JP6757610B2 - Semiconductor device - Google Patents
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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。 One aspect of the present invention relates to semiconductor devices, electronic components, and electronic devices.
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:Programmable 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。 A programmable logic device (PLD: Programmable Logic Device) has a plurality of programmable logic elements (PLE: Programmable Logic Element). In PLE, the configuration data is stored in the configuration memory.
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。 A multi-context PLD has been proposed (for example, Non-Patent Document 1). The multi-context method is a method in which a plurality of configuration data corresponding to a plurality of functions are stored in the PLD, and the functions of the PLD are switched by switching the configuration data to be used.
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。 There is a demand for semiconductor devices that can supply image-processed image data to displays in response to changes in the environment immediately. In this case, it is necessary to change the parameters for image processing the image data in response to changes in the environment immediately.
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。 When changing the parameters for image processing of image data, it is necessary to calculate the parameters according to the changes in the environment. It takes time to calculate this parameter, and it also takes time to update the parameter obtained by the calculation, so that it is difficult to change the parameter immediately in response to a change in the environment.
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。 One aspect of the present invention is to provide a semiconductor device capable of changing parameters for image processing of image data in response to changes in the environment immediately. One aspect of the present invention is to provide a semiconductor device capable of realizing low power consumption.
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。 One aspect of the present invention includes a sensor, an application processor, a configuration controller, a configuration memory array, and an image processor, the sensor has a function of detecting illuminance, and the application processor has an illuminance. The configuration controller has a function of generating arithmetic parameters for changing the display according to the arithmetic parameters and a function of generating a context switching signal, and the configuration controller has a function of generating first configuration data according to the arithmetic parameters. And has the function of generating multiple second configuration data according to the tentative parameters, and the configuration memory array responds to any one of the plurality of second configuration data by controlling the context switching signal. A semiconductor having a function of outputting a first output signal to the image processor and a function of outputting a second output signal corresponding to the first configuration data updated by the control of the configuration controller to the image processor. It is a device.
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。 In one aspect of the present invention, the configuration memory array has a plurality of configuration memories, and the configuration memory includes a first charge holding circuit, a second charge holding circuit, a first switch, and a first. It has two switches and a buffer circuit, and the first charge holding circuit and the second charge holding circuit have a first transistor and a second transistor, respectively, and have a first transistor and a second transistor. Each of the second transistors has an oxide semiconductor in a semiconductor layer serving as a channel forming region, and one of the source and drain of the first transistor is electrically connected to the gate of the second transistor, so that the second transistor has a second transistor. One of the source or drain of the transistor is electrically connected to one terminal of the first switch or one terminal of the second switch, and the other terminal of the first switch is the other terminal of the second switch. Electrically connected to a terminal, the other terminal of the first switch and the other terminal of the second switch are electrically connected to the input terminal of the buffer circuit, electrostatically connected to one terminal of the first switch. It is preferable that the capacitance is larger than the capacitance of the input terminal of the buffer circuit, and the capacitance of one terminal of the second switch is larger than the capacitance of the input terminal of the buffer circuit.
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。 In one aspect of the present invention, a semiconductor device in which the on or off of the first switch and the second switch is controlled by a context switching signal is preferable.
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。 In one aspect of the present invention, the first switch and the second switch each have a third transistor, and the third transistor is preferably a semiconductor device having silicon in the semiconductor layer serving as a channel forming region.
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。 In one aspect of the present invention, the first transistor and the second transistor are preferably semiconductor devices provided on the upper layer of the third transistor.
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。 In one aspect of the present invention, the semiconductor device has a first capacitive element and a second capacitive element, and the capacitance of the first capacitive element is the capacitance of one terminal of the first switch. Yes, the capacitance of the second capacitive element is the capacitance of one terminal of the second switch, and the first capacitive element and the second capacitive element are the first transistor and the second transistor. It is preferable that it is provided on the upper layer.
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。 Further, another aspect of the present invention is described in the description and drawings of the embodiments described below.
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。 One aspect of the present invention can provide a semiconductor device capable of changing parameters for image processing image data in response to changes in the environment immediately. One aspect of the present invention can provide a semiconductor device capable of realizing low power consumption.
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。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. However, it is easily understood by those skilled in the art that the embodiments can be implemented in many different embodiments, and that the embodiments and details can be variously changed without departing from the spirit and scope thereof. .. Therefore, one aspect of the present invention is not construed as being limited to the description of the following embodiments.
<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。
<Semiconductor device configuration example>
The configuration of the semiconductor device according to one aspect of the present invention will be described. The semiconductor device according to one aspect of the present invention has a function of switching parameters used for image processing stored as configuration data according to a change in the output of the sensor.
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。
FIG. 1 shows a block diagram of a semiconductor device. The block diagram of FIG. 1 illustrates a
センサ101は、アプリケーションプロセッサ(Application Processor)と接続されている。
The
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。
Although one sensor is shown in FIG. 1, a plurality of sensors may be provided. Examples of the
センサ101は、使用する環境の変化に関するデータDsensor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 Circuit)の通信規格を用いることができる。
The
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。
The
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Dsensorを用いて使用する環境の変化を判定する機能を有する。
The
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(Ps)を演算する機能を有する。この適切なパラメータ(Ps)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Psともいう。
アプリケーションプロセッサ102は、パラメータPs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DComp)に変換し、そのデータDComp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DCompの出力にI2Cの通信規格を用いるものとする。
Here, it is assumed that the I2C communication standard is used for the output of the data D Comp from the
アプリケーションプロセッサ102は、パラメータPs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(Pt)からパラメータPs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(Pt)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(Pt)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Ptともいう。
パラメータPt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Ptの選択に要する時間は、演算によって求めるパラメータPsの演算時間と比較して非常に短い。 The parameter P t can be obtained only by a simple magnitude comparison operation. Therefore, the time required for selecting the parameter P t is very short as compared with the calculation time of the parameter P s obtained by calculation.
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。
The
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Ps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datab、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。
The bit widths of the configuration data signal line data, the complementary signal line data of the configuration data signal line data, and the write control signal line wl are appropriately changed according to the number of configuration memories or the number of contexts of the
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。
The
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Px[N:0]を出力する機能を有する。
The
パラメータPx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。 The bit width of the parameter P x is N + 1 from 0 to N. N is a natural number.
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。
The
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。
The
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Px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Ps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Psに最も近いパラメータPtをパラメータPx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。
The semiconductor device of FIG. 1 executes image processing with the parameter P t closest to the parameter P s as the parameter P x while detecting the change in the environment in which it is used and calculating the parameter P s with the
<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。
<Configuration memory array configuration>
FIG. 2 is a block diagram for explaining the
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。 Although the memory cells are arranged one-dimensionally in FIG. 2, other arrangements may be used. For example, a configuration in which memory cells are arranged two-dimensionally by arranging them in a matrix, or a configuration in which memory cells are arranged three-dimensionally by arranging memory cells arranged in a matrix in multiple layers can be used. ..
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Px[0]乃至[3]に接続されている。 As shown in FIG. 2, the configuration memories MEM_0 to MEM_3 are configured data signal lines data [0] to [3], complementary signal lines data [0] to [3] of the configuration data signal line data, and write control. Signal lines wl [0] to [3], context selection signal lines ctx [0] to [3], complementary signal lines ctxb [0] to [3] and parameters of context selection signal lines ctx [0] to [3] It is connected to the data signal line P x [0] to [3].
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。 For example, the configuration memory MEM_0 is configured by a signal transferred using the configuration data signal line data [0], the complementary signal line data [0] of the data [0], and the write control signal line wl [0]. To. The description of the configuration memories MEM_1 to MEM_3 is the same as that of the configuration memory MEM_0.
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。 The configuration memories MEM_0 to MEM_3 can write, for example, four contexts.
