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JP2016218211A - Display device, display module having display device, and electronic apparatus having display device or display module - Google Patents

Display device, display module having display device, and electronic apparatus having display device or display module Download PDF

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JP2016218211A
JP2016218211A JP2015101861A JP2015101861A JP2016218211A JP 2016218211 A JP2016218211 A JP 2016218211A JP 2015101861 A JP2015101861 A JP 2015101861A JP 2015101861 A JP2015101861 A JP 2015101861A JP 2016218211 A JP2016218211 A JP 2016218211A
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JP
Japan
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film
oxide semiconductor
insulating film
semiconductor film
oxide
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JP2015101861A
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Japanese (ja)
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山崎 舜平
Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel display device having reduced power consumption.SOLUTION: A display device has a liquid crystal material held between a first substrate and a second substrate, the first substrate has a plurality of pixels, the pixel has first to third pixel electrodes, the first to third pixel electrodes have light reflectivity and conductivity, the second pixel electrode has a region overlapping the upper part of the first pixel electrode through an insulation film, the third pixel electrode has a region overlapping the upper part of the second pixel electrode through the insulation film, the third pixel electrode has a region overlapping the upper part of the first pixel electrode of an adjacent pixel through the insulation film, the second substrate has color filters showing first to third hues, and the color filters showing first to third hues are disposed so as to face the first to third pixel electrodes.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の一態様は、表示装置に関する。特に液晶素子を有する液晶表示装置に関する。   One embodiment of the present invention relates to a display device. In particular, the present invention relates to a liquid crystal display device having a liquid crystal element.

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. Or this invention relates to a process, a machine, a manufacture, or a 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 memory device, a driving method thereof, or a manufacturing method thereof.

なお、本明細書等において、表示装置とは、表示機能を有する装置全般を指す。該表示装置は、トランジスタなどの半導体装置、演算装置、記憶装置などを有していてもよい。また、表示装置は、複数の画素を駆動させる駆動回路等を有する。また、表示装置は、別の基板上に配置された制御回路、電源回路、信号生成回路等を有する。   Note that in this specification and the like, a display device refers to all devices having a display function. The display device may include a semiconductor device such as a transistor, an arithmetic device, a memory device, and the like. In addition, the display device includes a drive circuit that drives a plurality of pixels. In addition, the display device includes a control circuit, a power supply circuit, a signal generation circuit, and the like which are arranged on another substrate.

また、本明細書等において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能し得る装置全般を指す。トランジスタ、半導体回路は半導体装置の一態様である。また、記憶装置、表示装置、電子機器は半導体装置を有する場合がある。   In this specification and the like, a semiconductor device refers to any device that can function by utilizing semiconductor characteristics. A transistor and a semiconductor circuit are one embodiment of a semiconductor device. In addition, a memory device, a display device, and an electronic device may include a semiconductor device.

表示装置は、近年の技術革新の結果、コモディティ化が進んでいる。今後は、より付加価値の高い製品が求められており、技術開発が活発である。   Display devices are becoming more commoditized as a result of recent technological innovations. In the future, products with higher added value are required, and technological development is active.

表示装置に求められる付加価値の一つとしては、モバイル機器等における使用時間の延長を図ることを目的として、消費電力の低減が注目されている。   As one of the added values required for a display device, reduction of power consumption has attracted attention for the purpose of extending the usage time in mobile devices and the like.

特開2011−237760号公報JP2011-237760A

本発明の一態様では、表示品位を損なうことのない、新規な表示装置を提供することを課題とする。または、本発明の一態様では、消費電力が低減された、新規な表示装置を提供することを課題とする。または、本発明の一態様では、新規な表示装置を提供することを課題とする。または、本発明の一態様では、前記の表示装置を有する新規な表示モジュール、または該表示モジュールを有する新規な電子機器を提供することを課題とする。なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの課題の全てを解決する必要はない。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、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、これら以外の課題を抽出することが可能である。   An object of one embodiment of the present invention is to provide a novel display device that does not impair display quality. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a novel display device with reduced power consumption. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a novel display device. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a novel display module including the display device or a novel electronic device including the display module. Note that the description of these problems does not disturb the existence of other problems. Note that one embodiment of the present invention does not necessarily have to solve all of these problems. Issues other than these will be apparent from the description of the specification, drawings, claims, etc., and other issues can be extracted from the descriptions of the specification, drawings, claims, etc. It is.

本発明の一態様は、第1の基板と第2の基板によって液晶材料を挟持した表示装置であって、第1の基板は複数の画素を有し、画素は第1乃至第3の画素電極を有し、第1乃至第3の画素電極は光反射性及び導電性を有し、第2の画素電極は絶縁膜を介して第1の画素電極の上部に重畳する領域を有し、第3の画素電極は絶縁膜を介して第2の画素電極の上部に重畳する領域を有し、第3の画素電極は隣接する画素の第1の画素電極の上部に絶縁膜を介して重畳する領域を有し、第2の基板は第1乃至第3の色相を示すカラーフィルタを有し、第1乃至第3の画素電極に対向するように第1乃至第3の色相のカラーフィルタが配置されていることを特徴とする表示装置である。   One embodiment of the present invention is a display device in which a liquid crystal material is sandwiched between a first substrate and a second substrate. The first substrate includes a plurality of pixels, and the pixels include first to third pixel electrodes. The first to third pixel electrodes have light reflectivity and conductivity, and the second pixel electrode has a region overlapping with the first pixel electrode with an insulating film interposed therebetween. The third pixel electrode has a region overlapping with the upper part of the second pixel electrode via the insulating film, and the third pixel electrode overlaps with the upper part of the first pixel electrode of the adjacent pixel via the insulating film. The second substrate has color filters showing the first to third hues, and the color filters of the first to third hues are arranged so as to face the first to third pixel electrodes. It is the display device characterized by being made.

また本発明の一態様は、第1乃至第3のカラーフィルタの液晶材料に対向する側の表面に導電性の膜を有することを特徴とする表示装置である。   Another embodiment of the present invention is a display device including a conductive film on a surface of the first to third color filters facing the liquid crystal material.

また本発明の一態様は、第1乃至第3のカラーフィルタの液晶材料に対向する側の表面に、入射した光の一部を透過し、残りを反射する性質の膜を有することを特徴とする表示装置である。   Another embodiment of the present invention is characterized in that a film having a property of transmitting part of incident light and reflecting the rest is provided on the surface of the first to third color filters facing the liquid crystal material. Display device.

また本発明の一態様は、第1乃至第3の色相のカラーフィルタの透過波長をλ(x=1,2,3)、液晶の屈折率をn、第1乃至第3の画素電極の表面と、導電性もしくは光反射性の膜の表面との距離をLとしたときに、光共振条件である式(1)の関係を満たすことを特徴とする表示装置である。 In one embodiment of the present invention, the transmission wavelength of the color filters of the first to third hues is λ x (x = 1, 2, 3), the refractive index of the liquid crystal is n, and the first to third pixel electrodes The display device is characterized by satisfying the relationship of the expression (1) which is an optical resonance condition when the distance between the surface and the surface of the conductive or light reflective film is L x .

また本発明の一態様は、画素がスイッチング素子を有することを特徴とする表示装置である。   Another embodiment of the present invention is a display device in which a pixel includes a switching element.

また本発明の一態様は、スイッチング素子は電界効果型トランジスタであることを特徴とする表示装置である。   Another embodiment of the present invention is a display device in which the switching element is a field-effect transistor.

また本発明の一態様は、スイッチング素子は酸化物半導体を有することを特徴とする表示装置である。   Another embodiment of the present invention is a display device in which the switching element includes an oxide semiconductor.

本発明の一態様により、表示品位を損なうことのない、新規な表示装置を提供することが可能となる。または、本発明の一態様により、消費電力が低減された、新規な表示装置を提供することが可能となる。または、本発明の一態様により、新規な表示装置を提供することが可能となる。または、本発明の一態様により、前記の表示装置を有する新規な表示モジュール、または該表示モジュールを有する新規な電子機器を提供することが可能となる。   According to one embodiment of the present invention, a novel display device that does not impair display quality can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a novel display device with reduced power consumption can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a novel display device can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a novel display module including the display device or a novel electronic device including the display module can be provided.

表示装置の一態様を示す断面図。FIG. 14 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. 14 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a display device. 偏光素子と液晶層の配向方向との関係を示す模式図。The schematic diagram which shows the relationship between the polarizing element and the orientation direction of a liquid-crystal layer. 表示装置の光学特性を示す図。FIG. 6 shows optical characteristics of a display device. 表示装置の一態様を示す上面図。FIG. 14 is a top view illustrating one embodiment of a display device. 表示装置の作製方法の一態様を示す断面図。10 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a method for manufacturing a display device. FIG. 表示装置の作製方法の一態様を示す断面図。10 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a method for manufacturing a display device. FIG. 表示装置の作製方法の一態様を示す断面図。10 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a method for manufacturing a display device. FIG. 表示装置の作製方法の一態様を示す断面図。10 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a method for manufacturing a display device. FIG. 表示装置の作製方法の一態様を示す断面図。10 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a method for manufacturing a display device. FIG. 表示装置の作製方法の一態様を示す断面図。10 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a method for manufacturing a display device. FIG. 表示装置の構成を説明するブロック図。FIG. 11 is a block diagram illustrating a structure of a display device. 表示装置の表示部の構成を説明する図。FIG. 14 illustrates a structure of a display portion of a display device. 表示装置の表示部の構成を説明する図。FIG. 14 illustrates a structure of a display portion of a display device. 表示装置の表示部の回路図。The circuit diagram of the display part of a display apparatus. 表示装置のソースライン反転駆動及びドット反転駆動を説明する図。FIG. 6 illustrates source line inversion driving and dot inversion driving of a display device. 表示装置のソースライン反転駆動及びドット反転駆動を説明するタイミングチャート。4 is a timing chart illustrating source line inversion driving and dot inversion driving of a display device. 表示装置の構成と、表示装置への表示方法の例を説明する図。4A and 4B illustrate a structure of a display device and an example of a display method on the display device. 半導体装置の一態様を示す上面図及び断面図。8A and 8B are a top view and cross-sectional views illustrating one embodiment of a semiconductor device. 半導体装置の一態様を示す断面図。FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a semiconductor device. 半導体装置の作製方法の一態様を示す断面図。9 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device. 半導体装置の作製方法の一態様を示す断面図。9 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device. 半導体装置の作製方法の一態様を示す断面図。9 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device. 半導体装置の作製方法の一態様を示す断面図。9 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device. 半導体装置の一態様を示す上面図及び断面図。8A and 8B are a top view and cross-sectional views illustrating one embodiment of a semiconductor device. 半導体装置の作製方法の一態様を示す断面図。9 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device. 半導体装置の作製方法の一態様を示す断面図。9 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device. 半導体装置の一態様を示す上面図及び断面図。8A and 8B are a top view and cross-sectional views illustrating one embodiment of a semiconductor device. 半導体装置の作製方法の一態様を示す断面図。9 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device. 半導体装置の作製方法の一態様を示す断面図。9 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of 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。FIGS. 4A to 4C illustrate structural analysis by XRD of a CAAC-OS and a single crystal oxide semiconductor, and a diagram illustrating a limited-field electron diffraction pattern of the CAAC-OS. FIGS. 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。Sectional TEM image of CAAC-OS, planar TEM image and 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. 6 shows changes in crystal parts of an In—Ga—Zn oxide due to electron irradiation. CAAC−OSの成膜方法を説明する図。8A and 8B illustrate a method for forming a CAAC-OS. InMZnOの結晶を説明する図。FIG. 6 illustrates a crystal of InMZnO 4 . CAAC−OSの成膜方法を説明する図。8A and 8B illustrate a method for forming a CAAC-OS. 半導体装置の一態様を示す上面図及び断面図。8A and 8B are a top view and cross-sectional views illustrating one embodiment of a semiconductor device. 半導体装置の一態様を示す断面図。FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a semiconductor device. バンド構造を説明する図。The figure explaining a band structure. 半導体装置の一態様を示す断面図。FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a semiconductor device. 表示装置の一態様を示す上面図。FIG. 14 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. 14 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. 14 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a display device. 表示装置の一態様を示す上面図及び断面図。4A and 4B are a top view and cross-sectional views illustrating one embodiment of a display device. 表示装置への表示方法の例を説明する図。8A and 8B illustrate an example of a display method on a display device. 表示装置への表示方法の例を説明する図。8A and 8B illustrate an example of a display method on a display device. 表示装置への表示方法の例を説明する図。8A and 8B illustrate an example of a display method on a display device. 表示装置への表示方法の例を説明する図。8A and 8B illustrate an example of a display method on a display device. 表示モジュールを説明する図。The figure explaining a display module. 電子機器を説明する図。10A and 10B each illustrate an electronic device. 電子機器を説明する図。10A and 10B each illustrate an electronic device.

以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明の一態様は以下の説明に限定されず、本発明の主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、本発明の一態様は、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。また、以下に説明する実施の形態において、同一部分または同様の機能を有する部分には、同一の符号または同一のハッチパターンを異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, one embodiment of the present invention is not limited to the following description, and it is easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed without departing from the gist and scope of the present invention. The Therefore, one embodiment of the present invention is not construed as being limited to the description of the following embodiment modes. In the embodiments described below, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals or the same hatch patterns in different drawings, and description thereof is not repeated.

なお、本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、膜の厚さ、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。   Note that in each drawing described in this specification, the size, the film thickness, or the region of each component is exaggerated for clarity in some cases. Therefore, it is not necessarily limited to the scale.

また、本明細書等において用いる第1、第2等の序数詞は、構成要素の混合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。そのため、例えば、「第1の」を「第2の」または「第3の」などと適宜置き換えて説明することができる。   In addition, the first and second ordinal numbers used in this specification and the like are given in order to avoid mixing of constituent elements, and are not limited numerically. Therefore, for example, the description can be made by appropriately replacing “first” with “second” or “third”.

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 this specification and the like, the terms “film” and “layer” can be interchanged with each other. For example, the term “conductive layer” may be changed to the term “conductive film”. Alternatively, for example, the term “insulating film” may be changed to the term “insulating layer” in some cases.

また、本明細書等において、「半導体」と表記した場合であっても、例えば、導電性が十分に低い場合は、「絶縁体」としての特性を有する場合がある。また、「半導体」と「絶縁体」とは境界が曖昧であり、厳密に区別することが難しい場合がある。したがって、本明細書等に記載の「半導体」は、「絶縁体」に言い換えることが可能な場合がある。同様に、本明細書等に記載の「絶縁体」は、「半導体」に言い換えることが可能な場合がある。または、本明細書等に記載の「絶縁体」を「半絶縁体」に言い換えることが可能な場合がある。   In this specification and the like, even when expressed as “semiconductor”, for example, when the conductivity is sufficiently low, the semiconductor device may have characteristics as an “insulator”. Further, the boundary between the “semiconductor” and the “insulator” is ambiguous, and it may be difficult to strictly distinguish them. Therefore, the “semiconductor” in this specification and the like can be called an “insulator” in some cases. Similarly, an “insulator” in this specification and the like can be called a “semiconductor” in some cases. Alternatively, the “insulator” in this specification and the like can be referred to as a “semi-insulator” in some cases.

また、本明細書等において、「半導体」と表記した場合であっても、例えば、導電性が十分に高い場合は、「導電体」としての特性を有する場合がある。また、「半導体」と「導電体」とは境界が曖昧であり、厳密に区別することが難しい場合がある。したがって、本明細書等に記載の「半導体」は、「導電体」に言い換えることが可能な場合がある。同様に、本明細書等に記載の「導電体」は、「半導体」に言い換えることが可能な場合がある。   In this specification and the like, even when expressed as “semiconductor”, for example, when the conductivity is sufficiently high, the semiconductor device may have characteristics as a “conductor”. In addition, the boundary between “semiconductor” and “conductor” is ambiguous, and it may be difficult to strictly distinguish them. Therefore, a “semiconductor” in this specification and the like can be called a “conductor” in some cases. Similarly, a “conductor” in this specification and the like can be called a “semiconductor” in some cases.

なお、トランジスタの「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。   Note that the functions of the “source” and “drain” of the transistor may be interchanged when a transistor with a different polarity is used or when the direction of current changes during circuit operation. Therefore, in this specification, the terms “source” and “drain” can be used interchangeably.

なお、本明細書等においてパターニングとは、フォトリソグラフィ工程を用いるものとする。ただし、パターニングは、フォトリソグラフィ工程に限定されず、フォトリソグラフィ工程以外の工程を用いることもできる。また、フォトリソグラフィ工程で形成したマスクはエッチング処理後除去するものとする。   Note that in this specification and the like, patterning uses a photolithography process. However, the patterning is not limited to the photolithography process, and a process other than the photolithography process can be used. The mask formed in the photolithography process is removed after the etching process.

なお、本明細書等において、酸化窒化シリコン膜とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多い膜を指し、好ましくは酸素が55原子%以上65原子%以下、窒素が1原子%以上20原子%以下、シリコンが25原子%以上35原子%以下、水素が0.1原子%以上10原子%以下の範囲で含まれるものをいう。窒化酸化シリコン膜とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い膜を指し、好ましくは窒素が55原子%以上65原子%以下、酸素が1原子%以上20原子%以下、シリコンが25原子%以上35原子%以下、水素が0.1原子%以上10原子%以下の濃度範囲で含まれるものをいう。   Note that in this specification and the like, a silicon oxynitride film refers to a film having a higher oxygen content than nitrogen, preferably 55 to 65 atomic% oxygen and 1 atomic% nitrogen. More than 20 atomic%, silicon is included in a range of 25 atomic% to 35 atomic%, and hydrogen is included in a range of 0.1 atomic% to 10 atomic%. The silicon nitride oxide film refers to a film having a nitrogen content higher than that of oxygen as a composition. Preferably, nitrogen is 55 atomic% to 65 atomic%, oxygen is 1 atomic% to 20 atomic%, and silicon is included. This refers to a concentration range of 25 atomic% to 35 atomic% and hydrogen in a concentration range of 0.1 atomic% to 10 atomic%.

(実施の形態1)
本発明の一態様である表示装置について、図1乃至図6を用いて説明する。図1は本発明の一態様である表示装置の、表示部の画素部の断面を模式的に示したものである。表示装置の画素部を有する表示部、さらに表示部を有する表示装置に関しては、後に示す実施の形態を参酌する。
(Embodiment 1)
A display device which is one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 schematically shows a cross section of a pixel portion of a display portion of a display device which is one embodiment of the present invention. Embodiments described later are referred to for a display portion having a pixel portion and a display device having a display portion in the display device.

<表示装置の画素部の構成>
図1に示す、画素部1000aは、基板1010、画素1011、画素電極1011a、1011b、1011c、絶縁層1012a、1012b、1012c、1012d、基板1020、カラーフィルタ1021a、1021b、1021c、液晶層1030、液晶素子51を有する。
<Configuration of Pixel Unit of Display Device>
A pixel portion 1000a illustrated in FIG. 1 includes a substrate 1010, pixels 1011, pixel electrodes 1011a, 1011b, and 1011c, insulating layers 1012a, 1012b, 1012c, and 1012d, a substrate 1020, color filters 1021a, 1021b, and 1021c, a liquid crystal layer 1030, and a liquid crystal layer 1030. An element 51 is included.

画素1011は本発明の一態様である表示装置にて画像を表示するための最小単位であり、画素1011は、画素電極1011a、1011b、1011cを有する。画素電極1011a、1011b、1011cは、一部、または、全部が、可視光において反射性のある導電膜である、アルミニウム、銀、などを有するようにすればよい。または、可視光において透光性のある導電膜として、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てもよい。また、実施の形態7で示す導電膜120と同様の材料を用いることができる。また、画素電極1011a、1011b、1011cは、図1に示すように表面が平坦でもよく、別の形態として、表面に凹凸を有していてもよい(図示せず)。さらに、画素電極1011a、1011b、1011cは、膜厚が50nm乃至500nm、好ましくは100nm乃至300nmの範囲であることが好ましい。また、図1では画素電極1011a、1011b、1011c、は同じ膜厚であるかのように示しているが、これに限定されるものではなく、それぞれの膜厚が異なっていてもよい。   The pixel 1011 is a minimum unit for displaying an image on the display device which is one embodiment of the present invention, and the pixel 1011 includes pixel electrodes 1011a, 1011b, and 1011c. Part or all of the pixel electrodes 1011a, 1011b, and 1011c may have aluminum, silver, or the like which is a conductive film that reflects visible light. Alternatively, for example, a material containing one kind selected from indium (In), zinc (Zn), and tin (Sn) may be used as the conductive film that transmits visible light. The same material as the conductive film 120 described in Embodiment 7 can be used. The pixel electrodes 1011a, 1011b, and 1011c may have a flat surface as shown in FIG. 1, or may have irregularities on the surface (not shown) as another form. Further, the pixel electrodes 1011a, 1011b, and 1011c preferably have a thickness in the range of 50 nm to 500 nm, preferably 100 nm to 300 nm. In FIG. 1, the pixel electrodes 1011a, 1011b, and 1011c are shown as having the same film thickness, but the present invention is not limited to this, and the film thicknesses may be different.

基板1010は画素電極1011a、1011b、1011cに電位を付与するための回路を有する。また画素電極1011a、1011b、1011cは基板1010が有する回路と導通させるための構造を有していてもよい。さらに画素電極1011a、1011b、1011cに付与する電位を制御する制御装置を有していてもよい。このような制御装置として半導体装置を利用することが可能である。また、このような回路や半導体装置を有する基板の構成と形成方法については、他の実施の形態を参酌することができる。   The substrate 1010 includes a circuit for applying a potential to the pixel electrodes 1011a, 1011b, and 1011c. In addition, the pixel electrodes 1011a, 1011b, and 1011c may have a structure for electrical connection with a circuit included in the substrate 1010. Further, a control device for controlling a potential applied to the pixel electrodes 1011a, 1011b, and 1011c may be provided. A semiconductor device can be used as such a control device. Other embodiments can be referred to for a structure and a formation method of a substrate including such a circuit or a semiconductor device.

画素電極1011a、1011b、1011cを有する基板1010と、基板1020で液晶層1030を挟持することで、液晶素子51が構成される。液晶素子51においては画素電極1011a、1011b、1011cに付与する電位を制御することで液晶層1030が示す偏光特性を変化させることが可能となる。図1に例示した液晶素子51は画素電極1011bと液晶層1030とカラーフィルタ1021bとで構成されているが、他の画素電極とその上部の液晶層とカラーフィルタを組み合わせた部分でも同様に液晶素子が構成されている。   A liquid crystal element 51 is formed by sandwiching a liquid crystal layer 1030 between a substrate 1010 having pixel electrodes 1011a, 1011b, and 1011c and the substrate 1020. In the liquid crystal element 51, the polarization characteristics exhibited by the liquid crystal layer 1030 can be changed by controlling the potential applied to the pixel electrodes 1011a, 1011b, and 1011c. The liquid crystal element 51 illustrated in FIG. 1 includes a pixel electrode 1011b, a liquid crystal layer 1030, and a color filter 1021b. However, the liquid crystal element is similarly applied to a combination of another pixel electrode, an upper liquid crystal layer, and a color filter. Is configured.

液晶層1030を構成する液晶としては、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、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、ネマチック相、コレステリック相、スメクチック相、ブルー相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相等を示す。   As the liquid crystal forming the liquid crystal layer 1030, a thermotropic liquid crystal, a low molecular liquid crystal, a polymer liquid crystal, a polymer dispersed liquid crystal, a ferroelectric liquid crystal, an antiferroelectric liquid crystal, or the like can be used. These liquid crystal materials exhibit a nematic phase, a cholesteric phase, a smectic phase, a blue phase, a cubic phase, a chiral nematic phase, an isotropic phase, or the like depending on conditions.

画素電極1011a、1011b、1011cにそれぞれ独立の電位を付与できるように絶縁層1012a、1012b、1012c、1012dを配置する。   The insulating layers 1012a, 1012b, 1012c, and 1012d are arranged so that independent potentials can be applied to the pixel electrodes 1011a, 1011b, and 1011c, respectively.

図1に示すように、画素電極1011aの一部の領域の上方に画素電極1011bを配置する。画素電極1011bの一部の領域の上方に画素電極1011cを配置する。画素電極1011aの一部の領域の上方に画素電極1011cを配置する。   As shown in FIG. 1, the pixel electrode 1011b is arranged above a partial region of the pixel electrode 1011a. The pixel electrode 1011c is disposed above a partial region of the pixel electrode 1011b. The pixel electrode 1011c is disposed above a partial region of the pixel electrode 1011a.

画素電極1011aに1011bが重畳する部分には絶縁層1012aを配置し、画素電極1011aと1011bとを絶縁する。画素電極1011bに1011cが重畳する部分には絶縁層1012bを配置して画素電極1011bと1011cとを絶縁する。画素電極1011aに1011cが重畳する部分には絶縁層1012cを配置して画素電極1011aと1011cとを絶縁する。   An insulating layer 1012a is disposed in a portion where 1011b overlaps with the pixel electrode 1011a to insulate the pixel electrodes 1011a and 1011b from each other. An insulating layer 1012b is provided in a portion where 1011c overlaps with the pixel electrode 1011b to insulate the pixel electrodes 1011b and 1011c from each other. An insulating layer 1012c is disposed in a portion where 1011c overlaps with the pixel electrode 1011a to insulate the pixel electrodes 1011a and 1011c from each other.

絶縁層1012a、1012b、1012c、1012dは、透光性を有する材料により構成してもよく、光を吸収する材料を含んでいてもよい。さらに、酸化シリコン膜、または酸化窒化シリコン膜を用いることができる。また、水素を含んでいてもよい。また、例えばポリイミド樹脂、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。絶縁層1012a、1012b、1012c、1012dは、同一の材料を用いてもよく、また、異なる材料を用いてもよい。   The insulating layers 1012a, 1012b, 1012c, and 1012d may be formed using a light-transmitting material or may include a material that absorbs light. Further, a silicon oxide film or a silicon oxynitride film can be used. Moreover, hydrogen may be included. For example, a heat-resistant organic material such as a polyimide resin, an acrylic resin, a polyimide amide resin, a benzocyclobutene resin, a polyamide resin, or an epoxy resin can be used. The insulating layers 1012a, 1012b, 1012c, and 1012d may be made of the same material or different materials.

基板1020は、カラーフィルタ1021a、1021b、1021cが形成されている基板で、透光性を有し、カラーフィルタを形成する工程に耐える材料であることが望ましい。   The substrate 1020 is a substrate on which the color filters 1021a, 1021b, and 1021c are formed, and is preferably a light-transmitting material that can withstand the process of forming the color filter.

カラーフィルタ1021a、1021b、1021cは、それぞれ異なる色相を示す材料を用いることができる。カラーフィルタは、たとえば、光の三原色である、レッド(R)、グリーン(G)、ブルー(B)、あるいは、補色であるシアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)など複数のカラーフィルタを適宜組み合わせて配置することができる。カラーフィルタを用いることで、カラーフィルタ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。   The color filters 1021a, 1021b, and 1021c can use materials that exhibit different hues. The color filter includes, for example, a plurality of colors such as red (R), green (G), blue (B), which are the three primary colors of light, or cyan (C), magenta (M), yellow (Y) which are complementary colors. Filters can be appropriately combined and arranged. By using the color filter, the color reproducibility can be increased as compared with the case where the color filter is not used.

さらに、図1には図示していないが、カラーフィルタを有する領域と、カラーフィルタを有さない領域とを配置することによって、カラーフィルタ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。一部にカラーフィルタを有さない領域を配置することで、白表示の際に、光吸収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。   Further, although not shown in FIG. 1, white light in an area not having a color filter is directly used for display by arranging an area having a color filter and an area not having a color filter. It doesn't matter. By disposing a region that does not have a color filter in part, a decrease in luminance due to the light absorption layer can be reduced during white display, and power consumption can be reduced by approximately 20% to 30%.

また、所望の光学特性を発揮できるよう、液晶層の配向性を向上させるための処理(配向処理)を施してもよい。配向処理は、配向膜を用いることが好ましく、配向膜にラビング法、光配向法等の処理を施すことが可能である。また、斜方蒸着膜、ラングミュア・ブロジェット膜、自己組織化膜、等の配向膜を用いることも可能である。たとえば、図2に配向膜1014、1027を用いる例を示す。配向膜1014、1027は同じ材料を用いてもよく、異なる材料を用いてもよい。配向膜1014、1027を設ける場合、図2のように画素電極1011a、1011b、1011c、絶縁層1012a、1012b、1012c、1012dに接する面、及び、後述する対向電極1023、スペーサ1025に接する面に形成し、液晶層1030と配向膜1014、1027が接するようにする。   Moreover, you may perform the process (alignment process) for improving the orientation of a liquid crystal layer so that a desired optical characteristic can be exhibited. An alignment film is preferably used for the alignment treatment, and the alignment film can be subjected to a treatment such as a rubbing method or a photo-alignment method. It is also possible to use an orientation film such as an obliquely deposited film, a Langmuir / Blodget film, or a self-assembled film. For example, FIG. 2 shows an example in which alignment films 1014 and 1027 are used. The alignment films 1014 and 1027 may use the same material or different materials. When the alignment films 1014 and 1027 are provided, they are formed on the surface in contact with the pixel electrodes 1011a, 1011b, and 1011c, the insulating layers 1012a, 1012b, 1012c, and 1012d as shown in FIG. The liquid crystal layer 1030 and the alignment films 1014 and 1027 are in contact with each other.

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相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%以上のポリマー等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ポリマー等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ポリマー等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 employing a horizontal electric field method, a 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 immediately before the phase transition from the cholesteric phase to the isotropic phase when the temperature of the cholesteric liquid crystal is raised. Since the blue phase appears only in a narrow temperature range, in order to improve the temperature range, a liquid crystal composition in which a polymer of several weight percent or more is mixed is used for the liquid crystal layer. A liquid crystal composition including a liquid crystal exhibiting a blue phase and a polymer has a short response speed and is optically isotropic. In addition, a liquid crystal composition including a liquid crystal exhibiting a blue phase and a polymer or the like does not require alignment treatment and has a small viewing angle dependency. Further, since it is not necessary to provide an alignment film, a rubbing process is not required, so that electrostatic breakdown caused by the rubbing process can be prevented, and defects or breakage of the liquid crystal display device during the manufacturing process can be reduced. .

なお、カラーフィルタは図1に示すように液晶層がある面に配置してもよいし、液晶層がある面とは反対側の面に配置されていてもよい。   Note that the color filter may be disposed on the surface where the liquid crystal layer is present as shown in FIG. 1 or may be disposed on the surface opposite to the surface where the liquid crystal layer is present.

基板1010と基板1020は、画素電極1011a、1011b、1011cと、カラーフィルタ1021a、1021b、1021cとの、境界がずれないように位置合わせを行って重ね合わせる。   The substrates 1010 and 1020 are overlapped with each other so that the boundaries between the pixel electrodes 1011a, 1011b, and 1011c and the color filters 1021a, 1021b, and 1021c are not displaced.

液晶素子51を有する画素部1000aの液晶の動作モードとしては、TN(Twisted Nematic)モード、MTNモード(Mixed−mode Twisted Nematic)モード、IPS(In−Plane−Switching)モード、FFS(Fringe Field Switching)モード、ASM(Axially Symmetric aligned Micro−cell)モード、OCB(Optical Compensated Birefringence)モード、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal)モードなどを用いることができる。   As an operation mode of the liquid crystal of the pixel unit 1000a having the liquid crystal element 51, a TN (Twisted Nematic) mode, an MTN mode (Mixed-mode Twisted Nematic) mode, an IPS (In-Plane-Switching) mode, an FFS (Fringe Field Switching). Mode, ASM (Axial Symmetrically Aligned Micro-cell) mode, OCB (Optically Compensated Birefringence) mode, FLC (Ferroelectric Liquid Crystal) mode, AFLC (Anti-Frequential Liquid mode).

図1に示す画素部1000aを有する表示装置の表示品位を良好にするには、図2に示す部材を用いてもよい。   In order to improve the display quality of the display device having the pixel portion 1000a shown in FIG. 1, the member shown in FIG. 2 may be used.

図2に示す画素部1000bは、図1に示す画素部1000aに対し、配向膜1014、1027、散乱板1044、位相差板1042、偏光素子1040、反射板1050、シール材1060、スペーサ1025、1062、フィラー1064を配置した例である。   The pixel portion 1000b illustrated in FIG. 2 is different from the pixel portion 1000a illustrated in FIG. 1 in that the alignment films 1014 and 1027, the scattering plate 1044, the retardation plate 1042, the polarizing element 1040, the reflection plate 1050, the sealing material 1060, and the spacers 1025 and 1062 are provided. This is an example in which a filler 1064 is arranged.

たとえば、液晶の動作モードに応じ、必要な場合には偏光素子1040を用いればよい。図2では、偏光素子1040は基板1020の、カラーフィルタ1021a、1021b、1021cが形成されているのとは反対側に配置した例を示しているが、例えばカラーフィルタ1021a、1021b、1021cが配置されている側の面に設けることも可能である。   For example, depending on the operation mode of the liquid crystal, the polarizing element 1040 may be used if necessary. FIG. 2 shows an example in which the polarizing element 1040 is arranged on the opposite side of the substrate 1020 where the color filters 1021a, 1021b, and 1021c are formed. For example, the color filters 1021a, 1021b, and 1021c are arranged. It is also possible to provide it on the surface on the side.

