CN111052396A - 半导体装置及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个方式提供一种能够实现高集成化的半导体装置。半导体装置包括第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层、第一绝缘层、第二绝缘层、第三绝缘层、第四绝缘层、第一导电层以及第二导电层。第二半导体层位于第一半导体层上，第二导电层位于第二半导体层上，第二绝缘层以覆盖第二导电层的顶面和侧面的方式设置。第二导电层和第二绝缘层具有第一开口，第三半导体层被设置为接触于第二绝缘层的顶面、第一开口的侧面及第二半导体层的位置。第一绝缘层位于第一导电层与第三半导体层之间，第三绝缘层位于第一绝缘层与第一导电层之间，第四绝缘层以围绕第一导电层的方式设置。

Description

半导体装置及显示装置
技术领域
本发明的一个方式涉及一种半导体装置及其制造方法。本发明的一个方式涉及一种包括氧化物半导体膜的半导体装置及其制造方法。
注意，本发明的一个方式不局限于上述技术领域。作为本说明书等所公开的本发明的一个方式的技术领域的一个例子，可以举出半导体装置、显示装置、发光装置、蓄电装置、存储装置、电子设备、照明装置、输入装置、输入输出装置、其驱动方法或者其制造方法。
注意，在本说明书等中，半导体装置是指通过利用半导体特性而能够工作的所有装置。晶体管、半导体电路、运算装置及存储装置等都是半导体装置的一个方式。另外，摄像装置、电光装置、发电装置(包括薄膜太阳能电池、有机薄膜太阳能电池等)以及电子设备有时包括半导体装置。
背景技术
近年来，已对半导体装置进行开发，主要使用LSI、CPU、存储器。CPU是包括从半导体晶片分开的半导体集成电路(至少包括晶体管及存储器)且形成有作为连接端子的电极的半导体元件的集合体。
LSI、CPU、存储器等的半导体电路(IC芯片)安装在例如印刷线路板等电路板上，并用作各种电子设备的部件之一。此外，已在研讨在具有高分辨率的显示装置中安装驱动电路等外围电路来减少部件个数。
因此，通过使用形成在具有绝缘表面的衬底上的半导体薄膜构成晶体管的技术受到关注。该晶体管被广泛地应用于集成电路(IC)、图像显示装置(也简单地记载为显示装置)等电子设备。作为可以应用于晶体管的半导体薄膜，硅类半导体材料被广泛地周知。另外，作为其他材料，氧化物半导体受到关注。
另外，已知使用氧化物半导体的晶体管(Oxide Semiconductor晶体管，以下称为OS晶体管)在非导通状态下的泄漏电流极低。例如，已公开了应用了OS晶体管的泄漏电流低的特性的低功耗CPU等(参照专利文献1)。
此外，已公开了将栅电极埋入到开口中的OS晶体管的制造方法等(参照专利文献2)。
近年来，随着电子设备的小型化和轻量化，对高密度地集成有晶体管等的集成电路的要求提高。此外，有提高包括集成电路的半导体装置的生产率的需求。
[先行技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利申请公开第2012-257187号公报
[专利文献2]日本专利申请公开第2017-050530号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够实现微型化或高集成化的半导体装置。本发明的一个方式的目的之一是提供一种具有良好的电特性的半导体装置。本发明的一个方式的目的之一是提供一种具有良好的频率特性的半导体装置。本发明的一个方式的目的之一是提供一种可靠性高的半导体装置。本发明的一个方式的目的之一是提供一种生产率高的半导体装置。本发明的一个方式的目的之一是提供一种使用柔性衬底的半导体装置或显示装置。
另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够长期间保持数据的半导体装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种数据的写入速度快的半导体装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种设计自由度高的半导体装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够抑制功耗的半导体装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种新颖的半导体装置。
注意，上述目的的记载并不妨碍其他目的的存在。本发明的一个方式并不需要实现所有上述目的。此外，可以从说明书、附图、权利要求书等的记载抽取上述以外的目的。
解决技术问题的手段
本发明的一个方式是一种包括第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层、第一绝缘层、第二绝缘层、第三绝缘层、第四绝缘层、第一导电层以及一对第二导电层的半导体装置。第一导电层位于第二半导体层上，第二半导体层位于第一半导体层上，第二导电层位于第二半导体层上并与其接触，第二绝缘层以覆盖第二导电层的顶面和侧面并与其接触的方式设置。第二绝缘层在一对第二导电层之间的区域中具有与第二半导体层重叠的第一开口，第三半导体层以接触于第二绝缘层的顶面、第一开口的侧面及第二半导体层的方式设置。第一绝缘层位于第一导电层与第三半导体层之间，第三绝缘层位于第一绝缘层与第一导电层之间，第四绝缘层以围绕第一导电层并与其接触的方式设置。第四绝缘层接触于第三绝缘层、第一绝缘层及第三半导体层，第三半导体层具有与第二半导体层的侧面接触的部分及与第一半导体层的一部分接触的部分。
另外，在上述半导体装置中，第二绝缘层、第三绝缘层及第四绝缘层优选包含铝或铪和氧。
另外，上述半导体装置还包括第五绝缘层。第五绝缘层优选位于第二绝缘层上，第二导电层、第二绝缘层及第五绝缘层优选具有第一开口，第三半导体层优选接触于第二绝缘层的顶面、第一开口的侧面及第二半导体层。
另外，上述半导体装置还包括第三导电层。第三导电层优选位于第一半导体层之下侧，第三导电层优选被配置为与第一导电层及第一半导体层重叠的位置，第五绝缘层优选位于第三导电层与第一半导体层之间。
另外，在上述半导体装置中，第五绝缘层从第三导电层一侧依次层叠有第一层、第二层及第三层。第一层及第三层优选各自包含氧，第二层优选包含铝或铪和氧。
另外，包括上述半导体装置及与该半导体装置电连接的液晶元件或发光元件的显示装置是优选的。
发明效果
本发明的一个方式可以提供一种能够实现微型化或高集成化的半导体装置。本发明的一个方式可以提供一种具有良好的电特性的半导体装置。本发明的一个方式可以提供一种具有良好的频率特性的半导体装置。本发明的一个方式可以提供一种可靠性高的半导体装置。本发明的一个方式可以提供一种生产率高的半导体装置。本发明的一个方式可以提供一种使用柔性衬底的半导体装置或显示装置。
另外，本发明的一个方式可以提供一种能够长期间保持数据的半导体装置。另外，本发明的一个方式可以提供一种数据的写入速度快的半导体装置。另外，本发明的一个方式可以提供一种设计自由度高的半导体装置。另外，本发明的一个方式可以提供一种能够抑制功耗的半导体装置。另外，本发明的一个方式可以提供一种新颖的半导体装置。
附图简要说明
[图1]晶体管的结构例子。
[图2]晶体管的结构例子。
[图3]说明晶体管的制造方法的图。
[图4]说明晶体管的制造方法的图。
[图5]说明晶体管的制造方法的图。
[图6]晶体管的结构例子。
[图7]晶体管的结构例子。
[图8]晶体管的结构例子。
[图9]晶体管的结构例子。
[图10]显示装置的俯视图。
[图11]显示装置的截面图。
[图12]显示装置的截面图。
[图13]显示装置的截面图。
[图14]显示装置的截面图。
[图15]显示装置的截面图。
[图16]显示装置的方框图及电路图。
[图17]显示装置的方框图。
[图18]说明电子设备的图。
[图19]显示模块的结构例子。
[图20]电子设备的结构例子。
[图21]电子设备的结构例子。
[图22]电子设备的结构例子。
[图23]电视装置的结构例子。
[图24]说明实施例1中的晶体管的电特性的图。
实施发明的方式
下面，参照附图对实施方式进行说明。但是，所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实，就是实施方式可以以多个不同形式来实施，其方式和详细内容可以在不脱离本发明的宗旨及其范围的条件下被变换为各种各样的形式。因此，本发明不应该被解释为仅限定在以下所示的实施方式所记载的内容中。
在本说明书所说明的附图中，为便于清楚地说明，有时夸大表示各结构的大小、层的厚度或区域。因此，本发明并不一定限定于上述尺寸。
本说明书所使用的“第一”、“第二”、“第三”等序数词是为了避免构成要素的混淆而附加的，而不是为了在数目方面上进行限定的。
在本说明书中，为方便起见，使用了“上”、“下”等表示配置的词句，以参照附图说明构成要素的位置关系。另外，构成要素的位置关系根据描述各构成要素的方向适当地改变。因此，不局限于本说明书中所说明的词句，可以根据情况适当地更换。
在本说明书等中，晶体管是指至少包括栅极、漏极以及源极这三个端子的元件。晶体管在漏极(漏极端子、漏区域或漏电极)与源极(源极端子、源区域或源电极)之间具有沟道形成区域，并且电流能够通过沟道形成区域流过源极与漏极之间。注意，在本说明书等中，沟道形成区域是指电流主要流过的区域。
另外，在使用极性不同的晶体管的情况或电路工作中的电流方向变化的情况等下，源极及漏极的功能有时相互调换。因此，在本说明书等中，源极和漏极可以互相调换。
在本说明书等中，“电连接”包括通过“具有某种电作用的元件”连接的情况。在此，“具有某种电作用的元件”只要可以进行连接对象间的电信号的授受，就对其没有特别的限制。例如，“具有某种电作用的元件”不仅包括电极和布线，而且还包括晶体管等的开关元件、电阻器、电感器、电容器、其他具有各种功能的元件等。
在本说明书等中，“平行”是指两条直线形成的角度为-10°以上且10°以下的状态。因此，也包括该角度为-5°以上且5°以下的状态。另外，“垂直”是指两条直线形成的角度为80°以上且100°以下的状态。因此也包括85°以上且95°以下的角度的状态。
另外，在本说明书等中，可以将“膜”和“层”相互调换。例如，有时可以将“导电层”变换为“导电膜”。此外，例如，有时可以将“绝缘膜”变换为“绝缘层”。
在本说明书等中，在没有特别的说明的情况下，关态电流(off-state current)是指晶体管处于关闭状态(也称为非导通状态、遮断状态)的漏极电流。在没有特别的说明的情况下，在n沟道晶体管中，关闭状态是指栅极与源极间的电压Vgs低于阈值电压Vth的状态，在p沟道晶体管中，关闭状态是指栅极与源极间的电压Vgs高于阈值电压Vth的状态。
晶体管的关态电流有时取决于Vgs。因此，“晶体管的关态电流为I以下”有时是指存在使晶体管的关态电流成为I以下的Vgs的值。晶体管的关态电流有时是指：当Vgs为预定的值时的关闭状态下的关态电流；当Vgs为预定的范围内的值时的关闭状态下的关态电流；或者当Vgs为能够获得充分低的关态电流的值时的关闭状态下的关态电流等。
作为一个例子，设想一种n沟道晶体管，该n沟道晶体管的阈值电压Vth为0.5V，Vgs为0.5V时的漏极电流为1×10-9A，Vgs为0.1V时的漏极电流为1×10-13A，Vgs为-0.5V时的漏极电流为1×10-19A，Vgs为-0.8V时的漏极电流为1×10-22A。在Vgs为-0.5V时或在Vgs为-0.5V至-0.8V的范围内，该晶体管的漏极电流为1×10-19A以下，所以有时称该晶体管的关态电流为1×10-19A以下。由于存在使该晶体管的漏极电流成为1×10-22A以下的Vgs，因此有时称该晶体管的关态电流为1×10-22A以下。
在本说明书等中，有时以每沟道宽度W的电流值表示具有沟道宽度W的晶体管的关态电流。另外，有时以每预定的沟道宽度(例如1μm)的电流值表示具有沟道宽度W的晶体管的关态电流。在为后者时，关态电流的单位有时以具有电流/长度的次元的单位(例如，A/μm)表示。
晶体管的关态电流有时取决于温度。在本说明书中，在没有特别的说明的情况下，关态电流有时表示在室温、60℃、85℃、95℃或125℃下的关态电流。或者，有时表示在保证包括该晶体管的半导体装置等的可靠性的温度下或者在包括该晶体管的半导体装置等被使用的温度(例如，5℃至35℃中的任一温度)下的关态电流。“晶体管的关态电流为I以下”有时是指在室温、60℃、85℃、95℃、125℃、保证包括该晶体管的半导体装置的可靠性的温度下或者在包括该晶体管的半导体装置等被使用的温度(例如，5℃至35℃中的任一温度)下存在使晶体管的关态电流成为I以下的Vgs的值。
晶体管的关态电流有时取决于漏极与源极间的电压Vds。在本说明书中，在没有特别的说明的情况下，关态电流有时表示Vds为0.1V、0.8V、1V、1.2V、1.8V、2.5V、3V、3.3V、10V、12V、16V或20V时的关态电流。或者，有时表示保证包括该晶体管的半导体装置等的可靠性的Vds时或者包括该晶体管的半导体装置等所使用的Vds时的关态电流。“晶体管的关态电流为I以下”有时是指：在Vds为0.1V、0.8V、1V、1.2V、1.8V、2.5V、3V、3.3V、10V、12V、16V、20V、保证包括该晶体管的半导体装置的可靠性的Vds或包括该晶体管的半导体装置等被使用的Vds下存在使晶体管的关态电流成为I以下的Vgs的值。
在上述关态电流的说明中，可以将漏极换称为源极。也就是说，关态电流有时指晶体管处于关闭状态时流过源极的电流。
在本说明书等中，有时将关态电流记作泄漏电流。在本说明书等中，关态电流例如有时指在晶体管处于关闭状态时流在源极与漏极间的电流。
在本说明书等中，晶体管的阈值电压是指在晶体管中形成沟道时的栅极电压(Vg)。具体而言，晶体管的阈值电压有时是指：在以横轴表示栅极电压(Vg)且以纵轴表示漏极电流(Id)的平方根，而标绘出的曲线(Vg-√Id特性)中，在将具有最大倾斜度的切线外推时的直线与漏极电流(Id)的平方根为0(Id为0A)处的交叉点的栅极电压(Vg)。或者，晶体管的阈值电压有时是指在以L为沟道长度且以W为沟道宽度，Id[A]×L[μm]/W[μm]的值为1×10-9[A]时的栅极电压(Vg)。
注意，在本说明书等中，例如在导电性充分低时，有时即便在表示为“半导体”时也具有“绝缘体”的特性。此外，“半导体”与“绝缘体”的境界不清楚，因此有时不能精确地区别。由此，有时可以将本说明书等所记载的“半导体”换称为“绝缘体”。
另外，在本说明书等中，例如在导电性充分高时，有时即便在表示为“半导体”时也具有“导电体”的特性。此外，“半导体”和“导电体”的境界不清楚，因此有时不能精确地区别。由此，有时可以将本说明书所记载的“半导体”换称为“导电体”。
在本说明书等中，原子数比为In：Ga：Zn＝4：2：3或其附近是指当In、Ga及Zn的原子数的总和中的In的比率为4时，Ga的比率为1以上且3以下，Zn的比率为2以上且4以下的情况。此外，原子数比为In：Ga：Zn＝5：1：6或其附近是指当In、Ga及Zn的原子数的总和中的In的比率为5时，Ga的比率大于0.1且为2以下，Zn的比率为5以上且7以下的情况。此外，原子数比为In：Ga：Zn＝1：1：1或其附近是指当In、Ga及Zn的原子数的总和中的In的比率为1时，Ga的比率大于0.1且为2以下，Zn的比率大于0.1且为2以下的情况。
在本说明书等中，金属氧化物(metal oxide)是指广义上的金属的氧化物。金属氧化物被分类为氧化物绝缘体、氧化物导电体(包括透明氧化物导电体)和氧化物半导体(Oxide Semiconductor，也可以简称为OS)等。例如，在将金属氧化物用于晶体管的活性层的情况下，有时将该金属氧化物称为氧化物半导体。此外，可以将OS FET换称为包含金属氧化物或氧化物半导体的晶体管。
此外，在本说明书等中，有时将包含氮的金属氧化物也称为金属氧化物(metaloxide)。此外，也可以将包含氮的金属氧化物称为金属氧氮化物(metal oxynitride)。
此外，在本说明书等中，有时记载CAAC(c-axis aligned crystal)或CAC(Cloud-Aligned Composite)。注意，CAAC是指结晶结构的一个例子，CAC是指功能或材料构成的一个例子。
此外，在本说明书等中，CAC-OS或CAC-metal oxide在材料的一部分中具有导电性的功能，在材料的另一部分中具有绝缘性的功能，作为材料的整体具有半导体的功能。此外，在将CAC-OS或CAC-metal oxide用于晶体管的活性层的情况下，导电性的功能是使被用作载流子的电子(或空穴)流过的功能，绝缘性的功能是不使被用作载流子的电子流过的功能。通过导电性的功能和绝缘性的功能的互补作用，可以使CAC-OS或CAC-metal oxide具有开关功能(开启/关闭的功能)。通过在CAC-OS或CAC-metal oxide中使各功能分离，可以最大限度地提高各功能。
此外，在本说明书等中，CAC-OS或CAC-metal oxide包括导电性区域及绝缘性区域。导电性区域具有上述导电性的功能，绝缘性区域具有上述绝缘性的功能。此外，在材料中，导电性区域和绝缘性区域有时以纳米粒子级分离。另外，导电性区域和绝缘性区域有时在材料中不均匀地分布。此外，有时导电性区域被观察为其边缘模糊且以云状连接。
在CAC-OS或CAC-metal oxide中，有时导电性区域及绝缘性区域以0.5nm以上且10nm以下，优选为0.5nm以上且3nm以下的尺寸分散在材料中。
此外，CAC-OS或CAC-metal oxide由具有不同带隙的成分构成。例如，CAC-OS或CAC-metal oxide由具有起因于绝缘性区域的宽隙的成分及具有起因于导电性区域的窄隙的成分构成。在该结构中，当使载流子流过时，载流子主要在具有窄隙的成分中流过。此外，具有窄隙的成分与具有宽隙的成分互补作用，与具有窄隙的成分联动地在具有宽隙的成分中载流子流过。因此，在将上述CAC-OS或CAC-metal oxide用于晶体管的沟道区域时，在晶体管的导通状态中可以得到高电流驱动力，即大通态电流(on-state current)及高场效应迁移率。
就是说，也可以将CAC-OS或CAC-metal oxide称为基质复合材料(matrixcomposite)或金属基质复合材料(metal matrix composite)。
下面，对金属氧化物的结晶结构的一个例子进行说明。注意，以使用In-Ga-Zn氧化物靶材(In:Ga:Zn＝4:2:4.1[原子数比])且通过溅射法形成的金属氧化物为一个例子进行说明。将使用上述靶材在100℃以上且130℃以下的衬底温度下通过溅射法形成的金属氧化物称为sIGZO，将使用上述靶材在室温(R.T.)的衬底温度下通过溅射法形成的金属氧化物称为tIGZO。例如，sIGZO具有nc(nano crystal)和CAAC中的一方或双方的结晶结构。此外，tIGZO具有nc的结晶结构。注意，在此指的室温(R.T.)包括对衬底不进行意图性的加热时的温度。
CAAC结构是指包括多个纳米晶(最大直径小于10nm的结晶区域)的薄膜等的结晶结构之一，具有如下特征：各纳米晶的c轴在特定方向上取向，其a轴及b轴不具有取向性，纳米晶彼此不形成晶界而连续地连接。尤其是，在具有CAAC结构的薄膜中，各纳米晶的c轴容易在薄膜的厚度方向、被形成面的法线方向或者薄膜表面的法线方向上取向。
在晶体学的单位晶格中，一般以构成单位晶格的a轴、b轴、c轴这三个轴(晶轴)中较特殊的轴为c轴。尤其是，在具有层状结构的结晶中，一般来说，与层的面方向平行的两个轴为a轴及b轴，与层交叉的轴为c轴。作为这种具有层状结构的结晶的典型例子，有分类为六方晶系的石墨，其单位晶格的a轴及b轴平行于劈开面，c轴正交于劈开面。例如，具有YbFe2O4型结晶结构的InGaZnO4的结晶可分类为六方晶系，其单位晶格的a轴及b轴平行于层的面方向，c轴正交于层(即，a轴及b轴)。
