JP2014077997A - Sequential circuit and display device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To propose a display device which can achieve reduction of power consumption or improvement in reliability.SOLUTION: A plurality of transistors are used for a sequential circuit, the transistors having an S value of 0.7 V/decade or less, preferably 0.5 V/decade or less, and the same channel type. Reducing an S value to 0.7 V/decade or less, furthermore 0.5 V/decade or less makes it possible to secure normally-off characteristics while lowering a threshold voltage, so that the lowest driving voltage of the sequential circuit can fall within the range of 11 V or more and 16 V or less, furthermore 11 V or more and 13 V or less.

Description

単極性のトランジスタを用いた順序回路、上記順序回路を用いた表示装置などの、半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device such as a sequential circuit using a unipolar transistor and a display device using the sequential circuit.

液晶表示装置、EL表示装置などの表示装置は、バックプレーン(回路基板)のコストを下げるために、CMOSよりも、単極性のトランジスタで構成されている方が望ましい。以下の特許文献1及び特許文献2では、表示装置の駆動回路に用いられる、インバータやシフトレジスタなどの各種回路を、単極性のトランジスタで構成する技術について開示されている。 Display devices such as liquid crystal display devices and EL display devices are preferably composed of unipolar transistors rather than CMOS in order to reduce the cost of the backplane (circuit board). The following Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose a technique in which various circuits such as an inverter and a shift register, which are used in a driving circuit of a display device, are configured with unipolar transistors.

特開2001−325798号公報JP 2001-325798 A 特開2010−277652号公報JP 2010-277852 A

ところで、低消費電力であることは、表示装置の性能を評価する上で重要なポイントとなる。特に、携帯電話などの携帯型の電子機器だと、表示装置の消費電力の高さは、連続使用時間の短縮化というデメリットに繋がるため、低消費電力化を図ることが強く要求される。また、高信頼性を確保することも、表示装置の商品化を実現する上で重要である。 Incidentally, low power consumption is an important point in evaluating the performance of a display device. In particular, in the case of a portable electronic device such as a mobile phone, the high power consumption of the display device leads to a demerit of shortening the continuous use time, and thus it is strongly required to reduce the power consumption. In addition, ensuring high reliability is also important in realizing commercialization of display devices.

上述したような技術的背景のもと、本発明は、消費電力の低減または信頼性の向上を実現することができる表示装置の提案を、課題の一つとする。 In view of the above-described technical background, an object of the present invention is to propose a display device capable of reducing power consumption or improving reliability.

表示装置の低消費電力化と高信頼性を実現するためには、液晶素子などの表示素子を動作させるのに必要な電圧を確保できる程度に、駆動回路に与えられる電源電圧や信号の電圧を、低く抑えることが望ましいと考えられる。表示素子を動作させるのに必要な電圧は、液晶素子に用いられる液晶材料、画素部が有する容量の大きさ、液晶の駆動方法などにも依存するが、上記電圧を確保した上で、表示装置の低消費電力化と高信頼性を実現するためには、駆動回路の動作に必要な電圧(以下、最低駆動電圧と呼ぶ)が11V以上16V以下、好ましくは11V以上13V以下の範囲に収まるよう、低くすることが求められる。 In order to achieve low power consumption and high reliability of the display device, the power supply voltage and signal voltage applied to the driver circuit are set to such an extent that a voltage necessary for operating a display element such as a liquid crystal element can be secured. It is considered desirable to keep it low. The voltage necessary for operating the display element depends on the liquid crystal material used for the liquid crystal element, the size of the capacitor of the pixel portion, the driving method of the liquid crystal, and the like. In order to realize low power consumption and high reliability, the voltage required for the operation of the drive circuit (hereinafter referred to as the minimum drive voltage) is in the range of 11V to 16V, preferably 11V to 13V. , It is required to lower.

単極性のトランジスタで構成される順序回路の場合、順序回路の各種ノードの電位がトランジスタの閾値電圧分降下する。そのため、順序回路の最低駆動電圧には、閾値電圧と同程度の電圧を予め加算しておく必要がある。よって、単極性のトランジスタで構成される順序回路の場合、最低駆動電圧を低くするためには、トランジスタの閾値電圧を低くすることが必要である。 In the case of a sequential circuit including unipolar transistors, the potentials of various nodes in the sequential circuit drop by the threshold voltage of the transistor. Therefore, it is necessary to add in advance a voltage comparable to the threshold voltage to the lowest drive voltage of the sequential circuit. Therefore, in the case of a sequential circuit composed of unipolar transistors, it is necessary to reduce the threshold voltage of the transistors in order to reduce the minimum drive voltage.

ところが、S値(サブスレッショルドスイング値)が大きいトランジスタの場合、閾値電圧を低くしていくと、ゲート電圧が0Vのときに流れるオフ電流が大きいノーマリーオンの状態となりやすいため、順序回路を正常に動作させることが困難になる。よって、順序回路の正常な動作を確保しつつ、最低駆動電圧を低くするためには、トランジスタの閾値電圧を低くすることのみならず、トランジスタがノーマリーオフとなる程度に、S値を小さくすることが重要である。 However, in the case of a transistor having a large S value (subthreshold swing value), if the threshold voltage is lowered, the off-state current that flows when the gate voltage is 0 V tends to be normally on. It becomes difficult to operate. Therefore, in order to reduce the minimum drive voltage while ensuring the normal operation of the sequential circuit, not only lowering the threshold voltage of the transistor but also reducing the S value to such an extent that the transistor is normally off. This is very important.

そこで、本発明の一態様では、S値が0.7V/decade以下、好ましくは0.5V/decade以下であり、チャネル型が同じである複数のトランジスタを、順序回路に用いることを特徴とする。S値を0.7V/decade以下、さらには0.5V/decade以下とすることで、ノーマリーオフの特性を確保しつつ閾値電圧を低くすることができ、順序回路の最低駆動電圧を11V以上16V以下、さらには11V以上13V以下に納めることができる。 Thus, according to one embodiment of the present invention, a plurality of transistors having S values of 0.7 V / decade or less, preferably 0.5 V / decade or less and having the same channel type are used for sequential circuits. . By setting the S value to 0.7 V / decade or less, and further to 0.5 V / decade or less, the threshold voltage can be lowered while ensuring normally-off characteristics, and the minimum drive voltage of the sequential circuit is 11 V or more. It can be set to 16V or less, or more than 11V to 13V.

また、S値が上記範囲に収まるトランジスタは、導通状態と非導通状態の切り換えであるスイッチングが速いために、導通状態から非導通状態、或いは非導通状態から導通状態への過渡状態にある期間が短く、それ故に、スイッチングに起因する電力損失を小さく抑えることができる。 In addition, a transistor whose S value falls within the above range is quickly switched between a conductive state and a non-conductive state, and therefore has a period in which it is in a transitional state from a conductive state to a non-conductive state or from a non-conductive state to a conductive state. Therefore, power loss due to switching can be suppressed to a small value.

酸化物半導体膜にチャネル形成領域を有するトランジスタは、アモルファスシリコン膜やポリシリコン膜にチャネル形成領域を有するトランジスタに比べて、S値が低い傾向にあるため、S値を上記範囲に収めることができる。よって、酸化物半導体膜にチャネル形成領域を有するトランジスタは、本発明の一態様に係る順序回路または表示装置に用いるのに好適である。 Since a transistor having a channel formation region in an oxide semiconductor film tends to have a lower S value than a transistor having a channel formation region in an amorphous silicon film or a polysilicon film, the S value can fall within the above range. . Thus, a transistor including a channel formation region in an oxide semiconductor film is suitable for use in the sequential circuit or the display device according to one embodiment of the present invention.

具体的に、本発明の一態様に係る順序回路は、クロック信号が与えられる第1配線と、第2配線との電気的な接続を制御する第1トランジスタと、第2配線と、ローレベルの第1電位が与えられる第3配線との電気的な接続を制御する第2トランジスタと、第1トランジスタのゲートと、ハイレベルの第2電位が与えられる第4配線との電気的な接続を制御する第3トランジスタと、第1トランジスタのゲートと第1電位が与えられる第5配線との電気的な接続を制御する第4トランジスタと、を有し、第1トランジスタ乃至第4トランジスタは、酸化物半導体をチャネル形成領域に有しており、トランジスタのS値は0.7V/decade以下である。 Specifically, a sequential circuit according to one embodiment of the present invention includes a first wiring to which a clock signal is supplied, a first transistor that controls electrical connection between the second wiring, a second wiring, and a low-level circuit. Controls electrical connection between the second transistor for controlling electrical connection with the third wiring to which the first potential is applied, the gate of the first transistor, and the fourth wiring to which the second electric potential at the high level is applied. And a fourth transistor for controlling electrical connection between the gate of the first transistor and the fifth wiring to which the first potential is applied. The first to fourth transistors are oxides. A semiconductor is included in the channel formation region, and the S value of the transistor is 0.7 V / decade or less.

本発明の一態様では、上記構成により、消費電力が低減される順序回路、或いは上記順序回路を用いた表示装置を実現することができる。 In one embodiment of the present invention, a sequential circuit with reduced power consumption or a display device using the sequential circuit can be realized with the above structure.

実施の形態1の順序回路を説明するための図。FIG. 4 illustrates a sequential circuit of Embodiment 1. 実施の形態1のトランジスタを説明するための図。4A and 4B illustrate a transistor of Embodiment 1; 実施の形態2の順序回路及びシフトレジスタを説明するための図。FIG. 6 illustrates a sequential circuit and a shift register in Embodiment 2. 実施の形態2のシフトレジスタ回路の動作を説明するための図。FIG. 6 illustrates an operation of a shift register circuit in Embodiment 2. シミュレーションの結果を示す図。The figure which shows the result of simulation. シミュレーションに用いた順序回路の構成を示す図。The figure which shows the structure of the sequential circuit used for simulation. シミュレーションの結果を示す図。The figure which shows the result of simulation. シミュレーションの結果を示す図。The figure which shows the result of simulation. シミュレーションの結果を示す図。The figure which shows the result of simulation. シミュレーションに用いたトランジスタの構造を示す図。FIG. 6 illustrates a structure of a transistor used for simulation. トランジスタの一形態を説明する図。10A and 10B illustrate one embodiment of a transistor. 液晶表示装置の上面図と断面図。The top view and sectional drawing of a liquid crystal display device. 電子機器の図。Illustration of electronic equipment. ゲート電圧に対するドレイン電流の値を示す図。The figure which shows the value of the drain current with respect to gate voltage.

以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it will be easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments below.

なお、本明細書において表示装置とは、液晶素子や発光素子などの表示素子が各画素に形成されたパネルと、該パネルにコントローラを含むIC等を実装した状態にあるモジュールとを、その範疇に含む。 Note that a display device in this specification includes a panel in which a display element such as a liquid crystal element or a light-emitting element is formed in each pixel, and a module in which an IC or the like including a controller is mounted on the panel. Included.

また、本明細書において接続とは電気的な接続を意味しており、電流、電圧または電位が、供給可能、或いは伝送可能な状態に相当する。従って、接続している状態とは、直接接続している状態を必ずしも指すわけではなく、電流、電圧または電位が、供給可能、或いは伝送可能であるように、配線、抵抗、ダイオード、トランジスタなどの回路素子を介して間接的に接続している状態も、その範疇に含む。また、回路図上は独立している構成要素どうしが接続されている場合であっても、実際には、例えば配線の一部が電極として機能する場合など、一の導電膜が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合もある。本明細書において接続とは、このような、一の導電膜が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合も、その範疇に含める。 In this specification, connection means electrical connection and corresponds to a state where current, voltage, or a potential can be supplied or transmitted. Therefore, the connected state does not necessarily indicate a directly connected state, and a wiring, a resistor, a diode, a transistor, or the like is provided so that current, voltage, or potential can be supplied or transmitted. The state of being indirectly connected through a circuit element is also included in the category. In addition, even when independent components on the circuit diagram are connected to each other, in practice, for example, when a part of the wiring functions as an electrode, one conductive film has a plurality of components. In some cases, it also has the function of an element. In this specification, the term “connection” includes a case where one conductive film has functions of a plurality of components.

また、トランジスタのソースとは、活性層として機能する半導体膜の一部であるソース領域、或いは上記半導体膜に接続されたソース電極を意味する。同様に、トランジスタのドレインとは、上記半導体膜の一部であるドレイン領域、或いは上記半導体膜に接続されたドレイン電極を意味する。また、ゲートはゲート電極を意味する。 The source of the transistor means a source region that is part of a semiconductor film functioning as an active layer or a source electrode connected to the semiconductor film. Similarly, a drain of a transistor means a drain region that is part of the semiconductor film or a drain electrode connected to the semiconductor film. The gate means a gate electrode.

トランジスタが有するソースとドレインは、トランジスタの極性及び各端子に与えられる電位の高低によって、その呼び方が入れ替わる。一般的に、nチャネル型トランジスタでは、低い電位が与えられる端子がソースと呼ばれ、高い電位が与えられる端子がドレインと呼ばれる。また、pチャネル型トランジスタでは、低い電位が与えられる端子がドレインと呼ばれ、高い電位が与えられる端子がソースと呼ばれる。本明細書では、便宜上、ソースとドレインとが固定されているものと仮定して、トランジスタの接続関係を説明する場合があるが、実際には上記電位の関係に従ってソースとドレインの呼び方が入れ替わる。 The names of the source and the drain of a transistor interchange with each other depending on the polarity of the transistor and the level of potential applied to each terminal. In general, in an n-channel transistor, a terminal to which a low potential is applied is called a source, and a terminal to which a high potential is applied is called a drain. In a p-channel transistor, a terminal to which a low potential is applied is called a drain, and a terminal to which a high potential is applied is called a source. In this specification, for the sake of convenience, the connection relationship between transistors may be described on the assumption that the source and the drain are fixed. However, the names of the source and the drain are actually switched according to the above-described potential relationship. .

なお本明細書において、「平行」とは、二つの直線が−10°以上10°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、−5°以上5°以下の場合も含まれる。また、「垂直」とは、二つの直線が80°以上100°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、85°以上95°以下の場合も含まれる。 In this specification, “parallel” means a state in which two straight lines are arranged at an angle of −10 ° to 10 °. Therefore, the case of −5 ° to 5 ° is also included. “Vertical” refers to a state in which two straight lines are arranged at an angle of 80 ° to 100 °. Therefore, the case of 85 ° to 95 ° is also included.

また、本明細書において、結晶が三方晶または菱面体晶である場合、六方晶系として表す。 In this specification, when a crystal is trigonal or rhombohedral, it is represented as a hexagonal system.

(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の基本原理について説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, the basic principle of the present invention will be described.

表示装置を駆動するための順序回路では、単極性のトランジスタのみで構成される場合、バッファとして機能するトランジスタの出力電圧が、該トランジスタの閾値電圧の分だけ低下しないように、ブートストラップ動作を行うトランジスタを用いる。 In a sequential circuit for driving a display device, in the case where only a unipolar transistor is used, a bootstrap operation is performed so that the output voltage of a transistor functioning as a buffer does not decrease by the threshold voltage of the transistor. A transistor is used.

このブートストラップ動作を実現するためには、第1の信号(セット信号、図中”S”で表す)によって第1電位VDDを与える機能を有するトランジスタ、及び第2の信号(リセット信号、図中)”R”で表す)によって第2電位VSSを与える機能を有するトランジスタを、バッファとして機能するトランジスタのゲートに接続する。そしてブートストラップ動作は、バッファとして機能するトランジスタを導通状態とした状態で、その後、該トランジスタのゲートをフローティング状態として、クロック信号の振幅に応じたソースの電位の上昇を図ることで、実現できる。 In order to realize this bootstrap operation, a transistor having a function of applying the first potential VDD by a first signal (set signal, represented by “S” in the figure), and a second signal (reset signal, in the figure) The transistor having a function of applying the second potential VSS is connected to the gate of the transistor functioning as a buffer. The bootstrap operation can be realized by setting the source potential in accordance with the amplitude of the clock signal by setting the transistor functioning as a buffer in a conductive state and then setting the gate of the transistor in a floating state.

一例としては、図1(A)に示すように、バッファとして機能するトランジスタFET1、出力信号OUTを出力する配線をローレベル(L)に固定するためのトランジスタFET2、トランジスタFET1のゲートに第1電位VDDを与える機能を有するトランジスタFET3、トランジスタFET1のゲートに第2電位VSSを与える機能を有するトランジスタFET4、で表すことができる。 As an example, as shown in FIG. 1A, a transistor FET1 functioning as a buffer, a transistor FET2 for fixing a wiring for outputting an output signal OUT to a low level (L), and a first potential at the gate of the transistor FET1 It can be expressed by a transistor FET3 having a function of supplying VDD and a transistor FET4 having a function of supplying the second potential VSS to the gate of the transistor FET1.

図1(A)に示すトランジスタFET1のソース及びドレインの一方は、クロック信号CLKが与えられる配線に接続され、ソース及びドレインの他方は、出力信号OUTを出力する配線に接続される。またトランジスタFET1のゲートは容量素子C1の一方の電極に接続され、ソース及びドレインの他方は容量素子C1の他方の電極に接続される。 One of a source and a drain of the transistor FET1 illustrated in FIG. 1A is connected to a wiring to which a clock signal CLK is supplied, and the other of the source and the drain is connected to a wiring for outputting an output signal OUT. The gate of the transistor FET1 is connected to one electrode of the capacitor C1, and the other of the source and the drain is connected to the other electrode of the capacitor C1.

図1(A)に示すトランジスタFET2のソース及びドレインの一方は、出力信号OUTを出力する配線に接続され、ソース及びドレインの他方は、第2電位VSSが与えられる配線に接続される。またトランジスタFET2のゲートは、第1電位VDD又は第2電位VSSが与えられ、トランジスタFET2の導通状態が制御される。 One of a source and a drain of the transistor FET2 illustrated in FIG. 1A is connected to a wiring for outputting the output signal OUT, and the other of the source and the drain is connected to a wiring to which a second potential VSS is applied. Further, the first potential VDD or the second potential VSS is applied to the gate of the transistor FET2, and the conduction state of the transistor FET2 is controlled.

図1(A)に示すトランジスタFET3のソース及びドレインの一方は、第1電位VDDが与えられる配線に接続され、ソース及びドレインの他方は、トランジスタFET1のゲートに接続される。またトランジスタFET3のゲートは第1の信号Sが与えられる配線に接続される。なお図1(A)に示すトランジスタFET3は、ダイオード接続されたとトランジスタとして、トランジスタFET1のゲートに第1電位VDDに相当する電位を与える構成としてもよい。 One of the source and the drain of the transistor FET3 illustrated in FIG. 1A is connected to a wiring to which the first potential VDD is applied, and the other of the source and the drain is connected to the gate of the transistor FET1. The gate of the transistor FET3 is connected to a wiring to which the first signal S is applied. Note that the transistor FET3 illustrated in FIG. 1A may have a structure in which a potential corresponding to the first potential VDD is applied to the gate of the transistor FET1 as a diode-connected transistor.

