CN116847777A - 电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明的一个方式的目的之一是提供一种新颖的显示装置或显示系统。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够以低成本制造并可以向使用者提供各种多功能的显示装置或显示系统。像素包括发光颜色互不相同的发光元件、发光元件IR、受光元件PS及红外光传感器IRS。作为眼底的拍摄，将发射红外光的发光元件用作光源，使用受光元件IRS进行拍摄。显示面板的衬底可以进行微型加工，使用可高集成化的单晶Si衬底而制造。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体装置及其制造方法。本发明的一个方式特别涉及一种利用有机电致发光(Electroluminescence，以下也记作EL)现象的电子设备及显示系统。
注意，在本说明书中，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，电光装置、半导体电路及电子设备都为半导体装置。
背景技术
从以电视接收机为代表的大型显示装置到以手表为代表的小型显示装置的各种显示装置在市场上普及。近年来，以智能手机为代表的移动电话机、以平板型信息终端及笔记本型PC(个人计算机)为代表的信息终端设备广泛普及。另外，已开发使用头戴式或眼镜式的显示装置(专利文献1)。
另外，已知利用EL现象的发光元件。由于该发光元件为自发光型，所以对比度高且对输入信号的响应速度快。已知如下显示装置：该显示装置应用了上述发光元件，其功耗得到降低且制造工序简单，并且容易应用于高分辨率及衬底的大型化(专利文献2)。
[先行技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利申请公开第2016-110117号公报
[专利文献2]日本专利申请公开第2011-238908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新颖的显示装置或显示系统。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够以低成本制造并可以向使用者提供各种多功能的显示装置或显示系统。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种可以获取使用者的眼睛信息的显示装置或显示系统。
解决技术问题的手段
本说明书所公开的结构是一种在使用者的头部佩戴的电子设备，该电子设置包括在同一衬底内或同一衬底上具有晶体管、发光元件及受光元件的显示装置，显示装置具有显示图像的功能及拍摄使用者的眼底的功能。
在上述结构中，发光元件为发射可见光的有机发光元件。有机发光元件所发射的发光为红色、绿色、蓝色或白色。
另外，在上述结构中，发光元件为发射不可见光的有机发光元件。例如，发射红外光的有机发光元件。
另外，在上述各结构中，晶体管的半导体层使用单晶硅。在晶体管的半导体层采用单晶硅时，使用单晶Si衬底，并使用已知方法掺杂n型或p型杂质元素来形成低电阻区域。
另外，在上述各结构中，晶体管的半导体层使用氧化物半导体。在晶体管的半导体层采用氧化物半导体时，在衬底上利用溅射法进行沉积。
另外，在上述各结构中，电子设备包括发光元件及受光元件，可以通过拍摄使用者的眼睛获取眼底图像来进行诊断。
在本说明书中，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MM(Metal Mask：金属掩模)结构的器件。此外，在本说明书中，有时将不使用金属掩模或FMM制造的器件称为MML(Metal Mask Less)结构的器件。
此外，在本说明书中，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，在本说明书中，有时将可发射白色光的发光器件称为白色发光器件。注意，白色发光器件通过与着色层(例如，滤色片)组合可以实现全彩色显示的发光装置。
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，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，可以得到以发光器件整体发射白色光的结构。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，各发光单元包括一个以上的发光层。为了得到白色发光，采用组合来自多个发光单元的发光层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是同样的。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的中间层。
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，SBS结构的发光器件的功耗可以比白色发光器件低。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。
发明效果
根据本发明的一个方式，可以提供一种能够准确识别使用者的眼睛信息的电子设备。另外，根据本发明的一个方式，可以提供一种新颖的电子设备。
附图简要说明
图1A是示出本发明的一个方式的显示装置及眼睛的截面示意图，图1B是示出视网膜图案的示意图，图1C是显示面板的立体图。
图2A是示出本发明的一个方式的显示面板的立体图，图2B及图2C是示出像素的配置例子的俯视示意图。
图3A是示出本发明的一个方式的截面示意图，图3B及图3C是电子设备的外观示意图。
图4A、图4B及图4C是示出本发明的一个方式的显示面板的截面示意图。
图5A、图5B及图5C是示出本发明的一个方式的显示面板的示意图。
图6是示出本发明的一个方式的电子设备的立体图。
图7A是示出本发明的一个方式的像素的配置例子的俯视图，图7B是显示面板的截面示意图。
图8是示出本发明的一个方式的俯视示意图。
图9是示出半导体装置的结构例子的截面图。
图10是示出半导体装置的结构例子的截面图。
图11是示出半导体装置的结构例子的截面图。
图12是示出半导体装置的结构例子的截面图。
图13是示出半导体装置的结构例子的截面图。
图14是示出半导体装置的结构例子的截面图。
图15A至图15D是说明发光元件的结构例子的图。
图16A至图16D是示出显示装置的结构例子的图。
图17A至图17D是示出显示装置的结构例子的图。
图18A是示出晶体管的结构例子的俯视图。图18B及图18C是示出晶体管的结构例子的截面图。
图19A是说明IGZO的晶体结构的分类的图。图19B是说明CAAC-IGZO膜的XRD谱的图。图19C是说明CAAC-IGZO膜的纳米束电子衍射图案的图。
实施发明的方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。注意，本发明不局限于以下说明，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其方式和详细内容可以被变换为各种形式。此外，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。
注意，在以下说明的发明的结构中，在不同的附图之间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，而省略其重复说明。此外，当表示具有相同功能的部分时有时使用相同的阴影线，而不特别附加附图标记。
注意到，在各附图中，各构成元素的大小、各层的厚度或区域在某些情况下为了清晰可见而可能被夸大。因此，本发明并不局限于附图中的尺寸。
另外，本说明书中使用的“第一”或“第二”的序数词用来避免构成要素的混同，而不是用来在数目方面上进行限定的。
在本说明书中，为了方便起见，使用“上”、“下”、“左”、“右”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，不局限于说明书中所说明的词句，根据情况可以适当地换词句。
晶体管是半导体元件的一种，并且可以进行电流或电压的放大、控制导通或非导通的开关工作等。本说明书中的晶体管包括IGFET(Insulated Gate Field EffectTransistor：绝缘栅场效应晶体管)或薄膜晶体管(TFT：Thin Film Transistor)。
此外，在本说明书中，在晶体管的极性或电路工作中的电流方向变化等的情况等下，晶体管所包括的源极及漏极的功能有时相互调换。因此，在本说明书中，源极和漏极可以相互调换。
另外，在本说明书中，“电连接”包括直接连接的情况或通过“具有某种电作用的元件”连接的情况。这里，“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。因此，即便记载为“电连接”，在实际电路中有时存在没有物理连接的部分而只是布线延伸的情况。此外，即便记载为“直接连接”，有时存在不同导电体通过接触体连接的情况。此外，作为布线，不同导电体有时包含一个以上的同一元素或者有时包含不同元素。
另外，在本说明书中，在没有特别的说明的情况下，关态电流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(在p沟道型晶体管中Vgs高于Vth)的状态。
另外，在本说明书中，“电极”或“布线”不限定构成要素的功能。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”还包括多个“电极”或“布线”被形成为一体的情况等。
此外，在本说明书中，“电阻器”的电阻值有时取决于布线的长度。此外，电阻值有时通过连接到具有与用于布线的导电体不同的电阻率的导电体而决定。此外，电阻值有时通过对半导体掺杂杂质而决定。
此外，在本说明书中，电路中的“端子”是指进行电流或电压的输入或输出、信号的接收或发送的部分。因此，布线或电极的一部分有时被用作端子。
在本说明书中，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(OxideSemiconductor或者也简称为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。换言之，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。
(实施方式1)
在本实施方式中，参照附图说明本发明的一个方式的电子设备。
图1A是示出显示面板280与使用者的眼睛的位置关系的示意图。显示面板280包括多个发光元件及多个受光元件。照射来自显示面板280的发光元件的发光951，受光元件接收透过光学系统950照射到眼睛而反射的光，拍摄眼睛附近、眼睛表面或眼睛内部(眼底)。例如，图1A所示的显示面板280包括发光元件及受光元件，因此可以透过光学系统950拍摄眼底来获取视网膜图案的图像数据。注意，当用光学系统950使焦点调节到拍摄对象时难以拍摄到该对象以外的部分。例如，当使焦点位于眼底时，眼睛附近失焦，因此几乎不能进行拍摄。
使用者的眼睛由晶状体942、视网膜941、视神经943、玻璃体947、脉络膜948及角膜构成。注意，角膜与晶状体之间有瞳孔，但为了使附图简化没有示出角膜及瞳孔。睫状体是从虹膜延续的组织，从睫状体延续的组织是脉络膜948。虹膜与瞳孔的工作如照相机的光圈那样调节照射到视网膜941的光。据说视网膜941的模样即所谓的视网膜图案基本上从出生到死亡都不会改变，所以通过利用视网膜图案可以进行个人识别。通过使用由显示面板280获取的视网膜图案，即使远程也可以诊断眼睛。
图1B示出所获取的右眼的视网膜图案的一个例子。在视网膜941可以观察到视神经乳头944、静脉945、动脉946、黄斑或中心凹。视神经乳头944是指视神经943与视网膜941的边界部分，静脉945及动脉946以从视神经乳头944延伸的方式配置。另外，眼底是指眼球的后侧部分，即视网膜941、玻璃体947、脉络膜948、视神经乳头944等部位的总称。注意，在左眼的情况下，视神经乳头944位于视网膜图案的左侧，成为将图1B的右眼的视网膜图案左右翻转的视网膜图案。
为了使用显示面板280的受光元件获取眼底的视网膜图案，需要使瞳孔张开。为了使瞳孔张开而拍摄眼底，以如下步骤改变显示。逐渐降低显示面板280的显示屏幕的亮度并使使用者的眼睛暗适应。在16.7ms以下的短时间内提升显示屏幕的亮度并进行拍摄。然后，使显示屏幕逐渐恢复到原来的亮度。
此外，也可以使用显示面板280检测使用者的眼疲劳程度。在一定期间提升显示屏幕的亮度并拍摄的情况下，在使用者眨眼时不能拍摄，因此通过检测出眨眼次数、眨眼时机或闭眼的时间，可以根据次数的多少、眨眼的间隔或闭眼的时间使用利用AI(ArtificialIntelligence：人工智能)的系统推测出眼疲劳程度。
此外，也可以在降低显示面板280的显示屏幕的亮度的期间内多次拍摄。通过多次拍摄，可以检测出视网膜血管搏动，还可以使用利用AI的系统判断使用者的安静状态或紧张状态。另外，也可以使用利用AI的系统进行使用由显示面板280获取的各种数据的高血圧诊断或糖尿病诊断。在使用利用AI的系统时，在显示面板280安装控制电路。作为控制电路，使用CPU(Central Processor Unit：中央处理器)或GPU(Graphics Processing Unit：图形处理器)。此外，还可以使用将CPU和GPU统合为一个芯片的APU(Accelerated ProcessingUnit：加速处理器)。也可以使用组装有AI(系统的IC(也称为推理芯片)。组装有AI系统的IC有时也被称为进行神经网络运算的电路(微处理器)。
另外，在降低显示面板280的显示屏幕的亮度的期间，也可以通过在显示面板280的显示屏幕上显示醒目的图案来控制眼球的方向。
显示面板280与眼睛表面(例如角膜)之间的距离优选为大约2cm以下。为了实现该位置关系，将焦点距离短的光学系统950配置在显示面板280与眼睛之间。
在通过光学系统950将屏幕放大10倍而显示的情况下，例如将显示面板280的显示屏幕尺寸设定为对角大约1英寸的尺寸时，传感器像素间距为大约10.4μm，视网膜的静脉945或动脉946各自的血管直径小于大约100μm，可以进行拍摄。
