JP2020127016A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2020127016A
JP2020127016A JP2020065499A JP2020065499A JP2020127016A JP 2020127016 A JP2020127016 A JP 2020127016A JP 2020065499 A JP2020065499 A JP 2020065499A JP 2020065499 A JP2020065499 A JP 2020065499A JP 2020127016 A JP2020127016 A JP 2020127016A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transistor
film
oxide semiconductor
insulating film
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2020065499A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7026717B2 (en
Inventor
山崎 舜平
Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
純一 肥塚
Junichi Hizuka
純一 肥塚
正美 神長
Masami Kaminaga
正美 神長
行徳 島
Yukinori Shima
行徳 島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority to JP2020065499A priority Critical patent/JP7026717B2/en
Publication of JP2020127016A publication Critical patent/JP2020127016A/en
Priority to JP2022021001A priority patent/JP2022058993A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7026717B2 publication Critical patent/JP7026717B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

To provide a transistor including an oxide semiconductor, in which a change in its electrical characteristics is prevented and its reliability is improved.SOLUTION: A transistor includes a first gate electrode, a first gate insulating film over the first gate electrode, a first oxide semiconductor film over the first gate insulating film, a second gate insulating film over the first oxide semiconductor film, and a second oxide semiconductor film over the second gate insulating film. The first oxide semiconductor film includes a channel region where the second oxide semiconductor film overlaps, a source region provided in contact with the channel region, and a drain region provided in contact with the channel region. The channel region includes a first layer and a second layer which is in contact with the top face of the first layer and covers a side face of the first channel layer in a channel width direction. The second oxide semiconductor film has a higher carrier density than the first oxide semiconductor film.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の一態様は、酸化物半導体膜を有する半導体装置及び該半導体装置を有する表示
装置に関する。
One embodiment of the present invention relates to a semiconductor device including an oxide semiconductor film and a display device including the semiconductor 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発明
の一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関する。または、本発明は、プロ
セス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物(コンポジション・オブ・マター)に
関する。特に、本発明の一態様は、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装
置、それらの駆動方法、またはそれらの製造方法に関する。
Note that one embodiment of the present invention is not limited to the above technical field. The technical field of one embodiment of the invention disclosed in this specification and the like relates to an object, a method, or a manufacturing method. Alternatively, the present invention relates to a process, machine, manufacture or composition (composition of matter). In particular, one embodiment of the present invention relates to a semiconductor device, a display device, a light-emitting device, a power storage device, a storage device, a driving method thereof, or a manufacturing method thereof.

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。トランジスタなどの半導体素子をはじめ、半導体回路、演算装置、記憶
装置は、半導体装置の一態様である。撮像装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、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 generally means a device that can function by utilizing semiconductor characteristics. A semiconductor circuit such as a transistor, a semiconductor circuit, an arithmetic unit, and a memory device are one mode of the semiconductor device. The imaging device, the display device, the liquid crystal display device, the light emitting device, the electro-optical device, the power generation device (including the thin film solar cell, the organic thin film solar cell, etc.), and the electronic device are
It may have a semiconductor device.

絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜を用いてトランジスタ(電界効果トラ
ンジスタ(FET)、または薄膜トランジスタ(TFT)ともいう)を構成する技術が注
目されている。該トランジスタは集積回路(IC)や画像表示装置(表示装置)のような
電子デバイスに広く応用されている。トランジスタに適用可能な半導体薄膜としてシリコ
ンを代表とする半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体が注
目されている。
A technique for forming a transistor (also referred to as a field effect transistor (FET) or a thin film transistor (TFT)) using a semiconductor thin film formed over a substrate having an insulating surface has attracted attention. The transistor is widely applied to electronic devices such as integrated circuits (ICs) and image display devices (display devices). A semiconductor material typified by silicon is widely known as a semiconductor thin film applicable to a transistor, but an oxide semiconductor is drawing attention as another material.

例えば、酸化物半導体として、In、Zn、Ga、Snなどを含む非晶質酸化物を用い
てトランジスタを作製する技術が開示されている(特許文献1参照)。また、自己整列ト
ップゲート構造を有する酸化物薄膜のトランジスタを作製する技術が開示されている(特
許文献2参照)。
For example, a technique of manufacturing a transistor using an amorphous oxide containing In, Zn, Ga, Sn, or the like as an oxide semiconductor is disclosed (see Patent Document 1). Further, a technique of manufacturing an oxide thin film transistor having a self-aligned top gate structure is disclosed (see Patent Document 2).

また、チャネルを形成する酸化物半導体層の下地絶縁層に、加熱により酸素を放出する
絶縁層を用い、該酸化物半導体層の酸素欠損を低減する半導体装置が開示されている(特
許文献3参照)。
Further, a semiconductor device in which an insulating layer which releases oxygen by heating is used for a base insulating layer of an oxide semiconductor layer which forms a channel and oxygen deficiency of the oxide semiconductor layer is reduced is disclosed (see Patent Document 3). ).

特開2006−165529号公報JP, 2006-165529, A 特開2009−278115号公報JP, 2009-278115, A 特開2012−009836号公報JP2012-009836A

酸化物半導体膜を有するトランジスタとしては、例えば、逆スタガ型(ボトムゲート構
造ともいう)またはスタガ型(トップゲート構造ともいう)等が挙げられる。酸化物半導
体膜を有するトランジスタを表示装置に適用する場合、スタガ型のトランジスタよりも逆
スタガ型のトランジスタの方が、作製工程が比較的簡単であり製造コストを抑えられるた
め、利用される場合が多い。しかしながら、表示装置の画面の大型化、または表示装置の
画質の高精細化(例えば、4k×2k(水平方向画素数=3840画素、垂直方向画素数
=2160画素)または8k×4k(水平方向画素数=7680画素、垂直方向画素数=
4320画素)に代表される高精細な表示装置)が進むと、逆スタガ型のトランジスタで
は、ゲート電極とソース電極及びドレイン電極との間の寄生容量があるため、該寄生容量
によって信号遅延等が大きくなり、表示装置の画質が劣化するという問題があった。そこ
で、酸化物半導体膜を有するスタガ型のトランジスタについて、安定した半導体特性及び
高い信頼性を有する構造の開発が望まれている。
Examples of the transistor including an oxide semiconductor film include an inverted staggered type (also referred to as a bottom gate structure), a staggered type (also referred to as a top gate structure), and the like. When a transistor including an oxide semiconductor film is applied to a display device, an inverted staggered transistor may be used as compared with a staggered transistor because the manufacturing process is relatively simple and manufacturing cost can be suppressed. Many. However, the screen of the display device is enlarged or the image quality of the display device is increased (for example, 4k×2k (horizontal pixel number=3840 pixels, vertical pixel number=2160 pixels) or 8k×4k (horizontal pixel number). Number = 7680 pixels, vertical pixel number =
High-definition display device typified by 4320 pixels), a reverse stagger type transistor has a parasitic capacitance between a gate electrode and a source electrode and a drain electrode. Therefore, the parasitic capacitance causes a signal delay or the like. However, there is a problem in that the image quality of the display device deteriorates due to the large size. Therefore, for a staggered transistor having an oxide semiconductor film, development of a structure having stable semiconductor characteristics and high reliability is desired.

また、酸化物半導体膜をチャネル領域に用いてトランジスタを作製する場合、酸化物半
導体膜のチャネル領域中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、酸化物半導体膜のチャネル領域中に酸素欠損が形成されると、該酸
素欠損に起因してキャリアが生成される。酸化物半導体膜のチャネル領域中にキャリアが
生成されると、酸化物半導体膜をチャネル領域に有するトランジスタの電気特性の変動、
代表的にはしきい値電圧のシフトが生じる。また、トランジスタごとに電気特性がばらつ
くという問題がある。したがって、酸化物半導体膜のチャネル領域においては、酸素欠損
が少ないほど好ましい。一方で、酸化物半導体膜をチャネル領域に用いるトランジスタに
おいて、ソース電極及びドレイン電極と接する酸化物半導体膜としては、ソース電極及び
ドレイン電極との接触抵抗を低減するために酸素欠損が多く、抵抗が低い方が好ましい。
In the case where a transistor is manufactured using an oxide semiconductor film for a channel region, oxygen vacancies formed in the channel region of the oxide semiconductor film are problematic because they affect transistor characteristics. For example, when oxygen vacancies are formed in the channel region of the oxide semiconductor film, carriers are generated due to the oxygen vacancies. When carriers are generated in the channel region of the oxide semiconductor film, variation in electric characteristics of a transistor including the oxide semiconductor film in the channel region,
A threshold voltage shift typically occurs. In addition, there is a problem that the electrical characteristics vary from transistor to transistor. Therefore, in the channel region of the oxide semiconductor film, the smaller the oxygen vacancies, the more preferable. On the other hand, in a transistor including an oxide semiconductor film in a channel region, the oxide semiconductor film in contact with the source electrode and the drain electrode has many oxygen vacancies in order to reduce contact resistance with the source electrode and the drain electrode, and has a high resistance. The lower the better.

上記問題に鑑み、本発明の一態様は、酸化物半導体を有するトランジスタにおいて、電
気特性の変動を抑制すると共に、信頼性を向上させることを課題の1つとする。または、
本発明の一態様は、酸化物半導体を有するスタガ型のトランジスタを提供することを課題
の1つとする。または、本発明の一態様は、酸化物半導体を有するオン電流が大きいトラ
ンジスタを提供することを課題の1つとする。または、本発明の一態様は、酸化物半導体
を有するオフ電流が小さいトランジスタを提供することを課題の1つとする。または、本
発明の一態様は、消費電力が低減された半導体装置を提供することを課題の1つとする。
または、本発明の一態様は、新規な半導体装置を提供することを課題の1つとする。
In view of the above problems, one object of one embodiment of the present invention is to suppress variation in electric characteristics of a transistor including an oxide semiconductor and improve reliability. Or
One object of one embodiment of the present invention is to provide a staggered transistor including an oxide semiconductor. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a transistor including an oxide semiconductor and having high on-state current. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a transistor including an oxide semiconductor and having low off-state current. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device with reduced power consumption.
Alternatively, it is an object of one embodiment of the present invention to provide a novel semiconductor device.

なお、上記の課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一
態様は、必ずしも、これらの課題の全てを解決する必要はない。上記以外の課題は、明細
書等の記載から自ずと明らかになるものであり、明細書等の記載から上記以外の課題を抽
出することが可能である。
Note that the description of the above problems does not prevent the existence of other problems. Note that one embodiment of the present invention does not necessarily need to solve all of these problems. Problems other than the above are naturally clarified from the description in the specification and the like, and problems other than the above can be extracted from the description in the specification and the like.

本発明の一態様は、トランジスタを有する半導体装置であって、トランジスタは、第1
のゲート電極と、第1のゲート電極上の第1のゲート絶縁膜と、第1のゲート絶縁膜上の
第1の酸化物半導体膜と、第1の酸化物半導体膜上の第2のゲート絶縁膜と、第2のゲー
ト絶縁膜上の第2の酸化物半導体膜と、を有し、第1の酸化物半導体膜は、第2の酸化物
半導体膜が重畳するチャネル領域と、チャネル領域に接して設けられるソース領域と、チ
ャネル領域に接して設けられるドレイン領域と、を有し、チャネル領域は、第1の層と、
第1の層の上面と接し、且つ第1の層のチャネル幅方向の側面を覆う第2の層と、を有し
、第2の酸化物半導体膜は、第1の酸化物半導体膜よりもキャリア密度が高い半導体装置
である。
One embodiment of the present invention is a semiconductor device including a transistor, the transistor having a first structure.
Gate electrode, a first gate insulating film on the first gate electrode, a first oxide semiconductor film on the first gate insulating film, and a second gate on the first oxide semiconductor film. An insulating film and a second oxide semiconductor film over the second gate insulating film, and the first oxide semiconductor film has a channel region where the second oxide semiconductor film overlaps, and a channel region. A source region provided in contact with the channel region and a drain region provided in contact with the channel region, the channel region including the first layer,
A second layer that is in contact with the upper surface of the first layer and covers a side surface of the first layer in the channel width direction, the second oxide semiconductor film being more than the first oxide semiconductor film. This is a semiconductor device having a high carrier density.

また、本発明の他の一態様は、トランジスタを有する半導体装置であって、トランジス
タは、第1のゲート電極と、第1のゲート電極上の第1のゲート絶縁膜と、第1のゲート
絶縁膜上の第1の酸化物半導体膜と、第1の酸化物半導体膜上の第2のゲート絶縁膜と、
第2のゲート絶縁膜上の第2の酸化物半導体膜と、を有し、第1の酸化物半導体膜は、第
2の酸化物半導体膜が重畳するチャネル領域と、チャネル領域に接して設けられるソース
領域と、チャネル領域に接して設けられるドレイン領域と、を有し、第1の酸化物半導体
膜は、第2の酸化物半導体膜が重畳するチャネル領域と、第2の絶縁膜が接するソース領
域と、第2の絶縁膜が接するドレイン領域と、を有し、チャネル領域は、第1の層と、第
1の層の上面と接し、且つ第1の層のチャネル幅方向の側面を覆う第2の層と、第1の層
の下面と接する第3の層と、を有し、第2の酸化物半導体膜は、第1の酸化物半導体膜よ
りもキャリア密度が高い半導体装置である。
Another embodiment of the present invention is a semiconductor device including a transistor, the transistor including a first gate electrode, a first gate insulating film over the first gate electrode, and a first gate insulating film. A first oxide semiconductor film over the film, a second gate insulating film over the first oxide semiconductor film,
A second oxide semiconductor film over the second gate insulating film, and the first oxide semiconductor film is provided in contact with the channel region and the channel region where the second oxide semiconductor film overlaps. A source region and a drain region provided in contact with the channel region, and the first oxide semiconductor film is in contact with the channel region where the second oxide semiconductor film overlaps with the second insulating film. The channel region has a source region and a drain region in contact with the second insulating film, and the channel region is in contact with the first layer and the upper surface of the first layer and has a side surface in the channel width direction of the first layer. And a second layer that covers the lower surface of the first layer and a third layer that is in contact with a lower surface of the first layer, and the second oxide semiconductor film has a higher carrier density than the first oxide semiconductor film. is there.

また、上記態様において、トランジスタは、さらに、第2の酸化物半導体膜上の絶縁膜
と、絶縁膜に設けられた開口部を介して、ソース領域に接続するソース電極と、絶縁膜に
設けられた開口部を介して、ドレイン領域に接続するドレイン電極と、を有すると好まし
い。
In the above embodiment, the transistor is further provided in the insulating film over the second oxide semiconductor film, a source electrode connected to the source region through an opening provided in the insulating film, and the insulating film. And a drain electrode connected to the drain region through the opening.

また、上記態様において、ソース領域及びドレイン領域は、水素、ホウ素、炭素、窒素
、フッ素、リン、硫黄、または希ガスの1以上を有すると好ましい。
In the above embodiment, the source region and the drain region preferably contain one or more of hydrogen, boron, carbon, nitrogen, fluorine, phosphorus, sulfur, or a rare gas.

また、上記態様において、第1の酸化物半導体膜、及び第2の酸化物半導体膜のいずれ
か一方または双方は、Inと、Znと、M(MはAl、Ga、Y、またはSn)と、を有
すると好ましい。また、上記態様において、第1の酸化物半導体膜、及び第2の酸化物半
導体膜のいずれか一方または双方は、結晶部を有し、結晶部は、c軸配向性を有すると好
ましい。
In the above embodiment, one or both of the first oxide semiconductor film and the second oxide semiconductor film are In, Zn, and M (M is Al, Ga, Y, or Sn). , Are preferred. In the above embodiment, it is preferable that one or both of the first oxide semiconductor film and the second oxide semiconductor film have a crystal part and the crystal part have c-axis orientation.

また、本発明の他の一態様は、上記各態様にいずれか一つに記載の半導体装置と表示素
子とを有する表示装置である。また、本発明の他の一態様は、該表示装置とタッチセンサ
とを有する表示モジュールである。また、本発明の他の一態様は、上記各態様にいずれか
一つに記載の半導体装置、上記表示装置、または上記表示モジュールと、操作キーまたは
バッテリとを有する電子機器である。
Another aspect of the present invention is a display device including the semiconductor device and the display element according to any one of the above aspects. Another embodiment of the present invention is a display module including the display device and a touch sensor. Another embodiment of the present invention is an electronic device including the semiconductor device described in any one of the above embodiments, the display device, or the display module, and an operation key or a battery.

本発明の一態様により、酸化物半導体を有するトランジスタにおいて、電気特性の変動
を抑制すると共に、信頼性を向上させることができる。または、本発明の一態様により、
酸化物半導体を有するスタガ型のトランジスタを提供することができる。または、本発明
の一態様により、酸化物半導体を有するオン電流が大きいトランジスタを提供することが
できる。または、本発明の一態様により、酸化物半導体を有するオフ電流が小さいトラン
ジスタを提供することができる。または、本発明の一態様により、消費電力が低減された
半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、新規な半導体装置
を提供することができる。
According to one embodiment of the present invention, in a transistor including an oxide semiconductor, variation in electric characteristics can be suppressed and reliability can be improved. Alternatively, according to one embodiment of the present invention,
A staggered transistor including an oxide semiconductor can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a transistor including an oxide semiconductor and having high on-state current can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a transistor including an oxide semiconductor and having low off-state current can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device with reduced power consumption can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a novel semiconductor 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、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図
面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
Note that the description of these effects does not disturb the existence of other effects. Note that one embodiment of the present invention does not necessarily have to have all of these effects. It should be noted that the effects other than these are apparent from the description of the specification, drawings, claims, etc., and the effects other than these can be extracted from the description of the specification, drawings, claims, etc. Is.

半導体装置の上面及び断面を説明する図。7A and 7B are diagrams illustrating a top surface and a cross section of a semiconductor device. 半導体装置の上面及び断面を説明する図。7A and 7B are diagrams illustrating a top surface and a cross section of a semiconductor device. 半導体装置の上面及び断面を説明する図。7A and 7B are diagrams illustrating a top surface and a cross section of a semiconductor device. 半導体装置の上面及び断面を説明する図。7A and 7B are diagrams illustrating a top surface and a cross section of a semiconductor device. 半導体装置の上面及び断面を説明する図。7A and 7B are diagrams illustrating a top surface and a cross section of a semiconductor device. 半導体装置の上面及び断面を説明する図。7A and 7B are diagrams illustrating a top surface and a cross section of a semiconductor device. 半導体装置の上面及び断面を説明する図。7A and 7B are diagrams illustrating a top surface and a cross section of a semiconductor device. バンド構造を説明する図。The figure explaining a band structure. 半導体装置の作製方法の断面を説明する図。6A to 6D are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device. 半導体装置の作製方法の断面を説明する図。6A to 6D are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device. 半導体装置の作製方法の断面を説明する図。6A to 6D are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device. 半導体装置の作製方法の断面を説明する図。6A to 6D are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device. CAAC−OSおよび単結晶酸化物半導体のXRDによる構造解析を説明する図、ならびにCAAC−OSの制限視野電子回折パターンを示す図。16A to 16C each illustrate a structural analysis of a CAAC-OS and a single crystal oxide semiconductor by XRD, and a selected area electron diffraction pattern of the CAAC-OS. CAAC−OSの断面TEM像、ならびに平面TEM像およびその画像解析像。A cross-sectional TEM image of the CAAC-OS, a plane TEM image, and an image analysis image thereof. nc−OSの電子回折パターンを示す図、およびnc−OSの断面TEM像。The figure which shows the electron diffraction pattern of nc-OS, and the cross-sectional TEM image of nc-OS. a−like OSの断面TEM像。Cross-sectional TEM image of a-like OS. In−Ga−Zn酸化物の電子照射による結晶部の変化を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a change in a crystal part of an In—Ga—Zn oxide due to electron irradiation. 表示装置の一態様を示す上面図。FIG. 6 is a top view illustrating one embodiment of a display device. 表示装置の一態様を示す断面図。FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a display device. 表示装置の一態様を示す断面図。FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a display device. 半導体装置の回路構成を説明する図。FIG. 6 illustrates a circuit configuration of a semiconductor device. 画素回路の構成を説明する図、及び画素回路の動作を説明するタイミングチャート。6A and 6B are diagrams illustrating a structure of a pixel circuit and a timing chart illustrating operation of the pixel circuit. 表示装置を説明するブロック図及び回路図。3A and 3B are a block diagram and a circuit diagram illustrating a display device. 本発明の一態様を説明するための回路図およびタイミングチャート。3A and 3B are a circuit diagram and a timing chart illustrating one embodiment of the present invention. 本発明の一態様を説明するためのグラフおよび回路図。16A and 16B are graphs and circuit diagrams each illustrating one embodiment of the present invention. 本発明の一態様を説明するための回路図およびタイミングチャート。3A and 3B are a circuit diagram and a timing chart illustrating one embodiment of the present invention. 本発明の一態様を説明するための回路図およびタイミングチャート。3A and 3B are a circuit diagram and a timing chart illustrating one embodiment of the present invention. 入出力装置の一例を示す断面図。Sectional drawing which shows an example of an input/output device. 表示モジュールを説明する図。FIG. 6 illustrates a display module. 電子機器を説明する図。7A to 7C each illustrate an electronic device.

以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、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 is easily understood by those skilled in the art that the embodiments can be implemented in many different modes, and that the modes and details can be variously changed without departing from the spirit and the scope thereof. .. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments below.

また、図面において、大きさ、層の厚さ、又は領域は、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。なお図面は、理想的な例を
模式的に示したものであり、図面に示す形状又は値などに限定されない。
In the drawings, the size, the layer thickness, or the region is exaggerated for clarity in some cases. Therefore, it is not necessarily limited to that scale. It should be noted that the drawings schematically show ideal examples and are not limited to the shapes or values shown in the drawings.

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ことを付記する。
In addition, the ordinal numbers “first”, “second”, and “third” used in this specification are added to avoid confusion among constituent elements, and are not meant to be numerically limited. Add note.

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。
In addition, in the present specification, terms such as “above” and “below” are used for convenience in order to explain the positional relationship between components with reference to the drawings. Further, the positional relationship between the components changes appropriately according to the direction in which each component is depicted. Therefore, it is not limited to the words and phrases described in the specification, and can be paraphrased appropriately according to 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
にチャネル領域を有しており、ドレインとチャネル領域とソースとを介して電流を流すこ
とができるものである。なお、本明細書等において、チャネル領域とは、電流が主として
流れる領域をいう。
In addition, in this specification and the like, a transistor is an element having at least three terminals including a gate, a drain, and a source. A channel region is provided between the drain (drain terminal, drain region or drain electrode) and the source (source terminal, source region or source electrode), and a current flows through the drain, the channel region, and the source. Is something that can be done. Note that in this specification and the like, a channel region refers to a region in which a 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。
Further, the functions of the source and the drain may be switched when a transistor of different polarity is used or when the direction of current changes in circuit operation. Therefore, in this specification and the like, the terms source and drain can be interchanged.

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。
In addition, in this specification and the like, the term “electrically connected” includes the case of being connected through “an object having some electrical action”. Here, the “object having some kind of electrical action” is not particularly limited as long as it can transfer an electric signal between the connection targets. For example, “things having some kind of electrical action” include electrodes and wirings, switching elements such as transistors, resistance elements, inductors, capacitors, and other elements having various functions.

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。
In addition, in this specification and the like, “parallel” means a state in which two straight lines are arranged at an angle of −10° to 10°. Therefore, a case of -5° or more and 5° or less is also included. Further, “vertical” means a state in which two straight lines are arranged at an angle of 80° or more and 100° or less. Therefore, the case of 85° or more and 95° 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 addition, in this specification and the like, the term “film” 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". Or, for example, the term “insulating film” is replaced with “insulating layer”.
It may be possible to change to the term.

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V
gs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。例えば、nチャネル
型のトランジスタのオフ電流とは、ゲートとソースの間の電圧Vgsがしきい値電圧Vt
hよりも低いときのドレイン電流を言う場合がある。
In this specification and the like, unless otherwise specified, off-state current refers to drain current when a transistor is in an off state (also referred to as a non-conduction state or a cutoff state). The off state is the voltage V between the gate and the source of the n-channel transistor unless otherwise noted.
This is a state in which gs is lower than the threshold voltage Vth, and in a p-channel transistor, a voltage Vgs between the gate and the source is higher than the threshold voltage Vth. For example, the off-state current of an n-channel transistor means that the voltage Vgs between the gate and the source is the threshold voltage Vt.
It may be referred to as a drain current when it is lower than h.

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-state current of a transistor may depend on Vgs. Therefore, the off-state current of a transistor is less than or equal to I may mean that there is a value of Vgs at which the off-state current of a transistor is less than or equal to I. The off-state current of a transistor may refer to an off-state at a predetermined Vgs, an off-state at Vgs within a predetermined range, an off-state at Vgs at which a sufficiently reduced off-state current is obtained, or the like.

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1×10−1
3Aであり、Vgsがー0.5Vにおけるドレイン電流が1×10−19Aであり、Vg
sがー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 0.5V, the drain current when Vgs is 0.5V is 1×10 −9 A, and the drain current when Vgs is 0.1V is 1×10 −1.
3A, drain current at Vgs of −0.5V is 1×10 −19A, Vg
Assume an n-channel transistor having a drain current of 1×10 −22 A when s is −0.8V. Since the drain current of the transistor is 1×10 −19 A or lower at Vgs of −0.5 V or in the range of Vgs of −0.5 V to −0.8 V, the off-state current of the transistor is 1×. It may be said that it is 10-19 A or less. Since there is Vgs at which the drain current of the transistor is 1×10 −22 A or lower, the off-state current of the transistor is 1×10 −22 A or lower in some cases.

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。
In addition, in this specification and the like, the off-state current of a transistor having a channel width W may be expressed as a current value flowing per channel width W. Further, 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 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に要求される
信頼性において用いられる温度、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℃、9
5℃、125℃、当該トランジスタが含まれる半導体装置に要求される信頼性において用
いられる温度、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-state current of a transistor may depend on temperature. In the present specification, off-state current may represent off-state current at room temperature, 60° C., 85° C., 95° C., or 125° C. unless otherwise specified. Alternatively, a temperature used for reliability required for a semiconductor device or the like including the transistor, or a temperature (for example, any one temperature of 5° C. to 35° C.) at which the semiconductor device or the like including the transistor is used. ), the off-state current may be expressed. The off-state current of a transistor is less than or equal to I means room temperature, 60° C., 85° C., 9
5° C., 125° C., a temperature used for reliability required for a semiconductor device including the transistor, or a temperature used for a semiconductor device including the transistor (for example, 5° C. to 35° C.) In some cases, there is a value of Vgs at which the off-state current of the transistor at one temperature) becomes 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
体装置等に要求される信頼性において用いられる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に要求される信頼性において用いられる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-state current of a transistor may depend on the voltage Vds between the drain and the source. In the present specification, off-state currents are Vds of 0.1 V, 0.8 V, unless otherwise specified.
It may represent off current at 1V, 1.2V, 1.8V, 2.5V, 3V, 3.3V, 10V, 12V, 16V, or 20V. Alternatively, it may represent Vds used for reliability required for a semiconductor device or the like including the transistor or an off-state current at Vds used in a semiconductor device or the like including the transistor. The off-state current of the transistor is I or less means that Vds is 0.1V, 0.8V, 1V, 1.
2V, 1.8V, 2.5V, 3V, 3.3V, 10V, 12V, 16V, 20V, Vds used in the reliability required for a semiconductor device including the transistor, or a semiconductor including the transistor. It may indicate that there is a value of Vgs at which the off-state current of a transistor at Vds used in a device or the like is less than or equal to I.

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-state current, the drain may be read as the source. That is, the off-state current may be referred to as a current flowing through the source when the transistor is off.

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 this specification and the like, the term “leakage current” may be used in the same meaning as off-state current. In this specification and the like, off-state current may refer to a current flowing between a source and a drain when the transistor is off, for example.

また、本明細書等において、半導体の不純物とは、半導体膜を構成する主成分以外をい
う。例えば、濃度が0.1原子%未満の元素は不純物である。不純物が含まれることによ
り、半導体にDOS(Density of State)が形成されることや、キャリ
ア移動度が低下することや、結晶性が低下することなどが起こる場合がある。半導体が酸
化物半導体を有する場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、第1族元
素、第2族元素、第14族元素、第15族元素、主成分以外の遷移金属などがあり、特に
、水素(水にも含まれる)、リチウム、ナトリウム、シリコン、ホウ素、リン、炭素、窒
素などがある。酸化物半導体の場合、例えば水素などの不純物の混入によって酸素欠損を
形成する場合がある。また、半導体がシリコンを有する場合、半導体の特性を変化させる
不純物としては、例えば、酸素、水素を除く第1族元素、第2族元素、第13族元素、第
15族元素などがある。
In addition, in this specification and the like, an impurity of a semiconductor means a substance other than a main component included in a semiconductor film. For example, an element whose concentration is less than 0.1 atomic% is an impurity. Due to the inclusion of impurities, DOS (Density of State) may be formed in the semiconductor, carrier mobility may be lowered, and crystallinity may be lowered. When the semiconductor has an oxide semiconductor, examples of impurities that change the characteristics of the semiconductor include a Group 1 element, a Group 2 element, a Group 14 element, a Group 15 element, and a transition metal other than the main component. In particular, hydrogen (also included in water), lithium, sodium, silicon, boron, phosphorus, carbon, nitrogen and the like. In the case of an oxide semiconductor, oxygen vacancies may be formed by the mixture of impurities such as hydrogen. In the case where the semiconductor contains silicon, examples of impurities that change the characteristics of the semiconductor include a Group 1 element other than oxygen and hydrogen, a Group 2 element, a Group 13 element, and a Group 15 element.

(実施の形態1)
本実施の形態では、トランジスタを有する半導体装置、及び該半導体装置の作製方法の
一例について、図1乃至図12を用いて説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, an example of a semiconductor device including a transistor and a method for manufacturing the semiconductor device will be described with reference to FIGS.

<1−1.半導体装置の構成例1>
図1(A)(B)(C)に、トランジスタを有する半導体装置の一例を示す。なお、図
1(A)(B)(C)に示すトランジスタは、トップゲート構造である。
<1-1. Configuration example 1 of semiconductor device>
1A, 1B, and 1C illustrate an example of a semiconductor device including a transistor. Note that the transistors illustrated in FIGS. 1A, 1B, and 1C each have a top-gate structure.

図1(A)は、トランジスタ150の上面図であり、図1(B)は図1(A)の一点鎖
線X1−X2間の断面図であり、図1(C)は図1(A)の一点鎖線Y1−Y2間の断面
図である。なお、図1(A)では、明瞭化のため、絶縁膜110などの構成要素を省略し
て図示している。なお、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。また、一点鎖線X1−X
2方向をチャネル長(L)方向、一点鎖線Y1−Y2方向をチャネル幅(W)方向と呼称
する場合がある。
1A is a top view of the transistor 150, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along dashed-dotted line X1-X2 in FIG. 1A, and FIG. 1C is FIG. It is sectional drawing between dashed-dotted line Y1-Y2. Note that in FIG. 1A, components such as the insulating film 110 are omitted for clarity. Note that in the top view of the transistor, FIG.
Similar to A), some components may be omitted in the drawing. Also, the alternate long and short dash line X1-X
The two directions may be referred to as a channel length (L) direction, and the one-dot chain line Y1-Y2 direction may be referred to as a channel width (W) direction.

図1(A)(B)(C)に示すトランジスタ150は、基板102上に形成された導電
膜106と、導電膜106上の絶縁膜104と、絶縁膜104上の酸化物半導体膜108
と、酸化物半導体膜108上の絶縁膜110と、絶縁膜110上の酸化物半導体膜112
と、酸化物半導体膜108、及び酸化物半導体膜112上の絶縁膜116と、を有する。
また、酸化物半導体膜108は、酸化物半導体膜112が重畳するチャネル領域108i
と、チャネル領域108iと接して設けられるソース領域108sと、チャネル領域10
8iと接して設けられるドレイン領域108dと、を有し、チャネル領域108iは、層
108_2と、層108_2の上面と接し、且つ層108_2のチャネル幅方向の側面を
覆う層108_3と、を有する。
A transistor 150 illustrated in FIGS. 1A, 1B, and 1C includes a conductive film 106 formed over a substrate 102, an insulating film 104 over the conductive film 106, and an oxide semiconductor film 108 over the insulating film 104.
And an insulating film 110 over the oxide semiconductor film 108 and an oxide semiconductor film 112 over the insulating film 110.
And an insulating film 116 over the oxide semiconductor film 112.
In addition, the oxide semiconductor film 108 has a channel region 108i where the oxide semiconductor film 112 overlaps.
A source region 108s provided in contact with the channel region 108i, and a channel region 10
The channel region 108i includes a layer 108_2 and a layer 108_3 which is in contact with the upper surface of the layer 108_2 and covers a side surface of the layer 108_2 in the channel width direction.

なお、ソース領域108s、及びドレイン領域108dは、それぞれ不純物元素を有す
る。当該不純物元素としては、水素、ホウ素、炭素、窒素、フッ素、リン、硫黄、または
希ガスが挙げられる。なお、希ガス元素の代表例としては、ヘリウム、ネオン、アルゴン
、クリプトン、及びキセノン等がある。ソース領域108s、及びドレイン領域108d
が上述の不純物元素を有する構成とすることで、酸化物半導体膜のキャリア密度を高くす
ることができる。
Note that the source region 108s and the drain region 108d each include an impurity element. Examples of the impurity element include hydrogen, boron, carbon, nitrogen, fluorine, phosphorus, sulfur, or a rare gas. Note that typical examples of rare gas elements include helium, neon, argon, krypton, and xenon. Source region 108s and drain region 108d
By including the above impurity element, the carrier density of the oxide semiconductor film can be increased.

また、酸化物半導体膜112は、絶縁膜110、層108_3、及び絶縁膜104に設
けられた開口部143を介して、導電膜106と電気的に接続される。よって、導電膜1
06と酸化物半導体膜112には、同じ電位が与えられる。ただし、これに限定されず、
開口部143を設けずに、導電膜106と、酸化物半導体膜112と、に異なる電位を与
えてもよい。
The oxide semiconductor film 112 is electrically connected to the conductive film 106 through the insulating film 110, the layer 108_3, and the opening 143 provided in the insulating film 104. Therefore, the conductive film 1
The same potential is applied to 06 and the oxide semiconductor film 112. However, it is not limited to this,
Different potentials may be applied to the conductive film 106 and the oxide semiconductor film 112 without providing the opening 143.

なお、導電膜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、酸化物半導体膜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、絶縁膜104は、第1のゲート絶縁膜としての機能を有し、絶
縁膜110は、第2のゲート絶縁膜としての機能を有する。
Note that the conductive film 106 has a function as a first gate electrode (also referred to as a bottom gate electrode), and the oxide semiconductor film 112 has a function as a second gate electrode (also referred to as a top gate electrode). .. The insulating film 104 has a function as a first gate insulating film, and the insulating film 110 has a function as a second gate insulating film.

また、トランジスタ150は、絶縁膜116上の絶縁膜118と、絶縁膜116、11
8、及び層108_3に設けられた開口部141aを介して、ソース領域108sに電気
的に接続される導電膜120aと、絶縁膜116、118、及び層108_3に設けられ
た開口部141bを介して、ドレイン領域108dに電気的に接続される導電膜120b
と、を有していてもよい。
In addition, the transistor 150 includes the insulating film 118 over the insulating film 116 and the insulating films 116 and 11
8 and the conductive film 120a electrically connected to the source region 108s through the opening 141a provided in the layer 108_3, the insulating films 116 and 118, and the opening 141b provided in the layer 108_3. , The conductive film 120b electrically connected to the drain region 108d
And may have.

なお、トランジスタ150としては、例えば、低温ポリシリコン(LTPS(Low
Temperature Poly−Silicon))、または水素化アモルファスシ
リコン(a−Si:H)の製造装置を用いて、形成することができる。したがって、新た
な設備投資をする必要がない、または新たな設備投資が極めて小さい。
The transistor 150 may be, for example, low temperature polysilicon (LTPS (Low
(Temperature Poly-Silicon)) or hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) manufacturing apparatus. Therefore, there is no need to make new capital investment, or new capital investment is extremely small.

また、本明細書等において、導電膜120aは、ソース電極としての機能を有し、導電
膜120bは、ドレイン電極としての機能を有する。
In this specification and the like, the conductive film 120a has a function as a source electrode and the conductive film 120b has a function as a drain electrode.

酸化物半導体膜108が有する、チャネル領域108iのチャネル幅(W)方向の側面
またはその近傍においては、加工におけるダメージにより欠陥(例えば、酸素欠損)が形
成されやすい、あるいは不純物の付着により汚染されやすい。そのため、チャネル領域1
08iが実質的に真性であっても、電界などのストレスが印加されることによって、チャ
ネル領域108iのチャネル幅(W)方向の側面またはその近傍が活性化され、低抵抗(
n型)領域となりやすい。また、チャネル領域108iのチャネル幅(W)方向の側面ま
たはその近傍がn型領域の場合、当該n型領域がキャリアのパスとなるため、寄生チャネ
ルが形成される場合がある。
On the side surface of the channel region 108i in the channel width (W) direction included in the oxide semiconductor film 108 or in the vicinity thereof, defects (e.g., oxygen vacancies) are likely to be formed due to damage in processing or are easily contaminated by adhesion of impurities. .. Therefore, the channel region 1
Even if 08i is substantially intrinsic, when a stress such as an electric field is applied, the side surface of the channel region 108i in the channel width (W) direction or its vicinity is activated, and low resistance (
It tends to be an n-type) region. When the side surface of the channel region 108i in the channel width (W) direction or the vicinity thereof is an n-type region, the n-type region serves as a carrier path, so that a parasitic channel may be formed.

そこで、本発明の一態様の半導体装置においては、チャネル領域108iを積層構造と
し、チャネル領域108iのチャネル幅(W)方向の側面を、積層構造の一方の層で覆う
構成とする。当該構成とすることで、チャネル領域108iの側面またはその近傍の欠陥
、あるいは不純物の付着を低減することが可能となる。
Therefore, in the semiconductor device of one embodiment of the present invention, the channel region 108i has a stacked structure and the side surface of the channel region 108i in the channel width (W) direction is covered with one layer of the stacked structure. With such a structure, defects on the side surface of the channel region 108i or in the vicinity thereof or adhesion of impurities can be reduced.

なお、図1(A)(B)(C)においては、チャネル領域108iの積層構造が、層1
08_2と、層108_3との2層構造としたがこれに限定されない。例えば、図2(A
)(B)(C)に示すような積層構造としてもよい。
1A, 1B, and 1C, the layered structure of the channel region 108i corresponds to the layer 1
Although it has a two-layer structure of 08_2 and the layer 108_3, the invention is not limited to this. For example, in FIG.
) (B) (C) may have a laminated structure.

図2(A)は、トランジスタ150Aの上面図であり、図2(B)は図2(A)の一点
鎖線X1−X2間の断面図であり、図2(C)は図2(A)の一点鎖線Y1−Y2間の断
面図である。
2A is a top view of the transistor 150A, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along dashed-dotted line X1-X2 in FIG. 2A, and FIG. 2C is FIG. It is sectional drawing between dashed-dotted line Y1-Y2.

トランジスタ150Aが有する酸化物半導体膜108は、酸化物半導体膜112が重畳
するチャネル領域108iと、チャネル領域108iと接して設けられるソース領域10
8sと、チャネル領域108iと接して設けられるドレイン領域108dと、を有する。
また、チャネル領域108iは、層108_2と、層108_2の上面と接し、且つ層1
08_2のチャネル幅方向の側面を覆う層108_3と、層108_2の下面と接する層
108_1と、を有する。
The oxide semiconductor film 108 included in the transistor 150A includes the channel region 108i in which the oxide semiconductor film 112 overlaps and the source region 10 provided in contact with the channel region 108i.
8s and a drain region 108d provided in contact with the channel region 108i.
The channel region 108i is in contact with the layer 108_2 and the top surface of the layer 108_2, and the layer 1
The layer 108_3 which covers the side surface of the channel 08_2 in the channel width direction and the layer 108_1 which is in contact with the bottom surface of the layer 108_2 are included.

このように、トランジスタ150Aは、先に示すトランジスタ150が有する酸化物半
導体膜108の構成が異なる。それ以外の構成については、トランジスタ150と同様の
構成であり、同様の効果を奏する。
Thus, the transistor 150A is different in the structure of the oxide semiconductor film 108 included in the transistor 150 described above. The rest of the configuration is similar to that of the transistor 150 and has the same effect.

