JP2019071400A - Semiconductor device, display device and semiconductor device manufacturing method - Google Patents

Semiconductor device, display device and semiconductor device manufacturing method Download PDF

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俊光 生内
泰靖 保坂
Hiroyasu Hosaka
泰靖 保坂
光男 増山
Mitsuo Masuyama
光男 増山
俊克 國井
Toshikatsu Kunii
俊克 國井
寛暢 高橋
Hironobu Takahashi
寛暢 高橋
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Kenichi Okazaki
健一 岡崎
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Shunpei Yamazaki
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Abstract

To provide a semiconductor device having good electrical characteristics.SOLUTION: In a semiconductor device, because a metal oxide layer 114 having high barrier properties is provided between a conductive layer 112 and an insulation layer 110, even when metal which is apt to absorb oxygen such as aluminum and copper is used for the conductive layer, diffusion of oxygen from the insulation layer to the conductive layer can be prevented. Alternatively, even when the conductive layer contains hydrogen, supply of hydrogen from the conductive layer to a semiconductor layer 108 via the insulation layer can be inhibited. As a result, carrier density of a region 108i as a channel formation region of the semiconductor layer 108 can be reduced. Alternatively, such a formation where a metal oxide film such as an aluminum oxide film and a hafnium oxide film which does not consist primarily of nitrogen is used between the semiconductor layer 108 and the conductive layer functioning as a gate electrode may be allowable. For that reason, the metal oxide layer 114 can be formed with very little amount of nitrogen oxide which is capable of forming a level in the film.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の一態様は、半導体装置及びその作製方法に関する。本発明の一態様は、表示装置およびその作製方法に関する。   One embodiment of the present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device. One embodiment of the present invention relates to a display device and a method for manufacturing the display device.

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、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. Semiconductor devices, display devices, light-emitting devices, power storage devices, memory devices, electronic devices, lighting devices, input devices, input / output devices, and driving methods thereof are given as technical fields of one embodiment of the present invention disclosed in this specification and the like Or their production methods can be mentioned as an example.

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うる装置全般を指す。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, and the like are one embodiment of a semiconductor device. In addition, 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.

トランジスタに適用可能な半導体材料として、金属酸化物を用いた酸化物半導体が注目されている。例えば、特許文献1では、複数の酸化物半導体層を積層し、当該複数の酸化物半導体層の中で、チャネルとなる酸化物半導体層がインジウム及びガリウムを含み、且つインジウムの割合をガリウムの割合よりも大きくすることで、電界効果移動度(単に移動度、またはμFEという場合がある)を高めた半導体装置が開示されている。   An oxide semiconductor using a metal oxide has attracted attention as a semiconductor material applicable to a transistor. For example, in Patent Document 1, a plurality of oxide semiconductor layers are stacked, and among the plurality of oxide semiconductor layers, the oxide semiconductor layer to be a channel contains indium and gallium, and the ratio of indium is the ratio of gallium A semiconductor device is disclosed in which the field effect mobility (simply referred to as mobility or μFE in some cases) is increased by making the size larger than that.

半導体層に用いることのできる金属酸化物は、スパッタリング法などを用いて形成できるため、大型の表示装置を構成するトランジスタの半導体層に用いることができる。また、多結晶シリコンや非晶質シリコンを用いたトランジスタの生産設備の一部を改良して利用することが可能であるため、設備投資を抑えられる。また、金属酸化物を用いたトランジスタは、非晶質シリコンを用いた場合に比べて高い電界効果移動度を有するため、表示部と駆動回路を一体形成した高機能の表示装置を実現できる。   A metal oxide that can be used for the semiconductor layer can be formed by a sputtering method or the like, and thus can be used for a semiconductor layer of a transistor included in a large display device. In addition, since it is possible to improve and use a part of a production facility of a transistor using polycrystalline silicon or amorphous silicon, facility investment can be suppressed. In addition, since a transistor using a metal oxide has higher field effect mobility than the case where amorphous silicon is used, a high-performance display device in which a display portion and a driver circuit are integrally formed can be realized.

また、酸化物半導体を用いたトランジスタとして、セルフアライン構造のトランジスタが提案されている。当該セルフアライン構造のトランジスタとして、ソース領域及びドレイン領域上に金属膜を形成し、当該金属膜に対して熱処理を行うことで、金属膜を高抵抗化させるとともに、ソース領域およびドレイン領域を低抵抗化させる方法が開示されている(特許文献2参照)。   Further, as a transistor using an oxide semiconductor, a transistor with a self-aligned structure has been proposed. As a transistor having the self-aligned structure, a metal film is formed over the source region and the drain region, and heat treatment is performed on the metal film to increase the resistance of the metal film and to reduce the resistance of the source region and the drain region. Patent Document 2 discloses a method of

特開2014−7399号公報JP, 2014-7399, A 特開2011−228622号公報JP, 2011-228622, A

特許文献2においては、ソース領域およびドレイン領域を低抵抗化させる際に、ソース領域およびドレイン領域上に金属膜を形成し、当該金属膜に対して酸素雰囲気下で熱処理を行っている。熱処理を行うことで、酸化物半導体膜のソース領域およびドレイン領域中には金属膜の構成元素がドーパントとして入り込んで、低抵抗化させている。また、酸素雰囲気下で熱処理を行うことで、導電膜を酸化させ、当該導電膜を高抵抗化させている。ただし、酸素雰囲気下で熱処理を行っているため、酸化物半導体膜中から金属膜が酸素を引き抜く作用が低い。   In Patent Document 2, when the resistance of the source region and the drain region is reduced, a metal film is formed on the source region and the drain region, and heat treatment is performed on the metal film in an oxygen atmosphere. By heat treatment, a constituent element of the metal film is introduced as a dopant into the source region and the drain region of the oxide semiconductor film to reduce resistance. Further, heat treatment is performed in an oxygen atmosphere to oxidize the conductive film and to increase the resistance of the conductive film. However, since heat treatment is performed in an oxygen atmosphere, the metal film has a low effect of extracting oxygen from the oxide semiconductor film.

また、特許文献2においては、チャネル形成領域の酸素濃度については記載されているが、水、水素などの不純物の濃度については、言及されていない。すなわち、チャネル形成領域の高純度化(水、水素などの不純物の低減化、代表的には脱水・脱水素化)が行われていないため、ノーマリーオンのトランジスタ特性となりやすいといった問題があった。なお、ノーマリーオンのトランジスタ特性とは、ゲートに電圧を印加しなくてもチャネルが存在し、トランジスタに電流が流れてしまう状態のことである。一方でノーマリーオフのトランジスタ特性とは、ゲートに電圧を印加しない状態では、トランジスタに電流が流れない状態である。   Further, Patent Document 2 describes the oxygen concentration in the channel formation region, but does not mention the concentration of impurities such as water and hydrogen. That is, there is a problem that the transistor characteristics of normally on are likely to be obtained because the channel formation region is not highly purified (reduction of impurities such as water and hydrogen, typically dehydration / dehydrogenation). . Note that the normally-on transistor characteristic is a state in which a channel is present even when a voltage is not applied to the gate, and current flows in the transistor. On the other hand, the normally-off transistor characteristic is a state in which no current flows in the transistor when no voltage is applied to the gate.

上述の問題に鑑み、本発明の一態様は、トランジスタのソース領域およびドレイン領域を安定して低抵抗化させるとともに、チャネル形成領域を高純度化させることで良好な電気特性を有する半導体装置を提供することを課題の一つとする。   In view of the above problems, one aspect of the present invention provides a semiconductor device having favorable electrical characteristics by stably reducing the resistance of the source region and the drain region of the transistor and by purifying the channel formation region. To be one of the issues.

本発明の一態様は、電気特性の良好な半導体装置を提供することを課題の一とする。または、電気特性の安定した半導体装置を提供することを課題の一とする。または、信頼性の高い半導体装置または表示装置を提供することを課題の一とする。   An object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device with favorable electrical characteristics. Another object is to provide a semiconductor device with stable electrical characteristics. Another object is to provide a highly reliable semiconductor device or a display device.

なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から抽出することが可能である。   Note that the descriptions of these objects do not disturb the existence of other objects. Note that in one embodiment of the present invention, it is not necessary to solve all of these problems. In addition, subjects other than these can be extracted from description of a specification, a drawing, a claim, etc.

本発明の一態様は、金属酸化物層を有する半導体装置であって、金属酸化物層は、第1の金属元素、および第2の金属元素を有し、金属酸化物層は、第1の領域、および第2の領域を有し、第1の領域上の第1の絶縁層と、第1の絶縁層上の導電体と、第1の絶縁層、導電体、および第2の領域を覆うように設けられた第1の層と、を有し、第2の領域と、第1の層との界面近傍において、第3の領域が設けられており、第3の領域における第1の金属元素の濃度は、第2の領域における金属元素の濃度よりも大きい半導体装置である。   One embodiment of the present invention is a semiconductor device including a metal oxide layer, wherein the metal oxide layer includes a first metal element and a second metal element, and the metal oxide layer includes a first metal element. A first insulating layer on the first region, a conductor on the first insulating layer, a first insulating layer, a conductor, and a second region, each having a region and a second region And a third region is provided in the vicinity of the interface between the second region and the first layer, and the first region in the third region is provided. The concentration of the metal element is a semiconductor device larger than the concentration of the metal element in the second region.

上記において、第1の金属元素は、Inであり、第2の金属元素は、Ga、Sn、及びZnの中から選ばれるいずれか一または複数であることが好ましい。   In the above, the first metal element is preferably In, and the second metal element is preferably any one or more selected from Ga, Sn, and Zn.

本発明の一態様は、金属酸化物層を有する半導体装置であって、金属酸化物層は、第1の金属元素、第2の金属元素、および第3の金属元素を有し、金属酸化物層は、第1の領域、および第2の領域を有し、第1の領域上の第1の絶縁層と、第1の絶縁層上の導電体と、第1の絶縁層、導電体、および第2の領域を覆うように設けられた第1の層と、を有し、第2の領域と、第1の層との界面近傍において、第3の領域が設けられており、第3の領域における第1の金属元素の濃度は、第2の領域における金属元素の濃度よりも大きい半導体装置である。   One embodiment of the present invention is a semiconductor device having a metal oxide layer, and the metal oxide layer has a first metal element, a second metal element, and a third metal element, and is a metal oxide. The layer has a first region and a second region, and a first insulating layer on the first region, a conductor on the first insulating layer, a first insulating layer, a conductor, And a first layer provided to cover the second region, and a third region is provided in the vicinity of the interface between the second region and the first layer, The concentration of the first metal element in the second region is higher than the concentration of the metal element in the second region.

上記において、第1の金属元素は、Inであり、第2の金属元素は、Gaであり、第3の金属元素は、Znであることが好ましい。   In the above, it is preferable that the first metal element is In, the second metal element is Ga, and the third metal element is Zn.

上記において、Inの原子数比は、Gaの原子数比よりも大きいことが好ましい。   In the above, the atomic ratio of In is preferably larger than the atomic ratio of Ga.

上記において、第1の層は、アルミニウムを有することが好ましい。   In the above, the first layer preferably comprises aluminum.

上記において、第1の層は、窒化アルミニウムを有することが好ましい。   In the above, the first layer preferably comprises aluminum nitride.

上記において、第2の領域は、第1の領域よりも低抵抗であることが好ましい。   In the above, the second region is preferably lower in resistance than the first region.

上記において、金属酸化物層は、結晶性を有することが好ましい。   In the above, the metal oxide layer preferably has crystallinity.

上記において、金属酸化物層は、結晶部を有し、結晶部は、c軸配向性を有することが好ましい。   In the above, the metal oxide layer preferably has a crystal part, and the crystal part preferably has c-axis orientation.

本発明の一態様により、トランジスタのソース領域およびドレイン領域を安定して低抵抗化させるとともに、チャネル形成領域を高純度化させることで良好な電気特性を有する半導体装置を提供することが可能となる。   According to one embodiment of the present invention, a semiconductor device having favorable electrical characteristics can be provided by stably reducing the resistance of the source region and the drain region of the transistor and by purifying the channel formation region. .

また、本発明の一態様により、電気特性の良好な半導体装置を提供できる。または、電気特性の安定した半導体装置を提供できる。または、信頼性の高い半導体装置または表示装置を提供できる。   According to one embodiment of the present invention, a semiconductor device with favorable electrical characteristics can be provided. Alternatively, a semiconductor device with stable electrical characteristics can be provided. Alternatively, a highly reliable semiconductor device or display device 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。なお、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。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から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. Note that one embodiment of the present invention does not necessarily have all of these effects. Note that effects other than these can be extracted from the description of the specification, drawings, claims and the like.

トランジスタの構成例。Configuration example of a transistor. トランジスタの構成例。Configuration example of a transistor. トランジスタの構成例。Configuration example of a transistor. トランジスタ及び容量素子等の構成例。Structural examples of a transistor, a capacitor, and the like. トランジスタ及び容量素子等の作製方法を説明する図。7A to 7C illustrate a method for manufacturing a transistor, a capacitor, and the like. トランジスタ及び容量素子等の作製方法を説明する図。7A to 7C illustrate a method for manufacturing a transistor, a capacitor, and the like. トランジスタ及び容量素子等の作製方法を説明する図。7A to 7C illustrate a method for manufacturing a transistor, a capacitor, and the like. 表示装置の上面図。FIG. 表示装置の断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view of a display device. 表示装置の断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view of a display device. 表示装置の断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view of a display device. 表示装置の断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view of a display device. 表示装置の断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view of a display device. 表示装置のブロック図及び回路図。6A and 6B are a block diagram and a circuit diagram of a display device. 表示装置のブロック図。FIG. 14 is a block diagram of a display device. 電気機器を説明する図。FIG. 表示モジュールの構成例。Configuration example of display module. 電子機器の構成例。Configuration example of an electronic device. 電子機器の構成例。Configuration example of an electronic device. テレビジョン装置の構成例。The structural example of a television apparatus. 本実施例における試料の抵抗率および透過率を説明する図。The figure explaining the resistivity and the transmittance | permeability of the sample in a present Example. 本実施例における試料のXPSスペクトル。The XPS spectrum of the sample in a present Example. 本実施例における試料のXPSスペクトル。The XPS spectrum of the sample in a present Example. 本実施例における試料のシート抵抗を説明する図。The figure explaining the sheet resistance of the sample in a present Example. 本実施例における試料のg値1.93のESRシグナルを説明する図。The figure explaining ESR signal of g value 1.93 of the sample in a present Example. 本実施例における試料のXPSスペクトル。The XPS spectrum of the sample in a present Example.

以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。ただし、実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、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。従って、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 will be described with reference to the drawings. However, it will be readily understood by those skilled in the art that the embodiments can be practiced in many different aspects and that the form and details can be variously changed without departing from the spirit and scope thereof . Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments below.

(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置の構成例、およびその作製方法例について説明する。以下で例示する半導体装置は、特に表示装置の画素部または駆動回路部に好適に用いることができる。
Embodiment 1
In this embodiment, a structural example of a semiconductor device of one embodiment of the present invention and an example of a manufacturing method thereof will be described. The semiconductor device illustrated below can be particularly suitably used for a pixel portion or a driver circuit portion of a display device.

本発明の一態様は、被形成面上に、チャネルが形成される半導体層と、半導体層上にゲート絶縁層と、ゲート絶縁層上にゲート電極と、を有するトランジスタである。半導体層は、半導体特性を示す金属酸化物(以下、酸化物半導体ともいう)を含んで構成される。以下では、半導体層を第1の金属酸化物層と言う場合がある。   One embodiment of the present invention is a transistor including a semiconductor layer in which a channel is formed, a gate insulating layer over the semiconductor layer, and a gate electrode over the gate insulating layer over a formation surface. The semiconductor layer is configured to include a metal oxide exhibiting semiconductor characteristics (hereinafter, also referred to as an oxide semiconductor). Hereinafter, the semiconductor layer may be referred to as a first metal oxide layer.

ゲート電極とゲート絶縁層とは、それぞれ上面形状が概略一致していることが好ましい。言い換えると、ゲート電極とゲート絶縁層とは、側面が連続するように加工されていることが好ましい。例えば、ゲート絶縁層となる絶縁膜と、ゲート電極となる導電膜を積層した後に、同じエッチングマスクを用いて連続して加工することで形成することができる。または、先に加工したゲート電極をハードマスクとして当該絶縁膜を加工することゲート絶縁層を形成してもよい。   The top surfaces of the gate electrode and the gate insulating layer preferably have substantially the same shape. In other words, the gate electrode and the gate insulating layer are preferably processed so that the side surfaces are continuous. For example, after laminating an insulating film to be a gate insulating layer and a conductive film to be a gate electrode, the gate insulating film can be formed by continuous processing using the same etching mask. Alternatively, the gate insulating layer may be formed by processing the insulating film using the previously processed gate electrode as a hard mask.

ここで、半導体層のゲート電極及びゲート絶縁層と重畳する領域を第1の領域、これらと重畳しない領域を第2の領域としたとき、第1の領域は、チャネル形成領域として機能し、第2の領域はソース領域またはドレイン領域として機能する。このとき、第2の領域は、第1の領域よりも低抵抗であることが望まれる。   Here, when a region overlapping with the gate electrode and the gate insulating layer of the semiconductor layer is a first region and a region not overlapping with these is a second region, the first region functions as a channel formation region, and The region 2 functions as a source region or a drain region. At this time, the second region is desired to have lower resistance than the first region.

本発明の一態様は、半導体層上にゲート絶縁層とゲート電極を形成した後に、半導体層の第2の領域を覆って第1の層を形成し、加熱処理を施すことにより、第2の領域を低抵抗化させる。また、第1の層の形成の際、あるいは加熱処理により、半導体層に含まれる金属元素を第1の層の近傍に析出させる。ここで、金属元素の析出とは、半導体層内において、金属元素と結合する酸素原子が、第1の層に移動することで、金属元素が析出する場合を含む。半導体層、および第1の層における酸素原子や、金属元素の存在比や濃度は、X線光電子分光法(XPS)や、エネルギー分散型X線分光法(EDX)などの分析手法を用いることができる。例えば、半導体層に含まれる金属元素に対して酸素原子の量が相対的に減少すれば、半導体層において、金属元素の濃度は増加したとみなすことができる。   One embodiment of the present invention is a method for forming a second layer by forming a gate insulating layer and a gate electrode over a semiconductor layer, then forming a first layer so as to cover a second region of the semiconductor layer and performing heat treatment. Reduce the resistance of the area. In addition, the metal element contained in the semiconductor layer is deposited in the vicinity of the first layer in the formation of the first layer or by heat treatment. Here, the deposition of the metal element includes the case where the oxygen atom bonded to the metal element in the semiconductor layer is moved to the first layer to precipitate the metal element. The abundance ratio and concentration of oxygen atoms and metal elements in the semiconductor layer and the first layer may be determined using analysis methods such as X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) or energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). it can. For example, when the amount of oxygen atoms relatively decreases with respect to the metal element contained in the semiconductor layer, the concentration of the metal element can be considered to be increased in the semiconductor layer.

第1の層としては、アルミニウム、チタン、タンタル、タングステン、クロム、及びルテニウムなどの金属元素の少なくとも一を含む膜を用いることができる。特に、アルミニウム、チタン、タンタル、及びタングステンの少なくとも一を含むことが好ましい。または、これら金属元素を少なくとも一を含む窒化物、またはこれら金属元素の少なくとも一を含む酸化物を好適に用いることができる。特に、窒化アルミニウム膜、窒化チタン膜、窒化アルミニウムチタン膜などの窒化物膜、酸化アルミニウムチタン膜などの酸化物膜などを好適に用いることができる。または、第1の層として、シリコンを含む窒化物を用いることができる。例えば、シリコンを含む窒化物として、窒化シリコン膜を用いることができる。   As the first layer, a film containing at least one of metal elements such as aluminum, titanium, tantalum, tungsten, chromium, and ruthenium can be used. In particular, it is preferable to contain at least one of aluminum, titanium, tantalum and tungsten. Alternatively, a nitride containing at least one of these metal elements, or an oxide containing at least one of these metal elements can be preferably used. In particular, a nitride film such as an aluminum nitride film, a titanium nitride film, or an aluminum titanium nitride film, an oxide film such as an aluminum titanium oxide film, or the like can be suitably used. Alternatively, a nitride containing silicon can be used as the first layer. For example, a silicon nitride film can be used as a nitride containing silicon.

特に、窒化アルミニウム膜は、絶縁性を有し、かつ可視光に対する透過率が高いため、本実施の形態の半導体装置をELディスプレイや液晶ディスプレイなどの表示装置に用いる場合、第1の層として窒化アルミニウム膜を用いることは好適である。第1の層として、窒化アルミニウム膜を用いる場合、組成式がAlN(xは0より大きく2以下の実数)を満たす膜を用いることが好ましい。 In particular, since the aluminum nitride film has insulating properties and high transmittance to visible light, when the semiconductor device of this embodiment is used for a display device such as an EL display or a liquid crystal display, it is nitrided as the first layer. It is preferred to use an aluminum film. When an aluminum nitride film is used as the first layer, it is preferable to use a film whose composition formula satisfies AlN x (x is a real number greater than 0 and 2 or less).

また、加熱処理の温度は高いほど第2の領域の低抵抗化が促進されるため好ましい。加熱処理の温度は、ゲート電極の耐熱性などを考慮して決定すればよい。例えば、200℃以上500℃以下、好ましくは250℃以上450℃以下、より好ましくは300℃以上400℃以下の温度とすることができる。例えば加熱処理の温度を350℃程度とすることで、大型のガラス基板を用いた生産設備で歩留り良く半導体装置を生産することができる。   Further, the higher the temperature of the heat treatment, the lower the resistance of the second region is promoted, which is preferable. The temperature of the heat treatment may be determined in consideration of the heat resistance of the gate electrode and the like. For example, the temperature can be 200 ° C. to 500 ° C., preferably 250 ° C. to 450 ° C., more preferably 300 ° C. to 400 ° C. For example, by setting the temperature of the heat treatment to about 350 ° C., semiconductor devices can be produced with high yield in a production facility using a large glass substrate.

第1の層の厚さとしては、例えば0.5nm以上40nm以下、好ましくは3nm以上30nm以下、より好ましくは5nm以上20nm以下とすることができる。代表的には、5nm程度、または約20nm程度とすることができる。第1の層は、数nm(具体的には、0.5nm以上10nm以下)と薄い場合であっても、十分に金属酸化物膜を低抵抗化できる。   The thickness of the first layer can be, for example, 0.5 nm or more and 40 nm or less, preferably 3 nm or more and 30 nm or less, and more preferably 5 nm or more and 20 nm or less. Typically, it can be about 5 nm or about 20 nm. Even when the first layer is as thin as several nm (specifically, 0.5 nm or more and 10 nm or less), the resistance of the metal oxide film can be sufficiently reduced.

一方、第1の層は、水素を透過しにくい材料(水素ブロック性を有する材料)を用いることが好ましい。これにより、半導体層の上方から半導体層中への水素の混入や拡散を抑制することができる。また、第1の層は、酸素を透過しにくい材料(酸素ブロック性を有する材料)を用いることが好ましい。これにより、半導体層から酸素の脱離を抑制でき、半導体層中に酸素を閉じ込めることができる。よって、第1の層の膜厚は、金属酸化物膜の低抵抗化、水素ブロック性、および酸素ブロック性を考慮して決定すればよい。   On the other hand, for the first layer, it is preferable to use a material which is difficult to permeate hydrogen (a material having a hydrogen blocking property). Thus, the mixing and diffusion of hydrogen into the semiconductor layer from above the semiconductor layer can be suppressed. In addition, as the first layer, a material which hardly transmits oxygen (a material having an oxygen blocking property) is preferably used. Thus, desorption of oxygen from the semiconductor layer can be suppressed, and oxygen can be confined in the semiconductor layer. Therefore, the thickness of the first layer may be determined in consideration of the resistance reduction, the hydrogen blocking property, and the oxygen blocking property of the metal oxide film.

第2の領域は、第1の領域よりも抵抗が低いため、低抵抗領域とも呼ぶことができる。また、チャネル形成領域となる第1の領域よりもキャリア密度の高い領域とすることが重要である。例えば低抵抗領域は、チャネル形成領域よりも水素を多く含む領域、または、チャネル形成領域よりも酸素欠損を多く含む領域とすることができる。酸化物半導体中の酸素欠損と水素原子とが結合すると、キャリアの発生源となる。   The second region can also be referred to as a low resistance region because it has lower resistance than the first region. In addition, it is important to set a region with higher carrier density than the first region to be a channel formation region. For example, the low-resistance region can be a region containing more hydrogen than the channel formation region or a region containing more oxygen vacancies than the channel formation region. When an oxygen vacancy in the oxide semiconductor and a hydrogen atom are bonded to each other, a carrier is generated.

第2の領域に第1の層を接して設けた状態で、加熱処理を行うことで、第2の領域中の酸素が第1の層に吸引され、第2の領域中に酸素欠損を多く形成することができる。これにより、極めて低抵抗な第2の領域を形成することができる。   By performing heat treatment in a state in which the first layer is provided in contact with the second region, oxygen in the second region is attracted to the first layer, and many oxygen vacancies are generated in the second region. It can be formed. Thereby, a very low resistance second region can be formed.

このように形成された第2の領域のシート抵抗は、1000Ω/square(Ω/sq.)以下が好ましく、500Ω/sq.以下がより好ましい。   The sheet resistance of the second region thus formed is preferably 1000 Ω / square (Ω / sq.) Or less, and 500 Ω / sq. The following are more preferable.

このように形成された第2の領域は、後の処理で高抵抗化しにくいといった特徴を有する。例えば、酸素を含む雰囲気下での加熱処理や、酸素を含む雰囲気下での成膜処理などを行っても、第2の領域の導電性が損なわれる恐れがないため、電気特性が良好で、且つ信頼性の高いトランジスタを実現できる。   The second region thus formed has a feature that it is difficult to increase the resistance in a later process. For example, even if heat treatment in an atmosphere containing oxygen or film formation treatment in an atmosphere containing oxygen is performed, there is no possibility that the conductivity of the second region is impaired, so that the electrical characteristics are excellent. And, a highly reliable transistor can be realized.

ここで、上述した金属酸化物膜の低抵抗化の手法を適用することにより、容量素子の一方の電極を同時に作製することができる。以下、容量素子の電極の作製方法について説明する。   Here, by applying the above-described method for reducing the resistance of the metal oxide film, one electrode of the capacitor can be manufactured at the same time. Hereinafter, a method for manufacturing an electrode of a capacitor is described.

まず、第1の金属酸化物層と同一面上に、第2の金属酸化物層を形成する。第2の金属酸化物層は、第1の金属酸化物層と同じ金属酸化物膜を加工して形成すると工程が増えないため好ましい。続いて、第1の層の形成時に、これを第2の金属酸化物層に接して形成し、加熱処理を経ることで、低抵抗化された第2の金属酸化物層を形成することができる。また、第2の金属酸化物層においても、第1の層の近傍に、金属酸化物層に含まれる金属元素が析出される場合がある。   First, a second metal oxide layer is formed on the same plane as the first metal oxide layer. It is preferable to form the second metal oxide layer by processing the same metal oxide film as the first metal oxide layer because the number of steps is not increased. Subsequently, at the time of forming the first layer, the second layer is formed in contact with the second metal oxide layer, and heat treatment is performed to form the second metal oxide layer with low resistance. it can. Also in the second metal oxide layer, the metal element contained in the metal oxide layer may be precipitated in the vicinity of the first layer.

容量素子の他方の電極は、トランジスタを構成する導電層と同一の導電膜を加工して形成された導電層を好適に用いることができる。例えば容量素子の他方の電極は、トランジスタのソース電極、ドレイン電極、第2のゲート電極などと同一の導電膜を加工して形成することができる。   As the other electrode of the capacitor, a conductive layer formed by processing the same conductive film as the conductive layer included in the transistor can be preferably used. For example, the other electrode of the capacitor can be formed by processing the same conductive film as the source electrode, the drain electrode, the second gate electrode, and the like of the transistor.

ここで、トランジスタのソース電極またはドレイン電極と同一の導電膜を加工して、容量素子の他方の電極を形成した場合、一対の電極の間に絶縁性の第1の層を設けることができる。例えば上述した窒化アルミニウム膜等は、絶縁性が高く、且つ比較的誘電率の高い材料であるため、容量素子の誘電体に好適に用いることが可能となる。   Here, in the case where the same conductive film as the source electrode or the drain electrode of the transistor is processed to form the other electrode of the capacitor, an insulating first layer can be provided between the pair of electrodes. For example, since the above-described aluminum nitride film or the like is a material having a high insulating property and a relatively high dielectric constant, it can be suitably used as a dielectric of a capacitor.

以上のように、本発明の一態様では、トランジスタと容量素子を同一の工程により作製することができる。例えば、液晶素子または発光素子を備える表示装置の画素部や駆動回路部に、当該トランジスタと容量素子を好適に適用することができる。これにより、信頼性の高い表示装置を実現できる。   As described above, in one embodiment of the present invention, the transistor and the capacitor can be manufactured in the same process. For example, the transistor and the capacitor can be suitably applied to a pixel portion or a driver circuit portion of a display device provided with a liquid crystal element or a light emitting element. Thereby, a highly reliable display device can be realized.

以下では、より具体的な例について図面を参照して説明する。   Hereinafter, more specific examples will be described with reference to the drawings.

[構成例1]
図1(A)は、トランジスタ100の上面図であり、図1(B)は、図1(A)に示す一点鎖線A1−A2における切断面の断面図に相当し、図1(C)は、図1(A)に示す一点鎖線B1−B2における切断面の断面図に相当する。なお、図1(A)において、トランジスタ100の構成要素の一部(ゲート絶縁層等)を省略して図示している。また、一点鎖線A1−A2方向をチャネル長方向、一点鎖線B1−B2方向をチャネル幅方向と呼称する場合がある。また、トランジスタの上面図においては、以降の図面においても図1(A)と同様に、構成要素の一部を省略して図示する場合がある。
[Configuration Example 1]
1A is a top view of the transistor 100, FIG. 1B corresponds to a cross-sectional view of a cross section taken along dashed-dotted line A1-A2 in FIG. 1A, and FIG. 1A corresponds to a cross-sectional view taken along a dashed-dotted line B1-B2 shown in FIG. Note that in FIG. 1A, some of components of the transistor 100 (a gate insulating layer or the like) are omitted. In addition, the direction of the dashed-dotted line A1-A2 may be referred to as a channel length direction, and the direction of the dashed-dotted line B1-B2 may be referred to as a channel width direction. In the top view of the transistor, as in FIG. 1A, some of the components may be omitted and illustrated in the following drawings.

トランジスタ100は、絶縁層104、半導体層108、絶縁層110、金属酸化物層114、導電層112、第1の層116、絶縁層118等を有する。半導体層108は、絶縁層104上に設けられる。絶縁層110、金属酸化物層114、及び導電層112は、この順に半導体層108上に積層されている。第1の層116は、絶縁層104、半導体層108の上面及び側面、絶縁層110の側面、金属酸化物層114の側面、及び導電層112の上面及び側面を覆って設けられている。絶縁層118は、第1の層116を覆って設けられている。   The transistor 100 includes the insulating layer 104, the semiconductor layer 108, the insulating layer 110, the metal oxide layer 114, the conductive layer 112, the first layer 116, the insulating layer 118, and the like. The semiconductor layer 108 is provided over the insulating layer 104. The insulating layer 110, the metal oxide layer 114, and the conductive layer 112 are stacked in this order over the semiconductor layer 108. The first layer 116 is provided to cover the insulating layer 104, the top and side surfaces of the semiconductor layer 108, the side surface of the insulating layer 110, the side surface of the metal oxide layer 114, and the top and side surfaces of the conductive layer 112. An insulating layer 118 is provided to cover the first layer 116.

導電層112の一部は、ゲート電極として機能する。絶縁層110の一部は、ゲート絶縁層として機能する。トランジスタ100は、半導体層108上にゲート電極が設けられる、いわゆるトップゲート型のトランジスタである。   A part of the conductive layer 112 functions as a gate electrode. A part of the insulating layer 110 functions as a gate insulating layer. The transistor 100 is a so-called top gate transistor in which a gate electrode is provided over the semiconductor layer 108.

半導体層108は、金属酸化物を含むことが好ましい。半導体層108は、絶縁層110と接する領域108iと、領域108iを挟む一対の領域108nと、を有する。領域108nは、第1の層116が接して設けられている。   The semiconductor layer 108 preferably contains a metal oxide. The semiconductor layer 108 includes a region 108i in contact with the insulating layer 110 and a pair of regions 108n sandwiching the region 108i. The region 108 n is provided in contact with the first layer 116.

半導体層108の、導電層112と重畳する領域108iは、トランジスタ100のチャネル形成領域として機能する。一方、領域108nは、領域108iより抵抗が低く、トランジスタ100のソース領域またはドレイン領域として機能する。   A region 108 i of the semiconductor layer 108 which overlaps with the conductive layer 112 functions as a channel formation region of the transistor 100. The region 108 n has lower resistance than the region 108 i and functions as a source region or a drain region of the transistor 100.

また、導電層112、金属酸化物層114、及び絶縁層110は、上面形状が互いに概略一致している。   In addition, the top surfaces of the conductive layer 112, the metal oxide layer 114, and the insulating layer 110 substantially match each other.

なお、本明細書等において「上面形状が概略一致」とは、積層した層と層との間で少なくとも輪郭の一部が重なることをいう。例えば、上層と下層とが、同一のマスクパターン、または一部が同一のマスクパターンにより加工された場合を含む。ただし、厳密には輪郭が重なり合わず、上層が下層の内側に位置することや、上層が下層の外側に位置することもあり、この場合も「上面形状が概略一致」という。   In the present specification and the like, “the top surface shapes substantially match” means that at least a part of the contours overlap between the stacked layers and the layers. For example, the case where the upper layer and the lower layer are processed by the same mask pattern or a part of the same mask pattern is included. However, strictly speaking, the outlines do not overlap, and the upper layer may be located inside the lower layer, or the upper layer may be located outside the lower layer.

第1の層116は、半導体層108の領域108nに接して設けられる。また、図1(B)に示すように、第1の層116は、半導体層108と導電層112の両方に接するため、第1の層116は絶縁性を有していることが好ましい。   The first layer 116 is provided in contact with the region 108 n of the semiconductor layer 108. Further, as shown in FIG. 1B, since the first layer 116 is in contact with both the semiconductor layer 108 and the conductive layer 112, the first layer 116 preferably has an insulating property.

第1の層116としては、アルミニウム、チタン、タンタル、タングステン、クロム、及びルテニウムなどの金属元素の少なくとも一を含む膜を用いることができる。特に、アルミニウム、チタン、タンタル、及びタングステンの少なくとも一を含むことが好ましい。例えば、これら金属元素を少なくとも一を含む窒化物、またはこれら金属元素の少なくとも一を含む酸化物を好適に用いることができる。特に、窒化アルミニウム膜、窒化チタン膜、窒化アルミニウムチタン膜などの窒化物膜、酸化アルミニウムチタン膜などの酸化物膜などを好適に用いることができる。または、第1の層116として、シリコンを含む窒化物を用いることができる。例えば、シリコンを含む窒化物として、窒化シリコン膜を用いることができる。   As the first layer 116, a film containing at least one of metal elements such as aluminum, titanium, tantalum, tungsten, chromium, and ruthenium can be used. In particular, it is preferable to contain at least one of aluminum, titanium, tantalum and tungsten. For example, a nitride containing at least one of these metal elements, or an oxide containing at least one of these metal elements can be suitably used. In particular, a nitride film such as an aluminum nitride film, a titanium nitride film, or an aluminum titanium nitride film, an oxide film such as an aluminum titanium oxide film, or the like can be suitably used. Alternatively, a nitride containing silicon can be used as the first layer 116. For example, a silicon nitride film can be used as a nitride containing silicon.

例えば第1の層116として、窒化アルミニウム膜を用いる場合には、組成式がAlN(xは0より大きく2以下の実数)を満たす膜を用いることが好ましい。 For example, in the case of using an aluminum nitride film as the first layer 116, a film whose composition formula satisfies AlN x (x is a real number greater than 0 and 2 or less) is preferably used.

また、例えば窒化チタン膜を用いる場合には、組成式がTiN(xは0より大きく2以下の実数)を満たす膜を用いることが好ましい。また、窒化アルミニウムチタン膜を用いる場合、組成式がAlTiN(xは0より大きく3以下の実数)、または組成式がAlTi(xは0より大きく2以下の実数、yは0より大きく4以下の実数)を満たす膜を用いることが好ましい。 For example, when using a titanium nitride film, it is preferable to use a film whose composition formula satisfies TiN x (x is a real number greater than 0 and 2 or less). When an aluminum titanium nitride film is used, the composition formula is AlTiN x (x is a real number greater than 0 and 3 or less), or the composition formula is AlTi x N y (x is a real number greater than 0 and 2 or less, y is more than 0) It is preferable to use a film that largely satisfies 4 or less.

領域108nは、半導体層108の一部であり、チャネル形成領域である領域108iよりも低抵抗な領域である。また領域108nは、領域108iよりもキャリア密度が高い領域、酸素欠陥密度の高い領域、窒素濃度の高い領域、n型である領域、または水素濃度の高い領域である。また、領域108nには、第1の層116を構成する金属元素が拡散している場合がある。また、図3は、図1(B)において点線で囲んだ領域150を拡大した図である。図3に示すように、領域108nの、第1の層116との近傍に示す領域115において、半導体層108に含まれる金属元素が析出している。例えば、半導体層108として、後述するIn、Ga、Znを含む金属酸化物など、In、M、Znを含む金属酸化物(Mは、ガリウム、アルミニウム、シリコン、ホウ素、イットリウム、スズ、銅、バナジウム、ベリリウム、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、またはマグネシウムから選ばれた一種または複数種)を用いる場合、領域115には、Inが析出される。または、In以外にも、Zn、およびMで表記される金属の一、または複数が析出される場合もある。   The region 108 n is a part of the semiconductor layer 108 and has a lower resistance than the region 108 i which is a channel formation region. The region 108n is a region where the carrier density is higher than the region 108i, a region where the oxygen defect density is high, a region where the nitrogen concentration is high, a region which is n-type, or a region where the hydrogen concentration is high. In addition, the metal element included in the first layer 116 may be diffused in the region 108 n. FIG. 3 is an enlarged view of a region 150 surrounded by a dotted line in FIG. As shown in FIG. 3, in a region 115 shown in the vicinity of the first layer 116 in the region 108 n, the metal element contained in the semiconductor layer 108 is precipitated. For example, as the semiconductor layer 108, a metal oxide containing In, Ga, Zn, described later, such as a metal oxide containing In, M, Zn (M is gallium, aluminum, silicon, boron, yttrium, tin, copper, vanadium In the case where one or more elements selected from beryllium, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, or magnesium are used, In Be done. Alternatively, in addition to In, one or more of Zn and a metal represented by M may be precipitated.

なお、図3において、領域115は、領域108nの一部として図示しているが、領域115は、領域108nと、第1の層116の間に設けられていてもよい。また、領域115は、領域108n側に設けられてもよいし、第1の層116側に設けられてもよいし、領域108n、および第1の層116の両方に設けられていてもよい。すなわち、領域115は、領域108nと、第1の層116との界面近傍に設けられると表現することができる。なお、領域115は、層状に存在することが好ましい。一方、領域115は、島状、あるいは点状に存在してもよい。領域115の厚さは、0.1nm以上10nm以下、好ましくは、0.1nm以上5nm以下、より好ましくは0.1nm以上3nm以下であればよく、領域108nと、第1の層116との界面において、必ずしも一定の膜厚で存在するとは限らない。領域115は領域108nと比較して、金属元素の濃度が大きいため、領域108nよりも低抵抗になる場合がある。   Although the region 115 is illustrated as part of the region 108 n in FIG. 3, the region 115 may be provided between the region 108 n and the first layer 116. The region 115 may be provided on the region 108 n side, may be provided on the first layer 116 side, or may be provided on both the region 108 n and the first layer 116. That is, it can be expressed that the region 115 is provided in the vicinity of the interface between the region 108 n and the first layer 116. Note that the regions 115 preferably exist in layers. On the other hand, the region 115 may exist in an island shape or a dot shape. The thickness of the region 115 may be 0.1 nm or more and 10 nm or less, preferably 0.1 nm or more and 5 nm or less, more preferably 0.1 nm or more and 3 nm or less, and the interface between the region 108 n and the first layer 116 In some cases, the film does not necessarily have a constant film thickness. The region 115 may have lower resistance than the region 108 n because the concentration of the metal element is higher than the region 108 n.