在本说明书等中，显示装置的一个方式的显示面板是指能够在显示面显示(输出)图像等的面板。因此，显示面板是输出装置的一个方式。
另外，在本说明书等中，有时将在显示面板的衬底上安装有例如FPC(Flexibleprinted circuit：柔性印刷电路)或TCP(Tape Carrier Package：载带封装)等连接器的结构或在衬底上以COG(Chip On Glass：玻璃覆晶封装)方式等直接安装IC(集成电路)的结构称为显示面板模块或显示模块，或者也简称为显示面板等。
另外，在本说明书等中，触摸传感器是指能够检测出手指或触屏笔等被检测体的接触、推压或靠近等的传感器。另外，也可以具有检测其位置信息的功能。因此，触摸传感器是输入装置的一个方式。例如，触摸传感器可以采用具有一个以上的传感器元件的结构。
另外，在本说明书等中，有时将包括触摸传感器的衬底称为触摸传感器面板，或者简称为触摸传感器等。另外，在本说明书等中，有时将在触摸传感器面板的衬底上安装有例如FPC或TCP等连接器的结构或者在衬底上以COG方式等安装有IC的结构称为触摸传感器面板模块、触摸传感器模块、传感器模块，或者简称为触摸传感器等。
注意，在本说明书等中，显示装置的一个方式的触摸屏具有如下功能：在显示面显示(输出)图像等的功能；以及检测出手指或触屏笔等被检测体接触、被压或靠近显示面的作为触摸传感器的功能。因此，触摸屏是输入输出装置的一个方式。
触摸屏例如也可以称为具有触摸传感器的显示面板(或显示装置)、具有触摸传感器功能的显示面板(或显示装置)。
触摸屏也可以包括显示面板及触摸传感器面板。或者，也可以具有在显示面板内部或表面具有触摸传感器的功能的结构。
另外，在本说明书等中，有时将在触摸屏的衬底上安装有例如FPC或TCP等连接器的结构或者在衬底上以COG方式等安装有IC的结构称为触摸屏模块、显示模块，或者简称为触摸屏等。
(实施方式1)
在本实施方式中，说明本发明的一个方式的半导体装置的结构例子及其制造方法的例子。
本发明的一个方式是一种晶体管，该晶体管包括被形成面上的半导体层、半导体层上的第一绝缘层以及第一绝缘层上的第一导电层。半导体层具有层叠有多个半导体层的结构。半导体层包含呈现半导体特性的金属氧化物(以下，也称为氧化物半导体)。注意，在本发明中，示出具有第一半导体层、第二半导体层及第三半导体层这三层的结构，但是本发明不局限于此。例如，半导体层也可以具有第一半导体层和第二半导体层的两层结构或者四层以上的叠层结构。
第二半导体层位于第一半导体层上，第二半导体层上设置有第二导电层。在第二导电层上，以覆盖第二导电层并与其接触的方式设置有包含金属元素和氮或氧的第二绝缘层。第二导电层和第二绝缘层中的与第二半导体层的形成沟道的区域(也称为沟道形成区域)重叠的位置设置有第一开口。
第三半导体层设置在第一开口的侧面和形成沟道的第二半导体层上。此时，第三半导体层优选以覆盖比第一开口大的范围的方式设置。第三半导体上设置有第一绝缘层，第一绝缘层上设置有第三绝缘层。第三绝缘层上设置有第一导电层，第一导电层上设置有第四绝缘层。第四绝缘层优选以覆盖比第三半导体层大的范围的方式设置。因此，第一导电层优选被第三绝缘层和第四绝缘层围绕并与其接触。此外，第三半导体层与第一半导体层优选在第一开口之内侧部分接触。
此外，第二绝缘层上可以设置有被用作间隔物的第五绝缘膜(以下，也称为间隔物层)。通过在第二绝缘层上设置间隔物层，可以减小第一导电层与第二导电层之间的寄生电容。通过设置间隔物层并将第一开口的宽度设定为最小加工尺寸，可以设置与最小加工尺寸相比更微型的沟道形成区域。
另外，可以将第三导电层配置在第一半导体层之下侧。第三导电层被配置为与第一导电层及第一半导体层重叠的位置。第五绝缘层配置在第三导电层与第一半导体层之间。
此外，第二半导体层与第二导电层接触的区域成为夹持沟道形成区域的一对低电阻区域。低电阻区域被用作源极或漏极。
低电阻区域是其载流子密度比沟道形成区域高的区域。例如，低电阻区域可以为包含比沟道形成区域多的氢的区域或者包含比沟道形成区域多的氧空位的区域。当氧化物半导体中的氧空位与氢原子键合时成为载流子发生源。
此外，半导体层可以在沟道形成区域与低电阻区域之间具有接合区域。接合区域是其载流子密度高于沟道形成区域且低于低电阻区域的区域。例如，接合区域的氢和氧空位中的一个或两个的含量多于沟道形成区域且低于低电阻区域。
另外，接合区域中的载流子密度也可以不均匀，有时具有从低电阻区域一侧越靠近沟道形成区域一侧越低的梯度。例如，接合区域中的氢浓度和氧空位浓度中的一个或两个也可以具有从低电阻区域一侧越靠近沟道形成区域一侧越低的梯度。
通过具有上述结构，可以使沟道形成区域和低电阻区域不接触。因此，可以防止：因在制造工序中被施加的热等而氢从低电阻区域扩散至沟道形成区域；沟道形成区域中的氧扩散至低电阻区域而产生氧空位。由此，可以使沟道形成区域的载流子密度极低并实现具有良好且稳定的电特性的晶体管。
例如，作为氧化物半导体优选使用In-M-Zn氧化物(元素M为选自铝、镓、钇、铜、钒、铍、硼、钛、铁、镍、锗、锆、钼、镧、铈、钕、铪、钽、钨和镁等中的一种或多种)等金属氧化物。此外，作为氧化物半导体也可以使用In-Ga氧化物、In-Zn氧化物。
在此，当氧化物半导体除了构成氧化物半导体的元素以外还被添加铝、钌、铪、钛、钽、铬或钨等金属元素时，有时该氧化物半导体成为金属化合物，其电阻降低。另外，优选使用铝、钛、钽或钨等。当对氧化物半导体添加金属元素时，例如，优选在氧化物半导体上形成包含该金属元素的金属膜、包含该金属元素的氮化膜或包含该金属元素的氧化膜。另外，当形成该膜时，有时该膜与氧化物半导体的界面或者该界面附近的氧化物半导体中的氧的一部分吸收到该膜等，形成氧空位，而降低该界面附近的氧化物半导体的电阻。
另外，优选在氧化物半导体上形成金属膜或者包含金属元素的氮化膜或包含金属元素的氧化膜之后在包含氮的气氛中进行热处理。通过在包含氮的气氛下进行热处理，金属元素从金属膜扩散到氧化物半导体，可以对氧化物半导体添加金属元素。
另外，当氧化物半导体中的氢扩散到氧化物半导体的低电阻区域而进入低电阻区域中的氧空位中时，变成比较稳定的状态。另外，已知氧化物半导体的氧空位中的氢通过250℃以上的热处理从氧空位脱离而扩散到氧化物半导体的低电阻区域，进入低电阻区域的氧空位中，变成比较稳定的状态。因此，通过进行热处理，氧化物半导体的低电阻化了的区域的电阻进一步降低，氧化物半导体的没被低电阻化的区域被高纯度化(水、氢等杂质减少)，其电阻进一步增加。
另外，在氧化物半导体中存在氢或氮等的情况下，载流子密度增加。有时氧化物半导体中的氢与键合于金属原子的氧起反应而生成水，而形成氧空位。在氢进入该氧空位的情况下，载流子密度增加。另外，有时由于氢的一部分与键合于金属原子的氧键合，产生作为载流子的电子。换言之，包含氮或氢的氧化物半导体的电阻下降。
因此，通过对氧化物半导体选择性地添加金属元素以及氢和氮等，可以在氧化物半导体中形成高电阻区域及低电阻区域。换言之，通过选择性地降低氧化物半导体的电阻，可以在加工为岛状的氧化物半导体中形成被用作载流子密度低的半导体的区域及被用作源区域或漏区域的低电阻区域。
此外，本发明的一个方式优选还包括半导体层之下侧的第二栅电极及该第二栅电极与半导体层之间的第二栅极绝缘层。
在此，第二栅极绝缘层优选至少具有两层叠层结构。另外，更优选具有三层以上的叠层结构。在第二栅极绝缘层具有三层叠层结构时，将其从第二栅电极一侧称为第一层、第二层、第三层。
以下，说明第二栅极绝缘层具有三层叠层结构的情况。
接触于半导体层的第三层和其下的第二层优选包含互不相同的材料。
例如，当第二层包含其介电常数高于第三层的材料时，可以实现供应到第二栅电极的电压的降低。或者，当与第三层相比氢或氧不容易扩散至第二层时，可以防止杂质从第二栅极绝缘层的下侧扩散至半导体层。
具体而言，优选在第二绝缘层的第二层中使用氧化铝、氧化铪或铝酸铪等。此外，优选在第三层中使用氧化硅、氧氮化硅等。
另外，位于第二层之下的第一层优选使用与第三层相同的材料。
在上述结构中，可以省略位于第二栅电极一侧的第一层。
通过使第二栅极绝缘层具有这种结构，即便作为支撑晶体管的衬底使用柔性衬底等阻挡性低的衬底，也可以提高可靠性。
下面，参照附图说明更具体的例子。
[结构例子1]
图1A是晶体管100的俯视图，图1B相当于沿着图1A所示的点划线A1-A2的截面图，图1C相当于沿着图1A所示的点划线B1-B2的截面图。在图1A中，省略晶体管100的构成要素的一部分(栅极绝缘层等)。另外，有时将点划线A1-A2方向称为沟道长度方向，将点划线B1-B2方向称为沟道宽度方向。此外，有时在后面的晶体管的俯视图中也与图1A同样地省略构成要素的一部分。
晶体管100包括绝缘层104、导电层106、半导体层108a、半导体层108b、半导体层108c、绝缘层109、绝缘层110、导电层111、绝缘层113a、绝缘层113b、绝缘层116、绝缘层118、绝缘层119、导电层120a及导电层120b等。注意，在本说明书等中，有时将半导体层108a、半导体层108b及半导体层108c总称为“半导体层108”。此外，有时将半导体层120a及半导体层120b总称为“半导体层120”。
导电层106的一部分被用作第一栅电极(也称为底栅电极)，导电层106设置在衬底102上，绝缘层104设置在导电层106上，导电层106包括隔着绝缘层104与半导体层108重叠的部分。导电层120设置在半导体层108上，绝缘层116覆盖导电层120。绝缘层109设置在绝缘层116上。导电层120、绝缘层116及绝缘层109中的开口112形成在半导体层108上。另外，导电层120、绝缘层116及绝缘层109中的开口112的顶面形状大致一致。
在本说明书等中，“顶面形状大致一致”意味着在层叠的层与层之间至少它们的轮廓的一部分重叠的状态。例如，包括上层与下层通过利用同一掩模图案或其一部分同一的掩模图案而被加工的情况。但是，严密地说，有时轮廓不重叠而上层位于下层的内侧或者上层位于下层的外侧，这些情况也包括在“顶面形状大致一致”的情况中。
绝缘层116被用作阻挡层，优选为不容易使水、氢、氧等扩散的层。通过将绝缘层116设置在绝缘层109与半导体层108a及半导体层108b之间以使它们不接触，由此可以防止水、氢等杂质从绝缘层109扩散至半导体层108a及半导体层108b中，半导体层108a及半导体层108b中的氧脱离，从而可以提高可靠性。
作为绝缘层116，优选包含选自铝、铪、钌、钛、钽、钨或铬等金属元素中的一个或多个以及氧或氮。就是说，作为绝缘层116，可以使用包含金属元素的氮化膜或包含金属元素的氧化膜。
尤其是，绝缘层116优选选自氧化铝膜、氧化铪膜及铝酸铪膜等中。氧化铝膜、氧化铪膜及铝酸铪膜即使厚度薄也可以具有极高的阻挡性。由此，其厚度可以为0.5nm以上且50nm以下，优选为1nm以上且40nm以下，更优选为2nm以上且30nm以下。尤其是，氧化铝膜对氢或氧等具有高阻挡性，由此即使厚度极薄(例如0.5nm以上且1.5nm以下)也可以获得充分的效果。
绝缘层109优选包括过剩氧区域。此外，绝缘层109优选包括与绝缘层104接触的区域。当绝缘层109包括过剩氧区域且与绝缘层104接触时，能够经过绝缘层104对半导体层108供应过剩氧。因此，由于能够用过剩氧填补在半导体层108中会形成的氧空位，所以可以提供可靠性高的半导体装置。与绝缘层109同样，绝缘层110优选包括过剩氧区域。另外，绝缘层109优选为通过热处理释放氧的膜。被释放的氧可以经过半导体层108c、绝缘层110填补会存在于沟道形成区域中的氧空位。
在此，对会形成在半导体层108中的氧空位进行说明。
形成在半导体层108中的氧空位对晶体管特性造成影响而引起问题。例如，当在半导体层108中形成有氧空位时，该氧空位有时与氢键合而成为载流子供应源。当在半导体层108中产生载流子供应源时，晶体管100的电特性发生变动，典型为阈值电压的漂移。因此，在半导体层108中，氧空位越少越好。
于是，在本发明的一个方式中，半导体层108附近的绝缘膜，具体而言，形成在半导体层108上的绝缘层109及绝缘层110包含过剩氧。通过将氧或过剩氧从绝缘层109及绝缘层110移动到半导体层108，可以减少半导体层108中的氧空位。
另外，位于半导体层108下方的绝缘层104也可以包含过剩氧。此时，通过将过剩氧还从绝缘层104移动到半导体层108，可以进一步减少半导体层108中的氧空位。
在此，在半导体层108包含In、Ga及Zn的金属氧化物中，In与氧的键合力比Ga与氧的键合力弱，因此在In的原子数比较大的情况下，氧空位容易形成在金属氧化物膜中。此外，在使用上述M所示的金属元素代替Ga的情况下，也有同样的倾向。当在金属氧化物膜中存在较多的氧空位时，晶体管的电特性及可靠性下降。
但是，在本发明的一个方式中，能够对包含金属氧化物的半导体层108中供应极多的氧，由此可以使用In的原子数比大的金属氧化物材料。因此，可以实现具有极高的场效应迁移率、稳定的电特性以及高可靠性的晶体管。
例如，可以适当地使用In的原子数比为M的原子数比的1.5倍以上、2倍以上、3倍以上、3.5倍以上或4倍以上的金属氧化物。
尤其是，半导体层108的In、M及Zn的原子数的比率优选为In：M：Zn＝5：1：6或其附近。在此，“附近”包括如下情况：当In为5时，M为0.5以上且1.5以下，并且Zn为5以上且7以下。
此外，半导体层108的组成不局限于上述例子。例如，半导体层108的In、M及Zn的原子数的比率优选为In：M：Zn＝4：2：3或其附近。
此外，在半导体层108的组成中，半导体层108的In、M及Zn的原子数的比率也可以大致相等。也就是说，半导体层108可以包含In、M及Zn的原子数的比率为In：M：Zn＝1：1：1或其附近的材料。另外，半导体层108可以包含In、M及Zn的原子数的比率为In：M：Zn＝1：1：0.5或其附近的材料。
通过使半导体层108具有In的原子数比大于M的原子数比的区域，可以提高晶体管100的场效应迁移率。具体而言，晶体管100的场效应迁移率可以超过10cm2/Vs，优选的是，晶体管100的场效应迁移率可以超过30cm2/Vs。
例如，通过将上述场效应迁移率高的晶体管用于生成栅极信号的栅极驱动器，可以提供一种边框宽度窄(也称为窄边框)的显示装置。此外，通过将上述场效应迁移率高的晶体管用于显示装置所包括的源极驱动器(尤其是，与源极驱动器所包括的移位寄存器的输出端子连接的解复用器)，可以提供一种与显示装置连接的布线数较少的显示装置。
注意，即使半导体层108包括In的原子数比大于M的原子数比的区域，也在半导体层108的结晶性较高时，有时场效应迁移率降低。
例如，作为半导体层108a的组成，原子数比可以为In：Ga：Zn＝1：1：0.5或其附近。例如，作为半导体层108a的组成，原子数比可以为In：Ga：Zn＝4：2：3或其附近。例如，作为半导体层108c的组成，原子数比可以为In：Ga：Zn＝1：1：0.5或其附近。注意，在此半导体层108a及半导体层108c与半导体层108b的组成不同，但是本发明的一个方式不局限于此。可以使半导体层108a、半导体层108b及半导体层108c的组成相同。此外，也可以使半导体层108a、半导体层108b及半导体层108c的组成互不相同。另外，也可以使半导体层108a、半导体层108b及半导体层108c中的任一个的组成不同。
半导体层108的结晶性例如可以通过X射线衍射(XRD：X-Ray Diffraction)或透射电子显微镜(TEM：Transmission Electron Microscope)进行分析。
在此，混入半导体层108的氢或水分等杂质对晶体管特性造成影响而引起问题。因此，在半导体层108中，氢或水分等杂质越少越好。
通过作为半导体层108使用水、氢等杂质的浓度低且缺陷态密度低的金属氧化物膜，可以制造具有更优良的电特性的晶体管，所以是优选的。这里，将水、氢等杂质的浓度低且缺陷态密度低(氧缺损少)的状态称为“高纯度本征”或“实质上高纯度本征”。因为高纯度本征或实质上高纯度本征的金属氧化物膜的载流子发生源较少，所以可以降低载流子密度。因此，在该金属氧化物膜中形成有沟道区域的晶体管很少具有负阈值电压的电特性(也称为常开启特性)。因为高纯度本征或实质上高纯度本征的金属氧化物膜具有较低的缺陷态密度，所以有可能具有较低的陷阱态密度。高纯度本征或实质上高纯度本征的金属氧化物膜的关态电流显著低，即便是沟道宽度为1×106μm、沟道长度为10μm的元件，当源电极与漏电极间的电压(漏电压)在1V至10V的范围时，关态电流也可以为半导体参数分析仪的测量极限以下，即1×10-13A以下。
在图1A中，半导体层108由半导体层108a、半导体层108b及半导体层108c这三层构成。注意，优选连续地形成绝缘层104上的半导体层108a和半导体层108b。半导体层108c在形成开口112之后形成。半导体层108c优选以覆盖比开口112大的范围的方式设置。半导体层108c被设置为接触于在开口112的侧面露出的导电层120、绝缘层116及绝缘层109的位置。
半导体层108c上设置有绝缘层110。绝缘层110上设置有绝缘层113a，绝缘层113a上设置有导电层111。导电层111上设置有绝缘层113b。因此，在开口112之内侧，半导体层108c、绝缘层110、绝缘层113a、导电层111及绝缘层113b依次层叠在半导体层108b上。绝缘层113b优选以覆盖比半导体层108c大的范围的方式设置。注意，导电层111优选被绝缘层113a和绝缘层113b围绕。
形成在开口112之内侧的导电层111的一部分被用作第二栅电极(也称为顶栅电极)，导电层111具有隔着绝缘层110与半导体层108重叠的部分。因此，晶体管100是半导体层108上设置有栅电极的所谓的顶栅极型晶体管。
如图1B及图1C所示，作为绝缘层113a及绝缘层113b，可以使用与绝缘层116同样的材料。通过由绝缘层113a和绝缘层113b围绕导电层111，可以抑制绝缘层110等所含的氧扩散至导电层111而导电层111的电阻变高。此外，绝缘层113a及绝缘层113b可以具有顶面形状大致一致的结构。
在图1B及图1C中，绝缘层104具有叠层结构。绝缘层104从导电层106一侧包括第一层104a、第二层104b及第三层104c。
第一层104a覆盖导电层106的顶面及侧面。第三层104c接触于半导体层108的底面。第二层104b夹在第一层104a与第三层104c之间。
与半导体层108接触的第三层104c优选具有包含氧的绝缘膜。例如，作为第三层104c优选使用氧化硅膜或氧氮化硅膜等氧化绝缘膜。由于容易使这种氧化绝缘膜在成膜中或在成膜后包含多量的氧，所以可以成为因加热而容易释放氧的膜。通过以接触于这种氧化绝缘膜的方式设置半导体层108，能够将多量的氧供应到半导体层108。
作为第一层104a，可以使用通过覆盖性高的成膜方法来形成的绝缘膜。例如，可以通过等离子体CVD法及溅射法等来形成。当作为第一层104a使用无机绝缘膜时，与使用有机绝缘膜的情况相比可以减薄厚度，由此可以降低晶体管100A的驱动电压。与第三层104c同样，第一层104a优选具有包含氧的绝缘膜。尤其是，当作为第一层104a和第三层104c使用相同的绝缘膜时，可以共同使用成膜装置，所以是优选的。
作为第二层104b，优选使用不容易扩散水、氢或氮等(阻挡性高)的薄膜。因此，可以防止衬底102及导电层106等所含的水、氢等杂质扩散到半导体层108。
此外，第二层104b优选包含其介电常数高于第一层104a及第三层104c中的至少一个的材料。因此，能够降低供应到被用作第二栅电极的导电层106的电压。
具体而言，优选在第二层104b中使用氧化铝、氧化铪或铝酸铪等。