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ctxb[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。 For example, the configuration memory MEM_0 is transferred using the complementary signal lines ctxb [0] to [3] of the context selection signal lines ctx [0] to [3] and the context selection signal lines ctx [0] to [3]. The context can be switched by the signal. The description of the configuration memories MEM_1 to MEM_3 is the same as that of the configuration memory MEM_0.
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Pt3[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Pt1[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Pt2[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Ps[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。
For example, the parameter P t3 [0] used in a relatively bright situation is held in the
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Px[0]を用いて内部に保持されているパラメータPt3[0]、パラメータPt1[0]、パラメータPt2[0]およびパラメータPs[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。 The configuration memory MEM_0 has parameters P t3 [0], parameter P t1 [0], parameter P t 2 [0], and parameter P s [0] held internally using the parameter data signal line P x [0]. One of the parameters of [0] is selected by the context selection signal lines ctx [0] to [3] and ctxb [0] to [3], and is output as parameter data. The description of the configuration memories MEM_1 to MEM_3 is the same as that of the configuration memory MEM_0.
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Ms、Mtを保持する構成を図示している。例えば電荷保持回路MsにはパラメータPs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MtにはパラメータPt1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Pt2、パラメータPt3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Mtを追加で複数設ければよい。 FIG. 3 describes the configuration of the configuration memory MEM_A applicable to the configuration memories MEM_0 to MEM_3 of FIG. Note that FIG. 3 illustrates a configuration for holding the charge holding circuits M s and M t corresponding to two contexts, for example. For example, the charge holding circuit M s can hold data corresponding to the parameter P s . For example, the charge holding circuit M t can hold data corresponding to the parameter P t 1 . When the configuration memory MEM_A further holds a plurality of parameters such as the parameter P t2 and the parameter P t 3 , a plurality of charge holding circuits M t may be additionally provided.
コンフィギュレーションメモリMEM_Aは、電荷保持回路Ms、電荷保持回路Mt、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Pt2、パラメータPt3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Mt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。
The configuration memory MEM_A is composed of a charge holding circuit M s , a charge holding circuit M t , a switch CS0, a switch CS1, a
電荷保持回路Ms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。
The charge holding circuit Ms includes a transistor 201, a transistor 202, a
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。 The gate of the transistor 201 is connected to the write control signal line wl0. One of the source and drain of transistor 201 is connected to the data line data. The other of the source or drain of transistor 201 is connected to the gate of transistor 202. The back gate of the transistor 201 is connected to the threshold control line MG. The node to which the other of the source or drain of the transistor 201 and the gate of the transistor 202 are connected is called a node m0.
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PG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。 One of the source and drain of the transistor 202 is connected to the high potential power line VDD. The other of the source or drain of the transistor 202 is connected to the context switch input signal line swing [0]. The back gate of the transistor 202 is connected to the threshold control line PG. The context switch input signal line swing [0] is connected to one terminal of the switch CS0.
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。
The gate of the
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PGに接続される。 One of the source and drain of transistor 204 is connected to the low potential power line VSS. The other of the source or drain of transistor 204 is connected to the context switch input signal line swing [1]. The back gate of the transistor 204 is connected to the threshold control line PG.
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。 In the transistor 201, the potential of the data line data is written to the node m0 at a high level of the potential of the write control signal line wl0. Further, the transistor 201 has a function of holding a charge corresponding to the potential of the node m0 at a low level of the potential of the write control signal line wl0. The threshold voltage of the transistor 201 is controlled by the potential of the threshold control signal line MG connected to the back gate, and the leakage current (off current) in the non-conducting state is controlled to be extremely small.
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。 The transistor 202 has a function of controlling whether or not the high potential power supply line VDD is given to the context switch input signal line swing [0] depending on the potential of the node m0. The transistor 202 is controlled by the potential of the threshold control signal line PG connected to the back gate so that the drain current (on current) in the conduction state is large.
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。
In the
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。 The transistor 204 has a function of controlling whether or not the low potential power supply line VSS is given to the context switch input signal line win [0] depending on the potential of the node mb0. The transistor 204 is controlled in a state where the on-current is large by the potential of the threshold control signal line PG connected to the back gate.
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。
The transistor 201 and the
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。 The OS transistor can be used at a higher temperature than the Si transistor. Further, the withstand voltage of the OS transistor with respect to the voltage is higher than the withstand voltage of the Si transistor with respect to the voltage. Therefore, the circuit can be made highly reliable against changes in the environment. The electrical characteristics of the OS transistor will be described later.
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。 The transistor 202 and the transistor 204 are configured to use, for example, an OS transistor having a thicker gate insulating film than a Si transistor. With this configuration, it is possible to suppress the leakage current flowing between the gate and the semiconductor layer due to the generation of the tunnel current due to the thin gate insulating film of the transistor 202 and the transistor 204. Therefore, it is possible to continue to hold the data corresponding to the potential held in the node m0 and the node mb0.
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。 The node m0 and the node mb0 may have a capacitor in order to enhance the function of holding the electric charge.
電荷保持回路Mt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。
The charge holding circuit Mt includes a
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。
The gate of the
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PG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。
One of the source or drain of
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。
The gate of the
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PGに接続される。
One of the source and drain of the
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。
In the
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。
The
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。
In the
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。
The
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。
The
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。
The
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。 The node m1 and the node mb1 may have a capacitor in order to enhance the function of holding the electric charge.
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ctx[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。 The switch CS0 has a function of making the potential of the context selection signal ctx [0] high and making the context switch input signal line swing [0] and the context switch output signal line swout conductive. Further, the switch CS0 has a function of making the potential of the context selection signal ctx [0] low and making the context switch input signal line swing [0] and the context switch output signal line swout non-conducting.
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ctx[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。 The switch CS1 has a function of making the potential of the context selection signal ctx [1] high and making the context switch input signal line swing [1] and the context switch output signal line swout conductive. Further, the switch CS1 has a function that the potential of the context selection signal ctx [1] is low and the context switch input signal line swing [1] and the context switch output signal line swout are in a non-conducting state.
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VSS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。
Further, in FIG. 3, the
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VSS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。 Further, in FIG. 3, the capacitor 214 is shown. One electrode of the capacitor 214 is connected to the context switch input signal line win [1], and the other electrode is connected to the low potential power line VSS. The capacitor 214 can be omitted by increasing the parasitic capacitance of the context switch input signal line swing [1].
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Pxoutに接続される。
The
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。
The switch CS0 is composed of the
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212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。
Further, the switch CS1 is composed of the
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。
The
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。 The OS transistor can be used at a higher temperature than the Si transistor. Further, the withstand voltage of the OS transistor with respect to the voltage is higher than the withstand voltage of the Si transistor with respect to the voltage. Therefore, the circuit can be made highly reliable against changes in the environment. The electrical characteristics of the OS transistor will be described later.
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Pxoutの電位をハイレベルに固定することが可能である。 Further, the context switch output signal line swout may have a transistor 217 for pulling down the context switch output signal line swout, as in the configuration memory MEM_B shown in FIG. 7 as an example. The transistor 217 is, for example, an n-channel type. The gate of transistor 217 is connected to a wire that gives the pull-down enable signal cfg. One of the source and drain of transistor 217 is connected to the context switch output signal line swout. The other of the source or drain of transistor 217 is connected to the low potential power line VSS. By having the transistor 217 and setting the potential of the pull-down enable signal cfg to a high level, it is possible to fix the potential of the parameter data signal line P x out of the configuration memory MEM_B to a high level.
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Msまたは電荷保持回路Mt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。 The configuration memory MEM_A and the configuration memory MEM_B shown in FIGS. 3 and 7 described above are the context selection signal ctx [0] (and the context selection signal ctxb [0]) and the context selection signal ctx [1] (and context selection). The signal ctxb [1]) has a function of outputting a logic (potential) depending on the data held in the charge holding circuit M s or the charge holding circuit M t .