また、画素の一部が光透過性を有する場合は、反射板1050を用いることができる。さらに、散乱板1044を用いることで表示部の視野角依存を抑制した、良好な表示を行うことが可能となる。また、位相差板1042を用いてもよい。例えば、画素部1000aを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、反射板1050を図2のように液晶素子51の外部に配置してもよい。垂直配向モードとしては、MVA(Multi−Domain Vertical Alignment)モード、PVA(Patterned Vertical Alignment)モード、ASVモードなどを用いることができる。   In addition, when a part of the pixels has light transmissivity, the reflection plate 1050 can be used. Furthermore, by using the scattering plate 1044, it is possible to perform good display while suppressing the viewing angle dependency of the display portion. Further, a phase difference plate 1042 may be used. For example, the pixel portion 1000a is a normally black liquid crystal display device, for example, a transmissive liquid crystal display device employing a vertical alignment (VA) mode, and the reflector 1050 is disposed outside the liquid crystal element 51 as shown in FIG. May be. As the vertical alignment mode, an MVA (Multi-Domain Vertical Alignment) mode, a PVA (Patterned Vertical Alignment) mode, an ASV mode, or the like can be used.

スペーサ1025は、酸化シリコン膜、または酸化窒化シリコン膜を用いることができる。また、スペーサ1025は、例えばポリイミド樹脂、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。   As the spacer 1025, a silicon oxide film or a silicon oxynitride film can be used. The spacer 1025 can be formed using a heat-resistant organic material such as polyimide resin, acrylic resin, polyimide amide resin, benzocyclobutene resin, polyamide resin, or epoxy resin.

液晶層1030に電界を印加することが可能なように、図2に示すように対向電極1023を、カラーフィルタ1021a、1021b、1021cの、液晶層1030と対向する側の面に配置してもよい。対向電極1023はカラーフィルタ1021a、1021b、1021cを覆うように配置してもよいし、パターニングして島状に配置してもよい。   As shown in FIG. 2, the counter electrode 1023 may be arranged on the surface of the color filters 1021a, 1021b, and 1021c on the side facing the liquid crystal layer 1030 so that an electric field can be applied to the liquid crystal layer 1030. . The counter electrode 1023 may be arranged so as to cover the color filters 1021a, 1021b, and 1021c, or may be arranged in an island shape by patterning.

また、対向電極の近傍には一部に反射を増強する膜を配置してもよい。たとえば、図2に示すように、カラーフィルタと対向電極の間に反射を増強するための半透過膜1068を所望の領域に配置することが可能である。この半透過膜1068は光の反射性を有し、入射した光の一部を透過し、残りを反射するという性質を有する。画素電極1011a、1011b、1011cで反射した光の一部は半透過膜1068に入射し、一部はそのまま透過するが、残りの割合の光は反射して再び画素電極1011a、1011b、1011cに向かい、再度反射される、ということを繰り返し、結果、光の閉じ込めを行うことで、光共振作用(キャビティともいう)を促進させる場合がある。このような反射を増強するための膜を配置する例として、図2には隣接する画素電極の境界に配置する例を示したが、画素電極の上部に配置するようにしてもよく、表示装置の仕様に応じて適宜選択することが可能である。   A film that enhances reflection may be disposed in the vicinity of the counter electrode. For example, as shown in FIG. 2, a semi-transmissive film 1068 for enhancing reflection between the color filter and the counter electrode can be disposed in a desired region. The semi-transmissive film 1068 has light reflectivity, and has a property of transmitting a part of incident light and reflecting the rest. A part of the light reflected by the pixel electrodes 1011a, 1011b, and 1011c is incident on the semi-transmissive film 1068 and a part of the light is transmitted as it is, but the remaining proportion of the light is reflected and travels again toward the pixel electrodes 1011a, 1011b, and 1011c. In some cases, the optical resonance action (also referred to as a cavity) is promoted by repeating light reflection and confining light. As an example of disposing such a film for enhancing reflection, FIG. 2 shows an example of disposing the film at the boundary between adjacent pixel electrodes. However, the film may be disposed above the pixel electrode. It is possible to select appropriately according to the specifications.

反射を増強する膜は、アルミニウム、銀などの反射率の高い、金属材料を用いることが可能であり、そのほかにも、屈折率の異なる光透過性の誘電体を2種類組み合わせて多層膜積層した、誘電体多層膜を用いることも可能である。   The reflection enhancing film can be made of a metal material having high reflectivity such as aluminum or silver, and in addition, a multilayer film is laminated by combining two kinds of light transmissive dielectrics having different refractive indexes. It is also possible to use a dielectric multilayer film.

反射を増強する膜を配置する場合は図2に示すように透過膜1066を半透過膜1068の間に配置してもよい。   When a film that enhances reflection is disposed, a transmissive film 1066 may be disposed between the semi-transmissive films 1068 as shown in FIG.

また、基板1010と基板1020は、画素電極1011a、1011b、1011cが形成されている領域とは異なる領域にシール材1060を配置して、ずれないように接着する。シール材1060は液晶層1030を構成する液晶材料が外部に漏れ出ないようにする機能も有し、また、外部からの水分等の不純物の浸入を抑制する機能も有する。   In addition, the substrate 1010 and the substrate 1020 are bonded to each other with a sealant 1060 disposed in a region different from the region where the pixel electrodes 1011a, 1011b, and 1011c are formed. The sealant 1060 has a function of preventing the liquid crystal material constituting the liquid crystal layer 1030 from leaking to the outside, and also has a function of suppressing entry of impurities such as moisture from the outside.

シール材1060は、たとえばアクリル樹脂、エポキシ樹脂を用いることができる。また、シール材1060は光硬化型、熱硬化型、光硬化と熱硬化の併用型を用いることができる。   As the sealing material 1060, for example, an acrylic resin or an epoxy resin can be used. As the sealant 1060, a photo-curing type, a thermosetting type, or a combined type of photo-curing and thermosetting can be used.

さらにシール材1060には基板1010と基板1020の間隔を保持させるためのスペーサ1062、シール材の粘度を調節し、さらに水分等の不純物の浸入を抑制するフィラー1064が混ざっていてもよい。スペーサ1062は酸化シリコン等の無機材料や、またはジビニルベンゼン等の有機材料を用いることが可能である。または、スペーサ1062は、例えばポリイミド樹脂、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。また、フィラー1064は酸化ケイ素、酸化アルミニウム、タルク等の無機材料や、ジビニルベンゼン等の有機材料を用いることが可能である。   Further, the sealant 1060 may be mixed with a spacer 1062 for maintaining the distance between the substrate 1010 and the substrate 1020 and a filler 1064 for adjusting the viscosity of the sealant and further suppressing the intrusion of impurities such as moisture. The spacer 1062 can be formed using an inorganic material such as silicon oxide or an organic material such as divinylbenzene. Alternatively, the spacer 1062 can be formed using a heat-resistant organic material such as a polyimide resin, an acrylic resin, a polyimide amide resin, a benzocyclobutene resin, a polyamide resin, or an epoxy resin. The filler 1064 can be formed using an inorganic material such as silicon oxide, aluminum oxide, or talc, or an organic material such as divinylbenzene.

基板1010と基板1020との間に液晶層1030を配置する方法として、例えば、滴下封止法(One Drop Filling、略称ODF。)を用いる場合、画素電極1011a、1011b、1011cが形成された基板1010上に必要に応じて配向膜を形成し、さらに配向処理を施した基板1010上に液晶層1030を構成する液晶材料を滴下して配置し、カラーフィルタ1021a、1021b、1021c、さらに必要に応じて対向電極1023、配向膜1027を有する基板1020と、を重ね合わせる工程を経て表示部を形成することができる。   As a method for disposing the liquid crystal layer 1030 between the substrate 1010 and the substrate 1020, for example, in the case of using a one-drop filling method (abbreviation ODF), the substrate 1010 on which the pixel electrodes 1011a, 1011b, and 1011c are formed. An alignment film is formed on the substrate 1010 as necessary, and a liquid crystal material constituting the liquid crystal layer 1030 is dropped on the substrate 1010 that has been subjected to the alignment treatment, and the color filters 1021a, 1021b, 1021c, and further if necessary. A display portion can be formed through a process of overlapping the counter electrode 1023 and the substrate 1020 having the alignment film 1027.

また、別の方法として、所謂、真空注入法のように、画素電極1011a、1011b、1011cが形成された基板1010と、カラーフィルタ1021a、1021b、1021cを形成し、さらに必要に応じて対向電極1023、配向膜1027を形成した基板1020とを重ね合わせ、その間に液晶材料を浸み込ませることで液晶層1030を配置させてもよい。   As another method, a substrate 1010 on which pixel electrodes 1011a, 1011b, and 1011c are formed and color filters 1021a, 1021b, and 1021c are formed as in a so-called vacuum injection method, and the counter electrode 1023 is further formed as necessary. Alternatively, the liquid crystal layer 1030 may be disposed by overlapping the substrate 1020 on which the alignment film 1027 is formed and immersing a liquid crystal material therebetween.

本実施の形態では、画素電極1011a、1011b、1011cを、絶縁層1012a、1012b、1012cを間に挟んで一部の領域において重畳させ、階段状に形成している。これにより、カラーフィルタ1021a、1021b、1021cとの間隔を画素電極毎に異なる値とすることができる。別の見方をすると、液晶層1030の厚み(セルギャップとも言う)が、画素電極毎に異なる値となる。そのため、光源の波長に合わせた反射特性を発揮することが可能となる。そのため、色の純度が向上し、表示品位を改善することができる。   In this embodiment mode, the pixel electrodes 1011a, 1011b, and 1011c are overlapped in part of the region with the insulating layers 1012a, 1012b, and 1012c interposed therebetween, and are formed in a staircase shape. As a result, the intervals between the color filters 1021a, 1021b, and 1021c can be set to different values for each pixel electrode. From another viewpoint, the thickness (also referred to as a cell gap) of the liquid crystal layer 1030 is different for each pixel electrode. Therefore, it is possible to exhibit reflection characteristics that match the wavelength of the light source. Therefore, the purity of the color can be improved and the display quality can be improved.

たとえば画素部1000bを有する反射型の表示装置にて、カラーフィルタの主波長(透過率が最大となる波長)をλ、液晶層の屈折率をn、画素電極1011a、1011b、1011cと対向電極1023の間隔をdとすると、上述の式(1)の条件を満たすとき、各画素電極に入射した光の中で、波長dの光は共振条件に適合するので、画素電極と対向電極の間での光の閉じ込めが促進され、強度が増強される。一方、主波長以外の波長の光は共振条件からずれるので、強度が減衰する。その結果、不要な波長成分の強度が低減し、色純度が向上する。 For example, in a reflective display device having the pixel portion 1000b, the main wavelength (wavelength at which the transmittance is maximum) of the color filter is λ x , the refractive index of the liquid crystal layer is n, and the pixel electrodes 1011a, 1011b, 1011c Assuming that the distance of 1023 is d x , when the condition of the above formula (1) is satisfied, the light of the wavelength d x among the light incident on each pixel electrode meets the resonance condition. The light confinement between the two is promoted, and the intensity is enhanced. On the other hand, light of wavelengths other than the main wavelength deviates from the resonance condition, and the intensity is attenuated. As a result, the intensity of unnecessary wavelength components is reduced, and the color purity is improved.

液晶の屈折率nは常光に対する屈折率n、異常光に対する屈折率nがあるが、液晶素子における液晶分子の配向状態、液晶の動作モードに応じて式(1)に適合する屈折率の値を選択する。また、液晶分子の配向状態によってはnとnの間の値を用いた方が良い場合もあるので、nの範囲はn乃至nとなる。 Refractive index n o is the refractive index n of the liquid crystal with respect to ordinary light, there is a refractive index n e for extraordinary light, the alignment state of the liquid crystal molecules in the liquid crystal element, conforming the refractive index in Equation (1) in accordance with the operation mode of liquid crystals Select a value. Further, since the alignment state of the liquid crystal molecules is sometimes better to use a value between n o and n e, the range of n becomes n o to n e.

また、液晶層1030の液晶分子の配向状態を電界によって制御し、偏光状態を制御する動作モードでは、偏光素子と組み合わせて表示装置を構成するが、表示装置のコントラスト比(明状態と暗状態の明るさの比)は表示品位に直接関わるものであり、よりコントラスト比が大きくなるように液晶材料の光学特性を適宜選択するとよい。   In the operation mode in which the alignment state of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 1030 is controlled by an electric field and the polarization state is controlled, the display device is configured in combination with the polarization element. The contrast ratio of the display device (bright state and dark state) (Brightness ratio) is directly related to the display quality, and the optical characteristics of the liquid crystal material may be appropriately selected so that the contrast ratio becomes larger.

表示装置の明状態を良好にするには、液晶材料の屈折率異方性Δn(nとnの差)の値を適宜選択する。この場合、液晶素子の偏光特性を把握しておく必要があり、計算手法としてジョーンズマトリクス法、Berremanの4×4マトリクス法、ミューラーマトリクス法などを利用することができる。 For good bright state of the display device, appropriately selecting the values of the refractive index anisotropy [Delta] n (difference between n e and n o) of the liquid crystal material. In this case, it is necessary to grasp the polarization characteristics of the liquid crystal element, and the Jones matrix method, the Berreman 4 × 4 matrix method, the Mueller matrix method, or the like can be used as a calculation method.

偏光特性を求める一例として、反射型の液晶表示装置に利用可能であるMTNモード(Mixed−mode Twisted Nematic)においては、前述のジョーンズマトリクス法を用いて、反射率と、液晶素子のパラメータの関係を式(2)のように表現することが可能である。   As an example of obtaining the polarization characteristics, in the MTN mode (Mixed-mode Twisted Nematic) that can be used for a reflective liquid crystal display device, the relationship between the reflectance and the parameter of the liquid crystal element is obtained by using the above-described Jones matrix method. It can be expressed as in equation (2).

ここに、Γ、Xはそれぞれ次のような関係がある。   Here, Γ and X have the following relationship, respectively.

ここで、Φは液晶層のねじれ角、βは、偏光素子の光軸(透過軸)に対する素子基板近傍の液晶層の配向方向(以下、配向角と記す)、または対向基板近傍の液晶層の配向方向である。   Here, Φ is the twist angle of the liquid crystal layer, β is the orientation direction of the liquid crystal layer in the vicinity of the element substrate with respect to the optical axis (transmission axis) of the polarizing element (hereinafter referred to as the orientation angle), or the liquid crystal layer in the vicinity of the counter substrate. It is an orientation direction.

図3には偏光素子の透過軸181、偏光素子に近い方の液晶層の配向方向183、偏光素子から遠い方の配向方向185、配向角187(β)、ねじれ角189(Φ)の関係を示した。図3(A)はこれらの角度の関係を説明するために、偏光素子1040と液晶層1030のみを抽出して模式的に示した斜視図であり、図3(B)は偏光素子に近い方の液晶層の配向方向183、偏光素子から遠い方の配向方向185、配向角187、ねじれ角189を同一平面上に記したものである。   FIG. 3 shows the relationship between the transmission axis 181 of the polarizing element, the orientation direction 183 of the liquid crystal layer closer to the polarizing element, the orientation direction 185 farther from the polarizing element, the orientation angle 187 (β), and the twist angle 189 (Φ). Indicated. FIG. 3A is a perspective view schematically showing only the polarizing element 1040 and the liquid crystal layer 1030 in order to explain the relationship between these angles, and FIG. 3B is a side closer to the polarizing element. The alignment direction 183 of the liquid crystal layer, the alignment direction 185 far from the polarizing element, the alignment angle 187, and the twist angle 189 are shown on the same plane.

式(2)で得られるパラメータ値で最適範囲を見出し、さらに式(1)の関係をも満たすようにすることで、液晶素子の反射効率を良好にしながら、色純度も良好にすることが可能となる。   It is possible to improve the color purity while improving the reflection efficiency of the liquid crystal element by finding the optimum range with the parameter value obtained by the expression (2) and further satisfying the relationship of the expression (1). It becomes.

ここで、パラメータ値を求める方法の例を示す。   Here, an example of a method for obtaining the parameter value is shown.

液晶パネルを作製する場合、上述のように基板と基板を貼り合わせその間に液晶を挟んだ構造になるが、消費電力を低減するためには同じ電圧を印加してより電界強度が強くなるようにすればいいので、可能であればセルギャップが薄くなるようにすればよい。   When manufacturing a liquid crystal panel, the substrate is bonded to the substrate as described above, and the liquid crystal is sandwiched between them. To reduce power consumption, the same voltage is applied to increase the electric field strength. Therefore, the cell gap should be made thinner if possible.

しかし、圧力を加えてセルギャップを薄くしようとしても、素子基板と対向基板を接着するシール材には、薄くできる厚さには限度がある。また、液晶素子を歩留まりよく作製する必要があるため、セルギャップの厚さを薄くするのは概ね1.0μmが限度であり、少なくとも1.5μm以上が好ましい。   However, even if an attempt is made to reduce the cell gap by applying pressure, there is a limit to the thickness of the sealing material that bonds the element substrate and the counter substrate. In addition, since it is necessary to manufacture the liquid crystal element with a high yield, the thickness of the cell gap is generally limited to 1.0 μm, and preferably at least 1.5 μm.

この条件を念頭に、セルパラメータを求める。MTNモードに利用できる液晶にメルク製のネマチック液晶ZLI4792を用い、青色の画素のセルギャップを、前述の条件を考慮して2μmにする場合を例にする。液晶の特性はΔn=0.0968、常光に対する屈折率no=1.4794、異常光に対する屈折率ne=1.5762である。   With this condition in mind, the cell parameters are obtained. As an example, a nematic liquid crystal ZLI4792 made by Merck is used as a liquid crystal that can be used in the MTN mode, and the cell gap of a blue pixel is set to 2 μm in consideration of the above-described conditions. The characteristics of the liquid crystal are Δn = 0.0968, refractive index no = 1.4794 for ordinary light, and refractive index ne = 1.5762 for extraordinary light.

セルギャップが2μmに近い、式(1)を満たすm、d、nは、m=13、d=1.977、n=n=1.4794、または、m=14、d=1.998、n=n=1.5762である。 Is close to 2μm cell gap, m satisfying Equation (1), d, n is, m = 13, d = 1.977 , n = n o = 1.4794 , or,, m = 14, d = 1.998 , N = n e = 1.5762.

前述のMTNモードは電圧を印加していないときは液晶層の液晶分子は基板に対して液晶分子の長軸が平行になるように配向しているので、屈折率は異常光に対しての値である、neが該当する。たとえばm=14とすることで、d=1.99μmが得られる。   In the aforementioned MTN mode, when no voltage is applied, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer are aligned so that the major axis of the liquid crystal molecules is parallel to the substrate, so that the refractive index is a value for extraordinary light. This is ne. For example, when m = 14, d = 1.99 μm is obtained.

次に、液晶層の配向角とねじれ角を求める。液晶層のねじれ角189の初期値として、TNモードで一般的に用いる90°とし、配向角187と反射率の関係につき、図4(A)に示す。   Next, the orientation angle and twist angle of the liquid crystal layer are determined. The initial value of the twist angle 189 of the liquid crystal layer is 90 °, which is generally used in the TN mode, and the relationship between the orientation angle 187 and the reflectance is shown in FIG.

なお、ここで図4(A)に示す縦軸は、反射率であり、入射する直線偏光の強度を1とし、液晶素子に光が入射して反射率が1の反射性の画素電極にて反射し、再度液晶層と偏光素子を透過する光が1となる場合、反射率が1となる。実際の液晶素子では他にも、吸収、散乱など、光の強度を減衰させる要因があるが、ここでは偏光特性の変化に特化し、前述の要因は考慮しないで説明する。   Note that the vertical axis shown in FIG. 4A is reflectance, and the intensity of incident linearly polarized light is 1, and light is incident on the liquid crystal element so that the reflective pixel electrode has a reflectance of 1. When the light reflected and again transmitted through the liquid crystal layer and the polarizing element is 1, the reflectance is 1. In the actual liquid crystal element, there are other factors that attenuate the intensity of light, such as absorption and scattering, but here, the description will be made without considering the above-mentioned factors, specializing in changes in polarization characteristics.

また、横軸は前述の配向角187であり、これは入射させる直線偏光に対する液晶層の配向方向とのなす角を示している。液晶層を微視的に見ると、液晶層に含まれる液晶分子は容易に配向する方向に対して、液晶分子の長軸方向が熱による揺らぎを示しつつも、平均的には一方向に揃っており、この方向が配向ベクトル(director)である。図4の横軸である配向角187は前述の直線偏光の電界ベクトルと配向ベクトルがなす角となる。実際の液晶素子ではラビングや光配向等の方法によって所定の方向に配向するようにしており、その配向方向が配向ベクトルと平行となる。   The horizontal axis is the aforementioned alignment angle 187, which indicates the angle between the alignment direction of the liquid crystal layer and the incident linearly polarized light. When the liquid crystal layer is viewed microscopically, the liquid crystal molecules contained in the liquid crystal layer are aligned in one direction on average while the major axis direction of the liquid crystal molecules shows fluctuation due to heat with respect to the direction in which they are easily aligned. This direction is an orientation vector. An orientation angle 187 which is the horizontal axis in FIG. 4 is an angle formed by the above-described linearly polarized electric field vector and the orientation vector. In an actual liquid crystal element, alignment is performed in a predetermined direction by a method such as rubbing or photo-alignment, and the alignment direction is parallel to the alignment vector.

図4(A)には、液晶層のねじれ角189が90°のときの、配向角187と反射率の関係を点線402で示した。反射率が0.8以上となる配向角187は、9°乃至27°である。   In FIG. 4A, the dotted line 402 shows the relationship between the orientation angle 187 and the reflectance when the twist angle 189 of the liquid crystal layer is 90 °. The orientation angle 187 at which the reflectance is 0.8 or more is 9 ° to 27 °.

そこで、この条件で反射率が最大となる配向角187としてβ=18°を選択する。反射率はβ=18°で条件の範囲では最大の0.88だが、さらに向上する可能性があるので、配向角をこの角度に固定して、今度はねじれ角の最適条件を求める。β=18°のとき、反射率が80%以上となるのは、ねじれ角Φが55°乃至100°の時である。   Therefore, β = 18 ° is selected as the orientation angle 187 that maximizes the reflectance under these conditions. The reflectance is β = 18 °, which is 0.88 which is the maximum in the range of the condition, but there is a possibility of further improvement. Therefore, the orientation angle is fixed at this angle, and the optimum condition of the twist angle is obtained this time. When β = 18 °, the reflectance is 80% or more when the twist angle Φ is 55 ° to 100 °.

ここで、ねじれ角Φは液晶素子の、液晶を挟持する一対の基板における配向方向のなす角である。液晶層の液晶分子は両端を前述の配向方向に固定され、その間を液晶層の自由エネルギーが最小になるように、配向する。一対の基板間の配向方向が非平行となる場合には、配向ベクトルが一対の基板間でねじれた、所謂、ねじれ配向を示す。   Here, the twist angle Φ is an angle formed by the alignment direction of the pair of substrates sandwiching the liquid crystal of the liquid crystal element. The liquid crystal molecules of the liquid crystal layer are aligned so that both ends are fixed in the aforementioned alignment direction and the free energy of the liquid crystal layer is minimized between them. When the alignment direction between the pair of substrates is non-parallel, the alignment vector indicates a so-called twisted alignment in which the alignment vector is twisted between the pair of substrates.

図4(B)には配向角187としてβ=18°に固定した時のねじれ角189と反射率の関係を線404で示した。   In FIG. 4B, a relationship between the twist angle 189 and the reflectance when the orientation angle 187 is fixed at β = 18 ° is shown by a line 404.

ねじれ角189として、反射率が最大となるΦ=75°を選択する。すると反射率が95%まで向上する。より最適条件を求める場合にはさらにねじれ角189としてΦ=75°とし、今度は配向角187の最適条件を改めて求めればよい。図4(A)にはねじれ角189としてΦ=75°としたときの配向角187と反射率の関係を線406で示した。このときβ=12°とすることで、反射率が0.996まで向上することが分かる。   As the twist angle 189, Φ = 75 ° at which the reflectance is maximized is selected. Then, the reflectance is improved to 95%. In order to obtain a more optimal condition, the twist angle 189 may be set to Φ = 75 °, and the optimum condition for the orientation angle 187 may be obtained again. In FIG. 4A, the relationship between the orientation angle 187 and the reflectance when the twist angle 189 is Φ = 75 ° is shown by a line 406. At this time, it can be seen that by setting β = 12 °, the reflectance is improved to 0.996.

配向角β=12°、ねじれ角=75°の条件で赤、緑の画素電極についても液晶素子のパラメータを得ることができる。これらをまとめて示すと次のような関係になる。   The parameters of the liquid crystal element can also be obtained for the red and green pixel electrodes under the condition of the orientation angle β = 12 ° and the twist angle = 75 °. These are summarized as follows.

赤画素(670nm)の場合、セル厚が2.6μmから3.6μmの範囲であれば反射率が90%以上となる。この範囲内で反射率がもっとも高くなる条件と、さらに共振条件に対応する値として、同様に液晶の屈折率をne=1.5762として、m=14、d=2.98μmが得られる。   In the case of a red pixel (670 nm), if the cell thickness is in the range of 2.6 μm to 3.6 μm, the reflectance is 90% or more. Similarly, m = 14 and d = 2.98 μm are obtained by setting the refractive index of the liquid crystal to ne = 1.5762 as the value corresponding to the highest reflectance in this range and the resonance condition.

緑画素(520nm)の場合、セル厚が1.9μmから2.7μmの範囲であれば反射率が90%よりも高くなる。この範囲内で反射率がもっとも高くなる条件と、さらに共振条件に対応する値として、同様に液晶の屈折率をne=1.5762として、m=14、d=2.3μmが得られる。   In the case of a green pixel (520 nm), the reflectance is higher than 90% when the cell thickness is in the range of 1.9 μm to 2.7 μm. Within the range, m = 14 and d = 2.3 μm are obtained as the value corresponding to the highest reflectance and the resonance condition, with the liquid crystal refractive index ne = 1.5762.

以上は本発明の一態様を説明するためにMTNモードを例にとって説明したが、前述の他の液晶動作モードを用いる場合も同様な方法で反射率が最大となるような液晶セルパラメータを見出せばよい。   The MTN mode has been described above as an example for explaining one embodiment of the present invention. However, when the other liquid crystal operation modes described above are used, a liquid crystal cell parameter that maximizes the reflectance can be found by the same method. Good.

このように画素電極と対向電極との間隔を画素電極ごとに異なるようにして光取り出し効率と、色純度の改善を行っているが、さらに画素電極の面積を異なるようにすることでも表示品位を向上させることも可能である。   In this way, the space between the pixel electrode and the counter electrode is different for each pixel electrode to improve the light extraction efficiency and the color purity. However, the display quality can also be improved by making the area of the pixel electrode different. It is also possible to improve.

(実施の形態2) (Embodiment 2)

<画素電極を有する半導体装置の形成方法>
本実施の形態では、実施の形態1に示した表示装置に用いることが可能な、画素電極を有する半導体装置の形成方法の例を図5乃至図11を用いて示す。なお、本実施の形態に利用可能な半導体装置は後述の実施の形態を参酌できる。
<Method for Forming Semiconductor Device Having Pixel Electrode>
In this embodiment, an example of a method for forming a semiconductor device having a pixel electrode that can be used for the display device described in Embodiment 1 will be described with reference to FIGS. Note that an embodiment described later can be referred to for a semiconductor device that can be used in this embodiment.

図5は本発明の一態様である表示装置に用いることが可能な、画素電極を有する半導体装置を模式的に示した上面図である。また図11(A)は図5の一点鎖線A−B間における切断面の断面図に相当し、図11(B)は図5の一点鎖線C−Dにおける切断面の断面図に相当する。   FIG. 5 is a top view schematically showing a semiconductor device having a pixel electrode that can be used in the display device which is one embodiment of the present invention. 11A corresponds to a cross-sectional view of the cross section taken along the dashed-dotted line AB in FIG. 5, and FIG. 11B corresponds to a cross-sectional view of the cross section taken along the dashed-dotted line CD in FIG.

図11(A)に示すように、画素電極1011a、1011b、1011cに電位を付与するために、半導体装置が有する配線112はソース電極112aを介してトランジスタ134と接続し、トランジスタ134のドレイン電極112bと画素電極1011a、1011b、1011cは開口148a、148b、148cにて電気的に接続している。   As shown in FIG. 11A, the wiring 112 included in the semiconductor device is connected to the transistor 134 through the source electrode 112a in order to apply potential to the pixel electrodes 1011a, 1011b, and 1011c, and the drain electrode 112b of the transistor 134 is connected. The pixel electrodes 1011a, 1011b, and 1011c are electrically connected through openings 148a, 148b, and 148c.

配線112と走査線133は絶縁膜106、107で電気的に絶縁されている。   The wiring 112 and the scanning line 133 are electrically insulated by insulating films 106 and 107.

配線112とソース電極112aは電気的に接続している。また、配線112とソース電極112aとドレイン電極112bは同一の材料を用いることができる。   The wiring 112 and the source electrode 112a are electrically connected. In addition, the same material can be used for the wiring 112, the source electrode 112a, and the drain electrode 112b.

また、走査線133とゲート電極104は電気的に接続しており、走査線133とゲート電極104は同一の材料を用いることができる。   Further, the scan line 133 and the gate electrode 104 are electrically connected, and the same material can be used for the scan line 133 and the gate electrode 104.

さらに、図5、図11(B)に示すように、画素電極1011a、1011b、1011cに印加した電位を保持するために容量電極136を有していてもよい。   Further, as shown in FIGS. 5 and 11B, a capacitor electrode 136 may be provided to hold a potential applied to the pixel electrodes 1011a, 1011b, and 1011c.

図11(A)、(B)に示すように、画素電極1011aと画素電極1011b、画素電極1011cと画素電極1011aは一部が重なり合っている。また、図5では画素電極1011a、画素電極1011b、画素電極1011cの見かけ上の面積は異なっているように示しているが、見かけ上の面積が等しくなるように配置してもよい。さらに、表示装置が示す色のバランスを考慮して、画素電極の面積を異なるようにしてもよい。たとえば、青色領域の強度を強くしたい場合は、青色領域の画素電極の面積を、他の画素電極よりも大きくすることで対応することができる。   As shown in FIGS. 11A and 11B, the pixel electrode 1011a and the pixel electrode 1011b, and the pixel electrode 1011c and the pixel electrode 1011a partially overlap. In FIG. 5, the apparent areas of the pixel electrode 1011a, the pixel electrode 1011b, and the pixel electrode 1011c are shown as different from each other, but they may be arranged so that the apparent areas are equal. Further, the area of the pixel electrode may be different in consideration of the color balance indicated by the display device. For example, when it is desired to increase the intensity of the blue region, it can be handled by making the area of the pixel electrode in the blue region larger than that of the other pixel electrodes.

図5の画素電極を有する半導体装置の作製方法の例を図6乃至図11に示す。   Examples of a method for manufacturing a semiconductor device having the pixel electrode of FIG. 5 are shown in FIGS.

図6(A)に示すように半導体装置152は絶縁膜118を有する。さらに、絶縁膜118上に絶縁膜119aを形成する(図6(B)参照)。絶縁膜119aとしては、例えばポリイミド樹脂、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。絶縁膜上に有機樹脂膜を形成し、所望の領域が残るようにパターニングし、その後不要な領域をエッチングする。   As shown in FIG. 6A, the semiconductor device 152 includes an insulating film 118. Further, an insulating film 119a is formed over the insulating film 118 (see FIG. 6B). As the insulating film 119a, for example, an organic material having heat resistance such as polyimide resin, acrylic resin, polyimide amide resin, benzocyclobutene resin, polyamide resin, or epoxy resin can be used. An organic resin film is formed on the insulating film, patterned to leave a desired region, and then unnecessary regions are etched.

次に、開口を有する絶縁膜119aをマスクとして絶縁膜118をエッチングすることで、開口148aを形成する(図7(A)参照)。絶縁膜119aをマスクに用いることができるため、開口148aを形成するための新たなマスクが不要であり、またパターニングを省略することができる。よって、半導体装置の製造コストを削減することができる。   Next, the insulating film 118 is etched using the insulating film 119a having the opening as a mask, so that the opening 148a is formed (see FIG. 7A). Since the insulating film 119a can be used as a mask, a new mask for forming the opening 148a is unnecessary and patterning can be omitted. Therefore, the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced.

次に、開口148aを覆うように絶縁膜119a上に導電膜を成膜し、該導電膜の所望の形状が残るようにパターニング及びエッチングを行い、画素電極1011aを形成する(図7(B)参照)。   Next, a conductive film is formed over the insulating film 119a so as to cover the opening 148a, and patterning and etching are performed so that a desired shape of the conductive film remains, so that a pixel electrode 1011a is formed (FIG. 7B). reference).

次に画素電極1011aの上部に絶縁膜119bを形成する(図8(A)参照)。絶縁膜119bの材料は絶縁膜119aと同じ材料を用いることができる。   Next, an insulating film 119b is formed over the pixel electrode 1011a (see FIG. 8A). The material of the insulating film 119b can be the same material as the insulating film 119a.

前述の開口148aを形成したのと同様の方法で、所望の領域が残るようにパターニングし、その後不要な領域をエッチングすることで、開口148bを形成する(図8(B)参照)。   Patterning is performed so that a desired region remains by the same method as that for forming the opening 148a described above, and then an unnecessary region is etched to form an opening 148b (see FIG. 8B).

次に、絶縁膜119a、絶縁膜119b、をマスクとして絶縁膜118をエッチングすることで、開口148bを形成する。次に、開口148bを覆うように絶縁膜119b上に導電膜を成膜し、該導電膜の所望の形状が残るようにパターニング及びエッチングを行い、画素電極1011bを形成する(図9(A)参照)。   Next, the opening 148b is formed by etching the insulating film 118 using the insulating film 119a and the insulating film 119b as masks. Next, a conductive film is formed over the insulating film 119b so as to cover the opening 148b, and patterning and etching are performed so that a desired shape of the conductive film remains, so that a pixel electrode 1011b is formed (FIG. 9A). reference).

次に画素電極1011bの上部に絶縁膜119cを形成する(図9(B)参照)。絶縁膜119cの材料は絶縁膜119a、119bと同じ材料を用いることができる。   Next, an insulating film 119c is formed over the pixel electrode 1011b (see FIG. 9B). The material of the insulating film 119c can be the same material as the insulating films 119a and 119b.