如图1B及图1C所示，导电层111可以使用与导电层120a、导电层120b或导电层106相同的材料。被用作栅电极的导电层111优选包含金属或合金。例如，作为导电层111，优选使用铜膜或铝膜等低电阻的导电膜。另外，导电层111可以具有单层结构或叠层结构。
此外，被用作顶栅电极的导电层111可以与被用作底栅电极的导电层106电连接。通过对导电层111和导电层106供应相同的电位，可以利用由一对栅电极产生的电场电围绕半导体层108。由此，可以对半导体层108有效地施加用来引起沟道的电场，而可以增大晶体管100的通态电流。因此，可以实现晶体管100的微型化。
如图1A和图1C所示，优选在沟道宽度方向上导电层111及导电层106突出到半导体层108端部的外侧。此时，如图1C所示，导电层111及导电层106隔着绝缘层110及绝缘层104覆盖半导体层108的沟道宽度方向上的整体。
此外，导电层111也可以不与导电层106连接。此时，可以对一对栅电极中的一个供应固定电位，对另一个供应用来使晶体管100A驱动的信号。此时，可以通过利用供应给一个电极的电位控制用另一个电极使晶体管100A驱动时的阈值电压。
如图1B及图1C所示，晶体管100优选包括绝缘层110、绝缘层113a、导电层111及绝缘层113b上的绝缘层118以及绝缘层118上的绝缘层119。
绝缘层118可以使用与绝缘层109同样的材料。
绝缘层119可以使用与绝缘层116同样的材料。通过设置绝缘层119，可以抑制从绝缘层109、绝缘层110及绝缘层118释放的氧经过晶体管扩散到外部。
此外，被用作栅极绝缘层的绝缘层110优选包括过剩氧区域。当绝缘层110包括过剩氧区域时，能够对半导体层108供应过剩氧。因此，由于能够用过剩氧填补在半导体层108中会形成的氧空位，所以可以提供可靠性高的半导体装置。与绝缘层110同样，第三层104c优选包括过剩氧区域。
以上是对结构例子1的说明。
以下，对其一部分的结构与上述结构例子1不同的晶体管的变形例子进行说明。下面，有时省略与上述结构例子1重复的部分的说明。此外，在以下所示的附图中，关于具有与上述结构例子1相同的功能的部分使用相同的阴影线，而有时不附加附图标记。
[变形例子1]
图2A是与图1B不同的晶体管100A的沟道长度方向的截面图。图2B是与图1B不同的晶体管100B的沟道长度方向的截面图。
在图2A所示的晶体管100A的与结构例子1所示的晶体管100主要不同之处在于：在区域P1及区域P2中，绝缘层116接触于导电层120a及导电层120b的各顶面而不接触于绝缘层104(或绝缘层104c)。
因为绝缘层116可以与导电层120同时形成，所以可以减少用来形成绝缘层116的掩模。
图2B所示的晶体管100B的与结构例子1所示的晶体管100主要不同之处在于：在区域Q中，具有半导体层108c埋入在半导体层108b中的形状。此时，半导体层108b的顶面高度优选与半导体层108c的顶面高度相等。更优选的是，半导体层108c的顶面高度低于半导体层108b的顶面高度，半导体层108c埋入在半导体层108b中。
通过使被用作源极的导电层120a的端部或被用作漏极的导电层120b的端部离开半导体层108b，可以缓和对半导体层108b局部性地施加的电场应力。
以上是对结构例子1的变形例子1的说明。
[半导体装置的构成要素]
接着，对本实施方式的半导体装置所包括的构成要素进行详细的说明。
[衬底]
虽然对衬底102的材料等没有特别的限制，但是至少需要能够承受后续的热处理的耐热性。例如，作为衬底102，可以使用玻璃衬底、陶瓷衬底、石英衬底、蓝宝石衬底等。另外，还可以使用以硅或碳化硅为材料的单晶半导体衬底或多晶半导体衬底、以硅锗等为材料的化合物半导体衬底、SOI(Silicon On Insulator：绝缘体上硅)衬底等，并且也可以将在这些衬底上设置有半导体元件的衬底用作衬底102。当作为衬底102使用玻璃衬底时，通过使用第6代(1500mm×1850mm)、第7代(1870mm×2200mm)、第8代(2200mm×2400mm)、第9代(2400mm×2800mm)、第10代(2950mm×3400mm)、第10.5代、第11代或第12代等的大尺寸衬底，可以制造大型显示装置。
作为衬底102，也可以使用柔性衬底，并且在柔性衬底上直接形成晶体管100等。或者，也可以在衬底102与晶体管100等之间设置剥离层。剥离层可以在如下情况下使用，即在剥离层上制造半导体装置的一部分或全部，然后将其从衬底102分离并转置到其他衬底上的情况。此时，也可以将晶体管100等转置到耐热性低的衬底或柔性衬底上。
[导电膜]
被用作栅电极的导电层111及导电层106、被用作源电极的导电层120a、被用作漏电极的导电层120b可以使用选自铬(Cr)、铜(Cu)、铝(Al)、金(Au)、银(Ag)、锌(Zn)、钼(Mo)、钽(Ta)、钛(Ti)、钨(W)、锰(Mn)、镍(Ni)、铁(Fe)、钴(Co)、钌(Ru)中的金属元素、以上述金属元素为成分的合金或者组合上述金属元素的合金等形成。
另外，作为被用作栅电极的导电层111及导电层106、被用作源电极的导电层120a、被用作漏电极的导电层120b，也可以使用包含铟和锡的氧化物(In-Sn氧化物)、包含铟和钨的氧化物(In-W氧化物)、包含铟、钨及锌的氧化物(In-W-Zn氧化物)、包含铟和钛的氧化物(In-Ti氧化物)、包含铟、钛及锡的氧化物(In-Ti-Sn氧化物)、包含铟和锌的氧化物(In-Zn氧化物)、包含铟、锡及硅的氧化物(In-Sn-Si氧化物)、包含铟、镓及锌的氧化物(In-Ga-Zn氧化物)等氧化物导电体或金属氧化物膜。
在此，说明氧化物导电体。在本说明书等中，也可以将氧化物导电体称为OC(OxideConductor)。例如，氧化物导电体是通过如下步骤而得到的：在金属氧化物中形成氧空位，对该氧空位添加氢而在导带附近形成施主能级。其结果，金属氧化物的导电性增高，而成为导电体。可以将成为导电体的金属氧化物称为氧化物导电体。一般而言，由于金属氧化物的能隙大，因此对可见光具有透光性。另一方面，氧化物导电体是在导带附近具有施主能级的金属氧化物。因此，在氧化物导电体中，起因于施主能级的吸收的影响小，而对可见光具有与金属氧化物大致相同的透光性。
另外，导电层111也可以为包含上述氧化物导电体(金属氧化物)的导电膜与包含金属或合金的导电膜的叠层结构。通过使用包含金属或合金的导电膜，可以降低布线电阻。此时，优选作为与被用作栅极绝缘膜的绝缘层接触的部分，使用包含氧化物导电体的导电膜。
另外，作为导电层111、导电层106、导电层120a、导电层120b，也可以应用Cu-X合金膜(X为Mn、Ni、Cr、Fe、Co、Mo、Ta或Ti)。通过使用Cu-X合金膜，可以通过湿蚀刻工序进行加工，从而可以抑制制造成本。
此外，导电层111、导电层106、导电层120a、导电层120b尤其优选包含选自上述金属元素中的钛、钨、钽和钼中的任一个或多个。尤其是，作为导电层111、导电层106、导电层120a、导电层120b，优选使用氮化钽膜。该氮化钽膜具有导电性，并对铜或氢具有高阻挡性。此外，因为从氮化钽膜本身释放的氢量少，所以可以作为与半导体层108接触的导电膜或半导体层108附近的导电膜适合地使用氮化钽膜。
[绝缘层116、绝缘层113a、绝缘层113b及绝缘层119]
作为被用作阻挡层等的绝缘层116、绝缘层113a、绝缘层113b及绝缘层119，优选包含金属元素和氧或氮。注意，作为上述金属元素，包含选自铝、铪、钌、钛、钽、钨或铬等金属元素中的一个或多个。就是说，作为被用作阻挡层等的绝缘层116、绝缘层113a、绝缘层113b及绝缘层119，可以使用包含金属元素的氮化膜或包含金属元素的氧化膜。
[绝缘层104]
绝缘层104可以通过适当地利用溅射法、CVD法、蒸镀法、脉冲激光沉积(PLD)法、印刷法、涂敷法等形成。绝缘层104例如可以是氧化物绝缘膜和/或氮化物绝缘膜的单层或叠层。注意，为了提高绝缘层104与半导体层108的界面特性，绝缘层104中的至少与半导体层108接触的区域优选包括氧化物绝缘膜。另外，通过作为绝缘层104使用因加热而释放氧的氧化物绝缘膜，可以利用热处理使绝缘层104所包含的氧移动到半导体层108中。
绝缘层104的厚度可以为50nm以上、100nm以上且3000nm以下或200nm以上且1000nm以下。通过增加绝缘层104的厚度，可以使绝缘层104的氧释放量增加，而能够减少绝缘层104与半导体层108之间的界面能级，并且减少包含在半导体层108中的氧空位。
绝缘层104例如可以使用氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化铪、氧化镓或者Ga-Zn氧化物等，并且以叠层或单层设置。在本实施方式中，作为绝缘层104，使用氮化硅膜和氧氮化硅膜的叠层结构。如此，通过使绝缘层104具有叠层结构，作为下侧的层使用氮化硅膜，作为上侧的层使用氧氮化硅膜，可以对半导体层108高效地供应氧。
另外，作为绝缘层104的与半导体层108接触的部分也可以使用氧化物膜以外的膜，例如氮化硅膜等。此时，优选对绝缘层104的与半导体层108接触的表面进行氧等离子体处理等预处理，来使绝缘层104的表面或表面附近氧化。
[绝缘层110]
作为用作晶体管100等的栅极绝缘膜的绝缘层110，可以通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD：Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)法、溅射法等形成包括氧化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化硅膜、氧化铝膜、氧化铪膜、氧化钇膜、氧化锆膜、氧化镓膜、氧化钽膜、氧化镁膜、氧化镧膜、氧化铈膜和氧化钕膜中的一种以上的绝缘层。此外，绝缘层110也可以具有两层的叠层结构或三层以上的叠层结构。
作为接触于用作晶体管100等的沟道区域的半导体层108的绝缘层110优选使用氧化物绝缘层，更优选包括包含超过化学计量组成的氧的区域(氧过剩区域)。换言之，绝缘层110是能够释放氧的绝缘层。此外，为了在绝缘层110中设置过剩氧区域，例如可以在氧气氛下形成绝缘层110或者在氧气氛下对形成后的绝缘层110进行热处理。
此外，当作为绝缘层110使用氧化铪时发挥如下效果。氧化铪的相对介电常数比氧化硅或氧氮化硅高。因此，可以使绝缘层110的厚度比使用氧化硅的情况大，由此，可以减少隧道电流引起的泄漏电流。也就是说，可以实现关态电流低的晶体管。再者，与具有非晶结构的氧化铪相比，具有结晶结构的氧化铪的相对介电常数较高。因此，为了形成关态电流低的晶体管，优选使用具有结晶结构的氧化铪。作为结晶结构的例子，可以举出单斜晶系或立方晶系等。注意，本发明的一个方式不局限于此。
绝缘层110的缺陷优选少，典型的是通过电子自旋共振法(ESR：Electron SpinResonance)观察的信号优选少。例如，作为上述信号可举出在g值为2.001时观察的E’中心。此外，E’中心起因于硅的悬空键。作为绝缘层110使用起因于E’中心的自旋密度为3×1017spins/cm3以下、优选为5×1016spins/cm3以下的氧化硅膜或氧氮化硅膜即可。
[半导体层]
当半导体层108为In-M-Zn氧化物时，用来形成In-M-Zn氧化物的溅射靶材的金属元素的原子数比优选满足In＞M。作为这种溅射靶材的金属元素的原子数比，可以举出In:M:Zn＝1:1:1、In:M:Zn＝1:1:1.2、In:M:Zn＝2:1:3、In:M:Zn＝3:1:2、In:M:Zn＝4:2:4.1、In:M:Zn＝5:1:6、In:M:Zn＝5:1:7、In:M:Zn＝5:1:8、In:M:Zn＝6:1:6、In:M:Zn＝5:2:5等。
另外，当半导体层108为In-M-Zn氧化物时，作为溅射靶材优选使用包含多晶的In-M-Zn氧化物的靶材。通过使用包含多晶的In-M-Zn氧化物的靶材，容易形成具有结晶性的半导体层108。注意，所形成的半导体层108的原子数比分别包含上述溅射靶材中的金属元素的原子数比的±40％的范围内。例如，在被用于半导体层108的溅射靶材的组成为In:Ga:Zn＝4:2:4.1[原子数比]时，所形成的半导体层108的组成有时为In:Ga:Zn＝4:2:3[原子数比]附近。
半导体层108的能隙为2eV以上，优选为2.5eV以上。如此，通过使用能隙较宽的金属氧化物，可以降低晶体管的关态电流。
半导体层108优选具有非单晶结构。非单晶结构例如包括CAAC-OS(C AxisAligned Crystalline Oxide Semiconductor：c轴取向结晶氧化物半导体)、多晶结构、微晶结构或非晶结构。在非单晶结构中，非晶结构的缺陷态密度最高，而CAAC-OS的缺陷态密度最低。
注意，本发明的一个方式的半导体层108不局限于晶体管的沟道形成区域中包含金属氧化物的结构。例如，在本实施方式的半导体装置中，可以在晶体管的沟道形成区域中使用硅。作为硅，可以使用氢化非晶硅(a-Si：H)、低温多晶硅(LTPS(Low TemperaturePoly-Silicon))或者结晶硅。作为结晶硅，可以举出微晶硅、多晶硅和单晶硅等。
[制造方法例子1]
下面，对本发明的一个方式的晶体管的制造方法例子进行说明。在此，以上述结构例子1所例示的晶体管100为例子进行说明。
构成半导体装置的薄膜(绝缘膜、半导体膜、导电膜等)可以利用溅射法、化学气相沉积(CVD：Chemical Vapor Deposition)法、真空蒸镀法、脉冲激光沉积(PLD：Pulse LaserDeposition)法、原子层沉积(ALD：Atomic Layer Deposition)法等形成。作为CVD法有等离子体增强化学气相沉积(PECVD：Plasma Enhanced CVD)法、热CVD法等。此外，作为热CVD法之一，有有机金属化学气相沉积(MOCVD：Metal Organic CVD)法。
构成半导体装置的薄膜(绝缘膜、半导体膜、导电膜等)可以利用旋涂法、浸渍法、喷涂法、喷墨法、分配器法、丝网印刷法、胶版印刷法等方法、刮刀(doctor knife)、狭缝式涂布、辊涂、帘式涂布、刮刀式涂布等工具(设备)形成。
当对构成半导体装置的薄膜进行加工时，可以利用光刻法等进行加工。除了上述方法以外，还可以利用纳米压印法、喷砂法、剥离法等对薄膜进行加工。此外，可以利用金属掩模等遮蔽掩模的成膜方法直接形成岛状的薄膜。
光刻法典型地有如下两种方法。一个是在要进行加工的薄膜上形成抗蚀剂掩模，通过蚀刻等对该薄膜进行加工，并去除抗蚀剂掩模的方法。另一个是在形成感光性薄膜之后，进行曝光及显影来将该薄膜加工为所希望的形状的方法。
在光刻法中，作为用于曝光的光，例如可以使用i线(波长为365nm)、g线(波长为436nm)、h线(波长为405nm)或将这些光混合而成的光。另外，还可以使用紫外光、KrF激光或ArF激光等。另外，也可以利用液浸曝光技术进行曝光。作为用于曝光的光，也可以使用极紫外光(EUV：Extreme Ultra-Violet light)或X射线。另外，也可以使用电子束代替用于曝光的光。当使用极紫外光、X射线或电子束时，可以进行极其微细的加工，所以是优选的。另外，在通过电子束等光束的扫描进行曝光时，不需要光掩模。
作为薄膜的蚀刻方法，可以利用干蚀刻法、湿蚀刻法及喷砂法等。
图3至图5所示的各附图是说明晶体管100的制造方法的沟道长度方向上的截面图。为了方便起见，有时将刚成膜后的构成要素表示为膜，将形成后的构成要素表示为层。例如，在说明书中，为了进行说明，有时将刚成膜后的膜表示为半导体膜108A。
[导电层106的形成]
在衬底102上形成导电膜，对该导电膜进行蚀刻加工，来形成被用作底栅电极的导电层106(图3A)。
[绝缘层104的形成]
接着，以覆盖衬底102及导电层106的方式形成绝缘层104(图3B)。绝缘层104可以利用等离子体CVD法、ALD法、溅射法等形成。
在此，形成具有三层叠层结构的绝缘层104。
作为第一层104a及第三层104c，通过等离子体CVD法或溅射法等形成氧化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜或氮化硅膜等包含硅的绝缘膜。
作为第二层104b，通过溅射法或ALD法形成具有氧化铝膜、氧化铪膜或铝酸铪膜等不包含硅的金属氧化物的绝缘膜。
在此，优选在形成绝缘层104之后对绝缘层104添加氧。作为对绝缘层104添加的氧，有氧自由基、氧原子、氧原子离子、氧分子离子等。作为添加方法，有离子掺杂法、离子注入法、等离子体处理等。另外，也可以在绝缘层104上形成抑制氧脱离的膜之后，经过该膜对绝缘层104添加氧。
作为上述抑制氧脱离的膜，可以使用含有铟、锌、镓、锡、铝、铬、钽、钛、钼、镍、铁、钴或钨的一种以上的导电膜或半导体膜。
当利用等离子体处理添加氧时，通过利用微波使氧激发而产生高密度的氧等离子体，可以增加对绝缘层104添加的氧量。此外，通过在含氧的气氛下进行等离子体处理，可以去除附着在绝缘层104的表面的水或氢等。由此，可以降低有可能存在于后面形成的半导体层108中或半导体层108与绝缘层104的界面的水或氢。
当作为绝缘层104使用氮化硅或氮氧化硅等时，有时在绝缘层104中包含氢。此时，通过进行上述等离子体处理等，至少可以减低半导体层108一侧的氢浓度。
[半导体层108a及半导体层108b的形成]
接着，在绝缘层104上形成成为半导体层108a的半导体膜108A(未图示)及成为半导体层108b的半导体膜108B(未图示)(图3C)。
半导体膜108A及半导体膜108B优选通过使用金属氧化物靶材的溅射法来形成。
在形成半导体膜108A及半导体膜108B时，除了氧气体之外还可以混合惰性气体(例如，氦气体、氩气体、氙气体等)。
例如，在半导体膜108A的成膜气体整体中氧气体所占的比率(以下，也称为氧流量比)优选为0％以上且100％以下，更优选为10％以上且50％以下。通过提高氧流量比，有时在形成半导体膜108A时溅射气体所含的氧的一部分被供应到绝缘层104。
例如，形成半导体膜108B时的氧流量比优选为0％以上且100％以下，更优选为5％以上且50％以下。通过降低氧流量比形成结晶性较低的金属氧化物膜，可以获得通态电流高的晶体管。
此外，半导体膜108A及半导体膜108B的成膜条件为如下：将衬底温度设定为室温以上且250℃以下，优选将衬底温度设定为130℃以上且低于220℃。形成金属氧化物膜时的衬底温度例如优选为室温以上且低于220℃，由此可以提高生产率。另外，通过在将衬底温度设定为室温或不进行意图性的加热的状态下形成金属氧化物膜，可以容易形成结晶性低的金属氧化物膜。
半导体膜108A的厚度为3nm以上且200nm以下，优选为3nm以上且100nm以下，更优选为3nm以上且60nm以下。
半导体膜108B的厚度为3nm以上且200nm以下，优选为3nm以上且100nm以下，更优选为3nm以上且60nm以下。
当作为衬底102使用大型玻璃衬底(例如，第六代至第十二代)时，在形成金属氧化物膜时的衬底温度为220℃以上且300℃以下的情况下，衬底102有可能变形(应变或翘曲)。因此，在使用大型玻璃衬底的情况下，通过将形成金属氧化物膜时的衬底温度设定为室温以上且低于220℃，可以抑制玻璃衬底的变形。
另外，需要进行溅射气体的高纯度化。例如，作为用作溅射气体的氧气体或氩气体，使用露点为-40℃以下，优选为-80℃以下，更优选为-100℃以下，进一步优选为-120℃以下的高纯度气体，由此可以尽可能地防止水分等混入金属氧化物膜。
另外，在通过溅射法形成金属氧化物膜的情况下，优选使用低温泵等吸附式真空抽气泵对溅射装置的处理室进行高真空抽气(抽空到5×10-7Pa至1×10-4Pa左右)以尽可能地去除对金属氧化物来说是杂质的水、氢等。尤其是，在溅射装置的待机时处理室内的相当于H2O的气体分子(相当于m/z＝18的气体分子)的分压优选为1×10-4Pa以下，更优选为5×10-5Pa以下。