電荷保持回路Msおよび電荷保持回路Mtが有する各ノードm0、mb0、m1、mb1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Msおよび電荷保持回路Mt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。 Charge holding circuit M s and each node having charge holding circuit M t is m0, mb0, m1, capacitance to be added to the mb1 is sufficient value at which the charge can hold a charge as the value of the capacitance is small The time required to write the configuration data to the holding circuit M s and the charge holding circuit M t can be reduced.
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swout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CS1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。
In the configuration memory MEM_A and the configuration memory MEM_B shown in FIGS. 3 and 7 described above, the context switch input signal line swin [0] and the context switch are used with respect to the capacitance added to the context switch output signal line swout node. In order to increase the capacitance applied to the node of the input signal line swing [1], the
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swout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。
The transistors 202 and 204 shown in FIGS. 3 and 7 and the
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202,204,209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。
Therefore, in the configurations shown in FIGS. 3 and 7, the logical transition of the inverter circuit, which is the
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。
In the case of the configurations shown in FIGS. 3 and 7, the
<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ID−ゲート電圧VG特性、およびゲート電圧VG−電界効果移動度μFE特性の温度依存性を、図4(B)にSiトランジスタのゲート電圧VG−ドレイン電流ID特性、およびゲート電圧VG−電界効果移動度μFE特性の温度依存性を、示す。なお図4(A)、(B)においては、−25℃、50℃、150℃の温度での各電気的特性の測定結果を示している。なおドレイン電圧VDは1Vとしている。
<Electrical characteristics of OS transistor>
The OS transistor can be used at a higher temperature than the Si transistor. To illustrate a specific example, the drain current I D of the OS transistor in FIG. 4 (A) - the gate voltage V G characteristics, and the gate voltage V G - the temperature dependence of the field-effect mobility mu FE characteristic, FIG. 4 (B) the gate voltage of the Si transistor V G - drain current I D characteristics, and the gate voltage V G - the temperature dependence of the field-effect mobility mu FE characteristics shown. Note that FIGS. 4 (A) and 4 (B) show the measurement results of each electrical characteristic at temperatures of −25 ° C., 50 ° C., and 150 ° C. The drain voltage V D is 1 V.
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。 The electrical characteristics of the OS transistor shown in FIG. 4A are graphs with a channel length L = 0.45 μm, a channel width W = 10 μm, and a thickness of the oxide film of the gate insulating layer Tox = 20 nm. The electrical characteristics of the Si transistor shown in FIG. 4B are graphs at L = 0.35 μm, W = 10 μm, and Tox = 20 nm.
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。 The oxide semiconductor layer of the OS transistor is made of In-Ga-Zn-based oxide, and the Si transistor is made of a silicon wafer.
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(I0)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。 From FIGS. 4A and 4B, it can be seen that the temperature dependence of the rising gate voltage of the OS transistor and the Si transistor is small. Further, the off current of the OS transistor is equal to or less than the lower limit of measurement (I 0 ) regardless of the temperature, but the off current of the Si transistor has a large temperature dependence. The measurement result of FIG. 4B shows that at 150 ° C., the off-current of the Si transistor increases and the current on / off ratio does not become sufficiently large.
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。 From the graph of FIG. 4A, when the OS transistor is used as a switch, it can be operated even at a temperature of 150 ° C. or higher. Therefore, the heat resistance of the semiconductor device can be made excellent.
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。 Next, the withstand voltage of the OS transistor with respect to the voltage will be described by comparing the withstand voltage of the Si transistor.
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。 FIG. 5 shows a VD-ID characteristic diagram of the Si transistor and the OS transistor in order to explain the drain withstand voltage of the OS transistor. In FIGS. 5A and 5B, in order to compare the withstand voltage of the Si transistor and the OS transistor under the same conditions, the channel length is 0.9 μm, the channel width is 10 μm, and the gate using silicon oxide is used. The film thickness of the insulating film is 20 nm. The gate voltage is 2V.
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。 As shown in FIG. 5, in the Si transistor, the avalanche breakdown occurs at about 4 V with respect to the increase in the drain voltage, whereas in the OS transistor, the avalanche breakdown does not occur up to about 26 V with respect to the increase in the drain voltage. It can be seen that a constant current can be passed through.
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、4.02V、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。 FIG. 6A shows a VD-ID characteristic diagram of the OS transistor when the gate voltage is changed. Further, FIG. 6B shows a VD-ID characteristic diagram of the Si transistor when the gate voltage is changed. In FIG. 6A, in order to compare the withstand voltage of the Si transistor and the OS transistor under the same conditions, the channel length is 0.9 μm, the channel width is 10 μm, and the gate insulating film using silicon oxide is used. The thickness is 20 nm. The gate voltage was changed to 0.1V, 2.06V, 4.02V, 5.98V, and 7.94V for the OS transistor shown in FIG. 6 (A), and 0.1V for the Si transistor shown in FIG. 6B. It is changed to 1.28V, 2.46V, 3.64V, and 4.82V.
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。 As shown in FIGS. 6A and 6B, in the Si transistor, avalanche breakdown occurs at about 4 to 5 V with respect to an increase in drain voltage, whereas in an OS transistor, with respect to an increase in drain voltage. It can be seen that at about 9 V, a constant current can be passed without avalanche breakdown.
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。 As can be seen from FIGS. 5 and 6 (A) and 6 (B), the OS transistor has a higher withstand voltage than the Si transistor. Therefore, even if the OS transistor is applied to a place where a high voltage is applied, it can be used stably without causing dielectric breakdown.
<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。
<Operation of configuration memory>
FIG. 8 is an example of a timing chart for explaining the operation of the configuration memory. FIG. 8 shows an example of the configuration and context switching operation of the configuration memory MEM_B shown in FIG.
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datab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Pxoutの電位を、Pxoutとして説明する。 In the description of FIG. 8, the potentials of the data lines data and data will be described as data and data. In FIG. 8, the potentials of the write control signal lines wl0 and wl1 will be described as wl0 and wl1. In FIG. 8, the potentials of the nodes m0 and m1 are described as m0 and m1. In FIG. 8, the potentials of the nodes mb0 and mb1 are described as mb0 and mb1. In FIG. 8, the potentials of the context switch input signal lines win [0] and win [1] are described as win [0] and win [1]. In FIG. 8, the potentials of the context selection signal lines ctx [0] and ctx [1] are described as ctx [0] and ctx [1]. In FIG. 8, the potentials of the context selection signal lines ctxb [0] and ctxb [1] are described as ctxb [0] and ctxb [1]. In FIG. 8, the potential of the context switch output signal line swout is described as swout. In FIG. 8, the potential of the parameter data signal line P x out of the configuration memory MEM_B will be described as P x out.
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。 In the description of FIG. 8, the high-level potential for driving the OS transistor is H VDD, and the high-level potential for driving the Si transistor is VDD. The potential of H VDD is higher than the potential of VDD.
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。 In the description of FIG. 8, the logic represented by H VDD is defined as H-high level, the logic represented by VDD is defined as high level, and the logic represented by potential VSS, which is a low power supply potential, is defined as low level.
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。 In the description of FIG. 8, it is assumed that the pull-down enable signal line cfg has a low level potential.
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。
In the description of FIG. 8, the threshold value of the voltage at which the logic of the inverter circuit of the
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。 In the description of FIG. 8, the data signals data and data, the context selection signals ctx [0] and ctxb [0], and the context selection signals ctx [1] and ctxb [1] are signals whose logics are inverted, respectively.
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。 Here, as an example, the configuration operation is such that the low level is written to the node m0, the H-high level is written to the node mb0, the H-high level is written to the node m1, and the low level is written to the node mb1.
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。 In the initial state, since node m0 is at the low level and mb0 is at the H-high level, win [0] is at the low level. Since the node m1 has a low level and the node mb1 has an H-high level, the win [1] has a low level.
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Ms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。 At time T0, the write operation of the first charge holding circuit M s as a configuration operation is performed. wl0 becomes H-high level. At this time, since data is at low level and data is at H-high level, the potentials of node m0 and node mb0 do not transition in the initial state, and win [0] does not transition in the low level.
