CN116547737A - 显示系统及电子设备 - Google Patents
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Abstract
提供一种显示品质高且清晰度高的显示系统。该显示系统包括第一层及显示部。显示部位于与第一层重叠的区域。第一层包括以硅为材料的半导体衬底，半导体衬底上形成有在沟道形成区域中包含硅的多个第一晶体管及多个第二晶体管。第一层包括第一电路及第二电路，第一电路包括驱动显示部的驱动电路，第二电路包括存储装置、GPU及EL校正电路。显示部包括像素，像素包括包含有机EL的发光器件，与驱动电路电连接。存储装置具有保持图像数据的功能，GPU具有对从存储装置读出的图像数据进行译码的功能，EL校正电路具有对发光器件所发射的光进行校正的功能。
Description
技术领域
本发明的一个方式涉及一种显示系统及电子设备。
本发明的一个方式不局限于上述技术领域。本说明书等所公开的发明的技术领域涉及一种物体、驱动方法或制造方法。此外，本发明的一个方式涉及一种工序(process)、机器(machine)、产品(manufacture)或者组合物(composition of matter)。因此，具体而言，作为本说明书所公开的本发明的一个方式的技术领域的例子可以举出半导体装置、显示装置、液晶显示装置、发光装置、蓄电装置、摄像装置、存储装置、信号处理装置、处理器、电子设备、系统、它们的驱动方法、它们的制造方法或它们的检查方法。
背景技术
可用于VR(虚拟现实)、AR(增强现实)等XR(VR、AR等的总称)的显示装置被需求。具体而言，例如，为了提高真实感及沉浸感，该显示装置被期待具有高清晰度、高颜色再现性等。
另外，作为该显示装置，例如可以使用液晶显示装置、包括有机EL(ElectroLuminescence：电致发光)、发光二极管(LED：Light Emitting Diode)等发光器件的发光装置等。另外，专利文献1公开了一种包括包含有机EL的发光器件的高像素数且高清晰的显示装置。
[先行技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]国际专利申请公开第2019/220278号
发明内容
发明所要解决的技术问题
如上所述，作为XR用设备，显示品质高的显示装置被需求。另外，XR用显示装置需要安装在例如眼镜型外壳、护目镜型外壳中，因此需要将显示装置的尺寸减小到对角线2英寸以下、对角线1英寸以下等。
另外，显示装置需要驱动电路、预先储存所显示的图像的存储装置、数字模拟转换电路(DAC)、用来对被编码的图像进行译码的译码器等外围电路。为了进一步提高显示品质，优选包括校正图像数据的电路。因此，在设置这些外围电路时，有时外壳尺寸变大，该外壳的安装者的负担也变大。另外，当外围电路增大时，显示装置内的像素与外围电路之间的信号访问增加，所以有时访问时间及功耗也增加。
本发明的一个方式的目的之一是提供一种电路面积得到减少的显示装置。本发明的另一个方式的目的之一是提供一种功耗得到减少的显示装置。本发明的另一个方式的目的之一是提供一种显示品质高的显示装置。本发明的另一个方式的目的之一是提供一种新颖的半导体装置。本发明的另一个方式的目的之一是提供一种包括上述任何半导体装置的系统。
注意，本发明的一个方式的目的不局限于上述目的。上述目的并不妨碍其他目的的存在。其他目的是指将在下面的记载中描述的上述以外的目的。本领域技术人员可以从说明书或附图等的记载中导出并适当抽出上述以外的目的。本发明的一个方式实现上述目的及其他目的中的至少一个目的。此外，本发明的一个方式不一定需要实现所有的上述目的及其他目的。
解决技术问题的手段
(1)
本发明的一个方式是一种包括第一层及显示部的显示系统。显示部位于与第一层重叠的区域。第一层包括以硅为材料的半导体衬底，第一层包括在沟道形成区域中包含硅的多个第一晶体管及多个第二晶体管。第一层包括第一电路及第二电路，第一电路包括各自包含第一晶体管的源极驱动电路及栅极驱动电路，第二电路包括各自包含第二晶体管的存储装置、CPU、GPU、EL校正电路、时序控制器及高频电路。显示部包括像素，像素包括包含有机EL的发光器件。像素与源极驱动电路及栅极驱动电路电连接。存储装置具有保持图像数据的功能，CPU具有向选自存储装置、GPU、EL校正电路、时序控制器及高频电路中的一个或两个以上发送控制信号的功能，GPU具有对从存储装置读出的图像数据进行译码的功能，源极驱动电路具有将被译码的图像数据发送到像素的功能，EL校正电路具有对发光器件所发射的光的亮度进行校正的功能，时序控制器具有增减在显示部上显示图像的帧频的功能。高频电路具有将由CPU、GPU及存储装置中的任一个生成的电信号转换为RF信号而发送到外部的功能以及将从外部取得的RF信号转换为电信号而发送到CPU、GPU及存储装置中的任一个的功能。
(2)
本发明的另一个方式是一种包括第一层及显示部的显示系统。显示部位于与第一层重叠的区域。第一层包括以硅为材料的半导体衬底，第一层包括在沟道形成区域中包含硅的多个第一晶体管及多个第二晶体管。第一层包括第一电路及第二电路，第一电路包括各自包含第一晶体管的源极驱动电路及栅极驱动电路，第二电路包括各自包含第二晶体管的存储装置、GPU、EL校正电路及时序控制器。显示部包括像素，像素包括包含有机EL的发光器件。像素与源极驱动电路及栅极驱动电路电连接。存储装置具有保持图像数据的功能，GPU具有对从存储装置读出的图像数据进行译码的功能，源极驱动电路具有将被译码的图像数据发送到像素的功能，EL校正电路具有对发光器件所发射的光的亮度进行校正的功能，时序控制器具有增减在显示部上显示图像的帧频的功能。
(3)
本发明的另一个方式是一种包括第一层、第二层及显示部的显示系统。显示部位于与第一层重叠的区域，第二层位于与第一层重叠的区域。第一层包括以硅为材料的半导体衬底，第一层包括在沟道形成区域中包含硅的多个第一晶体管及多个第二晶体管。第二层包括在沟道形成区域中包含金属氧化物的多个第三晶体管。第一层包括第一电路及第二电路，第一电路包括各自包含第一晶体管的源极驱动电路及栅极驱动电路，第二电路包括各自包含第二晶体管的存储装置、GPU、EL校正电路及时序控制器。第三晶体管被用作第一层所包括的存储装置所具有的晶体管。显示部包括像素，像素包括包含有机EL的发光器件。像素与源极驱动电路及栅极驱动电路电连接。存储装置具有保持图像数据的功能。GPU具有对从存储装置读出的图像数据进行译码的功能，源极驱动电路具有将被译码的图像数据发送到像素的功能，EL校正电路具有对发光器件所发射的光的亮度进行校正的功能，时序控制器具有增减在显示部上显示图像的帧频的功能。
(4)
本发明的另一个方式是一种具有上述(3)的结构的显示系统，第二层也可以包括存储单元。
(5)
本发明的另一个方式是一种具有上述(2)至(4)中的任一个的结构的显示系统，第二电路也可以包括包含第二晶体管的CPU。CPU优选具有向选自存储装置、GPU、EL校正电路及时序控制器中的一个或两个以上发送控制信号的功能。
(6)
本发明的另一个方式是一种具有上述(1)至(5)中的任一个的结构的显示系统，GPU也可以具有进行人工神经网络的运算而基于运算的结果对显示部所显示的图像进行校正的功能。
(7)
本发明的另一个方式是一种包括上述(1)至(6)中的任一个的显示系统以及外壳的电子设备。
在本说明书等中，半导体装置是指利用半导体特性的装置以及包括半导体元件(晶体管、二极管、光电二极管等)的电路及包括该电路的装置等。此外，半导体装置是指能够利用半导体特性而发挥作用的所有装置。例如，作为半导体装置的例子，有集成电路、包括集成电路的芯片及封装中容纳有芯片的电子构件。此外，有时存储装置、显示装置、发光装置、照明装置以及电子设备等本身是半导体装置，或者有时包括半导体装置。
此外，在本说明书等中，当记载为“X与Y连接”时，表示在本说明书等中公开了如下情况：X与Y电连接的情况；X与Y在功能上连接的情况；以及X与Y直接连接的情况。因此，不局限于附图或文中所示的连接关系等规定的连接关系，附图或文中所示的连接关系以外的连接关系也公开于附图或文中。X和Y都是对象物(例如，装置、元件、电路、布线、电极、端子、导电膜、层等)。
作为X和Y电连接的情况的一个例子，可以在X和Y之间连接一个以上的能够电连接X和Y的元件(例如开关、晶体管、电容器、电感器、电阻器、二极管、显示器件、发光器件、负载等)。此外，开关具有控制开启或关闭的功能。换言之，通过使开关处于导通状态(开启状态)或非导通状态(关闭状态)来控制是否使电流流过。
作为X与Y在功能上连接的情况的一个例子，例如可以在X与Y之间连接有一个以上的能够在功能上连接X与Y的电路(例如，逻辑电路(反相器、NAND电路、NOR电路等)、信号转换电路(数字模拟转换电路、模拟数字转换电路、伽马校正电路等)、电位电平转换电路(电源电路(升压电路、降压电路等)、改变信号的电位电平的电平转移电路等)、电压源、电流源、切换电路、放大电路(能够增大信号振幅或电流量等的电路、运算放大器、差分放大电路、源极跟随电路、缓冲电路等)、信号产生电路、存储电路、控制电路等)。注意，例如，即使在X与Y之间夹有其他电路，当从X输出的信号传送到Y时，就可以说X与Y在功能上是连接着的。
此外，当明确地记载为“X与Y电连接”时，包括如下情况：X与Y电连接的情况(换言之，以中间夹有其他元件或其他电路的方式连接X与Y的情况)；以及X与Y直接连接的情况(换言之，以中间不夹有其他元件或其他电路的方式连接X与Y的情况)。
例如，可以表现为“X、Y、晶体管的源极(或第一端子等)与晶体管的漏极(或第二端子等)互相电连接，X、晶体管的源极(或第一端子等)、晶体管的漏极(或第二端子等)与Y依次电连接”。或者，可以表现为“晶体管的源极(或第一端子等)与X电连接，晶体管的漏极(或第二端子等)与Y电连接，X、晶体管的源极(或第一端子等)、晶体管的漏极(或第二端子等)与Y依次电连接”。或者，可以表达为“X通过晶体管的源极(或第一端子等)及晶体管的漏极(或第二端子等)与Y电连接，X、晶体管的源极(或第一端子等)、晶体管的漏极(或第二端子等)、Y依次设置”。通过使用与这种例子相同的表达方法规定电路结构中的连接顺序，可以区分晶体管的源极(或第一端子等)与漏极(或第二端子等)而决定技术范围。注意，这种表达方法是一个例子，不局限于上述表达方法。在此，X和Y为对象物(例如，装置、元件、电路、布线、电极、端子、导电膜、层等)。
此外，即使在电路图上独立的构成要素彼此电连接，也有时一个构成要素兼有多个构成要素的功能。例如，在布线的一部分用作电极时，一个导电膜兼有布线和电极的两个构成要素的功能。因此，本说明书中的“电连接”的范畴内还包括这种一个导电膜兼有多个构成要素的功能的情况。
在本说明书等中，“电阻元件”例如包括具有高于0Ω的电阻值的电路元件、具有高于0Ω的电阻值的布线等。因此，在本说明书等中，“电阻元件”包括具有电阻值的布线、电流流过源极和漏极之间的晶体管、二极管、线圈等。因此，有时“电阻元件”也可以称为“电阻”、“负载”、“具有电阻值的区域”等。与此相反，有时“电阻”、“负载”、“具有电阻值的区域”也可以称为“电阻元件”等。作为电阻值，例如优选为1mΩ以上且10Ω以下，更优选为5mΩ以上且5Ω以下，进一步优选为10mΩ以上且1Ω以下。此外，例如也可以为1Ω以上且1×109Ω以下。
在本说明书等中，“电容器”例如包括具有高于0F的静电电容值的电路元件、具有高于0F的静电电容值的布线的区域、寄生电容、晶体管的栅极电容等。此外，有时“电容器”、“寄生电容”、“栅极电容”等也可以称为“电容”等。与此相反，有时“电容”也可以称为“电容器”、“寄生电容”、“栅极电容”等。此外，有时“电容”的“一对电极”也可以称为“一对导电体”、“一对导电区域”、“一对区域”等。静电电容值例如可以为0.05fF以上且10pF以下。此外，例如，还可以为1pF以上且10μF以下。
在本说明书等中，晶体管包括栅极、源极以及漏极这三个端子。栅极用作控制晶体管的导通状态的控制端子。用作源极或漏极的两个端子是晶体管的输入输出端子。根据晶体管的导电型(n沟道型、p沟道型)及对晶体管的三个端子施加的电位的高低，两个输入输出端子中的一方用作源极而另一方用作漏极。因此，在本说明书等中，源极和漏极可以相互调换。在本说明书等中，在说明晶体管的连接关系时，使用“源极和漏极中的一个”(第一电极或第一端子)、“源极和漏极中的另一个”(第二电极或第二端子)的表述。此外，根据晶体管的结构，有时除了上述三个端子以外还包括背栅极。在此情况下，在本说明书等中，有时将晶体管的栅极和背栅极中的一个称为第一栅极，将晶体管的栅极和背栅极的另一个称为第二栅极。并且，在相同晶体管中，有时可以将“栅极”与“背栅极”相互调换。此外，在晶体管包括三个以上的栅极时，在本说明书等中，有时将各栅极称为第一栅极、第二栅极、第三栅极等。
例如在本说明书等中，作为晶体管的一个例子可以采用具有两个以上的栅电极的多栅结构晶体管。当采用多栅结构时，由于将沟道形成区域串联连接，所以成为多个晶体管串联连接的结构。因此，通过采用多栅结构，可以降低关态电流(off-state current)，且提高晶体管的耐压性(提高可靠性)。或者，通过利用多栅结构，当晶体管在饱和区域工作时，即便漏极-源极间的电压发生变化，漏极-源极间电流的变化也不太大，从而可以得到倾斜角平坦的电压-电流特性。当利用倾斜角平坦的电压-电流特性时，可以实现理想的电流源电路或电阻值极高的有源负载。其结果是，可以实现特性良好的差动电路或电流反射镜电路等。
此外，电路图示出一个电路元件的情况有时包括该电路元件具有多个电路元件的情况。例如，电路图示出一个电阻器的情况包括两个以上的电阻器串联连接的情况。此外，例如，电路图示出一个电容器的情况包括两个以上的电容器并联连接的情况。此外，例如，电路图示出一个晶体管的情况包括两个以上的晶体管串联连接且各晶体管的栅极彼此电连接的情况。同样，例如，电路图示出一个开关的情况包括该开关具有两个以上的晶体管，两个以上的晶体管串联电连接或者并联电连接并且各晶体管的栅极彼此电连接的情况。
此外，在本说明书等中，节点也可以根据电路结构或器件结构称为端子、布线、电极、导电层、导电体或杂质区域等。此外，端子、布线等也可以称为节点。
此外，在本说明书等中，可以适当地调换“电压”和“电位”。“电压”是指与基准电位之间的电位差，例如在基准电位为地电位(接地电位)时，也可以将“电压”称为“电位”。接地电位不一定意味着0V。此外，电位是相对性的，根据基准电位的变化而供应到布线的电位、施加到电路等的电位、从电路等输出的电位等也产生变化。
此外，在本说明书等中，“高电平电位”、“低电平电位”不意味着特定的电位。例如，在两个布线都被记为“用作供应高电平电位的布线”的情况下，两个布线所供应的高电平电位也可以互不相同。同样，在两个布线都被记为“用作供应低电平电位的布线”的情况下，两个布线所供应的低电平电位也可以互不相同。
“电流”是指电荷的移动现象(导电)，例如，“发生正带电体的导电”的记载可以替换为“在与其相反方向上发生负带电体的导电”的记载。因此，在本说明书等中，在没有特别的说明的情况下，“电流”是指载流子移动时的电荷的移动现象(导电)。在此，作为载流子可以举出电子、空穴、阴离子、阳离子、络离子等，载流子根据电流流过的系统(例如，半导体、金属、电解液、真空中等)不同。此外，布线等中的“电流的方向”是带正电的载流子移动的方向，以正电流量记载。换言之，带负电的载流子移动的方向与电流方向相反，以负电流量记载。因此，在本说明书等中，在没有特别的说明的情况下，关于电流的正负(或电流的方向)，“电流从元件A向元件B流过”等记载可以替换为“电流从元件B向元件A流过”等记载。此外，“对元件A输入电流”等记载可以替换为“从元件A输出电流”等记载。
此外，在本说明书等中，“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上的。因此，该序数词不限制构成要素的个数。此外，该序数词不限制构成要素的顺序。此外，例如，本说明书等的实施方式之一中附有“第一”的构成要素有可能在其他的实施方式或权利要求书中附有“第二”的构成要素。此外，例如，在本说明书等中，一个实施方式中的“第一”所指的构成要素有可能在其他实施方式或权利要求书中被省略。
在本说明书中，为了方便起见，有时使用“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。此外，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，不局限于说明书等中所说明的词句，根据情况可以适当地换词句。例如，在“位于导电体的顶面的绝缘体”的表述中，通过将所示的附图的方向旋转180度，也可以称为“位于导电体的下面的绝缘体”。
此外，“上”或“下”这样的术语不局限于构成要素的位置关系为“正上”或“正下”且直接接触的情况。例如，如果是“绝缘层A上的电极B”的表述，则不一定必须在绝缘层A上直接接触地形成有电极B，也可以包括在绝缘层A与电极B之间包括其他构成要素的情况。
此外，在本说明书等中，根据状况，可以互相调换“膜”和“层”等词句。例如，有时可以将“导电层”调换为“导电膜”。此外，有时可以将“绝缘膜”变换为“绝缘层”。此外，根据情况或状态，可以使用其他词句代替“膜”和“层”等词句。例如，有时可以将“导电层”或“导电膜”变换为“导电体”。此外，例如有时可以将“绝缘层”或“绝缘膜”变换为“绝缘体”。
注意，在本说明书等中，“电极”、“布线”、“端子”等的词句不在功能上限定其构成要素。例如，有时将“电极”用作“布线”的一部分，反之亦然。再者，“电极”或“布线”的词句还包括多个“电极”或“布线”被形成为一体的情况等。此外，例如，有时将“端子”用作“布线”或“电极”的一部分，反之亦然。再者，“端子”的词句还包括多个“电极”、“布线”、“端子”等被形成为一体的情况等。因此，例如，“电极”可以为“布线”或“端子”的一部分，例如，“端子”可以为“布线”或“电极”的一部分。此外，“电极”、“布线”、“端子”等的词句有时置换为“区域”等的词句。
在本说明书等中，根据情况或状态，可以互相调换“布线”、“信号线”及“电源线”等词句。例如，有时可以将“布线”变换为“信号线”。此外，例如有时可以将“布线”变换为“电源线”。反之亦然，有时可以将“信号线”或“电源线”变换为“布线”。有时可以将“电源线”变换为“信号线”。反之亦然，有时可以将“信号线”变换为“电源线”。此外，根据情况或状态，可以互相将施加到布线的“电位”变换为“信号”。反之亦然，有时可以将“信号”变换为“电位”。
在本说明书等中，半导体的杂质是指构成半导体膜的主要成分之外的物质。例如，浓度低于0.1atomic％的元素是杂质。当包含杂质时，例如，半导体中的缺陷态密度有可能提高，载流子迁移率有可能降低或结晶性有可能降低。在半导体是氧化物半导体时，作为改变半导体特性的杂质，例如有第1族元素、第2族元素、第13族元素、第14族元素、第15族元素或主要成分之外的过渡金属等，尤其是，例如有氢(也包含于水中)、锂、钠、硅、硼、磷、碳、氮等。具体而言，当半导体是硅层时，作为改变半导体特性的杂质，例如有第1族元素、第2族元素、第13族元素、第15族元素等(有时不包含氧、氢)。
在本说明书等中，开关是指具有通过变为导通状态(开启状态)或非导通状态(关闭状态)来控制是否使电流流过的功能的元件。或者，开关是指具有选择并切换电流路径的功能的元件。因此，开关有时除了控制端子之外还包括两个或三个以上的流过电流的端子。作为开关的一个例子，可以使用电开关或机械开关等。换而言之，开关只要可以控制电流，就不局限于特定的元件。
电开关的例子包括晶体管(例如双极晶体管或MOS晶体管等)、二极管(例如PN二极管、PIN二极管、肖特基二极管、金属-绝缘体-金属(MIM)二极管、金属-绝缘体-半导体(MIS)二极管或者二极管接法的晶体管等)或者组合这些元件的逻辑电路等。当作为开关使用晶体管时，晶体管的“导通状态”例如是指晶体管的源电极与漏电极在电性上短路的状态、能够使电流流过源电极与漏电极间的状态。此外，晶体管的“非导通状态”是指晶体管的源电极与漏电极在电性上断开的状态。当将晶体管仅用作开关时，对晶体管的极性(导电型)没有特别的限制。
作为机械开关的例子，可以举出利用了MEMS(微电子机械系统)技术的开关。该开关具有以机械方式可动的电极，并且通过移动该电极来控制导通和非导通而进行工作。
此外，在本说明书等中，有时将使用金属掩模或FMM(Fine Metal Mask，高精细金属掩模)制造的器件称为具有MM(Metal Mask)结构的器件。此外，在本说明书等中，有时将不使用金属掩模或FMM制造的器件称为具有MML(Metal Mask Less)结构的器件。
此外，在本说明书等中，有时将在各颜色的发光器件(这里为蓝色(B)、绿色(G)及红色(R))中分别形成发光层或分别涂布发光层的结构称为SBS(Side By Side)结构。另外，在本说明书等中，有时将可发射白色光的发光器件称为白色发光器件。白色发光器件通过与着色层(例如，滤色片)组合可以实现以全彩色显示的显示装置。
另外，发光器件大致可以分为单结构和串联结构。单结构的器件优选具有如下结构：在一对电极间包括一个发光单元，而且该发光单元包括一个以上的发光层。为了得到白色发光，以两个以上的发光层的各发光处于补色关系的方式选择发光层即可。例如，通过使第一发光层的发光颜色与第二发光层的发光颜色处于补色关系，可以得到在发光器件整体上以白色发光的结构。此外，包括三个以上的发光层的发光器件也是同样的。
串联结构的器件优选具有如下结构：在一对电极间包括两个以上的多个发光单元，而且各发光单元包括一个以上的发光层。为了得到白色发光，采用组合从多个发光单元的发光层发射的光来得到白色发光的结构即可。注意，得到白色发光的结构与单结构中的结构同样。此外，在串联结构的器件中，优选在多个发光单元间设置电荷产生层等中间层。