图1C示出显示面板280的立体图。显示面板280包括显示装置400C及FPC290。显示面板280也可以被称为系统显示器。
显示面板280包括衬底291及衬底292。显示面板280包括像素部284。像素部284是显示面板280中的显示图像的区域，也是可以看到来自设置在后述像素部284中的各像素的光的区域。
图2A是示意性地示出衬底291一侧的结构的立体图。衬底291上层叠有电路部282、电路部282上的像素电路部283及像素电路部283上的像素部284。此外，衬底291的不与像素部284重叠的部分上设置有用来连接到FPC290的端子部285。端子部285与电路部282通过由多个布线构成的布线部286电连接。
像素部284包括周期性地排列的多个像素284a。图2A的右侧示出一个像素284a的放大图。像素284a包括发光颜色互不相同的发光元件430a、430b、430c、发光元件430IR、受光元件430PS、红外光传感器430IRS。以图2A所示的条形排列配置发光元件430a、430b、430c，但没有特别的限制。另外，图2B示出像素284a的配置的一个例子。图2B示出分别配置绿色(G)发光元件、蓝色(B)发光元件、红色(R)发光元件、发光元件430IR、受光元件430PS及红外光传感器430IRS的例子。
作为发光元件430a、430b、430c及发光元件430IR，优选使用以OLED(OrganicLight Emitting Diode：有机发光二极管)或QLED(Quantum-dot Light Emitting Diode：量子点发光二极管)为代表的EL元件。作为EL元件包含的发光物质，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)、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)。此外，作为发光元件，也可以使用以微型LED(Light Emitting Diode：发光二极管)为代表的LED。
发光元件430IR发射不可见光。在此示出发光元件430IR发射红外光IR的例子。受光元件430PS是至少对发光元件430IR所发射的红外光具有灵敏度的光电转换元件。
受光元件430PS例如在700nm以上且900nm以下的波长区域内具有灵敏度即可。另外，除了红外光以外，受光元件430PS优选对发光元件430IR及发光元件430a、430b、430c各自发射的光具有灵敏度。当受光元件430PS对可见光及红外光具有灵敏度时，例如优选对500nm以上且1000nm以下的波长区域、500nm以上且950nm以下的波长区域或500nm以上且900nm以下的波长区域具有灵敏度。
作为受光元件430PS，例如可以使用pn型或pin型光电二极管。受光元件被用作检测出入射到受光元件的光来产生电荷的光电转换元件。在光电转换元件中，根据入射光量决定所产生的电荷量。作为受光元件430PS，优选使用具有包含有机化合物的层的有机光电二极管(OPD：Organic Photo Diode)。由此，可以使制造第一发光元件、第二发光元件及受光元件的生产设备、制造装置以及可用于这些元件的材料一部分共同化，由此可以降低制造成本。再者，由于可以简化这些元件的制造工序，所以可以提高制造成品率。有机光电二极管容易实现薄型化、轻量化及大面积化，且形状及设计的自由度高，由此可以应用于各种各样的显示装置。
像素电路部283包括周期性地排列的多个像素电路283a。
一个像素电路283a是控制一个像素284a所包括的三个发光元件的发光的电路。一个像素电路283a也可以由三个控制一个发光元件的发光的电路构成。例如，像素电路283a可以采用一个发光元件至少具有一个选择晶体管、一个电流控制用晶体管(驱动晶体管)和电容器的结构。此时，选择晶体管的栅极被输入栅极信号，源极和漏极中的一方被输入源极信号。由此，实现有源矩阵型显示装置。
电路部282包括用来驱动像素电路部283的各像素电路283a的电路。例如，优选包括栅极线驱动电路和源极线驱动电路中的一方或双方。此外，也可以还包括运算电路、存储电路、控制电路及电源电路中的至少一个。
FPC290被用作从外部向电路部282供应视频信号或电源电位的布线。另外，也可以在FPC290上安装IC。
显示面板280可以采用像素部284的下侧层叠有像素电路部283和电路部282中的一方或双方的结构，因此可以使像素部284具有极高的开口率(有效显示面积比)。例如，可以使像素部284的开口率为40％以上且低于100％，优选为50％以上且95％以下，更优选为60％以上且95％以下。另外，可以以极高密度配置像素284a，由此可以使像素部284的清晰度极高。例如，优选的是，在像素部284中以2000ppi以上、优选为3000ppi以上、更优选为5000ppi以上、进一步优选为6000ppi以上且20000ppi以下或30000ppi以下的清晰度配置像素284a。
另外，图2C示出与图2B的像素部284a不同的像素部284b的例子。图2C示出除了绿色(G)发光元件、蓝色(B)发光元件、红色(R)发光元件以外设置白色(W)发光元件的例子。
图3A示出包括本发明的一个方式的显示装置的电子设备80的截面图的一个例子。另外，图3C示出电子设备80采用眼镜式的情况下的一个例子，图3B示出使用者佩戴该电子设备的例子。虽然图3B未示出，但是电子设备80包括用来驱动显示面板280的二次电池。
图3A所示的显示面板280相当于沿着图2B中的点划线A1-A2间的截面结构。图3A所示的电子设备80在框体103与保护构件105之间包括显示面板280。显示面板280在衬底291与衬底292之间包括多个发光元件及多个受光元件。在此，图3A及图3B是用来说明电子设备80作为显示装置的功能及拍摄对象物(使用者81的眼底)的功能的示意图。
在电子设备80中，全彩显示使用发射红色光951R的发光元件130R、发射绿色光951G的发光元件130G及发射蓝色光951B的发光元件130B，拍摄眼底时将发射作为红外光的发光951IR的发光元件用作光源而使用受光元件IRS拍摄。
另外，受光元件PS可以接收作为RGB的反射光或外光并检测出眼周的亮度，由此可以确认在拍摄眼底前是否变暗。此外，在无需进行该确认时也可以不设置受光元件PS。
在发射作为红外光的发光951IR的发光元件与受光元件IRS重叠的区域设置光学系统以使焦点位于眼底。
在图3A中，显示面板280的衬底291也可以使用玻璃衬底或塑料衬底形成开关元件并在其上形成与开关元件电连接的有机EL元件(OEL)或受光元件，但优选使用能够进行微型加工且可高集成化的单晶Si衬底来进行制造。
此外，图4A、图4B及图4C示出安装在电子设备80的显示面板280的结构例子。注意，图4A、图4B及图4C对应于图1A，相同部分使用相同符号。
图4A示出在形成有显示面板的驱动电路的单晶Si衬底上使用氧化物半导体(OS)形成开关元件并形成与该开关元件电连接的有机EL元件(OEL)的例子。在高清晰显示器的情况下，流过各像素的驱动晶体管的电流为纳安级，使用硅的晶体管中流过的电流过大，因此OS晶体管是合适的。另外，在黑色显示时优选的是关态电流较低，因此关态电流低的OS晶体管是合适的。此外，在使用有机EL元件时，优选的是具有10V以上的耐压，因此与使用硅的晶体管相比OS晶体管更合适。通过来自有机EL元件(OEL)的发光951，使用者可以识别图像显示。另外，通过在包括有机EL元件的层中形成发射红外光的发光元件IR及作为受光元件的OPD，可以使用OPD接收发射红外光后反射到使用者的眼底的光来拍摄眼底。此外，在单晶Si衬底形成受光元件，使用在受光区域中含有硅的光电二极管接收发射红外光后反射到使用者的眼底的光，也可以由此拍摄眼底。
另外，图4B示出贴合两个单晶Si衬底的例子。使用已知技术将形成有驱动电路或控制电路的第一单晶Si衬底和形成有与有机EL元件(OEL)电连接的开关元件的第二单晶Si衬底贴合。在第二单晶Si衬底形成受光元件，使用在受光区域中含有硅的光电二极管接收发射红外光后反射到使用者的眼底的光，也可以由此拍摄眼底。
在图4B中，外界显示由设置在图3C所示的电子设备80中的外部照相机91拍摄的图像。在AR(Augmented Reality，增强现实)方式中难以对准显示的位置，但通过识别外部照相机91所拍摄的图像，可以增强现实。另外，也可以在电子设备80的镜腿部分设置电池92。该电池92具有向外部照相机91或显示面板280供应电力的功能。
另外，图4C示出使单晶Si衬底薄膜化的例子。图4C的单晶Si衬底上形成有受光元件、与有机EL元件(OEL)电连接的开关元件，外置驱动电路或控制电路。
注意，在图4A及图4C中，在单晶Si衬底的厚度薄时也可以使可见光透过。因此，也可以实现使外光透过的AR方式的电子设备。
另外，图5A、图5B及图5C示出显示面板280的尺寸的变化例子。注意，图5A、图5B及图5C的显示面板280的边缘形状为矩形，但没有特别的限制，也可以为圆形或椭圆形。
图5A是在使用者的头部佩戴显示面板280时仅与使用者的单眼重叠的例子，也是单眼式的例子。注意，在拍摄双眼的眼底时，准备右眼用和左眼用的两个电子设备。在图5A中，在作为显示面板280的构成要素使用单晶Si衬底的情况下，由于尺寸较小，所以可以降低制造成本。如图8A所示，可以从一个硅晶片取出多个芯片。例如，在使用12英寸硅晶片并将芯片尺寸设成26mm×16.5mm时，可以从一个晶片得到142个芯片。可以在一个芯片中制造屏幕尺寸为19.9mm×14.9mm(对角0.99英寸的显示面板，其像素数为1920×1440且分辨率为2449ppi。此外，当在使用者的头部佩戴显示面板280时可以使电子设备整体轻量化。
图5B示出分别设置右眼用显示面板280R和左眼用显示面板280L的眼镜式的例子。
图5C示出一个显示面板280与双眼重叠的例子，也是与其他例子相比屏幕尺寸具有较大面积的例子。显示面板280的面积大，因此对准眼睛位置时的余地较大，可以对应于使用者的个体差异。
在图5A、图5B及图5C所示的例子中，与现有的眼科诊断装置相比，可以大幅度地实现小型化及轻量化。
眼睛具有像差，显示在显示屏幕的图像并不会完全投影到视网膜上。大脑通过学习构建图像。与此相反，视网膜图案不会像现有的眼科诊断装置那样将清晰的图案投影到传感器上。此外，可以使用利用AI的系统来进行识别或健康监控。
在使用利用AI的系统时，有如下三种情况：在电子设备的内部执行运算处理；通过网络将所拍摄的图像数据发送到外部，在外部的运算装置执行运算；组合上述两种情况。
在电子设备的内部执行运算处理的一部分或全部的情况下，需要在图4A、图4B及图4C所示的单晶Si衬底设置控制电路。另外，在执行运算处理的一部分的情况下，也可以由使用氧化物半导体(OS)的晶体管形成运算电路。
在将数据发送到外部的情况下，将数据的收发电路安装在电子设备中，并使用利用AI的系统。
另外，也可以实现与使用者所持的便携式信息终端的近距离通信。当便携式信息终端下载有使用利用AI的系统的应用时，也可以通过与便携式信息终端进行数据的收发来进行识别或健康监控。
作为健康监控的一个例子，可以使用显示面板280进行眼睛的健康监控。
在佩戴具有显示面板280的电子设备时定期拍摄眼底。在拍摄眼底时，具有降低显示的亮度并使使用者的眼睛暗适应的期间，该期间中不能拍摄的时间是眨眼的时间或闭眼的时间，因此获取并积累该规定期间中的眨眼次数或时间的数据。此外，在获取数据时使用者还一起输入眼疲劳的自觉症状的程度来生成监督数据，由此也可以根据所积累的数据使用利用AI的系统检测出眼疲劳或眼睛异常。
另外，图3B示出眼镜式电子设备80的例子，但只要是在头部佩戴的设备就不特别限制，也可以如图6所示那样安装被称为头戴显示器(HMD：Head Mounted Display)的电子设备80的显示面板280。此外，也可以将电子设备80称为护目镜式电子设备。
图6示出使用如图5C所示那样与双眼重叠的显示面板280的例子。
电子设备80包括框体31、显示面板280、固定工具34、电池37、一对光学构件(光学构件35a、光学构件35b)及一对框架(框架36a、框架36b)。此外，用来驱动电子设备80的电池37通过内置在固定工具34中或与固定工具34接触地设置的电缆向电子设备80的各部分供应电力。电池37可以设置在框体31中，但通过将其设置在固定工具34中可以使电子设备80的重心处于后方，从而使用者的佩戴舒适感得到提高，所以是优选的。注意，为了调整电子设备80的重心，除了电池37以外，使显示面板280工作的驱动电路也可以设置在固定工具34中。
另外，电子设备80中设置有开口部32，以与开口部32接触的方式设置有光学构件35a、35b及框架36a、36b。框架36a、36b与光学构件35a、35b的侧面接触并分别包围光学构件35a、35b。此外，显示面板280可以设置在框体31的内部。
显示面板280具有显示图像的功能。电子设备80的使用者可以透过光学构件35a、35b看到显示在显示面板280的图像。显示面板280优选具有显示高清晰图像的功能。例如，在显示面板280的显示区域的尺寸为8英寸时，优选能够显示分辨率为8K4K的图像。
电子设备80的使用者可以透过光学构件35a、35b看到显示在显示面板280的图像。电子设备80可以为能够进行VR显示的电子设备。
显示面板280还具有检测出光的功能。显示面板280设置有作为光电转换元件的受光元件。
显示面板280的受光元件可以检测出显示面板280的发光元件所发射的光照射到例如电子设备80的使用者的面部而反射的光。例如，显示面板280可以具有检测出佩戴电子设备80的使用者的眼睛及其附近的状态的功能。由此，电子设备80可以具有识别使用者的表情及使用者的面部特征的功能，从而例如可以具有推测使用者的疲劳度、感情的功能。电子设备80例如可以检测出泪眼、眨眼或视线。
优选的是，除了用来进行显示的发光元件以外显示面板280具有其他发光元件，例如具有发射诸如近红外光的红外光的元件。此时，显示面板280的受光元件例如优选具有检测出诸如近红外光的红外光的功能。由此，电子设备80可以拍摄使用者的眼底。
(实施方式2)
本实施方式示出作为光源104没有使用OPD而使用发光二极管(LED：LightEmitting Diode)的例子。