図1(A)に示すトランジスタFET4のソース及びドレインの一方は、トランジスタFET1のゲートに接続され、ソース及びドレインの他方は、第2電位VSSが与えられる配線に接続される。またトランジスタFET4のゲートは第2の信号Rが与えられる配線に接続される。 One of a source and a drain of the transistor FET4 illustrated in FIG. 1A is connected to the gate of the transistor FET1, and the other of the source and the drain is connected to a wiring to which the second potential VSS is applied. The gate of the transistor FET4 is connected to a wiring to which the second signal R is applied.

なお図1(A)では、トランジスタFET1のソース及びドレインの一方が、クロック信号CLKが与えられる配線に接続される構成を示しているが、第1電位VDDが与えられる配線に接続される構成であってもよい。またFET1乃至FET4は、単数で設けてもよいし、直列又は並列に複数設ける構成としてもよい。 Note that FIG. 1A illustrates a structure in which one of the source and the drain of the transistor FET1 is connected to a wiring to which the clock signal CLK is supplied; however, the structure is connected to a wiring to which the first potential VDD is applied. There may be. Further, the FET1 to FET4 may be provided in a single number, or a plurality of FET1 to FET4 may be provided in series or in parallel.

なお図1(A)におけるトランジスタFET2のゲートに、第1電位VDD又は第2電位VSSが与えるための構成としての一例は、図1(B)に示すように、トランジスタFET2のゲートに第1電位VDDを与える機能を有するトランジスタFET5、トランジスタFET2のゲートに第2電位VSSを与える機能を有するトランジスタFET6、を設ける構成が挙げられる。 Note that as an example of a configuration for applying the first potential VDD or the second potential VSS to the gate of the transistor FET2 in FIG. 1A, as shown in FIG. 1B, the first potential VDD is applied to the gate of the transistor FET2. A configuration in which a transistor FET5 having a function of supplying VDD and a transistor FET6 having a function of supplying a second potential VSS to the gate of the transistor FET2 are provided.

図1(B)に示すトランジスタFET5のソース及びドレインの一方は、第1電位VDDが与えられる配線に接続され、ソース及びドレインの他方は、トランジスタFET2のゲートに接続される。またトランジスタFET5のゲートは第2の信号Rが与えられる配線に接続される。なお図1(B)に示すトランジスタFET5は、ダイオード接続されたとトランジスタとして、トランジスタFET2のゲートに第1電位VDDに相当する電位を与える構成としてもよい。 One of the source and the drain of the transistor FET5 illustrated in FIG. 1B is connected to a wiring to which the first potential VDD is applied, and the other of the source and the drain is connected to the gate of the transistor FET2. The gate of the transistor FET5 is connected to a wiring to which the second signal R is applied. Note that the transistor FET5 illustrated in FIG. 1B may have a structure in which a potential corresponding to the first potential VDD is applied to the gate of the transistor FET2 as a diode-connected transistor.

図1(B)に示すトランジスタFET6のソース及びドレインの一方は、トランジスタFET2のゲートに接続され、ソース及びドレインの他方は、第2電位VSSが与えられる配線に接続される。またトランジスタFET6のゲートは第1の信号Sが与えられる配線に接続される。 One of the source and the drain of the transistor FET6 illustrated in FIG. 1B is connected to the gate of the transistor FET2, and the other of the source and the drain is connected to a wiring to which the second potential VSS is applied. The gate of the transistor FET6 is connected to a wiring to which the first signal S is applied.

図1(A)に示す回路のタイミングチャート図の一例について、図1(C)に示す。 FIG. 1C illustrates an example of a timing chart of the circuit illustrated in FIG.

まず図1(C)に示すタイミングチャート図では、第1の信号Sをハイレベル(H)にして、トランジスタFET1のゲートに、第1電位VDDを与える。そして、トランジスタFET1は、導通状態となる。 First, in the timing chart shown in FIG. 1C, the first signal S is set to a high level (H), and the first potential VDD is applied to the gate of the transistor FET1. Then, the transistor FET1 becomes conductive.

次いで図1(C)に示すタイミングチャート図では、トランジスタFET1のゲートをフローティング状態として、クロック信号CLKをローレベル(L)からハイレベル(H)にする。すると出力信号OUTの電圧レベルが上昇し、この上昇に伴って、容量素子C1では容量結合によるトランジスタFET1のゲートの電圧レベルが上昇する。そして容量素子C1による容量結合による電圧レベルの上昇分が加わったトランジスタFET1のゲートの電圧レベルが、クロック信号CLKのハイレベル(H)を上回ることで、トランジスタFET1のソース及びドレインの他方では、出力信号OUTとしてハイレベル(H)の電圧レベルが得られる。 Next, in the timing chart shown in FIG. 1C, the gate of the transistor FET1 is set in a floating state, and the clock signal CLK is changed from a low level (L) to a high level (H). Then, the voltage level of the output signal OUT rises, and with this rise, the voltage level of the gate of the transistor FET1 due to capacitive coupling rises in the capacitive element C1. When the voltage level of the gate of the transistor FET1 to which the increase in voltage level due to capacitive coupling by the capacitive element C1 is added exceeds the high level (H) of the clock signal CLK, the other of the source and drain of the transistor FET1 outputs A high level (H) voltage level is obtained as the signal OUT.

次いで図1(C)に示すタイミングチャート図では、第2の信号Rをハイレベル(H)にして、トランジスタFET1のゲートに、第2電位VSSを与える。そして、トランジスタFET1は、非導通状態となる。 Next, in the timing chart shown in FIG. 1C, the second signal R is set to a high level (H), and the second potential VSS is applied to the gate of the transistor FET1. Then, the transistor FET1 is turned off.

なお、ハイレベル(H)の信号は、一例としては、第1電位VDDと同じ電圧レベルの信号である。また、ローレベル(L)の信号は、一例としては、第2電位VSSと同じ電圧レベルの信号である。 Note that the high level (H) signal is, for example, a signal having the same voltage level as the first potential VDD. The low level (L) signal is, for example, a signal having the same voltage level as the second potential VSS.

なお図1(B)に示す回路のタイミングチャート図についても、図1(C)と同じように説明することができる。図1(A)に示す回路と図1(B)に示す回路とで異なる点は、出力信号OUTの電圧レベルを第2電位VSSに固定するためのトランジスタであるトランジスタFET2の導通状態を、トランジスタFET5及びトランジスタFET6で制御する点にある。トランジスタFET2の導通状態は、トランジスタFET5及びトランジスタFET6に与えられる第1の信号S及び第2の信号Rによる、トランジスタFET2のゲートの電圧レベルの切り替えにより、制御される。 Note that the timing chart of the circuit illustrated in FIG. 1B can be described in the same manner as in FIG. The difference between the circuit shown in FIG. 1A and the circuit shown in FIG. 1B is that the conduction state of the transistor FET2, which is a transistor for fixing the voltage level of the output signal OUT to the second potential VSS, It is in the point controlled by FET5 and transistor FET6. The conduction state of the transistor FET2 is controlled by switching the voltage level of the gate of the transistor FET2 by the first signal S and the second signal R applied to the transistor FET5 and the transistor FET6.

図1(C)に示したタイミングチャート図の動作は、図1(A)、(B)に示す各トランジスタの閾値電圧を跨いでハイレベル(H)又はローレベル(L)の信号を印加し、トランジスタに流れる電流を制御することで、所望の動作をさせることができる。一方でトランジスタの閾値電圧は、ゲートに印加される電圧によるストレスや、経時的なトランジスタの劣化に起因して、シフトする。 The operation of the timing chart shown in FIG. 1C applies a high level (H) or low level (L) signal across the threshold voltage of each transistor shown in FIGS. By controlling the current flowing through the transistor, a desired operation can be performed. On the other hand, the threshold voltage of the transistor shifts due to stress due to the voltage applied to the gate and deterioration of the transistor over time.

このトランジスタの閾値電圧がマイナス方向にシフトする場合、トランジスタはノーマリーオンになる。特にS値が大きいトランジスタでは、閾値電圧のシフト量が小さくてもノーマリーオンになる。ノーマリーオンのトランジスタで構成される順序回路では、ハイレベル(H)又はローレベル(L)の信号を印加することによって制御されるトランジスタに流れる電流量が変化するため、所望の出力パルスを得るために駆動するための最低必要な駆動電圧(最低駆動電圧)を予め高く設定する必要がある。 When the threshold voltage of this transistor shifts in the negative direction, the transistor is normally on. In particular, a transistor having a large S value is normally on even if the shift amount of the threshold voltage is small. In a sequential circuit composed of normally-on transistors, the amount of current flowing through the controlled transistor changes by applying a high-level (H) or low-level (L) signal, so that a desired output pulse is obtained. Therefore, it is necessary to set a minimum required drive voltage (minimum drive voltage) for driving in advance to be high.

ここで、前述のS値が大きいトランジスタにおける閾値電圧のシフトについて模式図を用いて説明する。併せて、S値が大きいトランジスタにおける閾値電圧のシフトについて模式図を用いて説明する。 Here, the shift of the threshold voltage in the above-described transistor having a large S value will be described with reference to a schematic diagram. In addition, a shift of the threshold voltage in a transistor having a large S value will be described with reference to a schematic diagram.

図2(A)では、横軸をゲート電圧Vg、縦軸をドレイン電流Idとした、S値が大きいトランジスタでのVg−IdカーブS_bを実線、S値が小さいトランジスタでのVg−IdカーブS_sを点線で示している。図2(A)では、閾値電圧がシフトする前のVg−Idカーブを示している。また、図2(B)でも、S値が大きいトランジスタでのVg−IdカーブS_bを実線、S値が小さいトランジスタでのVg−IdカーブS_sを点線で示している。図2(B)では、閾値電圧がシフトした後のVg−Idカーブを示している。 In FIG. 2A, the horizontal axis represents the gate voltage Vg, the vertical axis represents the drain current Id, the Vg-Id curve S_b for the transistor with a large S value is a solid line, and the Vg-Id curve S_s for a transistor with a small S value. Is indicated by a dotted line. FIG. 2A shows a Vg-Id curve before the threshold voltage is shifted. In FIG. 2B as well, the Vg-Id curve S_b for a transistor having a large S value is indicated by a solid line, and the Vg-Id curve S_s for a transistor having a small S value is indicated by a dotted line. FIG. 2B shows a Vg-Id curve after the threshold voltage has shifted.

図2(A)、(B)に示すように、S値が小さいトランジスタでは、同じ閾値電圧のシフト量であっても、ノーマリーオフの状態を保持できるのに対して、S値が大きいトランジスタでは、ノーマリーオンの状態となることがわかる。つまり、S値が大きいトランジスタで構成される順序回路では、ゲートに印加される電圧によるストレスや、経時的なトランジスタの劣化に起因してトランジスタに流れる電流量が変化するため、最低駆動電圧を予め高く設定する必要がある。 As shown in FIGS. 2A and 2B, a transistor having a small S value can maintain a normally-off state even with the same threshold voltage shift amount, whereas a transistor having a large S value. Then, it turns out that it will be in the state of normally on. In other words, in a sequential circuit composed of transistors having a large S value, the amount of current flowing through the transistor changes due to stress due to the voltage applied to the gate and deterioration of the transistor over time. It needs to be set high.

一方で本実施の形態で説明する、順序回路を構成する各トランジスタには、S値が小さいトランジスタを設けることを特徴とするものである。S値が小さいトランジスタは、閾値電圧のマイナス方向へのシフトが生じたとしても、S値が大きいトランジスタよりもノーマリーオンになりにくい。そのため、S値が小さいトランジスタで構成される順序回路では、ゲートに印加される電圧によるストレスや、経時的なトランジスタの劣化に起因してトランジスタに流れる電流量がほとんど変化しないため、最低駆動電圧が低いままでも動作することができる。 On the other hand, a transistor having a small S value is provided for each transistor included in the sequential circuit, which is described in this embodiment. A transistor with a small S value is less likely to be normally on than a transistor with a large S value, even if the threshold voltage shifts in the negative direction. For this reason, in a sequential circuit composed of transistors having a small S value, the amount of current flowing through the transistor hardly changes due to stress due to the voltage applied to the gate or deterioration of the transistor over time. It can operate even when it is low.

S値が小さいトランジスタを用いて最低駆動電圧を低くすることができる順序回路は、上述した図1(A)、(B)に示す順序回路でいえば、第1電位VDD及び第2電位VSSによって与えられる電源電圧を小さくすることができる。また、クロック信号の振幅電圧を小さくすることができる。また、第1の信号(S)及び第2の信号(R)の振幅電圧を小さくすることができる。そのためS値が小さいトランジスタを用いた順序回路は、消費電力を低減することができる。 The sequential circuit that can lower the minimum driving voltage by using a transistor having a small S value is based on the first potential VDD and the second potential VSS in the sequential circuits shown in FIGS. The supplied power supply voltage can be reduced. In addition, the amplitude voltage of the clock signal can be reduced. In addition, the amplitude voltage of the first signal (S) and the second signal (R) can be reduced. Therefore, a sequential circuit using a transistor having a small S value can reduce power consumption.

S値が小さいトランジスタは、S値が小さいほうが好ましいが、パルスを出力する負荷(配線)で必要な振幅電圧の値に応じて最適な範囲とすることが好ましい。具体的な小さいS値の範囲としては、0.7V/decade以下、さらには0.5V/decade以下が好適である。 A transistor having a small S value preferably has a small S value, but it is preferable that the transistor has an optimum range according to the value of the amplitude voltage required for the load (wiring) that outputs a pulse. As a specific range of small S values, 0.7 V / decade or less, and further 0.5 V / decade or less are suitable.

また、S値が0.7V/decade以下、さらには0.5V/decade以下であるトランジスタは、導通状態と非導通状態の切り換えであるスイッチングが速いために、導通状態から非導通状態、或いは非導通状態から導通状態への過渡状態にある期間が短く、それ故に、スイッチングに起因する電力損失を小さく抑えることができる。 In addition, a transistor having an S value of 0.7 V / decade or less, and further 0.5 V / decade or less is quickly switched between a conduction state and a non-conduction state. The period in the transition state from the conduction state to the conduction state is short, and therefore, power loss due to switching can be suppressed to a small level.

なおトランジスタのS値は、予めゲート絶縁膜を薄くすることである程度小さくすることが可能であるが、ゲート絶縁膜を極端に薄く形成することはトランジスタの耐圧等を考慮すると好ましくない。本実施の形態では、特に上記S値の低いトランジスタとして、例えばシリコンよりもバンドギャップの広い酸化物半導体を含むチャネル形成領域を有するトランジスタを適用することが好適である。 Note that the S value of the transistor can be reduced to some extent by thinning the gate insulating film in advance, but it is not preferable to form the gate insulating film extremely thin in consideration of the breakdown voltage of the transistor or the like. In this embodiment, for example, a transistor having a channel formation region including an oxide semiconductor having a wider band gap than silicon is preferably used as the transistor having a low S value.

酸化物半導体をチャネル領域に有するトランジスタを用いてS値が小さいトランジスタを作製することにより、アモルファスシリコン膜やポリシリコン膜といったシリコンを用いたトランジスタの場合と比べて、ゲート絶縁膜を厚く形成しても、上述した範囲でのS値とすることができる。 By forming a transistor having a small S value using a transistor having an oxide semiconductor in a channel region, a gate insulating film is formed thicker than that of a transistor using silicon such as an amorphous silicon film or a polysilicon film. Also, the S value can be set in the above-described range.

なお上記酸化物半導体としては、例えばIn系金属酸化物、Zn系金属酸化物、In−Zn系金属酸化物、又はIn−Ga−Zn系金属酸化物などを適用できる。また、上記In−Ga−Zn系金属酸化物に含まれるGaの一部若しくは全部の代わりに他の金属元素を含む金属酸化物を用いてもよい。 Note that as the oxide semiconductor, for example, an In-based metal oxide, a Zn-based metal oxide, an In—Zn-based metal oxide, an In—Ga—Zn-based metal oxide, or the like can be used. Alternatively, a metal oxide containing another metal element instead of part or all of Ga contained in the In—Ga—Zn-based metal oxide may be used.

以上説明したように、本実施の形態で説明した順序回路は、S値が小さいトランジスタを用いることで、最低駆動電圧を低減し、消費電力の低減を図ることができる。 As described above, the sequential circuit described in this embodiment can reduce the minimum driving voltage and power consumption by using a transistor with a small S value.

(実施の形態2)
本実施の形態では、上記実施の形態で説明したS値が小さいトランジスタを用いた順序回路及び該順序回路を用いたシフトレジスタについて説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, a sequential circuit using a transistor with a small S value described in the above embodiment and a shift register using the sequential circuit will be described.

まず、パルス信号出力回路、及びパルス信号出力回路を含むシフトレジスタの回路構成例について図3(A)乃至(C)を参照して説明する。 First, a circuit configuration example of a pulse signal output circuit and a shift register including the pulse signal output circuit will be described with reference to FIGS.

シフトレジスタは、第1のパルス信号出力回路10_1乃至第Nのパルス信号出力回路10_Nと、クロック信号CLKを伝達する信号線11乃至信号線14と、を有する(図3(A)参照)。信号線11にはクロック信号CLK1が与えられ、信号線12にはクロック信号CLK2が与えられ、信号線13にはクロック信号CLK3が与えられ、信号線14にクロック信号CLK4が与えられる。 Shift register includes a pulse signal output circuit 10 _N of the first pulse signal output circuit 10 _1 to the N, and the signal line 11 to the signal line 14 for transmitting a clock signal CLK, and a (see FIG. 3 (A)) . The signal line 11 is supplied with a clock signal CLK1, the signal line 12 is supplied with a clock signal CLK2, the signal line 13 is supplied with a clock signal CLK3, and the signal line 14 is supplied with a clock signal CLK4.

クロック信号は、一定の間隔でハイレベル(H)と、ローレベル(L)を繰り返す信号である。ここでは、クロック信号CLK1乃至クロック信号CLK4は、1/4周期ずつ遅延した信号とする。図3(A)乃至(C)に示す回路では、上記クロック信号を利用して、パルス信号出力回路の制御等を行う。なお、順序回路には、さらに複数のクロック信号を入力してもよい。 The clock signal is a signal that repeats a high level (H) and a low level (L) at regular intervals. Here, the clock signals CLK1 to CLK4 are signals delayed by a quarter cycle. In the circuits shown in FIGS. 3A to 3C, the pulse signal output circuit is controlled by using the clock signal. Note that a plurality of clock signals may be further input to the sequential circuit.

第1のパルス信号出力回路10_1乃至第Nのパルス信号出力回路10_Nは、それぞれ、入力端子21、入力端子22、入力端子23、入力端子24、入力端子25、出力端子26、及び出力端子27を有する(図3(B)参照)。 The first pulse signal output circuit 10_1 to the Nth pulse signal output circuit 10_N include an input terminal 21, an input terminal 22, an input terminal 23, an input terminal 24, an input terminal 25, an output terminal 26, and an output terminal, respectively. 27 (see FIG. 3B).

