JP2018060587A - Semiconductor device and display system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device which is new and has good reliability.SOLUTION: A semiconductor device includes a first transistor and a second transistor, and a first capacitor element and a second capacitor element. One of a source or a drain of the first transistor, one electrode of the first capacitive element, and a gate of the second transistor are electrically connected, and one of a source or a drain of the second transistor, one electrode of the second capacitive element, and the gate of the first transistor are electrically connected.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の一態様は、半導体装置、及び表示システムに関する。   One embodiment of the present invention relates to a semiconductor device and a display system.

なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、表示システム、電子機器、照明装置、入力装置、入出力装置、それらの駆動方法、又はそれらの製造方法、を一例として挙げることができる。   Note that one embodiment of the present invention is not limited to the above technical field. Technical fields of one embodiment of the present invention disclosed in this specification and the like include semiconductor devices, display devices, light-emitting devices, power storage devices, memory devices, display systems, electronic devices, lighting devices, input devices, input / output devices, and the like Examples of the driving method or the manufacturing method thereof can be given.

なお、本明細書等において、半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能し得る装置全般を指す。トランジスタ、半導体回路、演算装置、記憶装置等は半導体装置の一態様である。また、撮像装置、電気光学装置、発電装置(薄膜太陽電池、有機薄膜太陽電池等を含む。)、及び電子機器は半導体装置を有している場合がある。   Note that in this specification and the like, a semiconductor device refers to any device that can function by utilizing semiconductor characteristics. A transistor, a semiconductor circuit, an arithmetic device, a memory device, or the like is one embodiment of a semiconductor device. An imaging device, an electro-optical device, a power generation device (including a thin film solar cell, an organic thin film solar cell, and the like) and an electronic device may include a semiconductor device.

近年、パーソナルコンピュータ、スマートフォン、デジタルカメラなどさまざまな電子機器に、セントラルプロセシングユニット(Central Processing Unit(CPU))や記憶装置、センサなどの電子部品が用いられている。   In recent years, electronic components such as a central processing unit (CPU), a storage device, and a sensor are used in various electronic devices such as personal computers, smartphones, and digital cameras.

特許文献1には、酸化物半導体を用いたトランジスタと、単結晶シリコンを用いたトランジスタによって構成された記憶装置が記載されている。また、酸化物半導体を用いたトランジスタは、オフ電流が極めて小さいことが記載されている。   Patent Document 1 describes a memory device including a transistor using an oxide semiconductor and a transistor using single crystal silicon. Further, it is described that a transistor including an oxide semiconductor has extremely small off-state current.

特開2012−256400号公報JP 2012-256400 A

本発明の一態様は、新規な半導体装置の提供を課題とする。又は、本発明の一態様は、良好な信頼性を有する半導体装置の提供を課題とする。又は、本発明の一態様は、消費電力が小さい半導体装置の提供を課題とする。   An object of one embodiment of the present invention is to provide a novel semiconductor device. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device with favorable reliability. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device with low power consumption.

なお、本発明の一態様は、必ずしも上記の課題の全てを解決する必要はなく、少なくとも一の課題を解決できるものであればよい。また、上記の課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。これら以外の課題は、明細書、特許請求の範囲、図面などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、特許請求の範囲、図面などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。   Note that one embodiment of the present invention does not necessarily have to solve all of the problems described above, and may be one that can solve at least one problem. Further, the description of the above problem does not disturb the existence of other problems. Issues other than these will be apparent from the description of the specification, claims, drawings, etc., and other issues will be extracted from the description of the specification, claims, drawings, etc. Is possible.

本発明の一態様は、第1のトランジスタと第2のトランジスタ、及び第1の容量素子と第2の容量素子を有し、第1のトランジスタのソース又はドレインの一方と、第1の容量素子の一方の電極と、第2のトランジスタのゲートとは、電気的に接続され、第2のトランジスタのソース又はドレインの一方と、第2の容量素子の一方の電極と、第1のトランジスタのゲートとは、電気的に接続されている半導体装置である。   One embodiment of the present invention includes a first transistor, a second transistor, a first capacitor, and a second capacitor, one of a source and a drain of the first transistor, and the first capacitor And the gate of the second transistor are electrically connected to each other, and one of the source and the drain of the second transistor, the one electrode of the second capacitor, and the gate of the first transistor Is a semiconductor device that is electrically connected.

また、本発明の一態様に係る半導体装置は、第1のトランジスタのソース又はドレインの一方と、第1の容量素子の一方の電極と、第2のトランジスタのゲートとは、第1のノードにて電気的に接続され、第2のトランジスタのソース又はドレインの一方と、第2の容量素子の一方の電極と、第1のトランジスタのゲートとは、第2のノードにて電気的に接続され、第1のノードに第1の電位が保持され、第2のノードに第2の電位が保持されてもよい。   In the semiconductor device of one embodiment of the present invention, one of the source and the drain of the first transistor, the one electrode of the first capacitor, and the gate of the second transistor are connected to the first node. One of the source and the drain of the second transistor, the one electrode of the second capacitor, and the gate of the first transistor are electrically connected at the second node. The first potential may be held at the first node, and the second potential may be held at the second node.

また、本発明の一態様に係る半導体装置は、第1の電位の保持を行うときには、第2の電位の保持をせず、第2の電位の保持を行うときには、第1の電位の保持をしなくてもよい。   The semiconductor device according to one embodiment of the present invention does not hold the second potential when holding the first potential, and holds the first potential when holding the second potential. You don't have to.

また、本発明の一態様に係る半導体装置は、第1の電位の保持時には、第1のトランジスタのソース又はドレインの一方、及び第2のトランジスタのゲートに電位が印加され、第2の電位の保持時には、第2のトランジスタのソース又はドレインの一方、及び第1のトランジスタのゲートに電位が印加されてもよい。   In the semiconductor device according to one embodiment of the present invention, when the first potential is held, the potential is applied to one of the source and the drain of the first transistor and the gate of the second transistor. At the time of holding, a potential may be applied to one of the source and the drain of the second transistor and the gate of the first transistor.

また、本発明の一態様に係る半導体装置は、第1のトランジスタのゲート絶縁体には、第1の電位の保持時と第2の電位の保持時とで、それぞれ逆の極性の電位が印加され、第2のトランジスタのゲート絶縁体には、第1の電位の保持時と第2の電位の保持時とで、それぞれ逆の極性の電位が印加されてもよい。   In the semiconductor device according to one embodiment of the present invention, potentials having opposite polarities are applied to the gate insulator of the first transistor when the first potential is held and when the second potential is held. In addition, potentials having opposite polarities may be applied to the gate insulator of the second transistor when the first potential is held and when the second potential is held.

また、本発明の一態様に係る半導体装置は、第1のトランジスタ及び第2のトランジスタが、金属酸化物を用いていてもよい。   In the semiconductor device of one embodiment of the present invention, the first transistor and the second transistor may use a metal oxide.

また、本発明の一態様に係る半導体装置は、第1の駆動回路と、第2の駆動回路と、第1乃至第4の配線と、を有し、第1のトランジスタのソース又はドレインの他方と、第1の配線とは電気的に接続され、第2のトランジスタのソース又はドレインの他方と、第2の配線とは電気的に接続され、第1の容量素子の他方の電極と、第3の配線とは電気的に接続され、第2の容量素子の他方の電極と、第4の配線とは電気的に接続され、第1の駆動回路は、第1の配線及び第2の配線の電位を制御する機能を有し、第2の駆動回路は、第3の配線及び第4の配線の電位を制御する機能を有していてもよい。   In addition, a semiconductor device according to one embodiment of the present invention includes a first driver circuit, a second driver circuit, and first to fourth wirings, and the other of the source and the drain of the first transistor. And the first wiring is electrically connected, the other of the source and the drain of the second transistor is electrically connected, the second wiring is electrically connected, the other electrode of the first capacitor, 3 is electrically connected, the other electrode of the second capacitor and the fourth wiring are electrically connected, and the first driving circuit includes the first wiring and the second wiring. The second driver circuit may have a function of controlling the potentials of the third wiring and the fourth wiring.

また、本発明の一態様に係る表示システムは、上記半導体装置を用いたフレームメモリ、画像処理部、及び駆動回路を有する制御回路と、表示部と、を有し、フレームメモリは、画像データを記憶する機能を有し、画像処理部は、フレームメモリから入力された画像データに画像処理を行い、映像信号を生成する機能を有し、駆動回路は、画像処理部から入力された前記映像信号を、前記表示部に出力する機能を有する。   A display system according to one embodiment of the present invention includes a frame memory using the semiconductor device, a control circuit having an image processing unit, and a driver circuit, and a display unit. The frame memory stores image data. The image processing unit has a function of performing image processing on the image data input from the frame memory and generating a video signal, and the drive circuit is configured to output the video signal input from the image processing unit. Is output to the display unit.

また、本発明の一態様に係る表示システムにおいて、表示部は、第1の表示ユニットと、第2の表示ユニットと、を有し、第1の表示ユニットは、反射型の液晶素子を有し、第2の表示ユニットは、発光素子を有していてもよい。   In the display system according to one embodiment of the present invention, the display portion includes a first display unit and a second display unit, and the first display unit includes a reflective liquid crystal element. The second display unit may have a light emitting element.

本発明の一態様により、新規な半導体装置を提供することができる。又は、本発明の一態様により、良好な信頼性を有する半導体装置を提供することができる。又は、本発明の一態様により、消費電力が小さい半導体装置を提供することができる。   According to one embodiment of the present invention, a novel semiconductor device can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device having favorable reliability can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device with low power consumption can be provided.

なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。また、本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。これら以外の効果は、明細書、特許請求の範囲、図面などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、特許請求の範囲、図面などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。   Note that the description of these effects does not disturb the existence of other effects. Further, one embodiment of the present invention does not necessarily have all of these effects. Effects other than these will be apparent from the description of the specification, claims and drawings, and other effects will be extracted from the description of the specification, claims and drawings. Is possible.

本発明の一態様に係る半導体装置の構成例を示す図、及び本発明の一態様に係るメモリセルの構成例を示す図。4A and 4B illustrate a structure example of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention and a structure example of a memory cell according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係るメモリセルの構成例を示す図。FIG. 10 illustrates a structure example of a memory cell according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係るメモリセルのデータ書き込み動作及びデータ読み出し動作の一例を表すタイミングチャート。3 is a timing chart illustrating an example of a data write operation and a data read operation of a memory cell according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係るメモリセルの構成例を示す図。FIG. 10 illustrates a structure example of a memory cell according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る記憶装置の構成例を示す図。FIG. 10 illustrates a configuration example of a memory device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係るコンピュータの構成例を示す図。FIG. 14 illustrates a configuration example of a computer according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る表示システムの構成例を示す図。FIG. 10 illustrates a configuration example of a display system according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る表示装置の構成例を説明する図。6A and 6B illustrate a structure example of a display device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る表示装置の画素の構成例を説明する図。6A and 6B illustrate a structural example of a pixel of a display device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る表示装置の画素の構成例を説明する図。6A and 6B illustrate a structural example of a pixel of a display device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る表示装置の構成例を示す図。FIG. 6 illustrates a structure example of a display device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る表示装置の構成例を示す図。FIG. 6 illustrates a structure example of a display device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係るトランジスタの構成例を示す図。10A and 10B illustrate a structure example of a transistor according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係るトランジスタのエネルギーバンド構造を示す図。FIG. 6 illustrates an energy band structure of a transistor according to one embodiment of the present invention. 半導体ウエハの上面図。The top view of a semiconductor wafer. 電子部品の作製工程を示すフローチャート図及び斜視図。The flowchart figure and perspective view which show the manufacturing process of an electronic component. 本発明の一態様に係る電子機器の構成例を示す図。FIG. 14 illustrates a structure example of an electronic device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る電子機器の構成例を示す図。FIG. 14 illustrates a structure example of an electronic device according to one embodiment of the present invention.

以下、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、本発明は以下の実施の形態における説明に限定されず、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、以下の実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the description in the following embodiments, and those skilled in the art can easily understand that the forms and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Is done. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the following embodiments.

また、本発明の一態様には、半導体装置、記憶装置、表示装置、撮像装置、RF(Radio Frequency)タグなど、あらゆる装置がその範疇に含まれる。また、表示装置には、液晶表示装置、有機発光素子に代表される発光素子を各画素に備えた発光装置、電子ペーパー、DMD(Digital Micromirror Device)、PDP(Plasma Display Panel)、FED(Field Emission Display)などが、その範疇に含まれる。   One embodiment of the present invention includes, in its category, any device such as a semiconductor device, a memory device, a display device, an imaging device, and an RF (Radio Frequency) tag. In addition, the display device includes a liquid crystal display device, a light-emitting device including a light-emitting element typified by an organic light-emitting element in each pixel, electronic paper, DMD (Digital Micromirror Device), PDP (Plasma Display Panel), FED (Field Emission). Display) and the like are included in the category.

また、本明細書等において、金属酸化物(metal oxide)とは、広い表現での金属の酸化物である。金属酸化物は、酸化物絶縁体、酸化物導電体(透明酸化物導電体を含む。)、酸化物半導体(Oxide Semiconductor又は単にOSともいう。)などに分類される。例えば、トランジスタのチャネル形成領域に金属酸化物を用いた場合、当該金属酸化物を酸化物半導体と呼称する場合がある。つまり、金属酸化物が増幅作用、整流作用、及びスイッチング作用の少なくとも1つを有する場合、当該金属酸化物を、金属酸化物半導体(metal oxide semiconductor)、略してOSと呼ぶことができる。また、OS FETと記載する場合においては、金属酸化物又は酸化物半導体を有するトランジスタと換言することができる。   In this specification and the like, a metal oxide is a metal oxide in a broad expression. Metal oxides are classified into oxide insulators, oxide conductors (including transparent oxide conductors), oxide semiconductors (also referred to as oxide semiconductors or simply OS), and the like. For example, in the case where a metal oxide is used for a channel formation region of a transistor, the metal oxide may be referred to as an oxide semiconductor. In other words, when a metal oxide has at least one of an amplifying function, a rectifying function, and a switching function, the metal oxide can be referred to as a metal oxide semiconductor, or OS for short. In the case of describing as an OS FET, it can be said to be a transistor including a metal oxide or an oxide semiconductor.

また、本明細書等において、窒素を有する金属酸化物も金属酸化物(metal oxide)と総称する場合がある。また、窒素を有する金属酸化物を、金属酸窒化物(metal oxynitride)と呼称してもよい。   In this specification and the like, metal oxides containing nitrogen may be collectively referred to as metal oxides. Further, a metal oxide containing nitrogen may be referred to as a metal oxynitride.

また、本明細書等において、CAAC(c−axis aligned crystal)、及びCAC(cloud−aligned composite)と記載する場合がある。なお、CAACは結晶構造の一例を表し、CACは機能、又は材料の構成の一例を表す。   Moreover, in this specification etc., it may describe as CAAC (c-axis aligned crystal) and CAC (cloud-aligned composite). Note that CAAC represents an example of a crystal structure, and CAC represents an example of a function or a material structure.

また、本明細書等において、CAC−OS又はCAC−metal oxideとは、材料の一部では導電性の機能と、材料の一部では絶縁性の機能とを有し、材料の全体では半導体としての機能を有する。なお、CAC−OS又はCAC−metal oxideを、トランジスタのチャネル形成領域に用いる場合、導電性の機能は、キャリアとなる電子(又は正孔)を流す機能であり、絶縁性の機能は、キャリアとなる電子(又は正孔)を流さない機能である。導電性の機能と、絶縁性の機能とを、それぞれ相補的に作用させることで、スイッチングさせる機能(On/Offさせる機能)をCAC−OS又はCAC−metal oxideに付与することができる。CAC−OS又はCAC−metal oxideにおいて、それぞれの機能を分離させることで、双方の機能を最大限に高めることができる。   In this specification and the like, a CAC-OS or a CAC-metal oxide has a conductive function in part of a material and an insulating function in part of the material, and the whole material is a semiconductor. It has the function of. Note that in the case where a CAC-OS or a CAC-metal oxide is used for a channel formation region of a transistor, the conductive function is a function of flowing electrons (or holes) serving as carriers, and the insulating function is This is a function of preventing electrons (or holes) from flowing. By performing the conductive function and the insulating function in a complementary manner, a switching function (a function for turning on / off) can be given to the CAC-OS or the CAC-metal oxide. In CAC-OS or CAC-metal oxide, the functions of both can be maximized by separating the functions.

また、本明細書等において、CAC−OS又はCAC−metal oxideは、導電性領域、及び絶縁性領域を有する。導電性領域は、上述の導電性の機能を有し、絶縁性領域は、上述の絶縁性の機能を有する。また、材料中において、導電性領域と、絶縁性領域とは、ナノ粒子レベルで分離している場合がある。また、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ材料中に偏在する場合がある。また、導電性領域は、周辺がぼけてクラウド状に連結して観察される場合がある。   In this specification and the like, a CAC-OS or a CAC-metal oxide includes a conductive region and an insulating region. The conductive region has the above-described conductive function, and the insulating region has the above-described insulating function. In the material, the conductive region and the insulating region may be separated at the nanoparticle level. In addition, the conductive region and the insulating region may be unevenly distributed in the material, respectively. In addition, the conductive region may be observed with the periphery blurred and connected in a cloud shape.

また、CAC−OS又はCAC−metal oxideにおいて、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ0.5nm以上10nm以下、好ましくは0.5nm以上3nm以下のサイズで材料中に分散している場合がある。   In CAC-OS or CAC-metal oxide, the conductive region and the insulating region are each dispersed in a material with a size of 0.5 nm to 10 nm, preferably 0.5 nm to 3 nm. There is.

また、CAC−OS又はCAC−metal oxideは、異なるバンドギャップを有する成分により構成される。例えば、CAC−OS又はCAC−metal oxideは、絶縁性領域に起因するワイドギャップを有する成分と、導電性領域に起因するナローギャップを有する成分と、により構成される。当該構成の場合、キャリアを流す際に、ナローギャップを有する成分において、主にキャリアが流れる。また、ナローギャップを有する成分が、ワイドギャップを有する成分に相補的に作用し、ナローギャップを有する成分に連動してワイドギャップを有する成分にもキャリアが流れる。このため、上記CAC−OS又はCAC−metal oxideをトランジスタのチャネル形成領域に用いる場合、トランジスタのオン状態において高い電流駆動力、つまり大きなオン電流、及び高い電界効果移動度を得ることができる。   Moreover, CAC-OS or CAC-metal oxide is comprised by the component which has a different band gap. For example, CAC-OS or CAC-metal oxide includes a component having a wide gap caused by an insulating region and a component having a narrow gap caused by a conductive region. In the case of the configuration, when the carrier flows, the carrier mainly flows in the component having the narrow gap. In addition, the component having a narrow gap acts in a complementary manner to the component having a wide gap, and the carrier flows through the component having the wide gap in conjunction with the component having the narrow gap. Therefore, when the CAC-OS or the CAC-metal oxide is used for a channel formation region of a transistor, high current driving force, that is, high on-state current and high field-effect mobility can be obtained in the on-state of the transistor.

すなわち、CAC−OS又はCAC−metal oxideは、マトリックス複合材(matrix composite)、又は金属マトリックス複合材(metal matrix composite)と呼称することもできる。   That is, CAC-OS or CAC-metal oxide can also be called a matrix composite material or a metal matrix composite material.

また、本明細書等において、XとYとが接続されている、と明示的に記載されている場合は、XとYとが直接的に接続されている場合と、XとYとが電気的に接続されている場合と、XとYとが機能的に接続されている場合とが、本明細書等に開示されているものとする。したがって、所定の接続関係、例えば、図又は文章に示された接続関係に限定されず、図又は文章に示された接続関係以外のものも、図又は文章に記載されているものとする。ここで、X、Yは、対象物(例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層など)であるとする。   In addition, in this specification and the like, when it is explicitly described that X and Y are connected, X and Y are directly connected and X and Y are electrically connected. And the case where X and Y are functionally connected are disclosed in this specification and the like. Therefore, it is not limited to a predetermined connection relationship, for example, the connection relationship shown in the figure or text, and things other than the connection relation shown in the figure or text are also described in the figure or text. Here, X and Y are assumed to be objects (for example, devices, elements, circuits, wirings, electrodes, terminals, conductive films, layers, etc.).

XとYとが直接的に接続されている場合の一例としては、XとYとの電気的な接続を可能とする素子(例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイオード、表示素子、発光素子、負荷など)が、XとYとの間に接続されていない場合であり、XとYとの電気的な接続を可能とする素子(例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイオード、表示素子、発光素子、負荷など)を介さずに、XとYとが、接続されている場合である。   As an example of the case where X and Y are directly connected, an element that enables electrical connection between X and Y (for example, a switch, a transistor, a capacitor, an inductor, a resistor, a diode, a display, etc.) Element, light emitting element, load, etc.) are not connected between X and Y, and elements (for example, switches, transistors, capacitive elements, inductors) that enable electrical connection between X and Y X and Y are not connected via a resistor element, a diode, a display element, a light emitting element, a load, or the like.

XとYとが電気的に接続されている場合の一例としては、XとYとの電気的な接続を可能とする素子(例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイオード、表示素子、発光素子、負荷など)が、XとYとの間に1個以上接続されることが可能である。なお、スイッチは、オンオフが制御される機能を有している。つまり、スイッチは、導通状態(オン状態)、又は、非導通状態(オフ状態)になり、電流を流すか流さないかを制御する機能を有している。又は、スイッチは、電流を流す経路を選択して切り替える機能を有している。なお、XとYとが電気的に接続されている場合は、XとYとが直接的に接続されている場合を含むものとする。   As an example of the case where X and Y are electrically connected, an element (for example, a switch, a transistor, a capacitive element, an inductor, a resistance element, a diode, a display, etc.) that enables electrical connection between X and Y is shown. More than one element, light emitting element, load, etc.) can be connected between X and Y. Note that the switch has a function of controlling on / off. That is, the switch is in a conductive state (on state) or a non-conductive state (off state), and has a function of controlling whether or not to pass a current. Alternatively, the switch has a function of selecting and switching a current flow path. Note that the case where X and Y are electrically connected includes the case where X and Y are directly connected.

XとYとが機能的に接続されている場合の一例としては、XとYとの機能的な接続を可能とする回路(例えば、論理回路(インバータ、NAND回路、NOR回路など)、信号変換回路(DA変換回路、AD変換回路、ガンマ補正回路など)、電位レベル変換回路(電源回路(昇圧回路、降圧回路など)、信号の電位レベルを変えるレベルシフタ回路など)、電圧源、電流源、切り替え回路、増幅回路(信号振幅又は電流量などを大きくできる回路、オペアンプ、差動増幅回路、ソースフォロワ回路、バッファ回路など)、信号生成回路、記憶回路、制御回路など)が、XとYとの間に1個以上接続されることが可能である。なお、一例として、XとYとの間に別の回路を挟んでいても、Xから出力された信号がYへ伝達される場合は、XとYとは機能的に接続されているものとする。なお、XとYとが機能的に接続されている場合は、XとYとが直接的に接続されている場合と、XとYとが電気的に接続されている場合とを含むものとする。   As an example of the case where X and Y are functionally connected, a circuit (for example, a logic circuit (an inverter, a NAND circuit, a NOR circuit, etc.) that enables a functional connection between X and Y, signal conversion, etc. Circuit (DA conversion circuit, AD conversion circuit, gamma correction circuit, etc.), potential level conversion circuit (power supply circuit (boost circuit, step-down circuit, etc.), level shifter circuit that changes signal potential level, etc.), voltage source, current source, switching Circuit, amplifier circuit (circuit that can increase signal amplitude or current amount, operational amplifier, differential amplifier circuit, source follower circuit, buffer circuit, etc.), signal generation circuit, memory circuit, control circuit, etc.) One or more can be connected between them. As an example, even if another circuit is interposed between X and Y, if the signal output from X is transmitted to Y, X and Y are functionally connected. To do. Note that the case where X and Y are functionally connected includes the case where X and Y are directly connected and the case where X and Y are electrically connected.

なお、XとYとが電気的に接続されている、と明示的に記載されている場合は、XとYとが電気的に接続されている場合(つまり、XとYとの間に別の素子又は別の回路を挟んで接続されている場合)と、XとYとが機能的に接続されている場合(つまり、XとYとの間に別の回路を挟んで機能的に接続されている場合)と、XとYとが直接的に接続されている場合(つまり、XとYとの間に別の素子又は別の回路を挟まずに接続されている場合)とが、本明細書等に開示されているものとする。つまり、電気的に接続されている、と明示的に記載されている場合は、単に、接続されている、とのみ明示的に記載されている場合と同様な内容が、本明細書等に開示されているものとする。   In addition, when it is explicitly described that X and Y are electrically connected, a case where X and Y are electrically connected (that is, there is a separate connection between X and Y). And X and Y are functionally connected (that is, they are functionally connected with another circuit between X and Y). And when X and Y are directly connected (that is, when X and Y are connected without interposing another element or another circuit), It is disclosed in this specification and the like. In other words, when it is explicitly described that it is electrically connected, the same contents as when it is explicitly described only that it is connected are disclosed in this specification and the like. It is assumed that

また、異なる図面間で同じ符号が付されている構成要素は、特に説明がない限り、同じものを表す。   Moreover, the component to which the same code | symbol is attached | subjected between different drawings represents the same unless there is particular description.

また、図面上は独立している構成要素同士が電気的に接続しているように図示されている場合であっても、1つの構成要素が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合もある。例えば配線の一部が電極としても機能する場合は、一の導電膜が、配線の機能、及び電極の機能の両方の構成要素の機能を併せ持っている。したがって、本明細書における電気的に接続とは、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 addition, even in the case where independent components are illustrated as being electrically connected to each other in the drawing, one component may have the functions of a plurality of components. is there. For example, in the case where a part of the wiring also functions as an electrode, one conductive film has both the functions of the constituent elements of the wiring function and the electrode function. Therefore, the term “electrically connected” in this specification includes in its category such a case where one conductive film has functions of a plurality of components.

(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様に係る半導体装置及び記憶装置について説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, a semiconductor device and a memory device according to one embodiment of the present invention will be described.

<半導体装置の構成例>
図1(A)に、本発明の一態様に係る半導体装置に含まれるメモリセルアレイ10の構成例を示す。メモリセルアレイ10は複数のメモリセルMCを有する。メモリセルMCは、データを記憶する機能を有する回路である。図1(A)には、メモリセルアレイ10がm列n行のメモリセルMCを有する構成例を示す。以下、x列y行(xは1以上m以下の整数、yは1以上n以下の整数)のメモリセルMCを、MC[x,y]と表記する。当該複数のメモリセルMCを、半導体装置のメモリセルアレイ10として用いることができる。
<Configuration example of semiconductor device>
FIG. 1A illustrates a configuration example of the memory cell array 10 included in the semiconductor device according to one embodiment of the present invention. The memory cell array 10 has a plurality of memory cells MC. The memory cell MC is a circuit having a function of storing data. FIG. 1A shows a configuration example in which the memory cell array 10 includes m columns and n rows of memory cells MC. Hereinafter, a memory cell MC in x columns and y rows (x is an integer of 1 to m and y is an integer of 1 to n) is expressed as MC [x, y]. The plurality of memory cells MC can be used as the memory cell array 10 of the semiconductor device.

メモリセルMCは、複数の配線WL(配線WLa、配線WLb)と、複数の配線BL(配線BLa、配線BLb)とに接続されている。配線WLは、データの書き込み、読み出し、又は保持を行うための電位を、所定の行のメモリセルMCに供給する機能を有する。配線BLは、データの書き込み、読み出し、又は保持を行うための電位を、所定の列のメモリセルMCに供給する機能を有する。また、配線BLは、メモリセルMCに書き込むデータに対応する電位(以下、書き込み電位ともいう。)を伝える機能を有する。なお、MC[x,y]と接続された配線WLa、配線WLb、配線BLa、配線BLbを、それぞれ配線WLa[y]、配線WLb[y]、配線BLa[x]、配線BLb[x]と表記する。   The memory cell MC is connected to a plurality of wirings WL (wiring WLa, wiring WLb) and a plurality of wirings BL (wiring BLa, wiring BLb). The wiring WL has a function of supplying a potential for writing, reading, or holding data to the memory cells MC in a predetermined row. The wiring BL has a function of supplying a potential for writing, reading, or holding data to the memory cells MC in a predetermined column. In addition, the wiring BL has a function of transmitting a potential corresponding to data to be written to the memory cell MC (hereinafter also referred to as a write potential). Note that the wiring WLa, the wiring WLb, the wiring BLa, and the wiring BLb connected to MC [x, y] are respectively connected to the wiring WLa [y], the wiring WLb [y], the wiring BLa [x], and the wiring BLb [x]. write.

図1(A)においては、配線WLが同じ行のメモリセルMCに共有され、配線BLが同じ列のメモリセルMCに共有されている構成例を示している。しかし、これらの配線は、メモリセルMCごとに個別に設けられていてもよい。   FIG. 1A illustrates a configuration example in which the wiring WL is shared by the memory cells MC in the same row and the wiring BL is shared by the memory cells MC in the same column. However, these wirings may be provided individually for each memory cell MC.

メモリセルMCは、トランジスタや容量素子によって構成することができる。ここで、メモリセルMCには、チャネル形成領域に金属酸化物を有するトランジスタ(以下、OSトランジスタともいう。)を用いることが好ましい。金属酸化物は、シリコンなどの半導体よりもバンドギャップが大きく、少数キャリア密度が低いため、チャネル形成領域に金属酸化物を用いたトランジスタのオフ電流は極めて小さい。そのため、メモリセルMCにOSトランジスタを用いる場合、チャネル形成領域にシリコンを有するトランジスタ(以下、Siトランジスタともいう。)などを用いる場合と比較して、メモリセルMCに保持された電位を長期間にわたって保持することができる。これにより、所定の周期で再度書き込みを行う動作(リフレッシュ動作)が不要となるか、又は、リフレッシュ動作の頻度を極めて少なくすることができる。また、メモリセルMCへの信号の供給が停止された期間においても、長期間データを保持することができる。したがって、メモリセルアレイ10における消費電力を低減することができる。   The memory cell MC can be composed of a transistor or a capacitor element. Here, a transistor having a metal oxide in a channel formation region (hereinafter also referred to as an OS transistor) is preferably used for the memory cell MC. Since a metal oxide has a larger band gap and a lower minority carrier density than a semiconductor such as silicon, the off-state current of a transistor in which a metal oxide is used for a channel formation region is extremely small. Therefore, in the case where an OS transistor is used for the memory cell MC, the potential held in the memory cell MC is maintained over a long period of time as compared with a case where a transistor including silicon in a channel formation region (hereinafter also referred to as Si transistor) or the like is used. Can be held. This eliminates the need for an operation (refresh operation) in which writing is performed again at a predetermined cycle, or the frequency of the refresh operation can be extremely reduced. In addition, data can be held for a long time even in a period in which signal supply to the memory cell MC is stopped. Therefore, power consumption in the memory cell array 10 can be reduced.

図1(B)に、本発明の一態様に係るメモリセルMCの構成の一部を示す。本発明の一態様において、メモリセルMCは回路MCa、回路MCbを有する。回路MCa、回路MCbはそれぞれ、データを記憶する機能を有する。回路MCaは、トランジスタTra、容量素子Caを有する。回路MCbは、トランジスタTrb、容量素子Cbを有する。   FIG. 1B illustrates part of the structure of the memory cell MC according to one embodiment of the present invention. In one embodiment of the present invention, the memory cell MC includes a circuit MCa and a circuit MCb. Each of the circuit MCa and the circuit MCb has a function of storing data. The circuit MCa includes a transistor Tra and a capacitive element Ca. The circuit MCb includes a transistor Trb and a capacitor Cb.

トランジスタTraのソース又はドレインの一方は容量素子Caの一方の電極と接続され、ソース又はドレインの他方は配線L1aと接続されている。容量素子Caの他方の電極は配線L2aと接続されている。なお、配線L1a、配線L2aは、所定の信号が供給される配線である。ここで、トランジスタTraのソース又はドレインの一方、容量素子Caの一方の電極と接続されたノードを、ノードFNaと表記する。ノードFNaは、メモリセルMCの電位保持部としての機能を有する。なお、回路MCbも回路MCaと同様の回路構成を有する。   One of the source and the drain of the transistor Tra is connected to one electrode of the capacitor Ca, and the other of the source and the drain is connected to the wiring L1a. The other electrode of the capacitive element Ca is connected to the wiring L2a. Note that the wiring L1a and the wiring L2a are wirings to which predetermined signals are supplied. Here, a node connected to one of the source and drain of the transistor Tra and one electrode of the capacitor Ca is denoted as a node FNa. The node FNa has a function as a potential holding portion of the memory cell MC. Note that the circuit MCb also has a circuit configuration similar to that of the circuit MCa.

トランジスタTra、トランジスタTrbは、データの書き込み用スイッチとしての機能を有する。また、配線L1a、配線L1bは、書き込み電位を伝える機能を有する。トランジスタTraが導通状態になると、配線L1aの電位がトランジスタTraを介してノードFNaに供給される。これにより、回路MCaへのデータの書き込みが行われる。その後、トランジスタTraがオフ状態となると、ノードFNaがフローティング状態となり、データが保持される。回路MCbにおいても、同様の動作によりデータの書き込み及び保持が行われる。   The transistors Tra and Trb function as data write switches. Further, the wiring L1a and the wiring L1b have a function of transmitting a writing potential. When the transistor Tra is turned on, the potential of the wiring L1a is supplied to the node FNa through the transistor Tra. As a result, data is written to the circuit MCa. After that, when the transistor Tra is turned off, the node FNa is in a floating state, and data is held. In the circuit MCb, data is written and held by the same operation.

ここで、データの書き込み用スイッチとしての機能を有するトランジスタTra、トランジスタTrbには、OSトランジスタを用いることが好ましい。前述したように、OSトランジスタのオフ電流は極めて小さいため、トランジスタTra、トランジスタTrbがオフ状態の期間において、ノードFNa、ノードFNbの電位を極めて長期間にわたって保持することができる。そのため、メモリセルMCにおける消費電力を低減することができる。   Here, an OS transistor is preferably used as the transistor Tra and the transistor Trb which function as a data write switch. As described above, since the off-state current of the OS transistor is extremely small, the potentials of the node FNa and the node FNb can be held for a very long period in a period in which the transistor Tra and the transistor Trb are off. Therefore, power consumption in the memory cell MC can be reduced.

なお、チャネル幅で規格化したOSトランジスタのオフ電流は、ソース又はドレイン電圧が10V、室温(25℃程度)の状態で10×10−21A/μm(10ゼプトA/μm)以下とすることが可能である。トランジスタTra、トランジスタTrbに用いるOSトランジスタのオフ電流は、室温(25℃程度)にて1×10−18A以下、又は、1×10−21A以下、又は1×10−24A以下が好ましい。又は、リーク電流は85℃にて1×10−15A以下、又は1×10−18A以下、又は1×10−21A以下であることが好ましい。 Note that the off-state current of the OS transistor normalized by the channel width is 10 × 10 −21 A / μm (10 zept A / μm) or less when the source or drain voltage is 10 V and room temperature (about 25 ° C.). Is possible. The off-state current of the OS transistor used for the transistor Tra and the transistor Trb is preferably 1 × 10 −18 A or less, or 1 × 10 −21 A or less, or 1 × 10 −24 A or less at room temperature (about 25 ° C.). . Alternatively, the leak current is preferably 1 × 10 −15 A or less, or 1 × 10 −18 A or less, or 1 × 10 −21 A or less at 85 ° C.

また、OSトランジスタのチャネル形成領域に含まれる金属酸化物は、インジウム(In)及び亜鉛(Zn)の少なくとも一方を含むことが好ましい。このような金属酸化物としては、In酸化物、Zn酸化物、In−Zn酸化物、In−M−Zn酸化物(元素Mは、Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd、又はHf)が代表的である。これら金属酸化物は、電子供与体(ドナー)となる水素などの不純物を低減し、かつ酸素欠損も低減することで、金属酸化物をi型半導体(真性半導体)にする、あるいはi型半導体に限りなく近づけることができる。このような金属酸化物は、高純度化された金属酸化物と呼ぶことができる。例えば、金属酸化物のキャリア密度は、8×1015cm−3未満、好ましくは1×1011cm−3未満、より好ましくは1×1010cm−3未満であり、かつ、1×10−9cm−3以上とすることができる。 The metal oxide contained in the channel formation region of the OS transistor preferably contains at least one of indium (In) and zinc (Zn). As such a metal oxide, an In oxide, a Zn oxide, an In—Zn oxide, an In—M—Zn oxide (the element M is Al, Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, Nd, Or Hf) is typical. These metal oxides reduce impurities such as hydrogen, which are electron donors (donors), and reduce oxygen vacancies, thereby making the metal oxide an i-type semiconductor (intrinsic semiconductor), or an i-type semiconductor. It can be as close as possible. Such a metal oxide can be referred to as a highly purified metal oxide. For example, the carrier density of the metal oxide is less than 8 × 10 15 cm −3 , preferably less than 1 × 10 11 cm −3 , more preferably less than 1 × 10 10 cm −3 , and 1 × 10 It can be 9 cm −3 or more.

また、金属酸化物はバンドギャップが大きく、電子が励起されにくく、正孔の有効質量が大きい。このため、OSトランジスタはSiトランジスタと比較して、電子雪崩降伏等が生じにくい場合がある。電子雪崩降伏に起因するホットキャリア劣化等が抑制されることで、OSトランジスタは高いドレイン耐圧を有することとなり、高いドレイン電圧で駆動することが可能となる。そのため、トランジスタTra、トランジスタTrbにOSトランジスタを用いることにより、ノードFNa、ノードFNbに保持される電位の範囲を広げることができる。   In addition, the metal oxide has a large band gap, electrons are not easily excited, and the effective mass of holes is large. For this reason, an OS avalanche breakdown may be less likely to occur in an OS transistor than in a Si transistor. By suppressing hot carrier deterioration caused by electron avalanche breakdown, the OS transistor has a high drain breakdown voltage, and can be driven with a high drain voltage. Therefore, by using OS transistors as the transistors Tra and Trb, the range of potentials held at the nodes FNa and FNb can be expanded.

なお、トランジスタTra、トランジスタTrbとして、OSトランジスタ以外のトランジスタを用いてもよい。例えば、金属酸化物以外の単結晶半導体を有する基板において、該基板の一部にチャネルが形成されるトランジスタを用いてもよい。このような基板としては、例えば、単結晶シリコン基板や単結晶ゲルマニウム基板などが挙げられる。また、トランジスタTra、トランジスタTrbとして、金属酸化物以外の半導体材料を含む膜にチャネルが形成されるトランジスタを用いてもよい。このような膜としては、例えば、非晶質シリコン膜、微結晶シリコン膜、多結晶シリコン膜、単結晶シリコン膜、非晶質ゲルマニウム膜、微結晶ゲルマニウム膜、多結晶ゲルマニウム膜、又は単結晶ゲルマニウム膜などが挙げられる。   Note that transistors other than the OS transistor may be used as the transistor Tra and the transistor Trb. For example, in a substrate including a single crystal semiconductor other than a metal oxide, a transistor in which a channel is formed in part of the substrate may be used. Examples of such a substrate include a single crystal silicon substrate and a single crystal germanium substrate. Alternatively, a transistor in which a channel is formed in a film containing a semiconductor material other than a metal oxide may be used as the transistor Tra and the transistor Trb. Examples of such a film include an amorphous silicon film, a microcrystalline silicon film, a polycrystalline silicon film, a single crystal silicon film, an amorphous germanium film, a microcrystalline germanium film, a polycrystalline germanium film, or a single crystal germanium. Examples include membranes.

メモリセルMCが有する容量素子として、メモリセルMCを構成するトランジスタや配線が形成する寄生容量を用いてもよい。また、メモリセルMCが有する容量素子として、メモリセルMCを構成するトランジスタのゲートと、ソース又はドレインと、の間で形成される容量を利用してもよい。また、ノードFNa又は/及びノードFNbと接続される容量素子は、2つ以上設けてもよい。   As a capacitor element included in the memory cell MC, a parasitic capacitor formed by a transistor or a wiring included in the memory cell MC may be used. In addition, as a capacitor element included in the memory cell MC, a capacitor formed between the gate of the transistor included in the memory cell MC and the source or the drain may be used. Two or more capacitor elements connected to the node FNa or / and the node FNb may be provided.

ここで、本発明の一態様においては、トランジスタTraのゲートがノードFNbと接続され、トランジスタTrbのゲートがノードFNaと接続されている。そのため、トランジスタTra、トランジスタTrbの導通状態を、それぞれノードFNb、ノードFNaの電位によって制御することができる。   Here, in one embodiment of the present invention, the gate of the transistor Tra is connected to the node FNb, and the gate of the transistor Trb is connected to the node FNa. Therefore, the conduction states of the transistors Tra and Trb can be controlled by the potentials of the nodes FNb and FNa, respectively.