另外，优选在形成金属氧化物膜之前进行用来使附着于绝缘层104的表面上的水或氢脱离的热处理。例如，可以在减压气氛下以70℃以上且低于220℃的温度进行热处理。此时，优选以绝缘层104的表面不暴露于大气的方式连续地形成金属氧化物膜。例如，成膜装置优选具有加热衬底的加热室与形成金属氧化物膜的成膜室通过闸阀等连接的结构。
对半导体膜108A及半导体膜108B进行加工来形成半导体层108a及半导体层108b(图3C)。当对半导体膜108A及半导体膜108B进行加工时，可以使用湿蚀刻法及/或干蚀刻法。
另外，也可以在形成半导体膜108A及半导体膜108B之后或者将它们加工为半导体层108a及半导体层108b之后进行热处理来实现金属氧化物膜或半导体层108的脱氢化或脱水化。作为热处理的温度，典型地为150℃以上且低于衬底的应变点、250℃以上且450℃以下或者300℃以上且450℃以下。
可以在包含氦、氖、氩、氙、氪等稀有气体或包含氮的惰性气氛中进行热处理。或者，也可以在惰性气氛中进行加热之后在氧气氛中进行加热。另外，上述惰性气体气氛及氧气氛优选不包含氢、水等。处理时间可以是3分钟以上且24小时以下。
该热处理可以使用电炉、RTA装置等进行。通过使用RTA装置，可以限定于短时间内在衬底的应变点以上的温度下进行热处理。由此，可以缩短热处理时间。
边对金属氧化物膜进行加热边形成该金属氧化物膜，或者在形成金属氧化物膜之后进行热处理，由此，利用SIMS测得的金属氧化物膜中的氢浓度可以为5×1019atoms/cm3以下、1×1019atoms/cm3以下、5×1018atoms/cm3以下、1×1018atoms/cm3以下、5×1017atoms/cm3以下或者1×1016atoms/cm3以下。
[导电层120的形成]
接着，在绝缘层104、半导体层108a及半导体层108b上形成导电膜，使用该导电膜形成导电层120(图3D)。
[绝缘层116的形成]
接着，在绝缘层104及导电层120上形成成为绝缘层116的绝缘膜，对该绝缘膜进行加工来形成绝缘层116(图3E)。
成为绝缘层116的绝缘膜优选利用溅射法或ALD法等成膜方法形成。尤其是，当利用ALD法时，可以形成台阶覆盖性高且极致密的膜，由此可以提供具有高阻挡性的膜。
作为绝缘层116，优选包含金属元素和氧或氮。注意，作为上述金属元素，包含选自铝、铪、钌、钛、钽、钨或铬等金属元素中的一个或多个。就是说，作为绝缘层116，可以使用包含金属元素的氮化膜或包含金属元素的氧化膜。
优选以覆盖导电层120的方式接触地设置绝缘层116。因此，绝缘层116被用作抑制导电层120吸收氧而氧化的阻挡膜。此外，该金属化合物有时吸引包含在导电层120、半导体层108a及半导体层108b中的氢。
另外，在氧化物半导体中存在氢或氮等的情况下，载流子密度增加。有时氧化物半导体中的氢与键合于金属原子的氧起反应而生成水，而形成氧空位。在氢进入该氧空位的情况下，载流子密度增加。另外，有时由于氢的一部分与键合于金属原子的氧键合，产生作为载流子的电子。换言之，包含氮或氢的氧化物半导体的电阻下降。
[绝缘膜109F的成膜]
接着，在绝缘层104及绝缘层116上形成成为绝缘层109的绝缘膜109F(图3F)。
作为绝缘膜109F，例如优选通过使用等离子体增强化学气相沉积装置(也称为PECVD装置或者等离子体CVD装置)形成氧化硅膜或氧氮化硅膜等氧化物膜。此时，作为源气体，优选使用包含硅的沉积气体及氧化性气体。作为包含硅的沉积气体的典型例子，有硅烷、乙硅烷、丙硅烷、氟化硅烷等。作为氧化性气体，有氧、臭氧、一氧化二氮、二氧化氮等。
另外，作为绝缘膜109F，可以在如下条件下利用PECVD装置形成缺陷量少的氧氮化硅膜：相对于沉积气体流量的氧化性气体流量大于20倍且小于100倍，或者为40倍以上且80倍以下；并且处理室内的压力低于100Pa，或为50Pa以下。
此外，作为绝缘膜109F，可以在如下条件下形成致密的氧化硅膜或氧氮化硅膜作为绝缘层109：将设置在PECVD装置的抽成真空的处理室内的衬底保持在280℃以上且350℃以下的温度，将源气体引入处理室内而将处理室内的压力设定为20Pa以上且250Pa以下，更优选为100Pa以上且250Pa以下，并对设置在处理室内的电极供应高频功率。
另外，可以通过使用微波的PECVD法形成绝缘膜109F。微波是指300MHz至300GHz的频率范围。微波的电子温度低，并且其电子能量小。此外，在被供应的电力中，用于加速电子的比率少，能够用于更多分子的离解及电离，并且能够使密度高的等离子体(高密度等离子体)激发。因此，等离子体对被形成面及沉积物造成的损伤少，由此能够形成缺陷少的绝缘膜109F。
另外，可以通过使用有机硅烷气体的CVD法形成绝缘膜109F。作为有机硅烷气体，可以使用正硅酸乙酯(TEOS：化学式为Si(OC2H5)4)、四甲基硅烷(TMS：化学式为Si(CH3)4)、四甲基环四硅氧烷(TMCTS)、八甲基环四硅氧烷(OMCTS)、六甲基二硅氮烷(HMDS)、三乙氧基硅烷(SiH(OC2H5)3)、三(二甲氨基)硅烷(SiH(N(CH3)2)3)等含有硅的化合物。通过利用使用有机硅烷气体的CVD法，能够形成覆盖性高的绝缘膜109F。
[开口112的形成]
接着，对与导电层106重叠的区域的导电层120、绝缘层116及绝缘膜109F的一部分进行蚀刻来形成开口112，由此使半导体层108b的一部分露出(图4A)。
在此，优选各自使用相同的抗蚀剂掩模对导电层120、绝缘层116及绝缘膜109F进行加工。因此，可以在半导体层108b上形成顶面形状大致一致的开口112。
注意，在对绝缘层109及绝缘层116进行蚀刻时，有时半导体层108b的一部分也被蚀刻而其厚度减少。
[半导体层108c的形成]
接着，在绝缘层109及开口112上形成成为半导体层108c的半导体膜108C(图4B)。
在形成半导体膜108C时，除了氧气体之外还可以混合惰性气体(例如，氦气体、氩气体、氙气体等)。
例如，在半导体膜108C的成膜气体整体中氧气体所占的比率(以下，也称为氧流量比)优选为0％以上且100％以下，更优选为50％以上且100％以下。通过提高氧流量比，有时在形成半导体层108c时溅射气体所含的氧的一部分被供应到半导体层108a及半导体层108b。
此外，半导体膜108C的成膜条件为如下：将衬底温度设定为室温以上且250℃以下，优选将衬底温度设定为130℃以上且低于220℃。形成金属氧化物膜时的衬底温度例如优选为室温以上且低于220℃，由此可以提高生产率。另外，通过在将衬底温度设定为室温或不进行意图性的加热的状态下形成金属氧化物膜，可以容易形成结晶性低的金属氧化物膜。
半导体层108c的厚度为3nm以上且200nm以下，优选为3nm以上且100nm以下，更优选为3nm以上且60nm以下。
[热处理]
在形成半导体膜108C之后进行热处理。此时，优选的是，在氮气氛下进行热处理，然后在氧气氛下进行热处理。
通过热处理，从半导体膜108C释放的氧被供应到半导体层108a及半导体层108b，可以减少半导体层108a及半导体层108b中的氧空位。由此，高电阻(低载流子浓度)区域形成在半导体层108a及半导体层108b中的与半导体膜108C接触的部分。
热处理的最高温度越高越好，但是在使用大型衬底的情况下，将该温度例如设定为100℃以上且450℃以下，优选为150℃以上且450℃以下，更优选为200℃以上且450℃以下，进一步优选为250℃以上且450℃以下，更进一步优选为300℃以上且420℃以下。因为半导体层108c包含多量的过剩氧，所以即使以较低的温度进行热处理，也能够将充分量的氧供应到半导体层108a及半导体层108b。
[绝缘层110的成膜]
接着，形成绝缘膜110A。绝缘膜110A可以利用等离子体CVD法或溅射法等形成。与绝缘层109同样，绝缘膜110A优选使用缺陷少且致密的氧化硅膜或氧氮化硅膜形成(图4B)。可以在形成绝缘膜110A之后进行热处理，而代替在形成半导体膜108C之后进行热处理。关于热处理，可以参照上述热处理，因此省略详细说明。
[导电层111及绝缘层113a的成膜]
接着，在绝缘层110上形成成为绝缘层113a的绝缘膜113A和成为导电层111的导电膜111A(图4B)。绝缘膜113A及导电膜111A优选通过使用金属或合金的溅射靶材的溅射法形成。绝缘膜113A及导电膜111A以覆盖开口112的方式形成在绝缘层110上。
[导电层111的形成]
接着，对导电膜111A进行加工来形成导电层111。此时，优选使用相同的抗蚀剂掩模对半导体层108c、绝缘层110及绝缘层113a进行加工来形成导电层111。因此，可以形成其顶面形状与导电层111大致一致的半导体层108c、绝缘层110及绝缘层113a(图4C)。
作为绝缘膜113A的蚀刻，优选使用各向异性蚀刻法。优选的是，使用干蚀刻法。由此，可以以不使绝缘层113a的端部缩退的方式进行加工。
[绝缘层113b的成膜]
接着，在绝缘层109、半导体层108c、绝缘层110、绝缘层113a及导电层111上形成成为绝缘层113b的绝缘膜113B(图4D)。绝缘膜113B优选通过使用金属或合金的溅射靶材的溅射法形成。
[绝缘层113b的形成]
接着，对绝缘膜113B进行加工来形成绝缘层113b(图5A)。此时，优选以绝缘层113a与绝缘层113b的端部接触且不使导电层111露出的方式进行加工。关于绝缘层113b的形成，可以参照上述绝缘膜131a的记载，因此省略详细说明。
通过作为绝缘层113a及绝缘层113b使用相同的绝缘膜，可以容易进行各向异性蚀刻。另外，为了以围绕导电层111的方式形成绝缘层113a和绝缘层113b，优选利用各向异性蚀刻法，这是因为在绝缘层113a及绝缘层113b的端部不容易形成凹凸。
[绝缘层118及绝缘层119的形成]
接着，以覆盖绝缘层109及绝缘层110的方式形成绝缘层118及绝缘层119(图5B)。
绝缘层118可以利用等离子体CVD法或溅射法等形成。绝缘层118优选利用与上述绝缘层109同样的方法形成。
绝缘层119优选通过使用金属或合金的溅射靶材的溅射法形成。绝缘层119优选具有与绝缘层116、绝缘层113a及绝缘层113b相同的功能。绝缘层119被用作阻挡膜，可以抑制绝缘层109及绝缘层118所含的氧扩散，并可以抑制氢、水等经过绝缘层119侵入。
通过上述工序，可以制造晶体管100。注意，图5B所示的截面图与图1B相同。
根据本制造方法，当导电层被具有氧化铝膜、氧化铪膜或铝酸铪膜等不包含硅的金属氧化物的绝缘膜覆盖或围绕时，可以抑制由于半导体层中的氧被导电层吸收导致的晶体管的电特性变化。此外，通过设置绝缘层119，可以减小在被用作栅电极的导电层111与被用作源极或漏极的导电层120a、导电层120b之间生成的寄生电容。通过减小在栅电极中生成的寄生量，可以获得良好的开关特性。
此外，例如可以将晶体管的制造工序中的最高温度减少到400℃以下、350℃以下、340℃以下、330℃以下或者300℃以下、，由此可以提高生产率。
以上是对制造方法例子1的说明。
接着，说明与上述结构例子不同的晶体管的结构例子。
[结构例子2]
图6A是晶体管100C的俯视图，图6B相当于沿着图6A所示的点划线A3-A4切断的截面图，图6C相当于沿着图6A所示的点划线B3-B4切断的截面图。
图6A的晶体管100C具有与图1A的晶体管100不同的结构。晶体管100C具有省略了绝缘层116上的绝缘层109的形成工序的结构。因此，绝缘层113b优选覆盖绝缘层116并与其接触。
通过具有不包括绝缘层109的结构，可以省略绝缘层109的成膜工序。此外，绝缘层110所具有的过剩氧区域根据与半导体层108c接触的面积的大小可以控制从绝缘层110释放到半导体层的氧量。
[变形例子2]
图7A是与图6B不同的晶体管100D的沟道长度方向的截面图。图7B是与图6B不同的晶体管100E的沟道长度方向的截面图。
在图7A所示的晶体管100D的与结构例子1所示的晶体管100C主要不同之处在于：在区域R中，绝缘层118接触于导电层120a及导电层120b的各顶面而不接触于绝缘层104(或绝缘层104c)。
因为绝缘层116可以与导电层120同时形成，所以可以减少用来形成绝缘层116的掩模。
图7B所示的晶体管100E的与结构例子2所示的晶体管100C主要不同之处在于：在区域S中，具有半导体层108c埋入在半导体层108b中的形状。此时，半导体层108b的顶面高度优选与半导体层108c的顶面高度相等。更优选的是，半导体层108c的顶面高度低于半导体层108b的顶面高度，半导体层108c埋入在半导体层108b中。
通过使被用作源极的导电层120a的端部或被用作漏极的导电层120b的端部离开半导体层108b，可以缓和对半导体层108b局部性地施加的电场应力。
以上是对结构例子2的变形例子2的说明。
接着，说明与上述结构例子不同的晶体管的结构例子。
[结构例子3]
图8A是晶体管100F的俯视图，图8B相当于沿着图8A所示的点划线A5-A6切断的截面图，图8C相当于沿着图8A所示的点划线B5-B6切断的截面图。
图8A的晶体管100F具有与图1A的晶体管100不同的结构。晶体管100F具有省略了导电层106的形成工序的结构。因此，绝缘层113b优选覆盖绝缘层116并与其接触。
以下说明与上述结构例子不同的晶体管的结构例子。
[结构例子4]
根据本发明的一个方式，可以以低温制造晶体管，由此可以在耐热性较低的衬底上制造晶体管。作为一个例子，说明设置在薄到具有柔性的程度的有机树脂衬底上的晶体管。
图9A及图9B示出下面所例示的晶体管100G的截面图。注意，关于俯视图，可以援用图1A。晶体管100G与上述结构例子1所例示的晶体管100A的不同之处在于：设置在衬底102a上而不设置在衬底102上；以及包括绝缘层103。
作为衬底102a，可以使用薄到具有柔性的程度(例如，厚度为100nm以上且100μm以下)的有机树脂等衬底。
作为有机树脂，典型地可以使用聚酰亚胺树脂。聚酰亚胺树脂具有高耐热性，所以是优选的。另外，可以使用丙烯酸树脂、环氧树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺酰胺树脂、硅氧烷树脂、苯并环丁烯类树脂及酚醛树脂等。
作为有机树脂，例如利用旋涂法、浸渍法、喷涂法、喷墨法、分配器法、丝网印刷法、胶版印刷法等方法、刮刀、狭缝式涂布、辊涂、帘式涂布、刮刀式涂布等工具(设备)，将树脂前体与溶剂的混合材料或可溶性树脂材料与溶剂的混合材料形成在支撑衬底上。然后，通过热处理去除溶剂等，使材料固化，由此可以形成包含有机树脂的衬底102a。
例如，在使用聚酰亚胺时，可以使用因脱水而产生酰亚胺键的树脂前体。此外，也可以使用包含可溶性聚酰亚胺的材料。
注意，当作为衬底102a使用通过旋涂法等来形成的极薄(例如，厚度5μm以下)的有机树脂时，有时得不到充分高的机械强度而难以进行衬底的搬送及处理。因此，为了提高机械强度，可以将具有厚度例如为20μm以上且300μm以下的柔性的薄膜隔着粘合层贴合到衬底102a的背面一侧(不设置晶体管100G一侧)。
作为绝缘层103，可以使用无机绝缘膜。绝缘层103优选被用作防止衬底102a所含的水、氢等杂质扩散至晶体管100G的阻挡膜。
作为阻挡性高的无机绝缘膜，例如可以举出氮化硅、氮氧化硅、氧化铝、氮化铝及氧氮化铝等。
当绝缘层103为叠层膜时，优选作为至少一层使用阻挡性高的无机绝缘膜。例如，可以具有从衬底102a层叠氧氮化硅膜和氮化硅膜的两层结构或从衬底102a层叠氧氮化硅膜、氮化硅膜和氧氮化硅膜的三层结构等。
在此，说明晶体管100G的制造方法的一个例子。首先，在玻璃衬底等的支撑衬底上形成成为衬底102a的树脂层和绝缘层103的叠层。接着，通过与上述制造方法例子同样的方法，在绝缘层103上形成晶体管。然后，通过使支撑衬底与衬底102a分离，可以制造具有柔性的衬底102a上的晶体管100G。
作为支撑衬底与衬底102a的分离方法，可以使用各种方法。例如，可以使用从支撑衬底一侧照射激光来降低支撑衬底与衬底102a的密接性的方法。此时，可以在支撑衬底与衬底102a之间设置光吸收层。作为光吸收层，可以使用能够吸收用于激光的光的一部分的材料。例如，在作为激光使用波长为308nm的受激准分子激光时，作为光吸收层，可以使用金属、半导体、氧化物等。例如，可以使用硅等半导体膜、钛或钨等金属膜、氧化钛、氧化钨、氧化铟或铟锡氧化物等氧化物膜等。
此外，也可以具有如下结构：在支撑衬底上形成绝缘层103，在制造晶体管之后进行支撑衬底与绝缘层103的分离，然后使用粘合层105贴合绝缘层103和具有柔性的衬底102b。图9C示出此时的沟道长度方向的截面图。
此时，优选在绝缘层103与支撑衬底之间形成剥离层。例如，作为剥离层，可以使用包含钨等高熔点金属材料的层与包含该金属材料的氧化物的层的叠层，作为其上的绝缘层103，可以使用包含氮化硅、氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅等无机绝缘材料的绝缘层的叠层。通过具有这种结构，可以在晶体管的制造工序结束之后以不照射激光的方式剥离钨与氧化钨的界面、氧化钨中或者氧化钨与绝缘层的界面。
另外，根据这种制造方法，有机树脂不设置在晶体管的被形成面一侧，可以提高制造工序中的温度。因此，可以提高构成晶体管的绝缘层的成膜温度、用来去除绝缘层或半导体层等所含的水、氢等杂质的热处理的温度，由此可以实现可靠性进一步得到提高的晶体管。
此外，根据这种制造方法，在完成了晶体管之后贴合衬底102b，所以对衬底102b的材料没有限制。因此，作为衬底102b，根据用途可以选择各种材料。
以上，说明了设置在具有柔性的衬底上的晶体管的结构例子。
注意，虽然在此作为设置在绝缘层103上的晶体管100G的结构示出与上述结构例子1所示的晶体管100同样的结构，但是结构例子2至结构例子4所示的晶体管、各制造方法例子所示的各晶体管或以下所示的各晶体管也是同样地，它们都可以制造在具有柔性的衬底上。
本实施方式所示的结构例子、制造方法例子及对应于这些例子的附图等的至少一部分可以与其他结构例子、制造方法例子或附图等适当地组合而实施。
本实施方式的至少一部分可以与本说明书所记载的其他实施方式适当地组合而实施。
(实施方式2)
在本实施方式中，对包括在上述实施方式中例示的晶体管的显示装置的一个例子进行说明。
[结构例子]
图10A是示出显示装置的一个例子的俯视图。图10A所示的显示装置700包括：设置在第一衬底701上的像素部702；设置在第一衬底701上的源极驱动电路部704及栅极驱动电路部706；以围绕像素部702、源极驱动电路部704及栅极驱动电路部706的方式设置的密封剂712；以及以与第一衬底701对置的方式设置的第二衬底705。第一衬底701和第二衬底705由密封剂712贴合。也就是说，像素部702、源极驱动电路部704及栅极驱动电路部706被第一衬底701、密封剂712及第二衬底705密封。注意，虽然在图10A中未图示，但是在第一衬底701与第二衬底705之间设置有显示元件。
另外，在显示装置700中，在第一衬底701上的不由密封剂712围绕的区域中设置有FPC(Flexible printed circuit：柔性印刷电路)端子部708。FPC端子部708电连接到像素部702、源极驱动电路部704及栅极驱动电路部706的每一个。另外，FPC端子部708连接于FPC716，并且通过FPC716对像素部702、源极驱动电路部704及栅极驱动电路部706供应各种信号等。另外，像素部702、源极驱动电路部704、栅极驱动电路部706以及FPC端子部708各与信号线710连接。由FPC716供应的各种信号等是通过信号线710供应到像素部702、源极驱动电路部704、栅极驱动电路部706以及FPC端子部708的。