なお、金属元素の析出とは、半導体層108内において、金属元素と結合する酸素原子が、第1の層116に移動することで、金属元素が析出する場合を含む。半導体層108、および第1の層116における酸素原子や、金属元素の存在比や濃度は、X線光電子分光法(XPS)や、エネルギー分散型X線分光法(EDX)などの分析手法を用いることができる。例えば、半導体層108に含まれる金属元素に対して酸素原子の量が相対的に減少すれば、半導体層108において、金属元素の濃度は増加したとみなすことができる。   Note that the deposition of the metal element includes the case where the metal atom is deposited by the movement of the oxygen atom bonded to the metal element to the first layer 116 in the semiconductor layer 108. The abundance ratio and concentration of oxygen atoms and metal elements in the semiconductor layer 108 and the first layer 116 are determined using an analysis method such as X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) or energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). be able to. For example, when the amount of oxygen atoms relatively decreases with respect to the metal element contained in the semiconductor layer 108, the concentration of the metal element in the semiconductor layer 108 can be considered to be increased.

また、図1(A)、(B)に示すように、トランジスタ100は、絶縁層118上に導電層120a及び導電層120bを有していてもよい。導電層120a及び導電層120bはソース電極またはドレイン電極として機能する。導電層120a及び導電層120bは、それぞれ第1の層116、及び絶縁層118に設けられた開口部141aまたは開口部141bを介して、領域108nに電気的に接続される。   In addition, as illustrated in FIGS. 1A and 1B, the transistor 100 may include the conductive layer 120 a and the conductive layer 120 b over the insulating layer 118. The conductive layer 120a and the conductive layer 120b function as a source electrode or a drain electrode. The conductive layer 120 a and the conductive layer 120 b are electrically connected to the region 108 n through the opening 141 a or the opening 141 b provided in the first layer 116 and the insulating layer 118, respectively.

絶縁層104、およびゲート絶縁層として機能する絶縁層110の一方、または双方は、酸素を有することが好ましい。絶縁層104、または絶縁層110が酸素を有することで、半導体層108中に酸素を供給することができる。よって、半導体層108中に形成されうる酸素欠損を酸素により補填する場合があり、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。   One or both of the insulating layer 104 and the insulating layer 110 functioning as a gate insulating layer preferably contains oxygen. When the insulating layer 104 or the insulating layer 110 contains oxygen, oxygen can be supplied to the semiconductor layer 108. Therefore, oxygen may compensate for oxygen vacancies which may be formed in the semiconductor layer 108, and a highly reliable semiconductor device can be provided.

絶縁層110と導電層112の間に位置する金属酸化物層114は、絶縁層110から放出される酸素が導電層112側に拡散することを防ぐバリア膜として機能する。金属酸化物層114は、例えば少なくとも絶縁層110よりも酸素を透過しにくい材料を用いることができる。   The metal oxide layer 114 located between the insulating layer 110 and the conductive layer 112 functions as a barrier film that prevents oxygen released from the insulating layer 110 from diffusing to the conductive layer 112 side. For the metal oxide layer 114, for example, a material which is less permeable to oxygen than at least the insulating layer 110 can be used.

本構成では、導電層112と絶縁層110との間に、バリア性の高い金属酸化物層114が設けられているため、導電層112にアルミニウムや銅などの酸素を吸引しやすい金属を用いた場合であっても、絶縁層110から導電層112へ酸素が拡散することを防ぐことができる。また、導電層112が水素を含む場合であっても、導電層112から絶縁層110を介して半導体層108へ水素が供給されることが抑制される。その結果、半導体層108のチャネル形成領域である領域108iのキャリア密度を低減することができる。   In this structure, since the metal oxide layer 114 with high barrier properties is provided between the conductive layer 112 and the insulating layer 110, the conductive layer 112 uses a metal that easily sucks in oxygen such as aluminum or copper. Even in this case, diffusion of oxygen from the insulating layer 110 to the conductive layer 112 can be prevented. Further, even when the conductive layer 112 contains hydrogen, supply of hydrogen from the conductive layer 112 to the semiconductor layer 108 through the insulating layer 110 is suppressed. As a result, the carrier density of the region 108i which is a channel formation region of the semiconductor layer 108 can be reduced.

金属酸化物層114としては、絶縁性材料または導電性材料を用いることができる。金属酸化物層114が絶縁性を有する場合には、ゲート絶縁層の一部として機能する。一方、金属酸化物層114が導電性を有する場合には、ゲート電極の一部として機能する。   As the metal oxide layer 114, an insulating material or a conductive material can be used. When the metal oxide layer 114 has insulating properties, it functions as part of the gate insulating layer. On the other hand, in the case where the metal oxide layer 114 has conductivity, it functions as part of the gate electrode.

特に、金属酸化物層114として、酸化シリコンよりも誘電率の高い絶縁性材料を用いることが好ましい。特に、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、またはハフニウムアルミネート膜等を用いることが好ましい。   In particular, as the metal oxide layer 114, an insulating material having a higher dielectric constant than silicon oxide is preferably used. In particular, it is preferable to use an aluminum oxide film, a hafnium oxide film, a hafnium aluminate film, or the like.

また、半導体層108とゲート電極として機能する導電層112との間に、酸化アルミニウム膜や酸化ハフニウム膜など、窒素を主成分として含まない金属酸化物膜を用いる構成とすることができる。そのため、金属酸化物層114を、膜中に準位を形成しうる窒素酸化物(NO、xは0よりも大きく2以下、好ましくは1以上2以下、代表的にはNOまたはNO)の含有量が極めて少ない構成とすることができる。これにより、電気特性及び信頼性に優れたトランジスタを実現できる。 Further, a metal oxide film which does not contain nitrogen as its main component, such as an aluminum oxide film or a hafnium oxide film, can be used between the semiconductor layer 108 and the conductive layer 112 which functions as a gate electrode. Therefore, a nitrogen oxide (NO x , x is more than 0 and 2 or less, preferably 1 or more and 2 or less, typically NO 2 or NO) which can form a level in the film. The content of H can be extremely small. Thus, a transistor with excellent electrical characteristics and reliability can be realized.

酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、及びハフニウムアルミネート膜等は、膜厚が薄い(例えば厚さ5nm程度)場合でも十分に高いバリア性を有するため、薄く形成することが可能で、生産性を向上させることができる。例えば金属酸化物層114の厚さを、1nm以上50nm以下、好ましくは3nm以上30nmとすることができる。さらに、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜及びハフニウムアルミネート膜は、酸化シリコン膜等よりも誘電率が高い特徴を有する。このように金属酸化物層114として、誘電率が高い絶縁膜を薄く形成できるため、酸化シリコン膜等を用いた場合に比べて、半導体層108にかかるゲート電界の強度を高めることができる。その結果、駆動電圧を低くすることができ、消費電力を低減することができる。   Aluminum oxide film, hafnium oxide film, hafnium aluminate film, etc. have a sufficiently high barrier property even when the film thickness is thin (for example, about 5 nm thick), so they can be formed thin and productivity is improved. It can be done. For example, the thickness of the metal oxide layer 114 can be 1 nm to 50 nm, preferably 3 nm to 30 nm. Furthermore, the aluminum oxide film, the hafnium oxide film, and the hafnium aluminate film are characterized by having a dielectric constant higher than that of a silicon oxide film or the like. As described above, since a thin insulating film having a high dielectric constant can be formed as the metal oxide layer 114, the strength of the gate electric field applied to the semiconductor layer 108 can be increased as compared to the case of using a silicon oxide film or the like. As a result, the drive voltage can be lowered and power consumption can be reduced.

また、金属酸化物層114は、スパッタリング装置を用いて形成すると好ましい。例えば、スパッタリング装置を用いて酸化アルミニウム膜を形成する場合、酸素ガスを含む雰囲気で形成することで、半導体層108中に好適に酸素を添加することができる。また、スパッタリング装置を用いて、酸化アルミニウム膜を形成する場合、膜密度を高めることができるため好適である。   Further, the metal oxide layer 114 is preferably formed using a sputtering apparatus. For example, in the case of forming an aluminum oxide film using a sputtering apparatus, oxygen can be favorably added to the semiconductor layer 108 by forming in an atmosphere containing oxygen gas. In the case of forming an aluminum oxide film using a sputtering apparatus, the film density can be increased, which is preferable.

また、金属酸化物層114として導電性材料を用いる場合には、酸化インジウム、インジウムスズ酸化物などの酸化物導電性材料を用いることができる。または、半導体層108に用いることのできる、上述した金属酸化物を適用してもよい。特に、半導体層108と同じ元素を含む材料を用いることが好ましい。このとき、例えば半導体層108と同じ金属酸化物ターゲットを用いたスパッタリング法により形成すると、成膜装置を共有できるため好ましい。   In the case of using a conductive material for the metal oxide layer 114, an oxide conductive material such as indium oxide or indium tin oxide can be used. Alternatively, the above-described metal oxide which can be used for the semiconductor layer 108 may be applied. In particular, a material containing the same element as the semiconductor layer 108 is preferably used. At this time, it is preferable to use, for example, a sputtering method using the same metal oxide target as the semiconductor layer 108 because a deposition apparatus can be shared.

また、金属酸化物層114は、水や水素が拡散しにくいことが好ましい。これにより、導電層112が水や水素を拡散しやすい材料を用いた場合であっても、絶縁層110や半導体層108に水や水素が拡散することを防ぐことができる。特に、酸化アルミニウム膜や酸化ハフニウム膜は、水や水素に対するバリア性が高いため好ましい。   Further, in the metal oxide layer 114, it is preferable that water and hydrogen do not easily diffuse. Thus, even when the conductive layer 112 uses a material which easily diffuses water or hydrogen, diffusion of water or hydrogen into the insulating layer 110 or the semiconductor layer 108 can be prevented. In particular, an aluminum oxide film or a hafnium oxide film is preferable because of its high barrier property to water and hydrogen.

また、第1の層116は、半導体層108において、低抵抗領域として機能する領域108nを形成する機能、および領域115に金属元素を析出する機能を有するだけでなく、水素や酸素の透過を抑制する機能を有することが好ましい。これにより、工程中にかかる熱などにより、第1の層116の上方から半導体層108への水素の混入を抑制し、半導体層108、絶縁層110等から酸素の脱離、および絶縁層118側への拡散を抑制することができる。そのため、チャネル形成領域として機能する領域108iのキャリア密度が増大することを防ぐことができ、信頼性の高いトランジスタを実現できる。   The first layer 116 not only has a function of forming the region 108 n functioning as a low resistance region in the semiconductor layer 108 and a function of depositing a metal element in the region 115, but also suppresses transmission of hydrogen and oxygen. It is preferable to have the following function. Accordingly, mixing of hydrogen into the semiconductor layer 108 from above the first layer 116 is suppressed by heat or the like applied in the process, oxygen is released from the semiconductor layer 108, the insulating layer 110, and the like, and the insulating layer 118 is formed. It can suppress the diffusion to the Therefore, the carrier density of the region 108i which functions as a channel formation region can be prevented from increasing, and a highly reliable transistor can be realized.

第1の層116と、金属酸化物層114を設けることにより、半導体層108のチャネル形成領域として機能する領域108iのキャリア密度をより効果的に低減することができる。   By providing the first layer 116 and the metal oxide layer 114, the carrier density of the region 108i which functions as a channel formation region of the semiconductor layer 108 can be reduced more effectively.

ここで、半導体層108、及び半導体層108中に形成されうる酸素欠損について説明を行う。   Here, oxygen vacancies that may be formed in the semiconductor layer 108 and the semiconductor layer 108 will be described.

半導体層108に形成される酸素欠損は、トランジスタ特性に影響を与えるため問題となる。例えば、半導体層108中に酸素欠損が形成されると、該酸素欠損に水素が結合し、キャリア供給源となりうる。半導体層108中にキャリア供給源が生成されると、トランジスタ100の電気特性の変動、代表的にはしきい値電圧のシフトが生じる。したがって、半導体層108においては、酸素欠損が少ないほど好ましい。   Oxygen vacancies formed in the semiconductor layer 108 are problematic because they affect transistor characteristics. For example, when oxygen vacancies are formed in the semiconductor layer 108, hydrogen is bonded to the oxygen vacancies and can be a carrier supply source. When a carrier supply source is generated in the semiconductor layer 108, a change in the electrical characteristics of the transistor 100, typically, a shift in threshold voltage occurs. Therefore, in the semiconductor layer 108, the less oxygen vacancies, the better.

そこで、本発明の一態様における半導体装置は、半導体層108近傍の絶縁膜、具体的には、半導体層108の下方に形成される絶縁層104が、酸素を含有する構成である。絶縁層104から半導体層108へ酸素を移動させることで、半導体層108中の酸素欠損を低減することが可能となる。   Thus, in the semiconductor device in one embodiment of the present invention, the insulating film in the vicinity of the semiconductor layer 108, specifically, the insulating layer 104 formed below the semiconductor layer 108 contains oxygen. By transferring oxygen from the insulating layer 104 to the semiconductor layer 108, oxygen vacancies in the semiconductor layer 108 can be reduced.

なお、半導体層108の上方に位置する絶縁層110が、酸素を含有していてもよい。このとき、絶縁層110からも半導体層108へ酸素を移動させることで、半導体層108の酸素欠損をより低減する場合がある。   Note that the insulating layer 110 located above the semiconductor layer 108 may contain oxygen. At this time, by moving oxygen from the insulating layer 110 to the semiconductor layer 108, oxygen vacancies in the semiconductor layer 108 may be further reduced.

半導体層108は、金属酸化物を含むことが好ましい。例えば半導体層108は、Inと、M(Mは、ガリウム、アルミニウム、シリコン、ホウ素、イットリウム、スズ、銅、バナジウム、ベリリウム、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、またはマグネシウムから選ばれた一種または複数種)と、Znと、を有すると好ましい。特にMはAl、Ga、Y、またはSnとすることが好ましい。   The semiconductor layer 108 preferably contains a metal oxide. For example, the semiconductor layer 108 is formed of In and M (M is gallium, aluminum, silicon, boron, yttrium, tin, copper, vanadium, beryllium, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, It is preferable to have Zn and one or more selected from hafnium, tantalum, tungsten, or magnesium. In particular, M is preferably Al, Ga, Y or Sn.

特に、半導体層108として、In、Ga、及びZnを含む酸化物を用いることが好ましい。   In particular, an oxide containing In, Ga, and Zn is preferably used as the semiconductor layer 108.

また、半導体層108は、Inの原子数比がMの原子数比より多い領域を有すると好ましい。Inの原子数比が多いほど、トランジスタの電界効果移動度を向上させることができる。   The semiconductor layer 108 preferably includes a region in which the atomic ratio of In is larger than the atomic ratio of M. As the atomic ratio of In is larger, the field-effect mobility of the transistor can be improved.

ここで、In、Ga、Znを含む金属酸化物の場合、Inと酸素の結合力は、Gaと酸素の結合力よりも弱いため、Inの原子数比が大きい場合には、金属酸化物膜中に酸素欠損が形成されやすい。また、Gaに代えて、上記Mで示す金属元素を用いた場合でも同様の傾向がある。金属酸化物膜中に酸素欠損が多く存在すると、トランジスタの電気特性の低下や、信頼性の低下が生じる。   Here, in the case of a metal oxide containing In, Ga, and Zn, the bonding force between In and oxygen is weaker than the bonding force between Ga and oxygen, and therefore, when the atomic ratio of In is large, the metal oxide film There is a tendency for oxygen deficiency to form. In addition, the same tendency is obtained when the metal element indicated by M is used instead of Ga. When many oxygen vacancies are present in the metal oxide film, the electrical characteristics of the transistor and the reliability thereof are degraded.

しかしながら本発明の一態様では、金属酸化物を含む半導体層108中に極めて多くの酸素を供給できるため、Inの原子数比の大きな金属酸化物材料を用いることが可能となる。これにより、極めて高い電界効果移動度と、安定した電気特性と、高い信頼性とを兼ね備えたトランジスタを実現することができる。   However, in one embodiment of the present invention, a very large amount of oxygen can be supplied to the semiconductor layer 108 including a metal oxide; therefore, a metal oxide material with a large atomic ratio of In can be used. Thus, a transistor having extremely high field effect mobility, stable electrical characteristics, and high reliability can be realized.

例えば、Inの原子数比が、Mの原子数比に対して1.5倍以上、または2倍以上、または3倍以上、または3.5倍以上、または4倍以上である金属酸化物を、好適に用いることができる。   For example, a metal oxide in which the atomic ratio of In is at least 1.5 times, at least 2 times, at least 3 times, at least 3.5 times, or at least 4 times the atomic ratio of M It can be used suitably.

特に、半導体層108のIn、M、及びZnの原子数の比を、In:M:Zn=5:1:6またはその近傍とすることが好ましい。ここで近傍とは、Inが5の場合、Mが0.5以上1.5以下であり、且つZnが5以上7以下を含む。   In particular, the ratio of the number of In, M, and Zn in the semiconductor layer 108 is preferably In: M: Zn = 5: 1: 6 or in the vicinity thereof. Here, in the vicinity, when In is 5, M is 0.5 or more and 1.5 or less, and Zn includes 5 or more and 7 or less.

なお、半導体層108は、上記の組成に限定されない。例えば、半導体層108のIn、M、及びZnの原子数の比を、In:M:Zn=4:2:3またはその近傍、またはIn:M:Zn=3:1:2またはその近傍とすると好ましい。   Note that the semiconductor layer 108 is not limited to the above composition. For example, the ratio of the numbers of atoms of In, M, and Zn in the semiconductor layer 108 is: In: M: Zn = 4: 2: 3 or near, or In: M: Zn = 3: 1: 2 or near It is preferable then.

また、半導体層108の組成として、半導体層108のIn、M、及びZnの原子数の比を概略等しくしてもよい。すなわち、In、M、及びZnの原子数の比が、In:M:Zn=1:1:1またはその近傍、またはIn:M:Zn=1:1:0.5またはその近傍の材料を含んでいてもよい。   In addition, as the composition of the semiconductor layer 108, the ratio of the number of In, M, and Zn atoms in the semiconductor layer 108 may be approximately equal. That is, the ratio of the number of atoms of In, M, and Zn is: In: M: Zn = 1: 1: 1 or around, or In: M: Zn = 1: 1: 0.5 or around May be included.

また、半導体層108に用いる金属酸化物は、さらに窒素を含んでいてもよい。このとき、金属酸化物に含まれる窒素の濃度は、0.1atomic%以上10atomic%以下、好ましくは、0.1atomic%以上2.5atomic%以下、より好ましくは0.1atomic%以上1atomic%未満であることが好ましい。窒素を含む金属酸化物は、特別な低抵抗化処理を行わない限り低抵抗化しにくいため、チャネル形成領域に好適に用いることができる。このような窒素を含む金属酸化物は、成膜ガスとして窒素を含むガスを用いることで形成することができる。また、窒素を含む金属酸化物は、上述したCAAC構造を有することが好ましい。   The metal oxide used for the semiconductor layer 108 may further contain nitrogen. At this time, the concentration of nitrogen contained in the metal oxide is 0.1 atomic% or more and 10 atomic% or less, preferably 0.1 atomic% or more and 2.5 atomic% or less, more preferably 0.1 atomic% or more and less than 1 atomic% Is preferred. A metal oxide containing nitrogen can be suitably used in a channel formation region because it is difficult to reduce resistance unless a special resistance reduction process is performed. Such a metal oxide containing nitrogen can be formed by using a gas containing nitrogen as a deposition gas. Further, the metal oxide containing nitrogen preferably has the above-described CAAC structure.

半導体層108が、Inの原子数比がMの原子数比より多い領域を有することで、トランジスタ100の電界効果移動度を高くすることができる。具体的には、トランジスタ100の電界効果移動度が10cm/Vsを超える、さらに好ましくはトランジスタ100の電界効果移動度が30cm/Vsを超えることが可能となる。 When the semiconductor layer 108 has a region in which the atomic ratio of In is larger than the atomic ratio of M, the field-effect mobility of the transistor 100 can be increased. Specifically, the field-effect mobility of the transistor 100 can exceed 10 cm 2 / Vs, more preferably, the field-effect mobility of the transistor 100 can exceed 30 cm 2 / Vs.

例えば、上記の電界効果移動度が高いトランジスタを、ゲート信号を生成するゲートドライバに用いることで、額縁幅の狭い(狭額縁ともいう)表示装置を提供することができる。また、上記の電界効果移動度が高いトランジスタを、表示装置が有するソースドライバ(特に、ソースドライバが有するシフトレジスタの出力端子に接続されるデマルチプレクサ)に用いることで、表示装置に接続される配線数が少ない表示装置を提供することができる。   For example, by using the above-described transistor with high field-effect mobility for a gate driver for generating a gate signal, a display device with a narrow frame width (also referred to as a narrow frame) can be provided. In addition, a wiring connected to a display device can be obtained by using the above-described transistor with high field-effect mobility for a source driver of a display device (in particular, a demultiplexer connected to an output terminal of a shift register of the source driver). A small number of display devices can be provided.

なお、半導体層108が、Inの原子数比がMの原子数比より多い領域を有していても、半導体層108の結晶性が高い場合、電界効果移動度が低くなる場合がある。   Note that even when the semiconductor layer 108 has a region in which the atomic ratio of In is larger than the atomic ratio of M, if the crystallinity of the semiconductor layer 108 is high, the field effect mobility may be low.

半導体層108の結晶性としては、例えば、X線回折(XRD:X−Ray Diffraction)を用いて分析する、あるいは、透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)を用いて分析することで解析できる。   The crystallinity of the semiconductor layer 108 can be analyzed, for example, by analysis using X-ray diffraction (XRD) or analysis using a transmission electron microscope (TEM). .

ここで、半導体層108に混入する水素または水分などの不純物は、トランジスタ特性に影響を与えるため問題となる。したがって、半導体層108においては、水素または水分などの不純物が少ないほど好ましい。   Here, impurities such as hydrogen or moisture mixed in the semiconductor layer 108 cause problems because they affect transistor characteristics. Therefore, in the semiconductor layer 108, it is preferable that the amount of impurities such as hydrogen or moisture be as low as possible.

半導体層108としては、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低い金属酸化物膜を用いることで、優れた電気特性を有するトランジスタを作製することができ好ましい。ここでは、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低い(酸素欠損の少ない)ことを高純度真性または実質的に高純度真性とよぶ。高純度真性または実質的に高純度真性である金属酸化物膜は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることができる。従って、該金属酸化物膜にチャネル形成領域が形成されるトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性(ノーマリーオンともいう。)になることが少ない。また、高純度真性または実質的に高純度真性である金属酸化物膜は、欠陥準位密度が低いため、トラップ準位密度も低くなる場合がある。また、高純度真性または実質的に高純度真性である金属酸化物膜は、オフ電流が著しく小さく、チャネル幅が1×10μmでチャネル長が10μmの素子であっても、ソース電極とドレイン電極間の電圧(ドレイン電圧)が1Vから10Vの範囲において、オフ電流が、半導体パラメータアナライザの測定限界以下、すなわち1×10−13A以下という特性を得ることができる。 It is preferable to use a metal oxide film which has a low impurity concentration and a low density of defect states as the semiconductor layer 108 because a transistor having excellent electrical characteristics can be manufactured. Here, the fact that the impurity concentration is low and the density of defect states is low (the number of oxygen vacancies is low) is referred to as high purity intrinsic or substantially high purity intrinsic. The high purity intrinsic or substantially high purity intrinsic metal oxide film can lower the carrier density because there are few sources of carriers. Therefore, in the transistor in which the channel formation region is formed in the metal oxide film, the threshold voltage is less likely to be negative (also referred to as normally on). In addition, since the high purity intrinsic or the substantially high purity intrinsic metal oxide film has a low defect state density, the trap state density may also be low. In addition, high purity intrinsic or substantially high purity intrinsic metal oxide films have extremely low off-state current, and even when the device has a channel width of 1 × 10 6 μm and a channel length of 10 μm, the source electrode and the drain are When the voltage between electrodes (drain voltage) is in the range of 1 V to 10 V, it is possible to obtain the characteristic that the off current is less than the measurement limit of the semiconductor parameter analyzer, that is, less than 1 × 10 −13 A.

また、半導体層108が、2層以上の積層構造を有していてもよい。   The semiconductor layer 108 may have a stacked structure of two or more layers.

例えば、組成の異なる2以上の金属酸化物膜を積層した半導体層108を用いることができる。   For example, the semiconductor layer 108 in which two or more metal oxide films different in composition are stacked can be used.

例えば、In−Ga−Zn酸化物を用いた場合に、In、M、及びZnの原子数の比が、In:M:Zn=5:1:6、In:M:Zn=4:2:3、In:M:Zn=3:1:2、In:M:Zn=1:1:1、In:M:Zn=1:1:0.5、In:M:Zn=1:3:4、In:M:Zn=1:3:2、またはそれらの近傍であるスパッタリングターゲットで形成する膜のうち、2以上を積層して用いることが好ましい。   For example, in the case of using In—Ga—Zn oxide, the ratio of the number of atoms of In, M, and Zn is: In: M: Zn = 5: 1: 6, In: M: Zn = 4: 2: 3, In: M: Zn = 3: 1: 2, In: M: Zn = 1: 1, In: M: Zn = 1: 1: 0.5, In: M: Zn = 1: 3: It is preferable to use two or more of the films formed with a sputtering target in the vicinity of 4, or In: M: Zn = 1: 3: 2, or them.

また、結晶性の異なる2以上の金属酸化物膜を積層した半導体層108を用いることができる。   Alternatively, the semiconductor layer 108 in which two or more metal oxide films having different crystallinity are stacked can be used.

例えば、結晶性の異なる2つの金属酸化物膜を積層した半導体層108とする場合、同じ酸化物ターゲットを用い、成膜条件を異ならせることで、大気に触れることなく連続して形成されることが好ましい。   For example, in the case of forming the semiconductor layer 108 in which two metal oxide films different in crystallinity are stacked, the same oxide target is used, and the film formation conditions are changed to be continuously formed without being exposed to the air. Is preferred.

例えば、先に形成する第1の金属酸化物膜の成膜時の酸素流量比を、後に形成する第2の金属酸化物膜の成膜時の酸素流量比よりも小さくする。または、第1の金属酸化物膜の成膜時に、酸素を流さない条件とする。これにより、第2の金属酸化物膜の成膜時に、酸素を効果的に供給することができる。また、第1の金属酸化物膜は第2の金属酸化物膜よりも結晶性が低く、電気伝導性の高い膜とすることができる。一方、上部に設けられる第2の金属酸化物膜を第1の金属酸化物膜よりも結晶性の高い膜とすることで、半導体層108の加工時や、絶縁層110の成膜時のダメージを抑制することができる。例えば、第1の金属酸化物膜にCAC−OS膜を用い、第2の金属酸化物膜にCAAC−OS膜を用いることができる。   For example, the oxygen flow ratio at the time of film formation of the first metal oxide film to be formed first is made smaller than the oxygen flow ratio at the time of film formation of the second metal oxide film to be formed later. Alternatively, oxygen is not flowed at the time of forming the first metal oxide film. Thus, oxygen can be effectively supplied at the time of film formation of the second metal oxide film. In addition, the first metal oxide film has lower crystallinity than the second metal oxide film, and can be a film having high electrical conductivity. On the other hand, when the second metal oxide film provided on the upper side is a film having higher crystallinity than the first metal oxide film, damage is caused when the semiconductor layer 108 is processed or when the insulating layer 110 is formed. Can be suppressed. For example, a CAC-OS film can be used for the first metal oxide film and a CAAC-OS film can be used for the second metal oxide film.

より具体的には、第1の金属酸化物膜の成膜時の酸素流量比を、0%以上50%未満、好ましくは0%以上30%以下、より好ましくは0%以上20%以下、代表的には10%とする。また第2の金属酸化物膜の成膜時の酸素流量比を、50%以上100%以下、好ましくは60%以上100%以下、より好ましくは80%以上100%以下、さらに好ましくは90%以上100%以下、代表的には100%とする。また、第1の金属酸化物膜と第2の金属酸化物膜とで、成膜時の圧力、温度、電力等の条件を異ならせてもよいが、酸素流量比以外の条件を同じとすることで、成膜工程にかかる時間を短縮することができるため好ましい。   More specifically, the oxygen flow ratio at the time of film formation of the first metal oxide film is 0% or more and less than 50%, preferably 0% or more and 30% or less, more preferably 0% or more and 20% or less, In fact, it is 10%. In addition, the oxygen flow rate ratio at the time of film formation of the second metal oxide film is 50% to 100%, preferably 60% to 100%, more preferably 80% to 100%, further preferably 90% or more 100% or less, typically 100%. In addition, although conditions such as pressure, temperature, and electric power at the time of film formation may be different between the first metal oxide film and the second metal oxide film, conditions other than the oxygen flow ratio are the same. This is preferable because the time required for the film formation process can be shortened.

半導体層108をこのような積層構造とすることで、電気特性に優れ、且つ信頼性の高いトランジスタを実現できる。   With such a stacked structure of the semiconductor layer 108, a transistor with excellent electrical characteristics and high reliability can be realized.

以上が、構成例1についての説明である。   The above is the description of the configuration example 1.

以下では、上記構成例1と一部の構成が異なるトランジスタの構成例について説明する。なお、以下では、上記構成例1と重複する部分は説明を省略する場合がある。また、以下で示す図面において、上記構成例1と同様の機能を有する部分についてはハッチングパターンを同じくし、符号を付さない場合もある。   Hereinafter, a structural example of a transistor whose structure is partially different from that of Structural Example 1 will be described. In the following, the same parts as those of Configuration Example 1 may not be described. Further, in the drawings shown below, hatching patterns may be the same for portions having the same functions as in Configuration Example 1 and there may be cases where reference numerals are not given.

[構成例2]
図2(A)は、トランジスタ100Aの上面図であり、図2(B)はトランジスタ100Aのチャネル長方向の断面図であり、図2(C)はトランジスタ100Aのチャネル幅方向の断面図である。
[Configuration Example 2]
2A is a top view of the transistor 100A, FIG. 2B is a cross-sectional view of the transistor 100A in the channel length direction, and FIG. 2C is a cross-sectional view of the transistor 100A in the channel width direction. .

トランジスタ100Aは、基板102と絶縁層104との間に導電層106を有する点で、構成例1と主に相違している。導電層106は、絶縁層104を介して半導体層108と重畳する部分を有する。   The transistor 100A is mainly different from Structural Example 1 in that the conductive layer 106 is provided between the substrate 102 and the insulating layer 104. The conductive layer 106 has a portion overlapping with the semiconductor layer 108 with the insulating layer 104 interposed therebetween.

トランジスタ100Aにおいて、導電層106は、第1のゲート電極(ボトムゲート電極ともいう)としての機能を有し、導電層112は、第2のゲート電極(トップゲート電極ともいう)としての機能を有する。また、絶縁層104の一部は第1のゲート絶縁層として機能し、絶縁層110の一部は、第2のゲート絶縁層として機能する。   In the transistor 100A, the conductive layer 106 has a function as a first gate electrode (also referred to as a bottom gate electrode), and the conductive layer 112 has a function as a second gate electrode (also referred to as a top gate electrode). . Further, part of the insulating layer 104 functions as a first gate insulating layer, and part of the insulating layer 110 functions as a second gate insulating layer.

半導体層108の、導電層112及び導電層106の少なくとも一方と重畳する部分は、チャネル形成領域として機能する。なお、以下では説明を容易にするため、半導体層108の導電層112と重畳する部分(領域108iに相当する部分)をチャネル形成領域と呼ぶ場合があるが、実際には導電層112と重畳せずに、導電層106と重畳する部分(領域108nに相当する部分)にもチャネルが形成しうる。   A portion of the semiconductor layer 108 which overlaps with at least one of the conductive layer 112 and the conductive layer 106 functions as a channel formation region. Note that in the following, a portion (a portion corresponding to the region 108i) of the semiconductor layer 108 overlapping with the conductive layer 112 may be referred to as a channel formation region in order to facilitate the description. Instead, a channel can be formed in a portion overlapping with the conductive layer 106 (a portion corresponding to the region 108 n).

また、図2(C)に示すように、導電層106は絶縁層104及び絶縁層110に設けられた開口部142を介して、導電層112と電気的に接続されていてもよい。これにより、導電層106と導電層112には、同じ電位を与えることができる。   Further, as illustrated in FIG. 2C, the conductive layer 106 may be electrically connected to the conductive layer 112 through the opening 142 provided in the insulating layer 104 and the insulating layer 110. Accordingly, the same potential can be applied to the conductive layer 106 and the conductive layer 112.

導電層106は、導電層112、導電層120a、または導電層120bと同様の材料を用いることができる。特に導電層106として、銅を含む材料により形成することで抵抗を低くすることができるため好適である。   The conductive layer 106 can be formed using the same material as the conductive layer 112, the conductive layer 120a, or the conductive layer 120b. In particular, the conductive layer 106 is preferably formed using a material containing copper because resistance can be reduced.

また、図2(A)、(C)に示すように、チャネル幅方向において、導電層112及び導電層106が、半導体層108の端部よりも外側に突出していることが好ましい。このとき、図2(C)に示すように、半導体層108のチャネル幅方向の全体が、絶縁層110と絶縁層104を介して、導電層112と導電層106に覆われた構成となる。   Further, as shown in FIGS. 2A and 2C, the conductive layer 112 and the conductive layer 106 preferably protrude outward beyond the end portion of the semiconductor layer 108 in the channel width direction. At this time, as shown in FIG. 2C, the whole of the semiconductor layer 108 in the channel width direction is covered with the conductive layer 112 and the conductive layer 106 with the insulating layer 110 and the insulating layer 104 interposed therebetween.

このような構成とすることで、半導体層108を一対のゲート電極によって生じる電界で、電気的に取り囲むことができる。このとき特に、導電層106と導電層112に同じ電位を与えることが好ましい。これにより、半導体層108にチャネルを誘起させるための電界を効果的に印加できるため、トランジスタ100Aのオン電流を増大させることができる。そのため、トランジスタ100Aを微細化することも可能となる。   With such a structure, the semiconductor layer 108 can be electrically surrounded by an electric field generated by the pair of gate electrodes. At this time, in particular, the same potential is preferably applied to the conductive layer 106 and the conductive layer 112. Accordingly, an electric field for inducing a channel can be effectively applied to the semiconductor layer 108, so that the on-state current of the transistor 100A can be increased. Therefore, the transistor 100A can be miniaturized.

なお、導電層112と導電層106とを接続しない構成としてもよい。このとき、一対のゲート電極の一方に定電位を与え、他方にトランジスタ100Aを駆動するための信号を与えてもよい。このとき、一方の電極に与える電位により、トランジスタ100Aを他方の電極で駆動する際のしきい値電圧を制御することもできる。   Note that the conductive layer 112 and the conductive layer 106 may not be connected to each other. At this time, a constant potential may be supplied to one of the pair of gate electrodes, and a signal for driving the transistor 100A may be supplied to the other. At this time, the threshold voltage in driving the transistor 100A with the other electrode can also be controlled by the potential supplied to the one electrode.

以上が構成例2についての説明である。   The above is the description of the configuration example 2.

以下では、上記構成例における半導体層108と同一面上に形成され、低抵抗化された金属酸化物層を容量素子の一方の電極に適用した場合の構成例について説明する。   Hereinafter, a configuration example in the case where a metal oxide layer which is formed on the same surface as the semiconductor layer 108 in the above configuration example and has a low resistance is applied to one electrode of a capacitor is described.

[容量素子の構成例1]
図4(A)には、構成例1で例示したトランジスタ100と、これと同一の工程で形成しうる容量素子130Aの断面図を示す。
[Configuration Example 1 of Capacitive Element]
FIG. 4A is a cross-sectional view of the transistor 100 illustrated in Structural Example 1 and a capacitor 130A which can be formed in the same step.

容量素子130Aは、一方の電極として機能する金属酸化物層108Cと、他方の電極として機能する導電層120bと、これらの間に位置し、誘電体として機能する第1の層116の一部、及び絶縁層118の一部により構成される。   The capacitor 130A includes a metal oxide layer 108C functioning as one electrode, a conductive layer 120b functioning as the other electrode, and a part of the first layer 116 located therebetween and functioning as a dielectric. And a part of the insulating layer 118.

金属酸化物層108Cは、半導体層108と同一の金属酸化物膜を加工して形成された層である。また、金属酸化物層108Cは、半導体層108の領域108nと同様に低抵抗化された層である。   The metal oxide layer 108C is a layer formed by processing the same metal oxide film as the semiconductor layer 108. The metal oxide layer 108C is a layer whose resistance is reduced similarly to the region 108n of the semiconductor layer 108.

また図4(A)では、導電層120a、導電層120b、及び絶縁層118を覆って絶縁層119が設けられ、さらに絶縁層119上に導電層109が設けられている例を示している。   4A shows an example in which the insulating layer 119 is provided to cover the conductive layer 120a, the conductive layer 120b, and the insulating layer 118, and the conductive layer 109 is provided over the insulating layer 119.

導電層109は、表示素子の一方の電極(画素電極)として用いることのできる層である。導電層109には、表示素子の構成に応じて、可視光を反射する材料、可視光を透過する材料などを適用することができる。   The conductive layer 109 is a layer that can be used as one electrode (pixel electrode) of the display element. For the conductive layer 109, a material which reflects visible light, a material which transmits visible light, or the like can be used depending on the structure of the display element.

導電層109は、絶縁層119に設けられた開口を介して導電層120bと電気的に接続されている。   The conductive layer 109 is electrically connected to the conductive layer 120 b through an opening provided in the insulating layer 119.

絶縁層119は平坦化膜として機能する。これにより、画素電極として機能する導電層109の被形成面の平坦性を向上できるため、表示素子の光学特性を向上させることができる。   The insulating layer 119 functions as a planarization film. Accordingly, the flatness of the surface on which the conductive layer 109 which functions as a pixel electrode is formed can be improved, so that optical characteristics of the display element can be improved.

[容量素子の構成例2]
図4(B)には、構成例2で例示したトランジスタ100Aと、これと同一の工程で形成しうる容量素子130Bの断面図を示す。
[Configuration Example 2 of Capacitive Element]
FIG. 4B is a cross-sectional view of the transistor 100A exemplified in Structural Example 2 and a capacitor 130B which can be formed in the same step.

容量素子130Bは、一方の電極として機能する金属酸化物層108Cと、他方の電極として機能する導電層106Cと、これらの間に位置し、誘電体として機能する絶縁層104の一部により構成される。   Capacitive element 130B includes metal oxide layer 108C functioning as one electrode, conductive layer 106C functioning as the other electrode, and a part of insulating layer 104 located therebetween and functioning as a dielectric. Ru.

導電層106Cは、トランジスタ100Aの第1のゲート電極として機能する導電層106と同一の導電膜を加工して形成された層である。   The conductive layer 106C is a layer formed by processing the same conductive film as the conductive layer 106 which functions as a first gate electrode of the transistor 100A.

また、導電層120bは、絶縁層118、及び第1の層116に設けられた開口を介して、金属酸化物層108Cと電気的に接続されている。これにより、トランジスタ100Aのソースまたはドレインの一方と、容量素子130Bとが電気的に接続されている。   The conductive layer 120 b is electrically connected to the metal oxide layer 108 C through an opening provided in the insulating layer 118 and the first layer 116. Thus, one of the source and the drain of the transistor 100A and the capacitor 130B are electrically connected.

[容量素子の構成例3]
図4(C)には、構成例2で例示したトランジスタ100Aと、これと同一の工程で形成しうる容量素子130Cの断面図を示す。
[Configuration Example 3 of Capacitive Element]
FIG. 4C is a cross-sectional view of the transistor 100A illustrated in Structural Example 2 and a capacitor 130C which can be formed in the same step.

容量素子130Cは、一方の電極として機能する、半導体層108の領域108nの一部と、他方の電極として機能する導電層106Cと、これらの間に位置し、誘電体として機能する絶縁層104の一部により構成される。   The capacitor 130C functions as one of the electrodes of the semiconductor layer 108, a part of the region 108n of the semiconductor layer 108, the conductive layer 106C as another electrode, and the insulating layer 104 located between them and functioning as a dielectric. It consists of a part.

トランジスタ100Aの半導体層108の一部(具体的には領域108n)が、導電層106Cと重畳する領域にまで延在し、容量素子130Cの一方の電極を構成している。これにより、トランジスタ100Aと容量素子130Cとが電気的に接続されている。   A portion (specifically, the region 108n) of the semiconductor layer 108 of the transistor 100A extends to a region overlapping with the conductive layer 106C, and forms one electrode of the capacitor 130C. Thus, the transistor 100A and the capacitor 130C are electrically connected.

なお、図4(C)では、導電層109が導電層120bを介して領域108nと電気的に接続されている例を示したが、導電層120bを設けずに、導電層109と領域108nとが直接接する構成としてもよい。   Note that FIG. 4C illustrates an example in which the conductive layer 109 is electrically connected to the region 108n through the conductive layer 120b; however, without providing the conductive layer 120b, the conductive layer 109 and the region 108n and May be in direct contact with each other.

以上が、容量素子の構成例についての説明である。   The above is the description of the configuration example of the capacitor.

[半導体装置の構成要素]
次に、本実施の形態の半導体装置に含まれる構成要素について、詳細に説明する。
[Component of semiconductor device]
Next, components included in the semiconductor device of the present embodiment will be described in detail.

