JPS62136063A - 集積回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、従来１層だった集積回路層を絶縁層を挾んで
多層に積層化したいわゆる３次元集積回路内に映像表示
用液晶セルを用いたテレビ画像受信装置を形成した集積
回路に関するものである。

〔従来の技術と発明の背景〕

液晶パネルを用いたテレビ画像表示装置は、放送電波を
受信するアンテナで電波を受けたあと選局および周波数
変換を行なうチー−す、そのチュ−ナで一定の周波数に
周波数変換された中間周波信号を増幅する中間周波増幅
部、その中間周波信号を検波し、映像信号と音声信号を
それぞれ得る映像信号回路と音声信号回路からなるアナ
ログ受信回路ブロックと、アナログビデオ信号を受は取
って液晶駆動波形を合成し、液晶を階調を持たせてマト
リクス駆動する液晶パネル駆動回路とマトリクス画素配
置の映像表示用の液晶パネルとからなる液晶パネル駆動
ブロックとから構成される。

液晶テレビ受信装置は、小型携帯情報機器としてボケ、
ト電卓、ポケット電訳機等に続くものとして、今後大き
な市場が期待される。これはテレビ信号を受信して液晶
表示板にテレビ画像を表示したり、あるいはポケットコ
ンピューターなどの情報端末装置としても使用ができる
ものである。

したがって、他の小型携帯情報機器と同様に、低消費電
力ｆヒ、小型化、薄型化、高性能化の要求が強い。

従来、この種の液晶テレビ受信装置はアナログ受信回路
ブロックとして、プリント基板、あるいはセラミック基
板上に各種個別部品を装着し、金属筐体に収納した。電
子チューナ、さらに中間周波信号用集積回路、映像信号
用集積回路、音声信号用集積回路、その他各種フィルタ
、トランジスタ、ダイオード、コンデンサ、コイルなど
の各種個別部品をプリント基板上に実装し、構成されて
いる。また液晶パネル駆動ブロックとしても、該アナロ
グ受信回路ブロックと同様に、液晶パネル駆動用集積回
路、液晶パネル、その他トランジスタ、ダイオード、コ
ンデンサなどの各種個別部品をプリント基板に実装し、
構成されている。

現在、液晶テレビ受信装置はさらに小型化、薄型化が進
められているものの、個別部品そのものの容積縮小は、
電気的性能の劣化を招いたり、価格が高くなったりしが
ちである。また、プリント基板上の部品の異常な高密度
の実装は、実装の自動化、実装後の調整の困難さから量
産性の阻害を招く。またプリント配線パターンの高密度
化も電磁的、静電的な誘導を起こし、プリント基板の電
気的性能の劣化など信頼性の低下を招く。

絶縁膜を介して多層に積層された半導体活性層をもつい
わゆる３次元集積回路の特徴としては、従来１層で構成
された集積回路、いわゆる２次元集積回路に比べて、■
高集積・高密度化■高速化■並列情報処理■多機能化が
挙げられよう。すなわち■の高集積φ高密度化は明らか
で、単純にたとえば１０層重ねれば１０倍の集積度向上
となる。

しかも、電力消費の大きい入出力回路を各層に設ける必
要はなくなる。したがって消費電力は２次元集積回路に
比してはるかに小さくなる。■の高速化は、配線による
信号遅れが小さくなることである。２次元集積回路では
、その規模が大きくなるにつれて配線容量、配線抵抗の
増加が著しい。

３次元集積回路では貫通孔（スルーホール）を上下層間
の絶縁膜に設けて信号をやりとりできる。

２次元集積回路では配線の長いものでは数ｍｍオーダに
達するが、３次元集積回路では上下層間は数μｍである
。また３次元集積回路では絶縁膜上に素子が形成される
ので素子に付属する余分な電気容量が小さい、そのため
素子自身も高速になる。

■については構造上３次元集積回路は並列情報処理がし
やすい。数千、致方といったスルーホールを設け、一度
に多くの情報を上下層間でやりとりできる。■多機能。

各層単位あるいは特定の複数層単位に、独立した機能を
もたせることができる。

（現在、３次元ＩＣ作製技術は基本的には２次元ＬＳＩ
技術によるところが大きい。）３次元集積回路を作る技
術で最も重要なものは、通常では結晶性のない絶縁物上
に回路要素を作るに足る単結晶シリコンを形成する技術
である。現在はレーザや電子線を走査して多結晶を溶融
再結晶化させる方法が主流になっている。３次元集積回
路は、上層の結晶形成時に下層にすでに作り込んだ素子
が破壊されたり、その特性が劣化しないための配慮が必
要であり、そのため基板全体を高温にしな（・方法を採
る。レーザや電子線では表面層が溶融（１４００℃以上
）するが、その時間は数ｍｓと短いので実効的なプロセ
ス温度は低い。

