JP6884915B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明の一態様は、半導体装置、電子部品、および電子機器に関する。

プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ：Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ
Ｄｅｖｉｃｅ）は、複数のプログラマブルロジックエレメント（ＰＬＥ：Ｐｒｏｇｒａｍ
ｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｅｌｅｍｅｎｔ）を有する。ＰＬＥでは、コンフィギュレーシ
ョンデータをコンフィギュレーションメモリ内に格納している。

マルチコンテキスト方式のＰＬＤが提案されている（例えば、非特許文献１）。マルチ
コンテキスト方式とは、ＰＬＤに、複数の機能に対応するコンフィギュレーションデータ
を複数格納し、使用するコンフィギュレーションデータを切り替えることでＰＬＤの機能
を切り替える方式である。

Ｈ． Ｍ． Ｗａｉｄｙａｓｏｏｒｉｙａ ｅｔ ａｌ．， "Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｐａｒｔｉａｌｌｙ Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ｍｕｌｔｉ−Ｃｏｎｔｅｘｔ ＦＰＧＡ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ"， ＩＥＩＣＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｖｏｌ．Ｅ９２−Ｃ， ｐｐ．５３９−５４９， ２００９

環境の変化に即時に対応してディスプレイに画像処理された画像データを供給できる半
導体装置が求められている。この場合、環境の変化に即時に対応して画像データを画像処
理するためのパラメータを変化させる必要がある。

画像データを画像処理するためのパラメータを変更させる場合、環境の変化に応じたパ
ラメータを演算する必要がある。このパラメータの演算は時間を要そまた、演算して得ら
れたパラメータを更新するにも時間を要するため、環境の変化に対して即時的にパラメー
タを変更することが困難である。

本発明の一態様は、環境の変化に即時に対応して画像データを画像処理するためのパラ
メータを変化させることができる、半導体装置の提供することを課題の一とする。本発明
の一態様は、低消費電力化を実現できる半導体装置の提供することを課題の一とする。

本発明の一態様は、センサと、アプリケーションプロセッサと、コンフィギュレーショ
ンコントローラと、コンフィギュレーションメモリアレイと、画像プロセッサと、を有し
、センサは、照度を検出する機能を有し、アプリケーションプロセッサは、照度に応じて
表示の変更を行うための演算パラメータを生成する機能、およびコンテキスト切り替え信
号を生成する機能を有し、コンフィギュレーションコントローラは、演算パラメータに応
じた第１のコンフィギュレーションデータを生成する機能、および仮のパラメータに応じ
た複数の第２のコンフィギュレーションデータを生成する機能を有し、コンフィギュレー
ションメモリアレイは、コンテキスト切り替え信号の制御によって、複数の第２のコンフ
ィギュレーションデータのいずれか一に応じた第１の出力信号を画像プロセッサに出力す
る機能と、コンフィギュレーションコントローラの制御によって更新された第１のコンフ
ィギュレーションデータに応じた第２の出力信号を画像プロセッサに出力する機能と、を
有する半導体装置である。

本発明の一態様において、コンフィギュレーションメモリアレイは、複数のコンフィギ
ュレーションメモリを有し、コンフィギュレーションメモリは、第１の電荷保持回路と、
第２の電荷保持回路と、第１のスイッチと、第２のスイッチと、バッファ回路と、を有し
、第１の電荷保持回路および第２の電荷保持回路は、それぞれ第１のトランジスタと、第
２のトランジスタと、を有し、第１のトランジスタおよび第２のトランジスタは、それぞ
れチャネル形成領域となる半導体層に酸化物半導体を有し、第１のトランジスタのソース
またはドレインの一方は、第２のトランジスタのゲートに電気的に接続され、第２のトラ
ンジスタのソースまたはドレインの一方は、第１のスイッチの一方の端子または第２のス
イッチの一方の端子に電気的に接続され、第１のスイッチの他方の端子は、第２のスイッ
チの他方の端子に電気的に接続され、第１のスイッチの他方の端子および第２のスイッチ
の他方の端子は、バッファ回路の入力端子に電気的に接続され、第１のスイッチの一方の
端子の静電容量は、バッファ回路の入力端子の静電容量より大きく、第２のスイッチの一
方の端子の静電容量は、バッファ回路の入力端子の静電容量より大きい半導体装置が好ま
しい。

本発明の一態様において、第１のスイッチおよび第２のスイッチのオンまたはオフは、
コンテキスト切り替え信号によって制御される半導体装置が好ましい。

本発明の一態様において、第１のスイッチおよび第２のスイッチは、それぞれ第３のト
ランジスタを有し、第３のトランジスタは、チャネル形成領域となる半導体層にシリコン
を有する半導体装置が好ましい。

本発明の一態様において、第１のトランジスタおよび第２のトランジスタは、第３のト
ランジスタの上層に設けられる半導体装置が好ましい。

本発明の一態様において、半導体装置は、第１の容量素子および第２の容量素子を有し
、第１の容量素子の静電容量は、第１のスイッチの一方の端子の静電容量であり、第２の
容量素子の静電容量は、第２のスイッチの一方の端子の静電容量であり、第１の容量素子
および第２の容量素子は、第１のトランジスタおよび第２のトランジスタの上層に設けら
れると好ましい。

なおその他の本発明の一態様については、以下で述べる実施の形態における説明、およ
び図面に記載されている。

本発明の一態様は、環境の変化に即時に対応して画像データを画像処理するためのパラ
メータを変化させることができる、半導体装置の提供することができる。本発明の一態様
は、低消費電力化を実現できる半導体装置の提供することができる。

本発明の一態様を説明するブロック図。 本発明の一態様を説明するブロック図。 本発明の一態様を説明する回路図。 トランジスタの特性を説明するグラフ。 トランジスタの特性を説明するグラフ。 トランジスタの特性を説明するグラフ。 本発明の一態様を説明する回路図。 本発明の一態様を説明するタイミングチャート。 本発明の一態様を説明するフローチャート。 本発明の一態様を説明するタイミングチャート。 本発明の一態様を説明する模式図。 本発明の一態様を説明する断面模式図。 本発明の一態様を説明する断面模式図。 本発明の一態様を説明するブロック図。 本発明の一態様を説明する断面模式図、回路図、模式図。 本発明の一態様を説明する模式図および状態遷移図。 電子部品の作製方法例を説明するフローチャートおよび電子部品の構成例を説明する斜視模式図。 電子機器を説明する図。

以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、実施の形態は多くの異
なる態様で実施することが可能であり、趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形
態および詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発
明の一態様は、以下の実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

＜半導体装置の構成例＞
本発明の一態様の半導体装置の構成について説明する。なお本発明の一態様の半導体装
置は、センサの出力の変化に応じてコンフィギュレーションデータとして記憶された画像
処理に用いるパラメータを切り替える機能を有する。

図１には、半導体装置のブロック図を示す。図１のブロック図には、センサ１０１、ア
プリケーションプロセッサ１０２、コンフィギュレーションコントローラ１０３、コンフ
ィギュレーションメモリアレイ１０４、および画像プロセッサ１０５を図示している。

センサ１０１は、アプリケーションプロセッサ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅ
ｓｓｏｒ）と接続されている。

図１において１個のセンサを図示しているが、複数のセンサを有していてもよい。セン
サ１０１は、使用する環境の変化を検出可能なセンサ、照度センサなどがあげられる。他
にも温度センサ、圧力センサ、加速度センサ、歪センサ等の各種センサを用いることがで
きる。

センサ１０１は、使用する環境の変化に関するデータＤ_{ｓｅｎｓｏｒ}をアプリケーショ
ンプロセッサ１０２に出力する機能を有する。センサ１０１からアプリケーションプロセ
ッサ１０２へのデータ転送は、例えばＩ２Ｃ（Ｉｎｔｅｒ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉ
ｒｃｕｉｔ）の通信規格を用いることができる。

アプリケーションプロセッサ１０２は、センサ１０１の他、コンフィギュレーションコ
ントローラ１０３、及びコンフィギュレーションメモリアレイ１０４に接続されている。

アプリケーションプロセッサ１０２は、センサ１０１からのデータＤ_{ｓｅｎｓｏｒ}を用
いて使用する環境の変化を判定する機能を有する。

アプリケーションプロセッサ１０２は、使用する環境の変化があったと判定した時、変
化後の使用環境に合わせた調光または調色等の画像処理に用いるパラメータ（Ｐ_ｓ）を演
算する機能を有する。この適切なパラメータ（Ｐ_ｓ）は、演算によって高精度で求められ
るパラメータであり、演算パラメータあるいはパラメータＰ_ｓともいう。

アプリケーションプロセッサ１０２は、パラメータＰ_ｓをコンフィギュレーションコン
トローラ１０３との間で用いる通信規格に則ったデータ形式（データＤ_Ｃｏｍｐ）に変換
し、そのデータＤ_Ｃｏｍｐをコンフィギュレーションのタイミングの情報と共にコンフィ
ギュレーションコントローラ１０３に出力する機能を有する。

ここではアプリケーションプロセッサ１０２からコンフィギュレーションコントローラ
１０３へのデータＤ_Ｃｏｍｐの出力にＩ２Ｃの通信規格を用いるものとする。

アプリケーションプロセッサ１０２は、パラメータＰ_ｓの演算と並行して、コンフィギ
ュレーションメモリアレイ１０４に予め書き込まれたパラメータ（Ｐ_ｔ）からパラメータ
Ｐ_ｓに最も近いものを選択する機能を有する。アプリケーションプロセッサ１０２は、選
択したパラメータ（Ｐ_ｔ）に対応したコンテキスト切り替え信号ｃｔｘ、ｃｔｘｂをコン
フィギュレーションメモリアレイ１０４に出力する機能を有する。このパラメータ（Ｐ_ｔ
）は、後述するように単純な大小比較演算のみで求められるパラメータであり、仮のパラ
メータあるいはパラメータＰ_ｔともいう。

パラメータＰ_ｔは、単純な大小比較演算のみで求められる。そのため、パラメータＰ_ｔ
の選択に要する時間は、演算によって求めるパラメータＰ_ｓの演算時間と比較して非常に
短い。

コンフィギュレーションコントローラ１０３は、アプリケーションプロセッサ１０２及
びコンフィギュレーションメモリアレイ１０４と接続されている。

コンフィギュレーションコントローラ１０３は、アプリケーションプロセッサ１０２か
ら出力されるパラメータＰ_ｓのデータとタイミングの情報に応じてコンフィギュレーショ
ンデータ信号線ｄａｔａ、コンフィギュレーションデータ信号線ｄａｔａの相補信号線ｄ
ａｔａｂ、及び書き込み制御信号線ｗｌに信号を与える機能を有する。そしてコンフィギ
ュレーションコントローラ１０３は、コンフィギュレーションメモリアレイ１０４をアプ
リケーションプロセッサ１０２によって指定されたタイミングでコンフィギュレーション
動作を実行する機能を有する。

コンフィギュレーションデータ信号線ｄａｔａ、コンフィギュレーションデータ信号線
ｄａｔａの相補信号線ｄａｔａｂ、及び書き込み制御信号線ｗｌのビット幅は、コンフィ
ギュレーションメモリアレイ１０４のコンフィギュレーションメモリの数、またはコンテ
キスト数に応じて適宜変更することができる。

コンフィギュレーションメモリアレイ１０４は、コンフィギュレーションコントローラ
１０３及び画像プロセッサ１０５と接続されている。

コンフィギュレーションメモリアレイ１０４は、コンフィギュレーションメモリアレイ
１０４が有するコンフィギュレーションメモリに書き込まれたコンフィギュレーションデ
ータをもとに画像プロセッサ１０５に画像処理で用いるパラメータＰ_ｘ［Ｎ：０］を出力
する機能を有する。

パラメータＰ_ｘのビット幅は、０からＮまでのＮ＋１としている。なおＮは自然数であ
る。

コンフィギュレーションメモリアレイ１０４は、アプリケーションプロセッサ１０２か
らのコンテキスト切り替え信号ｃｔｘ、ｃｔｘｂをもとにコンテキストが切り替えられる
機能を有する。

画像プロセッサ１０５は、コンフィギュレーションメモリと接続されている。

画像プロセッサ１０５は、コンフィギュレーションメモリアレイ１０４から出力される
パラメータＰ_ｘをもとに調光・調色などの画像処理を実行する機能を有する。

図１の半導体装置は、使用する環境の変化を検出してパラメータＰ_ｓをアプリケーショ
ンプロセッサ１０２で演算している間、パラメータＰ_ｓに最も近いパラメータＰ_ｔをパラ
メータＰ_ｘとして画像処理を実行することができる。そのため環境の変化に即時に対応し
て画像データを画像処理するためのパラメータを変化させることができる。

＜コンフィギュレーションメモリアレイの構成＞
図２は図１で示したコンフィギュレーションメモリアレイ１０４を説明するためのブロ
ック図である。コンフィギュレーションメモリアレイは、一例として、コンフィギュレー
ションメモリＭＥＭ＿０乃至ＭＥＭ＿３を有する。

なお図２では、一次元的にメモリセルを並べて図示しているが、他の配置でもよい。例
えば、マトリクス状に配置して２次元的にメモリセルを配置する構成、あるいはマトリク
ス状に配置したメモリセルを多層に配置することで３次元的にメモリセルを配置する構成
等とすることもできる。

コンフィギュレーションメモリＭＥＭ＿０乃至ＭＥＭ＿３は、図２に示すように、コン
フィギュレーションデータ信号線ｄａｔａ［０］乃至［３］、コンフィギュレーションデ
ータ信号線ｄａｔａの相補信号線ｄａｔａｂ［０］乃至［３］、書込み制御信号線ｗｌ［
０］乃至［３］、コンテキスト選択信号線ｃｔｘ［０］乃至［３］、コンテキスト選択信
号線ｃｔｘ［０］乃至［３］の相補信号線ｃｔｘｂ［０］乃至［３］及びパラメータ用デ
ータ信号線Ｐ_ｘ［０］乃至［３］に接続されている。

例えば、コンフィギュレーションメモリＭＥＭ＿０は、コンフィギュレーションデータ
信号線ｄａｔａ［０］、ｄａｔａ［０］の相補信号線ｄａｔａｂ［０］及び書込み制御信
号線ｗｌ［０］を用いて転送される信号によってコンフィギュレーションされる。コンフ
ィギュレーションメモリＭＥＭ＿１乃至ＭＥＭ＿３についても、コンフィギュレーション
メモリＭＥＭ＿０と同様の説明である。

コンフィギュレーションメモリＭＥＭ＿０乃至ＭＥＭ＿３は、例えば４つのコンテキス
トを書き込むことができる。

例えば、コンフィギュレーションメモリＭＥＭ＿０は、コンテキスト選択信号線ｃｔｘ
［０］乃至［３］、コンテキスト選択信号線ｃｔｘ［０］乃至［３］の相補信号線ｃｔｘ
ｂ［０］乃至［３］を用いて転送される信号によってコンテキストを切り替えることがで
きる。コンフィギュレーションメモリＭＥＭ＿１乃至ＭＥＭ＿３についても、コンフィギ
ュレーションメモリＭＥＭ＿０と同様の説明である。

例えば、コンフィギュレーションメモリＭＥＭ＿０のコンテキスト１には、比較的明る
い状況で用いるパラメータＰ_ｔ３［０］が保持されている。またコンフィギュレーション
メモリＭＥＭ＿０のコンテキスト３には、比較的暗い状況で用いるパラメータＰ_ｔ１［０
］が保持されている。またコンフィギュレーションメモリＭＥＭ＿０のコンテキスト２に
は、例えば比較的明るい状況と比較的暗い状況の中間の明るさの状況で用いるパラメータ
Ｐ_ｔ２［０］が保持されている。またコンフィギュレーションメモリＭＥＭ＿０のコンテ
キスト４には、明るさの情報を取得して演算処理をすることで得られるパラメータＰ_ｓ［
０］が随時更新される。コンフィギュレーションメモリＭＥＭ＿１乃至ＭＥＭ＿３につい
ても、コンフィギュレーションメモリＭＥＭ＿０と同様の説明である。