另外，也可以在显示装置700中设置多个栅极驱动电路部706。另外，作为显示装置700，虽然示出将源极驱动电路部704及栅极驱动电路部706形成在与像素部702相同的第一衬底701上的例子，但是并不局限于该结构。例如，可以只将栅极驱动电路部706形成在第一衬底701上，或者可以只将源极驱动电路部704形成在第一衬底701上。此时，也可以采用将包括形成有源极驱动器电路或栅极驱动器电路等的衬底(例如，由单晶半导体膜、多晶半导体膜形成的驱动电路板)的IC设置于第一衬底701或FPC716的结构。另外，对另行形成的驱动电路板的连接方法没有特别的限制，而可以采用COG(Chip On Glass：玻璃覆晶封装)法、引线键合法等。
另外，显示装置700所包括的像素部702、源极驱动电路部704及栅极驱动电路部706包括多个晶体管，作为该晶体管可以适用本发明的一个方式的半导体装置的晶体管。
另外，显示装置700可以包括各种元件。作为该元件，例如可以举出电致发光(EL)元件(包含有机物及无机物的EL元件、有机EL元件、无机EL元件、LED等)、发光晶体管元件(根据电流发光的晶体管)、电子发射元件、液晶元件、电子墨水元件、电泳元件、电湿润(electrowetting)元件、等离子体显示面板(PDP)、MEMS(微电子机械系统)显示器(例如光栅光阀(GLV)、数字微镜设备(DMD)、数码微快门(DMS)元件、干涉调制(IMOD)元件等)、压电陶瓷显示器等。
此外，作为使用EL元件的显示装置的一个例子，有EL显示器等。作为使用电子发射元件的显示装置的一个例子，有场致发射显示器(FED)或SED方式平面型显示器(SED：Surface-conduction Electron-emitter Display：表面传导电子发射显示器)等。作为使用液晶元件的显示装置的一个例子，有液晶显示器(透射式液晶显示器、半透射式液晶显示器、反射式液晶显示器、直观式液晶显示器、投射式液晶显示器)等。作为使用电子墨水元件或电泳元件的显示装置的一个例子，有电子纸等。注意，当实现半透射式液晶显示器或反射式液晶显示器时，使像素电极的一部分或全部具有反射电极的功能，即可。例如，使像素电极的一部分或全部包含铝、银等，即可。并且，此时也可以将SRAM等存储电路设置在反射电极下。由此，可以进一步降低功耗。
作为显示装置700的显示方式，可以采用逐行扫描方式或隔行扫描方式等。另外，作为当进行彩色显示时在像素中控制的颜色要素，不局限于RGB(R表示红色，G表示绿色，B表示蓝色)这三种颜色。例如，可以由R像素、G像素、B像素及W(白色)像素的四个像素构成。或者，如PenTile排列，也可以由RGB中的两个颜色构成一个颜色要素，并根据颜色要素选择不同的两个颜色来构成。或者可以对RGB追加黄色(yellow)、青色(cyan)、品红色(magenta)等中的一种以上的颜色。另外，各个颜色要素的点的显示区域的大小可以不同。但是，所公开的发明不局限于彩色显示的显示装置，而也可以应用于黑白显示的显示装置。
另外，为了将白色光(W)用于背光源或前光源(有机EL元件、无机EL元件、LED、荧光灯等)使显示装置进行彩色显示，也可以使用着色层(也称为滤光片)。作为着色层，例如可以适当地组合红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)、黄色(Y)等而使用。通过使用着色层，可以与不使用着色层的情况相比进一步提高颜色再现性。此时，也可以通过设置包括着色层的区域和不包括着色层的区域，将不包括着色层的区域中的白色光直接用于显示。通过部分地设置不包括着色层的区域，在显示明亮的图像时，有时可以减少着色层所引起的亮度降低而减少功耗两成至三成左右。但是，在使用有机EL元件或无机EL元件等自发光元件进行全彩色显示时，也可以从具有各发光颜色的元件发射R、G、B、Y、W。通过使用自发光元件，有时与使用着色层的情况相比进一步减少功耗。
此外，作为彩色化的方式，除了经过滤色片将来自上述白色光的发光的一部分转换为红色、绿色及蓝色的方式(滤色片方式)之外，还可以使用分别使用红色、绿色及蓝色的发光的方式(三色方式)以及将来自蓝色光的发光的一部分转换为红色或绿色的方式(颜色转换方式或量子点方式)。
图10B所示的显示装置700A是能够适当地用于具有大型屏幕的电子设备的显示装置。例如，能够适当地用于电视装置、显示器装置、数字标牌等。
显示装置700A包括多个源极驱动器IC721、一对栅极驱动器电路722。
多个源极驱动器IC721分别安装在FPC723上。此外，多个FPC723的一个端子与衬底701连接，另一个端子与印刷电路板724连接。通过使FPC723弯曲，可以将印刷电路板724配置在像素部702的背面，安装在电器设备中，而可以减小用来设置电子设备的空间。
另一方面，栅极驱动器电路722形成在衬底701上。由此，可以实现窄边框的电子设备。
通过采用上述结构，可以实现大型且高清晰显示装置。例如，可以应用于屏幕尺寸为对角线30英寸以上、40英寸以上、50英寸以上或60英寸以上的显示装置。此外，可以实现分别率为全高清、4K2K、8K4K等极为高清晰的显示装置。
[截面结构例子]
下面，参照图11至图13说明作为显示元件使用液晶元件及EL元件的结构。图11及图12是沿着图10A所示的点划线Q-R的截面图，作为显示元件使用液晶元件的结构。另外，图13是沿着图10A所示的点划线Q-R的截面图，作为显示元件使用EL元件的结构。
下面，首先说明图11至图13所示的共同部分，接着说明不同的部分。
[显示装置的共同部分的说明]
图11至图13所示的显示装置700包括：引绕布线部711；像素部702；源极驱动电路部704；以及FPC端子部708。另外，引绕布线部711包括信号线710或信号线710a。另外，像素部702包括晶体管750及电容器790。另外，源极驱动电路部704包括晶体管752。
作为晶体管750及晶体管752也可以使用实施方式1所示的晶体管。
在本实施方式中使用的晶体管包括高度纯化且氧空位的形成被抑制的氧化物半导体膜。该晶体管可以降低关态电流。因此，可以延长图像信号等电信号的保持时间，也可以在电源开启状态下延长写入间隔。因此，可以降低刷新工作的频度，由此可以发挥抑制功耗的效果。
另外，在本实施方式中使用的晶体管能够得到较高的场效应迁移率，因此能够进行高速驱动。例如，通过将这种能够进行高速驱动的晶体管用于显示装置，可以在同一衬底上形成像素部的开关晶体管及用于驱动电路部的驱动晶体管。也就是说，因为作为驱动器电路不需要另行使用由硅片等形成的半导体装置，所以可以缩减半导体装置的构件数。另外，在像素部中也可以通过使用能够进行高速驱动的晶体管提供高品质的图像。
电容器790包括：通过对与晶体管750所包括的被用作第一栅电极的导电膜相同的导电膜进行加工而形成的下部电极；以及晶体管750所包括的被用作源电极或漏电极的导电层120。另外，在下部电极与上部电极之间设置有：通过形成与晶体管750所包括的被用作第一栅极绝缘膜的绝缘膜相同的绝缘膜而形成的绝缘膜；以及通过形成与晶体管750上的被用作保护绝缘膜的绝缘膜相同的绝缘膜而形成的绝缘膜。就是说，电容器790具有将用作电介质膜的绝缘膜夹在一对电极之间的叠层型结构。
另外，在图11至图13中，在晶体管750、晶体管752及电容器790上设置有平坦化绝缘膜770。
在图11至图13中示出像素部702所包括的晶体管750及源极驱动电路部704所包括的晶体管752使用相同的结构的晶体管的结构，但是不局限于此。例如，像素部702及源极驱动电路部704也可以使用不同晶体管。具体而言，可以举出像素部702使用顶栅极型晶体管，且源极驱动电路部704使用底栅极型晶体管的结构，或者像素部702使用底栅极型晶体管，且源极驱动电路部704使用顶栅极型晶体管的结构等。此外，也可以将上述源极驱动电路部704换称为栅极驱动电路部。
信号线710及信号线710a也可以与被用作晶体管750、晶体管752的源电极及漏电极的导电膜在同一工序中形成。图11示出使用在与源电极及漏电极不同的工序中形成的导电膜形成信号线710及信号线710a的例子。作为信号线710，例如，当使用包含铜元素的材料时，起因于布线电阻的信号延迟等较少，而可以实现大屏幕的显示。
另外，FPC端子部708包括连接电极760、各向异性导电膜780及FPC716。连接电极760与被用作晶体管750、晶体管752的源电极及漏电极的导电膜在同一工序中形成。另外，连接电极760与FPC716所包括的端子通过各向异性导电膜780电连接。
另外，作为第一衬底701及第二衬底705，例如可以使用玻璃衬底。另外，作为第一衬底701及第二衬底705，也可以使用具有柔性的衬底。作为该具有柔性的衬底，例如可以举出塑料衬底等。
另外，在第一衬底701与第二衬底705之间设置有结构体778。结构体778是柱状的间隔物，用来控制第一衬底701与第二衬底705之间的距离(液晶盒厚(cell gap))。另外，作为结构体778，也可以使用球状的间隔物。
另外，在第二衬底705一侧，设置有被用作黑矩阵的遮光膜738、被用作滤色片的着色膜736、与遮光膜738及着色膜736接触的绝缘膜734。
[使用液晶元件的显示装置的结构例子]
图11所示的显示装置700包括液晶元件775。液晶元件775包括导电膜772、导电膜774及液晶层776。导电膜774设置在第二衬底705一侧并被用作对置电极。图11所示的显示装置700可以通过由施加到导电膜772与导电膜774之间的电压改变液晶层776的取向状态，由此控制光的透过及非透过而显示图像。
导电膜772电连接到晶体管750所具有的被用作源电极或漏电极的导电膜。导电膜772形成在平坦化绝缘膜770上并被用作像素电极，即显示元件的一个电极。
作为导电膜772，可以使用对可见光具有透光性的导电膜或对可见光具有反射性的导电膜。作为对可见光具有透光性的导电膜，例如，优选使用包含选自铟(In)、锌(Zn)、锡(Sn)中的一种的材料。作为对可见光具有反射性的导电膜，例如，优选使用包含铝或银的材料。
在导电膜772使用对于可见光具有反射性的导电膜时，显示装置700为反射式液晶显示装置。此外，在导电膜772使用对于可见光具有透光性的导电膜时，显示装置700为透射式液晶显示装置。当采用反射式液晶显示装置时，在可见一侧设置偏振片。另一方面，当采用透射式液晶显示装置时，设置夹持液晶元件的一对偏振片。
通过改变导电膜772上的结构，可以改变液晶元件的驱动方式。图12示出此时的一个例子。此外，图12所示的显示装置700是作为液晶元件的驱动方式使用水平电场方式(例如，FFS模式)的结构的一个例子。在图12所示的结构的情况下，导电膜772上设置有绝缘膜773，绝缘膜773上设置有导电膜774。此时，导电膜774具有公共电极的功能，可以由隔着绝缘膜773在导电膜772与导电膜774之间产生的电场控制液晶层776的取向状态。
注意，虽然在图11及图12中未图示，但是也可以分别在导电膜772和导电膜774中的一个或两个与液晶层776接触的一侧设置取向膜。此外，虽然在图11及图12中未图示，但是也可以适当地设置偏振构件、相位差构件、抗反射构件等光学构件(光学衬底)等。例如，也可以使用利用偏振衬底及相位差衬底的圆偏振。此外，作为光源，也可以使用背光、侧光等。
在作为显示元件使用液晶元件的情况下，可以使用热致液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶、高分子网络型液晶、铁电液晶、反铁电液晶等。这些液晶材料根据条件呈现出胆甾相、近晶相、立方相、手征向列相、均质相等。
此外，在采用横向电场方式的情况下，也可以使用不使用取向膜的呈现蓝相的液晶。蓝相是液晶相的一种，是指当使胆甾型液晶的温度上升时即将从胆甾相转变到均质相之前出现的相。因为蓝相只在较窄的温度范围内出现，所以将其中混合了几wt％以上的手征试剂的液晶组合物用于液晶层，以扩大温度范围。由于包含呈现蓝相的液晶和手征试剂的液晶组成物的响应速度快，并且其具有光学各向同性。由此，包含呈现蓝相的液晶和手征试剂的液晶组成物不需要取向处理。另外，因不需要设置取向膜而不需要摩擦处理，因此可以防止由于摩擦处理而引起的静电破坏，由此可以降低制造工序中的液晶显示装置的不良和破损。此外，呈现蓝相的液晶材料的视角依赖性小。
另外，当作为显示元件使用液晶元件时，可以使用：TN(Twisted Nematic：扭曲向列)模式、IPS(In-Plane-Switching：平面内转换)模式、FFS(Fringe Field Switching：边缘电场转换)模式、ASM(Axially Symmetric aligned Micro-cell：轴对称排列微单元)模式、OCB(Optical Compensated Birefringence：光学补偿弯曲)模式、FLC(FerroelectricLiquid Crystal：铁电性液晶)模式、AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal：反铁电性液晶)模式、ECB(Electrically Controlled Birefringence：电控双折射)模式、宾主模式等。
另外，显示装置700也可以使用常黑型液晶显示装置，例如采用垂直取向(VA)模式的透过式液晶显示装置。作为垂直取向模式，可以举出几个例子，例如可以使用MVA(Multi-Domain Vertical Alignment：多畴垂直取向)模式、PVA(Patterned Vertical Alignment：垂直取向构型)模式、ASV(Advanced Super View：高级超视觉)模式等。
[使用发光元件的显示装置]
图13所示的显示装置700包括发光元件782。发光元件782包括导电膜772、EL层786及导电膜788。图13所示的显示装置700通过设置在每个像素中的发光元件782所包括的EL层786发光，可以显示图像。此外，EL层786具有有机化合物或量子点等无机化合物。
作为可以用于有机化合物的材料，可以举出荧光性材料或磷光性材料等。此外，作为可以用于量子点的材料，可以举出胶状量子点材料、合金型量子点材料、核壳(CoreShell)型量子点材料、核型量子点材料等。另外，也可以使用包含第12族与第16族、第13族与第15族或第14族与第16族的元素群的材料。或者，可以使用包含镉(Cd)、硒(Se)、锌(Zn)、硫(S)、磷(P)、铟(In)、碲(Te)、铅(Pb)、镓(Ga)、砷(As)、铝(Al)等元素的量子点材料。
在图13所示的显示装置700中，在平坦化绝缘膜770及导电膜772上设置有绝缘膜730。绝缘膜730覆盖导电膜772的一部分。发光元件782采用顶部发射结构。因此，导电膜788具有透光性且使EL层786发射的光透过。注意，虽然在本实施方式中例示出顶部发射结构，但是不局限于此。例如，也可以应用于向导电膜772一侧发射光的底部发射结构或向导电膜772一侧及导电膜788一侧的双方发射光的双面发射结构。
另外，在与发光元件782重叠的位置上设置有着色膜736，并在与绝缘膜730重叠的位置、引绕布线部711及源极驱动电路部704中设置有遮光膜738。着色膜736及遮光膜738被绝缘膜734覆盖。由密封膜732填充发光元件782与绝缘膜734之间。注意，虽然例示出在图13所示的显示装置700中设置着色膜736的结构，但是并不局限于此。例如，在通过在每个像素中将EL层786形成为岛状，即分别涂布来形成EL层786时，也可以采用不设置着色膜736的结构。
[在显示装置中设置输入输出装置的结构例子]
也可以在图11至图13所示的显示装置700中设置输入输出装置。作为该输入输出装置例如可以举出触摸屏等。
图14示出对图12所示的显示装置700设置触摸屏791的结构，图15示出对图13所示的显示装置700设置触摸屏791的结构。
图14是在图12所示的显示装置700中设置触摸屏791的截面图，图15是在图13所示的显示装置700中设置触摸屏791的截面图。
首先，以下说明图14及图15所示的触摸屏791。
图14及图15所示的触摸屏791是设置在衬底705与着色膜736之间的所谓In-Cell型触摸屏。触摸屏791在形成遮光膜738及着色膜736之前形成在衬底705一侧即可。
触摸屏791包括遮光膜738、绝缘膜792、电极793、电极794、绝缘膜795、电极796、绝缘膜797。例如，可以检测出通过接近手指或触屏笔等被检测体而产生的电极793与电极794之间的电容的变化。
此外，在图14及图15所示的晶体管750的上方示出电极793、电极794的交叉部。电极796通过设置在绝缘膜795中的开口与夹持电极794的两个电极793电连接。此外，在图14及图15中示出设置有电极796的区域设置在像素部702中的结构，但是不局限于此，例如也可以形成在源极驱动电路部704中。
电极793及电极794设置在与遮光膜738重叠的区域。此外，如图15所示，电极793优选以不与发光元件782重叠的方式设置。此外，如图14所示，电极793优选以不与液晶元件775重叠的方式设置。换言之，电极793在与发光元件782及液晶元件775重叠的区域具有开口。也就是说，电极793具有网格形状。通过采用这种结构，电极793可以具有不遮断发光元件782所发射的光的结构。另外，电极793可以具有不遮断透过液晶元件775的光的结构。因此，由于因配置触摸屏791而导致的亮度下降极少，所以可以实现可见度高且功耗得到降低的显示装置。此外，电极794也可以具有相同的结构。
此外，由于电极793及电极794不与发光元件782重叠，所以电极793及电极794可以使用可见光的透过率低的金属材料。另外，由于电极793及电极794不与液晶元件775重叠，所以电极793及电极794可以使用可见光的透过率低的金属材料。
因此，与使用可见光的透过率高的氧化物材料的电极相比，可以降低电极793及电极794的电阻，由此可以提高触摸屏的传感器灵敏度。
例如，电极793、794、796也可以使用导电纳米线。该纳米线的直径平均值可以为1nm以上且100nm以下，优选为5nm以上且50nm以下，更优选为5nm以上且25nm以下。此外，作为上述纳米线可以使用Ag纳米线、Cu纳米线、Al纳米线等金属纳米线或碳纳米管等。例如，在作为电极793、794、796中的任一个或全部使用Ag纳米线的情况下，能够实现89％以上的可见光透过率及40Ω/平方以上且100Ω/平方以下的薄层电阻值。
虽然在图14及图15中示出In-Cell型触摸屏的结构，但是不局限于此。例如，也可以采用形成在显示装置700上的所谓On-Cell型触摸屏或贴合于显示装置700而使用的所谓Out-Cell型触摸屏。
如此，本发明的一个方式的显示装置可以与各种方式的触摸屏组合而使用。
本实施方式所示的结构例子及对应于这些例子的附图等的至少一部分可以与其他结构例子或附图等适当地组合而实施。
本实施方式的至少一部分可以与本说明书所记载的其他实施方式适当地组合而实施。
(实施方式3)
在本实施方式中，参照图16说明具有本发明的一个方式的半导体装置的显示装置。
图16A所示的显示装置包括：具有像素的区域(以下称为像素部502)；配置在像素部502外侧并具有用来驱动像素的电路的电路部(以下称为驱动电路部504)；具有保护元件的功能的电路(以下称为保护电路506)；以及端子部507。此外，也可以采用不设置保护电路506的结构。
驱动电路部504的一部分或全部优选形成在与像素部502同一的衬底上。由此，可以减少构件的数量或端子的数量。当驱动电路部504的一部分或全部与像素部502不形成在同一衬底上时，驱动电路部504的一部分或全部可以通过COG或TAB(Tape AutomatedBonding：卷带自动结合)安装。