絶縁膜上に堆積した多結晶シリコンをレーザ光で溶融・
再結晶化する場合、単純な１層のＳＯＩ（シリコン　オ
ン　インシュレータ）構造に比を積層構造になると難し
くなる点がある。それは、（７）結晶成長を行なう絶縁
膜表面が平坦ではない。

（イ）下層に熱伝導率の異なる材料が、場所的に異ｔっ
だ厚みで積層されているために温度分布が乱えることで
ある、（７）の解決のためには２次元集積「路で要求さ
れるよりはるかに高精度の表面平坦ｆ：技術が必要であ
る。ガラス膜による平坦化のは力に、スパッタエツチン
グや、リン・ガラスのリニロ−１あるいはレジスト塗布
後のドライ・エクプングなどの技術で±０．１μｍ精度
の平坦化が可用になっている。（イ）の対策としては層
間の酸化シ１ｊコン膜を厚くして基板側への熱の逃げを
平均化する。酸化シリコン膜は熱伝導率が小さいので下
んのデバイス保護にも有効である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

したがってこれらの問題点を解決するために、チー−す
をはじめとして、現状の中間周波信号片集積回路、映像
信号用集積回路、音声信号用集杉回路などの受信回路ブ
ロックや、液晶パネル駆動ξ　　ブロックのより大規模
な統合化、一体化、集積化が期待されている。

集積化のプロセスとして、バルクシリコン基板上のバイ
ポーラトランジスタ集積回路、ＭＯＳＦＥＴ−集積回路
などがあるがどちらも素子に寄生する容］　　量が大き
いことや、配線と基板間の容量が大きく、またこれらの
寄生容量に打ち勝つためには、太き・　　なバイアス電
圧や、大電流を必要とするために大規模な集積化や高周
波化、低消費電力化は著しく困難である。

本発明の目的はこのような問題点を解決するための液晶
テレビ受信装置を形成する集積回路を提−供することで
ある。

１　〔問題点を解決するための手段〕 本発明は絶縁膜を介して多層に積層された半導体活性層
をもつ集積回路に、液晶テレビ受信装置の選局回路ブロ
ックの能動素子を、前記集積回路１　　の最下層に位置
する半導体活性層に形成し、映像［表示用液晶パネルを
、最上層に位置する半導体活ｉ　　性層に形成し、液晶
テレビ受信装置の集積回路の小形化、薄形化、高性能化
、低消費電力化を行なうものである。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面に基づいて詳述する。

第１図は本発明の実施例を示すもので、液晶テレビ受信
装置の各ブロックを、絶縁膜を介して多層に積層された
半導体活性層に形成した集積回路を示す模式図である。

１０は基板、２０は半導体活性層、３０は絶縁膜、１０
０は選局回路、１１０は弾性表面波素子層、１２０は中
間周波増幅回路と映像信号回路と音声信号回路、１６０
は液晶パネル駆動回路、１４０は映像表示用液晶パネル
、１５０．１５１はシールド層、２００は受信回路ブロ
ック、２１０は液晶パネル駆動ブロックである。

現在のところ３次元集積回路の問題の１つに素子特性の
バラツキがある。現在のレーザ再結晶化技術は、高層化
に備えて種結晶を用いていない。

このため多結晶シリコンの優先方位である（１１０）面
が、再結晶後のシリコン層にも優先的に現れる、しかし
その出現は１００％ではない。この結果、ウェハー内の
素子特性のバラツキが出る。複雑な下層構造と相まって
上層はど移動度が劣りやすく、また移動度そのもののバ
ラツキが出やすい。

したがって液晶テレビ受信装置内で最も高い周波数帯で
あるＶＨＦ、ＵＨＦ帯の信号を処理する選局回路１００
の集積化に最適な半導体活性層２０は移動度が最も大き
く、バラツキの出にく（・最下層に形成することが効果
的である。さらに最下層の半導体活性層２０の下の絶縁
膜の表面は最も平坦であることも選局回路１００用の高
周波素子の作製に極めて有利である。特に基板１０がた
とえばサファイア基板であれば、配線と基板１０間の容
量が小さいこと、またＭＯＳＦＥＴを形成する場合でも
、ソースやドレインと基板１０間の容量が小さ℃・ので
高速化、低消費電力化が可能である。またＶＨＦ、ＵＨ
Ｆ帯においては集中定数スパイラルインダクタが、例え
ばＦＥＴの入出力の整合回路や同調回路、あるいはスパ
イラルインダクタの自己共振現象を利用した高周波チョ
ークに利用できる。このスパイラルインダクタは、その
配線パターンの寸法精度が重要で電気的特性に太き（影
響するが、ＳＯ８基板上に金属、たとえばアルミニウム
、モリブデン、あるいは、シリサイド化合物な被着させ
、エツチング後の配線パターンは十分な寸法精度を有し
ている。