コンフィギュレーションメモリＭＥＭ＿０は、パラメータ用データ信号線Ｐ_ｘ［０］を
用いて内部に保持されているパラメータＰ_ｔ３［０］、パラメータＰ_ｔ１［０］、パラメ
ータＰ_ｔ２［０］およびパラメータＰ_ｓ［０］のうち１つのパラメータを、コンテキスト
選択信号線ｃｔｘ［０］乃至［３］、ｃｔｘｂ［０］乃至［３］で選択し、パラメータ用
データとして出力する。コンフィギュレーションメモリＭＥＭ＿１乃至ＭＥＭ＿３につい
ても、コンフィギュレーションメモリＭＥＭ＿０と同様の説明である。

図３は、図２のコンフィギュレーションメモリＭＥＭ＿０乃至ＭＥＭ＿３に適用可能な
コンフィギュレーションメモリＭＥＭ＿Ａの構成について説明する。なお図３では、例え
ば２つのコンテキストに対応する電荷保持回路Ｍ_ｓ、Ｍ_ｔを保持する構成を図示している
。例えば電荷保持回路Ｍ_ｓにはパラメータＰ_ｓに対応するデータを保持することができる
。例えば電荷保持回路Ｍ_ｔにはパラメータＰ_ｔ１に対応するデータを保持することができ
る。なおコンフィギュレーションメモリＭＥＭ＿Ａにおいて、さらにパラメータＰ_ｔ２、
パラメータＰ_ｔ３といった複数のパラメータを保持する場合には、電荷保持回路Ｍ_ｔを追
加で複数設ければよい。

コンフィギュレーションメモリＭＥＭ＿Ａは、電荷保持回路Ｍ_ｓ、電荷保持回路Ｍ_ｔ、
スイッチＣＳ０、スイッチＣＳ１、キャパシタ２０７、キャパシタ２１４、および、イン
バータ回路２１６で構成される。なおコンフィギュレーションメモリＭＥＭ＿Ａにおいて
、さらにパラメータＰ_ｔ２、パラメータＰ_ｔ３といった複数のパラメータを保持するため
に、電荷保持回路Ｍ_ｔを追加で複数設ける場合、スイッチＣＳ０、キャパシタ２０７に対
応する構成を追加で設ければよい。

電荷保持回路Ｍ_ｓは、トランジスタ２０１、トランジスタ２０２、トランジスタ２０３
およびトランジスタ２０４を有する。

トランジスタ２０１のゲートは、書き込み制御信号線ｗｌ０に接続される。トランジス
タ２０１のソースまたはドレインの一方は、データ線ｄａｔａに接続される。トランジス
タ２０１のソースまたはドレインの他方は、トランジスタ２０２のゲートに接続される。
トランジスタ２０１のバックゲートは、閾値制御線ＭＧに接続される。なおトランジスタ
２０１のソースまたはドレインの他方と、トランジスタ２０２のゲートと、が接続される
ノードを、ノードｍ０と呼ぶ。

トランジスタ２０２のソースまたはドレインの一方は、高電位電源線ＶＤＤに接続され
る。トランジスタ２０２のソースまたはドレインの他方は、コンテキストスイッチ入力信
号線ｓｗｉｎ［０］に接続される。トランジスタ２０２のバックゲートは、閾値制御線Ｐ
Ｇに接続される。コンテキストスイッチ入力信号線ｓｗｉｎ［０］は、スイッチＣＳ０の
一方の端子に接続される。

トランジスタ２０３のゲートは、書き込み制御信号線ｗｌ０に接続される。トランジス
タ２０３のソースまたはドレインの一方は、データ線ｄａｔａｂに接続される。トランジ
スタ２０３のソースまたはドレインの他方は、トランジスタ２０４のゲートに接続される
。トランジスタ２０３のバックゲートは、閾値制御線ＭＧに接続される。なおトランジス
タ２０３のソースまたはドレインの他方と、トランジスタ２０４のゲートと、が接続され
るノードを、ノードｍｂ０と呼ぶ。

トランジスタ２０４のソースまたはドレインの一方は、低電位電源線ＶＳＳに接続され
る。トランジスタ２０４のソースまたはドレインの他方は、コンテキストスイッチ入力信
号線ｓｗｉｎ［１］に接続される。トランジスタ２０４のバックゲートは、閾値制御線Ｐ
Ｇに接続される。

トランジスタ２０１は、書き込み制御信号線ｗｌ０の電位がハイレベルでノードｍ０に
データ線ｄａｔａの電位が書き込まれる。またトランジスタ２０１は、書き込み制御信号
線ｗｌ０の電位がローレベルでノードｍ０の電位に応じた電荷を保持する機能を有する。
なおトランジスタ２０１は、バックゲートに接続される閾値制御信号線ＭＧの電位によっ
て、閾値電圧が制御され、非導通状態におけるリーク電流（オフ電流）が極めて小さい状
態に制御される。

トランジスタ２０２は、ノードｍ０の電位に依存して高電位電源線ＶＤＤをコンテキス
トスイッチ入力信号線ｓｗｉｎ［０］に与えるか否かを制御する機能を有する。なお、ト
ランジスタ２０２は、バックゲートに接続される閾値制御信号線ＰＧの電位によって、導
通状態におけるドレイン電流（オン電流）が大きい状態に制御される。

トランジスタ２０３は、書き込み制御信号線ｗｌ０の電位がハイレベルでノードｍｂ０
にデータ線ｄａｔａｂの電位が書き込まれる。またトランジスタ２０３は、書き込み制御
信号線ｗｌ０の電位がローレベルでノードｍｂ０の電位に応じた電荷を保持する機能を有
する。なおトランジスタ２０３は、バックゲートに接続される閾値制御信号線ＭＧの電位
によって、閾値電圧が制御され、オフ電流が極めて小さい状態に制御される。

トランジスタ２０４は、ノードｍｂ０の電位に依存して低電位電源線ＶＳＳをコンテキ
ストスイッチ入力信号線ｓｗｉｎ［０］に与えるか否かを制御する機能を有する。なお、
トランジスタ２０４は、バックゲートに接続される閾値制御信号線ＰＧの電位によって、
オン電流が大きい状態に制御される。

トランジスタ２０１およびトランジスタ２０３は、例えば、ＯＳトランジスタのように
オフ電流が極めて小さいトランジスタを用いる構成とする。該構成とすることで、トラン
ジスタ２０１およびトランジスタ２０３を非導通状態とした際、ノードｍ０、ノードｍｂ
０に保持した電位に応じたデータを保持し続けることができる。

なおＯＳトランジスタは、Ｓｉトランジスタよりも高い温度で使用することができる。
またＯＳトランジスタの電圧に対する耐圧は、Ｓｉトランジスタの電圧に対する耐圧より
も高い。そのため環境の変化に対して信頼性に優れた回路とすることができる。ＯＳトラ
ンジスタの電気特性については、後述する。

トランジスタ２０２およびトランジスタ２０４は、例えばＳｉトランジスタと比べてゲ
ート絶縁膜の厚いＯＳトランジスタを用いる構成とする。該構成とすることで、トランジ
スタ２０２およびトランジスタ２０４のゲート絶縁膜も薄いことによるトンネル電流の発
生に起因するゲートと半導体層との間に流れるリーク電流を抑制することができる。その
ため、ノードｍ０、ノードｍｂ０に保持した電位に応じたデータを保持し続けることがで
きる。

なお、ノードｍ０およびノードｍｂ０は、電荷を保持する機能を高めるため、キャパシ
タを有していてもよい。

電荷保持回路Ｍ_ｔは、トランジスタ２０８、トランジスタ２０９、トランジスタ２１０
およびトランジスタ２１１を有する。

トランジスタ２０８のゲートは、書き込み制御信号線ｗｌ１に接続される。トランジス
タ２０８のソースまたはドレインの一方は、データ線ｄａｔａに接続される。トランジス
タ２０８のソースまたはドレインの他方は、トランジスタ２０９のゲートに接続される。
トランジスタ２０８のバックゲートは、閾値制御線ＭＧに接続される。なおトランジスタ
２０８のソースまたはドレインの他方と、トランジスタ２０９のゲートと、が接続される
ノードを、ノードｍ１と呼ぶ。

トランジスタ２０９のソースまたはドレインの一方は、高電位電源線ＶＤＤに接続され
る。トランジスタ２０９のソースまたはドレインの他方は、コンテキストスイッチ入力信
号線ｓｗｉｎ［１］に接続される。トランジスタ２０９のバックゲートは、閾値制御線Ｐ
Ｇに接続される。コンテキストスイッチ入力信号線ｓｗｉｎ［１］は、スイッチＣＳ１の
一方の端子に接続される。

トランジスタ２１０のゲートは、書き込み制御信号線ｗｌ１に接続される。トランジス
タ２１０のソースまたはドレインの一方は、データ線ｄａｔａｂに接続される。トランジ
スタ２１０のソースまたはドレインの他方は、トランジスタ２１１のゲートに接続される
。トランジスタ２１０のバックゲートは、閾値制御線ＭＧに接続される。なおトランジス
タ２１０のソースまたはドレインの他方と、トランジスタ２１１のゲートと、が接続され
るノードを、ノードｍｂ１と呼ぶ。

トランジスタ２１１のソースまたはドレインの一方は、低電位電源線ＶＳＳに接続され
る。トランジスタ２１１のソースまたはドレインの他方は、コンテキストスイッチ入力信
号線ｓｗｉｎ［１］に接続される。トランジスタ２１１のバックゲートは、閾値制御線Ｐ
Ｇに接続される。

トランジスタ２０８は、書き込み制御信号線ｗｌ１の電位がハイレベルでノードｍ１に
データ線ｄａｔａの電位が書き込まれる。またトランジスタ２０８は、書き込み制御信号
線ｗｌ１の電位がローレベルでノードｍ１の電位に応じた電荷を保持する機能を有する。
なおトランジスタ２０８は、バックゲートに接続される閾値制御信号線ＭＧの電位によっ
て、閾値電圧が制御され、オフ電流が極めて小さい状態に制御される。

トランジスタ２０９は、ノードｍ１の電位に依存して高電位電源線ＶＤＤをコンテキス
トスイッチ入力信号線ｓｗｉｎ［１］に与えるか否かを制御する機能を有する。なお、ト
ランジスタ２０９は、バックゲートに接続される閾値制御信号線ＰＧの電位によって、オ
ン電流が大きい状態に制御される。

トランジスタ２１０は、書き込み制御信号線ｗｌ１の電位がハイレベルでノードｍｂ１
にデータ線ｄａｔａｂの電位が書き込まれる。またトランジスタ２１０は、書き込み制御
信号線ｗｌ１の電位がローレベルでノードｍｂ１の電位に応じた電荷を保持する機能を有
する。なおトランジスタ２１０は、バックゲートに接続される閾値制御信号線ＭＧの電位
によって、閾値電圧が制御され、オフ電流が極めて小さい状態に制御される。

トランジスタ２１１は、ノードｍｂ０の電位に依存して低電位電源線ＶＳＳをコンテキ
ストスイッチ入力信号線ｓｗｉｎ［１］に与えるか否かを制御する機能を有する。なお、
トランジスタ２１１は、バックゲートに接続される閾値制御信号線ＰＧの電位によって、
オン電流が大きい状態に制御される。

トランジスタ２０８およびトランジスタ２１０は、例えば、ＯＳトランジスタのように
オフ電流が極めて小さいトランジスタを用いる構成とする。該構成とすることで、トラン
ジスタ２０８およびトランジスタ２１０を非導通状態とした際、ノードｍ１、ノードｍｂ
１に保持した電位に応じたデータを保持し続けることができる。

トランジスタ２０９およびトランジスタ２１１は、例えばＳｉトランジスタと比べてゲ
ート絶縁膜の厚いＯＳトランジスタを用いる構成とする。該構成とすることで、トランジ
スタ２０９およびトランジスタ２１１のゲート絶縁膜も薄いことによるトンネル電流の発
生に起因するゲートと半導体層との間に流れるリーク電流を抑制することができる。その
ため、ノードｍ１、ノードｍｂ１に保持した電位に応じたデータを保持し続けることがで
きる。

なお、ノードｍ１およびノードｍｂ１は、電荷を保持する機能を高めるため、キャパシ
タを有していてもよい。

スイッチＣＳ０は、コンテキスト選択信号ｃｔｘ［０］の電位がハイレベルで、コンテ
キストスイッチ入力信号線ｓｗｉｎ［０］とコンテキストスイッチ出力信号線ｓｗｏｕｔ
との間を導通状態とする機能を有する。またスイッチＣＳ０は、コンテキスト選択信号ｃ
ｔｘ［０］の電位がローレベルで、コンテキストスイッチ入力信号線ｓｗｉｎ［０］とコ
ンテキストスイッチ出力信号線ｓｗｏｕｔとの間を非導通状態とする機能を有する。

スイッチＣＳ１は、コンテキスト選択信号ｃｔｘ［１］の電位がハイレベルで、コンテ
キストスイッチ入力信号線ｓｗｉｎ［１］とコンテキストスイッチ出力信号線ｓｗｏｕｔ
との間を導通状態とする機能を有する。またスイッチＣＳ１は、コンテキスト選択信号ｃ
ｔｘ［１］の電位がローレベルで、コンテキストスイッチ入力信号線ｓｗｉｎ［１］とコ
ンテキストスイッチ出力信号線ｓｗｏｕｔとの間を非導通状態とする機能を有する。

また図３では、キャパシタ２０７を図示している。キャパシタ２０７の一方の電極はコ
ンテキストスイッチ入力信号線ｓｗｉｎ［０］に接続され、他方の電極は低電位電源線Ｖ
ＳＳに接続される。キャパシタ２０７は、コンテキストスイッチ入力信号線ｓｗｉｎ［０
］の寄生容量を大きくすることで省略することも可能である。

また図３では、キャパシタ２１４を図示している。キャパシタ２１４の一方の電極はコ
ンテキストスイッチ入力信号線ｓｗｉｎ［１］に接続され、他方の電極は低電位電源線Ｖ
ＳＳに接続される。キャパシタ２１４は、コンテキストスイッチ入力信号線ｓｗｉｎ［１
］の寄生容量を大きくすることで省略することも可能である。

バッファ回路２１６は、相補型のＳｉトランジスタで構成される。バッファ回路２１６
の入力端子は、コンテキストスイッチ出力信号線ｓｗｏｕｔに接続される。バッファ回路
２１６の出力端子は、コンフィギュレーションメモリＭＥＭ＿Ａのパラメータ用データ信
号線Ｐ_ｘｏｕｔに接続される。

スイッチＣＳ０は、一例として図７に示すコンフィギュレーションメモリＭＥＭ＿Ｂの
ようにトランジスタ２０５およびトランジスタ２０６で構成される。トランジスタ２０５
はｎチャネル型、トランジスタ２０６はｐチャネル型である。トランジスタ２０５のゲー
トにはコンテキスト選択信号ｃｔｘ［０］が与えられ、トランジスタ２０６のゲートには
コンテキスト選択信号ｃｔｘ［０］の反転信号であるコンテキスト選択信号ｃｔｘｂ［０
］が与えられ、導通状態または非導通状態を制御することができる。

またスイッチＣＳ１は、一例として図７に示すコンフィギュレーションメモリＭＥＭ＿
Ｂのようにトランジスタ２１２およびトランジスタ２１３で構成される。トランジスタ２
１２はｎチャネル型、トランジスタ２１３はｐチャネル型である。トランジスタ２１２の
ゲートにはコンテキスト選択信号ｃｔｘ［１］が与えられ、トランジスタ２１３のゲート
にはコンテキスト選択信号ｃｔｘ［１］の反転信号であるコンテキスト選択信号ｃｔｘｂ
［１］が与えられ、導通状態または非導通状態を制御することができる。

トランジスタ２０５およびトランジスタ２０６、ならびにトランジスタ２１２およびト
ランジスタ２１３は、例えば、Ｓｉトランジスタのようにオン電流が大きいトランジスタ
を用いる構成とする。該構成とすることで、スイッチＣＳ０またはスイッチＣＳ１を導通
状態（オン）とした際、電荷の分配を高速に行うことができる。