像素部502包括用来驱动配置为X行(X为2以上的自然数)Y列(Y为2以上的自然数)的显示元件的多个电路(以下称为像素电路501)，驱动电路部504包括输出选择像素的信号(扫描信号)的电路(以下称为栅极驱动器504a)、用来供应用来驱动像素的显示元件的信号(数据信号)的电路(以下称为源极驱动器504b)等的驱动电路。
栅极驱动器504a具有移位寄存器等。栅极驱动器504a通过端子部507被输入用来驱动移位寄存器的信号并将该信号输出。例如，栅极驱动器504a被输入起始脉冲信号、时钟信号等并输出脉冲信号。栅极驱动器504a具有控制被供应扫描信号的布线(以下称为栅极线GL_1至GL_X)的电位的功能。另外，也可以设置多个栅极驱动器504a，并通过多个栅极驱动器504a分别控制栅极线GL_1至GL_X。或者，栅极驱动器504a具有能够供应初始化信号的功能。但是，不局限于此，栅极驱动器504a可以供应其他信号。
源极驱动器504b具有移位寄存器等。除了用来驱动移位寄存器的信号之外，作为数据信号的基础的信号(图像信号)也通过端子部507被输入到源极驱动器504b。源极驱动器504b具有以图像信号为基础生成写入到像素电路501的数据信号的功能。另外，源极驱动器504b具有依照输入起始脉冲信号、时钟信号等而得到的脉冲信号来控制数据信号的输出的功能。另外，源极驱动器504b具有控制被供应数据信号的布线(以下称为数据线DL_1至DL_Y)的电位的功能。或者，源极驱动器504b具有能够供应初始化信号的功能。但是，不局限于此，源极驱动器504b也可以供应其他信号。
源极驱动器504b例如使用多个模拟开关等来构成。通过依次使多个模拟开关成为导通状态，源极驱动器504b可以输出对图像信号进行时间分割而成的信号作为数据信号。此外，也可以使用移位寄存器等构成源极驱动器504b。
多个像素电路501的每一个分别通过被供应扫描信号的多个扫描线GL之一而被输入脉冲信号，并通过被供应数据信号的多个数据线DL之一而被输入数据信号。另外，多个像素电路501的每一个通过栅极驱动器504a来控制数据信号的数据的写入及保持。例如，通过扫描线GL_m(m是X以下的自然数)从栅极驱动器504a对第m行第n列的像素电路501输入脉冲信号，并根据扫描线GL_m的电位而通过数据线DL_n(n是Y以下的自然数)从源极驱动器504b对第m行第n列的像素电路501输入数据信号。
图16A所示的保护电路506例如与作为栅极驱动器504a和像素电路501之间的布线的扫描线GL连接。或者，保护电路506与作为源极驱动器504b和像素电路501之间的布线的数据线DL连接。或者，保护电路506可以与栅极驱动器504a和端子部507之间的布线连接。或者，保护电路506可以与源极驱动器504b和端子部507之间的布线连接。此外，端子部507是指设置有用来从外部的电路对显示装置输入电源、控制信号及图像信号的端子的部分。
保护电路506是在自身所连接的布线被供应一定范围之外的电位时使该布线和其他布线导通的电路。
如图16A所示，通过对像素部502和驱动电路部504分别设置保护电路506，可以提高显示装置对因ESD(Electro Static Discharge：静电放电)等而产生的过电流的电阻。但是，保护电路506的结构不局限于此，例如，也可以采用将栅极驱动器504a与保护电路506连接的结构或将源极驱动器504b与保护电路506连接的结构。或者，也可以采用将端子部507与保护电路506连接的结构。
另外，虽然在图16A中示出由栅极驱动器504a和源极驱动器504b形成驱动电路部504的例子，但是不局限于此结构。例如，也可以采用只形成栅极驱动器504a并安装另外准备的形成有源极驱动器电路的衬底(例如，使用单晶半导体膜、多晶半导体膜形成的驱动电路板)的结构。
这里，图17示出与图16A不同的结构。在图17中，以围绕排列在源极线方向上的多个像素的方式配置有一对源极线(例如，源极线DLa1及源极线DLb1)。此外，相邻的两个栅极线(例如，栅极线GL_1及栅极线GL_2)彼此电连接。
此外，与栅极线GL_1连接的像素与一个源极线(源极线DLa1、源极线DLa2等)连接，与栅极线GL_2连接的像素与另一个源极线(源极线DLb1、源极线DLb2等)连接。
通过采用上述结构，可以同时选择两个栅极线。由此，可以使一水平期间的长度为图16A所示的结构的2倍。由此，容易实现显示装置的高清晰化及大屏幕化。
此外，图16A及图17所示的多个像素电路501例如可以采用图16B所示的结构。
图16B所示的像素电路501包括液晶元件570、晶体管550以及电容器560。作为晶体管550，可以应用上述实施方式所示的晶体管。
根据像素电路501的规格适当地设定液晶元件570的一对电极中的一个的电位。根据被写入的数据设定液晶元件570的取向状态。此外，也可以对多个像素电路501的每一个所具有的液晶元件570的一对电极中的一个供应公共电位。此外，也可以对各行的像素电路501的每一个所具有的液晶元件570的一对电极中的一个供应不同电位。
例如，作为具备液晶元件570的显示装置的驱动方法也可以使用如下模式：TN模式；STN模式；VA模式；ASM(Axially Symmetric Aligned Micro-cell：轴对称排列微单元)模式；OCB(Optically Compensated Birefringence：光学补偿弯曲)模式；FLC(Ferroelectric Liquid Crystal：铁电性液晶)模式；AFLC(AntiFerroelectric LiquidCrystal：反铁电液晶)模式；MVA模式；PVA(Patterned Vertical Alignment：垂直取向构型)模式；IPS模式；FFS模式；或TBA(Transverse Bend Alignment：横向弯曲取向)模式等。另外，作为显示装置的驱动方法，除了上述驱动方法之外，还有ECB(ElectricallyControlled Birefringence：电控双折射)模式、PDLC(Polymer Dispersed LiquidCrystal：聚合物分散型液晶)模式、PNLC(Polymer Network Liquid Crystal：聚合物网络型液晶)模式、宾主模式等。但是，不局限于此，作为液晶元件及其驱动方式可以使用各种液晶元件及驱动方式。
在第m行第n列的像素电路501中，晶体管550的源电极和漏电极中的一个与数据线DL_n电连接，源极和漏极中的另一个与液晶元件570的一对电极中的另一个电连接。此外，晶体管550的栅电极与扫描线GL_m电连接。晶体管550具有对数据信号的数据的写入进行控制的功能。
电容器560的一对电极中的一个与被供应电位的布线(以下，称为电位供应线VL)电连接，另一个与液晶元件570的一对电极中的另一个电连接。此外，根据像素电路501的规格适当地设定电位供应线VL的电位的值。电容器560被用作储存被写入的数据的存储电容器。
在具有图16B的像素电路501的显示装置中，例如，通过图16A所示的栅极驱动器504a依次选择各行的像素电路501，并使晶体管550成为导通状态而写入数据信号的数据。
当晶体管550成为关闭状态时，被写入数据的像素电路501成为保持状态。通过按行依次进行上述步骤，可以显示图像。
图16A所示的多个像素电路501例如可以采用图16C所示的结构。
另外，图16C所示的像素电路501包括晶体管552及554、电容器562以及发光元件572。可以将上述实施方式所示的晶体管应用于晶体管552和晶体管554中的一个或两个。
晶体管552的源电极和漏电极中的一个电连接于数据线DL_n，晶体管552的栅电极电连接于扫描线GL_m。
晶体管552具有对数据信号的写入进行控制的功能。
电容器562的一对电极中的一个与电位供应线VL_a电连接，另一个与晶体管552的源电极和漏电极中的另一个电连接。
电容器562被用作储存被写入的数据的存储电容器。
晶体管554的源电极和漏电极中的一个与电位供应线VL_a电连接。并且，晶体管554的栅电极与晶体管552的源电极和漏电极中的另一个电连接。
发光元件572的阳极和阴极中的一个与电位供应线VL_b电连接，另一个与晶体管554的源电极和漏电极中的另一个电连接。
作为发光元件572，可以使用例如有机电致发光元件(也称为有机EL元件)等。注意，发光元件572并不局限于有机EL元件，也可以为包含无机材料的无机EL元件。
此外，高电源电位VDD施加到电位供应线VL_a和电位供应线VL_b中的一个，低电源电位VSS施加到另一个。
例如，在具有图16C的像素电路501的显示装置中，例如，通过图16A所示的栅极驱动器504a依次选择各行的像素电路501，并使晶体管552成为导通状态而写入数据信号的数据。
当晶体管552成为关闭状态时，被写入数据的像素电路501成为保持状态。并且，流在晶体管554的源电极与漏电极之间的电流量根据被写入的数据信号的电位被控制，发光元件572以对应于流动的电流量的亮度发光。通过按行依次进行上述步骤，可以显示图像。
本实施方式所示的结构例子及对应于这些例子的附图等的至少一部分可以与其他结构例子或附图等适当地组合而实施。
本实施方式的至少一部分可以与本说明书所记载的其他实施方式适当地组合而实施。
(实施方式4)
下面，说明可以适用本发明的一个方式的显示装置的电子设备。在此，以具备发电装置及受电装置的电子设备为例子进行说明。
参照图18作为电子设备的一个例子说明便携式信息终端的例子。
图18A是示出便携式信息终端8040的正面及侧面的立体图。便携式信息终端8040例如可以执行移动电话、电子邮件及文章的阅读和编辑、播放音乐、网络通信、计算机游戏等各种应用软件。便携式信息终端8040在外壳8041的正面包括显示部8042、照相机8045、麦克风8046以及扬声器8047，在外壳8041的左侧面包括操作用的按钮8043，在其底面包括连接端子8048。
在显示部8042中，使用本发明的一个方式的显示模块或显示面板。
图18A所示的便携式信息终端8040是在外壳8041上设置一个显示部8042的例子，但是不局限于此，既可以将显示部8042设置在便携式信息终端8040的背面，又可以作为折叠型信息终端设置两个以上的显示部。
在显示部8042上作为输入单元设置有使用手指或触屏笔等指示单元能够输入信息的触摸屏。由此，可以使用指示单元简单地操作显示部8042上表示的图标8044。此外，由于配置有触摸屏而不需要便携式信息终端8040上的作为键盘的区域，因此可以在较大的区域中配置显示部。此外，因为可以使用触屏笔或手指输入信息，所以可以实现用户友好界面(user-friendly interface)。作为触摸屏，可以采用各种方式诸如电阻膜式、电容式、红外线式、电磁感应方式、表面声波式等。但是，因为显示部8042可以弯曲，所以特别优选采用电阻膜式、电容式。此外，上述触摸屏也可以采用所谓In-cell方式，该方式是与上述显示模块或显示面板合为一体化的方式。
另外，触摸屏也可以用作图像传感器。此时，例如通过用手掌或手指触摸显示部8042，来拍摄掌纹、指纹等，而可以进行个人识别。另外，通过将发射近红外光的背光或发射近红外光的传感用光源用于显示部8042，还可以拍摄手指静脉、手掌静脉等。
另外，既可以在显示部8042上不设置触摸屏而设置键盘，又可以设置触摸屏和键盘的双方。
根据用途，可以使操作用的按钮8043具有各种功能。例如，也可以采用如下结构：将按钮8043作为主屏幕按钮，当按按钮8043时，在显示部8042上显示主屏幕。此外，也可以通过按住按钮8043指定的时间，将便携式信息终端8040的主电源关闭。此外，也可以当便携式信息终端8040处于睡眠模式时，通过按下按钮8043，使其从睡眠模式复原。此外，根据按住的时间或与其他按钮同时按下的动作，可以将主屏幕键用作启动各种功能的开关。
另外，也可以将按钮8043作为音量调整按钮或静音按钮，例如使它具有调整用来输出声音的扬声器8047的音量的功能。从扬声器8047输出各种声音诸如为操作系统(OS)的启动声音等特定的处理时而设定的声音、来自音乐播放应用软件的音乐等基于在各种应用软件中执行的声音文件的声音以及电子邮件的铃声等。虽然未图示，也可以与扬声器8047一起或代替扬声器8047设置用来对头戴式耳机、耳机、耳麦等装置输出声音的连接器。
如此，可以使按钮8043具有各种功能。图18A示出在左侧面上设置两个按钮8043的便携式信息终端8040，但是，当然按钮8043的个数、配置位置等不局限于此，可以适当地设计。
可以将麦克风8046用于声音的输入或录音。另外，可以将使用照相机8045得到的图像显示在显示部8042上。
当操作便携式信息终端8040时，除了设置在上述显示部8042的触摸屏或按钮8043以外，还可以使用内藏在照相机8045或便携式信息终端8040中的传感器等而使传感器等识别用户的动作来操作便携式信息终端8040(也称为手势输入)。或者，也可以利用麦克风8046而使麦克风识别用户的声音来操作便携式信息终端8040(也称为声音输入)。如此，通过采用识别人类一般的动作而对电器进行输入的NUI(Natural User Interface：自然用户界面)技术，可以更简单地操作便携式信息终端8040。
连接端子8048是一种用来输入与外部设备进行通信或电力供应的信号或电力的输入端子。例如，为了使便携式信息终端8040与外部存储器驱动器连接，可以利用连接端子8048。作为外部存储器驱动器例如可以举出：外置HDD(硬盘驱动器)；快闪存储器驱动器；记录媒体驱动器诸如DVD(Digital Versatile Disk：数字通用磁盘)、DVD-R(DVD-Recordable：可记录式DVD)、DVD-RW(DVD-ReWritable：可重写式DVD)、CD(Compact Disc：光盘)、CD-R(Compact Disc Recordable：可录式光盘)、CD-RW(Compact Disc ReWritable：可重写式光盘)、MO(Magneto Optical Disc：磁光盘)、FDD(Floppy Disk Drive：软盘驱动器)或上述以外的非易失性的固态驱动器(Solid State Drive：SSD)设备等。此外，虽然便携式信息终端8040在显示部8042上具有触摸屏，但是也可以在外壳8041上设置键盘代替该触摸屏，也可以外置键盘。
图18A示出在底面上设置一个连接端子8048的便携式信息终端8040，但是，连接端子8048的个数、配置位置等不局限于此，可以适当地设计。
图18B是示出便携式信息终端8040的背面及侧面的立体图。便携式信息终端8040在外壳8041的背面上具有太阳能电池8049及照相机8050，并且具有充放电控制电路8051、电池8052以及DCDC转换器8053等。另外，在图18B中，作为充放电控制电路8051的一个例子示出具有电池8052及DCDC转换器8053的结构，作为电池8052使用上述实施方式所说明的本发明的一个方式的电池的恢复方法。
通过利用安装在便携式信息终端8040的背面上的太阳能电池8049，可以将电力供应到显示部、触摸屏或影像信号处理部等。另外，可以将太阳能电池8049设置于外壳8041的一个表面上或两个表面上。通过在便携式信息终端8040中安装太阳能电池8049，即使在室外等的没有电力的供应单元的场所中，也可以对便携式信息终端8040的电池8052进行充电。
另外，作为太阳能电池8049，可以使用如下太阳能电池：由单晶硅、多晶硅、微晶硅、非晶硅或上述硅的叠层构成的硅类太阳能电池；InGaAs类、GaAs类、CIS类、Cu2ZnSnS4、CdTe-CdS类的太阳能电池；使用有机染料的染料敏化太阳能电池；使用导电聚合物或富勒烯等的有机薄膜太阳能电池；将由硅等构成的量子点结构形成在pin结构中的i层中的量子点型太阳能电池等。
在此，参照图18C所示的方框图对图18B所示的充放电控制电路8051的结构和工作的一个例子进行说明。
图18C示出太阳能电池8049、电池8052、DCDC转换器8053、转换器8057、开关8054、开关8055、开关8056以及显示部8042，电池8052、DCDC转换器8053、转换器8057、开关8054、开关8055以及开关8056对应于图18B所示的充放电控制电路8051。
为了使利用外光由太阳能电池8049发电的电力成为用来给电池8052充电的电压，使用DCDC转换器8053对该电力进行升压或降压。并且，当利用来自太阳能电池8049的电力使显示部8042工作时使开关8054导通，并且，利用转换器8057将其升压或降压到显示部8042所需要的电压。另外，当不进行显示部8042上的显示时，可以使开关8054成为关闭且使开关8055成为导通而给电池8052充电。
另外，作为发电单元的一个例子示出太阳能电池8049，但是不局限于此，也可以使用压电元件(piezoelectric element)或热电转换元件(珀尔帖元件(peltier element))等其他发电单元给电池8052充电。此外，给便携式信息终端8040的电池8052充电的方法不局限于此，例如也可以使上述连接端子8048与电源连接而进行充电。此外，既可以使用以无线方式收发电力来进行充电的不接触电力传输模块，又可以组合以上的充电方法。
在此，电池8052的荷电状态(State Of Charge，简称SOC)表示在显示部8042的左上部分(图18A中的虚线框内)。通过利用该信息，用户可以掌握电池8052的荷电状态，根据该信息，还可以将便携式信息终端8040的工作模式切换为省电模式。当用户选择省电模式时，例如可以操作上述按钮8043或图标8044，将安装在便携式信息终端8040的显示模块或显示面板、CPU等的运算装置以及存储器等的构成部件的模式切换为省电模式。具体地，降低各构成部件的任意的功能的使用频率并使该功能停止。另外，在省电模式中，便携式信息终端8040也可以构成为根据荷电状态自动切换为省电模式的结构。另外，通过在便携式信息终端8040中设置光传感器等的检测单元并检测出使用便携式信息终端8040时的外光的光量而使显示亮度最优化，可以抑制电池8052的功耗。
另外，如图18A所示，当由太阳能电池8049等进行充电时，也可以在显示部8042的左上部分(虚线框内)显示表示“充电中”的图像等。
本实施方式的至少一部分可以与本说明书所记载的其他实施方式适当地组合而实施。
(实施方式5)
在本实施方式中，对可以使用本发明的一个方式制造的显示模块进行说明。
图19A所示的显示模块6000在上盖6001与下盖6002之间包括连接到FPC6005的显示装置6006、框架6009、印刷电路板6010及电池6011。
例如，可以将使用本发明的一个方式制造的显示装置用作显示装置6006。通过利用显示装置6006，可以实现功耗极低的显示模块。
上盖6001及下盖6002可以根据显示装置6006的尺寸适当地改变其形状或尺寸。
此外，也可以以与显示装置6006重叠的方式设置触摸屏。触摸屏可以是电阻膜式触摸屏或静电容量式触摸屏，并且能够以与显示装置6006重叠的方式被形成。此外，也可以使显示装置6006具有触摸屏的功能而不设置触摸屏。
框架6009除了具有保护显示装置6006的功能以外还具有用来遮断因印刷电路板6010的工作而产生的电磁波的电磁屏蔽的功能。此外，框架6009也可以具有散热板的功能。
印刷电路板6010具有电源电路以及用来输出视频信号及时钟信号的信号处理电路。作为对电源电路供应电力的电源，既可以采用外部的商业电源，又可以采用利用另行设置的电池6011的电源。当使用商业电源时，可以省略电池6011。
图19B是具备光学触摸传感器的显示模块6000的截面示意图。
显示模块6000包括设置在印刷电路板6010上的发光部6015及受光部6016。另外，由上盖6001与下盖6002围绕的区域设置有一对导光部(导光部6017a、导光部6017b)。
作为上盖6001和下盖6002例如可以使用塑料等。上盖6001和下盖6002的厚度可以为薄(例如0.5mm以上且5mm以下)。因此，可以使显示模块6000的重量极轻。另外，可以用很少的材料制造上盖6001和下盖6002，因此可以降低制造成本。