時刻T1において、電荷保持回路Ms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。 At time T1, the write completion operation of the charge holding circuit M s is performed. Since wl0 has a low level, m0 maintains a low level and mb maintains an H-high level. Therefore, win [0] maintains a low level.
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。 At time T2, data and data transition to the potential of the data to be written to node m1 and node mb1. That is, data transitions to the H-high level and data transitions to the low level.
時刻T3において、電荷保持回路Mt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。 At time T3, the write operation of the charge holding circuit M t is executed. wl1 becomes H-high level. At this time, since data is H-high level and data is low level, m1 is given H-high level and mb1 is given low level.
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。 At time T4, the writing of the node m1 and the node mb1 is completed. Since node m1 is at H-high level and node mb1 is at low level, swing [1] initiates a transition from low level to high level.
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。 At time T5, the potential transition of win [1] is completed. win [1] becomes a high level.
時刻T6において、電荷保持回路Ms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。 At time T6, the write and configuration complete operation of the charge holding circuit M s is performed. Since wl1 has a low level, m1 maintains an H-high level and mb maintains a low level. Therefore, win [1] maintains a high level.
電荷保持回路Msおよび電荷保持回路Mtにおいて、ノードm0、mb0、m1、mb1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。 In the charge holding circuit M s and the charge holding circuit M t , the smaller the capacitance applied to the nodes m0, mb0, m1 and mb1, the faster the configuration becomes possible.
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swin[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。
At time T7, the context switching operation is executed. Let
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、swout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、swout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。 Since the switch CS1 is turned on, the switch [1] and the switch are in a conductive state. As a result of the configuration, since win [1] maintains a high level, swout is given a high level. From time T7 to T8, the electric charge held in the node of win [1] is distributed to the node of swout via the Si transistor, so that swout changes to the potential Ve1 at the switching speed of the Si transistor.
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。
Here, the supply of VDD via the
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Pxoutをローレベルに遷移させることが可能である。
By adjusting the capacitance ratio so that the value of the potential Ve1 becomes higher than the threshold value Vth of the inverter circuit of the
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、VDD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。
At time T8, charge distribution is complete. After that, since VDD is supplied via the
時刻T10において、コンテキスト切り替え動作が完了する。 At time T10, the context switching operation is completed.
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。
At time T11, the context switching operation is executed again. It is assumed that the selection of
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。 At time T12, ctx [0] becomes the high level and ctxb [0] becomes the low level.
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、swout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。 Since the switch CS0 is turned on, the win [0] and the switch are in a conductive state. As a result of the configuration, since win [0] maintains a low level, swout is given a low level. From time T12 to T13, since the electric charge held in the node of swout is distributed to the node of win [0] via the Si transistor, swout changes to the potential Ve0 at the switching speed of the Si transistor.
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。 Here, the supply of VSS via the transistor 204 at times T12 to T13 is ignored, but when considering this as well, the switching speed is further improved.
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Pxoutをハイレベルに遷移させることが可能である。
Adjust the ratio of the capacitance, if such value of the potential Ve0 is lower than the threshold Vth of the inverter circuit included in the
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、VSS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。 At time T13, charge distribution is complete. After that, since VSS is supplied via the transistor 204, win [0] and swout transition to a low level by the time T14 at the switching speed of the transistor.
時刻T15において、コンテキスト切り替え動作が完了する。 At time T15, the context switching operation is completed.
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Msおよび電荷保持回路Mtへの書込み時間を削減できる。 Nodes m0, mb0, m1, by reducing the capacitance to be added to the mb1, reduce the write time from the time T3 to the charge holding circuit M s and the charge holding circuit M t at T4.
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swin[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。 The interval between the write control signals from time T1 to time T3 and the time from the completion of the configuration to the start of context selection from time T6 to T7 are relative to the time until the logical transition of win [0] and win [1]. There is enough. In addition, although high speed is required for the context switching operation, since the context switching is not usually performed frequently at intervals of several clocks, swing [1] and swout from time T8 to T9 transition to a high level. There is ample time to do so, and time to transition to low levels for win [0] and swout from time T13 to T14. Therefore, even if a transistor is used to supply electric charges to win [0] and win [1], it has almost no effect on the operating speed of the semiconductor device.
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。 In this way, the context switch input signal line swing [0] and swing [1] are provided with a large capacitance with respect to the capacitance of the nodes m0, mb0, m1, mb1 and the context switch output signal line swout. In the configuration memory using the OS transistor, high-speed context switching operation becomes possible.
<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。
<Operation example of semiconductor device>
FIG. 9 shows a flow of processing executed by the semiconductor device of FIG.
初期状態ではパラメータPs0が画像プロセッサ105にパラメータPx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Ps0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Ps0は、前の期間に演算で得られたパラメータPs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。
In the initial state is selected as a context parameter P s0 is output to the
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。
When data such as the brightness of external light is input from the sensor 101 (step S103), the
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Ps0に応じた表示を行う状態に戻る。 If there is no change in the usage environment in step S104, the process returns to the state of displaying according to the parameter P s0 .
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Ps1の計算(ステップS107)とパラメータPtの選択(ステップS105)を同時に開始する。パラメータPs1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Psである。
If a use environment changes at step S104, the
ステップS105でパラメータPt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Ps1の最も近いパラメータPt1が画像プロセッサ105にパラメータPxとして出力される。パラメータPt1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Pt1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Ptのひとつある。
Step S105 the
パラメータPs1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Ps1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S108)を開始する。
From the time when the calculation of the parameter P s1 is completed, the
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Ps1をI2Cで出力する(ステップS109)。
From the time when the generation of the I2C data is completed, the
パラメータPs1の出力が完了した時点でパラメータPs1がパラメータPx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Ps1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)。
The
上述したように、パラメータPs1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Pt1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。
As described above, the image processing can be executed using the parameter P t1 while the parameter P s1 is calculated by the
図10(A)には図1の半導体装置で実行するパラメータPsとパラメータPt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。 FIG. 10A shows a timing chart of a process for outputting the parameter P s and the parameter P t executed by the semiconductor device of FIG. 1 by calculation.
図10(B)には、パラメータPtであるPt1、Pt2及びPt3の数直線上の位置と、パラメータPxとして出力されるパラメータPsの変化を示す。 The FIG. 10 (B), the shown position on the number line of P t1, P t2 and P t3 a parameter P t, the variation of the parameters P s is output as the parameter P x.
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。
In the initial state, the
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。
At time T0, data including information on changes in the usage environment is input from the
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。
From time T0 to time T1, the
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Psの演算及びパラメータPtの選択を開始する。
When the
時刻T1から時刻T2において、パラメータPtは図10(B)に示すように選択される。 From time T1 to time T2, the parameter P t is selected as shown in FIG. 10 (B).
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Pxとする。
In FIG. 10 (B), the parameters outputted from the
パラメータPxは一例として8ビットとすると、パラメータPx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Px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。 Parameter P x is the 8 bits as one example, the parameters P x values of 0 to 255 Torieru. Here, as illustrated in FIG. 10B, the regions from 0 to 255 of the parameter P x are each divided into three by an arbitrary size.
パラメータPx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Pxをd0、大きい方のパラメータPxをd1とする。d0より小さいパラメータをPt1とする。d0以上でd1より小さいパラメータをPt2とする。d1以上のパラメータをPt3とする。 The area of the parameter P x is divided into three, and the smaller parameter P x as the boundary value is d0, and the larger parameter P x is d1. Let P t1 be a parameter smaller than d0. Let P t2 be a parameter that is d0 or more and smaller than d1. Let P t3 be a parameter of d1 or more.
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PsをパラメータPs0とし、演算によって更新されるパラメータPsをパラメータPs1とする。
The parameter P s transferred from the configuration memory to the
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Px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PtとしてパラメータPt1を選択する。brがd0以上d1未満のとき、パラメータPtとしてパラメータPt2を選択する。brがd1以上のとき、パラメータPtとしてパラメータPt3を選択する。
The data obtained by the
このようにパラメータPt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Ps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。 As described above, since the selection of the parameter P t is performed only by a simple magnitude comparison operation, it can be obtained much faster than the calculation of the parameter P s is completed.