另外，在对上述白色发光器件(单结构或串联结构)和SBS结构的发光器件进行比较的情况下，可以使SBS结构的发光器件的功耗比白色发光器件低。在想要降低功耗时优选采用SBS结构的发光器件。另一方面，白色发光器件的制造工艺比SBS结构的发光器件简单，由此可以降低制造成本或者提高制造成品率，所以是优选的。
在本说明书中，“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。“大致平行”是指两条直线形成的角度为-30°以上且30°以下的状态。此外，“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，也包括该角度为85°以上且95°以下的状态。“大致垂直”是指两条直线形成的角度为60°以上且120°以下的状态。
发明效果
根据本发明的一个方式，可以提供一种电路面积得到减少的显示装置。根据本发明的另一个方式，可以提供一种功耗得到减少的显示装置。根据本发明的另一个方式，可以提供一种显示品质高的显示装置。根据本发明的另一个方式，可以提供一种新颖的半导体装置。根据本发明的另一个方式，可以提供一种包括上述任何半导体装置的系统。
注意，本发明的一个方式的效果不局限于上述效果。上述效果并不妨碍其他效果的存在。其他效果是指将在下面的记载中描述的上述以外的效果。本领域技术人员可以从说明书或附图等的记载中导出并适当抽出上述以外的效果。此外，本发明的一个方式具有上述效果及其他效果中的至少一个效果。因此，本发明的一个方式根据情况而有时没有上述效果。
附图简要说明
图1A是示出显示装置的结构例子的图，图1B是示出显示系统的结构例子的图。
图2是示出显示系统的结构例子的方框图。
图3A是示出显示装置的结构例子的图，图3B是示出显示系统的结构例子的图。
图4是示出显示系统的结构例子的方框图。
图5A至图5G是示出存储单元的结构例子的电路图。
图6是示出显示系统的结构例子的方框图。
图7A及图7B是示出显示系统的结构例子的截面示意图。
图8是示出显示系统的结构例子的方框图。
图9A及图9B是示出显示系统的结构例子的图。
图10是示出显示系统的结构例子的图。
图11A及图11B是示出显示系统的结构例子的图。
图12是示出显示系统的结构例子的图。
图13是示出显示系统的结构例子的方框图。
图14A及图14B是示出显示装置或显示系统的结构例子的截面示意图。
图15A至图15C是示出发光器件的结构例子的图。
图16是示出显示装置或显示系统的结构例子的截面示意图。
图17A及图17B是示出晶体管的结构例子的截面示意图。
图18A及图18B是示出晶体管的结构例子的截面示意图。
图19是示出显示装置或显示系统的结构例子的截面示意图。
图20是示出显示装置或显示系统的结构例子的截面示意图。
图21A是说明IGZO的结晶结构的分类的图，图21B是说明结晶性IGZO的XRD谱的图，图21C是说明结晶性IGZO的纳米束电子衍射图案的图。
图22A至图22F是示出电子设备的结构例子的图。
图23A及图23B是示出显示模块的结构例子的图。
图24A及图24B是示出电子设备的结构例子的图。
图25A至图25C是示出电子设备的结构例子的图。
图26A至图26D是示出电子设备的结构例子的图。
实施发明的方式
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，在晶体管的沟道形成区域包含金属氧化物的情况下，有时将该金属氧化物称为氧化物半导体。换言之，在金属氧化物能够构成具有放大作用、整流作用及开关作用中的至少一个的晶体管的沟道形成区域时，可以将该金属氧化物称为金属氧化物半导体(metal oxide semiconductor)。此外，也可以将OS晶体管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，各实施方式所示的结构可以与其他实施方式所示的结构适当地组合而构成本发明的一个方式。此外，当在一个实施方式中示出多个结构例子时，可以适当地组合这些结构例子。
此外，可以将某一实施方式中说明的内容(或其一部分)应用/组合/替换成该实施方式中说明的其他内容(或其一部分)和另一个或多个其他实施方式中说明的内容(或其一部分)中的至少一个内容。
注意，实施方式中说明的内容是指各实施方式中利用各种附图所说明的内容或者利用说明书所记载的文章而说明的内容。
此外，通过将某一实施方式中示出的附图(或其一部分)与该附图的其他部分、该实施方式中示出的其他附图(或其一部分)和另一个或多个其他实施方式中示出的附图(或其一部分)中的至少一个附图组合，可以构成更多图。
参照附图说明本说明书所记载的实施方式。注意，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实施方式所记载的内容中。注意，在实施方式中的发明的结构中，有时在不同的附图中共同使用相同的附图标记来表示相同的部分或具有相同功能的部分，而省略反复说明。在立体图或俯视图等中，为了明确起见，有时省略部分构成要素的图示。
此外，在本说明书等中，在多个要素使用同一符号并且需要区分它们时，有时对符号附加“_1”，“[n]”，“[m，n]”等用于识别的符号。此外，在附图等中，在对符号附加“_1”，“[n]”，“[m，n]”等用于识别的符号的情况下，如果不需要在本说明书等中区分它们，有时不附加“_1”，“[n]”，“[m，n]”等用于识别的符号。
在本说明书的附图中，为便于清楚地说明，有时夸大表示大小、层的厚度或区域。因此，本发明并不局限于附图中的尺寸。此外，在附图中，示意性地示出理想的例子，因此本发明不局限于附图所示的形状或数值等。例如，可以包括因噪声或定时偏差等所引起的信号、电压或电流的不均匀等。
(实施方式1)
在本实施方式中，说明本发明的一个方式的显示装置及显示系统。
<显示装置的结构例子>
图1A是示意性地示出本发明的一个方式的显示装置的图。图1A所示的显示装置100包括显示部DSP及电路部SIC。另外，显示装置100具有在衬底上形成电路部SIC并在电路部SIC上形成显示部DSP的结构。
在显示装置100中，显示部DSP包括显示图像的区域，并具有基于从电路部SIC发送的数据信号显示图像的功能。另外，显示部DSP可以具有规则性地配置有像素的结构。例如，显示部DSP中的像素也可以被配置为矩阵状。另外，显示部DSP的多个像素可以排列为条状、马赛克状排列或三角状排列。因此，在本实施方式中，有时将显示部DSP称为像素阵列。注意，对显示部DSP的屏幕比例(纵横比)没有特别的限制。例如，显示部DSP可以适用于1：1(正方形)、4：3、16：9、16：10等各种屏幕比例。
电路部SIC包括包含显示装置100中的源极驱动电路、栅极驱动电路、数字模拟转换电路及电平转换器的外围电路DRV。就是说，外围电路DRV被用作用来在显示部DSP上显示图像的驱动电路。
电路部SIC例如可以通过在衬底上设置晶体管、电容器等来构成。作为该衬底，可以使用以硅、锗等为材料的半导体衬底(例如，单晶衬底)。作为半导体衬底以外的材料，例如可以使用SOI(Silicon On Insulator：绝缘体上硅)衬底、玻璃衬底、石英衬底、塑料衬底、蓝宝石玻璃衬底、金属衬底、不锈钢衬底、包含不锈钢箔的衬底、钨衬底、包含钨箔的衬底、柔性衬底、贴合薄膜、包含纤维状材料的纸或基材薄膜。作为玻璃衬底的一个例子，可以举出钡硼硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃或钠钙玻璃等。作为柔性衬底、贴合薄膜、基材薄膜等，可以举出如下例子。例如可以举出以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)、聚四氟乙烯(PTFE)为代表的塑料。或者，作为一个例子，可以举出丙烯酸树脂等合成树脂等。或者，作为一个例子，可以举出聚丙烯、聚酯、聚氟化乙烯或聚氯乙烯等。或者，作为例子，可以举出聚酰胺、聚酰亚胺、芳族聚酰胺、环氧树脂、无机蒸镀薄膜、纸类等。注意，当显示装置100的制造工序包括热处理时，作为衬底优选选择耐热性高的材料。
注意，在本实施方式中，说明电路部SIC所包括的衬底是作为材料包含硅等的半导体衬底的情况。
通过作为电路部SIC所包括的衬底例如使用以硅为材料的半导体衬底，可以将外围电路DRV所包括的晶体管形成在该半导体衬底内。此时，该晶体管为在沟道形成区域中包含硅的晶体管(下面，称为Si晶体管)。由于Si晶体管具有高场效应迁移率，所以可以流过大通态电流。因此，可以提高外围电路DRV的驱动速度，可以扩大信号范围的宽度等。
另外，当作为电路部SIC使用包含单晶硅的材料时，电路部SIC的尺寸可以为对角线0.1英寸以上且5英寸以下，优选为对角线0.5英寸以上且3英寸以下，更优选为对角线1英寸以上且2英寸以下。注意，因为电路部SIC的上方设置有显示部DSP，显示部DSP的尺寸可以根据电路部SIC的尺寸决定。另外，从显示部DSP发射的光量依赖于显示部DSP的尺寸。例如，当电路部SIC的尺寸为对角线1英寸时，可以从显示部DSP提取在电路部SIC的尺寸为对角线0.5英寸时的4倍左右的光量，所以是优选的。
<显示系统的结构例子>
接着，说明本发明的一个方式的显示系统。
图1B是示意性地示出本发明的一个方式的显示系统的图。图1B所示的显示系统200与显示装置100的不同之处在于图1A的显示装置100的电路部SIC中设置有功能电路MFNC。因此，在图1B的显示系统200中，关于显示部DSP和外围电路DRV的说明，参照图1A的显示装置100的记载。
注意，在本说明书等中，显示系统是指在显示装置中设置功能电路的结构。另外，因为显示系统具有显示图像的结构，所以可以将显示系统换称为显示装置。
在功能电路MFNC中，例如可以设置储存有用来显示在显示部DSP上的图像数据的存储装置、用来对被编码的图像数据进行译码的译码器、用来处理图像数据的GPU(Graphics Processing Unit：图形处理器)、电源电路、校正电路、CPU(CentralProcessing Unit：中央处理器)等。
图2作为具体结构例子示出显示系统200的方框图。
注意，在图2中，粗布线(例如，布线GL、布线SL及布线BSL)作为多个布线或总线记载。
在图2的显示系统200中，显示部DSP例如以矩阵状配置有多个像素PX。像素PX例如可以为使用液晶显示器件、包含有机EL的发光器件和包括微型LED等发光二极管的发光器件中的至少一个的像素。注意，在本实施方式中，说明在显示部DSP的像素PX中使用包含有机EL的发光器件的情况。另外，多个像素PX各自可以为发射同一颜色的光的像素或发射不同颜色的光的像素。例如，多个像素PX可以为发射红色、绿色及蓝色这三个颜色的光的像素。因此，在本说明书等中，有时可以以像素为子像素进行说明。
另外，在图2的显示系统200中，电路部SIC所包括的外围电路DRV例如包括源极驱动电路11、数字模拟转换电路12、栅极驱动电路13及电平转换器14。
另外，在图2的显示系统200中，电路部SIC所包括的功能电路MFNC例如包括存储装置21、GPU(AI加速器)22、EL校正电路23、时序控制器24、CPU(NoffCPU(注册商标))25、传感控制器26及电源电路27。
另外，在图2的显示系统200中，外围电路DRV所包括的电路及功能电路MFNC所包括的电路各自具有例如与总线BSL电连接的结构。
源极驱动电路11例如具有向显示部DSP所包括的像素PX发送图像数据的功能。因此，源极驱动电路11通过布线SL与像素PX电连接。
数字模拟转换电路12例如具有将被后述GPU、后述EL校正电路等进行数字处理的图像数据转换为模拟数据的功能。转换为模拟数据的图像数据通过源极驱动电路11发送到显示部DSP。注意，既可以将数字模拟转换电路12包括在源极驱动电路11中，又可以向源极驱动电路11、数字模拟转换电路12、显示部DSP依次发送图像数据。
栅极驱动电路13例如具有在显示部DSP中选择图像数据的发送对象的像素PX的功能。因此，栅极驱动电路13通过布线GL与像素PX电连接。
电平转换器14例如具有将向源极驱动电路11、数字模拟转换电路12、栅极驱动电路13等输入的信号转换为适当的电平的功能。
存储装置21例如具有储存显示在显示部DSP上的图像数据的功能。注意，存储装置21可以具有作为数字数据或模拟数据储存图像数据的结构。
另外，当在存储装置21中储存图像数据时，优选作为存储装置21使用非易失性存储器。此时，作为存储装置21例如可以使用NAND型存储器等。
另外，当在存储装置21中储存GPU22，EL校正电路23，CPU25等所产生的暂时数据时，优选作为存储装置21使用易失性存储器。此时，作为存储装置21例如可以使用SRAM(Static Random Access Memory：静态随机存取存储器)、DRAM(Dynamic Random AccessMemory：动态随机存取存储器)等。
GPU22例如具有进行用来将从存储装置21读出的图像数据描绘在显示部DSP中的处理的功能。尤其是，由于GPU22具有进行并行流水线处理的结构，所以能够高速地处理显示在显示部DSP上的图像数据。另外，GPU22还可以被用作用来对被编码的图像进行译码的译码器。
另外，功能电路MFNC也可以包括能够提高显示部DSP的显示品质的多个电路。作为该电路，例如也可以设置校正电路(调色、调光)，其中检测显示部DSP所显示的图像的颜色不均匀，校正该颜色不均匀而实现最合适的图像。另外，当在显示部DSP的像素中使用液晶显示器件时，也可以在功能电路MFNC中设置伽马校正电路。另外，当在显示部DSP的像素中使用包含有机EL的发光器件时，也可以在功能电路MFNC中设置校正EL元件的亮度不均匀的EL校正电路。注意，在本实施方式中，说明显示部DSP的像素PX使用包含有机EL的发光器件的情况，功能电路MFNC例如包括EL校正电路23。注意，作为显示部DSP所包含的有机EL，可以使用分别独立地设置有红色(R)、绿色(G)及蓝色(B)的结构(SBS，Side By Side结构)；或者组合有串联结构(R、G、B等多个颜色通过中间层(电荷产生层)串联连接的结构)与着色层(例如，滤色片)的结构等。注意，通过具有串联结构，可以实现能够以高亮度发光的发光器件。注意，作为从显示部DSP发射的光的亮度，例如可以为500cd/m2以上，优选为1000cd/m2以上且10000cd/m2以下，更优选为2000cd/m2以上且5000cd/m2以下。
另外，上述所说明的图像校正也可以利用人工智能。例如，也可以对流过像素所包括的显示器件的电流(或施加到显示器件的电压)进行监视及取得，由图像传感器等取得显示部DSP所显示的图像，将电流(或电压)和图像用作人工智能的运算(例如，人工神经网络等)的输入数据，基于其输出结果判断该图像要不要校正。
另外，人工智能的运算可以不但应用于图像校正而且应用于图像数据的上转换处理。因此，通过根据显示部DSP的分辨率对分辨率小的图像数据进行上转换处理，可以将显示品质高的图像显示在显示部DSP上。
注意，上述人工智能的运算可以使用功能电路MFNC所包括的GPU22进行。就是说，可以使用GPU22进行各种校正的运算。作为各种校正的运算，例如可以举出颜色不均匀校正及上转换。另外，如图2所示，GPU22也可以具有包括进行颜色不均匀校正的电路22a及进行上转换的电路22b的结构。
注意，在本说明书等中，将进行人工智能的运算的GPU称为AI加速器。就是说，在本说明书等中，有时将功能电路MFNC所包括的GPU置换为AI加速器而进行说明。
时序控制器24例如具有增减在显示部DSP上显示图像的帧频的功能。例如，当在显示部DSP上显示静态图像时，显示系统200可以通过时序控制器24降低帧频来进行驱动，例如，当在显示部DSP上显示动态图像时，显示系统200可以通过时序控制器24提高帧频来进行驱动。就是说，通过在显示系统200中设置时序控制器24，可以根据静态图像或动态图像改变帧频。尤其是，当在显示部DSP上显示静态图像时，可以降低帧频来进行工作，从而可以降低显示系统200的功耗。
CPU25例如具有进行操作系统的执行、数据的控制、各种运算、程序的执行等通用处理的功能。在显示系统200中，CPU25例如具有进行如下指令的功能，即存储装置21中的图像数据的写入工作或读出工作、图像数据的校正工作、对于后述传感器的工作等的指令。另外，例如，CPU25也可以具有向选自存储装置21、GPU22、EL校正电路23、时序控制器24、高频电路及功能电路MFNC所包括的电路等中的一个或两个以上发送控制信号的功能。
另外，CPU25也可以包括暂时备份数据的电路(以下，称为备份电路)。优选的是，备份电路例如即使停止电源电压的供应也可以保持该数据。例如，当在显示部DSP上显示静态图像时，CPU25可以直到显示与现在的静态图像不同的图像为止停止其功能。由此，通过将在CPU25中处理的数据暂时备份到备份电路，然后停止向CPU25供应电源电压而停止CPU25，由此可以降低CPU25的动态功耗。另外，在本说明书等中，将包括备份电路的CPU称为NoffCPU。
传感控制器26例如具有控制传感器的功能。另外，在图2中，作为用来与该传感器电连接的布线，示出布线SNCL。
该传感器例如可以为能够设置在显示部DSP的上方、下方或显示部DSP的内部的触摸传感器。
另外，该传感器例如可以为照度传感器。尤其是，通过由照度传感器取得照射显示部DSP的外光的强度，可以根据外光改变显示部DSP所显示的图像的明亮(亮度)。例如，当外光明亮时，可以提高显示部DSP所显示的图像的亮度来提高该图像的可见度。与此相反，当外光昏暗时，可以降低显示部DSP所显示的图像的亮度来降低功耗。
电源电路27例如具有生成向外围电路DRV所包括的电路、功能电路MFNC所包括的电路、显示部DSP所包括的像素等供应的电压的功能。注意，电源电路27也可以具有选择要供应电压的电路的功能。例如，在显示部DSP显示静态图像的期间，通过电源电路27停止向CPU25、GPU22等供应电压，可以降低显示系统200整体的功耗。
<显示装置及显示系统的变形例子1>
这里，在图1B中，作为外围电路DRV及功能电路MFNC所包括的晶体管使用形成在半导体衬底上的晶体管。在本实施方式的例子中，在以硅为材料的半导体衬底上形成晶体管，在外围电路DRV及功能电路MFNC中包括Si晶体管，但是在本发明的一个方式的显示装置或显示系统中，可以将其特性与Si晶体管不同的晶体管用作图1A及图1B的晶体管。
例如，如图3A所示，本发明的一个方式的显示装置也可以具有在电路部SIC与显示部DSP之间形成层OSC的结构(显示装置100A)。另外，例如，如图3B所示，本发明的一个方式的显示系统也可以与图3A同样地具有在电路部SIC与显示部DSP之间形成层OSC的结构(显示系统200A)。
层OSC例如可以具有包括OS晶体管的结构。OS晶体管的沟道形成区域包含实施方式4所说明的金属氧化物。该金属氧化物例如可以为选自铟、元素M和锌中的一个或多个材料，该元素M为选自铝、镓、钇、锡、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元素。特别是，在OS晶体管的半导体层包含由铟、镓、锌构成的金属氧化物时可以增大该半导体层的带隙。因此，可以减小OS晶体管的关态电流。
OS晶体管可以形成在半导体衬底上，也可以形成在绝缘体衬底或导电体衬底上，又可以形成在导电膜、绝缘膜或半导体膜上，因此OS晶体管可以容易设置在形成有Si晶体管的半导体衬底上(电路部SIC上)。
另外，层OSC除了OS晶体管之外还可以包括电容器等电路元件。另外，层OSC也可以在其内部包括电路。
通过在电路部SIC上设置层OSC，可以在由电路部SIC形成的电路中使用层OSC所包括的OS晶体管，由此在该电路中可以利用OS晶体管的关态电流很小的特性。
层OSC所包括的OS晶体管例如可以被用作电源门控用开关。具体而言，例如，该开关可以包括在外围电路DRV及功能电路MFNC所包括的电路中。当暂时停止该电路时，通过使该开关成为关闭状态，可以停止从电源电路27等向该电路供应电源电压。
层OSC所包括的OS晶体管例如可以被用作存储装置21的存储单元所包括的写入晶体管。通过作为存储单元所包括的写入晶体管使用OS晶体管，可以减小写入晶体管的源极-漏极间的泄漏电流(关态电流)，由此可以长时间保持写入到该存储单元的数据。因此，可以延长存储单元所保持的数据的刷新工作的间隔，所以可以降低显示系统200的功耗。
另外，也可以在层OSC中设置暂时储存外围电路DRV中的电路、功能电路MFNC中的电路等所处理的数据的存储装置。例如，如图4的显示系统200A的方框图所示那样，也可以在层OSC中设置存储装置MDV。另外，在图4所示的存储装置MDV的例子中，多个存储单元MC被配置为矩阵状。另外，图4的显示系统200A的功能电路MFNC中例如设置有对存储单元MC进行数据的写入工作、读出工作、去掉工作等的存储控制电路31。
存储控制电路31例如包括对于存储装置MDV中的存储单元MC的字线驱动电路、位线驱动电路等。因此，层OSC所包括的存储单元MC与存储控制电路31通过布线ML电连接。
<<存储单元的结构例子1>>
接着，说明可用作存储单元MC的存储单元的电路结构例子。存储单元MC例如可以使用被称为DOSRAM(Dynamic Oxide Semiconductor Random Access Memory：动态氧化物半导体随机存取存储器)(注册商标)或NOSRAM(Dynamic Oxide Semiconductor RandomAccess Memory：氧化物半导体非易失性随机存取存储器)(注册商标)的存储电路的存储单元。
图5A示出DOSRAM的存储单元的电路结构的例子。存储单元MC1包括晶体管M1及电容器CA。另外，晶体管M1包括前栅极(有时简单地称为栅极)及背栅极。
晶体管M1的第一端子与电容器CA的第一端子电连接，晶体管M1的第二端子与布线BIL电连接，晶体管M1的栅极与布线WOL电连接，晶体管M1的背栅极与布线BGL电连接。电容器CA的第二端子与布线CVL电连接。
晶体管M1被用作存储单元MC1中的写入晶体管。另外，如上所述，晶体管M1例如是OS晶体管。
另外，布线BIL、布线WOL、布线CAL、布线BGL相当于图4的显示系统200A中的布线ML。
