に接続され、
前記第2の抵抗素子は、一方が前記第1の電位が供給され、他方が前記第2のスイッチの一方の端子及び前記出力端子に電気的に接続され、
前記第1のNMOSトランジスタは、ソースが前記第5のスイッチの一方の端子及び前記第3の容量素子の一方の端子に電気的に接続され、ゲートが前記第1の容量素子の一方の端子、前記第3の容量素子の他方の端子、及び前記第3のスイッチの一方の端子に電気的に接続され、ドレインが前記第1のスイッチの他方の端子及び前記第3のスイッチの他方の端子に電気的に接続され、
前記第2のNMOSトランジスタは、ソースが前記第5のスイッチの一方の端子及び前記第4の容量素子の一方の端子に電気的に接続され、ゲートが前記第2の容量素子の一方の端子、前記第4の容量素子の他方の端子、及び前記第4のスイッチの一方の端子に電気的に接続され、ドレインが前記第2のスイッチの他方の端子及び前記第4のスイッチの他方の端子に電気的に接続され、
前記第1の容量素子の他方の端子は、前記第1の入力端子に電気的に接続され、
前記第2の容量素子の他方の端子は、前記第2の入力端子に電気的に接続され、
前記第5のスイッチの他方の端子は、第2の電位が供給され
前記第1及び第2の入力端子に入力される信号の電位差を検出する期間以外において、前記第1及び第2のスイッチ、又は前記第5のスイッチのうち少なくとも一方はオフしていることを特徴とする半導体装置
First and second resistance elements, first and second NMOS transistors, a first input terminal, a second input terminal, an output terminal, first to fourth capacitance elements, and a first To fifth switch,
One of the first resistance elements is supplied with a first potential, and the other is electrically connected to one terminal of the first switch,
One of the second resistance elements is supplied with the first potential, and the other is electrically connected to one terminal and the output terminal of the second switch,
In the first NMOS transistor, a source is electrically connected to one terminal of the fifth switch and one terminal of the third capacitor, and a gate is one terminal of the first capacitor, The other terminal of the third capacitive element and one terminal of the third switch are electrically connected, and the drain is connected to the other terminal of the first switch and the other terminal of the third switch. Electrically connected,
The second NMOS transistor has a source electrically connected to one terminal of the fifth switch and one terminal of the fourth capacitor element, and a gate connected to one terminal of the second capacitor element, The other terminal of the fourth capacitor element is electrically connected to one terminal of the fourth switch, and the drain is connected to the other terminal of the second switch and the other terminal of the fourth switch. Electrically connected,
The other terminal of the first capacitive element is electrically connected to the first input terminal;
The other terminal of the second capacitive element is electrically connected to the second input terminal,
A second potential is supplied to the other terminal of the fifth switch ,
At least one of the first and second switches or the fifth switch is off during a period other than detecting a potential difference between signals input to the first and second input terminals. A semiconductor device .
第1及び第2のNMOSトランジスタと、第1の入力端子と、第2の入力端子と、出力端子と、第1乃至第4の容量素子と、第1乃至第9のスイッチと、を有し、
前記第1及び第2のスイッチは、一方の端子第1の電位が供給され、
前記第1のNMOSトランジスタは、ソースが前記第9のスイッチの一方の端子及び前記第3の容量素子の一方の端子に電気的に接続され、ゲートが前記第1の容量素子の一方の端子、前記第3の容量素子の他方の端子、及び前記第3のスイッチの一方の端子に電気的に接続され、ドレインが前記第1のスイッチの他方の端子及び前記第3のスイッチの他方の端子に電気的に接続され、
前記第2のNMOSトランジスタは、ソースが前記第9のスイッチの一方の端子及び前記第4の容量素子の一方の端子に電気的に接続され、ゲートが前記第2の容量素子の一方の端子、前記第4の容量素子の他方の端子、及び前記第4のスイッチの一方の端子に電気的に接続され、ドレインが前記第2のスイッチの他方の端子、前記第4のスイッチの他方の端子、及び前記出力端子に電気的に接続され、
前記第1の容量素子の他方の端子は、前記第5のスイッチの一方の端子及び前記第7のスイッチの一方の端子に電気的に接続され、
前記第5のスイッチの他方の端子は、前記第1の入力端子に電気的に接続され、
前記第2の容量素子の他方の端子は、前記第6のスイッチの一方の端子及び前記第8のスイッチの一方の端子に電気的に接続され、
前記第6のスイッチの他方の端子は、前記第2の入力端子に電気的に接続され、
前記第7乃至第9のスイッチの他方の端子は、それぞれ第2の電位が供給され
前記第1及び第2の入力端子に入力される信号の電位差を検出する期間以外において、前記第1及び第2のスイッチ、又は前記第9のスイッチのうち少なくとも一方はオフしていることを特徴とする半導体装置
A first and second NMOS transistor; a first input terminal; a second input terminal; an output terminal; first to fourth capacitive elements; and first to ninth switches. ,
It said first and second switches, the first potential is supplied to one terminal,
The first NMOS transistor has a source electrically connected to one terminal of the ninth switch and one terminal of the third capacitor, and a gate connected to one terminal of the first capacitor, The other terminal of the third capacitive element and one terminal of the third switch are electrically connected, and the drain is connected to the other terminal of the first switch and the other terminal of the third switch. Electrically connected,
In the second NMOS transistor, a source is electrically connected to one terminal of the ninth switch and one terminal of the fourth capacitor element, and a gate is one terminal of the second capacitor element, The other terminal of the fourth capacitive element and one terminal of the fourth switch are electrically connected, the drain is the other terminal of the second switch, the other terminal of the fourth switch, And electrically connected to the output terminal,
The other terminal of the first capacitive element is electrically connected to one terminal of the fifth switch and one terminal of the seventh switch,
The other terminal of the fifth switch is electrically connected to the first input terminal;
The other terminal of the second capacitor element is electrically connected to one terminal of the sixth switch and one terminal of the eighth switch,
The other terminal of the sixth switch is electrically connected to the second input terminal;
Wherein the seventh to the other terminal of the ninth switch, the second potential is respectively supplied,
At least one of the first and second switches or the ninth switch is off during a period other than detecting a potential difference between signals input to the first and second input terminals. A semiconductor device .