例えばパラメータPtとしてパラメータPt1が選択されたとする。 For example a parameter P t1 is selected as the parameter P t.
図10(A)の時刻T2において、パラメータPtの選択が完了する。 At the time T2 in FIG. 10 (A), the selection of the parameter P t is completed.
パラメータPtとしてパラメータPt1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Pt1をパラメータPxとして選択するようコンテキストを切り替える。
At a time T3 from the time T2 for the parameter P t1 is selected as the parameter P t, the
時刻T3において、パラメータPxとして出力するパラメータPs0をパラメータPt1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Ps1に近いパラメータPt1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。
At time T3, switch context by controlling the context switching signals to switch the parameter P s0 to output as the parameter P x in the parameter P t1. By performing this control, it is possible to switch to the parameter P t1 close to the parameter P s1 to be switched thereafter in a short period of time, and to perform image processing by the
時刻T4において、パラメータPsの演算が完了しパラメータPs1を得る。得られたパラメータPs1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。 At time T4, the calculation of the parameter P s is completed and the parameter P s1 is obtained. Based on the obtained parameter P s1 , I2C data is generated from time T4 to time T5. At time T5, the generation of I2C data is completed.
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Ps1をもとにしたI2Cデータが出力される。
From time T5 to time T6, the
時刻T6において、パラメータPs1をもとにしたI2Cデータの出力が完了する。 At time T6, the output of I2C data based on the parameter P s1 is completed.
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Ps1のコンフィギュレーションを実行される。
From time T6 to time T7, the configuration of parameter P s1 is executed for the configuration memory of the
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Pt1、Pt2及びPt3のコンフィギュレーションをしても良い。
From time T6 to time T7, the unselected parameters P t1 , P t 2 and
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。
From time T7 to time T8, the
時刻T8において、パラメータPxがパラメータPs1に切り替わる。 At time T8, the parameter P x switches to the parameter P s1 .
上述したように、使用環境に変化があった際、パラメータPs1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Pt1、Pt2及びPt3の中から一番パラメータPs1に近いパラメータPt1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。
As described above, when the usage environment changes, one of the parameters P t1 , P t2, and P t 3 written in advance in the configuration memory while the parameter P s1 is being calculated by the
<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。
<Example of cross-sectional structure of semiconductor device>
Next, an example of the cross-sectional structure of the semiconductor device will be described with reference to FIGS. 11 to 13.
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。 The above-mentioned semiconductor device can be formed by stacking a layer having a Si transistor, a layer having an OS transistor, and a wiring layer.
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40A、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。
FIG. 11 shows a schematic diagram of the layer structure of the semiconductor device. The
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。
The
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22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。
The
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。
The
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42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。
The
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。
The
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。 An example of a cross-sectional view of the semiconductor device is shown in FIG. 12 (A). FIG. 12B is an enlargement of a part of the configuration of FIG. 12A.
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。
The semiconductor device shown in FIG. 12A has a
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。
The
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。
As the
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612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。
The
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。
The
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。
As the
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。
The
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。
The
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。
The
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 Transistor)としてもよい。
It is preferable to include a semiconductor such as a silicon-based semiconductor in a region of the
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。
In the
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。
The
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。 The threshold voltage can be adjusted by determining the work function depending on the material of the conductor. Specifically, it is preferable to use a material such as titanium nitride or tantalum nitride for the conductor. Further, in order to achieve both conductivity and embedding property, it is preferable to use a metal material such as tungsten or aluminum as a laminate for the conductor, and it is particularly preferable to use tungsten in terms of heat resistance.
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302(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306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。
Further, in the
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。
The
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。
An
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。
The
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400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。
The
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。
Further, the
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。
As the material of each plug and wiring (
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。
A wiring layer may be provided on the
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。
For example, as the
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。
As the conductor having a barrier property against hydrogen, for example, tantalum nitride or the like may be used. Further, by laminating tantalum nitride and tungsten having high conductivity, it is possible to suppress the diffusion of hydrogen from the
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。
A
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。
The
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416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。
On the
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。
It is preferable to use any of the
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。 For example, aluminum oxide, hafnium oxide, tantalum oxide and the like may be used. By laminating a film having a barrier property, the function can be further ensured.
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。
An
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222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。
The
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(SrTiO3)または(Ba,Sr)TiO3(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。 The insulator 222 includes, for example, silicon oxide, silicon oxide nitride, silicon nitride oxide, aluminum oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, lead zirconate titanate (PZT), strontium titanate (SrTiO 3 ) or (Ba, It is preferable to use an insulator containing a so-called high-k material such as Sr) TiO 3 (BST) in a single layer or in a laminated state. Alternatively, for example, aluminum oxide, bismuth oxide, germanium oxide, niobium pentoxide, silicon oxide, titanium oxide, tungsten oxide, yttrium oxide, and zirconium oxide may be added to these insulators. Alternatively, these insulators may be nitrided. Silicon oxide, silicon oxide or silicon nitride may be laminated on the above insulator.
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。 The insulator 222 may have a laminated structure of two or more layers. In that case, the laminated structure is not limited to the same material, and may be a laminated structure made of different materials.
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。
By having the insulator 222 containing the high-k material between the
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。
For example, when silicon oxide is used for the
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。
The threshold voltage of the transistor that has captured the required amount of electrons for the electron capture level of the insulator 222 shifts to the positive side. The amount of electrons captured can be controlled by controlling the voltage of the conductor 405, and the threshold voltage can be controlled accordingly. By having this configuration, the
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。 Further, the process of capturing electrons may be performed in the process of manufacturing the transistor. For example, after forming a conductor to be connected to the source conductor or drain conductor of the transistor, after the completion of the previous step (wafer processing), after the wafer dicing step, after packaging, or before shipment from the factory. It is good to do it in stages.
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。
Further, it is preferable to use a substance having a barrier property against oxygen and hydrogen for the insulator 222. When formed using such a material, it is possible to prevent the release of oxygen from the
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。
The
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。
The oxide used for the
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。 Here, consider the case where the oxide has indium, the element M, and zinc. The element M is aluminum, gallium, yttrium, tin, or the like. Examples of elements applicable to the other element M include boron, silicon, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, and magnesium. However, as the element M, a plurality of the above-mentioned elements may be combined in some cases.
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。 One of the conductors 240a and 240b functions as a source electrode and the other functions as a drain electrode.
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。 The conductor 240a and the conductor 240b have a single-layer structure or laminate of a metal such as aluminum, titanium, chromium, nickel, copper, yttrium, zirconium, molybdenum, silver, tantalum, or tungsten, or an alloy containing the main component thereof. Used as a structure. For example, a single-layer structure of an aluminum film containing silicon, a two-layer structure in which a tantalum film or a tantalum nitride film is laminated, a two-layer structure in which an aluminum film is laminated on a titanium film, and a two-layer structure in which an aluminum film is laminated on a tungsten film. , Two-layer structure in which a copper film is laminated on a copper-magnesium-aluminum alloy film, two-layer structure in which a copper film is laminated on a titanium film, a two-layer structure in which a copper film is laminated on a tungsten film, a titanium film or titanium nitride A three-layer structure, a molybdenum film or molybdenum nitride film, and molybdenum thereof, in which a film and an aluminum film or a copper film are laminated on the titanium film or the titanium nitride film, and a titanium film or a titanium nitride film is formed on the film. There is a three-layer structure in which an aluminum film or a copper film is laminated on a film or a molybdenum nitride film, and a molybdenum film or a molybdenum nitride film is further formed on the aluminum film or a copper film. A transparent conductive material containing indium oxide, tin oxide or zinc oxide may be used.