なおＯＳトランジスタは、Ｓｉトランジスタよりも高い温度で使用することができる。
またＯＳトランジスタの電圧に対する耐圧は、Ｓｉトランジスタの電圧に対する耐圧より
も高い。そのため環境の変化に対して信頼性に優れた回路とすることができる。ＯＳトラ
ンジスタの電気特性については、後述する。

またコンテキストスイッチ出力信号線ｓｗｏｕｔには、一例として図７に示すコンフィ
ギュレーションメモリＭＥＭ＿Ｂのように、コンテキストスイッチ出力信号線ｓｗｏｕｔ
をプルダウンするためのトランジスタ２１７を有していてもよい。トランジスタ２１７は
例えばｎチャネル型である。トランジスタ２１７のゲートは、プルダウンイネーブル信号
ｃｆｇを与える配線に接続される。トランジスタ２１７のソースまたはドレインの一方は
、コンテキストスイッチ出力信号線ｓｗｏｕｔに接続される。トランジスタ２１７のソー
スまたはドレインの他方は、低電位電源線ＶＳＳに接続される。トランジスタ２１７を有
し、プルダウンイネーブル信号ｃｆｇの電位をハイレベルとすることでコンフィギュレー
ションメモリＭＥＭ＿Ｂのパラメータ用データ信号線Ｐ_ｘｏｕｔの電位をハイレベルに固
定することが可能である。

以上説明した図３および図７に示すコンフィギュレーションメモリＭＥＭ＿Ａおよびコ
ンフィギュレーションメモリＭＥＭ＿Ｂは、コンテキスト選択信号ｃｔｘ［０］（および
コンテキスト選択信号ｃｔｘｂ［０］）、コンテキスト選択信号ｃｔｘ［１］（およびコ
ンテキスト選択信号ｃｔｘｂ［１］）によって、電荷保持回路Ｍ_ｓまたは電荷保持回路Ｍ
_ｔに保持されているデータに依存した論理（電位）を出力する機能を有する。

電荷保持回路Ｍ_ｓおよび電荷保持回路Ｍ_ｔが有する各ノードｍ０、ｍｂ０、ｍ１、ｍｂ
１に付加する静電容量は電荷が保持できる程度の値で十分であり、静電容量の値が小さい
ほど電荷保持回路Ｍ_ｓおよび電荷保持回路Ｍ_ｔへのコンフィギュレーションデータの書き
込みに要する時間を削減することができる。

以上説明した図３および図７に示すコンフィギュレーションメモリＭＥＭ＿Ａおよびコ
ンフィギュレーションメモリＭＥＭ＿Ｂでは、コンテキストスイッチ出力信号線ｓｗｏｕ
ｔのノードに付加する静電容量に対し、コンテキストスイッチ入力信号線ｓｗｉｎ［０］
およびコンテキストスイッチ入力信号線ｓｗｉｎ［１］のノードに付加する静電容量を大
きくするため、キャパシタ２０７およびキャパシタ２１４を設ける構成とする。当該構成
とすることで、コンテキスト切り替え時にコンテキストスイッチ入力信号線ｓｗｉｎ［０
］乃至ｓｗｉｎ［１］のノードに保持していた電荷が、スイッチＣＳ０またはスイッチＣ
Ｓ１を介してコンテキストスイッチ出力信号線ｓｗｏｕｔのノードに分配することができ
る。

コンテキストスイッチ出力信号線ｓｗｏｕｔへの電荷の分配によってコンテキストスイ
ッチ出力信号線ｓｗｏｕｔのノードの電位が低電位から高電位に遷移するとき、バッファ
回路２１６であるインバータ回路の閾値より高くするようにキャパシタ２０７およびキャ
パシタ２１４の静電容量を調整する。加えて、コンテキストスイッチ出力信号線ｓｗｏｕ
ｔへの電荷の分配によってコンテキストスイッチ出力信号線ｓｗｏｕｔのノードの電位が
高電位から低電位に遷移するとき、バッファ回路２１６であるインバータ回路の閾値より
低くなるようにキャパシタ２０７およびキャパシタ２１４の静電容量を調整する。つまり
、コンテキストスイッチ入力信号線ｓｗｉｎ［０］およびコンテキストスイッチ入力信号
線ｓｗｉｎ［１］のノードに付加する静電容量を、コンテキストスイッチ出力信号線ｓｗ
ｏｕｔのノードに付加する静電容量より大きくする。

以上説明した図３および図７に示すトランジスタ２０２およびトランジスタ２０４、な
らびにトランジスタ２０９およびトランジスタ２１１は、Ｓｉトランジスタと比べてゲー
ト絶縁膜の厚いＯＳトランジスタを用いる。ＯＳトランジスタは、半導体層に単結晶を用
いるＳｉトランジスタに比べて電界効果移動度が小さいため、Ｓｉトランジスタに比べて
オン電流が小さい。

そこで図３および図７に示す構成では上述の電荷を分配する構成によりトランジスタ２
０２，２０４，２０９および２１１のオン電流が小さくてもバッファ回路２１６であるイ
ンバータ回路の論理遷移を実現できる。そのため、トランジスタ２０２、２０４、２０９
および２１１をＳｉトランジスタで構成した場合と同等の速度でコンテキスト切り替えが
可能になる。

なお図３および図７に示す構成とする場合、キャパシタ２０７およびキャパシタ２１４
として、静電容量の大きいキャパシタであることが好ましい。当該構成とする場合、Ｓｉ
トランジスタを設ける層の上層にＯＳトランジスタを設ける層を形成し、ＯＳトランジス
タを設ける層の上層にキャパシタ２０７およびキャパシタ２１４を設ける構成が好ましい
。当該構成とすることで、デバイスの最上層において静電容量の大きいキャパシタを形成
でき、且つトランジスタ２０２、２０４、２０９および２１１との接続も容易に実現でき
る。

＜ＯＳトランジスタの電気特性＞
ＯＳトランジスタは、Ｓｉトランジスタよりも高い温度で使用することができる。具体
例を挙げて説明するため、図４（Ａ）にＯＳトランジスタのドレイン電流Ｉ_Ｄ−ゲート電
圧Ｖ_Ｇ特性、およびゲート電圧Ｖ_Ｇ−電界効果移動度μ_ＦＥ特性の温度依存性を、図４（
Ｂ）にＳｉトランジスタのゲート電圧Ｖ_Ｇ−ドレイン電流Ｉ_Ｄ特性、およびゲート電圧Ｖ
_Ｇ−電界効果移動度μ_ＦＥ特性の温度依存性を、示す。なお図４（Ａ）、（Ｂ）において
は、−２５℃、５０℃、１５０℃の温度での各電気的特性の測定結果を示している。なお
ドレイン電圧Ｖ_Ｄは１Ｖとしている。

なお図４（Ａ）に示すＯＳトランジスタの電気的特性は、チャネル長Ｌ＝０．４５μｍ
、チャネル幅Ｗ＝１０μｍ、ゲート絶縁層の酸化膜の膜厚Ｔｏｘ＝２０ｎｍでのグラフで
ある。また図４（Ｂ）に示すＳｉトランジスタの電気的特性は、Ｌ＝０．３５μｍ、Ｗ＝
１０μｍ、Ｔｏｘ＝２０ｎｍでのグラフである。

なおＯＳトランジスタの酸化物半導体層は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物で作製し、Ｓｉ
トランジスタは、シリコンウエハから作製したものである。

図４（Ａ）および（Ｂ）からは、ＯＳトランジスタ及びＳｉトランジスタの立ち上がり
ゲート電圧の温度依存性は小さいことがわかる。また、ＯＳトランジスタのオフ電流が温
度によらず測定下限（Ｉ_０）以下であるが、Ｓｉトランジスタのオフ電流は、温度依存性
が大きい。図４（Ｂ）の測定結果は、１５０℃では、Ｓｉトランジスタはオフ電流が上昇
し、電流オン／オフ比が十分に大きくならないことを示している。

図４（Ａ）のグラフから、ＯＳトランジスタをスイッチとして用いる場合、１５０℃以
上の温度下においても、動作させることができる。そのため、半導体装置の耐熱性を優れ
たものとすることができる。

次いで電圧に対するＯＳトランジスタの耐圧について、Ｓｉトランジスタの耐圧の比較
し、説明する。

図５では、ＯＳトランジスタのドレイン耐圧について説明するため、Ｓｉトランジスタ
とＯＳトランジスタとのＶＤ−ＩＤ特性図について示す。図５（Ａ）、（Ｂ）では、Ｓｉ
トランジスタとＯＳトランジスタとについて同じ条件での耐圧を比較するために、共にチ
ャネル長を０．９μｍとし、チャネル幅を１０μｍとし、酸化シリコンを用いたゲート絶
縁膜の膜厚を２０ｎｍとしている。なおゲート電圧は、２Ｖとしている。

図５に示すようにＳｉトランジスタでは、ドレイン電圧の増加に対して４Ｖ程度でアバ
ランシェブレークダウンが起こるのに対して、ＯＳトランジスタでは、ドレイン電圧の増
加に対して２６Ｖ程度までアバランシェブレークダウンが起きずに定電流を流すことがで
きるのがわかる。

図６（Ａ）では、ゲート電圧を変化させた際の、ＯＳトランジスタのＶＤ−ＩＤ特性図
について示す。また図６（Ｂ）では、ゲート電圧を変化させた際の、Ｓｉトランジスタの
ＶＤ−ＩＤ特性図について示す。図６（Ａ）では、ＳｉトランジスタとＯＳトランジスタ
とについて同じ条件での耐圧を比較するために、共にチャネル長を０．９μｍとし、チャ
ネル幅を１０μｍとし、酸化シリコンを用いたゲート絶縁膜の膜厚を２０ｎｍとしている
。なおゲート電圧は、図６（Ａ）のＯＳトランジスタでは０．１Ｖ、２．０６Ｖ、４．０
２Ｖ、５．９８Ｖ、７．９４Ｖと変化させ、図６（Ｂ）のＳｉトランジスタでは０．１Ｖ
、１．２８Ｖ、２．４６Ｖ、３．６４Ｖ、４．８２Ｖと変化させている。

図６（Ａ）、（Ｂ）に示すようにＳｉトランジスタでは、ドレイン電圧の増加に対して
４乃至５Ｖ程度でアバランシェブレークダウンが起こるのに対して、ＯＳトランジスタで
は、ドレイン電圧の増加に対して９Ｖ程度ではアバランシェブレークダウンが起きずに定
電流を流すことができるのがわかる。

図５、図６（Ａ）、（Ｂ）からもわかるようにＯＳトランジスタはＳｉトランジスタと
比べて耐圧が高い。そのため高い電圧が印加される箇所にＯＳトランジスタを適用しても
、絶縁破壊を引き起こすことなく安定して使用することができる。

＜コンフィギュレーションメモリの動作＞
図８は、コンフィギュレーションメモリの動作を説明するためタイミングチャートの一
例である。図８では、図７に示すコンフィギュレーションメモリＭＥＭ＿Ｂのコンフィギ
ュレーションおよびコンテキスト切り替え動作の一例を示す。

なお図８の説明では、データ線ｄａｔａおよびｄａｔａｂの電位を、ｄａｔａおよびｄ
ａｔａｂとして説明する。図８では、書き込み制御信号線ｗｌ０およびｗｌ１の電位を、
ｗｌ０およびｗｌ１として説明する。図８では、ノードｍ０およびｍ１の電位を、ｍ０お
よびｍ１として説明する。図８では、ノードｍｂ０およびｍｂ１の電位を、ｍｂ０および
ｍｂ１として説明する。図８では、コンテキストスイッチ入力信号線ｓｗｉｎ［０］およ
びｓｗｉｎ［１］の電位を、ｓｗｉｎ［０］およびｓｗｉｎ［１］として説明する。図８
では、コンテキスト選択信号線ｃｔｘ［０］およびｃｔｘ［１］の電位を、ｃｔｘ［０］
およびｃｔｘ［１］として説明する。図８では、コンテキスト選択信号線ｃｔｘｂ［０］
およびｃｔｘｂ［１］の電位を、ｃｔｘｂ［０］およびｃｔｘｂ［１］として説明する。
図８では、コンテキストスイッチ出力信号線ｓｗｏｕｔの電位を、ｓｗｏｕｔとして説明
する。図８では、コンフィギュレーションメモリＭＥＭ＿Ｂのパラメータ用データ信号線
Ｐ_ｘｏｕｔの電位を、Ｐ_ｘｏｕｔとして説明する。

なお図８の説明では、ＯＳトランジスタを駆動するためのハイレベルの電位をＨＶＤＤ
、Ｓｉトランジスタを駆動するためのハイレベルの電位をＶＤＤとする。なお、ＨＶＤＤ
の電位は、ＶＤＤの電位より高い。

なお図８の説明では、ＨＶＤＤで表現される論理をＨ−ハイレベル、ＶＤＤで表現され
る論理をハイレベル、低電源電位である電位ＶＳＳで表現される論理をローレベルとする
。

なお図８の説明では、プルダウンイネーブル信号線ｃｆｇは、ローレベルの電位である
とする。

なお図８の説明では、バッファ回路２１６が有するインバータ回路の論理が遷移する電
圧の閾値をＶｔｈとする。

なお図８の説明では、データ信号ｄａｔａとｄａｔａｂ、コンテキスト選択信号ｃｔｘ
［０］とｃｔｘｂ［０］、コンテキスト選択信号ｃｔｘ［１］とｃｔｘｂ［１］は、それ
ぞれ論理が反転した信号である。

ここでは例として、ノードｍ０にローレベルを、ノードｍｂ０にＨ−ハイレベルを、ノ
ードｍ１にＨ−ハイレベルを、ノードｍｂ１にローレベルを書き込むコンフィギュレーシ
ョン動作とする。

初期状態は、ノードｍ０がローレベル、ｍｂ０がＨ−ハイレベルであるため、ｓｗｉｎ
［０］がローレベルとなる。ノードｍ１がローレベル、ノードｍｂ１がＨ−ハイレベルで
あるため、ｓｗｉｎ［１］にローレベルとなる。

時刻Ｔ０において、コンフィギュレーション動作としてまず電荷保持回路Ｍ_ｓの書き込
み動作が実行される。ｗｌ０はＨ−ハイレベルとなる。このときｄａｔａはローレベル、
ｄａｔａｂはＨ−ハイレベルであるため、ノードｍ０、ノードｍｂ０の電位は初期状態の
まま遷移せず、ｓｗｉｎ［０］もローレベルのまま遷移しない。

時刻Ｔ１において、電荷保持回路Ｍ_ｓの書き込み完了動作が実行される。ｗｌ０はロー
レベルとなるため、ｍ０はローレベル、ｍｂはＨ−ハイレベルを維持する。したがって、
ｓｗｉｎ［０］はローレベルを維持する。

時刻Ｔ２において、ｄａｔａおよびｄａｔａｂがノードｍ１およびノードｍｂ１に書き
込むデータの電位に遷移する。すなわち、ｄａｔａがＨ−ハイレベル、ｄａｔａｂがロー
レベルに遷移する。

時刻Ｔ３において、電荷保持回路Ｍ_ｔの書き込み動作が実行される。ｗｌ１はＨ−ハイ
レベルとなる。このときｄａｔａはＨ−ハイレベル、ｄａｔａｂはローレベルであるため
、ｍ１にＨ−ハイレベル、ｍｂ１にローレベルが与えられる。

時刻Ｔ４において、ノードｍ１、ノードｍｂ１の書き込みが完了する。ノードｍ１がＨ
−ハイレベル、ノードｍｂ１がローレベルであるため、ｓｗｉｎ［１］はローレベルから
ハイレベルに遷移を開始する。

時刻Ｔ５において、ｓｗｉｎ［１］の電位遷移が完了する。ｓｗｉｎ［１］はハイレベ
ルになる。

時刻Ｔ６において、電荷保持回路Ｍ_ｓの書き込みおよびコンフィギュレーション完了動
作が実行される。ｗｌ１はローレベルとなるため、ｍ１はＨ−ハイレベル、ｍｂはローレ
ベルを維持する。したがって、ｓｗｉｎ［１］はハイレベルを維持する。

電荷保持回路Ｍ_ｓおよび電荷保持回路Ｍ_ｔにおいて、ノードｍ０、ｍｂ０、ｍ１、ｍｂ
１に付加する静電容量を小さくするほど、より高速なコンフィギュレーションが可能とな
る。