また、本発明の一態様において、ノードFNaは、容量素子Caを介して配線L2aと接続されている。そのため、配線L2aの電位を変化させることにより、容量素子Caの容量結合を利用して、ノードFNaの電位を制御することができる。同様に、配線L2bの電位を変化させることにより、容量素子Cbの容量結合を利用して、ノードFNbの電位を制御することができる。   In one embodiment of the present invention, the node FNa is connected to the wiring L2a through the capacitor Ca. Therefore, by changing the potential of the wiring L2a, the potential of the node FNa can be controlled using the capacitive coupling of the capacitor Ca. Similarly, by changing the potential of the wiring L2b, the potential of the node FNb can be controlled by using the capacitive coupling of the capacitor Cb.

ここで、例えばメモリセルMCが回路MCaのみの構成である場合、メモリセルMCのデータ保持時には、ノードFNaのみに一定の電位が保持されることになる。これはメモリセルMCが、ノードFNaに一定の正(又は負)の電位(以下、データ“1”ともいう。)又は0V(以下、データ“0”ともいう。)のいずれかを保持できる2値のメモリセルである場合、データ“1”保持時には、トランジスタTraのソース又はドレインの一方のみに正(又は負)の電位が印加され、データ“0”保持時には、トランジスタTraのいずれの電極(ソース、ドレイン、ゲート)にも正(又は負)の電位が印加されないことになる。すなわち、メモリセルMCが回路MCaのみの構成である場合には、データ“1”保持時に、トランジスタTraのソース又はドレインの一方に正(又は負)の電位という一種類のストレスのみが印加され続けることになる。このため、メモリセルMCが回路MCaのみの構成である場合には、データ“1”保持起因の印加ストレスによって、トランジスタTraの劣化が誘発・加速される場合がある。該劣化によってトランジスタTraの電気特性(閾値電圧、オフ電流等)が変動すると、回路MCa(メモリセルMC)におけるデータの読み書きや保持などに支障をきたす場合がある。   Here, for example, when the memory cell MC has only the circuit MCa, when the data of the memory cell MC is held, only a constant potential is held at the node FNa. This is because the memory cell MC can hold either a constant positive (or negative) potential (hereinafter also referred to as data “1”) or 0 V (hereinafter also referred to as data “0”) at the node FNa 2. In the case of a value memory cell, a positive (or negative) potential is applied to only one of the source and drain of the transistor Tra when data “1” is held, and any electrode ( A positive (or negative) potential is not applied to the source, drain, and gate. That is, in the case where the memory cell MC has only the circuit MCa, only one type of stress called a positive (or negative) potential continues to be applied to one of the source and drain of the transistor Tra when data “1” is held. It will be. For this reason, in the case where the memory cell MC has only the circuit MCa, the deterioration of the transistor Tra may be induced / accelerated due to the applied stress caused by the retention of the data “1”. When the electrical characteristics (threshold voltage, off-state current, etc.) of the transistor Tra change due to the deterioration, there are cases where data read / write and retention in the circuit MCa (memory cell MC) are hindered.

しかしながら、本発明の一態様では、2つの回路(回路MCa及び回路MCb)に対して図1(B)に示すように電気的な接続を行い、これを1つのメモリセルMCとする構成とすることによって、前述したトランジスタTraの劣化を抑制することができる。以下で詳細を説明する。   However, in one embodiment of the present invention, two circuits (the circuit MCa and the circuit MCb) are electrically connected as illustrated in FIG. 1B, and this is configured as one memory cell MC. As a result, the deterioration of the transistor Tra described above can be suppressed. Details will be described below.

図1(B)に示すように、トランジスタTraのゲートとノードFNbとは接続されており、トランジスタTraのソース又はドレインの一方とノードFNaとは接続されている。また。トランジスタTrbのゲートとノードFNaとは接続されており、トランジスタTrbのソース又はドレインの一方とノードFNbとは接続されている。ここで、ノードFNaに一定の正の電位が保持され、かつノードFNbに0Vが保持される組み合わせをデータ“1”、ノードFNaに0Vが保持され、かつノードFNbに一定の正の電位が保持される組み合わせをデータ“0”と定義し直す。例えば、メモリセルMCが該データ“1”と該データ“0”のいずれかを保持できる2値のメモリセルである場合、データ“1”保持時には、トランジスタTraのソース又はドレインの一方とトランジスタTrbのゲートに正の電位が印加され、データ“0”保持時には、トランジスタTrbのソース又はドレインの一方とトランジスタTraのゲートに正の電位が印加されることになる。これを各トランジスタのソース又はドレインの一方の電位を基準(0V)として考えると、データ“1”保持時には、トランジスタTraのゲート絶縁体(ノードFNa側)に負の電位が印加されたのと等価な状態となり、データ“0”保持時には、トランジスタTrbのゲート絶縁体(ノードFNb側)に負の電位が印加されたのと等価な状態になる。   As shown in FIG. 1B, the gate of the transistor Tra and the node FNb are connected, and one of the source or drain of the transistor Tra and the node FNa are connected. Also. The gate of the transistor Trb and the node FNa are connected, and one of the source or drain of the transistor Trb and the node FNb are connected. Here, the data “1” is a combination in which a constant positive potential is held at the node FNa and 0 V is held at the node FNb, 0 V is held at the node FNa, and a constant positive potential is held at the node FNb. The defined combination is redefined as data “0”. For example, when the memory cell MC is a binary memory cell capable of holding either the data “1” or the data “0”, when holding the data “1”, one of the source and drain of the transistor Tra and the transistor Trb are stored. A positive potential is applied to the gate of the transistor Tr. When data “0” is held, a positive potential is applied to one of the source or drain of the transistor Trb and the gate of the transistor Tra. Considering this as the reference (0 V) of one of the source and drain of each transistor, it is equivalent to applying a negative potential to the gate insulator (node FNa side) of the transistor Tra when data “1” is retained. When data “0” is held, the state is equivalent to the case where a negative potential is applied to the gate insulator (node FNb side) of the transistor Trb.

すなわち、図1(B)に示すメモリセルMCにおいて、データ“1”保持時には、トランジスタTraには負のゲートバイアスストレス(以下、−GBSともいう。)が印加されることになる。また、正の電位が保持されたノードFNaはトランジスタTrbのゲートと接続されているため、トランジスタTrbには正のゲートバイアスストレス(以下、+GBSともいう。)が印加されることになる。同様にして、データ“0”保持時には、トランジスタTraには+GBSが、トランジスタTrbには−GBSがそれぞれ印加されることになる(表1参照。)。   That is, in the memory cell MC shown in FIG. 1B, when data “1” is held, a negative gate bias stress (hereinafter also referred to as “-GBS”) is applied to the transistor Tra. Further, since the node FNa in which the positive potential is held is connected to the gate of the transistor Trb, a positive gate bias stress (hereinafter also referred to as + GBS) is applied to the transistor Trb. Similarly, when data “0” is held, + GBS is applied to the transistor Tra and −GBS is applied to the transistor Trb (see Table 1).

このように、本発明の一態様では、メモリセルMCのデータ“1”保持時とデータ“0”保持時とで、トランジスタTra及びトランジスタTrbにそれぞれ逆の極性のストレス(+GBS、−GBS)が印加される。これにより、メモリセルMCのデータ保持時に、トランジスタTra及びトランジスタTrbに+GBS又は−GBSのどちらか一方の極性のストレスのみが印加されることがなくなる。また、例えばデータ“1”保持時にトランジスタTra(トランジスタTrb)が−GBS(+GBS)起因で劣化したとしても、データ“0”保持時にトランジスタTra(トランジスタTrb)が+GBS(−GBS)起因の劣化をすることで、それぞれの劣化を相殺することができる。   Thus, according to one embodiment of the present invention, when the data “1” and the data “0” are held in the memory cell MC, stresses (+ GBS and −GBS) having opposite polarities are applied to the transistor Tra and the transistor Trb, respectively. Applied. As a result, when data is held in the memory cell MC, only the stress having either polarity of + GBS or −GBS is not applied to the transistor Tra and the transistor Trb. For example, even if the transistor Tra (transistor Trb) deteriorates due to -GBS (+ GBS) when data "1" is held, the transistor Tra (transistor Trb) deteriorates due to + GBS (-GBS) when data "0" is held. By doing so, each deterioration can be offset.

上述のように、図1(B)の構成をメモリセルMCに適用することにより、トランジスタTra、トランジスタTrbの劣化及び特性の変動を低減し、図1(A)のメモリセルアレイ10の信頼性を向上させることができる。以下では、上記の構成を備えたメモリセルMCの具体的な構成例、動作例について詳細を説明する。   As described above, by applying the configuration in FIG. 1B to the memory cell MC, deterioration of the transistor Tra and the transistor Trb and variation in characteristics are reduced, and the reliability of the memory cell array 10 in FIG. Can be improved. Hereinafter, specific configuration examples and operation examples of the memory cell MC having the above configuration will be described in detail.

<メモリセルの構成例>
図2に、本発明の一態様に係るメモリセルMCの具体的な構成例を示す。なお、図2には代表例としてメモリセルMC[1,1]、メモリセルMC[2,1]、メモリセルMC[1,2]、メモリセルMC[2,2]を示しているが、その他のメモリセルMCも同様の構成とすることができる。
<Configuration example of memory cell>
FIG. 2 illustrates a specific configuration example of the memory cell MC according to one embodiment of the present invention. FIG. 2 shows the memory cell MC [1,1], the memory cell MC [2,1], the memory cell MC [1,2], and the memory cell MC [2,2] as representative examples. Other memory cells MC can have the same configuration.

メモリセルMC[1,1]、メモリセルMC[2,1]、メモリセルMC[1,2]、メモリセルMC[2,2]はそれぞれ、回路MCa及び回路MCbを有する。回路MCaは、トランジスタTra及び容量素子Caを有する。回路MCbは、トランジスタTrb及び容量素子Cbを有する。   The memory cell MC [1,1], the memory cell MC [2,1], the memory cell MC [1,2], and the memory cell MC [2,2] each include a circuit MCa and a circuit MCb. The circuit MCa includes a transistor Tra and a capacitor Ca. The circuit MCb includes a transistor Trb and a capacitor Cb.

トランジスタTraのゲートはノードFNbと接続され、ソース又はドレインの一方はトランジスタTrbのゲート及び容量素子Caの一方の電極とノードFNaにて接続され、ソース又はドレインの他方は配線BLaと接続されている。容量素子Caの他方の電極は、配線WLaと接続されている。トランジスタTrbのゲートはノードFNaと接続され、ソース又はドレインの一方はトランジスタTraのゲート及び容量素子Cbの一方の電極とノードFNbにて接続され、ソース又はドレインの他方は配線BLbと接続されている。容量素子Cbの他方の電極は、配線WLbと接続されている。   The gate of the transistor Tra is connected to the node FNb, one of the source and the drain is connected to the gate of the transistor Trb and one electrode of the capacitor Ca at the node FNa, and the other of the source or the drain is connected to the wiring BLa. . The other electrode of the capacitive element Ca is connected to the wiring WLa. The gate of the transistor Trb is connected to the node FNa, one of the source and the drain is connected to the gate of the transistor Tra and one electrode of the capacitor Cb at the node FNb, and the other of the source and the drain is connected to the wiring BLb. . The other electrode of the capacitor Cb is connected to the wiring WLb.

図2には、配線WLa、配線WLbが同一の行のメモリセルMC(ここでは、メモリセルMC[1,1]とメモリセルMC[2,1]、又は、MC[1,2]とMC[2,2])によって共有され、配線BLa、配線BLbが同一の列のメモリセルMC(ここでは、メモリセルMC[1,1]とメモリセルMC[1,2]、又は、メモリセルMC[2,1]とメモリセルMC[2,2])によって共有されている構成例を示している。ただし、これらの配線は、メモリセルMCごとに個別に設けられていてもよい。   In FIG. 2, the memory cell MC (here, the memory cell MC [1,1] and the memory cell MC [2,1] or MC [1,2] and MC [2, 2]), and the wiring BLa and the wiring BLb are in the same column of the memory cells MC (here, the memory cell MC [1,1] and the memory cell MC [1,2], or the memory cell MC The configuration example is shared by [2,1] and the memory cell MC [2,2]). However, these wirings may be provided individually for each memory cell MC.

配線WLaは、メモリセルMCへのデータの書き込み、読み出し、又は保持を行うための電位を、所定の行のメモリセルMCのノードFNaに供給する機能を有する。配線WLaは、容量素子Caを介してノードFNaと接続されているため、配線WLaの電位を制御することにより、容量素子Caの容量結合を利用して、ノードFNaの電位を制御することができる。また、ノードFNaはトランジスタTrbのゲートと接続されているため、配線WLaの電位を制御することにより、トランジスタTrbの導通状態を制御することができる。同様に、配線WLbの電位を制御することにより、ノードFNbの電位を制御することができ、トランジスタTraの導通状態を制御することができる。   The wiring WLa has a function of supplying a potential for writing, reading, or holding data to the memory cell MC to the node FNa of the memory cell MC in a predetermined row. Since the wiring WLa is connected to the node FNa through the capacitive element Ca, the potential of the node FNa can be controlled by using the capacitive coupling of the capacitive element Ca by controlling the potential of the wiring WLa. . Further, since the node FNa is connected to the gate of the transistor Trb, the conduction state of the transistor Trb can be controlled by controlling the potential of the wiring WLa. Similarly, by controlling the potential of the wiring WLb, the potential of the node FNb can be controlled, and the conduction state of the transistor Tra can be controlled.

配線BLaは、メモリセルMCへのデータの書き込み、読み出し、又は保持を行うための電位を、所定の列のメモリセルMCのノードFNaに供給する機能を有する。配線BLaはトランジスタTraのソース又はドレインの他方と接続されているため、上述した配線WLbの電位制御によりトランジスタTraを導通状態にすることで、配線BLaからの電位を、トランジスタTraを介してノードFNaに供給することができる。同様に、配線BLbからの電位を、トランジスタTrbを介してノードFNbに供給することができる。   The wiring BLa has a function of supplying a potential for writing, reading, or holding data to the memory cell MC to the node FNa of the memory cell MC in a predetermined column. Since the wiring BLa is connected to the other of the source and the drain of the transistor Tra, the potential from the wiring BLa is changed to the node FNa through the transistor Tra by turning on the transistor Tra by controlling the potential of the wiring WLb. Can be supplied to. Similarly, the potential from the wiring BLb can be supplied to the node FNb through the transistor Trb.

このように、配線WL(配線WLa、配線WLb)からの電位供給と、配線BL(配線BLa、配線BLb)からの電位供給と、を適切に組み合わせることによって、メモリセルMCへのデータの書き込みを行うための電位を、ノードFNa及びノードFNbに供給することができる。   As described above, by appropriately combining the potential supply from the wiring WL (the wiring WLa and the wiring WLb) and the potential supply from the wiring BL (the wiring BLa and the wiring BLb), data can be written to the memory cell MC. The potential for performing can be supplied to the node FNa and the node FNb.

上述のように、本発明の一態様に係るメモリセルMCは上記の回路構成を有することにより、ノードFNa、ノードFNbにそれぞれ、正(又は負)の電位を供給(書き込み)し、保持させることができる。例えば、メモリセルMCが前述したデータ“1”とデータ“0”のいずれかを保持できる2値のメモリセルである場合、データ“1”書き込み時には、配線WLaは容量素子Caの容量結合を利用して、ノードFNaの電位を正(又は負)に制御する機能を有し、配線WLbは容量素子Cbの容量結合を利用して、ノードFNbの電位を0Vに制御する機能を有する。一方、データ“0”書き込み時には、配線WLaは容量素子Caの容量結合を利用して、ノードFNaの電位を0Vに制御する機能を有し、配線WLbは容量素子Cbの容量結合を利用して、ノードFNbの電位を正(又は負)に制御する機能を有する。これにより、メモリセルMCのデータ“1”保持時とデータ“0”保持時とで、トランジスタTraとトランジスタTrbにはそれぞれ逆の極性のストレス(+GBS、−GBS)が印加されることになるため、トランジスタTra及びトランジスタTrbの劣化を抑制することができる。以下では、ノードFNに正(又は負)の電位が供給、保持されるときの、メモリセルMCの具体的な動作例について説明する。   As described above, the memory cell MC according to one embodiment of the present invention has the above-described circuit structure, so that a positive (or negative) potential is supplied (written) to each of the node FNa and the node FNb and held. Can do. For example, when the memory cell MC is a binary memory cell that can hold either the data “1” or the data “0”, the wiring WLa uses the capacitive coupling of the capacitor Ca when writing the data “1”. Thus, the potential of the node FNa is controlled to be positive (or negative), and the wiring WLb has a function of controlling the potential of the node FNb to 0 V by using capacitive coupling of the capacitor Cb. On the other hand, when data “0” is written, the wiring WLa has a function of controlling the potential of the node FNa to 0 V using the capacitive coupling of the capacitive element Ca, and the wiring WLb uses the capacitive coupling of the capacitive element Cb. , Has a function of controlling the potential of the node FNb to be positive (or negative). As a result, stresses (+ GBS, −GBS) having opposite polarities are applied to the transistor Tra and the transistor Trb when the data “1” is held and when the data “0” is held in the memory cell MC. The deterioration of the transistor Tra and the transistor Trb can be suppressed. Hereinafter, a specific operation example of the memory cell MC when a positive (or negative) potential is supplied to and held in the node FN will be described.

<メモリセルの動作例>
図3に、本発明の一態様に係るメモリセルMCにデータを書き込む動作、及び、書き込まれた(記憶された)データを読み出す動作の一例を表すタイミングチャートを示す。
<Operation example of memory cell>
FIG. 3 is a timing chart illustrating an example of an operation of writing data to the memory cell MC according to one embodiment of the present invention and an operation of reading written (stored) data.

なお、以下では、図2におけるメモリセルMCのそれぞれに1ビット(2値)のデータを記憶する場合について説明する。ここでは具体例として、ノードFNaの電位が正、ノードFNbの電位が0Vである状態がメモリセルMCにデータ“1”が記憶された状態に対応し、ノードFNaの電位が0V、ノードFNbの電位が正である状態がメモリセルMCにデータ“0”が記憶された状態に対応する場合について説明する。   Hereinafter, a case where 1-bit (binary) data is stored in each of the memory cells MC in FIG. 2 will be described. Here, as a specific example, the state where the potential of the node FNa is positive and the potential of the node FNb is 0 V corresponds to the state where data “1” is stored in the memory cell MC, the potential of the node FNa is 0 V, and the node FNb A case where the state where the potential is positive corresponds to the state where data “0” is stored in the memory cell MC will be described.

なお、ノードFNa、ノードFNbの電位は上記に限られない。すなわち、ノードFNa、ノードFNbには、正、0の2値だけでなく、3値以上の電位を保持することもできる。この場合、メモリセルMCに記憶することが可能な情報量を増加させることができる。また、ノードFNa、ノードFNbの電位とデータの対応も上記に限られず、任意に定義することができる。   Note that the potentials of the node FNa and the node FNb are not limited to the above. In other words, the node FNa and the node FNb can hold not only binary values of positive and zero but also potentials of three or more values. In this case, the amount of information that can be stored in the memory cell MC can be increased. Further, the correspondence between the potentials of the nodes FNa and FNb and the data is not limited to the above, and can be arbitrarily defined.

[データの書き込み動作]
まず、図3に示すタイミングチャートを用いて、図2に示すメモリセルMC[1,1]へのデータの書き込み動作の一例を説明する。図3において、期間T1はデータ“1”の書き込みを行う期間であり、期間T3はデータ“0”の書き込みを行う期間である。
[Data write operation]
First, an example of a data writing operation to the memory cell MC [1,1] illustrated in FIG. 2 will be described with reference to a timing chart illustrated in FIG. In FIG. 3, a period T1 is a period in which data “1” is written, and a period T3 is a period in which data “0” is written.

なお、期間T1の直前では、ノードFNa及びノードFNbに0Vの電位が保持されているものとする。   Note that a potential of 0 V is held at the node FNa and the node FNb immediately before the period T1.

まず、期間T1において、配線WLb[1]に正の電位(+V)を与える。すると、トランジスタTraが導通状態となり、配線BLa[1]に与えられた正の電位(+V)がトランジスタTraを介して徐々にノードFNaに供給される。このとき、配線WLa[1]及び配線BLb[1]の電位を0Vにしておくことで、ノードFNbの電位は0Vまで低下する。これにより、ノードFNaには+V、ノードFNbには0Vの電位がそれぞれ供給された状態になるため、メモリセルMC[1,1]にデータ“1”が書き込まれる。なお、図3に示すタイミングチャートでは、配線WLb[1]に与える電位と配線BLa[1]に与える電位がともに+Vとなっているが、それぞれ異なる大きさの電位であってもよい。メモリセルMCへのデータ“1”書き込みが終了したら、期間T2に示すように、配線WLb[1]及び配線BLa[1]の電位を0Vに戻す。   First, in the period T1, a positive potential (+ V) is applied to the wiring WLb [1]. Then, the transistor Tra is turned on, and the positive potential (+ V) applied to the wiring BLa [1] is gradually supplied to the node FNa through the transistor Tra. At this time, by setting the potentials of the wirings WLa [1] and BLb [1] to 0V, the potential of the node FNb is decreased to 0V. Accordingly, a potential of + V is supplied to the node FNa and a potential of 0 V is supplied to the node FNb, so that data “1” is written in the memory cell MC [1, 1]. Note that in the timing chart in FIG. 3, the potential applied to the wiring WLb [1] and the potential applied to the wiring BLa [1] are both + V; however, the potentials may be different from each other. When the writing of data “1” to the memory cell MC is completed, the potentials of the wiring WLb [1] and the wiring BLa [1] are returned to 0V as shown in a period T2.

次に、期間T3において、配線WLa[1]に正の電位(+V)を与える。すると、トランジスタTrbが導通状態となり、配線BLb[1]に与えられた正の電位(+V)がトランジスタTrbを介してノードFNbに供給される。ノードFNbに+Vの電位が供給されることで、トランジスタTraも導通状態となる。このとき、配線BLa[1]の電位が0Vであるため、上述したデータ“1”書き込みでノードFNaに供給されていた正の電位(+V)が0Vに低下する。なお、図3では、前述したデータ“1”書き込み(期間T1)に比べて、データ“0”書き込み(期間T3)でのノードFNa及びノードFNbの電位の変動が急峻に示されている。これは、図3では、データ“0”書き込み前の段階で、すでにノードFNaに正の電位(+V)が供給されているため、配線WLaからの電位供給後にトランジスタTrbが導通状態になるタイミングが早まるためである。その分、トランジスタTrbを介したノードFNbへの電位供給速度が早まり、それに伴って、トランジスタTraが導通状態になるタイミング及びノードFNaへ電位(0V)供給されるタイミングも早まる。以上の例のようにして、ノードFNaには0Vの電位、ノードFNbには+Vの電位がそれぞれ供給された状態になるため、メモリセルMC[1,1]にデータ“0”が書き込まれる。なお、図3に示すタイミングチャートでは、配線WLa[1]に与える電位と配線BLb[1]に与える電位がともに+Vとなっているが、それぞれ異なる大きさの電位であってもよい。メモリセルMC[1,1]へのデータ“0”書き込みが終了したら、期間T4に示すように、配線WLa[1]及び配線BLb[1]の電位を0Vに戻す。   Next, in the period T3, a positive potential (+ V) is applied to the wiring WLa [1]. Then, the transistor Trb is turned on, and the positive potential (+ V) applied to the wiring BLb [1] is supplied to the node FNb through the transistor Trb. When the potential of + V is supplied to the node FNb, the transistor Tra is also turned on. At this time, since the potential of the wiring BLa [1] is 0V, the positive potential (+ V) supplied to the node FNa by writing the data “1” described above is decreased to 0V. In FIG. 3, the potential fluctuations of the node FNa and the node FNb at the time of writing data “0” (period T3) are sharply shown compared to the above-described data “1” writing (period T1). In FIG. 3, since the positive potential (+ V) is already supplied to the node FNa before the data “0” is written, the timing at which the transistor Trb becomes conductive after the potential is supplied from the wiring WLa. This is to speed up. Accordingly, the potential supply speed to the node FNb through the transistor Trb is increased, and accordingly, the timing at which the transistor Tra is turned on and the timing at which the potential (0 V) is supplied to the node FNa are also advanced. As in the above example, the node FNa is supplied with 0V potential and the node FNb is supplied with + V potential, so that data “0” is written in the memory cell MC [1,1]. Note that in the timing chart shown in FIG. 3, the potential applied to the wiring WLa [1] and the potential applied to the wiring BLb [1] are both + V; however, different potentials may be used. When writing of data “0” to the memory cell MC [1,1] is completed, the potentials of the wiring WLa [1] and the wiring BLb [1] are returned to 0V as shown in a period T4.

以上のように、配線WL[1](配線WLa[1]、配線WLb[1])及び配線BL[1](配線BLa[1]、配線BLb[1])の電位を制御することにより、ノードFNa及びノードFNbの電位を制御し、メモリセルMC[1,1]にデータ“1”又はデータ“0”の書き込みを行うことができる。   As described above, by controlling the potentials of the wiring WL [1] (wiring WLa [1], wiring WLb [1]) and the wiring BL [1] (wiring BLa [1], wiring BLb [1]), Data “1” or data “0” can be written to the memory cell MC [1, 1] by controlling the potentials of the node FNa and the node FNb.

なお、データの書き換え動作は、配線WL(配線WLa、配線WLb)を共通する同じ行のメモリセルMCに対して一括で行う。図3では、配線WLa[1]、配線WLb[1]を選択して、メモリセルMC[1,1]に書き込みを行う例を示した。このとき、同様に、配線WLa[1]、配線WLb[1]を共有する同一行のメモリセルMC[2,1]にも書き込みを行うことが好ましい。正電位を書き込む際の配線WLa[1]、配線WLb[1]を共有するデータ“1”又はデータ“0”を共通する同一行のメモリセルMCは、各メモリセルMCごとに書き込みを行ってもよい。又は、書き込みの際、配線WLa[1]、配線WLb[1]を同時に正の電位(+V)に上げて、配線WLa[1]、配線WLb[1]を共通する同一行のメモリセルMCに対して、それぞれにデータ“1”又はデータ“0”に対応する電圧を各配線BLに与えて、同時にデータ“1”又はデータ“0”の書き込みを行ってもよい。   Note that the data rewrite operation is collectively performed on the memory cells MC in the same row having the same wiring WL (wiring WLa, wiring WLb). FIG. 3 illustrates an example in which the wiring WLa [1] and the wiring WLb [1] are selected and data is written to the memory cell MC [1,1]. At this time, similarly, writing to the memory cells MC [2, 1] in the same row sharing the wiring WLa [1] and the wiring WLb [1] is also preferable. The memory cells MC in the same row sharing the data “1” or the data “0” sharing the wiring WLa [1] and the wiring WLb [1] when the positive potential is written are written for each memory cell MC. Also good. Alternatively, at the time of writing, the wiring WLa [1] and the wiring WLb [1] are simultaneously raised to a positive potential (+ V), and the wiring WLa [1] and the wiring WLb [1] are connected to the memory cells MC in the same row. On the other hand, a voltage corresponding to data “1” or data “0” may be applied to each wiring BL, and data “1” or data “0” may be written simultaneously.

また、ある選択した行のメモリセルMCにおいてデータの書き込みを行う際、その他の非選択の行のメモリセルMCには、トランジスタTra、トランジスタTrbがオフ状態を維持できるような電位を供給しておくことが好ましい。例えば、図2におけるメモリセルMC[1,1]を選択してデータを書き込む場合、メモリセルMC[1,2]、MC[2,2]と接続された配線WLa[2]、配線WLb[2]にはある負の電位(−V)を印加することが好ましい(図3参照。)。これにより、非選択状態のメモリセルMCにおいて意図しないデータの変動が生じることを防止することができる。なお、非選択の配線WLa[2]、配線WLb[2]印加する電圧を−Vとしたが、非選択の配線WLa[2]、配線WLb[2]に印加する電圧は、非選択のメモリセルMC[1,2]、メモリセルMC[2,2]のトランジスタTra、トランジスタTrbがノードFNa及びノードFNbのデータ保持状態に依らずに容量Ca、容量Cbを介した容量結合によりオフ状態とできる電位であればよく、書き込みの際に用いる正の電位(+V)と異なる絶対値の負の電位でもよい。非選択のメモリセルMC[1,2]あるいはメモリセルMC[2,2]のトランジスタTra、トランジスタTrbがオフ状態であれば、配線BLa、配線BLbを共通する列の非選択メモリセルMC[1,2]あるいはメモリセルMC[2,2]のノードFNa、ノードFNbの電位と、配線BLa、配線BLbに入る書き込みの電位を分離でき、誤書き換えを防止することができる。   In addition, when data is written in a memory cell MC in a selected row, a potential is supplied to the memory cells MC in other non-selected rows so that the transistors Tra and Trb can be kept off. It is preferable. For example, when data is written by selecting the memory cell MC [1,1] in FIG. 2, the wiring WLa [2] and the wiring WLb [connected to the memory cells MC [1,2] and MC [2,2]. 2] is preferably applied with a certain negative potential (-V) (see FIG. 3). Thereby, it is possible to prevent unintended data fluctuations in the non-selected memory cells MC. Note that the voltage applied to the non-selected wiring WLa [2] and the wiring WLb [2] is −V, but the voltage applied to the non-selected wiring WLa [2] and the wiring WLb [2] is not selected in the memory. The transistors Tra and transistor Trb of the cell MC [1,2] and the memory cell MC [2,2] are turned off by capacitive coupling via the capacitors Ca and Cb regardless of the data holding state of the nodes FNa and FNb. Any potential can be used, and a negative potential having an absolute value different from the positive potential (+ V) used in writing may be used. If the transistor Tra and the transistor Trb of the non-selected memory cell MC [1,2] or the memory cell MC [2,2] are in the OFF state, the non-selected memory cell MC [1 in the column in which the wiring BLa and the wiring BLb are shared. , 2] or the potential of the node FNa and the node FNb of the memory cell MC [2,2] and the potential of writing entering the wiring BLa and the wiring BLb, so that erroneous rewriting can be prevented.

[データの読み出し動作]
次に、図3に示すタイミングチャートを用いて、図2に示すメモリセルMC[1,1]からのデータの読み出し動作の一例を説明する。図3において、期間T5乃至期間T7は、メモリセルMCに記憶されたデータ“0”の読み出しを行う期間である。すなわち、期間T5の直前では、ノードFNaに0の電位、ノードFNbに正の電位(+V)が保持されている。
[Data read operation]
Next, an example of a data read operation from the memory cell MC [1,1] illustrated in FIG. 2 will be described with reference to a timing chart illustrated in FIG. In FIG. 3, a period T5 to a period T7 are periods in which data “0” stored in the memory cell MC is read. That is, immediately before the period T5, a potential of 0 is held at the node FNa and a positive potential (+ V) is held at the node FNb.

まず、期間T5において、各メモリセルMCと接続する配線WL(配線WLa、配線WLb)に負の電位(−V)を与える。これは、後述するプリチャージを行う際、配線BL(配線BLa、配線BLb)に印加するプリチャージ電位から選択メモリセルMC及び非選択メモリMCへの誤書き込みが発生することを防止するためである。ここで、前述の負の電位は−Vに限らず、メモリセルMC内のトランジスタTra、トランジスタTrbが、ノードFNa及びノードFNbのデータ保持状態に依らずに、オフ状態にできる任意の電位であればよい。なお、ノードFNa及びノードFNbには、書き込み動作によってデータ“1”又はデータ“0”の状態により電位を書き込んでいるが、実際には、その電位に応じた電荷を与えているともいえる。また、ノードFNa及びノードFNbは、書き込み動作時の電位に応じた電荷を保持しながら、配線WL(配線WLa、配線WLb)等の電位から容量Ca、容量Cbを介した容量結合により任意に電位を変化させることができる。したがって、トランジスタTra、トランジスタTrbは、配線WL(配線WLa、配線WLb)に負の電位(−V)を与えてオフ状態にすることができる。   First, in the period T5, a negative potential (−V) is applied to the wiring WL (the wiring WLa and the wiring WLb) connected to each memory cell MC. This is to prevent erroneous writing from the precharge potential applied to the wiring BL (wiring BLa, wiring BLb) to the selected memory cell MC and the non-selected memory MC when performing precharging described later. . Here, the negative potential is not limited to −V, and may be any potential that allows the transistor Tra and the transistor Trb in the memory cell MC to be turned off regardless of the data holding states of the nodes FNa and FNb. That's fine. Note that a potential is written to the node FNa and the node FNb in a data “1” state or a data “0” state by a writing operation, but in reality, it can be said that a charge corresponding to the potential is given. In addition, the node FNa and the node FNb can be arbitrarily set to potentials by capacitive coupling via the capacitance Ca and the capacitance Cb from the potential of the wiring WL (wiring WLa, wiring WLb) or the like while holding charges according to the potential at the time of the writing operation. Can be changed. Therefore, the transistor Tra and the transistor Trb can be turned off by applying a negative potential (−V) to the wiring WL (the wiring WLa and the wiring WLb).

次に、期間T6において、選択メモリセルMC[1,1]と接続する配線BLa[1]及び配線BLb[1]に正のプリチャージ電位(+V)を与える。該プリチャージ電位は、選択メモリセルMC[1,1]に記憶されているのがデータ“1”とデータ“0”のどちらであるかを識別するための基準となる電位である。例えば、後述する各配線への電位供給によって、選択メモリセルMC[1,1]と接続する配線BLa[1]及び配線BLb[1]に与えた電位(ともに+V)を、これよりも大きい電位あるいは小さい電位に変動させることができる。この電位変動分(配線BLa[1]と配線BLb[1]のうち、どちらが+Vよりも大きい電位に変動し、どちらが+Vよりも小さい電位に変動したか。)をモニターすることによって、選択メモリセルMC[1,1]に記憶されているのがデータ“1”とデータ“0”のどちらであるかを識別することができる。なお、図3に示すように、+Vは+Vよりも小さい電位であるとする。 Next, in a period T6, a positive precharge potential (+ V P ) is applied to the wiring BLa [1] and the wiring BLb [1] connected to the selected memory cell MC [1,1]. The precharge potential is a reference potential for identifying whether data “1” or data “0” is stored in the selected memory cell MC [1, 1]. For example, the potential (both + V P ) applied to the wiring BLa [1] and the wiring BLb [1] connected to the selected memory cell MC [1,1] by potential supply to each wiring described later is larger than this. It can be changed to a potential or a small potential. This potential fluctuation by (in the wiring BLa [1] to the wiring BLb [1], which varies in greater potential than + V P, Which is varied to smaller potential than + V P.) Monitoring, selection It is possible to identify whether data “1” or data “0” is stored in the memory cell MC [1, 1]. As shown in FIG. 3, it is assumed that + V P is a potential smaller than + V.

次に、期間T7において、選択メモリセルMC[1,1]と接続する配線WLa[1]及び配線WLb[1]に正の電位(+V)を与える。すると、選択メモリセルMC[1,1]における容量素子Caの容量結合及び容量素子Cbの容量結合によって、選択メモリセルMC[1,1]のトランジスタTra及びトランジスタTrbのゲートにかかる電位が上昇し、該トランジスタはともに導通状態となる。これにより、選択メモリセルMC[1,1]におけるノードFNaと、選択メモリセルMC[1,1]と接続する配線BLa[1]との間、及び選択メモリセルMC[1,1]におけるノードFNbと、選択メモリセルMC[1,1]と接続する配線BLb[1]との間で、容量Ca及び容量Cbの容量と配線BLa[1]及び配線BLb[1]の配線容量に蓄えられた電荷の再配分が行われる。図3に示すタイミングチャートでは、読み出し動作(期間T5乃至期間T7)を行う前の時点T4で、選択メモリセルMC[1,1]にはデータ“0”が記憶された状態となっている。すなわち、選択メモリセルMC[1,1]のノードFNaには0Vの電位、ノードFNbには+Vの電位がそれぞれ供給された状態となっている。そのため、該配線BLa[1]の電位は、+Vからそれよりも小さい電位(+V)に低下し、該配線BLb[1]の電位は、+Vからそれよりも大きい電位(+V)に上昇する。この電位変動分をモニターすることによって、選択メモリセルMC[1,1]に記憶されているのがデータ“0”であることを識別することができる。なお、図3のタイミングチャートには示していないが、該配線BLa[1]の電位が+Vに上昇し、該配線BLb[1]の電位が+Vに低下した場合は、選択メモリセルMC[1,1]に記憶されているのがデータ“1”であると識別する。 Next, in a period T7, a positive potential (+ V) is applied to the wiring WLa [1] and the wiring WLb [1] connected to the selected memory cell MC [1,1]. Then, due to the capacitive coupling of the capacitive element Ca and the capacitive coupling of the capacitive element Cb in the selected memory cell MC [1, 1], the potential applied to the gates of the transistor Tra and the transistor Trb of the selected memory cell MC [1, 1] increases. Both of the transistors become conductive. Accordingly, the node FNa in the selected memory cell MC [1,1] and the wiring BLa [1] connected to the selected memory cell MC [1,1] and the node in the selected memory cell MC [1,1] Between FNb and the wiring BLb [1] connected to the selected memory cell MC [1,1], the capacitance Ca and the capacitance Cb and the wiring capacitance of the wiring BLa [1] and the wiring BLb [1] are stored. Redistribution of generated charges is performed. In the timing chart shown in FIG. 3, data “0” is stored in the selected memory cell MC [1,1] at a time T4 before the read operation (period T5 to period T7) is performed. In other words, the node FNa of the selected memory cell MC [1,1] is supplied with 0V potential and the node FNb is supplied with + V potential. Therefore, the potential of the wiring BLa [1] is decreased from + V P to a lower potential (+ V L ), and the potential of the wiring BLb [1] is increased from + V P to a higher potential (+ V H ). To rise. By monitoring this potential fluctuation, it is possible to identify that the data “0” is stored in the selected memory cell MC [1, 1]. Although not shown in the timing chart of FIG. 3, when the potential of the wiring BLa [1] increases to + V H and the potential of the wiring BLb [1] decreases to + VL , the selected memory cell MC It is identified that the data “1” is stored in [1, 1].

なお、読み出しを行う期間T5の前の期間T4では、選択メモリセルMC[1,1]にデータ“0”が記憶された状態となっており、データ“0”の場合、ノードFNbに正の電位(+V)が保持されていることでトランジスタTraが導通状態で、ノードFNaと配線BLa[1]が導通した状態となっている。このため、ノードFNaは、データ“0”の記憶状態の0Vの電位を必ずしも保持していない状態である。しかし、期間T5でトランジスタTraをオフ状態とするために配線WLb[1]に負の電位(−V)を与える直前の期間T4で、配線BLa[1]に0Vを与えることでノードFNaの電位を0Vに固定することができる。図3の例以外で、データ“1”の場合も、同様に、ノードFNbの電位を読み出し直前に0Vに固定することができる。   Note that in the period T4 before the reading period T5, the data “0” is stored in the selected memory cell MC [1,1], and in the case of the data “0”, the node FNb is positive. Since the potential (+ V) is held, the transistor Tra is in a conductive state, and the node FNa and the wiring BLa [1] are in a conductive state. For this reason, the node FNa is in a state that does not necessarily hold the 0 V potential in the storage state of the data “0”. However, in the period T4 immediately before a negative potential (−V) is applied to the wiring WLb [1] in order to turn off the transistor Tra in the period T5, the potential of the node FNa is applied by applying 0V to the wiring BLa [1]. Can be fixed at 0V. In the case of data “1” other than the example of FIG. 3, the potential of the node FNb can be similarly fixed to 0 V immediately before reading.

また、期間T7において、配線WLa[1]及び配線WLb[1]に正の電位(+V)を与えると、選択メモリセルMC[1,1]に接続された配線BLa[1]及び配線BLb[1]のプリチャージした基準電位+Vが、容量Ca及び容量Cbの容量や配線BLa、配線BLb、配線WLa及び配線WLbの寄生容量等の容量結合により、やや高く電位が変動することがある。この場合は、データ“1”とデータ“0”を識別する基準電位+Vにその変動電位分を加えた電位を基準とすればよい。 Further, when a positive potential (+ V) is applied to the wiring WLa [1] and the wiring WLb [1] in the period T7, the wiring BLa [1] and the wiring BLb [connected to the selected memory cell MC [1,1]. reference potential + V P precharging of 1], capacitance Ca and the capacitance Cb of the capacitance and wiring BLa, wiring BLb, the capacitive coupling of the parasitic capacitance of the wiring WLa and wiring WLb, there may be a slightly higher potential fluctuates. In this case, data "1" and data "0" to the variable potential amount to the reference potential + V P identifies the potential may be a reference to the addition.