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(SrTiO3)または(Ba,Sr)TiO3(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。
The
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。
Further, as the
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。
The
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。
The
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。
The
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。
As the
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 Desorption Spectroscopy)分析にて、酸素原子に換算しての酸素の脱離量が1.0×1018atoms/cm3以上、好ましくは3.0×1020atoms/cm3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。 As the oxide material that desorbs oxygen by heating, it is preferable to use an oxide containing more oxygen than oxygen satisfying the stoichiometric composition. In an oxide film containing more oxygen than oxygen satisfying a stoichiometric composition, some oxygen is eliminated by heating. Oxide films containing more oxygen than oxygen satisfying the chemical quantitative composition are the amount of oxygen desorbed in terms of oxygen atoms by thermal desorption gas spectroscopy (TDS: Thermal Desorption Gascopy) analysis. It is an oxide film having a value of 1.0 × 10 18 atoms / cm 3 or more, preferably 3.0 × 10 20 atoms / cm 3 or more. The surface temperature of the film during the TDS analysis is preferably in the range of 100 ° C. or higher and 700 ° C. or lower, or 100 ° C. or higher and 500 ° C. or lower.
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。 For example, as such a material, it is preferable to use a material containing silicon oxide or silicon oxide nitride. Alternatively, a metal oxide can be used. In the present specification, silicon oxide refers to a material whose composition has a higher oxygen content than nitrogen, and silicon nitride refers to a material whose composition has a higher nitrogen content than oxygen. Is shown.
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。
Further, the
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。
Further, the
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。
An
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。
It is preferable to use a substance having a barrier property against oxygen and hydrogen for either or both of the
絶縁体284の上方には、キャパシタ300が設けられている。
A
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。
A
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。
An
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612とが接する構造としてもよい。
The
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。
An
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。
Further, the
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。 The above is an example of a laminated structure of transistors in a semiconductor device.
<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。
<Display system>
FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration example of a display system to which the semiconductor device is applied.
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104、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107、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。
The display system includes the
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。
The
液晶素子114は、IPS(In−Plane−Switching)モード、TN(Twisted Nematic)モード、FFS(Fringe Field Switching)モード、ASM(Axially Symmetric aligned Micro−cell)モード、OCB(Optically Compensated Birefringence)モード、FLC(Ferroelectric Liquid 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 Vertical Alignment)モード、PVA(Patterned Vertical Alignment)モード、ECB(Electrically Controlled Birefringence)モード、CPA(Continuous Pinwheel Alignment)モード、ASV(Advanced Super−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。
The
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。
As the liquid crystal material included in the
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。
As the
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。 As the EL element, a laminated body laminated so as to emit white light can be used. Specifically, a layer containing a luminescent organic compound containing a fluorescent material that emits blue light and a layer containing a material other than the fluorescent material that emits green and red light or a fluorescent material that emits yellow light. A laminated body obtained by laminating a layer containing a material other than the above can be used.
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LCCompおよび画像データLCCompをドライバIC110およびドライバIC111に出力する。
The
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LCCompおよび画像データLCCompタを出力する機能を有する。
The correction
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。
The
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。
The
インターフェイス107は、LVDS(Low Voltage Differential 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。
The
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LCComp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LCComp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。
The
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ELComp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ELComp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。
The
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113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。
In the
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。
Further, in the
また、表示装置130は、ドライバIC110に供給する画像データLCCompと、ドライバIC111に供給する画像データELComp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LCCompと画像データELCompとに各種の補正を施す機能とも言える。
Further, the
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。
As the above correction, gamma correction according to the characteristics of the
<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。
<Pixel configuration example and operation example>
FIG. 15A is an example of a cross-sectional view for explaining a configuration example of a pixel having a liquid crystal element and a light emitting element described with reference to FIG.
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。
FIG. 15A is a cross-sectional view for explaining a laminated structure of a
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。
In FIG. 15A, a
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。
The
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。
The
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。
The
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。
For the
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。 For the conductive layer 82 and the conductive layer 85, for example, a material that transmits visible light can be used. Specifically, conductive oxides such as indium oxide, indium tin oxide, indium zinc oxide, zinc oxide, and zinc oxide added with gallium, or graphene can be used.
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。
For the
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。 As the insulating layer, for example, an insulating inorganic material, an insulating organic material, or an insulating composite material containing the inorganic material and the organic material can be used. For example, the insulating layer may be a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon nitride film, an aluminum oxide film, or a laminated material obtained by laminating a plurality of selected materials thereof, or polyester, polyolefin, polyamide, polyimide, polycarbonate, polysiloxane, or the like. A film containing an acrylic resin or the like or a laminated material or a composite material of a plurality of resins selected from these can be used.
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。
For the conductive layer such as the
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、EL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。
The
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(In2O3―ZnO)、酸化亜鉛(ZnO)等、さらにITO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。
The
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。
As the
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。
As shown in FIG. 15A, the liquid crystal element LC and the light emitting element EL are provided in an overlapping manner. The
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CsLC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CsEL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GLLC、ゲート線GLEL、信号線SLLC、信号線SLEL、容量線LCS、電流供給線Lano、および共通電位線Lcasに接続される。
FIG. 15B is a circuit diagram corresponding to the
なお容量素子CsEL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。 The capacitive element Cs EL is provided to hold the gradation voltage for driving the light emitting element EL at the gate of the transistor M3. With such a configuration, it is possible to more reliably maintain the gradation voltage for driving the light emitting element EL.
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CsLC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Lanoと共通電位線Lcasとの間に電流を流して発光素子ELを駆動する。 The transistor M1 applies a gradation voltage for driving the liquid crystal element LC to the capacitive element Cs LC by controlling the conduction state. By controlling the conduction state, the transistor M2 applies a gradation voltage for driving the light emitting element EL to the gate of the transistor M3. The transistor M3 drives the light emitting element EL by passing a current between the current supply line Lano and the common potential line Lcas according to the voltage of the gate.
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。 As the transistors M1 to M3, n-channel transistors can be used. The n-channel transistor can be replaced with a p-channel transistor by changing the magnitude relationship of the voltage of each wiring. Silicon can be used as the semiconductor material of the transistors M1 to M3. As the silicon, single crystal silicon, polysilicon, microcrystalline silicon, amorphous silicon and the like can be appropriately selected and used.
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。 Alternatively, an oxide semiconductor can be used as the semiconductor material of the transistors M1 to M3.
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。 The oxide semiconductor preferably contains at least indium. In particular, it preferably contains indium and zinc. Also, in addition to them, aluminum, gallium, yttrium, copper, vanadium, beryllium, boron, silicon, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lantern, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, or magnesium, etc. One or more selected from the above may be included.
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GLLCやゲート線GLEL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。
Further, the transistors M1 to M3 included in the
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EL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。
FIG. 15C shows a schematic diagram of the
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。
The
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。
With the configuration shown in FIG. 15C, the
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。
In the configuration of the
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。
Further, in the configuration of the
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。 The configuration in which the liquid crystal element LC is controlled and displayed outdoors or the light emitting element EL is controlled and displayed indoors may be configured to provide a sensor capable of measuring illuminance in the display device.
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。
Further, the configuration shown in FIG. 15C has a
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。
The operation mode of the display device having the
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。
The display device can switch the operation mode according to the ambient illuminance. 16 (A) to 16 (C) are schematic views of pixels for explaining a display mode that the display device can take according to the illuminance. From FIGS. 16A to 16C, the reflections of the
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。 The display modes that the display device can take include the reflective liquid crystal display mode (R-LC mode) and the reflective liquid crystal + EL display mode (R-LC + EL mode) shown in FIGS. 16 (A) to 16 (C). The EL display mode (EL mode) will be described.