酸化物半導体膜108中の層108_1と、層108_2と、層108_3とは、同一
の元素を少なくとも一つ有する。そのため、層108_1と層108_2との界面、また
は層108_2と層108_3との界面において、界面散乱が生じにくい。したがって、
該界面においてはキャリアの動きが阻害されないため、トランジスタ150及びトランジ
スタ150Aの電界効果移動度(単に移動度、またはμFEという場合がある)が高くな
る。
The layer 108_1, the layer 108_2, and the layer 108_3 in the oxide semiconductor film 108 include at least one same element. Therefore, interface scattering is unlikely to occur at the interface between the layers 108_1 and 108_2 or the interface between the layers 108_2 and 108_3. Therefore,
Since carrier movement is not hindered at the interface, field-effect mobility of the transistor 150 and the transistor 150A (sometimes referred to as mobility or μFE) is increased.

層108_1、108_2、108_3は、それぞれ、金属酸化物を有し、該金属酸化
物は少なくともインジウム(In)もしくは亜鉛(Zn)を有すると好ましい。
The layers 108_1, 108_2, and 108_3 each include a metal oxide, and the metal oxide preferably contains at least indium (In) or zinc (Zn).

酸化物半導体膜がInを有すると、例えばキャリア移動度(電子移動度)が高くなる。
また、酸化物半導体膜がZnを有すると、酸化物半導体膜の結晶化が起こり易い。
When the oxide semiconductor film contains In, carrier mobility (electron mobility) is increased, for example.
Further, when the oxide semiconductor film contains Zn, crystallization of the oxide semiconductor film is likely to occur.

また、酸化物半導体膜がスタビライザーとしての機能を有する元素Mを有すると、例え
ば酸化物半導体膜のエネルギーギャップ(Eg)が大きくなる。本発明の一態様に好適な
酸化物半導体膜としては、エネルギーギャップが2eV以上、好ましくは2.5eV以上
、より好ましくは3eV以上である。このように、エネルギーギャップの大きい金属酸化
物を酸化物半導体膜108に用いることで、トランジスタ150、150Aのオフ電流を
低減することができる。なお、元素Mは、酸素との結合エネルギーが高い元素であり、酸
素との結合エネルギーがInよりも高い。
When the oxide semiconductor film contains the element M having a function as a stabilizer, the energy gap (Eg) of the oxide semiconductor film becomes large, for example. An oxide semiconductor film suitable for one embodiment of the present invention has an energy gap of 2 eV or more, preferably 2.5 eV or more, more preferably 3 eV or more. Thus, by using a metal oxide having a wide energy gap for the oxide semiconductor film 108, off-state current of the transistors 150 and 150A can be reduced. The element M is an element having a high binding energy with oxygen and has a binding energy with oxygen higher than that of In.

本発明の一態様の半導体装置に好適な酸化物半導体膜としては、代表的には、In−Z
n酸化物、In−M酸化物、In−M−Zn酸化物を用いることができる。中でもIn−
M−Zn酸化物(Mはアルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、イットリウム(Y)、
またはスズ(Sn)を表す)を用いることが好ましい。特に、MをGaとする、In−G
a−Zn酸化物(以下、IGZOと呼ぶ場合がある。)を用いることが好ましい。
An oxide semiconductor film suitable for the semiconductor device of one embodiment of the present invention is typically In-Z
An n oxide, an In-M oxide, or an In-M-Zn oxide can be used. In-
M-Zn oxide (M is aluminum (Al), gallium (Ga), yttrium (Y),
Alternatively, tin (representing Sn) is preferably used. In particular, In-G in which M is Ga
It is preferable to use an a-Zn oxide (hereinafter sometimes referred to as IGZO).

層108_2がIn−M−Zn酸化物を有するとき、Znおよび酸素を除いてのIn及
びMの原子数比率は、Inが25atomic%より大きく、Mが75atomic%未
満であることが好ましく、さらに好ましくはInが34atomic%より大きく、Mが
66atomic%未満である。特に、層108_2は、Inの原子数比がMの原子数比
以上である領域を有すると好ましい。
When the layer 108_2 includes an In-M-Zn oxide, the atomic ratio of In and M excluding Zn and oxygen is preferably greater than 25 atomic% and less than 75 atomic %, more preferably less than 75 atomic %. Is greater than 34 atomic% and M is less than 66 atomic %. In particular, the layer 108_2 preferably has a region where the atomic ratio of In is greater than or equal to the atomic ratio of M.

また、層108_2が、Inの原子数比がMの原子数比以上である領域を有することで
、トランジスタ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1
50、150Aの電界効果移動度が10cm2/Vsを超える、さらに好ましくはトラン
ジスタ150、150Aの電界効果移動度が30cm2/Vsを超えることが可能となる
Further, the layer 108_2 has a region in which the atomic ratio of In is greater than or equal to the atomic ratio of M, whereby the field-effect mobility of the transistor can be increased. Specifically, the transistor 1
It is possible that the field effect mobility of 50, 150 A exceeds 10 cm 2 /Vs, and more preferably the field effect mobility of the transistors 150, 150 A exceeds 30 cm 2 /Vs.

例えば、電界効果移動度が高いトランジスタは、チャネル幅を小さくすることができる
。よって、当該トランジスタを、ゲート信号を生成する走査線駆動回路(ゲートドライバ
ともいう)、または走査線駆動回路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、走査線駆動回路のサイズを小さくすることができ、額縁幅
の狭い(狭額縁ともいう)半導体装置または表示装置を提供することができる。あるいは
、ゲート電圧を低減することが可能となるため、表示装置の消費電力を低減することがで
きる。
For example, a transistor having high field-effect mobility can have a small channel width. Therefore, by using the transistor for a scan line driver circuit (also referred to as a gate driver) that generates a gate signal or a demultiplexer connected to an output terminal of a shift register included in the scan line driver circuit, the scan line driver circuit A semiconductor device or a display device which can be reduced in size and has a narrow frame width (also referred to as a narrow frame) can be provided. Alternatively, since the gate voltage can be reduced, power consumption of the display device can be reduced.

また、トランジスタの電界効果移動度を高めることで、表示装置を高精細にすることが
できる。例えば、4k×2k(水平方向画素数=3840画素、垂直方向画素数=216
0画素)または8k×4k(水平方向画素数=7680画素、垂直方向画素数=4320
画素)に代表される高精細な表示装置の画素回路または駆動回路のトランジスタとして好
適に用いることができる。
In addition, the display device can have high definition by increasing the field-effect mobility of the transistor. For example, 4k×2k (horizontal pixel number=3840 pixels, vertical pixel number=216
0 pixels) or 8k x 4k (horizontal pixel number = 7680 pixel, vertical pixel number = 4320)
It can be preferably used as a pixel circuit of a high-definition display device represented by a pixel) or a transistor of a driving circuit.

一方で、層108_2が、Inの原子数比がMの原子数比以上である領域を有する場合
、エネルギーギャップ(Eg)が小さくなるため、光照射時にトランジスタの電気特性が
変動しやすくなる。しかしながら、本発明の一態様の半導体装置においては、層108_
2上に層108_3が形成されている。または、層108_1上に層108_2が形成さ
れている。
On the other hand, in the case where the layer 108_2 has a region where the atomic ratio of In is greater than or equal to the atomic ratio of M, the energy gap (Eg) becomes small, so that the electrical characteristics of the transistor are easily changed at the time of light irradiation. However, in the semiconductor device of one embodiment of the present invention, the layer 108_
A layer 108_3 is formed on the second layer. Alternatively, the layer 108_2 is formed over the layer 108_1.

また、層108_1、及び層108_3は、層108_2よりもInの原子数比が少な
い領域を有する。そのため、層108_2よりもEgが大きくなる。したがって、層10
8_2と、層108_3とを積層する、あるいは層108_1と、層108_2と、層1
08_3とを積層することで、トランジスタの光負バイアスストレス試験による耐性を高
めることが可能となる。
Further, the layers 108_1 and 108_3 each include a region in which the atomic ratio of In is lower than that of the layer 108_2. Therefore, Eg is higher than that of the layer 108_2. Therefore, layer 10
8_2 and the layer 108_3 are stacked, or the layer 108_1, the layer 108_2, and the layer 1
By stacking with 08_3, it is possible to increase the resistance of the transistor in the negative bias stress test by light.

層108_1、108_3がIn−M−Zn酸化物を有するとき、Znおよび酸素を除
いてのInおよびMの原子数比率は、Inが75atomic%未満、Mが25atom
ic%より大きいことが好ましく、さらに好ましくはInが66atomic%未満、M
が34atomic%より大きいである。特に、層108_1及び層108_3は、Mの
原子数比がInの原子数比以上である領域を有すると好ましい。
When the layers 108_1 and 108_3 include an In-M-Zn oxide, the atomic ratio of In and M excluding Zn and oxygen is such that In is less than 75 atomic% and M is 25 atom.
ic% is more preferable, In is less than 66 atomic%, M is more preferable.
Is greater than 34 atomic%. In particular, the layers 108_1 and 108_3 each preferably include a region in which the atomic ratio of M is greater than or equal to the atomic ratio of In.

なお、層108_1、108_3が、元素MをIn以上の原子数比で有することで、以
下の効果を有する場合がある。(1)エネルギーギャップが大きくなる。(2)電子親和
力が小さくなる。(3)外部からの不純物を遮蔽する。(4)絶縁性が高くなる。また、
元素Mは酸素との結合力が強い金属元素であるため、MをIn以上の原子数比で有するこ
とで、酸素欠損が生じにくくなる。
Note that the layers 108_1 and 108_3 may have the following effects by including the element M in the atomic ratio of In or higher. (1) The energy gap becomes large. (2) The electron affinity is reduced. (3) Shield impurities from the outside. (4) Insulation becomes high. Also,
Since the element M is a metal element having a strong bonding force with oxygen, oxygen deficiency is less likely to occur when the element M has an atomic ratio of In or higher.

また、層108_1、108_3が有する元素Mの原子数は、層108_2が有する元
素Mの原子数以上であることが好ましい。代表的には、層108_2が有する元素Mと比
較して、層108_1、108_3が有する元素Mの原子数比は、1.5倍以上が好まし
く、より好ましくは2倍以上である。
In addition, the number of atoms of the element M included in the layers 108_1 and 108_3 is preferably greater than or equal to the number of atoms of the element M included in the layers 108_2. Typically, the atomic ratio of the element M in the layers 108_1 and 108_3 is preferably 1.5 times or more, more preferably 2 times or more that of the element M in the layer 108_2.

また、層108_2が有するInの原子数は、層108_1、108_3が有するIn
の原子数以上であることが好ましい。代表的には、層108_1または層108_3が有
する元素Inと比較して、層108_2が有する元素Inの原子数比は、1.5倍以上が
好ましく、より好ましくは2倍以上である。このとき、層108_2は、トランジスタ1
50、150Aにおけるチャネル領域としての機能を有することができる。また、当該構
成によってトランジスタ150、150Aにおいてはオン電流が増大し、電界効果移動度
が高まる効果が期待できる。なお、電界効果移動度が高いトランジスタにおいて、しきい
値電圧がマイナスとなる電気特性(ノーマリーオン特性ともいう)になることがある。こ
れは、当該トランジスタが有する酸化物半導体膜に含まれる酸素欠損に起因して電荷が生
じ、低抵抗化するためである。トランジスタがノーマリーオン特性を有すると、動作時に
動作不良が発生しやすくなる、または非動作時の消費電力が高くなるなどの、様々な問題
が生じる。そのため、層108_2としては、不純物や欠陥(酸素欠損など)が少ない、
後述のCAAC−OSであることが好ましい。
In addition, the number of In atoms included in the layers 108_2 is equal to the number of In atoms included in the layers 108_1 and 108_3.
It is preferable that the number of atoms is not less than. Typically, the atomic ratio of the element In of the layer 108_2 is preferably 1.5 times or more, more preferably 2 times or more that of the element In of the layer 108_1 or the layer 108_3. At this time, the layer 108_2 includes the transistor 1
It can have a function as a channel region in 50 and 150A. In addition, the on-state current is increased in the transistors 150 and 150A by the structure, and an effect of increasing field-effect mobility can be expected. Note that a transistor with high field-effect mobility may have negative threshold voltage (i.e., normally-on characteristics) in some cases. This is because electric charge is generated due to oxygen vacancies contained in the oxide semiconductor film included in the transistor and the resistance is reduced. When the transistor has a normally-on characteristic, various problems occur such that a malfunction is likely to occur during operation and power consumption is high during non-operation. Therefore, the layer 108_2 has few impurities and defects (such as oxygen vacancies),
It is preferably a CAAC-OS described later.

<1−2.バンド構造>
次に、図1に示すトランジスタ150、及び図2に示すトランジスタ150Aにおける
酸化物半導体膜、及び当該酸化物半導体膜に接する絶縁膜のバンド構造について、図8を
用いて説明する。
<1-2. Band structure>
Next, a band structure of the oxide semiconductor film in the transistor 150 in FIG. 1 and the transistor 150A in FIG. 2 and a band structure of an insulating film in contact with the oxide semiconductor film will be described with reference to FIGS.

図8(A)は、絶縁膜104、層108_2、層108_3、及び絶縁膜110の膜厚
方向のバンド構造であり、図8(B)は、絶縁膜104、層108_1、層108_2、
層108_3、及び絶縁膜110の膜厚方向のバンド構造である。なお、バンド構造は、
理解を容易にするため絶縁膜104、層108_1、108_2、108_3、及び絶縁
膜110の伝導帯下端のエネルギー準位(Ec)を示す。
8A illustrates a band structure in the thickness direction of the insulating film 104, the layer 108_2, the layer 108_3, and the insulating film 110, and FIG. 8B illustrates the insulating film 104, the layer 108_1, the layer 108_2, and the band structure.
It is a band structure in the thickness direction of the layer 108_3 and the insulating film 110. The band structure is
Energy levels (Ec) at the bottoms of the conduction bands of the insulating film 104, the layers 108_1, 108_2, 108_3, and the insulating film 110 are shown for easy understanding.

また、ここでは、絶縁膜104及び絶縁膜110として酸化シリコン膜を用い、層10
8_1として金属元素の原子数比をIn:Ga:Zn=1:1:1.2の金属酸化物ター
ゲットを用いて形成される酸化物半導体膜を用い、層108_2として金属元素の原子数
比をIn:Ga:Zn=4:2:4.1の金属酸化物ターゲットを用いて形成される酸化
物半導体膜を用い、層108_3として金属元素の原子数比をIn:Ga:Zn=1:1
:1.2の金属酸化物ターゲットを用いて形成される酸化物半導体膜を用いる。
Further, here, a silicon oxide film is used as the insulating film 104 and the insulating film 110, and the layer 10
8_1 is an oxide semiconductor film formed using a metal oxide target in which the atomic ratio of metal elements is In:Ga:Zn=1:1:1.2, and the atomic ratio of metal elements is expressed as layer 108_2. An oxide semiconductor film formed using a metal oxide target of In:Ga:Zn=4:2:4.1 is used, and the atomic ratio of the metal elements is In:Ga:Zn=1:1 as the layer 108_3.
An oxide semiconductor film formed by using a metal oxide target of 1.2 is used.

図8(A)(B)に示すように、層108_1、層108_2、及び層108_3にお
いて、伝導帯下端のエネルギーは障壁がなく、なだらかに変化する。換言すると、連続的
に変化する、または連続接合する、ともいうことができる。そのため、このようなエネル
ギーバンドを埋め込みチャネル構造ともいう。
As shown in FIGS. 8A and 8B, in the layers 108_1, 108_2, and 108_3, the energy at the bottom of the conduction band changes smoothly without a barrier. In other words, it can be said that it continuously changes or continuously joins. Therefore, such an energy band is also referred to as a buried channel structure.

これは層108_1と層108_2と層108_3とが共通の元素を有し、層108_
1と層108_2と層108_3との間で、酸素が相互に移動することで、混合層が形成
されるためである。また、このようなバンド構造を有するためには、層108_1と層1
08_2との界面、あるいはそう108_2と層108_3との界面において、トラップ
中心や再結合中心のような欠陥準位を形成する不純物が存在しないような積層構造とする
This is because the layers 108_1, 108_2, and 108_3 have a common element, and the layers 108_
This is because oxygen migrates between 1 and the layers 108_2 and 108_3 to form a mixed layer. In addition, in order to have such a band structure, the layers 108_1 and 108-1
At the interface with 08_2 or the interface between 108_2 and layer 108_3, a stacked structure is formed so that impurities such as trap centers and recombination centers that form defect levels do not exist.

なお、連続接合が形成されず、層108_1と層108_2との界面、または層108
_2と層108_3との界面に不純物が混在すると、エネルギーバンドの連続性が失われ
、界面でキャリアがトラップされ、あるいは再結合して、消滅してしまう。
Note that a continuous bond is not formed, and the interface between the layers 108_1 and 108_2 or the layer 108_1 is formed.
When impurities are mixed at the interface between the _2 and the layer 108_3, the continuity of the energy band is lost, carriers are trapped at the interface, or are recombined and disappear.

連続接合を形成するためには、ロードロック室を備えてマルチチャンバー方式の成膜装
置(スパッタリング装置)を用いて各膜を大気に触れさせることなく連続して積層するこ
とが好ましい。スパッタリング装置における各チャンバーは、酸化物半導体膜にとって、
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ポンプを
用いて高真空(5×10−7Pa乃至1×10−4Pa程度まで)排気することが好まし
い。または、ターボ分子ポンプとコールドトラップを組み合わせて排気系統からチャンバ
ー内に気体、特に炭素または水素を有する気体が逆流しないようにしておくことが好まし
い。
In order to form a continuous bond, it is preferable that a film is deposited in a multi-chamber system (sputtering device) equipped with a load lock chamber so that the films are continuously laminated without exposing them to the atmosphere. Each chamber in the sputtering device is
High vacuum (up to about 5×10 −7 Pa to 1×10 −4 Pa) is preferably exhausted using an adsorption type vacuum pump such as a cryopump in order to remove impurities such as water as much as possible. Alternatively, it is preferable to combine a turbo molecular pump and a cold trap so that gas, particularly gas having carbon or hydrogen, does not flow backward from the exhaust system into the chamber.

図8(A)(B)に示す構成とすることで、層108_2がウェル(井戸)となり、層
108_2、及び層108_3を有するトランジスタ150、並びに層108_1、層1
08_2、及び層108_3を有するトランジスタ150Aにおいて、チャネル領域が層
108_2に形成されることが分かる。
With the structure illustrated in FIGS. 8A and 8B, the layer 108_2 serves as a well and the transistor 150 including the layer 108_2 and the layer 108_3, the layer 108_1, and the layer 1
It can be seen that in the transistor 150A including 08_2 and the layer 108_3, a channel region is formed in the layer 108_2.

トランジスタ150においては、層108_3と絶縁膜110との界面近傍に、不純物
または欠陥に起因したトラップ準位が形成されても、層108_3が設けられることによ
って、層108_2とトラップ準位が形成される領域とを遠ざけることができる。また、
トランジスタ150Aにおいては、層108_1と絶縁膜104との界面近傍、及び層1
08_3と絶縁膜110との界面近傍に、不純物または欠陥に起因したトラップ準位が形
成されても、層108_1、108_3が設けられることによって、層108_2とトラ
ップ準位が形成される領域とを遠ざけることができる。
In the transistor 150, even if a trap level due to an impurity or a defect is formed in the vicinity of the interface between the layer 108_3 and the insulating film 110, the layer 108_3 is provided to form the layer 108_2 and the trap level. You can move away from the area. Also,
In the transistor 150A, the vicinity of the interface between the layer 108_1 and the insulating film 104 and the layer 1
Even if a trap level due to an impurity or a defect is formed near the interface between 08_3 and the insulating film 110, the layers 108_1 and 108_3 are provided, so that the layer 108_2 and the region where the trap level are formed are separated from each other. be able to.

ただし、トラップ準位のエネルギー準位が、チャネル領域として機能する層108_2
の伝導帯下端のエネルギー準位(Ec)より低くなる場合、トラップ準位に電子が捕捉さ
れやすくなる。トラップ準位に電子が捕獲され蓄積されることで、絶縁膜表面にマイナス
の固定電荷が生じ、トランジスタのしきい値電圧がプラス方向にシフトしてしまう。した
がって、トラップ準位のエネルギー準位が、層108_2の伝導帯下端のエネルギー準位
(Ec)より高くなるような構成とすると好ましい。このようにすることで、トラップ準
位に電子が蓄積しにくくなり、トランジスタのオン電流を増大させることが可能であると
共に、電界効果移動度を高めることができる。また、トランジスタのしきい値電圧の変動
が低減され、安定した電気特性となるため好適である。
However, the energy level of the trap level is the layer 108_2 functioning as a channel region.
When the energy level becomes lower than the energy level (Ec) at the lower end of the conduction band of, electrons are easily trapped in the trap level. Electrons are trapped and accumulated in the trap level, so that negative fixed charges are generated on the surface of the insulating film and the threshold voltage of the transistor shifts in the positive direction. Therefore, it is preferable that the energy level of the trap level be higher than the energy level (Ec) of the bottom of the conduction band of the layer 108_2. By doing so, electrons are less likely to be accumulated in the trap level, the on-current of the transistor can be increased, and the field-effect mobility can be increased. In addition, variation in the threshold voltage of the transistor is reduced and stable electrical characteristics are obtained, which is preferable.

また、層108_1及び層108_3がチャネル領域の一部として機能することを防止
するため、層108_1及び層108_3には層108_2より導電率が低い材料を用い
ると好ましい。そのため、層108_1、108_3を、その物性及び/または機能から
、それぞれ酸化物絶縁膜とも呼べる。また、層108_1、108_3には、電子親和力
(真空準位と伝導帯下端のエネルギー準位との差)が層108_2よりも小さく、伝導帯
下端のエネルギー準位が層108_2の伝導帯下端エネルギー準位と差分(バンドオフセ
ット)を有する材料を用いると好ましい。また、ドレイン電圧の大きさに依存したしきい
値電圧の差が生じることを抑制するためには、層108_1、108_3の伝導帯下端の
エネルギー準位が、層108_2の伝導帯下端のエネルギー準位よりも0.2eVより真
空準位に近い材料、好ましくは0.5eV以上真空準位に近い材料を適用することが好ま
しい。
Further, in order to prevent the layers 108_1 and 108_3 from functioning as part of the channel region, it is preferable to use a material having lower conductivity than the layers 108_2 for the layers 108_1 and 108_3. Therefore, the layers 108_1 and 108_3 can also be referred to as oxide insulating films due to their physical properties and/or functions. Further, in the layers 108_1 and 108_3, the electron affinity (difference between the vacuum level and the energy level at the bottom of the conduction band) is smaller than that of the layer 108_2, and the energy level at the bottom of the conduction band is at the bottom energy level of the conduction band at the layer 108_2. It is preferable to use a material having a unit and a difference (band offset). In addition, in order to suppress a difference in threshold voltage depending on the magnitude of the drain voltage, the energy level at the bottom of the conduction band of the layers 108_1 and 108_3 is set to the energy level at the bottom of the conduction band of the layer 108_2. It is preferable to apply a material closer to the vacuum level than 0.2 eV, preferably a material closer to the vacuum level than 0.5 eV.

このような構成を有することで、チャネル領域108iの中でも、層108_2が主な
電流経路となる。すなわち、層108_2は、チャネル領域としての機能を有し、層10
8_1、108_3は、酸化物絶縁膜としての機能を有する。また、層108_1、10
8_3は、チャネル領域が形成される層108_2を構成する金属元素の一種以上から構
成される酸化物半導体膜であるため、層108_1と層108_2との界面、または層1
08_2と層108_3との界面において、界面散乱が起こりにくい。従って、該界面に
おいてはキャリアの動きが阻害されないため、トランジスタの電界効果移動度が高くなる
With such a structure, the layer 108_2 serves as a main current path in the channel region 108i. That is, the layer 108_2 has a function as a channel region and the layer 10_2
8_1 and 108_3 have a function as an oxide insulating film. In addition, the layers 108_1 and 10
8_3 is an oxide semiconductor film formed of one or more kinds of metal elements included in the layer 108_2 in which the channel region is formed; therefore, 8_3 is an interface between the layers 108_1 and 108_2 or the layer 1
Interface scattering hardly occurs at the interface between 08_2 and the layer 108_3. Therefore, carrier movement is not hindered at the interface, so that the field-effect mobility of the transistor is increased.

<1−3.第2のゲート電極として機能する酸化物半導体膜>
次に、第2のゲート電極として機能する酸化物半導体膜について、説明する。第2のゲ
ート電極として機能する酸化物半導体膜112は、絶縁膜110に酸素を供給する機能を
有する。酸化物半導体膜112が、絶縁膜110に酸素を供給する機能を有することで、
絶縁膜110は、過剰酸素領域を有する。絶縁膜110が過剰酸素領域を有することで、
酸化物半導体膜108、より具体的にはチャネル領域108i中に当該過剰酸素を供給す
ることができる。よって、チャネル領域108iの酸素欠損が過剰酸素により補填される
ことで、信頼性の高い半導体装置とすることができる。
<1-3. Oxide semiconductor film functioning as second gate electrode>
Next, the oxide semiconductor film which functions as the second gate electrode is described. The oxide semiconductor film 112 that functions as the second gate electrode has a function of supplying oxygen to the insulating film 110. Since the oxide semiconductor film 112 has a function of supplying oxygen to the insulating film 110,
The insulating film 110 has an excess oxygen region. Since the insulating film 110 has an excess oxygen region,
The excess oxygen can be supplied to the oxide semiconductor film 108, more specifically, the channel region 108i. Therefore, by supplementing the oxygen vacancies in the channel region 108i with excess oxygen, a highly reliable semiconductor device can be obtained.

なお、酸化物半導体膜108中に過剰酸素を供給させるためには、酸化物半導体膜10
8の下方に形成される絶縁膜104に過剰酸素を供給してもよい。また、酸化物半導体膜
108の上方に形成される絶縁膜110に過剰酸素を有する構成とし、絶縁膜110を介
してソース領域108s、及びドレイン領域108dに不純物を添加することで、チャネ
ル領域108i、ソース領域108s、及びドレイン領域108dに過剰酸素を供給させ
たのち、ソース領域108s、及びドレイン領域108dのキャリア密度を選択的に高め
ることができる。
Note that in order to supply excess oxygen to the oxide semiconductor film 108, the oxide semiconductor film 10
Excess oxygen may be supplied to the insulating film 104 formed below the electrode 8. In addition, the insulating film 110 formed over the oxide semiconductor film 108 has a structure including excess oxygen, and an impurity is added to the source region 108s and the drain region 108d through the insulating film 110, whereby the channel region 108i, After supplying excess oxygen to the source region 108s and the drain region 108d, the carrier density of the source region 108s and the drain region 108d can be selectively increased.

また、絶縁膜116は、窒素または水素のいずれか一方または双方を有する。絶縁膜1
16が窒素または水素のいずれか一方または双方を有する構成とすることで、酸化物半導
体膜112に窒素または水素のいずれか一方または双方を供給することができる。
Further, the insulating film 116 contains either one or both of nitrogen and hydrogen. Insulation film 1
With the structure in which 16 contains one or both of nitrogen and hydrogen, one or both of nitrogen and hydrogen can be supplied to the oxide semiconductor film 112.

なお、酸化物半導体膜112は、絶縁膜110に酸素を供給したのち、絶縁膜116か
ら窒素または水素のいずれか一方または双方が供給されることで、キャリア密度が高くな
る。別言すると、酸化物半導体膜112は、酸化物導電体(OC:Oxide Cond
uctor)としての機能も有する。したがって、酸化物半導体膜112は、酸化物半導
体膜108よりもキャリア密度が高くなり、第2のゲート電極として機能することができ
る。
Note that the oxide semiconductor film 112 has high carrier density by supplying oxygen to the insulating film 110 and then supplying either or both of nitrogen and hydrogen from the insulating film 116. In other words, the oxide semiconductor film 112 is formed of an oxide conductor (OC: Oxide Cond).
It also has a function as an uctor). Therefore, the oxide semiconductor film 112 has a higher carrier density than the oxide semiconductor film 108 and can function as the second gate electrode.

また、酸化物半導体膜108が有するソース領域108s、及びドレイン領域108d
、並びに酸化物半導体膜112は、それぞれ、酸素欠損を形成する元素を有していてもよ
い。上記酸素欠損を形成する元素としては、代表的には水素、ホウ素、炭素、窒素、フッ
素、リン、硫黄、塩素、希ガス等が挙げられる。また、希ガス元素の代表例としては、ヘ
リウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、及びキセノン等がある。
In addition, the source region 108s and the drain region 108d included in the oxide semiconductor film 108
The oxide semiconductor film 112 may include an element that forms oxygen vacancies. Typical examples of the element that forms the oxygen deficiency include hydrogen, boron, carbon, nitrogen, fluorine, phosphorus, sulfur, chlorine, and rare gas. Representative examples of rare gas elements include helium, neon, argon, krypton, and xenon.

不純物元素が酸化物半導体膜に添加されると、酸化物半導体膜中の金属元素と酸素の結
合が切断され、酸素欠損が形成される。または、不純物元素が酸化物半導体膜に添加され
ると、酸化物半導体膜中の金属元素と結合していた酸素が不純物元素と結合し、金属元素
から酸素が脱離され、酸素欠損が形成される。これらの結果、酸化物半導体膜においてキ
ャリア密度が増加し、導電性が高くなる。
When the impurity element is added to the oxide semiconductor film, the bond between the metal element and oxygen in the oxide semiconductor film is broken and oxygen vacancies are formed. Alternatively, when the impurity element is added to the oxide semiconductor film, oxygen that is bonded to the metal element in the oxide semiconductor film is bonded to the impurity element, oxygen is released from the metal element, and oxygen vacancies are formed. It As a result, the carrier density in the oxide semiconductor film is increased and the conductivity is increased.

以上のように、本発明の一態様の半導体装置においては、チャネル領域となる酸化物半
導体膜の側面を覆い、且つチャネル領域の上方に形成される絶縁膜に、第2のゲート電極
として機能する酸化物半導体膜により、過剰酸素を含有させる。このような構成とするこ
とで、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
As described above, in the semiconductor device of one embodiment of the present invention, the insulating film which covers the side surface of the oxide semiconductor film to be the channel region and is formed above the channel region functions as the second gate electrode. The oxide semiconductor film contains excess oxygen. With such a structure, a highly reliable semiconductor device can be provided.

<1−4.s−channel構造>
次に、s−channel構造について、説明する。
<1-4. s-channel structure>
Next, the s-channel structure will be described.

酸化物半導体膜108は、図1(C)に示すように、第1のゲート電極として機能する
導電膜106と、第2のゲート電極として機能する酸化物半導体膜112のそれぞれと対
向するように位置し、2つのゲート電極として機能する導電膜または酸化物半導体膜に挟
まれている。
As illustrated in FIG. 1C, the oxide semiconductor film 108 is provided so as to face the conductive film 106 functioning as a first gate electrode and the oxide semiconductor film 112 functioning as a second gate electrode. It is located and sandwiched between two conductive films or oxide semiconductor films which function as gate electrodes.

また、酸化物半導体膜112のチャネル幅(W)方向の長さは、酸化物半導体膜108
のチャネル幅(W)方向の長さよりも長く、酸化物半導体膜108のチャネル幅(W)方
向全体は、絶縁膜110を介して酸化物半導体膜112に覆われている。また、酸化物半
導体膜112と導電膜106とは、絶縁膜104、層108_3及び絶縁膜110に設け
られる開口部143において接続されるため、酸化物半導体膜108のチャネル幅(W)
方向の側面の一方は、絶縁膜110を介して酸化物半導体膜112と対向している。
The length of the oxide semiconductor film 112 in the channel width (W) direction is as follows.
Is longer than the channel width (W) direction, and the entire channel width (W) direction of the oxide semiconductor film 108 is covered with the oxide semiconductor film 112 with the insulating film 110 interposed therebetween. In addition, since the oxide semiconductor film 112 and the conductive film 106 are connected to each other in the opening 143 provided in the insulating film 104, the layer 108_3, and the insulating film 110, the channel width (W) of the oxide semiconductor film 108
One of the side surfaces in the direction faces the oxide semiconductor film 112 with the insulating film 110 interposed therebetween.

別言すると、トランジスタ150のチャネル幅(W)方向において、導電膜106及び
酸化物半導体膜112は、絶縁膜104、層108_3、及び絶縁膜110に設けられる
開口部143において接続すると共に、絶縁膜104、層108_3、及び絶縁膜110
を介して酸化物半導体膜108を取り囲む構成である。
In other words, in the channel width (W) direction of the transistor 150, the conductive film 106 and the oxide semiconductor film 112 are connected to each other in the opening 143 provided in the insulating film 104, the layer 108_3, and the insulating film 110, and the insulating film is formed. 104, the layer 108_3, and the insulating film 110
The oxide semiconductor film 108 is surrounded by the oxide semiconductor film 108.

このような構成を有することで、トランジスタ150に含まれる酸化物半導体膜108
を、第1のゲート電極として機能する導電膜106及び第2のゲート電極として機能する
酸化物半導体膜112の電界によって電気的に取り囲むことができる。トランジスタ15
0のように、第1のゲート電極及び第2のゲート電極の電界によって、チャネル領域が形
成される酸化物半導体膜を電気的に取り囲むトランジスタのデバイス構造をsurrou
nded channel(s−channel)構造と呼ぶことができる。
With such a structure, the oxide semiconductor film 108 included in the transistor 150 is included.
Can be electrically surrounded by the electric fields of the conductive film 106 functioning as the first gate electrode and the oxide semiconductor film 112 functioning as the second gate electrode. Transistor 15
0, a device structure of a transistor that electrically surrounds an oxide semiconductor film in which a channel region is formed by the electric field of the first gate electrode and the second gate electrode is surroud.
It can be referred to as a nested channel (s-channel) structure.

トランジスタ150は、s−channel構造を有するため、導電膜106または酸
化物半導体膜112によってチャネルを誘起させるための電界を効果的に酸化物半導体膜
108に印加することができるため、トランジスタ150の電流駆動能力が向上し、高い
オン電流特性を得ることが可能となる。また、オン電流を高くすることが可能であるため
、トランジスタ150を微細化することが可能となる。また、トランジスタ150は、導
電膜106、及び酸化物半導体膜112によって取り囲まれた構造を有するため、トラン
ジスタ150の機械的強度を高めることができる。
Since the transistor 150 has an s-channel structure, an electric field for inducing a channel by the conductive film 106 or the oxide semiconductor film 112 can be effectively applied to the oxide semiconductor film 108; The driving ability is improved, and high on-current characteristics can be obtained. Further, since the on-state current can be increased, the transistor 150 can be miniaturized. Further, since the transistor 150 has a structure surrounded by the conductive film 106 and the oxide semiconductor film 112, the mechanical strength of the transistor 150 can be increased.

なお、トランジスタ150のチャネル幅(W)方向において、開口部143が形成され
ていない酸化物半導体膜108の側面側に、開口部143と異なる開口部を形成してもよ
い。あるいは、開口部143を設けない構成としてもよい。その場合の一例を図7(A)
(B)(C)に示す。図7(A)は、トランジスタ170の上面図であり、図7(B)は
図7(A)の一点鎖線X1−X2間の断面図であり、図7(C)は図7(A)の一点鎖線
Y1−Y2間の断面図である。
Note that in the channel width (W) direction of the transistor 150, an opening different from the opening 143 may be formed on the side surface of the oxide semiconductor film 108 where the opening 143 is not formed. Alternatively, the opening 143 may not be provided. An example of that case is shown in FIG.
Shown in (B) and (C). 7A is a top view of the transistor 170, FIG. 7B is a cross-sectional view taken along dashed-dotted line X1-X2 in FIG. 7A, and FIG. 7C is FIG. 7A. It is sectional drawing between dashed-dotted line Y1-Y2.

また、トランジスタ150に示すように、トランジスタが、半導体膜を間に挟んで存在
する一対のゲート電極を有している場合、一方のゲート電極には信号Aが、他方のゲート
電極には固定電位Vbが与えられてもよい。また、一方のゲート電極には信号Aが、他方
のゲート電極には信号Bが与えられてもよい。また、一方のゲート電極には固定電位Va
が、他方のゲート電極には固定電位Vbが与えられてもよい。
Further, as shown in the transistor 150, when the transistor has a pair of gate electrodes which sandwich a semiconductor film therebetween, the signal A is applied to one gate electrode and the fixed potential is applied to the other gate electrode. Vb may be given. Further, the signal A may be supplied to one gate electrode and the signal B may be supplied to the other gate electrode. In addition, a fixed potential Va is applied to one of the gate electrodes.
However, the fixed potential Vb may be applied to the other gate electrode.

信号Aは、例えば、導通状態または非導通状態を制御するための信号である。信号Aは
、電位V1、または電位V2(V1>V2とする)の2種類の電位をとるデジタル信号で
あってもよい。例えば、電位V1を高電源電位とし、電位V2を低電源電位とすることが
できる。信号Aは、アナログ信号であってもよい。
The signal A is, for example, a signal for controlling the conducting state or the non-conducting state. The signal A may be a digital signal that takes two types of potentials, the potential V1 or the potential V2 (V1>V2). For example, the potential V1 can be a high power supply potential and the potential V2 can be a low power supply potential. The signal A may be an analog signal.

固定電位Vbは、例えば、トランジスタの一方のゲート電極からみたしきい値電圧Vt
hAを制御するための電位である。固定電位Vbは、電位V1、または電位V2であって
もよい。この場合、特別な電位発生回路は不要である。固定電位Vbは、電位V1、また
は電位V2と異なる電位であってもよい。固定電位Vbを低くすることで、しきい値電圧
VthAを高くできる場合がある。その結果、ゲートーソース間電圧Vgsが0Vのとき
のドレイン電流を低減し、トランジスタを有する回路のリーク電流を低減できる場合があ
る。例えば、固定電位Vbを低電源電位よりも低くしてもよい。固定電位Vbを高くする
ことで、しきい値電圧VthAを低くできる場合がある。その結果、ゲートーソース間電
圧VgsがVDDのときのドレイン電流を向上させ、トランジスタを有する回路の動作速
度を向上できる場合がある。例えば、固定電位Vbを低電源電位よりも高くしてもよい。
The fixed potential Vb is, for example, the threshold voltage Vt seen from one gate electrode of the transistor.
It is a potential for controlling hA. The fixed potential Vb may be the potential V1 or the potential V2. In this case, a special potential generating circuit is unnecessary. The fixed potential Vb may be a potential different from the potential V1 or the potential V2. The threshold voltage VthA may be increased by decreasing the fixed potential Vb. As a result, the drain current when the gate-source voltage Vgs is 0 V can be reduced, and the leakage current of a circuit including a transistor can be reduced in some cases. For example, the fixed potential Vb may be lower than the low power supply potential. The threshold voltage VthA may be lowered by increasing the fixed potential Vb. As a result, the drain current when the gate-source voltage Vgs is VDD can be improved, and the operation speed of a circuit including a transistor can be improved in some cases. For example, the fixed potential Vb may be higher than the low power supply potential.

信号Bは、例えば、導通状態または非導通状態を制御するための信号である。信号Bは
、電位V3、または電位V4(V3>V4とする)の2種類の電位をとるデジタル信号で
あってもよい。例えば、電位V3を高電源電位とし、電位V4を低電源電位とすることが
できる。信号Bは、アナログ信号であってもよい。
The signal B is, for example, a signal for controlling the conducting state or the non-conducting state. The signal B may be a digital signal that takes two types of potentials, the potential V3 and the potential V4 (V3>V4). For example, the potential V3 can be a high power supply potential and the potential V4 can be a low power supply potential. The signal B may be an analog signal.

信号Aと信号Bが共にデジタル信号である場合、信号Bは、信号Aと同じデジタル値を
持つ信号であってもよい。この場合、トランジスタのオン電流を向上し、トランジスタを
有する回路の動作速度を向上できる場合がある。このとき、信号Aにおける電位V1及び
電位V2は、信号Bにおける電位V3及び電位V4と、異なっていても良い。例えば、信
号Bが入力されるゲートに対応するゲート絶縁膜が、信号Aが入力されるゲートに対応す
るゲート絶縁膜よりも厚い場合、信号Bの電位振幅(V3−V4)を、信号Aの電位振幅
(V1−V2)より大きくしても良い。そうすることで、トランジスタの導通状態または
非導通状態に対して、信号Aが与える影響と、信号Bが与える影響と、を同程度とするこ
とができる場合がある。
When both the signal A and the signal B are digital signals, the signal B may be a signal having the same digital value as the signal A. In this case, the on-state current of the transistor can be improved and the operation speed of the circuit including the transistor can be improved in some cases. At this time, the potential V1 and the potential V2 in the signal A may be different from the potential V3 and the potential V4 in the signal B. For example, when the gate insulating film corresponding to the gate to which the signal B is input is thicker than the gate insulating film corresponding to the gate to which the signal A is input, the potential amplitude (V3-V4) of the signal B is It may be larger than the potential amplitude (V1-V2). By doing so, in some cases, the influence of the signal A and the influence of the signal B on the conduction state or the non-conduction state of the transistor can be made similar to each other.