次に前述と同様の方法で所望の領域が残るようにパターニングし、その後不要な領域をエッチングすることで、開口148cを形成する(図10(A)参照)。   Next, patterning is performed so that a desired region remains by the same method as described above, and then an unnecessary region is etched to form an opening 148c (see FIG. 10A).

次に、開口148cを覆うように絶縁膜119c上に導電膜を成膜し、前述と同様の方法で該導電膜の所望の形状が残るようにパターニング及びエッチングを行い、画素電極1011cを形成する(図10(B)参照)。   Next, a conductive film is formed over the insulating film 119c so as to cover the opening 148c, and patterning and etching are performed so that a desired shape of the conductive film remains by the same method as described above, so that the pixel electrode 1011c is formed. (See FIG. 10B).

次に、画素電極1011b、1011cをマスクとして絶縁膜119b、119cをエッチングすることで、画素電極1011a、1011b、1011c上の絶縁膜を除去する。(図11(A)、(B)参照)。   Next, the insulating films 119b and 119c are etched using the pixel electrodes 1011b and 1011c as a mask, so that the insulating films over the pixel electrodes 1011a, 1011b, and 1011c are removed. (See FIGS. 11A and 11B).

実施の形態1では画素電極1011a、1011b、1011cを絶縁するための絶縁層1012a、1012b、1012c、1012dを個別に配置する構成となっていて作製工程が煩雑になるおそれがあるが、実施の形態2の作製方法により、絶縁層1012e、1012fを簡易な方法で配置しつつも、画素電極1011a、1011b、1011cの絶縁性を維持できるようになる。   In the first embodiment, the insulating layers 1012a, 1012b, 1012c, and 1012d for insulating the pixel electrodes 1011a, 1011b, and 1011c are individually arranged, and the manufacturing process may be complicated. By the manufacturing method 2, the insulating properties of the pixel electrodes 1011a, 1011b, and 1011c can be maintained while the insulating layers 1012e and 1012f are arranged by a simple method.

なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。   Note that this embodiment can be combined with any of the other embodiments described in this specification as appropriate.

(実施の形態3)
本実施の形態では、液晶層を有する表示部を利用した表示装置である、液晶表示装置の一例について、図12及び図13を参照しながら説明する。なお、本実施の形態に適用する液晶表示装置の構成については、他の実施の形態を参酌することが可能である。
(Embodiment 3)
In this embodiment, an example of a liquid crystal display device which is a display device using a display portion having a liquid crystal layer will be described with reference to FIGS. Note that another embodiment mode can be referred to for the structure of the liquid crystal display device applied to this embodiment mode.

図12は、本発明の一態様の表示機能を有する液晶表示装置の構成を説明するブロック図である。   FIG. 12 is a block diagram illustrating a structure of a liquid crystal display device having a display function of one embodiment of the present invention.

図13は、本発明の一態様の表示機能を有する液晶表示装置の表示部の構成を説明するブロック図及び回路図である。   13A and 13B are a block diagram and a circuit diagram illustrating a structure of a display portion of a liquid crystal display device having a display function of one embodiment of the present invention.

<1.液晶表示装置の構成>
本実施の形態で、図12に例示して説明する表示機能を有する液晶表示装置600は、演算装置620、制御部610、表示部630、入力手段500を有する。
<1. Configuration of liquid crystal display device>
In this embodiment mode, a liquid crystal display device 600 having a display function described with reference to FIG. 12 includes an arithmetic device 620, a control unit 610, a display unit 630, and an input unit 500.

さらに表示部630は画素部631を有し、画素部631は複数の画素631pを有し、画素631pは画素回路634を有する。   Further, the display portion 630 includes a pixel portion 631, the pixel portion 631 includes a plurality of pixels 631 p, and the pixel 631 p includes a pixel circuit 634.

次に各構成要素の関係の概要を示す。まず、演算装置620は制御部610に対し、一次制御信号625_Cと一次画像信号625_Vを出力する。   Next, the outline of the relationship between each component is shown. First, the arithmetic device 620 outputs a primary control signal 625_C and a primary image signal 625_V to the control unit 610.

また入力手段500を設け、演算装置620に制御信号を出力できるようにすることで、使用者が入力手段に供給した情報に基づいた信号を演算装置620から制御部610に出力できるようになる。   Further, by providing the input unit 500 so that a control signal can be output to the arithmetic unit 620, a signal based on information supplied to the input unit by the user can be output from the arithmetic unit 620 to the control unit 610.

制御部610はS駆動回路633とG駆動回路632を制御する。   The control unit 610 controls the S drive circuit 633 and the G drive circuit 632.

G駆動回路632はG信号632_Gを出力し、G信号632_Gを制御することで、画素部631に設けられた複数の画素回路634から一を選択する頻度を、変えることができる。   The G driving circuit 632 outputs a G signal 632_G and controls the G signal 632_G, whereby the frequency of selecting one from the plurality of pixel circuits 634 provided in the pixel portion 631 can be changed.

本実施の形態の構成を利用すると、なめらかな動画表示を行う動作モードと、消費電力を低減させ、ちらつきを低減させて目にやさしい表示を行うためにフレーム周波数を低くして表示する動作モードとを、同一の表示装置において切り換えて表示させることが可能となる。   By using the configuration of the present embodiment, an operation mode for performing smooth moving image display, an operation mode for displaying at a lower frame frequency in order to reduce power consumption, reduce flicker, and perform display that is easy on the eyes, and Can be switched and displayed on the same display device.

具体的には、画素を選択するG信号を60Hz以上の頻度で出力する第1のモードと、1Hz以下の頻度、好ましくは0.2Hz以下の頻度で出力する第2のモードを有する。   Specifically, there are a first mode in which G signals for selecting pixels are output at a frequency of 60 Hz or more and a second mode in which a G signal is output at a frequency of 1 Hz or less, preferably 0.2 Hz or less.

結果、液晶表示装置600を使用する者へ与えうる目の疲労が低減された表示機能を有する液晶表示装置を提供することができる。   As a result, a liquid crystal display device having a display function in which eye fatigue that can be given to a person who uses the liquid crystal display device 600 is reduced can be provided.

以下に、本発明の一態様の表示機能を有する液晶表示装置を構成する個々の要素について説明する。   The individual elements included in the liquid crystal display device having a display function of one embodiment of the present invention are described below.

<2.演算装置>
演算装置620は、一次画像信号625_V及び一次制御信号625_Cを生成する。
<2. Arithmetic unit>
The arithmetic device 620 generates a primary image signal 625_V and a primary control signal 625_C.

また、演算装置620が、モード切り替え信号を含む一次制御信号625_Cを生成する。   Further, the arithmetic device 620 generates a primary control signal 625_C including a mode switching signal.

例えば、入力手段500から入力される画像切り替え信号500_Cに応じて、演算装置620がモード切り替え信号を含む一次制御信号625_Cを出力して良い。   For example, the arithmetic device 620 may output the primary control signal 625_C including the mode switching signal in response to the image switching signal 500_C input from the input unit 500.

<3.制御部>
制御部610は、一次画像信号625_Vから生成した二次画像信号615_Vを出力する。図12の場合、二次画像信号615_VはS駆動回路633に出力されるが、これに限定されず、一次画像信号625_Vを表示部630に直接出力する構成とすることも可能である。
<3. Control unit>
The controller 610 outputs a secondary image signal 615_V generated from the primary image signal 625_V. In the case of FIG. 12, the secondary image signal 615_V is output to the S driver circuit 633, but the present invention is not limited to this, and the primary image signal 625_V may be directly output to the display portion 630.

制御部610は、垂直同期信号、水平同期信号などの同期信号を含む一次制御信号625_Cを用いて、スタートパルス信号、ラッチ信号、パルス幅制御信号などの二次制御信号615_Cを生成し、表示部630に供給する機能を有する。なお、二次制御信号615_Cには、クロック信号なども含まれる。   The control unit 610 generates a secondary control signal 615_C such as a start pulse signal, a latch signal, and a pulse width control signal by using a primary control signal 625_C including a synchronization signal such as a vertical synchronization signal and a horizontal synchronization signal, and a display unit 630 has a function to supply to 630. Note that the secondary control signal 615_C includes a clock signal and the like.

また、反転制御回路を制御部610に設け、制御部610が、反転制御回路が通知するタイミングに従って、二次画像信号615_Vの極性を反転させる機能を有する構成とすることもできる。具体的に、二次画像信号615_Vの極性の反転は、制御部610において行われてもよいし、制御部610からの命令に従って、表示部630内で行われてもよい。   Further, an inversion control circuit may be provided in the control unit 610, and the control unit 610 may have a function of inverting the polarity of the secondary image signal 615_V in accordance with the timing notified by the inversion control circuit. Specifically, inversion of the polarity of the secondary image signal 615_V may be performed in the control unit 610, or may be performed in the display unit 630 in accordance with a command from the control unit 610.

反転制御回路は、二次画像信号615_Vの極性を反転させるタイミングを、同期信号を用いて定める機能を有する。例示する反転制御回路は、カウンタと、信号生成回路とを有する。   The inversion control circuit has a function of determining the timing at which the polarity of the secondary image signal 615_V is inverted using a synchronization signal. The illustrated inversion control circuit includes a counter and a signal generation circuit.

カウンタは、水平同期信号のパルスを用いてフレーム期間の数を数える機能を有する。   The counter has a function of counting the number of frame periods using the pulse of the horizontal synchronization signal.

信号生成回路は、カウンタにおいて得られたフレーム期間の数の情報を用いて、連続する複数フレーム期間ごとに二次画像信号615_Vの極性を反転させるべく、二次画像信号615_Vの極性を反転させるタイミングを、制御部610に通知する機能を有する。   The signal generation circuit uses the information on the number of frame periods obtained by the counter to perform timing for inverting the polarity of the secondary image signal 615_V so as to invert the polarity of the secondary image signal 615_V for each of a plurality of consecutive frame periods. Is notified to the control unit 610.

<4.表示部>
表示部630は、各画素に表示素子635を有する画素部631と、S駆動回路633、G駆動回路632などの駆動回路を有する。画素部631は、表示素子635が設けられた画素631pを、複数有する(図12参照)。
<4. Display>
The display portion 630 includes a pixel portion 631 having a display element 635 in each pixel, and drive circuits such as an S drive circuit 633 and a G drive circuit 632. The pixel portion 631 includes a plurality of pixels 631p provided with a display element 635 (see FIG. 12).

制御部610から表示部630に入力される二次画像信号615_Vは、S駆動回路633に与えられる。また、電源電位、二次制御信号615_Cは、S駆動回路633及びG駆動回路632に与えられる。   The secondary image signal 615_V input from the control unit 610 to the display unit 630 is supplied to the S drive circuit 633. The power supply potential and the secondary control signal 615_C are supplied to the S drive circuit 633 and the G drive circuit 632.

S駆動回路633は、入力される第1の駆動信号(S信号ともいう)633_Sを保持し、S信号633_Sに応じて画像を表示する表示素子635を含む画素回路634を有する画素部631にS信号633_Sを出力する。   The S driver circuit 633 holds a first drive signal (also referred to as an S signal) 633_S that is input, and the pixel portion 631 having a pixel circuit 634 that includes a display element 635 that displays an image in accordance with the S signal 633_S. A signal 633_S is output.

G駆動回路632は画素回路634を選択する第2の駆動信号(G信号ともいう)632_Gを画素回路634に出力する。   The G drive circuit 632 outputs a second drive signal (also referred to as a G signal) 632_G for selecting the pixel circuit 634 to the pixel circuit 634.

なお、二次制御信号615_Cには、S駆動回路633の動作を制御するS駆動回路用のスタートパルス信号、S駆動回路用のクロック信号、ラッチ信号、G駆動回路632の動作を制御するG駆動回路用のスタートパルス信号、G駆動回路用のクロック信号、パルス幅制御信号などが含まれる。   Note that the secondary control signal 615_C includes an S drive circuit start pulse signal that controls the operation of the S drive circuit 633, an S drive circuit clock signal, a latch signal, and a G drive that controls the operation of the G drive circuit 632. A start pulse signal for the circuit, a clock signal for the G drive circuit, a pulse width control signal, and the like are included.

次に、表示部630の構成の一例を図13(A)に示す。   Next, an example of a structure of the display portion 630 is illustrated in FIG.

図13(A)に示す表示部630には、画素部631に、複数の画素631pと、画素631pを行毎に選択するための複数の走査線Gと、選択された画素631pに二次画像信号615_Vから生成されたS信号633_Sを供給するための複数の信号線Sとが設けられている。   A display portion 630 illustrated in FIG. 13A includes a pixel portion 631, a plurality of pixels 631p, a plurality of scanning lines G for selecting the pixels 631p for each row, and a secondary image on the selected pixel 631p. A plurality of signal lines S for supplying an S signal 633_S generated from the signal 615_V is provided.

走査線GへのG信号632_Gの入力は、G駆動回路632により制御されている。信号線SへのS信号633_Sの入力は、S駆動回路633により制御されている。複数の画素631pは、走査線Gの少なくとも一つと、信号線Sの少なくとも一つとに、それぞれ接続されている。   The input of the G signal 632_G to the scanning line G is controlled by the G driving circuit 632. The input of the S signal 633_S to the signal line S is controlled by the S drive circuit 633. The plurality of pixels 631p are connected to at least one of the scanning lines G and at least one of the signal lines S, respectively.

なお、画素部631に設けられる配線の種類及びその数は、画素631pの構成、数及び配置によって決めることができる。具体的に、図13(A)に示す画素部631の場合、x列×y行の画素631pがマトリクス状に配置されており、信号線S1乃至信号線Sx、走査線G1乃至走査線Gyが、画素部631内に配置されている場合を例示している。   Note that the type and number of wirings provided in the pixel portion 631 can be determined by the configuration, number, and arrangement of the pixels 631p. Specifically, in the case of the pixel portion 631 illustrated in FIG. 13A, x columns × y rows of pixels 631p are arranged in a matrix, and the signal lines S1 to Sx and the scan lines G1 to Gy are included. The case where it is arranged in the pixel portion 631 is illustrated.

<4−1.画素>
各画素631pは、表示素子635と、当該表示素子635を含む画素回路634を有する。
<4-1. Pixel>
Each pixel 631p includes a display element 635 and a pixel circuit 634 including the display element 635.

<4−2.画素回路>
本実施の形態では、画素回路634の一例として、液晶素子635LCを表示素子635に適用する構成を図13(B)に示す。
<4-2. Pixel circuit>
In this embodiment, as an example of the pixel circuit 634, a structure in which the liquid crystal element 635LC is applied to the display element 635 is illustrated in FIG.

画素回路634は、液晶素子635LCへのS信号633_Sの供給を制御するトランジスタ634tを有する。トランジスタ634tと表示素子635の接続関係の一例について説明する。   The pixel circuit 634 includes a transistor 634t that controls supply of the S signal 633_S to the liquid crystal element 635LC. An example of a connection relation between the transistor 634t and the display element 635 will be described.

トランジスタ634tのゲートが、走査線G1から走査線Gyのいずれか1つに接続されている。トランジスタ634tのソース及びドレインの一方は、信号線S1から信号線Sxのいずれか1つに接続され、トランジスタ634tのソース及びドレインの他方は、表示素子635の第1電極に接続されている。   The gate of the transistor 634t is connected to any one of the scanning line G1 to the scanning line Gy. One of a source and a drain of the transistor 634t is connected to any one of the signal lines S1 to Sx, and the other of the source and the drain of the transistor 634t is connected to the first electrode of the display element 635.

なお、画素631pは、必要に応じて液晶素子635LCの第1電極と第2電極間の電圧を保持するための容量素子634cの他、トランジスタ、ダイオード、抵抗素子、容量素子、インダクタなどのその他の回路素子を有していても良い。   Note that the pixel 631p includes other elements such as a transistor, a diode, a resistor, a capacitor, and an inductor, as well as a capacitor 634c for holding a voltage between the first electrode and the second electrode of the liquid crystal element 635LC. You may have a circuit element.

図13(B)に例示する画素631pは、S信号633_Sの画素631pへの入力を制御するスイッチング素子として、一のトランジスタ634tを用いる。ただし、一のスイッチング素子として機能する、複数のトランジスタを画素631pに用いていてもよい。複数のトランジスタが一のスイッチング素子として機能する場合、上記複数のトランジスタは並列に接続されていてもよいし、直列に接続されていてもよいし、直列と並列が組み合わされて接続されていてもよい。   A pixel 631p illustrated in FIG. 13B uses one transistor 634t as a switching element that controls input of the S signal 633_S to the pixel 631p. However, a plurality of transistors functioning as one switching element may be used for the pixel 631p. When a plurality of transistors function as one switching element, the plurality of transistors may be connected in parallel, may be connected in series, or may be connected in combination of series and parallel. Good.

なお、画素回路634の容量は適宜調整すればよい。例えば、第2のモードにおいて、S信号633_Sを比較的長い期間(具体的には、1/60sec以上)保持する場合には、容量素子634cを設ける。また、容量素子634c以外の構成を用いて、画素回路634の容量を調節してもよい。例えば、液晶素子635LCの第1の電極と第2の電極を重ねて設ける構成により、実質的に容量素子を形成してもよい。   Note that the capacitance of the pixel circuit 634 may be adjusted as appropriate. For example, in the second mode, in the case where the S signal 633_S is held for a relatively long period (specifically, 1/60 sec or more), the capacitor 634c is provided. Further, the capacitance of the pixel circuit 634 may be adjusted by using a configuration other than the capacitor 634c. For example, the capacitor element may be substantially formed by a structure in which the first electrode and the second electrode of the liquid crystal element 635LC are provided to overlap each other.

また、容量素子は酸化物半導体を電極として利用することが可能であり、第1の電極、もしくは第2の電極としてもよい。   Further, the capacitor can use an oxide semiconductor as an electrode, and may be a first electrode or a second electrode.

また、画素回路634は、表示素子635の種類、または駆動方法に応じた構成を選択して用いることができる。   In addition, the pixel circuit 634 can be used by selecting a structure in accordance with the type of the display element 635 or the driving method.

また、酸化物半導体を容量素子の電極として用いる方法については他の実施の形態を参酌する。   Further, another embodiment is referred to for a method for using an oxide semiconductor as an electrode of a capacitor.

<4−2a.表示素子>
液晶素子635LCは、第1電極及び第2電極並びに第1電極と第2電極の間の電圧が印加される液晶材料を含んだ液晶層を有している。液晶素子635LCは、第1電極と第2電極の間に与えられる電圧の値に従って、液晶分子の配向が変化して、透過率が変化する。よって、表示素子635は、S信号633_Sの電位によってその透過率が制御されることで、階調を表示することができる。
<4-2a. Display element>
The liquid crystal element 635LC includes a liquid crystal layer including a first electrode, a second electrode, and a liquid crystal material to which a voltage between the first electrode and the second electrode is applied. In the liquid crystal element 635LC, the alignment of liquid crystal molecules changes according to the value of the voltage applied between the first electrode and the second electrode, and the transmittance changes. Therefore, the display element 635 can display grayscale by controlling the transmittance with the potential of the S signal 633_S.

<4−2b.トランジスタ>
トランジスタ634tは、表示素子635の第1電極に、信号線Sの電位を与えるか否かを制御する。表示素子635の第2電極には、所定の基準電位Vcomが与えられている。
<4-2b. Transistor>
The transistor 634t controls whether or not to apply the potential of the signal line S to the first electrode of the display element 635. A predetermined reference potential Vcom is applied to the second electrode of the display element 635.

なお、本発明の一態様の液晶表示装置に好適なトランジスタとして酸化物半導体を用いたトランジスタを適用することができる。酸化物半導体を用いたトランジスタの詳細については、実施の形態7乃至11、または実施の形態13を参酌することができる。   Note that as the transistor suitable for the liquid crystal display device of one embodiment of the present invention, a transistor including an oxide semiconductor can be used. Embodiments 7 to 11 and Embodiment 13 can be referred to for the details of the transistor including an oxide semiconductor.

<5.光供給部>
表示素子635に液晶素子を適用する場合、光供給部650を表示部630に設ける。光供給部650には、複数の光源が設けられている。制御部610は、光供給部650が有する光源の駆動を制御する。
<5. Light supply section>
In the case where a liquid crystal element is used for the display element 635, the light supply portion 650 is provided in the display portion 630. The light supply unit 650 is provided with a plurality of light sources. The control unit 610 controls driving of the light source included in the light supply unit 650.

なお、反射型の液晶表示装置とする場合には、屋外における太陽光、または、屋内における照明の光、等を光源として利用することができるので、光供給部650を設けない構成としてもよい。しかし、夜間や、光源の無い、あるいは光源があったとしても明るさが暗い、暗所での使用も想定すると、光供給部650を設け、液晶素子が設けられた画素部631に光を供給することで、暗所でも表示画像を認識できるようになる。   Note that in the case of a reflective liquid crystal display device, sunlight outdoors, indoor illumination light, or the like can be used as a light source, and thus the light supply portion 650 may not be provided. However, if it is assumed that there is no light source, or the light is dark even when there is a light source, and the light is used in a dark place, a light supply unit 650 is provided to supply light to the pixel unit 631 provided with a liquid crystal element. By doing so, the display image can be recognized even in a dark place.

光供給部650の光源としては、冷陰極蛍光ランプ、発光ダイオード(LED)、電場を加えることでルミネッセンス(Electroluminescence)が発生するOLED素子などを用いることができる。また、光供給部650の光源のカラー化方式としては、赤色、緑色、青色の発光をそれぞれ用いる方式(3色方式)、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)、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(カラーフィルター方式)などを適用することができる。   As a light source of the light supply unit 650, a cold cathode fluorescent lamp, a light emitting diode (LED), an OLED element that generates luminescence (electroluminescence) when an electric field is applied, and the like can be used. Further, as a colorization method of the light source of the light supply unit 650, a method using red, green, and blue light emission (three-color method), and a method for converting a part of light emission from the blue light emission into red and green (color) Conversion method, quantum dot method), a method of converting a part of light emission from white light emission into red, green, and blue by passing a color filter (color filter method) can be applied.

<6.入力手段>
入力手段500としては、タッチパネル、タッチパッド、ジョイスティック、トラックボール、データグローブ、撮像装置などを用いることができる。演算装置620は、入力手段500から入力される電気信号と表示部の座標を関連づけることができる。これにより、使用する者が表示部に表示される情報を処理するための命令を入力することができる。
<6. Input means>
As the input unit 500, a touch panel, a touch pad, a joystick, a trackball, a data glove, an imaging device, or the like can be used. The arithmetic device 620 can associate the electric signal input from the input unit 500 with the coordinates of the display unit. Thereby, the user can input a command for processing information displayed on the display unit.

使用する者が入力手段500から入力する情報としては、例えば表示部に表示される画像の表示位置を変えるためにドラッグする命令、表示されている画像を送り次の画像を表示するためにスワイプする命令、巻物状の画像を順に送るためにスクロールする命令、特定の画像を選択する命令、画像を表示する大きさを変化するためにピンチする命令の他、手書き文字入力する命令などを挙げることができる。   Information input by the user from the input unit 500 includes, for example, a drag command for changing the display position of the image displayed on the display unit, and a swipe to display the next image by sending the displayed image. In addition to commands, scroll commands for sequentially sending scroll-shaped images, commands for selecting specific images, commands for pinching to change the size of image display, commands for inputting handwritten characters, etc. it can.

表示モードを複数有する場合、たとえば第1のモード、および、第2のモード、の2つのモードを有する場合、第2のモードで動作しているG駆動回路632に、制御部610を介して、画像切り替え信号500_Cが、入力手段500から入力されると、G駆動回路632は第2のモードから第1のモードに切り替わり、G信号を1回以上出力し、その後第2のモードに切り替わる。
<7.動作例>
When there are a plurality of display modes, for example, when there are two modes of the first mode and the second mode, the G drive circuit 632 operating in the second mode is connected to the G driving circuit 632 via the control unit 610. When the image switching signal 500_C is input from the input unit 500, the G driving circuit 632 switches from the second mode to the first mode, outputs the G signal one or more times, and then switches to the second mode.
<7. Example of operation>

例えば、入力手段500がページめくり動作を検知した場合、入力手段500は画像切り替え信号500_Cを演算装置620に出力する。   For example, when the input unit 500 detects a page turning operation, the input unit 500 outputs an image switching signal 500_C to the arithmetic device 620.

演算装置620は、ページめくり動作信号を含む一次画像信号625_Vを生成し、画像切り替え信号500_Cを含む一次制御信号625_Cと共に当該一次画像信号625_Vを出力する。   The arithmetic device 620 generates a primary image signal 625_V including a page turning operation signal, and outputs the primary image signal 625_V together with a primary control signal 625_C including an image switching signal 500_C.

制御部610は、画像切り替え信号500_CをG駆動回路632に出力し、ページめくり動作信号を含む二次画像信号615_VをS駆動回路633に出力する。   The control unit 610 outputs the image switching signal 500_C to the G drive circuit 632 and outputs the secondary image signal 615_V including the page turning operation signal to the S drive circuit 633.

G駆動回路632は、G信号632_Gを画素に1秒間に30回以上の頻度、好ましくは1秒間に60回以上960回未満の頻度で出力する第1のモードと、1日に1回以上1秒間に0.1回未満の頻度、好ましくは1時間に1回以上1秒間に1回未満の頻度で出力する第2のモードを有する。   The G drive circuit 632 outputs a G signal 632_G to the pixel at a frequency of 30 times or more per second, preferably 60 times or more and less than 960 times per second, and 1 or more times a day. It has a second mode of outputting at a frequency of less than 0.1 times per second, preferably at least once per hour and less than once per second.

なお、G駆動回路632は、入力されるモード切り替え信号に応じて第1のモードと第2のモードとを切り替える。   Note that the G drive circuit 632 switches between the first mode and the second mode in accordance with the input mode switching signal.

G駆動回路632は第2のモードから第1のモードに切り替わり、G信号632_Gを観察者が信号の書き換え動作毎に変化する画像の変化を識別できない程度の速さで、信号を出力する。   The G drive circuit 632 switches from the second mode to the first mode, and outputs a signal of the G signal 632_G at such a speed that the observer cannot identify the change in the image that changes every time the signal is rewritten.

一方、S駆動回路633は、ページめくり動作信号を含む二次画像信号615_Vから生成したS信号633_Sを画素回路634に出力する。   On the other hand, the S drive circuit 633 outputs an S signal 633_S generated from the secondary image signal 615_V including the page turning operation signal to the pixel circuit 634.

これにより、画素631pは、ページめくり動作信号を含む二次画像信号615_Vが与えられることで、ページめくり動作を含む多数のフレーム画像を短時間に表示できるため、なめらかなページめくり動作を表示できる。   Thus, the pixel 631p can display a large number of frame images including the page turning operation in a short time by receiving the secondary image signal 615_V including the page turning operation signal, and thus can display a smooth page turning operation.

また、演算装置620が表示部630に出力する一次画像信号625_Vが動画像か静止画像かを判別し、一次画像信号625_Vが動画像である場合に、第1のモードを選択する切り替え信号を、静止画像である場合は第2のモードを選択する切り替え信号を、当該演算装置620が出力する構成としてもよい。   Further, the arithmetic device 620 determines whether the primary image signal 625_V output to the display unit 630 is a moving image or a still image, and when the primary image signal 625_V is a moving image, a switching signal for selecting the first mode is In the case of a still image, the calculation device 620 may output a switching signal for selecting the second mode.

なお、動画像か静止画像かを判別する方法としては、一次画像信号625_Vに含まれる一のフレームとその前後のフレームの信号の差分が、あらかじめ定められた差分より大きいときに動画像と、それ以下のときに静止画像と、判別すればよい。   As a method for determining whether the image is a moving image or a still image, when the difference between the signal of one frame included in the primary image signal 625_V and the preceding and succeeding frames is larger than a predetermined difference, What is necessary is just to distinguish with a still image at the following times.

また、第2のモードから第1のモードに切り替わったとき、G信号632_Gを1回以上の所定の回数出力し、その後第2のモードに切り替わる構成としてもよい。   In addition, when the second mode is switched to the first mode, the G signal 632_G may be output a predetermined number of times one or more times and then switched to the second mode.

実施の形態3に示す構成とすることにより、利用時の目への負担を低減することが可能となる。   With the configuration shown in Embodiment Mode 3, it is possible to reduce the burden on the eyes during use.

なお、本実施の形態において、本発明の一態様について述べた。または、他の実施の形態において、本発明の一態様について述べる。ただし、本発明の一態様は、これらに限定されない。つまり、本実施の形態および他の実施の形態では、様々な発明の態様が記載されているため、本発明の一態様は、特定の態様に限定されない。例えば、本発明の一態様として、トランジスタのチャネル形成領域、ソースドレイン領域などが、酸化物半導体を有する場合の例を示したが、本発明の一態様は、これに限定されない。場合によっては、または、状況に応じて、本発明の一態様における様々なトランジスタ、トランジスタのチャネル形成領域、または、トランジスタのソースドレイン領域などは、様々な半導体を有していてもよい。場合によっては、または、状況に応じて、本発明の一態様における様々なトランジスタ、トランジスタのチャネル形成領域、または、トランジスタのソースドレイン領域などは、例えば、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、炭化シリコン、ガリウムヒ素、アルミニウムガリウムヒ素、インジウムリン、窒化ガリウム、または、有機半導体などの少なくとも一つを有していてもよい。または例えば、場合によっては、または、状況に応じて、本発明の一態様における様々なトランジスタ、トランジスタのチャネル形成領域、または、トランジスタのソースドレイン領域などは、酸化物半導体を有していなくてもよい。   Note that one embodiment of the present invention is described in this embodiment. Alternatively, in another embodiment, one embodiment of the present invention will be described. Note that one embodiment of the present invention is not limited thereto. That is, in this embodiment and other embodiments, various aspects of the invention are described; therefore, one embodiment of the present invention is not limited to a particular aspect. For example, although an example in which a channel formation region, a source / drain region, and the like of a transistor include an oxide semiconductor is described as one embodiment of the present invention, one embodiment of the present invention is not limited thereto. In some cases or depending on circumstances, various transistors in one embodiment of the present invention, a channel formation region of the transistor, a source / drain region of the transistor, or the like may include various semiconductors. Depending on circumstances or circumstances, various transistors in one embodiment of the present invention, a channel formation region of the transistor, a source / drain region of the transistor, and the like can be formed using, for example, silicon, germanium, silicon germanium, silicon carbide, or gallium. At least one of arsenic, aluminum gallium arsenide, indium phosphide, gallium nitride, or an organic semiconductor may be included. Alternatively, for example, depending on circumstances or circumstances, a variety of transistors, channel formation regions of the transistors, source and drain regions of the transistors, and the like of the transistor may not include an oxide semiconductor. Good.

なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。   Note that this embodiment can be combined with any of the other embodiments described in this specification as appropriate.

(実施の形態4)
<部分駆動>
本実施の形態では、実施の形態3に示した液晶表示装置の駆動方法の一例について、図13及び図14を参照しながら説明する。
(Embodiment 4)
<Partial drive>
In this embodiment, an example of a method for driving the liquid crystal display device described in Embodiment 3 will be described with reference to FIGS.

図13は、本発明の一態様の表示機能を有する液晶表示装置の表示部の構成を説明するブロック図及び回路図である。   13A and 13B are a block diagram and a circuit diagram illustrating a structure of a display portion of a liquid crystal display device having a display function of one embodiment of the present invention.

図14は、本発明の一態様の表示機能を有する液晶表示装置の表示部の構成の変形例を説明するブロック図である。
<1.S信号の画素部への書き込み方法>
図13(A)または図14に例示する画素部631に、S信号633_Sを書き込む方法の一例を説明する。具体的には、S信号633_Sを、画素部631の、図13(B)に例示する画素回路を有する画素631pのそれぞれに書き込む方法を説明する。
FIG. 14 is a block diagram illustrating a modification of the structure of the display portion of the liquid crystal display device having a display function of one embodiment of the present invention.
<1. Method of writing S signal to pixel portion>
An example of a method for writing the S signal 633_S to the pixel portion 631 illustrated in FIG. Specifically, a method for writing the S signal 633_S to each of the pixels 631p including the pixel circuit illustrated in FIG. 13B in the pixel portion 631 is described.

<画素部への信号の書き込み>
第1フレーム期間において、走査線G1にパルスを有するG信号632_Gが入力されることで、走査線G1が選択される。選択された走査線G1に接続された複数の各画素631pにおいて、トランジスタ634tが導通状態になる。
<Writing signals to the pixel section>
In the first frame period, the scan line G1 is selected by inputting a G signal 632_G having a pulse to the scan line G1. In each of the plurality of pixels 631p connected to the selected scanning line G1, the transistor 634t is turned on.

トランジスタ634tが導通状態の時(1ライン期間)に、信号線S1から信号線Sxに二次画像信号615_Vから生成したS信号633_Sの電位が与えられる。そして、導通状態のトランジスタ634tを介して、S信号633_Sの電位に応じた電荷が容量素子634cに蓄積され、S信号633_Sの電位が液晶素子635LCの第1電極に与えられる。   When the transistor 634t is in a conductive state (one line period), the potential of the S signal 633_S generated from the secondary image signal 615_V is applied from the signal line S1 to the signal line Sx. Then, electric charge corresponding to the potential of the S signal 633_S is accumulated in the capacitor 634c through the conductive transistor 634t, and the potential of the S signal 633_S is supplied to the first electrode of the liquid crystal element 635LC.

第1フレーム期間の走査線G1が選択されている期間において、正の極性のS信号633_Sが全ての信号線S1乃至信号線Sxに、順に入力される。走査線G1と、信号線S1乃至信号線Sxとにそれぞれ接続された画素631p内の第1電極(G1S1)乃至第1電極(G1Sx)には、正の極性のS信号633_Sが与えられる。これにより、液晶素子635LCの透過率が、S信号633_Sの電位によって制御され、各画素が階調を表示する。   In a period in which the scanning line G1 in the first frame period is selected, the S signal 633_S having a positive polarity is sequentially input to all the signal lines S1 to Sx. A positive polarity S signal 633_S is supplied to the first electrode (G1S1) to the first electrode (G1Sx) in the pixel 631p connected to the scan line G1 and the signal lines S1 to Sx, respectively. Accordingly, the transmittance of the liquid crystal element 635LC is controlled by the potential of the S signal 633_S, and each pixel displays a gradation.