〔基板〕
基板102の材質などに大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有している必要がある。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板等を、基板102として用いてもよい。また、シリコンや炭化シリコンを材料とした単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウム等の化合物半導体基板、SOI基板等を適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子が設けられたものを、基板102として用いてもよい。なお、基板102として、ガラス基板を用いる場合、第6世代(1500mm×1850mm)、第7世代(1870mm×2200mm)、第8世代(2200mm×2400mm)、第9世代(2400mm×2800mm)、第10世代(2950mm×3400mm)、または第10.5世代、第11世代、または第12世代など、サイズの大きな基板を用いることで、大型の表示装置を作製することができる。
〔substrate〕
The material of the substrate 102 and the like are not particularly limited, but at least the heat resistance needs to be able to withstand the heat treatment to be performed later. For example, a glass substrate, a ceramic substrate, a quartz substrate, a sapphire substrate, or the like may be used as the substrate 102. Further, a single crystal semiconductor substrate made of silicon or silicon carbide, a polycrystalline semiconductor substrate, a compound semiconductor substrate such as silicon germanium, an SOI substrate, or the like can be applied, and semiconductor elements are provided on these substrates. The substrate may be used as the substrate 102. When a glass substrate is used as the substrate 102, the sixth generation (1500 mm × 1850 mm), the seventh generation (1870 mm × 2200 mm), the eighth generation (2200 mm × 2400 mm), the ninth generation (2400 mm × 2800 mm), the tenth A large-sized display device can be manufactured by using a large-sized substrate such as a generation (2950 mm × 3400 mm) or a 10.5th generation, an 11th generation, or a 12th generation.

また、基板102として、可撓性基板を用い、可撓性基板上に直接、トランジスタ100等を形成してもよい。または、基板102とトランジスタ100等の間に剥離層を設けてもよい。剥離層は、その上に半導体装置を一部あるいは全部完成させた後、基板102より分離し、他の基板に転載するのに用いることができる。その際、トランジスタ100等は耐熱性の劣る基板や可撓性の基板にも転載できる。   Alternatively, a flexible substrate may be used as the substrate 102, and the transistor 100 and the like may be formed directly on the flexible substrate. Alternatively, a peeling layer may be provided between the substrate 102 and the transistor 100 or the like. The release layer can be used for separation from the substrate 102 and reprinting onto another substrate after a semiconductor device is partially or entirely completed thereon. At that time, the transistor 100 and the like can be transferred to a substrate with low heat resistance or a flexible substrate.

〔絶縁層104〕
絶縁層104としては、スパッタリング法、CVD法、蒸着法、パルスレーザー堆積(PLD)法、印刷法、塗布法等を適宜用いて形成することができる。また、絶縁層104としては、例えば、酸化物絶縁膜または窒化物絶縁膜を単層または積層して形成することができる。なお、半導体層108との界面特性を向上させるため、絶縁層104において少なくとも半導体層108と接する領域は酸化物絶縁膜で形成することが好ましい。また、絶縁層104として加熱により酸素を放出する酸化物絶縁膜を用いることで、加熱処理により絶縁層104に含まれる酸素を、半導体層108に移動させることが可能である。
[Insulating layer 104]
The insulating layer 104 can be formed as appropriate using a sputtering method, a CVD method, an evaporation method, a pulsed laser deposition (PLD) method, a printing method, a coating method, or the like. The insulating layer 104 can be formed, for example, as a single layer or a stack of an oxide insulating film or a nitride insulating film. Note that in order to improve interface characteristics with the semiconductor layer 108, at least a region in contact with the semiconductor layer 108 in the insulating layer 104 is preferably formed using an oxide insulating film. Further, by using an oxide insulating film which releases oxygen by heating as the insulating layer 104, oxygen contained in the insulating layer 104 can be moved to the semiconductor layer 108 by heat treatment.

絶縁層104の厚さは、50nm以上、または100nm以上3000nm以下、または200nm以上1000nm以下とすることができる。絶縁層104を厚くすることで、絶縁層104の酸素放出量を増加させることができると共に、絶縁層104と半導体層108との界面における界面準位、並びに半導体層108に含まれる酸素欠損を低減することが可能である。   The thickness of the insulating layer 104 can be 50 nm or more, or 100 nm to 3000 nm, or 200 nm to 1000 nm. By thickening the insulating layer 104, the amount of oxygen released from the insulating layer 104 can be increased, and interface states at the interface between the insulating layer 104 and the semiconductor layer 108 and oxygen vacancies contained in the semiconductor layer 108 can be reduced. It is possible.

絶縁層104として、例えば酸化シリコン、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、酸化ハフニウム、酸化ガリウムまたはGa−Zn酸化物などを用いればよく、単層または積層で設けることができる。本実施の形態では、絶縁層104として、窒化シリコン膜と、酸化窒化シリコン膜との積層構造を用いる。このように、絶縁層104を積層構造として、下層側に窒化シリコン膜を用い、上層側に酸化窒化シリコン膜を用いることで、半導体層108中に効率よく酸素を導入することができる。   As the insulating layer 104, for example, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, aluminum oxide, hafnium oxide, gallium oxide, Ga-Zn oxide, or the like may be used, and a single layer or stacked layers can be provided. In this embodiment mode, a stacked structure of a silicon nitride film and a silicon oxynitride film is used as the insulating layer 104. Thus, oxygen can be efficiently introduced into the semiconductor layer 108 by using the insulating layer 104 as a stacked structure, using a silicon nitride film on the lower layer side, and using a silicon oxynitride film on the upper layer side.

また、絶縁層104の半導体層108に接する側に窒化シリコン膜などの酸化物膜以外の膜を用いることもできる。このとき、絶縁層104の半導体層108と接する表面に対して酸素プラズマ処理などの前処理を行い、絶縁層104の表面、または表面近傍を酸化することが好ましい。   Alternatively, a film other than an oxide film such as a silicon nitride film can be used on the side of the insulating layer 104 in contact with the semiconductor layer 108. At this time, the surface of the insulating layer 104 in contact with the semiconductor layer 108 is preferably subjected to pretreatment such as oxygen plasma treatment to oxidize the surface of the insulating layer 104 or the vicinity of the surface.

〔導電膜〕
ゲート電極として機能する導電層112及び導電層106、ソース電極として機能する導電層120a、ドレイン電極として機能する導電層120bとしては、クロム(Cr)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、タングステン(W)、マンガン(Mn)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、コバルト(Co)から選ばれた金属元素、または上述した金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いてそれぞれ形成することができる。
[Conductive film]
The conductive layer 112 and the conductive layer 106 functioning as a gate electrode, the conductive layer 120 a functioning as a source electrode, and the conductive layer 120 b functioning as a drain electrode include chromium (Cr), copper (Cu), aluminum (Al), gold (gold) Au), silver (Ag), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tantalum (Ta), titanium (Ti), tungsten (W), manganese (Mn), nickel (Ni), iron (Fe), cobalt (cobalt A metal element selected from Co), or an alloy containing the above-described metal element as a component, or an alloy in which the above-described metal element is combined can be used, respectively.

また、ゲート電極として機能する導電層112及び導電層106、ソース電極として機能する導電層120a、ドレイン電極として機能する導電層120bには、インジウムと錫とを有する酸化物(In−Sn酸化物)、インジウムとタングステンとを有する酸化物(In−W酸化物)、インジウムとタングステンと亜鉛とを有する酸化物(In−W−Zn酸化物)、インジウムとチタンとを有する酸化物(In−Ti酸化物)、インジウムとチタンと錫とを有する酸化物(In−Ti−Sn酸化物)、インジウムと亜鉛とを有する酸化物(In−Zn酸化物)、インジウムと錫とシリコンとを有する酸化物(In−Sn−Si酸化物)、インジウムとガリウムと亜鉛とを有する酸化物(In−Ga−Zn酸化物)等の酸化物導電体または金属酸化物膜を適用することもできる。   In addition, an oxide (In-Sn oxide) containing indium and tin in the conductive layer 112 and the conductive layer 106 which function as a gate electrode, the conductive layer 120 a which functions as a source electrode, and the conductive layer 120 b which functions as a drain electrode. , An oxide having indium and tungsten (In-W oxide), an oxide having indium, tungsten and zinc (In-W-Zn oxide), an oxide having indium and titanium (In-Ti oxide) Oxide, an oxide having indium, titanium and tin (In-Ti-Sn oxide), an oxide having indium and zinc (In-Zn oxide), an oxide having indium, tin and silicon Oxide conductor such as In-Sn-Si oxide), oxide containing indium, gallium and zinc (In-Ga-Zn oxide) or gold It is also possible to apply the oxide film.

ここで、酸化物導電体について説明を行う。本明細書等において、酸化物導電体をOC(OxideConductor)と呼称してもよい。酸化物導電体としては、例えば、金属酸化物に酸素欠損を形成し、該酸素欠損に水素を添加すると、伝導帯近傍にドナー準位が形成される。この結果、金属酸化物は、導電性が高くなり導電体化する。導電体化された金属酸化物を、酸化物導電体ということができる。一般に、金属酸化物は、エネルギーギャップが大きいため、可視光に対して透光性を有する。一方、酸化物導電体は、伝導帯近傍にドナー準位を有する金属酸化物である。したがって、酸化物導電体は、ドナー準位による吸収の影響は小さく、可視光に対して金属酸化物と同程度の透光性を有する。   Here, the oxide conductor is described. In the present specification and the like, the oxide conductor may be referred to as OC (Oxide Conductor). As an oxide conductor, for example, oxygen vacancies are formed in a metal oxide, and when hydrogen is added to the oxygen vacancies, donor levels are formed in the vicinity of the conduction band. As a result, the metal oxide becomes highly conductive and becomes conductive. A conductive metal oxide can be referred to as an oxide conductor. In general, metal oxides are translucent to visible light because of their large energy gap. On the other hand, the oxide conductor is a metal oxide having a donor level near the conduction band. Therefore, the oxide conductor has a small influence of absorption by the donor level, and has the same transparency to visible light as a metal oxide.

また、導電層112として、上記酸化物導電体(金属酸化物)を含む導電膜と、金属または合金を含む導電膜の積層構造としてもよい。金属または合金を含む導電膜を用いることで、配線抵抗を小さくすることができる。このとき、ゲート絶縁膜として機能する絶縁層と接する側には酸化物導電体を含む導電膜を適用することが好ましい。   Alternatively, the conductive layer 112 may have a stacked-layer structure of a conductive film containing the above-described oxide conductor (metal oxide) and a conductive film containing a metal or an alloy. The wiring resistance can be reduced by using a conductive film containing a metal or an alloy. At this time, a conductive film including an oxide conductor is preferably applied to the side in contact with the insulating layer which functions as a gate insulating film.

また、導電層112、導電層106、導電層120a、導電層120bには、Cu−X合金膜(Xは、Mn、Ni、Cr、Fe、Co、Mo、Ta、またはTi)を適用してもよい。Cu−X合金膜を用いることで、ウエットエッチングプロセスで加工できるため、製造コストを抑制することが可能となる。   In addition, a Cu—X alloy film (X is Mn, Ni, Cr, Fe, Co, Mo, Ta, or Ti) is applied to the conductive layer 112, the conductive layer 106, the conductive layer 120a, and the conductive layer 120b. It is also good. By using a Cu-X alloy film, processing can be performed by a wet etching process, which makes it possible to suppress the manufacturing cost.

また、導電層112、導電層106、導電層120a、導電層120bには、上述の金属元素の中でも、特にチタン、タングステン、タンタル、及びモリブデンの中から選ばれるいずれか一つまたは複数を有すると好適である。特に、導電層112、導電層106、導電層120a、導電層120bとしては、窒化タンタル膜を用いると好適である。当該窒化タンタル膜は、導電性を有し、且つ、銅または水素に対して、高いバリア性を有する。また、窒化タンタル膜は、さらに自身からの水素の放出が少ないため、半導体層108と接する導電膜、または半導体層108の近傍の導電膜として、好適に用いることができる。   In addition, the conductive layer 112, the conductive layer 106, the conductive layer 120a, and the conductive layer 120b preferably include one or more selected from titanium, tungsten, tantalum, and molybdenum among the above-described metal elements. It is suitable. In particular, a tantalum nitride film is preferably used as the conductive layer 112, the conductive layer 106, the conductive layer 120a, and the conductive layer 120b. The tantalum nitride film is conductive and has high barrier properties to copper or hydrogen. Further, since the tantalum nitride film further emits less hydrogen from itself, the tantalum nitride film can be suitably used as a conductive film in contact with the semiconductor layer 108 or a conductive film in the vicinity of the semiconductor layer 108.

〔絶縁層〕
トランジスタ100等のゲート絶縁膜として機能する絶縁層(絶縁層104および絶縁層110)としては、プラズマ化学気相堆積(PECVD:(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition))法、スパッタリング法等により、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化タンタル膜、酸化マグネシウム膜、酸化ランタン膜、酸化セリウム膜および酸化ネオジム膜を一種以上含む絶縁層を用いることができる。なお、絶縁層104および絶縁層110を、それぞれ2層の積層構造または3層以上の積層構造としてもよい。
[Insulating layer]
A silicon oxide film is formed by plasma chemical vapor deposition (PECVD: (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)), sputtering, or the like as the insulating layer (insulating layer 104 and insulating layer 110) functioning as a gate insulating film of the transistor 100 or the like. Silicon oxynitride film, silicon nitride oxide film, silicon nitride film, aluminum oxide film, hafnium oxide film, yttrium oxide film, zirconium oxide film, gallium oxide film, tantalum oxide film, magnesium oxide film, lanthanum oxide film, cerium oxide film And an insulating layer containing one or more of neodymium oxide films. Note that each of the insulating layer 104 and the insulating layer 110 may have a stacked structure of two layers or a stacked structure of three or more layers.

また、トランジスタ100等のチャネル形成領域として機能する半導体層108と接する絶縁層は、酸化物絶縁膜であることが好ましく、化学量論的組成よりも過剰に酸素を含有する領域(過剰酸素領域と呼ぶ場合がある。)を有することがより好ましい。別言すると、絶縁層は、酸素を放出することが可能な絶縁膜である。なお、絶縁層に過剰酸素領域を設けるには、例えば、酸素雰囲気下にて絶縁層を形成する、成膜後の絶縁層を酸素雰囲気下で熱処理する、成膜後の絶縁層上に酸素を有する膜を形成することで絶縁層に酸素を注入する、もしくは成膜後の絶縁層に酸素イオンを注入すればよい。   In addition, an insulating layer in contact with the semiconductor layer 108 which functions as a channel formation region of the transistor 100 or the like is preferably an oxide insulating film, and contains oxygen in excess of the stoichiometric composition (an excess oxygen region It is more preferable to have the In other words, the insulating layer is an insulating film capable of releasing oxygen. Note that in order to provide an excess oxygen region in the insulating layer, for example, the insulating layer is formed in an oxygen atmosphere, the insulating layer after film formation is heat-treated in an oxygen atmosphere, or oxygen is formed on the insulating layer after film formation. Oxygen is implanted into the insulating layer by formation of the film included, or oxygen ions may be implanted into the insulating layer after film formation.

また、絶縁層として、酸化ハフニウムを用いる場合、以下の効果を奏する。酸化ハフニウムは、酸化シリコンや酸化窒化シリコンと比べて比誘電率が高い。したがって、酸化シリコンを用いた場合と比べて、絶縁層の膜厚を大きくできるため、トンネル電流によるリーク電流を小さくすることができる。すなわち、オフ電流の小さいトランジスタを実現することができる。さらに、結晶構造を有する酸化ハフニウムは、非晶質構造を有する酸化ハフニウムと比べて高い比誘電率を備える。したがって、オフ電流の小さいトランジスタとするためには、結晶構造を有する酸化ハフニウムを用いることが好ましい。結晶構造の例としては、単斜晶系や立方晶系などが挙げられる。ただし、本発明の一態様は、これらに限定されない。   When hafnium oxide is used as the insulating layer, the following effects can be obtained. Hafnium oxide has a higher dielectric constant than silicon oxide or silicon oxynitride. Therefore, since the thickness of the insulating layer can be increased as compared with the case of using silicon oxide, the leakage current due to the tunnel current can be reduced. That is, a transistor with small off current can be realized. Furthermore, hafnium oxide having a crystal structure has a high dielectric constant as compared to hafnium oxide having an amorphous structure. Therefore, in order to obtain a transistor with low off current, it is preferable to use hafnium oxide having a crystal structure. Examples of the crystal structure include monoclinic system and cubic system. However, one embodiment of the present invention is not limited to these.

また、絶縁層は、欠陥が少ないことが好ましく、代表的には、電子スピン共鳴法(ESR:ElectronSpinResonance)で観察されるシグナルが少ない方が好ましい。例えば、上述のシグナルとしては、g値が2.001に観察されるE’センターが挙げられる。なお、E’センターは、シリコンのダングリングボンドに起因する。絶縁層としては、E’センター起因のスピン密度が、3×1017spins/cm以下、好ましくは5×1016spins/cm以下である酸化シリコン膜、または酸化窒化シリコン膜を用いればよい。 In addition, the insulating layer preferably has few defects, and typically, it is preferable that a signal observed by electron spin resonance (ESR) is small. For example, the above-mentioned signal includes the E ′ center observed at a g value of 2.001. The E 'center is due to dangling bonds of silicon. As the insulating layer, a silicon oxide film or a silicon oxynitride film having a spin density of 3 × 10 17 spins / cm 3 or less, preferably 5 × 10 16 spins / cm 3 or less due to the E ′ center may be used. .

〔半導体層〕
半導体層108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金属元素の原子数比として、In:M:Zn=1:1:1、In:M:Zn=1:1:0.5、In:M:Zn=1:1:1.2、In:M:Zn=2:1:3、In:M:Zn=3:1:2、In:M:Zn=4:2:4.1、In:M:Zn=5:1:6、In:M:Zn=5:1:7、In:M:Zn=5:1:8、In:M:Zn=6:1:6、In:M:Zn=5:2:5等が挙げられる。
[Semiconductor layer]
In the case where the semiconductor layer 108 is an In-M-Zn oxide, the atomic ratio of metal elements in a sputtering target used for forming the In-M-Zn oxide preferably satisfies In> M. The atomic ratio of the metal elements of such a sputtering target is In: M: Zn = 1: 1: 1, In: M: Zn = 1: 1: 0.5, In: M: Zn = 1: 1: 1.2, In: M: Zn = 2: 1: 3, In: M: Zn = 3: 1: 2, In: M: Zn = 4: 2: 4.1, In: M: Zn = 5 1: 6, In: M: Zn = 5: 1: 7, In: M: Zn = 5: 1: 8, In: M: Zn = 6: 1: 6, In: M: Zn = 5: 2: 5 mag is listed.

また、半導体層108が、In−M−Zn酸化物の場合、スパッタリングターゲットとしては、多結晶のIn−M−Zn酸化物を含むターゲットを用いると好ましい。多結晶のIn−M−Zn酸化物を含むターゲットを用いることで、結晶性を有する半導体層108を形成しやすくなる。なお、成膜される半導体層108の原子数比は、上記のスパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイナス40%の変動を含む。例えば、半導体層108に用いるスパッタリングターゲットの組成がIn:Ga:Zn=4:2:4.1[原子数比]の場合、成膜される半導体層108の組成は、In:Ga:Zn=4:2:3[原子数比]の近傍となる場合がある。   In the case where the semiconductor layer 108 is an In-M-Zn oxide, it is preferable to use a target including a polycrystalline In-M-Zn oxide as a sputtering target. With the use of a target including polycrystalline In-M-Zn oxide, the semiconductor layer 108 having crystallinity can be easily formed. Note that the atomic ratio of the semiconductor layer 108 to be formed includes a variation of plus or minus 40% of the atomic ratio of the metal element contained in the above sputtering target. For example, in the case where the composition of a sputtering target used for the semiconductor layer 108 is In: Ga: Zn = 4: 2: 4.1 [atomic ratio], the composition of the semiconductor layer 108 to be formed is In: Ga: Zn = It may be in the vicinity of 4: 2: 3 [atomic number ratio].

また、半導体層108は、エネルギーギャップが2eV以上、好ましくは2.5eV以上である。このように、エネルギーギャップの広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。   In addition, the semiconductor layer 108 has an energy gap of 2 eV or more, preferably 2.5 eV or more. Thus, by using a metal oxide with a wide energy gap, the off-state current of the transistor can be reduced.

また、半導体層108は、非単結晶構造であると好ましい。非単結晶構造は、例えば、結晶部がc軸配向性を有するCAAC−OS(C Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor)、多結晶構造、微結晶構造、また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く、CAAC−OSは最も欠陥準位密度が低い。   In addition, the semiconductor layer 108 preferably has a non-single-crystal structure. The non-single crystal structure includes, for example, a CAAC-OS (C Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor), a polycrystalline structure, a microcrystalline structure, or an amorphous structure in which a crystal part has c-axis orientation. In the non-single crystal structure, the amorphous structure has the highest density of defect states, and CAAC-OS has the lowest density of defect states.

[作製方法例]
以下では、本発明の一態様のトランジスタ及び容量素子の作製方法について説明する。ここでは、図4(B)で例示したトランジスタ100Aと容量素子130Bを例に挙げて説明する。
[Example of production method]
Hereinafter, a method for manufacturing the transistor and the capacitor of one embodiment of the present invention will be described. Here, the transistor 100A and the capacitor 130B illustrated in FIG. 4B will be described as an example.

なお、半導体装置を構成する薄膜(絶縁膜、半導体膜、導電膜等)は、スパッタリング法、化学気相堆積(CVD:Chemical Vapor Deposition)法、真空蒸着法、パルスレーザー堆積(PLD:Pulse Laser Deposition)法、原子層堆積(ALD:Atomic Layer Deposition)法等を用いて形成することができる。CVD法としては、プラズマ化学気相堆積(PECVD:Plasma Enhanced CVD)法や、熱CVD法などがある。また、熱CVD法のひとつに、有機金属化学気相堆積(MOCVD:Metal Organic CVD)法がある。   Note that thin films (insulating films, semiconductor films, conductive films, and the like) that constitute a semiconductor device are formed by sputtering, chemical vapor deposition (CVD), vacuum evaporation, pulse laser deposition (PLD: Pulse Laser Deposition). ), Atomic layer deposition (ALD), or the like. Examples of the CVD method include plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), thermal CVD and the like. In addition, one of the thermal CVD methods is metal organic chemical vapor deposition (MOCVD: Metal Organic CVD).

また、半導体装置を構成する薄膜(絶縁膜、半導体膜、導電膜等)は、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、インクジェット、ディスペンス、スクリーン印刷、オフセット印刷、ドクターナイフ、スリットコート、ロールコート、カーテンコート、ナイフコート等の方法により形成することができる。   In addition, thin films (insulating films, semiconductor films, conductive films, etc.) constituting a semiconductor device can be spin-coated, dip, spray-coated, inkjet, dispensing, screen printing, offset printing, doctor knife, slit coat, roll coat, curtain coat , Knife coating or the like.

また、半導体装置を構成する薄膜を加工する際には、フォトリソグラフィ法等を用いて加工することができる。それ以外に、ナノインプリント法、サンドブラスト法、リフトオフ法などにより薄膜を加工してもよい。また、メタルマスクなどの遮蔽マスクを用いた成膜方法により、島状の薄膜を直接形成してもよい。   In addition, when processing a thin film forming the semiconductor device, the thin film can be processed using a photolithography method or the like. Other than that, the thin film may be processed by a nanoimprint method, a sand blast method, a lift-off method or the like. Alternatively, the island-shaped thin film may be formed directly by a film formation method using a shielding mask such as a metal mask.

フォトリソグラフィ法としては、代表的には以下の2つの方法がある。一つは、加工したい薄膜上にレジストマスクを形成して、エッチング等により当該薄膜を加工し、レジストマスクを除去する方法である。もう一つは、感光性を有する薄膜を成膜した後に、露光、現像を行って、当該薄膜を所望の形状に加工する方法である。   As the photolithography method, there are typically the following two methods. One is a method of forming a resist mask on a thin film to be processed, processing the thin film by etching or the like, and removing the resist mask. The other is a method of processing the thin film into a desired shape by forming a thin film having photosensitivity, followed by exposure and development.

フォトリソグラフィ法において、露光に用いる光は、例えばi線(波長365nm)、g線(波長436nm)、h線(波長405nm)、またはこれらを混合させた光を用いることができる。そのほか、紫外線やKrFレーザ光、またはArFレーザ光等を用いることもできる。また、液浸露光技術により露光を行ってもよい。また、露光に用いる光として、極端紫外光(EUV:Extreme Ultra−violet)やX線を用いてもよい。また、露光に用いる光に換えて、電子ビームを用いることもできる。極端紫外光、X線または電子ビームを用いると、極めて微細な加工が可能となるため好ましい。なお、電子ビームなどのビームを走査することにより露光を行う場合には、フォトマスクは不要である。   In photolithography, light used for exposure may be, for example, i-ray (wavelength 365 nm), g-ray (wavelength 436 nm), h-ray (wavelength 405 nm), or a mixture of these. Besides, ultraviolet light, KrF laser light, ArF laser light or the like can also be used. Further, the exposure may be performed by the immersion exposure technique. Further, as light used for exposure, extreme ultraviolet (EUV: Extreme Ultra-violet) or X-rays may be used. Also, instead of light used for exposure, an electron beam can be used. The use of extreme ultraviolet light, X-rays or electron beams is preferable because extremely fine processing is possible. In the case where exposure is performed by scanning a beam such as an electron beam, a photomask is not necessary.

薄膜のエッチングには、ドライエッチング法、ウェットエッチング法、サンドブラスト法などを用いることができる。   For etching of the thin film, a dry etching method, a wet etching method, a sand blast method, or the like can be used.

図5乃至図7に示す各図は、トランジスタ100A及び容量素子130Bの作製方法を説明するチャネル長方向の断面図である。   Each of FIGS. 5 to 7 is a cross-sectional view in the channel length direction, which illustrates the method for manufacturing the transistor 100A and the capacitor 130B.

〔導電層106、導電層106Cの形成〕
基板102上に導電膜を形成し、これをエッチングにより加工して、ゲート電極として機能する導電層106と、容量素子の一方の電極として機能する導電層106Cを同時に形成する(図5(A))。
[Formation of Conductive Layer 106, Conductive Layer 106C]
A conductive film is formed over the substrate 102 and processed by etching to simultaneously form a conductive layer 106 functioning as a gate electrode and a conductive layer 106C functioning as one electrode of a capacitor (FIG. 5A). ).

〔絶縁層104の形成〕
続いて、基板102、導電層106、及び導電層106Cを覆って絶縁層104を形成する(図5(B))。絶縁層104は、プラズマCVD法、ALD法、スパッタリング法などを用いて形成することができる。
[Formation of Insulating Layer 104]
Subsequently, the insulating layer 104 is formed to cover the substrate 102, the conductive layer 106, and the conductive layer 106C (FIG. 5B). The insulating layer 104 can be formed by a plasma CVD method, an ALD method, a sputtering method, or the like.

〔半導体層108、金属酸化物層108Cの形成〕
続いて、絶縁層104上に金属酸化物膜108fを成膜する(図5(C))。
[Formation of Semiconductor Layer 108, Metal Oxide Layer 108C]
Subsequently, a metal oxide film 108 f is formed over the insulating layer 104 (FIG. 5C).

金属酸化物膜108fは、金属酸化物ターゲットを用いたスパッタリング法により形成することが好ましい。   The metal oxide film 108 f is preferably formed by a sputtering method using a metal oxide target.

また、金属酸化物膜108fを成膜する際に、酸素ガスの他に、窒素を含むガスや不活性ガス(例えば、ヘリウムガス、アルゴンガス、キセノンガスなど)を混合させてもよい。窒素を含むガスとして、窒素ガスや、一酸化二窒素などの窒素酸化物を含むガスを用いることができる。なお、金属酸化物膜を成膜する際の成膜ガス全体に占める酸素ガスの割合(以下、酸素流量比ともいう)としては、0%以上100%以下、好ましくは5%以上20%以下とすることが好ましい。酸素流量比を低くし、結晶性が比較的低い金属酸化物膜108fとすることで、オン電流が高められたトランジスタとすることができる。   Further, when forming the metal oxide film 108f, a gas containing nitrogen or an inert gas (eg, helium gas, argon gas, xenon gas, etc.) may be mixed in addition to the oxygen gas. As a gas containing nitrogen, a gas containing nitrogen gas or a nitrogen oxide such as dinitrogen monoxide can be used. Note that the ratio of oxygen gas to the whole of the deposition gas at the time of depositing the metal oxide film (hereinafter also referred to as oxygen flow ratio) is 0% or more and 100% or less, preferably 5% or more and 20% or less It is preferable to do. By reducing the oxygen flow ratio and forming the metal oxide film 108 f with relatively low crystallinity, a transistor in which the on-state current is increased can be obtained.

また、成膜ガスに窒素を含むガスを混合することで、金属酸化物膜108fとして窒素を含む金属酸化物膜を形成することができる。   Further, by mixing a gas containing nitrogen with a film formation gas, a metal oxide film containing nitrogen can be formed as the metal oxide film 108 f.

また、金属酸化物膜108fの成膜条件としては、基板温度を室温以上180℃以下、好ましくは基板温度を室温以上140℃以下とすればよい。金属酸化物膜108fの成膜時の基板温度を、例えば、室温以上140℃未満とすると、生産性が高くなり好ましい。また、基板温度を室温とする、または意図的に加熱しない状態で、金属酸化物膜108fを成膜することで、結晶性の低い金属酸化物膜108fを成膜しやすくなる。   In addition, as a film formation condition of the metal oxide film 108f, the substrate temperature may be higher than or equal to room temperature and less than or equal to 180 ° C., preferably, the substrate temperature may be higher than or equal to room temperature and less than or equal to 140 ° C. When the substrate temperature at the time of forming the metal oxide film 108 f is, for example, greater than or equal to room temperature and less than 140 ° C., productivity is preferably high. Further, by forming the metal oxide film 108 f with the substrate temperature set to room temperature or not intentionally heating, the metal oxide film 108 f having low crystallinity can be easily formed.

また、金属酸化物膜108fの厚さとしては、3nm以上200nm以下、好ましくは3nm以上100nm以下、さらに好ましくは3nm以上60nm以下とすればよい。   The thickness of the metal oxide film 108f may be 3 nm to 200 nm, preferably 3 nm to 100 nm, and more preferably 3 nm to 60 nm.

なお、基板102として、大型のガラス基板(例えば、第6世代乃至第12世代)を用いる場合、金属酸化物膜108fを成膜する際の基板温度を200℃以上300℃以下とした場合、基板102が変形する(歪むまたは反る)場合がある。よって、大型のガラス基板を用いる場合においては、金属酸化物膜108fを成膜する際の基板温度を室温以上200℃未満とすることで、ガラス基板の変形を抑制することができる。   Note that in the case of using a large glass substrate (for example, the sixth to twelfth generations) as the substrate 102, the substrate temperature is 200 ° C. or more and 300 ° C. or less when forming the metal oxide film 108f. There are cases where the 102 is deformed (distorted or warped). Therefore, in the case of using a large-sized glass substrate, deformation of the glass substrate can be suppressed by setting the substrate temperature at the time of forming the metal oxide film 108 f at room temperature or more and less than 200 ° C.

また、スパッタリングガスの高純度化も必要である。例えば、スパッタリングガスとして用いる酸素ガスやアルゴンガスは、露点が−40℃以下、好ましくは−80℃以下、より好ましくは−100℃以下、より好ましくは−120℃以下にまで高純度化したガスを用いることで金属酸化物膜108fに水分等が取り込まれることを可能な限り防ぐことができる。   In addition, high purification of the sputtering gas is also required. For example, oxygen gas or argon gas used as a sputtering gas has a dew point of -40.degree. C. or less, preferably -80.degree. C. or less, more preferably -100.degree. C. or less, more preferably -120.degree. C. or less. By using the metal oxide film 108 f, it is possible to prevent moisture and the like from being taken in as much as possible.

また、スパッタリング法で金属酸化物膜108fを成膜する場合、スパッタリング装置におけるチャンバーは、金属酸化物にとって不純物となる水等を可能な限り除去すべくクライオポンプのような吸着式の真空排気ポンプを用いて、高真空(5×10−7Paから1×10−4Pa程度まで)に排気することが好ましい。特に、スパッタリング装置の待機時における、チャンバー内のHOに相当するガス分子(m/z=18に相当するガス分子)の分圧を1×10−4Pa以下、好ましく5×10−5Pa以下とすることが好ましい。 In the case where the metal oxide film 108f is formed by sputtering, a chamber in the sputtering apparatus is an adsorption vacuum pump such as a cryopump in order to remove water and the like which become impurities for the metal oxide as much as possible. It is preferable to use a high vacuum (about 5 × 10 −7 Pa to 1 × 10 −4 Pa) to evacuate. In particular, the partial pressure of gas molecules corresponding to H 2 O in the chamber (gas molecules corresponding to m / z = 18) is 1 × 10 −4 Pa or less, preferably 5 × 10 −5 during standby of the sputtering apparatus. It is preferable to set it as Pa or less.

また、金属酸化物膜108fを成膜する前に、絶縁層104の表面に吸着した水や水素を脱離させるための加熱処理を行うことが好ましい。例えば、減圧雰囲気下にて70℃以上200℃以下の温度で加熱処理を行うことができる。またこのとき、絶縁層104の表面を大気に暴露することなく、連続して金属酸化物膜108fを成膜することが好ましい。例えば、成膜装置として、基板を加熱する加熱室と、金属酸化物膜108fを成膜する成膜室とが、ゲートバルブ等を介して接続された構成とすることが好ましい。   Further, before forming the metal oxide film 108 f, heat treatment is preferably performed to remove water or hydrogen adsorbed on the surface of the insulating layer 104. For example, heat treatment can be performed at a temperature of 70 ° C to 200 ° C in a reduced pressure atmosphere. At this time, it is preferable to form the metal oxide film 108 f continuously without exposing the surface of the insulating layer 104 to the air. For example, as a film formation apparatus, a heating chamber for heating a substrate and a film formation chamber for forming the metal oxide film 108 f are preferably connected via a gate valve or the like.

続いて、金属酸化物膜108fを加工し、島状の半導体層108と、金属酸化物層108Cを同時に形成する(図5(D))。   Subsequently, the metal oxide film 108f is processed to simultaneously form the island-shaped semiconductor layer 108 and the metal oxide layer 108C (FIG. 5D).

金属酸化物膜108fの加工には、ウェットエッチング法及びドライエッチング法のいずれか一方または双方を用いればよい。   For processing of the metal oxide film 108f, either one or both of a wet etching method and a dry etching method may be used.

また、金属酸化物膜108fの成膜後、または半導体層108に加工した後、加熱処理を行い、金属酸化物膜108fまたは半導体層108の脱水素化または脱水化をしてもよい。加熱処理の温度は、代表的には、150℃以上基板の歪み点未満、または250℃以上450℃以下、または300℃以上450℃以下である。   After the metal oxide film 108 f is formed or processed into the semiconductor layer 108, heat treatment may be performed to perform dehydrogenation or dehydration of the metal oxide film 108 f or the semiconductor layer 108. The temperature of the heat treatment is typically 150 ° C to less than the strain point of the substrate, or 250 ° C to 450 ° C, or 300 ° C to 450 ° C.

加熱処理は、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン、クリプトン等の希ガス、または窒素を含む不活性ガス雰囲気で行うことができる。または、不活性ガス雰囲気で加熱した後、酸素雰囲気で加熱してもよい。なお、上記不活性ガス雰囲気及び酸素雰囲気に水素、水などが含まれないことが好ましい。処理時間は3分以上24時間以下とすればよい。   The heat treatment can be performed in a rare gas such as helium, neon, argon, xenon, krypton, or an inert gas atmosphere containing nitrogen. Alternatively, after heating in an inert gas atmosphere, heating may be performed in an oxygen atmosphere. Preferably, the inert gas atmosphere and the oxygen atmosphere do not contain hydrogen, water, and the like. The treatment time may be 3 minutes or more and 24 hours or less.

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

金属酸化物膜108fを加熱しながら成膜する、または金属酸化物膜108fを形成した後、加熱処理を行うことで、SIMSにより得られる金属酸化物膜108f中の水素濃度を5×1019atoms/cm以下、または1×1019atoms/cm以下、5×1018atoms/cm以下、または1×1018atoms/cm以下、または5×1017atoms/cm以下、または1×1016atoms/cm以下とすることができる。 The film formation is performed while heating the metal oxide film 108f, or the metal oxide film 108f is formed, and then heat treatment is performed, whereby the hydrogen concentration in the metal oxide film 108f obtained by SIMS is 5 × 10 19 atoms. / cm 3 or less, or 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less, 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less, or 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less, or 5 × 10 17 atoms / cm 3 or less, or 1 It can be 10 16 atoms / cm 3 or less.

〔絶縁膜110fの形成〕
続いて、半導体層108、金属酸化物層108C、及び絶縁層104上に、絶縁層110となる絶縁膜110fを成膜する。
[Formation of Insulating Film 110f]
Subsequently, an insulating film 110 f which is to be the insulating layer 110 is formed over the semiconductor layer 108, the metal oxide layer 108 C, and the insulating layer 104.

絶縁膜110fとしては、例えば酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの酸化物膜を、プラズマ化学気相堆積装置(PECVD装置、または単にプラズマCVD装置という)を用いて形成することが好ましい。この場合、原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。   As the insulating film 110f, for example, an oxide film such as a silicon oxide film or a silicon oxynitride film is preferably formed using a plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus (referred to as a PECVD apparatus or simply referred to as a plasma CVD apparatus). In this case, as the source gas, it is preferable to use a deposition gas containing silicon and an oxidizing gas. Typical examples of the deposition gas containing silicon include silane, disilane, trisilane, fluorosilane and the like. Examples of the oxidizing gas include oxygen, ozone, dinitrogen monoxide, and nitrogen dioxide.

また、絶縁膜110fとして、堆積性気体の流量に対する酸化性気体の流量を20倍より大きく100倍未満、または40倍以上80倍以下とし、処理室内の圧力を100Pa未満、または50Pa以下とするPECVD装置を用いることで、欠陥量の少ない酸化窒化シリコン膜を形成することができる。   In addition, PECVD in which the flow rate of the oxidizing gas is greater than 20 times and less than 100 times, or 40 times to 80 times that of the deposition gas as the insulating film 110 f, and the pressure in the processing chamber is less than 100 Pa or 50 Pa or less By using the device, a silicon oxynitride film with a small amount of defects can be formed.

また、絶縁膜110fとして、PECVD装置の真空排気された処理室内に載置された基板を280℃以上350℃以下に保持し、処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を20Pa以上250Pa以下、さらに好ましくは100Pa以上250Pa以下とし、処理室内に設けられる電極に高周波電力を供給する条件により、絶縁膜110fとして、緻密である酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を形成することができる。   In addition, the substrate placed in the vacuum-evacuated processing chamber of the PECVD apparatus is maintained at 280 ° C. to 350 ° C. as the insulating film 110 f, and the source gas is introduced into the processing chamber, and the pressure in the processing chamber is 20 Pa to 250 Pa. A dense silicon oxide film or a silicon oxynitride film can be formed as the insulating film 110 f under the condition of supplying the high frequency power to the electrode provided in the treatment chamber by setting the pressure to 100 Pa or more and 250 Pa or less.

また、絶縁膜110fを、マイクロ波を用いたPECVD法を用いて形成してもよい。マイクロ波とは300MHzから300GHzの周波数域を指す。マイクロ波は、電子温度が低く、電子エネルギーが小さい。また、供給された電力において、電子の加速に用いられる割合が少なく、より多くの分子の解離及び電離に用いられることが可能であり、密度の高いプラズマ(高密度プラズマ)を励起することができる。このため、被成膜面及び堆積物へのプラズマダメージが少なく、欠陥の少ない絶縁膜110fを形成することができる。   Alternatively, the insulating film 110 f may be formed by PECVD using microwaves. Microwave refers to the frequency range of 300 MHz to 300 GHz. The microwave has a low electron temperature and a small electron energy. Also, in the supplied electric power, the rate used for accelerating electrons is small, and it can be used for dissociation and ionization of more molecules, and can excite high density plasma (high density plasma) . Therefore, the insulating film 110 f with few defects can be formed with less plasma damage to the deposition surface and the deposit.

また、絶縁膜110fを、有機シランガスを用いたCVD法を用いて形成することができる。有機シランガスとしては、珪酸エチル(TEOS:化学式Si(OC)、テトラメチルシラン(TMS:化学式Si(CH)、テトラメチルシクロテトラシロキサン(TMCTS)、オクタメチルシクロテトラシロキサン(OMCTS)、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)、トリエトキシシラン(SiH(OC)、トリスジメチルアミノシラン(SiH(N(CH)などのシリコン含有化合物を用いることができる。有機シランガスを用いたCVD法を用いることで、被覆性の高い絶縁膜110fを形成することができる。 In addition, the insulating film 110 f can be formed by a CVD method using an organosilane gas. As organosilane gas, ethyl silicate (TEOS: chemical formula Si (OC 2 H 5 ) 4 ), tetramethylsilane (TMS: chemical formula Si (CH 3 ) 4 ), tetramethyl cyclotetrasiloxane (TMCTS), octamethyl cyclotetrasiloxane (OMCTS), hexamethyldisilazane (HMDS), triethoxysilane (SiH (OC 2 H 5) 3), or trisdimethylaminosilane (SiH (N (CH 3) 2) 3) be a silicon-containing compound such as it can. By using the CVD method using an organosilane gas, the insulating film 110f with high coverage can be formed.