信号Aと信号Bが共にデジタル信号である場合、信号Bは、信号Aと異なるデジタル値
を持つ信号であってもよい。この場合、トランジスタの制御を信号Aと信号Bによって別
々に行うことができ、より高い機能を実現できる場合がある。例えば、トランジスタがn
チャネル型である場合、信号Aが電位V1であり、かつ、信号Bが電位V3である場合の
み導通状態となる場合や、信号Aが電位V2であり、かつ、信号Bが電位V4である場合
のみ非導通状態となる場合には、一つのトランジスタでNAND回路やNOR回路等の機
能を実現できる場合がある。また、信号Bは、しきい値電圧VthAを制御するための信
号であってもよい。例えば、信号Bは、トランジスタを有する回路が動作している期間と
、当該回路が動作していない期間と、で電位が異なる信号であっても良い。信号Bは、回
路の動作モードに合わせて電位が異なる信号であってもよい。この場合、信号Bは信号A
ほど頻繁には電位が切り替わらない場合がある。
When both the signal A and the signal B are digital signals, the signal B may have a digital value different from that of the signal A. In this case, the transistors can be controlled separately by the signal A and the signal B, and a higher function may be realized in some cases. For example, if the transistor is n
In the case of a channel type, only when the signal A is the potential V1 and the signal B is the potential V3, the conductive state is obtained, or when the signal A is the potential V2 and the signal B is the potential V4. In the case where only the non-conducting state occurs, the function of the NAND circuit, the NOR circuit, or the like may be realized by one transistor. Further, the signal B may be a signal for controlling the threshold voltage VthA. For example, the signal B may be a signal whose potential is different between a period in which a circuit including a transistor is operating and a period in which the circuit is not operating. The signal B may be a signal having a different potential depending on the operation mode of the circuit. In this case, signal B is signal A
The electric potential may not switch so often.

信号Aと信号Bが共にアナログ信号である場合、信号Bは、信号Aと同じ電位のアナロ
グ信号、信号Aの電位を定数倍したアナログ信号、または、信号Aの電位を定数だけ加算
もしくは減算したアナログ信号等であってもよい。この場合、トランジスタのオン電流が
向上し、トランジスタを有する回路の動作速度を向上できる場合がある。信号Bは、信号
Aと異なるアナログ信号であってもよい。この場合、トランジスタの制御を信号Aと信号
Bによって別々に行うことができ、より高い機能を実現できる場合がある。
When both the signal A and the signal B are analog signals, the signal B is an analog signal having the same potential as the signal A, an analog signal obtained by multiplying the potential of the signal A by a constant, or the potential of the signal A is added or subtracted by a constant. It may be an analog signal or the like. In this case, the on-state current of the transistor is improved and the operation speed of the circuit including the transistor can be improved in some cases. The signal B may be an analog signal different from the signal A. In this case, the transistors can be controlled separately by the signal A and the signal B, and a higher function may be realized in some cases.

信号Aがデジタル信号であり、信号Bがアナログ信号であってもよい。または信号Aが
アナログ信号であり、信号Bがデジタル信号であってもよい。
The signal A may be a digital signal and the signal B may be an analog signal. Alternatively, the signal A may be an analog signal and the signal B may be a digital signal.

トランジスタの両方のゲート電極に固定電位を与える場合、トランジスタを、抵抗素子
と同等の素子として機能させることができる場合がある。例えば、トランジスタがnチャ
ネル型である場合、固定電位Vaまたは固定電位Vbを高く(低く)することで、トラン
ジスタの実効抵抗を低く(高く)することができる場合がある。固定電位Va及び固定電
位Vbを共に高く(低く)することで、一つのゲートしか有さないトランジスタによって
得られる実効抵抗よりも低い(高い)実効抵抗が得られる場合がある。
When a fixed potential is applied to both gate electrodes of the transistor, the transistor can function as a resistance element in some cases. For example, in the case where the transistor is an n-channel transistor, in some cases, the effective resistance of the transistor can be reduced (increased) by increasing (decreasing) the fixed potential Va or the fixed potential Vb. By increasing (decreasing) both the fixed potential Va and the fixed potential Vb, an effective resistance lower (higher) than the effective resistance obtained by a transistor having only one gate may be obtained.

<1−5.半導体装置の構成要素>
次に、図1(A)(B)(C)に示す半導体装置の構成要素の詳細について説明する。
<1-5. Components of semiconductor device>
Next, details of components of the semiconductor device illustrated in FIGS. 1A, 1B, and 1C will be described.

[基板]
基板102としては、様々な基板を用いることができ、特定のものに限定されることは
ない。基板の一例としては、半導体基板(例えば単結晶基板またはシリコン基板)、SO
I基板、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、金属基板、ステンレス・スチル基板
、ステンレス・スチル・ホイルを有する基板、タングステン基板、タングステン・ホイル
を有する基板、可撓性基板、貼り合わせフィルム、繊維状の材料を含む紙、または基材フ
ィルムなどがある。ガラス基板の一例としては、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホ
ウケイ酸ガラス、またはソーダライムガラスなどがある。可撓性基板、貼り合わせフィル
ム、基材フィルムなどの一例としては、以下のものがあげられる。例えば、ポリエチレン
テレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルサルフ
ォン(PES)に代表されるプラスチックがある。または、一例としては、アクリル等の
合成樹脂などがある。または、一例としては、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフッ
化ビニル、ポリ塩化ビニルなどがある。または、一例としては、ポリアミド、ポリイミド
、アラミド、エポキシ、無機蒸着フィルム、または紙類などがある。特に、半導体基板、
単結晶基板、またはSOI基板などを用いてトランジスタを製造することによって、特性
、サイズ、または形状などのばらつきが少なく、電流能力が高く、サイズの小さいトラン
ジスタを製造することができる。このようなトランジスタによって回路を構成すると、回
路の低消費電力化、または回路の高集積化を図ることができる。
[substrate]
Various substrates can be used as the substrate 102, and the substrate 102 is not limited to a particular substrate. Examples of the substrate include a semiconductor substrate (for example, a single crystal substrate or a silicon substrate), SO
I substrate, glass substrate, quartz substrate, plastic substrate, metal substrate, stainless steel substrate, substrate having stainless steel foil, tungsten substrate, substrate having tungsten foil, flexible substrate, laminated film, fibrous There is a paper or a base film containing the above materials. Examples of glass substrates include barium borosilicate glass, aluminoborosilicate glass, and soda lime glass. Examples of the flexible substrate, the laminated film, the base film and the like include the following. For example, there are plastics represented by polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), and polyether sulfone (PES). Alternatively, as an example, there is a synthetic resin such as acrylic resin. Alternatively, examples include polypropylene, polyester, polyvinyl fluoride, polyvinyl chloride, and the like. Alternatively, for example, polyamide, polyimide, aramid, epoxy, an inorganic vapor deposition film, paper, or the like can be given. In particular, semiconductor substrates,
By manufacturing a transistor using a single crystal substrate, an SOI substrate, or the like, a transistor with small variation in characteristics, size, shape, high current capability, and small size can be manufactured. When a circuit is formed using such a transistor, low power consumption of the circuit or high integration of the circuit can be achieved.

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、トランジスタを形
成してもよい。または、基板102とトランジスタ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、トランジスタを耐熱性の劣る基板や可
撓性の基板にも転載できる。なお、上述の剥離層には、例えば、タングステン膜と酸化シ
リコン膜との無機膜の積層構造の構成、または基板上にポリイミド等の有機樹脂膜が形成
された構成等を用いることができる。
Alternatively, a flexible substrate may be used as the substrate 102, and the transistor may be formed directly on the flexible substrate. Alternatively, a separation layer may be provided between the substrate 102 and the transistor. The peeling layer can be used for separating a semiconductor device over part of or the whole of the semiconductor layer, separating it from the substrate 102, and transferring to another substrate. At that time, the transistor can be transferred to a substrate having low heat resistance or a flexible substrate. Note that, for the above-described release layer, for example, a structure having a stacked structure of an inorganic film of a tungsten film and a silicon oxide film, a structure in which an organic resin film such as polyimide is formed over a substrate, or the like can be used.

トランジスタが転載される基板の一例としては、上述したトランジスタを形成すること
が可能な基板に加え、紙基板、セロファン基板、アラミドフィルム基板、ポリイミドフィ
ルム基板、石材基板、木材基板、布基板(天然繊維(絹、綿、麻)、合成繊維(ナイロン
、ポリウレタン、ポリエステル)若しくは再生繊維(アセテート、キュプラ、レーヨン、
再生ポリエステル)などを含む)、皮革基板、またはゴム基板などがある。これらの基板
を用いることにより、特性のよいトランジスタの形成、消費電力の小さいトランジスタの
形成、壊れにくい装置の製造、耐熱性の付与、軽量化、または薄型化を図ることができる
As an example of a substrate on which a transistor is transferred, in addition to the substrate on which the transistor can be formed, a paper substrate, a cellophane substrate, an aramid film substrate, a polyimide film substrate, a stone substrate, a wood substrate, a cloth substrate (natural fiber) (Silk, cotton, hemp), synthetic fibers (nylon, polyurethane, polyester) or recycled fibers (acetate, cupra, rayon,
(Including recycled polyester)), leather substrate, or rubber substrate. By using these substrates, formation of a transistor with excellent characteristics, formation of a transistor with low power consumption, manufacture of a device that is not easily broken, heat resistance imparted, weight reduction, or thickness reduction can be achieved.

[第1のゲート絶縁膜]
絶縁膜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、絶縁膜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、酸化物半導体膜108との界面特性を向上させるため、絶縁膜104に
おいて少なくとも酸化物半導体膜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、絶縁膜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膜104に含まれる酸素を、酸化物半導体膜108に移動させる
ことが可能である。
[First gate insulating film]
As the insulating film 104, sputtering method, CVD method, vapor deposition method, pulse laser deposition (
It can be formed by appropriately using a PLD) method, a printing method, a coating method, or the like. In addition, the insulating film 104
For example, the oxide insulating film or the nitride insulating film can be formed as a single layer or a stacked layer. Note that in order to improve interface characteristics with the oxide semiconductor film 108, at least a region of the insulating film 104 which is in contact with the oxide semiconductor film 108 is preferably formed using an oxide insulating film. By using an oxide insulating film which releases oxygen by heating as the insulating film 104, oxygen contained in the insulating film 104 can be moved to the oxide semiconductor film 108 by heat treatment.

絶縁膜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。絶縁膜104を厚くすることで
、絶縁膜104の酸素放出量を増加させることができると共に、絶縁膜104と酸化物半
導体膜108との界面における界面準位、並びに酸化物半導体膜108のチャネル領域1
08i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 film 104 can be 50 nm or more, 100 nm or more and 3000 nm or less, or 200 nm or more and 1000 nm or less. By thickening the insulating film 104, the amount of oxygen released from the insulating film 104 can be increased, the interface state at the interface between the insulating film 104 and the oxide semiconductor film 108, and the channel region of the oxide semiconductor film 108 can be obtained. 1
It is possible to reduce oxygen deficiency contained in 08i.

絶縁膜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、絶縁膜
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、絶縁膜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、酸化物半導体膜108中に効率よく酸素を導入することがで
きる。
As the insulating film 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 can be provided as a single layer or a stacked layer. In this embodiment, as the insulating film 104, a stacked-layer structure of a silicon nitride film and a silicon oxynitride film is used. As described above, by using the insulating film 104 as a stacked structure and using the silicon nitride film as the lower layer side and the silicon oxynitride film as the upper layer side, oxygen can be efficiently introduced into the oxide semiconductor film 108.

[酸化物半導体膜]
酸化物半導体膜108、及び酸化物半導体膜112は、先に示す材料を用いることがで
きる。また、酸化物半導体膜108及び酸化物半導体膜112のいずれか一方または双方
は、In−M−Zn酸化物(MはAl、Ga、Y、またはSn)等の金属酸化物で形成さ
れる。また、酸化物半導体膜108及び酸化物半導体膜112として、In−Ga酸化物
、In−Zn酸化物を用いてもよい。とくに、酸化物半導体膜108と、酸化物半導体膜
112とは、同じ構成元素からなる金属酸化物で形成されると、製造コストを低減できる
ため好ましい。
[Oxide semiconductor film]
For the oxide semiconductor film 108 and the oxide semiconductor film 112, any of the above materials can be used. Further, one or both of the oxide semiconductor film 108 and the oxide semiconductor film 112 is formed using a metal oxide such as an In-M-Zn oxide (M is Al, Ga, Y, or Sn). Alternatively, an In—Ga oxide or an In—Zn oxide may be used as the oxide semiconductor film 108 and the oxide semiconductor film 112. In particular, it is preferable that the oxide semiconductor film 108 and the oxide semiconductor film 112 be formed using a metal oxide containing the same constituent element because manufacturing costs can be reduced.

なお、酸化物半導体膜108及び酸化物半導体膜112がIn−M−Zn酸化物の場合
、InとMの原子数比率は、In及びMの和を100atomic%としたときInが2
5atomic%より高く、Mが75atomic%未満、またはInが34atomi
c%より高く、Mが66atomic%未満とする。
Note that when the oxide semiconductor film 108 and the oxide semiconductor film 112 are In-M-Zn oxides, the atomic ratio of In and M is 2 when In is the sum of In and M is 100 atomic %.
Higher than 5 atomic %, M less than 75 atomic %, or In 34 atomic
It is higher than c% and M is less than 66 atomic %.

酸化物半導体膜108及び酸化物半導体膜112は、エネルギーギャップが2eV以上
、または2.5eV以上、または3eV以上であると好ましい。
The oxide semiconductor film 108 and the oxide semiconductor film 112 each preferably have an energy gap of 2 eV or more, or 2.5 eV or more, or 3 eV or more.

酸化物半導体膜108の厚さは、3nm以上200nm以下、好ましくは3nm以上1
00nm以下、さらに好ましくは3nm以上60nm以下である。また、酸化物半導体膜
112の厚さは、5nm以上500nm以下、好ましくは10nm以上300nm以下、
さらに好ましくは20nm以上100nm以下である。
The thickness of the oxide semiconductor film 108 is 3 nm or more and 200 nm or less, preferably 3 nm or more 1
00 nm or less, and more preferably 3 nm or more and 60 nm or less. The thickness of the oxide semiconductor film 112 is 5 nm or more and 500 nm or less, preferably 10 nm or more and 300 nm or less,
More preferably, it is 20 nm or more and 100 nm or less.

酸化物半導体膜108、及び酸化物半導体膜112がIn−M−Zn酸化物の場合、I
n−M−Zn酸化物を成膜するために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子
数比は、In≧M、Zn≧Mを満たすことが好ましい。このようなスパッタリングターゲ
ットの金属元素の原子数比として、In:M:Zn=1:1:1、In:M:Zn=1:
1:1.2、In:M:Zn=2:1:1.5、In:M:Zn=2:1:2.3、In
:M:Zn=2:1:3、In:M:Zn=3:1:2、In:M:Zn=4:2:4.
1、In:M:Zn=5:1:7等が好ましい。なお、成膜される酸化物半導体膜108
、及び酸化物半導体膜112の原子数比はそれぞれ、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%程度変動することがある。例えば、
スパッタリングターゲットとして、原子数比がIn:Ga:Zn=4:2:4.1を用い
る場合、成膜される酸化物半導体膜原子数比は、In:Ga:Zn=4:2:3近傍とな
る場合がある。
When the oxide semiconductor film 108 and the oxide semiconductor film 112 are In-M-Zn oxides, I
The atomic ratio of the metal elements of the sputtering target used for forming the n-M-Zn oxide preferably satisfies In≧M and Zn≧M. As the atomic ratio of the metal elements of such a sputtering target, In:M:Zn=1:1:1, In:M:Zn=1:1.
1:1.2, In:M:Zn=2:1:1.5, In:M:Zn=2:1:2.3, In
:M:Zn=2:1:3, In:M:Zn=3:1:2, In:M:Zn=4:2:4.
1, In:M:Zn=5:1:7 and the like are preferable. Note that the oxide semiconductor film 108 to be formed
, And the atomic ratio of the oxide semiconductor film 112 may vary by about ±40% of the atomic ratio of the metal element contained in the sputtering target. For example,
When an atomic ratio of In:Ga:Zn=4:2:4.1 is used as a sputtering target, the atomic ratio of an oxide semiconductor film to be formed is near In:Ga:Zn=4:2:3. May be

また、酸化物半導体膜108、及び酸化物半導体膜112において、第14族元素の一
つであるシリコンや炭素が含まれると、酸素欠損が増加し、n型となる場合がある。この
ため、酸化物半導体膜108、特にチャネル領域108iにおいて、シリコンあるいは炭
素の濃度(二次イオン質量分析法により得られる濃度)を、2×1018atoms/c
m3以下、または2×1017atoms/cm3以下とすることができる。この結果、
トランジスタは、しきい値電圧がプラスとなる電気特性(ノーマリーオフ特性ともいう。
)を有する。
Further, in the oxide semiconductor film 108 and the oxide semiconductor film 112, when silicon or carbon which is one of the Group 14 elements is contained, oxygen vacancies increase, which might result in n-type conductivity. Therefore, in the oxide semiconductor film 108, particularly in the channel region 108i, the concentration of silicon or carbon (the concentration obtained by secondary ion mass spectrometry) is set to 2×1018 atoms/c.
It can be set to m3 or less, or 2×1017 atoms/cm3 or less. As a result,
The transistor has an electrical characteristic with a positive threshold voltage (also referred to as normally-off characteristic).
) Has.

また、チャネル領域108iにおいて、二次イオン質量分析法により得られるアルカリ
金属またはアルカリ土類金属の濃度を、1×1018atoms/cm3以下、または2
×1016atoms/cm3以下とすることができる。アルカリ金属及びアルカリ土類
金属は、酸化物半導体と結合するとキャリアを生成する場合があり、トランジスタのオフ
電流が増大してしまうことがある。このため、チャネル領域108iのアルカリ金属また
はアルカリ土類金属の濃度を低減することが好ましい。この結果、トランジスタは、しき
い値電圧がプラスとなる電気特性(ノーマリーオフ特性ともいう。)を有する。
In the channel region 108i, the concentration of alkali metal or alkaline earth metal obtained by secondary ion mass spectrometry is 1×10 18 atoms/cm 3 or less, or 2
It can be set to x1016 atoms/cm3 or less. Alkali metal and alkaline earth metal may generate carriers when combined with an oxide semiconductor, which might increase off-state current of the transistor. Therefore, it is preferable to reduce the concentration of alkali metal or alkaline earth metal in the channel region 108i. As a result, the transistor has electric characteristics in which the threshold voltage is positive (also referred to as normally-off characteristics).

また、チャネル領域108iに窒素が含まれていると、キャリアである電子が生じ、キ
ャリア密度が増加し、n型となる場合がある。この結果、窒素が含まれている酸化物半導
体膜を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。従って、チャネル領域1
08iにおいて、窒素はできる限り低減されていることが好ましい。例えば、二次イオン
質量分析法により得られる窒素濃度を、5×1018atoms/cm3以下とすればよ
い。
In addition, when the channel region 108i contains nitrogen, electrons that are carriers are generated, carrier density increases, and n-type conductivity may occur. As a result, a transistor including an oxide semiconductor film containing nitrogen is likely to have normally-on characteristics. Therefore, the channel region 1
In 08i, nitrogen is preferably reduced as much as possible. For example, the nitrogen concentration obtained by the secondary ion mass spectrometry may be 5×10 18 atoms/cm 3 or less.

また、チャネル領域108iにおいて、不純物元素を低減することで、酸化物半導体膜
のキャリア密度を低減することができる。このため、チャネル領域108iにおいては、
キャリア密度を1×1017個/cm3以下、または1×1015個/cm3以下、また
は1×1013個/cm3以下、または1×1011個/cm3以下とすることができる
Further, the carrier density of the oxide semiconductor film can be reduced by reducing the impurity element in the channel region 108i. Therefore, in the channel region 108i,
The carrier density can be 1×10 17 pieces/cm 3 or less, 1×10 15 pieces/cm 3 or less, 1×10 13 pieces/cm 3 or less, or 1×10 11 pieces/cm 3 or less.

チャネル領域108iとして、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低い酸化物半導体膜
を用いることで、さらに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る。
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呼ぶ。あるいは、真性、または実質的に真性と呼ぶ。高純
度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体は、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場合がある。従って、当該酸化物半導体膜にチャネ
ル領域が形成されるトランジスタは、しきい値電圧がプラスとなる電気特性(ノーマリー
オフ特性ともいう。)になりやすい。また、高純度真性または実質的に高純度真性である
酸化物半導体膜は、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酸化物半導体膜は、オフ電流が著しく
小さい特性を得ることができる。従って、当該酸化物半導体膜にチャネル領域が形成され
るトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる場合があ
る。
By using an oxide semiconductor film having a low impurity concentration and a low density of defect states as the channel region 108i, a transistor having further excellent electrical characteristics can be manufactured.
Here, low impurity concentration and low defect level density (low oxygen deficiency) are referred to as high-purity intrinsic or substantially high-purity intrinsic. Alternatively, it is called intrinsic or substantially intrinsic. A highly purified intrinsic or substantially highly purified intrinsic oxide semiconductor has few carrier generation sources.
In some cases, the carrier density can be lowered. Therefore, a transistor in which a channel region is formed in the oxide semiconductor film is likely to have positive threshold voltage (also referred to as normally-off characteristic). In addition, a highly purified intrinsic or substantially highly purified intrinsic oxide semiconductor film has a low density of defect states and thus has a low density of trap states in some cases.
In addition, a highly purified intrinsic or substantially highly purified intrinsic oxide semiconductor film can have characteristics in which off-state current is extremely small. Therefore, a transistor in which a channel region is formed in the oxide semiconductor film has a small variation in electric characteristics and may be a highly reliable transistor.

また、ソース領域108s、及びドレイン領域108dは、不純物元素を有する。ソー
ス領域108s、及びドレイン領域108dが不純物元素を有することで、キャリア密度
が高くなる。また、酸化物半導体膜112は、絶縁膜116と接する。酸化物半導体膜1
12が絶縁膜116と接することで、絶縁膜116から酸化物半導体膜112に水素及び
窒素のいずれか一方または双方が添加されるため、キャリア密度が高くなる。
Further, the source region 108s and the drain region 108d contain an impurity element. Since the source region 108s and the drain region 108d contain an impurity element, carrier density is increased. The oxide semiconductor film 112 is in contact with the insulating film 116. Oxide semiconductor film 1
When 12 is in contact with the insulating film 116, one or both of hydrogen and nitrogen are added from the insulating film 116 to the oxide semiconductor film 112, so that the carrier density is increased.

また、酸化物半導体膜108、及び酸化物半導体膜112のいずれか一方または双方は
、非単結晶構造でもよい。非単結晶構造は、例えば、後述するCAAC−OS(C Ax
is Aligned Crystalline Oxide Semiconduct
or)、多結晶構造、後述する微結晶構造、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
Further, one or both of the oxide semiconductor film 108 and the oxide semiconductor film 112 may have a non-single-crystal structure. The non-single crystal structure has, for example, a CAAC-OS (C Ax described later).
is Aligned Crystalline Oxide Semiconductor
or), a polycrystalline structure, a microcrystalline structure described later, or an amorphous structure. In the non-single-crystal structure, the amorphous structure has the highest defect level density and the CAAC-OS has the lowest defect level density.

なお、酸化物半導体膜108が、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の
領域、CAAC−OSの領域、及び単結晶構造の領域の二種以上を有する単層膜、あるい
はこの膜が積層された構造であってもよい。また、酸化物半導体膜112が、非晶質構造
の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、CAAC−OSの領域、及び単結晶構造
の領域の二種以上を有する単層膜、あるいはこの膜が積層された構造であってもよい。
Note that the oxide semiconductor film 108 is a single-layer film having two or more kinds of an amorphous structure region, a microcrystalline structure region, a polycrystalline structure region, a CAAC-OS region, and a single crystal structure region, Alternatively, the film may have a laminated structure. In addition, the oxide semiconductor film 112 is a single-layer film having two or more kinds of an amorphous structure region, a microcrystalline structure region, a polycrystalline structure region, a CAAC-OS region, and a single crystal structure region, Alternatively, the film may have a laminated structure.

なお、酸化物半導体膜108において、チャネル領域108iと、ソース領域108s
及びドレイン領域108dとの結晶性が異なる場合がある。具体的には、酸化物半導体膜
108において、チャネル領域108iよりもソース領域108s及びドレイン領域10
8dの方が、結晶性が低い場合がある。これは、ソース領域108s及びドレイン領域1
08dに不純物元素が添加された際に、ソース領域108s及びドレイン領域108dに
ダメージが入ってしまい、結晶性が低下するためである。
Note that in the oxide semiconductor film 108, the channel region 108i and the source region 108s
And the drain region 108d may have different crystallinity. Specifically, in the oxide semiconductor film 108, the source region 108s and the drain region 10 are more than the channel region 108i.
8d may have lower crystallinity. This is the source region 108s and the drain region 1.
This is because when the impurity element is added to 08d, the source region 108s and the drain region 108d are damaged and the crystallinity is lowered.

[第2のゲート絶縁膜]
絶縁膜110は、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、酸化物半導体膜108との界面特性を向上させるため、絶縁膜110に
おいて少なくとも酸化物半導体膜108と接する領域は酸化物絶縁膜を用いて形成するこ
とが好ましい。絶縁膜110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。
[Second gate insulating film]
The insulating film 110 can be formed as a single layer or a stacked layer of an oxide insulating film or a nitride insulating film. Note that in order to improve interface characteristics with the oxide semiconductor film 108, at least a region of the insulating film 110 which is in contact with the oxide semiconductor film 108 is preferably formed using an oxide insulating film. As the insulating film 110, for example, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, aluminum oxide, hafnium oxide, gallium oxide, or Ga is used.
-Zn oxide or the like may be used and can be provided as a single layer or a stacked layer.

また、絶縁膜110として、酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する絶縁膜を設
けることで、酸化物半導体膜108からの酸素の外部への拡散と、外部から酸化物半導体
膜108への水素、水等の侵入を防ぐことができる。酸素、水素、水等のブロッキング効
果を有する絶縁膜としては、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、
酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒
化ハフニウム等がある。
Further, by providing an insulating film having a blocking effect against oxygen, hydrogen, water, and the like as the insulating film 110, diffusion of oxygen from the oxide semiconductor film 108 to the outside and hydrogen from the outside to the oxide semiconductor film 108 are performed. It is possible to prevent intrusion of water, etc. As the insulating film having a blocking effect against oxygen, hydrogen, water, and the like, aluminum oxide, aluminum oxynitride, gallium oxide,
There are gallium oxynitride, yttrium oxide, yttrium oxynitride, hafnium oxide, hafnium oxynitride, and the like.

また、絶縁膜110として、ハフニウムシリケート(HfSiOx)、窒素が添加され
たハフニウムシリケート(HfSixOyNz)、窒素が添加されたハフニウムアルミネ
ート(HfAlxOyNz)、酸化ハフニウム、酸化イットリウムなどのhigh−k材
料を用いることでトランジスタのゲートリークを低減できる。
As the insulating film 110, a high-k material such as hafnium silicate (HfSiOx), nitrogen-added hafnium silicate (HfSixOyNz), nitrogen-added hafnium aluminate (HfAlxOyNz), hafnium oxide, or yttrium oxide is used. Can reduce the gate leakage of the transistor.

また、絶縁膜110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膜110に含まれる酸素を、酸化物半導体膜108に移動させること
が可能である。
Further, by using an oxide insulating film which releases oxygen by heating as the insulating film 110,
By heat treatment, oxygen contained in the insulating film 110 can be moved to the oxide semiconductor film 108.

絶縁膜110の厚さは、5nm以上400nm以下、または5nm以上300nm以下
、または10nm以上250nm以下とすることができる。
The thickness of the insulating film 110 can be 5 nm to 400 nm, 5 nm to 300 nm, or 10 nm to 250 nm.

[第1の絶縁膜]
絶縁膜116は、窒素または水素のいずれか一方または双方を有する。絶縁膜116と
しては、例えば、窒化物絶縁膜が挙げられる。該窒化物絶縁膜としては、窒化シリコン、
窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム等を用いて形成することが
できる。絶縁膜116に含まれる水素濃度は、1×1022atoms/cm3以上であ
ると好ましい。また、絶縁膜116は、酸化物半導体膜112と接する。したがって、絶
縁膜116と接する酸化物半導体膜112中の水素濃度が高くなり、酸化物半導体膜11
2のキャリア密度を高めることができる。
[First insulating film]
The insulating film 116 has one or both of nitrogen and hydrogen. Examples of the insulating film 116 include a nitride insulating film. As the nitride insulating film, silicon nitride,
It can be formed using silicon nitride oxide, aluminum nitride, aluminum nitride oxide, or the like. The hydrogen concentration in the insulating film 116 is preferably 1×10 22 atoms/cm 3 or more. The insulating film 116 is in contact with the oxide semiconductor film 112. Therefore, the hydrogen concentration in the oxide semiconductor film 112 which is in contact with the insulating film 116 is increased and the oxide semiconductor film 11 is
The carrier density of 2 can be increased.

[第2の絶縁膜]
絶縁膜118としては、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。絶縁膜118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G
a−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。
[Second insulating film]
As the insulating film 118, an oxide insulating film or a nitride insulating film can be formed as a single layer or a stacked layer. As the insulating film 118, for example, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, aluminum oxide, hafnium oxide, gallium oxide, or G is used.
An a-Zn oxide or the like may be used and can be provided as a single layer or a stacked layer.

また、絶縁膜118としては、外部からの水素、水等のバリア膜として機能する膜であ
ることが好ましい。
The insulating film 118 is preferably a film that functions as a barrier film against hydrogen, water, and the like from the outside.

絶縁膜118の厚さは、30nm以上500nm以下、または100nm以上400n
m以下とすることができる。
The thickness of the insulating film 118 is 30 nm or more and 500 nm or less, or 100 nm or more and 400 n
It can be m or less.

[導電膜]
導電膜120a、120bとしては、スパッタリング法、真空蒸着法、パルスレーザー
堆積(PLD)法、熱CVD法等を用いて形成することができる。また、導電膜120a
、120bとしては、例えば、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデ
ン、ニッケル、鉄、コバルト、タングステン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形成すること
ができる。また、マンガン、ジルコニウムのいずれか一または複数から選択された金属元
素を用いてもよい。また、導電膜120a、120bは、単層構造でも、二層以上の積層
構造としてもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、マンガンを含む
銅膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にチ
タン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、窒化
タンタル膜または窒化タングステン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、マンガン
を含む銅膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン
膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を形成する三
層構造、マンガンを含む銅膜上に銅膜を積層し、さらにその上にマンガンを含む銅膜を形
成する三層構造等がある。また、アルミニウムに、チタン、タンタル、タングステン、モ
リブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた一または複数を組み合わせた合
金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。
[Conductive film]
The conductive films 120a and 120b can be formed by a sputtering method, a vacuum evaporation method, a pulsed laser deposition (PLD) method, a thermal CVD method, or the like. In addition, the conductive film 120a
, 120b are, for example, metal elements selected from aluminum, chromium, copper, tantalum, titanium, molybdenum, nickel, iron, cobalt, and tungsten, or alloys containing the above metal elements as components, or the above metal elements. It can be formed using a combined alloy or the like. Alternatively, a metal element selected from one or more of manganese and zirconium may be used. The conductive films 120a and 120b may have a single-layer structure or a stacked structure including two or more layers. For example, a single-layer structure of an aluminum film containing silicon, a single-layer structure of a copper film containing manganese, a two-layer structure of stacking a titanium film on an aluminum film, a two-layer structure of stacking a titanium film on a titanium nitride film, and a nitriding film. Two-layer structure in which a tungsten film is stacked on a titanium film, two-layer structure in which a tungsten film is stacked on a tantalum nitride film or a tungsten nitride film, a two-layer structure in which a copper film is stacked on a copper film containing manganese, and a titanium film is formed. A two-layer structure in which a copper film is laminated on a titanium film, an aluminum film is laminated on the titanium film, and a three-layer structure is formed on the titanium film, and a copper film is laminated on a copper film containing manganese. Further, there is a three-layer structure in which a copper film containing manganese is further formed thereon. Alternatively, an alloy film or a nitride film in which aluminum is combined with one or more selected from titanium, tantalum, tungsten, molybdenum, chromium, neodymium, and scandium may be used.

また、導電膜120a、120bは、インジウム錫酸化物(Indium Tin O
xide:ITO)、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含
むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジ
ウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、シリコンを含むインジウム錫酸化物(In−Sn
−Si酸化物:ITSOともいう)等の透光性を有する導電性材料を適用することもでき
る。また、上記透光性を有する導電性材料と、上記金属元素の積層構造とすることもでき
る。
The conductive films 120a and 120b are formed of indium tin oxide (Indium Tin O 2 ).
xide: ITO), indium oxide containing tungsten oxide, indium zinc oxide containing tungsten oxide, indium oxide containing titanium oxide, indium tin oxide containing titanium oxide, indium zinc oxide, indium tin oxide containing silicon. Thing (In-Sn
A conductive material having a light-transmitting property such as —Si oxide: ITSO) can also be used. Alternatively, a stacked-layer structure of the above light-transmitting conductive material and the above metal element can be used.

導電膜120a、120bの厚さとしては、30nm以上500nm以下、または10
0nm以上400nm以下とすることができる。
The thickness of the conductive films 120a and 120b is 30 nm or more and 500 nm or less, or 10
It can be 0 nm or more and 400 nm or less.

<1−6.半導体装置の構成例2>
次に、図1(A)(B)(C)に示す半導体装置と異なる構成について、図3(A)(
B)(C)を用いて説明する。
<1-6. Configuration example 2 of semiconductor device>
Next, for a structure different from the semiconductor device illustrated in FIGS. 1A, 1B, and 1C, FIG.
This will be described using B) and (C).

図3(A)は、トランジスタ150Bの上面図であり、図3(B)は図3(A)の一点
鎖線X1−X2間の断面図であり、図3(C)は図3(A)の一点鎖線Y1−Y2間の断
面図である。
3A is a top view of the transistor 150B, FIG. 3B is a cross-sectional view taken along dashed-dotted line X1-X2 in FIG. 3A, and FIG. 3C is FIG. It is sectional drawing between dashed-dotted line Y1-Y2.

トランジスタ150Bは、先に示すトランジスタ150Aと、層108_3の構成が異
なる。それ以外の構成については、トランジスタ150Aと同様の構成であり、同様の効
果を奏する。
The transistor 150B is different from the above-described transistor 150A in the structure of the layer 108_3. The rest of the configuration is the same as that of the transistor 150A and has the same effect.

トランジスタ150Bが有する層108_3は、第2のゲート電極として機能する酸化
物半導体膜112と、上面図において、同様の形状を有する。すなわち、層108_3と
、酸化物半導体膜112とは、同じマスクを用いて形成されている。例えば、層108_
3を形成したのち、酸化物半導体膜112と同じマスクを用いて、層108_3を加工す
ることで、トランジスタ150Bの構造とすることができる。
In the top view, the layer 108_3 included in the transistor 150B has the same shape as the oxide semiconductor film 112 which functions as the second gate electrode. That is, the layer 108_3 and the oxide semiconductor film 112 are formed using the same mask. For example, layer 108_
3 is formed, the layer 108_3 is processed using the same mask as the oxide semiconductor film 112, so that the structure of the transistor 150B can be obtained.

<1−7.半導体装置の構成例3>
次に、図1(A)(B)(C)、図2(A)(B)(C)、及び図3(A)(B)(C
)に示す半導体装置と異なる構成について、図4(A)(B)(C)、図5(A)(B)
(C)、及び図6(A)(B)(C)を用いて説明する。
<1-7. Configuration example 3 of semiconductor device>
Next, FIG. 1(A)(B)(C), FIG. 2(A)(B)(C), and FIG. 3(A)(B)(C).
), a structure different from that of the semiconductor device illustrated in FIGS.
This will be described with reference to (C) and FIGS. 6(A), (B) and (C).

図4(A)は、トランジスタ160の上面図であり、図4(B)は図4(A)の一点鎖
線X1−X2間の断面図であり、図4(C)は図4(A)の一点鎖線Y1−Y2間の断面
図である。図5(A)は、トランジスタ160Aの上面図であり、図5(B)は図5(A
)の一点鎖線X1−X2間の断面図であり、図5(C)は図5(A)の一点鎖線Y1−Y
2間の断面図である。図6(A)は、トランジスタ160Bの上面図であり、図6(B)
は図6(A)の一点鎖線X1−X2間の断面図であり、図6(C)は図6(A)の一点鎖
線Y1−Y2間の断面図である。
4A is a top view of the transistor 160, FIG. 4B is a cross-sectional view taken along dashed-dotted line X1-X2 in FIG. 4A, and FIG. 4C is FIG. It is sectional drawing between dashed-dotted line Y1-Y2. 5A is a top view of the transistor 160A, and FIG. 5B is FIG.
5C is a cross-sectional view taken along alternate long and short dash line X1-X2 in FIG. 5C, and FIG.
It is a sectional view between two. FIG. 6A is a top view of the transistor 160B, and FIG.
6A is a cross-sectional view taken along alternate long and short dash line X1-X2 in FIG. 6A, and FIG. 6C is a cross-sectional view taken along alternate long and short dash line Y1-Y2 in FIG. 6A.

トランジスタ160、160A、160Bは、それぞれ先に示すトランジスタ150、
150A、150Bと、絶縁膜117を有する点が異なる。それ以外の構成については、
先に示すトランジスタと同様であり、同様の効果を奏する。
The transistors 160, 160A and 160B are the transistors 150,
150A and 150B are different from each other in that an insulating film 117 is provided. For other configurations,
It is similar to the transistor described above and has the same effect.

絶縁膜117は、絶縁膜116に用いる材料を用いて形成することができる。例えば、
絶縁膜117を酸化物半導体膜112上に形成することで、不純物元素の添加処理の際に
、酸化物半導体膜112の下方に位置する絶縁膜110、及びチャネル領域108iに拡
散する不純物を抑制することができる。
The insulating film 117 can be formed using the material used for the insulating film 116. For example,
By forming the insulating film 117 over the oxide semiconductor film 112, impurities diffused into the insulating film 110 located below the oxide semiconductor film 112 and the channel region 108i are suppressed during the addition treatment of the impurity element. be able to.

このように、本発明の一態様のトランジスタにおいては、先に説明するトランジスタを
適宜組み合わせて用いてもよい。
As described above, in the transistor of one embodiment of the present invention, the above-described transistors may be combined as appropriate.

<1−8.半導体装置の作製方法>
次に、図1に示すトランジスタ150の作製方法の一例について、図9乃至図12を用
いて説明する。なお、図9乃至図12は、トランジスタ150の作製方法を説明するチャ
ネル長(L)方向、及びチャネル幅(W)方向の断面図である。
<1-8. Manufacturing method of semiconductor device>
Next, an example of a method for manufacturing the transistor 150 illustrated in FIGS. 1A to 1C will be described with reference to FIGS. 9A to 12C are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the transistor 150 in a channel length (L) direction and a channel width (W) direction.

まず、基板102上に導電膜106を形成する。次に、基板102、及び導電膜106
上に絶縁膜104を形成し、絶縁膜104上に酸化物半導体膜を形成する。その後、当該
酸化物半導体膜を島状に加工することで、層108_2を形成する(図9(A)参照)。
First, the conductive film 106 is formed over the substrate 102. Next, the substrate 102 and the conductive film 106
The insulating film 104 is formed thereover, and an oxide semiconductor film is formed over the insulating film 104. After that, the oxide semiconductor film is processed into an island shape, so that the layer 108_2 is formed (see FIG. 9A).

本実施の形態においては、導電膜106として、厚さ100nmのタングステン膜をス
パッタリング法により形成する。
In this embodiment, a 100-nm-thick tungsten film is formed as the conductive film 106 by a sputtering method.

絶縁膜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。本実施の形態におい
ては、絶縁膜104として、PECVD装置を用い、厚さ400nmの窒化シリコン膜と
、厚さ50nmの酸化窒化シリコン膜とを形成する。
As the insulating film 104, sputtering method, CVD method, vapor deposition method, pulse laser deposition (
It can be formed by appropriately using a PLD) method, a printing method, a coating method, or the like. In this embodiment, as the insulating film 104, a 400-nm-thick silicon nitride film and a 50-nm-thick silicon oxynitride film are formed with a PECVD apparatus.