布线BIL例如被用作位线，布线WOL例如被用作字线。布线CAL例如被用作对电容器CA的第二端子施加预定电位的布线。注意，数据写入及读出时，布线CVL优选被施加低电平电位(有时也称为基准电位)。
布线BGL用作对晶体管M1的背栅极施加电位的布线。通过对布线BGL施加任意电位可以增减晶体管M1的阈值电压。
注意，虽然图5A的存储单元MC1具有晶体管M1的背栅极与布线BGL电连接的结构，但是存储单元MC1也可以具有晶体管M1的栅极与背栅极电连接的结构以提高晶体管M1的通态电流。另外，在图5A的存储单元MC1中，晶体管M1也可以不设置有背栅极。
数据的写入及读出通过对布线WOL施加高电平电位使晶体管M1成为导通状态而使布线BIL与电容器CA的第一端子之间成为导通状态而进行。
具体而言，对布线BIL施加对应于写入的数据的电位，并通过晶体管M1对电容器CA的第一端子写入该电位来进行数据写入。在写入数据之后，通过对布线WOL施加低电平电位使晶体管M1成为关闭状态，可以将该电位保持在存储单元MC1中。
此外，在读出数据时，首先将布线BIL预充电至适当的电位，例如，预充电至低电平电位和高电平电位的中间电位，接着使布线BIL成为电浮动状态。然后，对布线WOL施加高电平电位使晶体管M1成为导通状态，从而使布线BIL的电位改变。由于布线BIL的电位的变化取决于写入到电容器CA的第一端子的电位，因此可以从改变的布线BIL的电位读出存储单元MC1所保持的数据。
此外，上述存储单元MC1不局限于图5A所示的电路结构，也可以适当地改变存储单元MC1的电路结构。
图5B示出NOSRAM的存储单元的电路结构的例子。存储单元MC2包括晶体管M2、晶体管M3及电容器CB。另外，晶体管M2包括前栅极(有时简单地称为栅极)及背栅极。
晶体管M2被用作存储单元MC2中的写入晶体管。另外，如上所述，该写入晶体管例如是OS晶体管。
此外，晶体管M3被用作存储单元MC2中的读出晶体管。如上所述，该读出晶体管是OS晶体管。此外，在本工作例子中，除非特别叙述，晶体管M3在饱和区域中工作。也就是说，对晶体管M3的栅极电压、源极电压及漏极电压进行适当的偏压，使得该晶体管在饱和区域中工作。
这里，晶体管M2和晶体管M3中的至少一个也可以为Si晶体管。就是说，可以将存储单元MC2所包括的作为Si晶体管的晶体管形成在电路部SIC中，将存储单元MC2所包括的作为OS晶体管的晶体管形成在层OSC中。
晶体管M2的第一端子与电容器CB的第一端子电连接，晶体管M2的第二端子与布线WBL电连接，晶体管M2的栅极与布线WOL电连接，晶体管M2的背栅极与布线BGL电连接。电容器CB的第二端子与布线CAL电连接。晶体管M3的第一端子与布线RBL电连接，晶体管M3的第二端子与布线SOL电连接，晶体管M3的栅极与电容器CB的第一端子电连接。
另外，布线RBL、布线WBL、布线WOL、布线CAL、布线BGL及布线SOL相当于图4的显示系统200A中的布线ML。
布线WBL用作写入位线，布线RBL用作读出位线，布线WOL用作字线。布线CAL用作对电容器CB的第二端子施加预定电位的布线。在保持数据时，优选对布线CAL施加低电平电位(有时也称为基准电位)，在数据的写入及读出时，优选对布线CAL施加高电平电位。
布线BGL用作对晶体管M2的背栅极施加电位的布线。通过对布线BGL施加任意电位可以增减晶体管M2的阈值电压。注意，与图5A的晶体管M1同样，晶体管M2既可以具有晶体管M2的栅极与背栅极电连接的结构，有可以具有没有设置背栅极的结构。
通过对布线WOL施加高电平电位使晶体管M2成为导通状态，并使布线WBL与电容器CB的第一端子成为导通状态来进行数据写入。具体地，在晶体管M2为导通状态时，对布线WBL施加对应于要记录的信息的电位来对电容器CB的第一端子及晶体管M3的栅极写入该电位。然后，对布线WOL施加低电平电位使晶体管M2成为非导通状态，由此保持电容器CB的第一端子的电位及晶体管M3的栅极的电位。
数据的读出通过对布线SOL施加预定的电位来进行。由于晶体管M3的源极-漏极间流过的电流及晶体管M3的第一端子的电位由晶体管M3的栅极的电位及晶体管M3的第二端子的电位决定，所以通过读出与晶体管M3的第一端子电连接的布线RBL的电位，可以读出电容器CB的第一端子(或晶体管M3的栅极)所保持的电位。也就是说，可以从电容器CB的第一端子(或晶体管M3的栅极)所保持的电位读出该存储单元中写入的信息。
此外，上述存储单元MC2不局限于图5B所示的电路结构，存储单元MC2的电路结构可以适当地改变。例如，也可以采用将布线WBL与布线RBL合为一根布线BIL的结构。图5C示出该情况下的存储单元的电路结构例子。在存储单元MC2A中，将存储单元MC2的布线WBL与布线RBL合为一根布线BIL，晶体管M2的第二端子及晶体管M3的第一端子与布线BIL连接。也就是说，存储单元MC2A将写入位线和读出位线合为一根布线BIL工作。
<<存储单元的结构例子2>>
另外，作为可用作层OSC的存储单元MC的DOSRAM、NOSRAM以外的存储电路的存储单元，例如可以举出MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory：磁阻随机存取存储器)、ReRAM(Resistive Random Access Memory：电阻随机存取存储器)、相变存储器(有时称为PCM、PRAM等)、铁电存储器。以下说明它们的电路结构。
图5D所示的存储单元MC3是STT-MRAM(Spin Transfer Torque-MagnetoresistiveRandom Access Memory：自旋转移矩磁阻随机存取存储器)的一个例子。
存储单元MC3包括晶体管M10及MTJ(磁隧道结)元件ME。
作为晶体管M10，例如与晶体管M1及晶体管M2同样地可以使用OS晶体管。
MTJ元件ME包括具有自由层的层FL、具有隧道绝缘体的层TIS及具有固定层的层RL，层FL与层RL隔着层TIS重叠。
晶体管M10的第一端子与MTJ元件ME的层RL电连接，晶体管M10的第二端子与布线SL电连接，晶体管M10的栅极与布线WL电连接。MTJ元件ME的层FL与布线BL电连接。
另外，布线BL、布线WL及布线SL相当于图4的显示系统200A中的布线ML。
布线BL例如被用作对于存储单元MC3的写入位线或读出位线。
布线WL例如被用作对于存储单元MC3的字线。
布线SL例如被用作供应恒电压的布线。该恒电压例如可以为低电平电位。
注意，虽然未图示，但是层OSC的存储单元MC除了STT-MRAM之外还可以使用SOT-MRAM(Spin Orbit Torque-Magnetoresistive Random Access Memory：自旋轨道矩磁阻随机存取存储器)。
图5E所示的存储单元MC4是ReRAM(Resistive Random Access Memory：电阻随机存取存储器)的一个例子。
存储单元MC4包括晶体管M10及可变电阻元件RM。
作为晶体管M10，例如可以与晶体管M1及晶体管M2同样地使用OS晶体管。
如图5E所示，存储单元MC4具有将图5D的存储单元MC3的MTJ元件ME置换为可变电阻元件RM的结构。注意，在图5E的存储单元MC中，可变电阻元件RM的第一端子与晶体管M10的第一端子电连接，可变电阻元件RM的第二端子与布线BL电连接。
另外，布线BL、布线WL及布线SL相当于图4的显示系统200A中的布线ML。
布线BL例如被用作对于存储单元MC4的写入位线或读出位线。
布线WL例如被用作对于存储单元MC4的字线。
布线SL例如被用作供应恒电压的布线。该恒电压例如可以为基准电位。
图5F所示的存储单元MC5是包括相变存储器的存储电路的一个例子。
存储单元MC5包括晶体管M10及相变存储器PCM1。
作为晶体管M10，例如可以与晶体管M1及晶体管M2同样地使用OS晶体管。
相变存储器PCM1例如包括电极TE、相变层CHL及电极BE，依次电连接电极TE、相变层CHL、电极BE。
另外，作为相变层CHL，例如可以使用硫系玻璃。注意，在本实施方式中，说明作为相变层CHL使用硫系玻璃的情况。
电极TE与相变层CHL的接触面积优选不同于电极BE与相变层CHL的接触面积。例如，在图5F中，电极TE与相变层CHL的接触面积大于电极BE与相变层CHL的接触面积。通过减小电极BE与相变层CHL的接触面积，可以对相变层CHL局部性地进行加热，所以与电极TE附近的相变层CHL相比电极BE附近的相变层CHL容易发生相变。
如图5F所示，存储单元MC5具有将图5D的存储单元MC3的MTJ元件ME置换为相变存储器PCM1的结构。注意，在图5F的存储单元MC中，相变存储器PCM1的电极BE与晶体管M10的第一端子电连接，相变存储器PCM1的电极TE与布线BL电连接。
另外，布线BL、布线WL及布线SL相当于图4的显示系统200A中的布线ML。
布线BL例如被用作对于存储单元MC5的写入位线或读出位线。
布线WL例如被用作对于存储单元MC5的字线。
布线SL例如被用作供应恒电压的布线。该恒电压例如可以为低电平电位。
图5G所示的存储单元MC6是FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory：铁电随机存取存储器)的一个例子。
存储单元MC6包括晶体管M11及铁电电容器FEA。
作为晶体管M11，例如可以与晶体管M1及晶体管M2同样地使用OS晶体管。
晶体管M11的第一端子与布线BL电连接，晶体管M11的第二端子与铁电电容器FEA的第一端子电连接，晶体管M11的栅极与布线WL电连接。另外，铁电电容器FEA的第二端子与布线FCA电连接。
另外，布线BL、布线WL、布线FCA相当于图4的显示系统200A中的布线ML。
布线BL例如被用作发送写入到存储单元MC6的数据的布线。
布线WL例如被用作用来选择数据的写入对象的存储单元MC6的布线。
布线FCA例如被用作如下布线：在向存储单元MC6写入数据时，向铁电电容器FEA所包含的可具有铁电性的材料供应足以产生极化的可变电位。
在此，说明铁电电容器FEA所包含的可具有铁电性的材料。
作为可具有铁电性的材料，例如优选使用氧化铪。另外，在作为铁电电容器FEA所包含的介电体使用氧化铪的情况下，氧化铪的厚度优选为10nm以下，更优选为5nm以下，进一步优选为2nm以下。
此外，作为可具有铁电性的材料，除了氧化铪之外还可以举出氧化锆、氧化铪锆(HfZrOX(X为大于0的实数))等金属氧化物。此外，作为可具有铁电性的材料，可以举出对氧化铪添加元素J1(在此，元素J1为选自锆(Zr)、硅(Si)、铝(Al)、钆(Gd)、钇(Y)、镧(La)、锶(Sr)等中的一个或多个)的材料。在此，可以适当地设定铪原子与元素J1的原子个数比，例如，可以将铪原子与元素J1的原子个数比设定为1：1或其附近。此外，作为可具有铁电性的材料，可以举出对氧化锆添加元素J2(在此，元素J2为选自铪(Hf)、硅(Si)、铝(Al)、钆(Gd)、钇(Y)、镧(La)、锶(Sr)等中的一个或多个)的材料等。此外，可以适当地设定锆原子与元素J2的原子个数比，例如，可以将锆原子与元素J2的原子个数比设定为1：1或其附近。此外，作为可具有铁电性的材料，也可以使用钛酸铅(PbTiOX)、钛酸钡锶(BST)、钛酸锶、锆钛酸铅(PZT)、钽酸锶铋(SBT)、铁酸铋(BFO)、钛酸钡等具有钙钛矿结构的压电陶瓷。
此外，作为可具有铁电性的材料，可以举出氮化铝钪(Al1-aScaNb(a为大于0且小于0.5的实数，b为1或其附近的值))、Al-Ga-Sc氮化物、Ga-Sc氮化物等。此外，作为可具有铁电性的材料，可以举出包含元素M1、元素M2及氮的金属氮化物。在此，元素M1为选自铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)等中的一个或多个。此外，元素M2为选自硼(B)、钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、钕(Nd)、铕(Eu)、钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)、铬(Cr)等中的一个或多个。此外，可以适当地设定元素M1与元素M2的原子个数比。另外，包含元素M1及氮的金属氧化物即便不包含元素M2也有时具有铁电性。此外，作为可具有铁电性的材料，可以举出对上述金属氮化物添加元素M3的材料。注意，元素M3为选自镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、锌(Zn)、镉(Cd)等中的一个或多个。在此，可以适当地设定元素M1、元素M2与元素M3的原子个数比。注意，因为上述金属氮化物至少包含第13族元素和第15族元素的氮，所以有时将该金属氮化物称为III族-V族铁电体、III族氮化物的铁电体等。
另外，作为可具有铁电性的材料，可以举出SrTaO2N、BaTaO2N等钙钛矿型氧氮化物、κ型氧化铝的GaFeO3等。
此外，作为可具有铁电性的材料，例如，可以使用由选自上述材料中的多个材料构成的混合物或化合物。此外，可具有铁电性的材料可以具有由选自上述材料中的多个材料构成的叠层结构。注意，上述所列举的材料等的结晶结构(特性)可能不仅根据成膜条件而且还根据各种工序等而发生变化，由此在本说明书等中，呈现铁电性的材料不仅被称为铁电体，而且还被称为“可具有铁电性的材料”或“赋予铁电性的材料”。另外，铁电体包括呈现铁电性的材料及可具有铁电性的材料。
尤其是，作为可具有铁电性的材料，优选使用氧化铪或包含氧化铪及氧化锆的材料，因为它们即使被加工为几nm的薄膜也可具有铁电性。在此，可具有铁电性的材料的厚度可以为100nm以下，优选为50nm以下，更优选为20nm以下，进一步优选为10nm以下(典型的是，2nm以上且9nm以下)。例如，厚度优选为8nm以上且12nm以下。通过使用可以被薄膜化的铁电体层，可以将该铁电体层夹在电容器的一对电极之间，并且可以将该电容器与被微型化了的晶体管等半导体元件组合来形成半导体装置。在本说明书等中，形成为层状的可具有铁电性的材料有时被称为铁电体层、金属氧化物膜或金属氮化物膜。此外，在本说明书等中，有时将包括铁电体层、金属氧化物膜或金属氮化物膜的装置称为铁电体器件。
另外，当作为可具有铁电性的材料使用HfZrOX时，优选通过原子层沉积(ALD：Atomic Layer Deposition)法，尤其优选通过热ALD(Thermal ALD)法进行沉积。另外，当通过热ALD法沉积可具有铁电性的材料时，优选作为前驱物使用不包含碳氢(Hydro Carbon，也称为HC)的材料。当可具有铁电性的材料包含氢和碳中的一方或双方时，可具有铁电性的材料的晶化有时被阻挡。因此，优选的是，如上所述，通过使用不包含碳氢的前驱物来降低可具有铁电性的材料中的氢和碳中的一方或双方的浓度。例如，作为不包含碳氢的前驱物可以举出氯类材料。此外，当作为可具有铁电性的材料使用包含氧化铪及氧化锆的材料(HfZrOx)时，作为前驱物使用HfCl4ZrCl4中的至少一个即可。
此外，当形成使用可具有铁电性的材料的膜时，通过彻底排除膜中的杂质，这里是指氢、碳氢和碳中的一个以上，可以形成高纯度本征的具有铁电性的膜。高纯度本征的具有铁电性的膜与后面的实施方式所示的高纯度本征的氧化物半导体之间的制造工艺整合性非常高。因此，可以提供一种生产率高的半导体装置的制造方法。
另外，当作为可具有铁电性的材料使用HfZrOX时，优选通过热ALD法以具有1:1的组成的方式交替沉积氧化铪和氧化锆。
另外，当通过热ALD法沉积可具有铁电性的材料时，作为氧化剂可以使用H2O或O3。注意，热ALD法中的氧化剂不局限于此。例如，作为热ALD法中的氧化剂，也可以包含选自O2、O3、N2O、NO2、H2O和H2O2中的任一个或多个。
另外，对可具有铁电性的材料的结晶结构没有特别的限制。例如，作为可具有铁电性的材料的结晶结构具有等轴晶系、四方晶系、正交晶系和单斜晶系中的任一个或多个即可。尤其是，当可具有铁电性的材料具有正交晶系结晶结构时呈现铁电性，所以是优选的。或者，作为可具有铁电性的材料也可以采用具有非晶结构和结晶结构的复合结构。
注意，虽然在图5G的存储单元MC6中作为一个例子说明使用铁电电容器FEA的FeRAM，但是可用于层OSC的存储单元MC也可以为使用FTJ(Ferroelectric TunnelJunction(铁电隧道结)或Ferroelectric Transportation Junction(铁电传输结))元件及/或FeFET(Ferroelectric FET：铁电FET)的存储单元(未图示)。
如上所述，通过构成显示装置，就是说在显示部DSP的下部设置外围电路DRV，可以使显示部DSP与外围电路DRV之间的引线短于现有的引线，由此可以缩短图像数据等的发送所需要的时间。另外，可以使布线的长度短于现有的布线的长度，由此可以降低显示装置的功耗。
另外，通过在显示部DSP与电路部SIC之间设置层OSC，可以减少电路部SIC所产生的热给显示部DSP带来的影响。尤其是，在显示部DSP所包括的显示元件的耐热性较低时，通过具有图3A、图3B、图4等所示的结构，可以延长显示部DSP所包括的显示元件的寿命。另外，通过在电路部SIC的下方设置冷却机构，可以减少电路部SIC所产生的热的影响(未图示)。作为该冷却机构，例如可以举出使用热传导很高的材料的散热器、使用冷却水的水冷式散热器、风机等。
<显示装置及显示系统的变形例子2>
另外，图4示出在电路部SIC与显示部DSP之间的层OSC中设置存储装置MDV的例子，但是层OSC也可以包括存储装置以外的电路、装置等。例如，也可以将外围电路DRV及/或功能电路MFNC所包括的电路的一部分形成在层OSC中。
在图6的显示系统200B的一个例子中，将图4的显示系统200A中的外围电路DRV的部分电路形成在层OSC中。注意，在图6中，虽然有布线SL与布线GL交叉的部分，但是两者的布线没有彼此直接连接。
在图6的显示系统200B的一个例子中，将图4的显示系统200A中的外围电路DRV的一部分作为电路DRVa形成在电路部SIC中，将图4的显示系统200A中的外围电路DRV的其余部分作为电路DRVb形成在层OSC中。具体而言，在显示系统200B中，电路DRVa包括源极驱动电路11及数字模拟转换电路12，电路DRVb包括栅极驱动电路13及电平转换器14。
OS晶体管的耐电性比Si晶体管高。由此，通过作为形成在层OSC中的晶体管使用OS晶体管，层OSC所包括的电路(例如，栅极驱动电路13、电平转换器14等)可以对电压具有高耐性。因此，通过将该电路形成在层OSC中，可以降低施加到该电路的电负载。
<显示装置及显示系统的变形例子3>
图1B所示的显示系统200具有在电路部SIC中包括外围电路DRV及功能电路MFNC的结构，但是本发明的一个方式的显示系统也可以在电路部SIC中设置功能电路MFNC而由显示系统200的外部电路驱动显示部DSP。
例如，本发明的一个方式的显示系统可以具有图7A所示的结构。显示系统200C包括显示部DSP及电路部SIC，电路部SIC包括功能电路MFNC。另外，显示部DSP与电路部CHP电连接，电路部CHP包括外围电路DRV。电路部CHP例如可以为外置驱动器IC。
另外，作为将电路部CHP安装于显示系统200C的方法，例如可以举出COG(Chip OnGlass：玻璃覆晶封装)方式、COF(Chip On Film：薄膜覆晶封装)方式等。
另外，在显示系统200C中，显示部DSP及电路部SIC所包括的晶体管例如可以为Si晶体管。另外，也可以作为Si晶体管以外的晶体管使用OS晶体管。
另外，显示系统200C也可以具有如图7B所示那样的电路部CHP与电路部SIC电连接的结构，而不具有电路部CHP与显示部DSP电连接的结构。
另外，图8示出图7A或图7B所示的显示系统200C的具体结构的一个例子。注意，在图8中，显示系统200C所包括的功能电路MFNC的总线BSL与电路部CHP的总线电连接。
如上所述，在图1B的显示系统200中，驱动显示部DSP的外围电路DRV也可以作为驱动器IC等设置在显示系统200的外部，而不设置在电路部SIC中。
通过如本实施方式所说明那样构成显示装置或显示系统，即在显示部DSP的下部设置外围电路DRV及功能电路MFNC，不但可以缩短图像数据的发送时间，降低功耗，而且可以不增加电路面积地设置校正电路、GPU等。因此，可以提高显示部DSP的显示品质。另外，因为不增加电路面积，所以不容易受到将在后面的实施方式中说明的电子设备的外壳尺寸等的限制。
这里，现有的显示装置(例如，使用Si晶体管的显示装置)具有同一平面上设置有像素阵列与外围电路的结构，但是通过将OS晶体管用作显示装置的晶体管，可以实现像素电路、外围电路的微型化。因此，可以减小像素电路及其周围部分(有时被称为边框)的面积。例如，现有的XR用显示装置(例如，使用Si晶体管的显示装置)的分辨率大致为3000ppi以下，但是通过将OS晶体管用于XR用显示装置，可以实现5000ppi以上的分辨率。
另外，还考虑将包含有机EL的发光器件用于显示装置的像素时的该发光器件的亮度。当由Si晶体管构成恒流源时，Si晶体管的耐压很低，所以在3000ppi的显示装置中实际只能够输出1000cd/m2以下的亮度。另一方面，当由OS晶体管构成恒流源时，OS晶体管的耐压很高，所以例如在5000ppi以上且7000ppi以下的显示装置中能够输出10000cd/m2左右的亮度。
另外，例如，在图1B的显示系统200等中，当电路部SIC的半导体衬底为硅时，可以以6nm至7nm的技术节点安装系统(接口、转换器、驱动器、存储器、CPU、GPU)。因此，可以减少构成显示系统200的电路的面积。
如上所述，下表示出使用Si晶体管或OSLSI的显示系统的详细内容。注意，在本说明书等中，OSLSI是指在半导体衬底上形成Si晶体管并在该Si晶体管的上方还形成OS晶体管的集成电路。
[表1]
本实施方式可以与本说明书所示的其他实施方式适当地组合。
(实施方式2)
在本实施方式中，说明包括高频(RF)电路的显示系统的结构。