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。
The reflective liquid crystal display mode is a display mode in which the liquid crystal element of the pixel is driven to adjust the intensity of the reflected light to perform gradation display. Specifically, as shown in the schematic diagram of the pixels shown in FIG. 16A, the intensity of the reflected
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。
The reflective liquid crystal + EL display mode (R-LC + EL mode) is a display mode in which both the intensity of the reflected light and the intensity of the light of the light emitting element are adjusted by driving the liquid crystal element and the driving of the light emitting element to perform gradation display. .. Specifically, as shown in the schematic diagram of the pixels shown in FIG. 16B, the intensity of the reflected light 91 by the reflective electrode of the liquid crystal element LC and the intensity of the light 92 emitted by the light emitting element EL from the
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。
The EL display mode (EL mode) is a display mode in which a light emitting element is driven to adjust the intensity of light to display gradation. Specifically, as shown in the schematic diagram of the pixels shown in FIG. 16C, the intensity of the light 92 emitted from the
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。 FIG. 16D shows a state transition diagram of the above-mentioned three modes (reflective liquid crystal display mode, reflective liquid crystal + EL display mode, and EL display mode). The state C1 represents the reflective liquid crystal display mode, the state C2 represents the reflective liquid crystal + EL display mode, and the state C3 represents the EL display mode.
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。 As shown in FIG. 16D, the display modes of any of the states C1 to C3 can be taken depending on the illuminance. When the illuminance is large, for example, outdoors, the state C1 can be taken. Further, when the illuminance such as moving from the outside to the inside becomes small, the state C1 is changed to the state C3. Further, even indoors, when the illuminance is large and the gradation display by the reflected light is possible, the state C3 is changed to the state C2.
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。 By configuring the display mode to be switched according to the illuminance as described above, it is possible to reduce the frequency of gradation display due to the light intensity of the light emitting element having a relatively large power consumption. Therefore, the power consumption of the display device can be reduced.
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。 The display device can further switch the operation mode according to the remaining capacity of the battery, the content to be displayed, or the illuminance of the surrounding environment. For example, a normal mode (Normal mode) that operates at a normal frame frequency and an idling stop (IDS) drive mode that operates at a low frame frequency can be mentioned.
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。 The idling stop (IDS) drive is a drive method for stopping the rewriting of the image data after executing the image data writing process. By writing the image data once and then extending the interval until the next image data is written, it is possible to reduce the power consumption required for writing the image data during that period.
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。 The idling stop (IDS) drive mode is effective because it is possible to further reduce power consumption by combining it with a display mode such as the above-mentioned reflective liquid crystal display mode or reflective liquid crystal + EL display mode.
<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。
<Electronic components>
An electronic component to which the above-mentioned semiconductor device is applied will be described.
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。 FIG. 17A is a flowchart showing an example of a method for manufacturing an electronic component. Electronic components are also referred to as semiconductor packages or IC packages. There are a plurality of standards and names for this electronic component depending on the terminal take-out direction and the shape of the terminal. Therefore, an example thereof will be described.
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)。 A semiconductor device composed of transistors is completed by combining a plurality of removable parts on a printed circuit board through an assembly process (post-process). The post-process can be completed by going through each process shown in FIG. 17 (A). Specifically, after the element substrate obtained in the previous step is completed (step ST71), the back surface of the substrate is ground. At this stage, the substrate is thinned to reduce the warpage of the substrate in the previous process and to reduce the size of the parts. Next, a dicing step of separating the substrate into a plurality of chips is performed (step 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。
FIG. 17B is a top view of the
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7104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。
Each of the plurality of
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。
A conductive layer or a semiconductor layer may be provided in the
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。 After performing step ST72, a die bonding step is performed in which the separated chips are individually picked up, mounted on a lead frame, and bonded (step ST73). As the bonding method between the chip and the lead frame in the die bonding process, a method suitable for the product may be selected. For example, adhesion may be performed by resin or tape. In the die bonding step, the chip may be mounted on the interposer substrate and bonded. In the wire bonding step, the lead of the lead frame and the electrode on the chip are electrically connected by a thin metal wire (wire) (step ST74). A silver wire or a gold wire can be used as the thin metal wire. The wire bonding may be either ball bonding or wedge bonding.
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。 The wire-bonded chips are subjected to a molding process in which they are sealed with an epoxy resin or the like (step ST75). By performing the molding process, the inside of the electronic component is filled with resin, damage to the built-in circuit part and wire due to mechanical external force can be reduced, and deterioration of characteristics due to moisture and dust can be reduced. it can. The leads of the lead frame are plated. Then, a "molding step" of cutting and molding the lead is performed (step ST76). The plating process prevents rust on the leads, and soldering can be performed more reliably when mounting on a printed circuit board later. A printing process (marking) is applied to the surface of the package (step ST77). The electronic component is completed through the inspection step (step ST78) (step ST79). By incorporating the semiconductor device of the above-described embodiment, it is possible to provide a small electronic component with low power consumption.
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7110を有する。
A schematic perspective view of the completed electronic component is shown in FIG. 17 (E). FIG. 17 (E) shows a schematic perspective view of a QFP (Quad Flat Package) as an example of an electronic component. As shown in FIG. 17 (E), the
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。
The
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)、ASIC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。
<Electronic equipment>
Next, for electronic devices such as computers, personal digital assistants (including mobile phones, portable game machines, sound reproduction devices, etc.), electronic papers, television devices (also called televisions or television receivers), and digital video cameras. , The case where the above-mentioned electronic component is applied will be described.
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803a、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。
FIG. 18A is a portable information terminal, which is composed of a
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。
The
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。
Further, in the portable information terminal shown in FIG. 18A, one of the
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。 The portable information terminal shown in FIG. 18A has a function of displaying various information (still images, moving images, text images, etc.), a function of displaying a calendar, a date, a time, etc. on the display unit, and a function of displaying on the display unit. It can have a function of manipulating or editing the information, a function of controlling processing by various software (programs), and the like. Further, the back surface or the side surface of the housing may be provided with an external connection terminal (earphone terminal, USB terminal, etc.), a recording medium insertion portion, or the like.
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。 Further, the portable information terminal shown in FIG. 18A may be configured to be able to transmit and receive information wirelessly. It is also possible to purchase desired book data or the like from an electronic book server and download it wirelessly.
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。
Further, the
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815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。
FIG. 18B is an
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823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。
FIG. 18C is a television device, which includes a
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。
FIG. 18D shows a smartphone, and the
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843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。
FIG. 18E is a digital camera, which is composed of a
<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。
<Additional notes regarding the description of this specification, etc.>
In the present specification and the like, the ordinal numbers "first", "second", and "third" are added to avoid confusion of the components. Therefore, the number of components is not limited. Moreover, the order of the components is not limited.
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。 In the present specification and the like, in the block diagram, the components are classified according to their functions and shown as blocks independent of each other. However, in an actual circuit or the like, it is difficult to separate the components for each function, and there may be a case where a plurality of functions are involved in one circuit or a case where one function is involved in a plurality of circuits. Therefore, the blocks in the block diagram are not limited to the components described in the specification, and can be appropriately paraphrased according to the situation.
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。 In the drawings, the same elements or elements having the same function, elements of the same material, elements formed at the same time, and the like may be given the same reference numerals, and the repeated description thereof may be omitted.
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。 In the present specification and the like, when explaining the connection relationship of transistors, one of the source and the drain is referred to as "one of the source or the drain" (or the first electrode or the first terminal), and the source and the drain are referred to. The other is referred to as "the other of the source or drain" (or the second electrode, or the second terminal). This is because the source and drain of the transistor change depending on the structure or operating conditions of the transistor. The names of the source and drain of the transistor can be appropriately paraphrased according to the situation, such as the source (drain) terminal and the source (drain) electrode.
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。 Further, in the present specification and the like, the voltage and the potential can be paraphrased as appropriate. The voltage is a potential difference from a reference potential. For example, if the reference potential is a ground potential (ground potential), the voltage can be paraphrased as a potential. The ground potential does not necessarily mean 0V. The electric potential is relative, and the electric potential given to the wiring or the like may be changed depending on the reference electric potential.
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。 In the present specification and the like, the switch means a switch that is in a conductive state (on state) or a non-conducting state (off state) and has a function of controlling whether or not a current flows. Alternatively, the switch means a switch having a function of selecting and switching a path through which a current flows.