また、絶縁膜104を形成した後、絶縁膜104に酸素を添加してもよい。絶縁膜10
4に添加する酸素としては、酸素ラジカル、酸素原子、酸素原子イオン、酸素分子イオン
等がある。また、添加方法としては、イオンドーピング法、イオン注入法、プラズマ処理
法等がある。また、絶縁膜上に酸素の脱離を抑制する膜を形成した後、該膜を介して絶縁
膜104に酸素を添加してもよい。
Alternatively, oxygen may be added to the insulating film 104 after the insulating film 104 is formed. Insulating film 10
The oxygen added to 4 includes oxygen radicals, oxygen atoms, oxygen atom ions, oxygen molecular ions, and the like. Moreover, as an addition method, there are an ion doping method, an ion implantation method, a plasma treatment method and the like. Alternatively, after a film which suppresses desorption of oxygen is formed over the insulating film, oxygen may be added to the insulating film 104 through the film.

上述の酸素の脱離を抑制する膜として、インジウム、亜鉛、ガリウム、錫、アルミニウ
ム、クロム、タンタル、チタン、モリブデン、ニッケル、鉄、コバルト、タングステンか
ら選ばれた金属元素、上述した金属元素を成分とする合金、上述した金属元素を組み合わ
せた合金、上述した金属元素を有する金属窒化物、上述した金属元素を有する金属酸化物
、上述した金属元素を有する金属窒化酸化物等の導電性を有する材料を用いて形成するこ
とができる。
As the above-mentioned film that suppresses desorption of oxygen, a metal element selected from indium, zinc, gallium, tin, aluminum, chromium, tantalum, titanium, molybdenum, nickel, iron, cobalt, and tungsten, the above-mentioned metal element is a component. A material having conductivity such as an alloy, a combination of the above metal elements, a metal nitride containing the above metal elements, a metal oxide containing the above metal elements, and a metal nitride oxide containing the above metal elements. Can be formed by using.

また、プラズマ処理で酸素の添加を行う場合、マイクロ波で酸素を励起し、高密度な酸
素プラズマを発生させることで、絶縁膜104への酸素添加量を増加させることができる
When oxygen is added by plasma treatment, the amount of oxygen added to the insulating film 104 can be increased by exciting oxygen with microwaves to generate high-density oxygen plasma.

層108_2としては、スパッタリング法、塗布法、パルスレーザー蒸着法、レーザー
アブレーション法、熱CVD法等により形成することができる。なお、層108_2への
加工には、酸化物半導体膜上にリソグラフィ工程によりマスクを形成した後、該マスクを
用いて酸化物半導体膜の一部をエッチングすること形成することができる。また、印刷法
を用いて、素子分離された層108_2を、絶縁膜104上に直接形成してもよい。
The layer 108_2 can be formed by a sputtering method, a coating method, a pulsed laser evaporation method, a laser ablation method, a thermal CVD method, or the like. Note that the layer 108_2 can be processed by forming a mask over the oxide semiconductor film by a lithography step and then etching part of the oxide semiconductor film using the mask. Alternatively, the element-isolated layer 108_2 may be formed directly over the insulating film 104 by a printing method.

スパッタリング法で酸化物半導体膜を形成する場合、プラズマを発生させるための電源
装置は、RF電源装置、AC電源装置、DC電源装置等を適宜用いることができる。また
、酸化物半導体膜を形成する場合のスパッタリングガスは、希ガス(代表的にはアルゴン
)、酸素、希ガス及び酸素の混合ガスを適宜用いる。なお、希ガス及び酸素の混合ガスの
場合、希ガスに対して酸素のガス比を高めることが好ましい。
When the oxide semiconductor film is formed by a sputtering method, an RF power supply device, an AC power supply device, a DC power supply device, or the like can be used as a power supply device for generating plasma as appropriate. As a sputtering gas for forming the oxide semiconductor film, a rare gas (typically argon), oxygen, or a mixed gas of a rare gas and oxygen is used as appropriate. In the case of a mixed gas of a rare gas and oxygen, it is preferable to increase the gas ratio of oxygen to the rare gas.

なお、酸化物半導体膜を形成する際に、例えば、スパッタリング法を用いる場合、基板
温度を150℃以上750℃以下、または150℃以上450℃以下、または200℃以
上350℃以下として、酸化物半導体膜を成膜することで、結晶性を高めることができる
ため好ましい。
Note that in forming the oxide semiconductor film, for example, when a sputtering method is used, the substrate temperature is 150° C. to 750° C., 150° C. to 450° C., or 200° C. to 350° C. It is preferable to form a film because crystallinity can be increased.

なお、本実施の形態においては、層108_2として、スパッタリング装置を用い、ス
パッタリングターゲットとしてIn−Ga−Zn金属酸化物(In:Ga:Zn=4:2
:4.1[原子数比])を用いて、膜厚30nmの酸化物半導体膜を成膜する。
Note that in this embodiment, a sputtering apparatus is used as the layer 108_2 and an In—Ga—Zn metal oxide (In:Ga:Zn=4:2) is used as a sputtering target.
: 4.1 [atomic ratio]) is used to form an oxide semiconductor film with a thickness of 30 nm.

また、層108_2を形成した後、加熱処理を行い、層108_2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。
In addition, after the layer 108_2 is formed, heat treatment may be performed to dehydrogenate or dehydrate the layer 108_2. The temperature of the heat treatment is typically 150° C. or higher and lower than the substrate strain point, 250° C. or higher and 450° C. or lower, or 300° C. or higher and 450° C. or lower.

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 an inert gas atmosphere containing a rare gas such as helium, neon, argon, xenon, or krypton, or nitrogen. Alternatively, after heating in an inert gas atmosphere, heating may be performed in an oxygen atmosphere. Note that it is preferable that the inert atmosphere and the oxygen atmosphere do not contain hydrogen, water, and the like. The processing 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。
An electric furnace, an RTA device, or the like can be used for the heat treatment. By using the RTA apparatus, heat treatment can be performed at a temperature equal to or higher than the strain point of the substrate for a short time. Therefore, the heat treatment time can be shortened.

酸化物半導体膜を加熱しながら成膜する、または酸化物半導体膜を形成した後、加熱処
理を行うことで、酸化物半導体膜において、二次イオン質量分析法により得られる水素濃
度を5×1019atoms/cm3以下、または1×1019atoms/cm3以下
、5×1018atoms/cm3以下、または1×1018atoms/cm3以下、
または5×1017atoms/cm3以下、または1×1016atoms/cm3以
下とすることができる。
When the oxide semiconductor film is formed with heating, or after the oxide semiconductor film is formed, heat treatment is performed so that the hydrogen concentration in the oxide semiconductor film, which is obtained by secondary ion mass spectrometry, is 5×1019 atoms. /Cm3 or less, or 1×1019 atoms/cm3 or less, 5×1018 atoms/cm3 or less, or 1×1018 atoms/cm3 or less,
Alternatively, it can be 5×10 17 atoms/cm 3 or less, or 1×10 16 atoms/cm 3 or less.

なお、層108_2を形成する工程において、積層構造の酸化物半導体膜を形成し、当
該積層構造の酸化物半導体膜を島状に加工し、層108_1と、層108_2と、を形成
することで、先に説明したトランジスタ150Aを形成することができる。
Note that in the step of forming the layer 108_2, an oxide semiconductor film having a stacked structure is formed, the oxide semiconductor film having the stacked structure is processed into an island shape, and the layers 108_1 and 108_2 are formed, The transistor 150A described above can be formed.

次に、絶縁膜104、層108_2上に層108_3、及び絶縁膜110_0を形成す
る(図9(B)参照)。
Next, the layer 108_3 and the insulating film 110_0 are formed over the insulating film 104, the layer 108_2 (see FIG. 9B).

層108_3としては、層108_2の側面を覆うように形成する。なお、層108_
3としては、先に記載の層108_2と、同様の材料及び同様の手法にて形成することが
できる。
The layer 108_3 is formed so as to cover the side surface of the layer 108_2. Note that the layer 108_
3 can be formed by using the same material and the same method as the layer 108_2 described above.

本実施の形態においては、層108_3として、スパッタリング装置を用い、スパッタ
リングターゲットとしてIn−Ga−Zn金属酸化物(In:Ga:Zn=1:3:4[
原子数比])を用いて、膜厚5nmの酸化物半導体膜を成膜する。
In this embodiment, a sputtering apparatus is used as the layer 108_3, and an In—Ga—Zn metal oxide (In:Ga:Zn=1:3:4[
The atomic number ratio]) is used to form an oxide semiconductor film with a thickness of 5 nm.

また、絶縁膜110_0としては、酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を、PE
CVD法を用いて形成することができる。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 110_0, a silicon oxide film or a silicon oxynitride film is formed by PE.
It can be formed using the CVD method. In this case, it is preferable to use a deposition gas containing silicon and an oxidizing gas as the source gas. Typical examples of the deposition gas containing silicon are silane, disilane, trisilane, fluorinated silane, and the like. Examples of the oxidizing gas include oxygen, ozone, nitrous oxide, and nitrogen dioxide.

また、絶縁膜110_0として、堆積性気体に対する酸化性気体を20倍より大きく1
00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法を用いることで、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。
Further, as the insulating film 110_0, the oxidizing gas to the deposition gas is more than 20 times larger than the oxidizing gas.
A silicon oxynitride film with a small amount of defects can be formed by a PECVD method in which the pressure in the treatment chamber is less than 100 times, less than 40 times, less than 40 times, and less than 100 times, and less than 100 times less than 50 Pa.

また、絶縁膜110_0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400℃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110_
0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
As the insulating film 110_0, a substrate placed in a vacuum-evacuated processing chamber of a PECVD apparatus is held at 280° C. or higher and 400° C. or lower, and a source gas is introduced into the processing chamber so that the pressure in the processing chamber is 20 Pa or higher and 250 Pa or higher. The insulating film 110_ is more preferably 100 Pa or more and 250 Pa or less depending on the condition of supplying high-frequency power to the electrodes provided in the processing chamber.
As a result, a dense silicon oxide film or a dense silicon oxynitride film can be formed.

また、絶縁膜110_0を、マイクロ波を用いたプラズマCVD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。マイクロ波にお
いて、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110_0を形
成することができる。
Alternatively, the insulating film 110_0 may be formed by a plasma CVD method using a microwave. Microwave refers to a frequency range of 300 MHz to 300 GHz. In microwave, electron temperature is low and electron energy is small. Further, in the supplied electric power, the ratio used for accelerating electrons is small, it can be used for dissociation and ionization of a larger number of molecules, and high density plasma (high density plasma) can be excited. .. For this reason,
The insulating film 110_0 with less defects can be formed with less plasma damage to the deposition surface and the deposit.

また、絶縁膜110_0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(OC2H5)4
)、テトラメチルシラン(TMS:化学式Si(CH3)4)、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(OC2H5)3)、
トリスジメチルアミノシラン(SiH(N(CH3)2)3)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110_0を形成することができる。
Further, the insulating film 110_0 can be formed by a CVD method using an organosilane gas. As the organic silane gas, ethyl silicate (TEOS: chemical formula Si(OC2H5)4
), tetramethylsilane (TMS: chemical formula Si(CH3)4), tetramethylcyclotetrasiloxane (TMCTS), octamethylcyclotetrasiloxane (OMCTS), hexamethyldisilazane (HMDS), triethoxysilane (SiH(OC2H5)). 3),
A silicon-containing compound such as trisdimethylaminosilane (SiH(N(CH3)2)3) can be used. By using the CVD method using an organic silane gas, the insulating film 110_0 with high coverage can be formed.

本実施の形態では絶縁膜110_0として、PECVD装置を用い、厚さ100nmの
酸化窒化シリコン膜を形成する。
In this embodiment, as the insulating film 110_0, a PECVD apparatus is used to form a 100-nm-thick silicon oxynitride film.

次に、絶縁膜110_0上の所望の位置に、リソグラフィによりマスクを形成した後、
絶縁膜110_0、層108_3、及び絶縁膜104の一部をエッチングすることで、導
電膜106に達する開口部143を形成する(図9(C)参照)。
Next, after forming a mask by lithography at a desired position on the insulating film 110_0,
The opening 143 reaching the conductive film 106 is formed by etching the insulating film 110_0, the layer 108_3, and part of the insulating film 104 (see FIG. 9C).

開口部143の形成方法としては、ウエットエッチング法及び/またはドライエッチン
グ法を適宜用いることができる。本実施の形態においては、ドライエッチング法を用い、
開口部143を形成する。
As a method for forming the opening 143, a wet etching method and/or a dry etching method can be used as appropriate. In this embodiment mode, a dry etching method is used,
The opening 143 is formed.

次に、開口部143を覆うように、絶縁膜110_0上に酸化物半導体膜112_0を
形成する。なお、酸化物半導体膜112_0の形成時において、酸化物半導体膜112_
0から絶縁膜110_0中に酸素が添加される(図9(D)参照)。
Next, the oxide semiconductor film 112_0 is formed over the insulating film 110_0 so as to cover the opening 143. Note that when the oxide semiconductor film 112_0 is formed, the oxide semiconductor film 112_
Oxygen is added to the insulating film 110_0 from 0 (see FIG. 9D).

なお、図9(D)において、絶縁膜110_0中に添加される酸素を矢印で模式的に表
している。また、開口部143を覆うように、酸化物半導体膜112_0を形成すること
で、導電膜106と、酸化物半導体膜112_0とが電気的に接続される。
Note that in FIG. 9D, oxygen added to the insulating film 110_0 is schematically illustrated by an arrow. By forming the oxide semiconductor film 112_0 so as to cover the opening 143, the conductive film 106 and the oxide semiconductor film 112_0 are electrically connected to each other.

酸化物半導体膜112_0の形成方法としては、スパッタリング法を用い、形成時に酸
素ガスを含む雰囲気で形成すると好ましい。形成時に酸素ガスを含む雰囲気で酸化物半導
体膜112_0を形成することで、絶縁膜110_0中に酸素を好適に添加することがで
きる。
As a method for forming the oxide semiconductor film 112_0, a sputtering method is preferably used, and the oxide semiconductor film 112_0 is preferably formed in an atmosphere containing oxygen gas. By forming the oxide semiconductor film 112_0 in an atmosphere containing oxygen gas at the time of formation, oxygen can be favorably added to the insulating film 110_0.

なお、図9(D)において、絶縁膜110_0中に添加される酸素を矢印で模式的に表
している。また、酸化物半導体膜112_0としては、先に記載の層108_2と同様の
材料を用いることができる。
Note that in FIG. 9D, oxygen added to the insulating film 110_0 is schematically illustrated by an arrow. For the oxide semiconductor film 112_0, a material similar to that of the layer 108_2 described above can be used.

本実施の形態においては、酸化物半導体膜112_0として、スパッタリング装置を用
い、スパッタリングターゲットとしてIn−Ga−Zn金属酸化物(In:Ga:Zn=
4:2:4.1[原子数比])を用いて、膜厚100nmの酸化物半導体膜を成膜する。
In this embodiment, a sputtering apparatus is used as the oxide semiconductor film 112_0, and an In—Ga—Zn metal oxide (In:Ga:Zn=) is used as a sputtering target.
4:2:4.1 [atomic number ratio]) is used to form an oxide semiconductor film with a thickness of 100 nm.

次に、酸化物半導体膜112_0上の所望の位置に、リソグラフィ工程によりマスク1
40を形成する(図10(A)参照)。
Next, a mask 1 is formed at a desired position on the oxide semiconductor film 112_0 by a lithography process.
40 is formed (see FIG. 10A).

次に、マスク140上から、エッチングを行い、酸化物半導体膜112_0を加工した
のち、マスク140を除去することで、島状の酸化物半導体膜112を形成する(図10
(B)参照)。
Next, the island-shaped oxide semiconductor film 112 is formed by etching the mask 140 to process the oxide semiconductor film 112_0 and then removing the mask 140 (FIG. 10).
(See (B)).

酸化物半導体膜112_0の加工としては、例えば、ウエットエッチング法、またはド
ライエッチング法を用いて行えばよい。本実施の形態においては、酸化物半導体膜112
_0の加工としては、ドライエッチング法を用いて行う。
The oxide semiconductor film 112_0 may be processed by, for example, a wet etching method or a dry etching method. In this embodiment, the oxide semiconductor film 112
The processing of _0 is performed using a dry etching method.

次に、絶縁膜110、及び酸化物半導体膜112上から、不純物元素145の添加を行
う(図10(C)参照)。
Next, the impurity element 145 is added over the insulating film 110 and the oxide semiconductor film 112 (see FIG. 10C).

不純物元素145の添加方法としては、イオンドーピング法、イオン注入法、プラズマ
処理法等がある。プラズマ処理法の場合、添加する不純物元素を含むガス雰囲気にてプラ
ズマを発生させて、プラズマ処理を行うことによって、不純物元素を添加することができ
る。上記プラズマを発生させる装置としては、ドライエッチング装置、アッシング装置、
プラズマCVD装置、高密度プラズマCVD装置等を用いることができる。
As a method for adding the impurity element 145, there are an ion doping method, an ion implantation method, a plasma treatment method, and the like. In the case of the plasma treatment method, the impurity element can be added by generating plasma in a gas atmosphere containing the impurity element to be added and performing plasma treatment. As a device for generating the plasma, a dry etching device, an ashing device,
A plasma CVD device, a high-density plasma CVD device, or the like can be used.

なお、不純物元素145の原料ガスとして、B2H6、PH3、CH4、N2、NH3
、AlH3、AlCl3、SiH4、Si2H6、F2、HF、H2及び希ガスの一以上
を用いることができる。または、希ガスで希釈されたB2H6、PH3、N2、NH3、
AlH3、AlCl3、F2、HF、及びH2の一以上を用いることができる。希ガスで
希釈されたB2H6、PH3、N2、NH3、AlH3、AlCl3、F2、HF、及び
H2の一以上を用いて不純物元素145を層108_2及び酸化物半導体膜112に添加
することで、希ガス、水素、ホウ素、炭素、窒素、フッ素、リン、硫黄、及び塩素の一以
上を層108_2及び酸化物半導体膜112に添加することができる。
Note that B2H6, PH3, CH4, N2, NH3 are used as a source gas of the impurity element 145.
, AlH3, AlCl3, SiH4, Si2H6, F2, HF, H2 and one or more rare gases can be used. Alternatively, B2H6, PH3, N2, NH3 diluted with a rare gas,
One or more of AlH3, AlCl3, F2, HF, and H2 can be used. By adding the impurity element 145 to the layer 108_2 and the oxide semiconductor film 112 using one or more of B2H6, PH3, N2, NH3, AlH3, AlCl3, F2, HF, and H2 diluted with a rare gas, , Hydrogen, boron, carbon, nitrogen, fluorine, phosphorus, sulfur, and chlorine can be added to the layer 108_2 and the oxide semiconductor film 112.

または、希ガスを添加した後、B2H6、PH3、CH4、N2、NH3、AlH3、
AlCl3、SiH4、Si2H6、F2、HF、及びH2の一以上を層108_2及び
酸化物半導体膜112に添加してもよい。
Alternatively, after adding a rare gas, B2H6, PH3, CH4, N2, NH3, AlH3,
One or more of AlCl3, SiH4, Si2H6, F2, HF, and H2 may be added to the layer 108_2 and the oxide semiconductor film 112.

または、B2H6、PH3、CH4、N2、NH3、AlH3、AlCl3、SiH4
、Si2H6、F2、HF、及びH2の一以上を添加した後、希ガスを層108_2及び
酸化物半導体膜112に添加してもよい。
Alternatively, B2H6, PH3, CH4, N2, NH3, AlH3, AlCl3, SiH4
, Si2H6, F2, HF, and H2, and then the rare gas may be added to the layer 108_2 and the oxide semiconductor film 112.

不純物元素145の添加は、加速電圧、ドーズ量などの注入条件を適宜設定して制御す
ればよい。例えば、イオン注入法でアルゴンの添加を行う場合、加速電圧10kV以上1
00kV以下、ドーズ量は1×1013ions/cm2以上1×1016ions/c
m2以下とすればよく、例えば、1×1014ions/cm2とすればよい。また、イ
オン注入法でリンイオンの添加を行う場合、加速電圧30kV、ドーズ量は1×1013
ions/cm2以上5×1016ions/cm2以下とすればよく、例えば、1×1
015ions/cm2とすればよい。
The addition of the impurity element 145 may be controlled by appropriately setting implantation conditions such as an acceleration voltage and a dose amount. For example, when argon is added by the ion implantation method, an acceleration voltage of 10 kV or more 1
00 kV or less, the dose amount is 1×1013 ions/cm2 or more and 1×1016 ions/c
m2 or less, for example, 1×1014 ions/cm2. When phosphorus ions are added by the ion implantation method, the acceleration voltage is 30 kV and the dose amount is 1×1013.
Ions/cm 2 or more and 5×10 16 ions/cm 2 or less, for example, 1×1
It may be 015ions/cm2.

また、本実施の形態においては、マスク140を除去してから、不純物元素145を添
加する構成について例示したが、これに限定されず、例えば、マスク140を残したまま
の状態で不純物元素145の添加を行ってもよい。
In addition, although the structure in which the impurity element 145 is added after the mask 140 is removed is described in this embodiment mode, the present invention is not limited to this. For example, the impurity element 145 can be removed with the mask 140 left. You may add.

また、本実施の形態においては、不純物元素145として、ドーピング装置を用いて、
リンイオンを酸化物半導体膜108及び酸化物半導体膜112に添加する。ただし、これ
に限定されず、例えば、不純物元素145を添加する工程を行わなくてもよい。
In this embodiment mode, a doping device is used as the impurity element 145,
Phosphorus ions are added to the oxide semiconductor film 108 and the oxide semiconductor film 112. However, the present invention is not limited to this, and for example, the step of adding the impurity element 145 may not be performed.

なお、不純物元素145を添加することで、層108_2と、層108_3には、ソー
ス領域108s、及びドレイン領域108dが形成される。また、酸化物半導体膜112
と重なる層108_2、及び層108_3には、チャネル領域108iが形成される。こ
れにより、本発明の一態様の酸化物半導体膜108が形成される(図10(C)参照)。
Note that the source region 108s and the drain region 108d are formed in the layers 108_2 and 108_3 by adding the impurity element 145. In addition, the oxide semiconductor film 112
A channel region 108i is formed in the layer 108_2 and the layer 108_3 which overlap with the channel region 108i. Thus, the oxide semiconductor film 108 of one embodiment of the present invention is formed (see FIG. 10C).

このように、酸化物半導体膜108は、酸化物半導体膜112が重畳するチャネル領域
108iと、チャネル領域108iと接して設けられるソース領域108sと、チャネル
領域108iと接して設けられるドレイン領域108dと、を有し、チャネル領域108
iは、層108_2と、層108_2の上面と接し、且つ層108_2のチャネル幅方向
の側面を覆う層108_3と、を有する構造となる。
As described above, the oxide semiconductor film 108 includes a channel region 108i over which the oxide semiconductor film 112 overlaps, a source region 108s provided in contact with the channel region 108i, and a drain region 108d provided in contact with the channel region 108i. And has a channel region 108
i has a structure including the layer 108_2 and the layer 108_3 which is in contact with the upper surface of the layer 108_2 and covers the side surface of the layer 108_2 in the channel width direction.

なお、絶縁膜110を設けずに、酸化物半導体膜108の表面に不純物元素145を添
加する構成の場合、不純物元素145の添加の際のダメージにより、ソース領域108s
及びドレイン領域108dの結晶性が低下する場合がある。一方で、ソース領域108s
と、ドレイン領域108dとを形成する際に、絶縁膜110を介して不純物元素145を
添加することで、不純物元素145の添加の際のダメージを抑制し、ソース領域108s
及びドレイン領域108dの結晶性の低下を抑制することができる。
Note that in the case where the impurity element 145 is added to the surface of the oxide semiconductor film 108 without providing the insulating film 110, the source region 108s is damaged due to damage at the time of adding the impurity element 145.
In some cases, the crystallinity of the drain region 108d is lowered. On the other hand, the source region 108s
By adding the impurity element 145 through the insulating film 110 when forming the drain region 108d and the drain region 108d, damage at the time of adding the impurity element 145 is suppressed, and the source region 108s is formed.
Further, deterioration of crystallinity of the drain region 108d can be suppressed.

次に、絶縁膜110、及び酸化物半導体膜112上に絶縁膜116を形成する(図11
(A)参照)。
Next, the insulating film 116 is formed over the insulating film 110 and the oxide semiconductor film 112 (FIG. 11).
(See (A)).

なお、絶縁膜116としては、絶縁膜116に用いることのできる材料を選択すること
で形成できる。本実施の形態においては、絶縁膜116として、PECVD装置を用い、
厚さ100nmの窒化シリコン膜を形成する。
Note that the insulating film 116 can be formed by selecting a material that can be used for the insulating film 116. In this embodiment mode, a PECVD apparatus is used as the insulating film 116.
A 100-nm-thick silicon nitride film is formed.

絶縁膜116として、窒化シリコン膜を用いることで、絶縁膜116に接する酸化物半
導体膜112中に窒化シリコン膜中の水素が入り込み、酸化物半導体膜112のキャリア
密度を高めることができる。
By using a silicon nitride film as the insulating film 116, hydrogen in the silicon nitride film can enter the oxide semiconductor film 112 which is in contact with the insulating film 116 and the carrier density of the oxide semiconductor film 112 can be increased.

次に、絶縁膜116上に絶縁膜118を形成する(図11(B)参照)。 Next, the insulating film 118 is formed over the insulating film 116 (see FIG. 11B).

絶縁膜118としては、絶縁膜118に用いることのできる材料を選択することで形成
できる。本実施の形態においては、絶縁膜118として、PECVD装置を用い、厚さ3
00nmの酸化窒化シリコン膜を形成する。
The insulating film 118 can be formed by selecting a material that can be used for the insulating film 118. In this embodiment mode, as the insulating film 118, a PECVD apparatus is used and the thickness is 3
A 00 nm silicon oxynitride film is formed.

次に、絶縁膜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、絶縁膜
118、絶縁膜116、絶縁膜110、及び層108_3の一部をエッチングすることで
、ソース領域108sに達する開口部141aと、ドレイン領域108dに達する開口部
141bと、を形成する(図11(C)参照)。
Next, a mask is formed at a desired position of the insulating film 118 by lithography, and then the insulating film 118, the insulating film 116, the insulating film 110, and part of the layer 108_3 are etched to reach the source region 108s. A portion 141a and an opening 141b reaching the drain region 108d are formed (see FIG. 11C).

絶縁膜118、絶縁膜116、絶縁膜110、及び層108_3をエッチングする方法
としては、ウエットエッチング法及び/またはドライエッチング法を用いることができる
。本実施の形態においては、ドライエッチング法を用い、絶縁膜118、絶縁膜116、
絶縁膜110、及び層108_3を加工する。
As a method for etching the insulating film 118, the insulating film 116, the insulating film 110, and the layer 108_3, a wet etching method and/or a dry etching method can be used. In this embodiment mode, the insulating film 118, the insulating film 116, and
The insulating film 110 and the layer 108_3 are processed.

次に、開口部141a、141bを覆うように、絶縁膜118上に導電膜120を形成
する(図12(A)参照)。
Next, a conductive film 120 is formed over the insulating film 118 so as to cover the openings 141a and 141b (see FIG. 12A).

導電膜120としては、導電膜120a、120bに用いることのできる材料を選択す
ることで形成できる。本実施の形態においては、導電膜120として、スパッタリング装
置を用い、厚さ50nmのチタン膜と、厚さ400nmのアルミニウム膜と、厚さ100
nmのチタン膜の積層膜を形成する。
The conductive film 120 can be formed by selecting a material that can be used for the conductive films 120a and 120b. In this embodiment, as the conductive film 120, a titanium film with a thickness of 50 nm, an aluminum film with a thickness of 400 nm, and a thickness of 100 are used with a sputtering apparatus.
A laminated film of titanium films having a thickness of nm is formed.

次に、導電膜120上の所望の位置に、リソグラフィ工程によりマスクを形成した後、
導電膜120の一部をエッチングすることで、導電膜120a、120bを形成する(図
12(B)参照)。
Next, after forming a mask at a desired position on the conductive film 120 by a lithography process,
The conductive films 120a and 120b are formed by etching part of the conductive film 120 (see FIG. 12B).

導電膜120の加工方法としては、ウエットエッチング法及び/またはドライエッチン
グ法を用いることができる。本実施の形態では、ドライエッチング法を用い、導電膜12
0を加工し、導電膜120a、120bを形成する。
As a method for processing the conductive film 120, a wet etching method and/or a dry etching method can be used. In this embodiment mode, the conductive film 12 is formed by a dry etching method.
0 is processed to form conductive films 120a and 120b.

以上の工程により、図1に示すトランジスタ150を作製することができる。 Through the above steps, the transistor 150 illustrated in FIG. 1 can be manufactured.

なお、トランジスタ150を構成する膜(絶縁膜、酸化物半導体膜、導電膜等)または
層は、スパッタリング法、化学気相堆積(CVD)法、真空蒸着法、パルスレーザー堆積
(PLD)法、ALD(原子層成膜)法を用いて形成することができる。あるいは、塗布
法や印刷法で形成することができる。成膜方法としては、スパッタリング法、プラズマ化
学気相堆積(PECVD)法が代表的であるが、熱CVD法でもよい。熱CVD法の例と
して、MOCVD(有機金属化学堆積)法が挙げられる。
Note that a film (an insulating film, an oxide semiconductor film, a conductive film, or the like) or a layer included in the transistor 150 is formed by a sputtering method, a chemical vapor deposition (CVD) method, a vacuum evaporation method, a pulse laser deposition (PLD) method, or an ALD. It can be formed using the (atomic layer deposition) method. Alternatively, it can be formed by a coating method or a printing method. As a film forming method, a sputtering method and a plasma chemical vapor deposition (PECVD) method are typical, but a thermal CVD method may be used. An example of the thermal CVD method is a MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) method.

熱CVD法は、チャンバー内を大気圧または減圧下とし、原料ガスと酸化剤を同時にチ
ャンバー内に送り、基板近傍または基板上で反応させて基板上に堆積させることで成膜を
行う。このように、熱CVD法は、プラズマを発生させない成膜方法であるため、プラズ
マダメージにより欠陥が生成されることが無いという利点を有する。
In the thermal CVD method, a chamber is set to atmospheric pressure or reduced pressure, a source gas and an oxidant are simultaneously sent into the chamber, and a film is formed by reacting in the vicinity of the substrate or on the substrate and depositing on the substrate. As described above, the thermal CVD method is a film forming method that does not generate plasma, and therefore has an advantage that defects are not generated due to plasma damage.

また、ALD法は、チャンバー内を大気圧または減圧下とし、反応のための原料ガスを
チャンバーに導入・反応させ、これを繰り返すことで成膜を行う。原料ガスと一緒に不活
性ガス(アルゴン、或いは窒素など)をキャリアガスとして導入しても良い。例えば2種
類以上の原料ガスを順番にチャンバーに供給してもよい。その際、複数種の原料ガスが混
ざらないように第1の原料ガスの反応後、不活性ガスを導入し、第2の原料ガスを導入す
る。あるいは、不活性ガスを導入する代わりに真空排気によって第1の原料ガスを排出し
た後、第2の原料ガスを導入してもよい。第1の原料ガスが基板の表面に吸着・反応して
第1の層を成膜し、後から導入される第2の原料ガスが吸着・反応して、第2の層が第1
の層上に積層されて薄膜が形成される。このガス導入順序を制御しつつ所望の厚さになる
まで複数回繰り返すことで、段差被覆性に優れた薄膜を形成することができる。薄膜の厚
さは、ガス導入を繰り返す回数によって調節することができるため、精密な膜厚調節が可
能であり、微細なFETを作製する場合に適している。
Further, in the ALD method, the inside of the chamber is set at atmospheric pressure or reduced pressure, a source gas for reaction is introduced into the chamber and reacted, and this is repeated to form a film. An inert gas (argon, nitrogen, etc.) may be introduced as a carrier gas together with the source gas. For example, two or more kinds of source gas may be sequentially supplied to the chamber. At that time, an inert gas is introduced and a second source gas is introduced after the reaction of the first source gas so that plural kinds of source gases are not mixed. Alternatively, instead of introducing the inert gas, the first raw material gas may be discharged by vacuum evacuation and then the second raw material gas may be introduced. The first source gas is adsorbed/reacted on the surface of the substrate to form a first layer, and the second source gas introduced later is adsorbed/reacted to form the first layer.
To form a thin film. By repeating the gas introduction sequence a plurality of times while controlling the gas introduction sequence, a thin film having excellent step coverage can be formed. Since the thickness of the thin film can be adjusted by the number of times gas is introduced repeatedly, it is possible to precisely adjust the film thickness, which is suitable for manufacturing a fine FET.

MOCVD法などの熱CVD法は、上記記載の導電膜、絶縁膜、酸化物半導体膜、金属
酸化膜などの膜を形成することができ、例えば、In−Ga−Zn−O膜を成膜する場合
には、トリメチルインジウム(In(CH3)3)、トリメチルガリウム(Ga(CH3
)3)、及びジメチル亜鉛を用いる(Zn(CH3)2)。これらの組み合わせに限定さ
れず、トリメチルガリウムに代えてトリエチルガリウム(Ga(C2H5)3)を用いる
こともでき、ジメチル亜鉛に代えてジエチル亜鉛(Zn(C2H5)2)を用いることも
できる。
The thermal CVD method such as the MOCVD method can form films such as the above-described conductive film, insulating film, oxide semiconductor film, and metal oxide film. For example, an In-Ga-Zn-O film is formed. In this case, trimethylindium (In(CH3)3), trimethylgallium (Ga(CH3)
) 3) and dimethyl zinc are used (Zn(CH3)2). Not limited to these combinations, triethylgallium (Ga(C2H5)3) can be used instead of trimethylgallium, and diethylzinc (Zn(C2H5)2) can be used instead of dimethylzinc.

例えば、ALDを利用する成膜装置により酸化ハフニウム膜を形成する場合には、溶媒
とハフニウム前駆体を含む液体(ハフニウムアルコキシドや、テトラキスジメチルアミド
ハフニウム(TDMAH、Hf[N(CH3)2]4)やテトラキス(エチルメチルアミ
ド)ハフニウムなどのハフニウムアミド)を気化させた原料ガスと、酸化剤としてオゾン
(O3)の2種類のガスを用いる。
For example, when a hafnium oxide film is formed by a film forming apparatus using ALD, a liquid containing a solvent and a hafnium precursor (hafnium alkoxide or tetrakisdimethylamide hafnium (TDMAH, Hf[N(CH3)2]4) Two kinds of gases are used: a raw material gas obtained by vaporizing a hafnium amide such as or tetrakis(ethylmethylamide) hafnium) and ozone (O3) as an oxidizing agent.

例えば、ALDを利用する成膜装置により酸化アルミニウム膜を形成する場合には、溶
媒とアルミニウム前駆体を含む液体(トリメチルアルミニウム(TMA、Al(CH3)
3)など)を気化させた原料ガスと、酸化剤としてH2Oの2種類のガスを用いる。他の
材料としては、トリス(ジメチルアミド)アルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、
アルミニウムトリス(2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオナート)な
どがある。
For example, when forming an aluminum oxide film by a film forming apparatus using ALD, a liquid containing a solvent and an aluminum precursor (trimethylaluminum (TMA, Al(CH3)
3) and the like) are vaporized, and two kinds of gases, H2O, are used as oxidants. Other materials include tris(dimethylamide) aluminum, triisobutyl aluminum,
Aluminum tris (2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate) and the like.

例えば、ALDを利用する成膜装置により酸化シリコン膜を形成する場合には、ヘキサ
クロロジシランを被成膜面に吸着させ、酸化性ガス(O2、一酸化二窒素)のラジカルを
供給して吸着物と反応させる。
For example, in the case of forming a silicon oxide film by a film forming apparatus using ALD, hexachlorodisilane is adsorbed on the film formation surface and radicals of an oxidizing gas (O2, dinitrogen monoxide) are supplied to the adsorbate. React with.

例えば、ALDを利用する成膜装置によりタングステン膜を成膜する場合には、WF6
ガスとB2H6ガスを順次導入して初期タングステン膜を形成し、その後、WF6ガスと
H2ガスとを用いてタングステン膜を形成する。なお、B2H6ガスに代えてSiH4ガ
スを用いてもよい。
For example, when a tungsten film is formed by a film forming apparatus using ALD, WF6
Gas and B2H6 gas are sequentially introduced to form an initial tungsten film, and then a WF6 gas and H2 gas are used to form a tungsten film. Note that SiH4 gas may be used instead of B2H6 gas.

例えば、ALDを利用する成膜装置により酸化物半導体膜、例えばIn−Ga−Zn−
O膜を成膜する場合には、In(CH3)3ガスとO3ガスを用いてIn−O層を形成し
、その後、Ga(CH3)3ガスとO3ガスとを用いてGaO層を形成し、更にその後Z
n(CH3)2ガスとO3ガスとを用いてZnO層を形成する。なお、これらの層の順番
はこの例に限らない。また、これらのガスを用いてIn−Ga−O層やIn−Zn−O層
、Ga−Zn−O層などの混合化合物層を形成しても良い。なお、O3ガスに変えてAr
等の不活性ガスで水をバブリングして得られたH2Oガスを用いても良いが、Hを含まな
いO3ガスを用いる方が好ましい。
For example, an oxide semiconductor film, for example, In-Ga-Zn-, is formed by a film formation apparatus using ALD.
When forming an O film, an In-O layer is formed using In(CH3)3 gas and O3 gas, and then a GaO layer is formed using Ga(CH3)3 gas and O3 gas. , And then Z
A ZnO layer is formed using n(CH3)2 gas and O3 gas. The order of these layers is not limited to this example. Alternatively, a mixed compound layer such as an In—Ga—O layer, an In—Zn—O layer, or a Ga—Zn—O layer may be formed using these gases. In addition, instead of O3 gas, Ar
H2O gas obtained by bubbling water with an inert gas such as H2O may be used, but O3 gas containing no H is preferably used.

以上、本実施の形態で示す構成、方法は、他の実施の形態で示す構成、方法と適宜組み
合わせて用いることができる。
As described above, the structure and the method described in this embodiment can be combined with the structures and methods described in other embodiments as appropriate.

(実施の形態2)
本実施の形態においては、酸化物半導体の構造等について、図13乃至図17を参照し
て説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, a structure and the like of an oxide semiconductor will be described with reference to FIGS.

<2−1.酸化物半導体の構造>
酸化物半導体は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体と、に分け
られる。非単結晶酸化物半導体としては、CAAC−OS(c−axis−aligne
d crystalline oxide semiconductor)、多結晶酸化
物半導体、nc−OS(nanocrystalline oxide semicon
ductor)、擬似非晶質酸化物半導体(a−like OS:amorphous−
like oxide semiconductor)および非晶質酸化物半導体などが
ある。
<2-1. Structure of oxide semiconductor>
The oxide semiconductor is classified into a single crystal oxide semiconductor and a non-single crystal oxide semiconductor other than the single crystal oxide semiconductor. As the non-single-crystal oxide semiconductor, CAAC-OS (c-axis-alignment) is used.
d crystalline oxide semiconductor, polycrystalline oxide semiconductor, nc-OS (nanocrystalline oxide semiconductor)
), a pseudo-amorphous oxide semiconductor (a-like OS: amorphous)
Like oxide semiconductors and amorphous oxide semiconductors.

また別の観点では、酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体と、それ以外の結晶性酸化物
半導体と、に分けられる。結晶性酸化物半導体としては、単結晶酸化物半導体、CAAC
−OS、多結晶酸化物半導体およびnc−OSなどがある。
From another viewpoint, the oxide semiconductor is classified into an amorphous oxide semiconductor and a crystalline oxide semiconductor other than the amorphous oxide semiconductor. As the crystalline oxide semiconductor, a single crystal oxide semiconductor, CAAC
-OS, polycrystalline oxide semiconductor, nc-OS, and the like.