時刻Ｔ７において、コンテキスト切り替え動作が実行される。ｓｗｉｎ［０］およびｓ
ｗｉｎ［１］が選択されるコンテキストをコンテキスト０およびコンテキスト１とする。
ここでは最初にコンテキスト１の選択が開始されるものとする。ｃｔｘ［１］がハイレベ
ル、ｃｔｘｂ［１］がローレベルになる。

スイッチＣＳ１がオンになるため、ｓｗｉｎ［１］とｓｗｏｕｔが導通状態となる。コ
ンフィギュレーションの結果、ｓｗｉｎ［１］はハイレベルを維持しているため、ｓｗｏ
ｕｔにハイレベルが与えられる。時刻Ｔ７からＴ８において、ｓｗｉｎ［１］のノードに
保持していた電荷がＳｉトランジスタを介してｓｗｏｕｔのノードに分配されるため、ｓ
ｗｏｕｔはＳｉトランジスタのスイッチング速度で電位Ｖｅ１に変化する。

ここでは、時刻Ｔ７からＴ８におけるトランジスタ２０９を介したＶＤＤの供給は無視
しているが、それも含めて考えた場合、スイッチング速度はさらに向上する。

静電容量の比を調整し、電位Ｖｅ１の値がバッファ回路２１６が有するインバータ回路
の閾値Ｖｔｈより高くなるようにすれば、高速にＰ_ｘｏｕｔをローレベルに遷移させるこ
とが可能である。

時刻Ｔ８において、電荷分配が完了する。その後、トランジスタ２０９を介して、ＶＤ
Ｄが供給されるため、ｓｗｉｎ［１］とｓｗｏｕｔはトランジスタのスイッチング速度で
時刻Ｔ９までの間にハイレベルに遷移する。

時刻Ｔ１０において、コンテキスト切り替え動作が完了する。

時刻Ｔ１１において、再びコンテキスト切り替え動作が実行される。コンテキスト０の
選択が開始されるものとする。ｃｔｘ［１］がローレベル、ｃｔｘｂ［１］がハイレベル
になり、スイッチＣＳ１がオフになったため、ｓｗｉｎ［１］とｓｗｏｕｔが非導通状態
となる。

時刻Ｔ１２において、ｃｔｘ［０］がハイレベル、ｃｔｘｂ［０］がローレベルになる
。

スイッチＣＳ０がオンになったため、ｓｗｉｎ［０］とｓｗｏｕｔが導通状態となる。
コンフィギュレーションの結果、ｓｗｉｎ［０］はローレベルを維持しているため、ｓｗ
ｏｕｔにローレベルが与えられる。時刻Ｔ１２からＴ１３において、ｓｗｏｕｔのノード
に保持されていた電荷がＳｉトランジスタを介してｓｗｉｎ［０］のノードに分配される
ため、ｓｗｏｕｔはＳｉトランジスタのスイッチング速度で電位Ｖｅ０に変化する。

ここでは、時刻Ｔ１２からＴ１３におけるトランジスタ２０４を介したＶＳＳの供給は
無視しているが、それも含めて考えた場合、スイッチング速度はさらに向上する。

静電容量の比を調整し、電位Ｖｅ０の値がバッファ回路２１６が有するインバータ回路
の閾値Ｖｔｈより低くなるようにすれば、高速にＰ_ｘｏｕｔをハイレベルに遷移させるこ
とが可能である。

時刻Ｔ１３において、電荷分配が完了する。その後、トランジスタ２０４を介して、Ｖ
ＳＳが供給されるため、ｓｗｉｎ［０］とｓｗｏｕｔはトランジスタのスイッチング速度
で時刻Ｔ１４までの間にローレベルに遷移する。

時刻Ｔ１５において、コンテキスト切り替え動作が完了する。

ノードｍ０、ｍｂ０、ｍ１、ｍｂ１に付加する静電容量を小さくすることで、時刻Ｔ３
からＴ４での電荷保持回路Ｍ_ｓおよび電荷保持回路Ｍ_ｔへの書込み時間を削減できる。

時刻Ｔ１から時刻Ｔ３までの書き込み制御信号どうしの間隔、および時刻Ｔ６からＴ７
までのコンフィギュレーション完了からコンテキスト選択開始までの時間は、ｓｗｉｎ［
０］およびｓｗｉｎ［１］の論理遷移までの時間に対して十分にある。また、コンテキス
ト切り替え動作には高速性が求められるが、通常コンテキスト切り替えは数クロック程度
の間隔で頻繁に行われるものではないので、時刻Ｔ８からＴ９までのｓｗｉｎ［１］およ
びｓｗｏｕｔがハイレベルに遷移するまでの時間、および時刻Ｔ１３からＴ１４までのｓ
ｗｉｎ［０］およびｓｗｏｕｔがローレベルに遷移するまでの時間は十分にある。したが
って、ｓｗｉｎ［０］およびｓｗｉｎ［１］への電荷供給にトランジスタを用いても、半
導体装置の動作速度にはほとんど影響を与えない。

このように、コンテキストスイッチ入力信号線ｓｗｉｎ［０］、ｓｗｉｎ［１］に、ノ
ードｍ０、ｍｂ０、ｍ１、ｍｂ１、コンテキストスイッチ出力信号線ｓｗｏｕｔの静電容
量に対して、大きい静電容量を備えることでＯＳトランジスタを用いたコンフィギュレー
ションメモリにおいて高速なコンテキスト切り替え動作が可能となる。

＜半導体装置の動作例＞
図９には、図１の半導体装置で実行する処理のフローを示す。

初期状態ではパラメータＰ_ｓ０が画像プロセッサ１０５にパラメータＰ_ｘとして出力さ
れるコンテキストとして選択されている。パラメータＰ_ｓ０に応じて画像処理された画像
データが表示装置に入力され、画像を表示することができる（ステップＳ１０１）。パラ
メータＰ_ｓ０は、前の期間に演算で得られたパラメータＰ_ｓである。次いで、アプリケー
ションプロセッサ１０２はセンサ１０１からの入力を待つ待機状態（ステップＳ１０２）
となる。

センサ１０１から外光の明るさなどのデータ入力がある（ステップＳ１０３）と、アプ
リケーションプロセッサ１０２はセンサ１０１からのデータをもとに使用環境に変化があ
ったかどうかの判定（ステップＳ１０４）を行う。

ステップＳ１０４で使用環境に変化がなかった場合、パラメータＰ_ｓ０に応じた表示を
行う状態に戻る。

ステップＳ１０４で使用環境に変化があった場合、アプリケーションプロセッサ１０２
はパラメータＰ_ｓ１の計算（ステップＳ１０７）とパラメータＰ_ｔの選択（ステップＳ１
０５）を同時に開始する。パラメータＰ_ｓ１は、新たな使用環境の変化に対応する、演算
によって更新されるパラメータＰ_ｓである。

ステップＳ１０５でパラメータＰ_ｔの選択が完了した時点でアプリケーションプロセッ
サ１０２はコンテキスト切り替え信号ｃｔｘによってコンフィギュレーションメモリアレ
イ１０４のコンテキストを切り替える。具体的には、パラメータＰ_ｓ１の最も近いパラメ
ータＰ_ｔ１が画像プロセッサ１０５にパラメータＰ_ｘとして出力される。パラメータＰ_ｔ
１に応じて画像処理された画像データが表示装置に入力され、画像を表示することができ
る。パラメータＰ_ｔ１は、予めコンフィギュレーションメモリアレイ１０４に保持された
パラメータＰ_ｔのひとつある。

パラメータＰ_ｓ１の演算が完了した時点から、アプリケーションプロセッサ１０２はパ
ラメータＰ_ｓ１のデータをもとにＩ２Ｃの通信規格に則ったデータの生成（ステップＳ１
０８）を開始する。

Ｉ２Ｃデータの生成が完了した時点から、アプリケーションプロセッサ１０２はコンフ
ィギュレーションコントローラ１０３にパラメータＰ_ｓ１をＩ２Ｃで出力する（ステップ
Ｓ１０９）。

パラメータＰ_ｓ１の出力が完了した時点でパラメータＰ_ｓ１がパラメータＰ_ｘとして画
像プロセッサ１０５に入力されるよう、アプリケーションプロセッサ１０２はコンテキス
ト切り替え信号ｃｔｘによってコンフィギュレーションメモリアレイ１０４のコンテキス
トを切り替える。パラメータＰ_ｓ１に応じて画像処理された画像データが表示装置に入力
され、画像を表示することができる（ステップＳ１１０）。

上述したように、パラメータＰ_ｓ１がアプリケーションプロセッサ１０２で演算されて
いる間、パラメータＰ_ｔ１を用いて画像処理を実行することができる。そのため環境の変
化に即時に対応して画像データを画像処理するためのパラメータを変化させることができ
る。

図１０（Ａ）には図１の半導体装置で実行するパラメータＰ_ｓとパラメータＰ_ｔを演算
によって出力する処理のタイミングチャートを示す。

図１０（Ｂ）には、パラメータＰ_ｔであるＰ_ｔ１、Ｐ_ｔ２及びＰ_ｔ３の数直線上の位置
と、パラメータＰ_ｘとして出力されるパラメータＰ_ｓの変化を示す。

初期状態において、アプリケーションプロセッサ１０２はセンサ１０１からの入力を待
つ待機状態である。

時刻Ｔ０において、センサ１０１から使用環境の変化の情報を含むデータがアプリケー
ションプロセッサ１０２に入力される。

時刻Ｔ０から時刻Ｔ１において、アプリケーションプロセッサ１０２は使用環境に変化
があったかどうかの判定を行う。

時刻Ｔ１において、使用環境に変化があったとアプリケーションプロセッサ１０２が判
定すると、パラメータＰ_ｓの演算及びパラメータＰ_ｔの選択を開始する。

時刻Ｔ１から時刻Ｔ２において、パラメータＰ_ｔは図１０（Ｂ）に示すように選択され
る。

図１０（Ｂ）において、コンフィギュレーションメモリアレイ１０４から画像プロセッ
サ１０５に出力されるパラメータをパラメータＰ_ｘとする。

パラメータＰ_ｘは一例として８ビットとすると、パラメータＰ_ｘは０から２５５の値を
とりえる。ここで図１０（Ｂ）に例示するように、パラメータＰ_ｘの０から２５５までの
領域をそれぞれ任意の大きさで３分割する。

パラメータＰ_ｘの領域を３分割し、境界となる値の小さい方のパラメータＰ_ｘをｄ０、
大きい方のパラメータＰ_ｘをｄ１とする。ｄ０より小さいパラメータをＰ_ｔ１とする。ｄ
０以上でｄ１より小さいパラメータをＰ_ｔ２とする。ｄ１以上のパラメータをＰ_ｔ３とす
る。

初期状態でコンフィギュレーションメモリから画像プロセッサ１０５に転送されるパラ
メータＰ_ｓをパラメータＰ_ｓ０とし、演算によって更新されるパラメータＰ_ｓをパラメー
タＰ_ｓ１とする。

センサ１０１で得られるデータを照度とし、当該照度に対応して適切な表示を行うため
のパラメータＰ_ｘをｂｒとする。アプリケーションプロセッサ１０２は、ｂｒよりｄ０が
大きいとき、パラメータＰ_ｔとしてパラメータＰ_ｔ１を選択する。ｂｒがｄ０以上ｄ１未
満のとき、パラメータＰ_ｔとしてパラメータＰ_ｔ２を選択する。ｂｒがｄ１以上のとき、
パラメータＰ_ｔとしてパラメータＰ_ｔ３を選択する。

このようにパラメータＰ_ｔの選択には、単純な大小比較演算しか行わない為、パラメー
タＰ_ｓの演算が完了するよりも非常に早く求めることができる。

例えばパラメータＰ_ｔとしてパラメータＰ_ｔ１が選択されたとする。

図１０（Ａ）の時刻Ｔ２において、パラメータＰ_ｔの選択が完了する。

パラメータＰ_ｔとしてパラメータＰ_ｔ１が選択されたため時刻Ｔ２から時刻Ｔ３におい
て、アプリケーションプロセッサ１０２はコンフィギュレーションメモリアレイ１０４の
パラメータＰ_ｔ１をパラメータＰ_ｘとして選択するようコンテキストを切り替える。

時刻Ｔ３において、パラメータＰ_ｘとして出力するパラメータＰ_ｓ０をパラメータＰ_ｔ
１に切り替えるようコンテキスト切り替え信号を制御してコンテキストを切り替える。当
該制御を行うことで、以降切り替えるパラメータＰ_ｓ１に近いパラメータＰ_ｔ１に短い期
間で切り替え、画像プロセッサ１０５による画像処理を行わせることができる。

時刻Ｔ４において、パラメータＰ_ｓの演算が完了しパラメータＰ_ｓ１を得る。得られた
パラメータＰ_ｓ１をもとに、時刻Ｔ４から時刻Ｔ５において、Ｉ２Ｃデータが生成される
。時刻Ｔ５において、Ｉ２Ｃデータの生成が完了する。

時刻Ｔ５から時刻Ｔ６において、アプリケーションプロセッサ１０２からコンフィギュ
レーションコントローラ１０３にパラメータＰ_ｓ１をもとにしたＩ２Ｃデータが出力され
る。

時刻Ｔ６において、パラメータＰ_ｓ１をもとにしたＩ２Ｃデータの出力が完了する。

時刻Ｔ６から時刻Ｔ７において、コンフィギュレーションメモリアレイ１０４のコンフ
ィギュレーションメモリに対してパラメータＰ_ｓ１のコンフィギュレーションを実行され
る。

時刻Ｔ６から時刻Ｔ７において、選択されていないパラメータＰ_ｔ１、Ｐ_ｔ２及びＰ_ｔ
３のコンフィギュレーションをしても良い。

時刻Ｔ７から時刻Ｔ８において、アプリケーションプロセッサ１０２はコンフィギュレ
ーションメモリアレイ１０４のコンテキストを切り替える動作を実行する。

時刻Ｔ８において、パラメータＰ_ｘがパラメータＰ_ｓ１に切り替わる。

上述したように、使用環境に変化があった際、パラメータＰ_ｓ１がアプリケーションプ
ロセッサ１０２で演算されている間、コンフィギュレーションメモリにあらかじめ書き込
んでおいたパラメータＰ_ｔ１、Ｐ_ｔ２及びＰ_ｔ３の中から一番パラメータＰ_ｓ１に近いパ
ラメータＰ_ｔ１を用いて画像処理を実行することができる。そのため環境の変化に即時に
対応して画像データを画像処理するためのパラメータを変化させることができる。

＜半導体装置の断面構造例＞
次いで半導体装置の断面構造の一例について、図１１から図１３までを参照して説明す
る。

上述した半導体装置は、Ｓｉトランジスタを有する層、ＯＳトランジスタを有する層、
および配線層を積層して設けることで形成することができる。

図１１には、半導体装置の層構造の模式図を示す。トランジスタ層１０、配線層２０、
トランジスタ層３０、および配線層４０が順に重なって設けられる。一例として示す配線
層２０は、配線層２０Ａ、配線層２０Ｂを有する。また配線層４０は、複数の配線層４０
Ａ、配線層４０Ｂを有する。配線層２０および／または配線層４０は、絶縁体を挟んで導
電体を配置することでキャパシタを形成することができる。

トランジスタ層１０は、複数のトランジスタ１２を有する。トランジスタ１２は、半導
体層１４およびゲート電極１６を有する。半導体層１４は、島状に加工されたものを図示
しているが、半導体基板を素子分離して得られる半導体層であってもよい。またゲート電
極１６は、トップゲート型を図示したが、ボトムゲート型またはダブルゲート型、デュア
ルゲート型等としてもよい。

配線層２０Ａおよび配線層２０Ｂは、絶縁層２４に設けられた開口に埋め込んだ配線２
２を有する。配線２２は、トランジスタ等の素子間を接続するための配線としての機能を
有する。

トランジスタ層３０は、複数のトランジスタ３２を有する。トランジスタ３２は、半導
体層３４およびゲート電極３６を有する。半導体層３４は、島状に加工されたものを図示
しているが、半導体基板を素子分離して得られる半導体層であってもよい。またゲート電
極３６は、トップゲート型を図示したが、ボトムゲート型またはダブルゲート型、デュア
ルゲート型等としてもよい。