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。 As an example, an electric switch, a mechanical switch, or the like can be used. That is, the switch is not limited to a specific switch as long as it can control the current.
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。 When a transistor is used as a switch, the "conducting state" of the transistor means a state in which the source and drain of the transistor can be regarded as being electrically short-circuited. Further, the "non-conducting state" of the transistor means a state in which the source and drain of the transistor can be regarded as being electrically cut off. When the transistor is operated as a simple switch, the polarity (conductive type) of the transistor is not particularly limited.
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。 In the present specification and the like, the term "A and B are connected" means that A and B are directly connected and that they are connected. Here, the fact that A and B are connected means that when an object having some kind of electrical action exists between A and B, an electric signal can be exchanged between A and B. To say.
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
C1 state C2 state C3 state CS0 switch CS1 switch m0 node m1 node M1 transistor M2 transistor M3 transistor mb0 node mb1 node MEM_0 configuration memory MEM_1 configuration memory MEM_3 configuration memory ST72 dicing process T0 time T1 time T2 time T3 time T4 time T5 Time T6 Time T7 Time T8 Time T9 Time T10 Time T11 Time T12 Time T13 Time T14 Time T15 Time Ve0 Potential Ve1 Potential wl0 Control signal line wl1
111 driver IC
112 Display 113 Display 114 Liquid crystal element 115 Light emitting element 116 Gamma correction circuit 117 Dimming correction circuit 118 Curved surface correction circuit 119 Threshold correction circuit 120 Toning correction circuit 130 Display device 201 Transistor 202 Transistor 203 Transistor 204 Transistor 205 Transistor 206 Transistor 207 Capsule 208 Transistor 209 Transistor 210 Transistor 211 Transistor 212 Transistor 213 Transistor 214 Capsule 216 Buffer circuit 217 Transistor 218 Conductor 220 Insulation 222 Insulation 224 Insulation 230 Oxide 230a Oxide 230b Oxide 230c Oxide 240a Conductor 240b Conductor 244 Conductor 246a Conductor 246b Conductor 250 Insulation 260 Insulation 270 Insulation 280 Insulation 282 Insulation 284 Insulation 300 Capsule 300A Capsule 301 Substrate 302 Semiconductor Region 304 Insulation 306 Conductor 308a Low Resistance Region 308b Low Resistance Region 320 Insulation 322 Insulation 324 Insulation 326 Insulation 328 Insulation 330 Insulation 350 Insulation 352 Insulation 354 Insulation 356 Insulation 358 Insulation 400 Transistor 405 Insulation 410 Insulation 412 Insulation 414 Insulation 416 Insulation 500 Transistor 500A Transistor 602 Insulation 604 Insulation 612 Insulation 616 Insulation 620 Insulation 622 Insulation 624 Conductor 626 Conductor 628 Conductor 631 Board 632 Board 801 Housing 802 Housing 803a Display 803b Display 804 Select button 805 Keyboard 810 Electronic book terminal 811 Housing 812 Housing 815 Display unit 814 Display unit 815 Shaft unit 816 Power supply 817 Operation key 818 Speaker 820 Television device 821 Housing 822 Display unit 823 Stand 824 Remote control operation machine 830 Main unit 831 Display unit 832 Speaker 833 Microphone 834 Operation button 841 Main unit 842 Display 843 Operation switch 7000 Electronic parts 7001 Lead 7002 Print board 7004 Circuit board 7100 Semiconductor wafer 7102 Circuit area 7104 Separation area 7106 Separation line 7110 Chip
Claims (6)
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、When the change in illuminance is detected, the function of updating the calculated calculation parameter according to the detected illuminance by calculation and one of a plurality of parameters prepared in advance until the calculation parameter is updated. An application processor having a function of generating a context switching signal for selecting a parameter according to the detected illuminance.
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、A configuration controller having a function of generating a first configuration data corresponding to the operation parameter and a function of generating a plurality of second configuration data corresponding to the plurality of parameters, respectively.
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、A configuration memory array having a function of holding the first configuration data and the plurality of second configuration data.
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、を有する半導体装置。Until the calculation parameter is updated by the calculation, image processing is executed according to the second configuration data corresponding to the one parameter selected by the context switching signal, and the calculation parameter is updated. A semiconductor device having an image processor having a function of executing image processing according to the first configuration data corresponding to the updated arithmetic parameters.
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、
第1の電荷保持回路と、第2の電荷保持回路と、第1のスイッチと、第2のスイッチと、バッファ回路と、を有し、
前記第1の電荷保持回路および前記第2の電荷保持回路は、それぞれ第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、を有し、
前記第1のトランジスタおよび前記第2のトランジスタは、それぞれチャネル形成領域となる半導体層に酸化物半導体を有し、
前記第1のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記第2のトランジスタのゲートに電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記第1のスイッチの一方の端子または前記第2のスイッチの一方の端子に電気的に接続され、
前記第1のスイッチの他方の端子は、前記第2のスイッチの他方の端子に電気的に接続され、
前記第1のスイッチの他方の端子および前記第2のスイッチの他方の端子は、前記バッファ回路の入力端子に電気的に接続され、
前記第1のスイッチの一方の端子の静電容量は、前記バッファ回路の入力端子の静電容量より大きく、
前記第2のスイッチの一方の端子の静電容量は、前記バッファ回路の入力端子の静電容量より大きいことを特徴とする半導体装置。 In claim 1,
The configuration memory array has a plurality of configuration memories.
The configuration memory is
It has a first charge holding circuit, a second charge holding circuit, a first switch, a second switch, and a buffer circuit.
The first charge holding circuit and the second charge holding circuit each have a first transistor and a second transistor, respectively.
The first transistor and the second transistor each have an oxide semiconductor in a semiconductor layer serving as a channel forming region.
One of the source or drain of the first transistor is electrically connected to the gate of the second transistor.
One of the source or drain of the second transistor is electrically connected to one terminal of the first switch or one terminal of the second switch.
The other terminal of the first switch is electrically connected to the other terminal of the second switch.
The other terminal of the first switch and the other terminal of the second switch are electrically connected to the input terminal of the buffer circuit.
The capacitance of one terminal of the first switch is larger than the capacitance of the input terminal of the buffer circuit.
A semiconductor device characterized in that the capacitance of one terminal of the second switch is larger than the capacitance of the input terminal of the buffer circuit.
前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチのオンまたはオフは、前記コンテキスト切り替え信号によって制御されることを特徴とする半導体装置。 In claim 2,
A semiconductor device characterized in that the on or off of the first switch and the second switch is controlled by the context switching signal.
前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチは、それぞれ第3のトランジスタを有し、
前記第3のトランジスタは、チャネル形成領域となる半導体層にシリコンを有することを特徴とする半導体装置。 In claim 2 or 3,
The first switch and the second switch each have a third transistor.
The third transistor is a semiconductor device characterized by having silicon in a semiconductor layer serving as a channel forming region.
前記第1のトランジスタおよび前記第2のトランジスタは、前記第3のトランジスタの上層に設けられることを特徴とする半導体装置。 In claim 4,
A semiconductor device, wherein the first transistor and the second transistor are provided on an upper layer of the third transistor.
第1の容量素子および第2の容量素子を有し、
前記第1の容量素子の静電容量は、前記第1のスイッチの一方の端子の静電容量であり、
前記第2の容量素子の静電容量は、前記第2のスイッチの一方の端子の静電容量であり、
前記第1の容量素子および前記第2の容量素子は、前記第1のトランジスタおよび前記第2のトランジスタの上層に設けられることを特徴とする半導体装置。 In claim 4,
It has a first capacitive element and a second capacitive element,
The capacitance of the first capacitive element is the capacitance of one terminal of the first switch.
The capacitance of the second capacitive element is the capacitance of one terminal of the second switch.
A semiconductor device characterized in that the first capacitive element and the second capacitive element are provided on an upper layer of the first transistor and the second transistor.
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