非晶質構造は、一般に、等方的であって不均質構造を持たない、準安定状態で原子の配
置が固定化していない、結合角度が柔軟である、短距離秩序は有するが長距離秩序を有さ
ない、などといわれている。
Amorphous structure is generally isotropic and does not have a heterogeneous structure, metastable state in which the arrangement of atoms is not fixed, bond angle is flexible, short-range order but long-range order It is said that they do not have

逆の見方をすると、安定な酸化物半導体を完全な非晶質(completely am
orphous)酸化物半導体とは呼べない。また、等方的でない(例えば、微小な領域
において周期構造を有する)酸化物半導体を、完全な非晶質酸化物半導体とは呼べない。
一方、a−like OSは、等方的でないが、鬆(ボイドともいう。)を有する不安定
な構造である。不安定であるという点では、a−like OSは、物性的に非晶質酸化
物半導体に近い。
From the opposite viewpoint, a stable oxide semiconductor is completely amorphous.
cannot be called an oxide semiconductor. In addition, an oxide semiconductor that is not isotropic (eg, has a periodic structure in a minute region) cannot be called a completely amorphous oxide semiconductor.
On the other hand, the a-like OS has an unstable structure having a void (also referred to as a void), although it is not isotropic. The a-like OS is physically similar to an amorphous oxide semiconductor in that it is unstable.

<2−2.CAAC−OS>
まずは、CAAC−OSについて説明する。
<2-2. CAAC-OS>
First, the CAAC-OS will be described.

CAAC−OSは、c軸配向した複数の結晶部(ペレットともいう。)を有する酸化物
半導体の一種である。
The CAAC-OS is a kind of oxide semiconductor having a plurality of c-axis aligned crystal parts (also referred to as pellets).

CAAC−OSをX線回折(XRD:X−Ray Diffraction)によって
解析した場合について説明する。例えば、空間群R−3mに分類されるInGaZnO4
の結晶を有するCAAC−OSに対し、out−of−plane法による構造解析を行
うと、図13(A)に示すように回折角(2θ)が31°近傍にピークが現れる。このピ
ークは、InGaZnO4の結晶の(009)面に帰属されることから、CAAC−OS
では、結晶がc軸配向性を有し、c軸がCAAC−OSの膜を形成する面(被形成面とも
いう。)、または上面に略垂直な方向を向いていることが確認できる。なお、2θが31
°近傍のピークの他に、2θが36°近傍にもピークが現れる場合がある。2θが36°
近傍のピークは、空間群Fd−3mに分類される結晶構造に起因する。そのため、CAA
C−OSは、該ピークを示さないことが好ましい。
A case where the CAAC-OS is analyzed by X-ray diffraction (XRD: X-Ray Diffraction) will be described. For example, InGaZnO4 classified into the space group R-3m
When the structural analysis of the CAAC-OS having the crystal of No. 3 by the out-of-plane method is performed, a peak appears at a diffraction angle (2θ) of around 31° as illustrated in FIG. Since this peak is assigned to the (009) plane of the InGaZnO 4 crystal, the CAAC-OS
In, it can be confirmed that the crystal has c-axis orientation and the c-axis is oriented substantially perpendicular to the surface (also referred to as a formation surface) on which the CAAC-OS film is formed or the upper surface. Note that 2θ is 31
In addition to the peak in the vicinity of °, a peak may appear in the vicinity of 2θ of 36°. 2θ is 36°
The peaks in the vicinity are due to the crystal structure classified into the space group Fd-3m. Therefore, CAA
C-OS preferably does not show the peak.

一方、CAAC−OSに対し、被形成面に平行な方向からX線を入射させるin−pl
ane法による構造解析を行うと、2θが56°近傍にピークが現れる。このピークは、
InGaZnO4の結晶の(110)面に帰属される。そして、2θを56°近傍に固定
し、試料面の法線ベクトルを軸(φ軸)として試料を回転させながら分析(φスキャン)
を行っても、図13(B)に示すように明瞭なピークは現れない。一方、単結晶InGa
ZnO4に対し、2θを56°近傍に固定してφスキャンした場合、図13(C)に示す
ように(110)面と等価な結晶面に帰属されるピークが6本観察される。したがって、
XRDを用いた構造解析から、CAAC−OSは、a軸およびb軸の配向が不規則である
ことが確認できる。
On the other hand, in-pl which makes X-rays incident on the CAAC-OS from a direction parallel to the formation surface.
When structural analysis is performed by the ane method, a peak appears at 2θ of around 56°. This peak is
It is assigned to the (110) plane of the InGaZnO4 crystal. Then, 2θ is fixed in the vicinity of 56° and analysis is performed while rotating the sample with the normal vector of the sample surface as the axis (φ axis) (φ scan).
However, no clear peak appears as shown in FIG. 13(B). On the other hand, single crystal InGa
When 2θ is fixed in the vicinity of 56° with respect to ZnO 4 and φ scan is performed, as shown in FIG. 13C, six peaks belonging to a crystal plane equivalent to the (110) plane are observed. Therefore,
From structural analysis using XRD, it can be confirmed that the CAAC-OS has irregular a-axis and b-axis orientations.

次に、電子回折によって解析したCAAC−OSについて説明する。例えば、InGa
ZnO4の結晶を有するCAAC−OSに対し、CAAC−OSの被形成面に平行にプロ
ーブ径が300nmの電子線を入射させると、図13(D)に示すような回折パターン(
制限視野電子回折パターンともいう。)が現れる場合がある。この回折パターンには、I
nGaZnO4の結晶の(009)面に起因するスポットが含まれる。したがって、電子
回折によっても、CAAC−OSに含まれるペレットがc軸配向性を有し、c軸が被形成
面または上面に略垂直な方向を向いていることがわかる。一方、同じ試料に対し、試料面
に垂直にプローブ径が300nmの電子線を入射させたときの回折パターンを図13(E
)に示す。図13(E)より、リング状の回折パターンが確認される。したがって、プロ
ーブ径が300nmの電子線を用いた電子回折によっても、CAAC−OSに含まれるペ
レットのa軸およびb軸は配向性を有さないことがわかる。なお、図13(E)における
第1リングは、InGaZnO4の結晶の(010)面および(100)面などに起因す
ると考えられる。また、図13(E)における第2リングは(110)面などに起因する
と考えられる。
Next, the CAAC-OS analyzed by electron diffraction will be described. For example, InGa
When an electron beam having a probe diameter of 300 nm is incident on the CAAC-OS having ZnO 4 crystals in parallel to the surface where the CAAC-OS is formed, a diffraction pattern ((D) shown in FIG.
Also called a selected area electron diffraction pattern. ) May appear. In this diffraction pattern, I
A spot due to the (009) plane of the crystal of nGaZnO4 is included. Therefore, electron diffraction also reveals that the pellets included in the CAAC-OS have c-axis orientation and the c-axis is oriented substantially perpendicular to the formation surface or the top surface. On the other hand, FIG. 13E shows a diffraction pattern when an electron beam with a probe diameter of 300 nm is made to enter the same sample perpendicularly to the sample surface.
). From FIG. 13E, a ring-shaped diffraction pattern is confirmed. Therefore, it is found that the a-axis and the b-axis of the pellet included in the CAAC-OS do not have orientation even by electron diffraction using an electron beam with a probe diameter of 300 nm. Note that the first ring in FIG. 13E is considered to be derived from the (010) plane and the (100) plane of the InGaZnO 4 crystal. The second ring in FIG. 13E is considered to be derived from the (110) plane and the like.

また、透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron M
icroscope)によって、CAAC−OSの明視野像と回折パターンとの複合解析
像(高分解能TEM像ともいう。)を観察すると、複数のペレットを確認することができ
る。一方、高分解能TEM像であってもペレット同士の境界、即ち結晶粒界(グレインバ
ウンダリーともいう。)を明確に確認することができない場合がある。そのため、CAA
C−OSは、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。
In addition, a transmission electron microscope (TEM) is used.
A plurality of pellets can be confirmed by observing a composite analysis image (also referred to as a high-resolution TEM image) of a bright field image and a diffraction pattern of the CAAC-OS by an electron microscope. On the other hand, even in a high-resolution TEM image, a boundary between pellets, that is, a grain boundary (also referred to as a grain boundary) may not be clearly confirmed in some cases. Therefore, CAA
It can be said that C-OS is unlikely to cause a decrease in electron mobility due to crystal grain boundaries.

図14(A)に、試料面と略平行な方向から観察したCAAC−OSの断面の高分解能
TEM像を示す。高分解能TEM像の観察には、球面収差補正(Spherical A
berration Corrector)機能を用いた。球面収差補正機能を用いた高
分解能TEM像を、特にCs補正高分解能TEM像と呼ぶ。Cs補正高分解能TEM像は
、例えば、日本電子株式会社製原子分解能分析電子顕微鏡JEM−ARM200Fなどに
よって観察することができる。
FIG. 14A shows a high-resolution TEM image of a cross section of the CAAC-OS observed from a direction substantially parallel to the sample surface. For observation of high resolution TEM images, spherical aberration correction (Spherical A
Berration Corrector) function was used. A high-resolution TEM image using the spherical aberration correction function is particularly called a Cs-corrected high-resolution TEM image. The Cs-corrected high-resolution TEM image can be observed with, for example, an atomic resolution analytical electron microscope JEM-ARM200F manufactured by JEOL Ltd.

図14(A)より、金属原子が層状に配列している領域であるペレットを確認すること
ができる。ペレット一つの大きさは1nm以上のものや、3nm以上のものがあることが
わかる。したがって、ペレットを、ナノ結晶(nc:nanocrystal)と呼ぶこ
ともできる。また、CAAC−OSを、CANC(C−Axis Aligned na
nocrystals)を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。ペレットは、CAA
C−OSの膜を被形成面または上面の凹凸を反映しており、CAAC−OSの被形成面ま
たは上面と平行となる。
From FIG. 14A, a pellet which is a region where metal atoms are arranged in layers can be confirmed. It can be seen that the size of one pellet is 1 nm or more and 3 nm or more. Therefore, the pellet can also be called a nanocrystal (nc). In addition, CAAC-OS is replaced by CANC (C-Axis Aligned na).
It can also be referred to as an oxide semiconductor having no crystals. Pellets are CAA
The C-OS film reflects unevenness on the formation surface or the top surface and is parallel to the formation surface or the top surface of the CAAC-OS.

また、図14(B)および図14(C)に、試料面と略垂直な方向から観察したCAA
C−OSの平面のCs補正高分解能TEM像を示す。図14(D)および図14(E)は
、それぞれ図14(B)および図14(C)を画像処理した像である。以下では、画像処
理の方法について説明する。まず、図14(B)を高速フーリエ変換(FFT:Fast
Fourier Transform)処理することでFFT像を取得する。次に、取
得したFFT像において原点を基準に、2.8nm−1から5.0nm−1の間の範囲を
残すマスク処理する。次に、マスク処理したFFT像を、逆高速フーリエ変換(IFFT
:Inverse Fast Fourier Transform)処理することで画
像処理した像を取得する。こうして取得した像をFFTフィルタリング像と呼ぶ。FFT
フィルタリング像は、Cs補正高分解能TEM像から周期成分を抜き出した像であり、格
子配列を示している。
In addition, in FIGS. 14B and 14C, CAA observed from a direction substantially perpendicular to the sample surface.
The Cs correction|amendment high resolution TEM image of the plane of C-OS is shown. FIGS. 14D and 14E are images obtained by performing image processing on FIGS. 14B and 14C, respectively. The method of image processing will be described below. First, FIG. 14B is converted into a fast Fourier transform (FFT: Fast).
An FFT image is acquired by performing a Fourier Transform) process. Next, mask processing is performed to leave a range between 2.8 nm-1 and 5.0 nm-1 in the acquired FFT image with the origin as a reference. Next, an inverse fast Fourier transform (IFFT) is applied to the masked FFT image.
: Inverse Fast Fourier Transform) processing is performed to obtain the image-processed image. The image thus obtained is called an FFT filtered image. FFT
The filtered image is an image obtained by extracting the periodic component from the Cs-corrected high-resolution TEM image, and shows a lattice array.

図14(D)では、格子配列の乱れた箇所を破線で示している。破線で囲まれた領域が
、一つのペレットである。そして、破線で示した箇所がペレットとペレットとの連結部で
ある。破線は、六角形状であるため、ペレットが六角形状であることがわかる。なお、ペ
レットの形状は、正六角形状とは限らず、非正六角形状である場合が多い。
In FIG. 14D, broken lines indicate broken grid portions. The area surrounded by the broken line is one pellet. And the part shown by the broken line is the connecting portion between the pellets. Since the broken line has a hexagonal shape, it can be seen that the pellet has a hexagonal shape. The shape of the pellet is not limited to the regular hexagonal shape, and is often a non-regular hexagonal shape.

図14(E)では、格子配列の揃った領域と、別の格子配列の揃った領域と、の間で格
子配列の向きが変化している箇所を点線で示し、格子配列の向きの変化を破線で示してい
る。点線近傍においても、明確な結晶粒界を確認することはできない。点線近傍の格子点
を中心に周囲の格子点を繋ぐと、歪んだ六角形が形成できる。即ち、格子配列を歪ませる
ことによって結晶粒界の形成を抑制していることがわかる。これは、CAAC−OSが、
a−b面方向において原子間の結合距離が稠密でないことや、金属元素が置換することで
原子間の結合距離が変化することなどによって、歪みを許容することができるためと考え
られる。
In FIG. 14E, a dotted line indicates a portion where the orientation of the lattice array is changed between a region where the lattice arrangement is aligned and another region where the lattice arrangement is aligned. It is indicated by a broken line. Even in the vicinity of the dotted line, no clear grain boundary can be confirmed. A distorted hexagon can be formed by connecting the surrounding grid points around the grid point near the dotted line. That is, it is understood that the formation of crystal grain boundaries is suppressed by distorting the lattice arrangement. This is the CAAC-OS
It is considered that the strain can be allowed due to the fact that the bond distance between atoms is not dense in the ab plane direction, the bond distance between atoms changes due to substitution with a metal element, and the like.

以上に示すように、CAAC−OSは、c軸配向性を有し、かつa−b面方向において
複数のペレット(ナノ結晶)が連結し、歪みを有した結晶構造となっている。よって、C
AAC−OSを、CAA crystal(c−axis−aligned a−b−p
lane−anchored crystal)と称することもできる。
As described above, the CAAC-OS has a c-axis orientation and has a strained crystal structure in which a plurality of pellets (nanocrystals) are connected in the ab plane direction. Therefore, C
AAC-OS, CAA crystal (c-axis-aligned a-b-p
It can also be called a lane-anchored crystal).

CAAC−OSは結晶性の高い酸化物半導体である。酸化物半導体の結晶性は不純物の
混入や欠陥の生成などによって低下する場合があるため、逆の見方をするとCAAC−O
Sは不純物や欠陥(酸素欠損など)の少ない酸化物半導体ともいえる。
The CAAC-OS is an oxide semiconductor with high crystallinity. The crystallinity of an oxide semiconductor may be deteriorated due to entry of impurities, generation of defects, or the like;
It can be said that S is an oxide semiconductor with few impurities and defects (such as oxygen deficiency).

なお、不純物は、酸化物半導体の主成分以外の元素で、水素、炭素、シリコン、遷移金
属元素などがある。例えば、シリコンなどの、酸化物半導体を構成する金属元素よりも酸
素との結合力の強い元素は、酸化物半導体から酸素を奪うことで酸化物半導体の原子配列
を乱し、結晶性を低下させる要因となる。また、鉄やニッケルなどの重金属、アルゴン、
二酸化炭素などは、原子半径(または分子半径)が大きいため、酸化物半導体の原子配列
を乱し、結晶性を低下させる要因となる。
Note that the impurity is an element other than the main component of the oxide semiconductor, such as hydrogen, carbon, silicon, or a transition metal element. For example, an element such as silicon which has a stronger bonding force with oxygen than a metal element forming the oxide semiconductor deprives the oxide semiconductor of oxygen, which disturbs the atomic arrangement of the oxide semiconductor and reduces crystallinity. It becomes a factor. In addition, heavy metals such as iron and nickel, argon,
Carbon dioxide or the like has a large atomic radius (or molecular radius), which disturbs the atomic arrangement of the oxide semiconductor and causes deterioration of crystallinity.

酸化物半導体が不純物や欠陥を有する場合、光や熱などによって特性が変動する場合が
ある。例えば、酸化物半導体に含まれる不純物は、キャリアトラップとなる場合や、キャ
リア発生源となる場合がある。例えば、酸化物半導体中の酸素欠損は、キャリアトラップ
となる場合や、水素を捕獲することによってキャリア発生源となる場合がある。
When the oxide semiconductor has impurities or defects, characteristics thereof may be changed by light, heat, or the like. For example, an impurity contained in the oxide semiconductor may serve as a carrier trap or a carrier generation source. For example, oxygen vacancies in the oxide semiconductor might serve as carrier traps or serve as carrier generation sources by capturing hydrogen.

不純物および酸素欠損の少ないCAAC−OSは、キャリア密度の低い酸化物半導体で
ある。具体的には、8×1011個/cm3未満、好ましくは1×1011/cm3未満
、さらに好ましくは1×1010個/cm3未満であり、1×10−9個/cm3以上の
キャリア密度の酸化物半導体とすることができる。そのような酸化物半導体を、高純度真
性または実質的に高純度真性な酸化物半導体と呼ぶ。CAAC−OSは、不純物濃度が低
く、欠陥準位密度が低い。即ち、安定な特性を有する酸化物半導体であるといえる。
The CAAC-OS with few impurities and oxygen vacancies is an oxide semiconductor with low carrier density. Specifically, the oxide has a carrier density of less than 8×10 11 pieces/cm 3, preferably less than 1×10 11/cm 3, more preferably less than 1×10 10 pieces/cm 3, and having a carrier density of 1×10 −9 pieces/cm 3 or more. It can be a semiconductor. Such an oxide semiconductor is referred to as a highly purified intrinsic or substantially highly purified intrinsic oxide semiconductor. The CAAC-OS has a low impurity concentration and a low density of defect states. That is, it can be said that the oxide semiconductor has stable characteristics.

<2−3.nc−OS>
次に、nc−OSについて説明する。
<2-3. nc-OS>
Next, the nc-OS will be described.

nc−OSをXRDによって解析した場合について説明する。例えば、nc−OSに対
し、out−of−plane法による構造解析を行うと、配向性を示すピークが現れな
い。即ち、nc−OSの結晶は配向性を有さない。
A case where the nc-OS is analyzed by XRD will be described. For example, when structural analysis is performed on the nc-OS by the out-of-plane method, no peak showing orientation is observed. That is, the nc-OS crystal has no orientation.

また、例えば、InGaZnO4の結晶を有するnc−OSを薄片化し、厚さが34n
mの領域に対し、被形成面に平行にプローブ径が50nmの電子線を入射させると、図1
5(A)に示すようなリング状の回折パターン(ナノビーム電子回折パターン)が観測さ
れる。また、同じ試料にプローブ径が1nmの電子線を入射させたときの回折パターン(
ナノビーム電子回折パターン)を図15(B)に示す。図15(B)より、リング状の領
域内に複数のスポットが観測される。したがって、nc−OSは、プローブ径が50nm
の電子線を入射させることでは秩序性が確認されないが、プローブ径が1nmの電子線を
入射させることでは秩序性が確認される。
In addition, for example, the nc-OS having a crystal of InGaZnO4 is thinned to have a thickness of 34n.
When an electron beam with a probe diameter of 50 nm is made to enter the area m in parallel to the surface to be formed,
A ring-shaped diffraction pattern (nano-beam electron diffraction pattern) as shown in FIG. 5(A) is observed. In addition, a diffraction pattern when an electron beam with a probe diameter of 1 nm is incident on the same sample (
The nanobeam electron diffraction pattern) is shown in FIG. From FIG. 15B, a plurality of spots are observed in the ring-shaped region. Therefore, nc-OS has a probe diameter of 50 nm.
The ordering is not confirmed by injecting the electron beam of, but the ordering is confirmed by injecting the electron beam having a probe diameter of 1 nm.

また、厚さが10nm未満の領域に対し、プローブ径が1nmの電子線を入射させると
、図15(C)に示すように、スポットが略正六角状に配置された電子回折パターンを観
測される場合がある。したがって、厚さが10nm未満の範囲において、nc−OSが秩
序性の高い領域、即ち結晶を有することがわかる。なお、結晶が様々な方向を向いている
ため、規則的な電子回折パターンが観測されない領域もある。
When an electron beam with a probe diameter of 1 nm is incident on a region with a thickness of less than 10 nm, an electron diffraction pattern in which spots are arranged in a substantially regular hexagon is observed as shown in FIG. There are cases where Therefore, it is understood that the nc-OS has a highly ordered region, that is, a crystal in a thickness range of less than 10 nm. In addition, since the crystals are oriented in various directions, there are regions where a regular electron diffraction pattern is not observed.

図15(D)に、被形成面と略平行な方向から観察したnc−OSの断面のCs補正高
分解能TEM像を示す。nc−OSは、高分解能TEM像において、補助線で示す箇所な
どのように結晶部を確認することのできる領域と、明確な結晶部を確認することのできな
い領域と、を有する。nc−OSに含まれる結晶部は、1nm以上10nm以下の大きさ
であり、特に1nm以上3nm以下の大きさであることが多い。なお、結晶部の大きさが
10nmより大きく100nm以下である酸化物半導体を微結晶酸化物半導体(fine
crystalline oxide semiconductor)と呼ぶことがあ
る。nc−OSは、例えば、高分解能TEM像では、結晶粒界を明確に確認できない場合
がある。なお、ナノ結晶は、CAAC−OSにおけるペレットと起源を同じくする可能性
がある。そのため、以下ではnc−OSの結晶部をペレットと呼ぶ場合がある。
FIG. 15D shows a Cs-corrected high-resolution TEM image of a cross section of the nc-OS observed in a direction substantially parallel to the formation surface. In the high-resolution TEM image, the nc-OS has a region where crystal parts can be confirmed, such as a portion indicated by an auxiliary line, and a region where clear crystal parts cannot be confirmed. The crystal part included in the nc-OS has a size of 1 nm to 10 nm, in particular, a size of 1 nm to 3 nm in many cases. Note that an oxide semiconductor whose crystal portion has a size of more than 10 nm and 100 nm or less is referred to as a microcrystalline oxide semiconductor (fine).
It may be referred to as a crystalline oxide semiconductor). In the nc-OS, for example, in a high-resolution TEM image, crystal grain boundaries may not be clearly confirmed in some cases. Note that nanocrystals may have the same origin as pellets in CAAC-OS. Therefore, the crystal part of nc-OS may be called a pellet below.

このように、nc−OSは、微小な領域(例えば、1nm以上10nm以下の領域、特
に1nm以上3nm以下の領域)において原子配列に周期性を有する。また、nc−OS
は、異なるペレット間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見
られない。したがって、nc−OSは、分析方法によっては、a−like OSや非晶
質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。
As described above, the nc-OS has periodicity in atomic arrangement in a minute region (for example, a region of 1 nm to 10 nm inclusive, particularly a region of 1 nm to 3 nm inclusive). Also, nc-OS
Has no regularity in crystal orientation between different pellets. Therefore, the orientation is not seen in the entire film. Therefore, the nc-OS may be indistinguishable from the a-like OS or the amorphous oxide semiconductor depending on the analysis method.

なお、ペレット(ナノ結晶)間で結晶方位が規則性を有さないことから、nc−OSを
、RANC(Random Aligned nanocrystals)を有する酸化
物半導体、またはNANC(Non−Aligned nanocrystals)を有
する酸化物半導体と呼ぶこともできる。
Since the crystal orientations between pellets (nanocrystals) do not have regularity, the nc-OS is an oxide semiconductor having RANC (Random Aligned nanocrystals) or an oxide having NANC (Non-Aligned nanocrystals). It can also be called a semiconductor.

nc−OSは、非晶質酸化物半導体よりも規則性の高い酸化物半導体である。そのため
、nc−OSは、a−like OSや非晶質酸化物半導体よりも欠陥準位密度が低くな
る。ただし、nc−OSは、異なるペレット間で結晶方位に規則性が見られない。そのた
め、nc−OSは、CAAC−OSと比べて欠陥準位密度が高くなる。
The nc-OS is an oxide semiconductor having higher regularity than an amorphous oxide semiconductor. Therefore, the nc-OS has a lower density of defect states than the a-like OS or an amorphous oxide semiconductor. However, nc-OS does not show regularity in crystal orientation between different pellets. Therefore, the nc-OS has a higher density of defect states than the CAAC-OS.

<2−4.a−like OS>
a−like OSは、nc−OSと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する酸化物
半導体である。
<2-4. a-like OS>
The a-like OS is an oxide semiconductor having a structure between the nc-OS and the amorphous oxide semiconductor.

図16に、a−like OSの高分解能断面TEM像を示す。ここで、図16(A)
は電子照射開始時におけるa−like OSの高分解能断面TEM像である。図16(
B)は4.3×108e−/nm2の電子(e−)照射後におけるa−like OSの
高分解能断面TEM像である。図16(A)および図16(B)より、a−like O
Sは電子照射開始時から、縦方向に延伸する縞状の明領域が観察されることがわかる。ま
た、明領域は、電子照射後に形状が変化することがわかる。なお、明領域は、鬆または低
密度領域と推測される。
FIG. 16 shows a high-resolution cross-sectional TEM image of a-like OS. Here, FIG. 16(A)
[FIG. 4] is a high-resolution cross-sectional TEM image of a-like OS at the start of electron irradiation. 16 (
B) is a high-resolution cross-sectional TEM image of a-like OS after electron (e-) irradiation of 4.3×10 8 e−/nm 2. From FIG. 16(A) and FIG. 16(B), a-like O
It can be seen that in S, a striped bright region extending in the longitudinal direction is observed from the start of electron irradiation. Also, it is found that the shape of the bright region changes after the electron irradiation. The bright region is assumed to be a void or a low density region.

鬆を有するため、a−like OSは、不安定な構造である。以下では、a−lik
e OSが、CAAC−OSおよびnc−OSと比べて不安定な構造であることを示すた
め、電子照射による構造の変化を示す。
Since it has a void, the a-like OS has an unstable structure. In the following, a-lik
Since eOS has a more unstable structure than CAAC-OS and nc-OS, the structure change due to electron irradiation is shown.

試料として、a−like OS、nc−OSおよびCAAC−OSを準備する。いず
れの試料もIn−Ga−Zn酸化物である。
As samples, a-like OS, nc-OS, and CAAC-OS are prepared. All the samples are In-Ga-Zn oxides.

まず、各試料の高分解能断面TEM像を取得する。高分解能断面TEM像により、各試
料は、いずれも結晶部を有する。
First, a high-resolution cross-sectional TEM image of each sample is acquired. From the high-resolution cross-sectional TEM image, each sample has a crystal part.

なお、InGaZnO4の結晶の単位格子は、In−O層を3層有し、またGa−Zn
−O層を6層有する、計9層がc軸方向に層状に重なった構造を有することが知られてい
る。これらの近接する層同士の間隔は、(009)面の格子面間隔(d値ともいう。)と
同程度であり、結晶構造解析からその値は0.29nmと求められている。したがって、
以下では、格子縞の間隔が0.28nm以上0.30nm以下である箇所を、InGaZ
nO4の結晶部と見なした。なお、格子縞は、InGaZnO4の結晶のa−b面に対応
する。
The unit cell of the InGaZnO 4 crystal has three In—O layers and also has a Ga—Zn structure.
It is known that a total of 9 layers having 6 -O layers are layered in the c-axis direction. The spacing between these adjacent layers is about the same as the lattice spacing (also referred to as the d value) of the (009) plane, and the value is determined to be 0.29 nm from the crystal structure analysis. Therefore,
In the following, the portion where the lattice fringe spacing is 0.28 nm or more and 0.30 nm or less is referred to as InGaZ.
It was regarded as a crystal part of nO4. The lattice fringes correspond to the ab plane of the InGaZnO4 crystal.

図17は、各試料の結晶部(22箇所から30箇所)の平均の大きさを調査した例であ
る。なお、上述した格子縞の長さを結晶部の大きさとしている。図17より、a−lik
e OSは、TEM像の取得などに係る電子の累積照射量に応じて結晶部が大きくなって
いくことがわかる。図17より、TEMによる観察初期においては1.2nm程度の大き
さだった結晶部(初期核ともいう。)が、電子(e−)の累積照射量が4.2×108e
−/nm2においては1.9nm程度の大きさまで成長していることがわかる。一方、n
c−OSおよびCAAC−OSは、電子照射開始時から電子の累積照射量が4.2×10
8e−/nm2までの範囲で、結晶部の大きさに変化が見られないことがわかる。図17
より、電子の累積照射量によらず、nc−OSおよびCAAC−OSの結晶部の大きさは
、それぞれ1.3nm程度および1.8nm程度であることがわかる。なお、電子線照射
およびTEMの観察は、日立透過電子顕微鏡H−9000NARを用いた。電子線照射条
件は、加速電圧を300kV、電流密度を6.7×105e−/(nm2・s)、照射領
域の直径を230nmとした。
FIG. 17 is an example in which the average size of the crystal parts (22 to 30 points) of each sample was investigated. The length of the lattice fringes described above is the size of the crystal part. From FIG. 17, a-lik
It can be seen that in the eOS, the crystal part becomes larger according to the cumulative irradiation amount of electrons related to the acquisition of the TEM image. From FIG. 17, a crystal part (also referred to as an initial nucleus), which had a size of about 1.2 nm in the initial observation with TEM, had an accumulated irradiation dose of electrons (e−) of 4.2×10 8 e.
At −/nm2, it can be seen that the growth has reached a size of about 1.9 nm. On the other hand, n
In the c-OS and the CAAC-OS, the cumulative irradiation amount of electrons is 4.2×10 from the start of electron irradiation.
It can be seen that there is no change in the size of the crystal part in the range up to 8e-/nm2. FIG. 17
From this, it can be seen that the sizes of the crystal parts of the nc-OS and the CAAC-OS are about 1.3 nm and about 1.8 nm, respectively, regardless of the cumulative dose of electrons. For electron beam irradiation and TEM observation, Hitachi transmission electron microscope H-9000NAR was used. The electron beam irradiation conditions were an accelerating voltage of 300 kV, a current density of 6.7×10 5 e −/(nm 2 ·s), and a diameter of an irradiation region of 230 nm.

このように、a−like OSは、電子照射によって結晶部の成長が見られる場合が
ある。一方、nc−OSおよびCAAC−OSは、電子照射による結晶部の成長がほとん
ど見られない。即ち、a−like OSは、nc−OSおよびCAAC−OSと比べて
、不安定な構造であることがわかる。
As described above, in the a-like OS, the growth of the crystal part may be observed by the electron irradiation. On the other hand, in the nc-OS and the CAAC-OS, almost no crystal part growth due to electron irradiation is observed. That is, it is found that the a-like OS has an unstable structure as compared with the nc-OS and the CAAC-OS.

また、鬆を有するため、a−like OSは、nc−OSおよびCAAC−OSと比
べて密度の低い構造である。具体的には、a−like OSの密度は、同じ組成の単結
晶の密度の78.6%以上92.3%未満となる。また、nc−OSの密度およびCAA
C−OSの密度は、同じ組成の単結晶の密度の92.3%以上100%未満となる。単結
晶の密度の78%未満となる酸化物半導体は、成膜すること自体が困難である。
Further, since it has a void, the a-like OS has a lower density than the nc-OS and the CAAC-OS. Specifically, the density of the a-like OS is 78.6% or more and less than 92.3% of the density of the single crystal having the same composition. Also, the density of nc-OS and CAA
The density of C-OS is 92.3% or more and less than 100% of the density of a single crystal having the same composition. It is difficult to form an oxide semiconductor having a single crystal density of less than 78%.

例えば、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]を満たす酸化物半導体において、
菱面体晶構造を有する単結晶InGaZnO4の密度は6.357g/cm3となる。よ
って、例えば、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]を満たす酸化物半導体におい
て、a−like OSの密度は5.0g/cm3以上5.9g/cm3未満となる。ま
た、例えば、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]を満たす酸化物半導体において
、nc−OSの密度およびCAAC−OSの密度は5.9g/cm3以上6.3g/cm
3未満となる。
For example, in an oxide semiconductor satisfying In:Ga:Zn=1:1:1 [atomic ratio],
The density of single crystal InGaZnO 4 having a rhombohedral structure is 6.357 g/cm 3. Therefore, for example, in an oxide semiconductor satisfying In:Ga:Zn=1:1:1 [atomic ratio], the density of a-like OS is 5.0 g/cm 3 or more and less than 5.9 g/cm 3. Further, for example, in an oxide semiconductor that satisfies In:Ga:Zn=1:1:1 [atomic ratio], the density of nc-OS and the density of CAAC-OS are 5.9 g/cm 3 or more and 6.3 g/cm 3 or more.
It becomes less than 3.

なお、同じ組成の単結晶が存在しない場合、任意の割合で組成の異なる単結晶を組み合
わせることにより、所望の組成における単結晶に相当する密度を見積もることができる。
所望の組成の単結晶に相当する密度は、組成の異なる単結晶を組み合わせる割合に対して
、加重平均を用いて見積もればよい。ただし、密度は、可能な限り少ない種類の単結晶を
組み合わせて見積もることが好ましい。
When single crystals having the same composition do not exist, the density corresponding to the single crystal having the desired composition can be estimated by combining the single crystals having different compositions at an arbitrary ratio.
The density corresponding to a single crystal having a desired composition may be estimated by using a weighted average with respect to a ratio of combining single crystals having different compositions. However, the density is preferably estimated by combining as few kinds of single crystals as possible.

以上のように、酸化物半導体は、様々な構造をとり、それぞれが様々な特性を有する。
なお、酸化物半導体は、例えば、非晶質酸化物半導体、a−like OS、nc−OS
、CAAC−OSのうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。
As described above, oxide semiconductors have various structures and have various characteristics.
Note that the oxide semiconductor is, for example, an amorphous oxide semiconductor, a-like OS, or nc-OS.
, CAAC-OS, a stacked film including two or more kinds may be used.

以上、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態または他の実施例に示す構成と適宜
、組み合わせて用いることができる。
As described above, the structure described in this embodiment can be used in appropriate combination with the structure described in any of the other embodiments or the examples.

(実施の形態3)
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、図18乃至図20を用いて以下説明を行う。
(Embodiment 3)
In this embodiment, an example of a display device including the transistor described in any of the above embodiments will be described below with reference to FIGS.

図18は、表示装置の一例を示す上面図である。図18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によって封止されている。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18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。
FIG. 18 is a top view showing an example of a display device. The display device 700 shown in FIG.
The pixel portion 702 provided on the substrate 701, the source driver circuit portion 704 and the gate driver circuit portion 706 provided on the first substrate 701, the pixel portion 702, the source driver circuit portion 704, and the gate driver circuit portion. The sealing material 712 is provided so as to surround the substrate 706, and the second substrate 705 is provided so as to face the first substrate 701. In addition,
The first substrate 701 and the second substrate 705 are sealed with a sealant 712. That is, the pixel portion 702, the source driver circuit portion 704, and the gate driver circuit portion 706 are sealed with the first substrate 701, the sealant 712, and the second substrate 705. Although not shown in FIG. 18, 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、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、及びゲートドライバ回路部706と、それぞれ電気的に接続されるFPC端
子部708(FPC:Flexible printed circuit)が設けられ
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。FPC
716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 the display device 700, the pixel portion 702, the source driver circuit portion 704, the gate driver circuit portion 706, and the gate driver circuit portion are provided in a region different from the region surrounded by the sealant 712 on the first substrate 701. 706 and an FPC terminal portion 708 (FPC: Flexible printed circuit) electrically connected to each other are provided. 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. A signal line 710 is connected to each of the pixel portion 702, the source driver circuit portion 704, the gate driver circuit portion 706, and the FPC terminal portion 708. FPC
Various signals and the like supplied by 716 are given 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に形成しても良
い、またはソースドライバ回路部704のみを第1の基板701に形成しても良い。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、第1の基板701に実装す
る構成としても良い。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)方法、ワイヤボンディング方法など
を用いることができる。
Further, the display device 700 may be provided with a plurality of gate driver circuit portions 706. Further, although the display device 700 shows 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, 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, 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) may be mounted on the first substrate 701. .. Note that the method of connecting the separately formed drive circuit substrate is not particularly limited, 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出来る。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(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(G
LV)、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、インターフェアレンス・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 include various elements. As an example of the element,
For example, electroluminescence (EL) elements (EL elements containing organic and inorganic substances, organic EL elements, inorganic EL elements, LEDs, etc.), light emitting transistor elements (transistors that emit light in response to current), electron emission elements, liquid crystal elements, electrons Ink element, electrophoretic element, electrowetting element, plasma display (PDP), MEMS (micro electro mechanical system) display (for example, grating light valve (G
LV), digital micro mirror device (DMD), digital micro shutter (DMS) element, interference modulation (IMOD) element, etc.), piezoelectric ceramic display, 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(FE
D)又はSED方式平面型ディスプレイ(SED:Surface−conductio
n 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。
An example of a display device using an EL element is an EL display. A field emission display (FE) is an example of a display device using an electron-emitting device.
D) or SED type flat-panel display (SED: Surface-conductio)
n Electron-emitter Display). 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). As an example of a display device using an electronic ink element or an electrophoretic element,
There is 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, part or all of the pixel electrode may include aluminum, silver, or the like. Further, in that case, a memory circuit such as SRAM can be provided below the reflective electrode. Thereby, the power consumption can be further reduced.

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、R
GB(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。
The display system 700 may use a progressive system, an interlace system, or the like. Further, as a color element controlled by the pixel when displaying in color, R is
It is not limited to the three colors of GB (R represents red, G represents green, and 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, like a pen tile array, one color element may be configured by two colors of RGB, and two different colors may be selected and configured by the color element. Alternatively, one or more colors of yellow, cyan, magenta, etc. 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 a display device for color display, and can be applied to a display device for monochrome display.

また、バックライト(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フル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構わない。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構わない。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。
Further, a colored layer (also referred to as a color filter) is used in order to display a display device in full color by using white light emission (W) for a backlight (organic EL element, inorganic EL element, LED, fluorescent lamp, or the like). Good. The colored layer may be, for example, red (R), green (G), blue (B)
), yellow (Y) and the like can be used in an appropriate combination. By using the colored layer, color reproducibility can be improved as compared with the case where the colored layer is not used. At this time, by arranging a region having a colored layer and a region not having a colored layer, white light in the region having no colored layer may be directly used for display. By arranging a region that does not have a colored layer in part, it is possible to reduce the decrease in brightness due to the colored layer during bright display, and to reduce power consumption.
In some cases, it can be reduced by about 30% to 30%. However, when full-color display is performed using a self-luminous element such as an organic EL element or an inorganic EL element, R, G, B, Y, and W may be emitted from the elements having respective luminescent colors. By using the self-luminous element, power consumption may be further reduced as compared with the case where the colored layer is used.

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を通
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。
In addition, as a colorization method, in addition to a method (color filter method) of converting a part of the light emission from the above white light emission into red, green, and blue by passing through a color filter, red, green, and blue light emission A method to be used respectively (three-color method) or a method for converting a part of light emitted from blue light to red or green (color conversion method, quantum dot method) may be applied.

本実施の形態においては、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19及び図20を用いて説明する。なお、図19は、図18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20は、図
18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。
In this embodiment mode, a structure in which a liquid crystal element and an EL element are used as display elements will be described with reference to FIGS. Note that FIG. 19 is a cross-sectional view taken along alternate long and short dash line QR in FIG. 18 and has a structure in which a liquid crystal element is used as a display element. 20 is a cross-sectional view taken along alternate long and short dash line QR shown in FIG. 18, and has a structure using an EL element as a display element.

まず、図19及び図20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, common parts shown in FIGS. 19 and 20 will be described first, and then different parts will be described below.

<3−1.表示装置の共通部分に関する説明>
図19及び図20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。
<3-1. Description of common parts of display device>
The display device 700 illustrated in FIGS. 19 and 20 includes a lead wiring portion 711, a pixel portion 702, a source driver circuit portion 704, and an FPC terminal portion 708. The lead wiring portion 711 has a signal line 710. In addition, the pixel portion 702 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、先に示すトランジスタ150と同様の
構成である。なお、トランジスタ750及びトランジスタ752の構成については、先の
実施の形態に示す、その他のトランジスタを用いてもよい。
The transistors 750 and 752 have a structure similar to that of the transistor 150 described above. Note that for the structures of the transistor 750 and the transistor 752, any of the other transistors described in the above embodiments may be used.

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 an oxide semiconductor film which is highly purified and in which formation of oxygen vacancies is suppressed. The off-state current of the transistor can be low. 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. Therefore, the frequency of refresh operations 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液晶表
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。
Further, the transistor used in this embodiment can have relatively high field-effect mobility and thus can be driven at high speed. For example, by using such a transistor that can be driven at high speed in a liquid crystal display device, a switching transistor in a pixel portion and a driver transistor used in a driver circuit portion can be formed over the same substrate. That is, since it is not necessary to separately use a semiconductor device formed of a silicon wafer or the like as a drive circuit, the number of parts of the semiconductor device can be reduced. Further, in the pixel portion as well, by using a transistor which can be driven at high speed, a high-quality image can be provided.