又は、期間T7において、配線WLa[1]及び配線WLb[1]に正の電位(+V)でなく、配線BLa[1]及び配線BLb[1]より供給される正のプリチャージ電位(+V)よりもやや小さい電位(+V)によってトランジスタTra及びトランジスタTrbを導通状態にできるなら、0Vを与えてもよい。図3の期間T7では、選択メモリセルMC[1,1]にデータ“0”が記憶された状態を読み出そうとしている。この場合、選択メモリセルMC[1,1]のノードFNaには0Vの電位、ノードFNbには+Vの電位がそれぞれ供給された状態であり、配線WLa[1]及び配線WLb[1]が0Vでも選択メモリセルMC[1,1]のトランジスタTraは導通状態である。選択メモリセルMC[1,1]のもう一方のトランジスタTrbは、配線BLa[1]に正のプリチャージ電位(+V)が供給されることで、導通状態であるトランジスタTraを介してノードFNaに電荷の再配分によって電位(+V)が供給される。この電位(+V)によってトランジスタTrbを導通状態にすることができる場合は、配線WLa[1]及び配線WLb[1]は0Vでもよい。トランジスタTrbが導通状態になれば、トランジスタTrbを介して、ノードFNbと配線BLb[1]間で電荷の再配分が起き、配線BLb[1]の電位が+Vからそれよりも大きい電位(+V)に上昇する。この電位変動分をモニターすることによって、選択メモリセルMC[1,1]に記憶されているのがデータ“0”であることを識別することができる。同様な方法で、データ“1”も識別することができる。 Alternatively, in the period T7, a positive precharge potential (+ V P ) supplied from the wiring BLa [1] and the wiring BLb [1] instead of the positive potential (+ V) to the wiring WLa [1] and the wiring WLb [1]. 0V may be applied if the transistor Tra and the transistor Trb can be turned on by a potential (+ V L ) slightly smaller than). In a period T7 in FIG. 3, the state where data “0” is stored in the selected memory cell MC [1, 1] is to be read. In this case, the node FNa of the selected memory cell MC [1,1] is supplied with 0V potential and the node FNb is supplied with + V potential, and the wiring WLa [1] and the wiring WLb [1] are set to 0V. However, the transistor Tra of the selected memory cell MC [1,1] is in a conductive state. The other transistor Trb of the selected memory cell MC [1,1] is supplied with a positive precharge potential (+ V P ) to the wiring BLa [1], whereby the node FNa is connected via the transistor Tra in a conductive state. Is supplied with a potential (+ V L ) by charge redistribution. In the case where the transistor Trb can be turned on by this potential (+ V L ), the wiring WLa [1] and the wiring WLb [1] may be 0V. Once the transistor Trb is conductive, via the transistor Trb, a node FNb wiring BLb [1] occurs redistribution of charges between the wiring BLb [1] greater potential than the potential + V P of the (+ V H ). By monitoring this potential fluctuation, it is possible to identify that the data “0” is stored in the selected memory cell MC [1, 1]. Data “1” can also be identified in a similar manner.

上述のデータの読み出し動作によって、選択メモリセルMC[1,1]における読み出し前の記憶状態(ノードFNaに0V、ノードFNbに+V)は失われる(破壊読み出し)。そのため、例えばメモリセルMC外にセンスアンプなどを設け、期間T8に示すような、選択メモリセルMC[1,1]に、読み出し前の記憶状態データ“0”に該当する配線BLa[1]に0V、配線BLb[1]に+Vを与えるリフレッシュ動作を行う。これにより、前述の破壊読み出しで失われた選択メモリセルMCの記憶状態データ“0”に相当するノードFNaに0V、ノードFNbに+Vをリフレッシュ動作により書き込み、その後、各配線WL(配線WLa、配線WLb)、各配線BL(配線BLa、配線BLb)を0Vに戻して、破壊読み出し前の記憶状態を復元させることができる(期間T9)。   By the above-described data read operation, the storage state (0V at the node FNa and + V at the node FNb) before the read in the selected memory cell MC [1,1] is lost (destructive read). Therefore, for example, a sense amplifier or the like is provided outside the memory cell MC, and the selected memory cell MC [1, 1] as shown in the period T8 is connected to the wiring BLa [1] corresponding to the storage state data “0” before reading. A refresh operation for applying 0V and + V to the wiring BLb [1] is performed. As a result, 0 V is written to the node FNa corresponding to the storage state data “0” of the selected memory cell MC lost by the destructive reading described above, and + V is written to the node FNb by the refresh operation, and then each wiring WL (wiring WLa, wiring WLb), each wiring BL (wiring BLa, wiring BLb) can be returned to 0 V, and the memory state before destructive reading can be restored (period T9).

なお、前述したデータの書き込み動作同様、データの読み出し動作は、配線WL(配線WLa、配線WLb)を共通する同じ行のメモリセルMCに対して一括で行う。ある行のメモリセルMCにおいてデータの読み出しを行う際、その他の行のメモリセルMCには、トランジスタTra、トランジスタTrbがオフ状態を維持できるような電位を供給しておくことが好ましい。例えば、図2におけるメモリセルMC[1,1]を選択してデータを読み出す場合、メモリセルMC[1,2]、MC[2,2]と接続された配線WLa[2]、配線WLb[2]には、負の電位(−V)を印加することが好ましい(図3参照。)。これにより、非選択状態のメモリセルMCから配線BLa、配線BLbに意図しない電位が出力されることを防止することができる。   Note that, as with the above-described data write operation, the data read operation is collectively performed on the memory cells MC in the same row having the same wiring WL (wiring WLa, wiring WLb). When data is read from a memory cell MC in a certain row, it is preferable to supply a potential at which the transistors Tra and Trb can be kept off to the memory cells MC in other rows. For example, when data is read by selecting the memory cell MC [1,1] in FIG. 2, the wiring WLa [2] and the wiring WLb [connected to the memory cells MC [1,2] and MC [2,2]. 2] is preferably applied with a negative potential (-V) (see FIG. 3). Accordingly, it is possible to prevent an unintended potential from being output to the wiring BLa and the wiring BLb from the non-selected memory cell MC.

[データの保持動作]
メモリセルMCは、ノードFNの電位が正(又は負)、0のいずれであっても、その電位を保持することができる。
[Data retention operation]
The memory cell MC can hold the potential of the node FN regardless of whether the potential of the node FN is positive (or negative) or zero.

メモリセルMC[1,1]にデータ“1”が記憶されている場合、ノードFNaには正の電位(+V)、ノードFNbには0Vの電位が供給されている。そのため、トランジスタTraは非導通状態となり、ノードFNaの電位(+V)を保持することができる。ノードFNaの電位(+V)により、トランジスタTrbは導通状態となるが、メモリセルMC[1,1]と接続する配線WL[1](配線WLa[1]、配線WLb[1])及び配線BL[1](配線BLa[1]、配線BLb[1])に0Vの電位を与えておけば、該配線BLb[1](電位0V)とノードFNb(電位0V)との間の電位差が0Vになるため、ノードFNbに供給された電位0Vは維持される。したがって、メモリセルMC[1,1]にデータ“1”を保持することができる(図3の期間T2参照。)。   When data “1” is stored in the memory cell MC [1, 1], a positive potential (+ V) is supplied to the node FNa, and a potential of 0 V is supplied to the node FNb. Therefore, the transistor Tra is turned off, and the potential (+ V) of the node FNa can be held. Although the transistor Trb is turned on by the potential (+ V) of the node FNa, the wiring WL [1] (the wiring WLa [1], the wiring WLb [1]) and the wiring BL which are connected to the memory cell MC [1,1]. If a potential of 0V is applied to [1] (wiring BLa [1], wiring BLb [1]), the potential difference between the wiring BLb [1] (potential 0V) and the node FNb (potential 0V) is 0V. Therefore, the potential 0 V supplied to the node FNb is maintained. Therefore, data “1” can be held in the memory cell MC [1,1] (see the period T2 in FIG. 3).

メモリセルMC[1,1]にデータ“0”が記憶されている場合、ノードFNaには0Vの電位、ノードFNbには正の電位(+V)が供給されている。そのため、トランジスタTrbは非導通状態となり、ノードFNbの電位(+V)を保持することができる。ノードFNbの電位(+V)により、トランジスタTraは導通状態となるが、メモリセルMCと接続する配線WL[1](配線WLa[1]、配線WLb[1])及び配線BL[1](配線BLa[1]、配線BLb[1])に0Vの電位を与えておけば、該配線BLa[1](電位0V)とノードFNa(電位0V)との間の電位差が0Vになるため、ノードFNaに供給された電位0Vは維持される。したがって、メモリセルMC[1,1]にデータ“0”を保持することができる(図3の期間T4参照。)。   When data “0” is stored in the memory cell MC [1, 1], the node FNa is supplied with 0V potential and the node FNb is supplied with positive potential (+ V). Therefore, the transistor Trb is turned off, and the potential (+ V) of the node FNb can be held. Although the transistor Tra is turned on by the potential (+ V) of the node FNb, the wiring WL [1] (the wiring WLa [1], the wiring WLb [1]) and the wiring BL [1] (wiring) connected to the memory cell MC If a potential of 0V is applied to BLa [1] and wiring BLb [1]), the potential difference between the wiring BLa [1] (potential 0V) and the node FNa (potential 0V) becomes 0V. The potential 0 V supplied to FNa is maintained. Therefore, data “0” can be held in the memory cell MC [1,1] (see the period T4 in FIG. 3).

また、例えば、メモリセルMC[1,1]にデータ“0”が記憶されている場合、図3の期間T5のような、すべての配線WL(配線WLa、配線WLb)にある負の電位(−V)を印加してトランジスタTra及びトランジスタTrbをオフ状態としても、データを保持することができる。トランジスタTra及びトランジスタTrbを非導通状態とすることで、例えばデータ“0”におけるノードFNaが0Vの電位、ノードFNbが正の電位(+V)に相当する電荷をノードFNa及びノードFNbに保持することができる。   For example, when data “0” is stored in the memory cell MC [1,1], the negative potentials (wires WLa, WLb) in all the wirings WL (wiring WLa, wiring WLb) as in the period T5 in FIG. Even when −V) is applied to turn off the transistor Tra and the transistor Trb, data can be retained. By turning off the transistor Tra and the transistor Trb, for example, the node FNa and the node FNb in the data “0” are held at the node FNa and the node FNb with a charge corresponding to a positive potential (+ V). Can do.

以下では、上述したメモリセルMC[1,1]のデータ“1”保持時とデータ“0”保持時に、トランジスタTra、トランジスタTrbに印加されるストレスについて述べる。メモリセルMC[1,1]のデータ“1”保持時には、トランジスタTraのソース又はドレインの一方(ノードFNa側)に正の電位(+V)が印加され、ソース又はドレインの他方(配線BLa[1]と接続する側)及びゲートには0Vの電位が印加される。そして、トランジスタTrbのゲートに正の電位(+V)が印加され、ソース及びドレインには0Vの電位が印加される。一方、メモリセルMC[1,1]のデータ“0”保持時には、トランジスタTraのゲートに正の電位(+V)が印加され、ソース及びドレインには0Vの電位が印加される。そして、トランジスタTrbのソース又はドレインの一方(ノードFNb側)に正の電位(+V)が印加され、ソース又はドレインの他方(配線BLb[1]と接続する側)及びゲートには0Vの電位が印加される。これは、各トランジスタのソース又はドレインの一方(ノードFNa側、ノードFNb側)の電位を基準(0V)として考えた場合、メモリセルMCのデータ“1”保持時には、トランジスタTraのゲート絶縁体(ノードFNa側)に負のゲートバイアスストレス(−GBS)が印加され、トランジスタTrbのゲート絶縁体に正のゲートバイアスストレス(+GBS)が印加されるのと等価な状態になる。同様に、メモリセルMCのデータ“0”保持時には、トランジスタTrbのゲート絶縁体(ノードFNb側)に負のゲートバイアスストレス(−GBS)が印加され、トランジスタTraのゲート絶縁体に正のゲートバイアスストレス(+GBS)が印加されるのと等価な状態になる(表1参照。)。   Hereinafter, the stress applied to the transistor Tra and the transistor Trb when the data “1” and the data “0” of the memory cell MC [1, 1] are held will be described. When data “1” is held in the memory cell MC [1, 1], a positive potential (+ V) is applied to one of the source and drain of the transistor Tra (on the node FNa side), and the other of the source and drain (the wiring BLa [1] ] And the gate are applied with a potential of 0V. A positive potential (+ V) is applied to the gate of the transistor Trb, and a potential of 0 V is applied to the source and drain. On the other hand, when data “0” is held in the memory cell MC [1, 1], a positive potential (+ V) is applied to the gate of the transistor Tra, and a potential of 0 V is applied to the source and drain. Then, a positive potential (+ V) is applied to one of the source and the drain (the node FNb side) of the transistor Trb, and a potential of 0 V is applied to the other of the source and the drain (the side connected to the wiring BLb [1]) and the gate. Applied. This is because, when the potential of one of the sources or drains (node FNa side and node FNb side) of each transistor is considered as a reference (0 V), when holding data “1” in the memory cell MC, the gate insulator ( A negative gate bias stress (-GBS) is applied to the node FNa side, and a positive gate bias stress (+ GBS) is applied to the gate insulator of the transistor Trb. Similarly, when data “0” is held in the memory cell MC, a negative gate bias stress (−GBS) is applied to the gate insulator (node FNb side) of the transistor Trb, and a positive gate bias is applied to the gate insulator of the transistor Tra. The state is equivalent to the application of stress (+ GBS) (see Table 1).

このように、本発明の一態様では、メモリセルMCのデータ“1”保持時とデータ“0”保持時とで、トランジスタTra及びトランジスタTrbにそれぞれ逆の極性のストレス(+GBS、−GBS)が印加される。これにより、メモリセルMCのデータ保持時に、トランジスタTra及びトランジスタTrbに+GBS又は−GBSのどちらか一方の極性のストレスのみが印加されることがなくなる。そのため、メモリセルMCのデータ保持動作起因によるトランジスタTra及びトランジスタTrbの劣化を抑制することができる。   Thus, according to one embodiment of the present invention, when the data “1” and the data “0” are held in the memory cell MC, stresses (+ GBS and −GBS) having opposite polarities are applied to the transistor Tra and the transistor Trb, respectively. Applied. As a result, when data is held in the memory cell MC, only the stress having either polarity of + GBS or −GBS is not applied to the transistor Tra and the transistor Trb. Therefore, deterioration of the transistor Tra and the transistor Trb due to the data holding operation of the memory cell MC can be suppressed.

また、データ“1”保持時(データ“0”保持時)には、トランジスタTrb(トランジスタTra)のゲートに正の電位(+V)が印加されるため、例えばマイナスの電荷を持つイオンや粒子がトランジスタTrb(トランジスタTra)のゲート絶縁体中に注入され、トランジスタTrb(トランジスタTra)の閾値電圧が変化する劣化を引き起こす場合がある。しかしながら、本発明の一態様では、メモリセルMCに記憶されるデータがデータ“1”(データ“0”)からデータ“0”(データ“1”)に切り替わる際、トランジスタTrb(トランジスタTra)のゲートに負の電位(−V)が印加されることになるため、マイナスの電荷を持つイオンや粒子がトランジスタTrb(トランジスタTra)のゲート絶縁体中から放出され、上述した劣化の修復を行うことができる。   In addition, when data “1” is retained (data “0” is retained), a positive potential (+ V) is applied to the gate of the transistor Trb (transistor Tra). It may be injected into the gate insulator of the transistor Trb (transistor Tra) and cause deterioration in which the threshold voltage of the transistor Trb (transistor Tra) changes. However, in one embodiment of the present invention, when the data stored in the memory cell MC is switched from the data “1” (data “0”) to the data “0” (data “1”), the transistor Trb (transistor Tra) Since a negative potential (−V) is applied to the gate, ions or particles having a negative charge are released from the gate insulator of the transistor Trb (transistor Tra) to repair the above-described deterioration. Can do.

データ“1”、データ“0”がメモリセルMCに記憶される確率が概ね等しいと考えると、表1より、トランジスタTra、トランジスタTrbには正と負のストレス(+GBSと−GBS)が均等に印加されることになる。そのため、トランジスタTra、トランジスタTrbの劣化をより効果的に抑制することができる。なお、メモリセルMCに記憶された特定のデータの保持期間が長くなると予想される場合は、データを記憶するメモリセルMCを意図的に変える動作などを行い、トランジスタTra、トランジスタTrbに印加される電圧ストレスを制御してもよい。このようにして、本発明の一態様では、良好な信頼性を有する半導体装置を提供することができる。   Assuming that the probabilities that the data “1” and the data “0” are stored in the memory cells MC are almost equal, from Table 1, positive and negative stresses (+ GBS and −GBS) are equally applied to the transistors Tra and Trb. Will be applied. Therefore, deterioration of the transistor Tra and the transistor Trb can be more effectively suppressed. Note that when the holding period of specific data stored in the memory cell MC is expected to be long, an operation of intentionally changing the memory cell MC storing data is performed and applied to the transistor Tra and the transistor Trb. Voltage stress may be controlled. As described above, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device having favorable reliability can be provided.

なお、長期間のメモリセルMCのデータ保持を実現するためには、メモリセルMCを構成するトランジスタTra、トランジスタTrbのオフ電流(Vg−Id特性のVg=0VにおけるIdと換言してもよい。)をできるだけ小さくする必要がある。本発明の一態様に係るトランジスタTra及びトランジスタTrbでは、チャネル形成領域に金属酸化物を用いることによって、Siなどを用いる場合と比べて大幅にトランジスタのオフ電流を小さくすることができる。そのため、本発明の一態様に係る半導体装置では、極めて長期間のデータ保持が可能となる。また、長期間のデータ保持が可能となることで、メモリセルMCのリフレッシュ動作が不要となるか、リフレッシュ動作の頻度を極めて少なくすることができる。そのため、本発明の一態様では、極めて消費電力の小さい半導体装置を提供することができる。   Note that in order to realize data retention in the memory cell MC for a long time, the off-state current of the transistor Tra and the transistor Trb constituting the memory cell MC (Vd of the Vg-Id characteristic may be referred to as Id at Vg = 0V). ) Should be as small as possible. In the transistor Tra and the transistor Trb according to one embodiment of the present invention, when a metal oxide is used for a channel formation region, the off-state current of the transistor can be significantly reduced as compared with the case where Si or the like is used. Therefore, the semiconductor device according to one embodiment of the present invention can hold data for an extremely long time. In addition, since the data can be retained for a long time, the refresh operation of the memory cell MC becomes unnecessary or the frequency of the refresh operation can be extremely reduced. Therefore, in one embodiment of the present invention, a semiconductor device with extremely low power consumption can be provided.

以上のように、本発明の一態様に係るメモリセルアレイ10では、良好な信頼性と小さい消費電力の双方を実現することができる。   As described above, in the memory cell array 10 according to one embodiment of the present invention, both good reliability and low power consumption can be realized.

<メモリセルの変形例>
本発明の一態様に係るメモリセルMCの回路構成は、図2に示すものに限られない。図4に、本発明の一態様に係るメモリセルMCの他の構成例を示す。
<Modification of memory cell>
The circuit configuration of the memory cell MC according to one embodiment of the present invention is not limited to that illustrated in FIG. FIG. 4 illustrates another configuration example of the memory cell MC according to one embodiment of the present invention.

図4(A)に示すメモリセルMCは、トランジスタTra及びトランジスタTrbが一対のゲートを有する点で、図2と異なる。なお、トランジスタが一対のゲートを有する場合、一方のゲートを第1のゲート、トップゲート、又は単にゲートと呼ぶことがあり、他方のゲートを第2のゲート、又はボトムゲートと呼ぶことがある。以下では、図4(A)に示すメモリセルMCを構成するトランジスタが有する一対のゲートのうち、図2のトランジスタが有するほうのゲートを単にゲートと呼び、有さないほうのゲートをボトムゲートと呼ぶ。   The memory cell MC illustrated in FIG. 4A is different from FIG. 2 in that the transistor Tra and the transistor Trb have a pair of gates. Note that in the case where a transistor includes a pair of gates, one gate may be referred to as a first gate, a top gate, or simply a gate, and the other gate may be referred to as a second gate or a bottom gate. Hereinafter, of the pair of gates included in the transistor included in the memory cell MC illustrated in FIG. 4A, the gate included in the transistor in FIG. 2 is simply referred to as a gate, and the gate not included is referred to as a bottom gate. Call.

図4(A)に示すメモリセルMCでは、トランジスタTraのボトムゲートは該トランジスタのゲートと接続され、トランジスタTrbのボトムゲートは該トランジスタのゲートと接続されている。この場合、各トランジスタのゲートの電位とボトムゲートの電位が等しくなるため、図4(A)に示すトランジスタでは、チャネル形成領域にゲートとボトムゲートの双方から同じ電位が印加されることになる。そのため、図2に示すトランジスタよりも図4(A)に示すトランジスタのほうがチャネル形成領域におけるゲート及びボトムゲートによる電界制御性が向上する。これにより、図2に示すトランジスタよりも図4(A)に示すトランジスタのほうがソース及びドレイン間の電界よりもゲート及びボトムゲートの電界制御を高めやすくなり、トランジスタのスイッチング特性を向上させることができる。   In the memory cell MC shown in FIG. 4A, the bottom gate of the transistor Tra is connected to the gate of the transistor, and the bottom gate of the transistor Trb is connected to the gate of the transistor. In this case, since the gate potential and the bottom gate potential of each transistor are equal, in the transistor illustrated in FIG. 4A, the same potential is applied to the channel formation region from both the gate and the bottom gate. Accordingly, the electric field controllability by the gate and the bottom gate in the channel formation region is improved in the transistor illustrated in FIG. 4A than in the transistor illustrated in FIG. Thereby, the transistor shown in FIG. 4A can more easily control the electric field control of the gate and the bottom gate than the electric field between the source and the drain, and the switching characteristics of the transistor can be improved as compared with the transistor shown in FIG. .

例えば、図4(A)に示すメモリセルMCがデータ“1”書き込み(データ“0”書き込み)を行う場合、トランジスタTra(トランジスタTrb)のゲートとボトムゲートの双方に正の電位(+V)が印加される。上述したように、図2に示すメモリセルMCよりも、トランジスタTra(トランジスタTrb)のチャネル形成領域におけるゲート及びボトムゲートによる電界制御性が高いため、図2に示すメモリセルMCよりも確実にトランジスタTra(トランジスタTrb)を導通状態にすることができる。すなわち、ノードFNa(ノードFNb)に電位(+V)を供給することを、図2に示すメモリセルMCよりも確実に行うことができる。   For example, when the memory cell MC illustrated in FIG. 4A performs data “1” writing (data “0” writing), a positive potential (+ V) is applied to both the gate and the bottom gate of the transistor Tra (transistor Trb). Applied. As described above, the electric field controllability by the gate and the bottom gate in the channel formation region of the transistor Tra (transistor Trb) is higher than that of the memory cell MC shown in FIG. Tra (transistor Trb) can be turned on. That is, the potential (+ V) can be supplied to the node FNa (node FNb) more reliably than the memory cell MC shown in FIG.

また、例えば、図4(A)に示すメモリセルMCがデータ“1”保持(データ“0”保持)を行う場合、トランジスタTra(トランジスタTrb)のゲートとボトムゲートの双方に0Vの電位が印加される。上述したように、図2に示すメモリセルMCよりも、トランジスタTra(トランジスタTrb)のチャネル形成領域におけるゲート及びボトムゲートによる電界制御性が高いため、図2に示すメモリセルMCよりも確実にトランジスタTra(トランジスタTrb)を非導通状態にすることができる。すなわち、ノードFNa(ノードFNb)に供給された電位(+V)がトランジスタTra(トランジスタTrb)を介してリークするのを、図2に示すメモリセルMCよりも確実に防止することができる。これにより、図4(A)に示すメモリセルMCは、図2に示すメモリセルMCよりも長期間のデータ保持を実現することができる。   For example, when the memory cell MC shown in FIG. 4A holds data “1” (data “0”), a potential of 0 V is applied to both the gate and the bottom gate of the transistor Tra (transistor Trb). Is done. As described above, the electric field controllability by the gate and the bottom gate in the channel formation region of the transistor Tra (transistor Trb) is higher than that of the memory cell MC shown in FIG. Tra (transistor Trb) can be turned off. That is, the potential (+ V) supplied to the node FNa (node FNb) can be prevented more reliably than the memory cell MC shown in FIG. 2 from leaking through the transistor Tra (transistor Trb). Accordingly, the memory cell MC illustrated in FIG. 4A can achieve data retention for a longer period than the memory cell MC illustrated in FIG.

図4(B)に示すメモリセルMCでは、トランジスタTra、トランジスタTrbの各ボトムゲートが配線BGLと接続されている。配線BGLは、該ボトムゲートに所定の電位を供給する機能を有する配線である。配線BGLの電位を制御することにより、トランジスタTra、トランジスタTrbの閾値電圧の制御を、ゲートによる制御とは別に、ボトムゲートによって個別に行うことができる。すなわち、ボトムゲートの電位により、トランジスタTra、トランジスタTrbのゲートに対する閾値電圧を変化させ、制御することができる。   In the memory cell MC shown in FIG. 4B, each bottom gate of the transistor Tra and the transistor Trb is connected to the wiring BGL. The wiring BGL is a wiring having a function of supplying a predetermined potential to the bottom gate. By controlling the potential of the wiring BGL, the threshold voltage of the transistor Tra and the transistor Trb can be individually controlled by the bottom gate separately from the control by the gate. That is, the threshold voltage for the gates of the transistors Tra and Trb can be changed and controlled by the potential of the bottom gate.

なお、トランジスタTraと接続された配線BGLと、トランジスタTrbと接続された配線BGLとを、それぞれ個別に設けることもできる。また、配線BGLは、メモリセルアレイ10が有する全てのメモリセルMCで共有されていてもよいし、一部のメモリセルMCで共有されていてもよい。それに加えて、配線BGLに供給される電位は、固定電位(単一の電位)であってもよいし、変動する電位(複数の電位)であってもよい。配線BGLに変動する電位を供給する場合、例えば、トランジスタTra、トランジスタTrbをオン状態にする期間とオフ状態にする期間とで、それぞれ配線BGLの電位を変えることにより、トランジスタTra、トランジスタTrbの閾値電圧を変化させてもよい。   Note that the wiring BGL connected to the transistor Tra and the wiring BGL connected to the transistor Trb can be individually provided. Further, the wiring BGL may be shared by all the memory cells MC included in the memory cell array 10 or may be shared by some of the memory cells MC. In addition, the potential supplied to the wiring BGL may be a fixed potential (single potential) or a varying potential (plural potentials). In the case where a potential that fluctuates is supplied to the wiring BGL, for example, the thresholds of the transistor Tra and the transistor Trb are changed by changing the potential of the wiring BGL between a period in which the transistor Tra and the transistor Trb are turned on and a period in which the transistor Trab is turned off. The voltage may be changed.

以上、説明してきたように、本発明の一態様では、2つのトランジスタ(トランジスタTra、トランジスタTrb)と2つの容量素子(容量素子Ca、容量素子Cb)から構成されたメモリセルMCを有する半導体装置を提供することができる。そして、例えば、メモリセルMCを、データ“1”とデータ“0”のいずれかを保持できる2値のメモリセルとした場合、メモリセルMCと接続される各配線に適切なタイミングで所定の電位を与えることで、メモリセルの保持動作起因によるトランジスタTra及びトランジスタTrbの劣化を抑制することができる。これにより、本発明の一態様では、良好な信頼性を有する半導体装置を提供することができる。   As described above, in one embodiment of the present invention, a semiconductor device including a memory cell MC including two transistors (a transistor Tra and a transistor Trb) and two capacitors (a capacitor Ca and a capacitor Cb). Can be provided. For example, when the memory cell MC is a binary memory cell that can hold either data “1” or data “0”, each wiring connected to the memory cell MC has a predetermined potential at an appropriate timing. Thus, deterioration of the transistor Tra and the transistor Trb due to the memory cell holding operation can be suppressed. Thus, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device having favorable reliability can be provided.

また、本発明の一態様では、メモリセルMCに金属酸化物を用いたトランジスタ(OSトランジスタ)を用いることにより、Siなどを用いる場合に比べて、トランジスタのオフ電流を大幅に小さくすることができる。これにより、本発明の一態様では、消費電力が小さい半導体装置を提供することができる。   Further, in one embodiment of the present invention, by using a transistor (OS transistor) including a metal oxide for the memory cell MC, the off-state current of the transistor can be significantly reduced as compared with the case where Si or the like is used. . Thus, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device with low power consumption can be provided.

本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。   This embodiment can be combined with any of the other embodiments as appropriate.

(実施の形態2)
本実施の形態では、上記の実施の形態で説明したメモリセルアレイ10を用いた記憶装置の構成例について説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, a structure example of a memory device using the memory cell array 10 described in the above embodiment will be described.

図5に、記憶装置100の構成例を示す。記憶装置100は、セルアレイ110、駆動回路部120を有する。   FIG. 5 shows a configuration example of the storage device 100. The storage device 100 includes a cell array 110 and a drive circuit unit 120.

セルアレイ110は複数のメモリセルMCを有し、データを記憶する機能を有する。セルアレイ110として、上記実施の形態で説明したメモリセルアレイ10を用いることができる。   The cell array 110 includes a plurality of memory cells MC and has a function of storing data. As the cell array 110, the memory cell array 10 described in the above embodiment can be used.

駆動回路部120は、駆動回路130、駆動回路140、制御回路160、出力回路170を有する。駆動回路130は、配線WL(配線WLa、配線WLb)の電位を制御する機能を有する。駆動回路140は、配線BL(配線BLa、配線BLb)の電位を制御する機能を有する。   The drive circuit unit 120 includes a drive circuit 130, a drive circuit 140, a control circuit 160, and an output circuit 170. The driver circuit 130 has a function of controlling the potential of the wiring WL (the wiring WLa and the wiring WLb). The driver circuit 140 has a function of controlling the potential of the wiring BL (the wiring BLa and the wiring BLb).

駆動回路130は、デコーダ131、行ドライバ132、センスアンプ133を有する。   The drive circuit 130 includes a decoder 131, a row driver 132, and a sense amplifier 133.

デコーダ131は、外部から入力されたアドレス信号ADDRをデコードして、行ドライバ132又はセンスアンプ133に制御信号を供給する機能を有する。   The decoder 131 has a function of decoding an address signal ADDR input from the outside and supplying a control signal to the row driver 132 or the sense amplifier 133.

行ドライバ132は、所定の行のメモリセルMCと接続された配線WLa、配線WLbを選択する機能と、配線WLa、配線WLbにデータの書き込み又は読み出しを行うための電位を供給する機能を有する。配線WLa、配線WLbの選択は、デコーダ131から入力される制御信号に基づいて行われる。また、データの書き込みを行う際に、配線WLa、配線WLbに供給される電位は、外部から入力されるデータWDATAを用いて生成される。データWDATAは、セルアレイ110に書き込むデータに対応する。   The row driver 132 has a function of selecting the wiring WLa and the wiring WLb connected to the memory cells MC in a predetermined row and a function of supplying a potential for writing or reading data to or from the wiring WLa or the wiring WLb. The selection of the wiring WLa and the wiring WLb is performed based on a control signal input from the decoder 131. Further, when data is written, a potential supplied to the wiring WLa and the wiring WLb is generated using data WDATA input from the outside. Data WDATA corresponds to data to be written in the cell array 110.

センスアンプ133は、行ドライバ132で生成された電位を増幅して、配線WLa、配線WLbに供給する機能を有する。なお、行ドライバ132で生成された電位を増幅する必要がない場合は、センスアンプ133を省略することができる。   The sense amplifier 133 has a function of amplifying the potential generated by the row driver 132 and supplying the amplified potential to the wiring WLa and the wiring WLb. Note that if it is not necessary to amplify the potential generated by the row driver 132, the sense amplifier 133 can be omitted.

駆動回路140は、デコーダ141、列ドライバ142、センスアンプ143、プリチャージ回路144を有する。   The drive circuit 140 includes a decoder 141, a column driver 142, a sense amplifier 143, and a precharge circuit 144.

デコーダ141は、外部から入力されたアドレス信号ADDRをデコードして、列ドライバ142又はセンスアンプ143に制御信号を供給する機能を有する。   The decoder 141 has a function of decoding an address signal ADDR input from the outside and supplying a control signal to the column driver 142 or the sense amplifier 143.

列ドライバ142は、所定の列のメモリセルMCと接続された配線BLa、配線BLbを選択する機能と、配線BLa、配線BLbにデータの書き込み又は読み出しを行うための電位を供給する機能を有する。配線BLa、配線BLbの選択は、デコーダ141から入力される制御信号に基づいて行われる。また、データの書き込みを行う際に、配線BLa、配線BLbに供給される電位は、外部から入力されるデータWDATAを用いて生成される。   The column driver 142 has a function of selecting the wirings BLa and BLb connected to the memory cells MC in a predetermined column and a function of supplying a potential for writing or reading data to or from the wirings BLa and BLb. The selection of the wiring BLa and the wiring BLb is performed based on a control signal input from the decoder 141. Further, when data is written, a potential supplied to the wiring BLa and the wiring BLb is generated using data WDATA input from the outside.

センスアンプ143は、列ドライバ142で生成された電位を増幅して、配線BLa、配線BLbに供給する機能を有する。また、センスアンプ143は、セルアレイ110に記憶されたデータに対応する電位を増幅して、出力回路170に出力する機能を有する。なお、列ドライバ142で生成された電位、及びセルアレイ110から出力された電位を増幅する必要がない場合は、センスアンプ143を省略することができる。   The sense amplifier 143 has a function of amplifying the potential generated by the column driver 142 and supplying the amplified potential to the wiring BLa and the wiring BLb. The sense amplifier 143 has a function of amplifying a potential corresponding to data stored in the cell array 110 and outputting the amplified potential to the output circuit 170. Note that the sense amplifier 143 can be omitted when it is not necessary to amplify the potential generated by the column driver 142 and the potential output from the cell array 110.

プリチャージ回路144は、配線BLa、配線BLbを所定の電位にプリチャージする機能と、配線BLa、配線BLbをフローティング状態にする機能を有する。   The precharge circuit 144 has a function of precharging the wiring BLa and the wiring BLb to a predetermined potential and a function of bringing the wiring BLa and the wiring BLb into a floating state.

制御回路160は、駆動回路部120の動作全般を制御する機能を有するロジック回路であり、駆動回路130、駆動回路140の動作を制御するための信号を生成する機能を有する。具体的には、制御回路160は、外部から入力された信号を用いて論理演算を行うことにより、制御信号を生成し、当該制御信号を駆動回路130、駆動回路140に供給する機能を有する。制御回路160に入力される信号としては、例えば、チップイネーブル信号、書き込みイネーブル信号、読み出しイネーブル信号などが挙げられる。   The control circuit 160 is a logic circuit having a function of controlling the overall operation of the drive circuit unit 120, and has a function of generating a signal for controlling the operation of the drive circuit 130 and the drive circuit 140. Specifically, the control circuit 160 has a function of generating a control signal by performing a logical operation using a signal input from the outside and supplying the control signal to the drive circuit 130 and the drive circuit 140. Examples of the signal input to the control circuit 160 include a chip enable signal, a write enable signal, and a read enable signal.

出力回路170は、セルアレイ110から読み出されたデータの、外部への出力を制御する機能を有する。データの読み出し動作が行われると、セルアレイ110から読み出し電位が駆動回路140に供給される。読み出し電位は、センスアンプ143で増幅された後、出力回路170を介して、データRDATAとして外部に出力される。   The output circuit 170 has a function of controlling output of data read from the cell array 110 to the outside. When a data read operation is performed, a read potential is supplied from the cell array 110 to the driver circuit 140. The read potential is amplified by the sense amplifier 143 and then output to the outside as data RDATA via the output circuit 170.

本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。   This embodiment can be combined with any of the other embodiments as appropriate.

(実施の形態3)
本実施の形態では、上記の実施の形態で説明した半導体装置又は記憶装置の応用例について説明する。
(Embodiment 3)
In this embodiment, application examples of the semiconductor device or the memory device described in the above embodiment will be described.

<コンピュータ>
メモリセルアレイ10又は記憶装置100は、コンピュータの記憶装置に用いることができる。図6に、コンピュータ300の構成例を示す。コンピュータ300は、入力装置310、出力装置320、中央演算処理装置330、及び主記憶装置340を有する。
<Computer>
The memory cell array 10 or the storage device 100 can be used for a storage device of a computer. FIG. 6 shows a configuration example of the computer 300. The computer 300 includes an input device 310, an output device 320, a central processing unit 330, and a main storage device 340.

中央演算処理装置330は、制御回路331、演算回路332、記憶装置333及び記憶装置334を有する。   The central processing unit 330 includes a control circuit 331, an arithmetic circuit 332, a storage device 333, and a storage device 334.

入力装置310は、コンピュータ300の外部からのデータを受信する機能を有する。出力装置320は、コンピュータ300の外部にデータを出力する機能を有する。   The input device 310 has a function of receiving data from the outside of the computer 300. The output device 320 has a function of outputting data to the outside of the computer 300.

制御回路331は、入力装置310、出力装置320、主記憶装置340、演算回路332、記憶装置333及び記憶装置334に制御信号を出力する機能を有する。演算回路332は、入力されたデータを用いて演算を行う機能を有する。記憶装置333は、演算回路332における演算に用いられるデータを保持することができ、レジスタとしての機能を有する。記憶装置334は、主記憶装置340内のデータの一部を記憶することができ、キャッシュメモリとしての機能を有する。   The control circuit 331 has a function of outputting a control signal to the input device 310, the output device 320, the main storage device 340, the arithmetic circuit 332, the storage device 333, and the storage device 334. The arithmetic circuit 332 has a function of performing arithmetic operations using input data. The storage device 333 can hold data used for calculation in the arithmetic circuit 332 and has a function as a register. The storage device 334 can store a part of the data in the main storage device 340 and has a function as a cache memory.

なお、図6において、記憶装置334は中央演算処理装置330の内部に設けられているが、中央演算処理装置330の外に設けられていてもよいし、中央演算処理装置330の内部と外部の両方に設けられていてもよい。また、記憶装置334は、中央演算処理装置330の内部と外部の両方に、それぞれ複数設けられていてもよい。記憶装置334が中央演算処理装置330の内部と外部の両方に設けられている場合、内部に設けられた記憶装置334は一次キャッシュとして用いることができ、外部に設けられた記憶装置334は二次キャッシュとして用いることができる。   In FIG. 6, the storage device 334 is provided inside the central processing unit 330, but may be provided outside the central processing unit 330, or inside and outside the central processing unit 330. It may be provided in both. A plurality of storage devices 334 may be provided both inside and outside the central processing unit 330. When the storage device 334 is provided both inside and outside the central processing unit 330, the storage device 334 provided inside can be used as a primary cache, and the storage device 334 provided outside can be used as a secondary cache. Can be used as a cache.

記憶装置333、記憶装置334は、主記憶装置340よりも高速な動作が可能である。また、主記憶装置340の容量は記憶装置334の容量よりも大きく、記憶装置334の容量は記憶装置333の容量よりも大きい構成とすることができる。   The storage device 333 and the storage device 334 can operate at a higher speed than the main storage device 340. Further, the main storage device 340 may have a capacity larger than the storage device 334, and the storage device 334 may have a larger capacity than the storage device 333.

キャッシュメモリとしての機能を有する記憶装置334を設けることにより、中央演算処理装置330の処理速度を向上させることができる。   By providing the storage device 334 having a function as a cache memory, the processing speed of the central processing unit 330 can be improved.

上記実施の形態におけるメモリセルアレイ10又は記憶装置100は、記憶装置334、又は主記憶装置340に用いることが好ましい。これにより、信頼性の高いコンピュータを実現することができる。   The memory cell array 10 or the storage device 100 in the above embodiment is preferably used for the storage device 334 or the main storage device 340. Thereby, a highly reliable computer can be realized.

<表示システム>
メモリセルアレイ10又は記憶装置100は、コンピュータ以外の装置、例えば、表示装置の駆動に用いる回路に内蔵された記憶装置などにも用いることができる。図7に、表示部410と、表示部410を駆動する機能を有する制御回路420と、を有する表示システム400の構成例を示す。
<Display system>
The memory cell array 10 or the storage device 100 can be used for a device other than a computer, for example, a storage device incorporated in a circuit used for driving a display device. FIG. 7 illustrates a configuration example of a display system 400 including a display unit 410 and a control circuit 420 having a function of driving the display unit 410.