〔金属酸化物膜114fの形成〕
続いて、絶縁膜110f上に、金属酸化物層114となる金属酸化物膜114fを成膜する。
[Formation of Metal Oxide Film 114f]
Subsequently, a metal oxide film 114 f to be the metal oxide layer 114 is formed over the insulating film 110 f.

金属酸化物膜114fは、例えば酸素を含む雰囲気下で成膜することが好ましい。特に、酸素を含む雰囲気下でスパッタリング法により形成することが好ましい。これにより、金属酸化物膜114fの成膜時に絶縁膜110fに酸素を供給することができる。   The metal oxide film 114 f is preferably formed, for example, in an atmosphere containing oxygen. In particular, sputtering is preferably performed in an atmosphere containing oxygen. Thus, oxygen can be supplied to the insulating film 110 f when the metal oxide film 114 f is formed.

例えば金属酸化物膜114fの成膜条件として、成膜ガスに酸素を用い、金属ターゲットを用いた反応性スパッタリング法により、金属酸化物膜を形成することが好ましい。金属ターゲットとして、例えばアルミニウムを用いた場合には、酸化アルミニウム膜を成膜することができる。   For example, as a film formation condition of the metal oxide film 114f, it is preferable to form the metal oxide film by a reactive sputtering method using a metal target by using oxygen as a film formation gas. When aluminum is used as the metal target, for example, an aluminum oxide film can be formed.

金属酸化物膜114fの成膜時に、成膜装置の成膜室内に導入する成膜ガスの全流量に対する酸素流量の割合(酸素流量比)、または成膜室内の酸素分圧が高いほど、絶縁膜110f中に供給される酸素を増やすことができる。酸素流量比または酸素分圧は、例えば50%以上100%以下、好ましくは65%以上100%以下、より好ましくは80%以上100%以下、さらに好ましくは90%以上100%以下とする。特に、酸素流量比100%とし、酸素分圧を100%にできるだけ近づけることが好ましい。   When the metal oxide film 114f is formed, the ratio of the oxygen flow rate to the total flow rate of the film forming gas introduced into the film forming chamber of the film forming apparatus (oxygen flow ratio) or the oxygen partial pressure in the film forming chamber is higher. The oxygen supplied into the membrane 110f can be increased. The oxygen flow ratio or oxygen partial pressure is, for example, 50% to 100%, preferably 65% to 100%, more preferably 80% to 100%, and still more preferably 90% to 100%. In particular, it is preferable to set the oxygen flow ratio to 100% and to bring the oxygen partial pressure as close as possible to 100%.

このように、酸素を含む雰囲気下でスパッタリング法により金属酸化物膜114fを形成することにより、金属酸化物膜114fの成膜時に、絶縁膜110fへ酸素を供給するとともに、絶縁膜110fから酸素が脱離することを防ぐことができる。その結果、絶縁膜110fに極めて多くの酸素を閉じ込めることができる。そして、後の加熱処理によって、半導体層108に多くの酸素を供給することができる。その結果、半導体層108中の酸素欠損を低減でき、信頼性の高いトランジスタを実現できる。   By thus forming the metal oxide film 114f by sputtering in an atmosphere containing oxygen, oxygen is supplied to the insulating film 110f at the time of deposition of the metal oxide film 114f, and oxygen is supplied from the insulating film 110f. It is possible to prevent detachment. As a result, an extremely large amount of oxygen can be confined in the insulating film 110 f. Then, much heat can be supplied to the semiconductor layer 108 by heat treatment performed later. As a result, oxygen vacancies in the semiconductor layer 108 can be reduced, and a highly reliable transistor can be realized.

また、金属酸化物膜114fの成膜後に、金属酸化物膜114f、絶縁膜110f、及び絶縁層104の一部をエッチングすることで、導電層106に達する開口を形成する。これにより、後に形成する導電層112と導電層106とを、当該開口を介して電気的に接続することができる。   In addition, after the metal oxide film 114f is formed, the metal oxide film 114f, the insulating film 110f, and part of the insulating layer 104 are etched to form an opening which reaches the conductive layer 106. Accordingly, the conductive layer 112 and the conductive layer 106 which are to be formed later can be electrically connected to each other through the opening.

〔導電膜112fの形成〕
続いて、金属酸化物膜114f上に、導電層112となる導電膜112fを成膜する(図5(E))。
[Formation of Conductive Film 112f]
Subsequently, a conductive film 112 f to be the conductive layer 112 is formed over the metal oxide film 114 f (FIG. 5E).

導電膜112fは、金属または合金のスパッタリングターゲットを用いたスパッタリング法により成膜することが好ましい。   The conductive film 112 f is preferably formed by a sputtering method using a sputtering target of metal or alloy.

〔導電膜112f、金属酸化物膜114f、絶縁膜110fのエッチング〕
続いて、導電膜112f、金属酸化物膜114f、及び絶縁膜110fの一部をエッチングし、半導体層108の一部、及び金属酸化物層108Cを露出させる(図5(F))。
[Etching of Conductive Film 112f, Metal Oxide Film 114f, and Insulating Film 110f]
Subsequently, the conductive film 112f, the metal oxide film 114f, and part of the insulating film 110f are etched to expose part of the semiconductor layer 108 and the metal oxide layer 108C (FIG. 5F).

ここで、導電膜112f、金属酸化物膜114f、及び絶縁膜110fは、それぞれ同じレジストマスクを用いて加工することが好ましい。または、エッチング後の導電層112をハードマスクとして用いて、金属酸化物層114と絶縁層110とをエッチングしてもよい。   Here, the conductive film 112 f, the metal oxide film 114 f, and the insulating film 110 f are preferably processed using the same resist mask. Alternatively, the metal oxide layer 114 and the insulating layer 110 may be etched using the conductive layer 112 after etching as a hard mask.

これにより、上面形状が概略一致した島状の導電層112、金属酸化物層114、及び絶縁層110を形成することができる。   Thus, the island-shaped conductive layer 112, the metal oxide layer 114, and the insulating layer 110 whose top surface shapes are approximately the same can be formed.

なお、導電膜112f、金属酸化物膜114f、及び絶縁膜110fのエッチング時に、絶縁層110に覆われない半導体層108の一部、及び金属酸化物層108Cもエッチングされ、薄膜化する場合がある。   Note that when the conductive film 112 f, the metal oxide film 114 f, and the insulating film 110 f are etched, part of the semiconductor layer 108 which is not covered by the insulating layer 110 and the metal oxide layer 108 C may be etched and thinned. .

〔第1の層116の形成〕
続いて、第1の層116を形成する(図6(A))。
[Formation of First Layer 116]
Subsequently, a first layer 116 is formed (FIG. 6A).

ここでは、第1の層116として、絶縁性を有する膜を成膜する。なお、第1の層116は、後の加熱処理などの工程で絶縁化する場合には、成膜時においては導電性を有していてもよい。   Here, a film having an insulating property is formed as the first layer 116. Note that the first layer 116 may have conductivity at the time of film formation in the case of insulating in a later step such as heat treatment.

第1の層116として、アルミニウム、チタン、タンタル、タングステン、クロム、及びルテニウムなどの金属元素の少なくとも一を含む膜を成膜する。特に、アルミニウム、チタン、タンタル、及びタングステンの少なくとも一を含むことが好ましい。また特に、これら金属元素を少なくとも一を含む窒化物、またはこれら金属元素の少なくとも一を含む酸化物を好適に用いることができる。絶縁性を有する膜として、窒化アルミニウム膜、窒化チタン膜、窒化アルミニウムチタン膜などの窒化物膜、酸化アルミニウムチタン膜などの酸化物膜などを好適に用いることができる。または、第1の層116として、シリコンを含む窒化物を用いることができる。例えば、シリコンを含む窒化物として、窒化シリコン膜を用いることができる。   As the first layer 116, a film containing at least one of metal elements such as aluminum, titanium, tantalum, tungsten, chromium, and ruthenium is formed. In particular, it is preferable to contain at least one of aluminum, titanium, tantalum and tungsten. In particular, a nitride containing at least one of these metal elements, or an oxide containing at least one of these metal elements can be preferably used. As the film having an insulating property, a nitride film such as an aluminum nitride film, a titanium nitride film, or an aluminum titanium nitride film, an oxide film such as an aluminum titanium oxide film, or the like can be suitably used. Alternatively, a nitride containing silicon can be used as the first layer 116. For example, a silicon nitride film can be used as a nitride containing silicon.

特に窒化アルミニウム膜は可視光に対する透光性を有し、第1の層116を透過する光に対して悪影響を与えることがないため、本実施の形態に示す半導体装置をELディスプレイや液晶ディスプレイなどの表示装置として用いる場合、第1の層116として窒化アルミニウム膜を用いることは好ましい。また、第1の層116として、波長400nmの光に対して80%以上の透過率を有することが好ましい。   In particular, the aluminum nitride film has a light transmitting property with respect to visible light and does not adversely affect the light transmitted through the first layer 116; therefore, the semiconductor device described in this embodiment can be an EL display, a liquid crystal display, or the like. It is preferable to use an aluminum nitride film as the first layer 116 when using as a display device of In addition, the first layer 116 preferably has a transmittance of 80% or more to light with a wavelength of 400 nm.

ここで、第1の層116は、成膜ガスに窒素ガスまたは酸素ガスを用いたスパッタリング法により形成することが好ましい。これにより、スパッタリングターゲットに同じものを用いた場合であっても、成膜ガスの流量を制御することにより、膜質の制御が容易となる。   Here, the first layer 116 is preferably formed by a sputtering method using nitrogen gas or oxygen gas as a deposition gas. Thereby, even when the same sputtering target is used, control of the film quality becomes easy by controlling the flow rate of the film forming gas.

第1の層116として窒化アルミニウム膜を形成する場合、窒化アルミニウム膜は、アルミニウムまたは窒化アルミニウムを含むターゲットを用いてスパッタリング法を用い、窒素を含む成膜ガスを用いて形成することが好ましい。成膜ガスとして、窒素、または窒素とアルゴンを含む混合ガスを用いることが好ましく、成膜ガスに含まれる窒素の割合は、20%以上100%以下、好ましくは30%以上60%以下、より好ましくは30%以上40%以下とする。これは、窒化アルミニウム膜の可視光に対する透過率や、膜応力、あるいは成膜レートなどを考慮して決定することができる。   In the case of forming an aluminum nitride film as the first layer 116, the aluminum nitride film is preferably formed by a sputtering method using a target containing aluminum or aluminum nitride, and using a deposition gas containing nitrogen. As the deposition gas, nitrogen or a mixed gas containing nitrogen and argon is preferably used, and the ratio of nitrogen contained in the deposition gas is 20% to 100%, preferably 30% to 60%, and more preferably Is 30% or more and 40% or less. This can be determined in consideration of the transmittance of the aluminum nitride film to visible light, the film stress, the film formation rate, and the like.

〔加熱処理〕
続いて、加熱処理を行う(図6(B))。加熱処理により、半導体層108の第1の層116と接する領域が低抵抗化し、半導体層108中に、領域108iに比べ低抵抗な領域108nが形成される。また同時に、金属酸化物層108Cを低抵抗化させることができる。
[Heat treatment]
Subsequently, heat treatment is performed (FIG. 6 (B)). By the heat treatment, a region of the semiconductor layer 108 in contact with the first layer 116 is lowered in resistance, so that a region 108 n which is lower in resistance than the region 108 i is formed in the semiconductor layer 108. At the same time, the resistance of the metal oxide layer 108C can be reduced.

加熱処理は、窒素または希ガスなどの不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。加熱処理の温度は高いほど好ましいが、基板102、導電層106、導電層112等の耐熱性を考慮した温度とすることができる。例えば、120℃以上500℃以下、好ましくは150℃以上450℃以下、より好ましくは200℃以上400℃以下、さらに好ましくは250℃以上400℃以下の温度とすることができる。例えば加熱処理の温度を350℃程度とすることで、大型のガラス基板を用いた生産設備で歩留り良く半導体装置を生産することができる。   The heat treatment is preferably performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen or a rare gas. The higher the temperature of the heat treatment is, the more preferable; however, the temperature can be set in consideration of the heat resistance of the substrate 102, the conductive layer 106, the conductive layer 112, and the like. For example, the temperature may be 120 ° C. to 500 ° C., preferably 150 ° C. to 450 ° C., more preferably 200 ° C. to 400 ° C., further preferably 250 ° C. to 400 ° C. For example, by setting the temperature of the heat treatment to about 350 ° C., semiconductor devices can be produced with high yield in a production facility using a large glass substrate.

なお、加熱処理は第1の層116の形成後であればどの段階で行ってもよい。また他の加熱処理と兼ねてもよい。   Note that the heat treatment may be performed at any stage after the formation of the first layer 116. The heat treatment may be combined with another heat treatment.

加熱処理により、半導体層108及び金属酸化物層108C中の酸素が第1の層116に引き抜かれることにより酸素欠損が生成される。当該酸素欠損と、半導体層108中または金属酸化物層108C中の水素とが結合することによりキャリア濃度が高まり、第1の層116と接する部分が低抵抗化される。また、当該加熱処理により、半導体層108の第1の層116の近傍に、半導体層108に含まれる金属元素が析出され、領域115が形成される場合がある。   By heat treatment, oxygen in the semiconductor layer 108 and the metal oxide layer 108 C is extracted into the first layer 116, whereby oxygen vacancies are generated. The carrier concentration is increased by bonding of the oxygen vacancy and hydrogen in the semiconductor layer 108 or in the metal oxide layer 108C, and a portion in contact with the first layer 116 is lowered in resistance. By the heat treatment, a metal element contained in the semiconductor layer 108 may be deposited in the vicinity of the first layer 116 of the semiconductor layer 108, whereby the region 115 may be formed.

また、第1の層116が金属元素を含む場合、加熱処理により、第1の層116に含まれる金属元素が半導体層108及び金属酸化物層108C中に拡散することにより、半導体層108及び金属酸化物層108Cの一部が合金化し、低抵抗化される場合もある。   Further, in the case where the first layer 116 includes a metal element, the metal element included in the first layer 116 is diffused into the semiconductor layer 108 and the metal oxide layer 108C by heat treatment; There is also a case where a part of the oxide layer 108C is alloyed to reduce resistance.

または、第1の層116に含まれる窒素や水素、若しくは加熱処理の雰囲気に含まれる窒素などが、加熱処理により半導体層108及び金属酸化物層108C中に拡散することで、これらが低抵抗化する場合もある。   Alternatively, nitrogen or hydrogen contained in the first layer 116 or nitrogen contained in the atmosphere for heat treatment diffuses into the semiconductor layer 108 and the metal oxide layer 108C by heat treatment, whereby the resistance is reduced. There is also a case.

このような複合的な作用により低抵抗化された半導体層108の領域108nや金属酸化物層108Cは、極めて安定な低抵抗な領域となる。このように形成された領域108nや金属酸化物層108Cは、例えば後の工程で酸素が供給される処理が行われたとしても、再度高抵抗化することが無いといった特徴を有する。   The region 108 n of the semiconductor layer 108 and the metal oxide layer 108 C, which are reduced in resistance by such a combined action, become extremely stable and low-resistance regions. The region 108n and the metal oxide layer 108C formed in this manner have a feature that the resistance is not increased again even if the process of supplying oxygen is performed in the later step, for example.

〔絶縁層118の形成〕
続いて、第1の層116を覆って絶縁層118を形成する(図6(C))。
[Formation of Insulating Layer 118]
Subsequently, the insulating layer 118 is formed to cover the first layer 116 (FIG. 6C).

絶縁層118は、プラズマCVD法またはスパッタリング法等により成膜することができる。   The insulating layer 118 can be formed by a plasma CVD method, a sputtering method, or the like.

〔開口部141a、141b、141cの形成〕
続いて、絶縁層118の所望の位置に、リソグラフィによりマスクを形成した後、絶縁層118、および第1の層116の一部をエッチングすることで、領域108nに達する開口部141a、開口部141b、及び金属酸化物層108Cに達する開口部141cを形成する。
[Formation of Openings 141a, 141b, 141c]
Subsequently, a mask is formed by lithography at a desired position of the insulating layer 118, and then the insulating layer 118 and a part of the first layer 116 are etched to form the opening 141a and the opening 141b which reach the region 108n. And an opening 141c reaching the metal oxide layer 108C.

〔導電層120a、120bの形成〕
続いて、開口部141a、開口部141b、開口部141cを覆うように、絶縁層118上に導電膜を成膜し、当該導電膜を所望の形状に加工することで、導電層120a、導電層120bを形成する(図6(D))。
[Formation of Conductive Layers 120a and 120b]
Subsequently, a conductive film is formed over the insulating layer 118 so as to cover the opening 141a, the opening 141b, and the opening 141c, and the conductive film is processed into a desired shape, whereby the conductive layer 120a and the conductive layer are formed. 120b are formed (FIG. 6 (D)).

以上の工程により、互いに電気的に接続されたトランジスタ100Aと、容量素子130Bとを作製することができる。以降では、さらに表示素子の画素電極を形成する工程まで説明する。   Through the above steps, the transistor 100A and the capacitor 130B which are electrically connected to each other can be manufactured. Hereinafter, the process of forming the pixel electrode of the display element will be further described.

〔絶縁層119の形成〕
続いて、導電層120a、導電層120b、及び絶縁層118を覆って絶縁層119を形成する(図7(A))。
[Formation of Insulating Layer 119]
Subsequently, the insulating layer 119 is formed to cover the conductive layer 120a, the conductive layer 120b, and the insulating layer 118 (FIG. 7A).

絶縁層119として、有機樹脂を用いると平坦性が高まるため好ましい。代表的には、スピンコート、ディスペンス、スクリーン印刷、スリットコート等の方法により絶縁層119を形成することができる。   It is preferable to use an organic resin as the insulating layer 119 because planarity is improved. Typically, the insulating layer 119 can be formed by a method such as spin coating, dispensing, screen printing, or slit coating.

なお、絶縁層119として無機絶縁材料を用いてもよい。その場合には、絶縁層118と同様の方法により形成することができる。   Note that an inorganic insulating material may be used as the insulating layer 119. In that case, the insulating layer 118 can be formed by the same method.

また、絶縁層119に感光性の樹脂材料を用いることで、絶縁層119の形成時に導電層120bに達する開口を同時に形成することができる。なお、絶縁層119に非感光性材料を用いた場合には、エッチングにより開口を形成すればよい。   Further, by using a photosensitive resin material for the insulating layer 119, an opening which reaches the conductive layer 120b can be formed at the same time as the insulating layer 119 is formed. Note that in the case where a non-photosensitive material is used for the insulating layer 119, the opening may be formed by etching.

〔導電層109の形成〕
続いて、導電層109を形成する(図7(B))。導電層109は、導電層112等と同様の方法により形成することができる。
[Formation of Conductive Layer 109]
Subsequently, a conductive layer 109 is formed (FIG. 7B). The conductive layer 109 can be formed by the same method as the conductive layer 112 or the like.

以上の工程により、画素電極と、トランジスタと、容量素子と、を形成することができる。なお図7(B)は、図4(B)と同じ図である。   Through the above steps, a pixel electrode, a transistor, and a capacitor can be formed. 7B is the same as FIG. 4B.

なお、図4(A)に示す容量素子130Aを作製する場合、導電層120bを金属酸化物層108Cと重なるように加工することにより作製できる。   Note that the capacitor 130A illustrated in FIG. 4A can be manufactured by processing the conductive layer 120b so as to overlap with the metal oxide layer 108C.

また、図4(C)に示す容量素子130Cを作製する場合、上記における半導体層108及び金属酸化物層108Cの加工の際に用いるフォトマスクを変更し、これらを1つの島状に加工することで形成することができる。   Further, in the case of manufacturing the capacitor 130C illustrated in FIG. 4C, the photomask used in the processing of the semiconductor layer 108 and the metal oxide layer 108C in the above is changed, and these are processed into one island shape. Can be formed by

以上が作製方法例についての説明である。   The above is the description of the example of the manufacturing method.

本実施の形態で例示した構成例、作製方法例、及びそれらに対応する図面等は、少なくともその一部を他の構成例、作製方法例、または図面等と適宜組み合わせて実施することができる。   At least a part of the structural example, the manufacturing method, and the drawings and the like which are exemplified in this embodiment can be implemented in appropriate combination with another structural example, a manufacturing method, a drawing, and the like.

本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。   This embodiment can be implemented in appropriate combination with at least a part of the other embodiments described in this specification.

(実施の形態2)
本実施の形態においては、先の実施の形態で例示したトランジスタを有する表示装置の一例について説明を行う。
Second Embodiment
In this embodiment, an example of a display device including the transistor described in the above embodiment will be described.

[構成例]
図8(A)は、表示装置の一例を示す上面図である。図8(A)に示す表示装置700は、第1の基板701上に設けられた画素部702と、第1の基板701に設けられたソースドライバ回路部704及びゲートドライバ回路部706と、画素部702、ソースドライバ回路部704、及びゲートドライバ回路部706を囲むように配置されるシール材712と、第1の基板701に対向するように設けられる第2の基板705と、を有する。なお、第1の基板701と第2の基板705は、シール材712によって貼り合わされている。すなわち、画素部702、ソースドライバ回路部704、及びゲートドライバ回路部706は、第1の基板701とシール材712と第2の基板705によって封止されている。なお、図8(A)には図示しないが、第1の基板701と第2の基板705の間には表示素子が設けられる。
[Example of configuration]
FIG. 8A is a top view illustrating an example of a display device. A display device 700 illustrated in FIG. 8A includes a pixel portion 702 provided over a first substrate 701, a source driver circuit portion 704 and a gate driver circuit portion 706 provided over the first substrate 701, and a pixel. A sealant 702 is provided so as to surround the portion 702, the source driver circuit portion 704, and the gate driver circuit portion 706, and a second substrate 705 provided to face the first substrate 701. Note that the first substrate 701 and the second substrate 705 are attached to each other by a sealant 712. That is, the pixel portion 702, the source driver circuit portion 704, and the gate driver circuit portion 706 are sealed by the first substrate 701, the sealant 712, and the second substrate 705. Although not illustrated in FIG. 8A, a display element is provided between the first substrate 701 and the second substrate 705.

また、表示装置700は、第1の基板701上のシール材712によって囲まれている領域とは異なる領域に、FPC端子部708(FPC:Flexible printed circuit)が設けられる。FPC端子部708は、画素部702、ソースドライバ回路部704、及びゲートドライバ回路部706のそれぞれに電気的に接続される。また、FPC端子部708には、FPC716が接続され、FPC716によって画素部702、ソースドライバ回路部704、及びゲートドライバ回路部706に各種信号等が供給される。また、画素部702、ソースドライバ回路部704、ゲートドライバ回路部706、及びFPC端子部708には、信号線710が各々接続されている。FPC716により供給される各種信号等は、信号線710を介して、画素部702、ソースドライバ回路部704、ゲートドライバ回路部706、及びFPC端子部708に与えられる。   In addition, in the display device 700, an FPC terminal portion 708 (FPC: flexible printed circuit) is provided in a region which is different from a region which is surrounded by the sealant 712 on the first substrate 701. The FPC terminal portion 708 is electrically connected to each of the pixel portion 702, the source driver circuit portion 704, and the gate driver circuit portion 706. An FPC 716 is connected to the FPC terminal portion 708, and various signals and the like are supplied to the pixel portion 702, the source driver circuit portion 704, and the gate driver circuit portion 706 by the FPC 716. Further, signal lines 710 are connected to the pixel portion 702, the source driver circuit portion 704, the gate driver circuit portion 706, and the FPC terminal portion 708, respectively. Various signals and the like supplied from the FPC 716 are supplied to the pixel portion 702, the source driver circuit portion 704, the gate driver circuit portion 706, and the FPC terminal portion 708 through the signal line 710.

また、表示装置700にゲートドライバ回路部706を複数設けてもよい。また、表示装置700としては、ソースドライバ回路部704、及びゲートドライバ回路部706を画素部702と同じ第1の基板701に形成している例を示しているが、この構成に限定されない。例えば、ゲートドライバ回路部706のみを第1の基板701に形成してもよい、またはソースドライバ回路部704のみを第1の基板701に形成してもよい。この場合、ソースドライバ回路またはゲートドライバ回路等が形成された基板(例えば、単結晶半導体膜、多結晶半導体膜で形成された駆動回路基板)を含むICを、第1の基板701またはFPC716に設ける構成としてもよい。なお、別途形成した駆動回路基板の接続方法は、特に限定されるものではなく、COG(Chip On Glass)法、ワイヤボンディング法などを用いることができる。   In addition, a plurality of gate driver circuit portions 706 may be provided in the display device 700. In addition, although an example in which the source driver circuit portion 704 and the gate driver circuit portion 706 are formed over the same first substrate 701 as the pixel portion 702 is shown as the display device 700, the present invention is not limited to this structure. For example, only the gate driver circuit portion 706 may be formed on the first substrate 701, or only the source driver circuit portion 704 may be formed on the first substrate 701. In this case, the first substrate 701 or the FPC 716 is provided with an IC including a substrate on which a source driver circuit, a gate driver circuit, or the like is formed (eg, a driver circuit substrate formed of a single crystal semiconductor film or a polycrystalline semiconductor film). It is good also as composition. Note that there is no particular limitation on the method for connecting a driver circuit substrate which is separately formed, and a COG (Chip On Glass) method, a wire bonding method, or the like can be used.

また、表示装置700が有する画素部702、ソースドライバ回路部704及びゲートドライバ回路部706は、複数のトランジスタを有しており、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタを適用することができる。   The pixel portion 702, the source driver circuit portion 704, and the gate driver circuit portion 706 included in the display device 700 each include a plurality of transistors, and the transistor which is a semiconductor device of one embodiment of the present invention can be applied. .

また、表示装置700は、様々な素子を有することができる。該素子の一例としては、例えば、エレクトロルミネッセンス(EL)素子(有機物及び無機物を含むEL素子、有機EL素子、無機EL素子、LEDなど)、発光トランジスタ素子(電流に応じて発光するトランジスタ)、電子放出素子、液晶素子、電子インク素子、電気泳動素子、エレクトロウェッティング素子、プラズマディスプレイパネル(PDP)、MEMS(マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム)ディスプレイ(例えば、グレーティングライトバルブ(GLV)、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)、デジタル・マイクロ・シャッター(DMS)素子、インターフェロメトリック・モジュレーション(IMOD)素子など)、圧電セラミックディスプレイなどが挙げられる。   In addition, the display device 700 can have various elements. Examples of the element include electroluminescence (EL) elements (EL elements including organic and inorganic substances, organic EL elements, inorganic EL elements, LEDs, etc.), light emitting transistor elements (transistors that emit light according to current), electrons Emitting element, liquid crystal element, electronic ink element, electrophoretic element, electrowetting element, plasma display panel (PDP), MEMS (micro electro mechanical system) display (for example, grating light valve (GLV), digital micro mirror Devices (DMDs), digital micro shutter (DMS) devices, interferometric modulation (IMOD) devices, etc.), piezoelectric ceramic displays and the like.

また、EL素子を用いた表示装置の一例としては、ELディスプレイなどがある。電子放出素子を用いた表示装置の一例としては、フィールドエミッションディスプレイ(FED)又はSED方式平面型ディスプレイ(SED:Surface−conduction Electron−emitter Display)などがある。液晶素子を用いた表示装置の一例としては、液晶ディスプレイ(透過型液晶ディスプレイ、半透過型液晶ディスプレイ、反射型液晶ディスプレイ、直視型液晶ディスプレイ、投射型液晶ディスプレイ)などがある。電子インク素子又は電気泳動素子を用いた表示装置の一例としては、電子ペーパーなどがある。なお、半透過型液晶ディスプレイや反射型液晶ディスプレイを実現する場合には、画素電極の一部または全部が、反射電極としての機能を有するようにすればよい。例えば、画素電極の一部または全部が、アルミニウム、銀、などを有するようにすればよい。さらにその場合、反射電極の下にSRAMなどの記憶回路を設けることも可能である。これにより、さらに消費電力を低減することができる。   In addition, an example of a display device using an EL element is an EL display. As an example of a display device using an electron emission element, there is a field emission display (FED) or a surface-conduction electron-emitter display (SED). Examples of a display device using a liquid crystal element include a liquid crystal display (transmissive liquid crystal display, semi-transmissive liquid crystal display, reflective liquid crystal display, direct view liquid crystal display, projection liquid crystal display) and the like. Examples of a display device using an electronic ink element or an electrophoretic element include electronic paper. In the case of realizing a semi-transmissive liquid crystal display or a reflective liquid crystal display, part or all of the pixel electrodes may have a function as a reflective electrode. For example, some or all of the pixel electrodes may have aluminum, silver, or the like. In that case, it is also possible to provide a storage circuit such as an SRAM under the reflective electrode. This can further reduce power consumption.

なお、表示装置700における表示方式は、プログレッシブ方式やインターレース方式等を用いることができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、RGB(Rは赤、Gは緑、Bは青を表す)の三色に限定されない。例えば、Rの画素とGの画素とBの画素とW(白)の画素の四画素から構成されてもよい。または、ペンタイル配列のように、RGBのうちの2色分で一つの色要素を構成し、色要素によって、異なる2色を選択して構成してもよい。またはRGBに、イエロー、シアン、マゼンタ等を一色以上追加してもよい。なお、色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、開示する発明はカラー表示の表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示の表示装置に適用することもできる。   Note that as a display method in the display device 700, a progressive method, an interlace method, or the like can be used. In addition, color elements controlled by pixels in color display are not limited to three colors of RGB (R represents red, G represents green, B represents blue). For example, it may be composed of four pixels of an R pixel, a G pixel, a B pixel, and a W (white) pixel. Alternatively, as in a pen tile array, one color element may be configured by two colors of RGB, and two different colors may be selected and configured depending on the color elements. Alternatively, one or more colors of yellow, cyan, magenta and the like may be added to RGB. The size of the display area may be different for each dot of the color element. However, the disclosed invention is not limited to the display device for color display, and can be applied to a display device for monochrome display.

また、バックライトまたはフロントライト(有機EL素子、無機EL素子、LED、蛍光灯など)に白色発光(W)を用いて表示装置をカラー表示させるために、着色層(カラーフィルタともいう。)を用いてもよい。着色層は、例えば、レッド(R)、グリーン(G)、ブルー(B)、イエロー(Y)などを適宜組み合わせて用いることができる。着色層を用いることで、着色層を用いない場合と比べて色の再現性を高くすることができる。このとき、着色層を有する領域と、着色層を有さない領域と、を配置することによって、着色層を有さない領域における白色光を直接表示に利用してもよい。一部に着色層を有さない領域を配置することで、明るい表示の際に、着色層による輝度の低下を少なくでき、消費電力を2割から3割程度低減できる場合がある。ただし、有機EL素子や無機EL素子などの自発光素子を用いてフルカラー表示する場合、R、G、B、Y、Wを、それぞれの発光色を有する素子から発光させてもよい。自発光素子を用いることで、着色層を用いた場合よりも、さらに消費電力を低減できる場合がある。   In addition, a colored layer (also referred to as a color filter) is used to cause a display device to perform color display using white light (W) in a backlight or a front light (organic EL element, inorganic EL element, LED, fluorescent lamp, etc.). You may use. The colored layer can be used by appropriately combining, for example, red (R), green (G), blue (B), yellow (Y) and the like. By using a colored layer, color reproducibility can be enhanced as compared to the case where no colored layer is used. At this time, white light in a region not having a colored layer may be directly used for display by arranging a region having a colored layer and a region not having a colored layer. By disposing a region not having a colored layer in part, in bright display, a decrease in luminance due to the colored layer can be reduced, and power consumption can be reduced by about 20% to about 30%. However, when full-color display is performed using a self light emitting element such as an organic EL element or an inorganic EL element, R, G, B, Y, and W may be emitted from elements having respective luminescent colors. In some cases, power consumption can be further reduced by using a self-luminous element than in the case of using a colored layer.

また、カラー化方式としては、上述の白色発光からの発光の一部をカラーフィルタに通すことで赤色、緑色、青色に変換する方式(カラーフィルタ方式)の他、赤色、緑色、青色の発光をそれぞれ用いる方式(3色方式)、または青色発光からの発光の一部を赤色や緑色に変換する方式(色変換方式、量子ドット方式)を適用してもよい。   Moreover, as a coloring method, in addition to a method (color filter method) in which a part of light emission from the above-mentioned white light emission is converted to red, green and blue by passing through a color filter, red, green and blue light emission A method (three-color method) to be used respectively or a method (color conversion method, quantum dot method) for converting part of light emission from blue light emission to red or green may be applied.

図8(B)に示す表示装置700Aは、大型の画面を有する電子機器に好適に用いることのできる表示装置である。例えばテレビジョン装置、モニタ装置、デジタルサイネージなどに好適に用いることができる。   The display device 700A illustrated in FIG. 8B is a display device which can be suitably used for an electronic device having a large screen. For example, it can be suitably used for a television device, a monitor device, digital signage and the like.

表示装置700Aは、複数のソースドライバIC721と、一対のゲートドライバ回路722を有する。   The display device 700A includes a plurality of source driver ICs 721 and a pair of gate driver circuits 722.

複数のソースドライバIC721は、それぞれFPC723に取り付けられている。また、複数のFPC723は、一方の端子が基板701に、他方の端子がプリント基板724にそれぞれ接続されている。FPC723を折り曲げることで、プリント基板724を画素部702の裏側に配置して、電気機器に実装することができ、電子機器の省スペース化を図ることができる。   The plurality of source driver ICs 721 are attached to the FPC 723 respectively. In the plurality of FPCs 723, one terminal is connected to the substrate 701, and the other terminal is connected to the printed substrate 724. By bending the FPC 723, the printed substrate 724 can be provided on the back side of the pixel portion 702 and mounted on an electric device, so that space saving of the electronic device can be achieved.

一方、ゲートドライバ回路722は、基板701上に形成されている。これにより、狭額縁の電子機器を実現できる。   On the other hand, the gate driver circuit 722 is formed on the substrate 701. Thereby, an electronic device with a narrow frame can be realized.

このような構成とすることで、大型で且つ高解像度な表示装置を実現できる。例えば画面サイズが対角30インチ以上、40インチ以上、50インチ以上、または60インチ以上の表示装置に適用することができる。また、解像度がフルハイビジョン、4K2K、または8K4Kなどといった極めて高解像度の表示装置を実現することができる。   With such a configuration, a large-sized and high-resolution display device can be realized. For example, the present invention can be applied to a display having a screen size of 30 inches or more, 40 inches or more, 50 inches or more, or 60 inches or more. In addition, a display device with extremely high resolution such as full high definition, 4K2K, or 8K4K can be realized.

[断面構成例]
以下では、表示素子として液晶素子及びEL素子を用いる構成について、図9乃至図11を用いて説明する。なお、図9及び図10は、図8(A)に示す一点鎖線Q−Rにおける断面図であり、表示素子として液晶素子を用いた構成である。また、図11は、図8(A)に示す一点鎖線Q−Rにおける断面図であり、表示素子としてEL素子を用いた構成である。
[Example of section configuration]
Hereinafter, structures in which a liquid crystal element and an EL element are used as display elements will be described with reference to FIGS. 9 and 10 are cross-sectional views taken along the alternate long and short dash line Q-R shown in FIG. 8A, in which a liquid crystal element is used as a display element. FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the dashed-dotted line Q-R shown in FIG. 8A, which is a configuration using an EL element as a display element.

まず、図9乃至図11に示す共通部分について最初に説明し、次に異なる部分について以下説明する。   First, the common parts shown in FIGS. 9 to 11 will be described first, and then the different parts will be described below.

〔表示装置の共通部分に関する説明〕
図9乃至図11に示す表示装置700は、引き回し配線部711と、画素部702と、ソースドライバ回路部704と、FPC端子部708と、を有する。また、引き回し配線部711は、信号線710を有する。また、画素部702は、トランジスタ750及び容量素子790を有する。また、ソースドライバ回路部704は、トランジスタ752を有する。
[Description of Common Part of Display Device]
The display device 700 illustrated in FIGS. 9 to 11 includes a lead wiring portion 711, a pixel portion 702, a source driver circuit portion 704, and an FPC terminal portion 708. In addition, the routing wiring portion 711 has a signal line 710. The pixel portion 702 also includes a transistor 750 and a capacitor 790. In addition, the source driver circuit portion 704 includes a transistor 752.

トランジスタ750及びトランジスタ752は、実施の形態1で例示したトランジスタを適用することができる。   The transistors described in Embodiment 1 can be applied to the transistors 750 and 752.

本実施の形態で用いるトランジスタは、高純度化し、酸素欠損の形成を抑制した酸化物半導体膜を有する。該トランジスタは、オフ電流を低くすることができる。よって、画像信号等の電気信号の保持時間を長くすることができ、電源オン状態では書き込み間隔も長く設定できる。よって、リフレッシュ動作の頻度を少なくすることができるため、消費電力を抑制する効果を奏する。   The transistor used in this embodiment has the oxide semiconductor film which is highly purified and in which the formation of oxygen vacancies is suppressed. The transistor can reduce off current. Therefore, the holding time of an electric signal such as an image signal can be extended, and the writing interval can be set long in the power on state. Thus, the frequency of the refresh operation can be reduced, which leads to an effect of suppressing power consumption.

また、本実施の形態で用いるトランジスタは、比較的高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。例えば、このような高速駆動が可能なトランジスタを表示装置に用いることで、画素部のスイッチングトランジスタと、駆動回路部に使用するドライバトランジスタを同一基板上に形成することができる。すなわち、別途駆動回路として、シリコンウェハ等により形成された半導体装置を用いる必要がないため、半導体装置の部品点数を削減することができる。また、画素部においても、高速駆動が可能なトランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。   In addition, the transistor used in this embodiment can be driven at high speed because relatively high field-effect mobility can be obtained. For example, by using such a transistor which can be driven at high speed in a display device, the switching transistor in the pixel portion and the driver transistor used in the driver circuit portion can be formed over the same substrate. That is, since it is not necessary to use a semiconductor device formed of a silicon wafer or the like as a separate drive circuit, the number of parts of the semiconductor device can be reduced. In addition, by using a transistor which can be driven at high speed also in the pixel portion, an image with high quality can be provided.

容量素子790は、トランジスタ750が有する半導体層と同一の金属酸化物膜を加工する工程を経て形成される下部電極と、トランジスタ750が有するソース電極またはドレイン電極として機能する導電膜と同一の導電膜を加工する工程を経て形成される上部電極と、を有する。また、下部電極と上部電極との間には、トランジスタ750が有する第1のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜と同一の絶縁膜を形成する工程を経て形成される絶縁膜、及びトランジスタ750上の保護絶縁膜として機能する絶縁膜と同一の絶縁膜を形成する工程を経て形成される絶縁膜が設けられる。すなわち、容量素子790は、一対の電極間に誘電体膜として機能する絶縁膜が挟持された積層型の構造である。   The capacitor 790 includes a lower electrode formed through a process for processing the same metal oxide film as the semiconductor layer included in the transistor 750, and a conductive film identical to a conductive film serving as a source electrode or a drain electrode included in the transistor 750. And an upper electrode formed through the process of processing In addition, an insulating film formed through a step of forming an insulating film which is the same as an insulating film functioning as a first gate insulating film of the transistor 750 is formed between the lower electrode and the upper electrode; An insulating film formed through the step of forming the same insulating film as the insulating film which functions as a protective insulating film is provided. That is, the capacitor 790 has a stacked structure in which an insulating film functioning as a dielectric film is held between a pair of electrodes.

また、図9乃至図11において、トランジスタ750、トランジスタ752、及び容量素子790上に平坦化絶縁膜770が設けられている。   Further, in FIGS. 9 to 11, a planarization insulating film 770 is provided over the transistor 750, the transistor 752, and the capacitor 790.

また、図9乃至図11においては、画素部702が有するトランジスタ750と、ソースドライバ回路部704が有するトランジスタ752と、を同じ構造のトランジスタを用いる構成について例示したが、これに限定されない。例えば、画素部702と、ソースドライバ回路部704とは、異なるトランジスタを用いてもよい。具体的には、画素部702にトップゲート型のトランジスタを用い、ソースドライバ回路部704にボトムゲート型のトランジスタを用いる構成、あるいは画素部702にボトムゲート型のトランジスタを用い、ソースドライバ回路部704にトップゲート型のトランジスタを用いる構成などが挙げられる。なお、上記のソースドライバ回路部704を、ゲートドライバ回路部と読み替えてもよい。   In FIGS. 9 to 11, the transistor 750 included in the pixel portion 702 and the transistor 752 included in the source driver circuit portion 704 are illustrated using a transistor having the same structure; however, the present invention is not limited to this. For example, different transistors may be used for the pixel portion 702 and the source driver circuit portion 704. Specifically, a top gate transistor is used in the pixel portion 702, a bottom gate transistor is used in the source driver circuit portion 704, or a bottom gate transistor is used in the pixel portion 702, and the source driver circuit portion 704 is used. There is a structure using a top gate type transistor. Note that the above source driver circuit unit 704 may be read as a gate driver circuit unit.