另外，图7A示出与图2B的像素部284a不同的像素部284c的例子。图7A示出除了绿色(G)发光元件、蓝色(B)发光元件、红色(R)发光元件以外设置红外光传感器IRS的例子。
图7B所示的显示面板280相当于沿着图7A中的点划线A3-A4间的截面结构。框体103与保护构件105之间包括显示面板280。在此，图7B所示的显示面板280具有作为显示装置的功能及拍摄对象物(使用者81的面部、眼睛的虹膜或眼底)的功能。此外，在图7A及图7B中作为光源104使用发光二极管(LED)。图7B示出在不与显示面板280重叠的位置配置光源104的例子。此时，光源104的发光951IR穿过保护构件105发射到电子设备的外部。显示面板280在衬底106与衬底102之间包括多个发光器件及多个受光器件。子像素(R)包括发射红色光951R的发光器件130R。子像素(G)包括发射绿色光951G的发光器件130G。子像素(B)包括发射蓝色光951B的发光器件130B。通过使用上述子像素，显示面板280可以显示全彩图像。另外，子像素(PS)包括受光器件150PS，接收光32RGB。光源104所发射的红外光951IR被对象物(在此为眼底)反射，来自对象物的反射光32IR入射到受光器件150IRS。虽然对象物没有触摸电子设备，但是可以使用受光器件150IRS检测出对象物。
在使用图7B所示的显示面板280的情况下，全彩下的拍摄以发射红色光951R的发光元件130R、发射绿色光951G的发光元件130G及发射蓝色光951B的发光元件130B为光源，红外光下的拍摄以发射作为红外光的发光951IR的发光元件为光源。
通过采用可拆卸的电子设备的光学系统，可以切换地使用全彩显示和眼底的拍摄。
本实施例可以与其他实施方式自由组合。
(实施方式3)
在本实施方式中，说明构成对应于图4A的显示面板280的半导体装置100A的截面结构例子。
图9是示出半导体装置100A的结构例子的截面图，示出半导体装置100A的一部分。如上所述，半导体装置100A由层10、层20、层30、层60及密封衬底40构成。
[层10]
层10包括衬底701，衬底701上设置有晶体管431。晶体管431例如是存储单元中的晶体管。
作为衬底701，可以使用以单晶硅衬底为代表的单晶半导体衬底。此外，也可以使用单晶半导体衬底以外的半导体衬底作为衬底701。
晶体管431包括被用作栅电极的导电体443、被用作栅极绝缘体的绝缘体445以及衬底701的一部分。衬底701的一部分被用作晶体管431的包括沟道形成区域的区域(半导体区域447)、源区域(低电阻区域449a和低电阻区域449b中的一个)及漏区域(低电阻区域449a和低电阻区域449b中的另一个)。晶体管431既可以是p沟道型晶体管，又可以是n沟道型晶体管。
当作为衬底701使用以单晶硅衬底为代表的单晶半导体衬底时，晶体管431是在沟道形成区域中含有硅的晶体管(也称为“Si晶体管”)。
晶体管431及其他晶体管由元件分离层403电分离。图9示出晶体管431及其他晶体管由元件分离层403电分离的情况。元件分离层403可以利用LOCOS(LOCal Oxidation ofSilicon：硅局部氧化)法或STI(Shallow Trench Isolation：浅沟槽隔离)法形成。
在此，在晶体管431中，半导体区域447具有凸形状。此外，半导体区域447的侧面及顶面以隔着绝缘体445被导电体443覆盖的方式设置。注意，图9未示出导电体443覆盖半导体区域447的侧面的情况。导电体443可以使用调整功函数的材料。
像晶体管431那样，半导体区域具有凸形状的晶体管因利用半导体衬底的凸部而可以被称为鳍型晶体管。此外，也可以以与凸部的顶面接触的方式具有被用作用来形成凸部的掩模的绝缘体。此外，虽然在图9中示出对衬底701的一部分进行加工来形成凸部的情况，但是也可以对SOI衬底进行加工来形成具有凸形状的半导体。
此外，图9所示的晶体管431的结构只是一个例子而不局限于该结构，可以根据电路结构或电路工作方法使用合适的晶体管。例如，晶体管431可以为平面型晶体管。
衬底701上除了设置有元件分离层403、晶体管431以外还设置有绝缘体405、绝缘体407、绝缘体409及绝缘体411。绝缘体405、绝缘体407、绝缘体409及绝缘体411中嵌入导电体451。在此，可以使导电体451的顶面的高度与绝缘体411的顶面的高度大致相同。
导电体451及绝缘体411上设置有绝缘体421及绝缘体422。绝缘体421及绝缘体422中嵌入导电体453。在此，可以使导电体453的顶面的高度与绝缘体422的顶面的高度大致相同。
导电体453及绝缘体422上设置有绝缘体423。绝缘体423中嵌入导电体455。在此，可以使导电体455的顶面的高度与绝缘体423的顶面的高度大致相同。
此外，可以根据需要层叠绝缘体及导电体，使层10具有多层布线结构。
[层20]
层20包括衬底702，衬底702上设置有晶体管441及晶体管442。晶体管441例如是显示部驱动电路中的晶体管。晶体管442例如是存储部驱动电路中的晶体管。
与衬底701同样，作为衬底702可以使用以单晶硅衬底为代表的单晶半导体衬底。此外，也可以作为衬底702使用单晶半导体衬底以外的半导体衬底。层20也可以具有与层10同样的结构。因此，省略层20的详细说明。
在图9中，层20中的晶体管442与层10中的晶体管431通过导电体456电连接。导电体456被用作TSV。此外，层10与层20也可以通过凸块电连接。
层20包括导电体760。导电体760是端子部中的导电体。在图9中，示出导电体760通过各向异性导电体780与FPC716(Flexible Printed Circuit)电连接的例子。将各种信号通过FPC716提供给半导体装置100A。
另外，导电体760通过导电体353、导电体355及导电体357与层20中的导电体347电连接。在图9中，作为电连接导电体760和导电体347的导电体示出导电体353、导电体355及导电体357这三个，但是本发明的一个方式不局限于此。电连接导电体760和导电体347的导电体可以是一个、两个或四个以上。通过设置电连接导电体760和导电体347的多个导电体，可以降低接触电阻。
[层30]
层30设置在层20上。层30包括绝缘体214，绝缘体214上设置有晶体管750。晶体管750例如可以为像素电路中的晶体管。作为晶体管750可以适当地使用OS晶体管。OS晶体管具有关态电流极小的特征。由此，可以长时间保持图像数据，从而可以降低刷新频率。由此，可以降低半导体装置100A的功耗。
绝缘体254、绝缘体279、绝缘体274及绝缘体281中嵌入导电体301a及导电体301b。导电体301a与晶体管750的源极和漏极中的一个电连接，导电体301b与晶体管750的源极和漏极中的另一个电连接。在此，可以使导电体301a及导电体301b的顶面的高度与绝缘体281的顶面的高度大致相同。
绝缘体361中嵌入导电体311、导电体313、导电体331、电容790、导电体333及导电体335。导电体311及导电体313与晶体管750电连接并用作布线。导电体333及导电体335与电容790电连接。在此，可以使导电体331、导电体333及导电体335的顶面的高度与绝缘体361的顶面的高度大致相同。
绝缘体363中嵌入导电体341、导电体343及导电体351。在此，可以使导电体351的顶面的高度与绝缘体363的顶面的高度大致相同。
绝缘体405、绝缘体407、绝缘体409、绝缘体411、绝缘体421、绝缘体422、绝缘体423、绝缘体214、绝缘体279、绝缘体274、绝缘体281、绝缘体361及绝缘体363用作层间膜，也可以用作分别覆盖其下方的凹凸形状的平坦化膜。例如，可以通过利用化学机械抛光(CMP：Chemical Mechanical Polishing)法的平坦化处理使绝缘体363的顶面平坦化，以提高平坦性。
如图9所示，电容790包括下部电极321、上部电极325。此外，下部电极321与上部电极325之间设置有绝缘体323。也就是说，电容790具有一对电极间夹有用作介电体的绝缘体323的叠层型结构。此外，虽然图9示出绝缘体281上设置有电容790的例子，但是也可以在与绝缘体281不同的绝缘体上设置电容790。
图9示出导电体301a及导电体301b形成在同一层中的例子。此外，还示出导电体311、导电体313及下部电极321形成在同一层中的例子。此外，还示出导电体331、导电体333及导电体335形成在同一层中的例子。此外，还示出导电体341及导电体343形成在同一层中的例子。此外，还示出导电体353、导电体355及导电体357形成在同一层中的例子。通过在同一层中形成多个导电体，可以简化半导体装置100A的制造工序，由此可以降低半导体装置100A的制造成本。此外，它们也可以分别形成在不同的层中并含有不同种类的材料。
[层60]
层60设置在层30上。层60包括发光元件61。发光元件61包括导电体772、EL层786及导电体788。EL层786包含有机化合物或者量子点无机化合物。
作为可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。此外，作为可用作量子点的材料，可以举出胶状量子点材料、合金型量子点材料、核壳(Core Shell)型量子点材料、核型量子点材料。
导电体772通过导电体351、导电体341、导电体331、导电体313及导电体301b电连接于晶体管750的源极和漏极中的另一个。导电体772形成在绝缘体363上，并被用作像素电极。
可以将对可见光具有透光性的材料或对可见光具有反射性的材料用于导电体772。作为透光性材料例如也可以使用含有铟及锌的氧化物材料、含有铟、镓及锌的氧化物材料(也称为“IGZO”)、含有铟、锌及锡的氧化物材料(也称为“ITO”)或者添加铟、锌、锡及硅的材料(也称为“ITSO”)。另外，作为反射性材料，例如也可以使用含有铝或银的材料。
例如，当从导电体788一侧发射发光元件61所发射的光时，导电体772优选包含反射性材料。导电体772既可以具有单层结构，又可以具有多个层的叠层结构。例如，当将导电体772用作阳极时，也可以采用在两层ITO之间夹有银的三层结构。
另外，当导电体772接触的被形成面含有氮化硅时，导电体772也可以具有从被形成面一侧依次层叠铝、氧化钛和ITO(或ITSO)的三层结构。另外，当导电体772接触的被形成面含有氮化硅时，导电体772也可以具有从被形成面一侧依次层叠铝和IGZO的两层结构。
导电体301a、导电体301b、导电体331、导电体351、导电体353、导电体355、导电体357、导电体453、导电体456及导电体760也可以具有与其他实施方式所说明的导电体245a、245b同样的结构。例如，与发光元件61电连接的导电体351也可以为含有钨及氮化钛的导电体。更具体而言，也可以采用绝缘体363的侧壁和钨隔着氮化钛相邻的结构。
虽然图9中没有进行图示，但半导体装置100A中可以设置偏振构件、相位差构件、抗反射构件光学构件(光学衬底)。
图9所示的半导体装置100A在绝缘体363上设置绝缘体730。在此，绝缘体730可以覆盖导电体772的一部分。另外，对于导电体788使用透光性材料，可以使发光元件61为向导电体788一侧发射光的顶部发射结构的发光元件。发光元件61也可以具有向导电体772一侧发射光的底部发射结构或者向导电体772及导电体788的双方发射光的双面发射结构。并且，在绝缘体730与EL层786之间设置结构体778。
[密封衬底40]
密封衬底40以覆盖显示部及层60的方式设置在层30的上方。密封衬底40通过密封剂712(也称为“密封材料”)贴合到层30。当发光元件61为具有顶部发射结构或底部发射结构的发光元件时，将透光性材料用于密封衬底40。
通过设置密封衬底40可以防止杂质侵入层60，因此可以提高半导体装置100A的可靠性。
层60一侧设置有遮光层738。遮光层738具有遮蔽从邻接区域发射的光的功能。另外，遮光层738具有防止外光到达晶体管750的功能。在图9中，设置遮光层738以便具有与绝缘体730重叠的区域。
另外，遮光层738被绝缘体734覆盖。绝缘体734根据需要设置即可。另外，在本实施方式中，示出在发光元件61和绝缘体734之间设置填充层732的固体密封结构，但是也可以采用不设置填充层732的中空密封结构。当作为半导体装置100A采用中空密封结构时，也可以相当于填充层732的部分中填充含有第18族元素(稀有气体(贵气体))及/或氮的惰性气体。当向密封衬底40一侧发射发光元件61所发射的光时，作为填充层732优选使用透光性材料。
<变形例子1>
图10示出图9所示的半导体装置100A的变形例子。图10所示的半导体装置100A与图9所示的半导体装置100A不同之处在于设置有着色层736。此外，着色层736具有与发光元件61重叠的区域。通过设置着色层736，可以提高从发光元件61提取的光的色纯度。因此，半导体装置100A能够显示高质量图像。此外，因为半导体装置100A中的所有发光元件61例如可以为发射白色光的发光元件，所以不需要分别涂布形成EL层786，可以实现高清晰的半导体装置100A。
发光元件61可以具有光学微腔谐振器(微腔)结构。由此，即使不设置着色层也可以提取规定的颜色的光(例如RGB)，由此半导体装置100A能够进行彩色显示。通过采用不设置着色层的结构，可以抑制由着色层吸收光。由此，半导体装置100A能够显示高亮度图像，并且可以降低半导体装置100A的功耗。此外，当通过在各像素中将EL层786形成为岛状或者在各像素列中将EL层786形成为条状，也就是说，通过分别涂布来形成EL层786时，也可以采用不设置着色层的结构。此外，半导体装置100A的亮度例如可以为500cd/m2以上且20000cd/m2以下，优选为1000cd/m2以上且20000cd/m2以下，更优选为5000cd/m2以上且20000cd/m2以下。
<变形例子2>
图11示出作为半导体装置100A的变形例子的半导体装置100B的截面结构例子。在图11所示的半导体装置100B的截面结构例子中，在层30中的绝缘体361上包括导电体348代替导电体347。
导电体348通过导电体353、导电体355及导电体357与导电体760电连接。导电体348与导电体347同样地起到作用。
<变形例子3>
图12示出在层10上隔着层20重叠层30的结构的情况的截面结构例子。图12示出作为半导体装置100B的变形例子的半导体装置100C的截面结构例子。在图12中，以层20中的晶体管和层10中的晶体管相对的方式在层10上重叠设置层20。因此，层30设置在层20中的衬底702一侧。
