JP6640506B2 - 半導体装置、電子部品、および電子機器 - Google Patents
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Description
本発明の一態様の半導体装置の構成について、図1を用いて説明する。
図1は、本発明の一態様の半導体装置の構成を示すブロック図である。
記憶回路MEM[1]乃至MEM[N]に適用できる回路構成例について、図2に示す。なお記憶回路MEM[1]乃至MEM[N]の回路構成は、演算回路部102が有するコンフィギュレーションメモリにも適用可能である。
図3に図1で示した半導体装置100の状態遷移図を示す。半導体装置100の動作は、図3(A)に示すように大きく分けて、受信状態(Receive)、演算状態(Calculate)、送信状態(Send)に分けることができる。
図10は、図1に示す信号受信部101の回路構成の一例である。図10では、4つの入力ポートを有する回路構成の例を示している。論理回路LOGは、図示するようにNORゲートの一方の入力を反転させて入力する論理をとればよい。論理回路ORや、論理回路ANDは、それぞれORゲート、ANDゲートによって構成すればよい。
本実施の形態では、上記実施の形態1で説明したOSトランジスタについて説明する。
OSトランジスタは、酸化物半導体中の不純物濃度を低減し、酸化物半導体を真性又は実質的に真性にすることでオフ電流を低くすることができる。ここで、実質的に真性とは、酸化物半導体中のキャリア密度が、1×1017/cm3未満であること、好ましくは1×1015/cm3未満であること、さらに好ましくは1×1013/cm3未満であることを指す。酸化物半導体において、水素、窒素、炭素、シリコン、および主成分以外の金属元素は不純物となる。例えば、水素および窒素はドナー準位の形成に寄与し、キャリア密度を増大させてしまう。
本明細書において、特に断りがない場合、オフ電流とは、トランジスタがオフ状態(非導通状態、遮断状態、ともいう)にあるときのドレイン電流をいう。オフ状態とは、特に断りがない場合、nチャネル型トランジスタでは、ゲートとソースの間の電圧Vgsがしきい値電圧Vthよりも低い状態、pチャネル型トランジスタでは、ゲートとソースの間の電圧Vgsがしきい値電圧Vthよりも高い状態をいう。例えば、nチャネル型のトランジスタのオフ電流とは、ゲートとソースの間の電圧Vgsがしきい値電圧Vthよりも低いときのドレイン電流を言う場合がある。
なおOSトランジスタの半導体層に用いる酸化物半導体としては、少なくともインジウム(In)又は亜鉛(Zn)を含むことが好ましい。特にInおよびZnを含むことが好ましい。また、それらに加えて、酸素を強く結びつけるスタビライザーを有することが好ましい。スタビライザーとしては、ガリウム(Ga)、スズ(Sn)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)およびアルミニウム(Al)の少なくともいずれかを有すればよい。
半導体層を構成する酸化物半導体膜に水素が多量に含まれると、酸化物半導体と結合することによって、水素の一部がドナーとなり、キャリアである電子を生じてしまう。これにより、トランジスタの閾値電圧がマイナス方向にシフトしてしまう。そのため、酸化物半導体膜の形成後において、脱水化処理(脱水素化処理)を行い酸化物半導体膜から、水素、又は水分を除去して不純物が極力含まれないように高純度化することが好ましい。
酸化物半導体の構造について説明する。
本実施の形態では、開示する発明の一態様に係る半導体装置に用いられるトランジスタの断面構造の一例について、図面を参照して説明する。
本実施の形態では、上述の実施の形態で説明した半導体装置を電子部品に適用する例、および該電子部品を具備する電子機器に適用する例について、図22、図23を用いて説明する。
以上の実施の形態、および実施の形態における各構成の説明について、以下に付記する。
各実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて、本発明の一態様とすることができる。また、1つの実施の形態の中に、複数の構成例が示される場合は、互い構成例を適宜組み合わせることが可能である。
本明細書等において、「上に」、「下に」などの配置を示す語句は、構成同士の位置関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。構成同士の位置関係は、各構成を描写する方向に応じて適宜変化する。そのため、配置を示す語句は、明細書で説明した記載に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
本明細書等において、トランジスタの接続関係を説明する際、ソースとドレインとの一方を、「ソース又はドレインの一方」(又は第1電極、又は第1端子)と表記し、ソースとドレインとの他方を「ソース又はドレインの他方」(又は第2電極、又は第2端子)と表記している。これは、トランジスタのソースとドレインは、トランジスタの構造又は動作条件等によって変わるためである。なおトランジスタのソースとドレインの呼称については、ソース(ドレイン)端子や、ソース(ドレイン)電極等、状況に応じて適切に言い換えることができる。
以下では、上記実施の形態中で言及したかった語句の定義について説明する。
本明細書等において、スイッチとは、導通状態(オン状態)、又は、非導通状態(オフ状態)になり、電流を流すか流さないかを制御する機能を有するものをいう。又は、スイッチとは、電流を流す経路を選択して切り替える機能を有するものをいう。
本明細書等において、チャネル長とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導体(又はトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分)とゲートとが重なる領域、又はチャネルが形成される領域における、ソースとドレインとの間の距離をいう。
本明細書等において、チャネル幅とは、例えば、半導体(又はトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分)とゲート電極とが重なる領域、又はチャネルが形成される領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さをいう。