また、信号線710は、トランジスタ750、752のソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜と同じ工程を経て形成される。信号線710として、例えば、銅元素を含む材料を用いた場合、配線抵抗に起因する信号遅延等が少なく、大画面での表示が可能となる。   In addition, the signal line 710 is formed through the same process as a conductive film which functions as a source electrode and a drain electrode of the transistors 750 and 752. For example, in the case of using a material containing a copper element as the signal line 710, signal delay due to wiring resistance and the like can be reduced and display on a large screen can be performed.

また、FPC端子部708は、接続電極760、異方性導電膜780、及びFPC716を有する。なお、接続電極760は、トランジスタ750、752のソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜と同じ工程を経て形成される。また、接続電極760は、FPC716が有する端子と異方性導電膜780を介して、電気的に接続される。   Further, the FPC terminal portion 708 includes a connection electrode 760, an anisotropic conductive film 780, and an FPC 716. Note that the connection electrode 760 is formed through the same process as a conductive film which functions as a source electrode and a drain electrode of the transistors 750 and 752. The connection electrode 760 is electrically connected to a terminal included in the FPC 716 through an anisotropic conductive film 780.

また、第1の基板701及び第2の基板705としては、例えばガラス基板を用いることができる。また、第1の基板701及び第2の基板705として、可撓性を有する基板を用いてもよい。該可撓性を有する基板としては、例えばプラスチック基板等が挙げられる。   For example, a glass substrate can be used as the first substrate 701 and the second substrate 705. Alternatively, a flexible substrate may be used as the first substrate 701 and the second substrate 705. Examples of the flexible substrate include a plastic substrate and the like.

また、第1の基板701と第2の基板705の間には、構造体778が設けられる。構造体778は柱状のスペーサであり、第1の基板701と第2の基板705の間の距離(セルギャップ)を制御するために設けられる。なお、構造体778として、球状のスペーサを用いていてもよい。   In addition, a structure body 778 is provided between the first substrate 701 and the second substrate 705. The structures 778 are columnar spacers, and are provided to control the distance (cell gap) between the first substrate 701 and the second substrate 705. Note that a spherical spacer may be used as the structure 778.

また、第2の基板705側には、ブラックマトリクスとして機能する遮光膜738と、カラーフィルタとして機能する着色膜736と、遮光膜738及び着色膜736に接する絶縁膜734が設けられる。   Further, on the second substrate 705 side, a light shielding film 738 functioning as a black matrix, a coloring film 736 functioning as a color filter, and an insulating film 734 in contact with the light shielding film 738 and the coloring film 736 are provided.

〔液晶素子を用いる表示装置の構成例〕
図9に示す表示装置700は、液晶素子775を有する。液晶素子775は、導電膜772、導電膜774、及び液晶層776を有する。導電膜774は、第2の基板705側に設けられ、対向電極としての機能を有する。図9に示す表示装置700は、導電膜772と導電膜774に印加される電圧によって、液晶層776の配向状態が変わることによって光の透過、非透過が制御され画像を表示することができる。
[Configuration Example of Display Device Using Liquid Crystal Element]
A display device 700 illustrated in FIG. 9 includes a liquid crystal element 775. The liquid crystal element 775 includes the conductive film 772, the conductive film 774, and the liquid crystal layer 776. The conductive film 774 is provided on the second substrate 705 side and has a function as a counter electrode. The display device 700 illustrated in FIG. 9 can display an image by controlling transmission and non-transmission of light by changing the alignment state of the liquid crystal layer 776 by a voltage applied to the conductive films 772 and 774.

また、導電膜772は、トランジスタ750が有するソース電極またはドレイン電極として機能する導電膜と電気的に接続される。導電膜772は、平坦化絶縁膜770上に形成され、画素電極、すなわち表示素子の一方の電極として機能する。   The conductive film 772 is electrically connected to a conductive film which functions as a source electrode or a drain electrode of the transistor 750. The conductive film 772 is formed over the planarization insulating film 770, and functions as a pixel electrode, that is, one electrode of a display element.

導電膜772としては、可視光において透光性のある導電膜、または可視光において反射性のある導電膜を用いることができる。可視光において透光性のある導電膜としては、例えば、インジウム(In)、亜鉛(Zn)、錫(Sn)の中から選ばれた一種を含む材料を用いるとよい。可視光において反射性のある導電膜としては、例えば、アルミニウム、または銀を含む材料を用いるとよい。   As the conductive film 772, a conductive film which is translucent to visible light or a conductive film which is reflective to visible light can be used. As a conductive film which is translucent in visible light, for example, a material containing one selected from indium (In), zinc (Zn), and tin (Sn) may be used. As a conductive film which is reflective in visible light, for example, a material containing aluminum or silver may be used.

導電膜772に可視光において反射性のある導電膜を用いる場合、表示装置700は、反射型の液晶表示装置となる。また、導電膜772に可視光において透光性のある導電膜を用いる場合、表示装置700は、透過型の液晶表示装置となる。反射型の液晶表示装置の場合、視認側に偏光板を設ける。一方、透過型の液晶表示装置の場合、液晶素子を挟む一対の偏光板を設ける。   In the case of using a conductive film which is reflective to visible light as the conductive film 772, the display device 700 is a reflective liquid crystal display device. Further, in the case of using a conductive film which is translucent to visible light as the conductive film 772, the display device 700 is a transmissive liquid crystal display device. In the case of a reflective liquid crystal display device, a polarizing plate is provided on the viewing side. On the other hand, in the case of a transmissive liquid crystal display device, a pair of polarizing plates which sandwich a liquid crystal element is provided.

また、導電膜772上の構成を変えることで、液晶素子の駆動方式を変えることができる。この場合の一例を図10に示す。また、図10に示す表示装置700は、液晶素子の駆動方式として横電界方式(例えば、FFSモード)を用いる構成の一例である。図10に示す構成の場合、導電膜772上に絶縁膜773が設けられ、絶縁膜773上に導電膜774が設けられる。この場合、導電膜774は、共通電極(コモン電極ともいう)としての機能を有し、絶縁膜773を介して、導電膜772と導電膜774との間に生じる電界によって、液晶層776の配向状態を制御することができる。   By changing the structure over the conductive film 772, the driving method of the liquid crystal element can be changed. An example of this case is shown in FIG. Further, the display device 700 illustrated in FIG. 10 is an example of a configuration using a lateral electric field method (for example, FFS mode) as a driving method of a liquid crystal element. In the structure shown in FIG. 10, the insulating film 773 is provided over the conductive film 772 and the conductive film 774 is provided over the insulating film 773. In this case, the conductive film 774 has a function as a common electrode (also referred to as a common electrode), and alignment of the liquid crystal layer 776 by an electric field generated between the conductive film 772 and the conductive film 774 through the insulating film 773. You can control the state.

また、図9及び図10において図示しないが、導電膜772または導電膜774のいずれか一方または双方に、液晶層776と接する側に、それぞれ配向膜を設ける構成としてもよい。また、図9及び図10において図示しないが、偏光部材、位相差部材、反射防止部材などの光学部材(光学基板)などは適宜設けてもよい。例えば、偏光基板及び位相差基板による円偏光を用いてもよい。また、光源としてバックライト、サイドライトなどを用いてもよい。   Although not shown in FIGS. 9 and 10, an alignment film may be provided on one or both of the conductive films 772 and 774 on the side in contact with the liquid crystal layer 776. Although not shown in FIGS. 9 and 10, an optical member (optical substrate) such as a polarization member, a retardation member, or an antireflective member may be provided as appropriate. For example, circularly polarized light by a polarizing substrate and a retardation substrate may be used. Further, a backlight, a sidelight, or the like may be used as a light source.

表示素子として液晶素子を用いる場合、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、高分子ネットワーク型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等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。   When a liquid crystal element is used as the display element, thermotropic liquid crystal, low molecular liquid crystal, polymer liquid crystal, polymer dispersed liquid crystal, polymer network liquid crystal, ferroelectric liquid crystal, antiferroelectric liquid crystal, or the like can be used. These liquid crystal materials exhibit a cholesteric phase, a smectic phase, a cubic phase, a chiral nematic phase, an isotropic phase, etc. depending on conditions.

また、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、光学的等方性であるため配向処理が不要である。また配向膜を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、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。また、ブルー相を示す液晶材料は、視野角依存性が小さい。   In addition, in the case of employing the in-plane switching mode, liquid crystal exhibiting a blue phase which does not use an alignment film may be used. The blue phase is one of the liquid crystal phases, and is a phase which appears immediately before the cholesteric liquid phase is changed to the isotropic phase when the temperature of the cholesteric liquid crystal is raised. Since the blue phase appears only in a narrow temperature range, a liquid crystal composition in which several weight% or more of a chiral agent is mixed 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 is optically isotropic, so alignment processing is unnecessary. In addition, since it is not necessary to provide an alignment film, rubbing processing is also unnecessary, so electrostatic breakdown caused by rubbing processing can be prevented, and defects and breakage of the liquid crystal display device in the manufacturing process can be reduced. . In addition, liquid crystal materials exhibiting a blue phase have a small viewing angle dependency.

また、表示素子として液晶素子を用いる場合、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(Optical Compensated Birefringence)モード、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal)モード、ECB(Electrically Controlled Birefringence)モード、ゲストホストモードなどを用いることができる。   When a liquid crystal element is used as a display element, a TN (Twisted Nematic) mode, an IPS (In-Plane-Switching) mode, an FFS (Fringe Field Switching) mode, an ASM (Axially Symmetrically Aligned Micro-cell) mode, an OCB (Optical) A Compensated Birefringence) mode, an FLC (Ferroelectric Liquid Crystal) mode, an AFLC (AntiFerroelectric Liquid Crystal) mode, an ECB (Electrically Controlled Birefringence) mode, a guest host mode, and the like can be used.

また、ノーマリーブラック型の液晶表示装置、例えば垂直配向(VA)モードを採用した透過型の液晶表示装置としてもよい。垂直配向モードとしては、いくつか挙げられるが、例えば、MVA(Multi−Domain Vertical Alignment)モード、PVA(Patterned Vertical Alignment)モード、ASVモードなどを用いることができる。   Alternatively, a normally black liquid crystal display device, for example, a transmissive liquid crystal display device employing a vertical alignment (VA) mode may be used. Several examples of the vertical alignment mode include, but are not limited to, multi-domain vertical alignment (MVA) mode, patterned vertical alignment (PVA) mode, and ASV mode.

〔発光素子を用いる表示装置〕
図11に示す表示装置700は、発光素子782を有する。発光素子782は、導電膜772、EL層786、及び導電膜788を有する。図11に示す表示装置700は、画素毎に設けられる発光素子782が有するEL層786が発光することによって、画像を表示することができる。なお、EL層786は、有機化合物、または量子ドットなどの無機化合物を有する。
[Display device using light emitting element]
A display device 700 illustrated in FIG. 11 includes a light emitting element 782. The light-emitting element 782 includes the conductive film 772, the EL layer 786, and the conductive film 788. The display device 700 illustrated in FIG. 11 can display an image when the EL layer 786 included in the light emitting element 782 provided for each pixel emits light. Note that the EL layer 786 includes an organic compound or an inorganic compound such as a quantum dot.

有機化合物に用いることのできる材料としては、蛍光性材料または燐光性材料などが挙げられる。また、量子ドットに用いることのできる材料としては、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、などが挙げられる。また、12族と16族、13族と15族、または14族と16族の元素グループを含む材料を用いてもよい。または、カドミウム(Cd)、セレン(Se)、亜鉛(Zn)、硫黄(S)、リン(P)、インジウム(In)、テルル(Te)、鉛(Pb)、ガリウム(Ga)、ヒ素(As)、アルミニウム(Al)、等の元素を有する量子ドット材料を用いてもよい。   Materials usable for the organic compound include fluorescent materials and phosphorescent materials. Moreover, as a material which can be used for a quantum dot, a colloidal quantum dot material, an alloy type quantum dot material, a core-shell type quantum dot material, a core type quantum dot material, etc. are mentioned. Alternatively, a material containing group 12 and group 16, group 13 and group 15, or group 14 and group 16 may be used. Or cadmium (Cd), selenium (Se), zinc (Zn), sulfur (S), phosphorus (P), indium (In), tellurium (Te), lead (Pb), gallium (Ga), arsenic (As) The quantum dot material which has elements, such as aluminum (Al), may be used.

図11に示す表示装置700には、平坦化絶縁膜770及び導電膜772上に絶縁膜730が設けられる。絶縁膜730は、導電膜772の一部を覆う。なお、発光素子782はトップエミッション構造である。したがって、導電膜788は透光性を有し、EL層786が発する光を透過する。なお、本実施の形態においては、トップエミッション構造について、例示するが、これに限定されない。例えば、導電膜772側に光を射出するボトムエミッション構造や、導電膜772及び導電膜788の双方に光を射出するデュアルエミッション構造にも適用することができる。   In the display device 700 illustrated in FIG. 11, the insulating film 730 is provided over the planarization insulating film 770 and the conductive film 772. The insulating film 730 covers part of the conductive film 772. The light emitting element 782 has a top emission structure. Thus, the conductive film 788 has a light-transmitting property and transmits light emitted from the EL layer 786. Although the top emission structure is illustrated in the present embodiment, the present invention is not limited to this. For example, the invention can be applied to a bottom emission structure in which light is emitted to the conductive film 772 side, and a dual emission structure in which light is emitted to both the conductive film 772 and the conductive film 788.

また、発光素子782と重なる位置に、着色膜736が設けられ、絶縁膜730と重なる位置、引き回し配線部711、及びソースドライバ回路部704に遮光膜738が設けられている。また、着色膜736及び遮光膜738は、絶縁膜734で覆われている。また、発光素子782と絶縁膜734の間は封止膜732で充填されている。なお、図11に示す表示装置700においては、着色膜736を設ける構成について例示したが、これに限定されない。例えば、EL層786を画素毎に島状に形成する、すなわち塗り分けにより形成する場合においては、着色膜736を設けない構成としてもよい。   A coloring film 736 is provided at a position overlapping with the light emitting element 782, and a light shielding film 738 is provided at a position overlapping with the insulating film 730, the lead wiring portion 711, and the source driver circuit portion 704. The coloring film 736 and the light shielding film 738 are covered with an insulating film 734. Further, a sealing film 732 is filled between the light emitting element 782 and the insulating film 734. Note that the display device 700 illustrated in FIG. 11 exemplifies the structure in which the coloring film 736 is provided, but the present invention is not limited to this. For example, in the case where the EL layer 786 is formed in an island shape for each pixel, that is, in a case where the EL layer 786 is formed separately, the coloring film 736 may not be provided.

〔表示装置に入出力装置を設ける構成例〕
また、図9乃至図11に示す表示装置700に入出力装置を設けてもよい。当該入出力装置としては、例えば、タッチパネル等が挙げられる。
[Configuration Example of Providing Input / Output Device on Display Device]
Further, the display device 700 illustrated in FIGS. 9 to 11 may be provided with an input / output device. As the said input-output device, a touch panel etc. are mentioned, for example.

図10に示す表示装置700にタッチパネル791を設ける構成の断面図を図12に示す。また、図11に示す表示装置700にタッチパネル791を設ける構成の断面図を図13に示す。   A cross-sectional view of a configuration in which the touch panel 791 is provided in the display device 700 illustrated in FIG. A cross-sectional view of a structure in which the touch panel 791 is provided in the display device 700 shown in FIG. 11 is shown in FIG.

まず、図12及び図13に示すタッチパネル791について、以下説明を行う。   First, the touch panel 791 shown in FIGS. 12 and 13 will be described below.

図12及び図13に示すタッチパネル791は、基板705と着色膜736との間に設けられる、所謂インセル型のタッチパネルである。タッチパネル791は、遮光膜738、及び着色膜736を形成する前に、基板705側に形成すればよい。   The touch panel 791 illustrated in FIGS. 12 and 13 is a so-called in-cell touch panel provided between the substrate 705 and the coloring film 736. The touch panel 791 may be formed on the substrate 705 side before the light shielding film 738 and the coloring film 736 are formed.

なお、タッチパネル791は、遮光膜738と、絶縁膜792と、電極793と、電極794と、絶縁膜795と、電極796と、絶縁膜797と、を有する。例えば、指やスタイラスなどの被検知体が近づくことで生じうる、電極793と電極794との間の容量の変化を検知することができる。   Note that the touch panel 791 includes a light shielding film 738, an insulating film 792, an electrode 793, an electrode 794, an insulating film 795, an electrode 796, and an insulating film 797. For example, it is possible to detect a change in capacitance between the electrode 793 and the electrode 794 that may occur when a detected object such as a finger or a stylus approaches.

また、図12及び図13に示すトランジスタ750の上方においては、電極793と、電極794との交差部を明示している。電極796は、絶縁膜795に設けられた開口部を介して、電極794を挟む2つの電極793と電気的に接続されている。なお、図12及び図13においては、電極796が設けられる領域を画素部702に設ける構成を例示したが、これに限定されず、例えば、ソースドライバ回路部704に形成してもよい。   Further, the intersection of the electrode 793 and the electrode 794 is clearly shown above the transistor 750 illustrated in FIGS. 12 and 13. The electrode 796 is electrically connected to two electrodes 793 sandwiching the electrode 794 through an opening provided in the insulating film 795. 12 and 13 illustrate the structure in which the region where the electrode 796 is provided is provided in the pixel portion 702, the invention is not limited to this. For example, the region may be formed in the source driver circuit portion 704.

電極793及び電極794は、遮光膜738と重なる領域に設けられる。また、図12に示すように、電極793は、液晶素子775と重ならないように設けられると好ましい。また、図13に示すように、電極793は、発光素子782と重ならないように設けられると好ましい。別言すると、電極793は、発光素子782または液晶素子775と重なる領域に開口部を有する。すなわち、電極793はメッシュ形状を有する。このような構成とすることで、電極793は、液晶素子775を透過する光、または発光素子782が射出する光を遮らない構成とすることができる。したがって、タッチパネル791を配置することによる輝度の低下が極めて少ないため、視認性が高く、且つ消費電力が低減された表示装置を実現できる。なお、電極794も同様の構成とすればよい。   The electrode 793 and the electrode 794 are provided in a region overlapping with the light shielding film 738. In addition, as shown in FIG. 12, it is preferable that the electrode 793 be provided so as not to overlap with the liquid crystal element 775. In addition, as shown in FIG. 13, the electrode 793 is preferably provided so as not to overlap with the light emitting element 782. In other words, the electrode 793 has an opening in a region overlapping with the light-emitting element 782 or the liquid crystal element 775. That is, the electrode 793 has a mesh shape. With such a structure, the electrode 793 can have a structure in which light transmitted through the liquid crystal element 775 or light emitted from the light emitting element 782 is not blocked. Therefore, since the decrease in luminance due to the disposition of the touch panel 791 is extremely small, a display device with high visibility and reduced power consumption can be realized. Note that the electrode 794 may have a similar structure.

また、電極793及び電極794が液晶素子775または発光素子782と重ならないため、電極793及び電極794には、可視光の透過率が低い金属材料を用いることができる。そのため、可視光の透過率が高い酸化物材料を用いた電極と比較して、電極793及び電極794の抵抗を低くすることが可能となり、タッチパネルのセンサ感度を向上させることができる。   Further, since the electrode 793 and the electrode 794 do not overlap with the liquid crystal element 775 or the light-emitting element 782, a metal material with low visible light transmittance can be used for the electrode 793 and the electrode 794. Therefore, the resistance of the electrode 793 and the electrode 794 can be reduced as compared with an electrode using an oxide material having high visible light transmittance, and sensor sensitivity of the touch panel can be improved.

例えば、電極793、794、796には、導電性のナノワイヤを用いてもよい。当該ナノワイヤは、直径の平均値が1nm以上100nm以下、好ましくは5nm以上50nm以下、より好ましくは5nm以上25nm以下の大きさとすればよい。また、上記ナノワイヤとしては、Agナノワイヤ、Cuナノワイヤ、またはAlナノワイヤ等の金属ナノワイヤ、あるいは、カーボンナノチューブなどを用いればよい。例えば、電極793、794、796のいずれか一つあるいは全部にAgナノワイヤを用いる場合、可視光における光透過率を89%以上、シート抵抗値を40Ω/sq.以上100Ω/sq.以下とすることができる。   For example, conductive nanowires may be used for the electrodes 793, 794, and 796. The nanowire may have an average diameter of 1 nm to 100 nm, preferably 5 nm to 50 nm, more preferably 5 nm to 25 nm. In addition, as the nanowires, metal nanowires such as Ag nanowires, Cu nanowires, or Al nanowires, carbon nanotubes, or the like may be used. For example, in the case of using an Ag nanowire for any one or all of the electrodes 793, 794, and 796, the light transmittance in visible light is 89% or more, and the sheet resistance is 40 Ω / sq. 100 Ω / sq. The following can be made.

また、図12及び図13においては、インセル型のタッチパネルの構成について例示したが、これに限定されない。例えば、表示装置700上に形成する、所謂オンセル型のタッチパネルや、表示装置700に貼り合わせて用いる、所謂アウトセル型のタッチパネルとしてもよい。このように、本発明の一態様の表示装置は、様々な形態のタッチパネルと組み合わせて用いることができる。   Moreover, in FIG.12 and FIG.13, although it illustrated about the structure of the in-cell type touch panel, it is not limited to this. For example, a so-called on-cell touch panel formed on the display device 700 or a so-called out-cell touch panel used by being attached to the display device 700 may be used. Thus, the display device of one embodiment of the present invention can be used in combination with various types of touch panels.

本実施の形態で例示した構成例、及びそれらに対応する図面等は、少なくともその一部を他の構成例、または図面等と適宜組み合わせて実施することができる。   At least a part of the configuration examples exemplified in this embodiment and the corresponding drawings can be implemented in appropriate combination with other configuration examples, drawings, and the like.

本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。   This embodiment can be implemented in appropriate combination with at least a part of the other embodiments described in this specification.

(実施の形態3)
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を有する表示装置について、図14を用いて説明を行う。
Third Embodiment
In this embodiment, a display device including the semiconductor device of one embodiment of the present invention is described with reference to FIG.

図14(A)に示す表示装置は、画素を有する領域(以下、画素部502という)と、画素部502の外側に配置され、画素を駆動するための回路を有する回路部(以下、駆動回路部504という)と、素子の保護機能を有する回路(以下、保護回路506という)と、端子部507と、を有する。なお、保護回路506は、設けない構成としてもよい。   The display device illustrated in FIG. 14A includes a region having a pixel (hereinafter referred to as a pixel portion 502) and a circuit portion provided outside the pixel portion 502 and having a circuit for driving the pixel (hereinafter referred to as a driver circuit). And a circuit having a protective function of the element (hereinafter referred to as a protective circuit 506) and a terminal portion 507. Note that the protective circuit 506 may not be provided.

駆動回路部504の一部、または全部は、画素部502と同一基板上に形成されていることが望ましい。これにより、部品数や端子数を減らすことができる。駆動回路部504の一部、または全部が、画素部502と同一基板上に形成されていない場合には、駆動回路部504の一部、または全部は、COGやTAB(Tape Automated Bonding)によって、実装することができる。   It is preferable that part or all of the driver circuit portion 504 be formed over the same substrate as the pixel portion 502. Thereby, the number of parts and the number of terminals can be reduced. When part or all of the driver circuit portion 504 is not formed over the same substrate as the pixel portion 502, part or all of the driver circuit portion 504 is formed by COG or TAB (Tape Automated Bonding). It can be implemented.

画素部502は、X行(Xは2以上の自然数)Y列(Yは2以上の自然数)に配置された複数の表示素子を駆動するための回路(以下、画素回路501という)を有し、駆動回路部504は、画素を選択する信号(走査信号)を出力する回路(以下、ゲートドライバ504aという)、画素の表示素子を駆動するための信号(データ信号)を供給するための回路(以下、ソースドライバ504b)などの駆動回路を有する。   The pixel portion 502 includes a circuit (hereinafter referred to as a pixel circuit 501) for driving a plurality of display elements arranged in X rows (X is a natural number of 2 or more) and Y columns (Y is a natural number of 2 or more). The driver circuit portion 504 outputs a signal (scanning signal) for selecting a pixel (hereinafter referred to as a gate driver 504a) and a circuit for supplying a signal (data signal) for driving a display element of the pixel (data signal). Hereinafter, a driver circuit such as a source driver 504 b) is included.

ゲートドライバ504aは、シフトレジスタ等を有する。ゲートドライバ504aは、端子部507を介して、シフトレジスタを駆動するための信号が入力され、信号を出力する。例えば、ゲートドライバ504aは、スタートパルス信号、クロック信号等が入力され、パルス信号を出力する。ゲートドライバ504aは、走査信号が与えられる配線(以下、ゲート線GL_1乃至GL_Xという)の電位を制御する機能を有する。なお、ゲートドライバ504aを複数設け、複数のゲートドライバ504aにより、ゲート線GL_1乃至GL_Xを分割して制御してもよい。または、ゲートドライバ504aは、初期化信号を供給することができる機能を有する。ただし、これに限定されず、ゲートドライバ504aは、別の信号を供給することも可能である。   The gate driver 504 a includes a shift register and the like. The gate driver 504 a receives a signal for driving the shift register through the terminal portion 507 and outputs the signal. For example, the gate driver 504a receives a start pulse signal, a clock signal, and the like, and outputs a pulse signal. The gate driver 504a has a function of controlling the potentials of wirings (hereinafter referred to as gate lines GL_1 to GL_X) to which scan signals are supplied. Note that a plurality of gate drivers 504 a may be provided, and the gate lines GL_1 to GL_X may be divided and controlled by the plurality of gate drivers 504 a. Alternatively, the gate driver 504a has a function capable of supplying an initialization signal. However, without limitation thereto, the gate driver 504a can also supply another signal.

ソースドライバ504bは、シフトレジスタ等を有する。ソースドライバ504bは、端子部507を介して、シフトレジスタを駆動するための信号の他、データ信号の元となる信号(画像信号)が入力される。ソースドライバ504bは、画像信号を元に画素回路501に書き込むデータ信号を生成する機能を有する。また、ソースドライバ504bは、スタートパルス、クロック信号等が入力されて得られるパルス信号に従って、データ信号の出力を制御する機能を有する。また、ソースドライバ504bは、データ信号が与えられる配線(以下、データ線DL_1乃至DL_Yという)の電位を制御する機能を有する。または、ソースドライバ504bは、初期化信号を供給することができる機能を有する。ただし、これに限定されず、ソースドライバ504bは、別の信号を供給することも可能である。   The source driver 504 b includes a shift register and the like. The source driver 504 b receives a signal (image signal) which is a source of a data signal as well as a signal for driving the shift register through the terminal portion 507. The source driver 504 b has a function of generating a data signal to be written to the pixel circuit 501 based on an image signal. In addition, the source driver 504 b has a function of controlling output of a data signal in accordance with a pulse signal obtained by inputting a start pulse, a clock signal, and the like. Further, the source driver 504 b has a function of controlling the potentials of wirings (hereinafter referred to as data lines DL_1 to DL_Y) to which data signals are supplied. Alternatively, the source driver 504 b has a function capable of supplying an initialization signal. However, without being limited to this, the source driver 504 b can also supply another signal.

ソースドライバ504bは、例えば複数のアナログスイッチなどを用いて構成される。ソースドライバ504bは、複数のアナログスイッチを順次オン状態にすることにより、画像信号を時分割した信号をデータ信号として出力できる。また、シフトレジスタなどを用いてソースドライバ504bを構成してもよい。   The source driver 504 b is configured using, for example, a plurality of analog switches. The source driver 504 b can output a signal obtained by time-dividing the image signal as a data signal by sequentially turning on the plurality of analog switches. Alternatively, the source driver 504 b may be configured using a shift register or the like.

複数の画素回路501のそれぞれは、走査信号が与えられる複数の走査線GLの一つを介してパルス信号が入力され、データ信号が与えられる複数のデータ線DLの一つを介してデータ信号が入力される。また、複数の画素回路501のそれぞれは、ゲートドライバ504aによりデータ信号のデータの書き込み及び保持が制御される。例えば、m行n列目の画素回路501は、走査線GL_m(mはX以下の自然数)を介してゲートドライバ504aからパルス信号が入力され、走査線GL_mの電位に応じてデータ線DL_n(nはY以下の自然数)を介してソースドライバ504bからデータ信号が入力される。   Each of the plurality of pixel circuits 501 receives a pulse signal through one of the plurality of scanning lines GL to which a scanning signal is applied, and receives a data signal through one of the plurality of data lines DL to which the data signal is applied. It is input. In each of the plurality of pixel circuits 501, writing and holding of data of a data signal are controlled by the gate driver 504a. For example, in the pixel circuit 501 in the m-th row and the n-th column, a pulse signal is input from the gate driver 504a via the scanning line GL_m (m is a natural number less than or equal to X), and the data line DL_n (n Is a natural number less than or equal to Y), and the data signal is input from the source driver 504 b.

図14(A)に示す保護回路506は、例えば、ゲートドライバ504aと画素回路501の間の配線である走査線GLに接続される。または、保護回路506は、ソースドライバ504bと画素回路501の間の配線であるデータ線DLに接続される。または、保護回路506は、ゲートドライバ504aと端子部507との間の配線に接続することができる。または、保護回路506は、ソースドライバ504bと端子部507との間の配線に接続することができる。なお、端子部507は、外部の回路から表示装置に電源及び制御信号、及び画像信号を入力するための端子が設けられた部分をいう。   The protective circuit 506 illustrated in FIG. 14A is connected to, for example, a scan line GL which is a wiring between the gate driver 504 a and the pixel circuit 501. Alternatively, the protection circuit 506 is connected to a data line DL which is a wiring between the source driver 504 b and the pixel circuit 501. Alternatively, the protective circuit 506 can be connected to a wiring between the gate driver 504 a and the terminal portion 507. Alternatively, the protective circuit 506 can be connected to a wiring between the source driver 504 b and the terminal portion 507. Note that a terminal portion 507 refers to a portion provided with a terminal for inputting a power supply, a control signal, and an image signal from an external circuit to the display device.

保護回路506は、自身が接続する配線に一定の範囲外の電位が与えられたときに、該配線と別の配線とを導通状態にする回路である。   The protective circuit 506 is a circuit which brings a wiring and another wiring into conduction when the wiring to which the protection circuit 506 is connected is supplied with a potential outside the predetermined range.

図14(A)に示すように、画素部502と駆動回路部504にそれぞれ保護回路506を設けることにより、ESD(Electro Static Discharge:静電気放電)などにより発生する過電流に対する表示装置の耐性を高めることができる。ただし、保護回路506の構成はこれに限定されず、例えば、ゲートドライバ504aに保護回路506を接続した構成、またはソースドライバ504bに保護回路506を接続した構成とすることもできる。あるいは、端子部507に保護回路506を接続した構成とすることもできる。   As illustrated in FIG. 14A, by providing protection circuits 506 in the pixel portion 502 and the driver circuit portion 504, the display device is more resistant to overcurrent generated by ESD (Electro Static Discharge) or the like. be able to. However, the configuration of the protection circuit 506 is not limited to this. For example, the protection circuit 506 may be connected to the gate driver 504 a or the protection circuit 506 may be connected to the source driver 504 b. Alternatively, the protective circuit 506 can be connected to the terminal portion 507.

また、図14(A)においては、ゲートドライバ504aとソースドライバ504bによって駆動回路部504を形成している例を示しているが、この構成に限定されない。例えば、ゲートドライバ504aのみを形成し、別途用意されたソースドライバ回路が形成された基板(例えば、単結晶半導体膜、多結晶半導体膜で形成された駆動回路基板)を実装する構成としてもよい。   Although FIG. 14A illustrates an example in which the driver circuit portion 504 is formed by the gate driver 504 a and the source driver 504 b, the present invention is not limited to this configuration. For example, only the gate driver 504 a may be formed, and a substrate (for example, a driver circuit substrate formed of a single crystal semiconductor film or a polycrystalline semiconductor film) on which a separately prepared source driver circuit is formed may be mounted.

ここで、図15に、図14(A)とは異なる構成を示す。図15では、ソース線方向に配列する複数の画素を挟むように、一対のソース線(例えばソース線DLa1とソース線DLb1)が配置されている。また、隣接する2本のゲート線(例えばゲート線GL_1とゲート線GL_2)が電気的に接続されている。   Here, FIG. 15 shows a configuration different from that of FIG. In FIG. 15, a pair of source lines (for example, source line DLa1 and source line DLb1) are arranged so as to sandwich a plurality of pixels arranged in the source line direction. In addition, two adjacent gate lines (for example, the gate line GL_1 and the gate line GL_2) are electrically connected.

また、ゲート線GL_1に接続される画素は、片方のソース線(ソース線DLa1、ソース線DLa2等)に接続され、ゲート線GL_2に接続される画素は、他方のソース線(ソース線DLb1、ソース線DLb2等)に接続される。   The pixels connected to the gate line GL_1 are connected to one of the source lines (the source line DLa1, the source line DLa2, etc.), and the pixels connected to the gate line GL_2 are the other source line (the source line DLb1, the source Are connected to line DLb2 etc.).

このような構成とすることで、2本のゲート線を同時に選択することができる。これにより、一水平期間の長さを、図14(A)に示す構成と比較して2倍にすることができる。そのため、表示装置の高解像度化、及び大画面化が容易となる。   With such a configuration, two gate lines can be selected simultaneously. Thus, the length of one horizontal period can be doubled as compared with the configuration shown in FIG. Therefore, it is easy to increase the resolution and the screen size of the display device.

また、図14(A)及び図15に示す複数の画素回路501は、例えば、図14(B)に示す構成とすることができる。   In addition, the plurality of pixel circuits 501 illustrated in FIGS. 14A and 15 can be configured as illustrated in FIG. 14B, for example.

図14(B)に示す画素回路501は、液晶素子570と、トランジスタ550と、容量素子560と、を有する。トランジスタ550に先の実施の形態に示すトランジスタを適用することができる。   The pixel circuit 501 illustrated in FIG. 14B includes a liquid crystal element 570, a transistor 550, and a capacitor 560. The transistor described in the above embodiment can be applied to the transistor 550.

液晶素子570の一対の電極の一方の電位は、画素回路501の仕様に応じて適宜設定される。液晶素子570は、書き込まれるデータにより配向状態が設定される。なお、複数の画素回路501のそれぞれが有する液晶素子570の一対の電極の一方に共通の電位(コモン電位)を与えてもよい。また、各行の画素回路501の液晶素子570の一対の電極の一方に異なる電位を与えてもよい。   The potential of one of the pair of electrodes of the liquid crystal element 570 is appropriately set in accordance with the specification of the pixel circuit 501. The alignment state of the liquid crystal element 570 is set by the data to be written. Note that a common potential (common potential) may be applied to one of the pair of electrodes of the liquid crystal element 570 included in each of the plurality of pixel circuits 501. Further, different potentials may be applied to one of the pair of electrodes of the liquid crystal element 570 of the pixel circuit 501 in each row.

例えば、液晶素子570を備える表示装置の駆動方法としては、TNモード、STNモード、VA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、MVAモード、PVA(Patterned Vertical Alignment)モード、IPSモード、FFSモード、又はTBA(Transverse Bend Alignment)モードなどを用いてもよい。また、表示装置の駆動方法としては、上述した駆動方法の他、ECB(Electrically Controlled Birefringence)モード、PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal)モード、PNLC(Polymer Network Liquid Crystal)モード、ゲストホストモードなどがある。ただし、これに限定されず、液晶素子及びその駆動方式として様々なものを用いることができる。   For example, as a driving method of a display device including the liquid crystal element 570, a TN mode, an STN mode, a VA mode, an ASM (Axially Symmetric Aligned Micro-cell) mode, an OCB (Optically Compensated Birefringence) mode, an FLC (Ferroelectric Liquid Crystal) mode , AFLC (Anti-Ferroelectric Liquid Crystal) mode, MVA mode, PVA (Pattered Vertical Alignment) mode, IPS mode, FFS mode, TBA (Transverse Bend Alignment) mode, or the like may be used. Further, as a driving method of the display device, in addition to the above-described driving method, there are an ECB (Electrically Controlled Birefringence) mode, a PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystal) mode, a PNLC (Polymer Network Liquid Crystal) mode, a guest host mode, and the like. However, the present invention is not limited to this, and various liquid crystal elements and driving methods thereof can be used.

m行n列目の画素回路501において、トランジスタ550のソース電極またはドレイン電極の一方は、データ線DL_nに電気的に接続され、他方は液晶素子570の一対の電極の他方に電気的に接続される。また、トランジスタ550のゲート電極は、走査線GL_mに電気的に接続される。トランジスタ550は、データ信号のデータの書き込みを制御する機能を有する。   In the m-th row and n-th pixel circuit 501, one of the source and drain electrodes of the transistor 550 is electrically connected to the data line DL_n, and the other is electrically connected to the other of the pair of electrodes of the liquid crystal element 570. Ru. Further, the gate electrode of the transistor 550 is electrically connected to the scan line GL_m. The transistor 550 has a function of controlling writing of data of the data signal.

容量素子560の一対の電極の一方は、電位が供給される配線(以下、電位供給線VL)に電気的に接続され、他方は、液晶素子570の一対の電極の他方に電気的に接続される。なお、電位供給線VLの電位の値は、画素回路501の仕様に応じて適宜設定される。容量素子560は、書き込まれたデータを保持する保持容量としての機能を有する。   One of the pair of electrodes of capacitive element 560 is electrically connected to a wiring to which a potential is supplied (hereinafter, potential supply line VL), and the other is electrically connected to the other of the pair of electrodes of liquid crystal element 570. Ru. Note that the value of the potential of the potential supply line VL is appropriately set in accordance with the specification of the pixel circuit 501. The capacitor element 560 has a function as a storage capacitor for storing written data.

例えば、図14(B)の画素回路501を有する表示装置では、例えば、図14(A)に示すゲートドライバ504aにより各行の画素回路501を順次選択し、トランジスタ550をオン状態にしてデータ信号のデータを書き込む。   For example, in the display device including the pixel circuit 501 in FIG. 14B, for example, the pixel circuits 501 in each row are sequentially selected by the gate driver 504a illustrated in FIG. Write data

データが書き込まれた画素回路501は、トランジスタ550がオフ状態になることで保持状態になる。これを行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。   The pixel circuit 501 to which data is written is brought into the holding state by the transistor 550 being turned off. Images can be displayed by sequentially performing this on a row-by-row basis.

また、図14(A)に示す複数の画素回路501は、例えば、図14(C)に示す構成とすることができる。   In addition, the plurality of pixel circuits 501 illustrated in FIG. 14A can have a configuration illustrated in FIG. 14C, for example.

また、図14(C)に示す画素回路501は、トランジスタ552、554と、容量素子562と、発光素子572と、を有する。トランジスタ552及びトランジスタ554のいずれか一方または双方に先の実施の形態に示すトランジスタを適用することができる。   The pixel circuit 501 illustrated in FIG. 14C includes transistors 552 and 554, a capacitor 562, and a light-emitting element 572. The transistor described in the above embodiment can be applied to one or both of the transistor 552 and the transistor 554.

トランジスタ552のソース電極及びドレイン電極の一方は、データ線DL_nに電気的に接続され、ゲート電極は、走査線GL_mに電気的に接続される。   One of the source electrode and the drain electrode of the transistor 552 is electrically connected to the data line DL_n, and the gate electrode is electrically connected to the scan line GL_m.

トランジスタ552は、データ信号のデータの書き込みを制御する機能を有する。   The transistor 552 has a function of controlling writing of data of the data signal.

容量素子562の一対の電極の一方は、電位供給線VL_aに電気的に接続され、他方は、トランジスタ552のソース電極及びドレイン電極の他方に電気的に接続される。   One of the pair of electrodes of the capacitor 562 is electrically connected to the potential supply line VL_a, and the other is electrically connected to the other of the source electrode and the drain electrode of the transistor 552.

容量素子562は、書き込まれたデータを保持する保持容量としての機能を有する。   The capacitor element 562 has a function as a storage capacitor for storing written data.

トランジスタ554のソース電極及びドレイン電極の一方は、電位供給線VL_aに電気的に接続される。さらに、トランジスタ554のゲート電極は、トランジスタ552のソース電極及びドレイン電極の他方に電気的に接続される。   One of the source electrode and the drain electrode of the transistor 554 is electrically connected to the potential supply line VL_a. Further, the gate electrode of the transistor 554 is electrically connected to the other of the source electrode and the drain electrode of the transistor 552.

発光素子572のアノード及びカソードの一方は、電位供給線VL_bに電気的に接続され、他方は、トランジスタ554のソース電極及びドレイン電極の他方に電気的に接続される。   One of the anode and the cathode of the light emitting element 572 is electrically connected to the potential supply line VL_b, and the other is electrically connected to the other of the source electrode and the drain electrode of the transistor 554.