容量素子790は、トランジスタ750が有する第1の酸化物半導体膜と、同一の酸化
物半導体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
ース電極及び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2の絶縁膜として機能する絶縁膜、及び第3の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 first oxide semiconductor film included in the transistor 750, a lower electrode formed through a step of processing the same oxide semiconductor film, and a conductive film functioning as a source electrode and a drain electrode included in the transistor 750. A film and an upper electrode formed through a step of processing the same conductive film. In addition, a step of forming the same insulating film between the lower electrode and the upper electrode as the second insulating film included in the transistor 750 and the third insulating film An insulating film is formed after that. That is,
The capacitor 790 has a stacked structure in which an insulating film functioning as a dielectric is sandwiched between a pair of electrodes.

また、図19及び図20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。
19 and 20, a planarization insulating film 770 is provided over the transistor 750, the transistor 752, and the capacitor 790.

平坦化絶縁膜770としては、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリイミドアミド樹脂
、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂等の耐熱性を有する有機材料
を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで
、平坦化絶縁膜770を形成してもよい。また、平坦化絶縁膜770を設けない構成とし
てもよい。
As the planarization insulating film 770, a heat-resistant organic material such as a polyimide resin, an acrylic resin, a polyimideamide resin, a benzocyclobutene resin, a polyamide resin, or an epoxy resin can be used. Note that the planarization insulating film 770 may be formed by stacking a plurality of insulating films formed of these materials. Alternatively, the planarization insulating film 770 may be omitted.

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。なお、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異なる工程を経て形成された導電膜、例
えば、ゲート電極として機能する酸化物半導体膜と同じ工程を経て形成される酸化物半導
体膜を用いてもよい。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。
The signal line 710 is formed through the same steps as the conductive film functioning as the source electrode and the drain electrode of the transistors 750 and 752. Note that the signal line 710 is a conductive film formed through a step different from that of the source and drain electrodes of the transistors 750 and 752, for example, an oxide semiconductor formed through the same step as an oxide semiconductor film functioning as a gate electrode. Membranes may be used. When a material containing a copper element, for example, is used as the signal line 710, signal delay or the like due to wiring resistance is small and display on a large screen is possible.

また、FPC端子部708は、接続電極760、異方性導電膜780、及びFPC71
6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。
The FPC terminal portion 708 includes the connection electrode 760, the anisotropic conductive film 780, and the FPC 71.
Have six. Note that the connection electrode 760 is formed through the same steps as a conductive film functioning 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 the 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。
Further, as the first substrate 701 and the second substrate 705, for example, glass substrates can be used. Alternatively, flexible substrates 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、絶縁膜を選択的にエッチングすることで得られる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良い。
Further, a structure body 778 is provided between the first substrate 701 and the second substrate 705. The structure body 778 is a columnar spacer obtained by selectively etching the insulating film,
It is 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 body 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 which functions as a color filter and an insulating film 734 which is in contact with the light-blocking film 738 and the coloring film 736 are provided.

<3−2.液晶素子を用いる表示装置の構成例>
図19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19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。
<3-2. Configuration example of display device using liquid crystal element>
The display device 700 illustrated in FIG. 19 includes a liquid crystal element 775. The liquid crystal element 775 includes a conductive film 772, a conductive film 774, and a liquid crystal layer 776. The conductive film 774 is formed on the second substrate 705.
It is provided on the side and has a function as a counter electrode. The display device 700 illustrated in FIG. 19 can display an image by controlling the light transmission and non-light transmission by changing the alignment state of the liquid crystal layer 776 by the 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及びドレイン電極とし
て機能する導電膜に接続される。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。また、導電膜772は、反射電極
としての機能を有する。図19に示す表示装置700は、外光を利用し導電膜772で光
を反射して着色膜736を介して表示する、所謂反射型のカラー液晶表示装置である。
In addition, the conductive film 772 is connected to a conductive film functioning as a source electrode and 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. In addition, the conductive film 772 has a function as a reflective electrode. The display device 700 illustrated in FIG. 19 is a so-called reflective color liquid crystal display device in which light is reflected by the conductive film 772 by using external light and is displayed through the coloring film 736.

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。本実施の形態においては、導電膜772として、
可視光において、反射性のある導電膜を用いる。
As the conductive film 772, a conductive film having a property of transmitting visible light or a conductive film having a property of reflecting visible light can be used. As a conductive film that transmits visible light,
For example, a material containing one kind selected from indium (In), zinc (Zn), and tin (Sn) may be used. As the conductive film which is reflective to visible light, a material containing aluminum or silver may be used, for example. In this embodiment mode, as the conductive film 772,
A conductive film having reflectivity in visible light is used.

また、図19に示す表示装置700においては、画素部702の平坦化絶縁膜770の
一部に凹凸が設けられている。該凹凸は、例えば、平坦化絶縁膜770を樹脂膜で形成し
、該樹脂膜の表面に凹凸を設けることで形成することができる。また、反射電極として機
能する導電膜772は、上記凹凸に沿って形成される。したがって、外光が導電膜772
に入射した場合において、導電膜772の表面で光を乱反射することが可能となり、視認
性を向上させることができる。
In addition, in the display device 700 illustrated in FIG. 19, unevenness is provided in part of the planarization insulating film 770 of the pixel portion 702. The unevenness can be formed, for example, by forming the planarization insulating film 770 with a resin film and providing unevenness on the surface of the resin film. In addition, the conductive film 772 which functions as a reflective electrode is formed along the unevenness. Therefore, the external light is not reflected by the conductive film 772.
When it is incident on, it becomes possible to diffusely reflect light on the surface of the conductive film 772, and the visibility can be improved.

なお、図19に示す表示装置700は、反射型のカラー液晶表示装置について例示した
が、これに限定されない、例えば、導電膜772を可視光において、透光性のある導電膜
を用いることで透過型のカラー液晶表示装置としてもよい。透過型のカラー液晶表示装置
の場合、平坦化絶縁膜770に設けられる凹凸については、設けない構成としてもよい。
Note that the display device 700 illustrated in FIG. 19 is a reflective color liquid crystal display device as an example; however, the display device 700 is not limited thereto. For example, the conductive film 772 transmits visible light by using a light-transmitting conductive film. Type color liquid crystal display device may be used. In the case of a transmissive color liquid crystal display device, the unevenness provided in the planarization insulating film 770 may not be provided.

なお、図19において図示しないが、導電膜772、774の液晶層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19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 FIG. 19, an alignment film may be provided on each of the conductive films 772 and 774 which is in contact with the liquid crystal layer 776. Although not shown in FIG. 19, an optical member (optical substrate) such as a polarizing member, a retardation member, and an antireflection member may be appropriately provided. For example, circularly polarized light using a polarizing substrate and a retardation substrate may be used. Further, a backlight, a sidelight or the like may be used as the 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、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 weight liquid crystal, polymer liquid crystal, polymer dispersed liquid crystal, ferroelectric liquid crystal, antiferroelectric liquid crystal or the like can be used. These liquid crystal materials show a cholesteric phase, a smectic phase, a cubic phase, a chiral nematic phase, an isotropic phase, etc. depending on the 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
成物を用いて液晶層に用いる。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 the case of adopting the horizontal electric field method, liquid crystal exhibiting a blue phase for which an alignment film is unnecessary may be used. The blue phase is one of the liquid crystal phases, and is a phase that appears when the temperature of the cholesteric liquid crystal is increased and immediately before the transition from the cholesteric phase to the isotropic phase. Since the blue phase appears only in a narrow temperature range, a liquid crystal composition in which a chiral agent of several wt% or more 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,
Since the response speed is short and it is optically isotropic, no alignment treatment is required. Further, since it is not necessary to provide an alignment film, rubbing treatment is not necessary, so that electrostatic breakdown caused by the rubbing treatment can be prevented and defects and damages of the liquid crystal display device during a manufacturing process can be reduced. .. A liquid crystal material exhibiting a blue phase has a small viewing angle dependence.

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(Frin
ge Field Switching)モード、ASM(Axially Symme
tric aligned Micro−cell)モード、OCB(Optical
Compensated Birefringence)モード、FLC(Ferroe
lectric Liquid Crystal)モード、AFLC(AntiFerr
oelectric Liquid Crystal)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, TN (Twisted Nematic)
) Mode, IPS (In-Plane-Switching) mode, FFS (Frin)
ge Field Switching mode, ASM (Axial Symmetry)
tric aligned Micro-cell) mode, OCB (Optical)
Compensated Birefringence mode, FLC (Ferroe)
Electric Liquid Crystal mode, AFLC (AntiFerr)
The electric liquid crystal) 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。
Further, a normally black liquid crystal display device, for example, a transmissive liquid crystal display device adopting a vertical alignment (VA) mode may be used. There are several examples of the vertical alignment mode. For example, MVA (Multi-Domain Vertical Alignment) is used.
) Mode, PVA (Patterned Vertical Alignment) mode, ASV mode and the like can be used.

<3−3.発光素子を用いる表示装置>
図20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
784、EL層786、及び導電膜788を有する。図20に示す表示装置700は、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。
<3-3. Display device using light emitting element>
The display device 700 illustrated in FIG. 20 includes a light emitting element 782. The light emitting element 782 includes a conductive film 784, an EL layer 786, and a conductive film 788. The display device 700 illustrated in FIG. 20 can display an image when the EL layer 786 included in the light-emitting element 782 emits light.

また、導電膜784は、トランジスタ750が有するソース電極及びドレイン電極とし
て機能する導電膜に接続される。導電膜784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。導電膜784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。
The conductive film 784 is connected to a conductive film which functions as a source electrode and a drain electrode of the transistor 750. The conductive film 784 is formed over the planarization insulating film 770 and functions as a pixel electrode, that is, one electrode of a display element. As the conductive film 784, a conductive film which transmits visible light or a conductive film which reflects visible light can be used. As the conductive film having a property of transmitting visible light, for example, a material containing one kind selected from indium (In), zinc (Zn), and tin (Sn) may be used. As the conductive film which is reflective to visible light, a material containing aluminum or silver may be used, for example.

また、図20に示す表示装置700には、平坦化絶縁膜770及び導電膜784上に絶
縁膜730が設けられる。絶縁膜730は、導電膜784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、E
L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784側に光を射出す
るボトムエミッション構造や、導電膜784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。
Further, in the display device 700 illustrated in FIG. 20, the insulating film 730 is provided over the planarization insulating film 770 and the conductive film 784. The insulating film 730 covers part of the conductive film 784. The light emitting element 782 has a top emission structure. Therefore, the conductive film 788 has a light-transmitting property and E
The light emitted from the L layer 786 is transmitted. It should be noted that 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 784 side and a dual emission structure in which light is emitted to both the conductive film 784 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20
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。
In addition, a colored film 736 is provided in a position overlapping with the light emitting element 782, and a light shielding film 738 is provided in a position overlapping with the insulating film 730, the lead wiring portion 711, and the source driver circuit portion 704. Further, the coloring film 736 and the light shielding film 738 are covered with the insulating film 734. A space between the light emitting element 782 and the insulating film 734 is filled with a sealing film 732. Note that FIG.
In the display device 700 shown in (1), the configuration in which the colored film 736 is provided is illustrated, but the present invention is not limited to this. For example, when the EL layer 786 is formed by coating separately, the coloring film 736 may not be provided.

本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いること
ができる。
The structure described in this embodiment can be combined with any of the structures described in the other embodiments as appropriate.

(実施の形態4)
本実施の形態では、電力が供給されない状況でも記憶内容の保持が可能で、且つ書き込
み回数にも制限が無い半導体装置の回路構成の一例について図21を用いて説明する。
(Embodiment 4)
In this embodiment mode, an example of a circuit structure of a semiconductor device in which stored contents can be held even when power is not supplied and the number of times of writing is not limited is described with reference to FIGS.

<4−1.回路構成>
図21は、半導体装置の回路構成を説明する図である。図21において、第1の配線(
1st Line)と、p型トランジスタ1280aのソース電極またはドレイン電極の
一方とは、電気的に接続されている。また、p型トランジスタ1280aのソース電極ま
たはドレイン電極の他方と、n型トランジスタ1280bのソース電極またはドレイン電
極の一方とは、電気的に接続されている。また、n型トランジスタ1280bのソース電
極またはドレイン電極の他方と、n型トランジスタ1280cのソース電極またはドレイ
ン電極の一方とは、電気的に接続されている。
<4-1. Circuit configuration>
FIG. 21 is a diagram illustrating a circuit configuration of a semiconductor device. In FIG. 21, the first wiring (
1st Line) and one of the source electrode and the drain electrode of the p-type transistor 1280a are electrically connected. Further, the other of the source electrode and the drain electrode of the p-type transistor 1280a and the one of the source electrode and the drain electrode of the n-type transistor 1280b are electrically connected. Further, the other of the source and drain electrodes of the n-type transistor 1280b and one of the source and drain electrodes of the n-type transistor 1280c are electrically connected.

また、第2の配線(2nd Line)と、トランジスタ1282のソース電極または
ドレイン電極の一方とは、電気的に接続されている。また、トランジスタ1282のソー
ス電極またはドレイン電極の他方と、容量素子1281の電極の一方及びn型トランジス
タ1280cのゲート電極とは、電気的に接続されている。
In addition, the second wiring (2nd Line) and one of a source electrode and a drain electrode of the transistor 1282 are electrically connected to each other. The other of the source electrode and the drain electrode of the transistor 1282 is electrically connected to one of the electrodes of the capacitor 1281 and the gate electrode of the n-type transistor 1280c.

また、第3の配線(3rd Line)と、p型トランジスタ1280a及びn型トラ
ンジスタ1280bのゲート電極とは、電気的に接続されている。また、第4の配線(4
th Line)と、トランジスタ1282のゲート電極とは、電気的に接続されている
。また、第5の配線(5th Line)と、容量素子1281の電極の他方及びn型ト
ランジスタ1280cのソース電極またはドレイン電極の他方とは、電気的に接続されて
いる。また、第6の配線(6th Line)と、p型トランジスタ1280aのソース
電極またはドレイン電極の他方及びn型トランジスタ1280bのソース電極またはドレ
イン電極の一方とは、電気的に接続されている。
The third wiring (3rd Line) is electrically connected to the gate electrodes of the p-type transistor 1280a and the n-type transistor 1280b. In addition, the fourth wiring (4
th Line) and the gate electrode of the transistor 1282 are electrically connected. The fifth wiring (5th Line) is electrically connected to the other electrode of the capacitor 1281 and the other of the source electrode and the drain electrode of the n-type transistor 1280c. In addition, the sixth wiring (6th Line) is electrically connected to the other of the source electrode and the drain electrode of the p-type transistor 1280a and one of the source electrode and the drain electrode of the n-type transistor 1280b.

なお、トランジスタ1282は、酸化物半導体(OS:Oxide Semicond
uctor)により形成することができる。したがって、図21において、トランジスタ
1282に「OS」の記号を付記してある。なお、トランジスタ1282を酸化物半導体
以外の材料により形成してもよい。
Note that the transistor 1282 is an oxide semiconductor (OS: Oxide Semiconductor).
rector). Therefore, in FIG. 21, the symbol “OS” is added to the transistor 1282. Note that the transistor 1282 may be formed using a material other than an oxide semiconductor.

また、図21において、トランジスタ1282のソース電極またはドレイン電極の他方
と、容量素子1281の電極の一方と、n型トランジスタ1280cのゲート電極と、の
接続箇所には、フローティングノード(FN)を付記してある。トランジスタ1282を
オフ状態とすることで、フローティングノード、容量素子1281の電極の一方、及びn
型トランジスタ1280cのゲート電極に与えられた電位を保持することができる。
Further, in FIG. 21, a floating node (FN) is added to a connection portion between the other of the source electrode and the drain electrode of the transistor 1282, one of the electrodes of the capacitor 1281, and the gate electrode of the n-type transistor 1280c. There is. By turning off the transistor 1282, the floating node, one of the electrodes of the capacitor 1281, and n
The potential applied to the gate electrode of the type transistor 1280c can be held.

図21に示す回路構成では、n型トランジスタ1280cのゲート電極の電位が保持可
能という特徴を生かすことで、次のように、情報の書き込み、保持、読み出しが可能であ
る。
In the circuit configuration shown in FIG. 21, by utilizing the feature that the potential of the gate electrode of the n-type transistor 1280c can be held, writing, holding, and reading of information can be performed as follows.

<4−2.情報の書き込み及び保持>
まず、情報の書き込み及び保持について説明する。第4の配線の電位を、トランジスタ
1282がオン状態となる電位にして、トランジスタ1282をオン状態とする。これに
より、第2の配線の電位がn型トランジスタ1280cのゲート電極、及び容量素子12
81に与えられる。すなわち、n型トランジスタ1280cのゲート電極には、所定の電
荷が与えられる(書き込み)。その後、第4の配線の電位を、トランジスタ1282がオ
フ状態となる電位にして、トランジスタ1282をオフ状態とする。これにより、n型ト
ランジスタ1280cのゲート電極に与えられた電荷が保持される(保持)。
<4-2. Writing and retaining information>
First, writing and holding of information will be described. The potential of the fourth wiring is set to a potential at which the transistor 1282 is turned on, so that the transistor 1282 is turned on. Accordingly, the potential of the second wiring is the gate electrode of the n-type transistor 1280c and the capacitance element 12
81. That is, a predetermined charge is applied to the gate electrode of the n-type transistor 1280c (writing). After that, the potential of the fourth wiring is set to a potential at which the transistor 1282 is turned off, so that the transistor 1282 is turned off. As a result, the charge applied to the gate electrode of the n-type transistor 1280c is retained (retained).

トランジスタ1282のオフ電流は極めて小さいため、n型トランジスタ1280cの
ゲート電極の電荷は長時間にわたって保持される。
Since the off-state current of the transistor 1282 is extremely small, the charge of the gate electrode of the n-type transistor 1280c is held for a long time.

<4−3.情報の読み出し>
次に、情報の読み出しについて説明する。第3の配線の電位をLowレベル電位とした
際、p型トランジスタ1280aがオン状態となり、n型トランジスタ1280bがオフ
状態となる。この時、第1の配線の電位は第6の配線に与えられる。一方、第3の配線の
電位をHighレベル電位とした際、p型トランジスタ1280aがオフ状態となり、n
型トランジスタ1280bがオン状態となる。この時、フローティングノード(FN)に
保持された電荷量に応じて、第6の配線は異なる電位をとる。このため、第6の配線の電
位をみることで、保持されている情報を読み出すことができる(読み出し)。
<4-3. Read information>
Next, reading of information will be described. When the potential of the third wiring is set to the Low level potential, the p-type transistor 1280a is turned on and the n-type transistor 1280b is turned off. At this time, the potential of the first wiring is applied to the sixth wiring. On the other hand, when the potential of the third wiring is set to the High level potential, the p-type transistor 1280a is turned off and n
The type transistor 1280b is turned on. At this time, the sixth wiring has different potentials depending on the amount of charge held in the floating node (FN). Therefore, the held information can be read (reading) by observing the potential of the sixth wiring.

また、トランジスタ1282は、酸化物半導体をチャネル形成領域に用いるため、極め
てオフ電流が小さいトランジスタである。酸化物半導体を用いたトランジスタ1282の
オフ電流は、シリコン半導体などで形成されるトランジスタの10万分の1以下のオフ電
流であるため、トランジスタ1282のリークによる、フローティングノード(FN)に
蓄積される電荷の消失を無視することが可能である。つまり、酸化物半導体を用いたトラ
ンジスタ1282により、電力の供給が無くても情報の保持が可能な不揮発性の記憶回路
を実現することが可能である。
In addition, the transistor 1282 has a very low off-state current because an oxide semiconductor is used for the channel formation region. The off-state current of the transistor 1282 including an oxide semiconductor is less than one-hundredth of that of a transistor formed using a silicon semiconductor or the like; thus, charge accumulated in the floating node (FN) due to leakage of the transistor 1282. It is possible to ignore the disappearance of. That is, the transistor 1282 including an oxide semiconductor can realize a nonvolatile memory circuit which can hold data without being supplied with power.

また、このような回路構成を用いた半導体装置を、レジスタやキャッシュメモリなどの
記憶装置に用いることで、電源電圧の供給停止による記憶装置内のデータの消失を防ぐこ
とができる。また、電源電圧の供給を再開した後、短時間で電源供給停止前の状態に復帰
することができる。よって、記憶装置全体、もしくは記憶装置を構成する一または複数の
論理回路において、待機状態のときに短い時間でも電源停止を行うことができるため、消
費電力を抑えることができる。
In addition, by using a semiconductor device having such a circuit structure for a storage device such as a register or a cache memory, data loss in the storage device due to supply of power supply voltage can be prevented. Further, after the supply of the power supply voltage is restarted, the state before the power supply is stopped can be restored in a short time. Therefore, in the entire storage device or one or a plurality of logic circuits included in the storage device, power supply can be stopped for a short time in the standby state, so that power consumption can be suppressed.

以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと
適宜組み合わせて用いることができる。
As described above, the structure, the method, and the like described in this embodiment can be combined with the structure, the method, and the like described in other embodiments as appropriate.

(実施の形態5)
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置に用いることのできる画素回路の構成
について、図22(A)を用いて以下説明を行う。
(Embodiment 5)
In this embodiment, the structure of a pixel circuit that can be used for the semiconductor device of one embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

<5−1.画素回路の構成>
図22(A)は、画素回路の構成を説明する図である。図22(A)に示す回路は、光
電変換素子1360、トランジスタ1351、トランジスタ1352、トランジスタ13
53、及びトランジスタ1354を有する。
<5-1. Pixel circuit configuration>
FIG. 22A is a diagram illustrating a structure of a pixel circuit. The circuit illustrated in FIG. 22A includes a photoelectric conversion element 1360, a transistor 1351, a transistor 1352, and a transistor 13.
53 and a transistor 1354.

光電変換素子1360のアノードは配線1316に接続され、カソードはトランジスタ
1351のソース電極またはドレイン電極の一方と接続される。トランジスタ1351の
ソース電極またはドレイン電極の他方は電荷蓄積部(FD)と接続され、ゲート電極は配
線1312(TX)と接続される。トランジスタ1352のソース電極またはドレイン電
極の一方は配線1314(GND)と接続され、ソース電極またはドレイン電極の他方は
トランジスタ1354のソース電極またはドレイン電極の一方と接続され、ゲート電極は
電荷蓄積部(FD)と接続される。トランジスタ1353のソース電極またはドレイン電
極の一方は電荷蓄積部(FD)と接続され、ソース電極またはドレイン電極の他方は配線
1317と接続され、ゲート電極は配線1311(RS)と接続される。トランジスタ1
354のソース電極またはドレイン電極の他方は配線1315(OUT)と接続され、ゲ
ート電極は配線1313(SE)に接続される。なお、上記接続は全て電気的な接続とす
る。
The photoelectric conversion element 1360 has an anode connected to the wiring 1316, and a cathode connected to one of a source electrode and a drain electrode of the transistor 1351. The other of the source electrode and the drain electrode of the transistor 1351 is connected to the charge storage portion (FD) and the gate electrode is connected to the wiring 1312 (TX). One of a source electrode and a drain electrode of the transistor 1352 is connected to the wiring 1314 (GND), the other of the source electrode and the drain electrode is connected to one of the source electrode and the drain electrode of the transistor 1354, and a gate electrode thereof is a charge storage portion (FD). ) Is connected. One of a source electrode and a drain electrode of the transistor 1353 is connected to the charge storage portion (FD), the other of the source electrode and the drain electrode is connected to the wiring 1317, and a gate electrode thereof is connected to the wiring 1311 (RS). Transistor 1
The other of the source electrode and the drain electrode of 354 is connected to the wiring 1315 (OUT), and the gate electrode is connected to the wiring 1313 (SE). Note that all the above connections are electrical connections.

なお、配線1314には、GND、VSS、VDDなどの電位が供給されていてもよい
。ここで、電位や電圧は相対的なものである。そのため、GNDの電位の大きさは、必ず
しも、0ボルトであるとは限らないものとする。
Note that the wiring 1314 may be supplied with a potential such as GND, VSS, or VDD. Here, the potential and the voltage are relative. Therefore, the magnitude of the GND potential is not necessarily 0 volt.

光電変換素子1360は受光素子であり、画素回路に入射した光に応じた電流を生成す
る機能を有する。トランジスタ1353は、光電変換素子1360による電荷蓄積部(F
D)への電荷蓄積を制御する機能を有する。トランジスタ1354は、電荷蓄積部(FD
)の電位に応じた信号を出力する機能を有する。トランジスタ1352は、電荷蓄積部(
FD)の電位のリセットする機能を有する。トランジスタ1352は、読み出し時に画素
回路の選択を制御する機能を有する。
The photoelectric conversion element 1360 is a light receiving element and has a function of generating a current according to light incident on the pixel circuit. The transistor 1353 is a charge storage portion (F
It has a function of controlling charge accumulation in D). The transistor 1354 is a charge storage unit (FD
) Has a function of outputting a signal corresponding to the potential. The transistor 1352 is a charge storage unit (
It has a function of resetting the potential of FD). The transistor 1352 has a function of controlling selection of a pixel circuit at the time of reading.

なお、電荷蓄積部(FD)は、電荷保持ノードであり、光電変換素子1360が受ける
光の量に応じて変化する電荷を保持する。
Note that the charge storage portion (FD) is a charge holding node and holds a charge that changes depending on the amount of light received by the photoelectric conversion element 1360.

なお、トランジスタ1352とトランジスタ1354とは、配線1315と配線131
4との間で、直列接続されていればよい。したがって、配線1314、トランジスタ13
52、トランジスタ1354、配線1315の順で並んでもよいし、配線1314、トラ
ンジスタ1354、トランジスタ1352、配線1315の順で並んでもよい。
Note that the transistor 1352 and the transistor 1354 are connected to the wiring 1315 and the wiring 131.
4 may be connected in series. Therefore, the wiring 1314 and the transistor 13
52, the transistor 1354, and the wiring 1315 may be arranged in this order, or the wiring 1314, the transistor 1354, the transistor 1352, and the wiring 1315 may be arranged in this order.

配線1311(RS)は、トランジスタ1353を制御するための信号線としての機能
を有する。配線1312(TX)は、トランジスタ1351を制御するための信号線とし
ての機能を有する。配線1313(SE)は、トランジスタ1354を制御するための信
号線としての機能を有する。配線1314(GND)は、基準電位(例えばGND)を設
定する信号線としての機能を有する。配線1315(OUT)は、トランジスタ1352
から出力される信号を読み出すための信号線としての機能を有する。配線1316は電荷
蓄積部(FD)から光電変換素子1360を介して電荷を出力するための信号線としての
機能を有し、図22(A)の回路においては低電位線である。また、配線1317は電荷
蓄積部(FD)の電位をリセットするための信号線としての機能を有し、図22(A)の
回路においては高電位線である。
The wiring 1311 (RS) functions as a signal line for controlling the transistor 1353. The wiring 1312 (TX) functions as a signal line for controlling the transistor 1351. The wiring 1313 (SE) functions as a signal line for controlling the transistor 1354. The wiring 1314 (GND) has a function as a signal line for setting a reference potential (eg GND). The wiring 1315 (OUT) is connected to the transistor 1352.
It has a function as a signal line for reading a signal output from. The wiring 1316 has a function as a signal line for outputting charges from the charge storage portion (FD) through the photoelectric conversion element 1360 and is a low potential line in the circuit in FIG. The wiring 1317 has a function as a signal line for resetting the potential of the charge storage portion (FD) and is a high-potential line in the circuit in FIG.

次に、図22(A)に示す各素子の構成について説明する。 Next, the structure of each element illustrated in FIG. 22A will be described.

<5−2.光電変換素子>
光電変換素子1360には、セレンまたはセレンを含む化合物(以下、セレン系材料と
する)を有する素子、あるいはシリコンを有する素子(例えば、pin型の接合が形成さ
れた素子)を用いることができる。また、酸化物半導体を用いたトランジスタと、セレン
系材料を用いた光電変換素子とを組み合わせることで信頼性を高くすることができるため
好ましい。
<5-2. Photoelectric conversion element>
As the photoelectric conversion element 1360, an element including selenium or a compound containing selenium (hereinafter referred to as a selenium-based material) or an element including silicon (for example, an element in which a pin-type junction is formed) can be used. It is preferable to combine a transistor including an oxide semiconductor and a photoelectric conversion element including a selenium-based material because reliability can be increased.

<5−3.トランジスタ>
トランジスタ1351、トランジスタ1352、トランジスタ1353、およびトラン
ジスタ1354は、非晶質シリコン、微結晶シリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコン
などのシリコン半導体を用いて形成することも可能であるが、酸化物半導体を用いたトラ
ンジスタで形成することが好ましい。酸化物半導体でチャネル形成領域を形成したトラン
ジスタは、極めてオフ電流が低い特性を示す特徴を有している。また、酸化物半導体でチ
ャネル形成領域を形成したトランジスタとしては、例えば、実施の形態1に示すトランジ
スタを用いることができる。
<5-3. Transistor>
Although the transistors 1351, 1352, 1353, and 1354 can be formed using a silicon semiconductor such as amorphous silicon, microcrystalline silicon, polycrystalline silicon, or single crystal silicon, an oxide semiconductor is used. It is preferable to form the transistor used. A transistor in which a channel formation region is formed using an oxide semiconductor has a characteristic of extremely low off-state current. As the transistor in which the channel formation region is formed using an oxide semiconductor, the transistor described in Embodiment 1 can be used, for example.

特に、電荷蓄積部(FD)と接続されているトランジスタ1351、及びトランジスタ
1353のリーク電流が大きいと、電荷蓄積部(FD)に蓄積された電荷が保持できる時
間が十分でなくなる。したがって、少なくとも当該二つのトランジスタに酸化物半導体を
用いたトランジスタを使用することで、電荷蓄積部(FD)からの不要な電荷の流出を防
止することができる。
In particular, when the leakage currents of the transistor 1351 and the transistor 1353 connected to the charge storage portion (FD) are large, the time when the charge stored in the charge storage portion (FD) can be held becomes insufficient. Therefore, by using a transistor including an oxide semiconductor for at least the two transistors, unnecessary charge can be prevented from flowing out from the charge storage portion (FD).

また、トランジスタ1352、及びトランジスタ1354においても、リーク電流が大
きいと、配線1314または配線1315に不必要な電荷の出力が起こるため、これらの
トランジスタとして、酸化物半導体でチャネル形成領域を形成したトランジスタを用いる
ことが好ましい。
In addition, in the transistors 1352 and 1354, when the leakage current is large, unnecessary charge is output to the wiring 1314 or the wiring 1315; therefore, as these transistors, a transistor in which a channel formation region is formed using an oxide semiconductor is used. It is preferable to use.

また、図22(A)において、ゲート電極が一つの構成のトランジスタについて例示し
たが、これに限定されず、例えば、複数のゲート電極を有する構成としてもよい。複数の
ゲート電極を有するトランジスタとしては、例えば、チャネル形成領域が形成される半導
体膜重なる、第1のゲート電極と、第2のゲート電極(バックゲート電極ともいう)と、
有する構成とすればよい。バックゲート電極としては、例えば、第1のゲート電極と同じ
電位、フローティング、または第1のゲート電極と異なる電位を与えればよい。
22A illustrates the transistor having a single gate electrode, the invention is not limited to this, and the transistor may have a plurality of gate electrodes, for example. As a transistor having a plurality of gate electrodes, for example, a first gate electrode and a second gate electrode (also referred to as a back gate electrode) which overlap with a semiconductor film in which a channel formation region is formed,
It may be configured to have. As the back gate electrode, for example, the same potential as the first gate electrode, floating, or a potential different from that of the first gate electrode may be applied.

<5−4.回路動作のタイミングチャート>
次に、図22(A)に示す回路の回路動作の一例について図22(B)に示すタイミン
グチャートを用いて説明する。
<5-4. Timing chart of circuit operation>
Next, an example of circuit operation of the circuit illustrated in FIG. 22A will be described with reference to a timing chart in FIG.

図22(B)では簡易に説明するため、各配線の電位は、二値変化する信号として与え
る。ただし、各電位はアナログ信号であるため、実際には状況に応じて二値に限らず種々
の値を取り得る。なお、図22(B)に示す信号1401は配線1311(RS)の電位
、信号1402は配線1312(TX)の電位、信号1403は配線1313(SE)の
電位、信号1404は電荷蓄積部(FD)の電位、信号1405は配線1315(OUT
)の電位に相当する。なお、配線1316の電位は常時”Low”、配線1317の電位
は常時”High”とする。
For simplification of explanation in FIG. 22B, the potential of each wiring is given as a binary-changed signal. However, since each potential is an analog signal, it may actually take various values, not just binary, depending on the situation. Note that a signal 1401 illustrated in FIG. 22B is a potential of the wiring 1311 (RS), a signal 1402 is a potential of the wiring 1312 (TX), a signal 1403 is a potential of the wiring 1313 (SE), and a signal 1404 is a charge accumulation portion (FD). ) Potential, the signal 1405 is output to the wiring 1315 (OUT
) Corresponds to the potential. Note that the potential of the wiring 1316 is always “Low” and the potential of the wiring 1317 is always “High”.

時刻Aにおいて、配線1311の電位(信号1401)を”High”、配線1312
の電位(信号1402)を”High”とすると、電荷蓄積部(FD)の電位(信号14
04)は配線1317の電位(”High”)に初期化され、リセット動作が開始される
。なお、配線1315の電位(信号1405)は、”High”にプリチャージしておく
At time A, the potential of the wiring 1311 (signal 1401) is set to “High” and the wiring 1312 is
When the potential of the charge storage portion (FD) is set to “High”, the potential of the charge storage portion (FD) (the signal 14
04) is initialized to the potential (“High”) of the wiring 1317, and the reset operation is started. Note that the potential of the wiring 1315 (the signal 1405) is precharged to “High”.

時刻Bにおいて、配線1311の電位(信号1401)を”Low”とするとリセット
動作が終了し、蓄積動作が開始される。ここで、光電変換素子1360には逆方向バイア
スが印加されるため、逆方向電流により、配電荷蓄積部(FD)(信号1404)が低下
し始める。光電変換素子1360は、光が照射されると逆方向電流が増大するので、照射
される光の量に応じて電荷蓄積部(FD)の電位(信号1404)の低下速度は変化する
。すなわち、光電変換素子1360に照射する光の量に応じて、トランジスタ1354の
ソースとドレイン間のチャネル抵抗が変化する。
At Time B, the potential of the wiring 1311 (the signal 1401) is set to “Low”, the reset operation is completed, and the accumulation operation is started. Here, since a reverse bias is applied to the photoelectric conversion element 1360, the distribution charge accumulation unit (FD) (signal 1404) starts to decrease due to the reverse current. In the photoelectric conversion element 1360, the reverse current increases when light is emitted, and thus the rate of decrease of the potential (signal 1404) of the charge storage portion (FD) changes depending on the amount of light that is emitted. That is, the channel resistance between the source and the drain of the transistor 1354 changes in accordance with the amount of light with which the photoelectric conversion element 1360 is irradiated.

時刻Cにおいて、配線1312の電位(信号1402)を”Low”とすると蓄積動作
が終了し、電荷蓄積部(FD)の電位(信号1404)は一定となる。ここで、当該電位
は、蓄積動作中に光電変換素子1360が生成した電荷量により決まる。すなわち、光電
変換素子1360に照射されていた光の量に応じて変化する。また、トランジスタ135
1およびトランジスタ1353は、酸化膜半導体でチャネル形成領域を形成したオフ電流
が極めて低いトランジスタで構成されているため、後の選択動作(読み出し動作)を行う
まで、電荷蓄積部(FD)の電位を一定に保つことが可能である。
At time C, the potential of the wiring 1312 (signal 1402) is set to “Low”, the accumulation operation is completed, and the potential of the charge accumulation portion (FD) (signal 1404) becomes constant. Here, the potential is determined by the amount of charge generated by the photoelectric conversion element 1360 during the accumulation operation. That is, it changes according to the amount of light with which the photoelectric conversion element 1360 is irradiated. In addition, the transistor 135
1 and the transistor 1353 are transistors each having an extremely low off-state current in which a channel formation region is formed using an oxide semiconductor, and therefore, the potential of the charge storage portion (FD) is kept constant until a later selection operation (read operation) is performed. It is possible to keep it constant.

なお、配線1312の電位(信号1402)を”Low”とする際に、配線1312と
電荷蓄積部(FD)との間における寄生容量により、電荷蓄積部(FD)の電位に変化が
生じることがある。当該電位の変化量が大きい場合は、蓄積動作中に光電変換素子136
0が生成した電荷量を正確に取得できないことになる。当該電位の変化量を低減するには
、トランジスタ1351のゲート電極−ソース電極(もしくはゲート電極−ドレイン電極
)間容量を低減する、トランジスタ1352のゲート容量を増大する、電荷蓄積部(FD
)に保持容量を設ける、などの対策が有効である。なお、本実施の形態では、これらの対
策により当該電位の変化を無視できるものとしている。
Note that when the potential of the wiring 1312 (the signal 1402) is set to “Low”, the potential of the charge storage portion (FD) may be changed due to parasitic capacitance between the wiring 1312 and the charge storage portion (FD). is there. When the amount of change in the potential is large, the photoelectric conversion element 136 is operated during the accumulation operation.
This means that the amount of charge generated by 0 cannot be acquired accurately. In order to reduce the amount of change in the potential, the gate electrode-source electrode (or gate electrode-drain electrode) capacitance of the transistor 1351 is reduced, the gate capacitance of the transistor 1352 is increased, and the charge storage portion (FD
), it is effective to take measures such as providing a storage capacitor. Note that in this embodiment, the change in the potential can be ignored by these measures.

時刻Dに、配線1313の電位(信号1403)を”High”にすると、トランジス
タ1354が導通して選択動作が開始され、配線1314と配線1315が、トランジス
タ1352とトランジスタ1354とを介して導通する。そして、配線1315の電位(
信号1405)は、低下していく。なお、配線1315のプリチャージは、時刻D以前に
終了しておけばよい。ここで、配線1315の電位(信号1405)が低下する速さは、
トランジスタ1352のソース電極とドレイン電極間の電流に依存する。すなわち、蓄積
動作中に光電変換素子1360に照射されている光の量に応じて変化する。
When the potential of the wiring 1313 (the signal 1403) is set at “High” at Time D, the transistor 1354 is turned on and a selection operation is started, and the wiring 1314 and the wiring 1315 are turned on through the transistor 1352 and the transistor 1354. Then, the potential of the wiring 1315 (
The signal 1405) is decreasing. Note that the precharge of the wiring 1315 may be completed before time D. Here, the speed at which the potential of the wiring 1315 (the signal 1405) decreases is
It depends on the current between the source electrode and the drain electrode of the transistor 1352. That is, it changes according to the amount of light applied to the photoelectric conversion element 1360 during the accumulation operation.

時刻Eにおいて、配線1313の電位(信号1403)を”Low”にすると、トラン
ジスタ1354が遮断されて選択動作は終了し、配線1315の電位(信号1405)は
、一定値となる。ここで、一定値となる値は、光電変換素子1360に照射されていた光
の量に応じて変化する。したがって、配線1315の電位を取得することで、蓄積動作中
に光電変換素子1360に照射されていた光の量を知ることができる。
At Time E, when the potential of the wiring 1313 (the signal 1403) is set to “Low”, the transistor 1354 is cut off and the selection operation ends, and the potential of the wiring 1315 (the signal 1405) becomes a constant value. Here, the constant value changes depending on the amount of light with which the photoelectric conversion element 1360 is irradiated. Therefore, by acquiring the potential of the wiring 1315, the amount of light with which the photoelectric conversion element 1360 is irradiated during the accumulation operation can be known.

より具体的には、光電変換素子1360に照射されている光が強いと、電荷蓄積部(F
D)の電位、すなわちトランジスタ1352のゲート電圧は低下する。そのため、トラン
ジスタ1352のソース電極−ドレイン電極間に流れる電流は小さくなり、配線1315
の電位(信号1405)はゆっくりと低下する。したがって、配線1315からは比較的
高い電位を読み出すことができる。
More specifically, when the light applied to the photoelectric conversion element 1360 is strong, the charge storage portion (F
The potential of D), that is, the gate voltage of the transistor 1352 decreases. Therefore, a current flowing between the source electrode and the drain electrode of the transistor 1352 is reduced, and the wiring 1315
Potential (signal 1405) slowly decreases. Therefore, a relatively high potential can be read from the wiring 1315.