图9A是示意性地示出本发明的一个方式的显示系统的图。图9A所示的显示系统200D具有在图1B的显示系统200的电路部SIC所包括的功能电路MFNC中设置高频电路41的结构。注意，图9A还示出与高频电路41进行无线通信的装置EXDV。
另外，虽然在本实施方式中说明分别设置显示系统200D和装置EXDV的情况，但是本发明的一个方式的显示系统也可以包括与显示系统进行无线通信的外部装置。就是说，本发明的一个方式的显示系统也可以包括装置EXDV。
高频电路41例如包括天线、双工器、低噪声放大器、功率放大器、本机振荡器、下变频混频器、上变频混频器、带通滤波器、模拟数字转换电路等。
尤其是，通过高频电路41包括双工器，可以使发送用RF信号路径与接收用RF信号路径电分离。因此，可以作为高频电路41所包括的天线使用共享发送用天线和接收用天线的一个天线。因此，可以进一步减少显示系统200D的电路面积。
注意，在本实施方式中，高频电路41具有将由第一层所包括的电路(例如，CPU、GPU、存储装置等)中的任一个生成的电信号转换为RF信号而发送到显示系统200D的外部的功能。另外，高频电路41具有将从外部取得的RF信号转换为电信号而发送到第一层所包括的电路(例如，CPU、GPU、存储装置等)中的任一个的功能。
注意，作为装置EXDV，可以使用各种电子设备等。例如，在装置EXDV存在于显示系统200D所包括的外壳的外部时，装置EXDV例如可以为扬声器(也包括耳机、头戴耳机等)、智能手机等便携式信息终端、可穿戴信息终端、平板信息终端、台式信息终端、服务器、安装有IoT(Internet of Things：物联网)的装置等电子设备。
例如，如图10所示，也可以将显示系统200D用于头戴显示器的电子设备HMD的显示部，将装置EXDV作为在云计算CLD上存在的服务器的装置EXDV1。另外，也可以将装置EXDV作为便携式信息终端(例如，智能手机等)的装置EXDV2。另外，也可以将装置EXDV作为可穿戴信息终端的装置EXDV3。
通过在显示系统200D的功能电路MFNC中设置高频电路41，如图10所示，可以与服务器、便携式信息终端、可穿戴信息终端等电子设备进行无线通信。因此，可以由电子设备HMD的显示系统200D的高频电路41接收从装置EXDV1、装置EXDV2等发送的图像数据，而可以将该图像数据显示在显示系统200D的显示部DSP上。
另外，在显示系统200D与装置EXDV之间进行通信的信息不局限于图像数据。例如，如图11A所示，安装有电子设备HMD的使用者(或者没有安装电子设备HMD的人)也可以用指头FG以装置EXDV2或装置EXDV3为输入接口从装置EXDV2或装置EXDV3向显示系统200D发送用来操作显示系统200D的RF信号。此时，也可以使装置EXDV2或装置EXDV3的显示部处于非显示状态，且在电子设备HMD的显示系统200D的显示部DSP上显示一种图像，即通过AR将原来显示在装置EXDV2或装置EXDV3上的图像适用于装置EXDV2或装置EXDV3的显示部而成的图像。具体而言，例如，如图11A所示，也可以使实际用指头FG操作的装置EXDV2或装置EXDV3的显示部处于非显示状态，且在电子设备HMD的显示系统200D的显示部DSP上显示如将操作屏幕显示在装置EXDV2或装置EXDV3上那样的显示图像DPC。
另外，例如，如图11B所示，安装有电子设备HMD的使用者也可以通过使自己的手指HND移动来将用来操作装置EXDV2或装置EXDV3的RF信号从电子设备HMD发送到装置EXDV2或装置EXDV3。此时，电子设备HMD优选包括用来识别手指HND的动作的摄像装置、红外线传感器等。另外，也可以在手指HND(包括指头FG、腕子等)上安装识别动作的传感设备，通过电子设备HMD从该传感设备接收感测信息来识别手指HND的动作。因此，即便装置EXDV2或装置EXDV3远离安装有电子设备HMD的使用者，该使用者也可以操作装置EXDV2或装置EXDV3。具体而言，例如，如图11B所示，在电子设备HMD的显示系统200D的显示部DSP上可以显示合成电子设备HMD的外界景色与操作区域OPA和操作区域OPA内的图标ICN的显示图像DPC。此时，通过用手指HND(图11B中的指头FG)触摸图标ICN等手势来进行操作，可以远隔地操作装置EXDV2或装置EXDV3。
另外，在是图11A或图11B的情况下，电子设备HMD的显示系统200D的显示部DSP所显示的图像也可以为装置EXDV2或装置EXDV3原来显示的图像而不是电子设备HMD的外界景色。另外，该图像优选以4K2K显示，更优选以8K4K显示，进一步优选以16K8K显示。
另外，显示系统200D与装置EXDV之间的通信也可以通过无线中继器进行。因此，显示系统200D不但可以与显示系统200D附近的电子设备进行通信，而且可以与远离显示系统200D的电子设备进行通信。另外，此时，为了发送容量较大的数据，缩短延迟时间，提高通信速度，优选使用第五代(5G)的通信规格。注意，5G(第五代移动通信系统)例如使用3.7GHz频带、4.5GHz频带、28GHz频带等通信频率。
适用于5G的半导体装置在很多情况下使用以硅等一个种类的元素为主要成分的半导体来制造，因此，如图9A的显示系统200D那样，功能电路MFNC所包括的高频电路41可以在电路部SIC的半导体衬底(尤其是，以硅为材料的半导体衬底)上制造。
另外，当装置EXDV设置在与显示系统200D同一外壳中而不设置在显示系统200D所包括的外壳的外部时，作为装置EXDV例如可以使用图1B的显示系统200的功能电路MFNC所包括的部分电路。
具体而言，如图9B所示，也可以将功能电路MFNC的部分电路作为功能电路MFNCa设置在电路部SIC一侧，将功能电路MFNC的其余电路作为功能电路MFNCb设置在装置EXDV中。另外，在图9B的例子中，功能电路MFNCa中设置有高频电路41a，功能电路MFNCb中设置有高频电路41b，高频电路41a与高频电路41b进行无线通信。注意，在图9B中，将功能电路MFNCa和功能电路MFNCb统称为功能电路MFNC。就是说，在图9B所示的功能电路MFNC的内部进行无线通信。
通过具有图9B所示的显示系统200D的结构，可以在功能电路MFNC的内部进行无线通信。因此，不需要在功能电路MFNCa与功能电路MFNCb之间设置用来收发电信号的布线，所以可以减少外壳内部的电路面积。
作为可使用图9B的结构的例子，可以举出包括头戴显示器及附带头戴耳机的结构。具体而言，如图12所示，将显示系统200D用于作为头戴显示器的电子设备HMD的显示部，将装置EXDV用于头戴耳机部HP，从高频电路41a向高频电路41b以无线通信发送声音数据，由此包括装置EXDV的头戴耳机可以与显示在该显示部上的图像同步地再现该声音数据。
另外，图13示出图9A或图9B所示的显示系统200D的具体结构的一个例子。如图13所示，高频电路41与总线BSL电连接，高频电路41可以将RF信号RFS转换为电信号而发送到CPU25等的规定电路，并且可以将来自CPU25等的规定电路的电信号转换为RF信号RFS而发送到装置EXDV。
注意，本实施方式所说明的图9A、图9B、图13示出在图1的显示系统200的电路部SIC的功能电路MFNC中设置高频电路41的例子，但是本发明的一个方式不局限于此。例如，本发明的一个方式也可以具有在图3的显示系统200A的电路部SIC的功能电路MFNC中设置高频电路41的结构(未图示)。
本实施方式可以与本说明书所示的其他实施方式适当地组合。
(实施方式3)
在本实施方式中，说明上述实施方式中的显示装置或显示系统的结构。
图14A是示出图1A中的显示装置或图1B及图2中的显示系统的结构例子的截面图。注意，图14A所示的显示系统在电路部SIC中包括晶体管170，在显示部DSP中包括晶体管180、发光器件260R、发光器件260G及发光器件260B。注意，在本说明书中，将发光器件260R、发光器件260G及发光器件260B统称为发光器件260。另外，图14A示出晶体管170及晶体管180的沟道长度方向的截面图。
晶体管170设置在衬底101上，包括元件分离层171、导电体175、绝缘体174、由衬底101的一部分构成的半导体区域173、用作源区域或漏区域的低电阻区域172a及低电阻区域172b。注意，晶体管170例如可用于上述实施方式所说明的外围电路DRV所包括的源极驱动电路11或栅极驱动电路13。另外，例如，晶体管170可用于功能电路MFNC所包括的存储装置21、GPU22等。
作为衬底101，优选使用半导体衬底(例如单晶衬底或硅衬底)。
在晶体管170中，例如导电体175隔着绝缘体174覆盖半导体区域173的顶面及沟道宽度方向的侧面。如此，通过使晶体管170具有Fin型结构，实效上的沟道宽度增加，所以可以改善晶体管170的通态特性。此外，由于可以增加栅电极的电场的影响，所以可以改善晶体管170的关闭特性。
此外，晶体管170可以为p沟道型晶体管或n沟道型晶体管。
半导体区域173的沟道形成区域、其附近的区域、被用作源区域或漏区域的低电阻区域172a及低电阻区域172b等优选包含硅类半导体等半导体，更优选包含单晶硅。此外，也可以使用包含Ge(锗)、SiGe(硅锗)、GaAs(砷化镓)、GaAlAs(镓铝砷)、GaN(氮化镓)等的材料形成。可以使用对晶格施加应力，改变晶面间距而控制有效质量的硅。此外，晶体管170也可以是使用GaAs和GaAlAs等的HEMT(High Electron Mobility Transistor：高电子迁移率晶体管)。
作为被用作栅电极的导电体175，可以使用包含砷、磷等赋予n型导电性的元素或硼等赋予p型导电性的元素的硅等半导体材料、金属材料、合金材料或金属氧化物材料等导电材料。
此外，由于导电体的材料决定功函数，所以通过选择该导电体的材料，可以调整晶体管的阈值电压。具体而言，作为导电体优选使用氮化钛或氮化钽等材料。为了兼具导电性和嵌入性，作为导电体优选使用钨或铝等金属材料的叠层，尤其在耐热性方面上优选使用钨。
为了使形成在衬底101上的多个晶体管彼此分离设置有元件分离层171。元件分离层171例如可以使用LOCOS(Local Oxidation of Silicon：硅局部氧化)法、STI(ShallowTrench Isolation：浅沟槽隔离)法或台面隔离法等形成。
此外，图14A所示的晶体管170只是一个例子，本发明不局限于该结构，可以根据电路结构、驱动方法等而使用合适的晶体管。例如，晶体管170也可以具有平面型结构而不具有FIN型结构。
图14A所示的晶体管170依次层叠有绝缘体116、绝缘体117及绝缘体118。
作为绝缘体116及绝缘体117，例如可以使用氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧氮化铝、氮氧化铝及氮化铝等。
注意，在本说明书中，“氧氮化硅”是指在其组成中氧含量多于氮含量的材料，而“氮氧化硅”是指在其组成中氮含量多于氧含量的材料。注意，在本说明书中，“氧氮化铝”是指氧含量多于氮含量的材料，“氮氧化铝”是指氮含量多于氧含量的材料。
绝缘体117也可以被用作使因被绝缘体116及绝缘体117覆盖的晶体管170等而产生的台阶平坦化的平坦化膜。例如，为了提高绝缘体117的顶面的平坦性，其顶面也可以通过利用化学机械抛光(CMP：Chemical Mechanical Polishing)法等的平坦化处理被平坦化。
作为绝缘体118，优选使用能够防止氢、杂质等从衬底101或晶体管170等扩散到绝缘体118上方的区域中的具有阻挡性的膜。
作为对氢具有阻挡性的膜的一个例子，例如可以使用通过CVD法形成的氮化硅。在此，有时氢扩散到设置在绝缘体118上方的电路元件中，导致该电路元件的特性下降。因此，优选在该电路元件与晶体管170之间设置抑制氢的扩散的膜。具体而言，抑制氢的扩散的膜是指氢的脱离量少的膜。
氢的脱离量例如可以利用热脱附谱分析法(TDS)等测量。例如，在TDS分析中的膜表面温度为50℃至500℃的范围内，当换算为氢原子的脱离量时，绝缘体118的单位面积的氢的脱离量为10×1015atoms/cm2以下，优选为5×1015atoms/cm2以下，即可。
注意，绝缘体118的介电常数优选比绝缘体117低。例如，绝缘体118的相对介电常数优选低于4，更优选低于3。例如，绝缘体118的相对介电常数优选为绝缘体117的相对介电常数的0.7倍以下，更优选为0.6倍以下。通过将介电常数低的材料用于层间膜，可以减少产生在布线之间的寄生电容。
此外，绝缘体116、绝缘体117及绝缘体118中嵌入有与设置在绝缘体118上方的电路元件(例如，显示部DSP所包括的晶体管180、发光器件260R至发光器件260B等)连接的导电体126等。此外，导电体126具有插头或布线的功能。注意，有时使用同一附图标记表示具有插头或布线的功能的多个导电体。此外，在本说明书等中，布线、与布线连接的插头也可以是一个构成要素。就是说，导电体的一部分有时被用作布线，并且导电体的一部分有时被用作插头。
作为各插头及布线(导电体126、后述导电体127及导电体128等)的材料，可以使用金属材料、合金材料、金属氮化物材料或金属氧化物材料等导电材料的单层或叠层。优选使用兼具耐热性和导电性的钨或钼等高熔点材料，尤其优选使用钨。或者，优选使用铝或铜等低电阻导电材料。通过使用低电阻导电材料可以降低布线电阻。
注意，绝缘体118的上方的层也可以设置有布线层(未图示)。
在图14A中，将绝缘体221层叠在绝缘体118的上方。绝缘体221被用作晶体管180的基底膜。
另外，绝缘体221上形成有被用作晶体管180的栅电极或布线的导电体211。
另外，绝缘体221上及导电体211上形成有被用作晶体管180的栅极绝缘膜的绝缘体222。
另外，绝缘体221及绝缘体222中嵌入有与晶体管180及电路部SIC所包括的电路元件等连接的导电体127等。此外，导电体127具有插头或布线的功能。
另外，绝缘体222上形成有半导体231。注意，在图14A中，半导体231以具有与导电体211重叠的区域的方式形成。
作为半导体231，例如可以使用实施方式4所说明的金属氧化物。另外，作为半导体231，例如可以使用Si、Ge等半导体材料。另外，作为半导体231，例如可以使用ZnSe、CdS、GaAs、InP、GaN、SiGe等化合物半导体。另外，作为半导体231，例如可以使用碳纳米管、有机半导体。
另外，绝缘体222上、导电体127上及半导体231上形成有导电体212。注意，隔着半导体231形成一对导电体212。另外，一对导电体212中的一个被用作晶体管180的源极和漏极中的一个，一对导电体212中的另一个被用作晶体管180的源极和漏极中的另一个。另外，在图14A中，一对导电体212中的一个以与导电体127电连接的方式形成。
注意，虽然图14A示出导电体127与晶体管180的源极和漏极中的一个电连接的例子，但是导电体127既可以与晶体管180的源极和漏极中的另一个电连接，又可以与晶体管180的栅极电连接。
绝缘体222上、导电体212上及半导体231上依次形成有绝缘体223及绝缘体224。
接着，对在绝缘体224上能够包括的发光器件260R、发光器件260G、发光器件260B进行说明。注意，各发光器件优选发射不同颜色的光。在本实施方式中，作为一个例子示出发光器件260R呈现红色，发光器件260G呈现绿色，发光器件260B呈现蓝色的结构，并且，为了简单地区别各发光器件，在各发光器件的发光区域内附上R、G、B的符号。
绝缘体224上形成有绝缘体251。
另外，绝缘体224及绝缘体251中嵌入有与晶体管180及电路部SIC所包括的电路元件等连接的导电体128等。此外，导电体128具有插头或布线的功能。
绝缘体251上、导电体128上形成有发光器件260R、发光器件260G及发光器件260B各自的像素电极261。
另外，以覆盖像素电极261的端部的方式设置有绝缘体272。绝缘体272的端部优选具有锥形形状。
像素电极261的顶面和绝缘体272的一部分的表面形成有EL层262R、EL层262G及EL层262B。另外，在形成时，EL层262R、EL层262G及EL层262B的端部优选位于绝缘体272上。
注意，在图14A中，多个像素电极261上分别独立地设置有呈现红色(R)的发光的EL层262R、呈现绿色(G)的发光的EL层262G及呈现蓝色(B)的发光的EL层262B。在本说明书等中，将这种在多个像素电极261上分别形成每个颜色的发光层的结构称为SBS(Side BySide)结构。
另外，虽然图14A的显示装置(显示系统)具有SBS结构，但是该显示装置(该显示系统)也可以具有在多个像素电极261上连接地形成呈现白色的发光的发光层且在该多个像素电极261上设置红色(R)、绿色(G)及蓝色(B)的着色层(例如，滤色片)的结构。尤其是，通过形成具有后述串联结构的白色的发光层，可以实现高亮度且长寿命的白色的发光器件。
除了包含发光性有机化合物的层(发光层)以外，EL层262R、EL层262G及EL层262B各自还可以包括电子注入层、电子传输层、空穴注入层及空穴传输层中的一个以上。
例如，如图15A所示，EL层262R、EL层262G及EL层262B可以由层4420、发光层4411、层4430等的多个层构成。层4420例如可以包括含有电子注入性高的物质的层(电子注入层)及含有电子传输性高的物质的层(电子传输层)等。发光层4411例如包含发光化合物。层4430例如可以包括含有空穴注入性高的物质的层(空穴注入层)及含有空穴传输性高的物质的层(空穴传输层)。
包括设置在一对电极间的层4420、发光层4411及层4430的结构可以被用作单一的发光单元，在本说明书等中将图15A的结构称为单结构。
此外，如图15B所示，层4420与层4430之间设置有多个发光层(发光层4411、发光层4412、发光层4413)的结构也是单结构的变形例子。
如图15C所示，多个发光单元(EL层262a、EL层262b)隔着中间层(电荷产生层)4440串联连接的结构在本说明书中被称为串联结构。在本说明书等中，图15C所示的结构被称为串联结构，但是不局限于此，例如，串联结构也可以被称为叠层结构。通过采用串联结构，可以实现能够以高亮度发光的发光器件。
发光器件260的发光颜色根据构成EL层262的材料而可以为红色、绿色、蓝色、青色、品红色、黄色或白色等。此外，当发光器件260具有微腔结构时，可以进一步提高颜色纯度。
白色发光器件优选具有发光层包含两种以上的发光物质的结构。为了得到白色发光，选择各发光处于补色关系的两种以上的发光物质即可。
发光层优选包含每个发光呈现R(红)、G(绿)、B(蓝)、Y(黄)、O(橙)等的两种以上的发光物质。或者，优选包含每个发光包含R、G、B中的两种以上的光谱成分的两种以上的发光物质。
此外，如图14A所示，在颜色不同的发光器件之间，在两个EL层之间设置间隙。如此，优选以互不接触的方式设置EL层262R、EL层262G及EL层262B。由此，可以适当地防止电流流过相邻的两个EL层而产生非意图性发光(也称为串扰)。因此，可以提高对比度并实现显示品质高的显示装置。
可以利用使用金属掩模等的遮蔽掩模的真空蒸镀法等分开制造EL层262R、EL层262G及EL层262B。另外，也可以通过光刻法分开制造上述EL层。通过利用光刻法，可以实现在使用金属掩模时难以实现的高清晰度的显示装置。
绝缘体272上、EL层262R上、EL层262G上及EL层262G上设置有公共电极263。公共电极263为各发光器件共享的一个层。
此时，发光器件260R、发光器件260G及发光器件260B具有在像素电极261与公共电极263之间分别设置有EL层262R、EL层262G及EL层262B的结构。EL层262R包含发射至少在红色波长区域具有强度的光的发光性有机化合物。此外，发光器件260G中的EL层262G包含发射至少在绿色波长区域具有强度的光的发光性有机化合物。发光器件260B中的EL层262B包含发射至少在蓝色波长区域具有强度的光的发光性有机化合物。
另外，如图14A所示，每个发光器件都设置有像素电极261。在此，例如，与此相反通过作为像素电极261选择具有反射性的导电体材料而作为公共电极263选择具有透光性的导电体材料，可以制造顶面发射型(顶部发射结构)的显示装置。
此外，以覆盖发光器件260R、发光器件260G及发光器件260B的方式在公共电极263上设置保护层271。保护层271具有防止水等杂质从上方扩散到各发光器件的功能。
保护层271例如可以采用至少包括无机绝缘膜的单层结构或叠层结构。作为无机绝缘膜，例如可以举出氧化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化硅膜、氧化铝膜、氧氮化铝膜、氧化铪膜等氧化物膜或氮化物膜。另外，作为保护层271也可以使用铟镓氧化物、铟镓锌氧化物等半导体材料。注意，保护层271可以利用ALD法、CVD法及溅射法形成。注意，虽然作为保护层271例示出包括无机绝缘膜的结构，但是不局限于此。例如，保护层271也可以具有无机绝缘膜与有机绝缘膜的叠层结构。
上述发光器件260R、发光器件260G及发光器件260B例如可以排列为矩阵状。注意，发光器件的排列方法不局限于此，既可以使用Delta排列或锯齿形(zigzag)排列等排列方法，也可以使用Pentile排列。
另外，作为发光器件260R、发光器件260G及发光器件260B，优选使用有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode：OLED)或量子点发光二极管(Quantum-dot LightEmitting Diode：QLED)等EL元件。作为EL元件所包含的发光物质，可以举出发射荧光的物质(荧光材料)、发射磷光的物质(磷光材料)、无机化合物(量子点材料等)、呈现热活化延迟荧光的物质(热活化延迟荧光(Thermally activated delayed fluorescence：TADF)材料)等。