発光素子572としては、例えば有機エレクトロルミネセンス素子(有機EL素子ともいう)などを用いることができる。ただし、発光素子572としては、これに限定されず、無機材料を含む無機EL素子を用いてもよい。   As the light emitting element 572, an organic electroluminescent element (also referred to as an organic EL element) or the like can be used, for example. However, the light emitting element 572 is not limited to this, and an inorganic EL element containing an inorganic material may be used.

なお、電位供給線VL_a及び電位供給線VL_bの一方には、高電源電位VDDが与えられ、他方には、低電源電位VSSが与えられる。   Note that the high power supply potential VDD is applied to one of the potential supply line VL_a and the potential supply line VL_b, and the low power supply potential VSS is applied to the other.

図14(C)の画素回路501を有する表示装置では、例えば、図14(A)に示すゲートドライバ504aにより各行の画素回路501を順次選択し、トランジスタ552をオン状態にしてデータ信号のデータを書き込む。   In the display device including the pixel circuit 501 in FIG. 14C, for example, the pixel circuits 501 in each row are sequentially selected by the gate driver 504a illustrated in FIG. 14A, and the transistor 552 is turned on to output data signal data. Write.

データが書き込まれた画素回路501は、トランジスタ552がオフ状態になることで保持状態になる。さらに、書き込まれたデータ信号の電位に応じてトランジスタ554のソース電極とドレイン電極の間に流れる電流量が制御され、発光素子572は、流れる電流量に応じた輝度で発光する。これを行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。   The pixel circuit 501 to which data is written is brought into the holding state by the transistor 552 being turned off. Further, the amount of current flowing between the source electrode and the drain electrode of the transistor 554 is controlled in accordance with the potential of the written data signal, and the light emitting element 572 emits light with luminance according to the amount of current flowing. Images can be displayed by sequentially performing this on a row-by-row basis.

本実施の形態で例示した構成例、及びそれらに対応する図面等は、少なくともその一部を他の構成例、または図面等と適宜組み合わせて実施することができる。   At least a part of the configuration examples exemplified in this embodiment and the corresponding drawings can be implemented in appropriate combination with other configuration examples, drawings, and the like.

本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。   This embodiment can be implemented in appropriate combination with at least a part of the other embodiments described in this specification.

(実施の形態4)
以下では、本発明の一態様の表示装置を適用可能な電子機器について説明する。ここでは、発電装置及び受電装置を備える電子機器を例に挙げて説明する。
Embodiment 4
Hereinafter, electronic devices to which the display device of one embodiment of the present invention can be applied will be described. Here, an electronic device including a power generation device and a power reception device will be described as an example.

電気機器の一例として携帯情報端末の例について、図16を用いて説明する。   An example of a portable information terminal as an example of the electrical device will be described with reference to FIG.

図16(A)は、携帯情報端末8040の正面及び側面を示した斜視図である。携帯情報端末8040は、一例として、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、インターネット通信、コンピュータゲーム等の種々のアプリケーションの実行が可能である。携帯情報端末8040は、筐体8041の正面に表示部8042、カメラ8045、マイクロフォン8046、スピーカ8047を有し、筐体8041の左側面には操作用のボタン8043、底面には接続端子8048を有する。   FIG. 16A is a perspective view showing the front and the side of the portable information terminal 8040. FIG. As an example, the portable information terminal 8040 can execute various applications such as mobile telephone, electronic mail, text browsing and creation, music reproduction, Internet communication, computer games, and the like. A portable information terminal 8040 has a display portion 8042, a camera 8045, a microphone 8046, and a speaker 8047 on the front of a housing 8041, and has a button 8043 for operation on the left side of the housing 8041 and a connection terminal 8048 on the bottom .

表示部8042には、本発明の一態様の表示モジュール又は表示パネルが用いられる。   The display module or the display panel of one embodiment of the present invention is used for the display portion 8042.

図16(A)に示す携帯情報端末8040は、筐体8041に表示部8042を一つ設けた例であるが、これに限らず、表示部8042を携帯情報端末8040の背面に設けてもよいし、折り畳み型の携帯情報端末として、二以上の表示部を設けてもよい。   A portable information terminal 8040 shown in FIG. 16A is an example in which one display portion 8042 is provided in a housing 8041. However, the present invention is not limited to this. The display portion 8042 may be provided on the back surface of the portable information terminal 8040. Alternatively, two or more display units may be provided as a foldable portable information terminal.

また、表示部8042には、指やスタイラス等の指示手段により情報の入力が可能なタッチパネルが入力手段として設けられている。これにより、表示部8042に表示されたアイコン8044を指示手段により簡単に操作することができる。また、タッチパネルの配置により携帯情報端末8040にキーボードを配置する領域が不要となるため、広い領域に表示部を配置することができる。また、指やスタイラスで情報の入力が可能となることから、ユーザフレンドリなインターフェースを実現することができる。タッチパネルとしては、抵抗膜方式、静電容量方式、赤外線方式、電磁誘導方式、表面弾性波方式等、種々の方式を採用することができるが、表示部8042は湾曲するものであるため、特に抵抗膜方式、静電容量方式を用いることが好ましい。また、このようなタッチパネルは、上述の表示モジュール又は表示パネルと一体として組み合わされた、いわゆるインセル方式のものであってもよい。   Further, the display portion 8042 is provided with a touch panel which can input information by an instruction unit such as a finger or a stylus as an input unit. Thus, the icon 8044 displayed on the display unit 8042 can be easily operated by the instruction unit. In addition, since the area for arranging the keyboard in the portable information terminal 8040 becomes unnecessary due to the arrangement of the touch panel, the display portion can be arranged in a wide area. In addition, since information can be input using a finger or a stylus, a user-friendly interface can be realized. As the touch panel, various methods such as a resistive film method, a capacitance method, an infrared method, an electromagnetic induction method, a surface acoustic wave method and the like can be adopted, but since the display portion 8042 is curved, the resistance is particularly high. It is preferable to use a membrane method or a capacitance method. In addition, such a touch panel may be of a so-called in-cell type combined with the above-described display module or display panel as one unit.

また、タッチパネルは、イメージセンサとして機能させることができるものであってもよい。この場合、例えば、表示部8042に掌や指で触れ、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことができる。また、表示部8042に近赤外光を発光するバックライト又は近赤外光を発光するセンシング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。   Further, the touch panel may function as an image sensor. In this case, personal identification can be performed, for example, by touching the display portion 8042 with a palm or finger to capture a palm print, a fingerprint, or the like. In addition, when a backlight which emits near-infrared light or a sensing light source which emits near-infrared light is used for the display portion 8042, an image of a finger vein, a palm vein, or the like can be taken.

また、表示部8042にタッチパネルを設けずにキーボードを設けてもよく、さらにタッチパネルとキーボードの双方を設けてもよい。   In addition, a keyboard may be provided in the display portion 8042 without providing a touch panel, or both of the touch panel and the keyboard may be provided.

操作用のボタン8043には、用途に応じて様々な機能を持たせることができる。例えば、ボタン8043をホームボタンとし、ボタン8043を押すことで表示部8042にホーム画面を表示する構成としてもよい。また、ボタン8043を所定の時間押し続けることで、携帯情報端末8040の主電源をオフするようにしてもよい。また、スリープモードの状態に移行している場合、ボタン8043を押すことで、スリープモード状態から復帰させるようにしてもよい。その他、押し続ける期間や、他のボタンと同時に押す等により、種々の機能を起動させるスイッチとして用いることができる。   The operation button 8043 can have various functions in accordance with the application. For example, the home screen may be displayed on the display portion 8042 by using the button 8043 as a home button and pressing the button 8043. Alternatively, the main power supply of the portable information terminal 8040 may be turned off by pressing the button 8043 for a predetermined time. In addition, when transitioning to the sleep mode state, the button 8043 may be pressed to recover from the sleep mode state. In addition, it can be used as a switch for activating various functions by, for example, keeping pressing and pressing simultaneously with other buttons.

また、ボタン8043を音量調整ボタンやミュートボタンとし、音出力のためのスピーカ8047の音量の調整等を行う機能を持たせてもよい。スピーカ8047からは、オペレーティングシステム(OS)の起動音等特定の処理時に設定した音、音楽再生アプリケーションソフトからの音楽等各種アプリケーションにおいて実行される音ファイルによる音、電子メールの着信音等様々な音を出力する。なお、図示しないが、音出力をスピーカ8047とともに、あるいはスピーカ8047に替えてヘッドフォン、イヤフォン、ヘッドセット等の装置に音を出力するためのコネクタを設けてもよい。   Alternatively, the button 8043 may be a volume adjustment button or a mute button, and may have a function of adjusting the volume of the speaker 8047 for sound output. From the speaker 8047, various sounds such as sounds set during specific processing such as startup sound of operating system (OS), sounds by sound files executed in various applications such as music from music playback application software, ring tones of e-mail, etc. Output Although not shown, the sound output may be replaced with the speaker 8047 or in place of the speaker 8047, and a connector for outputting sound to a device such as a headphone, an earphone, or a headset may be provided.

このようにボタン8043には、種々の機能を与えることができる。図16(A)では、左側面にボタン8043を2つ設けた携帯情報端末8040を図示しているが、勿論、ボタン8043の数や配置位置等はこれに限定されず、適宜設計することができる。   Thus, the button 8043 can be provided with various functions. Although FIG. 16A shows a portable information terminal 8040 provided with two buttons 8043 on the left side, it goes without saying that the number of buttons 8043 and the arrangement position thereof are not limited thereto, and may be designed appropriately. it can.

マイクロフォン8046は、音声入力や録音に用いることができる。また、カメラ8045により取得した画像を表示部8042に表示させることができる。   The microphone 8046 can be used for voice input and recording. Further, an image acquired by the camera 8045 can be displayed on the display portion 8042.

携帯情報端末8040の操作には、上述した表示部8042に設けられたタッチパネルやボタン8043の他、カメラ8045や携帯情報端末8040に内蔵されたセンサ等を用いて使用者の動作(ジェスチャー)を認識させて操作を行うこともできる(ジェスチャー入力という)。あるいは、マイクロフォン8046を用いて、使用者の音声を認識させて操作を行うこともできる(音声入力という)。このように、人間の自然な振る舞いにより電気機器に入力を行うNUI(Natural User Interface)技術を実装することで、携帯情報端末8040の操作性をさらに向上させることができる。   In addition to the touch panel and button 8043 provided in the display portion 8042 described above, the operation of the mobile information terminal 8040 uses the camera 8045, a sensor incorporated in the mobile information terminal 8040, and the like to recognize the user's operation (gesture) It is also possible to perform an operation (called a gesture input). Alternatively, the microphone 8046 can be used to recognize the user's voice and perform an operation (referred to as voice input). As described above, the operability of the portable information terminal 8040 can be further improved by implementing the NUI (Natural User Interface) technology for inputting to the electric device by natural human behavior.

接続端子8048は、外部機器との通信や電力供給のための信号又は電力の入力端子である。例えば、携帯情報端末8040に外部メモリドライブするために、接続端子8048を用いることができる。外部メモリドライブとして、例えば外付けHDD(ハードディスクドライブ)やフラッシュメモリドライブ、DVD(Digital Versatile Disk)やDVD−R(DVD−Recordable)、DVD−RW(DVD−ReWritable)、CD(Compact Disc)、CD−R(Compact Disc Recordable)、CD−RW(Compact Disc ReWritable)、MO(Magneto Optical Disc)、FDD(Floppy Disk Drive)、又は他の不揮発性のソリッドステートドライブ(Solid State Drive:SSD)デバイスなどの記録メディアドライブが挙げられる。また、携帯情報端末8040は表示部8042上にタッチパネルを有しているが、これに替えて筐体8041上にキーボードを設けてもよく、またキーボードを外付けしてもよい。   The connection terminal 8048 is a signal or power input terminal for communication with an external device or power supply. For example, the connection terminal 8048 can be used to drive an external memory in the portable information terminal 8040. As an external memory drive, for example, an external HDD (hard disk drive) or a flash memory drive, a DVD (Digital Versatile Disk), a DVD-R (DVD-Recordable), a DVD-RW (DVD-Rewritable), a CD (Compact Disc), a CD -Compact Disc Recordable (R), Compact Disc Rewritable (CD-RW), Magneto Optical Disc (MO), Floppy Disk Drive (FDD), or other non-volatile Solid State Drive (SSD) devices, etc. A recording media drive is mentioned. In addition, although the portable information terminal 8040 has a touch panel on the display portion 8042, a keyboard may be provided on the housing 8041 instead, or a keyboard may be externally attached.

図16(A)では、底面に接続端子8048を1つ設けた携帯情報端末8040を図示しているが、接続端子8048の数や配置位置等はこれに限定されず、適宜設計することができる。   Although FIG. 16A illustrates a portable information terminal 8040 in which one connection terminal 8048 is provided on the bottom surface, the number and arrangement position of the connection terminals 8048 are not limited to this, and can be appropriately designed. .

図16(B)は、携帯情報端末8040の背面及び側面を示した斜視図である。携帯情報端末8040は、筐体8041の表面に太陽電池8049とカメラ8050を有し、また、充放電制御回路8051、バッテリー8052、DCDCコンバータ8053等を有する。外光により太陽電池8049で発電した電力は、バッテリー8052を充電するために必要な電圧とするために、DCDCコンバータ8053で昇圧又は降圧される。そして、表示部8042の動作に太陽電池8049からの電力が用いられる際には、充放電制御回路8051で表示部8042に必要な電圧に昇圧又は降圧する。   FIG. 16B is a perspective view showing the back and the side of the portable information terminal 8040. A portable information terminal 8040 has a solar cell 8049 and a camera 8050 on the surface of a housing 8041, and further has a charge / discharge control circuit 8051, a battery 8052, a DCDC converter 8053, and the like. The electric power generated by the solar cell 8049 by the outside light is boosted or stepped down by the DCDC converter 8053 to obtain a voltage necessary to charge the battery 8052. When the power from the solar cell 8049 is used for the operation of the display portion 8042, the charge / discharge control circuit 8051 boosts or steps down the voltage to the voltage required for the display portion 8042.

携帯情報端末8040の背面に装着された太陽電池8049によって、電力を表示部、タッチパネル、又は映像信号処理部等に供給することができる。なお、太陽電池8049は、筐体8041の片面又は両面に設けることができる。携帯情報端末8040に太陽電池8049を搭載させることで、屋外などの電力の供給手段がない場所においても、携帯情報端末8040のバッテリー8052の充電を行うことができる。また、図16(A)に示すように、表示部8042の左上(破線枠内)に、バッテリー8052の充電状態や、太陽電池8049による充電中の状態、を示す画像等の表示を行ってもよい。   Electric power can be supplied to the display portion, the touch panel, the video signal processing portion, or the like by the solar battery 8049 mounted on the back surface of the portable information terminal 8040. Note that the solar cell 8049 can be provided on one side or both sides of the housing 8041. By mounting the solar cell 8049 in the portable information terminal 8040, the battery 8052 of the portable information terminal 8040 can be charged even in a place where there is no means for supplying power such as outdoor. In addition, as shown in FIG. 16A, an image or the like indicating the charge state of the battery 8052 or the state being charged by the solar cell 8049 is displayed on the upper left (in the broken line frame) of the display portion 8042. Good.

なお、発電手段の一例として太陽電池8049を示したが、これに限定されず、圧電素子(ピエゾ素子)や熱電変換素子(ペルティエ素子)などの他の発電手段を用いてバッテリー8052の充電を行ってもよい。また、無線で電力を送受信して充電する非接触電力伝送モジュールを用いてもよく、以上の充電方法を組み合わせてもよい。   Although the solar cell 8049 is shown as an example of the power generation means, the present invention is not limited to this. The battery 8052 is charged using another power generation means such as a piezoelectric element (piezo element) or a thermoelectric conversion element (Peltier element). May be Alternatively, a non-contact power transmission module may be used which wirelessly transmits and receives power to charge the battery, or the above charging methods may be combined.

本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。   This embodiment can be implemented in appropriate combination with at least a part of the other embodiments described in this specification.

(実施の形態5)
本実施の形態では、本発明の一態様を用いて作製することができる表示モジュールについて説明する。
Fifth Embodiment
In this embodiment, a display module that can be manufactured using one embodiment of the present invention will be described.

図17(A)に示す表示モジュール6000は、上部カバー6001と下部カバー6002との間に、FPC6005に接続された表示装置6006、フレーム6009、プリント基板6010、及びバッテリー6011を有する。   A display module 6000 illustrated in FIG. 17A includes a display device 6006 connected to an FPC 6005, a frame 6009, a printed substrate 6010, and a battery 6011 between an upper cover 6001 and a lower cover 6002.

例えば、本発明の一態様を用いて作製された表示装置を、表示装置6006に用いることができる。表示装置6006により、極めて消費電力の低い表示モジュールを実現することができる。   For example, the display device manufactured using one embodiment of the present invention can be used for the display device 6006. The display device 6006 can realize a display module with extremely low power consumption.

上部カバー6001及び下部カバー6002は、表示装置6006のサイズに合わせて、形状や寸法を適宜変更することができる。   The shape and size of the upper cover 6001 and the lower cover 6002 can be appropriately changed in accordance with the size of the display device 6006.

また、表示装置6006に重ねてタッチパネルを設けてもよい。タッチパネルとしては、抵抗膜方式または静電容量方式のタッチパネルを表示装置6006に重畳して用いることができる。また、タッチパネルを設けず、表示装置6006に、タッチパネル機能を持たせるようにすることも可能である。また、表示モジュール6000に光学式タッチセンサを設ける構成にしてもよい。   In addition, a touch panel may be provided over the display device 6006. As a touch panel, a resistive touch panel or a capacitive touch panel can be superimposed on the display device 6006 and used. Alternatively, the display device 6006 can have a touch panel function without providing a touch panel. In addition, the display module 6000 may be provided with an optical touch sensor.

フレーム6009は、表示装置6006の保護機能の他、プリント基板6010の動作により発生する電磁波を遮断するための電磁シールドとしての機能を有する。またフレーム6009は、放熱板としての機能を有していてもよい。   The frame 6009 has a function as an electromagnetic shield for blocking an electromagnetic wave generated by the operation of the printed substrate 6010, in addition to the protective function of the display device 6006. The frame 6009 may also have a function as a heat sink.

プリント基板6010は、電源回路、ビデオ信号及びクロック信号を出力するための信号処理回路を有する。電源回路に電力を供給する電源としては、外部の商用電源であってもよいし、別途設けたバッテリー6011による電源であってもよい。バッテリー6011は、商用電源を用いる場合には、省略可能である。   The printed circuit board 6010 has a power supply circuit and a signal processing circuit for outputting a video signal and a clock signal. As a power supply for supplying power to the power supply circuit, an external commercial power supply may be used, or a power supply using a separately provided battery 6011 may be used. The battery 6011 can be omitted when using a commercial power supply.

図17(B)は、光学式のタッチセンサを備える表示モジュール6000の断面概略図である。   FIG. 17B is a schematic cross-sectional view of a display module 6000 including an optical touch sensor.

表示モジュール6000は、プリント基板6010に設けられた発光部6015及び受光部6016を有する。また、上部カバー6001と下部カバー6002により囲まれた領域に一対の導光部(導光部6017a、導光部6017b)を有する。   The display module 6000 includes a light emitting unit 6015 and a light receiving unit 6016 provided on the printed circuit board 6010. A pair of light guide portions (light guide portions 6017 a and 6017 b) is provided in a region surrounded by the upper cover 6001 and the lower cover 6002.

上部カバー6001と下部カバー6002は、例えばプラスチック等を用いることができる。また、上部カバー6001と下部カバー6002とは、それぞれ薄く(例えば0.5mm以上5mm以下)することが可能である。そのため、表示モジュール6000を極めて軽量にすることが可能となる。また少ない材料で上部カバー6001と下部カバー6002を作製できるため、作製コストを低減できる。   For example, plastic or the like can be used for the upper cover 6001 and the lower cover 6002. Further, the upper cover 6001 and the lower cover 6002 can be made thinner (for example, 0.5 mm or more and 5 mm or less). Therefore, the display module 6000 can be made extremely lightweight. Further, since the upper cover 6001 and the lower cover 6002 can be manufactured with a small amount of material, the manufacturing cost can be reduced.

表示装置6006は、フレーム6009を間に介してプリント基板6010やバッテリー6011と重ねて設けられている。表示装置6006とフレーム6009は、導光部6017a、導光部6017bに固定されている。   The display device 6006 is provided to overlap the printed circuit board 6010 and the battery 6011 with the frame 6009 interposed therebetween. The display device 6006 and the frame 6009 are fixed to the light guide unit 6017 a and the light guide unit 6017 b.

発光部6015から発せられた光6018は、導光部6017aにより表示装置6006の上部を経由し、導光部6017bを通って受光部6016に達する。例えば指やスタイラスなどの被検知体により、光6018が遮られることにより、タッチ操作を検出することができる。   The light 6018 emitted from the light emitting unit 6015 passes through the upper portion of the display device 6006 by the light guiding unit 6017 a, passes through the light guiding unit 6017 b, and reaches the light receiving unit 6016. For example, when the light 6018 is blocked by a detection target such as a finger or a stylus, a touch operation can be detected.

発光部6015は、例えば表示装置6006の隣接する2辺に沿って複数設けられる。受光部6016は、発光部6015と対向する位置に複数設けられる。これにより、タッチ操作がなされた位置の情報を取得することができる。   For example, a plurality of light emitting units 6015 are provided along two adjacent sides of the display device 6006. A plurality of light receiving units 6016 are provided at positions facing the light emitting units 6015. Thereby, information on the position where the touch operation has been performed can be acquired.

発光部6015は、例えばLED素子などの光源を用いることができる。特に、発光部6015として、使用者に視認されず、且つ使用者にとって無害である赤外線を発する光源を用いることが好ましい。   The light emitting unit 6015 can use a light source such as an LED element, for example. In particular, it is preferable to use, as the light emitting portion 6015, a light source that emits infrared rays that is not visually recognized by the user and is harmless to the user.

受光部6016は、発光部6015が発する光を受光し、電気信号に変換する光電素子を用いることができる。好適には、赤外線を受光可能なフォトダイオードを用いることができる。   The light receiving unit 6016 can use a photoelectric element that receives light emitted by the light emitting unit 6015 and converts the light into an electric signal. Preferably, a photodiode capable of receiving infrared light can be used.

導光部6017a、導光部6017bとしては、少なくとも光6018を透過する部材を用いることができる。導光部6017a及び導光部6017bを用いることで、発光部6015と受光部6016とを表示装置6006の下側に配置することができ、外光が受光部6016に到達してタッチセンサが誤動作することを抑制できる。特に、可視光を吸収し、赤外線を透過する樹脂を用いることが好ましい。これにより、タッチセンサの誤動作をより効果的に抑制できる。   As the light guide portion 6017a and the light guide portion 6017b, a member which transmits at least light 6018 can be used. By using the light guiding unit 6017a and the light guiding unit 6017b, the light emitting unit 6015 and the light receiving unit 6016 can be disposed below the display device 6006, and external light reaches the light receiving unit 6016 and the touch sensor malfunctions Can be suppressed. In particular, it is preferable to use a resin that absorbs visible light and transmits infrared light. Thereby, the malfunction of the touch sensor can be suppressed more effectively.

本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。   This embodiment can be implemented in appropriate combination with at least a part of the other embodiments described in this specification.

(実施の形態6)
本実施の形態では、本発明の一態様を用いて作製された表示装置を備える電子機器について説明する。
Sixth Embodiment
In this embodiment, an electronic device provided with a display device manufactured using one embodiment of the present invention will be described.

図18(A)乃至図18(G)に示す電子機器は、筐体9000、表示部9001、スピーカ9003、操作キー9005(電源スイッチ、又は操作スイッチを含む)、接続端子9006、センサ9007(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの)、マイクロフォン9008、等を有する。   The electronic devices illustrated in FIGS. 18A to 18G include a housing 9000, a display portion 9001, a speaker 9003, operation keys 9005 (including a power switch or operation switch), a connection terminal 9006, a sensor 9007 (a power , Displacement, position, velocity, acceleration, angular velocity, number of rotations, distance, light, liquid, magnetism, temperature, chemicals, voice, time, hardness, electric field, current, voltage, power, radiation, flow rate, humidity, inclination, vibration , Including a function of measuring odor or infrared), a microphone 9008, and the like.

図18(A)乃至図18(G)に示す電子機器は、様々な機能を有する。例えば、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付または時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア(プログラム)によって処理を制御する機能、無線通信機能、無線通信機能を用いて様々なコンピュータネットワークに接続する機能、無線通信機能を用いて様々なデータの送信または受信を行う機能、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読み出して表示部に表示する機能、等を有することができる。なお、図18(A)乃至図18(G)に示す電子機器が有することのできる機能はこれらに限定されず、様々な機能を有することができる。また、図18(A)乃至図18(G)には図示していないが、電子機器には、複数の表示部を有する構成としてもよい。また、該電子機器にカメラ等を設け、静止画を撮影する機能、動画を撮影する機能、撮影した画像を記録媒体(外部またはカメラに内蔵)に保存する機能、撮影した画像を表示部に表示する機能、等を有していてもよい。   The electronic devices illustrated in FIGS. 18A to 18G have various functions. For example, a function of displaying various information (still image, moving image, text image, etc.) on the display unit, a touch panel function, a calendar, a function of displaying date or time, etc., a function of controlling processing by various software (programs), A wireless communication function, a function of connecting to various computer networks using the wireless communication function, a function of transmitting or receiving various data using the wireless communication function, reading out and displaying a program or data recorded in a recording medium It can have a function of displaying on a unit, and the like. Note that the electronic device illustrated in FIGS. 18A to 18G can have various functions without limitation to the above. Although not illustrated in FIGS. 18A to 18G, the electronic device may have a plurality of display portions. In addition, a camera or the like is provided in the electronic device, a function of capturing a still image, a function of capturing a moving image, a function of saving a captured image in a recording medium (externally or incorporated in the camera), and displaying the captured image on a display portion And the like.

図18(A)乃至図18(G)に示す電子機器の詳細について、以下説明を行う。   The details of the electronic devices illustrated in FIGS. 18A to 18G will be described below.

図18(A)は、携帯情報端末9101を示す斜視図である。携帯情報端末9101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。具体的には、スマートフォンとして用いることができる。なお、携帯情報端末9101は、スピーカ9003、接続端子9006、センサ9007等を設けてもよい。また、携帯情報端末9101は、文字や画像情報をその複数の面に表示することができる。例えば、3つの操作ボタン9050(操作アイコンまたは単にアイコンともいう)を表示部9001の一の面に表示することができる。また、破線の矩形で示す情報9051を表示部9001の他の面に表示することができる。なお、情報9051の一例としては、電子メールやSNS(ソーシャル・ネットワーキング・サービス)や電話などの着信を知らせる表示、電子メールやSNSなどの題名、電子メールやSNSなどの送信者名、日時、時刻、バッテリーの残量、アンテナ受信の強度などがある。または、情報9051が表示されている位置に、情報9051の代わりに、操作ボタン9050などを表示してもよい。   FIG. 18A is a perspective view showing a portable information terminal 9101. FIG. The portable information terminal 9101 has one or more functions selected from, for example, a telephone, a notebook, an information browsing apparatus, and the like. Specifically, it can be used as a smartphone. Note that the portable information terminal 9101 may be provided with a speaker 9003, a connection terminal 9006, a sensor 9007, and the like. In addition, the portable information terminal 9101 can display text and image information on the plurality of surfaces. For example, three operation buttons 9050 (also referred to as operation icons or simply icons) can be displayed on one surface of the display portion 9001. Further, information 9051 indicated by a dashed-line rectangle can be displayed on another surface of the display portion 9001. Note that examples of the information 9051 include a display for notifying an incoming call such as an email or SNS (social networking service) or a telephone, a title such as an email or SNS, a sender name such as an email or SNS, a date, time , Battery level, antenna reception strength, etc. Alternatively, instead of the information 9051, an operation button 9050 or the like may be displayed at the position where the information 9051 is displayed.

図18(B)は、携帯情報端末9102を示す斜視図である。携帯情報端末9102は、表示部9001の3面以上に情報を表示する機能を有する。ここでは、情報9052、情報9053、情報9054がそれぞれ異なる面に表示されている例を示す。例えば、携帯情報端末9102の使用者は、洋服の胸ポケットに携帯情報端末9102を収納した状態で、その表示(ここでは情報9053)を確認することができる。具体的には、着信した電話の発信者の電話番号又は氏名等を、携帯情報端末9102の上方から観察できる位置に表示する。使用者は、携帯情報端末9102をポケットから取り出すことなく、表示を確認し、電話を受けるか否かを判断できる。   FIG. 18B is a perspective view of the portable information terminal 9102. The portable information terminal 9102 has a function of displaying information on three or more surfaces of the display portion 9001. Here, an example is shown in which the information 9052, the information 9053, and the information 9054 are displayed on different sides. For example, the user of the portable information terminal 9102 can confirm the display (here, information 9053) in a state where the portable information terminal 9102 is stored in the chest pocket of the clothes. Specifically, the telephone number or the name or the like of the caller of the incoming call is displayed at a position where it can be observed from above the portable information terminal 9102. The user can check the display without taking out the portable information terminal 9102 from the pocket, and can judge whether or not to receive a call.

図18(C)は、腕時計型の携帯情報端末9200を示す斜視図である。携帯情報端末9200は、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、インターネット通信、コンピュータ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。また、表示部9001はその表示面が湾曲して設けられ、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる。また、携帯情報端末9200は、通信規格された近距離無線通信を実行することが可能である。例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハンズフリーで通話することもできる。また、携帯情報端末9200は、接続端子9006を有し、他の情報端末とコネクタを介して直接データのやりとりを行うことができる。また接続端子9006を介して充電を行うこともできる。なお、充電動作は接続端子9006を介さずに無線給電により行ってもよい。   FIG. 18C is a perspective view showing a wristwatch-type portable information terminal 9200. The portable information terminal 9200 can execute various applications such as mobile phone, electronic mail, text browsing and creation, music reproduction, Internet communication, computer games and the like. In addition, the display portion 9001 is provided with a curved display surface, and can perform display along the curved display surface. In addition, the portable information terminal 9200 can execute near-field wireless communication according to the communication standard. For example, it is possible to make a hands-free call by intercommunicating with a wireless communicable headset. In addition, the portable information terminal 9200 has a connection terminal 9006, and can directly exchange data with another information terminal through a connector. In addition, charging can be performed through the connection terminal 9006. Note that the charging operation may be performed by wireless power feeding without using the connection terminal 9006.

図18(D)(E)(F)は、折り畳み可能な携帯情報端末9201を示す斜視図である。また、図18(D)が携帯情報端末9201を展開した状態の斜視図であり、図18(E)が携帯情報端末9201を展開した状態または折り畳んだ状態の一方から他方に変化する途中の状態の斜視図であり、図18(F)が携帯情報端末9201を折り畳んだ状態の斜視図である。携帯情報端末9201は、折り畳んだ状態では可搬性に優れ、展開した状態では、継ぎ目のない広い表示領域により表示の一覧性に優れる。携帯情報端末9201が有する表示部9001は、ヒンジ9055によって連結された3つの筐体9000に支持されている。ヒンジ9055を介して2つの筐体9000間を屈曲させることにより、携帯情報端末9201を展開した状態から折りたたんだ状態に可逆的に変形させることができる。例えば、携帯情報端末9201は、曲率半径1mm以上150mm以下で曲げることができる。   18D, 18E, and 18F are perspective views showing a foldable portable information terminal 9201. FIG. FIG. 18D is a perspective view of the portable information terminal 9201 in an expanded state, and FIG. 18E shows a state in the middle of changing from one of the expanded or folded portable information terminal 9201 to the other. 18F is a perspective view of the portable information terminal 9201 in a folded state. The portable information terminal 9201 is excellent in portability in the folded state, and excellent in viewability of display due to a wide seamless display area in the expanded state. A display portion 9001 of the portable information terminal 9201 is supported by three housings 9000 connected by hinges 9055. By bending between the two housings 9000 via the hinge 9055, the portable information terminal 9201 can be reversibly deformed from the expanded state to the folded state. For example, the portable information terminal 9201 can be bent with a curvature radius of 1 mm or more and 150 mm or less.

図18(G)は、ヘッドマウントディスプレイ9300の外観を示す図である。ヘッドマウントディスプレイ9300は、筐体9000と、表示部9001と、バンド状の固定具9304と、一対のレンズ9305と、を有する。   FIG. 18G is an external view of the head mounted display 9300. As shown in FIG. The head mounted display 9300 includes a housing 9000, a display portion 9001, a band-like fixing tool 9304, and a pair of lenses 9305.

使用者は、レンズ9305を通して、表示部9001の表示を視認することができる。なお、表示部9001を湾曲して配置させると好適である。表示部9001を湾曲して配置することで、使用者が高い臨場感を感じることができる。なお、本実施の形態においては、表示部9001を1つ設ける構成について例示したが、これに限定されず、例えば、表示部9001を2つ設ける構成としてもよい。この場合、使用者の片方の目に1つの表示部が配置されるような構成とすると、視差を用いた3次元表示等を行うことも可能となる。   The user can view the display of the display portion 9001 through the lens 9305. Note that the display portion 9001 is preferably curved and disposed. By arranging the display portion 9001 in a curved manner, the user can feel a high sense of reality. Note that although the present embodiment exemplifies a configuration in which one display portion 9001 is provided, the present invention is not limited to this. For example, two display portions 9001 may be provided. In this case, when one display unit is disposed in one eye of the user, it is possible to perform three-dimensional display or the like using parallax.

本実施の形態において述べた電子機器は、何らかの情報を表示するための表示部を有することを特徴とする。ただし、本発明の一態様の半導体装置は、表示部を有さない電子機器にも適用することができる。   The electronic device described in this embodiment is characterized by having a display portion for displaying some kind of information. Note that the semiconductor device of one embodiment of the present invention can also be applied to an electronic device that does not have a display portion.

本実施の形態で例示した構成例、及びそれらに対応する図面等は、少なくともその一部を他の構成例、または図面等と適宜組み合わせて実施することができる。   At least a part of the configuration examples exemplified in this embodiment and the corresponding drawings can be implemented in appropriate combination with other configuration examples, drawings, and the like.

本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。   This embodiment can be implemented in appropriate combination with at least a part of the other embodiments described in this specification.

(実施の形態7)
本実施の形態では、本発明の一態様の電子機器について、図面を参照して説明する。
Seventh Embodiment
In this embodiment, electronic devices of one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

以下で例示する電子機器は、表示部に本発明の一態様の表示装置を備えるものである。したがって、高い解像度が実現された電子機器である。また高い解像度と、大きな画面が両立された電子機器とすることができる。   The electronic devices described below each include the display device of one embodiment of the present invention in a display portion. Therefore, it is an electronic device in which high resolution is realized. In addition, an electronic device in which a high resolution and a large screen are compatible can be provided.

本発明の一態様の電子機器の表示部には、例えばフルハイビジョン、4K2K、8K4K、16K8K、またはそれ以上の解像度を有する映像を表示させることができる。また、表示部の画面サイズとしては、対角20インチ以上、または対角30インチ以上、または対角50インチ以上、対角60インチ以上、または対角70インチ以上とすることもできる。   The display portion of the electronic device of one embodiment of the present invention can display an image having a resolution of, for example, full high definition, 4K2K, 8K4K, 16K8K, or higher. In addition, the screen size of the display unit may be 20 inches or more diagonally, 30 inches or more diagonally, 50 inches diagonally or more, 60 inches diagonally or more, or 70 inches diagonally or more.

電子機器としては、例えば、テレビジョン装置、デスクトップ型もしくはノート型のパーソナルコンピュータ、コンピュータ用などのモニタ、デジタルサイネージ(Digital Signage:電子看板)、パチンコ機などの大型ゲーム機などの比較的大きな画面を備える電子機器の他、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、などが挙げられる。   Examples of electronic devices include relatively large screens of television devices, desktop or notebook personal computers, monitors for computers, etc., large-sized game machines such as digital signage (Digital Signage), and pachinko machines. In addition to the electronic devices provided, digital cameras, digital video cameras, digital photo frames, mobile phones, portable game machines, portable information terminals, sound reproduction devices, and the like can be given.

本発明の一態様の電子機器または照明装置は、家屋もしくはビルの内壁もしくは外壁、または、自動車の内装もしくは外装の曲面に沿って組み込むことができる。   The electronic device or lighting device of one embodiment of the present invention can be incorporated along the inner or outer wall of a house or building, or along the curved surface of the interior or exterior of a car.

本発明の一態様の電子機器は、アンテナを有していてもよい。アンテナで信号を受信することで、表示部で映像や情報等の表示を行うことができる。また、電子機器がアンテナ及び二次電池を有する場合、アンテナを、非接触電力伝送に用いてもよい。   The electronic device of one embodiment of the present invention may have an antenna. By receiving the signal with the antenna, display of images, information, and the like can be performed on the display portion. In addition, when the electronic device includes an antenna and a secondary battery, the antenna may be used for contactless power transmission.

本発明の一態様の電子機器は、センサ(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、においまたは赤外線を測定する機能を含むもの)を有していてもよい。   The electronic device of one embodiment of the present invention includes a sensor (force, displacement, position, velocity, acceleration, angular velocity, rotation number, distance, light, liquid, magnetism, temperature, chemical substance, sound, time, hardness, electric field, current, It may have a function of measuring voltage, power, radiation, flow, humidity, inclination, vibration, odor or infrared.

本発明の一態様の電子機器は、様々な機能を有することができる。例えば、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付または時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア(プログラム)を実行する機能、無線通信機能、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読み出す機能等を有することができる。   The electronic device of one embodiment of the present invention can have various functions. For example, a function of displaying various information (still images, moving images, text images, etc.) on the display unit, a touch panel function, a calendar, a function of displaying date or time, etc., a function of executing various software (programs), wireless communication A function, a function of reading a program or data recorded in a recording medium, or the like can be provided.

図19(A)にテレビジョン装置の一例を示す。テレビジョン装置7100は、筐体7101に表示部7500が組み込まれている。ここでは、スタンド7103により筐体7101を支持した構成を示している。   FIG. 19A shows an example of a television set. In the television set 7100, a display portion 7500 is incorporated in a housing 7101. Here, a structure in which the housing 7101 is supported by the stand 7103 is shown.

表示部7500に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。   The display device of one embodiment of the present invention can be applied to the display portion 7500.

図19(A)に示すテレビジョン装置7100の操作は、筐体7101が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機7111により行うことができる。または、表示部7500にタッチセンサを備えていてもよく、指等で表示部7500に触れることで操作してもよい。リモコン操作機7111は、当該リモコン操作機7111から出力する情報を表示する表示部を有していてもよい。リモコン操作機7111が備える操作キーまたはタッチパネルにより、チャンネル及び音量の操作を行うことができ、表示部7500に表示される映像を操作することができる。   The television set 7100 illustrated in FIG. 19A can be operated by an operation switch of the housing 7101 or a separate remote controller 7111. Alternatively, the display portion 7500 may be provided with a touch sensor or may be operated by touching the display portion 7500 with a finger or the like. The remote controller 7111 may have a display unit for displaying information output from the remote controller 7111. Channels and volume can be controlled with an operation key or a touch panel included in the remote controller 7111, and a video displayed on the display portion 7500 can be manipulated.

なお、テレビジョン装置7100は、受信機及びモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができる。また、モデムを介して有線または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向(送信者から受信者)または双方向(送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など)の情報通信を行うことも可能である。   Note that the television set 7100 is provided with a receiver, a modem, and the like. The receiver can receive a general television broadcast. In addition, by connecting to a wired or wireless communication network via a modem, one-way (from a sender to a receiver) or two-way (between a sender and a receiver, between receivers, etc.) information communication is performed. It is also possible.

図19(B)に、ノート型パーソナルコンピュータ7200を示す。ノート型パーソナルコンピュータ7200は、筐体7211、キーボード7212、ポインティングデバイス7213、外部接続ポート7214等を有する。筐体7211に、表示部7500が組み込まれている。   FIG. 19B shows a notebook personal computer 7200. The laptop personal computer 7200 includes a housing 7211, a keyboard 7212, a pointing device 7213, an external connection port 7214, and the like. The display portion 7500 is incorporated in the housing 7211.

表示部7500に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。   The display device of one embodiment of the present invention can be applied to the display portion 7500.

図19(C)、(D)に、デジタルサイネージ(Digital Signage:電子看板)の一例を示す。   FIGS. 19C and 19D show an example of digital signage (digital signage: electronic signboard).

図19(C)に示すデジタルサイネージ7300は、筐体7301、表示部7500、及びスピーカ7303等を有する。さらに、LEDランプ、操作キー(電源スイッチ、または操作スイッチを含む)、接続端子、各種センサ、マイクロフォン等を有することができる。   A digital signage 7300 illustrated in FIG. 19C includes a housing 7301, a display portion 7500, a speaker 7303, and the like. Furthermore, an LED lamp, an operation key (including a power switch or an operation switch), a connection terminal, various sensors, a microphone, and the like can be included.