同様にして、走査線G2から走査線Gyが順に選択され、走査線G1が選択されていた期間と同様の動作が、走査線G2から走査線Gyの各走査線に接続された画素631pにおいて順次繰り返される。上記動作により、画素部631において、第1フレームの画像を表示することができる。   Similarly, the scanning line G2 to the scanning line Gy are sequentially selected, and the same operation as in the period when the scanning line G1 is selected is sequentially performed in the pixels 631p connected to the scanning lines G2 to Gy. Repeated. Through the above operation, the pixel portion 631 can display the first frame image.

なお、本発明の一態様では、必ずしも走査線G1乃至走査線Gyを順に選択する必要はない。   Note that in one embodiment of the present invention, the scan lines G1 to Gy are not necessarily selected in order.

なお、S駆動回路633から信号線S1乃至信号線Sxに、S信号633_Sを順に入力する点順次駆動を用いることも、一斉にS信号633_Sを入力する線順次駆動を用いることができる。或いは、複数の信号線Sごとに順に、S信号633_Sを入力する駆動方法を用いていても良い。   Note that dot sequential driving in which the S signal 633_S is sequentially input from the S driving circuit 633 to the signal lines S1 to Sx can be used, or line sequential driving in which the S signal 633_S is simultaneously input can be used. Alternatively, a driving method of inputting the S signal 633_S in order for each of the plurality of signal lines S may be used.

また、プログレッシブ方式を用いた走査線Gの選択方法に限らず、インターレース方式を用いて走査線Gの選択を行うようにしても良い。   Further, not only the scanning line G selection method using the progressive method, but also the scanning line G may be selected using the interlace method.

また、任意の一フレーム期間において、全ての信号線に入力されるS信号633_Sの極性が同一であっても、任意の一フレーム期間において、一の信号線ごとに、画素に入力されるS信号633_Sの極性が反転していても良い。   Further, even if the polarity of the S signal 633_S input to all the signal lines is the same in any one frame period, the S signal input to the pixel for each signal line in any one frame period. The polarity of 633_S may be reversed.

<複数の領域に分割された画素部への信号の書き込み>
また、表示部630の構成の変形例を図14に示す。
<Writing a signal to a pixel portion divided into a plurality of regions>
A modification of the configuration of the display unit 630 is shown in FIG.

図14に示す表示部630には、複数の領域に分割された画素部631(具体的には第1領域631a、第2領域631b、第3領域631c)に、複数の画素631pと、画素631pを行毎に選択するための複数の走査線Gと、選択された画素631pにS信号633_Sを供給するための複数の信号線Sとが設けられている。   A display portion 630 illustrated in FIG. 14 includes a plurality of pixels 631p and a pixel 631p in a pixel portion 631 (specifically, a first region 631a, a second region 631b, and a third region 631c) divided into a plurality of regions. Are provided for each row, and a plurality of signal lines S for supplying the S signal 633_S to the selected pixel 631p are provided.

それぞれの領域に設けられた走査線GへのG信号632_Gの入力は、それぞれのG駆動回路632により制御されている。信号線SへのS信号633_Sの入力は、S駆動回路633により制御されている。複数の画素631pは、走査線Gの少なくとも一つと、信号線Sの少なくとも一つとに、それぞれ接続されている。   Input of the G signal 632_G to the scanning line G provided in each region is controlled by each G driving circuit 632. The input of the S signal 633_S to the signal line S is controlled by the S drive circuit 633. The plurality of pixels 631p are connected to at least one of the scanning lines G and at least one of the signal lines S, respectively.

このような構成とすることで、画素部631を分割して駆動することができる。   With such a structure, the pixel portion 631 can be divided and driven.

例えば、入力手段500としてタッチパネルから情報を入力する際に、当該情報が入力される領域を特定する座標を取得し、その座標に対応する領域を駆動するG駆動回路632のみを第1のモードとし、他の領域を第2のモードとしてもよい。この動作により、タッチパネルから情報が入力されなかった領域、すなわち表示画像を書き換える必要がない領域のG駆動回路の動作を停止することができる。   For example, when inputting information from the touch panel as the input unit 500, only the G drive circuit 632 that acquires the coordinates for specifying the area where the information is input and drives the area corresponding to the coordinates is set as the first mode. Other regions may be set as the second mode. With this operation, it is possible to stop the operation of the G drive circuit in a region where information is not input from the touch panel, that is, a region where the display image does not need to be rewritten.

<2.第1のモードと第2のモードのG駆動回路>
G駆動回路632が出力するG信号632_Gが入力された画素回路634に、S信号633_Sが入力される。G信号632_Gが入力されない期間、画素回路634は、S信号633_Sの電位を保持する。言い換えると、画素回路634は、S信号633_Sの電位が書き込まれた状態を保持する。
<2. First Mode and Second Mode G Drive Circuit>
The S signal 633_S is input to the pixel circuit 634 to which the G signal 632_G output from the G drive circuit 632 is input. In a period in which the G signal 632_G is not input, the pixel circuit 634 holds the potential of the S signal 633_S. In other words, the pixel circuit 634 holds a state where the potential of the S signal 633_S is written.

表示データが書き込まれた画素回路634は、S信号633_Sに応じた表示状態を維持する。なお、表示状態を維持するとは、表示状態の変化が一定の範囲より大きくならないように保持することをいう。上記一定の範囲は、適宜設定される範囲であり、例えば使用者が表示画像を閲覧する場合に、同じ表示画像であると認識できる表示状態の範囲に設定することが好ましい。   The pixel circuit 634 in which the display data is written maintains a display state corresponding to the S signal 633_S. Note that maintaining the display state refers to maintaining the display state so that the change in the display state does not become larger than a certain range. The certain range is a range that is set as appropriate. For example, when the user views the display image, it is preferable to set the range to a display state that can be recognized as the same display image.

G駆動回路632は第1のモードと第2のモードを有する。   The G drive circuit 632 has a first mode and a second mode.

<2−1.第1のモード>
G駆動回路632の第1のモードは、G信号632_Gを、画素に1秒間に30回以上好ましくは1秒間に60回以上960回未満の頻度で出力する。
<2-1. First mode>
In the first mode of the G driving circuit 632, the G signal 632_G is output to the pixel at a frequency of 30 times or more per second, preferably 60 times or more and less than 960 times per second.

第1のモードのG駆動回路632は、観察者が信号の書き換え動作毎に変化する画像の変化を識別できない程度の速さで、信号を書き換える。その結果、動画像をなめらかに表示することができる。   The G driving circuit 632 in the first mode rewrites the signal at such a speed that the observer cannot identify the change in the image that changes every time the signal is rewritten. As a result, a moving image can be displayed smoothly.

<2−2.第2のモード>
G駆動回路632の第2のモードは、G信号632_Gを、画素に1日に1回以上1秒間に0.1回未満、好ましくは1時間に1回以上1秒間に1回未満の頻度で出力する。
<2-2. Second mode>
In the second mode of the G driving circuit 632, the G signal 632_G is sent to the pixel at a frequency of once or more per day and less than 0.1 times per second, preferably at least once per hour and less than once per second. Output.

G信号632_Gが入力されない期間、画素回路634は、S信号633_Sを保持し、その電位に応じた表示状態を引き続き維持する。   During the period when the G signal 632_G is not input, the pixel circuit 634 holds the S signal 633_S and continuously maintains the display state corresponding to the potential.

これにより、第2のモードでは、画素の表示の書き換えに伴うちらつき(フリッカともいう)がない表示をすることができる。   Thus, in the second mode, display without flicker (also referred to as flicker) associated with rewriting of pixel display can be performed.

その結果、当該表示機能を有する液晶表示装置の使用者の目の疲労を低減できる。   As a result, the eyestrain of the user of the liquid crystal display device having the display function can be reduced.

なお、G駆動回路632が消費する電力は、G駆動回路632が動作しない期間、低減される。   Note that the power consumed by the G drive circuit 632 is reduced during a period when the G drive circuit 632 does not operate.

なお、第2のモードを有するG駆動回路632を用いて駆動する画素回路は、S信号633_Sを長い期間保持する構成が好ましい。例えば、トランジスタ634tのリーク電流は、オフ状態において小さいものほど好ましい。   Note that a pixel circuit driven using the G driver circuit 632 having the second mode preferably holds the S signal 633_S for a long period. For example, the leakage current of the transistor 634t is preferably as small as possible in the off state.

オフ状態においてリーク電流が小さいトランジスタ634tの構成の一例について、他の実施の形態を参酌することができる。   Another embodiment can be referred to for an example of a structure of the transistor 634t having a small leakage current in the off state.

なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態5)
<反転駆動>
本実施の形態では、実施の形態3および4に示した液晶表示装置の駆動方法の一例について、図15乃至図17を参照しながら説明する。
Note that this embodiment can be combined with any of the other embodiments described in this specification as appropriate.
(Embodiment 5)
<Reverse drive>
In this embodiment, an example of a method for driving the liquid crystal display device described in any of Embodiments 3 and 4 will be described with reference to FIGS.

図15は、本発明の一態様の表示機能を有する液晶表示装置を説明する回路図である。   FIG. 15 is a circuit diagram illustrating a liquid crystal display device having a display function of one embodiment of the present invention.

図16は、本発明の一態様の表示機能を有する液晶表示装置のソースライン反転駆動及びドット反転駆動を説明する図である。   FIG. 16 illustrates source line inversion driving and dot inversion driving of a liquid crystal display device having a display function of one embodiment of the present invention.

図17は、本発明の一態様の表示機能を有する液晶表示装置のソースライン反転駆動及びドット反転駆動を説明するタイミングチャートである。   FIG. 17 is a timing chart illustrating source line inversion driving and dot inversion driving of a liquid crystal display device having a display function of one embodiment of the present invention.

<1.オーバードライブ駆動>
液晶は、電圧が印加されてからその透過率が収束するまでの応答時間が、一般的に十数msec程度である。よって、液晶の応答の遅さが動画のぼやけとして視認されやすい。
<1. Overdrive drive>
A liquid crystal generally has a response time of about several tens of milliseconds after the voltage is applied until the transmittance converges. Therefore, the slow response of the liquid crystal is likely to be visually recognized as blurring of the moving image.

そこで、本発明の一態様では、液晶素子を用いた表示素子635に印加する電圧を一時的に大きくして液晶の配向を速く変化させるオーバードライブ駆動を用いるようにしても良い。オーバードライブ駆動を用いることで、液晶の応答速度を上げ、動画のぼやけを防ぎ、動画の画質を改善することができる。   Thus, in one embodiment of the present invention, overdrive driving in which the voltage applied to the display element 635 using a liquid crystal element is temporarily increased to quickly change the alignment of the liquid crystal may be used. By using overdrive drive, the response speed of the liquid crystal can be increased, blurring of moving images can be prevented, and the image quality of moving images can be improved.

また、トランジスタ634tが非導通状態になった後においても、液晶素子を用いた表示素子635の透過率が収束せずに変化し続けると、液晶の比誘電率が変化するため、液晶素子を用いた表示素子635の保持する電圧が変化しやすい。   In addition, even after the transistor 634t is turned off, if the transmittance of the display element 635 using a liquid crystal element continues to change without convergence, the relative permittivity of the liquid crystal changes. The voltage held by the display element 635 is likely to change.

例えば、液晶素子を用いた表示素子635に並列で容量素子634cを接続しない場合、または接続される容量素子634cの容量値が小さい場合、上述した液晶素子を用いた表示素子635の保持する電圧の変化は顕著に起こりやすい。しかし、上記オーバードライブ駆動を用いることで、応答時間を短くすることができるので、トランジスタ634tが非導通状態になった後における液晶素子を用いた表示素子635の透過率の変化を小さくすることができる。したがって、液晶素子を用いた表示素子635に並列で接続される容量素子634cの容量値が小さい場合でも、トランジスタ634tが非導通状態になった後に、液晶素子を用いた表示素子635の保持する電圧が変化するのを防ぐことができる。   For example, when the capacitor 634c is not connected in parallel to the display element 635 using a liquid crystal element, or when the capacitance value of the connected capacitor 634c is small, the voltage held by the display element 635 using the above-described liquid crystal element is reduced. Changes are likely to occur significantly. However, since the response time can be shortened by using the overdrive driving, the change in transmittance of the display element 635 using the liquid crystal element after the transistor 634t is turned off can be reduced. it can. Therefore, even when the capacitance value of the capacitor 634c connected in parallel to the display element 635 using a liquid crystal element is small, the voltage held by the display element 635 using the liquid crystal element after the transistor 634t is turned off. Can be prevented from changing.

<2.ソースライン反転駆動及びドット反転駆動>
図16に例示する画素回路の信号線Siに接続されている画素631pにおいて、画素電極635_1が、信号線Siと、信号線Siに隣接している信号線Si+1に挟まれるように、画素631p内に配置されている。トランジスタ634tがオフの状態であるならば、画素電極635_1と信号線Siは、理想的には電気的に分離している。また、画素電極635_1と信号線Si+1も、理想的には、電気的に分離している。しかし、実際には、画素電極635_1と信号線Siの間には寄生容量634c(i)が存在しており、なおかつ、画素電極635_1と信号線Si+1の間には寄生容量634c(i+1)が存在している(図16(C)参照)。なお、図16(C)には、図15に図示されている液晶素子635LCの替わりに、液晶素子635LCの第1の電極または第2の電極として機能する画素電極635_1が図示されている。
<2. Source line inversion drive and dot inversion drive>
In the pixel 631p connected to the signal line Si of the pixel circuit illustrated in FIG. 16, the pixel electrode 635_1 is placed in the pixel 631p so as to be sandwiched between the signal line Si and the signal line Si + 1 adjacent to the signal line Si. Is arranged. If the transistor 634t is off, the pixel electrode 635_1 and the signal line Si are ideally electrically separated. Also, the pixel electrode 635_1 and the signal line Si + 1 are ideally electrically separated. However, actually, a parasitic capacitance 634c (i) exists between the pixel electrode 635_1 and the signal line Si, and a parasitic capacitance 634c (i + 1) exists between the pixel electrode 635_1 and the signal line Si + 1. (See FIG. 16C). Note that FIG. 16C illustrates a pixel electrode 635_1 functioning as the first electrode or the second electrode of the liquid crystal element 635LC instead of the liquid crystal element 635LC illustrated in FIG.

液晶素子635LCの第1の電極と第2の電極を重ねて設ける構成とする場合等では、2つの電極の重なりを実質的な容量素子とすることで、液晶素子635LCに容量配線を用いて形成された容量素子634cを接続しない場合、または液晶素子635LCに接続されている容量素子634cの容量値が小さい場合がある。このような場合、液晶素子の第1の電極または第2の電極として機能する画素電極635_1の電位が、寄生容量634c(i)と寄生容量634c(i+1)の影響を受けやすい。   In the case where the first electrode and the second electrode of the liquid crystal element 635LC are provided to overlap with each other, the overlapping of the two electrodes is used as a substantial capacitor element, so that the liquid crystal element 635LC is formed using a capacitor wiring. In some cases, the capacitance element 634c connected is not connected, or the capacitance value of the capacitance element 634c connected to the liquid crystal element 635LC is small. In such a case, the potential of the pixel electrode 635_1 functioning as the first electrode or the second electrode of the liquid crystal element is easily affected by the parasitic capacitance 634c (i) and the parasitic capacitance 634c (i + 1).

これにより、トランジスタ634tが、画像信号の電位を保持する期間において、オフの状態であっても、画素電極635_1の電位が、信号線Siまたは信号線Si+1の電位の変化に連動して変動する現象が起こりやすい。   Accordingly, a phenomenon in which the potential of the pixel electrode 635_1 fluctuates in conjunction with a change in the potential of the signal line Si or the signal line Si + 1 even when the transistor 634t holds the potential of the image signal in the off state. Is likely to occur.

画像信号の電位を保持する期間において、画素電極の電位が、信号線の電位が変化に連動して変動する現象をクロストーク現象という。クロストーク現象が発生すると、表示のコントラストが低下してしまう。例えば、液晶素子635LCにノーマリーホワイトの液晶を用いた場合、画像が白っぽくなる。   A phenomenon in which the potential of the pixel electrode fluctuates in conjunction with the change in the potential of the pixel electrode in a period in which the potential of the image signal is held is called a crosstalk phenomenon. When the crosstalk phenomenon occurs, the display contrast decreases. For example, when a normally white liquid crystal is used for the liquid crystal element 635LC, the image becomes whitish.

そこで、本発明の一態様では、任意の一フレーム期間において、画素電極635_1を間に挟んで配設されている信号線Siと信号線Si+1に、互いに逆の極性を有する画像信号を入力する駆動方法を用いるようにしても良い。   Therefore, in one embodiment of the present invention, driving is performed in which image signals having opposite polarities are input to the signal line Si and the signal line Si + 1 that are provided with the pixel electrode 635_1 interposed therebetween in an arbitrary frame period. A method may be used.

なお、逆の極性を有する画像信号とは、液晶素子の共通電極の電位を基準電位としたときに、基準電位よりも高い電位を有する画像信号と、基準電位よりも低い電位を有する画像信号とを意味する。   Note that the image signal having the opposite polarity is an image signal having a potential higher than the reference potential and an image signal having a potential lower than the reference potential when the potential of the common electrode of the liquid crystal element is set as the reference potential. Means.

交互に逆の極性を有する画像信号を選択された複数の画素に順番に書き込む方法として、2つの方法(ソースライン反転およびドット反転)を例に挙げることができる。   Two methods (source line inversion and dot inversion) can be cited as examples of methods for sequentially writing image signals having opposite polarities alternately to a plurality of selected pixels.

いずれの方法においても、第1フレーム期間において、信号線Siに正(+)の極性を有する画像信号を入力し、信号線Si+1に負(−)の極性を有する画像信号を入力する。次いで、第2フレーム期間において、信号線Siに負(−)の極性を有する画像信号を入力し、信号線Si+1に正(+)の極性を有する画像信号を入力する。次いで、第3フレーム期間において、信号線Siに正(+)の極性を有する画像信号を入力し、信号線Si+1に負(−)の極性を有する画像信号を入力する(図16(C)参照)。   In any method, in the first frame period, an image signal having a positive (+) polarity is input to the signal line Si, and an image signal having a negative (−) polarity is input to the signal line Si + 1. Next, in the second frame period, an image signal having a negative (−) polarity is input to the signal line Si, and an image signal having a positive (+) polarity is input to the signal line Si + 1. Next, in the third frame period, an image signal having a positive (+) polarity is input to the signal line Si, and an image signal having a negative (−) polarity is input to the signal line Si + 1 (see FIG. 16C). ).

このような駆動方法を用いると、一対の信号線の電位が互いに逆の方向に変動するため、任意の画素電極が受ける電位の変動が打ち消される。よって、クロストークの発生を抑えることができる。   When such a driving method is used, the potentials of a pair of signal lines fluctuate in opposite directions, so that fluctuations in potential received by any pixel electrode are cancelled. Therefore, occurrence of crosstalk can be suppressed.

<2−1.ソースライン反転駆動>
ソースライン反転は、任意の一フレーム期間において、一の信号線に接続されている複数の画素と、当該信号線に隣接する他の信号線に接続されている複数の画素とに逆の極性を有する画像信号を入力するものである。
<2-1. Source line inversion drive>
In the source line inversion, the polarity is reversed between a plurality of pixels connected to one signal line and a plurality of pixels connected to another signal line adjacent to the signal line in any one frame period. The input image signal is input.

ソースライン反転を用いた場合の画素に与えられる画像信号の極性を、図16(A−1)及び図16(A−2)に模式的に示す。任意の一フレーム期間において与えられる画像信号が正の極性の画素を+の記号で、負の極性の画素を−の記号で示している。図16(A−2)に示すフレームは、図16(A−1)に示すフレームに続くフレームを示している。   The polarities of the image signals given to the pixels when source line inversion is used are schematically shown in FIGS. 16A-1 and 16A-2. In an image signal given in any one frame period, a positive polarity pixel is indicated by a + symbol, and a negative polarity pixel is indicated by a-symbol. A frame illustrated in FIG. 16A-2 is a frame that follows the frame illustrated in FIG.

<2−2.ドット反転駆動>
ドット反転は、任意の一フレーム期間において、一の信号線に接続されている複数の画素と、当該信号線に隣接する他の信号線に接続されている複数の画素とに、逆の極性を有する画像信号を入力し、なおかつ、同一の信号線に接続されている複数の画素において、隣接する画素に逆の極性を有する画像信号を入力するものである。
<2-2. Dot inversion drive>
Dot inversion reverses polarity between a plurality of pixels connected to one signal line and a plurality of pixels connected to another signal line adjacent to the signal line in an arbitrary frame period. In addition, an image signal having a reverse polarity is input to adjacent pixels in a plurality of pixels connected to the same signal line.

ドット反転を用いた場合の画素に与えられる画像信号の極性を、図16(B−1)及び図16(B−2)に模式的に示す。任意の一フレーム期間において与えられる画像信号が正の極性の画素を+の記号で、負の極性の画素を−の記号で示している。図16(B−2)に示すフレームは、図16(B−1)に示すフレームに続くフレームを示している。   The polarities of image signals given to pixels when dot inversion is used are schematically shown in FIGS. 16B-1 and 16B-2. In an image signal given in any one frame period, a positive polarity pixel is indicated by a + symbol, and a negative polarity pixel is indicated by a-symbol. A frame illustrated in FIG. 16B-2 is a frame following the frame illustrated in FIG.

<2−3.タイミングチャート>
次いで、図17に、図15に示した画素部631をソースライン反転で動作させた場合のタイミングチャートを示す。具体的に、図17では、走査線G1に与えられる信号の電位と、信号線S1から信号線Sxに与えられる画像信号の電位と、走査線G1に接続された各画素の有する画素電極の電位の、時間変化を示している。
<2-3. Timing chart>
Next, FIG. 17 shows a timing chart in the case where the pixel portion 631 shown in FIG. 15 is operated by source line inversion. Specifically, in FIG. 17, the potential of the signal applied to the scanning line G1, the potential of the image signal applied from the signal line S1 to the signal line Sx, and the potential of the pixel electrode included in each pixel connected to the scanning line G1. The change of time is shown.

まず、走査線G1にパルスを有する信号が入力されることで、走査線G1が選択される。選択された走査線G1に接続された複数の各画素631pにおいて、トランジスタ634tがオンになる。そして、トランジスタ634tがオンの状態の時に、信号線S1から信号線Sxに画像信号の電位が与えられると、オンのトランジスタ634tを介して、画像信号の電位が液晶素子635LCの画素電極に与えられる。   First, the scanning line G1 is selected by inputting a signal having a pulse to the scanning line G1. In each of the plurality of pixels 631p connected to the selected scanning line G1, the transistor 634t is turned on. When the potential of the image signal is applied from the signal line S1 to the signal line Sx while the transistor 634t is on, the potential of the image signal is applied to the pixel electrode of the liquid crystal element 635LC through the on-transistor 634t. .

図17に示すタイミングチャートでは、第1のフレーム期間の走査線G1が選択されている期間において、奇数番目の信号線S1、信号線S3、...に、正の極性の画像信号が順に入力されており、偶数番目の信号線S2、信号線S4、...信号線Sxに、負の極性の画像信号が入力されている例を示している。よって、奇数番目の信号線S1、信号線S3、...に接続された画素631p内の画素電極(S1)、画素電極(S3)、...には、正の極性の画像信号が与えられている。また、偶数番目の信号線S2、信号線S4、...信号線Sxに接続された画素631p内の画素電極(S2)、画素電極(S4)、...画素電極(Sx)には、負の極性の画像信号が与えられている。   In the timing chart shown in FIG. 17, in the period in which the scanning line G1 in the first frame period is selected, the odd-numbered signal lines S1, S3,. . . , Positive polarity image signals are sequentially input, and even-numbered signal lines S2, S4,. . . In the example, a negative polarity image signal is input to the signal line Sx. Therefore, the odd-numbered signal lines S1, S3,. . . , Pixel electrode (S1), pixel electrode (S3),. . . Is given a positive polarity image signal. The even-numbered signal line S2, signal line S4,. . . The pixel electrode (S2), pixel electrode (S4),... In the pixel 631p connected to the signal line Sx. . . A negative polarity image signal is applied to the pixel electrode (Sx).

液晶素子635LCでは、画素電極と共通電極の間に与えられる電圧の値に従って、液晶分子の配向が変化し、透過率が変化する。よって、液晶素子635LCは、画像信号の電位によってその透過率が制御されることで、階調を表示することができる。   In the liquid crystal element 635LC, the orientation of liquid crystal molecules changes and the transmittance changes according to the value of the voltage applied between the pixel electrode and the common electrode. Therefore, the liquid crystal element 635LC can display gradation by controlling the transmittance according to the potential of the image signal.

信号線S1から信号線Sxへの画像信号の入力が終了すると、走査線G1の選択は終了する。走査線の選択が終了すると、該走査線を有する画素631pにおいて、トランジスタ634tがオフになる。すると、液晶素子635LCは、画素電極と共通電極の間に与えられた電圧を保持することで、階調の表示を維持する。そして、走査線G2から走査線Gyが順に選択され、走査線G1が選択されていた期間と同様の動作が、上記各走査線に接続された画素において行われる。   When the input of the image signal from the signal line S1 to the signal line Sx is completed, the selection of the scanning line G1 is completed. When selection of the scan line is completed, the transistor 634t is turned off in the pixel 631p including the scan line. Then, the liquid crystal element 635LC maintains gradation display by holding a voltage applied between the pixel electrode and the common electrode. Then, the scanning line G2 is sequentially selected from the scanning line G2, and the same operation as in the period in which the scanning line G1 is selected is performed in the pixels connected to the scanning lines.

次いで、第2のフレーム期間において、再び、走査線G1が選択される。そして、第2のフレーム期間の走査線G1が選択されている期間では、第1のフレーム期間の走査線G1が選択されている期間とは異なり、奇数番目の信号線S1、信号線S3、...に、負の極性の画像信号が順に入力されており、偶数番目の信号線S2、信号線S4、...信号線Sxに、正の極性の画像信号が入力されている。よって、奇数番目の信号線S1、信号線S3、...に接続された画素631p内の画素電極(S1)、画素電極(S3)、...には、負の極性の画像信号が与えられている。また、偶数番目の信号線S2、信号線S4、...信号線Sxに接続された画素631p内の画素電極(S2)、画素電極(S4)、...画素電極(Sx)には、正の極性の画像信号が与えられている。   Next, the scanning line G1 is selected again in the second frame period. In the period in which the scanning line G1 in the second frame period is selected, unlike the period in which the scanning line G1 in the first frame period is selected, the odd-numbered signal lines S1, S3,. . . , Negative polarity image signals are sequentially input, and even-numbered signal lines S2, S4,. . . A positive polarity image signal is input to the signal line Sx. Therefore, the odd-numbered signal lines S1, S3,. . . , Pixel electrode (S1), pixel electrode (S3),. . . Is given a negative polarity image signal. The even-numbered signal line S2, signal line S4,. . . The pixel electrode (S2), pixel electrode (S4),... In the pixel 631p connected to the signal line Sx. . . A positive polarity image signal is applied to the pixel electrode (Sx).

第2のフレーム期間においても、信号線S1から信号線Sxへの画像信号の入力が終了すると、走査線G1の選択は終了する。そして、走査線G2から走査線Gyが順に選択され、走査線G1が選択されていた期間と同様の動作が、上記各走査線に接続された画素において行われる。   Also in the second frame period, when the input of the image signal from the signal line S1 to the signal line Sx is finished, the selection of the scanning line G1 is finished. Then, the scanning line G2 is sequentially selected from the scanning line G2, and the same operation as in the period in which the scanning line G1 is selected is performed in the pixels connected to the scanning lines.

そして、第3のフレーム期間と、第4のフレーム期間においても、上記動作が同様に繰り返される。   The above operation is similarly repeated in the third frame period and the fourth frame period.

なお、図17に示すタイミングチャートでは、信号線S1から信号線Sxに、順に画像信号が入力されている場合を例示しているが、本発明はこの構成に限定されない。信号線S1から信号線Sxに、一斉に画像信号が入力されていても良いし、複数の信号線ごとに順に画像信号が入力されていても良い。   Note that the timing chart shown in FIG. 17 illustrates the case where image signals are sequentially input from the signal line S1 to the signal line Sx, but the present invention is not limited to this configuration. Image signals may be input simultaneously from the signal line S1 to the signal line Sx, or image signals may be input in order for each of a plurality of signal lines.

また、本実施の形態では、プログレッシブ方式を用いた場合における、走査線の選択について説明したが、インターレース方式を用いて走査線の選択を行うようにしても良い。   In this embodiment, scanning line selection in the case of using the progressive method has been described. However, scanning line selection may be performed by using an interlace method.

なお、画像信号の電位の極性を、共通電極の基準電位を基準として反転させる反転駆動を行うことで、焼き付きと呼ばれる液晶の劣化を防ぐことができる。   Note that by performing inversion driving in which the polarity of the potential of the image signal is inverted with respect to the reference potential of the common electrode, deterioration of the liquid crystal called burn-in can be prevented.

しかし、反転駆動を行うと、画像信号の極性が変化する際に信号線に与えられる電位の変化が大きくなるため、スイッチング素子として機能するトランジスタ634tのソース電極とドレイン電極の電位差が大きくなる。よって、トランジスタ634tは、しきい値電圧がシフトするなどの特性劣化が生じやすい。   However, when inversion driving is performed, a change in potential applied to the signal line when the polarity of the image signal changes increases, and thus a potential difference between the source electrode and the drain electrode of the transistor 634t functioning as a switching element increases. Therefore, the transistor 634t is likely to deteriorate in characteristics such as a shift in threshold voltage.

また、液晶素子635LCに保持されている電圧を維持するために、ソース電極とドレイン電極の電位差が大きくても、オフ電流が低いことが要求される。   In order to maintain the voltage held in the liquid crystal element 635LC, the off-state current is required to be low even if the potential difference between the source electrode and the drain electrode is large.

なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態6)
Note that this embodiment can be combined with any of the other embodiments described in this specification as appropriate.
(Embodiment 6)

<フェードインフェードアウト>
本実施の形態では、本発明の一態様の表示機能を有する液晶表示装置で表示可能な画像の生成方法について、図18を用いて説明する。とくに、画像の切り替えを行う際に使用者の目に優しい画像の切り替え方法、使用者の目の疲労を軽減する画像の切り替え方法、使用者の目に負担を与えない画像の切り替え方法について説明する。
<Fade in fade out>
In this embodiment, a method for generating an image that can be displayed on a liquid crystal display device having a display function of one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In particular, an image switching method that is easy on the eyes of the user when switching images, an image switching method that reduces fatigue of the eyes of the user, and an image switching method that does not impose a burden on the eyes of the user will be described. .

画像を素早く切り替えて表示すると、使用者の目の疲労を誘発する場合がある。例えば、著しく異なる場面が切り換わる動画像や、異なる静止画を切り換える場合などが含まれる。   If the images are switched quickly and displayed, the eyes of the user may be induced. For example, a moving image in which a significantly different scene is switched or a case in which a different still image is switched is included.

異なる画像を切り替えて表示する際には、瞬間的に表示を切り換えるのではなく、緩やかに(静かに)、自然に画像を切り替えて表示することが好ましい。   When switching and displaying different images, it is preferable not to switch the display instantaneously, but to switch the images slowly (quietly) and naturally.

例えば、異なる第1の画像から第2の画像に表示を切り替える場合、第1の画像と第2の画像の間に第1の画像がフェードアウトする画像または/及び第2の画像がフェードインする画像を挿入すると好ましい。また、第1の画像がフェードアウトすると同時に、第2の画像がフェードインする(クロスフェードともいう)ように、両者の画像を重ね合わせた画像を挿入してもよく、第1の画像が第2の画像に次第に変化する様子を表示する動画(モーフィングともいう)を挿入しても良い。   For example, when switching the display from a different first image to a second image, an image in which the first image fades out between the first image and the second image or / and an image in which the second image fades in Is preferably inserted. In addition, an image obtained by superimposing both images may be inserted so that the second image fades in (also referred to as a crossfade) at the same time as the first image fades out. A moving image (also referred to as morphing) that displays a gradually changing state may be inserted into the image.

具体的には、第1の静止画像を低いリフレッシュレートで表示し、続いて画像の切り替えのための画像を高いリフレッシュレートで表示した後に、第2の静止画像を低いリフレッシュレートで表示する。   Specifically, the first still image is displayed at a low refresh rate, the image for image switching is displayed at a high refresh rate, and then the second still image is displayed at a low refresh rate.

<フェードイン、フェードアウト>
以下に、互いに異なる画像Aと画像Bとを切り換える方法の一例について説明する。
<Fade in, fade out>
Hereinafter, an example of a method for switching between different images A and B will be described.

図18(A)は、画像の切り換え動作を行うことができる表示装置の構成を示すブロック図である。図18(A)に示す表示装置は、演算装置671、記憶装置672、グラフィックユニット673、及び表示手段674を有する。   FIG. 18A is a block diagram illustrating a structure of a display device that can perform an image switching operation. The display device illustrated in FIG. 18A includes an arithmetic device 671, a storage device 672, a graphic unit 673, and a display unit 674.

第1のステップにおいて、演算装置671は外部記憶装置等から画像A、及び画像Bの各データを記憶装置672に格納する。   In the first step, the arithmetic device 671 stores each data of the image A and the image B from the external storage device or the like in the storage device 672.

第2のステップにおいて、演算装置671は、予め設定された分割数の値に応じて、画像Aと画像Bの各画像データを元に新たな画像データを順次生成する。   In the second step, the arithmetic device 671 sequentially generates new image data based on the image data of the image A and the image B in accordance with a preset division number value.