另外，本发明的一个方式的显示装置或显示系统不局限于图14A的结构。虽然在图14A中说明使用三种颜色的发光器件的显示装置或显示系统，但是本发明的一个方式的显示装置或显示系统例如也可以为使用白色的发光器件和各种颜色的着色层的显示装置或显示系统。另外，此时，作为白色的发光器件，例如既可以使用图15A或图15B所示的单结构的发光层，又可以使用图15C所示的串联结构的发光层。
图14B所示的例子包括呈现白色光的发光器件260W。发光器件260W在像素电极与公共电极263之间包括呈现白色光的EL层262W。
作为EL层262W，例如可以采用层叠有以各自的发光颜色成为补色关系的方式选择的两个以上的发光层的结构。另外，也可以使用在发光层之间夹着电荷产生层的叠层型EL层。
图14B并列地示出三个发光器件260W。左边的发光器件260W的上部设置有着色层264R。着色层264R被用作使红色光透过的带通滤波器。同样地，中间的发光器件260W的上部设置有使绿色光透过的着色层264G，右边的发光器件260W的上部设置有使蓝色光透过的着色层264B。由此，可以使显示装置显示彩色图像。
在此，在相邻的两个发光器件260W之间，EL层262W与公共电极263彼此分开。由此，可以适当地防止在相邻的两个发光器件260W中电流通过EL层262W流过而产生非意图性发光。特别是在作为EL层262W使用两个发光层之间设有电荷产生层的叠层型EL元件时具有如下问题：当清晰度越高，即相邻的像素间的距离越小时，串扰的影响越明显，而对比度降低。因此，通过采用这种结构，可以实现兼具高清晰度和高对比度的显示装置。
优选利用光刻法分开EL层262W及公共电极263。由此，可以缩小发光器件之间的间隙，例如与使用金属掩模等遮蔽掩模时相比，可以实现具有高开口率的显示装置。
图16是示出图3A中的显示装置或图4及图6中的显示系统的结构例子的截面图。注意，图16所示的显示系统在电路部SIC中包括晶体管170，在层OSC中包括晶体管500，在显示部DSP中包括晶体管180、发光器件260R、发光器件260G及发光器件260B。另外，图16示出晶体管170、晶体管180、晶体管500的沟道长度方向的截面图。
另外，电路部SIC和显示部DSP可以参照图14A的说明，以下说明层OSC所包括的晶体管500和其周围的结构。
电路部SIC的绝缘体118的上方形成有绝缘体512。绝缘体512优选使用对氧、氢具有阻挡性的物质。
另外，作为绝缘体512，例如可以使用与绝缘体116同样的材料。
另外，如图17A及图17B所示，绝缘体512上形成有绝缘体514及绝缘体516。
作为绝缘体514，优选使用能够防止氢、杂质从衬底101或设置有晶体管170的区域等扩散到设置有晶体管500的区域中的具有阻挡性的膜。因此，作为绝缘体514，例如可以使用通过CVD法形成的氮化硅。
另外，作为绝缘体516，例如可以使用与绝缘体116同样的材料。
在绝缘体516上方设置有晶体管500。
如图17A及图17B所示，晶体管500包括绝缘体514上的绝缘体516、以嵌入绝缘体514或绝缘体516中的方式配置的导电体503(导电体503a及导电体503b)、绝缘体516及导电体503上的绝缘体522、绝缘体522上的绝缘体524、绝缘体524上的氧化物530a、氧化物530a上的氧化物530b、氧化物530b上的导电体542a、导电体542a上的绝缘体571a、氧化物530b上的导电体542b、导电体542b上的绝缘体571b、氧化物530b上的绝缘体552、绝缘体552上的绝缘体550、绝缘体550上的绝缘体554、位于绝缘体554上并与氧化物530b的一部分重叠的导电体560(导电体560a及导电体560b)、以及配置在绝缘体522、绝缘体524、氧化物530a、氧化物530b、导电体542(导电体542a及导电体542b)、绝缘体571(绝缘体571a及绝缘体571b)上的绝缘体544。在此，如图17A及图17B所示，绝缘体552与绝缘体522的顶面、绝缘体524的侧面、氧化物530a的侧面、氧化物530b的侧面及顶面、导电体542的侧面、绝缘体571的侧面、绝缘体544的侧面、绝缘体580的侧面及绝缘体550的底面接触。此外，导电体560的顶面以高度与绝缘体554的最上部、绝缘体550的最上部、绝缘体552的最上部及绝缘体580的顶面的高度大致一致的方式配置。此外，绝缘体574与导电体560、绝缘体552、绝缘体550、绝缘体554和绝缘体580各自的顶面的至少一部分接触。
在绝缘体580及绝缘体544中形成到达氧化物530b的开口。在该开口内设置绝缘体552、绝缘体550、绝缘体554及导电体560。此外，在晶体管500的沟道长度方向上，绝缘体571a及导电体542a与绝缘体571b及导电体542b间设置有导电体560、绝缘体552、绝缘体550及绝缘体554。绝缘体554具有与导电体560的侧面接触的区域及与导电体560的底面接触的区域。
氧化物530优选包括绝缘体524上的氧化物530a及氧化物530a上的氧化物530b。当在氧化物530b下包括氧化物530a时，可以抑制杂质从形成在氧化物530a的下方的结构物向氧化物530b扩散。
在晶体管500中，氧化物530具有氧化物530a及氧化物530b这两层的叠层结构，但是本发明不局限于此。例如，在晶体管500中，氧化物530b可以具有单层结构或三层以上的叠层结构。或者，氧化物530a及氧化物530b可以分别具有叠层结构。
导电体560被用作第一栅(也称为顶栅极)电极，导电体503被用作第二栅(也称为背栅极)电极。此外，绝缘体552、绝缘体550及绝缘体554被用作第一栅极绝缘体，绝缘体522及绝缘体524被用作第二栅极绝缘体。注意，有时将栅极绝缘体称为栅极绝缘层或栅极绝缘膜。此外，导电体542a被用作源极和漏极中的一个，导电体542b被用作源极和漏极中的另一个。此外，氧化物530的与导电体560重叠的区域的至少一部分被用作沟道形成区域。
在此，图18A示出图17A中的沟道形成区域附近的放大图。由于氧化物530b被供应氧，沟道形成区域形成在导电体542a和导电体542b之间的区域中。因此，如图18A所示，氧化物530b包括被用作晶体管500的沟道形成区域的区域530bc及以夹着区域530bc的方式设置并被用作源区域或漏区域的区域530ba及区域530bb。区域530bc的至少一部分与导电体560重叠。换言之，区域530bc设置在导电体542a与导电体542b间的区域中。区域530ba与导电体542a重叠，区域530bb与导电体542b重叠。
被用作沟道形成区域的区域530bc是与区域530ba及区域530bb相比其氧空位(在本说明书等中，金属氧化物中的氧空位有时被称为Vo(oxygen vacancy))少或杂质浓度低，由此是载流子浓度低的高电阻区域。因此，区域530bc可以说是i型(本征)或实质上i型的区域。
在使用金属氧化物的晶体管中，如果金属氧化物中的形成沟道的区域存在杂质或氧空位(Vo)，电特性则容易变动，有时降低可靠性。此外，氧空位(Vo)附近的氢形成氢进入氧空位(Vo)中的缺陷(下面有时称为VoH)而可能会生成成为载流子的电子。因此，当在氧化物半导体中的形成沟道的区域中包含氧空位时，晶体管会成为常开启特性(即使不对栅电极施加电压也存在沟道而在晶体管中电流流过的特性)。由此，在氧化物半导体的形成沟道的区域中，优选尽量减少杂质、氧空位及VoH。
此外，在被用作源区域或漏区域的区域530ba及区域530bb中，氧空位(Vo)多并且氢、氮、金属元素等杂质的浓度高。因此，区域530ba及区域530bb的载流子浓度提高，所以被低电阻化。就是说，区域530ba及区域530bb是比区域530bc载流子浓度高且电阻低的n型区域。
在此，被用作沟道形成区域的区域530bc的载流子浓度优选为1×1018cm-3以下，更优选低于1×1017cm-3，进一步优选低于1×1016cm-3，更优选的是低于1×1013cm-3，进一步优选的是低于1×1012cm-3。对被用作沟道形成区域的区域530bc的载流子浓度的下限值没有特别的限定，例如，可以将其设定为1×10-9cm-3。
此外，也可以在区域530bc与区域530ba或区域530bb之间形成载流子浓度等于或低于区域530ba及区域530bb的载流子浓度且等于或高于区域530bc的载流子浓度的区域。换言之，该区域被用作区域530bc与区域530ba或区域530bb的接合区域。该接合区域的氢浓度有时相等于或低于区域530ba及区域530bb的氢浓度且等于或高于区域530bc的氢浓度。此外，该接合区域的氧空位有时等于或少于区域530ba及区域530bb的氧空位且等于或多于区域530bc的氧空位。
注意，图18A示出区域530ba、区域530bb及区域530bc形成在氧化物530b中的例子，但是本发明不局限于此。例如，上述各区域也可以形成在氧化物530b和氧化物530a中。
在氧化物530中，有时难以明确地观察各区域的边界。在各区域中检测出的金属元素和氢及氮等杂质元素的浓度并不需要按每区域分阶段地变化，也可以在各区域中逐渐地变化。就是说，越接近沟道形成区域，金属元素和氢及氮等杂质元素的浓度越低即可。
优选在晶体管500中将被用作半导体的金属氧化物(以下，有时称为氧化物半导体)用于包含沟道形成区域的氧化物530(氧化物530a、氧化物530b)。
被用作半导体的金属氧化物优选使用其带隙为2eV以上，优选为2.5eV以上的金属氧化物。如此，通过使用带隙较宽的金属氧化物，可以减小晶体管的关态电流。
例如，作为氧化物530优选使用包含铟、元素M及锌的In-M-Zn氧化物(元素M为选自铝、镓、钇、锡、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)等的金属氧化物。此外，作为氧化物530也可以使用In-Ga氧化物、In-Zn氧化物、铟氧化物。
在此，优选的是，用于氧化物530b的金属氧化物中的In与元素M的原子个数比大于用于氧化物530a的金属氧化物中的In与元素M的原子个数比。
如此，通过在氧化物530b下配置氧化物530a，可以抑制杂质及氧从形成在氧化物530a的下方的结构物向氧化物530b扩散。
此外，氧化物530a及氧化物530b除了氧以外还包含共同元素(作为主要成分)，所以可以降低氧化物530a与氧化物530b的界面的缺陷态密度。因为可以降低氧化物530a与氧化物530b的界面的缺陷态密度，所以界面散射给载流子传导带来的影响小，从而可以得到高通态电流。
氧化物530b优选具有结晶性。尤其是，优选使用CAAC-OS(c-axis alignedcrystalline oxide semiconductor：c轴取向结晶氧化物半导体)作为氧化物530b。
CAAC-OS具有结晶性高的致密结构且是杂质、缺陷(例如，氧空位(VO等)少的金属氧化物。尤其是，通过在形成金属氧化物后以金属氧化物不被多晶化的温度(例如，400℃以上且600℃以下)进行热处理，可以使CAAC-OS具有结晶性更高的致密结构。如此，通过进一步提高CAAC-OS的密度，可以进一步降低该CAAC-OS中的杂质或氧的扩散。
另一方面，在CAAC-OS中不容易观察明确的晶界，因此不容易发生起因于晶界的电子迁移率的下降。因此，包含CAAC-OS的金属氧化物的物理性质稳定。因此，具有CAAC-OS的金属氧化物具有耐热性且可靠性良好。
在使用氧化物半导体的晶体管中，如果在氧化物半导体的形成沟道的区域中存在杂质或氧空位，电特性则容易变动，有时降低可靠性。此外，氧空位附近的氢形成氢进入氧空位中的缺陷(下面有时称为VOH)而可能会产生成为载流子的电子。因此，当在氧化物半导体的形成沟道的区域中包含氧空位时，晶体管会具有常开启特性(即使不对栅电极施加电压也存在沟道而在晶体管中电流流过的特性)。由此，在氧化物半导体的形成沟道的区域中，优选尽量减少杂质、氧空位及VOH。换言之，优选的是，氧化物半导体中的形成沟道的区域的载流子浓度降低且被i型化(本征化)或实质上被i型化。
相对于此，通过在氧化物半导体附近设置包含通过加热脱离的氧(以下，有时称为过剩氧)的绝缘体而进行热处理，可以从该绝缘体向氧化物半导体供应氧而减少氧空位及VOH。注意，在对源区域或漏区域供应过多的氧时，有可能引起晶体管500的通态电流下降或者场效应迁移率的下降。并且，在供应到源区域或漏区域的氧量在衬底面内有不均匀时，包括晶体管的半导体装置特性发生不均匀。
因此，优选的是，在氧化物半导体中，被用作沟道形成区域的区域530bc的载流子浓度得到降低且被i型化或实质上被i型化。另一方面，优选的是，被用作源区域或漏区域的区域530ba及区域530bb的载流子浓度高且被n型化。换言之，优选减少氧化物半导体的区域530bc的氧空位及VOH且区域530ba及区域530bb不被供应过多的氧。
于是，本实施方式以在氧化物530b上设置导电体542a及导电体542b的状态在含氧气氛下进行微波处理来减少区域530bc的氧空位及VOH。在此，微波处理例如是指使用包括利用微波生成高密度等离子体的电源的装置的处理。
通过在含氧气氛下进行微波处理，可以使用微波或RF等高频使氧气体等离子体化而使该氧等离子体作用。此时，也可以将微波或RF等高频照射到区域530bc。通过等离子体、微波等的作用，可以使区域530bc的VOH分开。可以将氢(H)从区域530bc去除而由氧填补氧空位(VO)。换言之，在区域530bc中发生“VOH→H+VO”的反应，可以降低区域530bc的氢浓度。由此，可以减少区域530bc中的氧空位及VOH而降低载流子浓度。
此外，当在含氧气氛下进行微波处理时，微波、RF等高频、氧等离子体等被导电体542a及导电体542b遮蔽而不作用于区域530ba及区域530bb。再者，可以通过覆盖氧化物530b及导电体542的绝缘体571及绝缘体580降低氧等离子体的作用。由此，在进行微波处理时在区域530ba及区域530bb中不发生VOH的减少以及过多的氧的供应，因此可以防止载流子浓度的降低。
此外，优选在形成成为绝缘体552的绝缘膜之后或者在形成成为绝缘体550的绝缘膜之后以含氧气氛进行微波处理。如此，通过经由绝缘体552或绝缘体550以含氧气氛进行微波处理，可以对区域530bc高效地注入氧。此外，通过以与导电体542的侧面及区域530bc的表面接触的方式配置绝缘体552，可以抑制区域530bc被注入不必要的氧，因此可以抑制导电体542的侧面的氧化。此外，可以抑制在形成成为绝缘体550的绝缘膜时导电体542的侧面被氧化。
此外，作为注入到区域530bc中的氧，有氧原子、氧分子、氧自由基(也称为O自由基，包含不成对电子的原子、分子或离子)等各种方式。注入到区域530bc中的氧可以为上述方式中的任一个或多个，尤其优选为氧自由基。此外，由于可以提高绝缘体552及绝缘体550的膜品质，晶体管500的可靠性得到提高。
如上所述，可以在氧化物半导体的区域530bc中选择性地去除氧空位及VOH而使区域530bc成为i型或实质上i型。并且，可以抑制对被用作源区域或漏区域的区域530ba及区域530bb供应过多的氧而保持导电性。由此，可以抑制晶体管500的电特性变动而抑制在衬底面内晶体管500的电特性不均匀。
通过采用上述结构，可以提供一种晶体管特性不均匀小的半导体装置。此外，可以提供一种可靠性良好的半导体装置。此外，可以提供一种具有良好的电特性的半导体装置。
此外，如图17B所示，在从晶体管500的沟道宽度的截面看时，也可以在氧化物530b的侧面与氧化物530b的顶面之间具有弯曲面。就是说，该侧面的端部和该顶面的端部也可以弯曲(以下，也称为圆形)。
上述弯曲面的曲率半径优选大于0nm且小于与导电体542重叠的区域的氧化物530b的厚度或者小于不具有上述弯曲面的区域的一半长度。具体而言，上述弯曲面的曲率半径大于0nm且为20nm以下，优选为1nm以上且15nm以下，更优选为2nm以上且10nm以下。通过采用上述形状，可以提高绝缘体552、绝缘体550、绝缘体554及导电体560的氧化物530b的覆盖性。
氧化物530优选具有化学组成互不相同的多个氧化物层的叠层结构。具体而言，用于氧化物530a的金属氧化物中的相对于主要成分的金属元素的元素M的原子个数比优选大于用于氧化物530b的金属氧化物中的相对于主要成分的金属元素的元素M的原子个数比。此外，用于氧化物530a的金属氧化物中的In与元素M的原子个数比优选大于用于氧化物530b的金属氧化物中的In与元素M的原子个数比。此外，用于氧化物530b的金属氧化物中的In与元素M的原子个数比优选大于用于氧化物530a的金属氧化物中的In与元素M的原子个数比。
此外，氧化物530b优选为CAAC-OS等的具有结晶性的氧化物。CAAC-OS等的具有结晶性的氧化物具有杂质及缺陷(氧空位等)少的结晶性高且致密的结构。因此，可以抑制源电极或漏电极从氧化物530b抽出氧。因此，即使进行热处理也可以减少氧从氧化物530b被抽出，所以晶体管500对制造工序中的高温度(所谓热积存：thermal budget)也很稳定。
在此，在氧化物530a与氧化物530b的接合部中，导带底平缓地变化。换言之，也可以将上述情况表达为氧化物530a与氧化物530b的接合部的导带底连续地变化或者连续地接合。为此，优选降低形成在氧化物530a与氧化物530b的界面的混合层的缺陷态密度。
具体而言，通过使氧化物530a与氧化物530b除了包含氧之外还包含共同元素作为主要成分，可以形成缺陷态密度低的混合层。例如，在氧化物530b为In-M-Zn氧化物的情况下，作为氧化物530a也可以使用In-M-Zn氧化物、M-Zn氧化物、元素M的氧化物、In-Zn氧化物、铟氧化物等。
具体而言，作为氧化物530a使用In:M:Zn＝1:3:4[原子个数比]或其附近的组成或者In:M:Zn＝1:1:0.5[原子个数比]或其附近的组成的金属氧化物，即可。此外，作为氧化物530b，使用In:M:Zn＝1:1:1[原子个数比]或其附近的组成、In:M:Zn＝4:2:3[原子个数比]或其附近的组成的金属氧化物，即可。注意，附近的组成包括所希望的原子个数比的±30％的范围。此外，作为元素M优选使用镓。
此外，在通过溅射法形成金属氧化物时，上述原子个数比不局限于所形成的金属氧化物的原子个数比，而也可以是用于金属氧化物的形成的溅射靶材的原子个数比。
此外，如图17A等所示，由于以与氧化物530的顶面及侧面接触的方式设置由氧化铝等形成的绝缘体552，氧化物530所包含的铟有时分布在氧化物530和绝缘体552的界面及其附近。因此，氧化物530的表面附近具有接近铟氧化物的原子个数比或者接近In-Zn氧化物的原子个数比。在如此氧化物530，尤其是氧化物530b的表面附近的铟的原子个数比较大时，可以提高晶体管500的场效应迁移率。
通过使氧化物530a及氧化物530b具有上述结构，可以降低氧化物530a与氧化物530b的界面的缺陷态密度。因此，界面散射对载流子传导带来的影响减少，从而晶体管500可以得到高通态电流及高频特性。
绝缘体512、绝缘体514、绝缘体544、绝缘体571、绝缘体574、绝缘体576、绝缘体581中的至少一个优选被用作抑制水、氢等杂质从衬底一侧或晶体管500的上方扩散到晶体管500的阻挡绝缘膜。因此，绝缘体512、绝缘体514、绝缘体544、绝缘体571、绝缘体574、绝缘体576、绝缘体581中的至少一个优选使用具有抑制氢原子、氢分子、水分子、氮原子、氮分子、氧化氮分子(N2O、NO、NO2等)、铜原子等杂质的扩散的功能(不容易使上述杂质透过)的绝缘材料。此外，优选使用具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等中的至少一个)的扩散的功能(不容易使上述氧透过)的绝缘材料。
此外，在本说明书中，阻挡绝缘膜是指具有阻挡性的绝缘膜。在本说明书中，阻挡性是指抑制所对应的物质的扩散的功能(也可以说透过性低)。或者，是指俘获并固定所对应的物质(也称为吸杂)的功能。
作为绝缘体512、绝缘体514、绝缘体544、绝缘体571、绝缘体574、绝缘体576及绝缘体581，优选使用具有抑制水、氢等杂质及氧的扩散的功能的绝缘体，例如可以使用氧化铝、氧化镁、氧化铪、氧化镓、铟镓锌氧化物、氮化硅或氮氧化硅等。例如，作为绝缘体512、绝缘体544及绝缘体576，优选使用氢阻挡性更高的氮化硅等。此外，例如，作为绝缘体514、绝缘体571、绝缘体574及绝缘体581，优选使用俘获并固定氢的性能高的氧化铝或氧化镁等。由此，可以抑制水、氢等杂质经过绝缘体512及绝缘体514从衬底一侧扩散到晶体管500一侧。或者，可以抑制水、氢等杂质从配置在绝缘体581的外方的层间绝缘膜等扩散到晶体管500一侧。或者，可以抑制包含在绝缘体524等中的氧经过绝缘体512及绝缘体514扩散到衬底一侧。或者，可以抑制含在绝缘体580等中的氧经过绝缘体574等向晶体管500的上方扩散。如此，优选采用由具有抑制水、氢等杂质及氧的扩散的功能的绝缘体512、绝缘体514、绝缘体544、绝缘体571、绝缘体574、绝缘体576及绝缘体581围绕晶体管500的结构。
在此，作为绝缘体512、绝缘体514、绝缘体544、绝缘体571、绝缘体574、绝缘体576及绝缘体581，优选使用具有非晶结构的氧化物。例如，优选使用AlOx(x是大于0的任意数)或MgOy(y是大于0的任意数)等金属氧化物。上述具有非晶结构的金属氧化物有时具有如下性质：氧原子具有悬空键而由该悬空键俘获或固定氢。通过将上述具有非晶结构的金属氧化物作为晶体管500的构成要素使用或者设置在晶体管500的周围，可以俘获或固定含在晶体管500中的氢或存在于晶体管500的周围的氢。尤其是，优选俘获或固定含在晶体管500中的沟道形成区域的氢。通过将具有非晶结构的金属氧化物作为晶体管500的构成要素使用或者设置在晶体管500的周围，可以制造具有良好特性的可靠性高的晶体管500及半导体装置。
此外，绝缘体512、绝缘体514、绝缘体544、绝缘体571、绝缘体574、绝缘体576及绝缘体581优选具有非晶结构，但是也可以在其一部分形成多晶结构的区域。此外，绝缘体512、绝缘体514、绝缘体544、绝缘体571、绝缘体574、绝缘体576及绝缘体581也可以具有层叠有非晶结构的层与多晶结构的层的多层结构。例如，也可以具有在非晶结构的层上层叠有多晶结构的层的叠层结构。