また、図19(D)は円柱状の柱7401に取り付けられたデジタルサイネージ7400である。デジタルサイネージ7400は、柱7401の曲面に沿って設けられた表示部7500を有する。   FIG. 19D shows a digital signage 7400 attached to a cylindrical pillar 7401. The digital signage 7400 has a display 7500 provided along the curved surface of the column 7401.

図19(C)、(D)において、表示部7500に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。   In FIGS. 19C and 19D, the display device of one embodiment of the present invention can be applied to the display portion 7500.

表示部7500が広いほど、一度に提供できる情報量を増やすことができる。また、表示部7500が広いほど、人の目につきやすく、例えば、広告の宣伝効果を高めることができる。   As the display portion 7500 is wider, the amount of information that can be provided at one time can be increased. Also, the wider the display portion 7500 is, the easier it is for a person to notice, and for example, advertising effects can be enhanced.

表示部7500にタッチパネルを適用することで、表示部7500に画像または動画を表示するだけでなく、使用者が直感的に操作することができ、好ましい。また、路線情報もしくは交通情報などの情報を提供するための用途に用いる場合には、直感的な操作によりユーザビリティを高めることができる。   By applying a touch panel to the display portion 7500, not only an image or a moving image can be displayed on the display portion 7500, but also a user can operate intuitively, which is preferable. Moreover, when using for the application for providing information, such as route information or traffic information, usability can be improved by intuitive operation.

また、図19(C)、(D)に示すように、デジタルサイネージ7300またはデジタルサイネージ7400は、ユーザが所持するスマートフォン等の情報端末機7311または情報端末機7411と無線通信により連携可能であることが好ましい。例えば、表示部7500に表示される広告の情報を、情報端末機7311または情報端末機7411の画面に表示させることができる。また、情報端末機7311または情報端末機7411を操作することで、表示部7500の表示を切り替えることができる。   In addition, as shown in FIGS. 19C and 19D, the digital signage 7300 or the digital signage 7400 can cooperate with the information terminal 7311 or information terminal 7411 such as a smartphone possessed by the user by wireless communication. Is preferred. For example, information of an advertisement displayed on the display portion 7500 can be displayed on the screen of the information terminal 7311 or the information terminal 7411. Further, the display of the display portion 7500 can be switched by operating the information terminal 7311 or the information terminal 7411.

また、デジタルサイネージ7300またはデジタルサイネージ7400に、情報端末機7311または情報端末機7411の画面を操作手段(コントローラ)としたゲームを実行させることもできる。これにより、不特定多数のユーザが同時にゲームに参加し、楽しむことができる。   In addition, it is possible to make the digital signage 7300 or the digital signage 7400 execute a game using the screen of the information terminal 7311 or the information terminal 7411 as an operation means (controller). Thus, an unspecified number of users can simultaneously participate in and enjoy the game.

本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。   This embodiment can be implemented in appropriate combination with at least a part of the other embodiments described in this specification.

(実施の形態8)
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を有する表示装置を適用することのできるテレビジョン装置の例について、図面を参照して説明する。
Eighth Embodiment
In this embodiment, an example of a television set to which a display device including the semiconductor device of one embodiment of the present invention can be applied is described with reference to drawings.

図20に、テレビジョン装置600のブロック図を示す。   A block diagram of the television set 600 is shown in FIG.

なお、本明細書に添付した図面では、構成要素を機能ごとに分類し、互いに独立したブロックとしてブロック図を示しているが、実際の構成要素は機能ごとに完全に切り分けることが難しく、一つの構成要素が複数の機能に係わることもあり得る。   In the drawings attached to this specification, components are classified according to functions and block diagrams are shown as blocks independent of each other. However, it is difficult to completely divide actual components according to functions, and A component may be involved in more than one function.

テレビジョン装置600は、制御部601、記憶部602、通信制御部603、画像処理回路604、デコーダ回路605、映像信号受信部606、タイミングコントローラ607、ソースドライバ608、ゲートドライバ609、表示パネル620等を有する。   The television device 600 includes a control unit 601, a storage unit 602, a communication control unit 603, an image processing circuit 604, a decoder circuit 605, a video signal reception unit 606, a timing controller 607, a source driver 608, a gate driver 609, a display panel 620, and the like. Have.

上記実施の形態で例示した表示装置は、図20における表示パネル620に適用することができる。これにより、大型且つ高解像度であって、視認性に優れたテレビジョン装置600を実現できる。   The display device illustrated in the above embodiment can be applied to the display panel 620 in FIG. Thus, a television set 600 which is large and has high resolution and is excellent in visibility can be realized.

制御部601は、例えば中央演算装置(CPU:Central Processing Unit)として機能することができる。例えば制御部601は、システムバス630を介して記憶部602、通信制御部603、画像処理回路604、デコーダ回路605及び映像信号受信部606等のコンポーネントを制御する機能を有する。   The control unit 601 can function as, for example, a central processing unit (CPU). For example, the control unit 601 has a function of controlling components such as the storage unit 602, the communication control unit 603, the image processing circuit 604, the decoder circuit 605, and the video signal reception unit 606 via the system bus 630.

制御部601と各コンポーネントとは、システムバス630を介して信号の伝達が行われる。また制御部601は、システムバス630を介して接続された各コンポーネントから入力される信号を処理する機能、各コンポーネントへ出力する信号を生成する機能等を有し、これによりシステムバス630に接続された各コンポーネントを統括的に制御することができる。   Transmission of signals is performed between the control unit 601 and each component via a system bus 630. In addition, the control unit 601 has a function of processing a signal input from each component connected via the system bus 630, a function of generating a signal to be output to each component, and the like. Control each component.

記憶部602は、制御部601及び画像処理回路604がアクセス可能なレジスタ、キャッシュメモリ、メインメモリ、二次メモリなどとして機能する。   The storage unit 602 functions as a register accessible by the control unit 601 and the image processing circuit 604, a cache memory, a main memory, a secondary memory, and the like.

二次メモリとして用いることのできる記憶装置としては、例えば書き換え可能な不揮発性の記憶素子が適用された記憶装置を用いることができる。例えば、フラッシュメモリ、MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)、PRAM(Phase change RAM)、ReRAM(Resistive RAM)、FeRAM(Ferroelectric RAM)などを用いることができる。   As a storage device that can be used as a secondary memory, for example, a storage device to which a rewritable non-volatile storage element is applied can be used. For example, flash memory, MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory), PRAM (Phase change RAM), ReRAM (Resistive RAM), FeRAM (Ferroelectric RAM) or the like can be used.

また、レジスタ、キャッシュメモリ、メインメモリなどの一時メモリとして用いることのできる記憶装置としては、DRAM(Dynamic RAM)や、SRAM(Static Random Access Memory)等の揮発性の記憶素子を用いてもよい。   In addition, as a storage device that can be used as a temporary memory such as a register, a cache memory, and a main memory, volatile storage elements such as DRAM (Dynamic RAM) and SRAM (Static Random Access Memory) may be used.

例えば、メインメモリに設けられるRAMとしては、例えばDRAMが用いられ、制御部601の作業空間として仮想的にメモリ空間が割り当てられ利用される。記憶部602に格納されたオペレーティングシステム、アプリケーションプログラム、プログラムモジュール、プログラムデータ等は、実行のためにRAMにロードされる。RAMにロードされたこれらのデータやプログラム、プログラムモジュールは、制御部601に直接アクセスされ、操作される。   For example, as a RAM provided in the main memory, a DRAM, for example, is used, and a memory space is virtually allocated and used as a work space of the control unit 601. The operating system, application programs, program modules, program data and the like stored in the storage unit 602 are loaded into the RAM for execution. These data, programs, and program modules loaded into the RAM are directly accessed and operated by the control unit 601.

一方、ROMには書き換えを必要としないBIOS(Basic Input/Output System)やファームウェア等を格納することができる。ROMとしては、マスクROMや、OTPROM(One Time Programmable Read Only Memory)、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)等を用いることができる。EPROMとしては、紫外線照射により記憶データの消去を可能とするUV−EPROM(Ultra−Violet Erasable Programmable Read Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)、フラッシュメモリなどが挙げられる。   On the other hand, the ROM can store a BIOS (Basic Input / Output System), firmware and the like which do not require rewriting. As the ROM, a mask ROM, an OTP ROM (One Time Programmable Read Only Memory), an EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) or the like can be used. Examples of the EPROM include a UV-EPROM (Ultra-Violet Erasable Programmable Read Only Memory), an EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), and a flash memory, which can erase stored data by ultraviolet irradiation.

また、記憶部602の他に、取り外し可能な記憶装置を接続可能な構成としてもよい。例えばストレージデバイスとして機能するハードディスクドライブ(Hard Disk Drive:HDD)やソリッドステートドライブ(Solid State Drive:SSD)などの記録メディアドライブ、フラッシュメモリ、ブルーレイディスク、DVDなどの記録媒体と接続する端子を有することが好ましい。これにより、映像を記録することができる。   In addition to the storage unit 602, a removable storage device may be connectable. For example, it has a terminal connected to a recording medium drive such as a hard disk drive (HDD) or a solid state drive (solid state drive: SSD) functioning as a storage device, a flash memory, a Blu-ray disc, a DVD, etc. Is preferred. Thereby, the video can be recorded.

通信制御部603は、コンピュータネットワークを介して行われる通信を制御する機能を有する。例えば、制御部601からの命令に応じてコンピュータネットワークに接続するための制御信号を制御し、当該信号をコンピュータネットワークに発信する。これによって、コンピュータネットワークに接続し、通信を行うことができる。   The communication control unit 603 has a function of controlling communication performed via a computer network. For example, in response to an instruction from the control unit 601, a control signal for connecting to the computer network is controlled, and the signal is transmitted to the computer network. This enables connection to a computer network and communication.

また、通信制御部603は、Wi−Fi(登録商標)、Bluetooth(登録商標)、ZigBee(登録商標)等の通信規格を用いてコンピュータネットワークまたは他の電子機器と通信する機能を有していてもよい。   Also, the communication control unit 603 has a function of communicating with a computer network or another electronic device using a communication standard such as Wi-Fi (registered trademark), Bluetooth (registered trademark), ZigBee (registered trademark), etc. It is also good.

通信制御部603は、無線により通信する機能を有していてもよい。例えばアンテナと高周波回路(RF回路)を設け、RF信号の送受信を行えばよい。アンテナと接続される高周波回路には、複数の周波数帯域に対応した高周波回路部を有し、高周波回路部は、増幅器(アンプ)、ミキサ、フィルタ、DSP、RFトランシーバ等を有する構成とすることができる。   The communication control unit 603 may have a function of communicating by wireless. For example, an antenna and a high frequency circuit (RF circuit) may be provided to transmit and receive an RF signal. The high frequency circuit connected to the antenna includes high frequency circuits corresponding to a plurality of frequency bands, and the high frequency circuit includes an amplifier, a mixer, a filter, a DSP, an RF transceiver, and the like. it can.

映像信号受信部606は、例えばアンテナ、復調回路、及びA−D変換回路(アナログ−デジタル変換回路)等を有する。復調回路は、アンテナから入力した信号を復調する機能を有する。またA−D変換回路は、復調されたアナログ信号をデジタル信号に変換する機能を有する。映像信号受信部606で処理された信号は、デコーダ回路605に送られる。   The video signal reception unit 606 includes, for example, an antenna, a demodulation circuit, an AD conversion circuit (analog-digital conversion circuit), and the like. The demodulation circuit has a function of demodulating a signal input from the antenna. The AD conversion circuit also has a function of converting a demodulated analog signal into a digital signal. The signal processed by the video signal reception unit 606 is sent to the decoder circuit 605.

デコーダ回路605は、映像信号受信部606から入力されるデジタル信号に含まれる映像データを、送信される放送規格の仕様に従ってデコードし、画像処理回路に送信する信号を生成する機能を有する。例えば8K放送における放送規格としては、H.265 | MPEG−H High Efficiency Video Coding(略称:HEVC)などがある。   The decoder circuit 605 has a function of decoding video data included in the digital signal input from the video signal reception unit 606 according to the specification of the broadcast standard to be transmitted, and generating a signal to be transmitted to the image processing circuit. For example, as a broadcast standard in 8K broadcast, H.264 and H.264 265 | MPEG-H High Efficiency Video Coding (abbreviation: HEVC) and the like.

映像信号受信部606が有するアンテナにより受信できる放送電波としては、地上波、または衛星から送信される電波などが挙げられる。またアンテナにより受信できる放送電波として、アナログ放送、デジタル放送などがあり、また映像及び音声、または音声のみの放送などがある。例えばUHF帯(約300MHz〜3GHz)またはVHF帯(30MHz〜300MHz)のうちの特定の周波数帯域で送信される放送電波を受信することができる。また例えば、複数の周波数帯域で受信した複数のデータを用いることで、転送レートを高くすることができ、より多くの情報を得ることができる。これによりフルハイビジョンを超える解像度を有する映像を、表示パネル620に表示させることができる。例えば、4K2K、8K4K、16K8K、またはそれ以上の解像度を有する映像を表示させることができる。   Examples of broadcast radio waves that can be received by the antenna of the video signal reception unit 606 include terrestrial waves, radio waves transmitted from satellites, and the like. Further, as broadcast radio waves that can be received by an antenna, there are analog broadcasting, digital broadcasting, etc., and also, there are broadcasting of only video and audio, or audio. For example, broadcast radio waves transmitted in a specific frequency band in the UHF band (about 300 MHz to 3 GHz) or the VHF band (30 MHz to 300 MHz) can be received. Further, for example, by using a plurality of data received in a plurality of frequency bands, the transfer rate can be increased, and more information can be obtained. Thus, an image having a resolution exceeding full high vision can be displayed on the display panel 620. For example, an image having a resolution of 4K2K, 8K4K, 16K8K, or higher can be displayed.

また、映像信号受信部606及びデコーダ回路605は、コンピュータネットワークを介したデータ伝送技術により送信された放送のデータを用いて、画像処理回路604に送信する信号を生成する構成としてもよい。このとき、受信する信号がデジタル信号の場合には、映像信号受信部606は復調回路及びA−D変換回路等を有していなくてもよい。   Further, the video signal receiving unit 606 and the decoder circuit 605 may be configured to generate a signal to be transmitted to the image processing circuit 604 by using broadcast data transmitted by a data transmission technique via a computer network. At this time, when the signal to be received is a digital signal, the video signal receiving unit 606 may not have a demodulation circuit, an A-D conversion circuit, and the like.

画像処理回路604は、デコーダ回路605から入力される映像信号に基づいて、タイミングコントローラ607に出力する映像信号を生成する機能を有する。   The image processing circuit 604 has a function of generating a video signal to be output to the timing controller 607 based on the video signal input from the decoder circuit 605.

またタイミングコントローラ607は、画像処理回路604が処理を施した映像信号等に含まれる同期信号を基に、ゲートドライバ609及びソースドライバ608に出力する信号(クロック信号、スタートパルス信号などの信号)を生成する機能を有する。また、タイミングコントローラ607は、上記信号に加え、ソースドライバ608に出力するビデオ信号を生成する機能を有する。   The timing controller 607 also outputs signals (such as clock signals and start pulse signals) to be output to the gate driver 609 and the source driver 608 based on synchronization signals included in video signals and the like processed by the image processing circuit 604. Has a function to generate. In addition to the above signals, the timing controller 607 has a function of generating a video signal to be output to the source driver 608.

表示パネル620は、複数の画素621を有する。各画素621は、ゲートドライバ609及びソースドライバ608から供給される信号により駆動される。ここでは、画素数が7680×4320である、8K4K規格に応じた解像度を有する表示パネルの例を示している。なお、表示パネル620の解像度はこれに限られず、フルハイビジョン(画素数1920×1080)または4K2K(画素数3840×2160)等の規格に応じた解像度であってもよい。   The display panel 620 has a plurality of pixels 621. Each pixel 621 is driven by a signal supplied from the gate driver 609 and the source driver 608. Here, an example of a display panel having a resolution according to the 8K4K standard, in which the number of pixels is 7680 × 4320, is shown. Note that the resolution of the display panel 620 is not limited to this, and may be a resolution according to a standard such as full high vision (the number of pixels 1920 × 1080) or 4K2K (the number of pixels 3840 × 2160).

図20に示す制御部601や画像処理回路604としては、例えばプロセッサを有する構成とすることができる。例えば、制御部601は、中央演算装置(CPU:Central Processing Unit)として機能するプロセッサを用いることができる。また、画像処理回路604として、例えばDSP(Digital Signal Processor)、GPU(Graphics Processing Unit)等の他のプロセッサを用いることができる。また制御部601や画像処理回路604に、上記プロセッサをFPGA(Field Programmable Gate Array)やFPAA(Field Programmable Analog Array)といったPLD(Programmable Logic Device)によって実現した構成としてもよい。   The control unit 601 and the image processing circuit 604 illustrated in FIG. 20 can be configured to include, for example, a processor. For example, the control unit 601 can use a processor that functions as a central processing unit (CPU). Further, as the image processing circuit 604, for example, another processor such as a digital signal processor (DSP) or a graphics processing unit (GPU) can be used. Further, the control unit 601 and the image processing circuit 604 may have a configuration in which the processor is realized by a PLD (Programmable Logic Device) such as a field programmable gate array (FPGA) or a field programmable analog array (FPAA).

プロセッサは、種々のプログラムからの命令を解釈し実行することで、各種のデータ処理やプログラム制御を行う。プロセッサにより実行しうるプログラムは、プロセッサが有するメモリ領域に格納されていてもよいし、別途設けられる記憶装置に格納されていてもよい。   A processor performs various data processing and program control by interpreting and executing instructions from various programs. The program that can be executed by the processor may be stored in a memory area of the processor or may be stored in a separately provided storage device.

また、制御部601、記憶部602、通信制御部603、画像処理回路604、デコーダ回路605、及び映像信号受信部606、及びタイミングコントローラ607のそれぞれが有する機能のうち、2つ以上の機能を1つのICチップに集約させ、システムLSIを構成してもよい。例えば、プロセッサ、デコーダ回路、チューナ回路、A−D変換回路、DRAM、及びSRAM等を有するシステムLSIとしてもよい。   In addition, two or more functions of the control unit 601, the storage unit 602, the communication control unit 603, the image processing circuit 604, the decoder circuit 605, the video signal reception unit 606, and the timing controller 607 have one or more functions. Two IC chips may be integrated to configure a system LSI. For example, a system LSI including a processor, a decoder circuit, a tuner circuit, an AD conversion circuit, a DRAM, an SRAM, and the like may be used.

なお、制御部601や、他のコンポーネントが有するIC等に、チャネル形成領域に酸化物半導体を用い、極めて低いオフ電流が実現されたトランジスタを利用することもできる。当該トランジスタは、オフ電流が極めて低いため、当該トランジスタを記憶素子として機能する容量素子に流入した電荷(データ)を保持するためのスイッチとして用いることで、データの保持期間を長期にわたり確保することができる。この特性を制御部601等のレジスタやキャッシュメモリに用いることで、必要なときだけ制御部601を動作させ、他の場合には直前の処理の情報を当該記憶素子に待避させることにより、ノーマリーオフコンピューティングが可能となる。これにより、テレビジョン装置600の低消費電力化を図ることができる。   Note that an oxide semiconductor can be used for a channel formation region in the control portion 601 or an IC or the like included in another component, and a transistor with extremely low off-state current can be used. Since the transistor has extremely low off-state current, the data retention period can be secured for a long time by using the transistor as a switch for retaining charge (data) flowing into a capacitor functioning as a memory element. it can. By using this characteristic for a register or cache memory of the control unit 601 or the like, the control unit 601 is operated only when necessary, and in other cases, the information of the immediately preceding process is saved in the storage element. Off computing is possible. Thus, power consumption of the television set 600 can be reduced.

なお、図20で例示するテレビジョン装置600の構成は一例であり、全ての構成要素を含む必要はない。テレビジョン装置600は、図20に示す構成要素のうち必要な構成要素を有していればよい。また、テレビジョン装置600は、図20に示す構成要素以外の構成要素を有していてもよい。   Note that the structure of the television set 600 illustrated in FIG. 20 is an example, and it is not necessary to include all the components. The television device 600 may have necessary components of the components shown in FIG. In addition, the television set 600 may have components other than the components shown in FIG.

例えば、テレビジョン装置600は、図20に示す構成のほか、外部インターフェース、音声出力部、タッチパネルユニット、センサユニット、カメラユニットなどを有していてもよい。例えば外部インターフェースとしては、例えばUSB(Universal Serial Bus)端子、LAN(Local Area Network)接続用端子、電源受給用端子、音声出力用端子、音声入力用端子、映像出力用端子、映像入力用端子などの外部接続端子、赤外線、可視光、紫外線などを用いた光通信用の送受信機、筐体に設けられた物理ボタンなどがある。また、例えば音声入出力部としては、サウンドコントローラ、マイクロフォン、スピーカなどがある。   For example, the television device 600 may have an external interface, an audio output unit, a touch panel unit, a sensor unit, a camera unit, and the like in addition to the configuration shown in FIG. For example, as an external interface, for example, a USB (Universal Serial Bus) terminal, a LAN (Local Area Network) connection terminal, a power supply reception terminal, an audio output terminal, an audio input terminal, an image output terminal, an image input terminal, etc. External communication terminals, a transmitter / receiver for optical communication using infrared light, visible light, ultraviolet light and the like, a physical button provided on a housing, and the like. Also, for example, as a sound input / output unit, there are a sound controller, a microphone, a speaker, and the like.

以下では、画像処理回路604についてより詳細な説明を行う。   Hereinafter, the image processing circuit 604 will be described in more detail.

画像処理回路604は、デコーダ回路605から入力される映像信号に基づいて、画像処理を実行する機能を有することが好ましい。   The image processing circuit 604 preferably has a function of executing image processing based on the video signal input from the decoder circuit 605.

画像処理としては、例えばノイズ除去処理、階調変換処理、色調補正処理、輝度補正処理などが挙げられる。色調補正処理や輝度調整処理としては、例えばガンマ補正などがある。   Examples of the image processing include noise removal processing, tone conversion processing, color tone correction processing, and luminance correction processing. Examples of the color tone correction process and the brightness adjustment process include gamma correction.

また、画像処理回路604は、解像度のアップコンバートに伴う画素間補間処理や、フレーム周波数のアップコンバートに伴うフレーム間補間などの処理などの処理を実行する機能を有していることが好ましい。   Further, the image processing circuit 604 preferably has a function of executing processing such as inter-pixel interpolation processing accompanying resolution up-conversion and processing such as inter-frame interpolation accompanying frame frequency up conversion.

例えば、ノイズ除去処理としては、文字などの輪郭の周辺に生じるモスキートノイズ、高速の動画で生じるブロックノイズ、ちらつきを生じるランダムノイズ、解像度のアップコンバートにより生じるドットノイズなどのさまざまなノイズを除去する。   For example, as noise removal processing, various noises such as mosquito noise generated around an outline of a character or the like, block noise generated in a high-speed moving image, random noise causing flicker, dot noise generated by resolution upconversion are removed.

階調変換処理は、画像の階調を表示パネル620の出力特性に対応した階調へ変換する処理である。例えば階調数を大きくする場合、小さい階調数で入力された画像に対して、各画素に対応する階調値を補間して割り当てることで、ヒストグラムを平滑化する処理を行うことができる。また、ダイナミックレンジを広げる、ハイダミックレンジ(HDR)処理も、階調変換処理に含まれる。   The gradation conversion process is a process of converting the gradation of an image into a gradation corresponding to the output characteristic of the display panel 620. For example, in the case where the number of gradations is increased, processing for smoothing the histogram can be performed by interpolating and allocating gradation values corresponding to respective pixels to an image input with a small number of gradations. In addition, dynamic range (HDR) processing that extends the dynamic range is also included in the tone conversion processing.

また、画素間補間処理は、解像度をアップコンバートした際に、本来存在しないデータを補間する。例えば、目的の画素の周囲の画素を参照し、それらの中間色を表示するようにデータを補間する。   Further, the inter-pixel interpolation process interpolates data that is not originally present when up-converting the resolution. For example, it references pixels around the target pixel and interpolates the data to display their intermediate colors.

また、色調補正処理は、画像の色調を補正する処理である。また輝度補正処理は、画像の明るさ(輝度コントラスト)を補正する処理である。例えば、テレビジョン装置600が設けられる空間に配置された照明の種類や輝度、または色純度などを検知し、それに応じて表示パネル620に表示する画像の輝度や色調が最適となるように補正する。または、表示する画像と、あらかじめ保存してある画像リスト内の様々な場面の画像と、を照合し、最も近い場面の画像に適した輝度や色調に表示する画像を補正する機能を有していてもよい。   The color tone correction process is a process for correcting the color tone of an image. The luminance correction processing is processing for correcting the brightness (luminance contrast) of an image. For example, the type, brightness, color purity, and the like of the illumination provided in the space where the television device 600 is provided are detected, and the brightness and color tone of the image displayed on the display panel 620 are corrected accordingly. . Alternatively, it has a function to match the image to be displayed with the images of various scenes in the image list stored in advance, and correct the image to be displayed with the brightness and tone suitable for the image of the closest scene. May be

フレーム間補間は、表示する映像のフレーム周波数を増大させる場合に、本来存在しないフレーム(補間フレーム)の画像を生成する。例えば、ある2枚の画像の差分から2枚の画像の間に挿入する補間フレームの画像を生成する。または2枚の画像の間に複数枚の補間フレームの画像を生成することもできる。例えばデコーダ回路605から入力される映像信号のフレーム周波数が60Hzであったとき、複数枚の補間フレームを生成することで、タイミングコントローラ607に出力する映像信号のフレーム周波数を、2倍の120Hz、または4倍の240Hz、または8倍の480Hzなどに増大させることができる。   Inter-frame interpolation generates an image of a frame (interpolated frame) which does not originally exist when increasing the frame frequency of a displayed image. For example, an image of an interpolation frame to be inserted between two images is generated from the difference between two images. Alternatively, images of a plurality of interpolation frames can be generated between two images. For example, when the frame frequency of the video signal input from the decoder circuit 605 is 60 Hz, the frame frequency of the video signal output to the timing controller 607 is doubled to 120 Hz by generating a plurality of interpolation frames. It can be increased to four times 240 Hz, or eight times 480 Hz, and so on.

また、画像処理回路604は、ニューラルネットワークを利用して、画像処理を実行する機能を有していることが好ましい。図20では、画像処理回路604がニューラルネットワーク610を有している例を示している。   In addition, the image processing circuit 604 preferably has a function of executing image processing using a neural network. FIG. 20 shows an example in which the image processing circuit 604 has a neural network 610.

例えば、ニューラルネットワーク610により、例えば映像に含まれる画像データから特徴抽出を行うことができる。また画像処理回路604は、抽出された特徴に応じて最適な補正方法を選択することや、または補正に用いるパラメータを選択することができる。   For example, the neural network 610 can perform feature extraction from image data included in a video, for example. Further, the image processing circuit 604 can select an optimal correction method according to the extracted feature or select a parameter used for correction.

または、ニューラルネットワーク610自体に画像処理を行う機能を持たせてもよい。すなわち、画像処理を施す前の画像データをニューラルネットワーク610に入力することで、画像処理が施された画像データを出力させる構成としてもよい。   Alternatively, the neural network 610 itself may have a function of performing image processing. That is, by inputting the image data before the image processing to the neural network 610, the image data subjected to the image processing may be output.

また、ニューラルネットワーク610に用いる重み係数のデータは、データテーブルとして記憶部602に格納される。当該重み係数を含むデータテーブルは、例えば通信制御部603により、コンピュータネットワークを介して最新のものに更新することができる。または、画像処理回路604が学習機能を有し、重み係数を含むデータテーブルを更新可能な構成としてもよい。   Also, data of weighting factors used for the neural network 610 is stored in the storage unit 602 as a data table. The data table including the weighting factor can be updated to the latest one by the communication control unit 603 via the computer network, for example. Alternatively, the image processing circuit 604 may have a learning function, and the data table including the weighting factor may be updated.

なお、本明細書等においてニューラルネットワークとは、生物の神経回路網を模し、学習によってニューロンどうしの結合強度を決定し、問題解決能力を持たせるモデル全般を指す。ニューラルネットワークは入力層、中間層(隠れ層ともいう)、出力層を有する。ニューラルネットワークのうち、2層以上の中間層を有するものをディープラーニング(またはディープニューラルネットワーク(DNN))という。   In the present specification and the like, a neural network refers to a whole model that imitates a neural network of an organism, determines the connection strength between neurons by learning, and has a problem solving ability. A neural network has an input layer, an intermediate layer (also called a hidden layer), and an output layer. Among neural networks, one having two or more intermediate layers is called deep learning (or deep neural network (DNN)).

本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。   This embodiment can be implemented in appropriate combination with at least a part of the other embodiments described in this specification.

<本明細書等の記載に関する付記>
以上の実施の形態における、各構成の説明について、以下に付記する。
<Supplementary Notes on the Description of this Specification>
A description of each configuration in the above embodiment will be additionally described below.

本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、層の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。   In the figures described herein, the size of each feature, layer thickness, or area may be exaggerated for clarity. Therefore, it is not necessarily limited to the scale.

また、本明細書にて用いる「第1」、「第2」、「第3」という序数詞は、構成要素の混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではない。   In addition, the ordinal numbers “first”, “second”, and “third” used in the present specification are given to avoid confusion of the constituent elements, and are not limited numerically.

また、本明細書において、「上に」、「下に」などの配置を示す語句は、構成同士の位置関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。また、構成同士の位置関係は、各構成を描写する方向に応じて適宜変化するものである。従って、明細書で説明した語句に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。   Further, in the present specification, the terms indicating the arrangement such as “above” and “below” are used for the sake of convenience to explain the positional relationship between the components with reference to the drawings. In addition, the positional relationship between the components is appropriately changed in accordance with the direction in which each component is depicted. Therefore, it is not limited to the terms described in the specification, and can be appropriately rephrased depending on the situation.

また、本明細書等において、トランジスタとは、ゲートと、ドレインと、ソースとを含む少なくとも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン(ドレイン端子、ドレイン領域またはドレイン電極)とソース(ソース端子、ソース領域またはソース電極)の間にチャネル形成領域を有しており、チャネル形成領域を介してソースとドレインとの間に電流を流すことができるものである。なお、本明細書等において、チャネル形成領域とは、電流が主として流れる領域をいう。   Further, in this specification and the like, a transistor is an element having at least three terminals of a gate, a drain, and a source. A channel formation region is provided between the drain (drain terminal, drain region or drain electrode) and the source (source terminal, source region or source electrode), and between the source and the drain via the channel formation region. It is possible to flow a current. Note that in this specification and the like, a channel formation region refers to a region through which current mainly flows.

また、ソースやドレインの機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため、本明細書等においては、ソースやドレインの用語は、入れ替えて用いることができるものとする。   In addition, the functions of the source and the drain may be switched when adopting transistors of different polarities or when the direction of current changes in circuit operation. Therefore, in this specification and the like, the terms “source” and “drain” can be used interchangeably.

また、本明細書等において、「電気的に接続」には、「何らかの電気的作用を有するもの」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない。例えば、「何らかの電気的作用を有するもの」には、電極や配線をはじめ、トランジスタなどのスイッチング素子、抵抗素子、インダクタ、キャパシタ、その他の各種機能を有する素子などが含まれる。   Further, in the present specification and the like, the term "electrically connected" includes the case where they are connected via "something having an electrical function". Here, the “thing having an electrical function” is not particularly limited as long as it can transmit and receive electrical signals between connection targets. For example, “those having some electrical action” include electrodes, wirings, switching elements such as transistors, resistance elements, inductors, capacitors, elements having various other functions, and the like.

また、本明細書等において、「平行」とは、二つの直線が−10°以上10°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、−5°以上5°以下の場合も含まれる。また、「垂直」とは、二つの直線が80°以上100°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、85°以上95°以下の場合も含まれる。   Moreover, in this specification etc., the "parallel" means the state by which two straight lines are arrange | positioned by the angle of -10 degrees or more and 10 degrees or less. Therefore, the case of -5 degrees or more and 5 degrees or less is also included. Also, "vertical" means that two straight lines are arranged at an angle of 80 ° or more and 100 ° or less. Therefore, the case of 85 degrees or more and 95 degrees or less is also included.

また、本明細書等において、「膜」という用語と、「層」という用語とは、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。   In the present specification and the like, the term "membrane" and the term "layer" can be interchanged with each other. For example, it may be possible to change the term "conductive layer" to the term "conductive film". Alternatively, for example, it may be possible to change the term "insulating film" to the term "insulating layer".

また、本明細書等において、特に断りがない場合、オフ電流とは、トランジスタがオフ状態(非導通状態、遮断状態、ともいう)にあるときのドレイン電流をいう。オフ状態とは、特に断りがない場合、nチャネル型トランジスタでは、ゲートとソースの間の電圧Vgsがしきい値電圧Vthよりも低い状態、pチャネル型トランジスタでは、ゲートとソースの間の電圧Vgsがしきい値電圧Vthよりも高い状態をいう。   In the present specification and the like, an off-state current is a drain current when the transistor is in an off state (also referred to as a non-conduction state or a cutoff state) unless otherwise specified. The off state is a state in which the voltage Vgs between the gate and the source is lower than the threshold voltage Vth in the n-channel transistor, and the voltage Vgs between the gate and the source in the p-channel transistor unless otherwise noted. Is higher than the threshold voltage Vth.

トランジスタのオフ電流は、Vgsに依存する場合がある。従って、トランジスタのオフ電流がI以下である、とは、トランジスタのオフ電流がI以下となるVgsの値が存在することを言う場合がある。トランジスタのオフ電流は、所定のVgsにおけるオフ状態、所定の範囲内のVgsにおけるオフ状態、または、十分に低減されたオフ電流が得られるVgsにおけるオフ状態、等におけるオフ電流を指す場合がある。   The off current of the transistor may depend on Vgs. Therefore, that the off-state current of the transistor is less than or equal to I may mean that there is a value of Vgs at which the off-state current of the transistor is less than or equal to I. The off-state current of the transistor may refer to the off-state current in the off state at the given Vgs, the off state at the Vgs in the given range, or the off state at the Vgs at which a sufficiently reduced off current is obtained.

一例として、しきい値電圧Vthが0.5Vであり、Vgsが0.5Vにおけるドレイン電流が1×10−9Aであり、Vgsが0.1Vにおけるドレイン電流が1×10−13Aであり、Vgsが−0.5Vにおけるドレイン電流が1×10−19Aであり、Vgsが−0.8Vにおけるドレイン電流が1×10−22Aであるようなnチャネル型トランジスタを想定する。当該トランジスタのドレイン電流は、Vgsが−0.5Vにおいて、または、Vgsが−0.5V乃至−0.8Vの範囲において、1×10−19A以下であるから、当該トランジスタのオフ電流は1×10−19A以下である、と言う場合がある。当該トランジスタのドレイン電流が1×10−22A以下となるVgsが存在するため、当該トランジスタのオフ電流は1×10−22A以下である、と言う場合がある。 As an example, the threshold voltage Vth is 0.5 V, the drain current at Vgs of 0.5 V is 1 × 10 −9 A, and the drain current at Vgs of 0.1 V is 1 × 10 −13 A , And an n-channel transistor having a drain current of 1 × 10 −19 A at a Vgs of −0.5 V and a drain current of 1 × 10 −22 A at a Vgs of −0.8 V. Since the drain current of the transistor is 1 × 10 −19 A or less at Vgs of −0.5 V or Vgs in the range of −0.5 V to −0.8 V, the off current of the transistor is 1 It may be said that x 10 -19 A or less. Since Vgs in which the drain current of the transistor is 1 × 10 −22 A or less exists, it may be said that the off-state current of the transistor is 1 × 10 −22 A or less.

また、本明細書等では、チャネル幅Wを有するトランジスタのオフ電流を、チャネル幅Wあたりを流れる電流値で表す場合がある。また、所定のチャネル幅(例えば1μm)あたりを流れる電流値で表す場合がある。後者の場合、オフ電流の単位は、電流/長さの次元を持つ単位(例えば、A/μm)で表される場合がある。   Further, in this specification and the like, the off-state current of a transistor having a channel width W may be expressed by a current value flowing around the channel width W. Also, it may be represented by a current value flowing around a predetermined channel width (for example, 1 μm). In the latter case, the unit of the off current may be represented by a unit having a dimension of current / length (for example, A / μm).

トランジスタのオフ電流は、温度に依存する場合がある。本明細書において、オフ電流は、特に記載がない場合、室温、60℃、85℃、95℃、または125℃におけるオフ電流を表す場合がある。または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等の信頼性が保証される温度、または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等が使用される温度(例えば、5℃乃至35℃のいずれか一の温度)におけるオフ電流、を表す場合がある。トランジスタのオフ電流がI以下である、とは、室温、60℃、85℃、95℃、125℃、当該トランジスタが含まれる半導体装置の信頼性が保証される温度、または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等が使用される温度(例えば、5℃乃至35℃のいずれか一の温度)、におけるトランジスタのオフ電流がI以下となるVgsの値が存在することを指す場合がある。   The off current of the transistor may depend on temperature. In the present specification, the off current may represent an off current at room temperature, 60 ° C., 85 ° C., 95 ° C., or 125 ° C., unless otherwise specified. Alternatively, at a temperature at which the reliability of a semiconductor device or the like including the transistor is ensured, or at a temperature at which a semiconductor device or the like including the transistor is used (for example, any one of 5 ° C. to 35 ° C.). It may represent an off current. The off-state current of a transistor is less than or equal to I means room temperature, 60 ° C., 85 ° C., 95 ° C., 125 ° C., a temperature at which the reliability of a semiconductor device including the transistor is ensured, or the transistor It may indicate that there is a value of Vgs at which the off-state current of the transistor at a temperature at which a semiconductor device or the like is used (for example, any one of 5 ° C. to 35 ° C.) is less than or equal to I.

トランジスタのオフ電流は、ドレインとソースの間の電圧Vdsに依存する場合がある。本明細書において、オフ電流は、特に記載がない場合、Vdsが0.1V、0.8V、1V、1.2V、1.8V、2.5V,3V、3.3V、10V、12V、16V、または20Vにおけるオフ電流を表す場合がある。または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等の信頼性が保証されるVds、または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等において使用されるVdsにおけるオフ電流、を表す場合がある。トランジスタのオフ電流がI以下である、とは、Vdsが0.1V、0.8V、1V、1.2V、1.8V、2.5V,3V、3.3V、10V、12V、16V、20V、当該トランジスタが含まれる半導体装置の信頼性が保証されるVds、または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等において使用されるVds、におけるトランジスタのオフ電流がI以下となるVgsの値が存在することを指す場合がある。   The off current of the transistor may depend on the voltage Vds between the drain and the source. In the present specification, unless otherwise specified, the off current is 0.1 V, 0.8 V, 1 V, 1.2 V, 1.8 V, 2.5 V, 3 V, 3.3 V, 10 V, 12 V, 16 V as Vds. Or may represent an off current at 20V. Alternatively, Vds may represent an off current in Vds for which reliability of a semiconductor device or the like including the transistor is ensured, or Vds used in a semiconductor device or the like including the transistor. The off-state current of the transistor is less than or equal to I if Vds is 0.1 V, 0.8 V, 1 V, 1.2 V, 1.8 V, 2.5 V, 3 V, 3.3 V, 10 V, 12 V, 16 V, 20 V There is a value of Vgs at which the off-state current of the transistor at Vds for which the reliability of a semiconductor device including the transistor is guaranteed or at Vds used in a semiconductor device or the like including the transistor is less than or equal to I. May point to

上記オフ電流の説明において、ドレインをソースと読み替えてもよい。つまり、オフ電流は、トランジスタがオフ状態にあるときのソースを流れる電流を言う場合もある。   In the above description of the off current, the drain may be read as a source. That is, the off current may refer to the current flowing through the source when the transistor is in the off state.

また、本明細書等では、オフ電流と同じ意味で、リーク電流と記載する場合がある。また、本明細書等において、オフ電流とは、例えば、トランジスタがオフ状態にあるときに、ソースとドレインとの間に流れる電流を指す場合がある。   In the present specification and the like, a leak current may be described in the same meaning as an off current. Further, in this specification and the like, an off-state current may indicate a current flowing between a source and a drain, for example, when the transistor is in the off state.