逆に、光電変換素子1360に照射されている光が弱いと、電荷蓄積部(FD)の電位
、すなわち、トランジスタ1352のゲート電圧は高くなる。そのため、トランジスタ1
352のソース電極−ドレイン電極間に流れる電流は大きくなり、配線1315の電位(
信号1405)は速く低下する。したがって、配線1315からは比較的低い電位を読み
出すことができる。
On the contrary, when the light applied to the photoelectric conversion element 1360 is weak, the potential of the charge storage portion (FD), that is, the gate voltage of the transistor 1352 becomes high. Therefore, transistor 1
The current flowing between the source electrode and the drain electrode of 352 becomes large, and the potential of the wiring 1315 (
Signal 1405) falls off quickly. Therefore, a relatively low potential can be read from the wiring 1315.

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

(実施の形態6)
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23を
用いて説明を行う。
(Embodiment 6)
In this embodiment, a display device including the semiconductor device of one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

<6.表示装置の回路構成>
図23(A)に示す表示装置は、表示素子の画素を有する領域(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50
6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。
<6. Display device circuit configuration>
The display device illustrated in FIG. 23A includes a region including a pixel of a display element (hereinafter referred to as a pixel portion 502) and a circuit portion provided outside the pixel portion 502 and including a circuit for driving the pixel (
Hereinafter, referred to as a drive circuit portion 504) and a circuit having a function of protecting an element (hereinafter, the protection circuit 50).
6) and a terminal portion 507. Note that the protection 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出来る。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 B
onding)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. As a result, the number of parts and the number of terminals can be reduced. Drive circuit unit 504
When part or all of the driving circuit portion 504 is not formed on the same substrate as the pixel portion 502, a part or all of the driver circuit portion 504 is COG or TAB (Tape Automated B).
Onboarding).

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 has 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) Y columns (Y is a natural number of 2 or more). The driving circuit portion 504 is a circuit for outputting a signal (scanning signal) for selecting a pixel (hereinafter referred to as a gate driver 504a), a circuit for supplying a signal (data signal) for driving a display element of the pixel ( Hereinafter, the driver circuit such as the source driver 504b) 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、走査線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、走査線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50
4aは、別の信号を供給することも可能である。
The gate driver 504a includes a shift register and the like. The gate driver 504a is
A signal for driving the shift register is input through the terminal portion 507 and the signal is output. 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 potentials of wirings to which scan signals are supplied (hereinafter referred to as scan lines GL_1 to GL_X). Note that a plurality of gate drivers 504a may be provided and the scan lines GL_1 to GL_X may be divided and controlled by the plurality of gate drivers 504a. Alternatively, the gate driver 504a has a function of supplying an initialization signal. However, the gate driver 50 is not limited to this.
4a 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 504b includes a shift register and the like. The source driver 504b is
In addition to the signal for driving the shift register, a signal (image signal) which is a source of the data signal is input through the terminal portion 507. The source driver 504b has a function of generating a data signal to be written in the pixel circuit 501 based on an image signal. Further, the source driver 504b 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, or the like. In addition, the source driver 504b has a function of controlling the potential of a wiring to which a data signal is supplied (hereinafter referred to as data lines DL_1 to DL_Y). Alternatively, the source driver 504b has a function of supplying an initialization signal. However, the source driver 504b is not limited to this, and 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 504b is configured using, for example, a plurality of analog switches and the like.
The source driver 504b sequentially turns on a plurality of analog switches,
A signal obtained by time-sharing an image signal can be output as a data signal. Alternatively, the source driver 504b may be formed 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。
A pulse signal is input to each of the plurality of pixel circuits 501 through one of the plurality of scan lines GL to which a scan signal is supplied, and a data signal is received through one of the plurality of data lines DL to which a data signal is supplied. Is entered. Also. In each of the plurality of pixel circuits 501, writing and holding of data of a data signal is 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 through the scan line GL_m (m is a natural number less than or equal to X), and the data line DL_n( depending on the potential of the scan line GL_m(
A data signal is input from the source driver 504b via (n is a natural number equal to or less than Y).

図23(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5
01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 protection circuit 506 illustrated in FIG. 23A includes, for example, the gate driver 504a and the pixel circuit 5
It is connected to the scanning line GL, which is a wiring between 01. Alternatively, the protection circuit 506 is connected to the data line DL which is a wiring between the source driver 504b and the pixel circuit 501. Alternatively, the protection circuit 506 can be connected to a wiring between the gate driver 504a and the terminal portion 507. Alternatively, the protection circuit 506 can be connected to a wiring between the source driver 504b and the terminal portion 507. Note that the terminal portion 507 is 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 protection circuit 506 is a circuit which, when a potential outside a certain range is applied to a wiring to which the protection circuit 506 is connected, brings the wiring and another wiring into a conductive state.

図23(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50
6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 shown in FIG. 23A, the protection circuit 50 is provided in each of the pixel portion 502 and the driver circuit portion 504.
By providing 6, ESD (Electro Static Discharge:
It is possible to increase the resistance of the display device to an overcurrent generated by (electrostatic discharge) or the like.
However, the structure of the protection circuit 506 is not limited to this, and for example, the gate driver 504a may be connected to the protection circuit 506 or the source driver 504b may be connected to the protection circuit 506. Alternatively, the protection circuit 506 may be connected to the terminal portion 507.

また、図23(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良い。
23A illustrates an example in which the driver circuit portion 504 is formed by the gate driver 504a and the source driver 504b, the invention is not limited to this structure. For example, a structure in which only the gate driver 504a is formed and a separately prepared substrate on which a source driver circuit is formed (eg, a driver circuit board formed using a single crystal semiconductor film or a polycrystalline semiconductor film) may be mounted.

また、図23(A)に示す複数の画素回路501は、例えば、図23(B)に示す構成
とすることができる。
The plurality of pixel circuits 501 illustrated in FIG. 23A can have the structure illustrated in FIG. 23B, for example.

図23(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. 23B includes a liquid crystal element 570, a transistor 550, and a capacitor 560. The transistor described in any of the above embodiments 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 set as appropriate in accordance with the specifications of the pixel circuit 501. The alignment state of the liquid crystal element 570 is set by the written data. Note that a 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 M
icro−cell)モード、OCB(Optically Compensated
Birefringence)モード、FLC(Ferroelectric Liqu
id Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Li
quid Crystal)モード、MVAモード、PVA(Patterned Ve
rtical 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(Electric
ally Controlled Birefringence)モード、PDLC(P
olymer 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, and an ASM (Axially Symmetric Aligned M) are used.
micro-cell) mode, OCB (optically compensated)
Birefringence mode, FLC (Ferroelectric Liquid)
id Crystal mode, AFLC (Anti Ferroelectric Li)
Quid Crystal) mode, MVA mode, PVA (Patterned Ve)
vertical alignment mode, IPS mode, FFS mode, or TBA
(Transverse Bend Alignment) mode or the like may be used.
As a driving method of the display device, in addition to the driving method described above, an ECB (Electric) is used.
all Controlled Birefringence mode, PDLC(P
Polymer Dispersed Liquid Crystal) mode, PNLC
There are (Polymer Network Liquid Crystal) mode, 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G
L_mに電気的に接続される。トランジスタ550は、オン状態またはオフ状態になるこ
とにより、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 pixel circuit 501 in the m-th row and the n-th column, one of a source electrode and a drain electrode 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. It The gate electrode of the transistor 550 is connected to the scan line G
It is electrically connected to L_m. The transistor 550 has a function of controlling writing of data of a data signal by being turned on or off.

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 a pair of electrodes of the capacitor 560 has a wiring to which a potential is supplied (hereinafter referred to as a potential supply line VL).
), and the other is electrically connected to the other of the pair of electrodes of the liquid crystal element 570. Note that the value of the potential of the potential supply line VL is set as appropriate in accordance with the specifications of the pixel circuit 501. The capacitor 560 has a function as a storage capacitor that holds written data.

例えば、図23(B)の画素回路501を有する表示装置では、例えば、図23(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 a display device including the pixel circuit 501 in FIG. 23B, for example, in FIG.
The pixel driver 501 of each row is sequentially selected by the gate driver 504a shown in (1), the transistor 550 is turned on, and the data of the data signal is written.

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 in which the data is written enters a holding state when the transistor 550 is turned off. An image can be displayed by sequentially performing this for each row.

また、図23(A)に示す複数の画素回路501は、例えば、図23(C)に示す構成
とすることができる。
The plurality of pixel circuits 501 illustrated in FIG. 23A can have the structure illustrated in FIG. 23C, for example.

また、図23(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. 23C includes transistors 552 and 554, a capacitor 562, and a light emitting element 572. Transistor 552 and transistor 554
The transistor described in any of the above embodiments can be applied to either or both of them.

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、データ信号が与えられる
配線(以下、信号線DL_nという)に電気的に接続される。さらに、トランジスタ55
2のゲート電極は、ゲート信号が与えられる配線(以下、走査線GL_mという)に電気
的に接続される。
One of a source electrode and a drain electrode of the transistor 552 is electrically connected to a wiring to which a data signal is applied (hereinafter referred to as a signal line DL_n). In addition, the transistor 55
The second gate electrode is electrically connected to a wiring to which a gate signal is applied (hereinafter, referred to as a scanning line GL_m).

トランジスタ552は、オン状態またはオフ状態になることにより、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 a data signal by being turned on or off.

容量素子562の一対の電極の一方は、電位が与えられる配線(以下、電位供給線VL
_aという)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 a pair of electrodes of the capacitor 562 has a wiring to which a potential is applied (hereinafter referred to as a 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 562 has a function as a storage capacitor which holds 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 a source electrode and a 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 an anode and a 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
、無機材料からなる無機EL素子を用いても良い。
As the light emitting element 572, for example, an organic electroluminescence element (also referred to as an organic EL element) or the like can be used. However, the light emitting element 572 is not limited to this, and an inorganic EL element made of 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23(C)の画素回路501を有する表示装置では、例えば、図23(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 a display device including the pixel circuit 501 in FIG. 23C, for example, the pixel driver 501 in each row is sequentially selected by the gate driver 504a illustrated in FIG. 23A, the transistor 552 is turned on, and data of a data signal is output. 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 has been written is brought into a holding state by turning off the transistor 552. Further, the amount of current flowing between the source electrode and the drain electrode of the transistor 554 is controlled according to the potential of the written data signal, and the light-emitting element 572 emits light with luminance according to the amount of flowing current. An image can be displayed by sequentially performing this for each row.

本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いること
ができる。
The structure described in this embodiment can be combined with any of the structures described in the other embodiments as appropriate.

(実施の形態7)
本実施の形態では、上述の実施の形態で説明したトランジスタの適用可能な回路構成の
一例について、図24乃至53を用いて説明する。
(Embodiment 7)
In this embodiment, an example of a circuit structure to which the transistor described in any of the above embodiments can be applied is described with reference to FIGS.

なお、本実施の形態においては、先の実施の形態で説明した酸化物半導体を有するトラ
ンジスタを、OSトランジスタと呼称して以下説明を行う。
Note that in this embodiment, the transistor including an oxide semiconductor, which is described in the above embodiments, is referred to as an OS transistor in the following description.

<7.インバータ回路の構成例>
図24(A)には、駆動回路が有するシフトレジスタやバッファ等に適用することがで
きるインバータの回路図を示す。インバータ800は、入力端子INの論理を反転した信
号を出力端子OUTに出力する。インバータ800は、複数のOSトランジスタを有する
。信号SBGは、OSトランジスタの電気特性を可変するための信号である。
<7. Example of inverter circuit configuration>
FIG. 24A is a circuit diagram of an inverter which can be applied to a shift register, a buffer, or the like included in a driver circuit. The inverter 800 outputs a signal obtained by inverting the logic of the input terminal IN to the output terminal OUT. The inverter 800 has a plurality of OS transistors. The signal SBG is a signal for changing the electrical characteristics of the OS transistor.

図24(B)は、インバータ800の一例となる回路図である。インバータ800は、
OSトランジスタ810、およびOSトランジスタ820を有する。インバータ800は
、nチャネル型で作製することができ、所謂単極性の回路構成とすることができる。その
ため、CMOSインバータと比較して、低コストで作製することが可能である。
FIG. 24B is a circuit diagram showing an example of the inverter 800. The inverter 800 is
The OS transistor 810 and the OS transistor 820 are included. The inverter 800 can be manufactured as an n-channel type and can have a so-called unipolar circuit structure. Therefore, it can be manufactured at lower cost than a CMOS inverter.

OSトランジスタ810、820は、フロントゲートとして機能する第1ゲートと、バ
ックゲートとして機能する第2ゲートと、ソースまたはドレインの一方として機能する第
1端子、ソースまたはドレインの他方として機能する第2端子を有する。
The OS transistors 810 and 820 each have a first gate that functions as a front gate, a second gate that functions as a back gate, a first terminal that functions as one of a source and a drain, and a second terminal that functions as the other of the source and the drain. Have.

OSトランジスタ810の第1ゲートは、第2端子に接続される。OSトランジスタ8
10の第2ゲートは、信号SBGを伝える配線に接続される。OSトランジスタ810の
第1端子は、電圧VDDを与える配線に接続される。OSトランジスタ810の第2端子
は、出力端子OUTに接続される。
The first gate of the OS transistor 810 is connected to the second terminal. OS transistor 8
The second gate of 10 is connected to the wiring for transmitting the signal SBG. The first terminal of the OS transistor 810 is connected to a wiring which supplies the voltage VDD. The second terminal of the OS transistor 810 is connected to the output terminal OUT.

OSトランジスタ820の第1ゲートは、入力端子INに接続される。OSトランジス
タ820の第2ゲートは、入力端子INに接続される。OSトランジスタ820の第1端
子は、出力端子OUTに接続される。OSトランジスタ820の第2端子は、電圧VSS
を与える配線に接続される。
The first gate of the OS transistor 820 is connected to the input terminal IN. The second gate of the OS transistor 820 is connected to the input terminal IN. The first terminal of the OS transistor 820 is connected to the output terminal OUT. The second terminal of the OS transistor 820 has a voltage VSS
Connected to the wiring that gives.

図24(C)は、インバータ800の動作を説明するためのタイミングチャートである
。図24(C)のタイミングチャートでは、入力端子INの信号波形、出力端子OUTの
信号波形、信号SBGの信号波形、およびOSトランジスタ810(FET810)のし
きい値電圧の変化について示している。
FIG. 24C is a timing chart for explaining the operation of the inverter 800. The timing chart of FIG. 24C shows changes in the signal waveform of the input terminal IN, the signal waveform of the output terminal OUT, the signal waveform of the signal SBG, and the threshold voltage of the OS transistor 810 (FET 810).

信号SBGはOSトランジスタ810の第2ゲートに与えることで、OSトランジスタ
810のしきい値電圧(VTH)を制御することができる。
The threshold voltage (VTH) of the OS transistor 810 can be controlled by applying the signal SBG to the second gate of the OS transistor 810.

信号SBGは、VTHをマイナスシフトさせるための電圧VBG_A、VTHをプラス
シフトさせるための電圧VBG_Bを有する。第2ゲートに電圧VBG_Aを与えること
で、OSトランジスタ810はしきい値電圧VTH_Aにマイナスシフトさせることがで
きる。また、第2ゲートに電圧VBG_Bを与えることで、OSトランジスタ810は、
しきい値電圧VTH_Bにプラスシフトさせることができる。
The signal SBG has a voltage VBG_A for shifting VTH in the negative direction and a voltage VBG_B for shifting the VTH in the positive direction. By applying the voltage VBG_A to the second gate, the OS transistor 810 can be negatively shifted to the threshold voltage VTH_A. Further, by applying the voltage VBG_B to the second gate, the OS transistor 810 becomes
It can be positively shifted to the threshold voltage VTH_B.

つまりOSトランジスタ810は、図25(A)に示すグラフのように、第2ゲートの
電圧を大きくすることで、破線840で表される曲線にシフトさせることができる。また
第2ゲートの電圧を小さくすることで、実線841で表される曲線にシフトさせることが
できる。
That is, the OS transistor 810 can be shifted to the curve represented by the dashed line 840 by increasing the voltage of the second gate as shown in the graph in FIG. Further, by decreasing the voltage of the second gate, it is possible to shift to the curve represented by the solid line 841.

しきい値電圧VTH_Bにプラスシフトさせることで、OSトランジスタ810は電流
が流れにくい状態とすることができる。図25(B)に図示するように、このとき流れる
電流IBを極めて小さくすることができる。そのため、入力端子INに与える信号がハイ
レベルでOSトランジスタ820はオン状態(ON)のとき、出力端子OUTの電圧の上
昇を急峻に行うことができる。したがって、図24(C)に示すタイミングチャートにお
ける出力端子の信号波形831を急峻な変化にすることができる。また電圧VDDを与え
る配線と、電圧VSSを与える配線との間に流れる貫通電流を少なくすることができるた
め、低消費電力での動作を行うことができる。
By positively shifting to the threshold voltage VTH_B, the OS transistor 810 can be in a state in which current hardly flows. As shown in FIG. 25B, the current IB flowing at this time can be made extremely small. Therefore, when the signal applied to the input terminal IN is at a high level and the OS transistor 820 is in the on state (ON), the voltage at the output terminal OUT can be sharply increased. Therefore, the signal waveform 831 at the output terminal in the timing chart in FIG. 24C can be changed abruptly. Further, since the through current flowing between the wiring which supplies the voltage VDD and the wiring which supplies the voltage VSS can be reduced, operation with low power consumption can be performed.

また、しきい値電圧VTH_Aにマイナスシフトさせることで、OSトランジスタ81
0は電流が流れやすい状態とすることができる。図25(C)に図示するように、このと
き流れる電流IAを少なくとも電流IBよりも大きくすることができる。そのため、入力
端子INに与える信号がローレベルでOSトランジスタ820はオフ状態(OFF)のと
き、出力端子OUTの電圧の下降を急峻に行うことができる。したがって、図24(C)
に示すタイミングチャートにおける出力端子の信号波形832を急峻な変化にすることが
できる。
In addition, by shifting the threshold voltage VTH_A to a negative value, the OS transistor 81
0 can be a state in which a current easily flows. As shown in FIG. 25C, the current IA flowing at this time can be made larger than at least the current IB. Therefore, when the signal applied to the input terminal IN is at a low level and the OS transistor 820 is in the off state (OFF), the voltage at the output terminal OUT can be rapidly decreased. Therefore, FIG.
The signal waveform 832 of the output terminal in the timing chart shown in FIG.

なお、信号SBGによるOSトランジスタ810のVTH制御は、OSトランジスタ8
20の状態が切り替わる以前、すなわち時刻T1やT2よりも前に行うことが好ましい。
例えば、図24(C)に図示するように、入力端子INに与える信号がハイレベルに切り
替わる時刻T1よりも前に、しきい値電圧VTH_Aから、しきい値電圧VTH_BにO
Sトランジスタ810のしきい値電圧を切り替えることが好ましい。また、図24(C)
に図示するように、入力端子INに与える信号がローレベルに切り替わる時刻T2よりも
前に、しきい値電圧VTH_Bからしきい値電圧VTH_AにOSトランジスタ810の
しきい値電圧を切り替えることが好ましい。
The VTH control of the OS transistor 810 by the signal SBG is performed by the OS transistor 8
It is preferable to perform it before the state of 20 is switched, that is, before the time T1 or T2.
For example, as illustrated in FIG. 24C, the threshold voltage VTH_A is changed from the threshold voltage VTH_A to the threshold voltage VTH_B before time T1 when the signal applied to the input terminal IN is switched to the high level.
It is preferable to switch the threshold voltage of the S transistor 810. In addition, FIG.
As shown in FIG. 5, it is preferable to switch the threshold voltage of the OS transistor 810 from the threshold voltage VTH_B to the threshold voltage VTH_A before time T2 when the signal applied to the input terminal IN switches to the low level.

なお、図24(C)のタイミングチャートでは、入力端子INに与える信号に応じて信
号SBGを切り替える構成を示したが、別の構成としてもよい。例えば、しきい値電圧を
制御するための電圧は、フローティング状態としたOSトランジスタ810の第2ゲート
に保持させる構成としてもよい。当該構成を実現可能な回路構成の一例について、図26
(A)に示す。
Note that the timing chart in FIG. 24C illustrates the structure in which the signal SBG is switched in accordance with the signal supplied to the input terminal IN, but another structure may be used. For example, the voltage for controlling the threshold voltage may be held in the second gate of the OS transistor 810 in a floating state. FIG. 26 shows an example of a circuit configuration that can realize the configuration.
It shows in (A).

図26(A)では、図24(B)で示した回路構成に加えて、OSトランジスタ850
を有する。OSトランジスタ850の第1端子は、OSトランジスタ810の第2ゲート
に接続される。またOSトランジスタ850の第2端子は、電圧VBG_B(あるいは電
圧VBG_A)を与える配線に接続される。OSトランジスタ850の第1ゲートは、信
号SFを与える配線に接続される。OSトランジスタ850の第2ゲートは、電圧VBG
_B(あるいは電圧VBG_A)を与える配線に接続される。
In FIG. 26A, in addition to the circuit configuration shown in FIG.
Have. The first terminal of the OS transistor 850 is connected to the second gate of the OS transistor 810. The second terminal of the OS transistor 850 is connected to a wiring which supplies the voltage VBG_B (or the voltage VBG_A). The first gate of the OS transistor 850 is connected to a wiring which gives the signal SF. The second gate of the OS transistor 850 has a voltage VBG
_B (or voltage VBG_A) is connected to the wiring.

図26(A)の動作について、図26(B)のタイミングチャートを用いて説明する。 The operation of FIG. 26A will be described with reference to the timing chart of FIG.

図24(C)と同様に、OSトランジスタ810のしきい値電圧を制御するための電圧
は、入力端子INに与える信号がハイレベルに切り替わる時刻T3よりも前に、OSトラ
ンジスタ810の第2ゲートに与える構成とする。信号SFをハイレベルとしてOSトラ
ンジスタ850をオン状態とし、ノードNBGにしきい値電圧を制御するための電圧VB
G_Bを与える。
Similar to FIG. 24C, the voltage for controlling the threshold voltage of the OS transistor 810 is the second gate of the OS transistor 810 before time T3 when the signal applied to the input terminal IN is switched to the high level. To give to. A voltage VB for controlling the threshold voltage is applied to the node NBG by setting the signal SF to a high level to turn on the OS transistor 850.
G_B is given.

ノードNBGが電圧VBG_Bとなった後は、OSトランジスタ850をオフ状態とす
る。OSトランジスタ850は、オフ電流が極めて小さいため、オフ状態にし続けること
で、一旦ノードに保持させたしきい値電圧VTH_Aを保持することができる。そのため
、OSトランジスタ850の第2ゲートに電圧VBG_Bを与える動作の回数が減るため
、電圧VBG_Bの書き換えに要する分の消費電力を小さくすることができる。
After the node NBG becomes the voltage VBG_B, the OS transistor 850 is turned off. Since the off-state current of the OS transistor 850 is extremely small, the threshold voltage VTH_A once held at the node can be held by continuing to be in the off state. Therefore, the number of operations of applying the voltage VBG_B to the second gate of the OS transistor 850 is reduced, so that power consumption required for rewriting the voltage VBG_B can be reduced.

なお、図24(B)および図26(A)の回路構成では、OSトランジスタ810の第
2ゲートに与える電圧を外部からの制御によって与える構成について示したが、別の構成
としてもよい。例えば、しきい値電圧を制御するための電圧を、入力端子INに与える信
号を基に生成し、OSトランジスタ810の第2ゲートに与える構成としてもよい。当該
構成を実現可能な回路構成の一例について、図27(A)に示す。
In the circuit configurations of FIGS. 24B and 26A, the configuration in which the voltage applied to the second gate of the OS transistor 810 is externally controlled is shown, but another configuration may be adopted. For example, the voltage for controlling the threshold voltage may be generated based on the signal applied to the input terminal IN and applied to the second gate of the OS transistor 810. FIG. 27A illustrates an example of a circuit structure which can realize the structure.

図27(A)では、図24(B)で示した回路構成において、入力端子INとOSトラ
ンジスタ810の第2ゲートとの間にCMOSインバータ860を有する。CMOSイン
バータ860の入力端子は、入力端子INに接続される。CMOSインバータ860の出
力端子は、OSトランジスタ810の第2ゲートに接続される。
In FIG. 27A, a CMOS inverter 860 is provided between the input terminal IN and the second gate of the OS transistor 810 in the circuit structure shown in FIG. 24B. The input terminal of the CMOS inverter 860 is connected to the input terminal IN. The output terminal of the CMOS inverter 860 is connected to the second gate of the OS transistor 810.

図27(A)の動作について、図27(B)のタイミングチャートを用いて説明する。
図27(B)のタイミングチャートでは、入力端子INの信号波形、出力端子OUTの信
号波形、CMOSインバータ860の出力波形IN_B、およびOSトランジスタ810
(FET810)のしきい値電圧の変化について示している。
The operation of FIG. 27A will be described with reference to the timing chart of FIG.
In the timing chart of FIG. 27B, the signal waveform of the input terminal IN, the signal waveform of the output terminal OUT, the output waveform IN_B of the CMOS inverter 860, and the OS transistor 810.
The change of the threshold voltage of (FET810) is shown.

入力端子INに与える信号の論理を反転した信号である出力波形IN_Bは、図24(
C)と同様に、OSトランジスタ810のしきい値電圧を制御できる。したがって、電圧
が異なるものの、図25(A)乃至図25(C)で説明したように、OSトランジスタ8
10のしきい値電圧を制御できる。例えば、図27(B)における時刻T4となるとき、
入力端子INに与える信号がハイレベルでOSトランジスタ820はオン状態となる。こ
のとき、出力波形IN_Bはローレベルとなる。そのため、OSトランジスタ810は電
流が流れにくい状態とすることができ、出力端子OUTの電圧の上昇を急峻に行うことが
できる。
The output waveform IN_B which is a signal obtained by inverting the logic of the signal applied to the input terminal IN is shown in FIG.
As in C), the threshold voltage of the OS transistor 810 can be controlled. Therefore, although the voltage is different, as described in FIGS. 25A to 25C, the OS transistor 8
A threshold voltage of 10 can be controlled. For example, at time T4 in FIG. 27B,
When the signal applied to the input terminal IN is at high level, the OS transistor 820 is turned on. At this time, the output waveform IN_B becomes low level. Therefore, the OS transistor 810 can be in a state in which a current hardly flows, and the voltage of the output terminal OUT can be rapidly increased.

また、図27(B)における時刻T5となるとき、入力端子INに与える信号がローレ
ベルでOSトランジスタ820はオフ状態となる。このとき、出力波形IN_Bはハイレ
ベルとなる。そのため、OSトランジスタ810は電流が流れやすい状態とすることがで
き、出力端子OUTの電圧の上昇を急峻に行うことができる。
Further, at time T5 in FIG. 27B, the signal supplied to the input terminal IN is at a low level and the OS transistor 820 is off. At this time, the output waveform IN_B becomes high level. Therefore, the OS transistor 810 can be in a state where a current easily flows, and the voltage of the output terminal OUT can be rapidly increased.

以上説明したように本実施の形態の構成では、OSトランジスタを有するインバータに
おける、バックゲートの電圧を入力端子INの信号の論理にしたがって切り替える。当該
構成とすることで、OSトランジスタのしきい値電圧を制御することができる。OSトラ
ンジスタのしきい値電圧の制御を入力端子INに与える信号に併せて制御することで、出
力端子OUTの電圧の変化を急峻にすることができる。また、電源電圧を与える配線間の
貫通電流を小さくすることができる。そのため、低消費電力化を図ることができる。
As described above, in the structure of this embodiment, the voltage of the back gate in the inverter having the OS transistor is switched according to the logic of the signal of the input terminal IN. With such a structure, the threshold voltage of the OS transistor can be controlled. By controlling the threshold voltage of the OS transistor in accordance with the signal applied to the input terminal IN, the voltage at the output terminal OUT can be changed sharply. Further, it is possible to reduce the through current between the wirings that supplies the power supply voltage. Therefore, low power consumption can be achieved.

本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いること
ができる。
The structure described in this embodiment can be combined with any of the structures described in the other embodiments as appropriate.

(実施の形態8)
本実施の形態では、本発明の一態様の入出力装置について図28を用いて説明する。
(Embodiment 8)
In this embodiment, an input/output device of one embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

<8.入出力装置の構成例>
本発明の一態様の入出力装置は、画像を表示する機能と、タッチセンサとしての機能と
、を有する、インセル型のタッチパネルである。
<8. Example of I/O device configuration>
An input/output device of one embodiment of the present invention is an in-cell touch panel having a function of displaying an image and a function of a touch sensor.

本発明の一態様の入出力装置が有する表示素子に限定は無い。液晶素子、MEMS(M
icro Electro Mechanical System)を利用した光学素子
、有機EL(Electro Luminescence)素子や発光ダイオード(LE
D:Light Emitting Diode)等の発光素子、電気泳動素子など、様
々な素子を、表示素子として適用することができる。
There is no limitation on the display element included in the input/output device of one embodiment of the present invention. Liquid crystal element, MEMS (M
An optical element using an micro electro mechanical system, an organic EL (Electro Luminescence) element, or a light emitting diode (LE)
Various elements such as a light emitting element such as D: Light Emitting Diode, an electrophoretic element, and the like can be applied as the display element.

本実施の形態では、横電界方式の液晶素子を用いた透過型の液晶表示装置を例に挙げて
説明する。
In the present embodiment, a transmissive liquid crystal display device using a horizontal electric field type liquid crystal element will be described as an example.

本発明の一態様の入出力装置が有する検知素子(センサ素子ともいう)に限定は無い。
指やスタイラスなどの被検知体の近接又は接触を検知することのできる様々なセンサを、
検知素子として適用することができる。
There is no limitation on a sensing element (also referred to as a sensor element) included in the input/output device of one embodiment of the present invention.
Various sensors that can detect the proximity or contact of the detected object such as finger or stylus,
It can be applied as a sensing element.

例えばセンサの方式としては、静電容量方式、抵抗膜方式、表面弾性波方式、赤外線方
式、光学方式、感圧方式など様々な方式を用いることができる。
For example, as a sensor system, various systems such as a capacitance system, a resistance film system, a surface acoustic wave system, an infrared system, an optical system, and a pressure sensitive system can be used.

本実施の形態では、静電容量方式の検知素子を有する入出力装置を例に挙げて説明する
In this embodiment, an input/output device including a capacitance type detection element will be described as an example.

静電容量方式としては、表面型静電容量方式、投影型静電容量方式等がある。また、投
影型静電容量方式としては、自己容量方式、相互容量方式等がある。相互容量方式を用い
ると、同時多点検出が可能となるため好ましい。
As the electrostatic capacity method, there are a surface type electrostatic capacity method, a projection type electrostatic capacity method and the like. Further, as the projection type electrostatic capacity method, there are a self capacity method, a mutual capacity method and the like. It is preferable to use the mutual capacitance method because simultaneous multipoint detection is possible.

インセル型のタッチパネルとしては、代表的にはセミインセル型と、フルインセル型と
がある。セミインセル型は、表示素子を支持する基板と対向基板の両方又は対向基板のみ
に、検知素子を構成する電極等が設けられた構成をいう。一方、フルインセル型は、表示
素子を支持する基板のみに、検知素子を構成する電極等を設けた構成をいう。本発明の一
態様の入出力装置は、フルインセル型のタッチパネルである。フルインセル型のタッチパ
ネルは、対向基板の構成を簡略化できるため、好ましい。
In-cell type touch panels are typically classified into a semi-in-cell type and a full-in-cell type. The semi-in-cell type refers to a structure in which an electrode or the like forming a sensing element is provided on both the substrate supporting the display element and the counter substrate or only the counter substrate. On the other hand, the full-in cell type refers to a configuration in which an electrode or the like that constitutes a sensing element is provided only on a substrate that supports a display element. The input/output device of one embodiment of the present invention is a full-in cell touch panel. The full-in cell type touch panel is preferable because the configuration of the counter substrate can be simplified.

また、本発明の一態様の入出力装置は、表示素子を構成する電極が、検知素子を構成す
る電極を兼ねるため、作製工程を簡略化でき、かつ、作製コストを低減でき、好ましい。
In the input/output device of one embodiment of the present invention, the electrode included in the display element also serves as the electrode included in the sensing element; therefore, the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced, which is preferable.

また、本発明の一態様を適用することで、別々に作製された表示パネルと検知素子とを
貼り合わせる構成や、対向基板側に検知素子を作製する構成に比べて、入出力装置を薄型
化もしくは軽量化することができる、又は、入出力装置の部品点数を少なくすることがで
きる。
By applying one embodiment of the present invention, the input/output device can be thinner than a structure in which a display panel and a sensing element which are manufactured separately are attached to each other and a structure in which the sensing element is manufactured on the counter substrate side. Alternatively, the weight can be reduced, or the number of parts of the input/output device can be reduced.

また、本発明の一態様の入出力装置は、画素を駆動する信号を供給するFPCと、検知
素子を駆動する信号を供給するFPCの両方を、一方の基板側に配置する。これにより、
電子機器に組み込みやすく、また、部品点数を削減することが可能となる。なお、一つの
FPCにより、画素を駆動する信号と検知素子を駆動する信号が供給されてもよい。
In the input/output device of one embodiment of the present invention, both the FPC which supplies a signal for driving a pixel and the FPC which supplies a signal for driving a sensing element are arranged on one substrate side. This allows
It is easy to incorporate in electronic equipment and the number of parts can be reduced. Note that a signal for driving a pixel and a signal for driving a detection element may be supplied by one FPC.

以下では、本発明の一態様の入出力装置の構成について説明する。 The structure of the input/output device of one embodiment of the present invention will be described below.

[入出力装置の断面構成例1]
図28(A)に、入出力装置の隣り合う2つの副画素の断面図を示す。図28(A)に
示す2つの副画素はそれぞれ異なる画素が有する副画素である。
[Cross-sectional configuration example 1 of input/output device]
FIG. 28A is a cross-sectional view of two adjacent subpixels of the input/output device. The two subpixels illustrated in FIG. 28A are subpixels included in different pixels.

図28(A)に示すように、入出力装置は、基板211上に、トランジスタ201a、
トランジスタ203a、及び液晶素子207a等を有する。また基板211上には、絶縁
層212、絶縁層213、絶縁層215、絶縁層219等の絶縁層が設けられている。
As shown in FIG. 28A, the input/output device includes transistors 201a,
It has a transistor 203a, a liquid crystal element 207a, and the like. Insulating layers such as the insulating layer 212, the insulating layer 213, the insulating layer 215, and the insulating layer 219 are provided over the substrate 211.

例えば、赤色を呈する副画素、緑色を呈する副画素、及び青色を呈する副画素によって
1つの画素が構成されることで、表示部ではフルカラーの表示を行うことができる。なお
、副画素が呈する色は、赤、緑、及び青に限られない。画素には、例えば、白、黄、マゼ
ンタ、又はシアン等の色を呈する副画素を用いてもよい。
For example, one pixel includes a red subpixel, a green subpixel, and a blue subpixel, whereby a full-color display can be performed in the display portion. The colors presented by the sub-pixels are not limited to red, green, and blue. For the pixel, for example, a sub-pixel which exhibits a color such as white, yellow, magenta, or cyan may be used.

副画素が有するトランジスタ201aには、上記実施の形態で例示したトランジスタを
適用することができる。
The transistor illustrated in the above embodiment can be applied to the transistor 201a included in the subpixel.

液晶素子207aは、FFS(Fringe Field Switching)モー
ドが適用された液晶素子である。液晶素子207aは、導電膜251、導電膜252、及
び液晶249を有する。導電膜251と導電膜252との間に生じる電界により、液晶2
49の配向を制御することができる。導電膜251は、画素電極として機能することがで
きる。導電膜252は、共通電極として機能することができる。
The liquid crystal element 207a is a liquid crystal element to which an FFS (Fringe Field Switching) mode is applied. The liquid crystal element 207a includes a conductive film 251, a conductive film 252, and a liquid crystal 249. The liquid crystal 2 is generated by the electric field generated between the conductive films 251 and 252.
The orientation of 49 can be controlled. The conductive film 251 can function as a pixel electrode. The conductive film 252 can function as a common electrode.

導電膜251及び導電膜252に、可視光を透過する導電性材料を用いることで、入出
力装置を、透過型の液晶表示装置として機能させることができる。また、導電膜251に
、可視光を反射する導電性材料を用い、導電膜252に可視光を透過する導電性材料を用
いることで、入出力装置を、反射型の液晶表示装置として機能させることができる。
By using a conductive material that transmits visible light for the conductive films 251 and 252, the input/output device can function as a transmissive liquid crystal display device. Further, a conductive material that reflects visible light is used for the conductive film 251 and a conductive material that transmits visible light is used for the conductive film 252, so that the input/output device functions as a reflective liquid crystal display device. You can

可視光を透過する導電性材料としては、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。具体的には、酸化インジウ
ム、インジウム錫酸化物(ITO:Indium Tin Oxide)、インジウム亜
鉛酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウ
ム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化
物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛
などが挙げられる。なお、グラフェンを含む膜を用いることもできる。グラフェンを含む
膜は、例えば膜状に形成された酸化グラフェンを含む膜を還元して形成することができる
Examples of the conductive material that transmits visible light include indium (In), zinc (Zn),
It is preferable to use a material containing one selected from tin (Sn). Specifically, indium oxide, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide, indium oxide containing tungsten oxide, indium zinc oxide containing tungsten oxide, indium oxide containing titanium oxide, Examples thereof include indium tin oxide containing titanium oxide, indium tin oxide containing silicon oxide, zinc oxide, and zinc oxide containing gallium. Note that a film containing graphene can also be used. The film containing graphene can be formed by reducing a film containing graphene oxide, which is formed into a film shape, for example.

導電膜251に酸化物導電膜を用いることが好ましい。また、導電膜252に酸化物導
電膜を用いることが好ましい。酸化物導電膜は、酸化物半導体膜223に含まれる金属元
素を一種類以上有することが好ましい。例えば、導電膜251は、インジウムを含むこと
が好ましく、In−M−Zn酸化物(MはAl、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、N
d、Sn又はHf)膜であることがさらに好ましい。同様に、導電膜252は、インジウ
ムを含むことが好ましく、In−M−Zn酸化物膜であることがさらに好ましい。
It is preferable to use an oxide conductive film for the conductive film 251. Further, it is preferable to use an oxide conductive film for the conductive film 252. The oxide conductive film preferably contains one or more kinds of metal elements contained in the oxide semiconductor film 223. For example, the conductive film 251 preferably contains indium, and an In-M-Zn oxide (M is Al, Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, N).
More preferably, it is a d, Sn or Hf) film. Similarly, the conductive film 252 preferably contains indium, more preferably an In-M-Zn oxide film.

なお、導電膜251と導電膜252のうち、少なくとも一方を、酸化物半導体を用いて
形成してもよい。上述の通り、同一の金属元素を有する酸化物半導体を、入出力装置を構
成する層のうち2層以上に用いることで、製造装置(例えば、成膜装置、加工装置等)を
2以上の工程で共通で用いることが可能となるため、製造コストを抑制することができる
Note that at least one of the conductive films 251 and 252 may be formed using an oxide semiconductor. As described above, the oxide semiconductor having the same metal element is used for two or more layers of the layers forming the input/output device, so that the manufacturing apparatus (eg, a film formation apparatus, a processing apparatus, or the like) can be performed in two or more steps. Since it can be used in common, the manufacturing cost can be suppressed.

例えば、絶縁膜253に水素を含む窒化シリコン膜を用い、導電膜251に酸化物半導
体を用いると、絶縁膜253から供給される水素によって、酸化物半導体の導電率を高め
ることができる。
For example, when a silicon nitride film containing hydrogen is used for the insulating film 253 and an oxide semiconductor is used for the conductive film 251, the conductivity of the oxide semiconductor can be increased by hydrogen supplied from the insulating film 253.

可視光を反射する導電性材料としては、例えば、アルミニウム、銀、又はこれらの金属
材料を含む合金等が挙げられる。
Examples of the conductive material that reflects visible light include aluminum, silver, and alloys containing these metal materials.

画素電極として機能する導電膜251は、トランジスタ203aのソース又はドレイン
と電気的に接続される。
The conductive film 251 functioning as a pixel electrode is electrically connected to the source or the drain of the transistor 203a.