第3のステップにおいて、生成した画像データをグラフィックユニット673に出力する。グラフィックユニット673は入力された画像データを表示手段674に表示させる。   In the third step, the generated image data is output to the graphic unit 673. The graphic unit 673 causes the display unit 674 to display the input image data.

図18(B)は、画像Aから画像Bにかけて段階的に画像を切り換える際の、生成される画像データを説明するための模式図である。   FIG. 18B is a schematic diagram for explaining generated image data when the images are switched stepwise from image A to image B. FIG.

図18(B)では、画像Aから画像BにかけてN(Nは自然数)個の画像データを生成し、それぞれ1個あたりの画像データをf(fは自然数)フレーム期間表示した場合について示している。したがって、画像Aから画像Bに切り替わるまでの期間は、f×Nフレームとなる。   FIG. 18B shows a case where N (N is a natural number) image data is generated from image A to image B, and each image data is displayed for f (f is a natural number) frame period. . Therefore, the period from the image A to the image B is f × N frames.

ここで、上述したN、及びfなどのパラメータは、使用者が自由に設定可能であることが好ましい。演算装置671はこれらのパラメータを予め取得し、当該パラメータに応じて、画像データを生成する。   Here, it is preferable that the user can freely set the parameters such as N and f described above. The arithmetic device 671 acquires these parameters in advance, and generates image data according to the parameters.

i番目に生成される画像データ(iは1以上N以下の整数)は、画像Aの画像データと画像Bの画像データに対して、それぞれに重み付けを行って足し合わせることで生成できる。例えば、ある画素において、画像Aを表示したときの輝度(階調)をa、画像Bを表示したときの輝度(階調)をbとすると、i番目に生成される画像データを表示したときの当該画素の輝度(階調)cは式(5)に示す値となる。   The i-th image data (i is an integer between 1 and N) can be generated by weighting and adding the image data of image A and the image data of image B, respectively. For example, when the luminance (gradation) when the image A is displayed is a and the luminance (gradation) when the image B is displayed is b in a certain pixel, the i-th generated image data is displayed. The luminance (gradation) c of the pixel is a value shown in Expression (5).

このような方法により生成された画像データを用いて、画像Aから画像Bに切り換えることで、緩やかに(静かに)、自然に不連続な画像を切り替えることができる。   By switching from the image A to the image B using the image data generated by such a method, it is possible to switch a discontinuous image naturally (slowly).

なお、式(5)において、全ての画素についてa=0の場合が、黒画像から徐々に画像Bに切り替わるフェードインに相当する。また、全ての画素についてb=0の場合が、画像Aからに徐々に黒画像に切り替わるフェードアウトに相当する。   In Equation (5), the case where a = 0 for all pixels corresponds to a fade-in in which the black image is gradually switched to the image B. The case of b = 0 for all the pixels corresponds to a fade-out in which the image A is gradually switched to a black image.

上記では、2つの画像を一時的にオーバーラップさせて画像を切り換える方法について述べたが、オーバーラップさせない方法としてもよい。   In the above description, the method of switching the images by temporarily overlapping the two images has been described. However, a method of not overlapping the images may be used.

2つの画像をオーバーラップさせない場合、画像Aから画像Bに切り換える場合に、間に黒画像を挿入してもよい。このとき、画像Aから黒画像に遷移する際、または黒画像から画像Bに遷移する際、またはその両方に、上述したような画像の切り換え方法を用いてもよい。また、画像Aと画像Bの間に挿入する画像は黒画像だけでなく、白画像などの単一色の画像を用いてもよいし、画像Aや画像Bとは異なる、多色の画像を用いてもよい。   When the two images are not overlapped, when switching from the image A to the image B, a black image may be inserted between them. At this time, the image switching method as described above may be used when transitioning from the image A to the black image, or when transitioning from the black image to the image B, or both. The image inserted between the image A and the image B may be not only a black image but also a single color image such as a white image, or a multicolor image different from the image A and the image B may be used. May be.

画像Aと画像Bとの間に他の画像、特に黒画像などの単一色の画像を挿入することで、画像の切り換えをより自然に使用者が感じ取ることができ、使用者にストレスを感じさせることなく画像を切り換えることができる。   By inserting another image, particularly a single color image such as a black image, between the image A and the image B, the user can feel the switching of the image more naturally, and the user feels stress. Images can be switched without any change.

なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態7)
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置について、図19乃至図24を用いて説明する。
Note that this embodiment can be combined with any of the other embodiments described in this specification as appropriate.
(Embodiment 7)
In this embodiment, a semiconductor device of one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

<半導体装置の構成例>
図19(A)は、本発明の一態様の表示機能を有する表示装置に用いることができる半導体装置(以下、単に半導体装置と示す。)の上面図であり、図19(B)は、図19(A)の一点鎖線A−B間、一点鎖線C−D間、及び一点鎖線E−F間における切断面の断面図に相当する。なお、図19(A)において、煩雑になることを避けるため、半導体装置の構成要素の一部(ゲート絶縁膜等)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19(A)と同様に、構成要素の一部を省略して図示する場合がある。
<Configuration example of semiconductor device>
FIG. 19A is a top view of a semiconductor device (hereinafter simply referred to as a semiconductor device) that can be used for a display device having a display function of one embodiment of the present invention. FIG. 19 (A) corresponds to a cross-sectional view of a cut surface between the alternate long and short dash line A-B, between the alternate long and short dash line CD, and between the alternate long and short dash line EF. Note that in FIG. 19A, some components (such as a gate insulating film) of the semiconductor device are not illustrated in order to avoid complexity. Note that in the top view of the transistor, some components may be omitted in the following drawings as in FIG. 19A.

図19(A)の一点鎖線A−Bはトランジスタ150のチャネル長方向を示している。また一点鎖線E−Fはトランジスタ150のチャネル幅方向を示している。なお、本明細書においてトランジスタのチャネル長方向とは、ソース(ソース領域またはソース電極)及びドレイン(ドレイン領域またはドレイン電極)間において、キャリアが移動する方向を意味し、チャネル幅方向は、基板と水平な面内において、チャネル長方向に対して垂直の方向を意味する。   A dashed line AB in FIG. 19A indicates the channel length direction of the transistor 150. A one-dot chain line EF indicates the channel width direction of the transistor 150. Note that in this specification, the channel length direction of a transistor means a direction in which carriers move between a source (source region or source electrode) and a drain (drain region or drain electrode). In a horizontal plane, it means a direction perpendicular to the channel length direction.

図19(A)、(B)に示す半導体装置は、第1の酸化物半導体膜110を含むトランジスタ150と、一対の電極間に絶縁膜を含む容量素子160と、を有する。なお、容量素子160において、一対の電極の一方が第2の酸化物半導体膜111であり、一対の電極の他方が導電膜120である。   19A and 19B includes a transistor 150 including a first oxide semiconductor film 110 and a capacitor 160 including an insulating film between a pair of electrodes. Note that in the capacitor 160, one of the pair of electrodes is the second oxide semiconductor film 111, and the other of the pair of electrodes is the conductive film 120.

トランジスタ150は、基板102上のゲート電極104と、ゲート電極104上のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜108と、絶縁膜108上のゲート電極104と重畳する位置の第1の酸化物半導体膜110と、第1の酸化物半導体膜110上のソース電極112a及びドレイン電極112bとを有する。別言すると、トランジスタ150は、第1の酸化物半導体膜110と、第1の酸化物半導体膜110に接して設けられたゲート絶縁膜として機能する絶縁膜108と、絶縁膜108に接して設けられ、第1の酸化物半導体膜110と重畳する位置に設けられたゲート電極104と、第1の酸化物半導体膜110と電気的に接続されたソース電極112a及びドレイン電極112bとを有する。なお、図19(A)、(B)に示すトランジスタ150は、所謂ボトムゲート構造である。   The transistor 150 includes a gate electrode 104 over the substrate 102, an insulating film 108 functioning as a gate insulating film over the gate electrode 104, and a first oxide semiconductor film 110 at a position overlapping with the gate electrode 104 over the insulating film 108. And a source electrode 112a and a drain electrode 112b over the first oxide semiconductor film 110. In other words, the transistor 150 is provided in contact with the first oxide semiconductor film 110, the insulating film 108 serving as a gate insulating film provided in contact with the first oxide semiconductor film 110, and the insulating film 108. The gate electrode 104 is provided so as to overlap with the first oxide semiconductor film 110, and the source electrode 112 a and the drain electrode 112 b are electrically connected to the first oxide semiconductor film 110. Note that the transistor 150 illustrated in FIGS. 19A and 19B has a so-called bottom gate structure.

また、トランジスタ150上、より詳しくは、第1の酸化物半導体膜110、ソース電極112a及びドレイン電極112b上に絶縁膜114、116、118が形成されている。絶縁膜114、116、118は、トランジスタ150の保護絶縁膜としての機能を有する。また、絶縁膜114、116、118には、ドレイン電極112bに達する開口142が形成されており、開口142を覆うように絶縁膜118上に導電膜120が形成されている。導電膜120は、例えば、画素電極としての機能を有する。   In addition, insulating films 114, 116, and 118 are formed over the transistor 150, more specifically, over the first oxide semiconductor film 110, the source electrode 112a, and the drain electrode 112b. The insulating films 114, 116, and 118 function as protective insulating films for the transistor 150. In addition, an opening 142 reaching the drain electrode 112 b is formed in the insulating films 114, 116, and 118, and a conductive film 120 is formed on the insulating film 118 so as to cover the opening 142. The conductive film 120 functions as, for example, a pixel electrode.

容量素子160は、絶縁膜116上の一対の電極の一方の電極としての機能を有する第2の酸化物半導体膜111と、第2の酸化物半導体膜111上の誘電体膜として機能する絶縁膜118と、絶縁膜118を介して第2の酸化物半導体膜111と重畳する位置の一対の電極の他方の電極としての機能を有する導電膜120と、を有する。すなわち、導電膜120は画素電極としての機能と容量素子の電極としての機能を有する。   The capacitor 160 includes a second oxide semiconductor film 111 that functions as one of a pair of electrodes over the insulating film 116 and an insulating film that functions as a dielectric film over the second oxide semiconductor film 111. 118, and a conductive film 120 functioning as the other of the pair of electrodes at a position overlapping with the second oxide semiconductor film 111 with the insulating film 118 provided therebetween. In other words, the conductive film 120 functions as a pixel electrode and a capacitor element.

なお、第1の酸化物半導体膜110は、トランジスタ150のチャネル領域として機能する。また、第2の酸化物半導体膜111は、容量素子160の一対の電極の一方の電極として機能する。よって、第1の酸化物半導体膜110よりも第2の酸化物半導体膜111の抵抗率が低い。また、第1の酸化物半導体膜110と第2の酸化物半導体膜111は、同一の金属元素を有すると好ましい。第1の酸化物半導体膜110と第2の酸化物半導体膜111を同一の金属元素を有する構成とすることで、製造装置(例えば、成膜装置、加工装置等)を共通に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 the first oxide semiconductor film 110 functions as a channel region of the transistor 150. In addition, the second oxide semiconductor film 111 functions as one electrode of the pair of electrodes of the capacitor 160. Therefore, the resistivity of the second oxide semiconductor film 111 is lower than that of the first oxide semiconductor film 110. In addition, the first oxide semiconductor film 110 and the second oxide semiconductor film 111 preferably include the same metal element. By using the same metal element for the first oxide semiconductor film 110 and the second oxide semiconductor film 111, a manufacturing apparatus (eg, a film formation apparatus or a processing apparatus) can be used in common. Therefore, the manufacturing cost can be suppressed.

また、第2の酸化物半導体膜111に、別途金属膜等で形成される配線等を接続してもよい。例えば、図1に示す半導体装置を表示装置の画素部のトランジスタ及び容量素子に用いる場合、引き回し配線、またはゲート配線等を金属膜で形成し、該金属膜に第2の酸化物半導体膜111を接続させる構成を用いてもよい。引き回し配線、またはゲート配線等を金属膜で形成することによって、配線抵抗を下げることが可能となるため、信号遅延等を抑制することができる。   In addition, a wiring formed using a metal film or the like may be connected to the second oxide semiconductor film 111. For example, in the case where the semiconductor device illustrated in FIG. 1 is used for a transistor and a capacitor in a pixel portion of a display device, a lead wiring, a gate wiring, or the like is formed using a metal film, and the second oxide semiconductor film 111 is formed over the metal film. A configuration for connection may be used. By forming the lead wiring, the gate wiring, or the like with a metal film, the wiring resistance can be lowered, so that signal delay or the like can be suppressed.

また、容量素子160は、透光性を有する。すなわち、容量素子160が有する、第2の酸化物半導体膜111、導電膜120、及び絶縁膜118は、それぞれ透光性を有する材料により構成される。このように、容量素子160が透光性を有することで、画素内のトランジスタが形成される箇所以外の領域に大きく(大面積に)形成することができるため、開口率を高めつつ容量値を増大させた半導体装置を得ることができる。この結果、表示品位の優れた半導体装置を得ることができる。   Further, the capacitor 160 has a light-transmitting property. That is, the second oxide semiconductor film 111, the conductive film 120, and the insulating film 118 included in the capacitor 160 are each formed using a light-transmitting material. In this manner, since the capacitor 160 has a light-transmitting property, it can be formed large (in a large area) in a region other than a portion where a transistor in a pixel is formed. An increased semiconductor device can be obtained. As a result, a semiconductor device having excellent display quality can be obtained.

なお、トランジスタ150上に設けられかつ容量素子160に用いられる絶縁膜118としては、少なくとも水素を含む絶縁膜を用いる。また、トランジスタ150に用いる絶縁膜107、並びにトランジスタ150上に設けられる絶縁膜114、116としては、少なくとも酸素を含む絶縁膜を用いる。このように、トランジスタ150及び容量素子160に用いる絶縁膜、並びにトランジスタ150及び容量素子160上に用いる絶縁膜を、上述の構成の絶縁膜とすることによって、トランジスタ150が有する第1の酸化物半導体膜110及び容量素子160が有する第2の酸化物半導体膜111の抵抗率を制御することができる。   Note that as the insulating film 118 provided over the transistor 150 and used for the capacitor 160, an insulating film containing at least hydrogen is used. As the insulating film 107 used for the transistor 150 and the insulating films 114 and 116 provided over the transistor 150, an insulating film containing at least oxygen is used. As described above, the insulating film used for the transistor 150 and the capacitor 160 and the insulating film used for the transistor 150 and the capacitor 160 are formed using the insulating film having the above structure, whereby the first oxide semiconductor included in the transistor 150 is used. The resistivity of the second oxide semiconductor film 111 included in the film 110 and the capacitor 160 can be controlled.

また、容量素子160に用いる絶縁膜、並びにトランジスタ150及び容量素子160上に用いる絶縁膜を、以下の構成とすることによって、導電膜120の平坦性を高めることができる。具体的には、絶縁膜114、116は第1の酸化物半導体膜110上に設けられ、絶縁膜118は、第2の酸化物半導体膜111が絶縁膜116と絶縁膜118とによって挟持されるように第2の酸化物半導体膜111上に設けられることで、第2の酸化物半導体膜111と重なる位置の絶縁膜114、116に開口を設けずに第2の酸化物半導体膜111の抵抗率を制御することができる。このような構成とすることで、例えば図19に示す半導体装置を液晶表示装置の画素部のトランジスタ及び容量素子に用いる場合、導電膜120上に形成される液晶の配向性を良好なものとすることができる。   The insulating film used for the capacitor 160 and the insulating film used over the transistor 150 and the capacitor 160 have the following structure, whereby the flatness of the conductive film 120 can be improved. Specifically, the insulating films 114 and 116 are provided over the first oxide semiconductor film 110, and the second oxide semiconductor film 111 is sandwiched between the insulating film 116 and the insulating film 118. As described above, the resistance of the second oxide semiconductor film 111 without providing an opening in the insulating films 114 and 116 in a position overlapping with the second oxide semiconductor film 111 is provided over the second oxide semiconductor film 111. The rate can be controlled. With such a structure, for example, when the semiconductor device illustrated in FIG. 19 is used for a transistor and a capacitor in a pixel portion of a liquid crystal display device, the orientation of liquid crystal formed over the conductive film 120 is favorable. be able to.

なお、導電膜120と同時に成膜し、同時にエッチングして、同時に形成した導電膜120aをトランジスタのチャネル領域と重なるように設けてもよい。その場合の例を、図20(A)に示す。導電膜120aは、一例としては、導電膜120と同時に成膜し、同時にエッチングして、同時に形成するため、同じ材料を有している。そのため、プロセス工程の増加を抑制することができる。ただし、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されない。導電膜120aは、導電膜120とは異なる工程で形成してもよい。導電膜120aは、トランジスタのチャネル領域と重なる領域を有している。したがって、導電膜120aは、トランジスタの第2のゲート電極としての機能を有している。そのため、導電膜120aは、ゲート電極104と接続されていてもよい。または、導電膜120aは、ゲート電極104と接続されずに、ゲート電極104とは異なる信号や異なる電位が供給されていてもよい。このような構成とすることで、トランジスタ150の電流駆動能力をさらに向上させることができる。このとき、第2のゲート電極に対するゲート絶縁膜は、絶縁膜114、116、118となる。   Note that the conductive film 120a formed at the same time as the conductive film 120 and etched at the same time may be provided so as to overlap with the channel region of the transistor. An example in that case is shown in FIG. For example, the conductive film 120a has the same material because it is formed at the same time as the conductive film 120, etched at the same time, and formed at the same time. Therefore, an increase in process steps can be suppressed. Note that one embodiment of the present invention is not limited to this. The conductive film 120a may be formed in a step different from that of the conductive film 120. The conductive film 120a has a region overlapping with the channel region of the transistor. Therefore, the conductive film 120a functions as the second gate electrode of the transistor. Therefore, the conductive film 120a may be connected to the gate electrode 104. Alternatively, the conductive film 120 a may be supplied with a different signal or a different potential from the gate electrode 104 without being connected to the gate electrode 104. With such a structure, the current driving capability of the transistor 150 can be further improved. At this time, the gate insulating films for the second gate electrode become the insulating films 114, 116, and 118.

また、第2の酸化物半導体膜111と同時に成膜し、同時にエッチングして、同時に形成した第2の酸化物半導体膜111aをトランジスタのチャネル領域と重なるように設けてもよい。その場合の例を、図20(B)に示す。第2の酸化物半導体膜111aは、一例としては、第2の酸化物半導体膜111と同時に成膜し、同時にエッチングして、同時に形成するため、同じ材料を有している。そのため、プロセス工程の増加を抑制することができる。ただし、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されない。第2の酸化物半導体膜111aは、第2の酸化物半導体膜111とは異なる工程で形成してもよい。第2の酸化物半導体膜111aは、トランジスタ150のチャネル領域となる第1の酸化物半導体膜110と重なる領域を有している。したがって、第2の酸化物半導体膜111aは、トランジスタ150の第2のゲート電極としての機能を有している。そのため、第2の酸化物半導体膜111aは、ゲート電極104と接続されていてもよい。または、第2の酸化物半導体膜111aは、ゲート電極104と接続されずに、ゲート電極104とは異なる信号や異なる電位が供給されていてもよい。このような構成とすることで、第2のゲート電極に対するゲート絶縁膜が絶縁膜114、116となるため、トランジスタ150の電流駆動能力を図20(A)に示すトランジスタと比較してさらに向上させることができる。   Alternatively, the second oxide semiconductor film 111a may be formed at the same time as the second oxide semiconductor film 111 and etched at the same time so that the second oxide semiconductor film 111a formed at the same time overlaps with a channel region of the transistor. An example in that case is shown in FIG. For example, the second oxide semiconductor film 111a is formed at the same time as the second oxide semiconductor film 111, etched at the same time, and formed at the same time, and thus has the same material. Therefore, an increase in process steps can be suppressed. Note that one embodiment of the present invention is not limited to this. The second oxide semiconductor film 111a may be formed in a step different from that of the second oxide semiconductor film 111. The second oxide semiconductor film 111 a has a region overlapping with the first oxide semiconductor film 110 which serves as a channel region of the transistor 150. Therefore, the second oxide semiconductor film 111a functions as the second gate electrode of the transistor 150. Therefore, the second oxide semiconductor film 111a may be connected to the gate electrode 104. Alternatively, the second oxide semiconductor film 111a may be supplied with a different signal or a different potential from the gate electrode 104 without being connected to the gate electrode 104. With such a structure, the gate insulating film with respect to the second gate electrode becomes the insulating films 114 and 116, so that the current driving capability of the transistor 150 is further improved as compared with the transistor illustrated in FIG. be able to.

なお、トランジスタ150において、第1の酸化物半導体膜110は、チャネル領域として用いるため、第2の酸化物半導体膜111と比較して抵抗率が高い。一方で、第2の酸化物半導体膜111は電極としての機能を有するため、第1の酸化物半導体膜110と比較して抵抗率が低い。   Note that in the transistor 150, since the first oxide semiconductor film 110 is used as a channel region, the resistivity is higher than that of the second oxide semiconductor film 111. On the other hand, the second oxide semiconductor film 111 has a function as an electrode, and thus has a lower resistivity than the first oxide semiconductor film 110.

ここで、第1の酸化物半導体膜110及び第2の酸化物半導体膜111の抵抗率の制御方法について、以下説明を行う。   Here, a method for controlling the resistivity of the first oxide semiconductor film 110 and the second oxide semiconductor film 111 is described below.

<酸化物半導体の抵抗率の制御方法>
第1の酸化物半導体膜110及び第2の酸化物半導体膜111に用いることのできる酸化物半導体膜は、膜中の酸素欠損及び/又は膜中の水素、水等の不純物濃度によって、抵抗率を制御することができる半導体材料である。そのため、第1の酸化物半導体膜110及び第2の酸化物半導体膜111へ酸素欠損及び/又は不純物濃度が増加する処理、または酸素欠損及び/又は不純物濃度が低減する処理を選択することによって、それぞれの酸化物半導体膜の抵抗率を制御することができる。
<Method for controlling resistivity of oxide semiconductor>
The oxide semiconductor film that can be used for the first oxide semiconductor film 110 and the second oxide semiconductor film 111 has a resistivity depending on oxygen vacancies in the film and / or the concentration of impurities such as hydrogen and water in the film. It is a semiconductor material that can control. Therefore, by selecting a process for increasing oxygen vacancies and / or impurity concentration or a process for reducing oxygen vacancies and / or impurity concentration for the first oxide semiconductor film 110 and the second oxide semiconductor film 111, The resistivity of each oxide semiconductor film can be controlled.

具体的には、容量素子160の電極として機能する第2の酸化物半導体膜111に用いる酸化物半導体膜にプラズマ処理を行い、該酸化物半導体の膜中の酸素欠損を増加させる、および/または酸化物半導体の膜中の水素、水等の不純物を増加させることによって、キャリア密度が高く、抵抗率が低い酸化物半導体膜とすることができる。また、酸化物半導体膜に水素を含む絶縁膜を接して形成し、該水素を含む絶縁膜、例えば絶縁膜118から酸化物半導体膜に水素を拡散させることによって、キャリア密度が高く、抵抗率が低い酸化物半導体膜とすることができる。第2の酸化物半導体膜111は、上記にように膜中の酸素欠損を増加させる、または水素を拡散させる工程の前においては半導体としての機能を有し、該工程の後においては、導電体としての機能を有する。   Specifically, plasma treatment is performed on the oxide semiconductor film used for the second oxide semiconductor film 111 functioning as an electrode of the capacitor 160 to increase oxygen vacancies in the oxide semiconductor film, and / or By increasing impurities such as hydrogen and water in the oxide semiconductor film, an oxide semiconductor film with high carrier density and low resistivity can be obtained. Further, an insulating film containing hydrogen is formed in contact with the oxide semiconductor film, and hydrogen is diffused from the insulating film containing hydrogen, for example, the insulating film 118 into the oxide semiconductor film, whereby the carrier density is high and the resistivity is high. A low oxide semiconductor film can be obtained. The second oxide semiconductor film 111 has a function as a semiconductor before the step of increasing oxygen vacancies in the film or diffusing hydrogen as described above, and a conductor after the step. As a function.

一方、トランジスタ150のチャネル領域として機能する第1の酸化物半導体膜110は、絶縁膜107、114、116を設けることによって、水素を含む絶縁膜106、118と接しない構成とする。絶縁膜107、114、116の少なくとも一つに酸素を含む絶縁膜、別言すると、酸素を放出することが可能な絶縁膜を適用することで、第1の酸化物半導体膜110に酸素を供給することができる。酸素が供給された第1の酸化物半導体膜110は、膜中または界面の酸素欠損が補填され抵抗率が高い酸化物半導体膜となる。なお、酸素を放出することが可能な絶縁膜としては、例えば、酸化シリコン膜、または酸化窒化シリコン膜を用いることができる。   On the other hand, the first oxide semiconductor film 110 functioning as a channel region of the transistor 150 is not in contact with the insulating films 106 and 118 containing hydrogen by providing the insulating films 107, 114, and 116. Oxygen is supplied to the first oxide semiconductor film 110 by applying an insulating film containing oxygen to at least one of the insulating films 107, 114, and 116, in other words, an insulating film capable of releasing oxygen. can do. The first oxide semiconductor film 110 to which oxygen is supplied becomes an oxide semiconductor film with high resistivity by filling oxygen vacancies in the film or at the interface. Note that as the insulating film from which oxygen can be released, for example, a silicon oxide film or a silicon oxynitride film can be used.

また、抵抗率が低い酸化物半導体膜を得るために、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオンインプランテーション法などを用いて、水素、ボロン、リン、または窒素を酸化物半導体膜に注入してもよい。   In order to obtain an oxide semiconductor film with low resistivity, hydrogen, boron, phosphorus, or nitrogen is implanted into the oxide semiconductor film by an ion implantation method, an ion doping method, a plasma immersion ion implantation method, or the like. May be.

また、抵抗率が低い酸化物半導体膜を得るために、該酸化物半導体膜にプラズマ処理を行ってもよい。例えば、該プラズマ処理としては、代表的には、希ガス(He、Ne、Ar、Kr、Xe)、水素、及び窒素の中から選ばれた一種以上を含むガスを用いたプラズマ処理が挙げられる。より具体的には、Ar雰囲気下でのプラズマ処理、Arと水素の混合ガス雰囲気下でのプラズマ処理、アンモニア雰囲気下でのプラズマ処理、Arとアンモニアの混合ガス雰囲気下でのプラズマ処理、または窒素雰囲気下でのプラズマ処理などが挙げられる。   Further, in order to obtain an oxide semiconductor film with low resistivity, plasma treatment may be performed on the oxide semiconductor film. For example, the plasma treatment typically includes plasma treatment using a gas containing one or more selected from rare gases (He, Ne, Ar, Kr, Xe), hydrogen, and nitrogen. . More specifically, plasma treatment in an Ar atmosphere, plasma treatment in a mixed gas atmosphere of Ar and hydrogen, plasma treatment in an ammonia atmosphere, plasma treatment in a mixed gas atmosphere of Ar and ammonia, or nitrogen For example, plasma treatment in an atmosphere.

上記プラズマ処理によって、酸化物半導体膜は、酸素が脱離した格子(または酸素が脱離した部分)に酸素欠損を形成する。該酸素欠損は、キャリアを発生する要因になる場合がある。また、酸化物半導体膜の近傍、より具体的には、酸化物半導体膜の下側または上側に接する絶縁膜から水素が供給されると、上記酸素欠損と水素が結合することで、キャリアである電子を生成する場合がある。   Through the above plasma treatment, the oxide semiconductor film forms oxygen vacancies in a lattice from which oxygen is released (or a portion from which oxygen is released). The oxygen deficiency may be a factor that generates carriers. Further, when hydrogen is supplied from the vicinity of the oxide semiconductor film, more specifically, from an insulating film in contact with the lower side or the upper side of the oxide semiconductor film, the oxygen vacancies and hydrogen are combined to form carriers. It may generate electrons.

一方、酸素欠損が補填され、水素濃度が低減された酸化物半導体膜は、高純度真性化、又は実質的に高純度真性化された酸化物半導体膜といえる。ここで、実質的に真性とは、酸化物半導体膜のキャリア密度が、8×1011個/cm未満、好ましくは1×1011/cm未満、さらに好ましくは1×1010個/cm未満であることを指す。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、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。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、トラップ準位密度を低減することができる。 On the other hand, an oxide semiconductor film in which oxygen vacancies are filled and the hydrogen concentration is reduced can be said to be a highly purified intrinsic or substantially highly purified intrinsic oxide semiconductor film. Here, the substantially intrinsic, the carrier density of the oxide semiconductor film, 8 × 10 11 pieces / cm less than 3, preferably less than 1 × 10 11 / cm 3, more preferably 1 × 10 10 pieces / cm It means less than 3 . A highly purified intrinsic or substantially highly purified intrinsic oxide semiconductor film has few carrier generation sources, and thus can have a low carrier density. In addition, a highly purified intrinsic or substantially highly purified intrinsic oxide semiconductor film has a low defect level density; therefore, the trap level density can be reduced.

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く、チャネル幅が1×10μmでチャネル長Lが10μmの素子であっても、ソース電極とドレイン電極間の電圧(ドレイン電圧)が1Vから10Vの範囲において、オフ電流が、半導体パラメータアナライザの測定限界以下、すなわち1×10−13A以下という特性を得ることができる。したがって、上述し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を用いる第1の酸化物半導体膜110aをチャネル領域に用いるトランジスタ150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。 Further, a highly purified intrinsic or substantially highly purified intrinsic oxide semiconductor film has an extremely small off-state current, a channel width of 1 × 10 6 μm, and a channel length L of 10 μm. When the voltage between the drain electrodes (drain voltage) is in the range of 1V to 10V, it is possible to obtain a characteristic that the off-current is less than the measurement limit of the semiconductor parameter analyzer, that is, 1 × 10 −13 A or less. Therefore, the transistor 150 in which the first oxide semiconductor film 110a using the above-described high-purity intrinsic or substantially high-purity intrinsic oxide semiconductor film is used for a channel region has little variation in electrical characteristics and high reliability. It becomes a transistor.

絶縁膜118として、例えば、水素を含む絶縁膜、別言すると水素を放出することが可能な絶縁膜、代表的には窒化シリコン膜を用いることで、第2の酸化物半導体膜111に水素を供給することができる。水素を放出することが可能な絶縁膜としては、膜中の含有水素濃度が1×1022atoms/cm以上であると好ましい。このような絶縁膜を第2の酸化物半導体膜111に接して形成することで、第2の酸化物半導体膜111に効果的に水素を含有させることができる。このように、第1の酸化物半導体膜110及び第2の酸化物半導体膜111に接する絶縁膜の構成を変えることによって、酸化物半導体膜の抵抗率を制御することができる。なお、絶縁膜106として、絶縁膜118と同様の材料を用いてもよい。絶縁膜106として窒化シリコンを用いることで、絶縁膜107から放出される酸素がゲート電極104に供給され、酸化されることを抑制できる。 As the insulating film 118, for example, an insulating film containing hydrogen, in other words, an insulating film capable of releasing hydrogen, typically a silicon nitride film, is used, so that hydrogen is supplied to the second oxide semiconductor film 111. Can be supplied. As the insulating film capable of releasing hydrogen, the concentration of hydrogen contained in the film is preferably 1 × 10 22 atoms / cm 3 or more. By forming such an insulating film in contact with the second oxide semiconductor film 111, hydrogen can be effectively contained in the second oxide semiconductor film 111. As described above, the resistivity of the oxide semiconductor film can be controlled by changing the structure of the insulating film in contact with the first oxide semiconductor film 110 and the second oxide semiconductor film 111. Note that the insulating film 106 may be formed using a material similar to that of the insulating film 118. By using silicon nitride as the insulating film 106, oxygen released from the insulating film 107 is supplied to the gate electrode 104 and can be prevented from being oxidized.

酸化物半導体膜に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になると共に、酸素が脱離した格子(または酸素が脱離した部分)に酸素欠損を形成する。該酸素欠損に水素が入ることで、キャリアである電子が生成される場合がある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合することで、キャリアである電子を生成する場合がある。したがって、水素が含まれている絶縁膜と接して設けられた第2の酸化物半導体膜111は、第1の酸化物半導体膜110よりもキャリア密度の高い酸化物半導体膜となる。   Hydrogen contained in the oxide semiconductor film reacts with oxygen bonded to metal atoms to become water, and forms oxygen vacancies in a lattice from which oxygen is released (or a portion from which oxygen is released). When hydrogen enters the oxygen vacancies, electrons serving as carriers may be generated. In some cases, a part of hydrogen is bonded to oxygen bonded to a metal atom, so that an electron serving as a carrier is generated. Therefore, the second oxide semiconductor film 111 provided in contact with the insulating film containing hydrogen is an oxide semiconductor film having a carrier density higher than that of the first oxide semiconductor film 110.

トランジスタ150のチャネル領域が形成される第1の酸化物半導体膜110は、水素ができる限り低減されていることが好ましい。具体的には、第1の酸化物半導体膜110において、二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)により得られる水素濃度を、2×1020atoms/cm以下、好ましくは5×1019atoms/cm以下、より好ましくは1×1019atoms/cm以下、5×1018atoms/cm未満、好ましくは1×1018atoms/cm以下、より好ましくは5×1017atoms/cm以下、さらに好ましくは1×1016atoms/cm以下とする。 In the first oxide semiconductor film 110 in which the channel region of the transistor 150 is formed, hydrogen is preferably reduced as much as possible. Specifically, in the first oxide semiconductor film 110, the hydrogen concentration obtained by secondary ion mass spectrometry (SIMS) is 2 × 10 20 atoms / cm 3 or less, preferably 5 × 10 19 atoms / cm 3 or less, more preferably 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less, less than 5 × 10 18 atoms / cm 3 , preferably 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less, more preferably 5 × 10 17 atoms / cm 3 or less, more preferably 1 × 10 16 atoms / cm 3 or less.