绝缘体512、绝缘体514、绝缘体544、绝缘体571、绝缘体574、绝缘体576及绝缘体581的成膜例如可以利用溅射法。溅射法不需要作为沉积气体使用包含氢的分子，所以可以降低绝缘体512、绝缘体514、绝缘体544、绝缘体571、绝缘体574、绝缘体576及绝缘体581的氢浓度。作为成膜方法，除了溅射法以外还可以适当地使用化学气相沉积(CVD：ChemicalVapor Deposition)法、分子束外延(MBE：Molecular Beam Epitaxy)法、脉冲激光沉积(PLD：Pulsed Laser Deposition)法、原子层沉积(ALD：Atomic Layer Deposition)法等。
此外，有时优选降低绝缘体512、绝缘体544及绝缘体576的电阻率。例如，通过使绝缘体512、绝缘体544及绝缘体576的电阻率约为1×1013Ωcm，在半导体装置制造工序的利用等离子体等的处理中，有时绝缘体512、绝缘体544及绝缘体576可以缓和导电体503、导电体542、导电体560的电荷积聚。绝缘体512、绝缘体544及绝缘体576的电阻率为1×1010Ωcm以上且1×1015Ωcm以下。
此外，绝缘体516、绝缘体574、绝缘体580及绝缘体581的介电常数优选比绝缘体514低。通过将介电常数低的材料用于层间膜，可以减少产生在布线之间的寄生电容。例如，作为绝缘体516、绝缘体580及绝缘体581，适当地使用氧化硅、氧氮化硅、添加有氟的氧化硅、添加有碳的氧化硅、添加有碳及氮的氧化硅或具有空孔的氧化硅等。
此外，绝缘体581例如优选为被用作层间膜、平坦化膜等的绝缘体。
导电体503以与氧化物530及导电体560重叠的方式配置。在此，导电体503优选以嵌入绝缘体516的开口中的方式设置。此外，导电体503的一部分有时嵌入绝缘体514中。
导电体503包括导电体503a及导电体503b。导电体503a以与该开口的底面及侧壁接触的方式设置。导电体503b以嵌入形成在导电体503a的凹部中的方式设置。在此，导电体503b的顶面与导电体503a的顶面的高度及绝缘体516的顶面的高度大致一致。
在此，作为导电体503a优选使用具有抑制氢原子、氢分子、水分子、氮原子、氮分子、氧化氮分子(N2O、NO、NO2等)、铜原子等杂质的扩散的功能的导电材料。此外，优选使用具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等中的至少一个)的扩散的功能的导电材料。
通过作为导电体503a使用具有抑制氢的扩散的功能的导电材料，可以防止含在导电体503b中的氢等杂质通过绝缘体524等扩散到氧化物530。此外，通过作为导电体503a使用具有抑制氧的扩散的功能的导电材料，可以抑制导电体503b被氧化而导电率下降。作为具有抑制氧扩散的功能的导电材料，例如可以使用钛、氮化钛、钽、氮化钽、钌、氧化钌等。因此，作为导电体503a使用单层或叠层的上述导电材料即可。例如，作为导电体503a使用氮化钛即可。
此外，导电体503b优选使用以钨、铜或铝为主要成分的导电材料。例如，导电体503b可以使用钨。
导电体503有时被用作第二栅电极。在此情况下，通过独立地改变供应到导电体503的电位而不使其与供应到导电体560的电位联动，可以控制晶体管500的阈值电压(Vth)。尤其是，通过对导电体503施加负电位，可以增大晶体管500的Vth而减少关态电流。由此，与不对导电体503施加负电位的情况相比，在对导电体503施加负电位的情况下，可以减少对导电体560施加的电位为0V时的漏极电流。
注意，在使氧化物530成为高纯度本征而从氧化物530尽可能地去除杂质的状态下，有时可以期待不向导电体503及/或导电体560供应电位地使晶体管500常关闭(使晶体管500的阈值电压大于0V)。在此情况下，优选连接导电体560与导电体503而供应同一电位。
此外，导电体503的电阻率根据上述施加到导电体503的电位设计，导电体503的厚度根据该电阻率设定。此外，绝缘体516的厚度与导电体503大致相同。在此，优选在导电体503的设计允许的范围内减少导电体503及绝缘体516的厚度。通过减少绝缘体516的厚度，可以降低含在绝缘体516中的氢等杂质的绝对量，所以可以抑制该杂质扩散到氧化物530。
此外，导电体503在被俯视时优选比氧化物530的不与导电体542a及导电体542b重叠的区域大。尤其是，如图17B所示，导电体503优选延伸到氧化物530a及氧化物530b的沟道宽度方向的端部的外侧的区域。就是说，优选在氧化物530的沟道宽度方向的侧面的外侧，导电体503和导电体560隔着绝缘体重叠。通过具有上述结构，可以由被用作第一栅电极的导电体560的电场和被用作第二栅电极的导电体503的电场电围绕氧化物530的沟道形成区域。在本说明书中，将由第一栅极及第二栅极的电场电围绕沟道形成区域的晶体管结构称为surrounded channel(S-channel)结构。
在本说明书等中，S-channel结构的晶体管是指由一对栅电极中的一方及另一方的电场电围绕沟道形成区域的晶体管的结构。此外，本说明书等中公开的S-channel结构与Fin型结构及平面型结构不同。通过采用S-channel结构，可以实现对短沟道效应的耐性得到提高的晶体管，换言之，可以实现不容易发生短沟道效应的晶体管。
通过晶体管500常关闭且使其具有上述S-Channel结构，可以电围绕沟道形成区域。由此，也可以说晶体管500具有GAA(Gate All Around：全环绕栅极)结构或LGAA(Lateral Gate All Around：横向全环绕栅极)结构。通过使晶体管500具有S-Channel结构、GAA结构或LGAA结构，可以将形成在氧化物530与栅极绝缘膜的界面或其附近的沟道形成区域设置在氧化物530的整个块体。换言之，通过使晶体管500具有S-Channel结构、GAA结构或LGAA结构，可以实现将载流子路径设置在整个块体的所谓Bulk-Flow型的晶体管结构。通过实现Bulk-Flow型的晶体管结构，可以提高流过晶体管的电流密度，所以可以期待晶体管的通态电流或晶体管的场效应迁移率的提高。
此外，如图17B所示，将导电体503延伸来用作布线。但是，本发明不局限于此，也可以在导电体503下设置被用作布线的导电体。此外，不一定需要在每一个晶体管中设置一个导电体503。例如，在多个晶体管中可以共同使用导电体503。
注意，示出在晶体管500中作为导电体503层叠有导电体503a及导电体503b的结构，但是本发明不局限于此。例如，导电体503可以具有单层结构，也可以具有三层以上的叠层结构。
绝缘体522及绝缘体524被用作栅极绝缘体。
绝缘体522优选具有抑制氢(例如，氢原子、氢分子等中的至少一个)的扩散的功能。此外，绝缘体522优选具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等中的至少一个)的扩散的功能。例如，与绝缘体524相比，绝缘体522优选具有抑制氢和氧中的一方或双方的扩散的功能。
绝缘体522优选使用作为绝缘材料的包含铝和铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体。作为该绝缘体，优选使用氧化铝、氧化铪、包含铝及铪的氧化物(铝酸铪)等。当使用这种材料形成绝缘体522时，绝缘体522被用作抑制氧从氧化物530释放到衬底一侧及氢等杂质从晶体管500的周围部扩散到氧化物530的层。因此，通过设置绝缘体522，可以抑制氢等杂质扩散到晶体管500的内侧，而可以抑制在氧化物530中生成氧空位。此外，可以抑制导电体503与绝缘体524或氧化物530所包含的氧起反应。
或者，例如也可以对上述绝缘体添加氧化铝、氧化铋、氧化锗、氧化铌、氧化硅、氧化钛、氧化钨、氧化钇或氧化锆。或者，也可以对上述绝缘体进行氮化处理。此外，作为绝缘体522还可以在上述绝缘体上层叠氧化硅、氧氮化硅或氮化硅而使用。
此外，作为绝缘体522，例如也可以以单层或叠层使用包含氧化铝、氧化铪、氧化钽、氧化锆等所谓的high-k材料的绝缘体。当进行晶体管的微型化及高集成化时，由于栅极绝缘体的薄膜化，有时发生泄漏电流等的问题。通过作为被用作栅极绝缘体的绝缘体使用high-k材料，可以在保持物理厚度的同时降低晶体管工作时的栅极电位。此外，作为绝缘体522有时可以使用锆钛酸铅(PZT)、钛酸锶(SrTiO3)、(Ba，Sr)TiO3(BST)等介电常数高的物质。
作为与氧化物530接触的绝缘体524，例如适当地使用氧化硅、氧氮化硅等即可。
此外，在晶体管500的制造工序中，热处理优选在氧化物530的表面露出的状态下进行。该热处理例如优选以100℃以上且600℃以下，更优选以350℃以上且550℃以下进行。热处理在氮气体或惰性气体气氛或者包含10ppm以上、1％以上或10％以上的氧化性气体的气氛下进行。例如，热处理优选在氧气氛下进行。由此，对氧化物530供应氧，从而可以减少氧空位(VO)。热处理也可以在减压状态下进行。此外，也可以在氮气体或惰性气体的气氛下进行热处理，然后为了填补脱离的氧而在包含10ppm以上、1％以上或10％以上的氧化性气体的气氛下进行热处理。此外，也可以在包含10ppm以上、1％以上或10％以上的氧化性气体的气氛下进行热处理，然后连续地在氮气体或惰性气体的气氛下进行热处理。
通过对氧化物530进行加氧化处理，可以由所供应的氧填补氧化物530中的氧空位，换言之可以促进“VO+O→null”的反应。再者，氧化物530中残留的氢与被供给的氧发生反应而可以将氢以H2O的形态去除(脱水化)。由此，可以抑制残留在氧化物530中的氢与氧空位再结合而形成VOH。
此外，绝缘体522及绝缘体524也可以具有两层以上的叠层结构。此时，不局限于使用相同材料构成的叠层结构，也可以是使用不同材料构成的叠层结构。此外，绝缘体524也可以形成为岛状且与氧化物530a重叠。在此情况下，绝缘体544与绝缘体524的侧面及绝缘体522的顶面接触。
导电体542a及导电体542b与氧化物530b的顶面接触。导电体542a及导电体542b分别被用作晶体管500的源电极或漏电极。
作为导电体542(导电体542a及导电体542b)例如优选使用包含钽的氮化物、包含钛的氮化物、包含钼的氮化物、包含钨的氮化物、包含钽及铝的氮化物、包含钛及铝的氮化物等。在本发明的一个方式中，尤其优选采用包含钽的氮化物。此外，例如也可以使用氧化钌、氮化钌、包含锶和钌的氧化物、包含镧和镍的氧化物等。这些材料是不容易氧化的导电材料或者即使吸收氧也维持导电性的材料，所以是优选的。
注意，有时包含在氧化物530b等中的氢扩散到导电体542a或导电体542b。尤其是，通过作为导电体542a及导电体542b使用包含钽的氮化物，有时包含在氧化物530b等中的氢容易扩散到导电体542a或导电体542b，该扩散的氢与导电体542a或导电体542b所包含的氮键合。也就是说，有时包含在氧化物530b等中的氢被导电体542a或导电体542b吸收。
此外，优选在导电体542的侧面与导电体542的顶面之间不形成弯曲面。通过使导电体542不具有该弯曲面，可以增大沟道宽度方向的截面上的导电体542的截面积。由此，增大导电体542的导电率，从而可以增大晶体管500的通态电流。
绝缘体571a与导电体542a的顶面接触，绝缘体571b与导电体542b的顶面接触。绝缘体571优选被用作至少对氧具有阻挡性的绝缘膜。因此，绝缘体571优选具有抑制氧扩散的功能。例如，与绝缘体580相比，绝缘体571优选具有进一步抑制氧扩散的功能。作为绝缘体571，例如可以使用氮化硅等包含硅的氮化物。此外，绝缘体571优选具有俘获氢等杂质的功能。在此情况下，绝缘体571可以使用具有非晶结构的金属氧化物，例如，氧化铝或氧化镁等绝缘体。尤其是，绝缘体571特别优选使用具有非晶结构的氧化铝或由非晶结构组成的氧化铝，因为有时能够更有效地俘获或固定氢。由此，可以制造特性良好且可靠性高的晶体管500及半导体装置。
绝缘体544以覆盖绝缘体524、氧化物530a、氧化物530b、导电体542及绝缘体571的方式设置。绝缘体544优选具有俘获并固定氢的功能。在此情况下，绝缘体544优选包括氮化硅或具有非晶结构的金属氧化物，例如，氧化铝或氧化镁等绝缘体。此外，例如，作为绝缘体544也可以使用氧化铝与该氧化铝上的氮化硅的叠层膜。
通过设置上述绝缘体571及绝缘体544，可以由对氧具有阻挡性的绝缘体包围导电体542。换言之，可以抑制包含在绝缘体524及绝缘体580中的氧扩散到导电体542中。由此，可以抑制包含在绝缘体524及绝缘体580中的氧而导致导电体542直接被氧化使得电阻率增大而通态电流减少。
绝缘体552被用作栅极绝缘体的一部分。作为绝缘体552优选使用氧阻挡绝缘膜。作为绝缘体552使用上述可用于绝缘体574的绝缘体即可。作为绝缘体552优选使用包含铝和铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体。作为该绝缘体，可以使用氧化铝、氧化铪、包含铝及铪的氧化物(铝酸铪)、包含铪及硅的氧化物(硅酸铪)等。在本实施方式中，作为绝缘体552，使用氧化铝。此时，绝缘体552是至少包含氧及铝的绝缘体。
如图17B所示，绝缘体552以与氧化物530b的顶面及侧面、氧化物530a的侧面、绝缘体524的侧面及绝缘体522的顶面接触的方式设置。就是说，在沟道宽度方向的截面中氧化物530a、氧化物530b及绝缘体524的与导电体560重叠的区域被绝缘体552覆盖。因此，可以利用具有氧阻挡性的绝缘体552防止在进行热处理等时氧化物530a及氧化物530b中的氧脱离。因此，可以减少在氧化物530a及氧化物530b中形成氧空位(VO)。由此，可以减少形成在区域530bc中的氧空位(VO)及VOH。因此，可以提高晶体管500的电特性及可靠性。
此外，反之，即使绝缘体580及绝缘体550等包含过多的氧，也可以抑制该氧过度供应到氧化物530a及氧化物530b。因此，可以抑制区域530ba及区域530bb通过区域530bc被过度氧化而导致晶体管500的通态电流的下降或场效应迁移率的下降。
此外，如图17A所示，绝缘体552以与导电体542、绝缘体544、绝缘体571及绝缘体580各自的侧面接触的方式设置。因此，可以减少导电体542的侧面被氧化而氧化膜形成在该侧面。因此，可以抑制导致晶体管500的通态电流的下降或场效应迁移率的下降。
此外，绝缘体552需要与绝缘体554、绝缘体550、导电体560一起设置在形成于绝缘体580等中的开口中。为了实现晶体管500的微型化，绝缘体552的厚度优选小。绝缘体552的厚度优选为0.1nm以上、0.5nm以上或1.0nm以上且1.0nm以下、3.0nm以下或5.0nm以下。上述下限值及上限值可以分别组合。此时，绝缘体552的至少一部分是具有上述厚度的区域即可。此外，绝缘体552的厚度优选比绝缘体550的厚度小。此时，绝缘体552的至少一部分是厚度比绝缘体550小的区域即可。
为了如上所述地将绝缘体552形成得薄，优选利用ALD法形成绝缘体552。ALD法有只利用热能使前驱物及反应物起反应的热ALD法、使用收到等离子体激发的反应物的PEALD(Plasma Enhanced ALD)法等。在PEALD法中，通过利用等离子体可以在更低温下进行形成，所以有时是优选的。
此外，ALD法可以利用作为原子的性质的自调整性来沉积每一层的原子，从而发挥能够形成极薄的膜、能够对纵横比高的结构形成膜、能够以针孔等的缺陷少的方式形成膜、能够形成覆盖性优良的膜及能够在低温下形成膜等的效果。因此，可以在形成于绝缘体580等中的开口的侧面等以上述较小的厚度且高覆盖性形成绝缘体552。
ALD法中使用的前驱物有时包含碳等。因此，利用ALD法形成的膜有时与利用其它的成膜方法形成的膜相比包含更多的碳等杂质。此外，杂质的定量可以利用二次离子质谱分析(SIMS：Secondary Ion Mass Spectrometry)或X射线光电子能谱(XPS：X-rayPhotoelectron Spectroscopy)测量。
绝缘体550被用作栅极绝缘体的一部分。绝缘体550优选以与绝缘体552的顶面接触的方式配置。绝缘体550可以使用氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅、添加有氟的氧化硅、添加有碳的氧化硅、添加有碳及氮的氧化硅、具有空孔的氧化硅等。尤其是，氧化硅及氧氮化硅具有热稳定性，所以是优选的。此时，绝缘体550是至少包含氧及硅的绝缘体。
与绝缘体524同样，优选绝缘体550中的水、氢等杂质的浓度得到降低。绝缘体550的厚度的下限值优选为1nm以上或0.5nm以上，且其上限值优选为15nm以下或20nm以下。上述下限值及上限值可以分别组合。此时，绝缘体550的至少一部分是具有上述厚度的区域即可。
在图17A及图17B等中，示出绝缘体550具有单层的结构，但是本发明不局限于此，也可以采用两层以上的叠层结构。例如，如图18B所示，绝缘体550也可以具有绝缘体550a与绝缘体550a上的绝缘体550b这两层的叠层结构。
如图18B所示，在使绝缘体550具有两层叠层结构的情况下，优选的是，下层的绝缘体550a使用容易使氧透过的绝缘体形成，而上层的绝缘体550b使用具有抑制氧的扩散的功能的绝缘体形成。通过采用这种结构，可以抑制包含在绝缘体550a中的氧扩散到导电体560。换言之，可以抑制对氧化物530供应的氧量的减少。此外，可以抑制因包含在绝缘体550a中的氧导致的导电体560的氧化。例如，绝缘体550a使用上述的能够用于绝缘体550的材料，绝缘体550b使用包含铝和铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体，即可。作为该绝缘体，可以使用氧化铝、氧化铪、包含铝及铪的氧化物(铝酸铪)、包含铪及硅的氧化物(硅酸铪)等。在本实施方式中，作为绝缘体550b，使用氧化铪。此时，绝缘体550b是至少包含氧及铪的绝缘体。此外，绝缘体550b的厚度的下限值优选为0.5nm以上或1.0nm以上，且其上限值优选为3.0nm以下或5.0nm以下。上述下限值及上限值可以分别组合。此时，绝缘体550b的至少一部分是具有上述厚度的区域即可。
注意，当绝缘体550a使用氧化硅、氧氮化硅等时，绝缘体550b也可以使用相对介电常数高的high-k材料的绝缘材料形成。通过作为栅极绝缘体采用绝缘体550a及绝缘体550b的叠层结构，可以形成具有热稳定性且相对介电常数高的叠层结构。因此，可以在保持栅极绝缘体的物理厚度的同时降低在晶体管工作时施加的栅极电位。此外，可以减少被用作栅极绝缘体的绝缘体的等效氧化物厚度(EOT)。因此，可以提高绝缘体550的绝缘耐压。
绝缘体554被用作栅极绝缘体的一部分。作为绝缘体554优选使用氢阻挡绝缘膜。由此，可以防止包含在导电体560中的氢等杂质扩散到绝缘体550及氧化物530b。作为绝缘体554使用上述可用于绝缘体576的绝缘体即可。例如，作为绝缘体554使用利用PEALD法形成的氮化硅即可。此时，绝缘体554是至少包含氮、硅的绝缘体。
此外，绝缘体554也可以还具有氧阻挡性。由此，可以抑制包含在绝缘体550中的氧扩散到导电体560。
此外，绝缘体554需要与绝缘体552、绝缘体550、导电体560一起设置在形成于绝缘体580等中的开口中。为了实现晶体管500的微型化，绝缘体554的厚度优选小。绝缘体554的厚度的下限值优选为0.1nm以上、0.5nm以上或1.0nm以上，且其上限值优选为3.0nm以下或5.0nm以下。上述下限值及上限值可以分别组合。此时，绝缘体554的至少一部分是具有上述厚度的区域即可。此外，绝缘体554的厚度优选比绝缘体550的厚度小。此时，绝缘体554的至少一部分是厚度比绝缘体550小的区域即可。
导电体560被用作晶体管500的第一栅电极。导电体560优选包括导电体560a以及配置在导电体560a上的导电体560b。例如，优选以包围导电体560b的底面及侧面的方式配置导电体560a。此外，如图17A及图17B所示，导电体560的顶面与绝缘体550的顶面大致对齐。虽然在图17A及图17B中导电体560具有导电体560a和导电体560b的两层结构，但是也可以具有单层结构或三层以上的叠层结构。
作为导电体560a优选使用具有抑制氢原子、氢分子、水分子、氮原子、氮分子、氧化氮分子、铜原子等杂质的扩散的功能的导电材料。此外，优选使用具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等中的至少一个)的扩散的功能的导电材料。
此外，当导电体560a具有抑制氧的扩散的功能时，可以抑制绝缘体550所包含的氧使导电体560b氧化而导致导电率的下降。作为具有抑制氧扩散的功能的导电材料，例如可以使用钛、氮化钛、钽、氮化钽、钌、氧化钌等。
此外，由于导电体560还被用作布线，所以优选使用导电性高的导电体。例如，导电体560b可以使用钨、铜或铝为主要成分的导电材料。此外，导电体560b可以具有叠层结构，例如可以具有钛或氮化钛与上述导电材料的叠层结构。
此外，在晶体管500中，以嵌入绝缘体580等的开口中的方式自对准地形成导电体560。通过如此形成导电体560，可以在导电体542a和导电体542b之间的区域中无需对准并确实地配置导电体560。
此外，如图17B所示，在晶体管500的沟道宽度方向上，以绝缘体522的底面为基准，导电体560的导电体560不与氧化物530b重叠的区域的底面的高度优选比氧化物530b的底面的高度低。通过采用被用作栅电极的导电体560隔着绝缘体550等覆盖氧化物530b的沟道形成区域的侧面及顶面的结构，容易使导电体560的电场作用于氧化物530b的沟道形成区域整体。由此，可以提高晶体管500的通态电流及频率特性。以绝缘体522的底面为基准时的氧化物530a及氧化物530b不与导电体560重叠的区域的导电体560的底面的高度与氧化物530b的底面的高度之差的下限值优选为0nm以上、3nm以上或5nm以上，且其上限值优选为20nm以下、50nm以下或100nm以下。上述下限值及上限值可以分别组合。