入力端子21、入力端子22、及び入力端子23は、信号線11乃至信号線14のいずれかに接続される。例えば、第1のパルス信号出力回路10_1において、入力端子21は信号線11に接続され、入力端子22が信号線12に接続され、入力端子23が信号線13に接続されている。また、第2のパルス信号出力回路10_2において、入力端子21が信号線12に接続され、入力端子22が信号線13に接続され、入力端子23が信号線14に接続されている。なお、ここでは、第Nのパルス信号出力回路10_Nと接続される信号線が、信号線12、信号線13、信号線14である場合を示しているが、第Nのパルス信号出力回路10_Nと接続される信号線は、Nの値によって異なるものになる。 The input terminal 21, the input terminal 22, and the input terminal 23 are connected to any one of the signal lines 11 to 14. For example, in the first pulse signal output circuit 10_1 , the input terminal 21 is connected to the signal line 11, the input terminal 22 is connected to the signal line 12, and the input terminal 23 is connected to the signal line 13. In the second pulse signal output circuit 10_2 , the input terminal 21 is connected to the signal line 12, the input terminal 22 is connected to the signal line 13, and the input terminal 23 is connected to the signal line 14. Note that here, the signal lines connected to the Nth pulse signal output circuit 10_N are the signal line 12, the signal line 13, and the signal line 14, but the Nth pulse signal output circuit 10_N is shown. The signal line connected to _N differs depending on the value of N.

また、本実施の形態で示すシフトレジスタの第kのパルス信号出力回路(kは3以上N以下の自然数)において、入力端子24は第(k−1)のパルス信号出力回路の出力端子26に接続され、入力端子25は第(k+2)のパルス信号出力回路の出力端子26に接続され、出力端子26は第(k+1)のパルス信号出力回路の入力端子24と、第(k−2)のパルス信号出力回路の入力端子25と、に接続され、出力端子27はOUT_kに信号を出力する。 In the k-th pulse signal output circuit (k is a natural number of 3 to N) of the shift register shown in this embodiment, the input terminal 24 is connected to the output terminal 26 of the (k−1) -th pulse signal output circuit. The input terminal 25 is connected to the output terminal 26 of the (k + 2) th pulse signal output circuit, the output terminal 26 is connected to the input terminal 24 of the (k + 1) th pulse signal output circuit, and the (k-2) th pulse signal output circuit. The output terminal 27 is connected to the input terminal 25 of the pulse signal output circuit, and outputs a signal to OUT_k.

また、第1のパルス信号出力回路10_1では、入力端子24に信号線15からのスタートパルス(SP1)が入力される。また、第(N−1)のパルス信号出力回路10_(N−1)では、スタートパルス(SP2)が入力端子25に入力される。また、第Nのパルス信号出力回路10_Nでは、スタートパルス(SP3)が入力端子25に入力される。なお、スタートパルス(SP2)及びスタートパルス(SP3)は、外部より入力される信号としてもよいし、回路内部で生成される信号としてもよい。 In the first pulse signal output circuit 10_1 , the start pulse (SP1) from the signal line 15 is input to the input terminal 24. In the (N−1) th pulse signal output circuit 10 _ (N−1) , the start pulse (SP 2) is input to the input terminal 25. In the Nth pulse signal output circuit 10_N , the start pulse (SP3) is input to the input terminal 25. Note that the start pulse (SP2) and the start pulse (SP3) may be signals input from the outside or signals generated inside the circuit.

次に、第1のパルス信号出力回路10_1乃至第Nのパルス信号出力回路10_Nの具体的な構成に関して説明する。 Next, specific structures of the first pulse signal output circuit 10_1 to the Nth pulse signal output circuit 10_N are described.

第1のパルス信号出力回路10_1乃至第Nのパルス信号出力回路10_Nの各々は、図3(C)に示すように、トランジスタ101乃至トランジスタ111で構成される。なお以下の説明では、トランジスタのゲートをゲート端子、ソース及びドレインの一方を第1の端子、ソース及びドレインの他方を第2の端子という。 Each of the first pulse signal output circuit 10_1 to the Nth pulse signal output circuit 10_N includes a transistor 101 to a transistor 111 as illustrated in FIG. In the following description, the gate of a transistor is referred to as a gate terminal, one of the source and the drain is referred to as a first terminal, and the other of the source and the drain is referred to as a second terminal.

図3(C)に示すパルス信号出力回路の構成ついて説明する。 A structure of the pulse signal output circuit illustrated in FIG. 3C is described.

トランジスタ101は、第1の端子が入力端子21と接続され、第2の端子が出力端子26と接続され、ゲート端子がトランジスタ107の第2の端子と接続されている。 The transistor 101 has a first terminal connected to the input terminal 21, a second terminal connected to the output terminal 26, and a gate terminal connected to the second terminal of the transistor 107.

トランジスタ102は、第1の端子が出力端子26と接続され、第2の端子が電源線31と接続され、ゲート端子がトランジスタ108の第2の端子と接続されている。 The transistor 102 has a first terminal connected to the output terminal 26, a second terminal connected to the power supply line 31, and a gate terminal connected to the second terminal of the transistor 108.

トランジスタ103は、第1の端子が入力端子21と接続され、第2の端子が出力端子27と接続され、ゲート端子がトランジスタ107の第2の端子と接続されている。 The transistor 103 has a first terminal connected to the input terminal 21, a second terminal connected to the output terminal 27, and a gate terminal connected to the second terminal of the transistor 107.

トランジスタ104は、第1の端子が出力端子27と接続され、第2の端子が電源線31と接続され、ゲート端子がトランジスタ108の第2の端子と接続されている。 The transistor 104 has a first terminal connected to the output terminal 27, a second terminal connected to the power supply line 31, and a gate terminal connected to the second terminal of the transistor 108.

トランジスタ105は、第1の端子が電源線32と接続され、第2の端子がトランジスタ106の第1の端子及びトランジスタ107の第1の端子と接続され、ゲート端子が入力端子24と接続されている。 The transistor 105 has a first terminal connected to the power supply line 32, a second terminal connected to the first terminal of the transistor 106 and the first terminal of the transistor 107, and a gate terminal connected to the input terminal 24. Yes.

トランジスタ106は、第1の端子がトランジスタ105の第2の端子及びトランジスタ107の第1の端子と接続され、第2の端子が電源線31と接続され、ゲート端子がトランジスタ108の第2の端子と接続されている。 The transistor 106 has a first terminal connected to the second terminal of the transistor 105 and the first terminal of the transistor 107, a second terminal connected to the power supply line 31, and a gate terminal connected to the second terminal of the transistor 108. Connected with.

トランジスタ107は、第1の端子がトランジスタ105の第2の端子及びトランジスタ106の第1の端子と接続され、第2の端子がトランジスタ101のゲート端子及びトランジスタ103のゲート端子と接続され、ゲート端子が電源線32と接続されている。 The transistor 107 has a first terminal connected to the second terminal of the transistor 105 and the first terminal of the transistor 106, a second terminal connected to the gate terminal of the transistor 101 and the gate terminal of the transistor 103, and a gate terminal. Is connected to the power line 32.

トランジスタ108は、第1の端子がトランジスタ110の第2の端子と接続され、第2の端子が、トランジスタ102のゲート端子、トランジスタ104のゲート端子、及びトランジスタ106のゲート端子と接続され、ゲート端子が入力端子22と接続されている。 The transistor 108 has a first terminal connected to the second terminal of the transistor 110, and a second terminal connected to the gate terminal of the transistor 102, the gate terminal of the transistor 104, and the gate terminal of the transistor 106. Is connected to the input terminal 22.

トランジスタ109は、第1の端子がトランジスタ108の第2の端子と接続され、第2の端子が電源線31と接続され、ゲート端子が入力端子24と接続されている。 The transistor 109 has a first terminal connected to the second terminal of the transistor 108, a second terminal connected to the power supply line 31, and a gate terminal connected to the input terminal 24.

トランジスタ110は、第1の端子が電源線32と接続され、第2の端子がトランジスタ108の第1の端子と接続され、ゲート端子が入力端子23と接続されている。 The transistor 110 has a first terminal connected to the power supply line 32, a second terminal connected to the first terminal of the transistor 108, and a gate terminal connected to the input terminal 23.

トランジスタ111は、第1の端子が電源線32と接続され、第2の端子がトランジスタ108の第2の端子と接続され、ゲート端子が入力端子25と接続されている。 The transistor 111 has a first terminal connected to the power supply line 32, a second terminal connected to the second terminal of the transistor 108, and a gate terminal connected to the input terminal 25.

上述したパルス信号出力回路の各構成は一例にすぎず、本発明の一態様がこれに限定されるものではない。 Each configuration of the pulse signal output circuit described above is merely an example, and one embodiment of the present invention is not limited thereto.

図3(C)におけるパルス信号出力回路が図3(A)に示す第1のパルス信号出力回路10_1の場合、入力端子21にはクロック信号CLK1が与えられ、入力端子22にはクロック信号CLK2が与えられ、入力端子23にはクロック信号CLK3が与えられ、入力端子24にはスタートパルスSP1が与えられ、入力端子25には、第3のパルス信号出力回路10_3の出力信号(SROUT_3と記す)が入力される。また、出力端子26から第1のパルス信号出力回路10_1の出力信号(SROUT_1と記す)が第2のパルス信号出力回路10_2の入力端子24に出力され、出力端子27から出力信号OUT_1が出力される。 When the pulse signal output circuit in FIG. 3C is the first pulse signal output circuit 10_1 illustrated in FIG. 3A, the clock signal CLK1 is supplied to the input terminal 21, and the clock signal CLK2 is input to the input terminal 22. is given, the clock signal CLK3 is supplied to the input terminal 23 is given a start pulse SP1 to the input terminal 24, the input terminal 25, referred to as a third pulse signal output circuit 10 _3 output signal (SROUT_3 ) Is entered. Further, from the output terminal 26 (referred to as SROUT_1) first pulse signal output circuit 10 _1 output signal is output to the input terminal 24 of the second pulse signal output circuit 10 _2, the output signal OUT_1 is output from the output terminal 27 Is done.

また、電源線31には第2電位VSSが与えられ、電源線32には第1電位VDDが与えられる。 The power supply line 31 is supplied with the second potential VSS, and the power supply line 32 is supplied with the first potential VDD.

次に、図3(A)乃至(C)に示すシフトレジスタの動作について図4に示すタイミングチャート図を参照して説明する。なお図4で説明するタイミングチャート図において、トランジスタ101乃至トランジスタ111は、全てnチャネル型のトランジスタとする。 Next, operation of the shift register illustrated in FIGS. 3A to 3C is described with reference to a timing chart in FIG. Note that in the timing chart shown in FIG. 4, the transistors 101 to 111 are all n-channel transistors.

図4に示すタイミングチャート中、CLK1乃至CLK4はそれぞれクロック信号を示し、SP1はスタートパルスを示し、OUT_1乃至OUT_Nは、第1のパルス信号出力回路10_1乃至第Nのパルス信号出力回路10_Nの出力端子27からの出力を示し、OUT_1乃至OUT_Nは、第1のパルス信号出力回路10_1乃至第Nのパルス信号出力回路10_Nの出力端子26からの出力信号を示す。 During timing chart shown in FIG. 4, CLK1 to CLK4 each represent clock signal, SP1 indicates a start pulse, OUT_1 to OUT_N is a pulse signal output circuit 10 _N of the first pulse signal output circuit 10 _1 through the N shows the output from the output terminal 27, OUT_1 to OUT_N shows the output signal from the first pulse signal output circuit 10 _1 to the pulse signal output circuit 10 _N output terminal 26 of the first N.

図4に示すように、図3(C)におけるパルス信号出力回路を用いたシフトレジスタは、第1電位VDD及び第2電位VSS、CLK1乃至CLK4、スタートパルスSP、並びに出力信号SROUT_1乃至SROUT_Nの信号に従って所望のパルスを順次出力信号OUT_1乃至OUT_Nとして得ることができる。 As shown in FIG. 4, the shift register using the pulse signal output circuit in FIG. 3C includes a first potential VDD and a second potential VSS, CLK1 to CLK4, a start pulse SP, and output signals SROUT_1 to SROUT_N. Accordingly, desired pulses can be sequentially obtained as output signals OUT_1 to OUT_N.

本実施の形態で説明する順序回路及び該シフトレジスタに用いるトランジスタ101乃至トランジスタ111は、実施の形態1で説明したようにS値の低いトランジスタとする。そのため、順序回路を駆動するための最低駆動電圧が低くても動作することができる。 The sequential circuits described in this embodiment and the transistors 101 to 111 used in the shift register are transistors with low S values as described in Embodiment 1. Therefore, the operation can be performed even if the minimum driving voltage for driving the sequential circuit is low.

S値が小さいトランジスタを用いて最低駆動電圧が低い順序回路は、上述した図3(A)乃至(C)に示す順序回路でいえば、第1電位VDD及び第2電位VSSによって与えられる電源電圧を小さくすることができる。またCLK1乃至CLK4の振幅電圧を小さくすることができる。またスタートパルスSPの振幅電圧を小さくすることができる。また出力信号SROUT_1乃至SROUT_Nの振幅電圧を小さくすることができる。そのためS値が小さいトランジスタを用いた順序回路は、消費電力を低減することができる。 A sequential circuit having a low minimum drive voltage using a transistor having a small S value is the power supply voltage given by the first potential VDD and the second potential VSS in the sequential circuits shown in FIGS. Can be reduced. Further, the amplitude voltage of CLK1 to CLK4 can be reduced. Further, the amplitude voltage of the start pulse SP can be reduced. In addition, the amplitude voltage of the output signals SROUT_1 to SROUT_N can be reduced. Therefore, a sequential circuit using a transistor having a small S value can reduce power consumption.

上記S値の低いトランジスタとしては、例えばシリコンよりもバンドギャップの広い酸化物半導体を含むチャネル形成領域を有するトランジスタを適用できる。 As the transistor having a low S value, for example, a transistor having a channel formation region including an oxide semiconductor having a wider band gap than silicon can be used.

なお、本発明の一態様は、図3(C)で示したパルス信号出力回路の構成において、全てのトランジスタにバックゲートを設け、閾値電圧を制御する構成としてもよい。このときバックゲートに印加する電圧は、第2電位VSSを用いてもよいし、トランジスタのソースの電位を用いてもよいし、トランジスタのゲートの電位を用いてもよい。また、トランジスタに応じて閾値電圧のシフト量を異ならせるために、バックゲートに印加する電位をトランジスタ毎に異ならせる構成としてもよい。 Note that in one embodiment of the present invention, in the structure of the pulse signal output circuit illustrated in FIG. 3C, a back gate may be provided for all the transistors to control the threshold voltage. At this time, the voltage applied to the back gate may be the second potential VSS, the source potential of the transistor, or the gate potential of the transistor. In addition, in order to change the shift amount of the threshold voltage depending on the transistor, the potential applied to the back gate may be different for each transistor.

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。 This embodiment can be implemented in appropriate combination with the structures described in the other embodiments.

(実施の形態3)
本実施の形態では、トランジスタのS値と最低駆動電圧の関係について、シミュレーションの結果を用いて説明する。
(Embodiment 3)
In this embodiment, the relationship between the S value of a transistor and the minimum drive voltage will be described using simulation results.

まず、ノーマリーオンの特性を得るための、S値と閾値電圧Vthの関係について、シミュレーションを用いて調べた。シミュレーションにおいて解析対象としたトランジスタの構造を、図10に示す。図10に示すトランジスタ300は、絶縁表面上にゲートとして機能する導電膜301と、導電膜301上に設けられたゲート絶縁膜302と、導電膜301と重なる位置においてゲート絶縁膜302上に設けられた半導体膜303と、半導体膜303上に設けられ、ソース電極として機能する導電膜304、及びドレイン電極として機能する導電膜305とを有する。本実施の形態では、トランジスタ300において、導電膜304と導電膜305の間において、ゲート絶縁膜302を間に挟んで導電膜301と重なる領域を、チャネル形成領域306と定義する。 First, the relationship between the S value and the threshold voltage Vth for obtaining normally-on characteristics was examined using simulation. A structure of a transistor to be analyzed in the simulation is shown in FIG. A transistor 300 illustrated in FIG. 10 is provided over the gate insulating film 302 in a position overlapping with the conductive film 301 functioning as a gate over the insulating surface, the gate insulating film 302 provided over the conductive film 301, and the conductive film 301. A semiconductor film 303; a conductive film 304 provided over the semiconductor film 303 and functioning as a source electrode; and a conductive film 305 functioning as a drain electrode. In this embodiment, a region which overlaps with the conductive film 301 between the conductive film 304 and the conductive film 305 with the gate insulating film 302 interposed therebetween is defined as a channel formation region 306 in the transistor 300.

なお、ゲート電圧Vgsは、ソース電極として機能する導電膜304の電位を基準としたときのゲートとして機能する導電膜301の電圧を意味する。 Note that the gate voltage Vgs means a voltage of the conductive film 301 functioning as a gate with reference to the potential of the conductive film 304 functioning as a source electrode.

そして、トランジスタ300は、導電膜301と、導電膜304または導電膜305とが、ゲート絶縁膜302及び半導体膜303を間に挟んで重なる領域の、キャリアが移動する方向における長さLovを、2μmとした。また、ゲート絶縁膜302は、比誘電率6.4で膜厚が450nmであるとした。なお、キャリアの移動する方向におけるチャネル形成領域の長さをチャネル長L、キャリアの移動する方向に対して垂直な方向におけるチャネル形成領域306の長さをチャネル幅Wとする。 In the transistor 300, the length Lov in the direction in which carriers move in a region where the conductive film 301 overlaps with the conductive film 304 or the conductive film 305 with the gate insulating film 302 and the semiconductor film 303 interposed therebetween is 2 μm. It was. The gate insulating film 302 is assumed to have a relative dielectric constant of 6.4 and a film thickness of 450 nm. Note that the length of the channel formation region in the carrier moving direction is the channel length L, and the length of the channel formation region 306 in the direction perpendicular to the carrier moving direction is the channel width W.

図5は、シミュレーションにより得られた、S値が0.3、0.5、0.7、1.2(V/decade)の場合における、ゲート電圧Vgsとドレイン電流Idsの関係を表すグラフである。図5では、横軸がゲート電圧Vgs(V)を示しており、縦軸がドレイン電流Ids(A)を示している。図5では、S値の値に合わせて閾値電圧Vthの値も変化させ、S値が上記いずれの値を有していてもトランジスタ300がノーマリーオフの特性を有するように、ドレイン電流Idsが立ち上がるときの電圧Vfを0Vに揃えている。 FIG. 5 is a graph showing the relationship between the gate voltage Vgs and the drain current Ids obtained when the S value is 0.3, 0.5, 0.7, 1.2 (V / decade), obtained by simulation. is there. In FIG. 5, the horizontal axis represents the gate voltage Vgs (V), and the vertical axis represents the drain current Ids (A). In FIG. 5, the value of the threshold voltage Vth is also changed in accordance with the value of the S value, and the drain current Ids is set so that the transistor 300 has a normally-off characteristic regardless of which value the S value has. The voltage Vf when rising is set to 0V.

なお、具体的に電圧Vfは、ゲート電圧Vgsに対するドレイン電流Idsの関係を示すグラフにおいて、傾きの変化が最も急峻となる接線と、最低のドレイン電流Idsに対応する目盛線と、が交差する点における電圧と、定義することができる。 Specifically, the voltage Vf is a point where the tangential line having the steepest change in the slope and the scale line corresponding to the lowest drain current Ids intersects in the graph showing the relationship of the drain current Ids to the gate voltage Vgs. Can be defined as the voltage at.