一方、容量素子160の電極として機能する第2の酸化物半導体膜111は、第1の酸化物半導体膜110よりも水素濃度及び/又は酸素欠損量が多く、抵抗率が低い酸化物半導体膜である。第2の酸化物半導体膜111に含まれる水素濃度は、8×1019以上、好ましくは1×1020atoms/cm以上、より好ましくは5×1020以上である。また、第1の酸化物半導体膜110と比較して、第2の酸化物半導体膜111に含まれる水素濃度は2倍以上、好ましくは10倍以上である。また、第2の酸化物半導体膜111の抵抗率が、第1の酸化物半導体膜110の抵抗率の1×10−8倍以上1×10−1倍未満であることが好ましく、代表的には1×10−3Ωcm以上1×10Ωcm未満、さらに好ましくは、抵抗率が1×10−3Ωcm以上1×10−1Ωcm未満であるとよい。 On the other hand, the second oxide semiconductor film 111 functioning as an electrode of the capacitor 160 is an oxide semiconductor film having a higher hydrogen concentration and / or oxygen deficiency and a lower resistivity than the first oxide semiconductor film 110. is there. The concentration of hydrogen contained in the second oxide semiconductor film 111 is 8 × 10 19 or more, preferably 1 × 10 20 atoms / cm 3 or more, more preferably 5 × 10 20 or more. Further, the concentration of hydrogen contained in the second oxide semiconductor film 111 is twice or more, preferably 10 times or more, as compared to the first oxide semiconductor film 110. The resistivity of the second oxide semiconductor film 111 is preferably 1 × 10 −8 times or more and less than 1 × 10 −1 times the resistivity of the first oxide semiconductor film 110, typically. Is 1 × 10 −3 Ωcm or more and less than 1 × 10 4 Ωcm, more preferably, the resistivity is 1 × 10 −3 Ωcm or more and less than 1 × 10 −1 Ωcm.

ここで、図19(A)及び図19(B)に示す半導体装置のその他の構成要素の詳細について、以下説明を行う。   Here, details of other components of the semiconductor device illustrated in FIGS. 19A and 19B are described below.

<基板>
基板102の材質などに大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有している必要がある。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板等を、基板102として用いてもよい。また、シリコンや炭化シリコンからなる単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウム等の化合物半導体基板、SOI基板等を適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子が設けられたものを、基板102として用いてもよい。なお、基板102として、ガラス基板を用いる場合、第6世代(1500mm×1850mm)、第7世代(1870mm×2200mm)、第8世代(2200mm×2400mm)、第9世代(2400mm×2800mm)、第10世代(2950mm×3400mm)等の大面積基板を用いることで、大型の表示装置を作製することができる。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150、容量素子160等を形成してもよい。
<Board>
There is no particular limitation on the material of the substrate 102, but it is necessary that the substrate 102 have at least heat resistance to withstand heat treatment performed later. For example, a glass substrate, a ceramic substrate, a quartz substrate, a sapphire substrate, or the like may be used as the substrate 102. It is also possible to apply a single crystal semiconductor substrate made of silicon or silicon carbide, a polycrystalline semiconductor substrate, a compound semiconductor substrate such as silicon germanium, an SOI substrate, etc., and a semiconductor element provided on these substrates May be used as the substrate 102. When a glass substrate is used as the substrate 102, the sixth generation (1500 mm × 1850 mm), the seventh generation (1870 mm × 2200 mm), the eighth generation (2200 mm × 2400 mm), the ninth generation (2400 mm × 2800 mm), the tenth generation. By using a large area substrate such as a generation (2950 mm × 3400 mm), a large display device can be manufactured. Alternatively, a flexible substrate may be used as the substrate 102, and the transistor 150, the capacitor 160, and the like may be formed directly over the flexible substrate.

これらの他にも、基板102として、様々な基板を用いて、トランジスタを形成することが出来る。基板の種類は、特定のものに限定されることはない。その基板の一例としては、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、又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、又はソーダライムガラスなどがある。可撓性基板の一例としては、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、又はアクリル等の可撓性を有する合成樹脂などがある。貼り合わせフィルムの一例としては、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフッ化ビニル、又はポリ塩化ビニルなどがある。基材フィルムの一例としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、無機蒸着フィルム、又は紙類などがある。特に、半導体基板、単結晶基板、又は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、又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、又は回路の高集積化を図ることができる。   In addition to these, a transistor can be formed using various substrates as the substrate 102. The kind of board | substrate is not limited to a specific thing. Examples of the substrate include a plastic substrate, a metal substrate, a stainless steel substrate, a substrate having a stainless steel foil, a tungsten substrate, a substrate having a tungsten foil, a flexible substrate, a bonded film, and a fibrous material. Or a base film. Examples of the glass substrate include barium borosilicate glass, aluminoborosilicate glass, and soda lime glass. As an example of the flexible substrate, there are plastics typified by polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), and polyethersulfone (PES), or a synthetic resin having flexibility such as acrylic. Examples of the laminated film include polypropylene, polyester, polyvinyl fluoride, and polyvinyl chloride. Examples of the base film include polyester, polyamide, polyimide, an inorganic vapor deposition film, and papers. In particular, by manufacturing a transistor using a semiconductor substrate, a single crystal substrate, an SOI substrate, or the like, a transistor with small variation in characteristics, size, or shape, high current capability, and small size can be manufactured. . When a circuit is formed using such transistors, the power consumption of the circuit can be reduced or the circuit can be highly integrated.

なお、ある基板を用いてトランジスタを形成し、その後、別の基板にトランジスタを転置し、別の基板上にトランジスタを配置してもよい。トランジスタが転置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、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、又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、又は薄型化を図ることができる。   Note that a transistor may be formed using a certain substrate, and then the transistor may be transferred to another substrate, and the transistor may be disposed on another substrate. As an example of the substrate on which the transistor is transferred, in addition to the substrate on which the transistor can be formed, a paper substrate, a cellophane substrate, a stone substrate, a wood substrate, a cloth substrate (natural fiber (silk, cotton, hemp), There are synthetic fibers (nylon, polyurethane, polyester) or recycled fibers (including acetate, cupra, rayon, recycled polyester), leather substrates, rubber substrates, and the like. By using these substrates, it is possible to form a transistor with good characteristics, a transistor with low power consumption, manufacture a device that is not easily broken, impart heat resistance, reduce weight, or reduce thickness.

<第1の酸化物半導体膜及び第2の酸化物半導体膜>
第1の酸化物半導体膜110及び第2の酸化物半導体膜111は、少なくともインジウム(In)、亜鉛(Zn)及びM(Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、SnまたはHf等の金属)を含むIn−M−Zn酸化物で表記される膜を含むことが好ましい。また、該酸化物半導体を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすため、それらと共に、スタビライザーを含むことが好ましい。
<First oxide semiconductor film and second oxide semiconductor film>
The first oxide semiconductor film 110 and the second oxide semiconductor film 111 include at least indium (In), zinc (Zn), and M (Al, Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, Sn, Hf, or the like. It is preferable to include a film represented by an In-M-Zn oxide containing a metal. In addition, in order to reduce variation in electrical characteristics of the transistor including the oxide semiconductor, a stabilizer is preferably included together with the transistor.

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

第1の酸化物半導体膜110及び第2の酸化物半導体膜111を構成する酸化物半導体として、例えば、In−Ga−Zn系酸化物、In−Al−Zn系酸化物、In−Sn−Zn系酸化物、In−Hf−Zn系酸化物、In−La−Zn系酸化物、In−Ce−Zn系酸化物、In−Pr−Zn系酸化物、In−Nd−Zn系酸化物、In−Sm−Zn系酸化物、In−Eu−Zn系酸化物、In−Gd−Zn系酸化物、In−Tb−Zn系酸化物、In−Dy−Zn系酸化物、In−Ho−Zn系酸化物、In−Er−Zn系酸化物、In−Tm−Zn系酸化物、In−Yb−Zn系酸化物、In−Lu−Zn系酸化物、In−Sn−Ga−Zn系酸化物、In−Hf−Ga−Zn系酸化物、In−Al−Ga−Zn系酸化物、In−Sn−Al−Zn系酸化物、In−Sn−Hf−Zn系酸化物、In−Hf−Al−Zn系酸化物を用いることができる。   As an oxide semiconductor included in the first oxide semiconductor film 110 and the second oxide semiconductor film 111, for example, an In—Ga—Zn-based oxide, an In—Al—Zn-based oxide, or In—Sn—Zn is used. Oxide, In—Hf—Zn oxide, In—La—Zn oxide, In—Ce—Zn oxide, In—Pr—Zn oxide, In—Nd—Zn oxide, In -Sm-Zn oxide, In-Eu-Zn oxide, In-Gd-Zn oxide, In-Tb-Zn oxide, In-Dy-Zn oxide, In-Ho-Zn oxide Oxide, In-Er-Zn-based oxide, In-Tm-Zn-based oxide, In-Yb-Zn-based oxide, In-Lu-Zn-based oxide, In-Sn-Ga-Zn-based oxide, In-Hf-Ga-Zn-based oxide, In-Al-Ga-Zn-based oxide, In-S -Al-Zn-based oxide, In-Sn-Hf-Zn-based oxide can be used In-Hf-Al-Zn-based oxide.

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

また、第1の酸化物半導体膜110と、第2の酸化物半導体膜111は、上記酸化物のうち、同一の金属元素を有していてもよい。第1の酸化物半導体膜110と、第2の酸化物半導体膜111を同一の金属元素とすることで、製造コストを低減させることができる。例えば、同一の金属組成の金属酸化物ターゲットを用いることで製造コストを低減させることができる。また同一の金属組成の金属酸化物ターゲットを用いることによって、酸化物半導体膜を加工する際のエッチングガスまたはエッチング液を共通して用いることができる。ただし、第1の酸化物半導体膜110と、第2の酸化物半導体膜111は、同一の金属元素を有していても、組成が異なる場合がある。例えば、トランジスタ及び容量素子の作製工程中に、膜中の金属元素が脱離し、異なる金属組成となる場合がある。   In addition, the first oxide semiconductor film 110 and the second oxide semiconductor film 111 may include the same metal element among the above oxides. By using the same metal element for the first oxide semiconductor film 110 and the second oxide semiconductor film 111, manufacturing cost can be reduced. For example, manufacturing costs can be reduced by using metal oxide targets having the same metal composition. In addition, when a metal oxide target having the same metal composition is used, an etching gas or an etching solution for processing the oxide semiconductor film can be used in common. Note that the first oxide semiconductor film 110 and the second oxide semiconductor film 111 may have different compositions even if they have the same metal element. For example, a metal element in a film may be detached during a manufacturing process of a transistor and a capacitor to have a different metal composition.

なお、第1の酸化物半導体膜110がIn−M−Zn酸化物であるとき、InとMの原子数の比率は、InおよびMの和を100atomic%としたとき、好ましくはInが25atomic%より高く、Mが75atomic%未満、さらに好ましくはInが34atomic%より高く、Mが66atomic%未満とする。   Note that in the case where the first oxide semiconductor film 110 is an In-M-Zn oxide, the ratio of the number of In atoms to M atoms is preferably 25 atomic% when the sum of In and M is 100 atomic%. Higher, M is less than 75 atomic%, more preferably In is higher than 34 atomic%, and M is less than 66 atomic%.

第1の酸化物半導体膜110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広い酸化物半導体を用いることで、トランジスタ52のオフ電流を低減することができる。   The first oxide semiconductor film 110 has an energy gap of 2 eV or more, preferably 2.5 eV or more, more preferably 3 eV or more. In this manner, off-state current of the transistor 52 can be reduced by using an oxide semiconductor with a wide energy gap.

第1の酸化物半導体膜110の厚さは、3nm以上200nm以下、好ましくは3nm以上100nm以下、さらに好ましくは3nm以上50nm以下とする。   The thickness of the first oxide semiconductor film 110 is 3 nm to 200 nm, preferably 3 nm to 100 nm, more preferably 3 nm to 50 nm.

第1の酸化物半導体膜110がIn−M−Zn酸化物(MはAl、Ga、Y、Zr、La、Ce、またはNd)の場合、In−M−Zn酸化物を成膜するために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、In≧M、Zn≧Mを満たすことが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの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=3:1:2、In:M:Zn=1:3:4、In:M:Zn=1:3:6等が挙げられる。なお、成膜される第1の酸化物半導体膜110の原子数比はそれぞれ、誤差として上記のスパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイナス40%の変動を含む。   In the case where the first oxide semiconductor film 110 is an In-M-Zn oxide (M is Al, Ga, Y, Zr, La, Ce, or Nd), the In-M-Zn oxide is formed. The atomic ratio of the metal elements of the sputtering target used 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: 1.2, In: M: Zn = 3: 1: 2, In: M: Zn = 1: 3: 4, In: M: Zn = 1: 3: 6, and the like. Note that the atomic ratio of the first oxide semiconductor film 110 to be formed includes a variation of plus or minus 40% of the atomic ratio of the metal element contained in the sputtering target as an error.

第1の酸化物半導体膜110としては、キャリア密度の低い酸化物半導体膜を用いる。例えば、第1の酸化物半導体膜110は、キャリア密度が1×1017個/cm以下、好ましくは1×1015個/cm以下、さらに好ましくは1×1013個/cm以下、より好ましくは1×1011個/cm以下の酸化物半導体膜を用いる。 As the first oxide semiconductor film 110, an oxide semiconductor film with low carrier density is used. For example, the first oxide semiconductor film 110 has a carrier density of 1 × 10 17 pieces / cm 3 or less, preferably 1 × 10 15 pieces / cm 3 or less, more preferably 1 × 10 13 pieces / cm 3 or less. More preferably, an oxide semiconductor film of 1 × 10 11 pieces / cm 3 or less is used.

なお、これらに限られず、必要とするトランジスタの半導体特性及び電気特性(電界効果移動度、しきい値電圧等)に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とするトランジスタの半導体特性を得るために、第1の酸化物半導体膜110のキャリア密度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離、密度等を適切なものとすることが好ましい。   Note that the composition is not limited thereto, and a transistor having an appropriate composition may be used depending on required semiconductor characteristics and electrical characteristics (field-effect mobility, threshold voltage, and the like) of the transistor. In order to obtain the required semiconductor characteristics of the transistor, the carrier density, impurity concentration, defect density, atomic ratio of metal element to oxygen, interatomic distance, density, and the like of the first oxide semiconductor film 110 are appropriately set. Preferably.

第1の酸化物半導体膜110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、第1の酸化物半導体膜110において酸素欠損が増加し、n型化してしまう。このため、第1の酸化物半導体膜110におけるシリコンや炭素の濃度(二次イオン質量分析法により得られる濃度)を、2×1018atoms/cm以下、好ましくは2×1017atoms/cm以下とする。 In the first oxide semiconductor film 110, when silicon or carbon which is one of Group 14 elements is included, oxygen vacancies increase in the first oxide semiconductor film 110 and the n-type oxide semiconductor film 110 is formed. Therefore, the concentration of silicon or carbon (concentration obtained by secondary ion mass spectrometry) in the first oxide semiconductor film 110 is 2 × 10 18 atoms / cm 3 or less, preferably 2 × 10 17 atoms / cm 3. 3 or less.

また、第1の酸化物半導体膜110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/cm以下、好ましくは2×1016atoms/cm以下にする。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、第1の酸化物半導体膜110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。 In the first oxide semiconductor film 110, the concentration of alkali metal or alkaline earth metal obtained by secondary ion mass spectrometry is 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less, preferably 2 × 10 16 atoms / cm 2. Set to cm 3 or less. When an alkali metal and an alkaline earth metal are combined with an oxide semiconductor, carriers may be generated, and the off-state current of the transistor may be increased. Therefore, it is preferable to reduce the concentration of alkali metal or alkaline earth metal in the first oxide semiconductor film 110.

また、第1の酸化物半導体膜110に窒素が含まれていると、キャリアである電子が生じ、キャリア密度が増加し、n型化しやすい。この結果、窒素が含まれている酸化物半導体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、当該酸化物半導体膜において、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は、5×1018atoms/cm以下にすることが好ましい。 In addition, when nitrogen is contained in the first oxide semiconductor film 110, electrons as carriers are generated, the carrier density is increased, and the n-type is easily obtained. As a result, a transistor including an oxide semiconductor containing nitrogen is likely to be normally on. Therefore, it is preferable that nitrogen be reduced as much as possible in the oxide semiconductor film. For example, the nitrogen concentration obtained by secondary ion mass spectrometry is preferably 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less. .

また、第1の酸化物半導体膜110は、例えば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−axis−aligned crystalline oxide semiconductor、または、c−axis aligned and a−b−plane anchored crystal oxide semiconductor)、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。   The first oxide semiconductor film 110 may have a non-single crystal structure, for example. The non-single-crystal structure is, for example, a CAAC-OS (c-axis-aligned crystal oxide semiconductor, which will be described later, or a c-axis aligned and a-b-plane-anchored crystal oxide semi-crystal structure, which will be described later, Or an amorphous structure. In the non-single-crystal structure, the amorphous structure has the highest density of defect states, and the CAAC-OS has the lowest density of defect states.

第1の酸化物半導体膜110は、例えば非晶質構造でもよい。非晶質構造の酸化物半導体膜は、例えば、原子配列が無秩序であり、結晶成分を有さない。または、非晶質構造の酸化物膜は、例えば、完全な非晶質構造であり、結晶部を有さない。   The first oxide semiconductor film 110 may have an amorphous structure, for example. An oxide semiconductor film having an amorphous structure has, for example, disordered atomic arrangement and no crystal component. Alternatively, an amorphous oxide film has, for example, a completely amorphous structure and does not have a crystal part.

なお、第1の酸化物半導体膜110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、単結晶構造の二種以上を有する混合膜であってもよい。混合膜は、例えば、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、単結晶構造の領域のいずれか二種以上の領域を有する場合がある。また、混合膜は、例えば、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、単結晶構造の領域のいずれか二種以上の領域の積層構造を有する場合がある。   Note that the first oxide semiconductor film 110 is a mixed film including an amorphous structure region, a microcrystalline structure region, a polycrystalline structure region, a CAAC-OS region, and a single crystal structure. May be. For example, the mixed film may include two or more of an amorphous structure region, a microcrystalline structure region, a polycrystalline structure region, a CAAC-OS region, and a single crystal structure region. For example, the mixed film has a stacked structure of two or more of an amorphous structure region, a microcrystalline structure region, a polycrystalline structure region, a CAAC-OS region, and a single crystal structure region. May have.

<絶縁膜>
トランジスタ150のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜106、107としては、プラズマCVD(CVD:Chemical Vapor Deposition)法、スパッタリング法等により、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化タンタル膜、酸化マグネシウム膜、酸化ランタン膜、酸化セリウム膜および酸化ネオジム膜を一種以上含む絶縁膜を、それぞれ用いることができる。なお、絶縁膜106、107の積層構造とせずに、上述の材料から選択された単層の絶縁膜を用いてもよい。
<Insulating film>
As the insulating films 106 and 107 functioning as the gate insulating film of the transistor 150, a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, a silicon nitride oxide film, a silicon nitride film is formed by a plasma CVD (CVD: Chemical Vapor Deposition) method, a sputtering method, or the like. Insulating films including one or more of aluminum oxide film, hafnium oxide film, yttrium oxide film, zirconium oxide film, gallium oxide film, tantalum oxide film, magnesium oxide film, lanthanum oxide film, cerium oxide film, and neodymium oxide film are used. be able to. Note that a single-layer insulating film selected from the above materials may be used instead of the stacked structure of the insulating films 106 and 107.

絶縁膜106は、酸素の透過を抑制するブロッキング膜としての機能を有する。例えば、絶縁膜107、114、116及び/または第1の酸化物半導体膜110中に過剰の酸素を供給する場合において、絶縁膜106は酸素の透過を抑制することができる。   The insulating film 106 functions as a blocking film that suppresses permeation of oxygen. For example, in the case where excess oxygen is supplied into the insulating films 107, 114, and 116 and / or the first oxide semiconductor film 110, the insulating film 106 can suppress permeation of oxygen.

なお、トランジスタ150のチャネル領域として機能する第1の酸化物半導体膜110と接する絶縁膜107は、酸化物絶縁膜であることが好ましく、化学量論的組成よりも過剰に酸素を含有する領域(酸素過剰領域)を有することがより好ましい。別言すると、絶縁膜107は、酸素を放出することが可能な絶縁膜である。なお、絶縁膜107に酸素過剰領域を設けるには、例えば、酸素雰囲気下にて絶縁膜107を形成すればよい。または、成膜後の絶縁膜107に酸素を導入して、酸素過剰領域を形成してもよい。酸素の導入方法としては、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオン注入法、プラズマ処理等を用いることができる。   Note that the insulating film 107 in contact with the first oxide semiconductor film 110 functioning as the channel region of the transistor 150 is preferably an oxide insulating film, and includes a region containing oxygen in excess of the stoichiometric composition ( More preferably, it has an oxygen-excess region. In other words, the insulating film 107 is an insulating film capable of releasing oxygen. In order to provide the oxygen-excess region in the insulating film 107, for example, the insulating film 107 may be formed in an oxygen atmosphere. Alternatively, oxygen may be introduced into the insulating film 107 after film formation to form an oxygen excess region. As a method for introducing oxygen, an ion implantation method, an ion doping method, a plasma immersion ion implantation method, a plasma treatment, or the like can be used.

また、絶縁膜106、107として、酸化ハフニウムを用いる場合、以下の効果を奏する。酸化ハフニウムは、酸化シリコンや酸化窒化シリコンと比べて比誘電率が高い。したがって、酸化シリコン、または酸化窒化シリコンに対して膜厚を大きくできるため、トンネル電流によるリーク電流を小さくすることができる。すなわち、オフ電流の小さいトランジスタを実現することができる。さらに、結晶構造を有する酸化ハフニウムは、非晶質構造を有する酸化ハフニウムと比べて高い比誘電率を備える。したがって、オフ電流の小さいトランジスタとするためには、結晶構造を有する酸化ハフニウムを用いることが好ましい。結晶構造の例としては、単斜晶系や立方晶系などが挙げられる。ただし、本発明の一態様は、これらに限定されない。   In addition, when hafnium oxide is used as the insulating films 106 and 107, the following effects are obtained. Hafnium oxide has a higher dielectric constant than silicon oxide or silicon oxynitride. Accordingly, since the film thickness can be increased with respect to silicon oxide or silicon oxynitride, leakage current due to tunneling current can be reduced. That is, a transistor with a small off-state current can be realized. Further, hafnium oxide having a crystal structure has a higher dielectric constant than hafnium oxide having an amorphous structure. Therefore, in order to obtain a transistor with low off-state current, it is preferable to use hafnium oxide having a crystal structure. Examples of the crystal structure include a monoclinic system and a cubic system. Note that one embodiment of the present invention is not limited thereto.

なお、本実施の形態では、絶縁膜106として窒化シリコン膜を形成し、絶縁膜107として酸化シリコン膜を形成する。窒化シリコン膜は、酸化シリコン膜と比較して比誘電率が高く、酸化シリコン膜と同等の静電容量を得るのに必要な膜厚が大きいため、トランジスタ150のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜108として、窒化シリコン膜を含むことで絶縁膜を物理的に厚膜化することができる。よって、トランジスタ150の絶縁耐圧の低下を抑制、さらには絶縁耐圧を向上させて、トランジスタ150の静電破壊を抑制することができる。   Note that in this embodiment, a silicon nitride film is formed as the insulating film 106 and a silicon oxide film is formed as the insulating film 107. Since the silicon nitride film has a higher relative dielectric constant than a silicon oxide film and a large film thickness necessary to obtain the same capacitance as the silicon oxide film, the insulating film functions as a gate insulating film of the transistor 150 By including a silicon nitride film as 108, the insulating film can be physically thickened. Therefore, a decrease in the withstand voltage of the transistor 150 can be suppressed, and further, the withstand voltage can be improved, so that electrostatic breakdown of the transistor 150 can be suppressed.

<ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極>
ゲート電極104、ソース電極112a及びドレイン電極112bに用いることのできる材料としては、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、またはタングステンなどの金属、またはこれを主成分とする合金を単層構造または積層構造として用いることができる。例えば、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、タングステン膜上にチタン膜を積層する二層構造、モリブデン膜上に銅膜を積層した二層構造、モリブデンとタングステンを含む合金膜上に銅膜を積層した二層構造、銅−マグネシウム−アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜または窒化チタン膜と、そのチタン膜または窒化チタン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜または窒化チタン膜を形成する三層構造、モリブデン膜または窒化モリブデン膜と、そのモリブデン膜または窒化モリブデン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜または窒化モリブデン膜を形成する三層構造等がある。また、ソース電極112a、及びドレイン電極112bを三層構造とする場合、一層目及び三層目には、チタン、窒化チタン、モリブデン、タングステン、モリブデンとタングステンを含む合金、モリブデンとジルコニウムを含む合金、又は窒化モリブデンでなる膜を形成し、2層目には、銅、アルミニウム、金又は銀、或いは銅とマンガンの合金等の低抵抗材料でなる膜を形成することが好ましい。なお、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化シリコンを添加したインジウム錫酸化物等の透光性を有する導電性材料を用いてもよい。また、ゲート電極104、ソース電極112a及びドレイン電極112bに用いることのできる材料は、例えば、スパッタリング法を用いて形成することができる。
<Gate electrode, source electrode and drain electrode>
As a material that can be used for the gate electrode 104, the source electrode 112a, and the drain electrode 112b, a metal such as aluminum, titanium, chromium, nickel, copper, yttrium, zirconium, molybdenum, silver, tantalum, or tungsten, or a main material thereof is used. The alloy as a component can be used as a single layer structure or a laminated structure. For example, a two-layer structure in which a titanium film is laminated on an aluminum film, a two-layer structure in which a titanium film is laminated on a tungsten film, a two-layer structure in which a copper film is laminated on a molybdenum film, or an alloy film containing molybdenum and tungsten Two-layer structure in which a copper film is laminated, two-layer structure in which a copper film is laminated on a copper-magnesium-aluminum alloy film, a titanium film or a titanium nitride film, and an aluminum film or copper layered on the titanium film or titanium nitride film A three-layer structure in which a film is stacked and a titanium film or a titanium nitride film is further formed thereon, a molybdenum film or a molybdenum nitride film, and an aluminum film or a copper film is stacked on the molybdenum film or the molybdenum nitride film, Further, there is a three-layer structure on which a molybdenum film or a molybdenum nitride film is formed. When the source electrode 112a and the drain electrode 112b have a three-layer structure, the first and third layers include titanium, titanium nitride, molybdenum, tungsten, an alloy containing molybdenum and tungsten, an alloy containing molybdenum and zirconium, Alternatively, a film made of molybdenum nitride is preferably formed, and a film made of a low resistance material such as copper, aluminum, gold or silver, or an alloy of copper and manganese is preferably formed as the second layer. Addition of indium tin oxide, indium oxide containing tungsten oxide, indium zinc oxide containing tungsten oxide, indium oxide containing titanium oxide, indium tin oxide containing titanium oxide, indium zinc oxide, silicon oxide Alternatively, a light-transmitting conductive material such as indium tin oxide may be used. A material that can be used for the gate electrode 104, the source electrode 112a, and the drain electrode 112b can be formed by a sputtering method, for example.

<導電膜>
導電膜120は、画素電極としての機能を有する。導電膜120としては、例えば、可視光において、透光性を有する材料を用いればよい。具体的には、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。また、導電膜120としては、例えば、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、インジウム錫酸化物(ITO:Indium Tin Oxide)、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。また、導電膜120としては、例えば、スパッタリング法を用いて形成することができる。
<Conductive film>
The conductive film 120 functions as a pixel electrode. For the conductive film 120, for example, a material having a light-transmitting property in visible light may be used. Specifically, a material containing one kind selected from indium (In), zinc (Zn), and tin (Sn) may be used. As the conductive film 120, for example, indium oxide containing tungsten oxide, indium zinc oxide containing tungsten oxide, indium oxide containing titanium oxide, indium tin oxide containing titanium oxide, indium tin oxide (ITO : Indium Tin Oxide), indium zinc oxide, conductive material having translucency such as indium tin oxide to which silicon oxide is added can be used. Further, the conductive film 120 can be formed by, for example, a sputtering method.

<保護絶縁膜ALD>
トランジスタ150の保護絶縁膜として機能する絶縁膜114、116、118としては、プラズマCVD法、スパッタリング法等により、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化タンタル膜、酸化マグネシウム膜、酸化ランタン膜、酸化セリウム膜および酸化ネオジム膜を一種以上含む絶縁膜を、それぞれ用いることができる。
<Protective insulating film ALD>
As the insulating films 114, 116, and 118 that function as protective insulating films for the transistor 150, a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, a silicon nitride oxide film, a silicon nitride film, an aluminum oxide film, a plasma CVD method, a sputtering method, and the like An insulating film containing at least one of a hafnium oxide film, an yttrium oxide film, a zirconium oxide film, a gallium oxide film, a tantalum oxide film, a magnesium oxide film, a lanthanum oxide film, a cerium oxide film, and a neodymium oxide film can be used.

また、トランジスタ150のチャネル領域として機能する第1の酸化物半導体膜110と接する絶縁膜114は、酸化物絶縁膜であることが好ましく、酸素を放出することが可能な絶縁膜を用いる。酸素を放出することが可能な絶縁膜を別言すると、化学量論的組成よりも過剰に酸素を含有する領域(酸素過剰領域)を有する絶縁膜である。なお、絶縁膜114に酸素過剰領域を設けるには、例えば、酸素雰囲気下にて絶縁膜114を形成すればよい。または、成膜後の絶縁膜114に酸素を導入して、酸素過剰領域を形成してもよい。酸素の導入方法としては、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオン注入法、プラズマ処理等を用いることができる。   The insulating film 114 in contact with the first oxide semiconductor film 110 functioning as the channel region of the transistor 150 is preferably an oxide insulating film, and an insulating film capable of releasing oxygen is used. In other words, the insulating film capable of releasing oxygen is an insulating film having a region (oxygen-excess region) containing oxygen in excess of the stoichiometric composition. In order to provide the oxygen excess region in the insulating film 114, for example, the insulating film 114 may be formed in an oxygen atmosphere. Alternatively, oxygen may be introduced into the insulating film 114 after film formation to form an oxygen excess region. As a method for introducing oxygen, an ion implantation method, an ion doping method, a plasma immersion ion implantation method, a plasma treatment, or the like can be used.

絶縁膜114として、酸素を放出することが可能な絶縁膜を用いることで、トランジスタ150のチャネル領域として機能する第1の酸化物半導体膜110に酸素を移動させ、第1の酸化物半導体膜110の酸素欠損量を低減することが可能となる。例えば、昇温脱離ガス分析(以下、TDS分析とする。)によって測定される,膜の表面温度が100℃以上700℃以下、または100℃以上500℃以下の範囲における酸素分子の放出量が、1.0×1018分子/cm以上ある絶縁膜を用いることで、第1の酸化物半導体膜110に含まれる酸素欠損量を低減することができる。 By using an insulating film capable of releasing oxygen as the insulating film 114, oxygen is transferred to the first oxide semiconductor film 110 functioning as a channel region of the transistor 150, so that the first oxide semiconductor film 110 It is possible to reduce the amount of oxygen deficiency. For example, the amount of released oxygen molecules in the range where the surface temperature of the film is 100 ° C. or higher and 700 ° C. or lower or 100 ° C. or higher and 500 ° C. or lower is measured by temperature programmed desorption gas analysis (hereinafter referred to as TDS analysis) By using an insulating film with 1.0 × 10 18 molecules / cm 3 or more, the amount of oxygen vacancies contained in the first oxide semiconductor film 110 can be reduced.

また、絶縁膜114は、欠陥量が少ないことが好ましく、代表的には、ESR測定により、シリコンのダングリングボンドに由来するg=2.001に現れる信号のスピン密度が3×1017spins/cm以下であることが好ましい。これは、絶縁膜114に含まれる欠陥密度が多いと、当該欠陥に酸素が結合してしまい、絶縁膜114における酸素の透過量が減少してしまうためである。また、絶縁膜114と第1の酸化物半導体膜110との界面における欠陥量が少ないことが好ましく、代表的には、ESR測定により、第1の酸化物半導体膜110の欠陥に由来するg値が1.89以上1.96以下に現れる信号のスピン密度が1×1017spins/cm以下、さらには検出下限以下であることが好ましい。 The insulating film 114 preferably has a small amount of defects. Typically, the ESR measurement indicates that the spin density of a signal appearing at g = 2.001 derived from a dangling bond of silicon is 3 × 10 17 spins / It is preferable that it is cm 3 or less. This is because when the density of defects included in the insulating film 114 is high, oxygen is bonded to the defects and the amount of oxygen transmitted through the insulating film 114 is reduced. In addition, it is preferable that the amount of defects at the interface between the insulating film 114 and the first oxide semiconductor film 110 be small. Typically, the g value derived from the defects in the first oxide semiconductor film 110 is determined by ESR measurement. Is preferably 1.89 or more and 1.96 or less, and the spin density of the signal is 1 × 10 17 spins / cm 3 or less, and more preferably the detection lower limit or less.

なお、絶縁膜114においては、外部から絶縁膜114に入った酸素が全て絶縁膜114の外部に移動する場合がある。または、外部から絶縁膜114に入った酸素の一部が、絶縁膜114にとどまる場合もある。また、外部から絶縁膜114に酸素が入ると共に、絶縁膜114に含まれる酸素が絶縁膜114の外部へ移動することで、絶縁膜114において酸素の移動が生じる場合もある。絶縁膜114として酸素を透過することができる酸化物絶縁膜を形成すると、絶縁膜114上に設けられる、絶縁膜216から脱離する酸素を、絶縁膜114を介して酸化物半導体膜208に移動させることができる。   Note that in the insulating film 114, all oxygen that enters the insulating film 114 from the outside may move to the outside of the insulating film 114. Alternatively, part of oxygen that enters the insulating film 114 from the outside may remain in the insulating film 114. In some cases, oxygen enters the insulating film 114 from the outside and oxygen contained in the insulating film 114 moves to the outside of the insulating film 114, so that oxygen moves in the insulating film 114. When an oxide insulating film that can transmit oxygen is formed as the insulating film 114, oxygen released from the insulating film 216 provided over the insulating film 114 is transferred to the oxide semiconductor film 208 through the insulating film 114. Can be made.