配線層４０Ａおよび配線層４０Ｂは、絶縁層４４に設けられた開口に埋め込んだ配線４
２を有する。配線４２は、トランジスタ等の素子間を接続するための配線としての機能を
有する。

半導体層１４は、半導体層３４とは異なる半導体材料である。一例としては、トランジ
スタ１２はＳｉトランジスタであり、トランジスタ３２はＯＳトランジスタであるとする
と、半導体層１４の半導体材料はシリコンであり、半導体層３４の半導体材料は、酸化物
半導体である。

半導体装置の断面図の一例を図１２（Ａ）に示す。図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）を構
成の一部を拡大したものである。

図１２（Ａ）に示す半導体装置は、キャパシタ３００と、トランジスタ４００と、トラ
ンジスタ５００と、を有している。

キャパシタ３００は、絶縁体６０２上に設けられ、導電体６０４と、絶縁体６１２と、
導電体６１６とを有する。

導電体６０４は、金属材料、合金材料、または金属酸化物材料などの導電性材料を用い
ることができる。耐熱性と導電性を両立するタングステンやモリブデンなどの高融点材料
を用いることが好ましく、特にタングステンを用いることが好ましい。また、プラグや配
線などの他の構造と同時に形成する場合は、低抵抗金属材料であるＣｕ（銅）やＡｌ（ア
ルミニウム）等を用いればよい。

絶縁体６１２は、導電体６０４の側面および上面を覆うように設けられる。絶縁体６１
２には例えば酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化
アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化
ハフニウム、酸化窒化ハフニウム、窒化酸化ハフニウム、窒化ハフニウムなどを用いれば
よく、積層または単層で設ける。

導電体６１６は、絶縁体６１２を介して、導電体６０４の側面および上面を覆うように
設けられる。

なお、導電体６１６は、金属材料、合金材料、または金属酸化物材料などの導電性材料
を用いることができる。耐熱性と導電性を両立するタングステンやモリブデンなどの高融
点材料を用いることが好ましく、特にタングステンを用いることが好ましい。また、導電
体などの他の構造と同時に形成する場合は、低抵抗金属材料であるＣｕ（銅）やＡｌ（ア
ルミニウム）等を用いればよい。

キャパシタ３００が有する導電体６１６は、絶縁体６１２を介して、導電体６０４の側
面および上面を覆う構成とすることで、キャパシタの投影面積当たりの容量を増加させる
ことができる。従って、半導体装置の小面積化、高集積化、微細化が可能となる。

トランジスタ５００は、基板３０１上に設けられ、導電体３０６、絶縁体３０４、基板
３０１の一部からなる半導体領域３０２、およびソース領域またはドレイン領域として機
能する低抵抗領域３０８ａおよび低抵抗領域３０８ｂを有する。

トランジスタ５００は、ｐチャネル型、あるいはｎチャネル型のいずれでもよい。

半導体領域３０２のチャネルが形成される領域、その近傍の領域、ソース領域、または
ドレイン領域となる低抵抗領域３０８ａ、および低抵抗領域３０８ｂなどにおいて、シリ
コン系半導体などの半導体を含むことが好ましく、単結晶シリコンを含むことが好ましい
。または、Ｇｅ（ゲルマニウム）、ＳｉＧｅ（シリコンゲルマニウム）、ＧａＡｓ（ガリ
ウムヒ素）、ＧａＡｌＡｓ（ガリウムアルミニウムヒ素）などを有する材料で形成しても
よい。結晶格子に応力を与え、格子間隔を変化させることで有効質量を制御したシリコン
を用いた構成としてもよい。またはＧａＡｓとＧａＡｌＡｓ等を用いることで、トランジ
スタ５００をＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉ
ｓｔｏｒ）としてもよい。

低抵抗領域３０８ａ、および低抵抗領域３０８ｂは、半導体領域３０２に適用される半
導体材料に加え、ヒ素、リンなどのｎ型の導電性を付与する元素、またはホウ素などのｐ
型の導電性を付与する元素を含む。

ゲート電極として機能する導電体３０６は、ヒ素、リンなどのｎ型の導電性を付与する
元素、もしくはホウ素などのｐ型の導電性を付与する元素を含むシリコンなどの半導体材
料、金属材料、合金材料、または金属酸化物材料などの導電性材料を用いることができる
。

なお、導電体の材料により、仕事関数を定めることで、しきい値電圧を調整することが
できる。具体的には、導電体に窒化チタンや窒化タンタルなどの材料を用いることが好ま
しい。さらに導電性と埋め込み性を両立するために導電体にタングステンやアルミニウム
などの金属材料を積層として用いることが好ましく、特にタングステンを用いることが耐
熱性の点で好ましい。

また、図１２（Ａ）に示すトランジスタ５００はチャネルが形成される半導体領域３０
２（基板３０１の一部）が凸形状を有する。また、半導体領域３０２の側面および上面を
、絶縁体３０４を介して、導電体３０６が覆うように設けられている。なお、導電体３０
６は仕事関数を調整する材料を用いてもよい。このようなトランジスタ５００は半導体基
板の凸部を利用していることからＦＩＮ型トランジスタとも呼ばれる。なお、凸部の上部
に接して、凸部を形成するためのマスクとして機能する絶縁体を有していてもよい。また
、ここでは半導体基板の一部を加工して凸部を形成する場合を示したが、ＳＯＩ基板を加
工して凸形状を有する半導体膜を形成してもよい。

なお、図１２（Ａ）に示すトランジスタ５００は一例であり、その構造に限定されず、
回路構成や駆動方法に応じて適切なトランジスタを用いればよい。例えば、図１３（Ａ）
に示すようにトランジスタ５００Ａの構成を、プレーナ型として設けてもよい。

トランジスタ５００を覆って、絶縁体３２０、絶縁体３２２、絶縁体３２４、および絶
縁体３２６が、順に積層して設けられている。

絶縁体３２２はその下方に設けられるトランジスタ５００などによって生じる段差を平
坦化する平坦化膜として機能する。絶縁体３２２の上面は、平坦性を高めるために化学機
械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法等
を用いた平坦化処理により平坦化されていてもよい。

絶縁体３２４は、基板３０１、またはトランジスタ５００などから、トランジスタ４０
０が設けられる領域に、水素や不純物が拡散しないように、バリア膜として機能する。例
えば、絶縁体３２４には、窒化シリコンなどの窒化物を用いればよい。

また、絶縁体３２０、絶縁体３２２、絶縁体３２４、および絶縁体３２６にはキャパシ
タ３００、またはトランジスタ４００と電気的に接続する導電体３２８、導電体３３０等
が埋め込まれている。なお、導電体３２８、および導電体３３０はプラグ、または配線と
して機能を有する。なお、後述するが、プラグまたは配線として機能を有する導電体は、
複数の構造をまとめて同一の符号を付与する場合がある。また、本明細書等において、配
線と、配線と電気的に接続するプラグとが一体物であってもよい。すなわち、導電体の一
部が配線として機能する場合、および導電体の一部がプラグとして機能する場合もある。

各プラグ、および配線（導電体３２８、および導電体３３０等）の材料としては、金属
材料、合金材料、または金属酸化物材料などの導電性材料を、単層または積層して用いる
ことができる。耐熱性と導電性を両立するタングステンやモリブデンなどの高融点材料を
用いることが好ましく、特にタングステンを用いることが好ましい。特に、アルミニウム
や銅などの低抵抗導電性材料で形成することが好ましい。上記のような材料を用いること
で配線抵抗を低くすることができる。

絶縁体３２６、および導電体３３０上に、配線層を設けてもよい。例えば、図１２（Ａ
）において、絶縁体３５０、絶縁体３５２、および絶縁体３５４が順に積層して設けられ
ている。また、絶縁体３５０、絶縁体３５２、および絶縁体３５４には、導電体３５６、
および導電体３５８が埋め込まれている。導電体３５６、および導電体３５８はプラグ、
または配線として機能を有する。

なお、例えば、絶縁体３５０は、絶縁体３２４と同様に、水素に対するバリア性を有す
る絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体３５６および導電体３５８は、水素に対
するバリア性を有する導電体を用いることが好ましい。水素に対するバリア性を有する絶
縁体３５０が有する開口部には、水素に対するバリア性を有する導電体が形成される。当
該構成により、トランジスタ５００とトランジスタ４００とは、バリア層により分離する
ことができ、トランジスタ５００からトランジスタ４００への水素の拡散を抑制すること
ができる。

なお、水素に対するバリア性を有する導電体としては、例えば、窒化タンタル等を用い
るとよい。また、窒化タンタルと導電性が高いタングステンを積層することで、配線とし
ての導電性を保持したまま、トランジスタ５００からの水素の拡散を抑制することができ
る。

絶縁体３５４の上方には、トランジスタ４００が設けられている。なお、トランジスタ
４００の拡大図を１２（Ｂ）に示す。なお、図１２（Ｂ）に示すトランジスタ４００は一
例であり、その構造に限定されず、回路構成や駆動方法に応じて適切なトランジスタを用
いればよい。

トランジスタ４００は、酸化物半導体を有する半導体層にチャネルが形成されるトラン
ジスタである。トランジスタ４００は、オフ電流が小さいため、これを半導体装置のフレ
ームメモリに用いることにより長期にわたり記憶内容を保持することが可能である。

絶縁体３５４上には、絶縁体４１０、絶縁体４１２、絶縁体４１４、および絶縁体４１
６が、順に積層して設けられている。また、絶縁体４１０、絶縁体４１２、絶縁体４１４
、および絶縁体４１６には、導電体２１８、および導電体４０５等が埋め込まれている。
なお、導電体２１８は、キャパシタ３００、またはトランジスタ５００と電気的に接続す
るプラグ、または配線としての機能を有する。導電体４０５は、トランジスタ４００のゲ
ート電極としての機能を有する。

絶縁体４１０、絶縁体４１２、絶縁体４１４、および絶縁体４１６のいずれかを、酸素
や水素に対してバリア性のある物質を用いることが好ましい。特に、トランジスタ４００
に酸化物半導体を用いる場合、トランジスタ４００近傍の層間膜などに、酸素過剰領域を
有する絶縁体を設けることで、トランジスタ４００の信頼性を向上させることができる。
従って、トランジスタ４００近傍の層間膜から、効率的にトランジスタ４００へ拡散させ
るために、トランジスタ４００と層間膜の上下を、水素および酸素に対するバリア性を有
する層で挟む構造とするとよい。

例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタルなどを用いるとよい。なお
、バリア性を有する膜を積層することで、当該機能をより確実にすることができる。

絶縁体４１６上には、絶縁体２２０、絶縁体２２２、および絶縁体２２４が順に積層し
て設けられている。また、絶縁体２２０、絶縁体２２２、および絶縁体２２４には導電体
２４４の一部が埋め込まれている。なお、導電体２１８は、キャパシタ３００、またはト
ランジスタ５００と電気的に接続するプラグ、または配線として機能を有する。

絶縁体２２０、および絶縁体２２４は、酸化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜などの、
酸素を含む絶縁体であることが好ましい。特に、絶縁体２２４として過剰酸素を含む（化
学量論的組成よりも過剰に酸素を含む）絶縁体を用いることが好ましい。このような過剰
酸素を含む絶縁体を、トランジスタ４００のチャネル領域が形成される酸化物２３０に接
して設けることにより、酸化物中の酸素欠損を補償することができる。なお、絶縁体２２
２と絶縁体２２４とは、必ずしも同じ材料を用いて形成しなくともよい。

絶縁体２２２は、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化
アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、チタン酸ジルコン酸
鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）または（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ_３
（ＢＳＴ）などのいわゆるｈｉｇｈ−ｋ材料を含む絶縁体を単層または積層で用いること
が好ましい。またはこれらの絶縁体に例えば酸化アルミニウム、酸化ビスマス、酸化ゲル
マニウム、酸化ニオブ、酸化シリコン、酸化チタン、酸化タングステン、酸化イットリウ
ム、酸化ジルコニウムを添加してもよい。またはこれらの絶縁体を窒化処理しても良い。
上記の絶縁体に酸化シリコン、酸化窒化シリコンまたは窒化シリコンを積層して用いても
よい。

なお、絶縁体２２２が、２層以上の積層構造を有していてもよい。その場合、同じ材料
からなる積層構造に限定されず、異なる材料からなる積層構造でもよい。

絶縁体２２０および絶縁体２２４の間に、ｈｉｇｈ−ｋ材料を含む絶縁体２２２を有す
ることで、特定の条件で絶縁体２２２が電子を捕獲し、しきい値電圧を増大させることが
できる。つまり、絶縁体２２２が負に帯電する場合がある。

例えば、絶縁体２２０、および絶縁体２２４に、酸化シリコンを用い、絶縁体２２２に
、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化タンタルのような電子捕獲準位の多い材料を
用いた場合、半導体装置の使用温度、あるいは保管温度よりも高い温度（例えば、１２５
℃以上４５０℃以下、代表的には１５０℃以上３００℃以下）の下で、導電体４０５の電
位をソース電極やドレイン電極の電位より高い状態を、１０ミリ秒以上、代表的には１分
以上維持することで、酸化物２３０から導電体４０５に向かって、電子が移動する。この
時、移動する電子の一部が、絶縁体２２２の電子捕獲準位に捕獲される。

絶縁体２２２の電子捕獲準位に必要な量の電子を捕獲させたトランジスタは、しきい値
電圧がプラス側にシフトする。なお、導電体４０５の電圧の制御によって電子の捕獲する
量を制御することができ、それに伴ってしきい値電圧を制御することができる。当該構成
を有することで、トランジスタ４００は、ゲート電圧が０Ｖであっても非導通状態（オフ
状態ともいう）であるノーマリーオフ型のトランジスタとなる。

また、電子を捕獲する処理は、トランジスタの作製過程におこなえばよい。例えば、ト
ランジスタのソース導電体あるいはドレイン導電体に接続する導電体の形成後、あるいは
、前工程（ウェハー処理）の終了後、あるいは、ウェハーダイシング工程後、パッケージ
後等、工場出荷前のいずれかの段階で行うとよい。

また、絶縁体２２２には、酸素や水素に対してバリア性のある物質を用いることが好ま
しい。このような材料を用いて形成した場合、酸化物２３０からの酸素の放出や、外部か
らの水素等の不純物の混入を防ぐことができる。

酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂ、および酸化物２３０ｃは、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（
ＭはＡｌ、Ｇａ、Ｙ、またはＳｎ）等の金属酸化物で形成される。また、酸化物２３０と
して、Ｉｎ−Ｇａ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物を用いてもよい。

酸化物２３０に用いる酸化物としては、少なくともインジウムまたは亜鉛を含むことが
好ましい。特にインジウムおよび亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、ア
ルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズなどが含まれていることが好ましい。ま
た、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデ
ン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグ
ネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれていてもよい。

ここで、酸化物が、インジウム、元素Ｍおよび亜鉛を有する場合を考える。なお、元素
Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズなどとする。そのほかの元素Ｍ
に適用可能な元素としては、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、
ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タ
ングステン、マグネシウムなどがある。ただし、元素Ｍとして、前述の元素を複数組み合
わせても構わない場合がある。

導電体２４０ａ、および導電体２４０ｂは、一方がソース電極として機能し、他方がド
レイン電極として機能する。

導電体２４０ａ、および導電体２４０ｂは、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル
、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、またはタングステンな
どの金属、またはこれを主成分とする合金を単層構造または積層構造として用いる。例え
ば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、タンタル膜または窒化タンタル膜を積層
する二層構造、チタン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、タングステン膜上にア
ルミニウム膜を積層する二層構造、銅−マグネシウム−アルミニウム合金膜上に銅膜を積
層する二層構造、チタン膜上に銅膜を積層する二層構造、タングステン膜上に銅膜を積層
する二層構造、チタン膜または窒化チタン膜と、そのチタン膜または窒化チタン膜上に重
ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜または窒化チタン膜を
形成する三層構造、モリブデン膜または窒化モリブデン膜と、そのモリブデン膜または窒
化モリブデン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にモリブデ
ン膜または窒化モリブデン膜を形成する三層構造等がある。なお、酸化インジウム、酸化
錫または酸化亜鉛を含む透明導電材料を用いてもよい。