层10中的导电体与层20中的导电体例如可以通过Cu-Cu键合电连接。在图12中，例如层10中的导电体455与层20中的导电体465通过Cu-Cu键合电连接。此时，导电体455和导电体465使用含有Cu(铜)的导电体形成。另外，嵌入设置有导电体455的绝缘体423和嵌入设置有导电体465的绝缘体424优选为包含相同元素的绝缘体。例如，绝缘体423和绝缘体424可以为氧化硅或氧氮化硅。在绝缘体423和绝缘体424为包含相同元素的绝缘体时，增强层10和层20的贴合强度。另外，优选在贴合层10和层20之前，对两者的贴合表面进行CMP处理来提高两者的表面的平坦性。
另外，在图12中，层10中的导电体和层20中的导电体也可以通过TSV电连接。例如，层20中的导电体461及导电体462都是贯通衬底702的TSV。
<变形例子4>
图13出示作为半导体装置100C的变形例子的半导体装置100D的截面结构例子。图13是对应于图4C的显示面板280的半导体装置。在图13所示的截面结构例子中，示出由Si晶体管构成层30中的晶体管的例子。
另外，如图14所示，在层10和层20之间可以设置凸块454及粘合层457。图14出示作为半导体装置100D的变形例子的半导体装置100G的截面结构例子。图14是对应于图4B的显示面板280的半导体装置。层10和层20被粘合层457固定并通过凸块454电连接。在图14中，导电体456和导电体455通过凸块454电连接。同样，也可以在层20和层30之间设置凸块458及粘合层459。层20和层30被粘合层459固定并通过凸块458电连接。注意，电连接层10和层20的凸块454的数量不局限于一个，也可以为多个。电连接层20和层30的凸块458的数量不局限于一个，也可以为多个。
在半导体装置100A、半导体装置100B、半导体装置100C、半导体装置100D及半导体装置100G中，作为层30中的晶体管也可以使用OS晶体管以外的晶体管(例如，Si晶体管)。根据目的或用途，作为层10、层20及层30中的晶体管可以使用各种晶体管。
本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实施。
(实施方式4)
在本实施方式中，说明发光元件61(也称为“发光器件”)。
<显示元件的结构例子>
如图15A所示，发光元件61在一对电极(导电体772和导电体788)间包括EL层786。EL层786可以由层4420、发光层4411或层4430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)。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的结构可以用作单一的发光单元，在本说明书中将图15A的结构称为单结构。
此外，图15B是图15A所示的发光元件61所包括的EL层786的变形例子。具体而言，图15B所示的发光元件61包括导电体772上的层4430-1、层4430-1上的层4430-2、层4430-2上的发光层4411、发光层4411上的层4420-1、层4420-1上的层4420-2以及层4420-2上的导电体788。例如，在将导电体772及导电体788分别用作阳极及阴极时，层4430-1被用作空穴注入层，层4430-2被用作空穴传输层，层4420-1被用作电子传输层，层4420-2被用作电子注入层。或者，在将导电体772及导电体788分别用作阴极及阳极时，层4430-1被用作电子注入层，层4430-2被用作电子传输层，层4420-1被用作空穴传输层，层4420-2被用作空穴注入层。通过采用这种层结构，能够向发光层4411高效地注入载流子，而提高发光层4411内的载流子的再结合效率。
此外，如图15C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15D所示，多个发光单元(EL层786a、EL层786b)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或叠层结构。通过采用串联结构，可以实现能够进行高亮度发光的发光元件。
另外，当发光元件61具有图15D所示的串联结构时，可以使EL层786a和EL层786b的发光颜色相同。例如，EL层786a及EL层786b的发光颜色也可以都是绿色。当显示部包括R、G、B这三个子像素，各子像素包括发光元件时，各子像素的发光元件也可以具有串联结构。具体而言，R的子像素的EL层786a及EL层786b都包含能够发射红色光的材料，G的子像素的EL层786a及EL层786b都包含能够发射绿色光的材料，B的子像素的EL层786a及EL层786b都包含能够发射蓝色光的材料。换言之，发光层4411和发光层4412的材料也可以相同。通过使EL层786a和EL层786b的发光颜色相同，可以降低单位发光亮度的电流密度。因此，可以提高发光元件61的可靠性。
发光元件的发光颜色可以根据构成EL层786的材料为红色、绿色、蓝色、青色、品红色、黄色或白色。另外，通过使发光元件具有微腔结构，可以进一步提高色纯度。
发光层也可以包含每个发光呈现R(红)、G(绿)、B(蓝)、Y(黄)或O(橙)的两种以上的发光物质。白色发光元件(也称为“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。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，可以得到在发光元件整体上以白色发光的发光元件。此外，包括三个以上的发光层的发光元件也是同样的。
发光层优选包含每个发光呈现R(红)、G(绿)、B(蓝)、Y(黄)、O(橙)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。
<发光元件61的形成方法>
以下说明发光元件61的形成方法。
图16A是发光元件61的俯视示意图。发光元件61包括呈现红色的多个发光元件61R、呈现绿色的多个发光元件61G及呈现蓝色的多个发光元件61B。在图16A中为了便于区别各发光元件，在各发光元件的发光区域内附上符号“R”、“G”、“B”。此外，也可以将图16A所示的发光元件61的结构称为SBS(Side By Side)结构。另外，图16A所示的结构采用具有红色(R)、绿色(G)及蓝色(B)这三个颜色的结构作为一个例子，但不局限于此。例如，也可以采用具有四个以上的颜色的结构。
发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B都排列为矩阵状。图16A示出所谓的条纹排列，即在一个方向上排列同一个颜色的发光元件的排列。注意，发光元件的排列方法不局限于此，可以采用delta排列、zigzag排列的排列方法，也可以采用pentile排列。
作为发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B，优选使用以OLED(Organic LightEmitting Diode：有机发光二极管)或QLED(Quantum-dot Light Emitting Diode：量子点发光二极管)为代表的有机EL器件。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)、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)。
图16B为对应于图16A中的点划线A5-A6的截面示意图。图16B示出发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B的截面。发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B都设置在绝缘层251上并包括被用作像素电极的导电体772及被用作公共电极的导电体788。作为绝缘层251，可以使用无机绝缘膜和有机绝缘膜中的一方或双方。作为绝缘层251，优选使用无机绝缘膜。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、氧氮化铝膜或氧化铪膜的氧化物绝缘膜及氮化物绝缘膜。
发光元件61R在被用作像素电极的导电体772与被用作公共电极的导电体788之间包括EL层786R。EL层786R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。发光元件61G中的EL层786G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。发光元件61B中的EL层786B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。
除了包含发光性有机化合物的层(发光层)以外，EL层786R、EL层786G及EL层786B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。
每个发光元件都设置有被用作像素电极的导电体772。另外，被用作公共电极的导电体788为各发光元件共同使用的一连续的层。被用作像素电极的导电体772和被用作公共电极的导电体788中的任一个使用对可见光具有透光性的导电膜，另一个使用具有反射性的导电膜。通过使被用作像素电极的导电体772具有透光性而被用作公共电极的导电体788具有反射性，可以制造底面发射型(底部发射结构)显示装置，与此相反，通过使被用作像素电极的导电体772具有反射性而被用作公共电极的导电体788具有透光性，可以制造顶面发射型(顶部发射结构)显示装置。注意，通过使被用作像素电极的导电体772和被用作公共电极的导电体788都具有透光性，也可以制造双面发射型(双面发射结构)显示装置。
以覆盖被用作像素电极的导电体772的端部的方式设置绝缘层272。绝缘层272的端部优选为锥形形状。绝缘层272可以使用与可用于绝缘层251的材料同样的材料。
EL层786R、EL层786G及EL层786B各自包括与被用作像素电极的导电体772的顶面接触的区域以及与绝缘层272的表面接触的区域。另外，EL层786R、EL层786G及EL层786B的端部位于绝缘层272上。
如图16B所示，在颜色不同的发光元件之间，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786R、EL层786G及EL层786B。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。
可以利用使用以金属掩模为代表遮蔽掩模的真空蒸镀法分开形成EL层786R、EL层786G及EL层786B。另外，也可以通过光刻法分开形成上述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。
此外，以覆盖发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B的方式在被用作公共电极的导电体788上设置保护层271。保护层271具有防止以水为代表的杂质从上方扩散到各发光元件的功能。
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，例如可以举出以氧化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化硅膜、氧化铝膜、氧氮化铝膜、氧化铪膜为代表的氧化物膜或氮化物膜。另外，作为保护层271也可以使用以铟镓氧化物、铟镓锌氧化物(IGZO)为代表的半导体材料。另外，保护层271利用ALD法、CVD法及溅射法形成即可。注意，作为保护层271例示出具有包括无机绝缘膜的结构，但不局限于此。例如，保护层271也可以具有无机绝缘膜和有机绝缘膜的叠层结构。
在本说明书中，氮氧化物是指氮含量大于氧含量的化合物。另外，氧氮化物是指氧含量大于氮含量的化合物。此外，例如可以使用卢瑟福背散射光谱学法(RBS：RutherfordBackscattering Spectrometry)来测定各元素的含量。
当保护层271使用铟镓锌氧化物时，可以利用湿蚀刻法或干蚀刻法进行加工。例如，当保护层271使用IGZO时，可以使用以草酸、磷酸或混合药液(例如，磷酸、醋酸、硝酸和水的混合药液(也称为混合酸铝蚀刻液))为代表的药液。该混合酸铝蚀刻液可以以磷酸：醋酸：硝酸：水＝53.3：6.7：3.3：36.7附近的体积比进行配制。
图16C示出与上述结构不同的例子。具体而言，在图16C中包括呈现白色光的发光元件61W。发光元件61W在被用作像素电极的导电体772与被用作公共电极的导电体788之间包括呈现白色光的EL层786W。
作为EL层786W，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16C并列地示出三个发光元件61W。左边的发光元件61W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光片。同样地，中间的发光元件61W的上部设置有使绿色光透过的着色层264G，右边的发光元件61W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，在相邻的两个发光元件61W之间，EL层786W与被用作公共电极的导电体788彼此分开。由此，可以防止在相邻的两个发光元件61W中电流通过EL层786W流过而产生非意图性发光。特别是在作为EL层786W使用两个发光层之间设有电荷产生层的叠层型EL层时具有如下问题：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786W及被用作公共电极的导电体788。由此，可以缩小发光元件之间的间隙，例如与使用金属掩模的遮蔽掩模时相比，可以实现具有高开口率的显示装置。
注意，底部发射结构的发光元件中在被用作像素电极的导电体772与绝缘层251之间设置着色层即可。