本明細書等において、AとBとが接続されている、とは、AとBとが直接接続されているものの他、電気的に接続されているものを含むものとする。ここで、AとBとが電気的に接続されているとは、AとBとの間で、何らかの電気的作用を有する対象物が存在するとき、AとBとの電気信号の授受を可能とするものをいう。
A3−A4 破線
flag_s1 信号
memB1 ノード
memB2 ノード
N1 信号
Ni1 信号
Ni2 信号
Nt1 信号
Nt2 信号
Nt3 信号
PH1 クロック信号
PH2 クロック信号
R1 信号
R2 信号
S1 端子
S2 端子
T1 時刻
T2 時刻
T5 時刻
T11 時刻
T12 時刻
T13 時刻
T14 時刻
T15 時刻
T21 時刻
T22 時刻
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T25 時刻
T26 時刻
tg1 信号
tg3 信号
TG1 信号
TG2 信号
TG3 信号
TGC1 信号
TGC2 信号
TGC3 信号
TGR1 信号
TGR3 信号
100 半導体装置
101[1] ラッチ回路
101[N] ラッチ回路
101 信号受信部
102 演算回路部
102A 演算回路
103 遅延回路
104 信号送信部
110 NORゲート
111 NORゲート
105 レプリカ回路
112 ANDゲート
113 NORゲート
114 NORゲート
116 NORゲート
117 NORゲート
118 NORゲート
121 NORゲート
123 NORゲート
125 NORゲート
126 NORゲート
127 インバータ
128 ANDゲート
130 ANDゲート
131 ANDゲート
132 ORゲート
133 マルチプレクサ
141 マルチプレクサ
144 マルチプレクサ
145 マルチプレクサ
147 マルチプレクサ
148 コンフィギュレーションメモリ
149 ANDゲート
150 ORゲート
201 出力タイミング生成回路
202 レジスタ
203 レジスタ
204 マルチプレクサ
205 マルチプレクサ
206 マルチプレクサ
207 マルチプレクサ
208 マルチプレクサ
209 出力タイミング生成回路
210 レジスタ
211 出力信号生成回路
300 PLD
301 論理回路
302 スイッチ
303 配線群
304 配線群
305 入出力端子
400 基板
401 素子分離領域
402 不純物領域
403 不純物領域
404 チャネル形成領域
405 絶縁膜
406 ゲート電極
411 絶縁膜
412 導電膜
413 導電膜
414 導電膜
416 導電膜
417 導電膜
418 導電膜
420 絶縁膜
421 絶縁膜
422 絶縁膜
430 半導体膜
430a 酸化物半導体膜
430b 酸化物半導体膜
430c 酸化物半導体膜
431 ゲート絶縁膜
432 導電膜
433 導電膜
434 ゲート電極
501 データ線
502 ワード線
511 トランジスタ
512 トランジスタ
514 容量素子
516 インバータループ
521A コンフィギュレーションメモリ
521B コンフィギュレーションメモリ
531 トランジスタ
532 トランジスタ
534 容量素子
535 トランジスタ
536 トランジスタ
537 インバータループ
538 容量素子
540 インバータ
541 データ線
542 ワード線
700 電子部品
701 リード
702 プリント基板
703 回路部
704 回路基板
901 筐体
902 筐体
903a 表示部
903b 表示部
904 選択ボタン
905 キーボード
911 筐体
912 筐体
913 表示部
914 表示部
915 軸部
916 電源
917 操作キー
918 スピーカー
920 テレビジョン装置
921 筐体
922 表示部
923 スタンド
924 リモコン操作機
930 本体
931 表示部
932 スピーカー
933 マイク
934 操作ボタン
941 本体
942 表示部
943 操作スイッチ
Claims (4)
- 第1乃至第N(Nは自然数)の入力ポートと、第1乃至第5の回路と、を有する半導体装置であって、
前記第1の回路は、前記第1乃至第Nの入力ポートそれぞれに対応したラッチ回路を有し、
前記第1の回路は、
前記第1乃至第Nの入力ポートそれぞれに対応する第1のデータ信号、または、前記ラッチ回路に入力されるデータの有無に応じた第4のフラグ信号を、前記ラッチ回路に入力し保持させる機能と、
前記ラッチ回路に入力されたデータを前記第2の回路に第2のデータ信号として出力する機能と、
前記第1乃至第Nの入力ポートそれぞれに対応する前記ラッチ回路に入力されたデータに応じた信号と、前記第4のフラグ信号と、の論理和を演算する機能と、
N個の前記論理和の論理積を第1のフラグ信号として出力する機能と、
を有し、
前記第2の回路は、前記第2のデータ信号を演算処理する機能を有し、前記第1のフラグ信号に従って電源の供給が制御され、
前記第3の回路は、前記第1のフラグ信号が入力され、前記第2の回路のクリティカル・パスでの遅延に相当する期間が経過した後に、前記第4の回路に第2のフラグ信号を出力する機能を有し、
前記第4の回路は、
前記第2のフラグ信号に従って、前記第2の回路で得られた演算結果を他の半導体装置に出力する機能と、
前記ラッチ回路に保持されたデータと、前記第1のフラグ信号と、をリセットする第3のフラグ信号を出力する機能と、
を有し、
前記第5の回路は、前記第1乃至第Nの入力ポートそれぞれに対応した記憶回路を有し、
前記第5の回路は、前記第4のフラグ信号を記憶し、前記第4のフラグ信号を前記第1の回路に出力する機能を有する、ことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1において、
前記記憶回路は、チャネル形成領域に酸化物半導体を有するトランジスタを有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項1または請求項2に記載の半導体装置と、リードと、を有する電子部品。
- 請求項3に記載の電子部品と、表示部、スピーカー、マイク、又は操作ボタンと、を有する電子機器。
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