制御回路420は、インターフェース421、フレームメモリ422、デコーダ423、センサコントローラ424、コントローラ425、クロック生成回路426、画像処理部430、記憶装置441、タイミングコントローラ442、レジスタ443、駆動回路450、タッチセンサコントローラ461を有する。   The control circuit 420 includes an interface 421, a frame memory 422, a decoder 423, a sensor controller 424, a controller 425, a clock generation circuit 426, an image processing unit 430, a storage device 441, a timing controller 442, a register 443, a drive circuit 450, and a touch sensor controller. 461.

制御回路420は、所定の映像を表示するための信号(以下、映像信号ともいう。)を生成し、表示部410に出力する機能を有する。表示部410は、制御回路420から入力された映像信号を用いて、表示ユニット411に映像を表示する機能を有する。また、表示部410は、タッチの有無、タッチ位置などの情報を得る機能を有するタッチセンサユニット412を有していてもよい。表示部410がタッチセンサユニット412を有しない場合、タッチセンサコントローラ461は省略することができる。   The control circuit 420 has a function of generating a signal for displaying a predetermined video (hereinafter also referred to as a video signal) and outputting the signal to the display unit 410. The display unit 410 has a function of displaying an image on the display unit 411 using the video signal input from the control circuit 420. In addition, the display unit 410 may include a touch sensor unit 412 having a function of obtaining information such as presence / absence of touch and a touch position. When the display unit 410 does not include the touch sensor unit 412, the touch sensor controller 461 can be omitted.

表示ユニット411には、液晶素子を用いて表示を行う表示ユニットや、発光素子を用いて表示を行う表示ユニットなどを用いることができる。なお、表示部410に設けられる表示ユニット411は、1つであっても2つ以上であってもよい。図7には一例として、表示部410が、反射型の液晶素子を用いて表示を行う表示ユニット411aと、発光素子を用いて表示を行う表示ユニット411bを有する構成を示している。   As the display unit 411, a display unit that performs display using a liquid crystal element, a display unit that performs display using a light-emitting element, or the like can be used. Note that the number of display units 411 provided in the display unit 410 may be one or two or more. As an example, FIG. 7 illustrates a configuration in which the display unit 410 includes a display unit 411a that performs display using a reflective liquid crystal element and a display unit 411b that performs display using a light-emitting element.

また、表示ユニット411には、反射型の液晶素子以外の反射型の表示素子を用いることもできる。例えば、表示ユニット411には、シャッター方式のMEMS(Micro Electro Mechanical System)素子、光干渉方式のMEMS素子、マイクロカプセル方式、電気泳動方式、エレクトロウェッティング方式等を適用した表示素子などを用いることができる。   For the display unit 411, a reflective display element other than the reflective liquid crystal element can be used. For example, for the display unit 411, a shutter-type MEMS (Micro Electro Mechanical System) element, a light interference-type MEMS element, a display element using a microcapsule method, an electrophoresis method, an electrowetting method, or the like may be used. it can.

また、発光素子としては、例えばOLED(Organic Light Emitting Diode)、LED(Light Emitting Diode)、QLED(Quantum−dot Light Emitting Diode)、半導体レーザなどの自発光性の発光素子を用いることができる。   As the light-emitting element, for example, a self-luminous light-emitting element such as an OLED (Organic Light Emitting Diode), an LED (Light Emitting Diode), a QLED (Quantum-Dot Light Emitting Diode), or a semiconductor laser can be used.

駆動回路450は、ソースドライバ451を有する。ソースドライバ451は、表示ユニット411に映像信号を供給する機能を有する回路である。図7においては、表示部410が表示ユニット411a、表示ユニット411bを有するため、駆動回路450はソースドライバ451a、ソースドライバ451bを有する。ソースドライバ451aは、表示ユニット411aに映像信号を供給する機能を有し、ソースドライバ451bは、表示ユニット411bに映像信号を供給する機能を有する。なお、ソースドライバ451は、表示部410に設けられていてもよい。   The drive circuit 450 includes a source driver 451. The source driver 451 is a circuit having a function of supplying a video signal to the display unit 411. In FIG. 7, since the display portion 410 includes a display unit 411a and a display unit 411b, the driver circuit 450 includes a source driver 451a and a source driver 451b. The source driver 451a has a function of supplying a video signal to the display unit 411a, and the source driver 451b has a function of supplying a video signal to the display unit 411b. Note that the source driver 451 may be provided in the display unit 410.

制御回路420とホスト470との通信は、インターフェース421を介して行われる。ホスト470から制御回路420には、表示部410に表示する画像に対応するデータ(以下、画像データともいう。)、各種制御信号などが送られる。また、制御回路420からホスト470には、タッチセンサコントローラ461が取得したタッチの有無、タッチ位置などの情報が送られる。なお、制御回路420が有するそれぞれの回路は、ホスト470の規格、表示部410の仕様等によって、適宜取捨される。   Communication between the control circuit 420 and the host 470 is performed via the interface 421. Data corresponding to an image displayed on the display unit 410 (hereinafter also referred to as image data), various control signals, and the like are sent from the host 470 to the control circuit 420. Further, information such as the presence / absence of a touch and a touch position acquired by the touch sensor controller 461 is sent from the control circuit 420 to the host 470. Note that each circuit included in the control circuit 420 is appropriately discarded depending on the standard of the host 470, the specification of the display unit 410, and the like.

フレームメモリ422は、制御回路420に入力された画像データを記憶する機能を有する記憶回路である。ホスト470から制御回路420に圧縮された画像データが送られる場合、フレームメモリ422は、圧縮された画像データを格納することができる。デコーダ423は、圧縮された画像データを伸長するための回路である。画像データを伸長する必要がない場合、デコーダ423は処理を行わない。なお、デコーダ423は、フレームメモリ422とインターフェース421との間に配置することもできる。   The frame memory 422 is a storage circuit having a function of storing image data input to the control circuit 420. When compressed image data is sent from the host 470 to the control circuit 420, the frame memory 422 can store the compressed image data. The decoder 423 is a circuit for decompressing the compressed image data. When it is not necessary to decompress the image data, the decoder 423 does not perform processing. Note that the decoder 423 can also be disposed between the frame memory 422 and the interface 421.

画像処理部430は、フレームメモリ422又はデコーダ423から入力された画像データに対して、各種の画像処理を行い、映像信号を生成する機能を有する。例えば、画像処理部430は、ガンマ補正回路431、調光回路432、調色回路433を有する。   The image processing unit 430 has a function of performing various kinds of image processing on the image data input from the frame memory 422 or the decoder 423 and generating a video signal. For example, the image processing unit 430 includes a gamma correction circuit 431, a dimming circuit 432, and a toning circuit 433.

また、ソースドライバ451bが、表示ユニット411bが有する発光素子に流れる電流を検出する機能を有する回路(電流検出回路)を有する場合、画像処理部430にはEL補正回路434を設けてもよい。EL補正回路434は、電流検出回路から送信される信号に基づいて、発光素子の輝度を調節する機能を有する。   In the case where the source driver 451b includes a circuit (current detection circuit) having a function of detecting a current flowing through a light-emitting element included in the display unit 411b, the image processing unit 430 may be provided with an EL correction circuit 434. The EL correction circuit 434 has a function of adjusting the luminance of the light-emitting element based on a signal transmitted from the current detection circuit.

画像処理部430で生成された映像信号は、記憶装置441を経て、駆動回路450に出力される。記憶装置441は、画像データを一時的に格納する機能を有する。ソースドライバ451a、ソースドライバ451bはそれぞれ、記憶装置441から入力された映像信号に対して各種の処理を行い、表示ユニット411a、表示ユニット411bに出力する機能を有する。   The video signal generated by the image processing unit 430 is output to the drive circuit 450 via the storage device 441. The storage device 441 has a function of temporarily storing image data. Each of the source driver 451a and the source driver 451b has a function of performing various kinds of processing on the video signal input from the storage device 441 and outputting the processed signal to the display unit 411a and the display unit 411b.

タイミングコントローラ442は、駆動回路450、タッチセンサコントローラ461、表示ユニット411が有するゲートドライバで用いられるタイミング信号などを生成する機能を有する。   The timing controller 442 has a function of generating a timing signal used in a gate driver included in the driving circuit 450, the touch sensor controller 461, and the display unit 411.

タッチセンサコントローラ461は、タッチセンサユニット412の動作を制御する機能を有する。タッチセンサユニット412で検出されたタッチ情報を含む信号は、タッチセンサコントローラ461で処理された後、インターフェース421を介してホスト470に送信される。ホスト470は、タッチ情報を反映した画像データを生成し、制御回路420に送信する。なお、制御回路420が画像データにタッチ情報を反映させる機能を有していてもよい。また、タッチセンサコントローラ461は、タッチセンサユニット412に設けられていてもよい。   The touch sensor controller 461 has a function of controlling the operation of the touch sensor unit 412. A signal including touch information detected by the touch sensor unit 412 is processed by the touch sensor controller 461 and then transmitted to the host 470 via the interface 421. The host 470 generates image data reflecting the touch information and transmits it to the control circuit 420. Note that the control circuit 420 may have a function of reflecting touch information in image data. The touch sensor controller 461 may be provided in the touch sensor unit 412.

クロック生成回路426は、制御回路420で使用されるクロック信号を生成する機能を有する。コントローラ425は、インターフェース421を介してホスト470から送られる各種制御信号を処理し、制御回路420内の各種回路を制御する機能を有する。また、コントローラ425は、制御回路420内の各種回路への電源供給を制御する機能を有する。例えばコントローラ425は、停止状態の回路への電源供給を一時的に遮断することができる。   The clock generation circuit 426 has a function of generating a clock signal used in the control circuit 420. The controller 425 has a function of processing various control signals sent from the host 470 via the interface 421 and controlling various circuits in the control circuit 420. Further, the controller 425 has a function of controlling power supply to various circuits in the control circuit 420. For example, the controller 425 can temporarily cut off the power supply to the stopped circuit.

レジスタ443は、制御回路420の動作に用いられるデータを格納する機能を有する。レジスタ443が格納するデータとしては、画像処理部430が補正処理を行うために使用するパラメータ、タイミングコントローラ442が各種タイミング信号の波形生成に用いるパラメータなどが挙げられる。レジスタ443は、複数のレジスタで構成されるスキャンチェーンレジスタによって構成することができる。   The register 443 has a function of storing data used for the operation of the control circuit 420. Examples of data stored in the register 443 include parameters used for the image processing unit 430 to perform correction processing, parameters used by the timing controller 442 to generate waveforms of various timing signals, and the like. The register 443 can be configured by a scan chain register including a plurality of registers.

また、制御回路420には、光センサ480と接続されたセンサコントローラ424を設けることができる。光センサ480は、外光481を検知して、検知信号を生成する機能を有する。センサコントローラ424は、該検知信号に基づいて制御信号を生成する機能を有する。センサコントローラ424で生成された制御信号は、例えば、コントローラ425に出力される。   The control circuit 420 can include a sensor controller 424 connected to the optical sensor 480. The optical sensor 480 has a function of detecting external light 481 and generating a detection signal. The sensor controller 424 has a function of generating a control signal based on the detection signal. The control signal generated by the sensor controller 424 is output to the controller 425, for example.

表示ユニット411aと表示ユニット411bが同じ映像を表示する場合、画像処理部430は、表示ユニット411aの映像信号と表示ユニット411bの映像信号とを分けて生成する機能を有する。この場合、光センサ480及びセンサコントローラ424を用いて測定した外光481の明るさに応じて、表示ユニット411aが有する反射型の液晶素子の反射強度と、表示ユニット411bが有する発光素子の発光強度とを調整することができる。ここでは、当該調整を調光、あるいは調光処理と呼ぶ。また、当該処理を実行する回路を調光回路と呼ぶ。   When the display unit 411a and the display unit 411b display the same video, the image processing unit 430 has a function of separately generating the video signal of the display unit 411a and the video signal of the display unit 411b. In this case, the reflection intensity of the reflective liquid crystal element included in the display unit 411a and the emission intensity of the light emitting element included in the display unit 411b according to the brightness of the external light 481 measured using the optical sensor 480 and the sensor controller 424. And can be adjusted. Here, the adjustment is referred to as dimming or dimming processing. A circuit that executes the processing is called a dimming circuit.

例えば、晴れの日の日中に外で表示部410に映像を表示する場合は、発光素子を光らせずに反射型の液晶素子のみで表示を行い、夜間や暗所で表示部410に映像を表示する場合は、発光素子を光らせて表示を行うことができる。   For example, when an image is displayed on the display unit 410 outside on a sunny day, the image is displayed on the display unit 410 at night or in a dark place by displaying only with a reflective liquid crystal element without illuminating the light emitting element. In the case of displaying, the light emitting element can be illuminated to perform display.

また、画像処理部430は、外光の明るさに応じて、表示ユニット411aのみで表示を行うための映像信号、表示ユニット411bのみで表示を行うための映像信号、表示ユニット411aと表示ユニット411bを組み合わせて表示を行うための映像信号のいずれかを選択して生成することができる。これにより、外光の明るい環境においても、外光の暗い環境においても、良好な表示を行うことができる。さらに、外光の明るい環境においては、発光素子を光らせない、又は発光素子の輝度を低くすることで、消費電力を低減することができる。   The image processing unit 430 also displays a video signal for display only with the display unit 411a, a video signal for display only with the display unit 411b, and the display unit 411a and the display unit 411b according to the brightness of external light. Any one of the video signals for display can be selected and generated. As a result, it is possible to perform a good display both in an environment where the external light is bright and in an environment where the external light is dark. Furthermore, in an environment where the outside light is bright, the power consumption can be reduced by preventing the light emitting element from emitting light or reducing the luminance of the light emitting element.

また、反射型の液晶素子の表示に、発光素子の表示を組み合わせることで、色調を補正することができる。このような色調補正のためには、光センサ480及びセンサコントローラ424に、外光481の色調を測定する機能を追加すればよい。例えば、夕暮れ時の赤みがかった環境において表示部410に映像を表示する場合、反射型の液晶素子による表示のみではB(青)成分が足りないため、発光素子を発光させることで、色調を補正することができる。ここでは、当該補正を調色、あるいは調色処理と呼ぶ。また、当該処理を実行する回路を調色回路と呼ぶ。   Further, the color tone can be corrected by combining the display of the reflective liquid crystal element with the display of the light emitting element. For such color tone correction, a function for measuring the color tone of the external light 481 may be added to the optical sensor 480 and the sensor controller 424. For example, in the case where an image is displayed on the display unit 410 in a reddish environment at dusk, since the B (blue) component is insufficient only by display using a reflective liquid crystal element, the color tone is corrected by causing the light emitting element to emit light. be able to. Here, the correction is referred to as toning or toning processing. A circuit that executes the processing is called a toning circuit.

画像処理部430は、表示部410の仕様によって、RGB−RGBW変換回路など、他の処理回路を有していてもよい。RGB−RGBW変換回路とは、RGB(赤、緑、青)画像データを、RGBW(赤、緑、青、白)画像信号に変換する機能をもつ回路である。すなわち、表示部410がRGBW4色の画素を有する場合、画像データ内のW(白)成分を、W(白)画素を用いて表示することで、消費電力を低減することができる。なお、RGB−RGBW変換回路はこれに限らず、例えば、RGB−RGBY(赤、緑、青、黄)変換回路などでもよい。   The image processing unit 430 may include other processing circuits such as an RGB-RGBW conversion circuit depending on the specifications of the display unit 410. The RGB-RGBW conversion circuit is a circuit having a function of converting RGB (red, green, blue) image data into RGBW (red, green, blue, white) image signals. That is, when the display unit 410 has RGBW four color pixels, the power consumption can be reduced by displaying the W (white) component in the image data using the W (white) pixel. The RGB-RGBW conversion circuit is not limited to this, and may be, for example, an RGB-RGBY (red, green, blue, yellow) conversion circuit.

また、表示ユニット411aと表示ユニット411bには、互いに異なる映像を表示させることもできる。反射型の液晶素子は、発光素子と比較して動作速度が遅く、映像を表示させるまでに時間を要する場合がある。そのため、例えば反射型の液晶素子に背景となる静止画を表示させ、発光素子に動画を表示させることで、前記問題を解決することができる。また、このとき、反射型の液晶素子に表示させる映像の書き換え頻度を減らし、映像の書き換えが行われない期間において、ソースドライバ451aや、表示ユニット411aが有するゲートドライバの動作を停止させることができる。これにより、なめらかな動画表示と低消費電力とを両立させることができる。この場合、フレームメモリ422には、反射型の液晶素子に供給する映像信号を記憶する領域と、発光素子に供給する映像信号を記憶する領域とが設けられる。   In addition, different images can be displayed on the display unit 411a and the display unit 411b. A reflective liquid crystal element has a lower operation speed than a light emitting element, and may take time to display an image. Therefore, for example, the problem can be solved by displaying a background still image on a reflective liquid crystal element and displaying a moving image on the light emitting element. At this time, the frequency of rewriting the video displayed on the reflective liquid crystal element can be reduced, and the operation of the source driver 451a and the gate driver included in the display unit 411a can be stopped in a period in which the video is not rewritten. . Thereby, it is possible to achieve both smooth moving image display and low power consumption. In this case, the frame memory 422 is provided with an area for storing the video signal supplied to the reflective liquid crystal element and an area for storing the video signal supplied to the light emitting element.

図7におけるフレームメモリ422又は記憶装置441には、上記実施の形態で説明したメモリセルアレイ10、又は記憶装置100を用いることができる。これにより、信頼性が高い制御回路、又は表示システムを実現することができる。   As the frame memory 422 or the storage device 441 in FIG. 7, the memory cell array 10 or the storage device 100 described in the above embodiment can be used. Thereby, a highly reliable control circuit or display system can be realized.

本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。   This embodiment can be combined with any of the other embodiments as appropriate.

(実施の形態4)
本実施の形態では、実施の形態3で説明した表示システムに用いることができる表示装置の構成例について説明する。以下に説明する表示装置は、図7における表示部410に用いることができる。ここでは特に、反射型の液晶素子と発光素子を用いて表示を行うことが可能な表示装置について説明する。
(Embodiment 4)
In this embodiment, a structure example of a display device that can be used for the display system described in Embodiment 3 will be described. The display device described below can be used for the display unit 410 in FIG. Here, a display device capable of performing display using a reflective liquid crystal element and a light-emitting element will be described in particular.

図8(A)は、表示装置500の構成の一例を示すブロック図である。表示装置500は、画素部501にマトリクス状に配列した複数の画素ユニット502を有する。また、表示装置500は、駆動回路503a、駆動回路503bと、駆動回路504a、駆動回路504bを有する。また、表示装置500は、方向Rに配列した複数の画素ユニット502、及び駆動回路503aと接続された複数の配線GLaと、方向Rに配列した複数の画素ユニット502、及び駆動回路503bと接続された複数の配線GLbを有する。また、表示装置500は、方向Cに配列した複数の画素ユニット502、及び駆動回路504aと接続された複数の配線SLaと、方向Cに配列した複数の画素ユニット502、及び駆動回路504bと接続された複数の配線SLbを有する。   FIG. 8A is a block diagram illustrating an example of a structure of the display device 500. The display device 500 includes a plurality of pixel units 502 arranged in a matrix in the pixel portion 501. The display device 500 includes a driver circuit 503a, a driver circuit 503b, a driver circuit 504a, and a driver circuit 504b. The display device 500 is connected to a plurality of pixel units 502 arranged in the direction R and a plurality of wirings GLa connected to the drive circuit 503a, and to a plurality of pixel units 502 and a drive circuit 503b arranged in the direction R. And a plurality of wirings GLb. The display device 500 is connected to the plurality of pixel units 502 arranged in the direction C and the plurality of wirings SLa connected to the drive circuit 504a, and to the plurality of pixel units 502 arranged in the direction C and the drive circuit 504b. A plurality of wirings SLb.

駆動回路504a、駆動回路504bはそれぞれ、図7におけるソースドライバ451a、ソースドライバ451bに対応する。すなわち、表示装置500は、図7におけるソースドライバ451a、ソースドライバ451bが表示部410に設けられた構成に対応する。ただし、駆動回路504a、駆動回路504bは図7における制御回路420に設けられていてもよい。   The drive circuit 504a and the drive circuit 504b correspond to the source driver 451a and the source driver 451b in FIG. 7, respectively. That is, the display device 500 corresponds to a configuration in which the source driver 451a and the source driver 451b in FIG. However, the driver circuit 504a and the driver circuit 504b may be provided in the control circuit 420 in FIG.

画素ユニット502は、反射型の液晶素子と、発光素子を有する。画素ユニット502において、該液晶素子と該発光素子とは、互いに重なる部分を有する。   The pixel unit 502 includes a reflective liquid crystal element and a light emitting element. In the pixel unit 502, the liquid crystal element and the light emitting element have portions that overlap each other.

図8(B1)は、画素ユニット502が有する導電層530bの構成例を示す。導電層530bは、画素ユニット502における液晶素子の反射電極として機能する。また導電層530bには、開口540が設けられている。   FIG. 8B1 illustrates a configuration example of the conductive layer 530b included in the pixel unit 502. The conductive layer 530 b functions as a reflective electrode of the liquid crystal element in the pixel unit 502. An opening 540 is provided in the conductive layer 530b.

図8(B1)には、導電層530bと重なる領域に位置する発光素子520を破線で示している。発光素子520は、導電層530bが有する開口540と重ねて配置されている。これにより、発光素子520が発する光は、開口540を介して表示面側に射出される。   In FIG. 8B1, the light-emitting element 520 located in a region overlapping with the conductive layer 530b is indicated by a broken line. The light-emitting element 520 is provided so as to overlap with the opening 540 included in the conductive layer 530b. Accordingly, light emitted from the light emitting element 520 is emitted to the display surface side through the opening 540.

図8(B1)では、方向Rに隣接する画素ユニット502が異なる色に対応する画素である。このとき、図8(B1)に示すように、方向Rに隣接する2つの画素において、開口540が一列に配列されないように、導電層530bの異なる位置に設けられていることが好ましい。これにより、2つの発光素子520を離すことが可能で、発光素子520が発する光が隣接する画素ユニット502が有する着色層に入射してしまう現象(クロストークともいう。)を抑制することができる。また、隣接する2つの発光素子520を離して配置することができるため、発光素子520のEL層をシャドウマスク等により作り分ける場合であっても、高い精細度の表示装置を実現できる。   In FIG. 8B1, the pixel units 502 adjacent in the direction R are pixels corresponding to different colors. At this time, as shown in FIG. 8B1, it is preferable that the openings 540 are provided at different positions in the conductive layer 530b so that the two pixels adjacent in the direction R are not arranged in a line. Accordingly, the two light emitting elements 520 can be separated from each other, and a phenomenon (also referred to as crosstalk) in which light emitted from the light emitting elements 520 enters a colored layer included in the adjacent pixel unit 502 can be suppressed. . Further, since the two adjacent light emitting elements 520 can be arranged apart from each other, a display device with high definition can be realized even when the EL layer of the light emitting element 520 is separately formed using a shadow mask or the like.

また、図8(B2)に示すような配列としてもよい。   Alternatively, an arrangement as shown in FIG.

非開口部の総面積に対する開口540の総面積の比の値が大きすぎると、液晶素子を用いた表示が暗くなってしまう。また、非開口部の総面積に対する開口540の総面積の比の値が小さすぎると、発光素子520を用いた表示が暗くなってしまう。   If the ratio of the total area of the openings 540 to the total area of the non-openings is too large, the display using the liquid crystal element will be dark. If the ratio of the total area of the openings 540 to the total area of the non-openings is too small, the display using the light emitting element 520 becomes dark.

また、反射電極として機能する導電層530bに設ける開口540の面積が小さすぎると、発光素子520が射出する光から取り出せる光の効率が低下してしまう。   In addition, when the area of the opening 540 provided in the conductive layer 530b functioning as the reflective electrode is too small, the efficiency of light that can be extracted from the light emitted from the light-emitting element 520 decreases.

開口540の形状は、例えば多角形、四角形、楕円形、円形又は十字等の形状とすることができる。また、細長い筋状、スリット状、市松模様状の形状としてもよい。また、開口540を隣接する画素に寄せて配置してもよい。好ましくは、開口540を同じ色を表示する他の画素に寄せて配置する。これにより、クロストークを抑制できる。   The shape of the opening 540 can be, for example, a polygon, a rectangle, an ellipse, a circle, a cross, or the like. Moreover, it is good also as an elongated streak shape, a slit shape, and a checkered shape. Further, the opening 540 may be arranged close to adjacent pixels. Preferably, the opening 540 is arranged close to another pixel that displays the same color. Thereby, crosstalk can be suppressed.

<回路の構成例>
図9は、画素ユニット502の構成例を示す回路図である。図9では、隣接する2つの画素ユニット502を示している。画素ユニット502はそれぞれ、画素505aと画素505bを有する。
<Example of circuit configuration>
FIG. 9 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the pixel unit 502. FIG. 9 shows two adjacent pixel units 502. Each pixel unit 502 includes a pixel 505a and a pixel 505b.

画素505aは、スイッチSW1、容量素子C10、液晶素子510を有し、画素505bは、スイッチSW2、トランジスタM、容量素子C20、及び発光素子520を有する。また、画素505aは、配線SLa、配線GLa、配線CSCOMと接続されており、画素505bは、配線GLb、配線SLb、配線ANOと接続されている。なお、図9では、液晶素子510と接続された配線VCOM1、及び発光素子520と接続された配線VCOM2を示している。また、図9では、スイッチSW1及びスイッチSW2に、トランジスタを用いた場合の例を示している。   The pixel 505a includes a switch SW1, a capacitor C10, and a liquid crystal element 510, and the pixel 505b includes a switch SW2, a transistor M, a capacitor C20, and a light-emitting element 520. The pixel 505a is connected to the wiring SLa, the wiring GLa, and the wiring CSCOM, and the pixel 505b is connected to the wiring GLb, the wiring SLb, and the wiring ANO. Note that FIG. 9 illustrates a wiring VCOM1 connected to the liquid crystal element 510 and a wiring VCOM2 connected to the light-emitting element 520. FIG. 9 shows an example in which transistors are used for the switch SW1 and the switch SW2.

スイッチSW1のゲートは配線GLaと接続され、ソース又はドレインの一方は配線SLaと接続され、ソース又はドレインの他方は容量素子C10の一方の電極、及び液晶素子510の一方の電極と接続されている。容量素子C10の他方の電極は、配線CSCOMと接続されている。液晶素子510の他方の電極は、配線VCOM1と接続されている。   The gate of the switch SW1 is connected to the wiring GLa, one of the source and the drain is connected to the wiring SLa, and the other of the source and the drain is connected to one electrode of the capacitor C10 and one electrode of the liquid crystal element 510. . The other electrode of the capacitive element C10 is connected to the wiring CSCOM. The other electrode of the liquid crystal element 510 is connected to the wiring VCOM1.

スイッチSW2のゲートは配線GLbと接続され、ソース又はドレインの一方は配線SLbと接続され、ソース又はドレインの他方は容量素子C20の一方の電極、トランジスタMのゲートと接続されている。容量素子C20の他方の電極はトランジスタMのソース又はドレインの一方、配線ANOと接続されている。トランジスタMのソース又はドレインの他方は発光素子520の一方の電極と接続されている。発光素子520の他方の電極は配線VCOM2と接続されている。   The gate of the switch SW2 is connected to the wiring GLb, one of the source and the drain is connected to the wiring SLb, and the other of the source and the drain is connected to one electrode of the capacitor C20 and the gate of the transistor M. The other electrode of the capacitor C20 is connected to one of the source and the drain of the transistor M and the wiring ANO. The other of the source and the drain of the transistor M is connected to one electrode of the light emitting element 520. The other electrode of the light emitting element 520 is connected to the wiring VCOM2.

図9では、トランジスタMが一対のゲートを有し、これらが接続されている例を示している。これにより、トランジスタMが流すことのできる電流を増大させることができる。   FIG. 9 shows an example in which the transistor M has a pair of gates and these are connected. As a result, the current that can be passed by the transistor M can be increased.

配線VCOM1及び配線CSCOMには、それぞれ所定の電位を供給することができる。また、配線VCOM2及び配線ANOにはそれぞれ、発光素子520を発光させることが可能となる電位差を生じさせるための電位を供給することができる。   A predetermined potential can be supplied to each of the wiring VCOM1 and the wiring CSCOM. In addition, the wiring VCOM2 and the wiring ANO can each be supplied with a potential for causing a potential difference that enables the light emitting element 520 to emit light.

図9に示す画素ユニット502は、例えば反射モードの表示を行う場合には、配線GLa及び配線SLaに供給される信号によって画素505aを駆動することにより、液晶素子510による光学変調を利用して映像を表示することができる。また、透過モードで表示を行う場合には、配線GLb及び配線SLbに供給される信号によって画素505bを駆動することにより、発光素子520を発光させて映像を表示することができる。また両方のモードで駆動する場合には、配線GLa、配線GLb、配線SLa及び配線SLbのそれぞれに供給される信号により、画素505a及び画素505bを駆動することができる。   For example, in the case of performing reflection mode display, the pixel unit 502 illustrated in FIG. 9 drives the pixel 505a with a signal supplied to the wiring GLa and the wiring SLa, and uses the optical modulation by the liquid crystal element 510 to display an image. Can be displayed. In the case where display is performed in the transmissive mode, the pixel 505b is driven by signals supplied to the wiring GLb and the wiring SLb, whereby the light-emitting element 520 can emit light and an image can be displayed. In the case of driving in both modes, the pixel 505a and the pixel 505b can be driven by signals supplied to the wiring GLa, the wiring GLb, the wiring SLa, and the wiring SLb.

なお、図9では一つの画素ユニット502に、一つの液晶素子510と一つの発光素子520とを有する例を示したが、これに限られない。例えば、図10(A)に示すように、画素505bが複数の副画素506b(副画素506br、副画素506bg、副画素506bb、副画素506bw)を有していてもよい。副画素506br、副画素506bg、副画素506bb、副画素506bwはそれぞれ、発光素子520r、発光素子520g、発光素子520b、発光素子520wを有する。図10(A)に示す画素ユニット502は、図9とは異なり、1つの画素ユニットでフルカラーの表示が可能な画素である。   Note that although FIG. 9 illustrates an example in which one pixel unit 502 includes one liquid crystal element 510 and one light emitting element 520, the present invention is not limited thereto. For example, as illustrated in FIG. 10A, the pixel 505b may include a plurality of sub-pixels 506b (sub-pixel 506br, sub-pixel 506bg, sub-pixel 506bb, and sub-pixel 506bw). The sub-pixel 506br, the sub-pixel 506bg, the sub-pixel 506bb, and the sub-pixel 506bw each include a light-emitting element 520r, a light-emitting element 520g, a light-emitting element 520b, and a light-emitting element 520w. A pixel unit 502 illustrated in FIG. 10A is a pixel capable of full-color display with one pixel unit, unlike FIG.

図10(A)では、画素505bに配線GLba、配線GLbb、配線SLba、配線SLbb、配線ANOが接続されている。   In FIG. 10A, a wiring GLba, a wiring GLbb, a wiring SLba, a wiring SLbb, and a wiring ANO are connected to the pixel 505b.

図10(A)に示す例では、例えば4つの発光素子520として、それぞれ赤色(R)、緑色(G)、青色(B)、及び白色(W)を呈する発光素子を用いることができる。また液晶素子510として、白色を呈する反射型の液晶素子を用いることができる。これにより、反射モードの表示を行う場合には、反射率の高い白色の表示を行うことができる。また透過モードで表示を行う場合には、演色性の高い表示を低い電力で行うことができる。   In the example illustrated in FIG. 10A, for example, as the four light-emitting elements 520, light-emitting elements exhibiting red (R), green (G), blue (B), and white (W) can be used. As the liquid crystal element 510, a reflective liquid crystal element exhibiting white can be used. Thereby, when displaying in reflection mode, white display with high reflectance can be performed. In addition, when display is performed in the transmissive mode, display with high color rendering properties can be performed with low power.

また、図10(B)には、画素ユニット502の構成例を示している。画素ユニット502は、導電層530が有する開口部と重なる発光素子520wと、導電層530の周囲に配置された発光素子520r、発光素子520g、及び発光素子520bとを有する。発光素子520r、発光素子520g、及び発光素子520bは、発光面積がほぼ同等であることが好ましい。   FIG. 10B shows a configuration example of the pixel unit 502. The pixel unit 502 includes a light-emitting element 520w that overlaps with an opening of the conductive layer 530, and a light-emitting element 520r, a light-emitting element 520g, and a light-emitting element 520b that are disposed around the conductive layer 530. The light emitting element 520r, the light emitting element 520g, and the light emitting element 520b preferably have substantially the same light emitting area.

<表示装置の構成例>
図11は、本発明の一態様の表示装置500の斜視概略図である。表示装置500は、基板551と基板561とが貼り合わされた構成を有する。図11では、基板561を破線で示している。
<Configuration example of display device>
FIG. 11 is a schematic perspective view of a display device 500 of one embodiment of the present invention. The display device 500 has a structure in which a substrate 551 and a substrate 561 are attached to each other. In FIG. 11, the substrate 561 is indicated by a broken line.

表示装置500は、表示領域562、回路564、配線565等を有する。基板551には、例えば回路564、配線565、及び画素電極として機能する導電層530b等が設けられる。また、図11では基板551上にIC573とFPC572が実装されている例を示している。そのため、図11に示す構成は、表示装置500とFPC572及びIC573を有する表示モジュールと言うこともできる。   The display device 500 includes a display region 562, a circuit 564, a wiring 565, and the like. The substrate 551 is provided with, for example, a circuit 564, a wiring 565, a conductive layer 530b functioning as a pixel electrode, and the like. FIG. 11 shows an example in which an IC 573 and an FPC 572 are mounted on a substrate 551. Therefore, the structure illustrated in FIG. 11 can also be referred to as a display module including the display device 500, the FPC 572, and the IC 573.

回路564は、例えば駆動回路504として機能する回路を用いることができる。   As the circuit 564, a circuit functioning as the driver circuit 504 can be used, for example.

配線565は、表示領域562や回路564に信号や電力を供給する機能を有する。当該信号や電力は、FPC572を介して外部、又はIC573から配線565に入力される。   The wiring 565 has a function of supplying a signal and power to the display region 562 and the circuit 564. The signal and power are input to the wiring 565 from the outside or the IC 573 through the FPC 572.

また、図11では、COG(Chip On Glass)方式等により、基板551にIC573が設けられている例を示している。IC573は、例えば駆動回路503、又は駆動回路504などとしての機能を有するICを適用できる。なお表示装置500が駆動回路503及び駆動回路504として機能する回路を備える場合や、駆動回路503や駆動回路504として機能する回路を外部に設け、FPC572を介して表示装置500を駆動するための信号を入力する場合などでは、IC573を設けない構成としてもよい。また、IC573を、COF(Chip On Film)方式等により、FPC572に実装してもよい。   FIG. 11 illustrates an example in which the IC 573 is provided on the substrate 551 by a COG (Chip On Glass) method or the like. As the IC 573, for example, an IC having a function as the driver circuit 503, the driver circuit 504, or the like can be used. Note that when the display device 500 includes a circuit that functions as the driver circuit 503 and the driver circuit 504, or a signal for driving the display device 500 via the FPC 572 by providing a circuit that functions as the driver circuit 503 or the driver circuit 504 outside. For example, the IC 573 may not be provided. The IC 573 may be mounted on the FPC 572 by a COF (Chip On Film) method or the like.

図11には、表示領域562の一部の拡大図を示している。表示領域562には、複数の表示素子が有する導電層530bがマトリクス状に配置されている。導電層530bは、可視光を反射する機能を有し、後述する液晶素子510の反射電極として機能する。   FIG. 11 shows an enlarged view of a part of the display area 562. In the display region 562, conductive layers 530b included in the plurality of display elements are arranged in a matrix. The conductive layer 530b has a function of reflecting visible light, and functions as a reflective electrode of a liquid crystal element 510 described later.

また、図11に示すように、導電層530bは開口を有する。さらに導電層530bよりも基板551側に、発光素子520を有する。発光素子520からの光は、導電層530bの開口を介して基板561側に射出される。   In addition, as illustrated in FIG. 11, the conductive layer 530b has an opening. Further, the light-emitting element 520 is provided on the substrate 551 side with respect to the conductive layer 530b. Light from the light-emitting element 520 is emitted to the substrate 561 side through the opening of the conductive layer 530b.

図12に、図11で例示した表示装置の、FPC572を含む領域の一部、回路564を含む領域の一部、及び表示領域562を含む領域の一部をそれぞれ切断したときの断面の一例を示す。   FIG. 12 illustrates an example of a cross section of the display device illustrated in FIG. 11 when a part of the region including the FPC 572, a part of the region including the circuit 564, and a part of the region including the display region 562 are cut. Show.

表示装置500は、基板551と基板561の間に、絶縁層720を有する。また基板551と絶縁層720の間に、発光素子520、トランジスタ701、トランジスタ705、トランジスタ706、着色層634等を有する。また絶縁層720と基板561の間に、液晶素子510、着色層631等を有する。また基板561と絶縁層720は接着層641を介して接着され、基板551と絶縁層720は接着層642を介して接着されている。   The display device 500 includes an insulating layer 720 between the substrate 551 and the substrate 561. Further, a light-emitting element 520, a transistor 701, a transistor 705, a transistor 706, a coloring layer 634, and the like are provided between the substrate 551 and the insulating layer 720. In addition, the liquid crystal element 510, the coloring layer 631, and the like are provided between the insulating layer 720 and the substrate 561. The substrate 561 and the insulating layer 720 are bonded to each other through an adhesive layer 641, and the substrate 551 and the insulating layer 720 are bonded to each other through an adhesive layer 642.

トランジスタ706は、液晶素子510と接続され、トランジスタ705は、発光素子520と接続されている。トランジスタ705とトランジスタ706は、いずれも絶縁層720の基板551側の面上に形成されているため、これらを同一の工程を用いて作製することができる。   The transistor 706 is connected to the liquid crystal element 510, and the transistor 705 is connected to the light emitting element 520. Since both the transistor 705 and the transistor 706 are formed over the surface of the insulating layer 720 on the substrate 551 side, they can be manufactured using the same process.

基板561には、着色層631、遮光層632、絶縁層621、及び液晶素子510の共通電極として機能する導電層613、配向膜633b、絶縁層617等が設けられている。絶縁層617は、液晶素子510のセルギャップを保持するためのスペーサとして機能する。   The substrate 561 is provided with a coloring layer 631, a light shielding layer 632, an insulating layer 621, a conductive layer 613 functioning as a common electrode of the liquid crystal element 510, an alignment film 633b, an insulating layer 617, and the like. The insulating layer 617 functions as a spacer for maintaining the cell gap of the liquid crystal element 510.

絶縁層720の基板551側には、絶縁層711、絶縁層712、絶縁層713、絶縁層714、絶縁層715、絶縁層716等の絶縁層が設けられている。絶縁層711は、その一部が各トランジスタのゲート絶縁体として機能する。絶縁層712、絶縁層713、及び絶縁層714は、各トランジスタを覆って設けられている。また絶縁層714を覆って絶縁層716が設けられている。絶縁層714及び絶縁層716は、平坦化層としての機能を有する。なお、ここではトランジスタ等を覆う絶縁層として、絶縁層712、絶縁層713、絶縁層714の3層を有する場合について示しているが、これに限られず4層以上であってもよいし、単層、又は2層であってもよい。また平坦化層として機能する絶縁層714は、不要であれば設けなくてもよい。   Insulating layers such as an insulating layer 711, an insulating layer 712, an insulating layer 713, an insulating layer 714, an insulating layer 715, and an insulating layer 716 are provided on the substrate 551 side of the insulating layer 720. Part of the insulating layer 711 functions as a gate insulator of each transistor. The insulating layer 712, the insulating layer 713, and the insulating layer 714 are provided so as to cover each transistor. An insulating layer 716 is provided to cover the insulating layer 714. The insulating layer 714 and the insulating layer 716 function as a planarization layer. Note that although the case where the insulating layer covering the transistor and the like has three layers of the insulating layer 712, the insulating layer 713, and the insulating layer 714 is shown here, the number of layers is not limited to this, and four or more layers may be used. There may be a layer or two layers. The insulating layer 714 functioning as a planarization layer is not necessarily provided if not necessary.

また、トランジスタ701、トランジスタ705、及びトランジスタ706は、一部がゲートとして機能する導電層721、一部がソース又はドレインとして機能する導電層722、半導体層731を有する。ここでは、同一の膜を加工して得られる複数の層に、同じハッチングパターンを付している。   In addition, the transistor 701, the transistor 705, and the transistor 706 each include a conductive layer 721 that partially functions as a gate, a conductive layer 722 that partially functions as a source or a drain, and a semiconductor layer 731. Here, the same hatching pattern is given to a plurality of layers obtained by processing the same film.