图16D示出与上述结构不同的例子。具体而言，在图16D中，发光元件61R、发光元件61G与发光元件61B之间没有设置绝缘层272。通过采用该结构，可以实现开口率较高的显示装置。另外，保护层271覆盖EL层786R、EL层786G及EL层786B的侧面。通过采用该结构，可以抑制有可能从EL层786R、EL层786G及EL层786B的侧面进入的杂质(典型的是水)。另外，在图16D所示的结构中，导电体772、EL层786R及导电体788的顶面形状大致一致。这种结构可以在形成导电体772、EL层786R及导电体788之后利用抗蚀剂掩模一齐形成。这种工艺由于将导电体788用作掩模对EL层786R及导电体788进行加工，因此也可以被称为自对准构图。注意，在此对EL层786R进行说明，但EL层786G及EL层786B也可以采用同样的结构。
另外，在图16D中，保护层271上还设置有保护层273。例如，通过利用能够沉积覆盖性较高的膜的装置(典型的是ALD装置)形成保护层271且利用沉积其覆盖性比保护层271低的膜的装置(典型的是溅射装置)形成保护层273，可以在保护层271与保护层273之间设置空隙275。换言之，空隙275位于EL层786R与EL层786G之间以及EL层786G与EL层786B之间。
空隙275例如包含选自空气、氮、氧、二氧化碳和第18族元素(典型的为氦、氖、氩、氙、氪)中的任一个或多个。另外，空隙275有时例如包含在沉积保护层273时使用的气体。例如，在利用溅射法沉积保护层273时，空隙275有时包含上述第18族元素中的任一个或多个。注意，在空隙275包含气体时，可以利用气相层析法进行气体的识别。或者，在利用溅射法沉积保护层273时，保护层273的膜中也有时包含在进行溅射时使用的气体。在此情况下，当利用能量分散型X射线分析(EDX分析)分析保护层273时有时检测出氩元素。
另外，在空隙275的折射率比保护层271的折射率低时，EL层786R、EL层786G或EL层786B所发射的光在保护层271与空隙275的界面反射。由此，有时可以抑制EL层786R、EL层786G或EL层786B所发射的光入射到相邻的像素。由此，可以抑制从相邻的像素混入不同发光颜色，而可以提高显示装置的显示品质。
此外，在采用图16D所示的结构时，可以使发光元件61R与发光元件61G间的区域或者发光元件61G与发光元件61B间的区域(以下，简单地称为发光元件间的距离)变窄。具体而言，可以将发光元件间的距离设为1μm以下，优选为500nm以下，更优选为200nm以下、100nm以下、90nm以下、70nm以下、50nm以下、30nm以下、20nm以下、15nm以下或者10nm以下。换言之，具有EL层786R的侧面与EL层786G的侧面的间隔或者EL层786G的侧面与EL层786B的侧面的间隔为1μm以下的区域，优选为0.5μm(500nm)以下的区域，更优选为100nm以下的区域。
另外，例如，在空隙275包含气体时，将图16D所示的结构可以称为空气隔离结构。通过具有空气隔离结构，可以在进行发光元件间的元件分离的同时抑制来自各发光元件的光的混合或串扰。
另外，也可以用填充剂填充空隙275。作为填充剂，可以举出环氧树脂、丙烯酸树脂、硅酮树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、酰亚胺树脂、PVC(聚氯乙烯)树脂、PVB(聚乙烯醇缩丁醛)树脂、EVA(乙烯-乙酸乙烯酯)树脂。另外，作为填充剂也可以使用光致抗蚀剂。被用作填充剂的光致抗蚀剂既可以是正型光致抗蚀剂，又可以是负型光致抗蚀剂。
另外，使用填充剂填充空隙275时，优选组合无机绝缘材料与有机绝缘材料。具体而言，可以举出在氧化铝与该氧化铝上设置光致抗蚀剂的叠层结构。另外，作为上述氧化铝使用ALD法形成时，可以提高覆盖性，所以是优选的。
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。当想要将功耗抑制为低时，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。
图17A示出与上述结构不同的例子。具体而言，图17A所示的结构的与图16D所示的结构不同之处在于绝缘层251的结构。在对发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B进行加工时绝缘层251的顶面的一部分被削掉而具有凹部。该凹部中形成保护层271。换言之，在从截面看时具有保护层271的底面位于导电体772的底面的下方的区域。通过具有该区域，可以适当地抑制可从下方进入到发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B的杂质(典型的是水)。此外，上述凹部可在通过湿蚀刻去除可在发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B的加工中附着于各发光元件的侧面的杂质(也称为残渣物)时形成。通过在去除上述残渣物之后以保护层271覆盖各发光元件的侧面，可以实现可靠性高的显示装置。
另外，图17B示出与上述结构不同的例子。具体而言，图17B所示的结构除了图17A所示的结构之外还包括绝缘层276及微透镜阵列277。绝缘层276被用作粘合层。另外，在绝缘层276的折射率比微透镜阵列277的折射率低时，微透镜阵列277可以聚集发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B所发射的光。由此，可以提高显示装置的光提取效率。尤其在使用者从显示装置的显示面的正面看该显示面时，可以看到明亮的图像，所以这是优选的。此外，作为绝缘层276，可以使用紫外线固化粘合剂的光固化粘合剂、反应固化粘合剂、热固化粘合剂、厌氧粘合剂的各种固化粘合剂。作为这些粘合剂，可以举出环氧树脂、丙烯酸树脂、硅酮树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、酰亚胺树脂、PVC(聚氯乙烯)树脂、PVB(聚乙烯醇缩丁醛)树脂、EVA(乙烯-乙酸乙烯酯)树脂。尤其是，优选使用环氧树脂的透湿性低的材料。此外，也可以使用两液混合型树脂。此外，也可以使用粘合薄片。
另外，图17C示出与上述结构不同的例子。具体而言，图17C所示的结构包括三个发光元件61W而代替图17A所示的结构中的发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B。另外，在三个发光元件61W的上方包括绝缘层276，并在绝缘层276的上方包括着色层264R、着色层264G及着色层264B。具体而言，重叠于左侧的发光元件61W的位置上设置有透过红色光的着色层264R，重叠于中央的发光元件61W的位置上设置有透过绿色光的着色层264G，重叠于右侧的发光元件61W的位置上设置有透过蓝色光的着色层264B。由此，半导体装置可以显示彩色图像。图17C所示的结构也是图16C所示的结构的变形例子。
另外，图17D示出与上述结构不同的例子。具体而言，在图17D所示的结构中，保护层271以邻接于导电体772及EL层786的侧面的方式设置。另外，导电体788设置为各发光元件共同使用的一连续的层。另外，在图17D所示的结构中，空隙275优选被填充剂填充。
通过使发光元件61具有光学微腔谐振器(微腔)结构，可以提高发光颜色的色纯度。在使发光元件61具有微腔结构时，将导电体772与导电体788间的距离d和EL层786的折射率n的积(光学距离)设定为波长λ的二分之一的m倍(m为1以上的整数)，即可。距离d可以由算式1求出。
d＝m×λ/(2×n)···算式1。
根据算式1，在微腔结构的发光元件61中基于所发射的光的波长(发光颜色)来决定距离d。距离d相当于EL层786的厚度。因此，EL层786G有时以比EL层786B厚的方式设置，EL层786R有时以比EL层786G厚的方式设置。
注意，严格地说，距离d是被用作反射电极的导电体772中的反射区域至被用作半透射-半反射电极的导电体788中的反射区域的距离。例如，在导电体772是银与透明导电膜的ITO的叠层且ITO位于EL层786一侧的情况下，通过调整ITO的厚度可以设定对应于发光颜色的距离d。就是说，即使EL层786R、EL层786G及EL层786B的厚度都相同，也通过改变该ITO的厚度可以得到适合于发光颜色的距离d。
然而，有时难以严格地决定导电体772及导电体788中的反射区域的位置。此时，假设为，通过将导电体772及导电体788中的任意位置假设为反射区域可以充分得到微腔效应。
发光元件61由空穴传输层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层构成。将在其他实施方式中说明发光元件61的详细的结构例子。为了提高微腔结构的光提取效率，优选将被用作反射电极的导电体772至发光层的光学距离设为λ/4的奇数倍。为了实现该光学距离，优选调整构成发光元件61的各层的厚度。
另外，在从导电体788一侧发射光时，导电体788的反射率优选比其透过率高。导电体788的光透过率优选为2％以上且50％以下，更优选为2％以上且30％以下，进一步优选为2％以上且10％以下。通过降低导电体788的透过率(提高其反射率)，可以提高微腔效应。
本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实施。
(实施方式5)
在本实施方式中，说明可以用于根据本发明的一个方式的半导体装置的晶体管。
<晶体管的结构例子>
图18A、图18B及图18C是可以用于根据本发明的一个方式的半导体装置的晶体管200及晶体管200周边的俯视图及截面图。可以将晶体管200应用于根据本发明的一个方式的半导体装置。例如，可以用于层30中的晶体管。
图18A是晶体管200的俯视图。此外，图18B及图18C是晶体管200的截面图。在此，图18B是沿着图18A中的点划线A1-A2的截面图，该截面图相当于晶体管200的沟道长度方向上的截面图。图18C是沿着图18A中的点划线A3-A4的截面图，该截面图相当于晶体管200的沟道宽度方向上的截面图。注意，为了容易理解，在图18A的俯视图中省略部分构成要素。
如图18所示，晶体管200包括：配置在衬底(未图示)上的金属氧化物231a；配置在金属氧化物231a上的金属氧化物231b；配置在金属氧化物231b上的相互分离的导电体242a及导电体242b；配置在导电体242a及导电体242b上并形成有导电体242a与导电体242b之间的开口的绝缘体279；配置在开口中的导电体260；配置在金属氧化物231b、导电体242a、导电体242b以及绝缘体279与导电体260之间的绝缘体250；以及配置在金属氧化物231b、导电体242a、导电体242b以及绝缘体279与绝缘体250之间的金属氧化物231c。在此，如图18B和图18C所示，导电体260的顶面优选与绝缘体250、绝缘体254、金属氧化物231c以及绝缘体279的顶面大致对齐。以下，金属氧化物231a、金属氧化物231b以及金属氧化物231c有时被统称为金属氧化物231。
在图18所示的晶体管200中，导电体242a及导电体242b的位于导电体260一侧的侧面具有大致垂直的形状。此外，图18所示的晶体管200不局限于此，导电体242a及导电体242b的侧面和底面所形成的角度也可以为10°以上且80°以下，优选为30°以上且60°以下。此外，导电体242a和导电体242b的相对的侧面也可以具有多个面。
如图18所示，优选绝缘体224、金属氧化物231a、金属氧化物231b、导电体242a、导电体242b及金属氧化物231c与绝缘体279之间配置有绝缘体254。在此，如图18B、图18C所示，绝缘体254优选与金属氧化物231c的侧面、导电体242a的顶面及侧面、导电体242b的顶面及侧面、金属氧化物231a及金属氧化物231b的侧面以及绝缘体224的顶面接触。
注意，在晶体管200中，形成沟道的区域(以下也称为沟道形成区域)及其附近层叠有金属氧化物231a、金属氧化物231b及金属氧化物231c的三层，但是本发明不局限于此。例如，可以是金属氧化物231b与金属氧化物231c的两层结构或者四层以上的叠层结构。此外，在晶体管200中，导电体260具有两层结构，但是本发明不局限于此。例如，导电体260也可以具有单层结构或三层以上的叠层结构。此外，金属氧化物231a、金属氧化物231b以及金属氧化物231c也可以各自具有两层以上的叠层结构。
例如，在金属氧化物231c具有由第一金属氧化物和第一金属氧化物上的第二金属氧化物构成的叠层结构的情况下，优选的是，第一金属氧化物具有与金属氧化物231b同样的组成，而第二金属氧化物具有与金属氧化物231a同样的组成。
在此，导电体260被用作晶体管的栅电极，导电体242a及导电体242b各被用作源电极或漏电极。如上所述，导电体260以嵌入绝缘体279的开口及被夹在导电体242a与导电体242b之间的区域中的方式形成。在此，导电体260、导电体242a及导电体242b的配置相对于绝缘体279的开口自对准地被选择。也就是说，在晶体管200中，栅电极可以自对准地配置在源电极与漏电极之间。由此，可以以不设置用于对准的余地的方式形成导电体260，所以可以实现晶体管200的占有面积的缩小。由此，可以实现显示装置的高清晰化。此外，可以实现窄边框的显示装置。
此外，如图18所示，导电体260优选包括配置在绝缘体250的内侧的导电体260a及以嵌入导电体260a的内侧的方式配置的导电体260b。
此外，晶体管200优选包括配置在衬底(未图示)上的绝缘体214、配置在绝缘体214上的绝缘体216、以嵌入绝缘体216的方式配置的导电体205、配置在绝缘体216及导电体205上的绝缘体222以及配置在绝缘体222上的绝缘体224。优选在绝缘体224上配置有金属氧化物231a。
优选在晶体管200上配置有被用作层间膜的绝缘体274及绝缘体281。在此，绝缘体274优选与导电体260、绝缘体250、绝缘体254、金属氧化物231c以及绝缘体279的顶面接触。
此外，绝缘体222、绝缘体254以及绝缘体274优选具有抑制氢(例如，氢原子、氢分子)中的至少一个的扩散的功能。例如，绝缘体222、绝缘体254以及绝缘体274的氢透过性优选低于绝缘体224、绝缘体250以及绝缘体279。此外，绝缘体222及绝缘体254优选具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子)中的至少一个的扩散的功能。例如，绝缘体222及绝缘体254的氧透过性优选低于绝缘体224、绝缘体250以及绝缘体279。