絶縁体２５０は、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化
アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、チタン酸ジルコン酸
鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）または（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ_３
（ＢＳＴ）などのいわゆるｈｉｇｈ−ｋ材料を含む絶縁体を単層または積層で用いること
ができる。またはこれらの絶縁体に例えば酸化アルミニウム、酸化ビスマス、酸化ゲルマ
ニウム、酸化ニオブ、酸化シリコン、酸化チタン、酸化タングステン、酸化イットリウム
、酸化ジルコニウムを添加してもよい。またはこれらの絶縁体を窒化処理しても良い。上
記の絶縁体に酸化シリコン、酸化窒化シリコンまたは窒化シリコンを積層して用いてもよ
い。

また、絶縁体２５０して、絶縁体２２４と同様に、化学量論的組成を満たす酸素よりも
多くの酸素を含む酸化物絶縁体を用いることが好ましい。

なお、絶縁体２５０は、絶縁体２２０、絶縁体２２２、および絶縁体２２４と同様の積
層構造を有していてもよい。絶縁体２５０が、電子捕獲準位に必要な量の電子を捕獲させ
た絶縁体を有することで、トランジスタ４００は、しきい値電圧をプラス側にシフトする
ことができる。当該構成を有することで、トランジスタ４００は、ゲート電圧が０Ｖであ
っても非導通状態（オフ状態ともいう）であるノーマリーオフ型のトランジスタとなる。

ゲート電極として機能を有する導電体２６０は、例えばアルミニウム、クロム、銅、タ
ンタル、チタン、モリブデン、タングステンから選ばれた金属、または上述した金属を成
分とする合金か、上述した金属を組み合わせた合金等を用いて形成することができる。ま
た、マンガン、ジルコニウムのいずれか一または複数から選択された金属を用いてもよい
。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコンに代表される半導体、ニッ
ケルシリサイド等のシリサイドを用いてもよい。例えば、アルミニウム膜上にチタン膜を
積層する二層構造、窒化チタン膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にタ
ングステン膜を積層する二層構造、窒化タンタル膜または窒化タングステン膜上にタング
ステン膜を積層する二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積層し、
さらにその上にチタン膜を形成する三層構造等がある。また、アルミニウムに、チタン、
タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた一
または複数の金属を組み合わせた合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。

また、導電体２６０は、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化
物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物
、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化シリコンを添加し
たインジウム錫酸化物等の透光性を有する導電性材料を適用することもできる。また、上
記透光性を有する導電性材料と、上記金属の積層構造とすることもできる。

絶縁体２８０は、加熱により一部の酸素が脱離する酸化物材料を用いることが好ましい
。

加熱により酸素を脱離する酸化物材料として、化学量論的組成を満たす酸素よりも多く
の酸素を含む酸化物を用いることが好ましい。化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの
酸素を含む酸化物膜は、加熱により一部の酸素が脱離する。化学量論的組成を満たす酸素
よりも多くの酸素を含む酸化物膜は、昇温脱離ガス分光法（ＴＤＳ：Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄ
ｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析にて、酸素原子に換算しての酸素
の脱離量が１．０×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、好ましくは３．０×１０^２０ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ^３以上である酸化物膜である。なお、上記ＴＤＳ分析時における膜の表面温
度としては１００℃以上７００℃以下、または１００℃以上５００℃以下の範囲が好まし
い。

例えばこのような材料として、酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンを含む材料を用い
ることが好ましい。または、金属酸化物を用いることもできる。なお、本明細書中におい
て、酸化窒化シリコンとは、その組成として窒素よりも酸素の含有量が多い材料を指し、
窒化酸化シリコンとは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い材料を示す。

また、トランジスタ４００を覆う絶縁体２８０は、その下方の凹凸形状を被覆する平坦
化膜として機能してもよい。

また、導電体２６０を覆うように、絶縁体２７０を設けてもよい。絶縁体２８０に酸素
が脱離する酸化物材料を用いる場合、導電体２６０が、脱離した酸素により酸化すること
を防止するため、絶縁体２７０は、酸素に対してバリア性を有する物質を用いる。当該構
成とすることで、導電体２６０の酸化を抑制し、絶縁体２８０から、脱離した酸素を効率
的に酸化物２３０へと供給することができる。

絶縁体２８０上には、絶縁体２８２、および絶縁体２８４が順に積層して設けられてい
る。また、絶縁体２８０、絶縁体２８２、および絶縁体２８４には、導電体２４４、導電
体２４６ａ、および導電体２４６ｂ等が埋め込まれている。なお、導電体２４４は、キャ
パシタ３００、またはトランジスタ５００と電気的に接続するプラグ、または配線として
機能を有する。導電体２４６ａ、および導電体２４６ｂは、キャパシタ３００、またはト
ランジスタ４００と電気的に接続するプラグ、または配線として機能を有する。

絶縁体２８２、および絶縁体２８４のいずれか、または両方に、酸素や水素に対してバ
リア性のある物質を用いることが好ましい。当該構成とすることで、トランジスタ４００
近傍の層間膜から脱離する酸素を、効率的にトランジスタ４００へ、拡散させることがで
きる。

絶縁体２８４の上方には、キャパシタ３００が設けられている。

絶縁体６０２上には、導電体６０４、および導電体６２４が設けられている。なお、導
電体６２４は、トランジスタ４００、またはトランジスタ５００と電気的に接続するプラ
グ、または配線として機能を有する。

導電体６０４上に絶縁体６１２、絶縁体６１２上に導電体６１６が設けられている。ま
た、導電体６１６は、絶縁体６１２を介して、導電体６０４の側面を覆っている。つまり
、導電体６０４の側面においても、容量として機能するため、キャパシタの投影面積当た
りの容量を増加させることができる。従って、半導体装置の小面積化、高集積化、微細化
が可能となる。

なお、絶縁体６０２は、少なくとも導電体６０４、と重畳する領域に設けられていれば
よい。例えば、図１３（Ｂ）に示すキャパシタ３００Ａのように、絶縁体６０２を、導電
体６０４、および導電体６２４と重畳する領域にのみ設け、絶縁体６０２と、絶縁体６１
２とが接する構造としてもよい。

導電体６１６上には、絶縁体６２０、および絶縁体６２２が順に積層して設けられてい
る。また、絶縁体６２０、絶縁体６２２、および絶縁体６０２には導電体６２６、および
導電体６２８が埋め込まれている。なお、導電体６２６、および導電体６２８は、トラン
ジスタ４００、またはトランジスタ５００と電気的に接続するプラグ、または配線として
機能を有する。

また、キャパシタ３００を覆う絶縁体６２０は、その下方の凹凸形状を被覆する平坦化
膜として機能してもよい。

以上が半導体装置におけるトランジスタの積層構造の一例である。

＜表示システム＞
図１４は、上記半導体装置を適用した表示システムの構成例を説明するブロック図であ
る。

表示システムは、図１で説明したセンサ１０１、アプリケーションプロセッサ１０２、
コンフィギュレーションコントローラ１０３、コンフィギュレーションメモリアレイ１０
４、および画像プロセッサ１０５の他、ホストコントローラ１０６、インターフェイス１
０７、ドライバＩＣ１１０（ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ））、ドライ
バＩＣ１１１、および表示装置１３０を有する。

表示装置１３０は、表示部１１２および表示部１１３を有する。表示部１１２は、各画
素に液晶素子１１４を有する。表示部１１３は、各画素に発光素子１１５を有する。画素
は、液晶素子１１４と発光素子の２つの表示素子を有し、それぞれの表示素子を重ねて表
示を切り替えて行う機能を有する。画素の構成例については後で詳細に説明する。

液晶素子１１４は、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＴＮ（
Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉ
ｔｃｈｉｎｇ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ａｌｉｇｎｅｄ
Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ
ｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉ
ｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ
Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モードなどの駆動方法を用いて駆動することができる。
または、垂直配向（ＶＡ）モード、具体的には、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−Ｄｏｍａｉｎ Ｖ
ｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔ
ｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔ
ｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＣＰＡ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ
Ｐｉｎｗｈｅｅｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＶ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｕｐｅ
ｒ−Ｖｉｅｗ）モードなどの駆動方法を用いて駆動することができる。

液晶素子１１４が有する液晶材料には、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液
晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。または
、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相
等を示す液晶材料を用いることができる。または、ブルー相を示す液晶材料を用いること
ができる。

なお発光素子１１５としては、有機エレクトロルミネッセンス素子、無機エレクトロル
ミネッセンス素子等のＥＬ素子の他、または発光ダイオードなどを用いることができる。

ＥＬ素子は、白色の光を射出するように積層された積層体を用いることができる。具体
的には、青色の光を射出する蛍光材料を含む発光性の有機化合物を含む層と、緑色および
赤色の光を射出する蛍光材料以外の材料を含む層または黄色の光を射出する蛍光材料以外
の材料を含む層と、を積層した積層体を、用いることができる。

画像プロセッサ１０５は、画像処理を行う具体的な回路の一例として、補正パラメータ
保持回路１０８および補正選択回路１０９を有する。画像プロセッサ１０５は、画像デー
タＶＤを画像処理した画像データＬＣ_Ｃｏｍｐおよび画像データＬＣ_Ｃｏｍｐをドライバ
ＩＣ１１０およびドライバＩＣ１１１に出力する。

補正パラメータ保持回路１０８は、一例としてガンマ補正回路１１６、調光補正回路１
１７、曲面補正回路１１８、閾値補正回路１１９、および調色補正回路１２０を有する。
ガンマ補正回路１１６、調光補正回路１１７、曲面補正回路１１８、閾値補正回路１１９
、および調色補正回路１２０は、パラメータＰｘに応じて画像データＶＤを補正する。補
正選択回路１０９は、補正パラメータ保持回路１０８が有する各補正回路のいずれか一以
上を選択して補正された画像データＬＣ_Ｃｏｍｐおよび画像データＬＣ_Ｃｏｍｐタを出力
する機能を有する。

ガンマ補正回路１１６は、使用環境に応じて入力される画像データＶＤに対して適切な
ガンマ補正を行う機能を有する回路である。調光補正回路１１７は、使用環境に応じて入
力される画像データＶＤに対して適切な調光補正を行う機能を有する回路である。曲面補
正回路１１８は、表示装置１３０の表示面の形状に応じて入力される画像データＶＤに対
して適切な補正を行う機能を有する回路である。閾値補正回路１１９は、表示装置１３０
の各画素が有するトランジスタの閾値電圧の補正を考慮して補正する機能を有する回路で
ある。調色補正回路１２０は、使用環境に応じて入力される画像データＶＤに対して適切
な調色補正を行う機能を有する回路である。色の補正は、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）の三
原色に限らず、白（Ｗ）を加えた４色に対応させることもできる。または、黄（Ｙ）、マ
ゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の三原色に対応した色の補正を行うこともできる。

ホストコントローラ１０６は、画像データＶＤを所定の形式の信号に変換してインター
フェイス１０７に出力する機能を有する。

インターフェイス１０７は、ＬＶＤＳ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｉａｌ Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ）、ＤＶＩ、ＨＤＭＩ（登録商標）Ｌなどに即した信号に変
換する回路が挙げられる。

ドライバＩＣ１１０は、画像プロセッサ１０５で画像処理された画像データＬＣ_{Ｃｏｍ
ｐ}をもとに、表示装置１３０の表示部１１２で表示するための各種信号を生成する機能を
有する。画像データＬＣ_Ｃｏｍｐは、表示部１１２が有する液晶素子１１４で表示を行う
ための信号である。

ドライバＩＣ１１１は、画像プロセッサ１０５で画像処理された画像データＥＬ_{Ｃｏｍ
ｐ}をもとに、表示装置１３０の表示部１１３で表示するための各種信号を生成する機能を
有する。画像データＥＬ_Ｃｏｍｐは、表示部１１２が有する発光素子１１５で表示を行う
ための信号である。

表示装置１３０では、表示部１１２と表示部１１３のうち、表示部１１２においてのみ
画像を表示することができる。表示部１１２に反射型の液晶素子１１４を用いることで、
画像を表示する際に光源として外光を利用することができる。外光を利用する場合、表示
部１１２においてのみ画像の表示を行うことで、表示装置１３０の消費電力を抑えること
ができる。また、表示部１１３では発光素子１１５を用いているため、別途光源を用意す
る、或いは外光を利用することなく、画像の表示を行うことができる。よって、表示部１
１３において画像を表示することで、表示装置１３０の使用環境に左右されずに高い表示
品質を確保することができる。

また、表示装置１３０では、表示部１１２と表示部１１３の両方を用いて画像を表示す
ることも可能である。上記構成により、表示装置１３０において表示できる画像の階調数
を高めることができる。或いは、表示装置１３０において表示できる画像の色域の範囲を
広げることができる。

また、表示装置１３０は、ドライバＩＣ１１０に供給する画像データＬＣ_Ｃｏｍｐと、
ドライバＩＣ１１１に供給する画像データＥＬ_Ｃｏｍｐとを、画像データＶＤから画像処
理を施して生成する機能を有する画像プロセッサ１０５を有する。具体的に、画像プロセ
ッサ１０５は、信号処理により、入力された画像データＶＤに各種の補正を施す機能も有
する。画像データＶＤに各種の補正を施す機能とは、言い換えると、画像データＬＣ_{Ｃｏ
ｍｐ}と画像データＥＬ_Ｃｏｍｐとに各種の補正を施す機能とも言える。

なお、上記補正として、液晶素子１１４の特性に合わせたガンマ補正、発光素子１１５
の劣化特性に合わせた調光補正などを行うことができる。表示装置１３０では、上記補正
の他に、外光の強度、外光の入射角、色の調整、階調数の調整等を行うこともできる。

＜画素の構成例および動作例＞
図１５（Ａ）は、図１４で説明した液晶素子と発光素子を有する画素の構成例を説明す
るための断面図の一例である。

図１５（Ａ）は、画素回路５１、画素回路５２、液晶素子ＬＣおよび発光素子ＥＬの積
層構造を説明するための断面図である。

図１５（Ａ）では、発光素子ＥＬを有する層６１、画素回路を有する層６２、および液
晶素子ＬＣを有する層６３を図示している。層６１乃至６３は、基板７０と基板８０との
間に設けられる。なお図示していないが、その他に偏光板、円偏光板、反射防止膜等の光
学部材を有していてもよい。

層６１は発光素子ＥＬを有する。発光素子ＥＬは、電極７１、発光層７２、および電極
７３を有する。電極７１と電極７３との間に挟まれた発光層７２に電流が流れることで光
９２（点線矢印で図示）を射出する。光９２の強度は、層６２にある画素回路５２によっ
て制御される。

層６２は、画素回路５１、画素回路５２およびカラーフィルター７４を有する。また層
６２２は、画素回路５１と反射電極８１とを接続するための電極８７、画素回路５２と電
極７１とを接続するための電極７５を有する。カラーフィルター７４は、発光素子ＥＬが
射出する光が白色の場合に設けられ、特定の波長の光９２を視認側に射出することができ
る。カラーフィルター７４は、開口８３に重なる位置に設ける。画素回路５１および画素
回路５２は、反射電極８１に重なる位置に設ける。なお図１５（Ａ）では、液晶素子ＬＣ
が設けられる層と発光素子ＥＬが設けられる層の間に画素回路５１および画素回路５２を
設ける構成を図示したが、画素回路５１および画素回路５２は液晶素子ＬＣおよび発光素
子ＥＬの上層または下層に設ける構成としてもよい。

層６３は、開口８３、反射電極８１および導電層８２、液晶８４、導電層８５、および
カラーフィルター８６を有する。導電層８２は、対となる導電層８５との間に設けられる
液晶８４の配向状態を制御する。反射電極８１は、外光を反射して反射光９１（点線矢印
で図示）を射出する。反射光９１の強度は、画素回路５１による液晶８４の配向状態の調
整によって制御される。開口８３は、層６１の発光素子ＥＬが射出する光９２が透過する
位置に設ける。