液晶素子510は反射型の液晶素子である。液晶素子510は、導電層530a、液晶612、導電層613が積層された構造を有する。また導電層530aの基板551側に接して、可視光を反射する導電層530bが設けられている。導電層530bは開口540を有する。また導電層530a及び導電層613は可視光を透過する材料を含む。また液晶612と導電層530aの間に配向膜633aが設けられ、液晶612と導電層613の間に配向膜633bが設けられている。また、基板561の外側の面には、偏光板630を有する。   The liquid crystal element 510 is a reflective liquid crystal element. The liquid crystal element 510 has a structure in which a conductive layer 530a, a liquid crystal 612, and a conductive layer 613 are stacked. A conductive layer 530b that reflects visible light is provided in contact with the conductive layer 530a on the substrate 551 side. The conductive layer 530 b has an opening 540. The conductive layer 530a and the conductive layer 613 include a material that transmits visible light. An alignment film 633a is provided between the liquid crystal 612 and the conductive layer 530a, and an alignment film 633b is provided between the liquid crystal 612 and the conductive layer 613. In addition, a polarizing plate 630 is provided on the outer surface of the substrate 561.

液晶素子510において、導電層530bは可視光を反射する機能を有し、導電層613は可視光を透過する機能を有する。基板561側から入射した光は、偏光板630により偏光され、導電層613、液晶612を透過し、導電層530bで反射する。そして液晶612及び導電層613を再度透過して、偏光板630に達する。このとき、導電層530bと導電層613の間に与える電圧によって液晶の配向を制御し、光の光学変調を制御することができる。すなわち、偏光板630を介して射出される光の強度を制御することができる。また光は着色層631によって特定の波長領域以外の光が吸収されることにより、取り出される光は、例えば赤色を呈する光となる。   In the liquid crystal element 510, the conductive layer 530b has a function of reflecting visible light, and the conductive layer 613 has a function of transmitting visible light. Light incident from the substrate 561 side is polarized by the polarizing plate 630, passes through the conductive layer 613 and the liquid crystal 612, and is reflected by the conductive layer 530b. Then, the light passes through the liquid crystal 612 and the conductive layer 613 again and reaches the polarizing plate 630. At this time, alignment of liquid crystal can be controlled by a voltage applied between the conductive layer 530b and the conductive layer 613, and optical modulation of light can be controlled. That is, the intensity of light emitted through the polarizing plate 630 can be controlled. In addition, light that is not in a specific wavelength region is absorbed by the colored layer 631, so that the extracted light is, for example, red light.

発光素子520は、ボトムエミッション型の発光素子である。発光素子520は、絶縁層720側から導電層691、EL層692、及び導電層693bの順に積層された構造を有する。また導電層693bを覆って導電層693aが設けられている。導電層693bは可視光を反射する材料を含み、導電層691及び導電層693aは可視光を透過する材料を含む。発光素子520が発する光は、着色層634、絶縁層720、開口540、導電層613等を介して、基板561側に射出される。   The light emitting element 520 is a bottom emission type light emitting element. The light-emitting element 520 has a structure in which a conductive layer 691, an EL layer 692, and a conductive layer 693b are stacked in this order from the insulating layer 720 side. A conductive layer 693a is provided to cover the conductive layer 693b. The conductive layer 693b includes a material that reflects visible light, and the conductive layer 691 and the conductive layer 693a include a material that transmits visible light. Light emitted from the light-emitting element 520 is emitted to the substrate 561 side through the colored layer 634, the insulating layer 720, the opening 540, the conductive layer 613, and the like.

ここで、図12に示すように、開口540には可視光を透過する導電層530aが設けられていることが好ましい。これにより、開口540と重なる領域においても、それ以外の領域と同様に液晶612が配向するため、これらの領域の境界部で液晶の配向不良が生じ、意図しない光が漏れてしまうことを抑制できる。   Here, as shown in FIG. 12, the opening 540 is preferably provided with a conductive layer 530a that transmits visible light. Thereby, in the region overlapping with the opening 540, the liquid crystal 612 is aligned in the same manner as in the other regions, so that it is possible to suppress the occurrence of unintended light leakage due to the alignment failure of the liquid crystal at the boundary between these regions. .

ここで、基板561の外側の面に配置する偏光板630として直線偏光板を用いてもよいが、円偏光板を用いることもできる。円偏光板としては、例えば直線偏光板と1/4波長位相差板を積層したものを用いることができる。これにより、外光反射を抑制することができる。また、偏光板の種類に応じて、液晶素子510に用いる液晶素子のセルギャップ、配向、駆動電圧等を調整することで、所望のコントラストが実現されるようにすればよい。   Here, a linear polarizing plate may be used as the polarizing plate 630 disposed on the outer surface of the substrate 561, but a circular polarizing plate may also be used. As a circularly-polarizing plate, what laminated | stacked the linearly-polarizing plate and the quarter wavelength phase difference plate, for example can be used. Thereby, external light reflection can be suppressed. In addition, a desired contrast may be realized by adjusting a cell gap, an alignment, a driving voltage, and the like of the liquid crystal element used for the liquid crystal element 510 according to the type of the polarizing plate.

また、導電層691の端部を覆う絶縁層716上には、絶縁層717が設けられている。絶縁層717は、絶縁層720と基板551が必要以上に接近することを抑制するスペーサとしての機能を有する。また、EL層692や導電層693aを遮蔽マスク(メタルマスク)を用いて形成する場合には、当該遮蔽マスクが被形成面に接触することを抑制するためのマスクギャッパとしての機能を有していてもよい。なお、絶縁層717は不要であれば設けなくてもよい。   An insulating layer 717 is provided over the insulating layer 716 that covers the end portion of the conductive layer 691. The insulating layer 717 has a function as a spacer for suppressing the insulating layer 720 and the substrate 551 from approaching more than necessary. Further, in the case where the EL layer 692 or the conductive layer 693a is formed using a shielding mask (metal mask), the EL layer 692 or the conductive layer 693a has a function as a mask gapper for suppressing contact of the shielding mask with a formation surface. Also good. Note that the insulating layer 717 is not necessarily provided if not necessary.

トランジスタ705のソース又はドレインの一方は、導電層724を介して発光素子520の導電層691と接続されている。   One of a source and a drain of the transistor 705 is connected to the conductive layer 691 of the light-emitting element 520 through the conductive layer 724.

トランジスタ706のソース又はドレインの一方は、接続部707を介して導電層530bと接続されている。導電層530bと導電層530aは互いに接して設けられ、これらは接続されている。ここで、接続部707は、絶縁層720に設けられた開口を介して、絶縁層720の両面に設けられる導電層同士を接続する部分である。   One of a source and a drain of the transistor 706 is connected to the conductive layer 530 b through a connection portion 707. The conductive layer 530b and the conductive layer 530a are provided in contact with each other and are connected to each other. Here, the connection portion 707 is a portion that connects conductive layers provided on both surfaces of the insulating layer 720 through an opening provided in the insulating layer 720.

基板551の基板561と重ならない領域には、接続部704が設けられている。接続部704は、接続層742を介してFPC572と接続されている。接続部704は接続部707と同様の構成を有している。接続部704の上面は、導電層530aと同一の導電膜を加工して得られた導電層が露出している。これにより、接続部704とFPC572とを接続層742を介して接続することができる。   A connection portion 704 is provided in a region of the substrate 551 that does not overlap with the substrate 561. The connection portion 704 is connected to the FPC 572 through the connection layer 742. The connection unit 704 has a configuration similar to that of the connection unit 707. A conductive layer obtained by processing the same conductive film as the conductive layer 530a is exposed on the upper surface of the connection portion 704. Thereby, the connection portion 704 and the FPC 572 can be connected via the connection layer 742.

接着層641が設けられる一部の領域には、接続部752が設けられている。接続部752において、導電層530aと同一の導電膜を加工して得られた導電層と、導電層613の一部が、接続体743により接続されている。したがって、基板561側に形成された導電層613に、基板551側に接続されたFPC572から入力される信号又は電位を、接続部752を介して供給することができる。   A connection portion 752 is provided in a part of the region where the adhesive layer 641 is provided. In the connection portion 752, a conductive layer obtained by processing the same conductive film as the conductive layer 530 a and a part of the conductive layer 613 are connected by a connection body 743. Therefore, a signal or a potential input from the FPC 572 connected to the substrate 551 side can be supplied to the conductive layer 613 formed on the substrate 561 side through the connection portion 752.

接続体743としては、例えば導電性の粒子を用いることができる。導電性の粒子としては、有機樹脂又はシリカなどの粒子の表面を金属材料で被覆したものを用いることができる。金属材料としてニッケルや金を用いると、接触抵抗を低減できるため好ましい。また、ニッケルをさらに金で被覆するなど、2種類以上の金属材料を層状に被覆させた粒子を用いることが好ましい。また、接続体743として、弾性変形、又は塑性変形する材料を用いることが好ましい。このとき、導電性の粒子である接続体743は、図12に示すように上下方向に潰れた形状となる場合がある。こうすることで、接続体743と、これと電気的に接続する導電層との接触面積が増大し、接触抵抗を低減できるほか、接続不良などの不具合の発生を抑制することができる。   As the connection body 743, for example, conductive particles can be used. As the conductive particles, those obtained by coating the surface of particles such as an organic resin or silica with a metal material can be used. It is preferable to use nickel or gold as the metal material because the contact resistance can be reduced. In addition, it is preferable to use particles in which two or more kinds of metal materials are coated in layers, such as further coating nickel with gold. Further, as the connection body 743, a material that is elastically deformed or plastically deformed is preferably used. At this time, the connection body 743 which is an electroconductive particle may become a shape crushed up and down as shown in FIG. By doing so, the contact area between the connection body 743 and the conductive layer electrically connected to the connection body 743 can be increased, the contact resistance can be reduced, and the occurrence of problems such as poor connection can be suppressed.

接続体743は、接着層641に覆われるように配置することが好ましい。例えば、接着層641となるペースト等を塗布した後に、接続体743を散布すればよい。   The connection body 743 is preferably disposed so as to be covered with the adhesive layer 641. For example, the connection body 743 may be sprayed after applying a paste or the like to be the adhesive layer 641.

図12では、回路564として、トランジスタ701が設けられている例を示している。   FIG. 12 illustrates an example in which a transistor 701 is provided as the circuit 564.

図12では、トランジスタ701及びトランジスタ705の例として、チャネルが形成される半導体層731を一対のゲートで挟持する構成が適用されている。一方のゲートは導電層721により、他方のゲートは絶縁層712を介して半導体層731と重なる導電層723により構成されている。このような構成とすることで、トランジスタの閾値電圧を確実に制御することができる。このとき、2つのゲートを接続し、これらに同一の信号を供給することによりトランジスタを駆動してもよい。このようなトランジスタは、他のトランジスタと比較してオン電流を増大させることが可能であり、電界効果移動度を高めることができる。その結果、高速駆動が可能な回路を作製することができる。さらには、回路部の占有面積を縮小することが可能となる。オン電流の大きなトランジスタを適用することで、表示装置を大型化、又は高精細化したときに配線数が増大したとしても、各配線における信号遅延を低減することが可能であり、表示ムラを抑制することができる。   In FIG. 12, as an example of the transistor 701 and the transistor 705, a structure in which a semiconductor layer 731 in which a channel is formed is sandwiched between a pair of gates is applied. One gate is formed using a conductive layer 721, and the other gate is formed using a conductive layer 723 that overlaps with the semiconductor layer 731 with an insulating layer 712 interposed therebetween. With such a structure, the threshold voltage of the transistor can be reliably controlled. At this time, the transistor may be driven by connecting two gates and supplying the same signal thereto. Such a transistor can increase the on-state current compared to other transistors, and can increase field-effect mobility. As a result, a circuit that can be driven at high speed can be manufactured. Furthermore, the area occupied by the circuit portion can be reduced. By applying a transistor with a large on-state current, signal delay in each wiring can be reduced and display unevenness can be suppressed even if the number of wirings increases when the display device is increased in size or definition. can do.

なお、回路564が有するトランジスタと、表示領域562が有するトランジスタは、同じ構造であってもよい。また、回路564が有する複数のトランジスタは、全て同じ構造であってもよいし、異なる構造のトランジスタを組み合わせて用いてもよい。また、表示領域562が有する複数のトランジスタは、全て同じ構造であってもよいし、異なる構造のトランジスタを組み合わせて用いてもよい。   Note that the transistor included in the circuit 564 and the transistor included in the display region 562 may have the same structure. Further, the plurality of transistors included in the circuit 564 may have the same structure or may be combined with transistors having different structures. In addition, the plurality of transistors included in the display region 562 may have the same structure or may be combined with transistors having different structures.

各トランジスタを覆う絶縁層712、絶縁層713のうち少なくとも一方は、水や水素などの不純物が拡散しにくい材料を用いることが好ましい。すなわち、絶縁層712又は絶縁層713はバリア膜として機能させることができる。このような構成とすることで、トランジスタに対して外部から不純物が拡散することを効果的に抑制することが可能となり、信頼性の高い表示装置を実現できる。   At least one of the insulating layer 712 and the insulating layer 713 covering each transistor is preferably formed using a material in which impurities such as water and hydrogen hardly diffuse. That is, the insulating layer 712 or the insulating layer 713 can function as a barrier film. With such a structure, impurities can be effectively prevented from diffusing from the outside with respect to the transistor, and a highly reliable display device can be realized.

基板561側において、着色層631、遮光層632を覆って絶縁層621が設けられている。絶縁層621は、平坦化層としての機能を有していてもよい。絶縁層621により、導電層613の表面を略平坦にできるため、液晶612の配向状態を均一にできる。   On the substrate 561 side, an insulating layer 621 is provided so as to cover the coloring layer 631 and the light-blocking layer 632. The insulating layer 621 may function as a planarization layer. Since the surface of the conductive layer 613 can be substantially flattened by the insulating layer 621, the alignment state of the liquid crystal 612 can be made uniform.

表示装置500を作製する方法の一例について説明する。例えば、剥離層を有する支持基板上に、導電層530a、導電層530b、絶縁層720を順に形成し、その後、トランジスタ705、トランジスタ706、発光素子520等を形成した後、接着層642を用いて基板551と支持基板を貼り合せる。その後、剥離層と絶縁層720、及び剥離層と導電層530aのそれぞれの界面で剥離することにより、支持基板及び剥離層を除去する。またこれとは別に、着色層631、遮光層632、導電層613等をあらかじめ形成した基板561を準備する。そして基板551又は基板561に液晶612を滴下し、接着層641により基板551と基板561を貼り合せることで、表示装置500を作製することができる。   An example of a method for manufacturing the display device 500 will be described. For example, a conductive layer 530a, a conductive layer 530b, and an insulating layer 720 are formed in this order over a supporting substrate having a separation layer, and then a transistor 705, a transistor 706, a light-emitting element 520, and the like are formed, and then an adhesive layer 642 is used. The substrate 551 and the support substrate are bonded together. After that, the supporting substrate and the peeling layer are removed by peeling at the interfaces of the peeling layer and the insulating layer 720 and the peeling layer and the conductive layer 530a. Separately, a substrate 561 on which a colored layer 631, a light shielding layer 632, a conductive layer 613, and the like are formed in advance is prepared. Then, the display device 500 can be manufactured by dropping the liquid crystal 612 over the substrate 551 or the substrate 561 and bonding the substrate 551 and the substrate 561 with the adhesive layer 641.

剥離層としては、絶縁層720及び導電層530aとの界面で剥離が生じる材料を適宜選択することができる。特に、剥離層として、タングステンなどの高融点金属材料を含む層と当該金属材料の酸化物を含む層を積層して用い、剥離層上の絶縁層720として、窒化シリコンや酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン等を複数積層した層を用いることが好ましい。剥離層に高融点金属材料を用いると、これよりも後に形成する層の形成温度を高めることが可能で、不純物の濃度が低減され、信頼性の高い表示装置を実現できる。   As the separation layer, a material that causes separation at the interface between the insulating layer 720 and the conductive layer 530a can be selected as appropriate. In particular, a layer including a refractory metal material such as tungsten and a layer including an oxide of the metal material are stacked as the separation layer, and the insulating layer 720 over the separation layer is formed using silicon nitride, silicon oxynitride, or oxynitride. It is preferable to use a layer in which a plurality of silicon layers are stacked. When a refractory metal material is used for the separation layer, the formation temperature of a layer formed later can be increased, the concentration of impurities is reduced, and a highly reliable display device can be realized.

導電層530aとしては、金属酸化物や金属窒化物などを用いることが好ましい。金属酸化物を用いる場合には、水素、ボロン、リン、窒素、及びその他の不純物の濃度、並びに酸素欠損量の少なくとも一が、トランジスタに用いる半導体層に比べて高められた材料を、導電層530aに用いればよい。   As the conductive layer 530a, a metal oxide, a metal nitride, or the like is preferably used. In the case of using a metal oxide, a material in which at least one of the concentration of hydrogen, boron, phosphorus, nitrogen, and other impurities and the amount of oxygen vacancies is higher than that of a semiconductor layer used for a transistor is formed using a conductive layer 530a. Can be used.

以下では、上記に示す各構成要素について説明する。   Below, each component shown above is demonstrated.

[基板]
表示装置が有する基板には、平坦面を有する材料を用いることができる。表示素子からの光を取り出す側の基板には、該光を透過する材料を用いる。例えば、ガラス、石英、セラミック、サファイア、有機樹脂などの材料を用いることができる。
[substrate]
As the substrate included in the display device, a material having a flat surface can be used. For the substrate from which light from the display element is extracted, a material that transmits the light is used. For example, materials such as glass, quartz, ceramic, sapphire, and organic resin can be used.

厚さの薄い基板を用いることで、表示装置の軽量化、薄型化を図ることができる。さらに、可撓性を有する程度の厚さの基板を用いることで、可撓性を有する表示装置を実現できる。   By using a thin substrate, the display device can be reduced in weight and thickness. Furthermore, a flexible display device can be realized by using a flexible substrate.

また、発光を取り出さない側の基板は、透光性を有していなくてもよいため、上記に挙げた基板の他に、金属基板等を用いることもできる。金属基板は熱伝導性が高く、基板全体に熱を容易に伝導できるため、表示装置の局所的な温度上昇を抑制することができ、好ましい。可撓性や曲げ性を得るためには、金属基板の厚さは、10μm以上200μm以下が好ましく、20μm以上50μm以下であることがより好ましい。   Further, since the substrate on the side from which light emission is not extracted does not have to be translucent, a metal substrate or the like can be used in addition to the above-described substrates. A metal substrate is preferable because it has high thermal conductivity and can easily conduct heat to the entire substrate, which can suppress a local temperature increase of the display device. In order to obtain flexibility and bendability, the thickness of the metal substrate is preferably 10 μm to 200 μm, and more preferably 20 μm to 50 μm.

金属基板を構成する材料としては、特に限定はないが、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル等の金属、又はアルミニウム合金、若しくはステンレス等の合金などを好適に用いることができる。   Although there is no limitation in particular as a material which comprises a metal substrate, For example, metals, such as aluminum, copper, and nickel, aluminum alloys, or alloys, such as stainless steel, etc. can be used conveniently.

また、金属基板の表面を酸化する、又は表面に絶縁膜を形成するなどにより、絶縁処理が施された基板を用いてもよい。例えば、スピンコート法やディップ法などの塗布法、電着法、蒸着法、又はスパッタリング法などを用いて絶縁膜を形成してもよいし、酸素雰囲気で放置する又は加熱するほか、陽極酸化法などによって、基板の表面に酸化膜を形成してもよい。   Alternatively, a substrate that has been subjected to an insulating process by oxidizing the surface of the metal substrate or forming an insulating film on the surface may be used. For example, the insulating film may be formed by using a coating method such as a spin coating method or a dip method, an electrodeposition method, a vapor deposition method, or a sputtering method, or it is left in an oxygen atmosphere or heated, or an anodic oxidation method. For example, an oxide film may be formed on the surface of the substrate.

可撓性及び可視光に対する透過性を有する材料としては、例えば、可撓性を有する程度の厚さのガラスや、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリカーボネート(PC)樹脂、ポリエーテルスルホン(PES)樹脂、ポリアミド樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂等が挙げられる。特に、熱膨張係数の低い材料を用いることが好ましく、例えば、熱膨張係数が30×10−6/K以下であるポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、PET等を好適に用いることができる。また、ガラス繊維に有機樹脂を含浸した基板や、無機フィラーを有機樹脂に混ぜて熱膨張係数を下げた基板を使用することもできる。このような材料を用いた基板は、重量が軽いため、該基板を用いた表示装置も軽量にすることができる。 Examples of the material having flexibility and transparency to visible light include, for example, glass having a thickness having flexibility, polyester resins such as polyethylene terephthalate (PET) and polyethylene naphthalate (PEN), and polyacrylonitrile resin. , Polyimide resin, polymethyl methacrylate resin, polycarbonate (PC) resin, polyethersulfone (PES) resin, polyamide resin, cycloolefin resin, polystyrene resin, polyamideimide resin, polyvinyl chloride resin, polytetrafluoroethylene (PTFE) resin Etc. In particular, a material having a low thermal expansion coefficient is preferably used. For example, a polyamideimide resin, a polyimide resin, PET, or the like having a thermal expansion coefficient of 30 × 10 −6 / K or less can be suitably used. Further, a substrate in which glass fiber is impregnated with an organic resin, or a substrate in which an inorganic filler is mixed with an organic resin to reduce the thermal expansion coefficient can be used. Since a substrate using such a material is light, a display device using the substrate can be light.

上記材料中に繊維体が含まれている場合、繊維体は有機化合物又は無機化合物の高強度繊維を用いる。高強度繊維とは、具体的には引張弾性率又はヤング率の高い繊維のことを言い、代表例としては、ポリビニルアルコール系繊維、ポリエステル系繊維、ポリアミド系繊維、ポリエチレン系繊維、アラミド系繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、ガラス繊維、又は炭素繊維が挙げられる。ガラス繊維としては、Eガラス、Sガラス、Dガラス、Qガラス等を用いたガラス繊維が挙げられる。これらは、織布又は不織布の状態で用い、この繊維体に樹脂を含浸させ、樹脂を硬化させた構造物を、可撓性を有する基板として用いてもよい。可撓性を有する基板として、繊維体と樹脂からなる構造物を用いると、曲げや局所的押圧による破損に対する信頼性が向上するため、好ましい。   When a fibrous body is included in the material, a high-strength fiber of an organic compound or an inorganic compound is used as the fibrous body. The high-strength fiber specifically refers to a fiber having a high tensile elastic modulus or Young's modulus, and representative examples include polyvinyl alcohol fiber, polyester fiber, polyamide fiber, polyethylene fiber, aramid fiber, Examples include polyparaphenylene benzobisoxazole fibers, glass fibers, and carbon fibers. Examples of the glass fiber include glass fibers using E glass, S glass, D glass, Q glass, and the like. These may be used in the state of a woven fabric or a non-woven fabric, and a structure in which the fibrous body is impregnated with a resin and the resin is cured may be used as a flexible substrate. When a structure made of a fibrous body and a resin is used as the flexible substrate, it is preferable because reliability against breakage due to bending or local pressing is improved.

又は、可撓性を有する程度に薄いガラス、金属などを基板に用いることもできる。又は、ガラスと樹脂材料とが接着層により貼り合わされた複合材料を用いてもよい。   Alternatively, glass, metal, or the like thin enough to have flexibility can be used for the substrate. Alternatively, a composite material in which glass and a resin material are bonded together with an adhesive layer may be used.

可撓性を有する基板に、表示装置の表面を傷などから保護するハードコート層(例えば、窒化シリコン、酸化アルミニウムなど。)や、押圧を分散可能な材質の層(例えば、アラミド樹脂など。)等が積層されていてもよい。また、水分等による表示素子の寿命の低下等を抑制するために、可撓性を有する基板に透水性の低い絶縁膜が積層されていてもよい。例えば、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等の無機絶縁性材料を用いることができる。   On a flexible substrate, a hard coat layer (eg, silicon nitride, aluminum oxide, etc.) that protects the surface of the display device from scratches, or a layer of a material that can disperse the pressure (eg, aramid resin). Etc. may be laminated. In order to suppress a decrease in the lifetime of the display element due to moisture or the like, an insulating film with low water permeability may be stacked over a flexible substrate. For example, an inorganic insulating material such as silicon nitride, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, aluminum oxide, or aluminum nitride can be used.

基板は、複数の層を積層して用いることもできる。特に、ガラス層を有する構成とすると、水や酸素に対するバリア性を向上させ、信頼性の高い表示装置とすることができる。   The substrate can be used by stacking a plurality of layers. In particular, when the glass layer is used, the barrier property against water and oxygen can be improved, and a highly reliable display device can be obtained.

[トランジスタ]
トランジスタは、ゲート電極として機能する導電層と、ゲート絶縁体として機能する絶縁層と、半導体層と、ソース電極として機能する導電層と、ドレイン電極として機能する導電層と、を有する。上記では、ボトムゲート構造のトランジスタを適用した場合を示している。
[Transistor]
The transistor includes a conductive layer that functions as a gate electrode, an insulating layer that functions as a gate insulator, a semiconductor layer, a conductive layer that functions as a source electrode, and a conductive layer that functions as a drain electrode. The above shows the case where a bottom-gate transistor is applied.

なお、本発明の一態様の表示装置が有するトランジスタの構造は特に限定されない。例えば、プレーナ型のトランジスタとしてもよいし、スタガ型のトランジスタとしてもよいし、逆スタガ型のトランジスタとしてもよい。また、トップゲート型又はボトムゲート型のいずれのトランジスタ構造としてもよい。又は、チャネルが形成される半導体層の上下にゲート電極が設けられていてもよい。   Note that there is no particular limitation on the structure of the transistor included in the display device of one embodiment of the present invention. For example, a planar transistor, a staggered transistor, or an inverted staggered transistor may be used. Further, a top-gate or bottom-gate transistor structure may be employed. Alternatively, gate electrodes may be provided above and below a semiconductor layer in which a channel is formed.

[半導体層]
トランジスタの半導体層に用いる材料の結晶性については特に限定されず、非晶質半導体、結晶性を有する半導体(微結晶半導体、多結晶半導体、単結晶半導体、又は一部に結晶領域を有する半導体)のいずれを用いてもよい。結晶性を有する半導体を用いると、トランジスタ特性の劣化を抑制できるため好ましい。
[Semiconductor layer]
There is no particular limitation on the crystallinity of the material used for the semiconductor layer of the transistor, and the semiconductor is amorphous or crystalline (a microcrystalline semiconductor, a polycrystalline semiconductor, a single crystal semiconductor, or a semiconductor having part of a crystalline region) Any of these may be used. It is preferable to use a crystalline semiconductor because deterioration of transistor characteristics can be suppressed.

また、トランジスタの半導体層には、例えば、第14族の元素(シリコン、ゲルマニウム等)、又は金属酸化物などの材料を用いることができる。代表的には、シリコンを含む半導体、ガリウムヒ素を含む半導体又はインジウムを含む金属酸化物などを適用できる。   For the semiconductor layer of the transistor, a material such as a Group 14 element (silicon, germanium, or the like) or a metal oxide can be used, for example. Typically, a semiconductor containing silicon, a semiconductor containing gallium arsenide, a metal oxide containing indium, or the like can be used.

特に、シリコンよりもバンドギャップの大きな金属酸化物を適用することが好ましい。シリコンよりもバンドギャップが大きく、かつキャリア密度の小さい半導体材料を用いると、トランジスタのオフ状態における電流を低減できるため好ましい。   In particular, it is preferable to use a metal oxide having a larger band gap than silicon. It is preferable to use a semiconductor material having a larger band gap and lower carrier density than silicon because current in the off-state of the transistor can be reduced.

シリコンよりもバンドギャップの大きな金属酸化物を用いたトランジスタは、その低いオフ電流により、トランジスタと直列に接続された容量に蓄積した電荷を長期間にわたって保持することが可能である。このようなトランジスタを画素に適用することで、各表示領域に表示した画像の階調を維持しつつ、駆動回路を停止することも可能となる。その結果、極めて消費電力の低減された表示装置を実現できる。   A transistor using a metal oxide having a band gap larger than that of silicon can hold charge accumulated in a capacitor connected in series with the transistor for a long time because of the low off-state current. By applying such a transistor to a pixel, the driving circuit can be stopped while maintaining the gradation of an image displayed in each display region. As a result, a display device with extremely reduced power consumption can be realized.

半導体層は、例えば、少なくともインジウム、亜鉛及びM(アルミニウム、チタン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、セリウム、スズ、ネオジム又はハフニウム等の金属)を含むIn−M−Zn系酸化物で表記される膜を含むことが好ましい。また、該半導体層を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすため、それらと共に、スタビライザーを含むことが好ましい。   The semiconductor layer is expressed by an In-M-Zn-based oxide containing at least indium, zinc, and M (metal such as aluminum, titanium, gallium, germanium, yttrium, zirconium, lanthanum, cerium, tin, neodymium, or hafnium). It is preferable to include a film to be formed. In addition, in order to reduce variation in electric characteristics of a transistor including the semiconductor layer, a stabilizer is preferably included together with the transistor.

スタビライザーとしては、上記Mで記載の金属を含め、例えば、ガリウム、スズ、ハフニウム、アルミニウム、又はジルコニウム等がある。また、他のスタビライザーとしては、ランタノイドである、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム等がある。   Examples of the stabilizer include gallium, tin, hafnium, aluminum, zirconium, and the like, including the metals described in M above. Other stabilizers include lanthanoids such as lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, and lutetium.

半導体層を構成する金属酸化物として、例えば、In−Ga−Zn系酸化物、In−Al−Zn系酸化物、In−Sn−Zn系酸化物、In−Hf−Zn系酸化物、In−La−Zn系酸化物、In−Ce−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。   As a metal oxide forming the semiconductor layer, for example, an In—Ga—Zn-based oxide, an In—Al—Zn-based oxide, an In—Sn—Zn-based oxide, an In—Hf—Zn-based oxide, an In— La-Zn oxide, In-Ce-Zn oxide, In-Pr-Zn oxide, In-Nd-Zn oxide, In-Sm-Zn oxide, In-Eu-Zn oxide In-Gd-Zn-based oxide, In-Tb-Zn-based oxide, In-Dy-Zn-based oxide, In-Ho-Zn-based oxide, In-Er-Zn-based oxide, In-Tm -Zn oxide, In-Yb-Zn oxide, In-Lu-Zn oxide, In-Sn-Ga-Zn oxide, In-Hf-Ga-Zn oxide, In-Al- Ga-Zn oxide, In-Sn-Al-Zn oxide, In-Sn-Hf-Zn acid Things, can be used In-Hf-Al-Zn-based oxide.

なお、ここで、In−Ga−Zn系酸化物とは、InとGaとZnを主成分として有する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以外の金属元素が入っていてもよい。   Note that here, an In—Ga—Zn-based oxide means an oxide containing In, Ga, and Zn as its main components, and there is no limitation on the ratio of In, Ga, and Zn. Moreover, metal elements other than In, Ga, and Zn may be contained.

また、半導体層と導電層は、上記酸化物のうち同一の金属元素を有していてもよい。同一の金属元素を有する半導体層と導電層とすることで、製造コストを低減させることができる。例えば、半導体層と導電層の成膜時に、同一の金属組成の金属酸化物ターゲットを用いることで、製造コストを低減させることができる。また、半導体層と導電層を加工する際のエッチングガス又はエッチング液を共通して用いることができる。ただし、半導体層と導電層は、同一の金属元素を有していても、組成が異なる場合がある。例えば、トランジスタ及び容量素子の作製工程中に、膜中の金属元素が脱離し、異なる金属組成となる場合がある。   In addition, the semiconductor layer and the conductive layer may have the same metal element among the above oxides. Manufacturing costs can be reduced by using a semiconductor layer and a conductive layer containing the same metal element. For example, the manufacturing cost can be reduced by using a metal oxide target having the same metal composition when the semiconductor layer and the conductive layer are formed. Further, an etching gas or an etching solution for processing the semiconductor layer and the conductive layer can be used in common. However, the semiconductor layer and the conductive layer may have different compositions even if they have the same metal element. For example, a metal element in a film may be detached during a manufacturing process of a transistor and a capacitor to have a different metal composition.

半導体層を構成する金属酸化物は、バンドギャップが2eV以上、好ましくは2.5eV以上、より好ましくは3eV以上であることが好ましい。このように、バンドギャップの大きい金属酸化物を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。   The metal oxide constituting the semiconductor layer preferably has a band gap of 2 eV or more, preferably 2.5 eV or more, more preferably 3 eV or more. In this manner, off-state current of a transistor can be reduced by using a metal oxide having a large band gap.

半導体層を構成する金属酸化物がIn−M−Zn酸化物の場合、In−M−Zn酸化物を成膜するために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、In≧M、Zn≧Mを満たすことが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの原子数比として、In:M:Zn=1:1:1、In:M:Zn=1:1:1.2、In:M:Zn=3:1:2、4:2:4.1等が好ましい。なお、成膜される半導体層の原子数比はそれぞれ、誤差として上記のスパッタリングターゲットに含まれる原子数比のプラスマイナス40%の変動を含む。   In the case where the metal oxide forming the semiconductor layer is an In-M-Zn oxide, the atomic ratio of the metal elements of the sputtering target used for forming the In-M-Zn oxide is In ≧ M, Zn ≧ It is preferable to satisfy M. As the atomic ratio of such a sputtering target, In: M: Zn = 1: 1: 1, In: M: Zn = 1: 1: 1.2, In: M: Zn = 3: 1: 2, 4 : 2: 4.1 is preferable. Note that the atomic ratio of the semiconductor layer to be formed includes a variation of plus or minus 40% of the atomic ratio included in the sputtering target as an error.

半導体層には、キャリア密度の低い金属酸化物を用いることが好ましい。例えば、半導体層は、キャリア密度が1×1017/cm以下、好ましくは1×1015/cm以下、さらに好ましくは1×1013/cm以下、より好ましくは1×1011/cm以下、さらに好ましくは1×1010/cm未満であり、1×10−9/cm以上のキャリア密度の金属酸化物を用いることができる。このような半導体層は、不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低いため、安定なトランジスタの電気特性を提供する。 It is preferable to use a metal oxide having a low carrier density for the semiconductor layer. For example, the semiconductor layer has a carrier density of 1 × 10 17 / cm 3 or less, preferably 1 × 10 15 / cm 3 or less, more preferably 1 × 10 13 / cm 3 or less, more preferably 1 × 10 11 / cm 3. 3 or less, more preferably less than 1 × 10 10 / cm 3, it is possible to use a 1 × 10 -9 / cm 3 metal oxide or more carrier density. Such a semiconductor layer has a low impurity concentration and a low density of defect states, and thus provides stable electrical characteristics of the transistor.

なお、これらに限られず、必要とするトランジスタの電気特性(電界効果移動度、閾値電圧等)に応じて、適切な組成の半導体層を用いればよい。また、必要とするトランジスタの電気特性を得るために、半導体層のキャリア密度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離、密度等を適切なものとすることが好ましい。   Note that the semiconductor layer is not limited thereto, and a semiconductor layer with an appropriate composition may be used depending on required electrical characteristics of the transistor (field-effect mobility, threshold voltage, and the like). In order to obtain necessary transistor electrical characteristics, it is preferable that the semiconductor layer have appropriate carrier density, impurity concentration, defect density, atomic ratio of metal element to oxygen, interatomic distance, density, and the like. .

半導体層を構成する金属酸化物において、第14族元素の一つであるシリコンや炭素が含まれると、半導体層において酸素欠損が増加し、n型化してしまう場合がある。このため、半導体層におけるシリコンや炭素の濃度(二次イオン質量分析法により得られる濃度)を、2×1018atoms/cm以下、好ましくは2×1017atoms/cm以下とすることが好ましい。 If the metal oxide constituting the semiconductor layer contains silicon or carbon, which is one of the Group 14 elements, oxygen vacancies increase in the semiconductor layer, which may become n-type. For this reason, the concentration of silicon or carbon in the semiconductor layer (concentration obtained by secondary ion mass spectrometry) is 2 × 10 18 atoms / cm 3 or less, preferably 2 × 10 17 atoms / cm 3 or less. preferable.

また、アルカリ金属及びアルカリ土類金属は、金属酸化物と結合するとキャリアを生成する場合があり、該金属酸化物を半導体層に用いたトランジスタのオフ電流が増大してしまうことがある。このため、半導体層における二次イオン質量分析法により得られるアルカリ金属又はアルカリ土類金属の濃度を、1×1018atoms/cm以下、好ましくは2×1016atoms/cm以下にすることが好ましい。 Further, when alkali metal and alkaline earth metal are combined with a metal oxide, carriers may be generated, and an off-state current of a transistor using the metal oxide for a semiconductor layer may increase. Therefore, the concentration of alkali metal or alkaline earth metal obtained by secondary ion mass spectrometry in the semiconductor layer is set to 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less, preferably 2 × 10 16 atoms / cm 3 or less. Is preferred.

また、半導体層を構成する金属酸化物に窒素が含まれていると、キャリアである電子が生じ、キャリア密度が増加し、n型化しやすい。この結果、窒素が含まれている金属酸化物を半導体層に用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため、半導体層における二次イオン質量分析法により得られる窒素濃度は、5×1018atoms/cm以下にすることが好ましい。 In addition, when nitrogen is contained in the metal oxide constituting the semiconductor layer, electrons as carriers are generated, the carrier density is increased, and the n-type is easily obtained. As a result, a transistor using a metal oxide containing nitrogen as a semiconductor layer is likely to be normally on. Therefore, the nitrogen concentration obtained by secondary ion mass spectrometry in the semiconductor layer is preferably 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less.

また、半導体層は、例えば、非単結晶構造でもよい。非単結晶構造は、例えば、多結晶構造、微結晶構造、又は非晶質構造を含む。非単結晶構造において、非晶質構造は最も欠陥準位密度が高い。   The semiconductor layer may have a non-single crystal structure, for example. The non-single crystal structure includes, for example, a polycrystalline structure, a microcrystalline structure, or an amorphous structure. In the non-single crystal structure, the amorphous structure has the highest density of defect states.

非晶質構造の金属酸化物は、例えば、原子配列が無秩序であり、結晶成分を有さない。又は、非晶質構造の酸化物膜は、例えば、完全な非晶質構造であり、結晶部を有さない。   A metal oxide having an amorphous structure has, for example, disordered atomic arrangement and no crystal component. Alternatively, the oxide film having an amorphous structure has, for example, a completely amorphous structure and does not have a crystal part.

なお、半導体層が、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、単結晶構造の領域のうち、二種以上を有する混合膜であってもよい。混合膜は、例えば、上述した領域のうち、いずれか二種以上の領域を含む単層構造、又は積層構造を有する場合がある。   Note that the semiconductor layer may be a mixed film including two or more of an amorphous structure region, a microcrystalline structure region, a polycrystalline structure region, and a single crystal structure region. For example, the mixed film may have a single-layer structure or a stacked structure including any two or more of the above-described regions.

又は、トランジスタのチャネルが形成される半導体層に、シリコンを用いることが好ましい。シリコンとしてアモルファスシリコンを用いてもよいが、特に、結晶性を有するシリコンを用いることが好ましい。例えば、微結晶シリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコンなどを用いることが好ましい。特に、多結晶シリコンは、単結晶シリコンに比べて低温で形成でき、かつアモルファスシリコンに比べて高い電界効果移動度と高い信頼性を備える。このような多結晶半導体を画素に適用することで、画素の開口率を向上させることができる。また、極めて高精細な表示部とする場合であっても、駆動回路を画素と同一基板上に形成することが可能となり、電子機器を構成する部品数を削減することができる。   Alternatively, silicon is preferably used for a semiconductor layer where a channel of the transistor is formed. Although amorphous silicon may be used as silicon, it is particularly preferable to use crystalline silicon. For example, microcrystalline silicon, polycrystalline silicon, single crystal silicon, or the like is preferably used. In particular, polycrystalline silicon can be formed at a lower temperature than single crystal silicon, and has higher field effect mobility and higher reliability than amorphous silicon. By applying such a polycrystalline semiconductor to a pixel, the aperture ratio of the pixel can be improved. In addition, even in the case of an extremely high-definition display portion, the driver circuit can be formed over the same substrate as the pixels, and the number of components included in the electronic device can be reduced.