在此，绝缘体224、金属氧化物231以及绝缘体250与绝缘体279及绝缘体281由绝缘体254以及绝缘体274相隔。由此，可以抑制包含在绝缘体279及绝缘体281中的氢杂质或过剩的氧混入绝缘体224、金属氧化物231以及绝缘体250中。
优选的是，设置与晶体管200电连接且被用作插头的导电体245a及导电体245b。此外，还包括与被用作插头的导电体245a、245b的侧面接触的绝缘体(绝缘体241a及绝缘体241b)。也就是说，绝缘体241a、241b以与绝缘体254、绝缘体279、绝缘体274以及绝缘体281的开口的内壁接触的方式形成。此外，可以以与绝缘体241a、241b的侧面接触的方式设置有导电体245a、245b的第一导电体且在其内侧设置有导电体245a、245b的第二导电体。在此，导电体245a、245b的顶面的高度与绝缘体281的顶面的高度可以大致相同。此外，示出晶体管200中层叠有导电体245a、245b的第一导电体及导电体245a、245b的第二导电体的结构，但是本发明不局限于此。例如，导电体245a、245b也可以具有单层结构或者三层以上的叠层结构。在结构体具有叠层结构的情况下，有时按形成顺序赋予序数以进行区別。
此外，优选在晶体管200中将被用作氧化物半导体的金属氧化物(以下也称为氧化物半导体)用于包含沟道形成区域的金属氧化物231(金属氧化物231a、金属氧化物231b及金属氧化物231c)。例如，作为成为金属氧化物231的沟道形成区域的金属氧化物，优选使用其带隙为2eV以上，优选为2.5eV以上的金属氧化物。
作为上述金属氧化物，优选至少包含铟(In)或锌(Zn)。尤其是，优选包含铟(In)及锌(Zn)。此外，除此之外，优选还包含元素M。元素M可以为铝(Al)、镓(Ga)、钇(Y)、锡(Sn)、硼(B)、钛(Ti)、铁(Fe)、镍(Ni)、锗(Ge)、锆(Zr)、钼(Mo)、镧(La)、铈(Ce)、钕(Nd)、铪(Hf)、钽(Ta)、钨(W)、镁(Mg)、钴(Co)中的一种以上。尤其是，元素M优选为铝(Al)、镓(Ga)、钇(Y)和锡(Sn)中的一种以上。另外，元素M更优选包含Ga和Sn中的任一方或双方。
此外，如图18B所示，金属氧化物231b中的不与导电体242a及导电体242b重叠的区域的厚度有时比其与导电体242a及导电体242b重叠的区域的厚度薄。该厚度薄的区域在形成导电体242a及导电体242b时去除金属氧化物231b的顶面的一部分而形成。当在金属氧化物231b的顶面上沉积成为导电体242a及242b的导电膜时，有时在与该导电膜的界面附近形成低电阻区域。如此，通过去除金属氧化物231b的顶面上的位于导电体242a与导电体242b之间的低电阻区域，可以抑制沟道形成在该区域中。
通过本发明的一个方式，可以提供一种包括尺寸小的晶体管并其清晰度高的显示装置。此外，可以提供一种包括通态电流大的晶体管并其亮度高的显示装置。此外，可以提供一种包括工作速度快的晶体管并其工作速度快的显示装置。此外，可以提供一种包括电特性稳定的晶体管并其可靠性高的显示装置。此外，可以提供一种包括关态电流小的晶体管并其功耗低的显示装置。
说明可以用于本发明的一个方式的显示装置的晶体管200的详细结构。
导电体205以包括与金属氧化物231及导电体260重叠的区域的方式配置。此外，导电体205优选以嵌入绝缘体216中的方式设置。
导电体205包括导电体205a、导电体205b及导电体205c。导电体205a与设置在绝缘体216中的开口的底面及侧壁接触。导电体205b以埋入于形成在导电体205a的凹部的方式设置。在此，导电体205b的顶面低于导电体205a的顶面及绝缘体216的顶面。导电体205c与导电体205b的顶面及导电体205a的侧面接触。在此，导电体205c的顶面的高度与导电体205a的顶面的高度及绝缘体216的顶面的高度大致一致。换言之，导电体205b由导电体205a及导电体205c包围。
作为导电体205a及导电体205c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)、铜原子杂质的扩散的功能的导电材料。或者，优选使用具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子中的至少一个)的扩散的功能的导电材料。
通过作为导电体205a及导电体205c使用具有抑制氢的扩散的功能的导电材料，可以抑制在导电体205b中包含的以氢为代表的杂质通过绝缘体224扩散到金属氧化物231。此外，通过作为导电体205a及导电体205c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205b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。由此，导电体205a可以采用上述导电材料的单层或叠层。例如，作为导电体205a使用氮化钛即可。
此外，导电体205b优选使用以钨、铜或铝为主要成分的导电材料。例如，导电体205b可以使用钨。
在此，导电体260有时被用作第一栅极(也称为顶栅极)电极。此外，导电体205有时被用作第二栅极(也称为底栅极)电极。在此情况下，通过独立地改变供应到导电体205的电位而不使其与供应到导电体260的电位联动，可以控制晶体管200的Vth。尤其是，通过对导电体205供应负电位，可以使晶体管200的Vth大于0V且可以减小关态电流。因此，与不对导电体205供应负电位时相比，在对导电体205供应负电位的情况下，可以减小对导电体260供应的电位为0V时的漏极电流。
导电体205优选比金属氧化物231中的沟道形成区域大。尤其是，如图18C所示，导电体205优选延伸到与沟道宽度方向上的金属氧化物231交叉的端部的外侧的区域。就是说，优选在金属氧化物231的沟道宽度方向的侧面的外侧，导电体205和导电体260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260的电场和被用作第二栅电极的导电体205的电场电围绕金属氧化物231的沟道形成区域。
如图18C所示，将导电体205延伸来用作布线。但是，本发明不局限于此，也可以在导电体205下设置被用作布线的导电体。
绝缘体214优选被用作抑制以水或氢为代表的杂质从衬底一侧进入晶体管200的阻挡绝缘膜。因此，作为绝缘体214优选使用具有抑制以氢原子、氢分子、水分子、氮原子、氮分子、氧化氮分子(N2O、NO、NO2)、铜原子为代表的杂质的扩散的功能(不容易使上述杂质透过)的绝缘材料。或者，优选使用具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子)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。
例如，优选的是，作为绝缘体214使用氧化铝或氮化硅。由此，可以抑制以水或氢为代表的杂质从与绝缘体214相比更靠近衬底一侧扩散到晶体管200一侧。或者，可以抑制包含在绝缘体224中的氧扩散到与绝缘体214相比更靠近衬底一侧。
被用作层间膜的绝缘体216、绝缘体279及绝缘体281的介电常数优选比绝缘体214低。通过将介电常数低的材料作为层间膜，可以减少产生在布线之间的寄生电容。例如，作为绝缘体216、绝缘体279及绝缘体281，适当地使用氧化硅、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或具有空孔的氧化硅。
绝缘体222及绝缘体224被用作栅极绝缘体。
在此，在与金属氧化物231接触的绝缘体224中，优选通过加热使氧脱离。在本说明书中，有时将通过加热脱离的氧称为过剩氧。例如，作为绝缘体224适当地使用氧化硅或氧氮化硅，即可。通过以与金属氧化物231接触的方式设置包含氧的绝缘体，可以减少金属氧化物231中的氧空位，从而可以提高晶体管200的可靠性。
具体而言，作为绝缘体224，优选使用通过加热使一部分的氧脱离的氧化物材料。通过加热使氧脱离的氧化物是指在TDS(Thermal Desorption Spectroscopy：热脱附谱)分析中换算为氧原子的氧的脱离量为1.0×1018atoms/cm3以上，优选为1.0×1019atoms/cm3以上，进一步优选为2.0×1019atoms/cm3以上，或者3.0×1020atoms/cm3以上的氧化物膜。此外，进行上述TDS分析时的膜的表面温度优选在100℃以上且700℃以下，或者100℃以上且400℃以下的范围内。
如图18C所示，有时在绝缘体224中不与绝缘体254重叠并不与金属氧化物231b重叠的区域的厚度比其他区域的厚度薄。在绝缘体224中，不与绝缘体254重叠并不与金属氧化物231b重叠的区域优选具有足够使上述氧扩散的厚度。
与绝缘体214同样，绝缘体222优选被用作抑制以水或氢为代表的杂质从衬底一侧混入晶体管200的阻挡绝缘膜。例如，绝缘体222的氢透过性优选比绝缘体224低。通过由绝缘体222、绝缘体254以及绝缘体274围绕绝缘体224、金属氧化物231以及绝缘体250，可以抑制以水或氢为代表的杂质从外部进入晶体管200。
再者，绝缘体222优选具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子)中的至少一个的扩散的功能(不容易使上述氧透过)。例如，绝缘体222的氧透过性优选比绝缘体224低。通过使绝缘体222具有抑制氧及杂质的扩散的功能，可以减少金属氧化物231所含的氧扩散到衬底一侧，所以是优选的。此外，可以抑制导电体205与绝缘体224及金属氧化物231所含的氧起反应。
绝缘体222优选使用包含作为绝缘材料的铝和铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体。作为包含铝和铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体，优选使用氧化铝、氧化铪、包含铝及铪的氧化物(铝酸铪)。当使用这种材料形成绝缘体222时，绝缘体222被用作抑制氧从金属氧化物231释放以及以氢为代表的杂质从晶体管200的周围部进入金属氧化物231的层。
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、氧化锆。此外，也可以对上述绝缘体进行氮化处理。还可以在上述绝缘体上层叠氧化硅、氧氮化硅或氮化硅。
作为绝缘体222，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、锆钛酸铅(PZT)、钛酸锶(SrTiO3)或(Ba，Sr)TiO3(BST)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，绝缘体222及绝缘体224也可以具有两层以上的叠层结构。此时，不局限于由相同材料构成的叠层结构，也可以是由不同材料构成的叠层结构。例如，也可以在绝缘体222下设置与绝缘体224同样的绝缘体。
金属氧化物231包括金属氧化物231a、金属氧化物231a上的金属氧化物231b及金属氧化物231b上的金属氧化物231c。当在金属氧化物231b下设置有金属氧化物231a时，可以抑制杂质从形成在金属氧化物231a下方的结构物扩散到金属氧化物231b。当在金属氧化物231b上设置有金属氧化物231c时，可以抑制杂质从形成在金属氧化物231c的上方的结构物扩散到金属氧化物231b。
此外，金属氧化物231优选具有各金属原子的原子个数比互不相同的氧化物层的叠层结构。例如，在金属氧化物231至少包含铟(In)及元素M的情况下，金属氧化物231a的构成元素中的元素M与其他元素的原子个数比优选大于金属氧化物231b的构成元素中的元素M与其他元素的原子个数比。此外，金属氧化物231a中的元素M与In的原子个数比优选大于金属氧化物231b中的元素M与In的原子个数比。在此，金属氧化物231c可以使用可用于金属氧化物231a或金属氧化物231b的金属氧化物。
优选的是，使金属氧化物231a及金属氧化物231c的导带底的能量高于金属氧化物231b的导带底的能量。换言之，金属氧化物231a及金属氧化物231c的电子亲和势优选小于金属氧化物231b的电子亲和势。在此情况下，金属氧化物231c优选使用可以用于金属氧化物231a的金属氧化物。具体而言，金属氧化物231c的构成元素中的元素M与其他元素的原子个数比优选大于金属氧化物231b的构成元素中的元素M与其他元素的原子个数比。此外，金属氧化物231c中的元素M与In的原子个数比优选大于金属氧化物231b中的元素M与In的原子个数比。
在此，在金属氧化物231a、金属氧化物231b及金属氧化物231c的接合部中，导带底的能级平缓地变化。换言之，也可以将上述情况表达为金属氧化物231a、金属氧化物231b及金属氧化物231c的接合部的导带底的能级连续地变化或者连续地接合。为此，优选降低形成在金属氧化物231a与金属氧化物231b的界面以及金属氧化物231b与金属氧化物231c的界面的混合层的缺陷态密度。
具体而言，通过使金属氧化物231a与金属氧化物231b以及金属氧化物231b与金属氧化物231c除了氧之外还包含共同元素(为主要成分)，可以形成缺陷态密度低的混合层。例如，在金属氧化物231b为In-Ga-Zn氧化物的情况下，作为金属氧化物231a及金属氧化物231c可以使用In-Ga-Zn氧化物、Ga-Zn氧化物及氧化镓。此外，金属氧化物231c可以具有叠层结构。例如，可以使用In-Ga-Zn氧化物和该In-Ga-Zn氧化物上的Ga-Zn氧化物的叠层结构，或者，可以使用In-Ga-Zn氧化物和该In-Ga-Zn氧化物上的氧化镓的叠层结构。换言之，作为金属氧化物231c，也可以使用In-Ga-Zn氧化物和不包含In的氧化物的叠层结构。
具体而言，作为金属氧化物231a使用In：Ga：Zn＝1：3：4[原子个数比]或1：1：0.5[原子个数比]的金属氧化物，即可。此外，作为金属氧化物231b使用In：Ga：Zn＝4：2：3[原子个数比]或3：1：2[原子个数比]的金属氧化物，即可。此外，作为金属氧化物231c使用In：Ga：Zn＝1：3：4[原子个数比]、In：Ga：Zn＝4：2：3[原子个数比]、Ga：Zn＝2：1[原子个数比]或Ga：Zn＝2：5[原子个数比]的金属氧化物，即可。此外，作为金属氧化物231c具有叠层结构的情况下的具体例子，可以举出In：Ga：Zn＝4：2：3[原子个数比]和Ga：Zn＝2：1[原子个数比]的叠层结构、In：Ga：Zn＝4：2：3[原子个数比]和Ga：Zn＝2：5[原子个数比]的叠层结构、In：Ga：Zn＝4：2：3[原子个数比]和氧化镓的叠层结构。