導電膜252は、櫛歯状の上面形状(平面形状ともいう)、又はスリットが設けられた
上面形状を有する。導電膜251と導電膜252の間には、絶縁膜253が設けられてい
る。導電膜251は、絶縁膜253を介して導電膜252と重なる部分を有する。また、
導電膜251と着色膜241とが重なる領域において、導電膜251上に導電膜252が
配置されていない部分を有する。
The conductive film 252 has a comb-like top surface shape (also referred to as a planar shape) or a top surface shape provided with a slit. An insulating film 253 is provided between the conductive films 251 and 252. The conductive film 251 has a portion overlapping with the conductive film 252 with the insulating film 253 provided therebetween. Also,
In the region where the conductive film 251 and the coloring film 241 overlap with each other, there is a portion where the conductive film 252 is not provided over the conductive film 251.

絶縁膜253上には、導電膜255が設けられている。導電膜255は、導電膜252
と電気的に接続されており、導電膜252の補助配線として機能することができる。共通
電極と電気的に接続する補助配線を設けることで、共通電極の抵抗に起因する電圧降下を
抑制することができる。また、このとき、金属酸化物を含む導電膜と、金属を含む導電膜
の積層構造とする場合には、ハーフトーンマスクを用いたパターニング技術により形成す
ると、工程を簡略化できるため好ましい。
A conductive film 255 is provided over the insulating film 253. The conductive film 255 is the conductive film 252.
And can function as an auxiliary wiring of the conductive film 252. By providing the auxiliary wiring electrically connected to the common electrode, the voltage drop due to the resistance of the common electrode can be suppressed. In addition, at this time, in the case of a stacked-layer structure of a conductive film containing a metal oxide and a conductive film containing a metal, it is preferable to form by a patterning technique using a halftone mask because the process can be simplified.

導電膜255は、導電膜252よりも抵抗値の低い膜とすればよい。導電膜255は、
例えば、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、銀
、ネオジム、スカンジウム等の金属材料又はこれらの元素を含む合金材料を用いて、単層
で又は積層して形成することができる。
The conductive film 255 may have a resistance value lower than that of the conductive film 252. The conductive film 255 is
For example, a single layer or a stacked layer can be formed using a metal material such as molybdenum, titanium, chromium, tantalum, tungsten, aluminum, copper, silver, neodymium, or scandium or an alloy material containing these elements.

入出力装置の使用者から視認されないよう、導電膜255は、遮光膜243等と重なる
位置に設けられることが好ましい。
The conductive film 255 is preferably provided in a position overlapping with the light-blocking film 243 or the like so that the conductive film 255 is not visible to the user of the input/output device.

着色膜241は、液晶素子207aと重なる部分を有する。遮光膜243は、トランジ
スタ201a、203aのうち、少なくとも一方と重なる部分を有する。
The coloring film 241 has a portion overlapping with the liquid crystal element 207a. The light-blocking film 243 has a portion overlapping with at least one of the transistors 201a and 203a.

絶縁膜245は、着色膜241や遮光膜243等に含まれる不純物が液晶249に拡散
することを防ぐオーバーコートとしての機能を有することが好ましい。絶縁膜245は、
不要であれば設けなくてもよい。
The insulating film 245 preferably has a function as an overcoat that prevents impurities contained in the coloring film 241, the light-blocking film 243, or the like from diffusing into the liquid crystal 249. The insulating film 245 is
It may not be provided if unnecessary.

なお、基板211及び基板261の液晶249と接する表面には、配向膜が設けられて
いてもよい。配向膜は、液晶249の配向を制御することができる。例えば、図28(A
)において、導電膜252を覆う配向膜を形成してもよい。また、図28(A)において
、絶縁膜245と液晶249の間に、配向膜を有していてもよい。また、絶縁膜245が
、配向膜としての機能と、オーバーコートとしての機能の双方を有していてもよい。
Note that an alignment film may be provided on the surfaces of the substrates 211 and 261 which are in contact with the liquid crystal 249. The alignment film can control the alignment of the liquid crystal 249. For example, in FIG.
), an alignment film which covers the conductive film 252 may be formed. Further, in FIG. 28A, an alignment film may be provided between the insulating film 245 and the liquid crystal 249. Further, the insulating film 245 may have both a function as an alignment film and a function as an overcoat.

また、入出力装置は、スペーサ247を有する。スペーサ247は、基板211と基板
261との距離が一定以上近づくことを防ぐ機能を有する。
Further, the input/output device has a spacer 247. The spacer 247 has a function of preventing the distance between the substrate 211 and the substrate 261 from approaching a certain distance or more.

図28(A)では、スペーサ247は、絶縁膜253上及び導電膜252上に設けられ
ている例を示すが、本発明の一態様はこれに限られない。スペーサ247は、基板211
側に設けられていてもよいし、基板261側に設けられていてもよい。例えば、絶縁膜2
45上にスペーサ247を形成してもよい。また、図28(A)では、スペーサ247が
、絶縁膜253及び絶縁膜245と接する例を示すが、基板211側又は基板261側の
いずれかに設けられた構造物と接していなくてもよい。
Although the spacer 247 is provided over the insulating film 253 and the conductive film 252 in FIG. 28A, one embodiment of the present invention is not limited to this. The spacer 247 is the substrate 211.
May be provided on the side or the substrate 261 side. For example, the insulating film 2
The spacer 247 may be formed on the 45. 28A illustrates an example in which the spacer 247 is in contact with the insulating film 253 and the insulating film 245, the spacer 247 does not need to be in contact with a structure provided on either the substrate 211 side or the substrate 261 side. ..

スペーサ247として粒状のスペーサを用いてもよい。粒状のスペーサとしては、シリ
カなどの材料を用いることもできるが、樹脂やゴムなどの弾性を有する材料を用いること
が好ましい。このとき、粒状のスペーサは上下方向に潰れた形状となる場合がある。
A granular spacer may be used as the spacer 247. A material such as silica can be used as the granular spacer, but it is preferable to use a material having elasticity such as resin or rubber. At this time, the granular spacer may be crushed in the vertical direction.

基板211及び基板261は、図示しない接着層によって貼り合わされている。基板2
11、基板261、及び接着層に囲まれた領域に、液晶249が封止されている。
The substrate 211 and the substrate 261 are attached to each other with an adhesive layer (not shown). Board 2
Liquid crystal 249 is sealed in a region surrounded by 11, the substrate 261, and the adhesive layer.

なお、入出力装置を、透過型の液晶表示装置として機能させる場合、偏光板を、表示部
を挟むように2つ配置する。偏光板よりも外側に配置されたバックライトからの光は偏光
板を介して入射される。このとき、導電膜251と導電膜252の間に与える電圧によっ
て液晶249の配向を制御し、光の光学変調を制御することができる。すなわち、偏光板
を介して射出される光の強度を制御することができる。また、入射光は着色膜241によ
って特定の波長領域以外の光が吸収されるため、射出される光は例えば赤色、青色、又は
緑色を呈する光となる。
Note that when the input/output device is made to function as a transmissive liquid crystal display device, two polarizing plates are provided so as to sandwich the display portion. The light from the backlight arranged outside the polarizing plate enters through the polarizing plate. At this time, the orientation of the liquid crystal 249 can be controlled by the voltage applied between the conductive films 251 and 252, and the optical modulation of light can be controlled. That is, the intensity of light emitted through the polarizing plate can be controlled. Further, since the incident light is absorbed by the colored film 241 except for the specific wavelength region, the emitted light is, for example, red, blue, or green light.

また、偏光板に加えて、例えば円偏光板を用いることができる。円偏光板としては、例
えば直線偏光板と1/4波長位相差板を積層したものを用いることができる。円偏光板に
より、入出力装置の表示の視野角依存を低減することができる。
Further, in addition to the polarizing plate, for example, a circular polarizing plate can be used. As the circularly polarizing plate, for example, a layered product of a linearly polarizing plate and a quarter-wave retardation plate can be used. The circularly polarizing plate can reduce the viewing angle dependence of the display of the input/output device.

なお、ここでは液晶素子207aとしてFFSモードが適用された素子を用いたが、こ
れに限られず様々なモードが適用された液晶素子を用いることができる。例えば、VA(
Vertical Alignment)モード、TN(Twisted Nemati
c)モード、IPS(In−Plane−Switching)モード、ASM(Axi
ally Symmetric aligned Micro−cell)モード、OC
B(Optically Compensated Birefringence)モー
ド、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal)モード、A
FLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal)モード
等が適用された液晶素子を用いることができる。
Note that here, an element to which the FFS mode is applied is used as the liquid crystal element 207a, but the invention is not limited to this and liquid crystal elements to which various modes are applied can be used. For example, VA(
Vertical Alignment (TN) mode, TN (Twisted Nemati)
c) mode, IPS (In-Plane-Switching) mode, ASM (Axi)
Ally Symmetric aligned Micro-cell) mode, OC
B (Optically Compensated Birefringence) mode, FLC (Ferroelectric Liquid Crystal) mode, A
A liquid crystal element to which an FLC (Antiferroelectric Liquid Crystal) mode or the like is applied can be used.

また、入出力装置に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を適用してもよい。垂直配向モードとしては、MV
A(Multi−Domain Vertical Alignment)モード、PV
A(Patterned Vertical Alignment)モード、ASVモー
ドなどを用いることができる。
Further, a normally black liquid crystal display device, for example, a transmissive liquid crystal display device adopting a vertical alignment (VA) mode may be applied to the input/output device. The vertical alignment mode is MV
A (Multi-Domain Vertical Alignment) mode, PV
An A (Patterned Vertical Alignment) mode, an ASV mode, or the like can be used.

なお、液晶素子は、液晶の光学変調作用によって光の透過又は非透過を制御する素子で
ある。なお、液晶の光学的変調作用は、液晶にかかる電界(横方向の電界、縦方向の電界
又は斜め方向の電界を含む)によって制御される。なお、液晶素子に用いる液晶としては
、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶(PDLC:Po
lymer Dispersed Liquid Crystal)、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。
The liquid crystal element is an element that controls transmission or non-transmission of light by an optical modulation action of liquid crystal. Note that the optical modulation action of the liquid crystal is controlled by an electric field applied to the liquid crystal (including a horizontal electric field, a vertical electric field, or an oblique electric field). Liquid crystals used for the liquid crystal element include thermotropic liquid crystals, low molecular weight liquid crystals, polymer liquid crystals, polymer dispersed liquid crystals (PDLC:Po).
It is possible to use a liquid disperse liquid crystal), a ferroelectric liquid crystal, an antiferroelectric liquid crystal, or the like. These liquid crystal materials show a cholesteric phase, a smectic phase, a cubic phase, a chiral nematic phase, an isotropic phase, etc. depending on the conditions.

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

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5重量%以上のカイラル剤を混合させた液晶組
成物を液晶249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。また、ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液
晶組成物は、配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また配向膜を設けなくても
よいのでラビング処理も不要となるため、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
In the case of adopting the horizontal electric field method, liquid crystal exhibiting a blue phase for which an alignment film is unnecessary may be used. The blue phase is one of the liquid crystal phases, and is a phase that appears when the temperature of the cholesteric liquid crystal is increased and immediately before the transition from the cholesteric phase to the isotropic phase. Since the blue phase appears only in a narrow temperature range, a liquid crystal composition containing 5% by weight or more of a chiral agent is used for the liquid crystal 249 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. A liquid crystal composition containing a liquid crystal exhibiting a blue phase and a chiral agent does not require alignment treatment and has small viewing angle dependence. Further, since it is not necessary to provide an alignment film, rubbing treatment is not necessary, so that electrostatic breakdown caused by the rubbing treatment can be prevented and defects and damages of the liquid crystal display device during a manufacturing process can be reduced. ..

ここで、基板261よりも上部に、指又はスタイラスなどの被検知体が直接触れる基板
を設けてもよい。またこのとき、基板261と当該基板との間に偏光板又は円偏光板を設
けることが好ましい。その場合、当該基板上に保護層(セラミックコート等)を設けるこ
とが好ましい。保護層は、例えば酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、
イットリア安定化ジルコニア(YSZ)などの無機絶縁材料を用いることができる。また
、当該基板に強化ガラスを用いてもよい。強化ガラスは、イオン交換法や風冷強化法等に
より物理的、又は化学的な処理が施され、その表面に圧縮応力を加えたものを用いること
ができる。
Here, a substrate, such as a finger or a stylus, which is directly contacted with the detected object may be provided above the substrate 261. At this time, a polarizing plate or a circular polarizing plate is preferably provided between the substrate 261 and the substrate. In that case, it is preferable to provide a protective layer (ceramic coat or the like) on the substrate. The protective layer is, for example, silicon oxide, aluminum oxide, yttrium oxide,
An inorganic insulating material such as yttria-stabilized zirconia (YSZ) can be used. Further, tempered glass may be used for the substrate. The tempered glass may be one that has been subjected to a physical or chemical treatment by an ion exchange method, an air-cooling tempering method, or the like, and has its surface subjected to compressive stress.

図28(A)では、左の副画素が有する導電膜252と、右の副画素が有する導電膜2
52との間に形成される容量を利用して、被検知体の近接又は接触等を検知することがで
きる。すなわち本発明の一態様の入出力装置において、導電膜252は、液晶素子の共通
電極と、検知素子の電極と、の両方を兼ねる。
In FIG. 28A, the conductive film 252 included in the left sub-pixel and the conductive film 2 included in the right sub-pixel.
It is possible to detect the proximity, contact, or the like of the detection target by using the capacitance formed between the detection target and the detection target 52. That is, in the input/output device of one embodiment of the present invention, the conductive film 252 serves as both a common electrode of a liquid crystal element and an electrode of a sensing element.

このように、本発明の一態様の入出力装置では、液晶素子を構成する電極が、検知素子
を構成する電極を兼ねるため、作製工程を簡略化でき、かつ作製コストを低減できる。ま
た、入出力装置の薄型化、軽量化を図ることができる。
As described above, in the input/output device of one embodiment of the present invention, the electrode included in the liquid crystal element also serves as the electrode included in the sensing element; therefore, the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced. Further, it is possible to reduce the thickness and weight of the input/output device.

導電膜252は、補助配線として機能する導電膜255と電気的に接続されている。導
電膜255を設けることで、検知素子の電極の抵抗を低減させることができる。検知素子
の電極の抵抗の抵抗が低下することで、検知素子の電極の時定数を小さくすることができ
る。検知素子の電極の時定数が小さいほど、検出感度を高めることができ、さらには、検
出の精度を高めることができる。
The conductive film 252 is electrically connected to the conductive film 255 which functions as an auxiliary wiring. By providing the conductive film 255, the resistance of the electrode of the sensing element can be reduced. Since the resistance of the resistance of the electrode of the sensing element decreases, the time constant of the electrode of the sensing element can be reduced. The smaller the time constant of the electrode of the detection element, the higher the detection sensitivity, and further the higher the detection accuracy.

また、検知素子の電極と信号線との間の容量が大きすぎると、検知素子の電極の時定数
が大きくなる場合がある。そのため、トランジスタと検知素子の電極との間に、平坦化機
能を有する絶縁膜を設け、検知素子の電極と信号線との間の容量を削減することが好まし
い。例えば、図28(A)では、平坦化機能を有する絶縁膜として絶縁層219を有する
。絶縁層219を設けることで、導電膜252と信号線との容量を小さくすることができ
る。これにより、検知素子の電極の時定数を小さくすることができる。前述の通り、検知
素子の電極の時定数が小さいほど、検出感度を高めることができ、さらには、検出の精度
を高めることができる。
If the capacitance between the electrode of the sensing element and the signal line is too large, the time constant of the electrode of the sensing element may increase. Therefore, it is preferable to provide an insulating film having a planarizing function between the transistor and the electrode of the sensing element to reduce the capacitance between the electrode of the sensing element and the signal line. For example, in FIG. 28A, the insulating layer 219 is provided as an insulating film having a planarization function. By providing the insulating layer 219, the capacitance between the conductive film 252 and the signal line can be reduced. Thereby, the time constant of the electrode of the sensing element can be reduced. As described above, the smaller the time constant of the electrode of the sensing element, the higher the detection sensitivity, and further the higher the detection accuracy.

例えば、検知素子の電極の時定数は、0秒より大きく1×10−4秒以下、好ましくは
0秒より大きく5×10−5秒以下、より好ましくは0秒より大きく5×10−6秒以下
、より好ましくは0秒より大きく5×10−7秒以下、より好ましくは0秒より大きく2
×10−7秒以下であるとよい。特に、時定数を1×10−6秒以下とすることで、ノイ
ズの影響を抑制しつつ高い検出感度を実現することができる。
For example, the time constant of the electrode of the sensing element is greater than 0 seconds and 1×10 −4 seconds or less, preferably greater than 0 seconds and 5×10 −5 seconds or less, more preferably greater than 0 seconds and 5×10 −6 seconds. Or less, more preferably greater than 0 seconds and 5×10 −7 seconds or less, and more preferably greater than 0 seconds and 2
It is good that it is ×10 −7 seconds or less. In particular, by setting the time constant to 1×10 −6 seconds or less, it is possible to realize high detection sensitivity while suppressing the influence of noise.

[入出力装置の断面構成例2]
図28(B)に、図28(A)とは異なる、隣り合う2つの画素の断面図を示す。図2
8(B)に示す2つの副画素はそれぞれ異なる画素が有する副画素である。
[Example 2 of cross-sectional configuration of input/output device]
28B is a cross-sectional view of two adjacent pixels, which is different from FIG. 28A. Figure 2
The two subpixels illustrated in FIG. 8B are subpixels included in different pixels.

図28(B)に示す構成例2は、導電膜251、導電膜252、絶縁膜253、及び導
電膜255の積層順が、図28(A)に示す構成例1と異なる。なお、構成例2において
、構成例1と同様の部分に関しては、上記を参照することができる。
28B is different from the structure example 1 illustrated in FIG. 28A in the stacking order of the conductive film 251, the conductive film 252, the insulating film 253, and the conductive film 255. Note that in Configuration Example 2, the same portions as in Configuration Example 1 can be referred to the above.

具体的には、構成例2は、絶縁層219上に導電膜255を有し、導電膜255上に導
電膜252を有し、導電膜252上に絶縁膜253を有し、絶縁膜253上に導電膜25
1を有する。
Specifically, in Structural Example 2, the conductive film 255 is provided over the insulating layer 219, the conductive film 252 is provided over the conductive film 255, the insulating film 253 is provided over the conductive film 252, and the insulating film 253 is provided. Conductive film 25
Has 1.

図28(B)に示す液晶素子207bのように、上層に設けられ、櫛歯状又はスリット
状の上面形状を有する導電膜251を画素電極とし、下層に設けられる導電膜252を共
通電極として用いることもできる。その場合にも、導電膜251がトランジスタ203a
のソース又はドレインと電気的に接続されればよい。
As in a liquid crystal element 207b illustrated in FIG. 28B, a conductive film 251 provided in an upper layer and having a comb-like or slit-like upper surface shape is used as a pixel electrode, and a conductive film 252 provided in a lower layer is used as a common electrode. You can also Even in that case, the conductive film 251 is not included in the transistor 203a.
It may be electrically connected to the source or drain of the.

図28(B)では、左の副画素が有する導電膜252と、右の副画素が有する導電膜2
52との間に形成される容量を利用して、被検知体の近接又は接触等を検知することがで
きる。すなわち本発明の一態様の入出力装置において、導電膜252は、液晶素子の共通
電極と、検知素子の電極と、の両方を兼ねる。
In FIG. 28B, the conductive film 252 included in the left sub-pixel and the conductive film 2 included in the right sub-pixel.
It is possible to detect the proximity, contact, or the like of the detection target by using the capacitance formed between the detection target and the detection target 52. That is, in the input/output device of one embodiment of the present invention, the conductive film 252 serves as both a common electrode of a liquid crystal element and an electrode of a sensing element.

なお、構成例1(図28(A))では、検知素子の電極と共通電極を兼ねる導電膜25
2が、画素電極として機能する導電膜251よりも表示面側(被検知体に近い側)に位置
する。これにより、導電膜251が導電膜252よりも表示面側に位置する構成例2より
も、構成例1では、検出感度が向上する場合がある。
Note that in Structural Example 1 (FIG. 28A), the conductive film 25 serving as an electrode of the sensing element and a common electrode is used.
2 is located on the display surface side (the side closer to the detected body) than the conductive film 251 functioning as a pixel electrode. As a result, the detection sensitivity may be improved in the configuration example 1 as compared with the configuration example 2 in which the conductive film 251 is located on the display surface side of the conductive film 252.

(実施の形態9)
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モジュール及び電子機器
について、図29及び図30を用いて説明を行う。
(Embodiment 9)
In this embodiment, a display module and an electronic device each including the semiconductor device of one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

<9−1.表示モジュール>
図29に示す表示モジュール8000は、上部カバー8001と下部カバー8002と
の間に、FPC8003に接続されたタッチパネル8004、FPC8005に接続され
た表示パネル8006、バックライト8007、フレーム8009、プリント基板801
0、バッテリ8011を有する。
<9-1. Display module>
A display module 8000 shown in FIG. 29 includes a touch panel 8004 connected to an FPC 8003, a display panel 8006 connected to an FPC 8005, a backlight 8007, a frame 8009, and a printed board 801 between an upper cover 8001 and a lower cover 8002.
0, the battery 8011.

本発明の一態様の半導体装置は、例えば、表示パネル8006に用いることができる。 The semiconductor device of one embodiment of the present invention can be used for the display panel 8006, for example.

上部カバー8001及び下部カバー8002は、タッチパネル8004及び表示パネル
8006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 8001 and the lower cover 8002 can be changed as appropriate in accordance with the sizes of the touch panel 8004 and the display panel 8006.

タッチパネル8004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パネル
8006に重畳して用いることができる。また、表示パネル8006の対向基板(封止基
板)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、表示パネル8
006の各画素内に光センサを設け、光学式のタッチパネルとすることも可能である。
As the touch panel 8004, a resistance film type or a capacitance type touch panel can be used by being superimposed on the display panel 8006. Alternatively, the counter substrate (sealing substrate) of the display panel 8006 can have a touch panel function. In addition, the display panel 8
It is also possible to provide an optical sensor in each pixel of 006 to form an optical touch panel.

バックライト8007は、光源8008を有する。なお、図29において、バックライ
ト8007上に光源8008を配置する構成について例示したが、これに限定さない。例
えば、バックライト8007の端部に光源8008を配置し、さらに光拡散板を用いる構
成としてもよい。なお、有機EL素子等の自発光型の発光素子を用いる場合、または反射
型パネル等の場合においては、バックライト8007を設けない構成としてもよい。
The backlight 8007 has a light source 8008. Note that although FIG. 29 illustrates the structure in which the light source 8008 is provided over the backlight 8007, the invention is not limited to this. For example, the light source 8008 may be arranged at the end of the backlight 8007 and a light diffusion plate may be used. Note that in the case of using a self-luminous light emitting element such as an organic EL element, or in the case of a reflective panel or the like, the backlight 8007 may not be provided.

フレーム8009は、表示パネル8006の保護機能の他、プリント基板8010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8009は、放熱板としての機能を有していてもよい。
The frame 8009 has a function of protecting the display panel 8006 and a function of an electromagnetic shield for blocking an electromagnetic wave generated by the operation of the printed board 8010. Further, the frame 8009 may have a function as a heat dissipation plate.

プリント基板8010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
も良いし、別途設けたバッテリ8011による電源であってもよい。バッテリ8011は
、商用電源を用いる場合には、省略可能である。
The printed circuit board 8010 has a power supply circuit and a signal processing circuit for outputting a video signal and a clock signal. The power supply for supplying power to the power supply circuit may be an external commercial power supply or a power supply provided by a battery 8011 provided separately. The battery 8011 can be omitted when a commercial power source is used.

また、表示モジュール8000は、偏光板、位相差板、プリズムシートなどの部材を追
加して設けてもよい。
Further, the display module 8000 may be additionally provided with members such as a polarizing plate, a retardation plate and a prism sheet.

<9−2.電子機器>
図30(A)乃至図30(G)は、電子機器を示す図である。これらの電子機器は、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、等を有することができる。
<9-2. Electronics>
30A to 30G are diagrams illustrating electronic devices. These electronic devices include a housing 9000, a display portion 9001, a speaker 9003, operation keys 9005 (including a power switch or an operation switch), a connection terminal 9006, a sensor 9007 (force, displacement, position, speed,
Acceleration, angular velocity, rotation speed, distance, light, liquid, magnetism, temperature, chemical substance, voice, time, hardness, electric field, current, voltage, power, radiation, flow rate, humidity, gradient, vibration, odor or infrared (Including a function), a microphone 9008, and the like.

図30(A)乃至図30(G)に示す電子機器は、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)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30(A)乃至図30(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30(A)乃至図30(H)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. 30A to 30G can have various functions.
For example, a function to display various information (still images, moving images, text images, etc.) on the display unit, a touch panel function, a function to display a calendar, date or time, various software (
A function of controlling processing by a program), 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, and recorded in a recording medium. It can have a function of reading out the stored program or data and displaying it on the display unit. Note that the functions of the electronic devices in FIGS. 30A to 30G are not limited to these and can have various functions. Although not shown in FIGS. 30A to 30H, the electronic device includes
It may be configured to have a plurality of display portions. Further, a camera or the like is provided in the electronic device, a function of shooting a still image, a function of shooting a moving image, a function of saving a captured image in a recording medium (external or built in the camera), a captured image displayed on a display portion It may have a function to do, and the like.

図30(A)乃至図30(G)に示す電子機器の詳細について、以下説明を行う。 Details of the electronic devices illustrated in FIGS. 30A to 30G are described below.

図30(A)は、テレビジョン装置9100を示す斜視図である。テレビジョン装置9
100は、表示部9001を大画面、例えば、50インチ以上、または100インチ以上
の表示部9001を組み込むことが可能である。
FIG. 30A is a perspective view showing the television device 9100. Television device 9
The display unit 9001 can incorporate a display unit 9001 having a large screen, for example, 50 inches or more, or 100 inches or more.

図30(B)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900
1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. 30B is a perspective view showing the portable information terminal 9101. The mobile information terminal 9101 has one or more functions selected from, for example, a telephone, a notebook, an information browsing device, and the like. Specifically, it can be used as a smartphone. The portable information terminal 9101 is
A speaker 9003, a connection terminal 9006, a sensor 9007, and the like may be provided. Further, the mobile information terminal 9101 can display characters and image information on its plurality of surfaces. For example, 3
One operation button 9050 (also referred to as an operation icon or simply an icon) is displayed on the display unit 9001.
Can be displayed on one side. In addition, information 9051 indicated by a dashed rectangle is displayed on the display unit 900.
It can be displayed on the other side of 1. In addition, as an example of the information 9051, a display for notifying an incoming call such as an electronic mail, an SNS (social networking service) or a telephone,
There are titles such as e-mail and SNS, names of senders such as e-mail and SNS, date and time, time, remaining battery level, and antenna reception strength. Alternatively, an operation button 9050 or the like may be displayed instead of the information 9051 at the position where the information 9051 is displayed.

図30(C)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. 30C is a perspective view showing the portable information terminal 9102. The mobile information terminal 9102 has a function of displaying information on three or more surfaces of the display portion 9001. Here, information 9052,
An example in which the information 9053 and the information 9054 are displayed on different surfaces is shown. For example, the user of the mobile information terminal 9102 can confirm the display (here, information 9053) in a state where the mobile information terminal 9102 is stored in the chest pocket of clothes. Specifically, the telephone number or name of the caller of the incoming call is displayed at a position that can be observed from above the mobile information terminal 9102. The user can confirm the display and determine whether to receive the call without removing the portable information terminal 9102 from the pocket.

図30(D)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ー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900
6を介さずに無線給電により行ってもよい。
FIG. 30D is a perspective view showing a wristwatch-type portable information terminal 9200. The mobile information terminal 9200 can execute various applications such as mobile phone, e-mail, text browsing and creation, music playback, Internet communication, and computer games. Further, the display portion 9001 is provided with a curved display surface, and display can be performed along the curved display surface. The mobile information terminal 9200 is also capable of performing near field communication that is a communication standard. For example, by communicating with a headset capable of wireless communication, a hands-free call can be made. The mobile 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 is performed using the connection terminal 900
It may be performed by wireless power feeding without going through 6.

図30(E)(F)(G)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30(E)が携帯情報端末9201を展開した状態の斜視図であり、図30
(F)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30(G)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92
01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。
30E, 30F, and 30G are perspective views illustrating a portable information terminal 9201 which can be folded. 30E is a perspective view of the mobile information terminal 9201 in an unfolded state, and FIG.
FIG. 30F is a perspective view of a state where the portable information terminal 9201 is in a state where the portable information terminal 9201 is expanded or folded and is in the process of changing from one to the other, and FIG. is there. The portable information terminal 9201 is excellent in portability in a folded state, and is excellent in displayability due to a wide display area without a joint in an expanded state. Mobile information terminal 92
The display portion 9001 included in 01 includes three housings 9000 connected by a hinge 9055.
Supported by. By bending between the two housings 9000 via the hinge 9055, the portable information terminal 9201 can be reversibly deformed from the unfolded state to the folded state. For example, the portable information terminal 9201 can be bent with a radius of curvature of 1 mm or more and 150 mm or less.

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 devices described in this embodiment each include a display portion for displaying some information. However, the semiconductor device of one embodiment of the present invention can be applied to an electronic device without a display portion.

本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いること
ができる。
The structure described in this embodiment can be combined with any of the structures described in the other embodiments as appropriate.

102 基板
104 絶縁膜
106 導電膜
108 酸化物半導体膜
108_1 層
108_2 層
108_3 層
108d ドレイン領域
108i チャネル領域
108s ソース領域
110 絶縁膜
110_0 絶縁膜
112 酸化物半導体膜
112_0 酸化物半導体膜
116 絶縁膜
117 絶縁膜
118 絶縁膜
120 導電膜
120a 導電膜
120b 導電膜
140 マスク
141a 開口部
141b 開口部
143 開口部
145 不純物元素
150 トランジスタ
150A トランジスタ
150B トランジスタ
160 トランジスタ
160A トランジスタ
160B トランジスタ
170 トランジスタ
201a トランジスタ
203a トランジスタ
207a 液晶素子
207b 液晶素子
211 基板
212 絶縁層
213 絶縁層
215 絶縁層
219 絶縁層
223 酸化物半導体膜
241 着色膜
243 遮光膜
245 絶縁膜
247 スペーサ
249 液晶
251 導電膜
252 導電膜
253 絶縁膜
255 導電膜
261 基板
501 画素回路
502 画素部
504 駆動回路部
504a ゲートドライバ
504b ソースドライバ
506 保護回路
507 端子部
550 トランジスタ
552 トランジスタ
554 トランジスタ
560 容量素子
562 容量素子
570 液晶素子
572 発光素子
700 表示装置
701 基板
702 画素部
704 ソースドライバ回路部
705 基板
706 ゲートドライバ回路部
708 FPC端子部
710 信号線
711 配線部
712 シール材
716 FPC
730 絶縁膜
732 封止膜
734 絶縁膜
736 着色膜
738 遮光膜
750 トランジスタ
752 トランジスタ
760 接続電極
770 平坦化絶縁膜
772 導電膜
774 導電膜
775 液晶素子
776 液晶層
778 構造体
780 異方性導電膜
782 発光素子
784 導電膜
786 EL層
788 導電膜
790 容量素子
800 インバータ
810 OSトランジスタ
820 OSトランジスタ
831 信号波形
832 信号波形
840 破線
841 実線
850 OSトランジスタ
860 CMOSインバータ
1280a p型トランジスタ
1280b n型トランジスタ
1280c n型トランジスタ
1281 容量素子
1282 トランジスタ
1311 配線
1312 配線
1313 配線
1314 配線
1315 配線
1316 配線
1317 配線
1351 トランジスタ
1352 トランジスタ
1353 トランジスタ
1354 トランジスタ
1360 光電変換素子
1401 信号
1402 信号
1403 信号
1404 信号
1405 信号
8000 表示モジュール
8001 上部カバー
8002 下部カバー
8003 FPC
8004 タッチパネル
8005 FPC
8006 表示パネル
8007 バックライト
8008 光源
8009 フレーム
8010 プリント基板
8011 バッテリ
9000 筐体
9001 表示部
9003 スピーカ
9005 操作キー
9006 接続端子
9007 センサ
9008 マイクロフォン
9050 操作ボタン
9051 情報
9052 情報
9053 情報
9054 情報
9055 ヒンジ
9100 テレビジョン装置
9101 携帯情報端末
9102 携帯情報端末
9200 携帯情報端末
9201 携帯情報端末
102 substrate 104 insulating film 106 conductive film 108 oxide semiconductor film 108_1 layer 108_2 layer 108_3 layer 108d drain region 108i channel region 108s source region 110 insulating film 110_0 insulating film 112 oxide semiconductor film 112_0 oxide semiconductor film 116 insulating film 117 insulating film 118 insulating film 120 conductive film 120a conductive film 120b conductive film 140 mask 141a opening 141b opening 143 opening 145 impurity element 150 transistor 150A transistor 150B transistor 160 transistor 160A transistor 160B transistor 170 transistor 201a transistor 203a transistor 207a liquid crystal element 207b liquid crystal element 211 substrate 212 insulating layer 213 insulating layer 215 insulating layer 219 insulating layer 223 oxide semiconductor film 241 colored film 243 light shielding film 245 insulating film 247 spacer 249 liquid crystal 251 conductive film 252 conductive film 253 insulating film 255 conductive film 261 substrate 501 pixel circuit 502 Pixel portion 504 Drive circuit portion 504a Gate driver 504b Source driver 506 Protection circuit 507 Terminal portion 550 Transistor 552 Transistor 554 Transistor 560 Capacitive element 562 Capacitive element 570 Liquid crystal element 572 Light emitting element 700 Display device 701 Substrate 702 Pixel portion 704 Source driver circuit portion 705 Substrate 706 Gate driver circuit portion 708 FPC terminal portion 710 Signal line 711 Wiring portion 712 Sealing material 716 FPC
730 Insulating film 732 Sealing film 734 Insulating film 736 Coloring film 738 Light shielding film 750 Transistor 752 Transistor 760 Connection electrode 770 Flattening insulating film 772 Conductive film 774 Conductive film 775 Liquid crystal element 776 Liquid crystal layer 778 Structure body 780 Anisotropic conductive film 782 Light emitting element 784 Conductive film 786 EL layer 788 Conductive film 790 Capacitive element 800 Inverter 810 OS transistor 820 OS transistor 831 Signal waveform 832 Signal waveform 840 Broken line 841 Solid line 850 OS transistor 860 CMOS inverter 1280a p-type transistor 1280b n-type transistor 1280c n-type transistor 1281 capacitance element 1282 transistor 1311 wiring 1312 wiring 1313 wiring 1314 wiring 1315 wiring 1316 wiring 1317 wiring 1351 transistor 1352 transistor 1353 transistor 1354 transistor 1360 photoelectric conversion element 1401 signal 1402 signal 1403 signal 1404 signal 1405 signal 8000 display module 8001 upper cover 8002 lower cover 8003 FPC
8004 Touch panel 8005 FPC
8006 Display panel 8007 Backlight 8008 Light source 8009 Frame 8010 Printed circuit board 8011 Battery 9000 Housing 9001 Display 9003 Speaker 9005 Operation key 9006 Connection terminal 9007 Sensor 9008 Microphone 9050 Operation button 9051 Information 9052 Information 9053 Information 9054 Information 9055 Hinge 9100 Television device 9101 portable information terminal 9102 portable information terminal 9200 portable information terminal 9201 portable information terminal

Claims (1)

トランジスタを有する半導体装置であって、
前記トランジスタは、
第1のゲート電極と、
前記第1のゲート電極上の第1のゲート絶縁膜と、
前記第1のゲート絶縁膜上の第1の酸化物半導体膜と、
前記第1の酸化物半導体膜上の第2の酸化物半導体膜と、
前記第2の酸化物半導体膜上の第2のゲート絶縁膜と、
前記第2のゲート絶縁膜上の第2のゲート電極と、
前記第2のゲート電極上の絶縁膜と、
ソース電極及びドレイン電極と、を有し、
前記第2の酸化物半導体膜は、前記第1の酸化物半導体膜の上面及び側面と接し、
前記絶縁膜は前記第2のゲート電極膜の上面に接し、
前記ソース電極及びドレイン電極のそれぞれは、前記絶縁膜の側面、前記第2のゲート絶縁膜の側面及び前記第2の酸化物半導体膜の側面に接する、半導体装置。
A semiconductor device having a transistor,
The transistor is
A first gate electrode,
A first gate insulating film on the first gate electrode,
A first oxide semiconductor film on the first gate insulating film,
A second oxide semiconductor film on the first oxide semiconductor film;
A second gate insulating film on the second oxide semiconductor film;
A second gate electrode on the second gate insulating film,
An insulating film on the second gate electrode,
A source electrode and a drain electrode,
The second oxide semiconductor film is in contact with an upper surface and a side surface of the first oxide semiconductor film,
The insulating film contacts the upper surface of the second gate electrode film,
The semiconductor device, wherein each of the source electrode and the drain electrode is in contact with a side surface of the insulating film, a side surface of the second gate insulating film, and a side surface of the second oxide semiconductor film.
JP2020065499A 2020-04-01 2020-04-01 Semiconductor device Active JP7026717B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020065499A JP7026717B2 (en) 2020-04-01 2020-04-01 Semiconductor device
JP2022021001A JP2022058993A (en) 2020-04-01 2022-02-15 Semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020065499A JP7026717B2 (en) 2020-04-01 2020-04-01 Semiconductor device

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015116178A Division JP2017005064A (en) 2015-06-08 2015-06-08 Semiconductor device, and display device having the same

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022021001A Division JP2022058993A (en) 2020-04-01 2022-02-15 Semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020127016A true JP2020127016A (en) 2020-08-20
JP7026717B2 JP7026717B2 (en) 2022-02-28

Family

ID=72084271

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020065499A Active JP7026717B2 (en) 2020-04-01 2020-04-01 Semiconductor device
JP2022021001A Withdrawn JP2022058993A (en) 2020-04-01 2022-02-15 Semiconductor device

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022021001A Withdrawn JP2022058993A (en) 2020-04-01 2022-02-15 Semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (2) JP7026717B2 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120032173A1 (en) * 2010-08-03 2012-02-09 Canon Kabushiki Kaisha Top gate thin film transistor and display apparatus including the same
US20130009148A1 (en) * 2011-07-08 2013-01-10 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device
JP2014045178A (en) * 2012-08-03 2014-03-13 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Oxide semiconductor laminated film and semiconductor device
JP2014232870A (en) * 2013-05-02 2014-12-11 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device
JP2015015457A (en) * 2013-06-05 2015-01-22 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device
JP2015038974A (en) * 2013-07-16 2015-02-26 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device
JP2015043415A (en) * 2013-07-25 2015-03-05 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9443984B2 (en) * 2010-12-28 2016-09-13 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2013247270A (en) * 2012-05-28 2013-12-09 Sony Corp Imaging device and imaging display system
TWI646690B (en) * 2013-09-13 2019-01-01 半導體能源研究所股份有限公司 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120032173A1 (en) * 2010-08-03 2012-02-09 Canon Kabushiki Kaisha Top gate thin film transistor and display apparatus including the same
JP2012033836A (en) * 2010-08-03 2012-02-16 Canon Inc Top gate type thin film transistor and display device including the same
US20130009148A1 (en) * 2011-07-08 2013-01-10 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device
JP2013038402A (en) * 2011-07-08 2013-02-21 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Semiconductor device
KR20140041731A (en) * 2011-07-08 2014-04-04 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Semiconductor device
JP2014045178A (en) * 2012-08-03 2014-03-13 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Oxide semiconductor laminated film and semiconductor device
US20150349133A1 (en) * 2012-08-03 2015-12-03 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Oxide semiconductor stacked film and semiconductor device
JP2014232870A (en) * 2013-05-02 2014-12-11 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device
JP2015015457A (en) * 2013-06-05 2015-01-22 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device
JP2015038974A (en) * 2013-07-16 2015-02-26 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device
JP2015043415A (en) * 2013-07-25 2015-03-05 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022058993A (en) 2022-04-12
JP7026717B2 (en) 2022-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7410110B2 (en) semiconductor equipment
JP7352607B2 (en) semiconductor equipment
JP6803682B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP7254867B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP6608633B2 (en) Semiconductor device
JP2023009058A (en) Semiconductor device
JP2017034251A (en) Semiconductor device and display device having the same
JP2020198434A (en) Semiconductor device
JP2017108065A (en) Method of manufacturing semiconductor device, and method of manufacturing display device having the semiconductor device
JP2017005064A (en) Semiconductor device, and display device having the same
JP7026717B2 (en) Semiconductor device
WO2017122110A1 (en) Display device, display module, and electronic instrument

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200427

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210409

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210420

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20210618

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210818

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220118

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220215

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7026717

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150