本実施の形態で例示したボトムゲート構造のトランジスタは、作製工程を削減できるという点で好ましい。また、半導体層にアモルファスシリコンを用いることで、多結晶シリコンよりも低温で形成できるため、半導体層よりも下層の配線、電極、基板などに耐熱性の低い材料を用いることが可能となり、材料の選択の幅を広げることができる。例えば、極めて大面積のガラス基板などを用いることができる。一方、トップゲート構造のトランジスタは、自己整合的に不純物領域を形成しやすく、電気特性のばらつきなどを低減することができるという点で好ましい。特に、半導体層に多結晶シリコンや単結晶シリコンなどを用いる場合に、トップゲート構造のトランジスタは適している。   The bottom-gate transistor described in this embodiment is preferable in that the number of manufacturing steps can be reduced. In addition, since amorphous silicon is used for the semiconductor layer, it can be formed at a temperature lower than that of polycrystalline silicon. Therefore, it is possible to use a material having low heat resistance for a wiring, an electrode, a substrate, or the like below the semiconductor layer. The range of selection can be expanded. For example, a glass substrate having an extremely large area can be used. On the other hand, a top-gate transistor is preferable in that an impurity region can be easily formed in a self-aligned manner and variation in electrical characteristics can be reduced. In particular, a top gate transistor is suitable when polycrystalline silicon, single crystal silicon, or the like is used for the semiconductor layer.

[導電層]
トランジスタのゲート、ソース及びドレインのほか、表示装置を構成する各種配線及び電極などの導電層に用いることのできる材料としては、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、又はタングステンなどの金属、又はこれを主成分とする合金などが挙げられる。また、これらの材料を含む膜を単層で、又は積層構造として用いることができる。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、チタン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、タングステン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、銅−マグネシウム−アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜上に銅膜を積層する二層構造、タングステン膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜又は窒化チタン膜と、その上に重ねてアルミニウム膜又は銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜又は窒化チタン膜を形成する三層構造、モリブデン膜又は窒化モリブデン膜と、その上に重ねてアルミニウム膜又は銅膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜又は窒化モリブデン膜を形成する三層構造等がある。なお、酸化インジウム、酸化錫又は酸化亜鉛等の酸化物を用いてもよい。また、マンガンを含む銅を用いると、エッチングによる形状の制御性が高まるため好ましい。
[Conductive layer]
In addition to the gate, source, and drain of the transistor, materials that can be used for conductive layers such as various wirings and electrodes constituting the display device include aluminum, titanium, chromium, nickel, copper, yttrium, zirconium, molybdenum, silver, A metal such as tantalum or tungsten, or an alloy containing this as a main component can be used. A film containing any of these materials can be used as a single layer or a stacked structure. For example, a single layer structure of an aluminum film containing silicon, a two layer structure in which an aluminum film is stacked on a titanium film, a two layer structure in which an aluminum film is stacked on a tungsten film, and a copper film on a copper-magnesium-aluminum alloy film Two-layer structure to stack, two-layer structure to stack copper film on titanium film, two-layer structure to stack copper film on tungsten film, titanium film or titanium nitride film, and aluminum film or copper film on top of it A three-layer structure for forming a titanium film or a titanium nitride film thereon, a molybdenum film or a molybdenum nitride film, and an aluminum film or a copper film stacked thereon, and a molybdenum film or There is a three-layer structure for forming a molybdenum nitride film. Note that an oxide such as indium oxide, tin oxide, or zinc oxide may be used. Further, it is preferable to use copper containing manganese because the controllability of the shape by etching is increased.

また、透光性を有する導電性材料としては、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などの導電性酸化物又はグラフェンを用いることができる。又は、金、銀、白金、マグネシウム、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、パラジウム、又はチタンなどの金属材料や、該金属材料を含む合金材料を用いることができる。又は、該金属材料の窒化物(例えば、窒化チタン)などを用いてもよい。なお、金属材料、合金材料(又はそれらの窒化物)を用いる場合には、透光性を有する程度に薄くすればよい。また、上記材料の積層膜を導電層として用いることができる。例えば、銀とマグネシウムの合金とインジウムスズ酸化物の積層膜などを用いると、導電性を高めることができるため好ましい。これらは、表示装置を構成する各種配線及び電極などの導電層や、表示素子が有する導電層(画素電極や共通電極として機能する導電層)にも用いることができる。   As the light-transmitting conductive material, conductive oxide such as indium oxide, indium tin oxide, indium zinc oxide, zinc oxide, or zinc oxide to which gallium is added, or graphene can be used. Alternatively, a metal material such as gold, silver, platinum, magnesium, nickel, tungsten, chromium, molybdenum, iron, cobalt, copper, palladium, or titanium, or an alloy material containing the metal material can be used. Alternatively, a nitride (eg, titanium nitride) of the metal material may be used. Note that in the case where a metal material or an alloy material (or a nitride thereof) is used, it may be thin enough to have a light-transmitting property. In addition, a stacked film of the above materials can be used as a conductive layer. For example, it is preferable to use a laminated film of an alloy of silver and magnesium and indium tin oxide because the conductivity can be increased. These can also be used for conductive layers such as various wirings and electrodes constituting the display device and conductive layers (conductive layers functioning as pixel electrodes and common electrodes) included in the display element.

[絶縁層]
各絶縁層に用いることのできる絶縁性材料としては、例えば、アクリル、エポキシなどの樹脂、シリコーンなどのシロキサン結合を有する樹脂の他、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウムなどの無機絶縁性材料を用いることもできる。
[Insulation layer]
Insulating materials that can be used for each insulating layer include, for example, resins such as acrylic and epoxy, resins having a siloxane bond such as silicone, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, and aluminum oxide An inorganic insulating material such as can also be used.

また発光素子は、一対の透水性の低い絶縁膜の間に設けられていることが好ましい。これにより、発光素子に水等の不純物が侵入することを抑制でき、装置の信頼性の低下を抑制できる。   The light-emitting element is preferably provided between a pair of insulating films with low water permeability. Thereby, impurities such as water can be prevented from entering the light emitting element, and a decrease in reliability of the apparatus can be suppressed.

透水性の低い絶縁膜としては、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜等の窒素と珪素を含む膜や、窒化アルミニウム膜等の窒素とアルミニウムを含む膜等が挙げられる。また、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜等を用いてもよい。   Examples of the low water-permeable insulating film include a film containing nitrogen and silicon such as a silicon nitride film and a silicon nitride oxide film, and a film containing nitrogen and aluminum such as an aluminum nitride film. Alternatively, a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, an aluminum oxide film, or the like may be used.

例えば、透水性の低い絶縁膜の水蒸気透過量は、1×10−5[g/(m・day)]以下、好ましくは1×10−6[g/(m・day)]以下、より好ましくは1×10−7[g/(m・day)]以下、さらに好ましくは1×10−8[g/(m・day)]以下とする。 For example, the water vapor transmission rate of an insulating film with low water permeability is 1 × 10 −5 [g / (m 2 · day)] or less, preferably 1 × 10 −6 [g / (m 2 · day)] or less, More preferably, it is 1 × 10 −7 [g / (m 2 · day)] or less, and further preferably 1 × 10 −8 [g / (m 2 · day)] or less.

[液晶素子]
液晶素子としては、例えば垂直配向(VA:Vertical Alignment)モードが適用された液晶素子を用いることができる。垂直配向モードとしては、MVA(Multi−Domain Vertical Alignment)モード、PVA(Patterned Vertical Alignment)モード、ASV(Advanced Super View)モードなどを用いることができる。
[Liquid crystal element]
As the liquid crystal element, for example, a liquid crystal element to which a vertical alignment (VA: Vertical Alignment) mode is applied can be used. As the vertical alignment mode, an MVA (Multi-Domain Vertical Alignment) mode, a PVA (Patterned Vertical Alignment) mode, an ASV (Advanced Super View) mode, or the like can be used.

また、液晶素子には、様々なモードが適用された液晶素子を用いることができる。例えばVAモードのほかに、TN(Twisted Nematic)モード、IPS(In−Plane−Switching)モード、FFS(Fringe Field Switching)モード、ASM(Axially Symmetric aligned Micro−cell)モード、OCB(Optically Compensated Birefringence)モード、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal)モード等が適用された液晶素子を用いることができる。   As the liquid crystal element, liquid crystal elements to which various modes are applied can be used. For example, in addition to the VA mode, a TN (Twisted Nematic) mode, an IPS (In-Plane-Switching) mode, an FFS (Fringe Field Switching) mode, an ASM (Axially Symmetrical Aligned Micro-cell) mode Further, a liquid crystal element to which an FLC (Ferroelectric Liquid Crystal) mode, an AFLC (Antiferroelectric Liquid Crystal) mode, or the like is applied can be used.

なお、液晶素子は、液晶の光学的変調作用によって光の透過又は非透過を制御する素子である。なお、液晶の光学的変調作用は、液晶にかかる電界(横方向の電界、縦方向の電界又は斜め方向の電界を含む。)によって制御される。なお、液晶素子には、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶(PDLC:Polymer Dispersed Liquid Crystal)、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等の液晶を用いることができる。これらの液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相等を示す。   Note that the liquid crystal element is an element that controls transmission or non-transmission of light by an optical modulation action of liquid crystal. Note that the optical modulation action of the liquid crystal is controlled by an electric field applied to the liquid crystal (including a horizontal electric field, a vertical electric field, or an oblique electric field). Note that the liquid crystal element may be a liquid crystal such as a thermotropic liquid crystal, a low-molecular liquid crystal, a high-molecular liquid crystal, a polymer dispersed liquid crystal (PDLC), a ferroelectric liquid crystal, or an antiferroelectric liquid crystal. it can. These liquid crystal materials exhibit a cholesteric phase, a smectic phase, a cubic phase, a chiral nematic phase, an isotropic phase, and the like depending on conditions.

また、液晶材料としては、ポジ型の液晶、又はネガ型の液晶のいずれを用いてもよく、適用するモードや設計に応じて最適な液晶材料を用いればよい。   Further, as the liquid crystal material, either a positive type liquid crystal or a negative type liquid crystal may be used, and an optimal liquid crystal material may be used according to an applied mode or design.

また、液晶の配向を制御するため、配向膜を設けることができる。なお、横電界方式を採用する場合、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。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、温度範囲を改善するために数重量%以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を液晶層に用いる。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、応答速度が短く、光学的等方性を有する。また、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、配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また、配向膜を設けなくてもよいので、ラビング処理が不要となり、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減することができる。   An alignment film can be provided to control the alignment of the liquid crystal. Note that in the case of employing a horizontal electric field mode, liquid crystal exhibiting a blue phase for which an alignment film is unnecessary may be used. 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, a liquid crystal composition mixed with several percent by weight or more of a chiral agent is used for the liquid crystal layer in order to improve the temperature range. A liquid crystal composition containing a liquid crystal exhibiting a blue phase and a chiral agent has a short response speed and optical isotropy. In addition, a liquid crystal composition including a liquid crystal exhibiting a blue phase and a chiral agent does not require alignment treatment and has a small viewing angle dependency. Further, since it is not necessary to provide an alignment film, rubbing treatment is unnecessary, electrostatic breakdown caused by the rubbing treatment can be prevented, and defects or breakage of the liquid crystal display device during the manufacturing process can be reduced. .

また、液晶素子として、透過型の液晶素子、反射型の液晶素子、又は半透過型の液晶素子などを用いることができる。本発明の一態様では、特に、反射型の液晶素子を用いることが好ましい。   As the liquid crystal element, a transmissive liquid crystal element, a reflective liquid crystal element, a transflective liquid crystal element, or the like can be used. In one embodiment of the present invention, it is particularly preferable to use a reflective liquid crystal element.

透過型又は半透過型の液晶素子を用いる場合、一対の基板を挟むように、2つの偏光板を設ける。また、偏光板よりも外側に、バックライトを設ける。バックライトとしては、直下型のバックライトであってもよいし、エッジライト型のバックライトであってもよい。LED(Light Emitting Diode)を備える直下型のバックライトを用いると、ローカルディミングが容易となり、コントラストを高めることができるため好ましい。また、エッジライト型のバックライトを用いると、バックライトを含めたモジュールの厚さを低減できるため好ましい。   In the case of using a transmissive or transflective liquid crystal element, two polarizing plates are provided so as to sandwich a pair of substrates. In addition, a backlight is provided outside the polarizing plate. The backlight may be a direct type backlight or an edge light type backlight. It is preferable to use a direct-type backlight including an LED (Light Emitting Diode) because local dimming is facilitated and contrast can be increased. An edge light type backlight is preferably used because the thickness of the module including the backlight can be reduced.

反射型の液晶素子を用いる場合には、表示面側に偏光板を設ける。また、これとは別に、表示面側に光拡散板を配置すると、視認性を向上させられるため好ましい。   In the case of using a reflective liquid crystal element, a polarizing plate is provided on the display surface side. In addition to this, it is preferable to arrange a light diffusing plate on the display surface side because the visibility can be improved.

また、反射型、又は半透過型の液晶素子を用いる場合、偏光板よりも外側に、フロントライトを設けてもよい。フロントライトとしては、エッジライト型のフロントライトを用いることが好ましい。LED(Light Emitting Diode)を備えるフロントライトを用いると、消費電力を低減できるため好ましい。   In the case of using a reflective or transflective liquid crystal element, a front light may be provided outside the polarizing plate. As the front light, an edge light type front light is preferably used. It is preferable to use a front light including an LED (Light Emitting Diode) because power consumption can be reduced.

[発光素子]
発光素子としては、自発光が可能な素子を用いることができ、電流又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、LED、有機EL素子、無機EL素子等を用いることができる。
[Light emitting element]
As the light-emitting element, an element capable of self-emission can be used, and an element whose luminance is controlled by current or voltage is included in its category. For example, an LED, an organic EL element, an inorganic EL element, or the like can be used.

発光素子は、トップエミッション型、ボトムエミッション型、デュアルエミッション型などがある。光を取り出す側の電極には、可視光を透過する導電膜を用いる。また、光を取り出さない側の電極には、可視光を反射する導電膜を用いることが好ましい。本発明の一態様では、特にボトムエミッション型の発光素子を用いることが好ましい。   Light emitting elements include a top emission type, a bottom emission type, and a dual emission type. A conductive film that transmits visible light is used for the electrode from which light is extracted. In addition, a conductive film that reflects visible light is preferably used for the electrode from which light is not extracted. In one embodiment of the present invention, it is particularly preferable to use a bottom emission light-emitting element.

EL層は少なくとも発光層を有する。EL層は、発光層以外の層として、正孔注入性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、正孔ブロック材料、電子輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、又はバイポーラ性の物質(電子輸送性及び正孔輸送性が高い物質)等を含む層をさらに有していてもよい。   The EL layer has at least a light emitting layer. The EL layer is a layer other than the light-emitting layer, such as a substance having a high hole injection property, a substance having a high hole transport property, a hole blocking material, a substance having a high electron transport property, a substance having a high electron injection property, or a bipolar property. A layer including a substance (a substance having a high electron transporting property and a high hole transporting property) and the like may be further included.

EL層には低分子系化合物及び高分子系化合物のいずれを用いることもでき、無機化合物を含んでいてもよい。EL層を構成する層は、それぞれ、蒸着法(真空蒸着法を含む。)、転写法、印刷法、インクジェット法、塗布法等の方法で形成することができる。   Either a low molecular compound or a high molecular compound can be used for the EL layer, and an inorganic compound may be included. The layers constituting the EL layer can be formed by a method such as a vapor deposition method (including a vacuum vapor deposition method), a transfer method, a printing method, an ink jet method, or a coating method.

陰極と陽極の間に、発光素子の閾値電圧より高い電圧を印加すると、EL層に陽極側から正孔が注入され、陰極側から電子が注入される。注入された電子と正孔はEL層において再結合し、EL層に含まれる発光物質が発光する。   When a voltage higher than the threshold voltage of the light emitting element is applied between the cathode and the anode, holes are injected into the EL layer from the anode side and electrons are injected from the cathode side. The injected electrons and holes are recombined in the EL layer, and the light-emitting substance contained in the EL layer emits light.

発光素子として、白色発光の発光素子を適用する場合には、EL層に2種類以上の発光物質を含む構成とすることが好ましい。例えば2以上の発光物質の各々の発光が補色の関係となるように、発光物質を選択することにより、白色発光を得ることができる。例えば、それぞれR(赤)、G(緑)、B(青)、Y(黄)、O(橙)等の発光を示す発光物質、又はR、G、Bのうち2以上の色のスペクトル成分を含む発光を示す発光物質のうち、2以上を含むことが好ましい。また、発光素子からの発光のスペクトルが、可視光領域の波長(例えば、350nm以上750nm以下)の範囲内に2以上のピークを有する発光素子を適用することが好ましい。また、黄色の波長領域にピークを有する材料の発光スペクトルは、緑色及び赤色の波長領域にもスペクトル成分を有する材料であることが好ましい。   In the case where a white light-emitting element is used as the light-emitting element, the EL layer preferably includes two or more light-emitting substances. For example, white light emission can be obtained by selecting the light emitting material so that the light emission of each of the two or more light emitting materials has a complementary color relationship. For example, a luminescent material that emits light such as R (red), G (green), B (blue), Y (yellow), and O (orange), or spectral components of two or more colors of R, G, and B It is preferable that 2 or more are included among the luminescent substances which show light emission containing. In addition, it is preferable to apply a light-emitting element whose emission spectrum from the light-emitting element has two or more peaks within a wavelength range of visible light (for example, 350 nm to 750 nm). The emission spectrum of the material having a peak in the yellow wavelength region is preferably a material having spectral components in the green and red wavelength regions.

EL層は、一の色を発光する発光材料を含む発光層と、他の色を発光する発光材料を含む発光層とが積層された構成とすることが好ましい。例えば、EL層における複数の発光層は、互いに接して積層されていてもよいし、いずれの発光材料も含まない領域を介して積層されていてもよい。例えば、蛍光発光層と燐光発光層との間に、当該蛍光発光層又は燐光発光層と同一の材料(例えばホスト材料、アシスト材料)を含み、かついずれの発光材料も含まない領域を設ける構成としてもよい。これにより、発光素子の作製が容易になり、また、駆動電圧が低減される。   The EL layer preferably has a structure in which a light-emitting layer including a light-emitting material that emits one color and a light-emitting layer including a light-emitting material that emits another color are stacked. For example, the plurality of light emitting layers in the EL layer may be stacked in contact with each other, or may be stacked through a region not including any light emitting material. For example, a region including the same material (for example, a host material or an assist material) as the fluorescent light emitting layer or the phosphorescent light emitting layer and not including any light emitting material is provided between the fluorescent light emitting layer and the phosphorescent light emitting layer. Also good. This facilitates the production of the light emitting element and reduces the driving voltage.

また、発光素子は、EL層を1つ有するシングル素子であってもよいし、複数のEL層が電荷発生層を介して積層されたタンデム素子であってもよい。   The light-emitting element may be a single element having one EL layer or a tandem element in which a plurality of EL layers are stacked with a charge generation layer interposed therebetween.

可視光を透過する導電膜は、例えば、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などを用いて形成することができる。また、金、銀、白金、マグネシウム、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、パラジウム、又はチタン等の金属材料、これら金属材料を含む合金、又はこれら金属材料の窒化物(例えば、窒化チタン)等も、透光性を有する程度に薄く形成することで用いることができる。また、上記材料の積層膜を導電層として用いることができる。例えば、銀とマグネシウムの合金とインジウム錫酸化物の積層膜などを用いると、導電性を高めることができるため好ましい。また、グラフェン等を用いてもよい。   The conductive film that transmits visible light can be formed using, for example, indium oxide, indium tin oxide, indium zinc oxide, zinc oxide, zinc oxide to which gallium is added, or the like. In addition, a metal material such as gold, silver, platinum, magnesium, nickel, tungsten, chromium, molybdenum, iron, cobalt, copper, palladium, or titanium, an alloy containing these metal materials, or a nitride of these metal materials (for example, Titanium nitride) can also be used by forming it thin enough to have translucency. In addition, a stacked film of the above materials can be used as a conductive layer. For example, it is preferable to use a stacked film of an alloy of silver and magnesium and indium tin oxide because the conductivity can be increased. Further, graphene or the like may be used.

可視光を反射する導電膜は、例えば、アルミニウム、金、白金、銀、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、又はパラジウム等の金属材料、又はこれら金属材料を含む合金を用いることができる。また、上記金属材料や合金に、ランタン、ネオジム、又はゲルマニウム等が添加されていてもよい。また、チタン、ニッケル、又はネオジムと、アルミニウムを含む合金(アルミニウム合金)を用いてもよい。また銅、パラジウム、マグネシウムと、銀を含む合金を用いてもよい。銀と銅を含む合金は、耐熱性が高いため好ましい。さらに、アルミニウム膜又はアルミニウム合金膜に接して金属膜又は金属酸化物膜を積層することで、酸化を抑制することができる。このような金属膜、金属酸化物膜の材料としては、チタンや酸化チタンなどが挙げられる。また、上記可視光を透過する導電膜と金属材料からなる膜とを積層してもよい。例えば、銀とインジウム錫酸化物の積層膜、銀とマグネシウムの合金とインジウム錫酸化物の積層膜などを用いることができる。   For the conductive film that reflects visible light, for example, a metal material such as aluminum, gold, platinum, silver, nickel, tungsten, chromium, molybdenum, iron, cobalt, copper, or palladium, or an alloy including these metal materials is used. Can do. In addition, lanthanum, neodymium, germanium, or the like may be added to the metal material or alloy. Alternatively, titanium, nickel, or neodymium and an alloy containing aluminum (aluminum alloy) may be used. Alternatively, an alloy containing copper, palladium, magnesium, and silver may be used. An alloy containing silver and copper is preferable because of its high heat resistance. Furthermore, oxidation can be suppressed by stacking a metal film or a metal oxide film in contact with the aluminum film or the aluminum alloy film. Examples of materials for such metal films and metal oxide films include titanium and titanium oxide. Alternatively, the conductive film that transmits visible light and a film made of a metal material may be stacked. For example, a laminated film of silver and indium tin oxide, a laminated film of an alloy of silver and magnesium and indium tin oxide, or the like can be used.

電極は、それぞれ、蒸着法やスパッタリング法を用いて形成すればよい。そのほか、インクジェット法などの吐出法、スクリーン印刷法などの印刷法、又はメッキ法を用いて形成することができる。   The electrodes may be formed using a vapor deposition method or a sputtering method, respectively. In addition, it can be formed using a discharge method such as an inkjet method, a printing method such as a screen printing method, or a plating method.

なお、上述した、発光層、及び正孔注入性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、電子輸送性の高い物質、及び電子注入性の高い物質、バイポーラ性の物質等を含む層は、それぞれ量子ドットなどの無機化合物や、高分子化合物(オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等)を有していてもよい。例えば、量子ドットを発光層に用いることで、発光材料として機能させることもできる。   Note that the above-described light-emitting layer and a layer containing a substance having a high hole-injecting property, a substance having a high hole-transporting property, a substance having a high electron-transporting property, a substance having a high electron-injecting property, a bipolar substance, Each may have an inorganic compound such as a quantum dot or a polymer compound (oligomer, dendrimer, polymer, etc.). For example, a quantum dot can be used for a light emitting layer to function as a light emitting material.

なお、量子ドット材料としては、コロイド状量子ドット材料、合金型量子ドット材料、コア・シェル型量子ドット材料、コア型量子ドット材料などを用いることができる。また、12族と16族、13族と15族、又は14族と16族の元素グループを含む材料を用いてもよい。又は、カドミウム、セレン、亜鉛、硫黄、リン、インジウム、テルル、鉛、ガリウム、ヒ素、アルミニウム等の元素を含む量子ドット材料を用いてもよい。   As the quantum dot material, a colloidal quantum dot material, an alloy type quantum dot material, a core / shell type quantum dot material, a core type quantum dot material, or the like can be used. Alternatively, a material including an element group of Group 12 and Group 16, Group 13 and Group 15, or Group 14 and Group 16 may be used. Alternatively, a quantum dot material containing an element such as cadmium, selenium, zinc, sulfur, phosphorus, indium, tellurium, lead, gallium, arsenic, or aluminum may be used.

[接着層]
接着層としては、紫外線硬化型等の光硬化型接着剤、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、嫌気型接着剤などの各種硬化型接着剤を用いることができる。これら接着剤の材料としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、イミド樹脂、PVC(ポリビニルクロライド)樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)樹脂、EVA(エチレンビニルアセテート)樹脂等が挙げられる。特に、エポキシ樹脂等の透湿性が低い材料が好ましい。また、二液混合型の樹脂を用いてもよい。また、接着シート等を用いてもよい。
[Adhesive layer]
As the adhesive layer, various curable adhesives such as an ultraviolet curable photocurable adhesive, a reactive curable adhesive, a thermosetting adhesive, and an anaerobic adhesive can be used. Materials for these adhesives include epoxy resin, acrylic resin, silicone resin, phenol resin, polyimide resin, imide resin, PVC (polyvinyl chloride) resin, PVB (polyvinyl butyral) resin, EVA (ethylene vinyl acetate) resin, etc. Can be mentioned. In particular, a material with low moisture permeability such as an epoxy resin is preferable. Alternatively, a two-component mixed resin may be used. Further, an adhesive sheet or the like may be used.

また、上記樹脂に乾燥剤を含んでいてもよい。例えば、アルカリ土類金属の酸化物(酸化カルシウムや酸化バリウム等)のように、化学吸着によって水分を吸着する物質を用いることができる。又は、ゼオライトやシリカゲル等のように、物理吸着によって水分を吸着する物質を用いてもよい。乾燥剤が含まれていると、水分などの不純物が素子に侵入することを抑制でき、表示装置の信頼性が向上するため好ましい。   Further, the resin may contain a desiccant. For example, a substance that adsorbs moisture by chemical adsorption, such as an alkaline earth metal oxide (such as calcium oxide or barium oxide), can be used. Alternatively, a substance that adsorbs moisture by physical adsorption, such as zeolite or silica gel, may be used. The inclusion of a desiccant is preferable because impurities such as moisture can be prevented from entering the element and the reliability of the display device is improved.

また、上記樹脂に屈折率の高いフィラーや光散乱部材を混合することにより、光取り出し効率を向上させることができる。例えば、酸化チタン、酸化バリウム、ゼオライト、ジルコニウム等を用いることができる。   In addition, light extraction efficiency can be improved by mixing a filler having a high refractive index or a light scattering member with the resin. For example, titanium oxide, barium oxide, zeolite, zirconium, or the like can be used.

[接続層]
接続層としては、異方性導電フィルム(ACF:Anisotropic Conductive Film)や、異方性導電ペースト(ACP:Anisotropic Conductive Paste)などを用いることができる。
[Connection layer]
As the connection layer, an anisotropic conductive film (ACF: Anisotropic Conductive Film), an anisotropic conductive paste (ACP: Anisotropic Conductive Paste), or the like can be used.

[着色層]
着色層に用いることのできる材料としては、金属材料、樹脂材料、顔料又は染料が含まれた樹脂材料などが挙げられる。
[Colored layer]
Examples of materials that can be used for the colored layer include metal materials, resin materials, resin materials containing pigments or dyes, and the like.

[遮光層]
遮光層として用いることのできる材料としては、カーボンブラック、チタンブラック、金属、金属酸化物、複数の金属酸化物の固溶体を含む複合酸化物等が挙げられる。遮光層は、樹脂材料を含む膜であってもよいし、金属などの無機材料の薄膜であってもよい。また、遮光層に、着色層の材料を含む膜の積層膜を用いることもできる。例えば、ある色の光を透過する着色層に用いる材料を含む膜と、他の色の光を透過する着色層に用いる材料を含む膜との積層構造を用いることができる。着色層と遮光層の材料を共通化することで、装置を共通化できるほか、工程を簡略化できるため好ましい。
[Shading layer]
Examples of the material that can be used for the light-shielding layer include carbon black, titanium black, metal, metal oxide, and composite oxide containing a solid solution of a plurality of metal oxides. The light shielding layer may be a film containing a resin material or a thin film of an inorganic material such as a metal. Alternatively, a stacked film of a film containing a material for the colored layer can be used for the light shielding layer. For example, a stacked structure of a film including a material used for a colored layer that transmits light of a certain color and a film including a material used for a colored layer that transmits light of another color can be used. It is preferable to use the same material for the coloring layer and the light shielding layer because the apparatus can be shared and the process can be simplified.

以上が、各構成要素についての説明である。   This completes the description of each component.

[作製方法例]
次に、可撓性を有する基板を用いた表示装置の作製方法の例について説明する。
[Example of production method]
Next, an example of a method for manufacturing a display device using a flexible substrate is described.

ここでは、表示素子、回路、配線、電極、着色層や遮光層などの光学部材、及び絶縁層等が含まれる層をまとめて素子層と呼ぶこととする。例えば、素子層は表示素子を含み、表示素子の他に表示素子と電気的に接続する配線、画素や回路に用いるトランジスタなどの素子を備えていてもよい。   Here, a layer including a display element, a circuit, a wiring, an electrode, an optical member such as a coloring layer or a light shielding layer, and an insulating layer is collectively referred to as an element layer. For example, the element layer includes a display element, and may include an element such as a wiring that is electrically connected to the display element, a transistor used for a pixel, or a circuit in addition to the display element.

また、ここでは、表示素子が完成した(作製工程が終了した)段階において、素子層を支持し、可撓性を有する部材のことを、基板と呼ぶこととする。例えば、基板には、厚さが10nm以上300μm以下の、極めて薄いフィルム等も含まれる。   Here, a member that supports the element layer and has flexibility when the display element is completed (the manufacturing process is completed) is referred to as a substrate. For example, the substrate includes a very thin film having a thickness of 10 nm to 300 μm.

可撓性を有し、絶縁表面を備える基板上に素子層を形成する方法としては、代表的には、以下に挙げる2つの方法がある。一つは、基板上に直接、素子層を形成する方法である。もう一つは、基板とは異なる支持基材上に素子層を形成した後、素子層と支持基材を剥離し、素子層を基板に転置する方法である。なお、ここでは詳細に説明しないが、上記2つの方法に加え、可撓性を有さない基板上に素子層を形成し、当該基板を研磨等により薄くすることで、可撓性を持たせる方法もある。   As a method for forming an element layer over a flexible substrate having an insulating surface, there are typically the following two methods. One is a method of forming an element layer directly on a substrate. The other is a method of forming an element layer on a support base different from the substrate, then peeling the element layer and the support base and transferring the element layer to the substrate. Although not described in detail here, in addition to the above two methods, an element layer is formed on a non-flexible substrate, and the substrate is thinned by polishing or the like, thereby providing flexibility. There is also a method.

基板を構成する材料が、素子層の形成工程にかかる熱に対して耐熱性を有する場合には、基板上に直接、素子層を形成すると、工程が簡略化されるため好ましい。このとき、基板を支持基材に固定した状態で素子層を形成すると、装置内、及び装置間における搬送が容易になるため好ましい。   In the case where the material constituting the substrate has heat resistance against the heat applied to the element layer forming step, it is preferable to form the element layer directly on the substrate because the process is simplified. At this time, it is preferable to form the element layer in a state in which the substrate is fixed to the supporting base material, because it is easy to carry the device inside and between devices.

また、素子層を支持基材上に形成した後に、基板に転置する方法を用いる場合、まず支持基材上に剥離層と絶縁層を積層し、当該絶縁層上に素子層を形成する。続いて、支持基材と素子層の間で剥離し、素子層を基板に転置する。このとき、支持基材と剥離層の界面、剥離層と絶縁層の界面、又は剥離層中で剥離が生じるような材料を選択すればよい。この方法では、支持基材や剥離層に耐熱性の高い材料を用いることで、素子層を形成する際にかかる温度の上限を高めることができ、より信頼性の高い素子を有する素子層を形成できるため、好ましい。   In the case of using a method in which the element layer is formed on the supporting base material and then transferred to the substrate, a peeling layer and an insulating layer are first stacked on the supporting base material, and the element layer is formed on the insulating layer. Then, it peels between a support base material and an element layer, and transfers an element layer to a board | substrate. At this time, a material that causes peeling in the interface between the supporting substrate and the peeling layer, the interface between the peeling layer and the insulating layer, or the peeling layer may be selected. In this method, by using a material having high heat resistance for the support substrate and the release layer, the upper limit of the temperature required for forming the element layer can be increased, and an element layer having a more reliable element is formed. This is preferable because it is possible.

例えば、剥離層として、タングステンなどの高融点金属材料を含む層と、当該金属材料の酸化物を含む層を積層して用い、剥離層上の絶縁層として、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコンなどを複数積層した層を用いることが好ましい。なお、本明細書中において、酸化窒化物は、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多い材料を指し、窒化酸化物は、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い材料を指す。   For example, a layer containing a refractory metal material such as tungsten and a layer containing an oxide of the metal material are stacked as the separation layer, and silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride is used as the insulating layer over the separation layer. It is preferable to use a layer in which a plurality of silicon nitride oxides or the like are stacked. Note that in this specification, oxynitride refers to a material having a higher oxygen content than nitrogen as its composition, and nitride oxide refers to a material having a higher nitrogen content than oxygen as its composition. Point to.

素子層と支持基材とを剥離する方法としては、機械的な力を加えることや、剥離層をエッチングすること、又は剥離界面に液体を浸透させることなどが、一例として挙げられる。又は、剥離界面を形成する2層の熱膨張の違いを利用し、加熱又は冷却することにより剥離を行ってもよい。   Examples of methods for peeling the element layer and the supporting substrate include applying a mechanical force, etching the peeling layer, or infiltrating a liquid into the peeling interface. Or you may peel by heating or cooling using the difference of the thermal expansion of two layers which form a peeling interface.

また、支持基材と絶縁層の界面で剥離が可能な場合には、剥離層を設けなくてもよい。   In the case where peeling is possible at the interface between the support base and the insulating layer, the peeling layer may not be provided.

例えば、支持基材としてガラスを用い、絶縁層としてポリイミドなどの有機樹脂を用いることができる。このとき、レーザ光等を用いて有機樹脂の一部を局所的に加熱する、又は鋭利な部材により物理的に有機樹脂の一部を切断、又は貫通すること等により剥離の起点を形成し、ガラスと有機樹脂の界面で剥離を行ってもよい。   For example, glass can be used as the supporting substrate, and an organic resin such as polyimide can be used as the insulating layer. At this time, a part of the organic resin is locally heated using a laser beam or the like, or a part of the organic resin is physically cut or penetrated by a sharp member, etc. Peeling may be performed at the interface between the glass and the organic resin.

又は、支持基材と有機樹脂からなる絶縁層の間に発熱層を設け、当該発熱層を加熱することにより、当該発熱層と絶縁層の界面で剥離を行ってもよい。発熱層としては、電流を流すことにより発熱する材料、光を吸収することにより発熱する材料、磁場を印加することにより発熱する材料など、様々な材料を用いることができる。例えば、発熱層としては、半導体、金属、絶縁体から選択して用いることができる。   Alternatively, peeling may be performed at the interface between the heat generation layer and the insulating layer by providing a heat generation layer between the support base and the insulating layer made of an organic resin and heating the heat generation layer. As the heat generating layer, various materials such as a material that generates heat when an electric current flows, a material that generates heat by absorbing light, and a material that generates heat by applying a magnetic field can be used. For example, the heat generating layer can be selected from semiconductors, metals, and insulators.

なお、上述した方法において、有機樹脂からなる絶縁層は、剥離後に基板として用いることができる。   Note that in the above-described method, the insulating layer formed of an organic resin can be used as a substrate after peeling.

以上が、可撓性を有する基板を用いた表示装置の作製方法の例についての説明である。   The above is the description of the example of the method for manufacturing the display device using the flexible substrate.

本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。   This embodiment can be combined with any of the other embodiments as appropriate.

(実施の形態5)
本実施の形態では、上記実施の形態において用いることができるOSトランジスタの構成例について説明する。
(Embodiment 5)
In this embodiment, structural examples of OS transistors that can be used in the above embodiments are described.

<トランジスタの構成例>
図13(A)は、トランジスタの構成例を示す上面図である。図13(B)は、図13(A)のX1−X2線断面図であり、図13(C)はY1−Y2線断面図である。ここでは、X1−X2線の方向をチャネル長方向、Y1−Y2線方向をチャネル幅方向と呼称する場合がある。図13(B)は、トランジスタのチャネル長方向の断面構造を示す図であり、図13(C)は、トランジスタのチャネル幅方向の断面構造を示す図である。なお、デバイス構造を明確にするため、図13(A)では、一部の構成要素が省略されている。
<Example of transistor structure>
FIG. 13A is a top view illustrating a structural example of a transistor. 13B is a cross-sectional view taken along line X1-X2 in FIG. 13A, and FIG. 13C is a cross-sectional view taken along line Y1-Y2. Here, the X1-X2 line direction may be referred to as a channel length direction, and the Y1-Y2 line direction may be referred to as a channel width direction. FIG. 13B illustrates a cross-sectional structure of the transistor in the channel length direction, and FIG. 13C illustrates a cross-sectional structure of the transistor in the channel width direction. Note that in order to clarify the device structure, some components are not illustrated in FIG.

本発明の一態様に係る半導体装置は、絶縁層812乃至絶縁層820、金属酸化物膜821乃至金属酸化物膜824、導電層850乃至導電層853を有する。トランジスタ801は絶縁表面に形成される。図13では、トランジスタ801が絶縁層811上に形成される場合を例示している。トランジスタ801は絶縁層818及び絶縁層819で覆われている。   The semiconductor device according to one embodiment of the present invention includes the insulating layers 812 to 820, the metal oxide films 821 to 824, and the conductive layers 850 to 853. The transistor 801 is formed on an insulating surface. FIG. 13 illustrates the case where the transistor 801 is formed over the insulating layer 811. The transistor 801 is covered with an insulating layer 818 and an insulating layer 819.

なお、トランジスタ801を構成している絶縁層、金属酸化物膜、導電層等は、単層であっても、複数の膜が積層されたものであってもよい。これらの作製には、スパッタリング法、電子線エピタキシー法(MBE法)、パルスレーザアブレーション法(PLD法)、CVD法、原子層堆積法(ALD法)などの各種の成膜方法を用いることができる。なお、CVD法には、プラズマCVD法、熱CVD法、有機金属CVD法などがある。   Note that the insulating layer, the metal oxide film, the conductive layer, and the like included in the transistor 801 may be a single layer or a stack of a plurality of films. For these production, various film forming methods such as sputtering, electron beam epitaxy (MBE), pulsed laser ablation (PLD), CVD, atomic layer deposition (ALD) can be used. . Note that the CVD method includes a plasma CVD method, a thermal CVD method, an organic metal CVD method, and the like.

トランジスタ801において、導電層850(導電層850a、導電層850b)は、ゲート電極として機能する領域を有する。導電層851、導電層852は、ソース電極又はドレイン電極として機能する領域を有する。導電層853(導電層853a、導電層853b)は、ボトムゲート電極として機能する領域を有する。絶縁層817は、ゲート電極側のゲート絶縁体として機能する領域を有し、絶縁層814乃至絶縁層816の積層で構成される絶縁層は、ボトムゲート電極側のゲート絶縁体として機能する領域を有する。絶縁層818は層間絶縁層としての機能を有する。絶縁層819はバリア層としての機能を有する。   In the transistor 801, the conductive layer 850 (the conductive layer 850a and the conductive layer 850b) includes a region functioning as a gate electrode. The conductive layer 851 and the conductive layer 852 have a region functioning as a source electrode or a drain electrode. The conductive layer 853 (the conductive layer 853a and the conductive layer 853b) includes a region functioning as a bottom gate electrode. The insulating layer 817 has a region that functions as a gate insulator on the gate electrode side, and the insulating layer formed by stacking the insulating layers 814 to 816 has a region that functions as a gate insulator on the bottom gate electrode side. Have. The insulating layer 818 functions as an interlayer insulating layer. The insulating layer 819 functions as a barrier layer.

金属酸化物膜821乃至金属酸化物膜824をまとめて酸化物層830と呼ぶ。図13(B)、図13(C)に示すように、酸化物層830は、金属酸化物膜821、金属酸化物膜822、金属酸化物膜824が順に積層されている領域を有する。また、一対の金属酸化物膜823は、それぞれ導電層851、導電層852上に位置する。トランジスタ801がオン状態のとき、チャネル領域は酸化物層830のうち、主に金属酸化物膜822に形成される。   The metal oxide films 821 to 824 are collectively referred to as an oxide layer 830. As illustrated in FIGS. 13B and 13C, the oxide layer 830 includes a region in which a metal oxide film 821, a metal oxide film 822, and a metal oxide film 824 are sequentially stacked. The pair of metal oxide films 823 are located over the conductive layers 851 and 852, respectively. When the transistor 801 is on, the channel region is mainly formed in the metal oxide film 822 in the oxide layer 830.

金属酸化物膜824は、金属酸化物膜821乃至金属酸化物膜823、導電層851、導電層852を覆っている。絶縁層817は金属酸化物膜824と導電層850との間に位置する。導電層851、導電層852はそれぞれ、金属酸化物膜823、金属酸化物膜824、絶縁層817を介して、導電層850と重なる領域を有する。   The metal oxide film 824 covers the metal oxide films 821 to 823, the conductive layer 851, and the conductive layer 852. The insulating layer 817 is located between the metal oxide film 824 and the conductive layer 850. The conductive layer 851 and the conductive layer 852 each have a region overlapping with the conductive layer 850 with the metal oxide film 823, the metal oxide film 824, and the insulating layer 817 interposed therebetween.