显示装置6006隔着框架6009与印刷电路板6010、电池6011重叠。显示装置6006及框架6009固定在导光部6017a、导光部6017b。
从发光部6015发射的光6018经过导光部6017a、显示装置6006的顶部及导光部6017b到达受光部6016。例如，当光6018被指头或触屏笔等被检测体阻挡时，可以检测触摸操作。
例如，多个发光部6015沿着显示装置6006的相邻的两个边设置。多个受光部6016配置在与发光部6015对置的位置。由此，可以取得触摸操作的位置的信息。
作为发光部6015例如可以使用LED元件等光源。尤其是，作为发光部6015，优选使用发射不被使用者看到且对使用者无害的红外线的光源。
作为受光部6016可以使用接收发光部6015所发射的光且将其转换为电信号的光电元件。优选使用能够接收红外线的光电二极管。
作为导光部6017a、导光部6017b可以使用至少透过光6018的构件。通过使用导光部6017a及导光部6017b，可以将发光部6015及受光部6016配置在显示装置6006中的下侧，可以抑制外光到达受光部6016而导致触摸传感器的错误工作。尤其优选使用吸收可见光且透过红外线的树脂。由此，更有效地抑制触摸传感器的错误工作。
本实施方式的至少一部分可以与本说明书所记载的其他实施方式适当地组合而实施。
(实施方式6)
在本实施方式中，对具备使用本发明的一个方式制造的显示装置的电子设备进行说明。
图20A是安装有取景器8100的照相机8000的外观图。
照相机8000包括外壳8001、显示部8002、操作按钮8003、快门按钮8004等。另外，照相机8000安装有可装卸的镜头8006。
在此，照相机8000具有能够从外壳8001拆卸下镜头8006而交换的结构，镜头8006和外壳也可以被形成为一体。
通过按下快门按钮8004，照相机8000可以进行成像。另外，显示部8002被用作触摸屏，也可以通过触摸显示部8002进行成像。
照相机8000的外壳8001包括具有电极的嵌入器，除了可以与取景器8100连接以外，还可以与闪光灯装置等连接。
取景器8100包括外壳8101、显示部8102以及按钮8103等。
外壳8101包括嵌合到照相机8000的嵌入器的嵌入器，可以将取景器8100安装到照相机8000。另外，该嵌入器包括电极，可以将从照相机8000利用该电极接收的影像等显示到显示部8102上。
按钮8103被用作电源按钮。通过利用按钮8103，可以切换显示部8102的显示或非显示。
本发明的一个方式的显示装置可以用于照相机8000的显示部8002及取景器8100的显示部8102。
另外，在图20A中，照相机8000与取景器8100是分开且可拆卸的电子设备，但是也可以在照相机8000的外壳8001中内置有具备显示装置的取景器。
图20B是头戴显示器8200的外观图。
头戴显示器8200包括安装部8201、透镜8202、主体8203、显示部8204以及电缆8205等。另外，在安装部8201中内置有电池8206。
通过电缆8205，将电力从电池8206供应到主体8203。主体8203具备无线接收器等，能够将所接收的图像数据等的影像信息显示到显示部8204上。另外，通过利用设置在主体8203中的照相机捕捉使用者的眼球及眼睑的动作，并根据该信息算出使用者的视点的坐标，可以利用使用者的视线作为输入方法。
另外，也可以对安装部8201的被使用者接触的位置设置多个电极。主体8203也可以具有通过检测出根据使用者的眼球的动作而流过电极的电流，识别使用者的视线的功能。此外，主体8203可以具有通过检测出流过该电极的电流来监视使用者的脉搏的功能。安装部8201可以具有温度传感器、压力传感器、加速度传感器等各种传感器，也可以具有将使用者的生物信息显示在显示部8204上的功能。另外，主体8203也可以检测出使用者的头部的动作等，并与使用者的头部的动作等同步地使显示在显示部8204上的影像变化。
可以将本发明的一个方式的显示装置用于显示部8204。
图20C、图20D及图20E是头戴显示器8300的外观图。头戴显示器8300包括外壳8301、显示部8302、带状固定工具8304以及一对透镜8305。
使用者可以通过透镜8305看到显示部8302上的显示。优选的是，弯曲配置显示部8302。通过弯曲配置显示部8302，使用者可以感受高真实感。注意，在本实施方式中，例示出设置一个显示部8302的结构，但是不局限于此，例如也可以采用设置两个显示部8302的结构。此时，在将每个显示部配置在使用者的每个眼睛一侧时，可以进行利用视差的三维显示等。
可以将本发明的一个方式的显示装置用于显示部8302。因为包括本发明的一个方式的半导体装置的显示装置具有极高的分辨率，所以即使如图20E那样地使用透镜8305放大，也可以不使使用者看到像素而可以显示现实感更高的影像。
接着，图21A至图21G示出与图20A至图20E所示的电子设备不同的电子设备的例子。
图21A至图21G所示的电子设备包括外壳9000、显示部9001、扬声器9003、操作键9005(包括电源开关或操作开关)、连接端子9006、传感器9007(该传感器具有测量如下因素的功能：力、位移、位置、速度、加速度、角速度、转速、距离、光、液、磁、温度、化学物质、声音、时间、硬度、电场、电流、电压、电力、辐射线、流量、湿度、倾斜度、振动、气味或红外线)、麦克风9008等。
图21A至图21G所示的电子设备具有各种功能。例如，可以具有如下功能：将各种信息(静态图像、动态图像、文字图像等)显示在显示部上的功能；触控面板的功能；显示日历、日期或时间等的功能；通过利用各种软件(程序)控制处理的功能；进行无线通信的功能；通过利用无线通信功能来连接到各种计算机网络的功能；通过利用无线通信功能，进行各种数据的发送或接收的功能；读出储存在存储介质中的程序或数据来将其显示在显示部上的功能；等。注意，图21A至图21G所示的电子设备可具有的功能不局限于上述功能，而可以具有各种功能。另外，虽然在图21A至图21G中未图示，但是电子设备可以包括多个显示部。此外，也可以在该电子设备中设置照相机等而使其具有如下功能：拍摄静态图像的功能；拍摄动态图像的功能；将所拍摄的图像储存在存储介质(外部存储介质或内置于照相机的存储介质)中的功能；将所拍摄的图像显示在显示部上的功能；等。
下面，详细地说明图21A至图21G所示的电子设备。
图21A是示出电视装置9100的立体图。可以将例如是50英寸以上或100英寸以上的大型显示部9001组装到电视装置9100。
图21B是示出便携式信息终端9101的立体图。便携式信息终端9101例如具有电话机、电子笔记本和信息阅读装置等中的一种或多种的功能。具体而言，可以将其用作智能手机。便携式信息终端9101也可以设置有扬声器9003、连接端子9006、传感器9007等。另外，便携式信息终端9101可以将文字或图像信息显示在其多个面上。例如，可以将三个操作按钮9050(还称为操作图标或简称为图标)显示在显示部9001的一个面上。另外，可以将由虚线矩形表示的信息9051显示在显示部9001的另一个面上。此外，作为信息9051的一个例子，可以举出提示收到来自电子邮件、SNS(Social Networking Services：社交网络服务)或电话等的信息的显示；电子邮件或SNS等的标题；电子邮件或SNS等的发送者姓名；日期；时间；电池余量；以及天线接收信号强度的显示等。或者，可以在显示有信息9051的位置上显示操作按钮9050等代替信息9051。
图21C是示出便携式信息终端9102的立体图。便携式信息终端9102具有将信息显示在显示部9001的三个以上的面上的功能。在此，示出信息9052、信息9053、信息9054分别显示于不同的面上的例子。例如，便携式信息终端9102的使用者能够在将便携式信息终端9102放在上衣口袋里的状态下确认其显示(这里是信息9053)。具体而言，将打来电话的人的电话号码或姓名等显示在能够从便携式信息终端9102的上方观看这些信息的位置。使用者可以确认到该显示而无需从口袋里拿出便携式信息终端9102，由此能够判断是否接电话。
图21D是示出手表型便携式信息终端9200的立体图。便携式信息终端9200可以执行移动电话、电子邮件、文章的阅读及编辑、音乐播放、网络通信、电脑游戏等各种应用程序。此外，显示部9001的显示面被弯曲，能够在所弯曲的显示面上进行显示。另外，便携式信息终端9200可以进行被通信标准化的近距离无线通信。例如，通过与可进行无线通信的耳麦相互通信，可以进行免提通话。此外，便携式信息终端9200包括连接端子9006，可以通过连接器直接与其他信息终端进行数据的交换。另外，也可以通过连接端子9006进行充电。此外，充电工作也可以利用无线供电进行，而不通过连接端子9006。
图21E至图21G是示出能够折叠的便携式信息终端9201的立体图。另外，图21E是展开状态的便携式信息终端9201的立体图，图21F是从展开状态和折叠状态中的一个状态变为另一个状态的中途的状态的便携式信息终端9201的立体图，图21G是折叠状态的便携式信息终端9201的立体图。便携式信息终端9201在折叠状态下可携带性好，在展开状态下因为具有无缝拼接的较大的显示区域而其显示的一览性优异。便携式信息终端9201所包括的显示部9001由铰链9055所连接的三个外壳9000来支撑。通过铰链9055使两个外壳9000之间弯折，可以从便携式信息终端9201的展开状态可逆性地变为折叠状态。例如，可以以1mm以上且150mm以下的曲率半径使便携式信息终端9201弯曲。
本实施方式所述的电子设备的特征在于具有用来显示某些信息的显示部。注意，本发明的一个方式的半导体装置也能够应用于不包括显示部的电子设备。
本实施方式所示的结构例子及对应于这些例子的附图等的至少一部分可以与其他结构例子或附图等适当地组合而实施。
本实施方式的至少一部分可以与本说明书所记载的其他实施方式适当地组合而实施。
(实施方式7)
在本实施方式中，参照附图对本发明的一个方式的电子设备进行说明。
以下所例示的电子设备是在显示部中包括本发明的一个方式的显示装置的电子设备，因此是可以实现高清晰的电子设备。此外，可以同时实现高清晰及大屏幕的电子设备。
在本发明的一个方式的电子设备的显示部上例如可以显示具有全高清、4K2K、8K4K、16K8K或更高的分辨率的影像。此外，显示部的屏幕尺寸可以为对角线20英寸以上、对角线30英寸以上、对角线50英寸以上、对角线60英寸以上或对角线70英寸以上。
作为电子设备，例如除了电视装置、台式或笔记本型个人计算机、用于计算机等的显示器、数字标牌(Digital Signage)、弹珠机等大型游戏机等具有较大的屏幕的电子设备以外，还可以举出数码相机、数码摄像机、数码相框、移动电话机、便携式游戏机、便携式信息终端、声音再现装置等。
可以将本发明的一个方式的电子设备或照明装置沿着房屋或高楼的内壁或外壁、汽车的内部装饰或外部装饰的曲面组装。
本发明的一个方式的电子设备也可以包括天线。通过由天线接收信号，可以在显示部上显示影像或数据等。另外，在电子设备包括天线及二次电池时，可以将天线用于非接触电力传送。
本发明的一个方式的电子设备也可以包括传感器(该传感器具有测量如下因素的功能：力、位移、位置、速度、加速度、角速度、转速、距离、光、液、磁、温度、化学物质、声音、时间、硬度、电场、电流、电压、电力、辐射线、流量、湿度、倾斜度、振动、气味或红外线)。
本发明的一个方式的电子设备可以具有各种功能。例如，可以具有如下功能：将各种信息(静态图像、动态图片、文字图像等)显示在显示部上的功能；触控面板的功能；显示日历、日期或时间等的功能；执行各种软件(程序)的功能；进行无线通信的功能；读出储存在存储介质中的程序或数据的功能；等。
图22A示出电视装置的一个例子。在电视装置7100中，外壳7101中组装有显示部7500。在此示出利用支架7103支撑外壳7101的结构。
可以对显示部7500适用本发明的一个方式的显示装置。
可以通过利用外壳7101所具备的操作开关、另外提供的遥控操作机7111进行图22A所示的电视装置7100的操作。另外，也可以在显示部7500中具备触摸传感器，通过用手指等触摸显示部7500可以进行操作。另外，也可以在遥控操作机7111中具备显示从该遥控操作机7111输出的数据的显示部。通过利用遥控操作机7111所具备的操作键或触摸屏，可以进行频道及音量的操作，并可以对显示在显示部7500上的影像进行操作。
另外，电视装置7100采用具备接收机及调制解调器等的结构。可以通过利用接收机接收一般的电视广播。再者，通过调制解调器将电视装置连接到有线或无线方式的通信网络，从而进行单向(从发送者到接收者)或双向(发送者和接收者之间或接收者之间等)的信息通信。
图22B示出笔记型个人计算机7200。笔记型个人计算机7200包括外壳7211、键盘7212、指向装置7213、外部连接端口7214等。在外壳7211中组装有显示部7500。
可以对显示部7500适用本发明的一个方式的显示装置。
图22C、图22D示出数字标牌(Digital Signage)的例子。
图22C所示的数字标牌7300包括外壳7301、显示部7500及扬声器7303等。此外，还可以包括LED灯、操作键(包括电源开关或操作开关)、连接端子、各种传感器、麦克风等。
图22D示出设置于圆柱状柱子7401上的数字标牌7400。数字标牌7400包括沿着柱子7401的曲面设置的显示部7500。
在图22C、图22D中，可以对显示部7500适用本发明的一个方式的显示装置。
显示部7500越大，显示装置一次能够提供的信息量越多。显示部7500越大，容易吸引人的注意，例如可以提高广告宣传效果。
通过将触摸屏用于显示部7500，不仅可以在显示部7500上显示静态图像或动态图像，使用者还能够直觉性地进行操作，所以是优选的。另外，在用于提供线路信息或交通信息等信息的用途时，可以通过直觉性的操作提高易用性。
如图22C、图22D所示，数字标牌7300或数字标牌7400优选通过无线通信可以与用户所携带的智能手机等信息终端设备7311或信息终端设备7411联动。例如，显示在显示部7500上的广告的信息可以显示在信息终端设备7311或信息终端设备7411的屏幕。此外，通过操作信息终端设备7311或信息终端设备7411，可以切换显示部7500的显示。
此外，可以在数字标牌7300或数字标牌7400上以信息终端设备7311或信息终端设备7411的屏幕为操作单元(控制器)执行游戏。由此，非特定多数的用户可以同时参加游戏，享受游戏的乐趣。
本实施方式的至少一部分可以与本说明书所记载的其他实施方式适当地组合而实施。
(实施方式8)
在本实施方式中，将参照附图对能够适用包括本发明的一个方式的半导体装置的显示装置的电视装置的例子进行说明。
图23A示出电视装置600的方框图。
本说明书的方框图示出在独立的方框中根据其功能进行分类的构成要素，但是，实际的构成要素难以根据功能被清楚地划分,一个构成要素有时具有多个功能。
电视装置600包括控制部601、存储部602、通信控制部603、图像处理电路604、译码器电路605、影像信号接收部606、时序控制器607、源极驱动器608、栅极驱动器609、显示面板620等。
上述实施方式所示的显示装置可以适用于图23A中的显示面板620。由此，可以实现大型、高分辨率且可见度优异的电视装置600。
控制部601例如可以被用作中央处理器(CPU：Central Processing Unit)。例如控制部601具有通过系统总线630控制存储部602、通信控制部603、图像处理电路604、译码器电路605及影像信号接收部606等的组件的功能。
在控制部601与各组件之间通过系统总线630传输信号。此外，控制部601具有对从通过系统总线630连接的各组件输入的信号进行处理的功能、生成向各组件输出的信号的功能等，由此可以总体控制连接于系统总线630的各组件。
存储部602被用作控制部601及图像处理电路604能够访问的寄存器、高速缓冲存储器、主存储器、二次存储器等。
作为能够用作二次存储器的存储装置例如可以使用应用可重写的非易失性存储元件的存储装置。例如，可以使用快闪存储器、MRAM(Magnetoresistive Random AccessMemory：磁阻随机存取存储器)、PRAM(Phase change RAM：相变随机存取存储器)、ReRAM(Resistive RAM：电阻随机存取存储器)、FeRAM(Ferroelectric RAM：铁电随机存取存储器)等。
作为能够被用作寄存器、高速缓冲存储器、主存储器等暂时存储器的存储装置，也可以使用DRAM(Dynamic RAM：动态随机存取存储器)、SRAM(Static Random AccessMemory：静态随机存取存储器)等非易失性存储元件。
例如，设置在主存储器中的RAM，例如可以使用DRAM，虚拟地分配并使用作为控制部601的工作空间的存储空间。储存在存储部602中的操作系统、应用程序、程序模块、程序数据等在执行时被加载于RAM中。被加载于RAM中的这些数据、程序或程序模块被控制部601直接访问并操作。
另一方面，可以在ROM中容纳不需要改写的BIOS(Basic Input/Output System：基本输入/输出系统)或固件等。作为ROM，可以使用遮罩式ROM、OTPROM(One TimeProgrammable Read Only Memory：一次可编程只读存储器)、EPROM(ErasableProgrammable Read Only Memory：可擦除可编程只读存储器)等。作为EPROM，可以举出通过紫外线照射可以消除存储数据的UV-EPROM(Ultra-Violet Erasable ProgrammableRead Only Memory：紫外线-可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(Electrically ErasableProgrammable Read Only Memory：电子式可抹除可编程只读存储器)以及快闪存储器等。
此外，可以采用除了存储部602以外还能够连接可拆卸存储装置的结构。例如，优选包括被用作存储设备(storage device)的硬盘驱动器(Hard Disk Drive：HDD)或固态驱动器(Solid State Drive：SSD)等记录媒体驱动器、与快闪存储器、蓝光光盘、DVD等记录介质连接的端子。由此，可以记录影像。
通信控制部603具有控制通过计算机网络进行的通信的功能。例如，控制部601根据来自控制部601的指令控制用来连接到计算机网络的控制信号，而向计算机网络发出该信号。由此，可以连接于World Wide Web(WWW：环球网)的基础的因特网、内联网、外联网、PAN(Personal Area Network：个人网)、LAN(Local Area Network：局域网)、CAN(CampusArea Network：校园网)、MAN(Metropolitan Area Network：城域网)、WAN(Wide AreaNetwork：广域网)、GAN(Global Area Network：全球网)等计算机网络，来进行通信。
通信控制部603具有使用Wi-Fi(注册商标)、Bluetooth(注册商标)、ZigBee(注册商标)等通信标准与计算机网络或其他电子设备进行通信的功能。
通信控制部603也可以具有以无线方式通信的功能。例如可以设置天线及高频电路(RF电路)，进行RF信号的发送和接收。高频电路是用来将各国法制所规定的频带的电磁信号与电信号彼此变换且使用该电磁信号以无线方式与其他通信设备进行通信的电路。作为实用性的频带，一般使用几十kHz至几十GHz的频带。连接于天线的高频电路具有对应于多个频带的高频电路部，该高频电路部可以具有放大器、混频器、滤波器、DSP、RF收发器等。