そして、上記トランジスタ300を用いた順序回路の最低駆動電圧を、シミュレーションにより求めた。シミュレーションに用いた順序回路の回路図を、図6に示す。図6に示す順序回路では、トランジスタM1乃至トランジスタM14が用いられている。シミュレーションにおいて用いた、各トランジスタのチャネル長Lとチャネル幅Wの値を、下記の表1に示す。 Then, the minimum driving voltage of the sequential circuit using the transistor 300 was obtained by simulation. A circuit diagram of the sequential circuit used in the simulation is shown in FIG. In the sequential circuit illustrated in FIG. 6, transistors M1 to M14 are used. The values of channel length L and channel width W of each transistor used in the simulation are shown in Table 1 below.

Figure 2014077997
Figure 2014077997

また、シミュレーションでは、電源電圧の99%にあたる電圧を振幅として有する出力信号OUTが得られる電源電圧を、最低駆動電圧として定義した。また、順序回路の駆動周波数は32kHzに設定した。 In the simulation, the power supply voltage at which an output signal OUT having a voltage corresponding to 99% of the power supply voltage as an amplitude is obtained is defined as the minimum drive voltage. The driving frequency of the sequential circuit was set to 32 kHz.

下記の表1に、シミュレーションにより得られた、電圧Vfが0Vになるよう調整したときの、S値と、閾値電圧Vthと、最低駆動電圧の関係を、下記の表2に示す。 Table 1 below shows the relationship between the S value, the threshold voltage Vth, and the minimum drive voltage when the voltage Vf is adjusted to 0 V, obtained by simulation.

Figure 2014077997
Figure 2014077997

表2に示すように、S値を小さくすると、それに合わせて閾値電圧Vthを低くできることが、シミュレーションにより分かった。また、閾値電圧Vthを低くすることで、最低駆動電圧を低くできることが分かった。具体的には、S値を0.7V/decade以下、さらには0.5V/decade以下とすることで、ノーマリーオフの特性を確保しつつ閾値電圧を低くすることができ、順序回路の最低駆動電圧を11V以上16V以下、さらには11V以上13V以下に納められることが分かった。 As shown in Table 2, it was found by simulation that the threshold voltage Vth can be lowered in accordance with the reduction of the S value. It has also been found that the minimum drive voltage can be lowered by lowering the threshold voltage Vth. Specifically, by setting the S value to 0.7 V / decade or lower, and further to 0.5 V / decade or lower, the threshold voltage can be lowered while ensuring the normally-off characteristics, and the minimum of the sequential circuit. It has been found that the drive voltage can be kept within the range of 11V to 16V, and further within the range of 11V to 13V.

また、図7に、シミュレーションにより得られた、閾値電圧Vthと最低駆動電圧との関係を示す。図7から、トランジスタ300の閾値電圧が低いほど、最低駆動電圧を低くできることが分かった。また、図8に、シミュレーションにより得られた、S値と、閾値電圧Vthとの関係を示す。電圧Vfの値を一定にしたとき、S値が小さいほど閾値電圧Vthを低くできることが分かった。また、図9に、シミュレーションにより得られた、S値と最低駆動電圧との関係を示す。図9から、S値が小さいほど、最低駆動電圧を低くできることが分かった。 FIG. 7 shows the relationship between the threshold voltage Vth and the minimum drive voltage obtained by simulation. FIG. 7 shows that the lower the threshold voltage of the transistor 300, the lower the minimum driving voltage can be. FIG. 8 shows the relationship between the S value and the threshold voltage Vth obtained by simulation. It has been found that when the value of the voltage Vf is constant, the threshold voltage Vth can be lowered as the S value decreases. FIG. 9 shows the relationship between the S value and the minimum drive voltage obtained by simulation. FIG. 9 shows that the minimum drive voltage can be lowered as the S value is smaller.

(実施の形態4)
図11(A)に、画素に設けられたトランジスタ201と、トランジスタ201に接続された導電膜203と、順序回路に設けられたトランジスタ202の断面構造を、一例として示す。
(Embodiment 4)
FIG. 11A illustrates a cross-sectional structure of the transistor 201 provided in the pixel, the conductive film 203 connected to the transistor 201, and the transistor 202 provided in the sequential circuit as an example.

図11(A)に示すトランジスタ201は、絶縁表面上に設けられた、ゲートとして機能する導電膜204と、導電膜204上の絶縁膜205と、絶縁膜205上において導電膜204と重なる位置に設けられた半導体膜206と、半導体膜206上においてソースまたはドレインとして機能する導電膜207及び導電膜208と、を有する。また、図11(A)では、半導体膜206、導電膜207及び導電膜208上に、絶縁膜209及び絶縁膜210が、順に積層するように設けられている。トランジスタ201は、絶縁膜209及び絶縁膜210をその構成要素に含んでいても良い。 A transistor 201 illustrated in FIG. 11A includes a conductive film 204 serving as a gate provided over an insulating surface, an insulating film 205 over the conductive film 204, and a position overlapping with the conductive film 204 over the insulating film 205. The semiconductor film 206 is provided, and the conductive film 207 and the conductive film 208 functioning as a source or a drain over the semiconductor film 206. In FIG. 11A, an insulating film 209 and an insulating film 210 are sequentially stacked over the semiconductor film 206, the conductive film 207, and the conductive film 208. The transistor 201 may include the insulating film 209 and the insulating film 210 as its components.

また、図11(A)に示すトランジスタ202は、絶縁表面上に設けられた、ゲートとして機能する導電膜212と、導電膜212上の絶縁膜205と、絶縁膜205上において導電膜212と重なる位置に設けられた半導体膜213と、半導体膜213上においてソースまたはドレインとして機能する導電膜214及び導電膜215と、を有する。また、図11(A)では、半導体膜213、導電膜214及び導電膜215上に、絶縁膜209及び絶縁膜210が、順に積層するように設けられている。トランジスタ202は、絶縁膜209及び絶縁膜210をその構成要素に含んでいても良い。 In addition, the transistor 202 illustrated in FIG. 11A overlaps with the conductive film 212 which is provided over the insulating surface and functions as a gate, the insulating film 205 over the conductive film 212, and the conductive film 212 over the insulating film 205. A semiconductor film 213 provided at a position; and a conductive film 214 and a conductive film 215 which function as a source or a drain over the semiconductor film 213. In FIG. 11A, an insulating film 209 and an insulating film 210 are sequentially stacked over the semiconductor film 213, the conductive film 214, and the conductive film 215. The transistor 202 may include the insulating film 209 and the insulating film 210 as its components.

なお、表示装置は、動作に必要な電圧が集積回路よりも高い傾向にある。よって、表示装置に用いられるトランジスタは、集積回路に用いられるトランジスタに比べて、耐圧性の高さが求められる。耐圧性を確保し、なおかつ60Hz程度の画素部における駆動周波数を確保するためには、絶縁膜205に酸化珪素、窒化酸化珪素、または酸化窒化珪素などを用いる場合、その膜厚を150nm以上500nm以下、さらには200nm以上500nm以下、さらには250nm以上500nm以下とするのが望ましい。なお、酸化物半導体膜にチャネル形成領域を有するトランジスタは、アモルファスシリコン膜やポリシリコン膜といったシリコンにチャネル形成領域を有するトランジスタに比べて、ゲート絶縁膜を厚く形成しても、S値を小さく抑えることができる。よって、ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜205の厚さを上記範囲内に収めても、トランジスタ201、トランジスタ202のS値を、0.7V/decade以下、さらには0.5V/decade以下に収めることができる。 Note that a display device tends to have a higher voltage required for operation than an integrated circuit. Thus, a transistor used for a display device is required to have higher withstand voltage than a transistor used for an integrated circuit. In order to secure a withstand voltage and secure a driving frequency in the pixel portion of about 60 Hz, when silicon oxide, silicon nitride oxide, silicon oxynitride, or the like is used for the insulating film 205, the film thickness is 150 nm to 500 nm. Furthermore, it is desirable that the thickness be 200 nm or more and 500 nm or less, and further 250 nm or more and 500 nm or less. Note that in a transistor having a channel formation region in an oxide semiconductor film, the S value is suppressed even when the gate insulating film is formed thicker than a transistor having a channel formation region in silicon such as an amorphous silicon film or a polysilicon film. be able to. Therefore, even when the thickness of the insulating film 205 functioning as a gate insulating film is within the above range, the S values of the transistors 201 and 202 are 0.7 V / decade or lower, and further 0.5 V / decade or lower. be able to.

そして、絶縁膜209及び絶縁膜210上には、樹脂を用いた絶縁膜211が設けられている。そして、絶縁膜209、絶縁膜210、及び絶縁膜211には開口部が設けられており、絶縁膜211上には、当該開口部において導電膜207に接続された導電膜203が設けられている。導電膜203は、表示素子の電極として機能する。 An insulating film 211 using a resin is provided over the insulating film 209 and the insulating film 210. An opening is provided in the insulating film 209, the insulating film 210, and the insulating film 211, and the conductive film 203 connected to the conductive film 207 in the opening is provided over the insulating film 211. . The conductive film 203 functions as an electrode of the display element.

例えば、液晶素子は一対の電極と、一対の電極により電界が加えられる液晶層とを有する。よって、表示素子が液晶素子である場合、一対の電極の一方として機能する導電膜203に加え、一対の電極の他方として機能する導電膜と、液晶層とを、絶縁膜211上に設ければよい。 For example, the liquid crystal element includes a pair of electrodes and a liquid crystal layer to which an electric field is applied by the pair of electrodes. Therefore, in the case where the display element is a liquid crystal element, in addition to the conductive film 203 functioning as one of the pair of electrodes, the conductive film functioning as the other of the pair of electrodes and the liquid crystal layer may be provided over the insulating film 211. Good.

なお、発光素子は、LED(Light Emitting Diode)やOLED(Organic Light Emitting Diode)などの、電流または電圧によって輝度が制御される素子をその範疇に含んでいる。例えば、OLEDは、EL層と、アノードと、カソードとを少なくとも有している。EL層はアノードとカソードの間に設けられた単層または複数の層で構成されており、これらの層の中に、発光性の物質を含む発光層を少なくとも含んでいる。表示素子がOLEDである場合、アノードまたはカソードの一方として機能する導電膜203に加え、アノードまたはカソードの他方として機能する導電膜と、EL層とを、絶縁膜211上に設ければよい。 Note that the light-emitting element includes, in its category, an element whose luminance is controlled by current or voltage, such as an LED (Light Emitting Diode) or an OLED (Organic Light Emitting Diode). For example, the OLED has at least an EL layer, an anode, and a cathode. The EL layer includes a single layer or a plurality of layers provided between the anode and the cathode, and includes at least a light-emitting layer containing a light-emitting substance in these layers. In the case where the display element is an OLED, a conductive film functioning as the other of the anode or the cathode and an EL layer may be provided over the insulating film 211 in addition to the conductive film 203 functioning as the anode or the cathode.

EL層は、カソードとアノード間の電位差が、発光素子の閾値電圧Vthe以上になったときに供給される電流により、エレクトロルミネッセンスが得られる層である。エレクトロルミネッセンスには、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光(蛍光)と三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光(リン光)とが含まれる。 The EL layer is a layer in which electroluminescence can be obtained by a current supplied when the potential difference between the cathode and the anode becomes equal to or higher than the threshold voltage Vthe of the light emitting element. Electroluminescence includes light emission (fluorescence) when returning from the singlet excited state to the ground state and light emission (phosphorescence) when returning from the triplet excited state to the ground state.

絶縁膜211に樹脂を用いることで、導電膜203の被形成表面に凹凸が生じるのを防ぐ、すなわち、導電膜203の被形成表面の平坦性を高めることができる。 By using a resin for the insulating film 211, the formation surface of the conductive film 203 can be prevented from being uneven, that is, the flatness of the formation surface of the conductive film 203 can be improved.

具体的に、絶縁膜211として、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリイミド、ポリアミド等の有機材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、シリコーン樹脂等を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、より平坦性の高い絶縁膜211を形成することができる。 Specifically, an organic material such as an acrylic resin, an epoxy resin, a benzocyclobutene resin, polyimide, or polyamide can be used for the insulating film 211. In addition to the organic material, a silicone resin or the like can be used. Note that the insulating film 211 with higher flatness can be formed by stacking a plurality of insulating films formed using these materials.

また、導電膜203として、酸化インジウム、酸化インジウム−酸化スズ(ITO:Indium Tin Oxide)、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛(Indium Zinc Oxide)、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム、窒素を含ませたAl−Zn系酸化物半導体、窒素を含ませたZn系酸化物半導体、窒素を含ませたSn−Zn系酸化物半導体、金(Au)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、チタン(Ti)の他、元素周期表の第1族または第2族に属する元素、すなわちリチウム(Li)やセシウム(Cs)等のアルカリ金属、およびマグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金(MgAg、AlLi)、ユウロピウム(Eu)、イッテルビウム(Yb)等の希土類金属およびこれらを含む合金などを用いることができる。なお、導電膜203は、例えばスパッタリング法や蒸着法(真空蒸着法を含む)等により上記材料を用いて導電膜を形成した後、フォトリソグラフィ法を用いたエッチングにより当該導電膜を所望の形状に加工することで、形成することができる。 As the conductive film 203, indium oxide, indium oxide-tin oxide (ITO), indium oxide-tin oxide containing silicon or silicon oxide, indium zinc-oxide (indium zinc oxide), tungsten oxide, and the like are used. Indium oxide containing zinc oxide, Al—Zn-based oxide semiconductor containing nitrogen, Zn-containing oxide semiconductor containing nitrogen, Sn—Zn-based oxide semiconductor containing nitrogen, gold (Au), Platinum (Pt), nickel (Ni), tungsten (W), chromium (Cr), molybdenum (Mo), iron (Fe), cobalt (Co), copper (Cu), palladium (Pd), titanium (Ti) Other elements belonging to Group 1 or Group 2 of the Periodic Table of Elements, that is, lithium (Li) or cesium (Cs) Alkali metals and alkaline earth metals such as magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), and alloys containing these (MgAg, AlLi), europium (Eu), ytterbium (Yb), and other rare earth metals And alloys containing these can be used. Note that the conductive film 203 is formed using the above-described material by, for example, a sputtering method or an evaporation method (including a vacuum evaporation method), and then the conductive film is formed into a desired shape by etching using a photolithography method. It can be formed by processing.

絶縁膜210は、化学量論的組成以上の酸素が含まれており、加熱により上記酸素の一部を半導体膜206及び半導体膜213に供給する機能を有する絶縁膜であることが望ましい。また、絶縁膜210は、欠陥が少ないことが好ましく、代表的には、ESR測定により、シリコンのダングリングボンドに由来するg=2.001に現れる信号のスピン密度が1×1018spins/cm以下であることが好ましい。ただし、絶縁膜210を半導体膜206及び半導体膜213上に直接設けると、絶縁膜210の形成時に半導体膜206及び半導体膜213にダメージが与えられる場合、図11(A)に示すように、絶縁膜209を半導体膜206及び半導体膜213と絶縁膜210の間に設けると良い。絶縁膜209は、その形成時に半導体膜206に与えるダメージが絶縁膜210の場合よりも小さく、なおかつ、酸素を透過する機能を有する絶縁膜であることが望ましい。ただし、半導体膜206及び半導体膜213に与えられるダメージを小さく抑えつつ、半導体膜206及び半導体膜213上に直接絶縁膜210を形成することができるのであれば、絶縁膜209は必ずしも設けなくとも良い。 The insulating film 210 contains oxygen having a stoichiometric composition or higher, and is preferably an insulating film having a function of supplying part of the oxygen to the semiconductor film 206 and the semiconductor film 213 by heating. The insulating film 210 preferably has few defects. Typically, the ESR measurement indicates that the spin density of a signal appearing at g = 2.001 derived from a dangling bond of silicon is 1 × 10 18 spins / cm. It is preferable that it is 3 or less. However, when the insulating film 210 is provided directly over the semiconductor film 206 and the semiconductor film 213, the semiconductor film 206 and the semiconductor film 213 are damaged when the insulating film 210 is formed, as illustrated in FIG. The film 209 is preferably provided between the semiconductor film 206 and the semiconductor film 213 and the insulating film 210. The insulating film 209 is desirably an insulating film that has a smaller damage to the semiconductor film 206 during formation than the insulating film 210 and has a function of transmitting oxygen. Note that the insulating film 209 is not necessarily provided as long as the insulating film 210 can be formed directly over the semiconductor film 206 and the semiconductor film 213 while suppressing damage to the semiconductor film 206 and the semiconductor film 213. .

絶縁膜209は、欠陥が少ないことが好ましく、代表的には、ESR測定により、シリコンのダングリングボンドに由来するg=2.001に現れる信号のスピン密度が3×1017spins/cm以下であることが好ましい。これは、絶縁膜209に含まれる欠陥密度が多いと、当該欠陥に酸素が結合してしまい、絶縁膜209における酸素の透過率が減少してしまうためである。 The insulating film 209 preferably has few defects. Typically, a spin density of a signal appearing at g = 2.001 derived from a dangling bond of silicon is 3 × 10 17 spins / cm 3 or less by ESR measurement. It is preferable that This is because when the density of defects included in the insulating film 209 is large, oxygen is bonded to the defects and the oxygen transmittance in the insulating film 209 is reduced.

また、絶縁膜209との界面近傍における半導体膜206及び半導体膜213には、欠陥が少ないことが好ましく、代表的には、磁場の向きを膜面に対して平行に印加したESR測定により、半導体膜206及び半導体膜213に用いられる酸化物半導体中の酸素欠損に由来するg=1.93に現れる信号のスピン密度が1×1017spins/cm以下、更には検出下限以下であることが好ましい。 In addition, the semiconductor film 206 and the semiconductor film 213 in the vicinity of the interface with the insulating film 209 preferably have few defects. Typically, the semiconductor film 206 and the semiconductor film 213 are typically formed by ESR measurement in which a magnetic field direction is applied in parallel to the film surface. The spin density of the signal appearing at g = 1.93 derived from oxygen vacancies in the oxide semiconductor used for the film 206 and the semiconductor film 213 is 1 × 10 17 spins / cm 3 or less, and further, the detection limit or less. preferable.

絶縁膜210から半導体膜206または半導体膜213に酸素が供給されることで、半導体膜206または半導体膜213中の酸素欠損の量を低減させることができる。 By supplying oxygen from the insulating film 210 to the semiconductor film 206 or the semiconductor film 213, the amount of oxygen vacancies in the semiconductor film 206 or the semiconductor film 213 can be reduced.

具体的に、絶縁膜209として、厚さが5nm以上150nm以下、好ましくは5nm以上50nm以下、好ましくは10nm以上30nm以下の酸化シリコン、酸化窒化シリコン等を用いることができる。また、絶縁膜210として、厚さが30nm以上500nm以下、好ましくは150nm以上400nm以下の、酸化シリコン、酸化窒化シリコン等を用いることができる。 Specifically, silicon oxide, silicon oxynitride, or the like with a thickness of 5 nm to 150 nm, preferably 5 nm to 50 nm, preferably 10 nm to 30 nm can be used for the insulating film 209. As the insulating film 210, silicon oxide, silicon oxynitride, or the like with a thickness of 30 nm to 500 nm, preferably 150 nm to 400 nm can be used.