導電層851及び導電層852は、金属酸化物膜821及び金属酸化物膜822を形成するためのハードマスクから作製されている。そのため、導電層851及び導電層852は、金属酸化物膜821及び金属酸化物膜822の側面に接する領域を有していない。例えば、次のような工程を経て、金属酸化物膜821、金属酸化物膜822、導電層851、導電層852を作製することができる。まず、積層された2層の金属酸化物膜上に導電膜を形成する。この導電膜を所望の形状に加工(エッチング)して、ハードマスクを形成する。該ハードマスクを用いて、2層の金属酸化物膜の形状を加工し、積層された金属酸化物膜821及び金属酸化物膜822を形成する。次に、ハードマスクを所望の形状に加工して、導電層851及び導電層852を形成する。   The conductive layer 851 and the conductive layer 852 are formed using a hard mask for forming the metal oxide film 821 and the metal oxide film 822. Therefore, the conductive layer 851 and the conductive layer 852 do not have a region in contact with the side surfaces of the metal oxide film 821 and the metal oxide film 822. For example, the metal oxide film 821, the metal oxide film 822, the conductive layer 851, and the conductive layer 852 can be manufactured through the following steps. First, a conductive film is formed over two stacked metal oxide films. The conductive film is processed (etched) into a desired shape to form a hard mask. Using the hard mask, the shape of the two-layer metal oxide film is processed to form a stacked metal oxide film 821 and a metal oxide film 822. Next, the hard mask is processed into a desired shape, so that a conductive layer 851 and a conductive layer 852 are formed.

絶縁層811乃至絶縁層818に用いられる絶縁性材料には、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化シリコン、酸化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、アルミニウムシリケートなどがある。絶縁層811乃至絶縁層818はこれらの絶縁性材料でなる単層、又は積層によって構成される。絶縁層811乃至絶縁層818を構成する層は、複数の絶縁性材料を含んでいてもよい。   Examples of the insulating material used for the insulating layers 811 to 818 include aluminum nitride, aluminum oxide, aluminum nitride oxide, aluminum oxynitride, magnesium oxide, silicon nitride, silicon oxide, silicon nitride oxide, silicon oxynitride, gallium oxide, Examples include germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, neodymium oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, and aluminum silicate. The insulating layers 811 to 818 are each formed using a single layer or a stacked layer using any of these insulating materials. The layers included in the insulating layers 811 to 818 may include a plurality of insulating materials.

酸化物層830の酸素欠損の増加を抑制するため、絶縁層816乃至絶縁層818は、酸素を含む絶縁層であることが好ましい。絶縁層816乃至絶縁層818は、加熱により酸素が放出される絶縁膜(以下、「過剰酸素を含む絶縁膜」ともいう。)で形成されることがより好ましい。過剰酸素を含む絶縁膜から酸化物層830に酸素を供給することで、酸化物層830の酸素欠損を補償することができる。これにより、トランジスタ801の電気特性及び信頼性を向上させることができる。   In order to suppress an increase in oxygen vacancies in the oxide layer 830, the insulating layers 816 to 818 are preferably insulating layers containing oxygen. The insulating layers 816 to 818 are more preferably formed using an insulating film from which oxygen is released by heating (hereinafter also referred to as “insulating film containing excess oxygen”). By supplying oxygen from the insulating film containing excess oxygen to the oxide layer 830, oxygen vacancies in the oxide layer 830 can be compensated. Accordingly, electrical characteristics and reliability of the transistor 801 can be improved.

過剰酸素を含む絶縁膜とは、TDS(Thermal Desorption Spectroscopy:昇温脱離ガス分光法)において、膜の表面温度が100℃以上700℃以下、又は100℃以上500℃以下の範囲における酸素分子の放出量が1×1014molecules/cm以上である膜とする。酸素分子の放出量は、1×1015molecules/cm以上であることがより好ましい。 An insulating film containing excess oxygen refers to oxygen molecules in a temperature range of 100 ° C. or higher and 700 ° C. or lower, or 100 ° C. or higher and 500 ° C. or lower in TDS (Thermal Desorption Spectroscopy). A film having a release amount of 1 × 10 14 molecules / cm 2 or more is used. The release amount of oxygen molecules is more preferably 1 × 10 15 molecules / cm 2 or more.

過剰酸素を含む絶縁膜は、絶縁膜に酸素を添加する処理を行って形成することができる。酸素を添加する処理は、酸素雰囲気下による熱処理や、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオン注入法、又はプラズマ処理などを用いて行うことができる。酸素を添加するためのガスとしては、16又は18などの酸素ガス、亜酸化窒素ガス又はオゾンガスなどを用いることができる。 The insulating film containing excess oxygen can be formed by performing treatment for adding oxygen to the insulating film. The treatment for adding oxygen can be performed by heat treatment in an oxygen atmosphere, ion implantation, ion doping, plasma immersion ion implantation, plasma treatment, or the like. As a gas for adding oxygen, oxygen gas such as 16 O 2 or 18 O 2 , nitrous oxide gas, or ozone gas can be used.

酸化物層830の水素濃度の増加を防ぐために、絶縁層812乃至絶縁層819中の水素濃度を低減することが好ましい。特に絶縁層813乃至絶縁層818中の水素濃度を低減することが好ましい。具体的には、水素濃度は、2×1020atoms/cm以下であり、好ましくは5×1019atoms/cm以下であり、1×1019atoms/cm以下がより好ましく、5×1018atoms/cm以下がさらに好ましい。 In order to prevent an increase in the hydrogen concentration of the oxide layer 830, the hydrogen concentration in the insulating layers 812 to 819 is preferably reduced. In particular, the hydrogen concentration in the insulating layers 813 to 818 is preferably reduced. Specifically, the hydrogen concentration is 2 × 10 20 atoms / cm 3 or less, preferably 5 × 10 19 atoms / cm 3 or less, more preferably 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less, and 5 × More preferably, it is 10 18 atoms / cm 3 or less.

酸化物層830の窒素濃度の増加を防ぐために、絶縁層813乃至絶縁層818中の窒素濃度を低減することが好ましい。具体的には、窒素濃度は、5×1019atoms/cm未満であり、好ましくは5×1018atoms/cm以下であり、1×1018atoms/cm以下がより好ましく、5×1017atoms/cm以下がさらに好ましい。 In order to prevent an increase in the nitrogen concentration of the oxide layer 830, it is preferable to reduce the nitrogen concentration in the insulating layers 813 to 818. Specifically, the nitrogen concentration is less than 5 × 10 19 atoms / cm 3 , preferably 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less, more preferably 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less, and 5 × More preferably, it is 10 17 atoms / cm 3 or less.

上掲の水素濃度、窒素濃度は、二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)で測定された値である。   The above-mentioned hydrogen concentration and nitrogen concentration are values measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS: Secondary Ion Mass Spectrometry).

トランジスタ801において、酸素及び水素に対してバリア性をもつ絶縁層(以下、バリア層ともいう。)によって酸化物層830が包み込まれる構造であることが好ましい。このような構造であることで、酸化物層830から酸素が放出されること、酸化物層830に水素が侵入することを抑えることができる。これにより、トランジスタ801の電気特性及び信頼性を向上させることができる。   The transistor 801 preferably has a structure in which the oxide layer 830 is surrounded by an insulating layer having a barrier property against oxygen and hydrogen (hereinafter also referred to as a barrier layer). With such a structure, release of oxygen from the oxide layer 830 and entry of hydrogen into the oxide layer 830 can be suppressed. Accordingly, electrical characteristics and reliability of the transistor 801 can be improved.

例えば、絶縁層819をバリア層として機能させ、かつ絶縁層811、絶縁層812、絶縁層814の少なくとも1つをバリア層として機能させればよい。バリア層は、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、窒化シリコンなどの材料で形成することができる。   For example, the insulating layer 819 may function as a barrier layer, and at least one of the insulating layer 811, the insulating layer 812, and the insulating layer 814 may function as a barrier layer. The barrier layer can be formed using a material such as aluminum oxide, aluminum oxynitride, gallium oxide, gallium oxynitride, yttrium oxide, yttrium oxynitride, hafnium oxide, hafnium oxynitride, or silicon nitride.

絶縁層811乃至絶縁層819の構成例を記す。この例では、絶縁層811、絶縁層812、絶縁層815、絶縁層819は、それぞれ、バリア層として機能する。絶縁層816乃至絶縁層818は過剰酸素を含む酸化物層である。絶縁層811は窒化シリコンであり、絶縁層812は酸化アルミニウムであり、絶縁層813は酸化窒化シリコンである。ボトムゲート電極側のゲート絶縁体としての機能を有する絶縁層814乃至絶縁層816は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化シリコンの積層である。ゲート(トップゲート)側のゲート絶縁体としての機能を有する絶縁層817は、酸化窒化シリコンである。層間絶縁層としての機能を有する絶縁層818は、酸化シリコンである。絶縁層819は酸化アルミニウムである。   Structural examples of the insulating layers 811 to 819 are described. In this example, the insulating layer 811, the insulating layer 812, the insulating layer 815, and the insulating layer 819 each function as a barrier layer. The insulating layers 816 to 818 are oxide layers containing excess oxygen. The insulating layer 811 is silicon nitride, the insulating layer 812 is aluminum oxide, and the insulating layer 813 is silicon oxynitride. The insulating layers 814 to 816 each functioning as a gate insulator on the bottom gate electrode side are stacked layers of silicon oxide, aluminum oxide, and silicon oxide. The insulating layer 817 having a function as a gate insulator on the gate (top gate) side is silicon oxynitride. The insulating layer 818 functioning as an interlayer insulating layer is silicon oxide. The insulating layer 819 is aluminum oxide.

導電層850乃至導電層853に用いられる導電性材料には、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、クロム、ネオジム、スカンジウム等の金属、又は上述した金属を成分とする金属窒化物(窒化タンタル、窒化チタン、窒化モリブデン、窒化タングステン)等がある。例えば、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの導電性材料を用いることができる。   As a conductive material used for the conductive layers 850 to 853, a metal such as molybdenum, titanium, tantalum, tungsten, aluminum, copper, chromium, neodymium, or scandium, or a metal nitride containing any of the above metals (nitriding) Tantalum, titanium nitride, molybdenum nitride, tungsten nitride) and the like. For example, indium tin oxide, indium oxide containing tungsten oxide, indium zinc oxide containing tungsten oxide, indium oxide containing titanium oxide, indium tin oxide containing titanium oxide, indium zinc oxide, silicon oxide added A conductive material such as indium tin oxide can be used.

導電層850乃至導電層853の構成例を記す。導電層850は窒化タンタル単層、又はタングステン単層である。あるいは、導電層850は窒化タンタル及びタングステンからなる積層である。導電層851は、窒化タンタル単層、又は窒化タンタルとタングステンとの積層である。導電層852の構成は導電層851と同じである。導電層853は窒化タンタル及びタングステンからなる積層である。   Examples of structures of the conductive layers 850 to 853 are described. The conductive layer 850 is a tantalum nitride single layer or a tungsten single layer. Alternatively, the conductive layer 850 is a stack including tantalum nitride and tungsten. The conductive layer 851 is a single layer of tantalum nitride or a stack of tantalum nitride and tungsten. The structure of the conductive layer 852 is the same as that of the conductive layer 851. The conductive layer 853 is a stack including tantalum nitride and tungsten.

トランジスタ801のオフ電流の低減のために、金属酸化物膜822は、例えば、バンドギャップが大きいことが好ましい。金属酸化物膜822のバンドギャップは、2.5eV以上4.2eV以下であり、2.8eV以上3.8eV以下が好ましく、3.0eV以上3.5eV以下がさらに好ましい。   In order to reduce the off-state current of the transistor 801, the metal oxide film 822 preferably has a large band gap, for example. The band gap of the metal oxide film 822 is 2.5 eV or more and 4.2 eV or less, preferably 2.8 eV or more and 3.8 eV or less, more preferably 3.0 eV or more and 3.5 eV or less.

酸化物層830は、結晶性を有することが好ましい。少なくとも、金属酸化物膜822は結晶性を有することが好ましい。上記構成により、電気特性及び信頼性の良いトランジスタ801を実現できる。   The oxide layer 830 preferably has crystallinity. At least, the metal oxide film 822 preferably has crystallinity. With the above structure, the transistor 801 with excellent electrical characteristics and reliability can be realized.

金属酸化物膜822に適用できる酸化物は、例えば、In−Ga酸化物、In−Zn酸化物、In−M−Zn酸化物(MはAl、Ga、Y、又はSn)である。金属酸化物膜822は、Inを含む酸化物膜に限定されない。金属酸化物膜822は、例えば、Zn−Sn酸化物、Ga−Sn酸化物、Zn−Mg酸化物等で形成することができる。金属酸化物膜821、金属酸化物膜823、金属酸化物膜824も、金属酸化物膜822と同様の酸化物で形成することができる。特に、金属酸化物膜821、金属酸化物膜823、金属酸化物膜824は、それぞれ、Ga酸化物で形成することができる。   Examples of the oxide that can be used for the metal oxide film 822 are In—Ga oxide, In—Zn oxide, and In—M—Zn oxide (M is Al, Ga, Y, or Sn). The metal oxide film 822 is not limited to an oxide film containing In. The metal oxide film 822 can be formed using, for example, a Zn—Sn oxide, a Ga—Sn oxide, a Zn—Mg oxide, or the like. The metal oxide film 821, the metal oxide film 823, and the metal oxide film 824 can also be formed using the same oxide as the metal oxide film 822. In particular, the metal oxide film 821, the metal oxide film 823, and the metal oxide film 824 can each be formed using Ga oxide.

トランジスタ801は、金属酸化物膜822中だけでなく、金属酸化物膜822と金属酸化物膜821との界面近傍にもチャネル領域を形成できる。そのため、例えば、該界面に界面準位が形成されると、トランジスタ801の閾値電圧が変動してしまうことがある。そのため、金属酸化物膜821は、構成要素として、金属酸化物膜822を構成する金属元素の少なくとも1つを含むことが好ましい。これにより、金属酸化物膜822と金属酸化物膜821との界面には、界面準位が形成されにくくなり、トランジスタ801において閾値電圧等の電気特性がばらつくのを低減することができる。   In the transistor 801, a channel region can be formed not only in the metal oxide film 822 but also in the vicinity of the interface between the metal oxide film 822 and the metal oxide film 821. Therefore, for example, when an interface state is formed at the interface, the threshold voltage of the transistor 801 may fluctuate. Therefore, the metal oxide film 821 preferably includes at least one of metal elements included in the metal oxide film 822 as a component. Accordingly, an interface state is hardly formed at the interface between the metal oxide film 822 and the metal oxide film 821, and variation in electric characteristics such as a threshold voltage in the transistor 801 can be reduced.

金属酸化物膜824は、構成要素として、金属酸化物膜822を構成する金属元素の少なくとも1つを含むことが好ましい。これにより、金属酸化物膜822と金属酸化物膜824との界面では、キャリアの界面散乱が起こりにくくなり、キャリアの動きが阻害されにくくなるので、トランジスタ801の電界効果移動度を高くすることができる。   The metal oxide film 824 preferably includes at least one of metal elements included in the metal oxide film 822 as a component. Accordingly, at the interface between the metal oxide film 822 and the metal oxide film 824, interface scattering of carriers is less likely to occur, and the movement of carriers is less likely to be inhibited, so that the field-effect mobility of the transistor 801 can be increased. it can.

金属酸化物膜821乃至金属酸化物膜824のうち、金属酸化物膜822のキャリア移動度が最も高いことが好ましい。これにより、絶縁層816(トランジスタ801のボトムゲート電極側のゲート絶縁体)、絶縁層817(トランジスタ801のゲート電極側のゲート絶縁体)から離間している金属酸化物膜822にチャネル領域を形成することができる。   Of the metal oxide films 821 to 824, the metal oxide film 822 preferably has the highest carrier mobility. Accordingly, a channel region is formed in the insulating layer 816 (the gate insulator on the bottom gate electrode side of the transistor 801) and the metal oxide film 822 that is separated from the insulating layer 817 (the gate insulator on the gate electrode side of the transistor 801). can do.

例えば、In−M−Zn酸化物等のIn含有金属酸化物は、Inの含有率を高めることで、キャリア移動度を高めることができる。In−M−Zn酸化物では、主として重金属のs軌道がキャリア伝導に寄与しており、Inの含有率を高くすることにより、より多くのs軌道が重なるため、インジウムの含有率が高い酸化物はInの含有率が低い酸化物と比較してキャリア移動度が高くなる。そのため、金属酸化物膜にInの含有率が高い酸化物を用いることで、キャリア移動度を高めることができる。   For example, an In-containing metal oxide such as an In-M-Zn oxide can increase carrier mobility by increasing the In content. In an In-M-Zn oxide, an s orbital of heavy metal mainly contributes to carrier conduction, and by increasing the In content, more s orbitals overlap, so that the oxide having a high indium content is high. Has higher carrier mobility than an oxide having a low In content. Therefore, carrier mobility can be increased by using an oxide with a high In content for the metal oxide film.

そのため、例えば、In−Ga−Zn酸化物で金属酸化物膜822を形成し、Ga酸化物で金属酸化物膜821、金属酸化物膜823、金属酸化物膜824を形成する。例えば、In−M−Zn酸化物で、金属酸化物膜821乃至金属酸化物膜824を形成する場合、金属酸化物膜822のInの含有率を、金属酸化物膜821、金属酸化物膜823、金属酸化物膜824のそれぞれのInの含有率よりも高くする。In−M−Zn酸化物をスパッタリング法で形成する場合、ターゲットの原子数比を変えることで、In含有率を変化させることができる。   Therefore, for example, the metal oxide film 822 is formed using In—Ga—Zn oxide, and the metal oxide film 821, the metal oxide film 823, and the metal oxide film 824 are formed using Ga oxide. For example, in the case where the metal oxide films 821 to 824 are formed using In-M-Zn oxide, the In content in the metal oxide film 822 is set to the metal oxide film 821 or the metal oxide film 823. The content ratio of In in the metal oxide film 824 is set higher. In the case where an In-M-Zn oxide is formed by a sputtering method, the In content can be changed by changing the atomic ratio of the target.

例えば、金属酸化物膜822の成膜に用いるターゲットの原子数比In:M:Znは、1:1:1、3:1:2、又は4:2:4.1が好ましい。例えば、金属酸化物膜821、金属酸化物膜823、金属酸化物膜824の成膜に用いるターゲットの原子数比In:M:Znは、1:3:2、又は1:3:4が好ましい。In:M:Zn=4:2:4.1のターゲットで成膜したIn−M−Zn酸化物の原子数比は、およそIn:M:Zn=4:2:3である。   For example, the atomic number ratio In: M: Zn of the target used for forming the metal oxide film 822 is preferably 1: 1: 1, 3: 1: 2, or 4: 2: 4.1. For example, the atomic ratio In: M: Zn of the target used for forming the metal oxide film 821, the metal oxide film 823, and the metal oxide film 824 is preferably 1: 3: 2 or 1: 3: 4. . The atomic ratio of the In-M-Zn oxide formed with a target of In: M: Zn = 4: 2: 4.1 is approximately In: M: Zn = 4: 2: 3.

トランジスタ801に安定した電気特性を付与するには、酸化物層830の不純物濃度を低減することが好ましい。金属酸化物において、水素、窒素、炭素、シリコン、及び主成分以外の金属元素は不純物となる。例えば、水素及び窒素はドナー準位の形成に寄与し、キャリア密度を増大させてしまう。また、シリコン及び炭素は金属酸化物中で不純物準位の形成に寄与する。不純物準位はトラップとなり、トランジスタの電気特性を劣化させることがある。   In order to impart stable electric characteristics to the transistor 801, the impurity concentration of the oxide layer 830 is preferably reduced. In the metal oxide, hydrogen, nitrogen, carbon, silicon, and metal elements other than the main component are impurities. For example, hydrogen and nitrogen contribute to the formation of donor levels and increase the carrier density. Silicon and carbon contribute to the formation of impurity levels in the metal oxide. The impurity level becomes a trap and may deteriorate the electrical characteristics of the transistor.

例えば、酸化物層830は、シリコン濃度が2×1018atoms/cm以下、好ましくは、2×1017atoms/cm以下の領域を有する。酸化物層830の炭素濃度も同様である。 For example, the oxide layer 830 has a region with a silicon concentration of 2 × 10 18 atoms / cm 3 or less, preferably 2 × 10 17 atoms / cm 3 or less. The same applies to the carbon concentration of the oxide layer 830.

例えば、酸化物層830は、アルカリ金属濃度が1×1018atoms/cm以下、好ましくは2×1016atoms/cm以下の領域を有する。酸化物層830のアルカリ土類金属濃度についても同様である。 For example, the oxide layer 830 has a region with an alkali metal concentration of 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less, preferably 2 × 10 16 atoms / cm 3 or less. The same applies to the alkaline earth metal concentration of the oxide layer 830.

例えば、酸化物層830は、窒素濃度が5×1019atoms/cm未満、好ましくは5×1018atoms/cm以下、より好ましくは1×1018atoms/cm以下、さらに好ましくは5×1017atoms/cm以下の領域を有する。 For example, the oxide layer 830 has a nitrogen concentration of less than 5 × 10 19 atoms / cm 3 , preferably 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less, more preferably 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less, and even more preferably 5 It has the area | region of * 10 < 17 > atoms / cm < 3 > or less.

例えば、酸化物層830は、水素濃度が1×1020atoms/cm未満、好ましくは1×1019atoms/cm未満、より好ましくは5×1018atoms/cm未満、さらに好ましくは1×1018atoms/cm未満の領域を有する。 For example, the oxide layer 830 has a hydrogen concentration of less than 1 × 10 20 atoms / cm 3 , preferably less than 1 × 10 19 atoms / cm 3 , more preferably less than 5 × 10 18 atoms / cm 3 , and even more preferably 1 It has a region of less than × 10 18 atoms / cm 3 .

上掲した酸化物層830の不純物濃度は、SIMSにより得られる値である。   The impurity concentration of the oxide layer 830 listed above is a value obtained by SIMS.

金属酸化物膜822が酸素欠損を有する場合、酸素欠損のサイトに水素が入り込むことでドナー準位を形成することがある。その結果、トランジスタ801のオン電流を低下させる要因となる場合がある。なお、酸素欠損のサイトは、水素が入るよりも酸素が入るほうが安定する。したがって、金属酸化物膜822中に酸素を供給して膜中の酸素欠損を低減することで、トランジスタ801のオン電流を大きくすることができる場合がある。また、金属酸化物膜822中の水素を低減し、膜中の酸素欠損のサイトに水素が入り込まないようにすることも、トランジスタ801のオン特性向上に有効である。   In the case where the metal oxide film 822 has oxygen vacancies, hydrogen may enter a site of oxygen vacancies to form donor levels. As a result, the on-state current of the transistor 801 may be reduced. Note that oxygen deficient sites are more stable when oxygen enters than when hydrogen enters. Therefore, in some cases, the on-state current of the transistor 801 can be increased by supplying oxygen into the metal oxide film 822 to reduce oxygen vacancies in the film. It is also effective for improving the on-state characteristics of the transistor 801 to reduce hydrogen in the metal oxide film 822 so that hydrogen does not enter oxygen deficient sites in the film.

金属酸化物に含まれる水素は、金属原子に結合している酸素と反応して水になるため、金属酸化物中に酸素欠損を形成することがある。そして、酸素欠損に水素が入ることで、キャリアである電子が生成されることがある。また、水素の一部が、金属原子に結合している酸素と結合して、キャリアである電子を生成することがある。本発明の一態様に係るトランジスタ801では、主として金属酸化物膜822にチャネル領域が形成されるので、金属酸化物膜822に水素が含まれていると、トランジスタ801はノーマリーオン特性となりやすい。このため、金属酸化物膜822中の水素はできる限り低減されていることが好ましい。   Hydrogen contained in the metal oxide reacts with oxygen bonded to the metal atom to become water, so that oxygen vacancies may be formed in the metal oxide. Then, when hydrogen enters oxygen vacancies, electrons as carriers may be generated. In addition, part of hydrogen may be combined with oxygen bonded to a metal atom to generate electrons that are carriers. In the transistor 801 according to one embodiment of the present invention, a channel region is mainly formed in the metal oxide film 822. Therefore, when the metal oxide film 822 contains hydrogen, the transistor 801 is likely to be normally on. For this reason, it is preferable that hydrogen in the metal oxide film 822 be reduced as much as possible.

図13は、酸化物層830が4層構造の例であるが、本発明の一態様はこれに限定されない。例えば、酸化物層830を金属酸化物膜821又は金属酸化物膜823のない3層構造とすることができる。又は、酸化物層830(金属酸化物膜821乃至金属酸化物膜824)の任意の膜の間、酸化物層830の上、酸化物層830の下のいずれか二箇所以上に、金属酸化物膜821乃至金属酸化物膜824と同様の金属酸化物膜の1層又は複数を設けることができる。   FIG. 13 illustrates an example in which the oxide layer 830 has a four-layer structure; however, one embodiment of the present invention is not limited thereto. For example, the oxide layer 830 can have a three-layer structure without the metal oxide film 821 or the metal oxide film 823. Alternatively, a metal oxide is disposed between any film of the oxide layer 830 (the metal oxide film 821 to the metal oxide film 824), two or more places above the oxide layer 830 and under the oxide layer 830. One or more metal oxide films similar to the films 821 to 824 can be provided.

図14を参照して、金属酸化物膜821、金属酸化物膜822、金属酸化物膜824の積層によって得られる効果を説明する。図14は、トランジスタ801のチャネル形成領域におけるエネルギーバンド構造の模式図である。   The effect obtained by stacking the metal oxide film 821, the metal oxide film 822, and the metal oxide film 824 will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a schematic diagram of an energy band structure in a channel formation region of the transistor 801.

図14において、Ec816e、Ec821e、Ec822e、Ec824e、Ec817eは、それぞれ、絶縁層816、金属酸化物膜821、金属酸化物膜822、金属酸化物膜824、絶縁層817の伝導帯下端のエネルギーを示している。   In FIG. 14, Ec816e, Ec821e, Ec822e, Ec824e, and Ec817e indicate the energy at the lower end of the conduction band of the insulating layer 816, the metal oxide film 821, the metal oxide film 822, the metal oxide film 824, and the insulating layer 817, respectively. ing.

ここで、真空準位と伝導帯下端のエネルギーとの差(電子親和力ともいう。)は、真空準位と価電子帯上端のエネルギーとの差(イオン化ポテンシャルともいう。)からバンドギャップを引いた値となる。なお、バンドギャップは、分光エリプソメータ(HORIBA JOBIN YVON社 UT−300)を用いて測定できる。また、真空準位と価電子帯上端のエネルギー差は、紫外線光電子分光分析(UPS:Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy)装置(PHI社 VersaProbe)を用いて測定できる。   Here, the difference between the vacuum level and the energy at the bottom of the conduction band (also referred to as electron affinity) is obtained by subtracting the band gap from the difference between the vacuum level and the energy at the top of the valence band (also referred to as ionization potential). Value. The band gap can be measured using a spectroscopic ellipsometer (HORIBA JOBIN YVON UT-300). The energy difference between the vacuum level and the upper end of the valence band can be measured using an ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) apparatus (PHI VersaProbe).

絶縁層816、絶縁層817は絶縁体であるため、Ec816eとEc817eは、Ec821e、Ec822e、及びEc824eよりも真空準位に近い(電子親和力が小さい。)。   Since the insulating layers 816 and 817 are insulators, Ec816e and Ec817e are closer to the vacuum level (having a lower electron affinity) than Ec821e, Ec822e, and Ec824e.

金属酸化物膜822は、金属酸化物膜821、金属酸化物膜824よりも電子親和力が大きい。例えば、金属酸化物膜822と金属酸化物膜821との電子親和力の差、及び金属酸化物膜822と金属酸化物膜824との電子親和力の差は、それぞれ、0.07eV以上1.3eV以下である。該電子親和力の差は、0.1eV以上0.7eV以下が好ましく、0.15eV以上0.4eV以下がさらに好ましい。   The metal oxide film 822 has higher electron affinity than the metal oxide film 821 and the metal oxide film 824. For example, the difference in electron affinity between the metal oxide film 822 and the metal oxide film 821 and the difference in electron affinity between the metal oxide film 822 and the metal oxide film 824 are 0.07 eV or more and 1.3 eV or less, respectively. It is. The difference in electron affinity is preferably 0.1 eV or more and 0.7 eV or less, and more preferably 0.15 eV or more and 0.4 eV or less.

トランジスタ801のゲート電極(導電層850)に電圧を印加すると、金属酸化物膜821、金属酸化物膜822、金属酸化物膜824のうち、電子親和力が最も大きい金属酸化物膜822に主にチャネル領域が形成される。   When voltage is applied to the gate electrode (the conductive layer 850) of the transistor 801, a channel is mainly formed in the metal oxide film 822 having the highest electron affinity among the metal oxide film 821, the metal oxide film 822, and the metal oxide film 824. A region is formed.

In−Ga酸化物は、小さい電子親和力と、高い酸素ブロック性を有する。そのため、金属酸化物膜824がIn−Ga酸化物を含むと好ましい。Ga原子割合[Ga/(In+Ga)]は、例えば、70%以上、好ましくは80%以上、さらに好ましくは90%以上とする。   In—Ga oxide has a small electron affinity and a high oxygen blocking property. Therefore, the metal oxide film 824 preferably contains an In—Ga oxide. The Ga atom ratio [Ga / (In + Ga)] is, for example, 70% or more, preferably 80% or more, and more preferably 90% or more.

また、金属酸化物膜821と金属酸化物膜822との間には、金属酸化物膜821と金属酸化物膜822の混合領域が存在する場合がある。また、金属酸化物膜824と金属酸化物膜822との間には、金属酸化物膜824と金属酸化物膜822の混合領域が存在する場合がある。該混合領域における界面準位密度は、金属酸化物膜821と絶縁層816との間の界面準位密度や金属酸化物膜824と絶縁層817との間の界面準位密度に比べて低い。そのため、金属酸化物膜821、金属酸化物膜822、金属酸化物膜824の積層されている領域は、それぞれの界面近傍においてエネルギーが連続的に変化する(連続接合ともいう。)バンド構造となる。   There may be a mixed region of the metal oxide film 821 and the metal oxide film 822 between the metal oxide film 821 and the metal oxide film 822. There may be a mixed region of the metal oxide film 824 and the metal oxide film 822 between the metal oxide film 824 and the metal oxide film 822. The interface state density in the mixed region is lower than the interface state density between the metal oxide film 821 and the insulating layer 816 and the interface state density between the metal oxide film 824 and the insulating layer 817. Therefore, a region where the metal oxide film 821, the metal oxide film 822, and the metal oxide film 824 are stacked has a band structure in which energy continuously changes (also referred to as continuous bonding) in the vicinity of each interface. .

このようなエネルギーバンド構造を有する酸化物層830において、キャリアである電子は、主に金属酸化物膜822を移動することになる。そのため、金属酸化物膜821と絶縁層816との界面、又は、金属酸化物膜824と絶縁層817との界面に準位が存在したとしても、これらの界面準位により、酸化物層830中を移動する電子の移動が阻害されにくくなるため、トランジスタ801のオン電流を高くすることができる。   In the oxide layer 830 having such an energy band structure, electrons that are carriers move mainly through the metal oxide film 822. Therefore, even if a level exists at the interface between the metal oxide film 821 and the insulating layer 816 or the interface between the metal oxide film 824 and the insulating layer 817, the interface level causes the oxide layer 830 to Therefore, the on-state current of the transistor 801 can be increased.

また、図14に示すように、金属酸化物膜821と絶縁層816の界面近傍、及び金属酸化物膜824と絶縁層817の界面近傍には、それぞれ、不純物や欠陥に起因したトラップ準位Et826e、トラップ準位Et827eが形成され得るものの、金属酸化物膜821、金属酸化物膜824があることにより、金属酸化物膜822をトラップ準位Et826e、トラップ準位Et827eから離間することができる。そのため、金属酸化物膜822を移動する電子がトラップ準位Et826e、トラップ準位Et827eに捕獲されにくくなり、当該電子捕獲がトランジスタ801の電気特性や信頼性に悪影響を及ぼす(後述)ことを防止することができる。   As shown in FIG. 14, trap levels Et826e caused by impurities and defects are present near the interface between the metal oxide film 821 and the insulating layer 816 and near the interface between the metal oxide film 824 and the insulating layer 817, respectively. Although the trap level Et827e can be formed, the metal oxide film 821 and the metal oxide film 824 can separate the metal oxide film 822 from the trap level Et826e and the trap level Et827e. Therefore, electrons moving through the metal oxide film 822 are not easily captured by the trap level Et826e and the trap level Et827e, and the electron capture is prevented from adversely affecting the electrical characteristics and reliability of the transistor 801 (described later). be able to.

なお、Ec821eとEc822eとの差が小さい場合、金属酸化物膜822の電子が該エネルギー差を越えてトラップ準位Et826eに達することがある。トラップ準位Et826eに電子が捕獲されると、絶縁層816の界面にマイナスの固定電荷が生じ、トランジスタ801の閾値電圧をプラス方向にシフトさせてしまう。Ec822eとEc824eとのエネルギー差が小さい場合も同様である。   Note that in the case where the difference between Ec821e and Ec822e is small, electrons in the metal oxide film 822 may reach the trap level Et826e exceeding the energy difference. When electrons are trapped in the trap level Et826e, negative fixed charges are generated at the interface of the insulating layer 816, and the threshold voltage of the transistor 801 is shifted in the positive direction. The same applies when the energy difference between Ec822e and Ec824e is small.

トランジスタ801の閾値電圧の変動が低減され、トランジスタ801の電気特性を良好なものとするため、Ec821eとEc822eとの差、Ec824eとEc822eとの差を、それぞれ0.1eV以上とすることが好ましく、0.15eV以上とすることがより好ましい。   In order to reduce the variation in the threshold voltage of the transistor 801 and improve the electrical characteristics of the transistor 801, it is preferable that the difference between Ec821e and Ec822e and the difference between Ec824e and Ec822e be 0.1 eV or more, More preferably, it is 0.15 eV or more.

なお、トランジスタ801は、ボトムゲート電極(導電層853)を有さない構造とすることもできる。   Note that the transistor 801 can have a structure without the bottom gate electrode (the conductive layer 853).

<CAC−OS>
次に、CAC−OSについて説明する。CAC−OSは、OSトランジスタのチャネル形成領域に含まれていてもよい。
<CAC-OS>
Next, the CAC-OS will be described. The CAC-OS may be included in the channel formation region of the OS transistor.

CAC−OSは、例えば、金属酸化物を構成する元素が、0.5nm以上10nm以下、好ましくは、1nm以上2nm以下、又はその近傍のサイズで偏在した材料の一構成である。なお、以下では、金属酸化物において、一つあるいはそれ以上の金属元素が偏在し、該金属元素を有する領域が、0.5nm以上10nm以下、好ましくは、1nm以上2nm以下、又はその近傍のサイズで混合した状態をモザイク状、又はパッチ状ともいう。   The CAC-OS is one structure of a material in which elements constituting a metal oxide are unevenly distributed with a size of 0.5 nm to 10 nm, preferably 1 nm to 2 nm, or the vicinity thereof. In the following, in the metal oxide, one or more metal elements are unevenly distributed, and the region having the metal element has a size of 0.5 nm to 10 nm, preferably 1 nm to 2 nm, or the vicinity thereof. The state mixed with is also referred to as mosaic or patch.

なお、金属酸化物は、少なくともインジウムを含むことが好ましい。特にインジウム及び亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、又はマグネシウムなどから選ばれた一種、又は複数種が含まれていてもよい。   Note that the metal oxide preferably contains at least indium. In particular, it is preferable to contain indium and zinc. In addition, aluminum, gallium, yttrium, copper, vanadium, beryllium, boron, silicon, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, magnesium, etc. One kind selected from the above or a plurality of kinds may be included.

例えば、In−Ga−Zn酸化物におけるCAC−OS(CAC−OSの中でもIn−Ga−Zn酸化物を、特にCAC−IGZOと呼称してもよい。)とは、インジウム酸化物(以下、InOX1(X1は0よりも大きい実数)とする。)、又はインジウム亜鉛酸化物(以下、InX2ZnY2Z2(X2、Y2、及びZ2は0よりも大きい実数)とする。)と、ガリウム酸化物(以下、GaOX3(X3は0よりも大きい実数)とする。)、又はガリウム亜鉛酸化物(以下、GaX4ZnY4Z4(X4、Y4、及びZ4は0よりも大きい実数)とする。)などと、に材料が分離することでモザイク状となり、モザイク状のInOX1、又はInX2ZnY2Z2が、膜中に均一に分布した構成(以下、クラウド状ともいう。)である。 For example, a CAC-OS in In-Ga-Zn oxide (In-Ga-Zn oxide among CAC-OSs may be referred to as CAC-IGZO in particular) is an indium oxide (hereinafter referred to as InO). X1 (X1 is greater real than 0) and.), or indium zinc oxide (hereinafter, in X2 Zn Y2 O Z2 ( X2, Y2, and Z2 is larger real than 0) and a.), gallium An oxide (hereinafter referred to as GaO X3 (X3 is a real number greater than 0)) or a gallium zinc oxide (hereinafter referred to as Ga X4 Zn Y4 O Z4 (where X4, Y4, and Z4 are greater than 0)) to.) and the like, the material becomes mosaic by separate into, mosaic InO X1, or in X2 Zn Y2 O Z2 is configured uniformly distributed in the film (hereinafter, cloud Also referred to.) A.

つまり、CAC−OSは、GaOX3が主成分である領域と、InX2ZnY2Z2、又はInOX1が主成分である領域とが、混合している構成を有する複合金属酸化物である。なお、本明細書において、例えば、第1の領域の元素Mに対するInの原子数比が、第2の領域の元素Mに対するInの原子数比よりも大きいことを、第1の領域は、第2の領域と比較して、Inの濃度が高いとする。 That, CAC-OS includes a region GaO X3 is the main component, In X2 Zn Y2 O Z2, or InO X1 there is a region which is a main component, a composite metal oxide having a structure that is mixed. Note that in this specification, for example, the first region indicates that the atomic ratio of In to the element M in the first region is larger than the atomic ratio of In to the element M in the second region. It is assumed that the concentration of In is higher than that in the second region.

なお、IGZOは通称であり、In、Ga、Zn、及びOによる1つの化合物をいう場合がある。代表例として、InGaO(ZnO)m1(m1は自然数)、又はIn(1+x0)Ga(1−x0)(ZnO)m0(−1≦x0≦1、m0は任意数)で表される結晶性の化合物が挙げられる。 Note that IGZO is a common name and sometimes refers to one compound of In, Ga, Zn, and O. As a typical example, InGaO 3 (ZnO) m1 (m1 is a natural number) or In (1 + x0) Ga (1-x0) O 3 (ZnO) m0 (−1 ≦ x0 ≦ 1, m0 is an arbitrary number) A crystalline compound may be mentioned.

上記結晶性の化合物は、単結晶構造、多結晶構造、又はCAAC構造を有する。なお、CAAC構造とは、複数のIGZOのナノ結晶がc軸配向を有し、かつa−b面においては配向せずに連結した結晶構造である。   The crystalline compound has a single crystal structure, a polycrystalline structure, or a CAAC structure. The CAAC structure is a crystal structure in which a plurality of IGZO nanocrystals have c-axis orientation and are connected without being oriented in the ab plane.

一方、CAC−OSは、金属酸化物の材料構成に関する。CAC−OSとは、In、Ga、Zn、及びOを含む材料構成において、一部にGaを主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にInを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。したがって、CAC−OSにおいて、結晶構造は副次的な要素である。   On the other hand, CAC-OS relates to a material structure of a metal oxide. CAC-OS refers to a region that is observed in the form of nanoparticles mainly composed of Ga in a material structure including In, Ga, Zn, and O, and nanoparticles that are partially composed mainly of In. The region observed in a shape is a configuration in which the regions are randomly dispersed in a mosaic shape. Therefore, in the CAC-OS, the crystal structure is a secondary element.

なお、CAC−OSは、組成の異なる二種類以上の膜の積層構造は含まないものとする。例えば、Inを主成分とする膜と、Gaを主成分とする膜との2層からなる構造は、含まない。   Note that the CAC-OS does not include a stacked structure of two or more kinds of films having different compositions. For example, a structure composed of two layers of a film mainly containing In and a film mainly containing Ga is not included.

なお、GaOX3が主成分である領域と、InX2ZnY2Z2、又はInOX1が主成分である領域とは、明確な境界を観察することが困難な場合がある。 Incidentally, a region GaO X3 is the main component, In X2 Zn Y2 O Z2, or the region InO X1 is the main component, it may be difficult to observe a clear boundary.