また、絶縁膜114は、窒素酸化物の準位密度が低い酸化物絶縁膜を用いて形成することができる。なお、当該窒素酸化物の準位密度は、酸化物半導体膜の価電子帯の上端のエネルギー(EV_OS)と、酸化物半導体膜の伝導体下端のエネルギー(EC_OS)との間に形成され得る場合がある。EV_OSとEC_OSの間に窒素酸化物の準位密度が低い酸化物絶縁膜として、窒素酸化物の放出量が少ない酸化窒化シリコン膜、または窒素酸化物の放出量が少ない酸化窒化アルミニウム膜等を用いることができる。 The insulating film 114 can be formed using an oxide insulating film in which the level density of nitrogen oxides is low. Incidentally, state density of the nitrogen oxides, the energy of the top of the valence band of the oxide semiconductor film (E V_OS), is formed between the energy conductor lower ends of the oxide semiconductor film (E C_OS) You may get. As an oxide insulating film in which the level density of nitrogen oxide is low between EV_OS and E C_OS, a silicon oxynitride film with a low emission amount of nitrogen oxide, an aluminum oxynitride film with a low emission amount of nitrogen oxide, or the like Can be used.

なお、窒素酸化物の放出量の少ない酸化窒化シリコン膜は、昇温脱離ガス分析法において、窒素酸化物の放出量よりアンモニアの放出量が多い膜であり、代表的にはアンモニア分子の放出量が1×1018分子/cm以上5×1019分子/cm以下である。なお、アンモニアの放出量は、膜の表面温度が50℃以上650℃以下、好ましくは50℃以上550℃以下の加熱処理による放出量とする。 Note that a silicon oxynitride film that emits less nitrogen oxide is a film that releases more ammonia than nitrogen oxide in a temperature programmed desorption gas analysis method, and typically releases ammonia molecules. The amount is 1 × 10 18 molecules / cm 3 or more and 5 × 10 19 molecules / cm 3 or less. Note that the amount of ammonia released is the amount released by heat treatment at a film surface temperature of 50 ° C. to 650 ° C., preferably 50 ° C. to 550 ° C.

窒素酸化物(NO、xは0以上2以下、好ましくは1以上2以下)、代表的にはNOまたはNOは、絶縁膜114などに準位を形成する。当該準位は、酸化物半導体膜208のエネルギーギャップ内に位置する。そのため、窒素酸化物が、絶縁膜114及び酸化物半導体膜208の界面に拡散すると、当該準位が絶縁膜114側において電子をトラップする場合がある。この結果、トラップされた電子が、絶縁膜114及び酸化物半導体膜208界面近傍に留まるため、トランジスタのしきい値電圧をプラス方向にシフトさせてしまう。 Nitrogen oxide (NO x , x is 0 or more and 2 or less, preferably 1 or more and 2 or less), typically NO 2 or NO forms a level in the insulating film 114 or the like. The level is located in the energy gap of the oxide semiconductor film 208. Therefore, when nitrogen oxide diffuses to the interface between the insulating film 114 and the oxide semiconductor film 208, the level may trap electrons on the insulating film 114 side. As a result, trapped electrons remain in the vicinity of the interface between the insulating film 114 and the oxide semiconductor film 208, so that the threshold voltage of the transistor is shifted in the positive direction.

また、窒素酸化物は、加熱処理においてアンモニア及び酸素と反応する。絶縁膜114に含まれる窒素酸化物は、加熱処理において、絶縁膜216に含まれるアンモニアと反応するため、絶縁膜114に含まれる窒素酸化物が低減される。このため、絶縁膜114及び酸化物半導体膜208の界面において、電子がトラップされにくい。   Nitrogen oxide reacts with ammonia and oxygen in heat treatment. Since nitrogen oxide contained in the insulating film 114 reacts with ammonia contained in the insulating film 216 in the heat treatment, nitrogen oxide contained in the insulating film 114 is reduced. Therefore, electrons are not easily trapped at the interface between the insulating film 114 and the oxide semiconductor film 208.

絶縁膜114として、上記酸化物絶縁膜を用いることで、トランジスタのしきい値電圧のシフトを低減することが可能であり、トランジスタの電気特性の変動を低減することができる。   By using the oxide insulating film as the insulating film 114, a shift in threshold voltage of the transistor can be reduced, and variation in electric characteristics of the transistor can be reduced.

なお、トランジスタの作製工程の加熱処理、代表的には400℃未満または375℃未満(好ましくは、340℃以上360℃以下)の加熱処理により、絶縁膜114は、100K以下のESRで測定して得られたスペクトルにおいてg値が2.037以上2.039以下の第1のシグナル、g値が2.001以上2.003以下の第2のシグナル、及びg値が1.964以上1.966以下の第3のシグナルが観測される。なお、第1のシグナル及び第2のシグナルのスプリット幅、並びに第2のシグナル及び第3のシグナルのスプリット幅は、XバンドのESR測定において約5mTである。また、g値が2.037以上2.039以下の第1のシグナル、g値が2.001以上2.003以下の第2のシグナル、及びg値が1.964以上1.966以下の第3のシグナルのスピンの密度の合計が1×1018spins/cm未満であり、代表的には1×1017spins/cm以上1×1018spins/cm未満である。 Note that the insulating film 114 is measured with an ESR of 100 K or less by heat treatment in a transistor manufacturing process, typically less than 400 ° C. or less than 375 ° C. (preferably, 340 ° C. to 360 ° C.). In the obtained spectrum, a first signal having a g value of 2.037 to 2.039, a second signal having a g value of 2.001 to 2.003, and a g value of 1.964 to 1.966 The following third signal is observed. The split width of the first signal and the second signal and the split width of the second signal and the third signal are about 5 mT in the X-band ESR measurement. In addition, a first signal having a g value of 2.037 or more and 2.039 or less, a second signal having a g value of 2.001 or more and 2.003 or less, and a first signal having a g value of 1.964 or more and 1.966 or less. The total density of the spins of the three signals is less than 1 × 10 18 spins / cm 3 , typically 1 × 10 17 spins / cm 3 or more and less than 1 × 10 18 spins / cm 3 .

なお、100K以下のESRスペクトルにおいてg値が2.037以上2.039以下の第1シグナル、g値が2.001以上2.003以下の第2のシグナル、及びg値が1.964以上1.966以下の第3のシグナルは、窒素酸化物(NO、xは0以上2以下、好ましくは1以上2以下)起因のシグナルに相当する。窒素酸化物の代表例としては、一酸化窒素、二酸化窒素等がある。即ち、g値が2.037以上2.039以下の第1のシグナル、g値が2.001以上2.003以下の第2のシグナル、及びg値が1.964以上1.966以下の第3のシグナルのスピンの密度の合計が少ないほど、酸化物絶縁膜に含まれる窒素酸化物の含有量が少ないといえる。 In the ESR spectrum of 100K or less, a first signal having a g value of 2.037 to 2.039, a second signal having a g value of 2.001 to 2.003, and a g value of 1.964 to 1 A third signal of .966 or less corresponds to a signal caused by nitrogen oxides (NO x , x is 0 or more and 2 or less, preferably 1 or more and 2 or less). Typical examples of nitrogen oxides include nitrogen monoxide and nitrogen dioxide. That is, a first signal having a g value of 2.037 to 2.039, a second signal having a g value of 2.001 to 2.003, and a first signal having a g value of 1.964 to 1.966. It can be said that the smaller the total density of the signal spins of 3, the smaller the content of nitrogen oxide contained in the oxide insulating film.

また、上記酸化物絶縁膜は、SIMSで測定される窒素濃度が6×1020atoms/cm以下である。 The oxide insulating film has a nitrogen concentration measured by SIMS of 6 × 10 20 atoms / cm 3 or less.

基板温度が220℃以上350℃以下であり、シラン及び一酸化二窒素を用いたPECVD法を用いて、上記酸化物絶縁膜を形成することで、緻密であり、且つ硬度の高い膜を形成することができる。   By forming the oxide insulating film using a PECVD method using silane and dinitrogen monoxide with a substrate temperature of 220 ° C. or higher and 350 ° C. or lower, a dense and high hardness film is formed. be able to.

絶縁膜114に接するように形成される絶縁膜116は、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を用いて形成する。化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜は、加熱により酸素の一部が脱離する。化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜は、昇温脱離ガス分光法(TDS:Thermal Desorption Spectroscopy)にて、酸素原子に換算しての酸素の放出量が1.0×1019atoms/cm以上、好ましくは3.0×1020atoms/cm以上である酸化物絶縁膜である。なお、上記TDSにおける膜の表面温度としては100℃以上700℃以下、または100℃以上500℃以下の範囲が好ましい。 The insulating film 116 formed so as to be in contact with the insulating film 114 is formed using an oxide insulating film containing oxygen in excess of the stoichiometric composition. Part of oxygen is released by heating from the oxide insulating film containing oxygen in excess of that in the stoichiometric composition. An oxide insulating film containing oxygen in excess of oxygen that satisfies the stoichiometric composition has an oxygen release amount converted to oxygen atoms by thermal desorption gas spectroscopy (TDS). The oxide insulating film has a thickness of 1.0 × 10 19 atoms / cm 3 or more, preferably 3.0 × 10 20 atoms / cm 3 or more. The surface temperature of the film in the TDS is preferably in the range of 100 ° C. to 700 ° C., or 100 ° C. to 500 ° C.

また、絶縁膜116は、欠陥量が少ないことが好ましく、代表的には、ESR測定により、シリコンのダングリングボンドに由来するg=2.001に現れる信号のスピン密度が1.5×1018spins/cm未満、更には1×1018spins/cm以下であることが好ましい。なお、絶縁膜116は、絶縁膜114と比較して第1の酸化物半導体膜110から離れているため、絶縁膜114より、欠陥密度が多くともよい。 The insulating film 116 preferably has a small amount of defects. Typically, the ESR measurement shows that the spin density of a signal appearing at g = 2.001 derived from a dangling bond of silicon is 1.5 × 10 18. spins / cm less than 3, and further preferably not larger than 1 × 10 18 spins / cm 3 . Note that the insulating film 116 is farther from the first oxide semiconductor film 110 than the insulating film 114, and thus has a higher defect density than the insulating film 114.

絶縁膜114の厚さは、5nm以上150nm以下、好ましくは5nm以上50nm以下、好ましくは10nm以上30nm以下とすることができる。絶縁膜116の厚さは、30nm以上500nm以下、好ましくは150nm以上400nm以下とすることができる。   The thickness of the insulating film 114 can be 5 nm to 150 nm, preferably 5 nm to 50 nm, preferably 10 nm to 30 nm. The thickness of the insulating film 116 can be greater than or equal to 30 nm and less than or equal to 500 nm, preferably greater than or equal to 150 nm and less than or equal to 400 nm.

また、絶縁膜114、116は、同種の材料の絶縁膜を用いることができるため、絶縁膜114と絶縁膜116の界面が明確に確認できない場合がある。したがって、本実施の形態においては、絶縁膜114と絶縁膜116の界面は、破線で図示している。なお、本実施の形態においては、絶縁膜114と絶縁膜116の2層構造について説明したが、これに限定されず、例えば、絶縁膜114の単層構造、絶縁膜116の単層構造、または3層以上の積層構造としてもよい。   In addition, since the insulating films 114 and 116 can be formed using the same kind of insulating film, the interface between the insulating film 114 and the insulating film 116 may not be clearly confirmed. Therefore, in this embodiment mode, the interface between the insulating film 114 and the insulating film 116 is indicated by a broken line. Note that although a two-layer structure of the insulating film 114 and the insulating film 116 is described in this embodiment mode, the present invention is not limited to this, and for example, a single-layer structure of the insulating film 114, a single-layer structure of the insulating film 116, or It is good also as a laminated structure of three or more layers.

容量素子160の誘電体膜として機能する絶縁膜118としては、窒化物絶縁膜であることが好ましい。特に窒化シリコン膜は、酸化シリコン膜と比較して比誘電率が高く、酸化シリコン膜と同等の静電容量を得るのに必要な膜厚が大きいため、容量素子160の誘電体膜として機能する絶縁膜118として、窒化シリコン膜を含むことで絶縁膜を物理的に厚膜化することができる。よって、容量素子160の絶縁耐圧の低下を抑制、さらには絶縁耐圧を向上させて、容量素子160の静電破壊を抑制することができる。なお、絶縁膜118は、容量素子160の電極として機能する第2の酸化物半導体膜111の抵抗率を低下させる機能も有する。   The insulating film 118 that functions as a dielectric film of the capacitor 160 is preferably a nitride insulating film. In particular, a silicon nitride film has a higher relative dielectric constant than a silicon oxide film and has a large film thickness necessary for obtaining a capacitance equivalent to that of a silicon oxide film, and thus functions as a dielectric film of the capacitor 160. By including a silicon nitride film as the insulating film 118, the insulating film can be physically thickened. Therefore, a decrease in the withstand voltage of the capacitor 160 can be suppressed, and further, the withstand voltage can be improved, and electrostatic breakdown of the capacitor 160 can be suppressed. Note that the insulating film 118 also has a function of reducing the resistivity of the second oxide semiconductor film 111 that functions as an electrode of the capacitor 160.

また、絶縁膜118は、酸素、水素、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等をブロッキングできる機能を有する。絶縁膜118を設けることで、第1の酸化物半導体膜110からの酸素の外部への拡散と、絶縁膜114、116に含まれる酸素の外部への拡散と、外部から第1の酸化物半導体膜110への水素、水等の入り込みを防ぐことができる。なお、酸素、水素、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等のブロッキング効果を有する窒化物絶縁膜の代わりに、酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する酸化物絶縁膜を設けてもよい。酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する酸化物絶縁膜としては、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。   The insulating film 118 has a function of blocking oxygen, hydrogen, water, alkali metal, alkaline earth metal, and the like. By providing the insulating film 118, diffusion of oxygen from the first oxide semiconductor film 110 to the outside, diffusion of oxygen contained in the insulating films 114 and 116, and the first oxide semiconductor from the outside Intrusion of hydrogen, water, or the like into the film 110 can be prevented. Note that an oxide insulating film having a blocking effect of oxygen, hydrogen, water, or the like may be provided instead of the nitride insulating film having a blocking effect of oxygen, hydrogen, water, alkali metal, alkaline earth metal, or the like. Examples of the oxide insulating film having a blocking effect of oxygen, hydrogen, water, and the like include aluminum oxide, aluminum oxynitride, gallium oxide, gallium oxynitride, yttrium oxide, yttrium oxynitride, hafnium oxide, and hafnium oxynitride.

<半導体装置の作製方法>
次に、図19(A)、(B)に示す半導体装置の作製方法の一例について、図21乃至図12を用いて説明する。
<Method for Manufacturing Semiconductor Device>
Next, an example of a method for manufacturing the semiconductor device illustrated in FIGS. 19A and 19B will be described with reference to FIGS.

まず、基板102上にゲート電極104を形成する。その後、基板102、及びゲート電極104上に絶縁膜106、107を含む絶縁膜108を形成する(図21(A)参照)。   First, the gate electrode 104 is formed over the substrate 102. After that, an insulating film 108 including insulating films 106 and 107 is formed over the substrate 102 and the gate electrode 104 (see FIG. 21A).

なお、基板102、ゲート電極104、及び絶縁膜106、107としては、上述の列挙した材料の中から選択することで形成できる。なお、本実施の形態においては、基板102としてはガラス基板を用い、ゲート電極104としては、導電膜としてタングステン膜を用い、絶縁膜106としては、水素を放出することが可能な窒化シリコン膜を用い、絶縁膜107としては、酸素を放出することが可能な酸化窒化シリコン膜を用いる。   Note that the substrate 102, the gate electrode 104, and the insulating films 106 and 107 can be formed by being selected from the above-described materials. Note that in this embodiment, a glass substrate is used as the substrate 102, a tungsten film is used as the conductive film as the gate electrode 104, and a silicon nitride film capable of releasing hydrogen is used as the insulating film 106. As the insulating film 107, a silicon oxynitride film capable of releasing oxygen is used.

ゲート電極104は、基板102上に導電膜を成膜後、該導電膜の所望の領域が残るようにパターニングし、その後不要な領域をエッチングすることで形成できる。   The gate electrode 104 can be formed by forming a conductive film over the substrate 102, patterning the conductive film so that a desired region remains, and then etching unnecessary regions.

次に、絶縁膜108上のゲート電極104と重畳する位置に第1の酸化物半導体膜110を形成する(図21(B)参照)。   Next, a first oxide semiconductor film 110 is formed in a position overlapping with the gate electrode 104 over the insulating film 108 (see FIG. 21B).

第1の酸化物半導体膜110としては、上述の列挙した材料の中から選択することで形成できる。なお、本実施の形態においては、第1の酸化物半導体膜110としては、In−Ga−Zn酸化物膜(In:Ga:Zn=1:1:1.2の金属酸化物ターゲットを使用。)を用いる。   The first oxide semiconductor film 110 can be formed by selecting from the materials listed above. Note that in this embodiment, as the first oxide semiconductor film 110, an In—Ga—Zn oxide film (a metal oxide target of In: Ga: Zn = 1: 1: 1.2 is used). ) Is used.

また、第1の酸化物半導体膜110は、絶縁膜108上に酸化物半導体膜を成膜後、該酸化物半導体膜の所望の領域が残るようにパターニングし、その後不要な領域をエッチングすることで形成できる。   The first oxide semiconductor film 110 is formed by patterning an oxide semiconductor film over the insulating film 108 so that a desired region of the oxide semiconductor film remains, and then etching unnecessary regions. Can be formed.

第1の酸化物半導体膜110を形成後、熱処理を行うと好ましい。該熱処理は、250℃以上650℃以下、好ましくは300℃以上500℃以下、より好ましくは350℃以上450℃以下の温度で、不活性ガス雰囲気、酸化性ガスを10ppm以上含む雰囲気、または減圧雰囲気で行えばよい。また、熱処理の雰囲気は、不活性ガス雰囲気で熱処理を行った後に、第1の酸化物半導体膜110から脱離した酸素を補うために酸化性ガスを10ppm以上含む雰囲気で行ってもよい。ここでの熱処理によって、絶縁膜106、107、及び第1の酸化物半導体膜110の少なくとも1つから水素や水などの不純物を除去することができる。なお、該熱処理は、第1の酸化物半導体膜110を島状に加工する前に行ってもよい。   After the first oxide semiconductor film 110 is formed, heat treatment is preferably performed. The heat treatment is performed at a temperature of 250 ° C. or higher and 650 ° C. or lower, preferably 300 ° C. or higher and 500 ° C. or lower, more preferably 350 ° C. or higher and 450 ° C. or lower, an inert gas atmosphere, an atmosphere containing an oxidizing gas of 10 ppm or higher, or a reduced-pressure atmosphere. Just do it. The heat treatment may be performed in an atmosphere containing 10 ppm or more of an oxidizing gas in order to supplement oxygen desorbed from the first oxide semiconductor film 110 after the heat treatment in an inert gas atmosphere. By the heat treatment here, impurities such as hydrogen and water can be removed from at least one of the insulating films 106 and 107 and the first oxide semiconductor film 110. Note that the heat treatment may be performed before the first oxide semiconductor film 110 is processed into an island shape.

なお、第1の酸化物半導体膜110をチャネル領域とするトランジスタ150に安定した電気特性を付与するためには、第1の酸化物半導体膜110中の不純物を低減し、第1の酸化物半導体膜110を真性または実質的に真性にすることが有効である。   Note that in order to impart stable electric characteristics to the transistor 150 including the first oxide semiconductor film 110 as a channel region, impurities in the first oxide semiconductor film 110 are reduced and the first oxide semiconductor film 110 is reduced. It is useful to make the film 110 intrinsic or substantially intrinsic.

次に、絶縁膜108、及び第1の酸化物半導体膜110上に導電膜を成膜し、該導電膜の所望の領域が残るようにパターニングし、その後不要な領域をエッチングすることで、絶縁膜108及び第1の酸化物半導体膜110上にソース電極112a、及びドレイン電極112bを形成する(図21(C)参照)。   Next, a conductive film is formed over the insulating film 108 and the first oxide semiconductor film 110, patterned so that a desired region of the conductive film remains, and then an unnecessary region is etched, thereby insulating the conductive film. A source electrode 112a and a drain electrode 112b are formed over the film 108 and the first oxide semiconductor film 110 (see FIG. 21C).

ソース電極112a、及びドレイン電極112bとしては、上述の列挙した材料の中から選択することで形成できる。なお、本実施の形態においては、ソース電極112a、及びドレイン電極112bとしては、タングステン膜と、アルミニウム膜と、チタン膜との3層の積層構造を用いる。   The source electrode 112a and the drain electrode 112b can be formed by selecting from the materials listed above. Note that in this embodiment, a three-layer structure of a tungsten film, an aluminum film, and a titanium film is used as the source electrode 112a and the drain electrode 112b.

また、ソース電極112a、及びドレイン電極112bの形成後に、酸化物半導体膜110の表面を洗浄してもよい。当該洗浄方法としては、例えば、リン酸等の薬液を用いた洗浄が挙げられる。リン酸等の薬液を用いて洗浄を行うことで、酸化物半導体膜110の表面に付着した不純物(例えば、ソース電極112a、及びドレイン電極112bに含まれる元素等)を除去することができる。なお、当該洗浄を必ずしも行う必要はなく、場合によっては、洗浄を行わなくてもよい。   Further, the surface of the oxide semiconductor film 110 may be washed after the source electrode 112a and the drain electrode 112b are formed. Examples of the cleaning method include cleaning using a chemical solution such as phosphoric acid. By cleaning with a chemical solution such as phosphoric acid, impurities attached to the surface of the oxide semiconductor film 110 (eg, elements contained in the source electrode 112a and the drain electrode 112b) can be removed. Note that the cleaning is not necessarily performed, and in some cases, the cleaning may not be performed.

また、ソース電極112a、及びドレイン電極112bを形成する工程、及び上記洗浄工程のいずれか一方または双方において、酸化物半導体膜110のソース電極112a、及びドレイン電極112bから露出した領域が、薄くなる場合がある。   The region exposed from the source electrode 112a and the drain electrode 112b of the oxide semiconductor film 110 is thinned in either or both of the step of forming the source electrode 112a and the drain electrode 112b and the cleaning step. There is.

次に、絶縁膜108、第1の酸化物半導体膜110、ソース電極112a、及びドレイン電極112b上に絶縁膜114、116を形成する。そして、絶縁膜114、116の所望の領域が残るようにパターニングし、その後不要な領域をエッチングすることで開口141を形成する(図21(D)参照)。   Next, insulating films 114 and 116 are formed over the insulating film 108, the first oxide semiconductor film 110, the source electrode 112a, and the drain electrode 112b. Then, patterning is performed so that desired regions of the insulating films 114 and 116 remain, and then unnecessary regions are etched to form openings 141 (see FIG. 21D).

なお、絶縁膜114を形成した後、大気に曝すことなく、連続的に絶縁膜116を形成することが好ましい。絶縁膜114を形成後、大気開放せず、原料ガスの流量、圧力、高周波電力及び基板温度の一以上を調整して、絶縁膜116を連続的に形成することで、絶縁膜114と絶縁膜116との界面において大気成分由来の不純物濃度を低減することができるとともに、絶縁膜114、116に含まれる酸素を第1の酸化物半導体膜110に移動させることが可能となり、第1の酸化物半導体膜110の酸素欠損量を低減することが可能となる。   Note that after the insulating film 114 is formed, the insulating film 116 is preferably formed continuously without being exposed to the air. After forming the insulating film 114, the insulating film 114 and the insulating film are formed by continuously forming the insulating film 116 by adjusting one or more of the flow rate, pressure, high frequency power, and substrate temperature of the source gas without opening to the atmosphere. The concentration of impurities derived from atmospheric components can be reduced at the interface with 116, and oxygen contained in the insulating films 114 and 116 can be moved to the first oxide semiconductor film 110, so that the first oxide It is possible to reduce the amount of oxygen vacancies in the semiconductor film 110.

また、絶縁膜116の形成工程において、絶縁膜114が第1の酸化物半導体膜110の保護膜となる。したがって、第1の酸化物半導体膜110へのダメージを低減しつつ、パワー密度の高い高周波電力を用いて絶縁膜116を形成することができる。   In the step of forming the insulating film 116, the insulating film 114 serves as a protective film for the first oxide semiconductor film 110. Therefore, the insulating film 116 can be formed using high-frequency power with high power density while reducing damage to the first oxide semiconductor film 110.

絶縁膜114、116としては、上述の列挙した材料の中から選択することで形成できる。なお、本実施の形態においては、絶縁膜114、116としては、酸素を放出することが可能な酸化窒化シリコン膜を用いる。   The insulating films 114 and 116 can be formed by selecting from the materials listed above. Note that in this embodiment, as the insulating films 114 and 116, a silicon oxynitride film capable of releasing oxygen is used.

また、絶縁膜114、116を成膜した後に、加熱処理(以下、第1の加熱処理とする)を行うと好適である。第1の加熱処理により、絶縁膜114、116に含まれる窒素酸化物を低減することができる。または、第1の加熱処理により、絶縁膜114、116に含まれる酸素の一部を第1の酸化物半導体膜110に移動させ、第1の酸化物半導体膜110に含まれる酸素欠損量を低減することができる。   Further, it is preferable that heat treatment (hereinafter referred to as first heat treatment) be performed after the insulating films 114 and 116 are formed. By the first heat treatment, nitrogen oxides contained in the insulating films 114 and 116 can be reduced. Alternatively, part of oxygen contained in the insulating films 114 and 116 is moved to the first oxide semiconductor film 110 by the first heat treatment, so that the amount of oxygen vacancies contained in the first oxide semiconductor film 110 is reduced. can do.

第1の加熱処理の温度は、代表的には、400℃未満、好ましくは375℃未満、さらに好ましくは、150℃以上350℃以下とする。第1の加熱処理は、窒素、酸素、超乾燥空気(水の含有量が20ppm以下、好ましくは1ppm以下、さらに好ましくは10ppb以下の空気)、または希ガス(アルゴン、ヘリウム等)の雰囲気下で行えばよい。なお、上記窒素、酸素、超乾燥空気、または希ガスに水素、水等が含まれないことが好ましい。該加熱処理には、電気炉、RTA(Rapid Thermal Anneal)等を用いることができる。   The temperature of the first heat treatment is typically less than 400 ° C, preferably less than 375 ° C, and more preferably 150 ° C to 350 ° C. The first heat treatment is performed in an atmosphere of nitrogen, oxygen, ultra-dry air (air with a water content of 20 ppm or less, preferably 1 ppm or less, more preferably 10 ppb or less), or a rare gas (such as argon or helium). Just do it. Note that it is preferable that hydrogen, water, and the like be not contained in the nitrogen, oxygen, ultra-dry air, or the rare gas. For the heat treatment, an electric furnace, RTA (Rapid Thermal Anneal), or the like can be used.

開口141としては、ドレイン電極112bが露出するように形成する。開口141の形成方法としては、例えば、ドライエッチング法を用いることができる。ただし、開口141の形成方法としては、これに限定されず、ウエットエッチング法、またはドライエッチング法とウエットエッチング法を組み合わせた形成方法としてもよい。なお、開口141を形成するためのエッチング工程によって、ドレイン電極112bの膜厚が減少する場合がある。   The opening 141 is formed so that the drain electrode 112b is exposed. As a method for forming the opening 141, for example, a dry etching method can be used. However, the formation method of the opening 141 is not limited to this, and may be a wet etching method or a formation method in which a dry etching method and a wet etching method are combined. Note that the thickness of the drain electrode 112b may be reduced by an etching step for forming the opening 141.

次に、開口141を覆うように、絶縁膜116上に第2の酸化物半導体膜111となる酸化物半導体膜を形成する(図22(A)、(B)参照)。   Next, an oxide semiconductor film to be the second oxide semiconductor film 111 is formed over the insulating film 116 so as to cover the opening 141 (see FIGS. 22A and 22B).

なお、図22(A)は、絶縁膜116上に酸化物半導体膜を形成する際の、成膜装置内部の断面模式図である。図22(A)では、成膜装置としてスパッタリング装置を用い、当該スパッタリング装置内部に設置されたターゲット165と、ターゲット165の下方に形成されたプラズマ166とが、模式的に表されている。   Note that FIG. 22A is a schematic cross-sectional view of the inside of the deposition apparatus when an oxide semiconductor film is formed over the insulating film 116. In FIG. 22A, a sputtering apparatus is used as the film formation apparatus, and a target 165 installed inside the sputtering apparatus and a plasma 166 formed below the target 165 are schematically shown.

まず、酸化物半導体膜を形成する際に、第3の酸素ガスを含む雰囲気にてプラズマを放電させる。その際に、酸化物半導体膜の被形成面となる絶縁膜116中に、酸素が添加される。また、酸化物半導体膜を形成する際に、第3の酸素ガスの他に、不活性ガス(例えば、ヘリウムガス、アルゴンガス、キセノンガスなど)を混合させてもよい。例えば、アルゴンガスと、第3の酸素ガスと、を用い、アルゴンガスの流量よりも第3の酸素ガスの流量を多くするのが好ましい。第3の酸素ガスの流量を多くすることで、好適に絶縁膜116に酸素を添加することができる。一例としては、酸化物半導体膜の形成条件としては、成膜ガス全体に占める第3の酸素ガスの割合を、50%以上100%以下、好ましくは、80%以上100%以下とすればよい。   First, when the oxide semiconductor film is formed, plasma is discharged in an atmosphere containing a third oxygen gas. At that time, oxygen is added into the insulating film 116 to be a formation surface of the oxide semiconductor film. In forming the oxide semiconductor film, an inert gas (eg, helium gas, argon gas, xenon gas, or the like) may be mixed in addition to the third oxygen gas. For example, it is preferable to use argon gas and third oxygen gas and increase the flow rate of the third oxygen gas more than the flow rate of the argon gas. By increasing the flow rate of the third oxygen gas, oxygen can be preferably added to the insulating film 116. For example, as a formation condition of the oxide semiconductor film, the ratio of the third oxygen gas in the entire deposition gas may be 50% to 100%, preferably 80% to 100%.

なお、図22(A)において、絶縁膜116に添加される酸素または過剰酸素を模式的に破線の矢印で表している。   Note that in FIG. 22A, oxygen or excess oxygen added to the insulating film 116 is schematically represented by a dashed arrow.

また、酸化物半導体膜を成膜する際の基板温度としては、室温以上340℃未満、好ましくは室温以上300℃以下、より好ましくは100℃以上250℃以下、さらに好ましくは100℃以上200℃以下である。酸化物半導体膜を加熱して成膜することで、酸化物半導体膜の結晶性を高めることができる。一方で、基板102として、大型のガラス基板(例えば、第6世代乃至第10世代)を用いる場合、酸化物半導体膜を成膜する際の基板温度を150℃以上340℃未満とした場合、基板102が変形する(歪むまたは反る)場合がある。よって、大型のガラス基板を用いる場合においては、酸化物半導体膜の成膜する際の基板温度を100℃以上150℃未満とすることで、ガラス基板の変形を抑制することができる。   The substrate temperature at the time of forming the oxide semiconductor film is room temperature to less than 340 ° C., preferably room temperature to 300 ° C., more preferably 100 ° C. to 250 ° C., and further preferably 100 ° C. to 200 ° C. It is. By forming the oxide semiconductor film by heating, the crystallinity of the oxide semiconductor film can be increased. On the other hand, when a large glass substrate (for example, the sixth generation to the tenth generation) is used as the substrate 102, the substrate temperature when the oxide semiconductor film is formed is 150 ° C. or higher and lower than 340 ° C. 102 may be deformed (distorted or warped). Therefore, in the case where a large glass substrate is used, deformation of the glass substrate can be suppressed by setting the substrate temperature at the time of forming the oxide semiconductor film to 100 ° C. or higher and lower than 150 ° C.

該酸化物半導体膜としては、上述の列挙した材料の中から選択することで形成できる。本実施の形態では、In−Ga−Zn金属酸化物ターゲット(In:Ga:Zn=1:3:6[原子数比])を用いて、スパッタリング法により酸化物半導体膜を形成する。   The oxide semiconductor film can be formed by selecting from the materials listed above. In this embodiment, an oxide semiconductor film is formed by a sputtering method using an In—Ga—Zn metal oxide target (In: Ga: Zn = 1: 3: 6 [atomic ratio]).

次に、該酸化物半導体を所望の形状に加工することで、島状の第2の酸化物半導体膜111を形成する(図22(C)参照)。   Next, the island-shaped second oxide semiconductor film 111 is formed by processing the oxide semiconductor into a desired shape (see FIG. 22C).

第2の酸化物半導体膜111は、絶縁膜116上に酸化物半導体膜を成膜後、該酸化物半導体膜の所望の領域が残るようにパターニングし、その後不要な領域をエッチングすることで形成できる。   The second oxide semiconductor film 111 is formed by forming an oxide semiconductor film over the insulating film 116, patterning the oxide semiconductor film so that a desired region remains, and then etching unnecessary regions. it can.

次に、絶縁膜116、及び第2の酸化物半導体膜111上に絶縁膜118を形成する(図23(A)参照)。   Next, the insulating film 118 is formed over the insulating film 116 and the second oxide semiconductor film 111 (see FIG. 23A).