影像信号接收部606例如包括天线、解调电路及A-D转换电路(模拟-数字转换电路)等。解调电路具有解调从天线输入的信号的功能。此外，A-D转换电路具有将被解调的模拟信号转换为数字信号的功能。将由影像信号接收部606处理的信号发送到译码器电路605。
译码器电路605具有如下功能：对从影像信号接收部606输入的数字信号所包括的影像数据根据被发送的广播规格进行译码，生成发送到图像处理电路的信号。例如，作为8K广播的广播规格，有H.265|MPEG-H High Efficiency Video Coding(高效率视频编码)(简称：HEVC)等。
作为影像信号接收部606所包括的天线能够接收的广播电波，可以举出地面广播或从卫星发送的电波等。此外，作为天线能够接收的广播电波，有模拟广播、数字广播等，还有影像及声音的广播或只有声音的广播等。例如，可以接收以UHF频带(大约300MHz至3GHz)或VHF频带(30MHz至300MHz)中的指定的频带发送的广播电波。例如，通过使用在多个频带中接收的多个数据，可以提高传输率，从而可以获得更多的信息。由此，可以将具有超过全高清的分辨率的影像显示在显示面板620上。例如，可以显示具有4K2K、8K4K、16K8K或更高的分辨率的影像。
另外，影像信号接收部606及译码器电路605也可以具有如下结构：利用通过计算机网络的数据传送技术发送的广播数据而生成发送到影像处理电路604的信号。此时，在接收的信号为数字信号的情况下，影像信号接收部606也可以不包括解调电路及A-D转换电路等。
图像处理电路604具有根据从译码器电路605输入的影像信号生成输入到时序控制器607的影像信号的功能。
时序控制器607具有如下功能：基于被图像处理电路604处理的影像信号等中的同步信号生成对栅极驱动器609及源极驱动器608输出的信号(时钟信号、起始脉冲信号等信号)，并将其输出。此外，时序控制器607具有除了上述信号以外生成输出到源极驱动器608的视频信号的功能。
显示面板620包括多个像素621。各像素621利用从栅极驱动器609及源极驱动器608供应的信号驱动。这里示出像素数为7680×4320的具有对应于8K4K规格的分辨率的显示面板的例子。此外，显示面板620的分辨率不局限于此，也可以为对应于全高清(像素数为1920×1080)或4K2K(像素数为3840×2160)等的规格的分辨率。
作为图23A所示的控制部601或图像处理电路604的结构，例如可以采用包括处理器的结构。例如，控制部601可以使用被用作中央处理器(CPU：Central Processing Unit)的处理器。此外，作为图像处理电路604例如可以使用DSP(Digital Signal Processor：数字信号处理器)、GPU(Graphics Processing Unit：图形处理器)等其他处理器。此外，控制部601或图像处理电路604也可以具有由FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)或FPAA(Field Programmable Analog Array：现场可编程模拟阵列)等PLD(Programmable Logic Device：可编程逻辑器件)实现这种处理器的结构。
处理器通过解释且执行来自各种程序的指令，进行各种数据处理或程序控制。有可能由处理器执行的程序可以被储存在处理器中的存储器区域，也可以被储存在另外设置的存储装置中。
也可以将控制部601、存储部602、通信控制部603、图像处理电路604、译码器电路605、影像信号接收部606及时序控制器607的各个具有的功能中的两个以上的功能集中于一个IC芯片上，构成系统LSI。例如，也可以采用包括处理器、译码器电路、调谐器电路、A-D转换电路、DRAM及SRAM等的系统LSI。
此外，也可以将在沟道形成区域中使用氧化物半导体而实现了极小的关态电流的晶体管用于控制部601或其他构成要素所包括的IC等。由于该晶体管的关态电流极小，所以通过将该晶体管用作保持流入被用作存储元件的电容器的电荷(数据)的开关，可以确保较长的数据保持期间。通过将该特性用于控制部601等寄存器或高速缓冲存储器，可以仅在必要时使控制部601工作，而在其他情况下使之前的处理信息储存在该存储元件中，从而可以实现常闭运算(normally off computing)。由此，可以实现电视装置600的低功耗化。
注意，图23A所示的电视装置600的结构是一个例子，并不需要包括所有构成要素。电视装置600包括在图23A所示的构成要素中需要的构成要素即可。此外，电视装置600也可以包括图23A所示的构成要素以外的构成要素。
例如，电视装置600也可以具有对图23A所示的结构追加外部接口、声音输出部、触摸屏单元、传感单元、照相单元等的结构。例如，作为外部接口，有USB(Universal SerialBus：通用串行总线)端子、LAN(Local Area Network：局域网)连接用端子、电源接收用端子、声音输出用端子、声音输入用端子、影像输出用端子、影像输入用端子等外部连接端子、使用红外线、可见光、紫外线等的光通信用收发机、设置在外壳中的物理按钮等。此外，例如作为声音输入输出部，有音响控制器、麦克风、扬声器等。
下面，对图像处理电路604进行更详细的说明。
图像处理电路604优选具有根据从译码器电路605输入的影像信号执行图像处理的功能。
作为图像处理，例如可以举出噪声去除处理、灰度转换处理、色调校正处理、亮度校正处理等。作为色调校正处理或亮度校正处理，例如有伽马校正等。
此外，图像处理电路604优选具有执行如下处理的功能：随着分辨率的上变频(up-conversion)的像素间补充处理；以及随着帧频率的上变频的帧间补充等的处理。
例如，在噪声去除处理中，去除各种噪声诸如产生在文字等的轮廓附近的蚊状噪声、产生在高速的动态图像中的块状噪声、产生闪烁的随机噪声、分辨率的上变频所引起的点状噪声等。
灰度转换处理是指将图像的灰度转换为对应于显示面板620的输出特性的灰度的处理。例如，在使灰度数增大时，通过对以较小的灰度数输入的图像补充且分配对应于各像素的灰度值，可以进行使直方图平滑化的处理。此外，扩大动态范围的高动态范围(HDR)处理也包括在灰度变化处理中。
像素间补充处理在使分辨率上变频时补充本来不存在的数据。例如，参照目标像素附近的像素通过补充数据以显示该像素的中间颜色。
色调校正处理是指校正图像的色调的处理。此外，亮度校正处理是指校正图像的亮度(亮度对比)的处理。例如，检测设置有电视装置600的空间的照明的种类、亮度或颜色纯度等，根据这种信息将显示在显示面板620的图像的亮度或色调校正为最适合的亮度或色调。或者，也可以具有对照所显示的图像和预先储存的图像一览表中的各种场景的图像，而将显示的图像校正为适合于最接近的场景的图像的亮度或色调的功能。
在帧间补充处理中，当增大显示的影像的帧频率时，生成本来不存在的帧(补充帧)的图像。例如，利用某两个图像的差异生成插入在两个图像之间的补充帧的图像。或者，也可以在两个图像之间生成多个补充帧的图像。例如，当从译码器电路605输入的影像信号的帧频率为60Hz时，通过生成多个补充帧，可以将输入到时序控制器607的影像信号的帧频率增大为两倍的120Hz、四倍的240Hz或八倍的480Hz等。
图像处理电路604优选具有利用神经网络执行图像处理的功能。图23A示出图像处理电路604包括神经网络610的例子。
例如，通过利用神经网络610，例如可以从包括在影像中的图像数据提取特征。此外，图像处理电路604可以根据被提取的特征选择最适合的校正方法或选择用来校正的参数。
或者，神经网络610本身也可以具有进行图像处理的功能。换言之，也可以采用通过将进行图像处理之前的图像数据输入到神经网络610，输出进行了图像处理的图像数据的结构。
此外，用于神经网络610的权系数的数据作为数据表储存在存储部602中。包括该权系数的数据表例如通过利用通信控制部603经过计算机网络更新为最新的数据。或者，图像处理电路604具有学习功能，能够更新包括权系数的数据表。
图23B示出图像处理电路604所包括的神经网络610的示意图。
在本说明书等中，神经网络是指模拟生物的神经回路网，通过学习决定神经元之间的结合强度，由此具有问题解决能力的所有模型。神经网络包括输入层、中间层(也称为隐藏层)、输出层。将神经网络中的包括两层以上的中间层的神经网络称为深度神经网络(DNN)。将通过深度神经网络的学习称为“深度学习”。
此外，在本说明书等中，在说明神经网络时，有时将根据已经有的信息决定神经元与神经元的结合强度(也称为权系数)称为“学习”。另外，在本说明书等中，有时将使用通过学习得到的结合强度构成神经网络，从该结构导出新的结论称为“推论”。
神经网络610包括输入层611、一个以上的中间层612及输出层613。对输入层611输入输入数据。从输出层613输出输出数据。
输入层611、中间层612及输出层613分别包括神经元615。这里，神经元615是指能够实现积和运算的电路元件(积和运算元件)。在图23中以箭头示出两个层所包括的两个神经元615间的数据输入输出方向。
各层的运算处理通过前层所包括的神经元615的输出与权系数的积和运算执行。例如，在输入层的第i个神经元的输出为xi，且输出xi与下一个中间层612的第j个神经元的结合强度(权系数)为wji时，该中间层的第j个神经元的输出yj为yj＝f(Σwji·xi)。注意，i、j是1以上的整数。这里，f(x)为激活函数，作为激活函数可以使用sigmoid函数、阈值函数等。以下，同样地，对各层的神经元615的输出为前一段层的神经元615的输出与权系数的积和运算结果利用激活函数进行运算而得到的值。此外，层与层的结合既可以是所有神经元彼此结合的全结合，又可以是一部分的神经元彼此结合的部分结合。图23B示出全连接状态。
图23B示出包括三个中间层612的例子。此外，中间层612的个数不局限于此，也可以包括一个以上的中间层。此外，一个中间层612所包括的神经元的个数根据规格适当地改变即可。例如，一个中间层612所包括的神经元615的个数既可以多于输入层611或输出层613所包括的神经元615的个数，又可以少于输入层611或输出层613所包括的神经元615的个数。
神经元615彼此的结合强度的指标的权系数根据学习决定。学习可以由电视装置600所包括的处理器执行，优选由专用服务器或云等运算处理能力高的计算机执行。根据学习决定的权系数作为表格储存在上述存储部602中，由图像处理电路604读出而使用。此外，该表格可以根据需要经过计算机网络更新。
以上是神经网络的说明。
本实施方式的至少一部分可以与本说明书所记载的其他实施方式适当地组合而实施。
[实施例1]
在本实施例中，制造本发明的一个方式的晶体管。
[晶体管结构]
作为所制造的晶体管的结构，使用图2A所示的晶体管结构。
[晶体管的制造]
说明晶体管的制造方法。作为导电层106，利用溅射法来形成钨膜。绝缘层104具有氮化硅膜、氧化铝膜及氧化硅膜的叠层结构，氮化硅膜和氧化硅膜利用等离子体CVD法来形成，氧化铝膜利用溅射法来形成。作为半导体层108a和半导体层108b，利用溅射法来形成In-Ga-Zn氧化物。作为导电层120a及导电层120b，利用溅射法来形成钨膜和氧化铝膜。作为绝缘层116，利用氧化铝膜来形成。作为绝缘层109，利用等离子体CVD法来形成氧化硅膜。作为半导体层108c，利用溅射法来形成In-Ga-Zn氧化物膜。作为绝缘层110，利用等离子体CVD法来形成氧化硅膜。作为绝缘层113a，利用等离子体CVD法来形成氧化铝膜，利用溅射法来形成氧化铝膜。作为导电层111，利用溅射法来形成钨膜。作为绝缘层113b，在导电层111上利用溅射法来形成氧化铝膜。作为绝缘层118，利用等离子体CVD法来形成氧化硅膜。作为绝缘层119，利用溅射法来形成氧化铝膜。
在此，作为半导体层使用CAAC-OS膜。通过设置化学溶液耐性及等离子体耐性较高的CAAC-OS膜，可以抑制在晶体管形成工序中受到损伤的影响。
[晶体管的电特性]
图24A示出图2A所示的晶体管的电路图。晶体管的栅极与Vg端子(以下，记为Vg)电连接，晶体管的源极与Vs端子(以下，记为VS)电连接，晶体管的漏极与Vd端子(以下，记为Vd)电连接，晶体管的背栅极与Vbg端子(以下，记为Vbg)电连接。晶体管的栅极与晶体管的背栅极电连接。
在此，在改变栅极-源极间电压(Vg)的同时测定源极-漏极间电流(Id)(也称为Id-Vg特性)。测定条件是如下：对VS施加0V，按0.1V的间隔从-5V变化到5V来测定VG。作为Vd，采用0.1V、5.1V这两个条件。
图24B示出所测定的Id-Vg特性。所测定的晶体管的沟道长度大约为1μm，沟道宽度大约为3μm。得到了良好的常关闭特性。在此，将测定下限设定为1×10-12[A]以下。在IDVG测定中，使用Agilent公司制造的半导体参数分析仪(Semiconductor Parameter Analyzer，型号：4155C)。
[符号说明]
100：晶体管、100A：晶体管、100B：晶体管、100C：晶体管、100CF：晶体管、100D：晶体管、100E：晶体管、100F：晶体管、100G：晶体管、102：衬底、102a：衬底、102b：衬底、103：绝缘层、104：绝缘层、105：粘合层、106：导电层、108：半导体层、108a：半导体层、108A：半导体膜、108b：半导体层、108B：半导体膜、108c：半导体层、108C：半导体膜、109：绝缘层、109F：绝缘膜、110：绝缘层、110A：绝缘膜、111：导电层、111A：导电膜、112：开口、113：绝缘层、113a：绝缘层、113A：绝缘膜、113b：绝缘层、113B：绝缘膜、116：绝缘层、118：绝缘层、119：绝缘层、120：导电层、120a：导电层、120b：导电层、131a：绝缘膜、140：绝缘层、501：像素电路、502：像素部、504：驱动电路部、504a：栅极驱动器、504b：源极驱动器、506：保护电路、507：端子部、550：晶体管、552：晶体管、554：晶体管、560：电容器、562：电容器、570：液晶元件、572：发光元件、600：电视装置、601：控制部、602：存储部、603：通信控制部、604：图像处理电路、605：译码器电路、606：影像信号接收部、607：时序控制器、608：源极驱动器、609：栅极驱动器、610：神经网络、611：输入层、612：中间层、613：输出层、615：神经元、620：显示面板、621：像素、630：系统总线、700：显示装置、700A：显示装置、701：衬底、702：像素部、704：源极驱动电路部、705：衬底、706：栅极驱动电路部、708：FPC端子部、710：信号线、710a：信号线、711：布线部、712：密封剂、716：FPC、721：源极驱动器IC、722：栅极驱动器电路、723：FPC、724：印刷电路板、730：绝缘膜、732：密封膜、734：绝缘膜、736：着色膜、738：遮光膜、750：晶体管、752：晶体管、760：连接电极、770：平坦化绝缘膜、772：导电膜、773：绝缘膜、774：导电膜、775：液晶元件、776：液晶层、778：结构体、780：各向异性导电膜、782：发光元件、786：EL层、788：导电膜、790：电容器、791：触摸面板、792：绝缘膜、793：电极、794：电极、795：绝缘膜、796：电极、797：绝缘膜、6000：显示模块、6001：上盖、6002：下盖、6005：FPC、6006：显示装置、6009：帧、6010：印刷电路板、6011：电池、6015：发光部、6016：受光部、6017a：导光部、6017b：导光部、6018：光、7100：电视装置、7101：外壳、7103：支架、7111：遥控操作机、7200：笔记型个人计算机、7211：外壳、7212：键盘、7213：指向装置、7214：外部连接端口、7300：数字标牌、7301：外壳、7303：扬声器、7311：信息终端设备、7400：数字标牌、7401：柱子、7411：信息终端设备、7500：显示部、8000：照相机、8001：外壳、8002：显示部、8003：操作按钮、8004：快门按钮、8006：镜头、8040：便携式信息终端、8041：外壳、8042：显示部、8043：按钮、8044：图标、8045：照相机、8046：麦克风、8047：扬声器、8048：连接端子、8049：太阳能电池、8050：照相机、8051：充放电控制电路、8052：电池、8053：DCDC转换器、8054：开关、8055：开关、8056：开关、8057：转换器、8100：取景器、8101：外壳、8102：显示部、8103：按钮、8200：头戴显示器、8201：安装部、8202：透镜、8203：主体、8204：显示部、8205：电缆、8206：电池、8300：头戴显示器、8301：外壳、8302：显示部、8304：固定工具、8305：透镜、9000：外壳、9001：显示部、9003：扬声器、9005：操作键、9006：连接端子、9007：传感器、9008：麦克风、9050：操作按钮、9051：信息、9052：信息、9053：信息、9054：信息、9055：铰链、9100：电视装置、9101：便携式信息终端、9102：便携式信息终端、9200：便携式信息终端、9201：便携式信息终端

Claims (6)

1.一种半导体装置，包括：
第一半导体层；
第二半导体层；
第三半导体层；
第一绝缘层；
第二绝缘层；
第三绝缘层；
第四绝缘层；
第一导电层；以及
一对第二导电层，
其中，所述第一导电层位于所述第二半导体层上，
所述第二半导体层位于所述第一半导体层上，
所述第二导电层位于所述第二半导体层上并与其接触，
所述第二绝缘层以覆盖所述第二导电层的顶面和侧面并与其接触的方式设置，
所述第二绝缘层在一对所述第二导电层之间的区域中具有与所述第二半导体层重叠的第一开口，
所述第三半导体层以接触于所述第二绝缘层的顶面、所述第一开口的侧面及所述第二半导体层的方式设置，
所述第一绝缘层位于所述第一导电层与所述第三半导体层之间，
所述第三绝缘层位于所述第一绝缘层与所述第一导电层之间，
所述第四绝缘层以围绕所述第一导电层并与其接触的方式设置，
所述第四绝缘层接触于所述第三绝缘层、所述第一绝缘层及第三半导体层，
并且，所述第三半导体层具有与所述第二半导体层的侧面接触的部分及与所述第一半导体层的一部分接触的部分。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述第二绝缘层、所述第三绝缘层及所述第四绝缘层包含铝或铪和氧。
3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，还包括第五绝缘层，
其中所述第五绝缘层位于所述第二绝缘层上，
所述第二导电层、所述第二绝缘层及所述第五绝缘层具有所述第一开口，
并且所述第三半导体层接触于所述第二绝缘层的顶面、所述第一开口的侧面及所述第二半导体层。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体装置，还包括第三导电层，
其中所述第三导电层位于所述第一半导体层之下侧，
所述第三导电层被配置为与所述第一导电层及所述第一半导体层重叠的位置，
并且第五绝缘层位于所述第三导电层与所述第一半导体层之间。
5.根据权利要求4所述的半导体装置，
其中所述第五绝缘层从所述第三导电层一侧依次层叠有第一层、第二层及第三层，
所述第一层及所述第三层各自包含氧，
并且所述第二层包含铝或铪和氧。
6.一种显示装置，包括：
权利要求1至5中任一项所述的半导体装置；以及
与所述半导体装置电连接的液晶元件或发光元件。
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