弾性表面波素子層１１０は選局回路１００の出力部と結
合されている。弾性表面波素子フィルタはシリコン基板
上に圧電性の薄膜を例えば、スパッタ蒸着、真空蒸着、
あるいは化学的気相成長法により被着させ、その上に表
面波送信用、受信用のくし形電極を設けることにより形
成される。弾性表面波素子では、表面波のエネルギーが
圧電基板の表面から表面波の１波長程度の厚さに集中し
ている。したがって圧電性のない基板を用いても基板表
面を表面波の１波長程度の厚さの圧電性の薄膜で覆いさ
えすれば、バルク圧電単結晶基板を用いなくても弾性表
面波素子を作ることができる。

したがって圧電性基板材料を薄膜状態で用いることによ
り、その使用量を大幅に節減できるため低価格ｆヒが可
能である。またこのような薄膜弾性表面波素子では圧電
性の薄膜と非圧電性基板との多層構造となっているので
、表面波の伝播特性は圧電性の薄膜と非圧電性基板との
相互の特性で決まる。したがって同一圧電性薄膜材料で
も、圧電薄膜の膜厚や基板材料の種類を変えて、表面波
の音速や、素子の中心周波数、遅延時間の温度特性を変
えることができる。さらに表面波の実効的電気機械結合
係数も、（し形電極の構成や、圧電性薄膜の膜厚によっ
て変化し、最適条件を選ぶこと：Ｃより電気機械結合係
数がバルク圧電単結晶基板を用℃・たときより太き（な
るという薄膜効果が得られる。表面波の位相速度が速（
、高周波に向く圧電性薄膜の材料として、例えば、高速
圧電体の窒化アルミニウム薄膜や、酸化亜鉛薄膜が適し
ている。この酸化亜鉛はシリコン基板上に、スパッタ法
などによりレーリー波の基本モードや、位相速度、結合
係数とも（（大きいＳｅｚａｗａモードが励振される。

またシリコン基板に石英層を設けた、酸化亜鉛／石英／
シリコン構造では石英層の厚みにより、温度特性が改善
される。また第１図では選局回路層の上に弾性表面波素
子層を形成しであるが、選局回路層に弾性表面波素子フ
ィルタを形成してもよいことはいうまでもない。この場
合、基板１０がサファイア基板であるときは、酸化亜鉛
／サファイア構造となり位相速度が速（なる高音速特性
や高結合特性などの効果も期待できる。

また単にフィルタ用の素子としてだけでなく高周波用の
共振器や、電圧制御型発振器用にも使用でき、ダブルス
−パーヘテロダイン受信機の局部発振器にも応用できる
。

映像表示用液晶パネル１４０に使用されるマトリクス画
素配置されたスイッチング素子は、当然のことながら半
導体活性層２０の最上層に形成される。その半導体活性
層２０は単結晶シリコンである必要はなく、多結晶シリ
コンでもアクティブマトリクス用のスイッチング素子と
して十分な性能をもつものが形成でき、単結晶化のプロ
セスが不要になる。また最上層であるため配線には融点
の低い金属でもよくたとえばアルミニウムが容易に使用
できる。そのためスイッチング素子の画素電極はアルミ
ニウムで形成し、反射板と兼用する構造とすることによ
り反射形の液晶パネルを形成できる。

シールド層１５１は選局回路１００と弾性表面波素子層
１１００間に設けられ、選局回路１００を構成する局部
発振器からの発振信号が外部へ漏え（・するのを防いだ
り、また逆に外部からの電磁的ノイズなどが選局回路１
００内へ侵入することを防いでいる。シールド層１５１
は液晶パネル、駆動ブロック２１０と受信回路ブロック
２００の干渉を防ぐために設けられて℃・る。

この液晶パネル駆動ブロック２１０にはパルス信号が使
用されるが、このパルス信号の周波数成分は直流から数
百Ｍ　Ｉｌｚのテレビ放送周波数帯にいたるまでの広帯
域に及び該駆動パルス信号による外乱電磁波すなわちパ
ルスノイズが空間に電磁放射されたりまた本発明のよう
な３次元集積回路の場合には上下層間で干渉、クロスト
ークが発生する。

このパルスノイズが受信用のアンテナ、あるいは中間周
波増幅回路・映像信号回路・音声信号回路の高利得の増
幅段に混入し、テレビの画質や音質を著しく劣化させる
原因となる。