絶縁膜209として用いる酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜は、例えば、プラズマCVD装置の真空排気された処理室内に載置された基板を180℃以上400℃以下、さらに好ましくは200℃以上370℃以下に保持し、処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を20Pa以上250Pa以下、さらに好ましくは40Pa以上200Pa以下とし、処理室内に設けられる電極に高周波電力を供給する条件により、形成することができる。 The silicon oxide film or the silicon oxynitride film used as the insulating film 209 is, for example, a substrate placed in a evacuated processing chamber of a plasma CVD apparatus at 180 ° C to 400 ° C, more preferably 200 ° C to 370 ° C. And the pressure in the processing chamber is set to 20 Pa or more and 250 Pa or less, more preferably 40 Pa or more and 200 Pa or less, and the high pressure power is supplied to the electrode provided in the processing chamber. Can do.

絶縁膜209の原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。 As a source gas for the insulating film 209, a deposition gas containing silicon and an oxidation gas are preferably used. Typical examples of the deposition gas containing silicon include silane, disilane, trisilane, and fluorinated silane. Examples of the oxidizing gas include oxygen, ozone, dinitrogen monoxide, and nitrogen dioxide.

上記条件を用いることで、絶縁膜209として酸素を透過する酸化絶縁膜を形成することができる。また、絶縁膜209を設けることで、後に形成する絶縁膜210の形成工程において、半導体膜206及び半導体膜213へのダメージを低減させることができる。 By using the above conditions, an oxide insulating film that transmits oxygen can be formed as the insulating film 209. In addition, by providing the insulating film 209, damage to the semiconductor film 206 and the semiconductor film 213 can be reduced in a step of forming the insulating film 210 to be formed later.

なお、シリコンを含む堆積性気体に対する酸化性気体の量を100倍以上とすることで、絶縁膜209に含まれる水素含有量を低減することが可能であると共に、絶縁膜209に含まれるダングリングボンドを低減することができる。絶縁膜210から移動する酸素は、絶縁膜209に含まれるダングリングボンドによって捕獲される場合があるため、化学量論的組成よりも多くの酸素を有する絶縁膜210に含まれる酸素を効率よく半導体膜206及び半導体膜213へ移動させ、半導体膜206及び半導体膜213に含まれる酸素欠損を補填することが可能である。この結果、半導体膜206及び半導体膜213に混入する水素量を低減できると共に酸化物半導体膜に含まれる酸素欠損を低減させることが可能であるため、トランジスタ201及びトランジスタ202の閾値電圧のマイナスシフトを抑制することができる。 Note that the hydrogen content in the insulating film 209 can be reduced and the dangling in the insulating film 209 can be reduced by increasing the amount of the oxidizing gas with respect to the deposition gas containing silicon by 100 times or more. Bonds can be reduced. Since oxygen transferred from the insulating film 210 may be trapped by dangling bonds included in the insulating film 209, oxygen contained in the insulating film 210 having more oxygen than the stoichiometric composition is efficiently converted into a semiconductor. It is possible to move to the film 206 and the semiconductor film 213 to fill oxygen vacancies contained in the semiconductor film 206 and the semiconductor film 213. As a result, the amount of hydrogen mixed in the semiconductor film 206 and the semiconductor film 213 can be reduced and oxygen vacancies in the oxide semiconductor film can be reduced. Therefore, the threshold voltages of the transistors 201 and 202 are negatively shifted. Can be suppressed.

具体的に、絶縁膜209として、流量20sccmのシラン及び流量3000sccmの一酸化二窒素を原料ガスとし、処理室の圧力を40Pa、基板温度を220℃とし、27.12MHzの高周波電源を用いて100Wの高周波電力を平行平板電極に供給したプラズマCVD法により、厚さ50nmの酸化窒化シリコン膜を形成する。なお、プラズマCVD装置は電極面積が6000cmである平行平板型のプラズマCVD装置であり、供給した電力を単位面積あたりの電力(電力密度)に換算すると1.6×10−2W/cmである。当該条件により、酸素を透過する酸化窒化シリコン膜を形成することができる。 Specifically, as the insulating film 209, silane having a flow rate of 20 sccm and dinitrogen monoxide having a flow rate of 3000 sccm are used as a source gas, the pressure in the processing chamber is set to 40 Pa, the substrate temperature is set to 220 ° C., and a high-frequency power source of 27.12 MHz is used. A silicon oxynitride film having a thickness of 50 nm is formed by a plasma CVD method in which high-frequency power is supplied to parallel plate electrodes. In the plasma CVD apparatus is a plasma CVD apparatus of a parallel plate type electrode area is 6000 cm 2, is converted to electric power supplied per unit area (power density) 1.6 × 10 -2 W / cm 2 It is. Under such conditions, a silicon oxynitride film that transmits oxygen can be formed.

また、絶縁膜210として用いる酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜は、例えば、プラズマCVD装置の真空排気された処理室内に載置された基板を180℃以上260℃以下、さらに好ましくは180℃以上230℃以下に保持し、処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を100Pa以上250Pa以下、さらに好ましくは100Pa以上200Pa以下とし、処理室内に設けられる電極に0.17W/cm以上0.5W/cm以下、さらに好ましくは0.25W/cm以上0.35W/cm以下の高周波電力を供給する条件により、形成することができる。 The silicon oxide film or the silicon oxynitride film used as the insulating film 210 is, for example, a substrate placed in a vacuum evacuated processing chamber of a plasma CVD apparatus at 180 ° C. to 260 ° C., more preferably 180 ° C. to 230 ° C. The pressure in the processing chamber is set to 100 Pa or more and 250 Pa or less, more preferably 100 Pa or more and 200 Pa or less by introducing the raw material gas into the processing chamber, and the electrode provided in the processing chamber is 0.17 W / cm 2 or more and 0.00. 5W / cm 2 or less, more preferably be the conditions for supplying high-frequency power of 0.25 W / cm 2 or more 0.35 W / cm 2 or less, it is formed.

絶縁膜210の成膜条件として、上記圧力の反応室において上記パワー密度の高周波電力を供給することで、プラズマ中で原料ガスの分解効率が高まり、酸素ラジカルが増加し、原料ガスの酸化が進むため、絶縁膜210中における酸素含有量が化学量論的組成よりも多くなる。しかしながら、基板温度が、上記温度であると、シリコンと酸素の結合力が弱いため、加熱により酸素の一部が脱離する。この結果、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含み、加熱により酸素の一部が脱離する酸化絶縁膜を形成することができる。また、半導体膜206及び半導体膜213上に絶縁膜209が設けられている。このため、絶縁膜210の形成工程において、絶縁膜209が半導体膜206及び半導体膜213の保護膜となる。この結果、半導体膜206及び半導体膜213へのダメージを低減しつつ、パワー密度の高い高周波電力を用いて絶縁膜210を形成することができる。 As the conditions for forming the insulating film 210, by supplying high-frequency power with the above power density in the reaction chamber at the above pressure, the decomposition efficiency of the source gas in plasma is increased, the oxygen radicals are increased, and the oxidation of the source gas proceeds. Therefore, the oxygen content in the insulating film 210 is higher than the stoichiometric composition. However, when the substrate temperature is the above temperature, since the bonding force between silicon and oxygen is weak, part of oxygen is desorbed by heating. As a result, an oxide insulating film containing more oxygen than that in the stoichiometric composition and from which part of oxygen is released by heating can be formed. An insulating film 209 is provided over the semiconductor film 206 and the semiconductor film 213. Therefore, in the formation process of the insulating film 210, the insulating film 209 serves as a protective film for the semiconductor film 206 and the semiconductor film 213. As a result, the insulating film 210 can be formed using high-frequency power with high power density while reducing damage to the semiconductor film 206 and the semiconductor film 213.

具体的に、絶縁膜210として、流量160sccmのシラン及び流量4000sccmの一酸化二窒素を原料ガスとし、反応室の圧力を200Pa、基板温度を220℃とし、27.12MHzの高周波電源を用いて1500Wの高周波電力を平行平板電極に供給したプラズマCVD法により、厚さ400nmの酸化窒化シリコン膜を形成する。なお、プラズマCVD装置は電極面積が6000cmである平行平板型のプラズマCVD装置であり、供給した電力を単位面積あたりの電力(電力密度)に換算すると2.5×10−1W/cmである。 Specifically, as the insulating film 210, silane with a flow rate of 160 sccm and dinitrogen monoxide with a flow rate of 4000 sccm are used as the source gas, the pressure in the reaction chamber is 200 Pa, the substrate temperature is 220 ° C., and 1500 W using a 27.12 MHz high-frequency power source. A silicon oxynitride film having a thickness of 400 nm is formed by a plasma CVD method in which high-frequency power is supplied to parallel plate electrodes. In the plasma CVD apparatus is a plasma CVD apparatus of a parallel plate type electrode area is 6000 cm 2, is converted to electric power supplied per unit area (power density) 2.5 × 10 -1 W / cm 2 It is.

そして、絶縁膜209及び絶縁膜210を形成した後、加熱処理を行うことが望ましい。該加熱処理の温度は、代表的には、150℃以上基板歪み点未満、好ましくは200℃以上450℃以下、更に好ましくは300℃以上450℃以下とする。 Then, after the insulating film 209 and the insulating film 210 are formed, heat treatment is preferably performed. The temperature of the heat treatment is typically 150 ° C. or higher and lower than the substrate strain point, preferably 200 ° C. or higher and 450 ° C. or lower, more preferably 300 ° C. or higher and 450 ° C. or lower.

該加熱処理は、電気炉、RTA装置等を用いることができる。RTA装置を用いることで、短時間に限り、基板の歪み点以上の温度で熱処理を行うことができる。そのため加熱処理時間を短縮することができる。 For the heat treatment, an electric furnace, an RTA apparatus, or the like can be used. By using the RTA apparatus, heat treatment can be performed at a temperature equal to or higher than the strain point of the substrate for a short time. Therefore, the heat treatment time can be shortened.

加熱処理は、窒素、酸素、超乾燥空気(水の含有量が20ppm以下、好ましくは1ppm以下、好ましくは10ppb以下の空気)、または希ガス(アルゴン、ヘリウム等)の雰囲気下で行えばよい。なお、上記窒素、酸素、超乾燥空気、または希ガスに水素、水等が含まれないことが好ましい。 The heat treatment may be performed in an atmosphere of nitrogen, oxygen, ultra-dry air (air with a water content of 20 ppm or less, preferably 1 ppm or less, preferably 10 ppb or less), or a rare gas (such as argon or helium). Note that it is preferable that hydrogen, water, and the like be not contained in the nitrogen, oxygen, ultra-dry air, or the rare gas.

具体的には、例えば、窒素及び酸素雰囲気で、350℃、1時間の加熱処理を行うと良い。 Specifically, for example, heat treatment may be performed at 350 ° C. for one hour in a nitrogen and oxygen atmosphere.

以上の工程により、閾値電圧のマイナスシフトを抑制した、優れた電気的特性を有するトランジスタを作製することができる。また、経時変化や光BTストレス試験による電気的特性の変動の少ない、代表的には閾値電圧の変動が0V以上2.5V以下である、信頼性の高いトランジスタを作製することができる。 Through the above process, a transistor having excellent electrical characteristics in which a minus shift of the threshold voltage is suppressed can be manufactured. Further, a highly reliable transistor with little change in electrical characteristics due to a change with time or an optical BT stress test, typically a change in threshold voltage of 0 V to 2.5 V can be manufactured.

次いで、図11(B)に、図11(A)に示した断面構造に、さらに絶縁膜210と絶縁膜211の間に絶縁膜217を設けた場合の、トランジスタ201と、トランジスタ201に接続された導電膜203と、トランジスタ202の断面構造を、一例として示す。絶縁膜217は、酸素、水素、水の拡散を防ぐブロッキング効果を有することが、望ましい。或いは、絶縁膜217は、水素、水の拡散を防ぐブロッキング効果を有することが、望ましい。 Next, in FIG. 11B, the transistor 201 is connected to the transistor 201 in the case where the insulating film 217 is provided between the insulating film 210 and the insulating film 211 in the cross-sectional structure illustrated in FIG. A cross-sectional structure of the conductive film 203 and the transistor 202 is shown as an example. The insulating film 217 desirably has a blocking effect that prevents diffusion of oxygen, hydrogen, and water. Alternatively, the insulating film 217 desirably has a blocking effect that prevents diffusion of hydrogen and water.

絶縁膜は、密度が高くて緻密である程、また未結合手が少なく化学的に安定である程、より高いブロッキング効果を示す。酸素、水素、水のブロッキング効果を示す絶縁膜は、例えば、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム等を用いて、形成することができる。水素、水のブロッキング効果を示す絶縁膜は、例えば、窒化シリコン、窒化酸化シリコン等を用いることができる。 The insulating film exhibits a higher blocking effect as it is denser and denser, and as it is chemically stable with fewer dangling bonds. The insulating film showing the blocking effect of oxygen, hydrogen, and water is formed using, for example, aluminum oxide, aluminum oxynitride, gallium oxide, gallium oxynitride, yttrium oxide, yttrium oxynitride, hafnium oxide, hafnium oxynitride, or the like. be able to. For example, silicon nitride, silicon nitride oxide, or the like can be used as the insulating film exhibiting a blocking effect of hydrogen and water.

絶縁膜217が水、水素などのブロッキング効果を有する場合、樹脂を用いた絶縁膜211や、パネルの外部に存在する水、水素などの不純物が、半導体膜206または半導体膜213に侵入するのを防ぐことができる。半導体膜206または半導体膜213に酸化物半導体を用いる場合、酸化物半導体に侵入した水または水素の一部は電子供与体(ドナー)となるため、上記ブロッキング効果を有する絶縁膜217を用いることで、トランジスタ201及びトランジスタ202の閾値電圧がドナーの生成によりシフトするのを防ぐことができる。 In the case where the insulating film 217 has a blocking effect on water, hydrogen, and the like, the insulating film 211 using a resin and impurities such as water and hydrogen existing outside the panel enter the semiconductor film 206 or the semiconductor film 213. Can be prevented. In the case where an oxide semiconductor is used for the semiconductor film 206 or the semiconductor film 213, part of water or hydrogen that has penetrated into the oxide semiconductor becomes an electron donor (donor); thus, the insulating film 217 having the blocking effect is used. The threshold voltages of the transistor 201 and the transistor 202 can be prevented from shifting due to generation of donors.

また、半導体膜206または半導体膜213に酸化物半導体を用いる場合、絶縁膜217が酸素のブロッキング効果を有することで、酸化物半導体からの酸素が外部に拡散するのを防ぐことができる。よって、酸化物半導体中において、ドナーとなる酸素欠損が低減されるので、トランジスタ201及びトランジスタ202の閾値電圧がドナーの生成によりシフトするのを防ぐことができる。 In the case where an oxide semiconductor is used for the semiconductor film 206 or the semiconductor film 213, the insulating film 217 has an oxygen blocking effect; thus, oxygen from the oxide semiconductor can be prevented from diffusing to the outside. Thus, oxygen vacancies serving as donors in the oxide semiconductor are reduced, so that the threshold voltages of the transistors 201 and 202 can be prevented from being shifted due to generation of donors.

また、絶縁膜217と絶縁膜211の密着性が、絶縁膜210と絶縁膜211の密着性よりも高い場合、絶縁膜217を用いることで、絶縁膜211の剥離を防ぐことができる。 In addition, when the adhesiveness between the insulating film 217 and the insulating film 211 is higher than the adhesiveness between the insulating film 210 and the insulating film 211, the insulating film 217 can be used to prevent the insulating film 211 from peeling.

酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する絶縁膜217としては、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム等を用いることができる。また、水素、水等のブロッキング効果を有する絶縁膜217としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン等を用いることができる。 As the insulating film 217 having a blocking effect of oxygen, hydrogen, water, or the like, aluminum oxide, aluminum oxynitride, gallium oxide, gallium oxynitride, yttrium oxide, yttrium oxynitride, hafnium oxide, hafnium oxynitride, or the like can be used. . As the insulating film 217 having a blocking effect of hydrogen, water, or the like, silicon nitride, silicon nitride oxide, or the like can be used.

例えば、窒化シリコン膜を絶縁膜217として用いる場合、窒化シリコン膜は、水素、水等のブロッキング効果を有し、なおかつ、窒化シリコン膜からの水素、アンモニア等の放出量が少ないことが望ましい。シラン、窒素、及びアンモニアの混合ガスを原料ガスとして用いたプラズマCVD法により、上記特性を有する窒化シリコン膜を成膜することができる。 For example, in the case where a silicon nitride film is used as the insulating film 217, it is preferable that the silicon nitride film has a blocking effect of hydrogen, water, and the like, and that a release amount of hydrogen, ammonia, and the like from the silicon nitride film is small. A silicon nitride film having the above characteristics can be formed by a plasma CVD method using a mixed gas of silane, nitrogen, and ammonia as a source gas.

なお、原料ガスとしてアンモニアを用いると、成膜時において、シランにおける珪素原子と水素原子の結合や、窒素における窒素原子どうしの三重結合が、解離したアンモニアによって切断されやすくなる。そのため、成膜時にシランや窒素の分解が促進され、緻密な窒化シリコン膜を形成することができる。ただし、原料ガス中におけるアンモニアの流量の割合が高すぎると、窒化シリコン膜中に取り込まれる水素とアンモニアの量が多くなってしまい、水素、アンモニアの放出量が多い窒化シリコン膜が形成されることとなる。よって、上記窒化シリコン膜の成膜時における、アンモニアの流量は、シランの分解が促進される程度の量であり、なおかつ、水素、アンモニア等の放出量が抑えられる程度の量とすることが、表示装置の信頼性を高める上で望ましいと言える。 Note that when ammonia is used as the source gas, the bond between silicon atoms and hydrogen atoms in silane and the triple bond between nitrogen atoms in nitrogen are easily cleaved by dissociated ammonia during film formation. Therefore, decomposition of silane and nitrogen is promoted during film formation, and a dense silicon nitride film can be formed. However, if the flow rate of ammonia in the source gas is too high, the amount of hydrogen and ammonia taken into the silicon nitride film will increase, and a silicon nitride film with a large amount of hydrogen and ammonia released will be formed. It becomes. Therefore, the flow rate of ammonia at the time of forming the silicon nitride film is such an amount that the decomposition of silane is promoted, and an amount that can suppress the release amount of hydrogen, ammonia, etc. It can be said that it is desirable to improve the reliability of the display device.

具体的に、アンモニアの流量に対する窒素の流量比が5以上50以下、より望ましくは、10以上50以下とすると、水素、水等のブロッキング効果が高く、水素、アンモニア等の放出量が少ない窒化珪素膜を、形成することができる。 Specifically, when the flow rate ratio of nitrogen to the flow rate of ammonia is 5 or more and 50 or less, and more desirably 10 or more and 50 or less, silicon nitride has a high blocking effect for hydrogen, water, etc., and has a low release amount of hydrogen, ammonia, etc. A film can be formed.