绝缘体580设置在绝缘体544上，在将设置绝缘体550及导电体560的区域中形成开口。此外，绝缘体580的顶面也可以被平坦化。
优选的是，被用作层间膜的绝缘体580的介电常数低。通过将介电常数低的材料用于层间膜，可以减少产生在布线之间的寄生电容。绝缘体580例如优选使用与绝缘体516同样的材料形成。尤其是，氧化硅及氧氮化硅具有热稳定性，所以是优选的。特别是，因为氧化硅、氧氮化硅、具有空孔的氧化硅等材料容易形成包含通过加热脱离的氧的区域，所以是优选的。
绝缘体580中的水、氢等杂质浓度优选得到降低。例如，作为绝缘体580适当地使用氧化硅、氧氮化硅等包含硅的氧化物即可。
绝缘体574优选被用作抑制水、氢等杂质从上方向绝缘体580扩散的阻挡绝缘膜且具有俘获氢等杂质的功能。此外，绝缘体574优选被用作抑制氧透过的阻挡绝缘膜。作为绝缘体574，使用具有非晶结构的金属氧化物，例如氧化铝等绝缘体即可。此时的绝缘体574是至少包含氧及铝的绝缘体。通过在夹在绝缘体512与绝缘体581的区域内设置与绝缘体580接触且具有俘获氢等杂质的功能的绝缘体574，可以俘获包含在绝缘体580等中的氢等杂质而将该区域内的氢量为一定的值。尤其是，绝缘体574优选使用具有非晶结构的氧化铝，因为有时能够更有效地俘获或固定氢。由此，可以制造特性良好且可靠性高的晶体管500及半导体装置。
绝缘体576可以被用作抑制水、氢等杂质从上方扩散到绝缘体580的阻挡绝缘膜。绝缘体576配置在绝缘体574上。作为绝缘体576，优选使用氮化硅或氮氧化硅等包含硅的氮化物。例如，作为绝缘体576可以使用通过溅射法形成的氮化硅。通过使用溅射法形成绝缘体576，可以形成密度高的氮化硅膜。此外，作为绝缘体576，也可以在通过溅射法形成的氮化硅上还层叠通过PEALD法或CVD法形成的氮化硅。
此外，晶体管500的第一端子及第二端子中的一个与用作插头的导电体540a电连接，晶体管500的第一端子及第二端子中的另一个与导电体540b电连接。导电体540a、导电体540b等有时被用作用来与上方的显示部DSP或下方的电路部SIC电连接的布线。在本说明书等中，将导电体540a及导电体540b统称为导电体540。
作为一个例子，导电体540a设置在与导电体542a重叠的区域。具体而言，在与导电体542a重叠的区域，在图17A所示的绝缘体544、绝缘体571、绝缘体580、绝缘体574、绝缘体576以及绝缘体581中形成有开口部，在该开口部的内侧设置有导电体540a。此外，作为一个例子，导电体540b设置在与导电体542b重叠的区域。具体而言，在与导电体542b重叠的区域，在图17A所示的绝缘体544、绝缘体571、绝缘体580、绝缘体574、绝缘体576以及绝缘体581中形成有开口部，在该开口部的内侧设置有导电体540b。
此外，如图17A所示，也可以在与导电体542a重叠的区域中的开口部的侧面与导电体540a之间设置绝缘体541a作为具有杂质阻挡性的绝缘体。同样，也可以在与导电体542b重叠的区域中的开口部的侧面与导电体540b之间设置绝缘体541b作为具有杂质阻挡性的绝缘体。在本说明书等中，将绝缘体541a及绝缘体541b统称为绝缘体541。
导电体540a及导电体540b优选使用以钨、铜或铝为主要成分的导电材料。此外，导电体540a及导电体540b也可以具有叠层结构。
当作为导电体540采用叠层结构时，作为配置在绝缘体581、绝缘体576、绝缘体574、绝缘体580、绝缘体544及绝缘体571附近的第一导电体优选使用具有抑制水、氢等杂质的透过的功能的导电材料。例如，优选使用钽、氮化钽、钛、氮化钛、钌、氧化钌等。可以以单层或叠层使用具有抑制水、氢等杂质的透过的功能的导电材料。此外，可以防止包含在绝缘体576的上方的层的水、氢等杂质通过导电体540a及导电体540b混入到氧化物530。
作为绝缘体541a及绝缘体541b，使用可用于绝缘体544等的阻挡绝缘膜即可。作为绝缘体541a及绝缘体541b，例如可以使用氮化硅、氧化铝、氮氧化硅等绝缘体。因为绝缘体541a及绝缘体541b与绝缘体576、绝缘体574及绝缘体571接触地设置，所以可以抑制包含在绝缘体580等中的水、氢等杂质经过导电体540a及导电体540b混入氧化物530。尤其是，氮化硅的氢阻挡性高，所以是优选的。此外，可以防止绝缘体580所包含的氧被导电体540a及导电体540b吸收。
在绝缘体541a及绝缘体541b具有如图17A所示那样的叠层结构时，作为与绝缘体580等的开口的内壁接触的第一绝缘体以及其内侧的第二绝缘体优选组合使用氧阻挡绝缘膜和氢阻挡绝缘膜。
例如，作为第一绝缘体使用利用ALD法形成的氧化铝且作为第二绝缘体使用利用PEALD法形成的氮化硅即可。通过采用这样的结构，可以抑制导电体540的氧化，并且可以抑制氢进入导电体540中。
此外，在晶体管500中，层叠有绝缘体541的第一绝缘体与绝缘体541的第二导电体，但是本发明不局限于此。例如，绝缘体541也可以具有单层结构或者三层以上的叠层结构。此外，在晶体管500中，层叠有导电体540的第一导电体与导电体540的第二导电体，但是本发明不局限于此。例如，导电体540也可以具有单层结构或者三层以上的叠层结构。
此外，本发明的一个方式的半导体装置所包括的晶体管的结构不局限于图16、图17A及图17B所示的晶体管500。本发明的一个方式的半导体装置所包括的晶体管的结构也可以根据状况而改变。
另外，在本实施方式中，显示部DSP所包括的晶体管180为底栅结构的晶体管，但是本发明的一个方式不局限于此。例如，如图19所示的显示装置(显示系统)那样，图14A所示的显示装置(显示系统)也可以使显示部DSP所包括的晶体管180具有与可用于层OSC的OS晶体管同样的结构。另外，与图16所示的显示装置(显示系统)同样，如图20所示的显示装置(显示系统)那样，图19所示的显示装置(显示系统)也可以设置有层OSC。就是说，本发明的一个方式的显示系统可以具有包括层叠的多个OS晶体管的结构。
如上所述，通过在电路部SIC及其上方设置显示部DSP，可以构成具有处理图像的功能、校正图像的功能、改变帧频的功能、利用人工智能的功能等的显示装置或显示系统(在本说明书中，将该显示装置或该显示系统称为超高清OLED系统显示器)。另外，通过在电路部SIC与电路部SIC之间设置层OSC，可以设置与形成在电路部SIC所包括的半导体衬底上的晶体管不同的晶体管，所以可以提高电路部SIC所包括的外围电路DRV及功能电路MFNC的设计自由度。另外，通过在层OSC中设置电路，可以防止超高清OLED系统显示器的电路面积的增加。
本实施方式可以与本说明书所示的其他实施方式适当地组合。
(实施方式4)
在本实施方式中，说明可用于上述实施方式中说明的OS晶体管的金属氧化物(下面称为氧化物半导体)。
金属氧化物优选至少包含铟或锌。尤其优选包含铟及锌。此外，除此之外，优选还包含铝、镓、钇、锡等。此外，也可以包含选自硼、硅、钛、铁、镍、锗、锆、钼、镧、铈、钕、铪、钽、钨、镁及钴等中的一种或多种。
<结晶结构的分类>
首先，对氧化物半导体中的结晶结构的分类参照图21A进行说明。图21A是说明氧化物半导体，典型为IGZO(包含In、Ga、Zn的金属氧化物)的结晶结构的分类的图。
如图21A所示，氧化物半导体大致分为“Amorphous(无定形)”、“Crystalline(结晶性)”、“Crystal(结晶)”。此外，completely amorphous包含在“Amorphous”中。此外，在“Crystalline”中包含CAAC(c-axis-aligned crystalline)、nc(nanocrystalline)及CAC(Cloud-Aligned Composite)(excluding single crystal and poly crystal)。此外，在“Crystalline”的分类中不包含single crystal(单晶)、poly crystal(多晶)及completely amorphous。此外，在“Crystal”中包含single crystal及poly crystal。
此外，图21A所示的外框线被加粗的部分中的结构是介于“Amorphous(无定形)”与“Crystal(结晶)”之间的中间状态，是属于新边界区域(New crystalline phase)的结构。换言之，该结构与“Crystal(结晶)”及在能量性上不稳定的“Amorphous(无定形)”可以说是完全不同的结构。
可以使用X射线衍射(XRD：X-Ray Diffraction)谱对膜或衬底的结晶结构进行评价。在此，图21B示出被分类为“Crystalline”的CAAC-IGZO膜的通过GIXD(Grazing-Incidence XRD)测量而得到的XRD谱(纵轴以任意单位(a.u.)表示强度(Intensity))。此外，将GIXD法也称为薄膜法或Seemann-Bohlin法。下面，有时将图21B所示的通过GIXD测量而得到的XRD谱简单地记为XRD谱。此外，图21B所示的CAAC-IGZO膜的组成是In：Ga：Zn＝4：2：3[原子个数比]附近。此外，图21B所示的CAAC-IGZO膜的厚度为500nm。
如图21B所示，在CAAC-IGZO膜的XRD谱中检测出表示明确的结晶性的峰值。具体而言，在CAAC-IGZO膜的XRD谱中，2θ＝31°附近检测出表示c轴取向的峰值。此外，如图21B所示那样，2θ＝31°附近的峰值在以检测出峰值强度的角度为轴时左右非对称。
此外，可以使用通过纳米束电子衍射法(NBED：Nano Beam ElectronDiffraction)观察的衍射图案(也称为纳米束电子衍射图案)对膜或衬底的结晶结构进行评价。图21C示出CAAC-IGZO膜的衍射图案。图21C是通过将电子束向平行于衬底的方向入射的NBED观察的衍射图案。此外，图21C所示的CAAC-IGZO膜的组成是In：Ga：Zn＝4：2：3[原子个数比]附近。此外，在纳米束电子衍射法中，进行束径为1nm的电子衍射法。
如图21C所示那样，在CAAC-IGZO膜的衍射图案中观察到表示c轴取向的多个斑点。
<<氧化物半导体的结构>>
此外，在注目于氧化物半导体的结晶结构的情况下，有时氧化物半导体的分类与图21A不同。例如，氧化物半导体可以分类为单晶氧化物半导体和除此之外的非单晶氧化物半导体。作为非单晶氧化物半导体，例如可以举出上述CAAC-OS及nc-OS。此外，在非单晶氧化物半导体中包含多晶氧化物半导体、a-like OS(amorphous-like oxidesemiconductor)及非晶氧化物半导体等。
在此，对上述CAAC-OS、nc-OS及a-like OS的详细内容进行说明。
[CAAC-OS]
CAAC-OS是包括多个结晶区域的氧化物半导体，该多个结晶区域的c轴取向于特定的方向。此外，特定的方向是指CAAC-OS膜的厚度方向、CAAC-OS膜的被形成面的法线方向或者CAAC-OS膜的表面的法线方向。此外，结晶区域是具有原子排列的周期性的区域。注意，在将原子排列看作晶格排列时结晶区域也是晶格排列一致的区域。再者，CAAC-OS具有在a-b面方向上多个结晶区域连接的区域，有时该区域具有畸变。此外，畸变是指在多个结晶区域连接的区域中，晶格排列一致的区域和其他晶格排列一致的区域之间的晶格排列的方向变化的部分。换言之，CAAC-OS是指c轴取向并在a-b面方向上没有明显的取向的氧化物半导体。
此外，上述多个结晶区域的每一个由一个或多个微小结晶(最大径小于10nm的结晶)构成。在结晶区域由一个微小结晶构成的情况下，该结晶区域的最大径小于10nm。此外，结晶区域由多个微小结晶构成的情况下，有时该结晶区域的尺寸为几十nm左右。
此外，在In-M-Zn氧化物(元素M为选自铝、镓、钇、锡及钛等中的一种或多种)中，CAAC-OS有包括层叠有含有铟(In)及氧的层(以下，In层)、含有元素M、锌(Zn)及氧的层(以下，(M，Zn)层)的层状结晶结构(也称为层状结构)的趋势。此外，铟和元素M可以彼此置换。因此，有时(M，Zn)层包含铟。此外，有时In层包含元素M。注意，有时In层包含Zn。该层状结构例如在高分辨率TEM图像中被观察作为晶格像。
例如，当对CAAC-OS膜使用XRD装置进行结构分析时，在使用θ/2θ扫描的Out-of-plane XRD测量中，在2θ＝31°或其附近检测出表示c轴取向的峰值。注意，表示c轴取向的峰值的位置(2θ值)有时根据构成CAAC-OS的金属元素的种类、组成等变动。
此外，例如，在CAAC-OS膜的电子衍射图案中观察到多个亮点(斑点)。此外，在以透过样品的入射电子束的斑点(也称为直接斑点)为对称中心时，某一个斑点和其他斑点被观察在点对称的位置。
在从上述特定的方向观察结晶区域的情况下，虽然该结晶区域中的晶格排列基本上是六方晶格，但是单位晶格并不局限于正六角形，有是非正六角形的情况。此外，在上述畸变中，有时具有五角形、七角形等晶格排列。此外，在CAAC-OS的畸变附近观察不到明确的晶界(grain boundary)。也就是说，晶格排列的畸变抑制晶界的形成。这可能是由于CAAC-OS因为a-b面方向上的氧原子的排列的低密度或因金属原子被取代而使原子间的键合距离产生变化等而能够包容畸变。
此外，确认到明确的晶界的结晶结构被称为所谓的多晶(polycrystal)。晶界成为复合中心而载流子被俘获，因而有可能导致晶体管的通态电流的降低、场效应迁移率的降低等。因此，确认不到明确的晶界的CAAC-OS是使晶体管的半导体层具有优异的结晶结构的结晶性氧化物之一。注意，为了构成CAAC-OS，优选为包含Zn的结构。例如，与In氧化物相比，In-Zn氧化物及In-Ga-Zn氧化物能够进一步地抑制晶界的发生，所以是优选的。
CAAC-OS是结晶性高且确认不到明确的晶界的氧化物半导体。因此，可以说在CAAC-OS中，不容易发生起因于晶界的电子迁移率的降低。此外，氧化物半导体的结晶性有时因杂质的混入及缺陷的生成等而降低，因此可以说CAAC-OS是杂质及缺陷(氧空位等)等较少的氧化物半导体。因此，包含CAAC-OS的氧化物半导体的物理性质稳定。因此，包含CAAC-OS的氧化物半导体具有高耐热性及可靠性良好。此外，CAAC-OS对制造工序中的高温度(所谓热积存；thermal budget)也很稳定。由此，通过在OS晶体管中使用CAAC-OS，可以扩大制造工序的自由度。
[nc-OS]
在nc-OS中，微小的区域(例如1nm以上且10nm以下的区域，特别是1nm以上且3nm以下的区域)中的原子排列具有周期性。换言之，nc-OS具有微小的结晶。此外，例如，该微小的结晶的尺寸为1nm以上且10nm以下，尤其为1nm以上且3nm以下，将该微小的结晶称为纳米晶。此外，nc-OS在不同的纳米晶之间观察不到结晶取向的规律性。因此，在膜整体中观察不到取向性。所以，有时nc-OS在某些分析方法中与a-like OS或非晶氧化物半导体没有差别。例如，在对nc-OS膜使用XRD装置进行结构分析时，在使用θ/2θ扫描的Out-of-plane XRD测量中，不检测出表示结晶性的峰值。此外，在对nc-OS膜进行使用其束径比纳米晶大(例如，50nm以上)的电子束的电子衍射(也称为选区电子衍射)时，观察到类似光晕图案的衍射图案。另一方面，在对nc-OS膜进行使用其束径近于或小于纳米晶的尺寸(例如1nm以上且30nm以下)的电子束的电子衍射(也称为纳米束电子衍射)的情况下，有时得到在以直接斑点为中心的环状区域内观察到多个斑点的电子衍射图案。
[a-like OS]
a-like OS是具有介于nc-OS与非晶氧化物半导体之间的结构的氧化物半导体。a-like OS包含空洞或低密度区域。也就是说，a-like OS的结晶性比nc-OS及CAAC-OS的结晶性低。此外，a-like OS的膜中的氢浓度比nc-OS及CAAC-OS的膜中的氢浓度高。
<<氧化物半导体的构成>>
接着，说明上述的CAC-OS的详细内容。此外，CAC-OS与材料构成有关。
[CAC-OS]
CAC-OS例如是指包含在金属氧化物中的元素不均匀地分布的构成，其中包含不均匀地分布的元素的材料的尺寸为0.5nm以上且10nm以下，优选为1nm以上且3nm以下或近似的尺寸。注意，在下面也将在金属氧化物中一个或多个金属元素不均匀地分布且包含该金属元素的区域混合的状态称为马赛克状或补丁(patch)状，该区域的尺寸为0.5nm以上且10nm以下，优选为1nm以上且3nm以下或近似的尺寸。
再者，CAC-OS是指其材料分开为第一区域与第二区域而成为马赛克状且该第一区域分布于膜中的结构(下面也称为云状)。就是说，CAC-OS是指具有该第一区域和该第二区域混合的结构的复合金属氧化物。
在此，将相对于构成In-Ga-Zn氧化物的CAC-OS的金属元素的In、Ga及Zn的原子个数比的每一个记为[In]、[Ga]及[Zn]。例如，在In-Ga-Zn氧化物的CAC-OS中，第一区域是其[In]大于CAC-OS膜的组成中的[In]的区域。此外，第二区域是其[Ga]大于CAC-OS膜的组成中的[Ga]的区域。此外，例如，第一区域是其[In]大于第二区域中的[In]且其[Ga]小于第二区域中的[Ga]的区域。此外，第二区域是其[Ga]大于第一区域中的[Ga]且其[In]小于第一区域中的[In]的区域。
具体而言，上述第一区域是以铟氧化物或铟锌氧化物等为主要成分的区域。此外，上述第二区域是以镓氧化物或镓锌氧化物等为主要成分的区域。换言之，可以将上述第一区域称为以In为主要成分的区域。此外，可以将上述第二区域称为以Ga为主要成分的区域。
注意，有时观察不到上述第一区域和上述第二区域的明确的边界。
例如，在In-Ga-Zn氧化物的CAC-OS中，根据通过能量分散型X射线分析法(EDX：Energy Dispersive X-ray spectroscopy)取得的EDX面分析(mapping)图像，可确认到具有以In为主要成分的区域(第一区域)及以Ga为主要成分的区域(第二区域)不均匀地分布而混合的结构。
在将CAC-OS用于晶体管的情况下，通过起因于第一区域的导电性和起因于第二区域的绝缘性的互补作用，可以使CAC-OS具有开关功能(控制导通/关闭的功能)。换言之，在CAC-OS的材料的一部分中具有导电性的功能且在另一部分中具有绝缘性的功能，在材料的整体中具有半导体的功能。通过使导电性的功能和绝缘性的功能分离，可以最大限度地提高各功能。因此，通过将CAC-OS用于晶体管，可以实现高通态电流(Ion)、高场效应迁移率(μ)及良好的开关工作。
氧化物半导体具有各种结构及各种特性。本发明的一个方式的氧化物半导体也可以包括非晶氧化物半导体、多晶氧化物半导体、a-likeOS、CAC-OS、nc-OS、CAAC-OS中的两种以上。
<包括氧化物半导体的晶体管>
在此，说明将上述氧化物半导体用于晶体管的情况。
通过将上述氧化物半导体用于晶体管，可以实现场效应迁移率高的晶体管。此外，可以实现可靠性高的晶体管。
此外，优选将载流子浓度低的氧化物半导体用于晶体管。例如，氧化物半导体中的载流子浓度为1×1017cm-3以下，优选为1×1015cm-3以下，更优选为1×1013cm-3以下，进一步优选为1×1011cm-3以下，更进一步优选低于1×1010cm-3且为1×10-9cm-3以上。在以降低氧化物半导体膜的载流子浓度为目的的情况下，可以降低氧化物半导体膜中的杂质浓度以降低缺陷态密度。在本说明书等中，将杂质浓度低且缺陷态密度低的状态称为高纯度本征或实质上高纯度本征。此外，有时将载流子浓度低的氧化物半导体称为高纯度本征或实质上高纯度本征的氧化物半导体。
因为高纯度本征或实质上高纯度本征的氧化物半导体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。
此外，被氧化物半导体的陷阱能级俘获的电荷到消失需要较长的时间，有时像固定电荷那样动作。因此，有时在陷阱态密度高的氧化物半导体中形成沟道形成区域的晶体管的电特性不稳定。
因此，为了使晶体管的电特性稳定，降低氧化物半导体中的杂质浓度是有效的。为了降低氧化物半导体中的杂质浓度，优选还降低附近膜中的杂质浓度。作为杂质有氢、氮、碱金属、碱土金属、铁、镍、硅等。
<杂质>
在此，说明氧化物半导体中的各杂质的影响。
在氧化物半导体包含第14族元素之一的硅或碳时，在氧化物半导体中形成缺陷能级。因此，将氧化物半导体中的硅或碳的浓度、与氧化物半导体的界面附近的硅或碳的浓度(通过二次离子质谱分析法(SIMS：Secondary Ion Mass Spectrometry)测得的浓度)设定为2×1018atoms/cm3以下，优选为2×1017atoms/cm3以下。
此外，当氧化物半导体包含碱金属或碱土金属时，有时形成缺陷能级而形成载流子。因此，使用包含碱金属或碱土金属的氧化物半导体的晶体管容易具有常开启特性。由此，将利用SIMS分析测得的氧化物半导体中的碱金属或碱土金属的浓度设定为1×1018atoms/cm3以下，优选为2×1016atoms/cm3以下。
当氧化物半导体包含氮时，容易产生作为载流子的电子，使载流子浓度增高，而被n型化。其结果，将含有氮的氧化物半导体用于半导体的晶体管容易具有常开启型特性。或者，在氧化物半导体包含氮时，有时形成陷阱能级。其结果，有时晶体管的电特性不稳定。因此，将利用SIMS测得的氧化物半导体中的氮浓度设定为低于5×1019atoms/cm3，优选为5×1018atoms/cm3以下，更优选为1×1018atoms/cm3以下，进一步优选为5×1017atoms/cm3以下。
包含在氧化物半导体中的氢与键合于金属原子的氧起反应生成水，因此有时形成氧空位。当氢进入该氧空位时，有时生成作为载流子的电子。此外，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。因此，具有含有氢的氧化物半导体的晶体管容易具有常开启特性。由此，优选尽可能减少氧化物半导体中的氢。具体而言，在氧化物半导体中，将利用SIMS测得的氢浓度设定为低于1×1020atoms/cm3，优选低于1×1019atoms/cm3，更优选低于5×1018atoms/cm3，进一步优选低于1×1018atoms/cm3。