シタ力って、このパルスノイズの混入を防ぐために液晶
パネル、駆動回路ブロックと受信回路ブロックを分離し
、液晶パネル駆動回路ブロックだけ、あるいは液晶パネ
ル駆動回路と、受信アンテナを除し・た受信回路ブロッ
クの両方を金属膜などで包み、電磁シールドを施すなど
の対策が効果的である。

第２図に液晶テレビ受信装置の一般的な回路構成と、液
晶パネル駆動回路ブロックから放射されるパルスノイズ
の混入経路を示すブロック図を示す。６２６は受信アン
テナ、３２８はチニーナ、６６０は中間周波増幅回路、
６３２は映像信号回路、３３４は音声信号回路、６６６
は液晶パネル駆動回路、６３８は液晶パネル、３４０は
受信器ブロック、３４２は液晶パネル駆動ブロック、６
４４は放送電波、６４６は液晶パネル、駆動ブロック６
４２がら空間的に電磁放射されたり集積回路層の上下層
に干渉するパルスノイズである。

第２図に示すように液晶パネル５躯動回路３３６と液晶
セルから放射されるパルスノイズ６４６は受信アンテナ
６２６や、中間周波増幅回路６６０・映像信号回路３３
２、音声信号回路３３４の高利得の増幅段に混入し、そ
の受信性能を著しく低下させ、画質や音質に重大な悪影
響を与える。

したがって３次元集積回路でも上下層の干渉、クロスト
ーク回避のため、層間にシールド層を形成することが効
果的である。シールド層は導電性の薄膜、たとえばＮ＋
、あるいはＰ＋の高濃度拡散色、あるし・はモリブデン
、タングステンなどの高融点金属あるいはモリブデンシ
リサイドなどのシリサイド化合物を絶縁膜層内、ある（
・は絶縁層と絶縁層の間に形成する。第３図は第１図の
シールド層１５０の近傍の構造を示す拡大断面図である
。第１図と同一の物には同一の番号が付しである。４１
０はスルーホール配線、４００は弾性表面波素子用の薄
膜圧電体、４２０はくし形電極、４３０はゲート、４４
０はドレイ／、４５０はソース、４６０はゲート酸化膜
である。

選局回路１００の出力部がスルーホール配線４１０によ
り弾性表面波素子の入力用のくし形電極４２０に接続さ
れている。

第４図は第１図のシールド層１５１の近傍の構造を示す
拡大断面図である。やはり第１図、第３図と同一の物に
は同一の番号が付しである。

〔発明の効果〕

以上の説明で明らかなように本発明によれば、液晶テレ
ビ受信装置用の集積回路の大規模化、統合化、一体化が
可能になり、液晶テレビ受信装置の高性能化、高周波化
、低消費電力化、小型化の効果が顕著である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の液晶テレビ受信装置を絶縁層
を介して多層に積層された半導体活性層に形成した集積
回路を示す模式図。第２図は従来の液晶テレビ受信装置
と、液晶パネル駆動ブロックから放射されるパルスノイ
ズの混入経路を示すブロック図。第３図、第４図は本発
明の３次元集積回路のシールド層の拡大断面図。 ２０・・・・・・半導体活性層、６０・・・・・・絶縁
膜、１００・・・・・・選局回路、 ２００・・・・・・受信回路ブロック、１５０．１５１
・・・・・・シールド層、１１０・・・・・・弾性表面
波素子層、−ν一一一、−′

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）選局回路と中間周波増幅回路と映像信号回路と音
   声信号回路を有する受信回路ブロックと、映像信号を受
   けとって液晶を階調をもたせて駆動する液晶パネル駆動
   回路とマトリクス画素配置の映像表示用液晶パネルを有
   する液晶パネル、駆動ブロックとを備え、前記受信回路
   ブロックと前記液晶パネル駆動ブロックの能動素子と受
   動素子を、絶縁膜を介して多層に積層された半導体活性
   層に形成することを特徴とした集積回路。
2. （２）選局回路の能動素子と受動素子を集積回路の最下
   層の半導体活性層に形成し、マトリクス画素が配置され
   た映像表示用液晶パネルを最上層の半導体活性層に形成
   することを特徴とした特許請求の範囲第１項記載の集積
   回路。
3. （３）受信回路ブロックを形成した半導体活性層と液晶
   パネル、駆動ブロックを形成した半導体活性層の間に良
   導電性金属膜によるシールド層を配置したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の集積回路。
4. （４）半導体活性層はシリコンであることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の集積回路。
5. （５）中間周波増幅回路はフィルタ素子を有し、該フィ
   ルタ素子は圧電性材料の薄膜を半導体基板上、あるいは
   絶縁層上に形成した弾性表面波素子であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の集積回路。