反射電極８１は、例えば、可視光を反射する材料を用いることができる。具体的には、
銀を含む材料を反射膜に用いることができる。例えば、銀およびパラジウム等を含む材料
または銀および銅等を含む材料を反射膜に用いることができる。また、例えば、表面に凹
凸を備える材料を、反射膜に用いることができる。これにより、入射する光をさまざまな
方向に反射して、白色の表示をすることができる。

導電層８２および導電層８５は、例えば、可視光を透過する材料を用いることができる
。具体的には、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛
、ガリウムを添加した酸化亜鉛などの導電性酸化物またはグラフェンを用いることができ
る。

基板７０および基板８０には、例えば、ガラス、セラミックス等の透光性を有する無機
材料を用いることができる。あるいは基板６３１、６３２には、可撓性を有する材料、例
えば樹脂フィルムまたはプラスチック等の有機材料を用いることができる。なお基板７０
および基板８０には、偏光板、位相差板、プリズムシートなどの部材を適宜積層して用い
ることもできる。

絶縁層は、例えば、絶縁性の無機材料、絶縁性の有機材料または無機材料と有機材料を
含む絶縁性の複合材料を用いることができる。例えば絶縁層には、酸化シリコン膜、窒化
シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜等またはこれらから選ばれた複数
を積層した積層材料、あるいはポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド
、ポリカーボネート、ポリシロキサン若しくはアクリル樹脂等またはこれらから選択され
た複数の樹脂の積層材料もしくは複合材料、を含む膜を用いることができる。

電極７５および電極８７等の導電層は、導電性を備える材料を配線等に用いることがで
きる。例えば電極７５および電極８７は、アルミニウム、金、白金、銀、銅、クロム、タ
ンタル、チタン、モリブデン、タングステン、ニッケル、鉄、コバルト、パラジウムまた
はマンガンから選ばれた金属元素などを用いることができる。または、上述した金属元素
を含む合金などを、配線等に用いることができる。

発光層７２は、発光層、電荷輸送層または電荷注入層を自由に組み合わせて形成すれば
良い。例えば、低分子系有機ＥＬ材料や高分子系有機ＥＬ材料を用いればよい。また、Ｅ
Ｌ層として一重項励起により発光（蛍光）する発光材料（シングレット化合物）からなる
薄膜、または三重項励起により発光（リン光）する発光材料（トリプレット化合物）から
なる薄膜を用いることができる。また、電荷輸送層や電荷注入層として炭化珪素等の無機
材料を用いることも可能である。これらの有機ＥＬ材料や無機材料は公知の材料を用いる
ことができる。

電極７１は、発光素子ＥＬの陽極として機能する。陽極を形成する材料としては、陰極
を形成する材料よりも仕事関数の大きい材料を用い、ＩＴＯ（酸化インジウム酸化スズ）
、酸化インジウム酸化亜鉛（Ｉｎ_２Ｏ_３―ＺｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等、さらにＩＴ
Ｏよりもシート抵抗の低い材料、具体的には白金（Ｐｔ）、クロム（Ｃｒ）、タングステ
ン（Ｗ）、もしくはニッケル（Ｎｉ）といった材料を用いることができる。

電極７３は、仕事関数の小さい金属（代表的には周期表の１族もしくは２族に属する金
属元素）や、これらを含む合金を用いることができる。仕事関数が小さければ小さいほど
発光効率が向上するため、中でも、陰極に用いる材料としては、アルカリ金属の一つであ
るＬｉ（リチウム）を含む合金材料が望ましい。

図１５（Ａ）に示すように、液晶素子ＬＣおよび発光素子ＥＬを重ねて設ける。そして
、開口８３は、発光素子ＥＬが射出する光９２が透過する位置に設ける。このような構成
とすることで、周辺環境に応じた表示素子の切り替えを画素が占める面積を大きくするこ
となく実現できる。その結果、視認性が向上した表示装置とすることができる。

図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）に示す画素の断面図の画素回路５１、画素回路５２、液
晶素子ＬＣおよび発光素子ＥＬに対応する回路図である。図１５（Ｂ）に示す画素９０に
おいて、画素回路５１は、トランジスタＭ１および容量素子Ｃｓ_ＬＣを有する。画素回路
５２は、トランジスタＭ２、Ｍ３および容量素子Ｃｓ_ＥＬを有する。画素９０が有する各
素子は、図１５（Ｂ）に示すように、ゲート線ＧＬ_ＬＣ、ゲート線ＧＬ_ＥＬ、信号線ＳＬ
_ＬＣ、信号線ＳＬ_ＥＬ、容量線Ｌ_ＣＳ、電流供給線Ｌ_ａｎｏ、および共通電位線Ｌ_ｃａｓ
に接続される。

なお容量素子Ｃｓ_ＥＬは、発光素子ＥＬを駆動するための階調電圧をトランジスタＭ３
のゲートに保持するために設けている。このような構成とすることで、発光素子ＥＬを駆
動するための階調電圧の保持をより確実に行うことができる。

トランジスタＭ１は、導通状態を制御することで、液晶素子ＬＣを駆動するための階調
電圧を容量素子Ｃｓ_ＬＣに与える。トランジスタＭ２は、導通状態を制御することで、発
光素子ＥＬを駆動するための階調電圧をトランジスタＭ３のゲートに与える。トランジス
タＭ３は、ゲートの電圧に応じて電流供給線Ｌ_ａｎｏと共通電位線Ｌ_ｃａｓとの間に電流
を流して発光素子ＥＬを駆動する。

トランジスタＭ１乃至Ｍ３は、ｎチャネル型トランジスタを用いることができる。ｎチ
ャネル型トランジスタは、各配線の電圧の大小関係を変えることで、ｐチャネル型トラン
ジスタに置き換えることもできる。トランジスタＭ１乃至Ｍ３の半導体材料は、シリコン
を用いることができる。シリコンは、単結晶シリコン、ポリシリコン、微結晶シリコンま
たはアモルファスシリコンなどを適宜選択して用いることができる。

あるいはトランジスタＭ１乃至Ｍ３の半導体材料は、酸化物半導体を用いることができ
る。

なお、酸化物半導体は、少なくともインジウムを含むことが好ましい。特にインジウム
および亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イ
ットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、
ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム
、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が
含まれていてもよい。

また画素３０が有するトランジスタＭ１乃至Ｍ３は、ボトムゲート型のトランジスタや
、トップゲート型トランジスタなどの様々な形態のトランジスタを用いて作製することが
できる。また画素３０が有するトランジスタＭ１乃至Ｍ３を、バックゲートを有するトラ
ンジスタとしてもよい。バックゲートに与える電圧は、ゲート線ＧＬ_ＬＣやゲート線ＧＬ
_ＥＬとは異なる、別の配線から与える構成としてもよい。このような構成とすることで、
トランジスタの閾値電圧のコントロール、あるいはトランジスタを流れる電流量を大きく
することができる。

図１５（Ｃ）では、画素９０の模式図を図示している。画素９０は、図１５（Ａ）、（
Ｂ）で説明した画素回路５１、画素回路５２、開口８３、液晶素子ＬＣおよび発光素子Ｅ
Ｌを有する。また図１５（Ｃ）では、反射光９１および光９２を図示している。

図１５（Ｃ）に示す画素回路５１および画素回路５２は、液晶素子ＬＣが設けられる層
と発光素子ＥＬが設けられる層の間に設けられる。液晶素子ＬＣを駆動するための画素回
路５１と発光素子ＥＬを駆動するための画素回路５２とのトランジスタを有する素子層を
同じ工程で設けることで、画素回路５１と画素回路５２とを同層に配置する構成とする。
当該構成とすることで、液晶素子ＬＣに階調電圧を与える駆動回路と、発光素子ＥＬに階
調電圧を与える駆動回路とを一体化した駆動回路とすることができる。

図１５（Ｃ）に示す構成とすることで画素９０は、液晶素子ＬＣによる反射光９１の強
度の制御と、開口８３を透過する発光素子ＥＬの発する光９２の強度の制御と、によって
階調表示を行うことができる。なお反射光９１が射出される方向および発光素子ＥＬが発
する光３５が射出される方向は、表示装置の表示面となる。

図１５（Ｃ）に示す画素９０の構成では、液晶素子ＬＣが有する反射電極によって外光
を利用した反射光９１の強度を液晶層で調節して階調表示を行う。そのため画素９０を有
する表示装置は、屋外での視認性を向上することができる。

また図１５（Ｃ）に示す画素９０の構成では、発光素子ＥＬの発する光９２の強度を調
節して階調表示を行う。そのため画素９０を有する表示装置は、外光の強度が小さい屋内
での視認性を向上することができる。

なお屋外にて液晶素子ＬＣを制御して表示を行う構成、または屋内にて発光素子ＥＬを
制御して表示を行う構成は、表示装置に照度を測定可能なセンサを設ける構成とすればよ
い。

また図１５（Ｃ）に示す構成では、画素ごとに液晶素子ＬＣを制御することができる画
素回路５１、及び発光素子ＥＬを制御することができる画素回路５２を有する。つまり、
画素９０ごとに液晶素子ＬＣおよび発光素子ＥＬの階調表示を別々に制御することができ
る。このような構成では、複数の画素で一様に点灯するバックライトの制御とは異なり、
表示する画像に応じた発光素子ＥＬの発光を画素レベルといった最小単位で制御すること
ができるため、余分な発光を抑えることができる。そのため図１５（Ｃ）の画素９０を有
する表示装置は、低消費電力化を図ることができる。

図１５（Ｂ）で示した画素９０を有する表示装置の動作モードについて、図１６（Ａ）
から図１６（Ｄ）までを参照して説明する。

表示装置は、周辺の照度に応じて、動作モードを切り替えることができる。図１６（Ａ
）から図１６（Ｃ）までは、照度に応じて表示装置が取り得る表示モードを説明するため
の画素の模式図である。なお図１６（Ａ）から図１６（Ｃ）までにおいては、図１５（Ｃ
）と同様に、画素回路５１、画素回路５２、液晶素子ＬＣ、発光素子ＥＬ、開口８３、液
晶素子ＬＣが有する反射電極が反射する反射光９１、および開口８３より射出される発光
素子ＥＬが発する光９２を図示している。

表示装置が取り得る表示モードとしては、図１６（Ａ）から図１６（Ｃ）までに示す、
反射液晶表示モード（Ｒ−ＬＣ ｍｏｄｅ）と、反射液晶＋ＥＬ表示モード（Ｒ−ＬＣ＋
ＥＬ ｍｏｄｅ）と、ＥＬ表示モード（ＥＬ ｍｏｄｅ）と、を挙げて説明する。

反射液晶表示モードは、画素が有する液晶素子を駆動して反射光の強度を調節して階調
表示を行う表示モードである。具体的には図１６（Ａ）に示す画素の模式図のように液晶
素子ＬＣが有する反射電極で反射光９１の強度を液晶層で調節して階調表示を行う。

反射液晶＋ＥＬ表示モード（Ｒ−ＬＣ＋ＥＬ ｍｏｄｅ）は、液晶素子の駆動と発光素
子の駆動とによって反射光の強度と発光素子の光の強度の双方を調節して階調表示を行う
表示モードである。具体的には図１６（Ｂ）に示す画素の模式図のように液晶素子ＬＣが
有する反射電極で反射光９１の強度と、発光素子ＥＬが開口８３より射出する光９２の強
度と、を調節して階調表示を行う。

ＥＬ表示モード（ＥＬ ｍｏｄｅ）は、発光素子を駆動して光の強度を調節して階調表
示を行う表示モードである。具体的には図１６（Ｃ）に示す画素の模式図のように、発光
素子ＥＬが開口８３より射出する光９２の強度を調節して階調表示を行う。

図１６（Ｄ）には、上述した３つのモード（反射液晶表示モード、反射液晶＋ＥＬ表示
モード、ＥＬ表示モード）の状態遷移図を示す。状態Ｃ１は反射液晶表示モードを表し、
状態Ｃ２は反射液晶＋ＥＬ表示モードを表し、状態Ｃ３はＥＬ表示モードを表している。

図１６（Ｄ）に図示するように、状態Ｃ１から状態Ｃ３までは照度に応じていずれかの
状態の表示モードを取り得る。例えば屋外のように照度が大きい場合、状態Ｃ１を取り得
る。また屋外から屋内に移動するような照度が小さくなる場合、状態Ｃ１から状態Ｃ３に
遷移する。また屋内であっても照度が大きく、反射光による階調表示が可能な場合、状態
Ｃ３から状態Ｃ２に遷移する。

以上のように照度に応じて表示モードを切り替える構成とすることで、消費電力が比較
的大きい発光素子の光の強度による階調表示の頻度を減らすことができる。そのため、表
示装置の消費電力を低減することができる。

また表示装置は、バッテリーの残容量、表示するコンテンツ、あるいは周辺環境の照度
に応じて、さらに動作モードを切り替えることができる。例えば、通常のフレーム周波数
で動作する通常動作モード（Ｎｏｒｍａｌ ｍｏｄｅ）と、低速のフレーム周波数で操作
するアイドリング・ストップ（ＩＤＳ）駆動モードと、を挙げられる。

なお、アイドリング・ストップ（ＩＤＳ）駆動とは、画像データの書き込み処理を実行
した後、画像データの書き換えを停止する駆動方法のことをいう。一旦画像データの書き
込みをして、その後次の画像データの書き込みまでの間隔を延ばすことで、その間の画像
データの書き込みに要する分の消費電力を削減することができる。

アイドリング・ストップ（ＩＤＳ）駆動モードは、上述した反射液晶表示モードまたは
反射液晶＋ＥＬ表示モードといった表示モードと組み合わせることで、さらなる低消費電
力化を図ることができるため有効である。

＜電子部品＞
上述した半導体装置を適用した電子部品について説明する。

図１７（Ａ）は、電子部品の作製方法例を示すフローチャートである。電子部品は、半
導体パッケージ、またはＩＣ用パッケージともいう。この電子部品は、端子取り出し方向
や、端子の形状に応じて、複数の規格や名称が存在する。そこで、その一例について説明
する。

トランジスタで構成される半導体装置は、組み立て工程（後工程）を経て、プリント基
板に脱着可能な部品が複数合わさることで完成する。後工程については、図１７（Ａ）に
示す各工程を経ることで完成させることができる。具体的には、前工程で得られる素子基
板が完成（ステップＳＴ７１）した後、基板の裏面を研削する。この段階で基板を薄膜化
して、前工程での基板の反り等を低減し、部品の小型化を図る。次に、基板を複数のチッ
プに分離するダイシング工程を行う（ステップＳＴ７２）。

図１７（Ｂ）は、ダイシング工程が行われる前の半導体ウエハ７１００の上面図である
。図１７（Ｃ）は、図１７（Ｂ）の部分拡大図である。半導体ウエハ７１００には、複数
の回路領域７１０２が設けられている。回路領域７１０２には、本発明の形態に係る半導
体装置が設けられている。

複数の回路領域７１０２は、それぞれが分離領域７１０４に囲まれている。分離領域７
１０４と重なる位置に分離線（「ダイシングライン」ともいう。）７１０６が設定される
。ダイシング工程ＳＴ７２では、分離線７１０６に沿って半導体ウエハ７１００切断する
ことで、回路領域７１０２を含むチップ７１１０を半導体ウエハ７１００から切り出す。
図１７（Ｄ）にチップ７１１０の拡大図を示す。

分離領域７１０４に導電層や半導体層を設けてもよい。分離領域７１０４に導電層や半
導体層を設けることで、ダイシング工程時に生じうるＥＳＤを緩和し、ダイシング工程に
起因する歩留まりの低下を防ぐことができる。また、一般にダイシング工程は、基板の冷
却、削りくずの除去、帯電防止などを目的として、炭酸ガスなどを溶解させて比抵抗を下
げた純水を切削部に供給しながら行なう。分離領域７１０４に導電層や半導体層を設ける
ことで、当該純水の使用量を削減することができる。よって、半導体装置の生産コストを
低減することができる。また、半導体装置の生産性を高めることができる。