本実施の形態では、絶縁膜217として、流量50sccmのシラン、流量5000sccmの窒素、流量100sccmのアンモニアを原料ガスとし、処理室の圧力を200Pa、基板温度を220℃とし、27.12MHzの高周波電源を用いて1000Wの高周波電力を平行平板電極に供給したプラズマCVD法により、厚さ50nmの酸化窒化シリコン膜を形成する。なお、プラズマCVD装置は、絶縁膜209及び絶縁膜209を形成する際に用いた装置と同じ構成を有するものとする。当該条件により、水素、水等のブロッキング効果を有し、なおかつ、窒化シリコン膜からの水素、アンモニア等の放出量が少ない窒化シリコン膜を形成することができる。 In this embodiment mode, the insulating film 217 uses a silane with a flow rate of 50 sccm, nitrogen with a flow rate of 5000 sccm, and ammonia with a flow rate of 100 sccm as a source gas, a processing chamber pressure of 200 Pa, a substrate temperature of 220 ° C., and a high frequency power source of 27.12 MHz. A silicon oxynitride film having a thickness of 50 nm is formed by a plasma CVD method in which high-frequency power of 1000 W is supplied to the parallel plate electrodes using Note that the plasma CVD apparatus has the same structure as the apparatus used when the insulating film 209 and the insulating film 209 are formed. Under such conditions, it is possible to form a silicon nitride film that has a blocking effect on hydrogen, water, and the like and that emits less hydrogen, ammonia, and the like from the silicon nitride film.

なお、電子供与体(ドナー)となる水分または水素などの不純物が低減され、なおかつ酸素欠損が低減されることにより高純度化された酸化物半導体(purified OS)は、i型(真性半導体)又はi型に限りなく近い。そのため、高純度化された酸化物半導体膜にチャネル形成領域を有するトランジスタは、オフ電流が著しく小さい。よって、上記酸化物半導体膜にチャネル形成領域を有するトランジスタを、駆動回路の順序回路に用いることで、トランジスタのオフ電流により消費されていた電力を削減し、順序回路と、順序回路を用いた表示装置の低消費電力化を実現することができる。 Note that an oxide semiconductor (purified OS) purified by reducing impurities such as moisture or hydrogen serving as an electron donor (donor) and reducing oxygen vacancies is an i-type (intrinsic semiconductor) or Close to i-type. Therefore, a transistor having a channel formation region in a highly purified oxide semiconductor film has extremely low off-state current. Therefore, by using a transistor having a channel formation region in the oxide semiconductor film for a sequential circuit of a driver circuit, power consumed by the off-state current of the transistor is reduced, and the sequential circuit and the display using the sequential circuit are used. Low power consumption of the device can be realized.

具体的に、高純度化された酸化物半導体膜にチャネル形成領域を有するトランジスタのオフ電流が小さいことは、いろいろな実験により証明できる。例えば、チャネル幅が1×10μmでチャネル長が10μmの素子であっても、ソース電極とドレイン電極間の電圧(ドレイン電圧)が1Vから10Vの範囲において、オフ電流が、半導体パラメータアナライザの測定限界以下、すなわち1×10−13A以下という特性を得ることができる。この場合、オフ電流をトランジスタのチャネル幅で規格化したオフ電流は、100zA/μm以下であることが分かる。また、容量素子とトランジスタとを接続して、容量素子に流入または容量素子から流出する電荷を当該トランジスタで制御する回路を用いて、オフ電流の測定を行った。当該測定では、高純度化された酸化物半導体膜を上記トランジスタのチャネル形成領域に用い、容量素子の単位時間あたりの電荷量の推移から当該トランジスタのオフ電流を測定した。その結果、トランジスタのソース電極とドレイン電極間の電圧が3Vの場合に、数十yA/μmという、さらに小さいオフ電流が得られることが分かった。従って、高純度化された酸化物半導体膜をチャネル形成領域に用いたトランジスタは、オフ電流が、結晶性を有するシリコンを用いたトランジスタに比べて著しく小さい。 Specifically, it can be proved by various experiments that the off-state current of a transistor including a channel formation region in a highly purified oxide semiconductor film is small. For example, even in an element having a channel width of 1 × 10 6 μm and a channel length of 10 μm, when the voltage between the source electrode and the drain electrode (drain voltage) is in the range of 1V to 10V, It is possible to obtain characteristics that are below the measurement limit, that is, 1 × 10 −13 A or less. In this case, it can be seen that the off-current obtained by normalizing the off-current with the channel width of the transistor is 100 zA / μm or less. In addition, off-state current was measured using a circuit in which a capacitor and a transistor were connected and charge flowing into or out of the capacitor was controlled by the transistor. In this measurement, a highly purified oxide semiconductor film was used for a channel formation region of the transistor, and the off-state current of the transistor was measured from the change in charge amount per unit time of the capacitor. As a result, it was found that when the voltage between the source electrode and the drain electrode of the transistor is 3 V, an even smaller off current of several tens of yA / μm can be obtained. Therefore, a transistor using a highly purified oxide semiconductor film for a channel formation region has significantly lower off-state current than a transistor using crystalline silicon.

なお、特に断りがない限り、本明細書でオフ電流とは、nチャネル型トランジスタにおいては、ドレインをソースとゲートよりも高い電位とした状態において、ソースの電位を基準としたときのゲートの電位が0以下であるときに、ソースとドレインの間に流れる電流のことを意味する。或いは、本明細書でオフ電流とは、pチャネル型トランジスタにおいては、ドレインをソースとゲートよりも低い電位とした状態において、ソースの電位を基準としたときのゲートの電位が0以上であるときに、ソースとドレインの間に流れる電流のことを意味する。 Note that unless otherwise specified, off-state current in this specification refers to the gate potential when the drain potential is higher than that of the source and the gate in the n-channel transistor. It means a current that flows between the source and drain when is equal to or less than 0. Alternatively, the off-state current in this specification refers to a p-channel transistor in which the potential of the gate is 0 or more with respect to the source potential in a state where the drain is at a lower potential than the source and the gate. In addition, it means a current flowing between the source and the drain.

なお、半導体膜206または半導体膜213に用いられる酸化物半導体としては、少なくともインジウム(In)あるいは亜鉛(Zn)を含むことが好ましい。また、該酸化物を用いたトランジスタの電気的特性のばらつきを減らすためのスタビライザーとして、それらに加えてガリウム(Ga)を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてスズ(Sn)を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてハフニウム(Hf)を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてアルミニウム(Al)を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてジルコニウム(Zr)を含むことが好ましい。 Note that an oxide semiconductor used for the semiconductor film 206 or the semiconductor film 213 preferably contains at least indium (In) or zinc (Zn). In addition, it is preferable to include gallium (Ga) in addition to the stabilizer for reducing variation in electrical characteristics of the transistor including the oxide. Moreover, it is preferable to have tin (Sn) as a stabilizer. Moreover, it is preferable to have hafnium (Hf) as a stabilizer. Moreover, it is preferable to have aluminum (Al) as a stabilizer. Moreover, it is preferable that zirconium (Zr) is included as a stabilizer.

酸化物半導体の中でもIn−Ga−Zn系酸化物、In−Sn−Zn系酸化物などは、炭化シリコン、窒化ガリウム、または酸化ガリウムとは異なり、スパッタリング法や湿式法により電気的特性の優れたトランジスタを作製することが可能であり、量産性に優れるといった利点がある。また、炭化シリコン、窒化ガリウム、または酸化ガリウムとは異なり、上記In−Ga−Zn系酸化物は、ガラス基板上においても、電気的特性の優れたトランジスタを作製することが可能である。また、基板の大型化にも対応が可能である。 Among oxide semiconductors, In—Ga—Zn-based oxides, In—Sn—Zn-based oxides, and the like have excellent electrical characteristics by sputtering or a wet method, unlike silicon carbide, gallium nitride, or gallium oxide. There is an advantage that a transistor can be manufactured and the mass productivity is excellent. Further, unlike silicon carbide, gallium nitride, or gallium oxide, the In—Ga—Zn-based oxide can manufacture a transistor with excellent electrical characteristics even over a glass substrate. In addition, it is possible to cope with an increase in the size of the substrate.

また、他のスタビライザーとして、ランタノイドである、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)のいずれか一種または複数種を含んでいてもよい。 As other stabilizers, lanthanoids such as lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), terbium (Tb) , Dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), or lutetium (Lu) may be included.

例えば、酸化物半導体として、酸化インジウム、酸化ガリウム、酸化スズ、酸化亜鉛、In−Zn系酸化物、Sn−Zn系酸化物、Al−Zn系酸化物、Zn−Mg系酸化物、Sn−Mg系酸化物、In−Mg系酸化物、In−Ga系酸化物、In−Ga−Zn系酸化物(IGZOとも表記する)、In−Al−Zn系酸化物、In−Sn−Zn系酸化物、Sn−Ga−Zn系酸化物、Al−Ga−Zn系酸化物、Sn−Al−Zn系酸化物、In−Hf−Zn系酸化物、In−La−Zn系酸化物、In−Pr−Zn系酸化物、In−Nd−Zn系酸化物、In−Sm−Zn系酸化物、In−Eu−Zn系酸化物、In−Gd−Zn系酸化物、In−Tb−Zn系酸化物、In−Dy−Zn系酸化物、In−Ho−Zn系酸化物、In−Er−Zn系酸化物、In−Tm−Zn系酸化物、In−Yb−Zn系酸化物、In−Lu−Zn系酸化物、In−Sn−Ga−Zn系酸化物、In−Hf−Ga−Zn系酸化物、In−Al−Ga−Zn系酸化物、In−Sn−Al−Zn系酸化物、In−Sn−Hf−Zn系酸化物、In−Hf−Al−Zn系酸化物を用いることができる。 For example, as an oxide semiconductor, indium oxide, gallium oxide, tin oxide, zinc oxide, In—Zn oxide, Sn—Zn oxide, Al—Zn oxide, Zn—Mg oxide, Sn—Mg Oxide, In—Mg oxide, In—Ga oxide, In—Ga—Zn oxide (also referred to as IGZO), In—Al—Zn oxide, In—Sn—Zn oxide Sn-Ga-Zn-based oxide, Al-Ga-Zn-based oxide, Sn-Al-Zn-based oxide, In-Hf-Zn-based oxide, In-La-Zn-based oxide, In-Pr- Zn-based oxide, In-Nd-Zn-based oxide, In-Sm-Zn-based oxide, In-Eu-Zn-based oxide, In-Gd-Zn-based oxide, In-Tb-Zn-based oxide, In-Dy-Zn-based oxide, In-Ho-Zn-based oxide, In-E -Zn-based oxide, In-Tm-Zn-based oxide, In-Yb-Zn-based oxide, In-Lu-Zn-based oxide, In-Sn-Ga-Zn-based oxide, In-Hf-Ga- A Zn-based oxide, an In-Al-Ga-Zn-based oxide, an In-Sn-Al-Zn-based oxide, an In-Sn-Hf-Zn-based oxide, or an In-Hf-Al-Zn-based oxide is used. be able to.

なお、例えば、In−Ga−Zn系酸化物とは、InとGaとZnを含む酸化物という意味であり、InとGaとZnの比率は問わない。また、InとGaとZn以外の金属元素を含んでいてもよい。In−Ga−Zn系酸化物は、無電界時の抵抗が十分に高くオフ電流を十分に小さくすることが可能であり、また、移動度も高い。 Note that for example, an In—Ga—Zn-based oxide means an oxide containing In, Ga, and Zn, and there is no limitation on the ratio of In, Ga, and Zn. Moreover, metal elements other than In, Ga, and Zn may be included. An In—Ga—Zn-based oxide has sufficiently high resistance when no electric field is applied, and can sufficiently reduce off-state current. In addition, the In—Ga—Zn-based oxide has high mobility.

例えば、In:Ga:Zn=1:1:1(=1/3:1/3:1/3)あるいはIn:Ga:Zn=2:2:1(=2/5:2/5:1/5)の原子比のIn−Ga−Zn系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いることができる。あるいは、In:Sn:Zn=1:1:1(=1/3:1/3:1/3)、In:Sn:Zn=2:1:3(=1/3:1/6:1/2)あるいはIn:Sn:Zn=2:1:5(=1/4:1/8:5/8)の原子比のIn−Sn−Zn系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いるとよい。 For example, In: Ga: Zn = 1: 1: 1 (= 1/3: 1/3: 1/3) or In: Ga: Zn = 2: 2: 1 (= 2/5: 2/5: 1). / 5) atomic ratio In—Ga—Zn-based oxides and oxides in the vicinity of the composition can be used. Alternatively, In: Sn: Zn = 1: 1: 1 (= 1/3: 1/3: 1/3), In: Sn: Zn = 2: 1: 3 (= 1/3: 1/6: 1) / 2) or In: Sn: Zn = 2: 1: 5 (= 1/4: 1/8: 5/8) atomic ratio In—Sn—Zn-based oxide or an oxide in the vicinity of the composition. Use it.

例えば、In−Sn−Zn系酸化物では比較的容易に高い移動度が得られる。しかしながら、In−Ga−Zn系酸化物でも、バルク内欠陥密度を低減することにより移動度を上げることができる。 For example, high mobility can be obtained relatively easily with an In—Sn—Zn-based oxide. However, mobility can be increased by reducing the defect density in the bulk also in the case of using an In—Ga—Zn-based oxide.

以下では、酸化物半導体膜の構造について説明する。 Hereinafter, the structure of the oxide semiconductor film is described.

酸化物半導体膜は、単結晶酸化物半導体膜と非単結晶酸化物半導体膜とに大別される。非単結晶酸化物半導体膜とは、非晶質酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、多結晶酸化物半導体膜、CAAC−OS(C Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor)膜などをいう。 An oxide semiconductor film is classified roughly into a single crystal oxide semiconductor film and a non-single crystal oxide semiconductor film. The non-single-crystal oxide semiconductor film refers to an amorphous oxide semiconductor film, a microcrystalline oxide semiconductor film, a polycrystalline oxide semiconductor film, a CAAC-OS (C Axis Crystalline Oxide Semiconductor) film, or the like.

非晶質酸化物半導体膜は、膜中における原子配列が不規則であり、結晶成分を有さない酸化物半導体膜である。微小領域においても結晶部を有さず、膜全体が完全な非晶質構造の酸化物半導体膜が典型である。 An amorphous oxide semiconductor film is an oxide semiconductor film having an irregular atomic arrangement in the film and having no crystal component. An oxide semiconductor film which has no crystal part even in a minute region and has a completely amorphous structure as a whole is typical.

微結晶酸化物半導体膜は、例えば、1nm以上10nm未満の大きさの微結晶(ナノ結晶ともいう。)を含む。従って、微結晶酸化物半導体膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも原子配列の規則性が高い。そのため、微結晶酸化物半導体膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低いという特徴がある。 The microcrystalline oxide semiconductor film includes a microcrystal (also referred to as nanocrystal) with a size greater than or equal to 1 nm and less than 10 nm, for example. Therefore, the microcrystalline oxide semiconductor film has higher regularity of atomic arrangement than the amorphous oxide semiconductor film. Therefore, a microcrystalline oxide semiconductor film has a feature that the density of defect states is lower than that of an amorphous oxide semiconductor film.

CAAC−OS膜は、複数の結晶部を有する酸化物半導体膜の一つであり、ほとんどの結晶部は、一辺が100nm未満の立方体内に収まる大きさである。従って、CAAC−OS膜に含まれる結晶部は、一辺が10nm未満、5nm未満または3nm未満の立方体内に収まる大きさの場合も含まれる。CAAC−OS膜は、微結晶酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低いという特徴がある。以下、CAAC−OS膜について詳細な説明を行う。 The CAAC-OS film is one of oxide semiconductor films having a plurality of crystal parts, and most of the crystal parts are large enough to fit in a cube whose one side is less than 100 nm. Therefore, the case where a crystal part included in the CAAC-OS film fits in a cube whose one side is less than 10 nm, less than 5 nm, or less than 3 nm is included. The CAAC-OS film is characterized by having a lower density of defect states than a microcrystalline oxide semiconductor film. Hereinafter, the CAAC-OS film is described in detail.

CAAC−OS膜を透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)によって観察すると、結晶部同士の明確な境界、即ち結晶粒界(グレインバウンダリーともいう。)を確認することができない。そのため、CAAC−OS膜は、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。 When the CAAC-OS film is observed with a transmission electron microscope (TEM), a clear boundary between crystal parts, that is, a grain boundary (also referred to as a grain boundary) cannot be confirmed. Therefore, it can be said that the CAAC-OS film is unlikely to decrease in electron mobility due to crystal grain boundaries.

CAAC−OS膜を、試料面と概略平行な方向からTEMによって観察(断面TEM観察)すると、結晶部において、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子の各層は、CAAC−OS膜の膜を形成する面(被形成面ともいう。)または上面の凹凸を反映した形状であり、CAAC−OS膜の被形成面または上面と平行に配列する。 When the CAAC-OS film is observed by TEM (cross-sectional TEM observation) from a direction substantially parallel to the sample surface, it can be confirmed that metal atoms are arranged in layers in the crystal part. Each layer of metal atoms has a shape reflecting unevenness of a surface (also referred to as a formation surface) or an upper surface on which the CAAC-OS film is formed, and is arranged in parallel with the formation surface or the upper surface of the CAAC-OS film. .

一方、CAAC−OS膜を、試料面と概略垂直な方向からTEMによって観察(平面TEM観察)すると、結晶部において、金属原子が三角形状または六角形状に配列していることを確認できる。しかしながら、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則性は見られない。 On the other hand, when the CAAC-OS film is observed by TEM (planar TEM observation) from a direction substantially perpendicular to the sample surface, it can be confirmed that metal atoms are arranged in a triangular shape or a hexagonal shape in the crystal part. However, there is no regularity in the arrangement of metal atoms between different crystal parts.

断面TEM観察および平面TEM観察より、CAAC−OS膜の結晶部は配向性を有していることがわかる。 From the cross-sectional TEM observation and the planar TEM observation, it is found that the crystal part of the CAAC-OS film has orientation.

CAAC−OS膜に対し、X線回折(XRD:X−Ray Diffraction)装置を用いて構造解析を行うと、例えばInGaZnOの結晶を有するCAAC−OS膜のout−of−plane法による解析では、回折角(2θ)が31°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、InGaZnOの結晶の(009)面に帰属されることから、CAAC−OS膜の結晶がc軸配向性を有し、c軸が被形成面または上面に概略垂直な方向を向いていることが確認できる。 When structural analysis is performed on a CAAC-OS film using an X-ray diffraction (XRD) apparatus, for example, in the analysis of a CAAC-OS film having an InGaZnO 4 crystal by an out-of-plane method, A peak may appear when the diffraction angle (2θ) is around 31 °. Since this peak is attributed to the (009) plane of the InGaZnO 4 crystal, the CAAC-OS film crystal has c-axis orientation, and the c-axis is in a direction substantially perpendicular to the formation surface or the top surface. Can be confirmed.