また、本明細書等において、トランジスタのしきい値電圧とは、トランジスタにチャネルが形成されたときのゲート電圧(Vg)を指す。具体的には、トランジスタのしきい値電圧とは、ゲート電圧(Vg)を横軸に、ドレイン電流(Id)の平方根を縦軸にプロットした曲線(Vg−√Id特性)において、最大傾きである接線を外挿したときの直線と、ドレイン電流(Id)の平方根が0(Idが0A)との交点におけるゲート電圧(Vg)を指す場合がある。あるいは、トランジスタのしきい値電圧とは、チャネル長をL、チャネル幅をWとし、Id[A]×L[μm]/W[μm]の値が1×10−9[A]となるゲート電圧(Vg)を指す場合がある。 Further, in this specification and the like, the threshold voltage of a transistor refers to the gate voltage (Vg) when a channel is formed in the transistor. Specifically, the threshold voltage of a transistor is the maximum slope in a curve (Vg-√Id characteristic) in which the gate voltage (Vg) is plotted on the horizontal axis and the square root of the drain current (Id) is plotted on the vertical axis. In some cases, the gate voltage (Vg) at the intersection of a straight line obtained by extrapolating a certain tangent and the square root of the drain current (Id) may be 0 (Id is 0A). Alternatively, with respect to the threshold voltage of a transistor, a gate having a channel length of L and a channel width of W and a value of Id [A] × L [μm] / W [μm] of 1 × 10 −9 [A] It may indicate voltage (Vg).

また、本明細書等において、「半導体」と表記した場合であっても、例えば、導電性が十分に低い場合は、「絶縁体」としての特性を有する場合がある。また、「半導体」と「絶縁体」とは境界が曖昧であり、厳密に区別できない場合がある。したがって、本明細書等に記載の「半導体」と、「絶縁体」とは、互いに言い換えることが可能な場合がある。   In the present specification and the like, even when it is described as "semiconductor", for example, when the conductivity is sufficiently low, it may have characteristics as an "insulator". In addition, the boundaries between the “semiconductor” and the “insulator” may be vague and may not be strictly distinguishable. Therefore, the “semiconductor” and the “insulator” described in the present specification and the like may be paraphrased in some cases.

また、本明細書等において、「半導体」と表記した場合であっても、例えば、導電性が十分に高い場合は、「導電体」としての特性を有する場合がある。また、「半導体」と「導電体」とは境界が曖昧であり、厳密に区別できない場合がある。したがって、本明細書等に記載の「半導体」と、「導電体」とは、互いに言い換えることが可能な場合がある。   In the present specification and the like, even when the term "semiconductor" is used, for example, when the conductivity is sufficiently high, it may have characteristics as a "conductor". In addition, the boundaries between the "semiconductor" and the "conductor" may be vague and may not be strictly distinguishable. Therefore, the “semiconductor” and the “conductor” described in the present specification and the like may be able to be rephrased with each other.

また、本明細書等において、原子数比がIn:Ga:Zn=4:2:3またはその近傍であるとは、In、Ga及びZnの原子数の総和に対するInの比を4としたときに、Gaの比が1以上3以下であり、Znの比が2以上4以下であるとする。また、原子数比がIn:Ga:Zn=5:1:6またはその近傍であるとは、In、Ga及びZnの原子数の総和に対するInの比を5としたときに、Gaの比が0.1より大きく2以下であり、Znの比が5以上7以下であるとする。また、原子数比がIn:Ga:Zn=1:1:1またはその近傍であるとは、In、Ga及びZnの原子数の総和に対するInの比を1としたときに、Gaの比が0.1より大きく2以下であり、Znの比が0.1より大きく2以下であるとする。   In the present specification and the like, when the atomic ratio is In: Ga: Zn = 4: 2: 3 or in the vicinity thereof, the ratio of In to the total number of In, Ga, and Zn atoms is 4 It is assumed that the ratio of Ga is 1 or more and 3 or less, and the ratio of Zn is 2 or more and 4 or less. Further, that the atomic ratio is In: Ga: Zn = 5: 1: 6 or near is that when the ratio of In to the total number of atoms of In, Ga and Zn is 5, the ratio of Ga is It is assumed that the ratio is greater than 0.1 and less than or equal to 2, and the ratio of Zn is 5 or more and 7 or less. In addition, when the atomic ratio is In: Ga: Zn = 1: 1: 1 or near, the ratio of Ga is 1 when the ratio of In to the total number of atoms of In, Ga and Zn is 1. It is assumed that the ratio is greater than 0.1 and less than or equal to 2, and the ratio of Zn is greater than 0.1 and less than or equal to 2.

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または単にOSともいう)などに分類される。例えば、トランジスタの活性層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。また、「OS FET」と記載する場合においては、金属酸化物また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 the present 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 semiconductor or simply OS), and the like. For example, in the case where a metal oxide is used for the active layer of the transistor, the metal oxide may be referred to as an oxide semiconductor. In addition, in the case of describing “OS FET”, it can be said to be a transistor having 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 the present specification and the like, metal oxides having nitrogen may also be collectively referred to as metal oxides. In addition, a metal oxide having nitrogen may be referred to as 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、また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 structure of a material.

また、本明細書等において、CAC−OSまたは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またはCAC−metal oxideを、トランジスタの活性層に用いる場合、導電性の機能は、キャリアとなる電子(またはホール)を流す機能であり、絶縁性の機能は、キャリアとなる電子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またはCAC−metal oxideに付与することができる。CAC−OSまたは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。   Further, in this specification and the like, CAC-OS or CAC-metal oxide has a conductive function in a part of the material and an insulating function in a part of the material, and the entire material is a semiconductor. Have the function of Note that in the case where CAC-OS or CAC-metal oxide is used for the active layer of a transistor, the conductive function is a function of flowing electrons (or holes) serving as carriers, and the insulating function is electrons serving as carriers. Is a function that does not A function of switching (function of turning on / off) can be imparted to the CAC-OS or the CAC-metal oxide by causing the conductive function and the insulating function to be complementary to each other. By separating the functions of CAC-OS or CAC-metal oxide, both functions can be maximized.

また、本明細書等において、CAC−OSまたは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 the present specification and the like, a CAC-OS or CAC-metal oxide has a conductive region and an insulating region. The conductive region has the above-mentioned conductive function, and the insulating region has the above-mentioned insulating function. In addition, 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. In addition, the conductive region may be observed as connected in a cloud shape with a blurred periphery.

また、CAC−OSまたは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 addition, in CAC-OS or CAC-metal oxide, the conductive region and the insulating region are each dispersed in the material with a size of 0.5 nm or more and 10 nm or less, preferably 0.5 nm or more and 3 nm or less There is.

また、CAC−OSまたは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または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または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。   Further, CAC-OS or CAC-metal oxide is composed of components having different band gaps. For example, CAC-OS or CAC-metal oxide is composed of a component having a wide gap resulting from the insulating region and a component having a narrow gap resulting from the conductive region. In the case of this configuration, when the carrier flows, the carrier mainly flows in the component having the narrow gap. In addition, the component having the narrow gap acts complementarily to the component having the wide gap, and the carrier also flows to the component having the wide gap in conjunction with the component having the narrow gap. Therefore, when the above-described CAC-OS or CAC-metal oxide is used for a channel formation region of a transistor, high current driving force, that is, high on current, and high field effect mobility can be obtained in the on state of the transistor.

すなわち、CAC−OSまたはCAC−metal oxideは、マトリックス複合材(matrix composite)、また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 (matrix composite) or a metal matrix composite (metal matrix composite).

金属酸化物の結晶構造の一例について説明する。なお、以下では、In−Ga−Zn酸化物ターゲット(In:Ga:Zn=4:2:4.1[原子数比])を用いて、スパッタリング法にて成膜された金属酸化物を一例として説明する。上記ターゲットを用いて、基板温度を100℃以上130℃以下として、スパッタリング法により形成した金属酸化物をsIGZOと呼称し、上記ターゲットを用いて、基板温度を室温(R.T.)として、スパッタリング法により形成した金属酸化物をtIGZOと呼称する。例えば、sIGZOは、nc(nano crystal)及びCAACのいずれか一方または双方の結晶構造を有する。また、tIGZOは、ncの結晶構造を有する。なお、ここでいう室温(R.T.)とは、基板を意図的に加熱しない場合の温度を含む。   An example of the crystal structure of the metal oxide is described. Note that, in the following, an example of a metal oxide film formed by a sputtering method using an In—Ga—Zn oxide target (In: Ga: Zn = 4: 2: 4.1 [atomic number ratio]) Explain as. A metal oxide formed by a sputtering method with a substrate temperature of 100 ° C. or more and 130 ° C. or less using the above target is referred to as sIGZO, and a substrate temperature of room temperature (R.T.) using the above target. The metal oxide formed by the method is called tIGZO. For example, sIGZO has a crystal structure of nc (nano crystal) and / or CAAC. In addition, tIGZO has a nc crystal structure. Note that the room temperature (R.T.) referred to here includes the temperature when the substrate is not intentionally heated.

なお、CAAC構造とは、複数のナノ結晶(最大径が10nm未満である結晶領域)を有する薄膜などの結晶構造の一つであり、各ナノ結晶はc軸が特定の方向に配向し、すなわちc軸配向性を有し、かつa軸及びb軸は配向性を有さずに、ナノ結晶同士が粒界を形成することなく連続的に連結しているといった特徴を有する結晶構造である。特にCAAC構造を有する薄膜は、各ナノ結晶のc軸が、薄膜の厚さ方向、被形成面の法線方向、または薄膜の表面の法線方向に配向しやすいといった特徴を有する。   Note that a CAAC structure is one of crystal structures such as a thin film having a plurality of nanocrystals (crystal regions having a maximum diameter of less than 10 nm), and in each nanocrystal, the c-axis is oriented in a specific direction, that is, The crystal structure has c-axis orientation, and the a-axis and b-axis do not have orientation, and the nanocrystals are continuously connected without forming grain boundaries. In particular, a thin film having a CAAC structure is characterized in that the c-axis of each nanocrystal is easily oriented in the thickness direction of the thin film, the normal direction of the formation surface, or the normal direction of the surface of the thin film.

ここで、結晶学において、単位格子を構成するa軸、b軸、及びc軸の3つの軸(結晶軸)について、特異的な軸をc軸とした単位格子を取ることが一般的である。特に層状構造を有する結晶では、層の面方向に平行な2つの軸をa軸及びb軸とし、層に交差する軸をc軸とすることが一般的である。このような層状構造を有する結晶の代表的な例として、六方晶系に分類されるグラファイトがあり、その単位格子のa軸及びb軸は劈開面に平行であり、c軸は劈開面に直交する。例えばYbFe型の結晶構造をとるInGaZnOの結晶は六方晶系に分類することができ、その単位格子のa軸及びb軸は層の面方向に平行となり、c軸は層(すなわちa軸及びb軸)に直交する。 Here, in crystallography, it is general to take a unit cell with c-axis as a specific axis with respect to three axes (crystal axes) of a-axis, b-axis, and c-axis constituting the unit cell. . In particular, in a crystal having a layered structure, generally, two axes parallel to the plane direction of the layer are the a axis and b axis, and an axis intersecting the layer is the c axis. A typical example of a crystal having such a layered structure is graphite classified into a hexagonal system, and the a-axis and b-axis of the unit cell are parallel to the cleavage plane and the c-axis is orthogonal to the cleavage plane Do. For example, crystals of InGaZnO 4 having a crystal structure of YbFe 2 O 4 type can be classified into a hexagonal system, and the a-axis and b-axis of the unit cell are parallel to the plane direction of the layer and the c-axis is a layer (ie, orthogonal to the a-axis and b-axis).

本明細書等において、表示装置の一態様である表示パネルは表示面に画像等を表示(出力)する機能を有するものである。したがって表示パネルは出力装置の一態様である。   In this specification and the like, a display panel which is one mode of a display device has a function of displaying (outputting) an image or the like on a display surface. Thus, the display panel is an aspect of the output device.

また、本明細書等では、表示パネルの基板に、例えばFPC(Flexible Printed Circuit)もしくはTCP(Tape Carrier Package)などのコネクタが取り付けられたもの、または基板にCOG(Chip On Glass)方式等によりICが実装されたものを、表示パネルモジュール、表示モジュール、または単に表示パネルなどと呼ぶ場合がある。   Further, in this specification and the like, a substrate in which a connector such as a flexible printed circuit (FPC) or a TCP (Tape Carrier Package) is attached to a substrate of a display panel, or an IC by a COG (Chip On Glass) method or the like on a substrate What was implemented may be called a display panel module, a display module, or simply a display panel or the like.

また、本明細書等において、タッチセンサは指やスタイラスなどの被検知体が触れる、押圧する、または近づくことなどを検出する機能を有するものである。またその位置情報を検知する機能を有していてもよい。したがってタッチセンサは入力装置の一態様である。例えばタッチセンサは1以上のセンサ素子を有する構成とすることができる。   Further, in the present specification and the like, the touch sensor has a function of detecting that a detected object such as a finger or a stylus touches, presses, or approaches. Moreover, you may have the function to detect the positional information. Thus, the touch sensor is an aspect of the input device. For example, the touch sensor can be configured to have one or more sensor elements.

また、本明細書等では、タッチセンサを有する基板を、タッチセンサパネル、または単にタッチセンサなどと呼ぶ場合がある。また、本明細書等では、タッチセンサパネルの基板に、例えばFPCもしくはTCPなどのコネクタが取り付けられたもの、または基板にCOG方式等によりICが実装されたものを、タッチセンサパネルモジュール、タッチセンサモジュール、センサモジュール、または単にタッチセンサなどと呼ぶ場合がある。   Further, in this specification and the like, a substrate having a touch sensor may be referred to as a touch sensor panel or simply a touch sensor or the like. Further, in this specification and the like, a touch sensor panel module, a touch sensor in which a connector such as FPC or TCP is attached to the substrate of the touch sensor panel, or a IC in which the IC is mounted by the COG method etc. It may be called a module, a sensor module, or simply a touch sensor or the like.

なお、本明細書等において、表示装置の一態様であるタッチパネルは表示面に画像等を表示(出力)する機能と、表示面に指やスタイラスなどの被検知体が触れる、押圧する、または近づくことなどを検出するタッチセンサとしての機能と、を有する。したがってタッチパネルは入出力装置の一態様である。   Note that in this specification and the like, a touch panel which is one mode of a display device has a function of displaying (outputting) an image or the like on a display surface and a detected object such as a finger or a stylus touches, presses, or approaches the display surface. And a function as a touch sensor that detects an object. Therefore, the touch panel is an aspect of the input / output device.

タッチパネルは、例えばタッチセンサ付き表示パネル(または表示装置)、タッチセンサ機能つき表示パネル(または表示装置)とも呼ぶことができる。   The touch panel can also be called, for example, a display panel with a touch sensor (or a display device) or a display panel with a touch sensor function (or a display device).

タッチパネルは、表示パネルとタッチセンサパネルとを有する構成とすることもできる。または、表示パネルの内部または表面にタッチセンサとしての機能を有する構成とすることもできる。   The touch panel can also be configured to have a display panel and a touch sensor panel. Alternatively, the inside or the surface of the display panel may have a function as a touch sensor.

また、本明細書等では、タッチパネルの基板に、例えばFPCもしくはTCPなどのコネクタが取り付けられたもの、または基板にCOG方式等によりICが実装されたものを、タッチパネルモジュール、表示モジュール、または単にタッチパネルなどと呼ぶ場合がある。   Further, in the present specification and the like, a touch panel with a connector such as FPC or TCP attached thereto, or a substrate with an IC mounted by a COG method, etc., is a touch panel module, a display module or simply a touch panel. It may be called etc.

本実施例では、本発明の一態様に係る窒化アルミニウム膜の抵抗率、および透過率について評価した。本実施例においては、試料A1乃至試料A6を作製した。なお、窒化アルミニウム膜の透過率評価における比較用として、素ガラスである試料A0を用意した。 In this example, the resistivity and the transmittance of the aluminum nitride film according to one embodiment of the present invention were evaluated. Samples A1 to A6 were produced in this example. In addition, sample A0 which is an elementary glass was prepared for comparison in the transmittance | permeability evaluation of an aluminum nitride film.

<試料A1乃至試料A6の作製方法>
以下では、試料A1乃至試料A6の作製方法について説明する。
<Method of Producing Samples A1 to A6>
Hereinafter, methods for manufacturing the samples A1 to A6 will be described.

試料A1乃至試料A6は、ガラス基板上に膜厚20nmの窒化アルミニウム膜が形成された構造である。該窒化アルミニウム膜は、スパッタリング法によって、Alのターゲットを用いて、チャンバー内の圧力0.6Pa、印加電圧5kW、基板温度70℃の条件にて形成した。試料A1乃至試料A6は、それぞれ形成中に供給したガス流量の比率が異なる。具体的には、Ar流量とN流量の総和に対するN流量の比率を、試料A1では0%、試料A2では20%、試料A3では40%、試料A4では60%、試料A5では80%、試料A6では100%とした。なお、試料A1においては、成膜ガスにNが含まれていないため、形成される膜は、アルミニウム膜となる。 Samples A1 to A6 have a structure in which an aluminum nitride film having a thickness of 20 nm is formed on a glass substrate. The aluminum nitride film was formed by sputtering using an Al target under the conditions of a pressure in the chamber of 0.6 Pa, an applied voltage of 5 kW, and a substrate temperature of 70.degree. Each of the samples A1 to A6 has different ratios of gas flow rates supplied during formation. Specifically, the ratio of the N 2 flow rate to the total of the Ar flow rate and the N 2 flow rate is 0% for sample A1, 20% for sample A2, 40% for sample A3, 60% for sample A4, and 80% for sample A5 Sample A6 was 100%. Note that, in the sample A1, the film to be formed is an aluminum film because N 2 is not contained in the film formation gas.

<抵抗率>
次に、試料A1乃至試料A6の抵抗率を測定した。抵抗率測定器には、測定上限が15Ω・cmであるものを用いた。試料A1乃至試料A6の抵抗率を図21(A)に示す。試料A1の抵抗率は8.2×10−6Ω・cm、試料A2の抵抗率は4.1×10−2Ω・cmであった。また、試料A3乃至試料A6の抵抗率は測定上限以上であることが分かった。
Resistivity
Next, the resistivity of the samples A1 to A6 was measured. As a resistivity measuring instrument, one having a measurement upper limit of 15 Ω · cm was used. The resistivity of each of the samples A1 to A6 is shown in FIG. The resistivity of the sample A1 was 8.2 × 10 −6 Ω · cm, and the resistivity of the sample A2 was 4.1 × 10 −2 Ω · cm. Further, it was found that the resistivity of each of the samples A3 to A6 was equal to or higher than the upper limit of measurement.

<透過率>
次に、試料A1乃至試料A6の透過率を測定した。試料A1乃至試料A6の透過率を図21(B)に示す。なお、図21(B)には、比較用として、試料A0の透過率も示す。図21(B)は、横軸に波長[nm]を示し、縦軸に透過率[%]を示す。図21(B)に示すように、波長400nm以上において、試料A3乃至試料A6の透過率は80%以上であった。
<Transmittance>
Next, the transmittances of the samples A1 to A6 were measured. The transmittances of the samples A1 to A6 are shown in FIG. FIG. 21B also shows the transmittance of the sample A0 for comparison. In FIG. 21B, the horizontal axis indicates the wavelength [nm] and the vertical axis indicates the transmittance [%]. As shown in FIG. 21B, the transmittance of the samples A3 to A6 was 80% or more at a wavelength of 400 nm or more.

なお、本実施例に示す構成は、他の実施の形態または他の実施例に記載の構成と適宜組み合わせて用いることができる。 Note that the structure described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures described in the other embodiments or the other embodiments.

本実施例では、金属酸化物上に窒化アルミニウム膜を形成したときの、化学結合状態について評価を行った。評価には、金属酸化物上に窒化アルミニウム膜を積層した試料B1を用いた。化学結合状態は、X線光電子分光法(XPS:X−ray Photoelectron Spectroscopy)を用いて分析した。 In this example, the chemical bonding state was evaluated when an aluminum nitride film was formed on a metal oxide. For the evaluation, Sample B1 in which an aluminum nitride film was stacked on a metal oxide was used. The state of chemical bonding was analyzed using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).

まず、試料B1の作製方法について説明する。ガラス基板上に、スパッタリング法によって、In:Ga:Zn=4:2:4.1[原子数比]のターゲットを用いて、膜厚40nmの金属酸化物を形成した。次に、形成した金属酸化物に対して、窒素雰囲気にて400℃の温度で1時間の熱処理を行い、連続して酸素と窒素の混合雰囲気にて400℃の温度で1時間の熱処理を行った。次に、金属酸化物上に、スパッタリング法によって、Alのターゲットを用い、Ar流量とN流量の総和に対するN流量の比率を40%となるように調整して、膜厚20nmの窒化アルミニウム膜を形成した。窒化アルミニウムを形成後、窒素雰囲気にて350℃の温度で1時間の熱処理を行った。以上により、試料B1を作製した。 First, the method for producing the sample B1 will be described. A 40 nm-thick metal oxide was formed on a glass substrate by a sputtering method using a target of In: Ga: Zn = 4: 2: 4.1 [atomic ratio]. Next, the formed metal oxide is heat-treated at a temperature of 400 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere, and continuously subjected to a heat treatment at a temperature of 400 ° C. for 1 hour in a mixed atmosphere of oxygen and nitrogen. The Next, on a metal oxide, using a target of Al by sputtering, the ratio of the N 2 flow rate to the sum of the Ar flow rate and the N 2 flow rate is adjusted to be 40%, and an aluminum nitride film thickness of 20 nm A film was formed. After forming aluminum nitride, heat treatment was performed at a temperature of 350 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. Sample B1 was produced by the above.

次に、試料B1のX線光電子分光法(XPS)を用いた測定(以下、XPS測定と記す。)を行った。なお、試料B1をエッチングしながらXPS測定を行う(具体的には、イオンスパッタリングとXPS測定とを交互に行う。)ことで、試料B1の深さ方向の分析が可能である。本実施例では、試料B1の深さ方向において、窒化アルミニウム膜の中央付近を深さD1、窒化アルミニウム膜と金属酸化物との界面付近を深さD2、金属酸化物の中央付近を深さD3とする。 Next, measurement using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) of sample B1 (hereinafter referred to as XPS measurement) was performed. Note that by performing the XPS measurement while etching the sample B1 (specifically, alternately performing the ion sputtering and the XPS measurement), analysis in the depth direction of the sample B1 is possible. In this embodiment, in the depth direction of the sample B1, the depth D1 is near the center of the aluminum nitride film, the depth D2 near the interface between the aluminum nitride film and the metal oxide, and the depth D3 near the center of the metal oxide. I assume.

XPS測定には、ULVAC−PHI社製のVersaProbeを用いた。X線源にはMg Kα(1253.6eV)を用いた。検出領域は8mm角以下とした。取出角は45°とした。検出深さは約4nmから5nm程度と考えられる。 For XPS measurement, VersaProbe manufactured by ULVAC-PHI was used. Mg K α (1253.6 eV) was used as an X-ray source. The detection area was 8 mm square or less. The extraction angle was 45 °. The detection depth is considered to be about 4 nm to 5 nm.

In、Ga、Zn、Al、Nのそれぞれの元素についてピークが得られるエネルギー範囲で、XPS測定を行った。XPS測定で得られた結果を図22および図23に示す。図22および図23は、横軸に結合エネルギー(Binding Energy)[eV]を示し、縦軸に光電子の強度(Intensity)[任意単位]を示す。 XPS measurement was performed in an energy range in which a peak was obtained for each element of In, Ga, Zn, Al, and N. The results obtained by the XPS measurement are shown in FIG. 22 and FIG. In FIG. 22 and FIG. 23, the horizontal axis indicates binding energy (eV), and the vertical axis indicates photoelectron intensity (arbitrary unit).

図22(A)はIn3d5/2のスペクトル、図22(B)はGa3dのスペクトル、図22(C)はZn3pのスペクトル、図23(A)はAl2pのスペクトル、図23(B)はN1sのスペクトルである。なお、図22(A)乃至(C)ならびに図23(B)および(C)の各図において、上から順に、深さD1におけるスペクトル、深さD2におけるスペクトル、深さD3におけるスペクトルを示す。さらに、スペクトル形状を見やすくするために、各スペクトルの光電子の強度は、任意単位で示している。 22A shows the spectrum of In3d5 / 2, FIG. 22B shows the spectrum of Ga3d, FIG. 22C shows the spectrum of Zn3p, FIG. 23A shows the spectrum of Al2p, and FIG. 23B shows the N1s It is a spectrum. In each of FIGS. 22A to 22C and FIGS. 23B and 23C, a spectrum at depth D1, a spectrum at depth D2, and a spectrum at depth D3 are shown sequentially from the top. Furthermore, the intensity of photoelectrons in each spectrum is shown in arbitrary units in order to make the spectral shape more visible.

図22(A)に示すように、深さD2において、酸化状態のInが存在することを示すシグナル(Inで示した破線に位置するピーク)の他に、金属状態のInが存在することを示すシグナル(Inで示した破線に位置するピーク)が観察された。一方、図22(B)および図22(C)に示すように、深さD2において、金属状態のGaが存在することを示すシグナルおよび金属状態のZnが存在することを示すシグナルは検出されなかった。したがって、金属酸化物と窒化アルミニウム膜との界面付近では、酸素が不足し、金属状態のInが析出していることが示唆された。 As shown in FIG. 22A, in the depth D2, in addition to a signal indicating the presence of In in the oxidized state (a peak located on a broken line indicated by In 2 O 3 ), In in the metal state is present A signal (peak located on a broken line indicated by In) indicating that the reaction was performed was observed. On the other hand, as shown in FIGS. 22 (B) and 22 (C), at depth D2, a signal indicating the presence of Ga in the metal state and a signal indicating the presence of Zn in the metal state are not detected. The Therefore, it was suggested that oxygen was insufficient near the interface between the metal oxide and the aluminum nitride film, and In in the metallic state was precipitated.

なお、本実施例に示す構成は、他の実施の形態または他の実施例に記載の構成と適宜組み合わせて用いることができる。 Note that the structure described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures described in the other embodiments or the other embodiments.

本実施例では、金属酸化物上に酸化窒化シリコン膜または、窒化シリコン膜を形成したときの、金属酸化物のシート抵抗、金属酸化物中のスピン密度、金属酸化物と酸化窒化シリコン膜または、窒化シリコン膜の界面の組成状態について評価を行った。なお、スピン密度の評価は、電子スピン共鳴(ESR:Electron Spin Resonance)分析により行い、組成状態の評価は、XPS分析により行った。 In this embodiment, when a silicon oxynitride film or a silicon nitride film is formed on a metal oxide, the sheet resistance of the metal oxide, the spin density in the metal oxide, the metal oxide and the silicon oxynitride film, or The composition state of the interface of the silicon nitride film was evaluated. In addition, evaluation of spin density was performed by electron spin resonance (ESR: Electron Spin Resonance) analysis, and evaluation of the composition state was performed by XPS analysis.

まず、金属酸化物のシート抵抗、および金属酸化物中のスピン密度の測定に用いた試料C1、および試料C2の作製方法について説明する。試料C1では、石英基板上にスパッタリング法によって、In:Ga:Zn=4:2:4.1[原子数比]のターゲットを用いて、膜厚100nmの金属酸化物を形成した。次に、金属酸化物上に、CVD法によって、成膜ガスとしてSiH、およびNOを用いて酸化窒化シリコン膜を300nm形成した。酸化窒化シリコン膜形成後、窒素と酸素を含む雰囲気にて350℃、1時間の加熱処理を行った。試料C2では、石英基板上にスパッタリング法によって、In:Ga:Zn=4:2:4.1[原子数比]のターゲットを用いて、膜厚100nmの金属酸化物を形成した。次に、金属酸化物上に、CVD法によって、成膜ガスとしてSiH、N、およびNHを用いて窒化シリコン膜を100nm形成した。窒化シリコン膜形成後、窒素と酸素を含む雰囲気にて350℃、1時間の加熱処理を行った。 First, the method for manufacturing the sample C1 and the sample C2 used for measuring the sheet resistance of the metal oxide and the spin density in the metal oxide will be described. In sample C1, a metal oxide having a film thickness of 100 nm was formed on a quartz substrate by sputtering using a target of In: Ga: Zn = 4: 2: 4.1 [atomic ratio]. Next, a 300 nm thick silicon oxynitride film was formed over the metal oxide by a CVD method using SiH 4 and N 2 O as a deposition gas. After the silicon oxynitride film was formed, heat treatment was performed at 350 ° C. for one hour in an atmosphere containing nitrogen and oxygen. In sample C2, a metal oxide having a film thickness of 100 nm was formed on a quartz substrate by sputtering using a target of In: Ga: Zn = 4: 2: 4.1 [atomic ratio]. Next, a silicon nitride film was formed to a thickness of 100 nm over the metal oxide by a CVD method using SiH 4 , N 2 , and NH 3 as a deposition gas. After forming the silicon nitride film, heat treatment was performed at 350 ° C. for one hour in an atmosphere containing nitrogen and oxygen.

<シート抵抗>
上記のように作製した試料C1、および試料C2における、金属酸化物のシート抵抗を測定した。シート抵抗測定器には、測定上限が1.0E+07Ωであるものを用いた。試料C1、および試料C2のシート抵抗を図24に示す。
<Sheet resistance>
The sheet resistances of the metal oxides in the samples C1 and C2 prepared as described above were measured. As the sheet resistance measuring instrument, one having a measurement upper limit of 1.0E + 07 Ω was used. The sheet resistances of sample C1 and sample C2 are shown in FIG.

図24において、金属酸化物上に酸化窒化シリコン膜を形成した試料C1では、金属酸化物のシート抵抗は、シート抵抗測定器の測定上限である1.0E+07Ω以上だった。一方、金属酸化物上に窒化シリコン膜を形成した試料C2では、金属酸化物のシート抵抗は、試料C1より低抵抗となり、3.5E+02Ωだった。 In FIG. 24, in the sample C1 in which the silicon oxynitride film was formed on the metal oxide, the sheet resistance of the metal oxide was 1.0E + 07 Ω or more, which is the measurement upper limit of the sheet resistance measuring device. On the other hand, in the sample C2 in which the silicon nitride film was formed on the metal oxide, the sheet resistance of the metal oxide was lower than that of the sample C1, and was 3.5E + 02Ω.

<スピン密度>
次に試料C1、および試料C2における、金属酸化物中のスピン密度を測定した。スピン密度の評価は、ESR分析により行った。各試料の測定は、測定温度を室温とし、8.9GHzの高周波電力(マイクロ波パワー)を20mWとし、磁場の向きは作製した試料の膜表面と平行とした。なお、酸化物半導体が酸素欠損内に取り込まれた水素を有すると、ESR測定にてg値が1.93近傍に対称性を有する信号が現れる。よって、g値が1.93近傍に現れる信号より算出したスピン密度(以降、スピン密度(g値=1.93)と表記する。)が高いほど酸素欠損内に取り込まれた水素の量が多いといえる。なお、スピン密度(g値=1.93)の算出下限は、3.7E+16spins/cmであった。試料C1、および試料C2のスピン密度を図25に示す。
<Spin density>
Next, the spin density in the metal oxide was measured in sample C1 and sample C2. Evaluation of spin density was performed by ESR analysis. In the measurement of each sample, the measurement temperature was room temperature, the high frequency power of 8.9 GHz (microwave power) was 20 mW, and the direction of the magnetic field was parallel to the film surface of the manufactured sample. Note that when the oxide semiconductor has hydrogen taken into an oxygen vacancy, a signal having symmetry appears in the vicinity of a g value of 1.93 in ESR measurement. Therefore, the higher the spin density (hereinafter referred to as the spin density (g value = 1.93)) calculated from the signal that appears near the g value of 1.93, the larger the amount of hydrogen taken into the oxygen vacancies It can be said. The calculation lower limit of the spin density (g value = 1.93) was 3.7E + 16 spins / cm 3 . The spin densities of sample C1 and sample C2 are shown in FIG.

図25において、金属酸化物上に酸化窒化シリコン膜を形成した試料C1では、金属酸化物中のスピン密度は、1.60E+17spins/cmだった。一方、金属酸化物上に窒化シリコン膜を形成した試料C2では、金属酸化物中のスピン密度は、試料C1よりも高く、1.09E+19spins/cmだった。これは、試料C2の方が、酸素欠損内に取り込まれた水素の量が多いことを示している。 In FIG. 25, in the sample C1 in which the silicon oxynitride film was formed on the metal oxide, the spin density in the metal oxide was 1.60E + 17 spins / cm 3 . On the other hand, in the sample C2 in which the silicon nitride film was formed on the metal oxide, the spin density in the metal oxide was higher than the sample C1, and was 1.09E + 19 spins / cm 3 . This indicates that sample C2 has a larger amount of hydrogen incorporated into the oxygen vacancy.

<組成状態>
次に金属酸化物と酸化窒化シリコン膜または、窒化シリコン膜の界面の組成状態の評価に用いた試料C3、および試料C4の作製方法について説明する。試料C3は、In:Ga:Zn=4:2:4.1[原子数比]のターゲットを用いて、スパッタリング法により形成された金属酸化物上に、CVD法によって、成膜ガスとしてSiH、およびNOを用いて酸化窒化シリコン膜を100nm形成したものである。試料C4は、In:Ga:Zn=4:2:4.1[原子数比]のターゲットを用いて、スパッタリング法により形成された金属酸化物上に、CVD法によって、成膜ガスとしてSiH、N、およびNHを用いて窒化シリコン膜を100nm形成したものである。
<Composition state>
Next, a method for manufacturing Sample C3 and Sample C4 used for evaluating the composition state of the interface between the metal oxide and the silicon oxynitride film or the silicon nitride film will be described. The sample C3 was formed using a target of In: Ga: Zn = 4: 2: 4.1 [atomic ratio] on a metal oxide formed by sputtering by a CVD method using SiH 4 as a deposition gas. And N 2 O are used to form a silicon oxynitride film with a thickness of 100 nm. The sample C 4 was formed using a target of In: Ga: Zn = 4: 2: 4.1 [atomic ratio] on a metal oxide formed by a sputtering method, using SiH 4 as a deposition gas by a CVD method. , in which N 2, and a silicon nitride film using NH 3 to 100nm formed.

上記のように作製した試料C3、および試料C4における、金属酸化物と酸化窒化シリコン膜または、窒化シリコン膜の界面の組成状態を評価した。組成状態の評価には、XPS分析を用いた。評価結果を図26に示す。 The composition state of the interface between the metal oxide and the silicon oxynitride film or the silicon nitride film in the samples C3 and C4 manufactured as described above was evaluated. XPS analysis was used to evaluate the composition state. An evaluation result is shown in FIG.

図26(A)に示すように、試料C3において、金属酸化物と酸化窒化シリコン膜の界面、およびその近傍では、金属インジウム(In)の析出は見られないが、図26(B)に示すように、試料C4において、金属酸化物と窒化シリコン膜の界面、およびその近傍にて金属インジウムの析出、およびシリコン酸化物(SiOx)が確認された。これは、試料C4において、金属酸化物と窒化シリコン膜との間で酸素の受け渡しが生じ、金属酸化物の中で最も酸素欠損が生じやすいインジウムから酸素が離脱し、窒化シリコン膜の一部が酸化してしまったためと考えられる。上記のような酸素の受け渡しや、金属インジウムの析出が、金属酸化物を低抵抗化させると考えられる。 As shown in FIG. 26A, in Sample C3, precipitation of metallic indium (In) is not observed at the interface between the metal oxide and the silicon oxynitride film and in the vicinity thereof, but is shown in FIG. 26B. Thus, in sample C4, precipitation of metallic indium and silicon oxide (SiOx) were confirmed at the interface between the metal oxide and the silicon nitride film and in the vicinity thereof. This is because, in the sample C4, oxygen is transferred between the metal oxide and the silicon nitride film, oxygen is released from indium which is most likely to cause oxygen deficiency in the metal oxide, and part of the silicon nitride film is It is thought that it is because it has oxidized. It is considered that the delivery of oxygen as described above and the deposition of metallic indium lower the resistance of the metal oxide.

なお、本実施例に示す構成は、他の実施の形態または他の実施例に記載の構成と適宜組み合わせて用いることができる。 Note that the structure described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures described in the other embodiments or the other embodiments.

100 トランジスタ、100A トランジスタ、102 基板、104 絶縁層、106 導電層、106C 導電層、108 半導体層、108C 金属酸化物層、108f 金属酸化物膜、108i 領域、108n 領域、109 導電層、110 絶縁層、110f 絶縁膜、112 導電層、112f 導電膜、114 金属酸化物層、114f 金属酸化物膜、115 領域、116 層、118 絶縁層、119 絶縁層、120a 導電層、120b 導電層、130A 容量素子、130B 容量素子、130C 容量素子、141a 開口部、141b 開口部、141c 開口部、142 開口部、150 領域 Reference Signs List 100 transistor, 100A transistor, 102 substrate, 104 insulating layer, 106 conductive layer, 106C conductive layer, 108 semiconductor layer, 108C metal oxide layer, 108f metal oxide film, 108i region, 108n region, 109 conductive layer, 110 insulating layer , 110f insulating film, 112 conductive layer, 112f conductive film, 114 metal oxide layer, 114f metal oxide film, 115 region, 116 layer, 118 insulating layer, 119 insulating layer, 120a conductive layer, 120b conductive layer, 130A capacitance element , 130 B capacitive element, 130 C capacitive element, 141 a opening, 141 b opening, 141 c opening, 142 opening, 150 area

Claims (10)

金属酸化物層を有する半導体装置であって、
前記金属酸化物層は、第1の金属元素、および第2の金属元素を有し、
前記金属酸化物層は、第1の領域、および第2の領域を有し、
前記第1の領域上の絶縁層と、
前記絶縁層上の導電体と、
前記絶縁層、前記導電体、および前記第2の領域を覆うように設けられた第1の層と、を有し、
前記第2の領域と、第1の層との界面近傍において、第3の領域が設けられており、
前記第3の領域における前記第1の金属元素の濃度は、前記第2の領域における前記金属元素の濃度よりも大きいことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device having a metal oxide layer,
The metal oxide layer has a first metal element and a second metal element,
The metal oxide layer has a first region and a second region,
An insulating layer on the first region;
A conductor on the insulating layer,
The insulating layer, the conductor, and a first layer provided to cover the second region;
A third region is provided in the vicinity of the interface between the second region and the first layer,
The semiconductor device according to claim 1, wherein a concentration of the first metal element in the third region is larger than a concentration of the metal element in the second region.
請求項1において、
前記第1の金属元素は、Inであり、
前記第2の金属元素は、Ga、Sn、及びZnの中から選ばれるいずれか一または複数である、ことを特徴とする半導体装置。
In claim 1,
The first metal element is In,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second metal element is one or more selected from Ga, Sn, and Zn.
金属酸化物層を有する半導体装置であって、
前記金属酸化物層は、第1の金属元素、第2の金属元素、および第3の金属元素を有し、
前記金属酸化物層は、第1の領域、および第2の領域を有し、
前記第1の領域上の絶縁層と、
前記絶縁層上の導電体と、
前記絶縁層、前記導電体、および前記第2の領域を覆うように設けられた第1の層と、を有し、
前記第2の領域と、第1の層との界面近傍において、第3の領域が設けられており、
前記第3の領域における前記第1の金属元素の濃度は、前記第2の領域における前記金属元素の濃度よりも大きいことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device having a metal oxide layer,
The metal oxide layer includes a first metal element, a second metal element, and a third metal element.
The metal oxide layer has a first region and a second region,
An insulating layer on the first region;
A conductor on the insulating layer,
The insulating layer, the conductor, and a first layer provided to cover the second region;
A third region is provided in the vicinity of the interface between the second region and the first layer,
The semiconductor device according to claim 1, wherein a concentration of the first metal element in the third region is larger than a concentration of the metal element in the second region.
請求項3において、
前記第1の金属元素は、Inであり、
前記第2の金属元素は、Gaであり、
前記第3の金属元素は、Znである、ことを特徴とする半導体装置。
In claim 3,
The first metal element is In,
The second metal element is Ga,
The semiconductor device characterized in that the third metal element is Zn.
請求項4において、
前記Inの原子数比は、前記Gaの原子数比よりも大きい、ことを特徴とする半導体装置。
In claim 4,
A semiconductor device characterized in that the atomic ratio of In is larger than the atomic ratio of Ga;
請求項1乃至請求項5のいずれか一において、
前記第1の層は、アルミニウムを有することを特徴とする半導体装置。
In any one of claims 1 to 5,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first layer comprises aluminum.
請求項1乃至請求項6のいずれか一項において、
前記第1の層は、窒化アルミニウムを有することを特徴とする半導体装置。
In any one of claims 1 to 6,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first layer comprises aluminum nitride.
請求項1乃至請求項7のいずれか一項において、
前記第2の領域は、前記第1の領域よりも低抵抗であることを特徴とする半導体装置。
In any one of claims 1 to 7,
A semiconductor device characterized in that the second region has a lower resistance than the first region.
請求項1乃至請求項8のいずれか一項において、
前記金属酸化物層は、結晶性を有する、ことを特徴とする半導体装置。
In any one of claims 1 to 8,
The said metal oxide layer has crystallinity, The semiconductor device characterized by the above-mentioned.
請求項1乃至請求項8のいずれか一項において、
前記金属酸化物層は、結晶部を有し、
前記結晶部は、c軸配向性を有する、ことを特徴とする半導体装置。
In any one of claims 1 to 8,
The metal oxide layer has a crystal part,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the crystal part has c-axis alignment.
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