ステップＳＴ７２を行った後、分離したチップを個々にピックアップしてリードフレー
ム上に搭載し接合する、ダイボンディング工程を行う（ステップＳＴ７３）。ダイボンデ
ィング工程におけるチップとリードフレームとの接着方法は製品に適した方法を選択すれ
ばよい。例えば、接着は樹脂やテープによって行えばよい。ダイボンディング工程は、イ
ンターポーザ基板上にチップを搭載し接合してもよい。ワイヤーボンディング工程で、リ
ードフレームのリードとチップ上の電極とを金属の細線（ワイヤー）で電気的に接続する
（ステップＳＴ７４）。金属の細線には、銀線や金線を用いることができる。ワイヤーボ
ンディングは、ボールボンディングとウェッジボンディングの何れでもよい。

ワイヤーボンディングされたチップは、エポキシ樹脂等で封止される、モールド工程が
施される（ステップＳＴ７５）。モールド工程を行うことで電子部品の内部が樹脂で充填
され、機械的な外力による内蔵される回路部やワイヤーに対するダメージを低減すること
ができ、また水分や埃による特性の劣化を低減することができる。リードフレームのリー
ドをメッキ処理する。そしてリードを切断および成形加工する「成型工程」を行う（ステ
ップＳＴ７６）。めっき処理によりリードの錆を防止し、後にプリント基板に実装する際
のはんだ付けをより確実に行うことができる。パッケージの表面に印字処理（マーキング
）を施す（ステップＳＴ７７）。検査工程（ステップＳＴ７８）を経て、電子部品が完成
する（ステップＳＴ７９）。上掲した実施の形態の半導体装置を組み込むことで、低消費
電力で、小型な電子部品を提供することができる。

完成した電子部品の斜視模式図を図１７（Ｅ）に示す。図１７（Ｅ）では、電子部品の
一例として、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）の斜視模式図を示している
。図１７（Ｅ）に示すように、電子部品７０００は、リード７００１およびチップ７１１
０を有する。

電子部品７０００は、例えばプリント基板７００２に実装される。このような電子部品
７０００が複数組み合わされて、それぞれがプリント基板７００２上で電気的に接続され
ることで電子機器に搭載することができる。完成した回路基板７００４は、電子機器等の
内部に設けられる。電子部品７０００を搭載することで、電子機器の消費電力を削減する
ことができる。または、電子機器を小型化することが容易になる。

電子部品７０００は、デジタル信号処理、ソフトウェア無線、アビオニクス（通信機器
、航法システム、自動操縦装置、飛行管理システム等の航空に関する電子機器）、ＡＳＩ
Ｃのプロトタイピング、医療用画像処理、音声認識、暗号、バイオインフォマティクス（
生物情報科学）、機械装置のエミュレータ、および電波天文学における電波望遠鏡等、幅
広い分野の電子機器の電子部品（ＩＣチップ）に適用することが可能である。このような
電子機器としては、カメラ（ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等）、表示装置、パー
ソナルコンピュータ（ＰＣ）、携帯電話、携帯型を含むゲーム機、携帯型情報端末（スマ
ートフォン、タブレット型情報端末など）、電子書籍端末、ウエアラブル型情報端末（時
計型、ヘッドマウント型、ゴーグル型、眼鏡型、腕章型、ブレスレット型、ネックレス型
等）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、デジタルオーディオプ
レイヤー等）、複写機、ファクシミリ、プリンタ、プリンタ複合機、現金自動預け入れ払
い機（ＡＴＭ）、自動販売機、家庭用電化製品などに適用可能である。

＜電子機器＞
次いで、コンピュータ、携帯情報端末（携帯電話、携帯型ゲーム機、音響再生装置など
も含む）、電子ペーパー、テレビジョン装置（テレビ、又はテレビジョン受信機ともいう
）、デジタルビデオカメラなどの電子機器に、上述の電子部品を適用する場合について説
明する。

図１８（Ａ）は、携帯型の情報端末であり、筐体８０１、筐体８０２、第１の表示部８
０３ａ、第２の表示部８０３ｂなどによって構成されている。筐体８０１と筐体８０２の
少なくとも一部には、上述した半導体装置を有する電子部品が設けられている。そのため
、動作の切り替えを高速で行うことが可能な携帯型の情報端末が実現される。

なお、第１の表示部８０３ａはタッチ入力機能を有するパネルとなっており、例えば図
１８（Ａ）の左図のように、第１の表示部８０３ａに表示される選択ボタン８０４により
「タッチ入力」を行うか、「キーボード入力」を行うかを選択できる。選択ボタンは様々
な大きさで表示できるため、幅広い世代の人が使いやすさを実感できる。ここで、例えば
「キーボード入力」を選択した場合、図１８（Ａ）の右図のように第１の表示部８０３ａ
にはキーボード８０５が表示される。これにより、従来の情報端末と同様に、キー入力に
よる素早い文字入力などが可能となる。

また、図１８（Ａ）に示す携帯型の情報端末は、図１８（Ａ）の右図のように、第１の
表示部８０３ａおよび第２の表示部８０３ｂのうち、一方を取り外すことができる。第２
の表示部８０３ｂもタッチ入力機能を有するパネルとし、持ち運びの際、さらなる軽量化
を図ることができ、一方の手で筐体８０２を持ち、他方の手で操作することができるため
便利である。

図１８（Ａ）に示す携帯型の情報端末は、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像な
ど）を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示部に
表示した情報を操作又は編集する機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理
を制御する機能、等を有することができる。また、筐体の裏面や側面に、外部接続用端子
（イヤホン端子、ＵＳＢ端子など）、記録媒体挿入部などを備える構成としてもよい。

また、図１８（Ａ）に示す携帯型の情報端末は、無線で情報を送受信できる構成として
もよい。無線により、電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロー
ドする構成とすることも可能である。

更に、図１８（Ａ）に示す筐体８０２にアンテナやマイク機能や無線機能を持たせ、携
帯電話として用いてもよい。

図１８（Ｂ）は、電子ペーパーを実装した電子書籍端末８１０であり、筐体８１１と筐
体８１２の２つの筐体で構成されている。筐体８１１および筐体８１２には、それぞれ表
示部８１３および表示部８１４が設けられている。筐体８１１と筐体８１２は、軸部８１
５により接続されており、該軸部８１５を軸として開閉動作を行うことができる。また、
筐体８１１は、電源８１６、操作キー８１７、スピーカー８１８などを備えている。筐体
８１１、筐体８１２の少なくとも一には、上述した半導体装置を有する電子部品が設けら
れている。そのため、動作の切り替えを高速で行うことが可能な電子書籍端末が実現され
る。

図１８（Ｃ）は、テレビジョン装置であり、筐体８２１、表示部８２２、スタンド８２
３などで構成されている。テレビジョン装置８２０の操作は、筐体８２１が備えるスイッ
チや、リモコン操作機８２４により行うことができる。筐体８２１およびリモコン操作機
８２４には上述した半導体装置を有する電子部品が設けられている。そのため、動作の切
り替えを高速で行うことが可能なテレビジョン装置が実現される。

図１８（Ｄ）は、スマートフォンであり、本体８３０には、表示部８３１と、スピーカ
ー８３２と、マイク８３３と、操作ボタン８３４等が設けられている。本体８３０内には
、上述した半導体装置を有する電子部品が設けられている。そのため動作の切り替えを高
速で行うことが可能なスマートフォンが実現される。

図１８（Ｅ）は、デジタルカメラであり、本体８４１、表示部８４２、操作スイッチ８
４３などによって構成されている。本体８４１内には、先の実施の形態に示す半導体装置
が設けられている。そのため、低消費電力化が図られたデジタルカメラが実現される。

＜本明細書等の記載に関する付記＞
本明細書等において、「第１」、「第２」、「第３」という序数詞は、構成要素の混同
を避けるために付したものである。従って、構成要素の数を限定するものではない。また
、構成要素の順序を限定するものではない。

本明細書等において、ブロック図では、構成要素を機能毎に分類し、互いに独立したブ
ロックとして示している。しかしながら実際の回路等においては、構成要素を機能毎に切
り分けることが難しく、一つの回路に複数の機能が係わる場合や、複数の回路にわたって
一つの機能が関わる場合があり得る。そのため、ブロック図のブロックは、明細書で説明
した構成要素に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。

なお図面において、同一の要素または同様な機能を有する要素、同一の材質の要素、あ
るいは同時に形成される要素等には同一の符号を付す場合があり、その繰り返しの説明は
省略する場合がある。

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。

また、本明細書等において、電圧と電位は、適宜言い換えることができる。電圧は、基
準となる電位からの電位差のことであり、例えば基準となる電位をグラウンド電位（接地
電位）とすると、電圧を電位に言い換えることができる。グラウンド電位は必ずしも０Ｖ
を意味するとは限らない。なお電位は相対的なものであり、基準となる電位によっては、
配線等に与える電位を変化させる場合がある。

本明細書等において、スイッチとは、導通状態（オン状態）、または、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。または、
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。

一例としては、電気的スイッチ又は機械的なスイッチなどを用いることができる。つま
り、スイッチは、電流を制御できるものであればよく、特定のものに限定されない。

なお、スイッチとしてトランジスタを用いる場合、トランジスタの「導通状態」とは、
トランジスタのソースとドレインが電気的に短絡されているとみなせる状態をいう。また
、トランジスタの「非導通状態」とは、トランジスタのソースとドレインが電気的に遮断
されているとみなせる状態をいう。なおトランジスタを単なるスイッチとして動作させる
場合には、トランジスタの極性（導電型）は特に限定されない。

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、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。

Ｃ１ 状態
Ｃ２ 状態
Ｃ３ 状態
ＣＳ０ スイッチ
ＣＳ１ スイッチ
ｍ０ ノード
ｍ１ ノード
Ｍ１ トランジスタ
Ｍ２ トランジスタ
Ｍ３ トランジスタ
ｍｂ０ ノード
ｍｂ１ ノード
ＭＥＭ＿０ コンフィギュレーションメモリ
ＭＥＭ＿１ コンフィギュレーションメモリ
ＭＥＭ＿３ コンフィギュレーションメモリ
ＳＴ７２ ダイシング工程
Ｔ０ 時刻
Ｔ１ 時刻
Ｔ２ 時刻
Ｔ３ 時刻
Ｔ４ 時刻
Ｔ５ 時刻
Ｔ６ 時刻
Ｔ７ 時刻
Ｔ８ 時刻
Ｔ９ 時刻
Ｔ１０ 時刻
Ｔ１１ 時刻
Ｔ１２ 時刻
Ｔ１３ 時刻
Ｔ１４ 時刻
Ｔ１５ 時刻
Ｖｅ０ 電位
Ｖｅ１ 電位
ｗｌ０ 制御信号線
ｗｌ１ 制御信号線
１０ トランジスタ層
１２ トランジスタ
１４ 半導体層
１６ ゲート電極
２０ 配線層
２０Ａ 配線層
２０Ｂ 配線層
２２ 配線
２４ 絶縁層
３０ トランジスタ層
３２ トランジスタ
３４ 半導体層
３５ 光
３６ ゲート電極
４０ 配線層
４０Ａ 配線層
４０Ｂ 配線層
４２ 配線
４４ 絶縁層
５１ 画素回路
５２ 画素回路
６１ 層
６２ 層
６３ 層
７０ 基板
７１ 電極
７２ 発光層
７３ 電極
７４ カラーフィルター
７５ 電極
８０ 基板
８１ 反射電極
８２ 導電層
８３ 開口
８４ 液晶
８５ 導電層
８６ カラーフィルター
８７ 電極
９０ 画素
９１ 反射光
９２ 光
１０１ センサ
１０２ アプリケーションプロセッサ
１０３ コンフィギュレーションコントローラ
１０４ コンフィギュレーションメモリアレイ
１０５ 画像プロセッサ
１０６ ホストコントローラ
１０７ インターフェイス
１０８ 補正パラメータ保持回路
１０９ 補正選択回路
１１０ ドライバＩＣ
１１１ ドライバＩＣ
１１２ 表示部
１１３ 表示部
１１４ 液晶素子
１１５ 発光素子
１１６ ガンマ補正回路
１１７ 調光補正回路
１１８ 曲面補正回路
１１９ 閾値補正回路
１２０ 調色補正回路
１３０ 表示装置
２０１ トランジスタ
２０２ トランジスタ
２０３ トランジスタ
２０４ トランジスタ
２０５ トランジスタ
２０６ トランジスタ
２０７ キャパシタ
２０８ トランジスタ
２０９ トランジスタ
２１０ トランジスタ
２１１ トランジスタ
２１２ トランジスタ
２１３ トランジスタ
２１４ キャパシタ
２１６ バッファ回路
２１７ トランジスタ
２１８ 導電体
２２０ 絶縁体
２２２ 絶縁体
２２４ 絶縁体
２３０ 酸化物
２３０ａ 酸化物
２３０ｂ 酸化物
２３０ｃ 酸化物
２４０ａ 導電体
２４０ｂ 導電体
２４４ 導電体
２４６ａ 導電体
２４６ｂ 導電体
２５０ 絶縁体
２６０ 導電体
２７０ 絶縁体
２８０ 絶縁体
２８２ 絶縁体
２８４ 絶縁体
３００ キャパシタ
３００Ａ キャパシタ
３０１ 基板
３０２ 半導体領域
３０４ 絶縁体
３０６ 導電体
３０８ａ 低抵抗領域
３０８ｂ 低抵抗領域
３２０ 絶縁体
３２２ 絶縁体
３２４ 絶縁体
３２６ 絶縁体
３２８ 導電体
３３０ 導電体
３５０ 絶縁体
３５２ 絶縁体
３５４ 絶縁体
３５６ 導電体
３５８ 導電体
４００ トランジスタ
４０５ 導電体
４１０ 絶縁体
４１２ 絶縁体
４１４ 絶縁体
４１６ 絶縁体
５００ トランジスタ
５００Ａ トランジスタ
６０２ 絶縁体
６０４ 導電体
６１２ 絶縁体
６１６ 導電体
６２０ 絶縁体
６２２ 絶縁体
６２４ 導電体
６２６ 導電体
６２８ 導電体
６３１ 基板
６３２ 基板
８０１ 筐体
８０２ 筐体
８０３ａ 表示部
８０３ｂ 表示部
８０４ 選択ボタン
８０５ キーボード
８１０ 電子書籍端末
８１１ 筐体
８１２ 筐体
８１３ 表示部
８１４ 表示部
８１５ 軸部
８１６ 電源
８１７ 操作キー
８１８ スピーカー
８２０ テレビジョン装置
８２１ 筐体
８２２ 表示部
８２３ スタンド
８２４ リモコン操作機
８３０ 本体
８３１ 表示部
８３２ スピーカー
８３３ マイク
８３４ 操作ボタン
８４１ 本体
８４２ 表示部
８４３ 操作スイッチ
７０００ 電子部品
７００１ リード
７００２ プリント基板
７００４ 回路基板
７１００ 半導体ウエハ
７１０２ 回路領域
７１０４ 分離領域
７１０６ 分離線
７１１０ チップ

Claims (1)

1. 照度を検出する機能を有するセンサと、
   前記照度の変化が検出されると、検出された前記照度に応じた演算パラメータを演算により更新する機能と、前記演算パラメータが更新されるまでの間、予め用意された複数のパラメータのうち一のパラメータを、検出された前記照度に応じて選択するためのコンテキスト切り替え信号を生成する機能と、を有するアプリケーションプロセッサと、
   前記演算パラメータに対応する第１のコンフィギュレーションデータを生成する機能、及び、前記複数のパラメータにそれぞれ対応する複数の第２のコンフィギュレーションデータを生成する機能を有するコンフィギュレーションコントローラと、
   前記第１のコンフィギュレーションデータと、前記複数の第２のコンフィギュレーションデータとを保持する機能を有するコンフィギュレーションメモリアレイと、
   演算により前記演算パラメータが更新されるまでの間、前記コンテキスト切り替え信号によって選択された前記一のパラメータに対応する前記第２のコンフィギュレーションデータに応じて画像処理を実行し、前記演算パラメータが更新された後、更新後の前記演算パラメータに対応する前記第１のコンフィギュレーションデータに従って画像処理を実行する機能を有する画像プロセッサと、を有し、
   前記コンフィギュレーションメモリアレイは、複数のコンフィギュレーションメモリを有し、
   前記コンフィギュレーションメモリは、チャネル形成領域となる半導体層に酸化物半導体を含むトランジスタを有する半導体装置。

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