一方、CAAC−OS膜に対し、c軸に概略垂直な方向からX線を入射させるin−plane法による解析では、2θが56°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、InGaZnOの結晶の(110)面に帰属される。InGaZnOの単結晶酸化物半導体膜であれば、2θを56°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸(φ軸)として試料を回転させながら分析(φスキャン)を行うと、(110)面と等価な結晶面に帰属されるピークが6本観察される。これに対し、CAAC−OS膜の場合は、2θを56°近傍に固定してφスキャンした場合でも、明瞭なピークが現れない。 On the other hand, when the CAAC-OS film is analyzed by an in-plane method in which X-rays are incident from a direction substantially perpendicular to the c-axis, a peak may appear when 2θ is around 56 °. This peak is attributed to the (110) plane of the InGaZnO 4 crystal. In the case of a single crystal oxide semiconductor film of InGaZnO 4 , when 2θ is fixed in the vicinity of 56 ° and analysis (φ scan) is performed while rotating the sample with the normal vector of the sample surface as the axis (φ axis), Six peaks attributed to the crystal plane equivalent to the (110) plane are observed. On the other hand, in the case of a CAAC-OS film, a peak is not clearly observed even when φ scan is performed with 2θ fixed at around 56 °.

以上のことから、CAAC−OS膜では、異なる結晶部間ではa軸およびb軸の配向は不規則であるが、c軸配向性を有し、かつc軸が被形成面または上面の法線ベクトルに平行な方向を向いていることがわかる。従って、前述の断面TEM観察で確認された層状に配列した金属原子の各層は、結晶のab面に平行な面である。 From the above, in the CAAC-OS film, the orientation of the a-axis and the b-axis is irregular between different crystal parts, but the c-axis is aligned, and the c-axis is a normal line of the formation surface or the top surface. It can be seen that the direction is parallel to the vector. Therefore, each layer of metal atoms arranged in a layer shape confirmed by the above-mentioned cross-sectional TEM observation is a plane parallel to the ab plane of the crystal.

なお、結晶部は、CAAC−OS膜を成膜した際、または加熱処理などの結晶化処理を行った際に形成される。上述したように、結晶のc軸は、CAAC−OS膜の被形成面または上面の法線ベクトルに平行な方向に配向する。従って、例えば、CAAC−OS膜の形状をエッチングなどによって変化させた場合、結晶のc軸がCAAC−OS膜の被形成面または上面の法線ベクトルと平行にならないこともある。 Note that the crystal part is formed when a CAAC-OS film is formed or when crystallization treatment such as heat treatment is performed. As described above, the c-axis of the crystal is oriented in a direction parallel to the normal vector of the formation surface or the top surface of the CAAC-OS film. Therefore, for example, when the shape of the CAAC-OS film is changed by etching or the like, the c-axis of the crystal may not be parallel to the normal vector of the formation surface or the top surface of the CAAC-OS film.

また、CAAC−OS膜中の結晶化度が均一でなくてもよい。例えば、CAAC−OS膜の結晶部が、CAAC−OS膜の上面近傍からの結晶成長によって形成される場合、上面近傍の領域は、被形成面近傍の領域よりも結晶化度が高くなることがある。また、CAAC−OS膜に不純物を添加する場合、不純物が添加された領域の結晶化度が変化し、部分的に結晶化度の異なる領域が形成されることもある。 Further, the crystallinity in the CAAC-OS film is not necessarily uniform. For example, in the case where the crystal part of the CAAC-OS film is formed by crystal growth from the vicinity of the top surface of the CAAC-OS film, the region near the top surface can have a higher degree of crystallinity than the region near the formation surface. is there. In addition, in the case where an impurity is added to the CAAC-OS film, the crystallinity of a region to which the impurity is added changes, and a region having a different degree of crystallinity may be formed.

なお、InGaZnOの結晶を有するCAAC−OS膜のout−of−plane法による解析では、2θが31°近傍のピークの他に、2θが36°近傍にもピークが現れる場合がある。2θが36°近傍のピークは、CAAC−OS膜中の一部に、c軸配向性を有さない結晶が含まれることを示している。CAAC−OS膜は、2θが31°近傍にピークを示し、2θが36°近傍にピークを示さないことが好ましい。 Note that when the CAAC-OS film including an InGaZnO 4 crystal is analyzed by an out-of-plane method, a peak may also appear when 2θ is around 36 ° in addition to the peak where 2θ is around 31 °. A peak at 2θ of around 36 ° indicates that a crystal having no c-axis alignment is included in part of the CAAC-OS film. The CAAC-OS film preferably has a peak at 2θ of around 31 ° and no peak at 2θ of around 36 °.

CAAC−OS膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動が小さい。よって、当該トランジスタは、信頼性が高い。 In a transistor using a CAAC-OS film, change in electrical characteristics due to irradiation with visible light or ultraviolet light is small. Therefore, the transistor has high reliability.

なお、酸化物半導体膜は、例えば、非晶質酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、CAAC−OS膜のうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。 Note that the oxide semiconductor film may be a stacked film including two or more of an amorphous oxide semiconductor film, a microcrystalline oxide semiconductor film, and a CAAC-OS film, for example.

CAAC−OS膜は、例えば、多結晶である酸化物半導体スパッタリング用ターゲットを用い、スパッタリング法によって成膜する。当該スパッタリング用ターゲットにイオンが衝突すると、スパッタリング用ターゲットに含まれる結晶領域がa−b面から劈開し、a−b面に平行な面を有する平板状またはペレット状のスパッタリング粒子として剥離することがある。この場合、当該平板状のスパッタリング粒子が、結晶状態を維持したまま基板に到達することで、CAAC−OS膜を成膜することができる。 For example, the CAAC-OS film is formed by a sputtering method using a polycrystalline oxide semiconductor sputtering target. When ions collide with the sputtering target, the crystal region included in the sputtering target is cleaved from the ab plane, and may be separated as flat or pellet-like sputtering particles having a plane parallel to the ab plane. is there. In this case, the flat-plate-like sputtered particle reaches the substrate while maintaining a crystalline state, whereby a CAAC-OS film can be formed.

また、CAAC−OS膜を成膜するために、以下の条件を適用することが好ましい。 In order to form the CAAC-OS film, the following conditions are preferably applied.

成膜時の不純物混入を低減することで、不純物によって結晶状態が崩れることを抑制できる。例えば、成膜室内に存在する不純物濃度(水素、水、二酸化炭素および窒素など)を低減すればよい。また、成膜ガス中の不純物濃度を低減すればよい。具体的には、露点が−80℃以下、好ましくは−100℃以下である成膜ガスを用いる。 By reducing the mixing of impurities during film formation, the crystal state can be prevented from being broken by impurities. For example, the concentration of impurities (such as hydrogen, water, carbon dioxide, and nitrogen) existing in the deposition chamber may be reduced. Further, the impurity concentration in the deposition gas may be reduced. Specifically, a deposition gas having a dew point of −80 ° C. or lower, preferably −100 ° C. or lower is used.

また、成膜時の基板加熱温度を高めることで、基板到達後にスパッタリング粒子のマイグレーションが起こる。具体的には、基板加熱温度を100℃以上740℃以下、好ましくは200℃以上500℃以下として成膜する。成膜時の基板加熱温度を高めることで、平板状のスパッタリング粒子が基板に到達した場合、基板上でマイグレーションが起こり、スパッタリング粒子の平らな面が基板に付着する。 Further, by increasing the substrate heating temperature during film formation, migration of sputtered particles occurs after reaching the substrate. Specifically, the film is formed at a substrate heating temperature of 100 ° C. to 740 ° C., preferably 200 ° C. to 500 ° C. By increasing the substrate heating temperature at the time of film formation, when the flat sputtered particles reach the substrate, migration occurs on the substrate, and the flat surface of the sputtered particles adheres to the substrate.

また、成膜ガス中の酸素割合を高め、電力を最適化することで成膜時のプラズマダメージを軽減すると好ましい。成膜ガス中の酸素割合は、30体積%以上、好ましくは100体積%とする。 In addition, it is preferable to reduce plasma damage during film formation by increasing the oxygen ratio in the film formation gas and optimizing electric power. The oxygen ratio in the deposition gas is 30% by volume or more, preferably 100% by volume.

スパッタリング用ターゲットの一例として、In−Ga−Zn系酸化物ターゲットについて以下に示す。 As an example of the sputtering target, an In—Ga—Zn-based oxide target is described below.

InO粉末、GaO粉末およびZnO粉末を所定のmol数で混合し、加圧処理後、1000℃以上1500℃以下の温度で加熱処理をすることで多結晶であるIn−Ga−Zn系酸化物ターゲットとする。なお、X、YおよびZは任意の正数である。ここで、所定のmol数比は、例えば、InO粉末、GaO粉末およびZnO粉末が、2:2:1、8:4:3、3:1:1、1:1:1、4:2:3または3:1:2である。なお、粉末の種類、およびその混合するmol数比は、作製するスパッタリング用ターゲットによって適宜変更すればよい。 In-Ga-Zn system that is polycrystalline by mixing InO X powder, GaO Y powder and ZnO Z powder in a predetermined number of moles, and after heat treatment at a temperature of 1000 ° C to 1500 ° C An oxide target is used. X, Y and Z are arbitrary positive numbers. Here, the predetermined mole number ratio is, for example, 2: 2: 1, 8: 4: 3, 3: 1: 1, 1: 1: 1, 4 for InO X powder, GaO Y powder, and ZnO Z powder. : 2: 3 or 3: 1: 2. Note that the type of powder and the mol number ratio to be mixed may be changed as appropriate depending on the sputtering target to be manufactured.

また、半導体膜206または半導体膜213は、金属の原子数比が互いに異なる金属酸化物のターゲットを用いて形成された複数の酸化物半導体膜が、積層された構造を有していても良い。例えば、ターゲットの原子数比は、1層目の酸化物半導体膜がIn:Ga:Zn=1:1:1、2層目の酸化物半導体膜がIn:Ga:Zn=3:1:2となるように、形成しても良い。また、ターゲットの原子数比は、1層目の酸化物半導体膜がIn:Ga:Zn=1:3:2、2層目の酸化物半導体膜がIn:Ga:Zn=3:1:2、3層目の酸化物半導体膜がIn:Ga:Zn=1:1:1となるように、形成しても良い。 The semiconductor film 206 or the semiconductor film 213 may have a structure in which a plurality of oxide semiconductor films formed using metal oxide targets having different metal atomic ratios are stacked. For example, the atomic ratio of the target is such that the first oxide semiconductor film is In: Ga: Zn = 1: 1: 1, and the second oxide semiconductor film is In: Ga: Zn = 3: 1: 2. You may form so that it may become. The atomic ratio of the target is such that the first oxide semiconductor film has In: Ga: Zn = 1: 3: 2, and the second oxide semiconductor film has In: Ga: Zn = 3: 1: 2. The third oxide semiconductor film may be formed so that In: Ga: Zn = 1: 1: 1.

或いは、半導体膜206または半導体膜213は、異なる金属を含む金属酸化物のターゲットを用いて形成された複数の酸化物半導体膜が、積層された構造を有していても良い。 Alternatively, the semiconductor film 206 or the semiconductor film 213 may have a structure in which a plurality of oxide semiconductor films formed using a metal oxide target containing different metals are stacked.

次いで、図11(A)に示したトランジスタ202の、ゲート電圧Vgsに対するドレイン電流Idsの実測値について説明する。 Next, an actual measurement value of the drain current Ids with respect to the gate voltage Vgs of the transistor 202 illustrated in FIG.

まず、測定に用いたトランジスタ202の具体的な構成について説明する。測定に用いたトランジスタ202は、キャリアの移動する方向におけるチャネル形成領域の長さ(チャネル長L)を6μm、キャリアの移動する方向に対して垂直な方向におけるチャネル形成領域の長さ(チャネル幅W)を6μmとした。半導体膜213には、膜厚35nmのIn−Ga−Zn系酸化物半導体膜を用いた。ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜205には、下から順に積層された膜厚400nmの窒化珪素膜及び膜厚50nmの酸化窒化珪素膜を用いた。導電膜212には、膜厚200nmのタングステン膜を用いた。導電膜214及び導電膜215には、膜厚50nmのタングステン膜、膜厚400nmのアルミニウム膜、及び膜厚100nmのチタン膜を下から順に積層することで形成される導電膜を、それぞれ用いた。 First, a specific structure of the transistor 202 used for measurement is described. The transistor 202 used for measurement has a channel formation region length (channel length L) in the carrier movement direction of 6 μm and a channel formation region length (channel width W) in a direction perpendicular to the carrier movement direction. ) Was 6 μm. As the semiconductor film 213, an In—Ga—Zn-based oxide semiconductor film with a thickness of 35 nm was used. As the insulating film 205 functioning as a gate insulating film, a silicon nitride film with a thickness of 400 nm and a silicon oxynitride film with a thickness of 50 nm which are stacked in order from the bottom were used. As the conductive film 212, a 200-nm-thick tungsten film was used. As the conductive films 214 and 215, conductive films formed by sequentially stacking a tungsten film with a thickness of 50 nm, an aluminum film with a thickness of 400 nm, and a titanium film with a thickness of 100 nm were used, respectively.

なお、本明細書において酸化窒化物とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多い物質であり、また、窒化酸化物とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い物質を意味する。 Note that in this specification, oxynitride is a substance having a higher oxygen content than nitrogen in the composition, and nitride oxide has a nitrogen content higher than oxygen in the composition. Means a substance.

測定は、ドレイン電圧Vdsが3Vの場合について行った。なお、ドレイン電圧Vdsとは、ソースとして機能する導電膜214の電位を基準としたときの、ドレインとして機能する導電膜215の電圧を意味する。また、測定は、基板温度は27℃の環境において行った。 The measurement was performed when the drain voltage Vds was 3V. Note that the drain voltage Vds means the voltage of the conductive film 215 functioning as the drain with reference to the potential of the conductive film 214 functioning as the source. The measurement was performed in an environment where the substrate temperature was 27 ° C.

図14に、測定により得られた、上記トランジスタ202のゲート電圧Vgs(V)に対するドレイン電流Ids(A)の値を示す。図14から、トランジスタ202の閾値電圧Vthが5.2V、S値が0.47V/decadeであることが分かった。よって、実際に作製した、チャネル形成領域を酸化物半導体膜に有するトランジスタが、本発明の一態様に係るS値の範囲に収まることが分かった。 FIG. 14 shows the value of the drain current Ids (A) with respect to the gate voltage Vgs (V) of the transistor 202 obtained by the measurement. FIG. 14 shows that the threshold voltage Vth of the transistor 202 is 5.2 V and the S value is 0.47 V / decade. Thus, it is found that a transistor that is actually manufactured and includes a channel formation region in an oxide semiconductor film is within the range of the S value according to one embodiment of the present invention.

本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。 This embodiment can be implemented in appropriate combination with any of the other embodiments.

(実施の形態5)
液晶表示装置を例に挙げて、本発明の一態様に係る表示装置の外観について、図12を用いて説明する。図12(A)は、基板4001と基板4006とを封止材4005によって接着させた液晶表示装置の上面図である。また、図12(B)は、図12(A)の破線A1−A2における断面図に相当し、図12(C)は、図12(A)の破線B1−B2における断面図に相当する。なお、図12では、FFS(Fringe Field Switching)モードの液晶表示装置を例示している。
(Embodiment 5)
The appearance of a display device according to one embodiment of the present invention is described with reference to FIGS. FIG. 12A is a top view of a liquid crystal display device in which a substrate 4001 and a substrate 4006 are bonded to each other with a sealant 4005. 12B corresponds to a cross-sectional view taken along dashed line A1-A2 in FIG. 12A, and FIG. 12C corresponds to a cross-sectional view taken along broken line B1-B2 in FIG. Note that FIG. 12 illustrates a liquid crystal display device in FFS (Fringe Field Switching) mode.

基板4001上に設けられた画素部4002と、一対の走査線駆動回路4004とを囲むように、封止材4005が設けられている。また、画素部4002、走査線駆動回路4004の上に基板4006が設けられている。よって、画素部4002と、走査線駆動回路4004とは、基板4001と封止材4005と基板4006とによって封止されている。 A sealing material 4005 is provided so as to surround the pixel portion 4002 provided over the substrate 4001 and the pair of scan line driver circuits 4004. A substrate 4006 is provided over the pixel portion 4002 and the scan line driver circuit 4004. Therefore, the pixel portion 4002 and the scan line driver circuit 4004 are sealed with the substrate 4001, the sealing material 4005, and the substrate 4006.

また、基板4001上の封止材4005によって囲まれている領域とは異なる領域に、信号線駆動回路4003が実装されている。 In addition, the signal line driver circuit 4003 is mounted in a region different from the region surrounded by the sealing material 4005 over the substrate 4001.

また、基板4001上に設けられた画素部4002、走査線駆動回路4004は、トランジスタを複数有している。図12(B)では、画素部4002に含まれるトランジスタ4010と、走査線駆動回路4004に含まれるトランジスタ4022とを例示している。また、図12(C)では、画素部4002に含まれるトランジスタ4010を例示している。 In addition, the pixel portion 4002 and the scan line driver circuit 4004 provided over the substrate 4001 include a plurality of transistors. FIG. 12B illustrates a transistor 4010 included in the pixel portion 4002 and a transistor 4022 included in the scan line driver circuit 4004. FIG. 12C illustrates the transistor 4010 included in the pixel portion 4002.

画素部4002及び走査線駆動回路4004において、トランジスタ4010及びトランジスタ4022上には、樹脂を用いた絶縁膜4020が設けられている。そして、絶縁膜4020上には、液晶素子4023の第1電極4021と、導電膜4024とが設けられている。導電膜4024は、絶縁膜4020に蓄積された電荷の放電経路として機能させることができる。或いは、導電膜4024及び絶縁膜4020をトランジスタ4022の構成要素とし、導電膜4024をバックゲートとして機能させることもできる。 In the pixel portion 4002 and the scan line driver circuit 4004, an insulating film 4020 using a resin is provided over the transistor 4010 and the transistor 4022. A first electrode 4021 of the liquid crystal element 4023 and a conductive film 4024 are provided over the insulating film 4020. The conductive film 4024 can function as a discharge path for charges accumulated in the insulating film 4020. Alternatively, the conductive film 4024 and the insulating film 4020 can serve as components of the transistor 4022, and the conductive film 4024 can function as a back gate.

また、絶縁膜4020、第1電極4021、及び導電膜4024上には、絶縁膜4025が設けられている。絶縁膜4025は、水、水素などのブロッキング効果が高いことが望ましい。絶縁膜4025として、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜などを用いることができる。 An insulating film 4025 is provided over the insulating film 4020, the first electrode 4021, and the conductive film 4024. The insulating film 4025 preferably has a high blocking effect on water, hydrogen, and the like. As the insulating film 4025, a silicon nitride film, a silicon nitride oxide film, or the like can be used.

また、図12(B)及び図12(C)に示すように、本発明の一態様では、絶縁膜4020は、パネルの端部において除去されている。そして、絶縁膜4020上の絶縁膜4025は、封止材4005と基板4001の間において、トランジスタ4010及びトランジスタ4022のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜4026と接している。 12B and 12C, in one embodiment of the present invention, the insulating film 4020 is removed at an end portion of the panel. The insulating film 4025 over the insulating film 4020 is in contact with the insulating film 4026 functioning as the gate insulating films of the transistor 4010 and the transistor 4022 between the sealant 4005 and the substrate 4001.