第1及び第2のNMOSトランジスタと、第1の入力端子と、第2の入力端子と、出力端子と、第1乃至第4の容量素子と、第1乃至第5のスイッチと、を有し、
前記第1及び第2のスイッチは、一方の端子第1の電位が供給され、
前記第1のNMOSトランジスタは、ソースが前記第5のスイッチの一方の端子及び前記第3の容量素子の一方の端子に電気的に接続され、ゲートが前記第1の容量素子の一方の端子、前記第3の容量素子の他方の端子、及び前記第3のスイッチの一方の端子に電気的に接続され、ドレインが前記第1のスイッチの他方の端子及び前記第3のスイッチの他方の端子に電気的に接続され、
前記第2のNMOSトランジスタは、ソースが前記第5のスイッチの一方の端子及び前記第4の容量素子の一方の端子に電気的に接続され、ゲートが前記第2の容量素子の一方の端子、前記第4の容量素子の他方の端子、及び前記第4のスイッチの一方の端子に電気 的に接続され、ドレインが前記第2のスイッチの他方の端子、前記第4のスイッチの他方の端子、及び前記出力端子に電気的に接続され、
前記第1の容量素子の他方の端子は、前記第1の入力端子に電気的に接続され、
前記第2の容量素子の他方の端子は、前記第2の入力端子に電気的に接続され、
前記第5のスイッチの他方の端子は、第2の電位が供給され
前記第1及び第2の入力端子に入力される信号の電位差を検出する期間以外において、前記第1及び第2のスイッチ、又は前記第5のスイッチのうち少なくとも一方はオフしていることを特徴とする半導体装置
A first and second NMOS transistor; a first input terminal; a second input terminal; an output terminal; first to fourth capacitive elements; and first to fifth switches. ,
It said first and second switches, the first potential is supplied to one terminal,
In the first NMOS transistor, a source is electrically connected to one terminal of the fifth switch and one terminal of the third capacitor, and a gate is one terminal of the first capacitor, The other terminal of the third capacitive element and one terminal of the third switch are electrically connected, and the drain is connected to the other terminal of the first switch and the other terminal of the third switch. Electrically connected,
The second NMOS transistor has a source electrically connected to one terminal of the fifth switch and one terminal of the fourth capacitor element, and a gate connected to one terminal of the second capacitor element, the other terminal of the fourth capacitor element, and is electrically connected to one terminal of the fourth switch, the drain and the other terminal of the second switch, the other terminal of said fourth switch, And electrically connected to the output terminal,
The other terminal of the first capacitive element is electrically connected to the first input terminal;
The other terminal of the second capacitive element is electrically connected to the second input terminal,
A second potential is supplied to the other terminal of the fifth switch ,
At least one of the first and second switches or the fifth switch is off during a period other than detecting a potential difference between signals input to the first and second input terminals. A semiconductor device .
請求項1、4、または6において、前記第1及び第2の入力端子に入力される信号の電位差を検出する期間において、前記第5及び第6のスイッチはオンしていることを特徴とする半導体装置。7. The fifth and sixth switches according to claim 1, wherein the fifth and sixth switches are turned on in a period for detecting a potential difference between signals input to the first and second input terminals. Semiconductor device. 請求項1乃至のいずれか一に記載のトランジスタは、薄膜トランジスタであることを特徴とする半導体装置Transistor according to any one of claims 1 to 8, wherein a is a thin film transistor. 請求項1乃至のいずれか一に記載の半導体装置が、画素部が設けられた絶縁表面を有する基板上に設けられていることを特徴とする画像表示装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 9, the image display apparatus characterized by being provided over a substrate having an insulating surface over which the pixel portion is provided. 請求項1乃至のいずれか一に記載の半導体装置が組み込まれたことを特徴とする電子機器。Electronic apparatus, characterized in that the semiconductor device according to any one of claims 1 to 9 is incorporated. 請求項11において、前記電子機器は、電子手帳、モバイルコンピュータ、携帯電話、ビデオカメラ、スチルカメラ、パーソナルコンピュータ、テレビ、フロント型プロジェクター、リア型プロジェクターのいずれか一であることを特徴とする電子機器。12. The electronic device according to claim 11 , wherein the electronic device is any one of an electronic notebook, a mobile computer, a mobile phone, a video camera, a still camera, a personal computer, a television, a front projector, and a rear projector. .
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