此时，载流子的主要路径为金属氧化物231b。通过使金属氧化物231a及金属氧化物231c具有上述结构，可以降低金属氧化物231a与金属氧化物231b的界面及金属氧化物231b与金属氧化物231c的界面的缺陷态密度。因此，界面散射对载流子传导的影响减少，从而晶体管200可以得到大通态电流及高频率特性。此外，在金属氧化物231c具有叠层结构时，被期待降低上述金属氧化物231b和金属氧化物231c的界面的缺陷态密度的效果及抑制金属氧化物231c所含的构成元素扩散到绝缘体250一侧的效果。更具体而言，在金属氧化物231c具有叠层结构时，因为使不包含In的氧化物位于叠层结构的上方，所以可以抑制会扩散到绝缘体250一侧的In。由于绝缘体250被用作栅极绝缘体，因此在In扩散在其中的情况下导致晶体管的特性不良。由此，通过使金属氧化物231c具有叠层结构，可以提供可靠性高的显示装置。
在金属氧化物231b上设置被用作源电极及漏电极的导电体242a及导电体242b。作为导电体242a及导电体242b，优选使用选自铝、铬、铜、银、金、铂、钽、镍、钛、钼、钨、铪、钒、铌、锰、镁、锆、铍、铟、钌、铱、锶和镧中的金属元素、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。例如，优选使用氮化钽、氮化钛、钨、包含钛和铝的氮化物、包含钽和铝的氮化物、氧化钌、氮化钌、包含锶和钌的氧化物、包含镧和镍的氧化物。此外，氮化钽、氮化钛、包含钛和铝的氮化物、包含钽和铝的氮化物、氧化钌、氮化钌、包含锶和钌的氧化物、包含镧和镍的氧化物是不容易氧化的导电材料或者吸收氧也维持导电性的材料，所以是优选的。
通过以与金属氧化物231接触的方式形成上述导电体242a及导电体242b，金属氧化物231中的导电体242a及导电体242b附近的氧浓度有时降低。此外，在金属氧化物231中的导电体242a及导电体242b附近有时形成包括包含在导电体242a及导电体242b中的金属及金属氧化物231的成分的金属化合物层。在此情况下，金属氧化物231的导电体242a及导电体242b附近的区域中的载流子浓度增加，该区域的电阻降低。
在此，导电体242a与导电体242b之间的区域以与绝缘体279的开口重叠的方式形成。因此，可以在导电体242a与导电体242b之间自对准地配置导电体260。
绝缘体250被用作栅极绝缘体。绝缘体250优选与金属氧化物231c的顶面接触地配置。绝缘体250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。尤其是，氧化硅及氧氮化硅具有热稳定性，所以是优选的。
与绝缘体224同样，优选降低绝缘体250中的以水或氢为代表的杂质的浓度。绝缘体250的厚度优选为1nm以上且20nm以下。
此外，也可以在绝缘体250与导电体260之间设置金属氧化物。该金属氧化物优选抑制氧从绝缘体250扩散到导电体260。由此，可以抑制因绝缘体250中的氧所导致的导电体260的氧化。
此外，该金属氧化物有时被用作栅极绝缘体的一部分。因此，在将氧化硅或氧氮化硅用于绝缘体250的情况下，作为该金属氧化物优选使用作为相对介电常数高的high-k材料的金属氧化物。通过使栅极绝缘体具有绝缘体250与该金属氧化物的叠层结构，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：Equivalent oxide thickness)。
具体而言，可以使用包含选自铪、铝、镓、钇、锆、钨、钛、钽、镍、锗和镁中的一种或两种以上的金属氧化物。特别是，优选使用作为包含铝及铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体的氧化铝、氧化铪、包含铝及铪的氧化物(铝酸铪)。
虽然在图18中，导电体260具有两层结构，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260a优选使用上述具有抑制以氢原子、氢分子、水分子、氮原子、氮分子、氧化氮分子(N2O、NO、NO2)、铜原子为代表的杂质的扩散的功能的导电体。此外，优选使用具有抑制氧(氧原子或氧分子)的扩散的功能的导电材料。
当导电体260a具有抑制氧的扩散的功能时，可以抑制绝缘体250所包含的氧使导电体260b氧化而导致导电率的下降。作为具有抑制氧的扩散的功能的导电材料，例如，优选使用钽、氮化钽、钌或氧化钌。
作为导电体260b优选使用以钨、铜或铝为主要成分的导电材料。此外，由于导电体260还被用作布线，所以优选使用导电性高的导电体。例如，可以使用以钨、铜或铝为主要成分的导电材料。此外，导电体260b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，如图18A和图18C所示，在金属氧化物231b的不与导电体242a及导电体242b重叠的区域，即金属氧化物231的沟道形成区域中，金属氧化物231的侧面被导电体260覆盖。由此，可以容易将被用作第一栅电极的导电体260的电场影响到金属氧化物231的侧面。由此，可以提高晶体管200的通态电流及频率特性。
绝缘体254与绝缘体214同样地优选被用作抑制以水或氢为代表的杂质从绝缘体279一侧混入晶体管200的阻挡绝缘膜。例如，绝缘体254的氢透过性优选比绝缘体224低。再者，如图18B和图18C所示，绝缘体254优选与金属氧化物231c的侧面、导电体242a的顶面及侧面、导电体242b的顶面及侧面、金属氧化物231a及金属氧化物231b的侧面以及绝缘体224的顶面接触。通过采用这种结构，可以抑制绝缘体279所包含的氢从导电体242a、导电体242b、金属氧化物231a、金属氧化物231b及绝缘体224的顶面或侧面进入金属氧化物231。
再者，绝缘体254还具有抑制氧(氧原子或氧分子)的扩散的功能(不容易使上述氧透过)。例如，绝缘体254的氧透过性优选比绝缘体279或绝缘体224低。
绝缘体254优选通过溅射法沉积。通过在包含氧的气氛下使用溅射法沉积绝缘体254，可以对绝缘体224的与绝缘体254接触的区域附近添加氧。由此，可以将氧从该区域通过绝缘体224供应到金属氧化物231中。在此，通过使绝缘体254具有抑制氧扩散到上方的功能，可以防止氧从金属氧化物231扩散到绝缘体279。此外，通过使绝缘体222具有抑制氧扩散到下方的功能，可以防止氧从金属氧化物231扩散到衬底一侧。如此，对金属氧化物231中的沟道形成区域供应氧。由此，可以减少金属氧化物231的氧空位并抑制晶体管的常开启化。
作为绝缘体254，例如可以沉积包含铝及铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体。注意，作为包含铝和铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体，优选使用氧化铝、氧化铪、包含铝及铪的氧化物(铝酸铪)。
通过由对氢具有阻挡性的绝缘体254覆盖绝缘体224、绝缘体250以及金属氧化物231，绝缘体279由绝缘体254与绝缘体224、金属氧化物231以及绝缘体250分开。由此，可以抑制从晶体管200的外部进入以氢为代表的杂质，从而可以对晶体管200赋予良好的电特性及可靠性。
绝缘体279优选隔着绝缘体254设置在绝缘体224、金属氧化物231、导电体242a及导电体242b上。例如，作为绝缘体279，优选包括氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、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。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、具有空孔的氧化硅的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。
此外，优选绝缘体279中的以水或氢为代表的杂质的浓度得到降低。此外，绝缘体279的顶面也可以被平坦化。
绝缘体274优选与绝缘体214同样地被用作抑制以水或氢为代表的杂质从上方混入到绝缘体279的阻挡绝缘膜。作为绝缘体274，例如可以使用能够用于绝缘体214、绝缘体254的绝缘体。
优选在绝缘体274上设置被用作层间膜的绝缘体281。与绝缘体224同样，优选绝缘体281中的以水或氢为代表的杂质的浓度得到降低。
在形成于绝缘体281、绝缘体274、绝缘体279及绝缘体254中的开口中配置导电体245a及导电体245b。导电体245a及导电体245b以中间夹着导电体260的方式设置。此外，导电体245a及导电体245b的顶面的高度与绝缘体281的顶面可以位于同一平面上。
此外，以与绝缘体281、绝缘体274、绝缘体279以及绝缘体254的开口的内壁接触的方式设置有绝缘体241a，以与其侧面接触的方式形成有导电体245a的第一导电体。导电体242a位于该开口的底部的至少一部分，导电体245a与导电体242a接触。同样，以与绝缘体281、绝缘体274、绝缘体279以及绝缘体254的开口的内壁接触的方式设置有绝缘体241b，以与其侧面接触的方式形成有导电体245b的第一导电体。导电体242b位于该开口的底部的至少一部分，导电体245b与导电体242b接触。
导电体245a及导电体245b优选使用以钨、铜或铝为主要成分的导电材料。此外，导电体245a及导电体245b也可以具有叠层结构。
当作为导电体242a、导电体242b采用叠层结构时，作为与金属氧化物231a、金属氧化物231b、导电体242a、导电体242b、绝缘体254、绝缘体279、绝缘体274及绝缘体281接触的导电体优选使用上述具有抑制以水或氢为代表的杂质的扩散的功能的导电体。例如，优选使用钽、氮化钽、钛、氮化钛、钌或氧化钌。可以以单层或叠层使用具有抑制以水或氢为代表的杂质的扩散的功能的导电材料。通过使用该导电材料，可以防止添加到绝缘体279的氧被导电体245a及导电体245b吸收。此外，可以防止以水或氢为代表的杂质从绝缘体281的上方的层通过导电体245a及导电体245b进入金属氧化物231。
作为绝缘体241a及绝缘体241b，例如使用能够用于绝缘体254的绝缘体，即可。因为绝缘体241a及绝缘体241b与绝缘体254及接触地设置，所以可以抑制从绝缘体279以水或氢为代表的杂质经过导电体245a及导电体245b混入金属氧化物231。此外，可以抑制绝缘体279所包含的氧被导电体245a及导电体245b吸收。
虽然未图示，但是可以以与导电体245a的顶面及导电体245b的顶面接触的方式配置被用作布线的导电体。被用作布线的导电体优选使用以钨、铜或铝为主要成分的导电材料。此外，该导电体可以具有叠层结构，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，该导电体也可以以嵌入绝缘体的开口中的方式形成。
<晶体管的构成材料>
以下，说明可用于晶体管的构成材料。
[衬底]
作为形成晶体管200的衬底例如可以使用绝缘体衬底、半导体衬底或导电体衬底。作为绝缘体衬底，例如可以举出玻璃衬底、石英衬底、蓝宝石衬底、稳定氧化锆衬底(氧化钇稳定氧化锆衬底)、树脂衬底。此外，作为半导体衬底，例如可以举出由硅或锗构成的半导体衬底、或者由碳化硅、硅锗、砷化镓、磷化铟、氧化锌或氧化镓等构成的化合物半导体衬底。再者，还可以举出在上述半导体衬底内部具有绝缘体区域的半导体衬底，例如有SOI(Silicon On Insulator；绝缘体上硅)衬底。作为导电体衬底，可以举出石墨衬底、金属衬底、合金衬底、导电树脂衬底。或者，可以举出包含金属氮化物的衬底、包含金属氧化物的衬底。再者，还可以举出设置有导电体或半导体的绝缘体衬底、设置有导电体或绝缘体的半导体衬底、设置有半导体或绝缘体的导电体衬底。或者，也可以使用在这些衬底上设置有元件的衬底。作为设置在衬底上的元件，可以举出电容器、电阻器、开关元件、发光元件、存储元件。
[绝缘体]
作为绝缘体，有具有绝缘性的氧化物、氮化物、氧氮化物、氮氧化物、金属氧化物、金属氧氮化物以及金属氮氧化物。
例如，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实现晶体管工作时的低电压化。另一方面，通过将相对介电常数较低的材料用于被用作层间膜的绝缘体，可以减少产生在布线之间的寄生电容。因此，优选根据绝缘体的功能选择材料。
作为相对介电常数较高的绝缘体，可以举出氧化镓、氧化铪、氧化锆、含有铝及铪的氧化物、含有铝及铪的氧氮化物、含有硅及铪的氧化物、含有硅及铪的氧氮化物或者含有硅及铪的氮化物。
作为相对介电常数较低的绝缘体，可以举出氧化硅、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、具有空孔的氧化硅或树脂。
通过由具有抑制以氢为代表的杂质及氧的透过的功能的绝缘体(绝缘体214、绝缘体222、绝缘体254及绝缘体274)围绕使用氧化物半导体的晶体管，可以使晶体管的电特性稳定。作为具有抑制以氢为代表的杂质及氧的透过的功能的绝缘体，例如可以以单层或叠层使用包含硼、碳、氮、氧、氟、镁、铝、硅、磷、氯、氩、镓、锗、钇、锆、镧、钕、铪或钽的绝缘体。具体而言，作为具有抑制以氢为代表的杂质及氧的透过的功能的绝缘体，可以使用以氧化铝、氧化镁、氧化镓、氧化锗、氧化钇、氧化锆、氧化镧、氧化钕、氧化铪或氧化钽为代表的金属氧化物、以氮化铝、氮化铝钛、氮化钛、氮氧化硅或氮化硅为代表的金属氮化物。
被用作栅极绝缘体的绝缘体优选为具有包含通过加热脱离的氧的区域的绝缘体。例如，通过采用具有包含通过加热脱离的氧的区域的氧化硅或者氧氮化硅接触于金属氧化物231的结构，可以填补金属氧化物231所包含的氧空位。
[导电体]