絶縁膜4025及び絶縁膜4026の、水、水素などのブロッキング効果が高い場合、パネルの端部において絶縁膜4025と絶縁膜4026とが接することで、パネルの端部から、または封止材4005から、水、水素などがトランジスタ4010及びトランジスタ4022がそれぞれ有する半導体膜に侵入するのを、防ぐことができる。 In the case where the insulating film 4025 and the insulating film 4026 have a high blocking effect such as water and hydrogen, the insulating film 4025 and the insulating film 4026 are in contact with each other at the edge of the panel, so that the insulating film 4025 and the insulating film 4026 come from the edge of the panel , Water, hydrogen, and the like can be prevented from entering a semiconductor film included in each of the transistor 4010 and the transistor 4022.

また、絶縁膜4025上には、液晶素子4023の第2電極4027が設けられている。そして、第2電極4027及び絶縁膜4025と、基板4006との間には、液晶層4028が設けられている。液晶素子4023は、第1電極4021、第2電極4027、及び液晶層4028を有する。 A second electrode 4027 of the liquid crystal element 4023 is provided over the insulating film 4025. A liquid crystal layer 4028 is provided between the second electrode 4027 and the insulating film 4025 and the substrate 4006. The liquid crystal element 4023 includes a first electrode 4021, a second electrode 4027, and a liquid crystal layer 4028.

なお、本発明の一態様では、液晶表示装置の液晶層に、例えば、サーモトロピック液晶またはリオトロピック液晶に分類される液晶材料を用いることができる。或いは、液晶層には、例えば、ネマチック液晶、スメクチック液晶、コレステリック液晶、または、ディスコチック液晶に分類される液晶材料を用いることができる。或いは、液晶層には、例えば、強誘電性液晶、または反強誘電性液晶に分類される液晶材料を用いることができる。或いは、液晶層には、例えば、主鎖型高分子液晶、側鎖型高分子液晶、或いは、複合型高分子液晶などの高分子液晶、または低分子液晶に分類される液晶材料を用いることができる。或いは、液晶層には、例えば、高分子分散型液晶(PDLC)に分類される液晶材料を用いることができる。 Note that in one embodiment of the present invention, for example, a liquid crystal material classified into a thermotropic liquid crystal or a lyotropic liquid crystal can be used for a liquid crystal layer of a liquid crystal display device. Alternatively, for example, a liquid crystal material classified into a nematic liquid crystal, a smectic liquid crystal, a cholesteric liquid crystal, or a discotic liquid crystal can be used for the liquid crystal layer. Alternatively, for example, a liquid crystal material classified into a ferroelectric liquid crystal or an antiferroelectric liquid crystal can be used for the liquid crystal layer. Alternatively, for the liquid crystal layer, for example, a liquid crystal material classified into a polymer liquid crystal such as a main chain polymer liquid crystal, a side chain polymer liquid crystal, a composite polymer liquid crystal, or a low molecular liquid crystal is used. it can. Alternatively, for the liquid crystal layer, for example, a liquid crystal material classified as a polymer dispersed liquid crystal (PDLC) can be used.

また、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を液晶層に用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、カイラル剤や紫外線硬化樹脂を添加して温度範囲を改善する。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が1msec以下と短く、光学的等方性であるため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さいため好ましい。 Alternatively, liquid crystal exhibiting a blue phase for which an alignment film is unnecessary may be used for the liquid crystal layer. The blue phase is one of the liquid crystal phases. When the temperature of the cholesteric liquid crystal is increased, the blue phase appears immediately before the transition from the cholesteric phase to the isotropic phase. Since the blue phase appears only in a narrow temperature range, the temperature range is improved by adding a chiral agent or an ultraviolet curable resin. A liquid crystal composition containing a liquid crystal exhibiting a blue phase and a chiral agent is preferable because it has a response speed as short as 1 msec or less, is optically isotropic, does not require alignment treatment, and has a small viewing angle dependency.

液晶素子4023では、第1電極4021と第2電極4027の間に与えられる電圧の値に従って、液晶層4028に含まれる液晶分子の配向が変化し、透過率が変化する。よって、液晶素子4023は、第1電極4021に与えられる画像信号の電位によって、その透過率が制御されることで、階調を表示することができる。 In the liquid crystal element 4023, the orientation of liquid crystal molecules included in the liquid crystal layer 4028 is changed in accordance with the value of voltage applied between the first electrode 4021 and the second electrode 4027, and the transmittance is changed. Therefore, the liquid crystal element 4023 can display gradation by controlling the transmittance according to the potential of the image signal supplied to the first electrode 4021.

なお、本発明の一態様では、液晶表示装置において、カラーフィルタを用いることでカラーの画像を表示しても良いし、異なる色相の光を発する複数の光源を順次点灯させることで、カラーの画像を表示しても良い。 Note that in one embodiment of the present invention, in a liquid crystal display device, a color image may be displayed by using a color filter, or a plurality of light sources that emit light of different hues are sequentially turned on, so that a color image is displayed. May be displayed.

また、信号線駆動回路4003からの画像信号や、FPC4018からの各種制御信号及び電源電位は、引き回し配線4030及び4031を介して、走査線駆動回路4004または画素部4002に与えられる。 In addition, an image signal from the signal line driver circuit 4003, various control signals from the FPC 4018, and a power supply potential are supplied to the scan line driver circuit 4004 or the pixel portion 4002 through lead wirings 4030 and 4031.

また、本実施の形態では、液晶の駆動方法としてFFS(Fringe Field Switching)モードを用いる場合を例示したが、液晶の駆動方法としては、TN(Twisted Nematic)モード、STN(Super Twisted Nematic)モード、VA(Vertical Alignment)モード、MVA(Multi−domain Vertical Alignment)モード、IPS(In−Plane Switching)モード、OCB(Optically Compensated Birefringence)モード、ブルー相モード、TBA(Transverse Bend Alignment)モード、VA−IPSモード、ECB(Electrically Controlled Birefringence)モード、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal)モード、PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal)モード、PNLC(Polymer Network Liquid Crystal)モード、ゲストホストモード、ASV(Advanced Super View)モードなどを適用することも可能である。 In this embodiment, the FFS (Fringe Field Switching) mode is used as the liquid crystal driving method. However, the liquid crystal driving method includes a TN (Twisted Nematic) mode, an STN (Super Twisted Nematic) mode, VA (Vertical Alignment) mode, MVA (Multi-domain Vertical Alignment) mode, IPS (In-Plane Switching) mode, OCB (Optically Compensated Birefringence) mode, Blue B mode A , ECB (Electrically Co ntrolled Birefringence) mode, FLC (Ferroelectric Liquid Crystal) mode, AFLC (AntiFerroelectric Liquid Crystal) mode, PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystal) mode, PNLC (Polymer Network Liquid Crystal) mode, guest-host mode, ASV (Advanced Super View) mode It is also possible to apply.

本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。 This embodiment can be implemented in appropriate combination with any of the other embodiments.

(実施の形態6)
本発明の一態様に係る表示装置は、表示機器、パーソナルコンピュータ、記録媒体を備えた画像再生装置(代表的にはDVD:Digital Versatile Disc等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを有する装置)に用いることができる。その他に、本発明の一態様に係る表示装置を用いることができる電子機器として、携帯電話、携帯型を含むゲーム機、携帯情報端末、電子書籍、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー等)、複写機、ファクシミリ、プリンター、プリンター複合機、現金自動預け入れ払い機(ATM)、自動販売機などが挙げられる。これら電子機器の具体例を図13に示す。
(Embodiment 6)
A display device according to one embodiment of the present invention includes a display device, a personal computer, and an image reproducing device including a recording medium (typically a display that can reproduce a recording medium such as a DVD: Digital Versatile Disc and display the image. Device). In addition, as an electronic device that can use the display device of one embodiment of the present invention, a mobile phone, a game machine including a portable type, a portable information terminal, an electronic book, a video camera, a digital still camera, a goggle type display (head) Mount display), navigation system, sound reproduction device (car audio, digital audio player, etc.), copying machine, facsimile, printer, printer multifunction device, automatic teller machine (ATM), vending machine, and the like. Specific examples of these electronic devices are shown in FIGS.

図13(A)は携帯型ゲーム機であり、筐体5001、筐体5002、表示部5003、表示部5004、マイクロホン5005、スピーカー5006、操作キー5007、スタイラス5008等を有する。表示部5003または表示部5004に、或いはその他の回路に、本発明の一態様に係る表示装置を用いることができる。なお、図13(A)に示した携帯型ゲーム機は、2つの表示部5003と表示部5004とを有しているが、携帯型ゲーム機が有する表示部の数は、これに限定されない。 FIG. 13A illustrates a portable game machine including a housing 5001, a housing 5002, a display portion 5003, a display portion 5004, a microphone 5005, a speaker 5006, operation keys 5007, a stylus 5008, and the like. The display device according to one embodiment of the present invention can be used for the display portion 5003, the display portion 5004, or another circuit. Note that although the portable game machine illustrated in FIG. 13A includes two display portions 5003 and 5004, the number of display portions included in the portable game device is not limited thereto.

図13(B)は表示機器であり、筐体5201、表示部5202、支持台5203等を有する。表示部5202に、或いはその他の回路に、本発明の一態様に係る表示装置を用いることができる。なお、表示機器には、パーソナルコンピュータ用、TV放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示機器が含まれる。 FIG. 13B illustrates a display device, which includes a housing 5201, a display portion 5202, a support base 5203, and the like. The display device according to one embodiment of the present invention can be used for the display portion 5202 or another circuit. The display devices include all information display devices for personal computers, TV broadcast reception, advertisement display, and the like.

図13(C)はノート型パーソナルコンピュータであり、筐体5401、表示部5402、キーボード5403、ポインティングデバイス5404等を有する。表示部5402に、或いはその他の回路に、本発明の一態様に係る表示装置を用いることができる。 FIG. 13C illustrates a laptop personal computer, which includes a housing 5401, a display portion 5402, a keyboard 5403, a pointing device 5404, and the like. The display device according to one embodiment of the present invention can be used for the display portion 5402 or another circuit.

図13(D)は携帯情報端末であり、第1筐体5601、第2筐体5602、第1表示部5603、第2表示部5604、接続部5605、操作キー5606等を有する。第1表示部5603は第1筐体5601に設けられており、第2表示部5604は第2筐体5602に設けられている。そして、第1筐体5601と第2筐体5602とは、接続部5605により接続されており、第1筐体5601と第2筐体5602の間の角度は、接続部5605により可動となっている。第1表示部5603における映像の切り替えを、接続部5605における第1筐体5601と第2筐体5602との間の角度に従って、切り替える構成としても良い。第1表示部5603または第2表示部5604に、或いはその他の回路に、本発明の一態様に係る表示装置を用いることができる。なお、第1表示部5603及び第2表示部5604の少なくとも一方に、位置入力装置としての機能が付加された表示装置を用いるようにしても良い。なお、位置入力装置としての機能は、表示装置にタッチパネルを設けることで付加することができる。或いは、位置入力装置としての機能は、フォトセンサとも呼ばれる光電変換素子を表示装置の画素部に設けることでも、付加することができる。 FIG. 13D illustrates a portable information terminal which includes a first housing 5601, a second housing 5602, a first display portion 5603, a second display portion 5604, a connection portion 5605, operation keys 5606, and the like. The first display portion 5603 is provided in the first housing 5601 and the second display portion 5604 is provided in the second housing 5602. The first housing 5601 and the second housing 5602 are connected by the connection portion 5605, and the angle between the first housing 5601 and the second housing 5602 is movable by the connection portion 5605. Yes. The video display on the first display portion 5603 may be switched according to the angle between the first housing 5601 and the second housing 5602 in the connection portion 5605. The display device according to one embodiment of the present invention can be used for the first display portion 5603, the second display portion 5604, or another circuit. Note that a display device to which a function as a position input device is added to at least one of the first display portion 5603 and the second display portion 5604 may be used. Note that the function as a position input device can be added by providing a touch panel on the display device. Alternatively, the function as a position input device can be added by providing a photoelectric conversion element called a photosensor in a pixel portion of a display device.

図13(E)はビデオカメラであり、第1筐体5801、第2筐体5802、表示部5803、操作キー5804、レンズ5805、接続部5806等を有する。操作キー5804及びレンズ5805は第1筐体5801に設けられており、表示部5803は第2筐体5802に設けられている。そして、第1筐体5801と第2筐体5802とは、接続部5806により接続されており、第1筐体5801と第2筐体5802の間の角度は、接続部5806により可動となっている。表示部5803における映像の切り替えを、接続部5806における第1筐体5801と第2筐体5802との間の角度に従って行う構成としても良い。表示部5803に、或いはその他の回路に、本発明の一態様に係る表示装置を用いることできる。 FIG. 13E illustrates a video camera, which includes a first housing 5801, a second housing 5802, a display portion 5803, operation keys 5804, a lens 5805, a connection portion 5806, and the like. The operation key 5804 and the lens 5805 are provided in the first housing 5801, and the display portion 5803 is provided in the second housing 5802. The first housing 5801 and the second housing 5802 are connected by a connection portion 5806, and the angle between the first housing 5801 and the second housing 5802 is movable by the connection portion 5806. Yes. The video switching in the display portion 5803 may be performed in accordance with the angle between the first housing 5801 and the second housing 5802 in the connection portion 5806. The display device according to one embodiment of the present invention can be used for the display portion 5803 or another circuit.

本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。 This embodiment can be implemented in appropriate combination with any of the other embodiments.

FET1 トランジスタ
FET2 トランジスタ
FET3 トランジスタ
FET4 トランジスタ
FET5 トランジスタ
FET6 トランジスタ
11 信号線
12 信号線
13 信号線
14 信号線
15 信号線
21 入力端子
22 入力端子
23 入力端子
24 入力端子
25 入力端子
26 出力端子
27 出力端子
31 電源線
32 電源線
101 トランジスタ
102 トランジスタ
103 トランジスタ
104 トランジスタ
105 トランジスタ
106 トランジスタ
107 トランジスタ
108 トランジスタ
109 トランジスタ
110 トランジスタ
111 トランジスタ
201 トランジスタ
202 トランジスタ
203 導電膜
204 導電膜
205 絶縁膜
206 半導体膜
207 導電膜
208 導電膜
209 絶縁膜
210 絶縁膜
211 絶縁膜
212 導電膜
213 半導体膜
214 導電膜
215 導電膜
217 絶縁膜
300 トランジスタ
301 導電膜
302 ゲート絶縁膜
303 半導体膜
304 導電膜
305 導電膜
306 チャネル形成領域
4001 基板
4002 画素部
4003 信号線駆動回路
4004 走査線駆動回路
4005 封止材
4006 基板
4010 トランジスタ
4018 FPC
4020 絶縁膜
4021 電極
4022 トランジスタ
4023 液晶素子
4024 導電膜
4025 絶縁膜
4026 絶縁膜
4027 電極
4028 液晶層
4030 配線
5001 筐体
5002 筐体
5003 表示部
5004 表示部
5005 マイクロホン
5006 スピーカー
5007 操作キー
5008 スタイラス
5201 筐体
5202 表示部
5203 支持台
5401 筐体
5402 表示部
5403 キーボード
5404 ポインティングデバイス
5601 筐体
5602 筐体
5603 表示部
5604 表示部
5605 接続部
5606 操作キー
5801 筐体
5802 筐体
5803 表示部
5804 操作キー
5805 レンズ
5806 接続部
FET 1 Transistor FET 2 Transistor FET 3 Transistor FET 4 Transistor FET 5 Transistor FET 6 Transistor 11 Signal line 12 Signal line 13 Signal line 14 Signal line 15 Signal line 21 Input terminal 22 Input terminal 23 Input terminal 24 Input terminal 25 Input terminal 26 Output terminal 27 Output terminal 31 Power supply Line 32 power supply line 101 transistor 102 transistor 103 transistor 104 transistor 105 transistor 106 transistor 107 transistor 108 transistor 109 transistor 110 transistor 111 transistor 201 transistor 202 transistor 203 conductive film 204 conductive film 205 insulating film 206 semiconductor film 207 conductive film 208 conductive film 209 insulating Film 210 Insulating film 211 Insulating film 212 Conductive film 213 Conductor film 214 Conductive film 215 Conductive film 217 Insulating film 300 Transistor 301 Conductive film 302 Gate insulating film 303 Semiconductor film 304 Conductive film 305 Conductive film 306 Channel formation region 4001 Substrate 4002 Pixel portion 4003 Signal line driver circuit 4004 Scan line driver circuit 4005 Sealing Stop material 4006 Substrate 4010 Transistor 4018 FPC
4020 Insulating film 4021 Electrode 4022 Transistor 4023 Liquid crystal element 4024 Conductive film 4025 Insulating film 4026 Insulating film 4027 Electrode 4028 Liquid crystal layer 4030 Wiring 5001 Housing 5002 Housing 5003 Display unit 5004 Display unit 5005 Microphone 5006 Speaker 5007 Operation key 5008 Stylus 5201 Housing 5202 Display unit 5203 Support base 5401 Housing 5402 Display unit 5403 Keyboard 5404 Pointing device 5601 Housing 5602 Housing 5603 Display unit 5604 Display unit 5605 Connection unit 5606 Operation key 5801 Housing 5802 Housing 5803 Display unit 5804 Operation key 5805 Lens 5806 Connection

Claims (5)

クロック信号が与えられる第1配線と、第2配線との電気的な接続を制御する第1トランジスタと、
前記第2配線と、ローレベルの第1電位が与えられる第3配線との電気的な接続を制御する第2トランジスタと、
前記第1トランジスタのゲートと、ハイレベルの第2電位が与えられる第4配線との電気的な接続を制御する第3トランジスタと、
前記第1トランジスタのゲートと、前記第1電位が与えられる第5配線との電気的な接続を制御する第4トランジスタと、を有し、
前記第1トランジスタ乃至前記第4トランジスタは、酸化物半導体をチャネル形成領域に有しており、
前記トランジスタのS値は0.7V/decade以下である順序回路。
A first transistor that controls electrical connection between a first wiring to which a clock signal is applied and a second wiring;
A second transistor that controls electrical connection between the second wiring and a third wiring to which a low-level first potential is applied;
A third transistor for controlling electrical connection between the gate of the first transistor and a fourth wiring to which a high-level second potential is applied;
A fourth transistor that controls electrical connection between a gate of the first transistor and a fifth wiring to which the first potential is applied;
The first to fourth transistors each include an oxide semiconductor in a channel formation region.
A sequential circuit in which the S value of the transistor is 0.7 V / decade or less.
請求項1において、前記S値は、0.5V/decade以下である順序回路。 The sequential circuit according to claim 1, wherein the S value is 0.5 V / decade or less. 請求項1または請求項2において、前記酸化物半導体は、In、Ga、及びZnを含む順序回路。 3. The sequential circuit according to claim 1, wherein the oxide semiconductor includes In, Ga, and Zn. 請求項1乃至請求項3のいずれか1項において、
前記第1トランジスタ乃至前記第4トランジスタは、ゲート絶縁膜に酸化珪素、酸化窒化珪素、または窒化酸化珪素が用いられており、
前記ゲート絶縁膜の膜厚は、150nm以上500nm以下である順序回路。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
In the first to fourth transistors, silicon oxide, silicon oxynitride, or silicon nitride oxide is used for a gate insulating film,
The sequential circuit in which the gate insulating film has a thickness of 150 nm to 500 nm.
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の前記順序回路を用いた表示装置。 A display device using the sequential circuit according to claim 1.
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