通过将杂质被充分降低的氧化物半导体用于晶体管的沟道形成区域，可以使晶体管具有稳定的电特性。
本实施方式可以与本说明书所示的其他实施方式适当地组合。
(实施方式5)
在本实施方式中，作为本发明的一个方式的电子设备的一个例子，说明使用显示装置和显示系统中的至少一个的头戴显示器的例子。
图22A和图22B示出头戴显示器8300的外观。
头戴显示器8300包括外壳8301、两个显示部8302、操作按钮8303以及带状固定工具8304。
操作按钮8303具有电源按钮等的功能。另外，也可以包括操作按钮8303以外的按钮。
另外，如图22C所示，可以在显示部8302与使用者的眼睛之间设置透镜8305。使用者可以用透镜8305看放大了的显示部8302上的影像，因此临场感得到提高。此时，如图22C所示，也可以设置为了目镜调焦改变透镜的位置的刻度盘8306。
可以将本发明的一个方式的显示装置和显示系统中的至少一个用于显示部8302。因为本发明的一个方式的显示装置和显示系统中的至少一个具有极高的清晰度，所以即使如图22C那样地使用透镜8305放大影像，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。
图22A至图22C示出包括一个显示部8302的例子。通过采用这种结构，可以减少构件个数。
显示部8302在左右两个区域分别并排显示右眼用图像和左眼用图像这两个图像。由此可以显示利用两眼视差的立体影像。
另外，也可以在显示部8302的整个区域显示可用两个眼睛看的一个图像。由此，可以显示跨视野的两端的全景影像，因此现实感得到提高。
在此，作为头戴显示器8300优选的是，可以根据使用者的头部的大小或眼睛的位置等将显示部8302的曲率改为适当的值。例如，使用者也可以通过操作用来调整显示部8302的曲率的刻度盘8307来自己调整显示部8302的曲率。另外，也可以在外壳8301设置检测使用者的头部的大小或眼睛的位置等的传感器(例如照相机、接触式传感器、非接触式传感器等)，根据传感器的检测数据调整显示部8302的曲率。
在使用透镜8305的情况下，优选具有同步显示部8302的曲率并调整透镜8305的位置及角度的结构。另外，刻度盘8306也可以具有调整透镜的角度的功能。
图22E及图22F示出包括控制显示部8302的曲率的驱动部8308的例子。驱动部8308与显示部8302的至少一部分固定。驱动部8308具有通过改变或移动与显示部8302固定的部分而使显示部8302变形的功能。
图22E示出头部较大的使用者8310穿戴外壳8301时的示意图。此时，驱动部8308以曲率变得较小(曲率半径变得较大)的方式调整显示部8302的形状。
另一方面，图22F示出与使用者8310相比头部较小的使用者8311穿戴外壳8301时的情况。另外，与使用者8310相比使用者8311双眼的间距较窄。此时，驱动部8308以显示部8302的曲率变大(曲率半径变小)的方式调整其形状。在图22F中，用虚线示出图22E中的显示部8302的位置及形状。
如此，头戴显示器8300通过采用调整显示部8302的曲率的结构，可以向男女老少各种使用者提供最佳的显示。
此外，通过根据显示部8302所显示的内容改变显示部8302的曲率，可以向使用者提供高临场感。例如，可以使显示部8302的曲率振动来表现晃动。如此，可以根据内容中的场景进行各种演出，从而为使用者提供新体验。再者，此时，通过与设置在外壳8301中的振动模块联动，可以实现临场感更高的显示。
注意，头戴显示器8300也可以如图22D所示包括两个显示部8302。
由于包括两个显示部8302，因此使用者可以用两个眼睛看到不同的显示部。由此，即使在用视差进行三维显示等的情况下，也可以显示高分辨率的影像。另外，显示部8302成大概以使用者的眼睛为中心弯曲成圆弧状。由此，可以使从使用者的眼睛到显示部的显示面的距离为一定，所以使用者可以看到更自然的影像。由于使用者的眼睛位于显示部的显示面的法线方向上，因此在来自显示部的光的亮度及色度根据看显示部的角度而变化的情况下，实质上也可以忽略其影响，所以可以显示更有现实感的影像。
本实施方式可以与本说明书所示的其他实施方式适当地组合。
(实施方式6)
在本实施方式中，对可以使用本发明的一个方式的显示装置和显示系统中的至少一个制造的显示模块进行说明。
图23A所示的显示模块6000在上盖6001与下盖6002之间包括与FPC6005连接的显示装置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和显示系统中的至少一个用于显示装置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及尺寸。
显示装置6006也可以具有作为触摸面板的功能。
框架6009具有保护显示装置6006的功能、遮断因印刷电路板6010的工作而产生的电磁波的功能以及散热板的功能等。
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、电池控制电路等。
图23B是包括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)。
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，优选使用发射红外线的光源。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。
通过使用使光6018透过的导光部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，由此可以更有效地抑制触摸传感器的错误工作。
本实施方式可以与本说明书所示的其他实施方式适当地组合。
(实施方式7)
在本实施方式中对能够使用本发明的一个方式的显示装置和显示系统中的至少一个的电子设备的例子进行说明。
图24A所示的电子设备6500是可以用作智能手机的便携式信息终端设备。
电子设备6500的外壳6501中包括显示部6502、电源按钮6503、按钮6504、扬声器6505、麦克风6506、照相机6507及光源6508。显示部6502具有触摸面板功能。
显示部6502可以使用本发明的一个方式的显示装置和显示系统中的至少一个。
图24B是包括外壳6501的麦克风6506一侧的端部的截面示意图。
外壳6501的显示面一侧设置有具有透光性的保护构件6510，被外壳6501及保护构件6510包围的空间内设置有显示面板6511、光学构件6512、触摸传感器面板6513、印刷电路板6517、电池6518等。
显示面板6511、光学构件6512及触摸传感器面板6513使用没有图示的粘合层固定到保护构件6510。
另外，在显示部6502外侧的区域中，显示面板6511的一部分被折叠。另外，该被折叠的部分与FPC6515连接。FPC6515安装有IC6516。此外，FPC6515与设置于印刷电路板6517的端子连接。
显示面板6511例如可以使用柔性显示器面板。由此，可以实现极轻量的电子设备。另外，由于显示面板6511极薄，所以可以在抑制电子设备的厚度的情况下搭载大容量的电池6518。另外，通过折叠显示面板6511的一部分以在像素部的背面设置与FPC6515的连接部，可以实现窄边框的电子设备。
本实施方式可以与本说明书所示的其他实施方式适当地组合。
(实施方式8)
在本实施方式中，对包括使用本发明的一个方式制造的显示装置和显示系统中的至少一个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和显示系统中的至少一个的电子设备，因此是实现高分辨率的电子设备。此外，可以同时实现高分辨率及大屏幕的电子设备。
本发明的一个方式包括显示装置以及天线、电池、外壳、照相机、扬声器、麦克风、触摸传感器和操作按钮中的至少一个。
本发明的一个方式的电子设备也可以包括二次电池，优选通过非接触电力传送对二次电池进行充电。
作为二次电池，例如可以举出使用凝胶状电解质的锂聚合物电池(锂离子聚合物电池)等锂离子二次电池、镍氢电池、镍镉电池、有机自由基电池、铅蓄电池、空气二次电池、镍锌电池、银锌电池等。
本发明的一个方式的电子设备也可以包括天线。通过使用天线接收信号，可以在显示部上显示影像、信息等。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。
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。
作为电子设备，例如除了电视装置、笔记本型个人计算机、显示器装置、数字标牌、弹珠机、游戏机等具有比较大的屏幕的电子设备之外，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。
使用了本发明的一个方式的电子设备可以沿着房屋或楼房等建筑的内壁或外壁、汽车等的内部装饰或外部装饰等的平面或曲面组装。
图25A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。此外，照相机8000安装有可装卸的镜头8006。
在照相机8000中，镜头8006和外壳也可以被形成为一体。
通过按下快门按钮8004或者触摸用作触摸面板的显示部8002，照相机8000可以进行成像。
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。
外壳8101通过嵌合到照相机8000的嵌入器的嵌入器安装到照相机8000。取景器8100可以将从照相机8000接收的图像等显示到显示部8102上。
按钮8103被用作电源按钮等。
本发明的一个方式的显示装置和显示系统中的至少一个可以用于照相机8000的显示部8002及取景器8100的显示部8102。此外，也可以在照相机8000中内置有取景器。
图25B是示出可穿戴终端的一个例子的信息终端5900的外观的图。信息终端5900包括外壳5901、显示部5902、操作按钮5903、表把5904、表带5905等。
通过将上述实施方式所说明的显示装置和显示系统中的至少一个用于可穿戴终端，可以在显示部5902上显示显示品质高的图像。
图25C是示出游戏机的一个例子的便携式游戏机5200的外观的图。便携式游戏机5200包括外壳5201、显示部5202、按钮5203等。
此外，便携式游戏机5200的影像可以由电视装置、个人计算机用显示器、游戏用显示器、头戴显示器等显示装置输出。
通过将上述实施方式所说明的显示装置和显示系统中的至少一个用于便携式游戏机5200，可以在显示部5202上显示显示品质高的图像。另外，可以实现低功耗的便携式游戏机5200。此外，借助于低功耗，可以降低来自电路的发热，由此可以减少因发热而给电路本身、外围电路以及模块带来的负面影响。
图26A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。此外，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包括无线接收器等，能够将所接收的图像信息显示到显示部8204上。此外，主体8203具有照相机，由此作为输入方法可以利用使用者的眼球或眼睑的动作的信息。
此外，也可以对安装部8201的被使用者接触的位置设置多个电极，以检测出根据使用者的眼球的动作而流过电极的电流，由此实现识别使用者的视线的功能。此外，还可以具有根据流过该电极的电流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上的功能或与使用者的头部的动作同步地使显示在显示部8204上的图像变化的功能等。
可以将本发明的一个方式的显示装置和显示系统中的至少一个用于显示部8204。
图26B、图26C及图26D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。优选弯曲配置显示部8302，这是因为使用者可以感受高真实感。此外，通过透镜8305分别看到显示在显示部8302的不同区域上的不同图像，可以进行利用视差的三维显示等。此外，本发明的一个方式不局限于设置有一个显示部8302的结构，也可以以对使用者的一个眼睛配置一个显示部的方式设置两个显示部8302。
可以将本发明的一个方式的显示装置和显示系统中的至少一个用于显示部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清晰度，所以即使如图26D那样地使用透镜8305放大影像，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。
本实施方式可以与本说明书所示的其他实施方式适当地组合。
[符号说明]
DSP：显示部、OSC：层、SIC：电路部、CHP：电路部、DRV：外围电路、MFNC：功能电路、MFNCa：功能电路、MFNCb：功能电路、DRVa：电路、DRVb：电路、MDV：存储装置、PX：像素、MC：存储单元、GL：布线、SL：布线、SNCL：布线、ML：布线、BSL：总线、MC1：存储单元、MC2：存储单元、MC2A：存储单元、MC3：存储单元、MC4：存储单元、MC5：存储单元、MC6：存储单元、M1：晶体管、M2：晶体管、M3：晶体管、M10：晶体管、M11：晶体管、CA：电容器、CB：电容器、ME：MTJ元件、FL：层、TIS：层、RL：层、RM：可变电阻元件、PCM1：相变存储器、TE：电极、CHL：相变层、BE：电极、FEA：铁电电容器、WOL：布线、BIL：布线、CVL：布线、BGL：布线、CAL：布线、RBL：布线、WBL：布线、SOL：布线、WL：布线、BL：布线、FCA：布线、HMD：电子设备、EXDV：装置、EXDV1：装置、EXDV2：装置、EXDV3：装置、RFS：RF信号、CLD：云计算、HP：头戴耳机部、FG：指头、HND：手指、DPC：显示图像、OPA：操作区域、ICN：图标、11：源极驱动电路、12：数字模拟转换电路、13：栅极驱动电路、14：电平转换器、21：存储装置、22：GPU、22a：电路、22b：电路、23：EL校正电路、24：时序控制器、25：CPU、26：传感控制器、27：电源电路、31：存储控制电路、41：高频电路、41a：高频电路、41b：高频电路、100：显示装置、100A：显示装置、101：衬底、116：绝缘体、117：绝缘体、118：绝缘体、126：导电体、127：导电体、128：导电体、170：晶体管、171：元件分离层、172a：低电阻区域、172b：低电阻区域、173：半导体区域、174：绝缘体、175：导电体、180：晶体管、200：显示系统、200A：显示系统、200B：显示系统、200C：显示系统、200D：显示系统、211：导电体、212：导电体、221：绝缘体、222：绝缘体、223：绝缘体、224：绝缘体、231：半导体、251：绝缘体、260R：发光器件、260G：发光器件、260B：发光器件、260W：发光器件、261：像素电极、262R：EL层、262G：EL层、262B：EL层、262W：EL层、262a：EL层、262b：EL层、263：公共电极、264R：着色层、264G：着色层、264B：着色层、271：保护层、272：绝缘体、500：晶体管、503：导电体、503a：导电体、503b：导电体、512：绝缘体、514：绝缘体、516：绝缘体、522：绝缘体、524：绝缘体、530：氧化物、530a：氧化物、530b：氧化物、530ba：区域、530bb：区域、530bc：区域、540：导电体、540a：导电体、540b：导电体、541：绝缘体、541a：绝缘体、541b：绝缘体、542：导电体、542a：导电体、542b：导电体、544：绝缘体、550：绝缘体、550a：绝缘体、550b：绝缘体、552：绝缘体、554：绝缘体、560：导电体、560a：导电体、560b：导电体、571：绝缘体、571a：绝缘体、571b：绝缘体、574：绝缘体、576：绝缘体、580：绝缘体、581：绝缘体、4411：发光层、4412：发光层、4413：发光层、4420：层、4430：层、5200：便携式游戏机、5201：外壳、5202：显示部、5203：按钮、5900：信息终端、5901：外壳、5902：显示部、5903：操作按钮、5904：表把、5905：表带、6000：显示模块、6001：上盖、6002：下盖、6005：FPC、6006：显示装置、6009：框架、6010：印刷电路板、6011：电池、6015：发光部、6017a：导光部、6017b：导光部、6018：光、6500：电子设备、6501：外壳、6502：显示部、6503：电源按钮、6504：按钮、6505：扬声器、6506：麦克风、6507：照相机、6508：光源、6510：保护构件、6511：显示面板、6512：光学构件、6513：触摸传感器面板、6515：FPC、6516：IC、6517：印刷电路板、6518：电池、8000：照相机、8001：外壳、8002：显示部、8003：操作按钮、8004：快门按钮、8006：镜头、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、8303：操作按钮、8304：固定工具、8305：透镜、8306：刻度盘、8307：刻度盘、8308：驱动部、8310：使用者、8311：使用者
Claims (7)
1.一种显示系统，包括：
第一层；以及
显示部，
其中，所述显示部位于与所述第一层重叠的区域，
所述第一层包括以硅为材料的半导体衬底，
所述第一层包括在沟道形成区域中包含所述硅的多个第一晶体管及多个第二晶体管，
所述第一层包括第一电路及第二电路，
所述第一电路包括各自包含所述第一晶体管的源极驱动电路及栅极驱动电路，
所述第二电路包括各自包含所述第二晶体管的存储装置、CPU、GPU、EL校正电路、时序控制器及高频电路，
所述显示部包括像素，
所述像素包括包含有机EL的发光器件，
所述像素与所述源极驱动电路及所述栅极驱动电路电连接，
所述存储装置具有保持图像数据的功能，
所述CPU具有向选自所述存储装置、所述GPU、所述EL校正电路、所述时序控制器及所述高频电路中的一个或两个以上发送控制信号的功能，
所述GPU具有对从所述存储装置读出的所述图像数据进行译码的功能，
所述源极驱动电路具有将被译码的所述图像数据发送到所述像素的功能，
所述EL校正电路具有对所述发光器件所发射的光的亮度进行校正的功能，
所述时序控制器具有增减在所述显示部上显示图像的帧频的功能，
并且，所述高频电路具有：将由所述CPU、所述GPU及所述存储装置中的任一个生成的电信号转换为RF信号而发送到外部的功能；以及将从外部取得的RF信号转换为电信号而发送到所述CPU、所述GPU及所述存储装置中的任一个的功能。
2.一种显示系统，包括：
第一层；以及
显示部，
其中，所述显示部位于与所述第一层重叠的区域，
所述第一层包括以硅为材料的半导体衬底，
所述第一层包括在沟道形成区域中包含所述硅的多个第一晶体管及多个第二晶体管，
所述第一层包括第一电路及第二电路，
所述第一电路包括各自包含所述第一晶体管的源极驱动电路及栅极驱动电路，
所述第二电路包括各自包含所述第二晶体管的存储装置、GPU、EL校正电路及时序控制器，
所述显示部包括像素，
所述像素包括包含有机EL的发光器件，
所述像素与所述源极驱动电路及所述栅极驱动电路电连接，
所述存储装置具有保持图像数据的功能，
所述GPU具有对从所述存储装置读出的所述图像数据进行译码的功能，
所述源极驱动电路具有将被译码的所述图像数据发送到所述像素的功能，
所述EL校正电路具有对所述发光器件所发射的光的亮度进行校正的功能，
并且，所述时序控制器具有增减在所述显示部上显示图像的帧频的功能。
3.一种显示系统，包括：
第一层；
第二层；以及
显示部，
其中，所述显示部位于与所述第一层重叠的区域，
所述第二层位于与所述第一层重叠的区域，
所述第一层包括以硅为材料的半导体衬底，
所述第一层包括在沟道形成区域中包含所述硅的多个第一晶体管及多个第二晶体管，
所述第二层包括在沟道形成区域中包含金属氧化物的多个第三晶体管，
所述第一层包括第一电路及第二电路，
所述第一电路包括各自包含所述第一晶体管的源极驱动电路及栅极驱动电路，
所述第二电路包括各自包含所述第二晶体管的存储装置、GPU、EL校正电路及时序控制器，
所述第三晶体管被用作所述第一层所包括的所述存储装置所具有的晶体管，
所述显示部包括像素，
所述像素包括包含有机EL的发光器件，
所述像素与所述源极驱动电路及所述栅极驱动电路电连接，
所述存储装置具有保持图像数据的功能，
所述GPU具有对从所述存储装置读出的所述图像数据进行译码的功能，
所述源极驱动电路具有将被译码的所述图像数据发送到所述像素的功能，
所述EL校正电路具有对所述发光器件所发射的光的亮度进行校正的功能，
并且，所述时序控制器具有增减在所述显示部上显示图像的帧频的功能。
4.根据权利要求3所述的显示系统，其中所述第二层包括存储单元。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的显示系统，
其中所述第二电路包括包含所述第二晶体管的CPU，
并且所述CPU具有向选自所述存储装置、所述GPU、所述EL校正电路及所述时序控制器中的一个或两个以上发送控制信号的功能。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的显示系统，其中所述GPU具有进行人工神经网络的运算而基于所述运算的结果对所述显示部所显示的图像进行校正的功能。
7.一种电子设备，包括：
权利要求1至6中任一项所述的显示系统；以及
外壳。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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