なお、ガリウムの代わりに、アルミニウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、又はマグネシウムなどから選ばれた一種、又は複数種が含まれている場合、CAC−OSは、一部に該金属元素を主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にInを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。   Instead of gallium, selected from aluminum, yttrium, copper, vanadium, beryllium, boron, silicon, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, magnesium, etc. In the case where one or more types are included, the CAC-OS includes a region observed in a part of a nanoparticle mainly including the metal element and a nano part mainly including In. The region observed in the form of particles refers to a configuration in which each region is randomly dispersed in a mosaic shape.

CAC−OSは、例えば、基板を意図的に加熱しない条件で、スパッタリング法により形成することができる。また、CAC−OSをスパッタリング法で形成する場合、成膜ガスとして、不活性ガス(代表的にはアルゴン)、酸素ガス、及び窒素ガスの中から選ばれたいずれか一つ又は複数を用いればよい。また、成膜時の成膜ガスの総流量に対する酸素ガスの流量比は低いほど好ましく、例えば酸素ガスの流量比を0%以上30%未満、好ましくは0%以上10%以下とすることが好ましい。   The CAC-OS can be formed by a sputtering method under a condition that the substrate is not intentionally heated, for example. In the case where a CAC-OS is formed by a sputtering method, any one or more selected from an inert gas (typically argon), an oxygen gas, and a nitrogen gas may be used as a deposition gas. Good. Further, the flow rate ratio of the oxygen gas to the total flow rate of the deposition gas during film formation is preferably as low as possible. For example, the flow rate ratio of the oxygen gas is 0% to less than 30%, preferably 0% to 10%. .

CAC−OSは、X線回折(XRD:X−ray diffraction)測定法の一つであるOut−of−plane法によるθ/2θスキャンを用いて測定したときに、明確なピークが観察されないという特徴を有する。すなわち、X線回折から、測定領域のa−b面方向、及びc軸方向の配向は見られないことがわかる。   The CAC-OS is characterized in that no clear peak is observed when measured using a θ / 2θ scan by an out-of-plane method, which is one of X-ray diffraction (XRD) measurement methods. Have That is, it can be seen from X-ray diffraction that no orientation in the ab plane direction and c-axis direction of the measurement region is observed.

また、CAC−OSは、プローブ径が1nmの電子線(ナノビーム電子線ともいう。)を照射することで得られる電子線回折パターンにおいて、リング状に輝度の高い領域と、該リング領域に複数の輝点が観測される。したがって、電子線回折パターンから、CAC−OSの結晶構造が、平面方向、及び断面方向において、配向性を有さないnc(nano−crystal)構造を有することがわかる。   In addition, in the CAC-OS, in an electron beam diffraction pattern obtained by irradiating an electron beam with a probe diameter of 1 nm (also referred to as a nanobeam electron beam), a ring-shaped high luminance region and a plurality of regions in the ring region are provided. A bright spot is observed. Therefore, it can be seen from the electron beam diffraction pattern that the crystal structure of the CAC-OS has an nc (nano-crystal) structure having no orientation in the planar direction and the cross-sectional direction.

また、例えば、In−Ga−Zn酸化物におけるCAC−OSでは、エネルギー分散型X線分光法(EDX:Energy Dispersive X−ray spectroscopy)を用いて取得したEDXマッピングにより、GaOX3が主成分である領域と、InX2ZnY2Z2、又はInOX1が主成分である領域とが、偏在し、混合している構造を有することが確認できる。 In addition, for example, in a CAC-OS in an In—Ga—Zn oxide, GaO X3 is a main component by EDX mapping obtained by using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX: Energy Dispersive X-ray spectroscopy). It can be confirmed that the region and the region mainly composed of In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 are unevenly distributed and mixed.

CAC−OSは、金属元素が均一に分布したIGZO化合物とは異なる構造であり、IGZO化合物と異なる性質を有する。つまり、CAC−OSは、GaOX3などが主成分である領域と、InX2ZnY2Z2、又はInOX1が主成分である領域と、に互いに相分離し、各元素を主成分とする領域がモザイク状である構造を有する。 The CAC-OS has a structure different from that of the IGZO compound in which the metal element is uniformly distributed, and has a property different from that of the IGZO compound. That is, in the CAC-OS, a region in which GaO X3 or the like is a main component and a region in which In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 is a main component are phase-separated from each other, and a region in which each element is a main component. Has a mosaic structure.

ここで、InX2ZnY2Z2、又はInOX1が主成分である領域は、GaOX3などが主成分である領域と比較して、導電性が高い領域である。つまり、InX2ZnY2Z2、又はInOX1が主成分である領域を、キャリアが流れることにより、金属酸化物としての導電性が発現する。したがって、InX2ZnY2Z2、又はInOX1が主成分である領域が、金属酸化物中にクラウド状に分布することで、該金属酸化物を用いた半導体素子は高い電界効果移動度を実現できる。 Here, the region containing In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 as a main component is a region having higher conductivity than a region containing GaO X3 or the like as a main component. That, In X2 Zn Y2 O Z2, or InO X1 is a region which is a main component, by carriers flow, conductive metal oxide is expressed. Therefore, a region mainly composed of In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 is distributed in a cloud shape in the metal oxide, so that a semiconductor element using the metal oxide achieves high field effect mobility. it can.

一方、GaOX3などが主成分である領域は、InX2ZnY2Z2、又はInOX1が主成分である領域と比較して、絶縁性が高い領域である。つまり、GaOX3などが主成分である領域が、金属酸化物中に分布することで、該金属酸化物を用いた半導体素子はリーク電流を抑制し、良好なスイッチング動作を実現できる。 On the other hand, areas such as GaO X3 is the main component, In X2 Zn Y2 O Z2, or InO X1 is compared to region which is a main component, has a high area insulation. In other words, when a region containing GaO X3 or the like as a main component is distributed in the metal oxide, a semiconductor element using the metal oxide can suppress a leakage current and realize a favorable switching operation.

したがって、CAC−OSを半導体素子に用いた場合、GaOX3などに起因する絶縁性と、InX2ZnY2Z2、又はInOX1に起因する導電性とが、相補的に作用することにより、該半導体素子は、高いオン電流及び電界効果移動度と低いリーク電流の双方を兼ね備えた良好なスイッチング動作を実現させることができる。 Therefore, when CAC-OS is used for a semiconductor element, the insulating property caused by GaO X3 and the like and the conductivity caused by In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 act complementarily, The semiconductor element can realize a good switching operation having both high on-current and field-effect mobility and low leakage current.

また、CAC−OSを用いた半導体素子は、良好な信頼性を有する。したがって、CAC−OSは、さまざまな半導体装置への適用に最適である。   In addition, a semiconductor element using a CAC-OS has favorable reliability. Therefore, the CAC-OS is optimal for application to various semiconductor devices.

本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。   This embodiment can be combined with any of the other embodiments as appropriate.

(実施の形態6)
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した半導体装置などを電子部品に適用する例、及び該電子部品を具備できる電子機器の例について、図15乃至図18を用いて説明する。
(Embodiment 6)
In this embodiment, an example in which the semiconductor device described in any of the above embodiments is applied to an electronic component, and an example of an electronic device that can include the electronic component will be described with reference to FIGS.

<ウエハ・チップ>
図15(A)は、ダイシング処理が行なわれる前の基板1001の上面図を示している。基板1001としては、例えば、半導体基板(半導体ウエハともいう。)を用いることができる。基板1001上には、複数の回路領域1002が設けられている。回路領域1002には、上記実施の形態に示す半導体装置などを設けることができる。
<Wafer / Chip>
FIG. 15A shows a top view of the substrate 1001 before the dicing process is performed. As the substrate 1001, for example, a semiconductor substrate (also referred to as a semiconductor wafer) can be used. A plurality of circuit regions 1002 are provided on the substrate 1001. In the circuit region 1002, the semiconductor device described in any of the above embodiments can be provided.

複数の回路領域1002は、それぞれが分離領域1003に囲まれている。分離領域1003と重なる位置に分離線(ダイシングラインともいう。)1004が設定される。分離線1004に沿って基板1001を切断することで、回路領域1002を含むチップ1005を基板1001から切り出すことができる。図15(B)にチップ1005の拡大図を示す。   The plurality of circuit regions 1002 are each surrounded by the isolation region 1003. A separation line (also referred to as a dicing line) 1004 is set at a position overlapping the separation region 1003. The chip 1005 including the circuit region 1002 can be cut out from the substrate 1001 by cutting the substrate 1001 along the separation line 1004. FIG. 15B shows an enlarged view of the chip 1005.

また、分離領域1003に導電層や半導体層を設けてもよい。分離領域1003に導電層や半導体層を設けることで、ダイシング工程時に生じ得るESD(Erectro−Static Discharge:静電気放電)を緩和し、ダイシング工程起因の歩留まり低下を防ぐことができる。また、一般にダイシング工程は、基板の冷却、削りくずの除去、帯電防止などを目的として、炭酸ガスなどを溶解させて比抵抗を下げた純水を切削部に流しながら行われる。分離領域1003に導電層や半導体層を設けることで、当該純水の使用量を削減することができる。よって、半導体装置の生産コストを低減することができる。また、半導体装置の生産性を高めることができる。   Further, a conductive layer or a semiconductor layer may be provided in the separation region 1003. By providing a conductive layer or a semiconductor layer in the separation region 1003, ESD (Electro-Static Discharge) that can occur in the dicing process can be reduced, and a decrease in yield due to the dicing process can be prevented. In general, the dicing process is performed while flowing pure water having a reduced specific resistance by dissolving carbon dioxide gas or the like for the purpose of cooling the substrate, removing shavings, preventing charging, and the like. By providing a conductive layer or a semiconductor layer in the separation region 1003, the amount of pure water used can be reduced. Thus, the production cost of the semiconductor device can be reduced. In addition, productivity of the semiconductor device can be increased.

分離領域1003に設ける半導体層としては、バンドギャップが2.5eV以上4.2eV以下、好ましくは2.7eV以上3.5eV以下の材料を用いることが好ましい。このような材料を用いることで、基板1001上に蓄積された電荷をゆっくりと放電することができるため、ESDによる電荷の急激な移動が抑えられ、チップ1005内の各素子の静電破壊を生じにくくすることができる。   As the semiconductor layer provided in the separation region 1003, a material having a band gap of 2.5 eV to 4.2 eV, preferably 2.7 eV to 3.5 eV is preferably used. By using such a material, charges accumulated on the substrate 1001 can be discharged slowly, so that rapid movement of charges due to ESD is suppressed, and electrostatic breakdown of each element in the chip 1005 occurs. Can be difficult.

<電子部品>
チップ1005を電子部品に適用する例について、図16を用いて説明する。なお、電子部品は、半導体パッケージ、又はIC用パッケージともいう。電子部品は、端子取り出し方向や、端子の形状に応じて、複数の規格や名称が存在する。
<Electronic parts>
An example in which the chip 1005 is applied to an electronic component will be described with reference to FIG. Note that the electronic component is also referred to as a semiconductor package or an IC package. There are a plurality of standards and names for electronic components depending on the terminal extraction direction and the shape of the terminals.

電子部品は、組み立て工程(後工程)において、上記実施の形態に示した半導体装置と該半導体装置以外の部品が組み合わされて完成する。   Electronic components are completed by combining the semiconductor device described in the above embodiment and components other than the semiconductor device in an assembly process (post-process).

図16(A)に示すフローチャートを用いて、後工程について説明する。前工程において、上記実施の形態に示した半導体装置を有する素子基板が完成した後、該素子基板の裏面(半導体装置などが形成されていない面)を研削する「裏面研削工程」を行う(ステップS1)。研削により素子基板を薄くすることで、素子基板の反りなどを低減し、電子部品の小型化を図ることができる。   The post-process will be described with reference to the flowchart shown in FIG. In the previous process, after the element substrate having the semiconductor device described in the above embodiment is completed, a “back surface grinding process” is performed in which the back surface of the element substrate (the surface on which the semiconductor device or the like is not formed) is ground (step) S1). By thinning the element substrate by grinding, it is possible to reduce warpage of the element substrate and to reduce the size of the electronic component.

次に、素子基板を複数のチップに分離する「ダイシング工程」を行う(ステップS2)。そして、分離したチップの個々をピックアップして、リードフレーム上に接合する「ダイボンディング工程」を行う(ステップS3)。ダイボンディング工程におけるチップとリードフレームとの接合は、樹脂による接合や、テープによる接合など、適宜製品に応じて適した方法を選択する。なお、リードフレームに代えてインターポーザ基板上にチップを接合してもよい。   Next, a “dicing process” for separating the element substrate into a plurality of chips is performed (step S2). Then, a “die bonding step” is performed in which each separated chip is picked up and bonded onto the lead frame (step S3). For the bonding of the chip and the lead frame in the die bonding process, a suitable method is appropriately selected according to the product, such as bonding with a resin or bonding with a tape. A chip may be bonded on the interposer substrate instead of the lead frame.

次いで、リードフレームのリードとチップ上の電極とを、金属の細線(ワイヤー)で電気的に接続する「ワイヤーボンディング工程」を行う(ステップS4)。金属の細線には、銀線や金線を用いることができる。また、ワイヤーボンディングは、ボールボンディングや、ウェッジボンディングを用いることができる。   Next, a “wire bonding process” is performed in which the lead of the lead frame and the electrode on the chip are electrically connected by a thin metal wire (wire) (step S4). A silver wire or a gold wire can be used as the metal thin wire. For wire bonding, ball bonding or wedge bonding can be used.

ワイヤーボンディングされたチップは、エポキシ樹脂などで封止される「封止工程(モールド工程)」が施される(ステップS5)。封止工程を行うことで電子部品の内部が樹脂で充填され、チップに内蔵される回路部やチップとリードを接続するワイヤーを機械的な外力から保護することができ、また水分や埃による特性の劣化(信頼性の低下)を低減することができる。   The wire-bonded chip is subjected to a “sealing process (molding process)” that is sealed with an epoxy resin or the like (step S5). By performing the sealing process, the inside of the electronic component is filled with resin, and the circuit part built in the chip and the wire connecting the chip and the lead can be protected from mechanical external force, and characteristics due to moisture and dust Degradation (decrease in reliability) can be reduced.

次いで、リードフレームのリードをめっき処理する「リードめっき工程」を行う(ステップS6)。めっき処理によりリードの錆を防止し、後にプリント基板に設ける際のはんだ付けをより確実に行うことができる。次いで、リードを切断及び成形加工する「成形加工工程」を行う(ステップS7)。   Next, a “lead plating process” for plating the leads of the lead frame is performed (step S6). The plating process prevents the lead from rusting, and enables more reliable soldering when subsequently provided on the printed circuit board. Next, a “molding process” for cutting and molding the lead is performed (step S7).

次いで、パッケージの表面に印字処理(マーキング)を施す「マーキング工程」を行う(ステップS8)。そして、外観形状の良否や動作不良の有無などを調べる「検査工程」(ステップS9)を経て、電子部品が完成する。   Next, a “marking process” is performed in which a printing process (marking) is performed on the surface of the package (step S8). An electronic component is completed through an “inspection process” (step S9) for checking the appearance shape and the presence or absence of malfunction.

また、完成した電子部品の斜視模式図を図16(B)に示す。図16(B)では、電子部品の一例として、QFP(Quad Flat Package)の斜視模式図を示している。図16(B)に示す電子部品1101は、リード付きの半導体装置を示している。当該半導体装置としては、上記実施の形態に示した半導体装置などを用いることができる。   A perspective schematic view of the completed electronic component is shown in FIG. FIG. 16B shows a schematic perspective view of a QFP (Quad Flat Package) as an example of an electronic component. An electronic component 1101 illustrated in FIG. 16B is a semiconductor device with leads. As the semiconductor device, the semiconductor device described in any of the above embodiments can be used.

図16(B)に示す電子部品1101は、例えばプリント基板1102上に設けられる。このような電子部品1101が複数組み合わされて、それぞれがプリント基板1102上で電気的に接続されることで、電子部品が設けられた基板1103が完成する。完成した基板1103は、電子機器などに用いられる。   An electronic component 1101 illustrated in FIG. 16B is provided over a printed board 1102, for example. A plurality of such electronic components 1101 are combined and electrically connected to each other on the printed circuit board 1102 to complete the substrate 1103 provided with the electronic components. The completed substrate 1103 is used for an electronic device or the like.

<電子機器>
上記の基板1103は、デジタル信号処理、ソフトウェア無線、アビオニクス(通信機器、航法システム、自動操縦装置、飛行管理システム等の航空に関する電子機器)、ASICのプロトタイピング、医療用画像処理、音声認識、暗号、バイオインフォマティクス(生物情報科学)、機械装置のエミュレータ、及び電波天文学における電波望遠鏡等、幅広い分野の電子機器の電子部品(ICチップ)に適用することが可能である。このような電子機器としては、カメラ(ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等)、表示装置、パーソナルコンピュータ(PC)、携帯電話、携帯型を含むゲーム機、携帯型情報端末(スマートフォン、タブレット型情報端末など)、電子書籍端末、ウエアラブル型情報端末(時計型、ヘッドマウント型、ゴーグル型、眼鏡型、腕章型、ブレスレット型、ネックレス型等)、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー等)、複写機、ファクシミリ、プリンタ、プリンタ複合機、現金自動預け入れ払い機(ATM)、自動販売機、家庭用電化製品などが挙げられる。
<Electronic equipment>
The board 1103 includes digital signal processing, software defined radio, avionics (electronic equipment related to aviation such as communication equipment, navigation system, autopilot, and flight management system), ASIC prototyping, medical image processing, voice recognition, and encryption. It can be applied to electronic components (IC chips) of a wide range of electronic devices such as bioinformatics (biological information science), emulators of mechanical devices, and radio telescopes in radio astronomy. Such electronic devices include cameras (video cameras, digital still cameras, etc.), display devices, personal computers (PCs), mobile phones, portable game machines, portable information terminals (smartphones, tablet information terminals, etc.) ), E-book terminal, wearable information terminal (clock type, head mount type, goggles type, glasses type, armband type, bracelet type, necklace type, etc.), navigation system, sound playback device (car audio, digital audio player, etc.) , Copiers, facsimiles, printers, printer multifunction devices, automatic teller machines (ATMs), vending machines, household appliances, and the like.

以下に、図17、図18を参照して、電子機器の構成例を示す。なお、電子機器の表示部には、タッチセンサを有するタッチパネル装置を用いることが好ましい。タッチパネル装置を用いることで、表示部を電子機器の入力部としても機能させることができる。   Hereinafter, a configuration example of the electronic device will be described with reference to FIGS. 17 and 18. Note that a touch panel device having a touch sensor is preferably used for the display portion of the electronic device. By using the touch panel device, the display unit can function as an input unit of the electronic device.

図17(A)、図17(B)に、携帯情報端末2000の一例を示す。携帯情報端末2000は、筐体2001、筐体2002、表示部2003、表示部2004、及びヒンジ部2005等を有する。   An example of the portable information terminal 2000 is shown in FIGS. The portable information terminal 2000 includes a housing 2001, a housing 2002, a display portion 2003, a display portion 2004, a hinge portion 2005, and the like.

筐体2001と筐体2002は、ヒンジ部2005で連結されている。携帯情報端末2000は、図17(A)に示すように折り畳んだ状態から、図17(B)に示すように筐体2001と筐体2002を開くことができる。   The housing 2001 and the housing 2002 are connected by a hinge portion 2005. The portable information terminal 2000 can open the housing 2001 and the housing 2002 as shown in FIG. 17B from the folded state as shown in FIG.

例えば、表示部2003及び表示部2004に文書情報を表示することが可能であり、携帯情報端末2000を電子書籍端末としても用いることができる。また、表示部2003及び表示部2004に静止画像や動画像を表示することもできる。また、表示部2003は、タッチパネルを有していてもよい。   For example, document information can be displayed on the display portion 2003 and the display portion 2004, and the portable information terminal 2000 can be used as an electronic book terminal. Still images and moving images can be displayed on the display portion 2003 and the display portion 2004. The display unit 2003 may have a touch panel.

このように、携帯情報端末2000は、持ち運ぶ際には折り畳んだ状態にできるため、汎用性に優れる。   Thus, since the portable information terminal 2000 can be folded when carried, it is excellent in versatility.

なお、筐体2001及び筐体2002は、電源ボタン、操作ボタン、外部接続ポート、スピーカ、マイク等を有していてもよい。   Note that the housing 2001 and the housing 2002 may include a power button, an operation button, an external connection port, a speaker, a microphone, and the like.

なお、携帯情報端末2000は、表示部2003に設けられたタッチセンサを用いて、文字、図形、イメージを識別する機能を有していてもよい。この場合、例えば、数学又は言語などを学ぶための問題集などを表示する情報端末に対して、指、又はスタイラスペンなどで解答を書き込んで、携帯情報端末2000で正誤の判定を行うといった学習を行うことができる。また、携帯情報端末2000は、音声解読を行う機能を有していてもよい。この場合、例えば、携帯情報端末2000を用いて、外国語の学習などを行うことができる。このような携帯情報端末は、教科書などの教材、又はノートなどとして利用する場合に適している。   Note that the portable information terminal 2000 may have a function of identifying characters, figures, and images using a touch sensor provided in the display portion 2003. In this case, for example, learning is performed such that an answer is written with a finger or a stylus pen on an information terminal that displays a collection of questions for learning mathematics or language, and the mobile information terminal 2000 makes a correct / incorrect determination. It can be carried out. Further, the portable information terminal 2000 may have a function of performing speech decoding. In this case, for example, foreign language learning or the like can be performed using the portable information terminal 2000. Such portable information terminals are suitable for use as teaching materials such as textbooks or notebooks.

図17(C)に携帯情報端末の一例を示す。図17(C)に示す携帯情報端末2010は、筐体2011、表示部2012、操作ボタン2013、外部接続ポート2014、スピーカ2015、マイク2016、カメラ2017等を有する。   FIG. 17C illustrates an example of a portable information terminal. A portable information terminal 2010 illustrated in FIG. 17C includes a housing 2011, a display portion 2012, operation buttons 2013, an external connection port 2014, a speaker 2015, a microphone 2016, a camera 2017, and the like.

携帯情報端末2010は、表示部2012にタッチセンサを備える。電話をかける、あるいは文字を入力するなどのあらゆる操作を、指やスタイラスなどで表示部2012に触れることで行うことができる。   The portable information terminal 2010 includes a touch sensor in the display unit 2012. Various operations such as making a call or inputting characters can be performed by touching the display portion 2012 with a finger or a stylus.

また、操作ボタン2013の操作により、電源のオン、オフ動作や、表示部2012に表示される画像の種類を切り替えることができる。例えば、メール作成画面から、メインメニュー画面に切り替えることができる。   Further, the operation of the operation button 2013 can switch the power on / off operation and the type of image displayed on the display unit 2012. For example, the mail creation screen can be switched to the main menu screen.

また、携帯情報端末2010の内部に、ジャイロセンサ又は加速度センサ等の検出装置を設けることで、携帯情報端末2010の向き(縦か横か)を判断して、表示部2012の画面表示の向きを自動的に切り替えるようにすることができる。また、画面表示の向きの切り替えは、表示部2012に触れること、操作ボタン2013の操作、又はマイク2016を用いた音声入力等により行うこともできる。   Further, by providing a detection device such as a gyro sensor or an acceleration sensor inside the portable information terminal 2010, the orientation (portrait or landscape) of the portable information terminal 2010 is determined, and the screen display direction of the display unit 2012 is determined. It can be switched automatically. The screen display orientation can also be switched by touching the display portion 2012, operating the operation buttons 2013, inputting voice using the microphone 2016, or the like.

携帯情報端末2010は、例えば、電話機、手帳又は情報閲覧装置等から選ばれた一つ又は複数の機能を有する。例えば、携帯情報端末2010はスマートフォンとして用いることができる。また、携帯情報端末2010は、例えば、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、動画再生、インターネット通信、ゲームなどの種々のアプリケーションを実行することができる。   The portable information terminal 2010 has one or more functions selected from, for example, a telephone, a notebook, an information browsing device, or the like. For example, the portable information terminal 2010 can be used as a smartphone. The mobile information terminal 2010 can execute various applications such as mobile phone, e-mail, text browsing and creation, music playback, video playback, Internet communication, and games.

図17(D)に、カメラの一例を示す。カメラ2020は、筐体2021、表示部2022、操作ボタン2023、シャッターボタン2024等を有する。またカメラ2020には、着脱可能なレンズ2026が取り付けられている。   FIG. 17D illustrates an example of a camera. The camera 2020 includes a housing 2021, a display portion 2022, operation buttons 2023, a shutter button 2024, and the like. The camera 2020 is provided with a detachable lens 2026.

ここでは、カメラ2020として、レンズ2026を筐体2021から取り外して交換することが可能な構成としたが、レンズ2026と筐体2021とが一体となっていてもよい。   Although the lens 2020 can be removed from the housing 2021 and replaced as the camera 2020 here, the lens 2026 and the housing 2021 may be integrated.

カメラ2020は、シャッターボタン2024を押すことにより、静止画、又は動画を撮像することができる。また、表示部2022はタッチパネルとしての機能を有し、表示部2022をタッチすることにより撮像することも可能である。   The camera 2020 can capture a still image or a moving image by pressing a shutter button 2024. In addition, the display portion 2022 has a function as a touch panel and can capture an image by touching the display portion 2022.

なお、カメラ2020は、ストロボ装置や、ビューファインダーなどを別途装着することができる。又は、これらが筐体2021に組み込まれていてもよい。   The camera 2020 can be separately attached with a strobe device, a viewfinder, and the like. Alternatively, these may be incorporated in the housing 2021.

図18(A)に示すノート型PC(パーソナルコンピュータ)2050は、筐体2051、表示部2052、キーボード2053、ポインティングデバイス2054を有する。表示部2052のタッチ操作で、ノート型PC2050を操作することもできる。   A notebook PC (personal computer) 2050 illustrated in FIG. 18A includes a housing 2051, a display portion 2052, a keyboard 2053, and a pointing device 2054. The notebook PC 2050 can be operated by a touch operation on the display portion 2052.

図18(B)に示す携帯型遊技機2110は、筐体2111、表示部2112、スピーカ2113、LEDランプ2114、操作キーボタン2115、接続端子2116、カメラ2117、マイクロホン2118、記録媒体読込部2119を有する。   A portable game machine 2110 illustrated in FIG. 18B includes a housing 2111, a display portion 2112, a speaker 2113, an LED lamp 2114, operation key buttons 2115, a connection terminal 2116, a camera 2117, a microphone 2118, and a recording medium reading portion 2119. Have.

図18(C)に示す自動車2170は、車体2171、車輪2172、ダッシュボード2173、及びライト2174等を有する。なお、自動車2170は表示部を有していてもよい。   An automobile 2170 illustrated in FIG. 18C includes a vehicle body 2171, wheels 2172, a dashboard 2173, lights 2174, and the like. Note that the automobile 2170 may have a display portion.

上記の各種電子機器には、本発明の一態様に係る記憶装置、コンピュータなどを設けることができる。これにより、信頼性の高い電子機器を実現することができる。また、上記の電子機器に本発明の一態様に係る記憶装置を搭載した制御回路を設け、電子機器の表示部に本発明の一態様に係る表示部を設けることにより、信頼性の高い表示システムを実現することができる。   The above various electronic devices can be provided with a memory device, a computer, or the like according to one embodiment of the present invention. Thereby, a highly reliable electronic device can be realized. A display system with high reliability is provided by providing the electronic device with a control circuit including the memory device according to one embodiment of the present invention and providing the display portion according to one embodiment of the present invention in the display portion of the electronic device. Can be realized.

本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。   This embodiment can be combined with any of the other embodiments as appropriate.

10 メモリセルアレイ
100 記憶装置
110 セルアレイ
120 駆動回路部
130 駆動回路
131 デコーダ
132 行ドライバ
133 センスアンプ
140 駆動回路
141 デコーダ
142 列ドライバ
143 センスアンプ
144 プリチャージ回路
160 制御回路
170 出力回路
300 コンピュータ
310 入力装置
320 出力装置
330 中央演算処理装置
331 制御回路
332 演算回路
333 記憶装置
334 記憶装置
340 主記憶装置
400 表示システム
410 表示部
411 表示ユニット
411a 表示ユニット
411b 表示ユニット
412 タッチセンサユニット
420 制御回路
421 インターフェース
422 フレームメモリ
423 デコーダ
424 センサコントローラ
425 コントローラ
426 クロック生成回路
430 画像処理部
431 ガンマ補正回路
432 調光回路
433 調色回路
434 EL補正回路
441 記憶装置
442 タイミングコントローラ
443 レジスタ
450 駆動回路
451 ソースドライバ
451a ソースドライバ
451b ソースドライバ
461 タッチセンサコントローラ
470 ホスト
480 光センサ
481 外光
500 表示装置
501 画素部
502 画素ユニット
503 駆動回路
503a 駆動回路
503b 駆動回路
504 駆動回路
504a 駆動回路
504b 駆動回路
505a 画素
505b 画素
506b 副画素
506bb 副画素
506bg 副画素
506br 副画素
506bw 副画素
510 液晶素子
520 発光素子
520b 発光素子
520g 発光素子
520r 発光素子
520w 発光素子
530 導電層
530a 導電層
530b 導電層
540 開口
551 基板
561 基板
562 表示領域
564 回路
565 配線
572 FPC
573 IC
612 液晶
613 導電層
617 絶縁層
621 絶縁層
630 偏光板
631 着色層
632 遮光層
633a 配向膜
633b 配向膜
634 着色層
641 接着層
642 接着層
691 導電層
692 EL層
693a 導電層
693b 導電層
701 トランジスタ
704 接続部
705 トランジスタ
706 トランジスタ
707 接続部
711 絶縁層
712 絶縁層
713 絶縁層
714 絶縁層
715 絶縁層
716 絶縁層
717 絶縁層
720 絶縁層
721 導電層
722 導電層
723 導電層
724 導電層
731 半導体層
742 接続層
743 接続体
752 接続部
801 トランジスタ
811 絶縁層
812 絶縁層
813 絶縁層
814 絶縁層
815 絶縁層
816 絶縁層
817 絶縁層
818 絶縁層
819 絶縁層
820 絶縁層
821 金属酸化物膜
822 金属酸化物膜
823 金属酸化物膜
824 金属酸化物膜
830 酸化物層
850 導電層
850a 導電層
850b 導電層
851 導電層
852 導電層
853 導電層
853a 導電層
853b 導電層
1001 基板
1002 回路領域
1003 分離領域
1004 分離線
1005 チップ
1101 電子部品
1102 プリント基板
1103 基板
2000 携帯情報端末
2001 筐体
2002 筐体
2003 表示部
2004 表示部
2005 ヒンジ部
2010 携帯情報端末
2011 筐体
2012 表示部
2013 操作ボタン
2014 外部接続ポート
2015 スピーカ
2016 マイク
2017 カメラ
2020 カメラ
2021 筐体
2022 表示部
2023 操作ボタン
2024 シャッターボタン
2026 レンズ
2050 ノート型PC
2051 筐体
2052 表示部
2053 キーボード
2054 ポインティングデバイス
2110 携帯型遊技機
2111 筐体
2112 表示部
2113 スピーカ
2114 LEDランプ
2115 操作キーボタン
2116 接続端子
2117 カメラ
2118 マイクロホン
2119 記録媒体読込部
2170 自動車
2171 車体
2172 車輪
2173 ダッシュボード
2174 ライト
10 memory cell array 100 storage device 110 cell array 120 drive circuit unit 130 drive circuit 131 decoder 132 row driver 133 sense amplifier 140 drive circuit 141 decoder 142 column driver 143 sense amplifier 144 precharge circuit 160 control circuit 170 output circuit 300 computer 310 input device 320 Output device 330 Central processing unit 331 Control circuit 332 Operation circuit 333 Storage device 334 Storage device 340 Main storage device 400 Display system 410 Display unit 411 Display unit 411a Display unit 411b Display unit 412 Touch sensor unit 420 Control circuit 421 Interface 422 Frame memory 423 Decoder 424 Sensor controller 425 Controller 426 Clock generation circuit 430 Image processing Unit 431 gamma correction circuit 432 light adjustment circuit 433 color adjustment circuit 434 EL correction circuit 441 storage device 442 timing controller 443 register 450 drive circuit 451 source driver 451a source driver 451b source driver 461 touch sensor controller 470 host 480 optical sensor 481 external light 500 Display device 501 Pixel unit 502 Pixel unit 503 Drive circuit 503a Drive circuit 503b Drive circuit 504 Drive circuit 504a Drive circuit 504b Drive circuit 505a Pixel 505b Pixel 506b Subpixel 506bb Subpixel 506bg Subpixel 506br Subpixel 506bw Subpixel 510 Liquid crystal element 520 Element 520b Light emitting element 520g Light emitting element 520r Light emitting element 520w Light emitting element 530 Conductive layer 530a Conductive layer 530b Conductive layer 40 opening 551 substrate 561 substrate 562 display area 564 circuit 565 wiring 572 FPC
573 IC
612 Liquid crystal 613 Conductive layer 617 Insulating layer 621 Insulating layer 630 Polarizing layer 632 Colored layer 632 Light shielding layer 633a Aligned film 633b Aligned film 634 Colored layer 641 Adhesive layer 642 Adhesive layer 691 Conductive layer 692 EL layer 693a Conductive layer 693b Conductive layer 701 Transistor 704 Connection portion 705 Transistor 706 Transistor 707 Connection portion 711 Insulating layer 712 Insulating layer 713 Insulating layer 714 Insulating layer 715 Insulating layer 716 Insulating layer 717 Insulating layer 720 Insulating layer 721 Insulating layer 722 Insulating layer 723 Insulating layer 724 Insulating layer 731 Semiconductor layer 742 Layer 743 Connection body 752 Connection portion 801 Transistor 811 Insulating layer 812 Insulating layer 813 Insulating layer 814 Insulating layer 815 Insulating layer 817 Insulating layer 818 Insulating layer 819 Insulating layer 820 Insulating layer 821 Metal oxide film 822 Metal oxide film 823 Metal oxide film 824 Metal oxide film 830 Oxide layer 850 Conductive layer 850a Conductive layer 850b Conductive layer 851 Conductive layer 852 Conductive layer 853 Conductive layer 853a Conductive layer 853b Conductive layer 1001 Substrate 1002 Circuit region 1003 Isolation region 1004 Separation line 1005 Chip 1101 Electronic component 1102 Printed circuit board 1103 Board 2000 Mobile information terminal 2001 Case 2002 Case 2003 Display unit 2004 Display unit 2005 Hinge unit 2010 Mobile information terminal 2011 Case 2012 Display unit 2013 Operation button 2014 External connection port 2015 Speaker 2016 Microphone 2017 Camera 2020 Camera 2021 Case 2022 Display unit 2023 Operation button 2024 Shutter button 2026 Lens 2050 Notebook PC
2051 Case 2052 Display unit 2053 Keyboard 2054 Pointing device 2110 Portable game machine 2111 Case 2112 Display unit 2113 Speaker 2114 LED lamp 2115 Operation key button 2116 Connection terminal 2117 Camera 2118 Microphone 2119 Recording medium reading unit 2170 Car 2171 Car body 2172 Wheel 2173 Dashboard 2174 Light

Claims (9)

第1のトランジスタと第2のトランジスタ、及び第1の容量素子と第2の容量素子を有し、
前記第1のトランジスタのソース又はドレインの一方と、前記第1の容量素子の一方の電極と、前記第2のトランジスタのゲートとは、電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのソース又はドレインの一方と、前記第2の容量素子の一方の電極と、前記第1のトランジスタのゲートとは、電気的に接続されることを特徴とする半導体装置。
A first transistor and a second transistor, and a first capacitor and a second capacitor;
One of a source and a drain of the first transistor, one electrode of the first capacitor, and a gate of the second transistor are electrically connected,
One of the source and the drain of the second transistor, the one electrode of the second capacitor, and the gate of the first transistor are electrically connected to each other.
請求項1において、
前記第1のトランジスタのソース又はドレインの一方と、前記第1の容量素子の一方の電極と、前記第2のトランジスタのゲートとは、第1のノードにて電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのソース又はドレインの一方と、前記第2の容量素子の一方の電極と、前記第1のトランジスタのゲートとは、第2のノードにて電気的に接続され、
前記第1のノードに第1の電位が保持され、
前記第2のノードに第2の電位が保持されることを特徴とする半導体装置。
In claim 1,
One of the source and the drain of the first transistor, the one electrode of the first capacitor, and the gate of the second transistor are electrically connected at a first node;
One of a source and a drain of the second transistor, one electrode of the second capacitor, and a gate of the first transistor are electrically connected at a second node;
A first potential is held at the first node;
2. A semiconductor device, wherein a second potential is held at the second node.
請求項2において、
前記第1の電位の保持を行うときには、前記第2の電位の保持をせず、
前記第2の電位の保持を行うときには、前記第1の電位の保持をしないことを特徴とする半導体装置。
In claim 2,
When holding the first potential, do not hold the second potential,
The semiconductor device is characterized in that when the second potential is held, the first potential is not held.
請求項2又は請求項3において、
前記第1の電位の保持時には、前記第1のトランジスタのソース又はドレインの一方、及び前記第2のトランジスタのゲートに電位が印加され、
前記第2の電位の保持時には、前記第2のトランジスタのソース又はドレインの一方、及び前記第1のトランジスタのゲートに電位が印加されることを特徴とする半導体装置。
In claim 2 or claim 3,
When holding the first potential, a potential is applied to one of the source or the drain of the first transistor and the gate of the second transistor,
The semiconductor device is characterized in that, when the second potential is held, a potential is applied to one of a source and a drain of the second transistor and a gate of the first transistor.
請求項2乃至請求項4のいずれか一項において、
前記第1のトランジスタのゲート絶縁体には、前記第1の電位の保持時と前記第2の電位の保持時とで、それぞれ逆の極性の電位が印加され、
前記第2のトランジスタのゲート絶縁体には、前記第1の電位の保持時と前記第2の電位の保持時とで、それぞれ逆の極性の電位が印加されることを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 2 thru | or 4,
The gate insulator of the first transistor is applied with potentials having opposite polarities when the first potential is held and when the second potential is held,
The semiconductor device according to claim 1, wherein a potential having an opposite polarity is applied to the gate insulator of the second transistor when the first potential is held and when the second potential is held.
請求項1乃至請求項5のいずれか一項において、
前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタは、金属酸化物を用いることができることを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 5,
The semiconductor device, wherein the first transistor and the second transistor can use metal oxide.
請求項1乃至請求項6のいずれか一項において、
第1の駆動回路と、第2の駆動回路と、第1乃至第4の配線と、を有し、
前記第1のトランジスタのソース又はドレインの他方と、前記第1の配線とは電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのソース又はドレインの他方と、前記第2の配線とは電気的に接続され、
前記第1の容量素子の他方の電極と、前記第3の配線とは電気的に接続され、
前記第2の容量素子の他方の電極と、前記第4の配線とは電気的に接続され、
前記第1の駆動回路は、前記第1の配線及び前記第2の配線の電位を制御する機能を有し、
前記第2の駆動回路は、前記第3の配線及び前記第4の配線の電位を制御する機能を有
する半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 6,
A first driving circuit; a second driving circuit; and first to fourth wirings;
The other of the source and the drain of the first transistor and the first wiring are electrically connected;
The other of the source and the drain of the second transistor and the second wiring are electrically connected;
The other electrode of the first capacitor and the third wiring are electrically connected;
The other electrode of the second capacitor and the fourth wiring are electrically connected;
The first driving circuit has a function of controlling potentials of the first wiring and the second wiring;
The second driving circuit is a semiconductor device having a function of controlling potentials of the third wiring and the fourth wiring.
請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の半導体装置を用いたフレームメモリ、画像処理部、及び駆動回路を有する制御回路と、表示部と、を有し、
前記フレームメモリは、画像データを記憶する機能を有し、
前記画像処理部は、前記フレームメモリから入力された画像データに画像処理を行い、映像信号を生成する機能を有し、
前記駆動回路は、前記画像処理部から入力された前記映像信号を、前記表示部に出力する機能を有する表示システム。
A control circuit having a frame memory using the semiconductor device according to any one of claims 1 to 7, an image processing unit, and a drive circuit, and a display unit,
The frame memory has a function of storing image data,
The image processing unit has a function of performing image processing on image data input from the frame memory and generating a video signal;
The display circuit having a function of outputting the video signal input from the image processing unit to the display unit.
請求項8において、
前記表示部は、第1の表示ユニットと、第2の表示ユニットと、を有し、
前記第1の表示ユニットは、反射型の液晶素子を有し、
前記第2の表示ユニットは、発光素子を有する表示システム。
In claim 8,
The display unit includes a first display unit and a second display unit,
The first display unit has a reflective liquid crystal element,
The second display unit is a display system having a light emitting element.
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