作为导电体，优选使用选自铝、铬、铜、银、金、铂、钽、镍、钛、钼、钨、铪、钒、铌、锰、镁、锆、铍、铟、钌、铱、锶和镧中的金属元素、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。例如，优选使用氮化钽、氮化钛、钨、包含钛和铝的氮化物、包含钽和铝的氮化物、氧化钌、氮化钌、包含锶和钌的氧化物、包含镧和镍的氧化物。此外，氮化钽、氮化钛、包含钛和铝的氮化物、包含钽和铝的氮化物、氧化钌、氮化钌、包含锶和钌的氧化物、包含镧和镍的氧化物是不容易氧化的导电材料或者吸收氧也维持导电性的材料，所以是优选的。此外，也可以使用以包含以磷为代表的杂质元素的多晶硅为代表的导电率高的半导体以及镍硅化物硅化物。
此外，也可以层叠多个由上述材料形成的导电层。例如，也可以采用组合包含上述金属元素的材料和包含氧的导电材料的叠层结构。此外，也可以采用组合包含上述金属元素的材料和包含氮的导电材料的叠层结构。此外，也可以采用组合包含上述金属元素的材料、包含氧的导电材料和包含氮的导电材料的叠层结构。
此外，在将金属氧化物用于晶体管的沟道形成区域的情况下，作为被用作栅电极的导电体优选采用组合包含上述金属元素的材料和包含氧的导电材料的叠层结构。在此情况下，优选将包含氧的导电材料设置在沟道形成区域一侧。通过将包含氧的导电材料设置在沟道形成区域一侧，从该导电材料脱离的氧容易被供应到沟道形成区域。
尤其是，作为被用作栅电极的导电体，优选使用含有包含在形成沟道的金属氧化物中的金属元素及氧的导电材料。此外，也可以使用含有上述金属元素及氮的导电材料。例如，也可以使用氮化钛、氮化钽包含氮的导电材料。此外，可以使用铟锡氧化物、包含氧化钨的铟氧化物、包含氧化钨的铟锌氧化物、包含氧化钛的铟氧化物、包含氧化钛的铟锡氧化物、铟锌氧化物、添加有硅的铟锡氧化物。此外，也可以使用包含氮的铟镓锌氧化物。通过使用上述材料，有时可以俘获形成沟道的金属氧化物所包含的氢。或者，有时可以俘获从外方的绝缘体进入的氢。
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。
本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实施。
(实施方式6)
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(以下称为氧化物半导体)。
<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19A进行说明。图19A是说明氧化物半导体，典型为IGZO(包含In、Ga及Zn的金属氧化物)的结晶结构的分类的图。
如图19A所示那样，氧化物半导体大致分为“Amorphous(无定形)”、“Crystalline(结晶性)”、“Crystal(结晶)”。此外，在“Amorphous”中包含completely amorphous。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，“Crystal”的分类中包含single crystal及poly crystal。
此外，图19A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，是属于新的边界区域(New crystalline phase)的结构。就是说，将该结构可以说是与“Crystal(结晶)”或在能量性上不稳定的“Amorphous(无定形)”完全不同的结构。
此外，可以使用X射线衍射(XRD：X-Ray Diffraction)光谱对膜或衬底的结晶结构进行评价。在此，图19B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。此外，将GIXD法也称为薄膜法或Seemann-Bohlin法。下面，将图19B所示的通过GIXD测量而得到的XRD谱简单地记为XRD谱。图19B所示的纵轴表示强度(Intensity)，横轴表示2θ。此外，图19B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19B所示的CAAC-IGZO膜的厚度为500nm。
如图19B所示，在CAAC-IGZO膜的XRD谱中检测出表示明确的结晶性的峰。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。此外，如图19B所示那样，2θ＝31°附近的峰在以检测出峰强度的角度为轴时左右非对称。
可以使用通过纳米束电子衍射法(NBED：Nano Beam Electron Diffraction)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19C示出CAAC-IGZO膜的衍射图案。图19C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19C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。
如图19C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19A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。
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。注意，表示c轴取向的峰的位置(2θ值)有时根据构成CAAC-OS的金属元素的种类或组成变动。
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，有时具有五角形或七角形晶格排列。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元素被取代而使原子间的键合距离产生变化而能够包容畸变。
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或场效应迁移率的降低。因此，确认不到明确的晶界的CAAC-OS是对晶体管的半导体层提供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/或缺陷的生成而降低，因此可以说CAAC-OS是杂质及缺陷(氧空位)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高可靠性。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及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，检测不出表示结晶性的峰。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构成(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构成的复合金属氧化物。
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构成。
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，可以实现大通态电流(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。
<具有氧化物半导体的晶体管>
接着，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。
优选将载流子浓度低的氧化物半导体用于晶体管。例如，氧化物半导体的载流子浓度可以为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的杂质浓度以降低缺陷态密度。在本说明书中，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。
被氧化物半导体的陷阱态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，降低氧化物半导体的杂质浓度是有效的。为了降低氧化物半导体的杂质浓度，优选还降低附近膜的杂质浓度。作为杂质有氢、氮、碱金属、碱土金属、铁、镍、硅。
<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族元素之一的硅及/或碳时，在氧化物半导体中形成缺陷态。因此，将氧化物半导体中或氧化物半导体的界面附近的硅及碳的浓度(通过SIMS测得的浓度)设定为2×1018atoms/cm3以下，优选为2×1017atoms/cm3以下。
当氧化物半导体包含碱金属或碱土金属时，有时形成缺陷态而形成载流子。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。因此，使通过SIMS测得的氧化物半导体中的碱金属或碱土金属的浓度为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n型化。其结果是，在将包含氮的氧化物半导体用于半导体的晶体管容易具有常开启特性。或者，在氧化物半导体包含氮时，有时形成陷阱态。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，有时产生作为载流子的电子。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，使用包含氢的氧化物半导体的晶体管容易具有常开启特性。由此，优选尽可能地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实施。
[符号说明]
10：层、20：层、30：层、31：框体、32：开口部、34：固定工具、35a：光学构件、35b：光学构件、36a：框架、36b：框架、37：电池、40：密封衬底、60：层、61：发光元件、61B：发光元件、61G：发光元件、61R：发光元件、61W：发光元件、80：电子设备、81：使用者、91：外部照相机、92：电池、100A：半导体装置、100B：半导体装置、100C：半导体装置、100D：半导体装置、100G：半导体装置、103：框体、104：光源、105：保护构件、130B：发光元件、130G：发光元件、130R：发光元件、200：晶体管、205：导电体、205a：导电体、205b：导电体、205c：导电体、214：绝缘体、216：绝缘体、222：绝缘体、224：绝缘体、231：金属氧化物、231a：金属氧化物、231b：金属氧化物、231c：金属氧化物、241a：绝缘体、241b：绝缘体、242a：导电体、242b：导电体、245a：导电体、245b：导电体、250：绝缘体、251：绝缘层、254：绝缘体、260：导电体、260a：导电体、260b：导电体、264B：着色层、264G：着色层、264R：着色层、271：保护层、272：绝缘层、273：保护层、274：绝缘体、275：空隙、276：绝缘层、277：微透镜阵列、279：绝缘体、280：显示面板、280L：显示面板、280R：显示面板、281：绝缘体、282：电路部、283：像素电路部、283a：像素电路、284：像素部、284a：像素、284b：像素部、284c：像素部、285：端子部、286：布线部、290：FPC、291：衬底、292：衬底、301a：导电体、301b：导电体、311：导电体、313：导电体、321：下部电极、323：绝缘体、325：上部电极、331：导电体、333：导电体、335：导电体、341：导电体、343：导电体、347：导电体、348：导电体、351：导电体、353：导电体、355：导电体、357：导电体、361：绝缘体、363：绝缘体、400C：显示装置、403：元件分离层、405：绝缘体、407：绝缘体、409：绝缘体、411：绝缘体、421：绝缘体、422：绝缘体、423：绝缘体、424：绝缘体、430a：发光元件、430b：发光元件、430c：发光元件、431：晶体管、441：晶体管、442：晶体管、443：导电体、445：绝缘体、447：半导体区域、449a：低电阻区域、449b：低电阻区域、451：导电体、453：导电体、454：凸块、455：导电体、456：导电体、457：粘合层、458：凸块、459：粘合层、461：导电体、462：导电体、465：导电体、701：衬底、702：衬底、712：密封剂、716：FPC、730：绝缘体、732：填充层、734：绝缘体、736：着色层、738：遮光层、750：晶体管、760：导电体、772：导电体、778：结构体、780：各向异性导电体、786：EL层、786a：EL层、786b：EL层、786B：EL层、786G：EL层、786R：EL层、786W：EL层、788：导电体、790：电容、941：视网膜、942：晶状体、943：视神经、944：视神经乳头、945：静脉、946：动脉、947：玻璃体、948：脉络膜、950：光学系统、951：发光、951B：光、951G：光、951IR：发光、951R：光、4411：发光层、4412：发光层、4413：发光层、4420：层、4420-1：层、4420-2：层、4430：层、4430-1：层、4430-2：层
Claims (6)
1.一种在使用者的头部佩戴的电子设备，包括：
在同一衬底内或同一衬底上具有晶体管、发光元件及受光元件的显示装置，
其中，所述显示装置具有显示图像的功能，
并且，所述显示装置具有拍摄所述使用者的眼底的功能。
2.根据权利要求1所述的电子设置，
其中所述发光元件为有机发光元件。
3.根据权利要求1或2所述的电子设备，
其中所述发光元件为发射红外光的有机发光元件。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电子设备，
其中所述晶体管的半导体层为单晶硅。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的电子设备，
其中所述晶体管的半导体层为氧化物半导体。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电子设备，
其中通过拍摄所述使用者的眼睛进行诊断。
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