絶縁膜118は、水素及び窒素のいずれか一方または双方を有する。絶縁膜118としては、例えば、窒化シリコン膜を用いると好適である。また、絶縁膜118としては、例えば、スパッタリング法またはPECVD法を用いて形成することができる。例えば、絶縁膜118をPECVD法で成膜する場合、基板温度は400℃未満、好ましくは375℃未満、さらに好ましくは180℃以上350℃以下である。絶縁膜118を成膜する場合の基板温度を、上述の範囲にすることで、緻密な膜を形成できるため好ましい。また、絶縁膜118を成膜する場合の基板温度を、上述の範囲にすることで、絶縁膜114、116中の酸素または過剰酸素を、酸化物半導体膜110に移動させることが可能となる。   The insulating film 118 includes one or both of hydrogen and nitrogen. As the insulating film 118, for example, a silicon nitride film is preferably used. The insulating film 118 can be formed using, for example, a sputtering method or a PECVD method. For example, in the case where the insulating film 118 is formed by a PECVD method, the substrate temperature is lower than 400 ° C., preferably lower than 375 ° C., more preferably 180 ° C. or higher and 350 ° C. or lower. It is preferable to set the substrate temperature in the case of forming the insulating film 118 within the above range because a dense film can be formed. In addition, by setting the substrate temperature in the case of forming the insulating film 118 within the above range, oxygen or excess oxygen in the insulating films 114 and 116 can be moved to the oxide semiconductor film 110.

また、絶縁膜118の形成後に、先に記載の第1の加熱処理と同等の加熱処理(以下、第2の加熱処理とする)を行ってもよい。このように、第2の酸化物半導体膜111となる酸化物半導体膜の成膜の際に、絶縁膜116に酸素を添加した後に、400℃未満、好ましくは375℃未満、さらに好ましくは180℃以上350℃以下の温度で、加熱処理を行うことで、絶縁膜116中の酸素または過剰酸素を第1の酸化物半導体膜110中に移動させ、第1の酸化物半導体膜110中の酸素欠損を補填することができる。   Alternatively, after the insulating film 118 is formed, heat treatment equivalent to the first heat treatment described above (hereinafter referred to as second heat treatment) may be performed. As described above, in the formation of the oxide semiconductor film to be the second oxide semiconductor film 111, oxygen is added to the insulating film 116, and then less than 400 ° C., preferably less than 375 ° C., more preferably 180 ° C. By performing heat treatment at a temperature of 350 ° C. or lower, oxygen or excess oxygen in the insulating film 116 is moved into the first oxide semiconductor film 110, and oxygen vacancies in the first oxide semiconductor film 110 are transferred. Can be compensated.

ここで、第1の酸化物半導体膜110中に移動する酸素について、図24を用いて説明を行う。図24は、絶縁膜118成膜時の基板温度(代表的には375℃未満)、または絶縁膜118の形成後の第2の加熱処理(代表的には375℃未満)によって、第1の酸化物半導体膜110中に移動する酸素を表すモデル図である。図24中において、第1の酸化物半導体膜110中に示す酸素(酸素ラジカル、酸素原子、または酸素分子)を破線の矢印で表している。なお、図24(A)及び(B)は絶縁膜118成膜後の、それぞれ図1(A)に示す一点鎖線A−B及び一点鎖線E−Fに対応する断面図である。   Here, oxygen that moves into the first oxide semiconductor film 110 is described with reference to FIGS. FIG. 24 shows the first temperature by the substrate temperature (typically less than 375 ° C.) at the time of forming the insulating film 118 or the second heat treatment (typically less than 375 ° C.) after the insulating film 118 is formed. FIG. 10 is a model diagram showing oxygen moving into the oxide semiconductor film 110. In FIG. 24, oxygen (oxygen radicals, oxygen atoms, or oxygen molecules) shown in the first oxide semiconductor film 110 is represented by a dashed arrow. 24A and 24B are cross-sectional views corresponding to the dashed-dotted line AB and the dashed-dotted line EF shown in FIG. 1A, respectively, after the insulating film 118 is formed.

図24に示す第1の酸化物半導体膜110は、第1の酸化物半導体膜110に接する膜(ここでは、絶縁膜107、及び絶縁膜114)から酸素が移動することで、酸素欠損が補填される。特に、本発明の一態様の半導体装置において、第1の酸化物半導体膜110となる酸化物半導体膜のスパッタリング成膜時に、酸素ガスを用い、絶縁膜107中に酸素を添加する場合、絶縁膜107は過剰酸素領域を有する。また、第2の酸化物半導体膜111となる酸化物半導体膜のスパッタリング成膜時に、酸素ガスを用い、絶縁膜116中に酸素を添加するため、絶縁膜116は過剰酸素領域を有する。よって、該過剰酸素領域を有する絶縁膜に挟まれた第1の酸化物半導体膜110は、酸素欠損が好適に補填される。   The first oxide semiconductor film 110 illustrated in FIG. 24 fills oxygen vacancies by movement of oxygen from films in contact with the first oxide semiconductor film 110 (here, the insulating film 107 and the insulating film 114). Is done. In particular, in the semiconductor device of one embodiment of the present invention, when sputtering is performed on the oxide semiconductor film to be the first oxide semiconductor film 110, oxygen gas is used and oxygen is added to the insulating film 107. 107 has an excess oxygen region. In addition, since oxygen is used to add oxygen to the insulating film 116 when the oxide semiconductor film to be the second oxide semiconductor film 111 is formed by sputtering, the insulating film 116 has an excess oxygen region. Thus, the first oxide semiconductor film 110 sandwiched between the insulating films having the excess oxygen region is preferably filled with oxygen vacancies.

また、絶縁膜107の下方には、絶縁膜106が設けられており、絶縁膜114、116の上方には、絶縁膜118が設けられている。絶縁膜106、118を酸素透過性が低い材料、例えば、窒化シリコン等により形成することで、絶縁膜107、114、116中に含まれる酸素を第1の酸化物半導体膜110側に閉じ込めることができるため、好適に第1の酸化物半導体膜110に酸素を移動させることが可能となる。なお、絶縁膜118は、外部からの不純物、例えば、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等が、トランジスタ150に含まれる第1の酸化物半導体膜110へ拡散するのを防ぐ効果も奏する。   In addition, an insulating film 106 is provided below the insulating film 107, and an insulating film 118 is provided above the insulating films 114 and 116. By forming the insulating films 106 and 118 using a material having low oxygen permeability, such as silicon nitride, oxygen contained in the insulating films 107, 114, and 116 can be confined to the first oxide semiconductor film 110 side. Thus, oxygen can be preferably transferred to the first oxide semiconductor film 110. Note that the insulating film 118 also has an effect of preventing impurities from the outside, for example, water, alkali metal, alkaline earth metal, and the like from diffusing into the first oxide semiconductor film 110 included in the transistor 150.

また、絶縁膜118は、水素及び窒素のいずれか一方または双方を有する。そのため、絶縁膜118を形成することで、絶縁膜118に接する第2の酸化物半導体膜111は、水素及び窒素のいずれか一方または双方が添加されることで、キャリア密度が高くなり、酸化物導電膜として機能することができる。   The insulating film 118 includes one or both of hydrogen and nitrogen. Therefore, when the insulating film 118 is formed, the carrier density of the second oxide semiconductor film 111 in contact with the insulating film 118 is increased by adding one or both of hydrogen and nitrogen, and the oxide film It can function as a conductive film.

なお、第2の酸化物半導体膜111の抵抗率の低下に伴い、図22(C)と図23(A)に示す第2の酸化物半導体膜111のハッチングを変えて図示している。   Note that as the resistivity of the second oxide semiconductor film 111 is decreased, the hatching of the second oxide semiconductor film 111 illustrated in FIGS. 22C and 23A is changed.

第2の酸化物半導体膜111の抵抗率は、少なくとも第1の酸化物半導体膜110よりも低く、好ましくは、1×10−3Ωcm以上1×10Ωcm未満、さらに好ましくは、1×10−3Ωcm以上1×10−1Ωcm未満であるとよい。 The resistivity of the second oxide semiconductor film 111 is at least lower than that of the first oxide semiconductor film 110, preferably 1 × 10 −3 Ωcm or more and less than 1 × 10 4 Ωcm, more preferably 1 × 10. It is good that it is −3 Ωcm or more and less than 1 × 10 −1 Ωcm.

次に、絶縁膜118の所望の領域が残るようにパターニングし、その後不要な領域をエッチングすることで開口142を形成する(図23(B)参照)。   Next, patterning is performed so that a desired region of the insulating film 118 remains, and then an unnecessary region is etched to form an opening 142 (see FIG. 23B).

開口142としては、ドレイン電極112bが露出するように形成する。開口142の形成方法としては、例えば、ドライエッチング法を用いることができる。ただし、開口142の形成方法としては、これに限定されず、ウエットエッチング法、またはドライエッチング法とウエットエッチング法を組み合わせた形成方法としてもよい。なお、開口142を形成するためのエッチング工程によって、ドレイン電極112bの膜厚が減少する場合がある。   The opening 142 is formed so that the drain electrode 112b is exposed. As a method for forming the opening 142, for example, a dry etching method can be used. However, the formation method of the opening 142 is not limited to this, and may be a wet etching method or a formation method in which a dry etching method and a wet etching method are combined. Note that the thickness of the drain electrode 112b may be reduced by an etching step for forming the opening 142.

なお、前述の開口141を形成する工程を行わずに、開口142の形成する工程において絶縁膜114、116、118に開口を連続して形成してもよい。このような工程とすることで、本発明の一態様の半導体装置の作製工程を減らす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 the openings may be formed continuously in the insulating films 114, 116, and 118 in the step of forming the opening 142 without performing the step of forming the opening 141 described above. With such a process, a manufacturing process of the semiconductor device of one embodiment of the present invention can be reduced, so that manufacturing cost can be reduced.

次に、開口142を覆うように絶縁膜118上に導電膜を成膜し、該導電膜の所望の形状が残るようにパターニング及びエッチングを行い、導電膜120を形成する(図23(C)参照)。   Next, a conductive film is formed over the insulating film 118 so as to cover the opening 142, and patterning and etching are performed so that a desired shape of the conductive film remains, so that the conductive film 120 is formed (FIG. 23C). reference).

導電膜120としては、上述の列挙した材料の中から選択することで形成できる。なお、本実施の形態においては、導電膜120としては、インジウム錫酸化物膜を用いる。   The conductive film 120 can be formed by selecting from the materials listed above. Note that an indium tin oxide film is used as the conductive film 120 in this embodiment.

また、導電膜120の形成に伴い、容量素子160が作製される。容量素子160は、一対の電極間に誘電体層が挟持された構造であり、一対の電極の一方が第2の酸化物半導体膜111であり、一対の電極の他方が導電膜120である。また、絶縁膜118が容量素子160の誘電体層として機能する。   In addition, with the formation of the conductive film 120, the capacitor 160 is manufactured. The capacitor 160 has a structure in which a dielectric layer is sandwiched between a pair of electrodes. One of the pair of electrodes is the second oxide semiconductor film 111, and the other of the pair of electrodes is the conductive film 120. In addition, the insulating film 118 functions as a dielectric layer of the capacitor 160.

以上の工程によって、トランジスタ150と、容量素子160とを同一基板上に形成することができる。   Through the above steps, the transistor 150 and the capacitor 160 can be formed over the same substrate.

以上、本実施の形態で示す構成、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 structures, methods, and the like described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures, methods, and the like described in the other embodiments.

(実施の形態8)
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置について、実施の形態7に示す半導体装置の変形例について、図25乃至図27を用いて説明する。なお、実施の形態7の図19乃至図24で示した符号と同様の箇所または同様の機能を有する箇所については同様の符号を用い、その繰り返しの説明は省略する。
(Embodiment 8)
In this embodiment, a modified example of the semiconductor device described in Embodiment 7 will be described with reference to FIGS. Note that portions similar to those shown in FIGS. 19 to 24 of Embodiment 7 or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals, and repetitive description thereof is omitted.

<半導体装置の構成例(変形例1)>
図25(A)は、本発明の一態様の半導体装置の上面図であり、図25(B)は、図25(A)の一点鎖線G−H間、一点鎖線I−J間、及び一点鎖線K−L間における切断面の断面図に相当する。なお、図25(A)において、煩雑になることを避けるため、半導体装置の構成要素の一部(ゲート絶縁膜等)を省略して図示している。
<Configuration Example of Semiconductor Device (Modification 1)>
FIG. 25A is a top view of the semiconductor device of one embodiment of the present invention, and FIG. 25B illustrates a single-dot chain line G-H, a single-dot chain line I-J, and a single point in FIG. This corresponds to a cross-sectional view of a cut surface between chain lines KL. Note that in FIG. 25A, some components (such as a gate insulating film) of the semiconductor device are omitted in order to avoid complexity.

図25(A)、(B)に示す半導体装置は、第1の酸化物半導体膜110及び第2の酸化物半導体膜111を含むトランジスタ151と、第2の酸化物半導体膜111bを含むゲート配線コンタクト部170と、を有する。なお、ゲート配線コンタクト部170は、ゲート配線105と配線112が電気的に接続される領域のことをいう。   The semiconductor device illustrated in FIGS. 25A and 25B includes a transistor 151 including a first oxide semiconductor film 110 and a second oxide semiconductor film 111 and a gate wiring including a second oxide semiconductor film 111b. Contact portion 170. Note that the gate wiring contact portion 170 is a region where the gate wiring 105 and the wiring 112 are electrically connected.

なお、図25(A)の一点鎖線G−Hはトランジスタ151のチャネル長方向を示している。また一点鎖線K−Lはトランジスタ151のチャネル幅方向を示している。   Note that a dashed-dotted line GH in FIG. 25A indicates the channel length direction of the transistor 151. A one-dot chain line KL indicates the channel width direction of the transistor 151.

トランジスタ151は、基板102上のゲート電極104と、ゲート電極104上の第1のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜108と、絶縁膜108上のゲート電極104と重畳する位置の第1の酸化物半導体膜110と、第1の酸化物半導体膜110上のソース電極112a及びドレイン電極112bと、第1の酸化物半導体膜110、ソース電極112a及びドレイン電極112b上の第2のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜114,116と、絶縁膜116上の第1の酸化物半導体膜110と重畳する位置の第2の酸化物半導体膜111aとを有する。第2の酸化物半導体膜111aは、トランジスタ151において第2のゲート電極としての機能を有する。すなわち、図25(A)、(B)に示すトランジスタ151は、所謂ダブルゲート構造である。   The transistor 151 includes a gate electrode 104 over the substrate 102, an insulating film 108 functioning as a first gate insulating film over the gate electrode 104, and a first oxide at a position overlapping with the gate electrode 104 over the insulating film 108. The semiconductor film 110, the source electrode 112a and the drain electrode 112b over the first oxide semiconductor film 110, and the second gate insulating film over the first oxide semiconductor film 110, the source electrode 112a and the drain electrode 112b And the second oxide semiconductor film 111a at a position overlapping with the first oxide semiconductor film 110 over the insulating film 116. The second oxide semiconductor film 111a functions as a second gate electrode in the transistor 151. That is, the transistor 151 illustrated in FIGS. 25A and 25B has a so-called double gate structure.

また、トランジスタ151上、より詳しくは、絶縁膜116及び第2の酸化物半導体膜111a上に絶縁膜118が形成されている。絶縁膜114、116は、トランジスタ151の第2のゲート絶縁膜として機能すると同時に、トランジスタ151の保護絶縁膜としての機能を有する。絶縁膜118は、トランジスタ151の保護絶縁膜としての機能を有する。   In addition, an insulating film 118 is formed over the transistor 151, more specifically, over the insulating film 116 and the second oxide semiconductor film 111a. The insulating films 114 and 116 function as a second gate insulating film of the transistor 151 and also have a function as a protective insulating film of the transistor 151. The insulating film 118 functions as a protective insulating film of the transistor 151.

ゲート配線コンタクト部170においては、絶縁膜108に設けられた開口144及び絶縁膜114,116に設けられた開口146を覆うように、ゲート配線105及び配線112上に第2の酸化物半導体膜111bが形成されている。   In the gate wiring contact portion 170, the second oxide semiconductor film 111 b is formed over the gate wiring 105 and the wiring 112 so as to cover the opening 144 provided in the insulating film 108 and the opening 146 provided in the insulating films 114 and 116. Is formed.

本実施の形態に示す半導体装置は、ゲート配線コンタクト部170において、ゲート配線105と配線112とが第2の酸化物半導体膜111bを介して電気的に接続される構成としている。このような構成により、開口144及び開口146を連続して形成することができるため、半導体装置の作製工程を短縮することができる。   In the semiconductor device described in this embodiment, the gate wiring 105 and the wiring 112 are electrically connected to each other through the second oxide semiconductor film 111b in the gate wiring contact portion 170. With such a structure, the opening 144 and the opening 146 can be formed successively, so that the manufacturing process of the semiconductor device can be shortened.

また、第2の酸化物半導体膜111b上に酸素の侵入をブロックする保護膜がない場合、高温高湿環境において第2の酸化物半導体膜111bが変質し、抵抗が増大する場合がある。本実施の形態に示す半導体装置は、第2の酸化物半導体膜111bが絶縁膜118に覆われているため、新たに保護膜を形成することなく半導体装置の高温高湿耐性を向上させることができる。   In addition, in the case where there is no protective film that blocks intrusion of oxygen over the second oxide semiconductor film 111b, the second oxide semiconductor film 111b may be altered and resistance may be increased in a high-temperature and high-humidity environment. In the semiconductor device described in this embodiment, since the second oxide semiconductor film 111b is covered with the insulating film 118, the high temperature and high humidity resistance of the semiconductor device can be improved without forming a new protective film. it can.

なお、絶縁膜118としては、少なくとも水素を含む絶縁膜を用いる。また、絶縁膜107、114、116としては、少なくとも酸素を含む絶縁膜を用いる。このように、トランジスタ151及びゲート配線コンタクト部170に用いる絶縁膜またはトランジスタ151及びゲート配線コンタクト部170に接する絶縁膜を、上述の構成の絶縁膜とすることによって、第1の酸化物半導体膜110及び第2の酸化物半導体膜111a、111bの抵抗率を制御することができる。   Note that as the insulating film 118, an insulating film containing at least hydrogen is used. As the insulating films 107, 114, and 116, an insulating film containing at least oxygen is used. In this manner, the insulating film used for the transistor 151 and the gate wiring contact portion 170 or the insulating film in contact with the transistor 151 and the gate wiring contact portion 170 is the insulating film having the above structure, whereby the first oxide semiconductor film 110 is formed. In addition, the resistivity of the second oxide semiconductor films 111a and 111b can be controlled.

なお、第1の酸化物半導体膜110、及び第2の酸化物半導体膜111a、111bの抵抗率については、実施の形態7の記載を参酌することで、制御することができる。   Note that the resistivity of the first oxide semiconductor film 110 and the second oxide semiconductor films 111a and 111b can be controlled by referring to the description in Embodiment 7.

実施の形態7の図19(A)、(B)に記載の半導体装置と、図25(A)、(B)に示す半導体装置の主な違いとしては、容量素子161の代わりにゲート配線コンタクト部170が設けられている点、トランジスタ151において第2のゲート電極の機能を有する第2の酸化物半導体膜111aが設けられている点、及び導電膜120を有さない点である。   A main difference between the semiconductor device shown in FIGS. 19A and 19B of the seventh embodiment and the semiconductor device shown in FIGS. 25A and 25B is that a gate wiring contact is used instead of the capacitor 161. The transistor 170 is provided, the transistor 151 is provided with the second oxide semiconductor film 111a having the function of the second gate electrode, and the conductive film 120 is not provided.

<表示装置の作製方法(変形例1)>
次に、図25(A)、(B)に示す半導体装置の作製方法の一例について、図26及び図27を用いて説明する。
<Method for Manufacturing Display Device (Modification 1)>
Next, an example of a method for manufacturing the semiconductor device illustrated in FIGS. 25A and 25B will be described with reference to FIGS.

まず、基板102上にゲート電極104及びゲート配線105を形成する。その後、ゲート電極104及びゲート配線105上に絶縁膜106、107を含む絶縁膜108を形成する(図26(A)参照)。ゲート配線105は、ゲート電極104と同様の材料を用いて同時に形成することができる。   First, the gate electrode 104 and the gate wiring 105 are formed over the substrate 102. After that, an insulating film 108 including insulating films 106 and 107 is formed over the gate electrode 104 and the gate wiring 105 (see FIG. 26A). The gate wiring 105 can be formed at the same time using a material similar to that of the gate electrode 104.

次に、絶縁膜108上のゲート電極104と重畳する位置に第1の酸化物半導体膜110を形成する(図26(B)参照)。   Next, the first oxide semiconductor film 110 is formed in a position overlapping with the gate electrode 104 over the insulating film 108 (see FIG. 26B).

第1の酸化物半導体膜110は、絶縁膜108上に酸化物半導体膜を成膜し、該酸化物半導体膜の所望の領域が残るようにパターニングし、その後不要な領域をエッチングすることで形成できる。   The first oxide semiconductor film 110 is formed by forming an oxide semiconductor film over the insulating film 108, patterning the oxide semiconductor film so that a desired region remains, and then etching unnecessary regions. it can.

なお、第1の酸化物半導体膜110のエッチング加工の際に、オーバーエッチングによって絶縁膜107の一部(第1の酸化物半導体膜110から露出した領域)がエッチングされ膜厚が減少することがある。   Note that in the etching process of the first oxide semiconductor film 110, part of the insulating film 107 (a region exposed from the first oxide semiconductor film 110) is etched by overetching, so that the film thickness decreases. is there.

第1の酸化物半導体膜110を形成後、熱処理を行うと好ましい。該熱処理は、実施の形態7の第1の酸化物半導体膜110形成後の熱処理を参酌することで行うことができる。   After the first oxide semiconductor film 110 is formed, heat treatment is preferably performed. This heat treatment can be performed in consideration of the heat treatment after the formation of the first oxide semiconductor film 110 in Embodiment 7.

次に、絶縁膜108、及び第1の酸化物半導体膜110上に導電膜を成膜し、該導電膜の所望の領域が残るようにパターニングし、その後不要な領域をエッチングすることでソース電極112a、ドレイン電極112b及び配線112を形成する(図26(C)参照)。配線112は、ソース電極112a及びドレイン電極112bと同様の材料を用いて同時に形成することができる。   Next, a conductive film is formed over the insulating film 108 and the first oxide semiconductor film 110, patterned so that a desired region of the conductive film remains, and then an unnecessary region is etched, whereby a source electrode is formed. 112a, a drain electrode 112b, and a wiring 112 are formed (see FIG. 26C). The wiring 112 can be formed at the same time using a material similar to that of the source electrode 112a and the drain electrode 112b.

次に、絶縁膜108、第1の酸化物半導体膜110a、ソース電極112a、ドレイン電極112b及び配線112上に絶縁膜114、116を形成する(図26(D)参照)。絶縁膜114、116の形成後に、実施の形態7で示した第1の加熱処理を行うことが好ましい。   Next, insulating films 114 and 116 are formed over the insulating film 108, the first oxide semiconductor film 110a, the source electrode 112a, the drain electrode 112b, and the wiring 112 (see FIG. 26D). After the insulating films 114 and 116 are formed, the first heat treatment described in Embodiment 7 is preferably performed.

次に、絶縁膜106、107、114、116の所望の領域が残るようにパターニングし、その後不要な領域をエッチングすることで開口144及び開口146を形成する(図27(A)参照)。   Next, patterning is performed so that desired regions of the insulating films 106, 107, 114, and 116 remain, and then unnecessary regions are etched to form openings 144 and 146 (see FIG. 27A).

開口144及び開口146は、配線112及びゲート配線105が露出するように形成する。開口144及び開口146の形成方法としては、例えば、ドライエッチング法を用いることができる。ただし、開口144及び開口146の形成方法としては、これに限定されず、ウエットエッチング法、またはドライエッチング法とウエットエッチング法を組み合わせた形成方法としてもよい。   The opening 144 and the opening 146 are formed so that the wiring 112 and the gate wiring 105 are exposed. As a method for forming the opening 144 and the opening 146, for example, a dry etching method can be used. However, the formation method of the opening 144 and the opening 146 is not limited to this, and may be a wet etching method or a formation method in which a dry etching method and a wet etching method are combined.

開口144及び開口146は、一度のパターニング後にエッチングすることで、同時に形成することができるため、作製工程を短縮することができる。   Since the opening 144 and the opening 146 can be formed at the same time by etching after patterning once, the manufacturing process can be shortened.

次に、絶縁膜116上の第1の酸化物半導体膜110と重畳する位置に第2の酸化物半導体膜111aを形成し、同時に開口144及び開口146を覆うように、絶縁膜116上に第2の酸化物半導体膜111bを形成する(図27(B)参照)。第2の酸化物半導体膜111a及び第2の酸化物半導体膜111bの形成方法は、実施の形態7で説明した第2の酸化物半導体膜111を参照できる。   Next, the second oxide semiconductor film 111a is formed in a position overlapping with the first oxide semiconductor film 110 over the insulating film 116, and at the same time, the second oxide semiconductor film 111a is formed over the insulating film 116 so as to cover the opening 144 and the opening 146. A second oxide semiconductor film 111b is formed (see FIG. 27B). The method for forming the second oxide semiconductor film 111a and the second oxide semiconductor film 111b can refer to the second oxide semiconductor film 111 described in Embodiment 7.

第2の酸化物半導体膜111a、111bは、絶縁膜116上に酸化物半導体膜を成膜し、該酸化物半導体膜の所望の領域が残るようにパターニングし、その後不要な領域をエッチングすることで形成できる。   The second oxide semiconductor films 111a and 111b are formed by forming an oxide semiconductor film over the insulating film 116, patterning the oxide semiconductor film so that a desired region remains, and then etching unnecessary regions. Can be formed.

なお、第2の酸化物半導体膜111a、111bのエッチング加工の際に、オーバーエッチングによって絶縁膜116の一部(第2の酸化物半導体膜111a、111bから露出した領域)がエッチングされ膜厚が減少することがある。   Note that at the time of etching the second oxide semiconductor films 111a and 111b, part of the insulating film 116 (region exposed from the second oxide semiconductor films 111a and 111b) is etched by overetching to have a film thickness. May decrease.

次に、絶縁膜116、及び第2の酸化物半導体膜111a、111b上に絶縁膜118を形成する(図27(C)参照)。絶縁膜118に含まれる水素が第2の酸化物半導体膜111a、111bに拡散すると、第2の酸化物半導体膜111a、111bの抵抗率が低下する。なお、第2の酸化物半導体膜111a、111bの抵抗率の低下に伴い、図27(B)と図27(C)に示す第2の酸化物半導体膜111a、111bのハッチングを変えて図示している。また、絶縁膜118の形成後に、実施の形態7で説明した第2の加熱処理を行ってもよい。   Next, the insulating film 118 is formed over the insulating film 116 and the second oxide semiconductor films 111a and 111b (see FIG. 27C). When hydrogen contained in the insulating film 118 diffuses into the second oxide semiconductor films 111a and 111b, the resistivity of the second oxide semiconductor films 111a and 111b decreases. Note that the hatching of the second oxide semiconductor films 111a and 111b illustrated in FIGS. 27B and 27C is changed as the resistivity of the second oxide semiconductor films 111a and 111b is decreased. ing. Further, after the insulating film 118 is formed, the second heat treatment described in Embodiment 7 may be performed.

以上の工程によって、トランジスタ151と、ゲート配線コンタクト部170とを同一基板上に形成することができる。   Through the above steps, the transistor 151 and the gate wiring contact portion 170 can be formed over the same substrate.

以上、本実施の形態で示す構成、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 structures, methods, and the like described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures, methods, and the like described in the other embodiments.

(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について、実施の形態7に示す半導体装置の変形例について、図28乃至図30を用いて説明する。なお、実施の形態7の図19乃至図24で示した符号と同様の箇所または同様の機能を有する箇所については同様の符号を用い、その繰り返しの説明は省略する。
(Embodiment 9)
In this embodiment, a modified example of the semiconductor device described in Embodiment 7 will be described with reference to FIGS. Note that portions similar to those shown in FIGS. 19 to 24 of Embodiment 7 or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals, and repetitive description thereof is omitted.

<半導体装置の構成例(変形例2)>
図28(A)は、本発明の一態様の半導体装置の上面図であり、図28(B)は、図28(A)の一点鎖線M−N間、一点鎖線O−P間、及び一点鎖線Q−R間における切断面の断面図に相当する。なお、図28(A)において、煩雑になることを避けるため、半導体装置の構成要素の一部(ゲート絶縁膜等)を省略して図示している。
<Configuration Example of Semiconductor Device (Modification 2)>
FIG. 28A is a top view of the semiconductor device of one embodiment of the present invention, and FIG. 28B illustrates a single-dot chain line MN, a single-dot chain line OP, and a single point in FIG. This corresponds to a cross-sectional view of a cut surface between chain lines Q-R. Note that in FIG. 28A, some components (such as a gate insulating film) of the semiconductor device are not illustrated in order to avoid complexity.

図28(A)、(B)に示す半導体装置は、第1の酸化物半導体膜110及び第2の酸化物半導体膜111を含むトランジスタ151と、ゲート配線コンタクト部171と、を有する。なお、ゲート配線コンタクト部171は、ゲート配線105と配線112が電気的に接続される領域のことをいう。   28A and 28B includes a transistor 151 including a first oxide semiconductor film 110 and a second oxide semiconductor film 111, and a gate wiring contact portion 171. The semiconductor device illustrated in FIGS. Note that the gate wiring contact portion 171 refers to a region where the gate wiring 105 and the wiring 112 are electrically connected.

なお、図28(A)の一点鎖線M−Nはトランジスタ151のチャネル長方向を示している。また一点鎖線Q−Rはトランジスタ151のチャネル幅方向を示している。   Note that a dashed-dotted line MN in FIG. 28A indicates the channel length direction of the transistor 151. An alternate long and short dash line QR indicates a channel width direction of the transistor 151.

トランジスタ151は、基板102上のゲート電極104と、ゲート電極104上の第1のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜108と、絶縁膜108上のゲート電極104と重畳する位置の第1の酸化物半導体膜110と、第1の酸化物半導体膜110上のソース電極112a及びドレイン電極112bと、第1の酸化物半導体膜110、ソース電極112a及びドレイン電極112b上の第2のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜114,116と、絶縁膜116上の第1の酸化物半導体膜110と重畳する位置の第2の酸化物半導体膜111aとを有する。第2の酸化物半導体膜111aは、トランジスタ151において第2のゲート電極としての機能を有する。すなわち、図28(A)、(B)に示すトランジスタ151は、所謂ダブルゲート構造である。   The transistor 151 includes a gate electrode 104 over the substrate 102, an insulating film 108 functioning as a first gate insulating film over the gate electrode 104, and a first oxide at a position overlapping with the gate electrode 104 over the insulating film 108. The semiconductor film 110, the source electrode 112a and the drain electrode 112b over the first oxide semiconductor film 110, and the second gate insulating film over the first oxide semiconductor film 110, the source electrode 112a and the drain electrode 112b And the second oxide semiconductor film 111a at a position overlapping with the first oxide semiconductor film 110 over the insulating film 116. The second oxide semiconductor film 111a functions as a second gate electrode in the transistor 151. That is, the transistor 151 illustrated in FIGS. 28A and 28B has a so-called double gate structure.

また、トランジスタ151上、より詳しくは、絶縁膜116及び第2の酸化物半導体膜111a上に絶縁膜118及び絶縁膜119が形成されている。絶縁膜114、116は、トランジスタ151の第2のゲート絶縁膜として機能すると同時に、トランジスタ151の保護絶縁膜としての機能を有する。絶縁膜118は、トランジスタ151の保護絶縁膜としての機能を有する。絶縁膜119は、平坦化膜としての機能を有する。また、絶縁膜114、116、118、119には、ドレイン電極112bに達する開口が形成されており、開口を覆うように絶縁膜119上に導電膜120が形成されている。該開口のうち、絶縁膜114,116に設けられた開口を開口146、絶縁膜119に設けられた開口を開口148とする。導電膜120は、例えば、画素電極としての機能を有する。   Further, the insulating film 118 and the insulating film 119 are formed over the transistor 151, more specifically, over the insulating film 116 and the second oxide semiconductor film 111a. The insulating films 114 and 116 function as a second gate insulating film of the transistor 151 and also have a function as a protective insulating film of the transistor 151. The insulating film 118 functions as a protective insulating film of the transistor 151. The insulating film 119 functions as a planarization film. In addition, an opening reaching the drain electrode 112b is formed in the insulating films 114, 116, 118, and 119, and a conductive film 120 is formed over the insulating film 119 so as to cover the opening. Among the openings, an opening provided in the insulating films 114 and 116 is an opening 146, and an opening provided in the insulating film 119 is an opening 148. The conductive film 120 functions as, for example, a pixel electrode.

ゲート配線コンタクト部171においては、絶縁膜108に設けられた開口144を覆うように、ゲート配線105上に配線112が形成されている。   In the gate wiring contact portion 171, a wiring 112 is formed on the gate wiring 105 so as to cover the opening 144 provided in the insulating film 108.

本実施の形態に示す半導体装置は、開口148において、絶縁膜118の端部と絶縁膜119の端部が概略一致している。このような構成を有するように半導体装置を作製することで、パターニングに用いるマスク枚数を削減することができ、ひいては製造コストを削減することができる。   In the semiconductor device described in this embodiment, the end portion of the insulating film 118 and the end portion of the insulating film 119 substantially coincide with each other in the opening 148. By manufacturing the semiconductor device so as to have such a structure, the number of masks used for patterning can be reduced, and thus the manufacturing cost can be reduced.

なお、絶縁膜118としては、少なくとも水素を含む絶縁膜を用いる。また、絶縁膜107、114、116としては、少なくとも酸素を含む絶縁膜を用いる。このように、トランジスタ151に用いる絶縁膜またはトランジスタ151に接する絶縁膜を、上述の構成の絶縁膜とすることによって、トランジスタ151が有する第1の酸化物半導体膜110及び第2の酸化物半導体膜111aの抵抗率を制御することができる。   Note that as the insulating film 118, an insulating film containing at least hydrogen is used. As the insulating films 107, 114, and 116, an insulating film containing at least oxygen is used. In this manner, the insulating film used for the transistor 151 or the insulating film in contact with the transistor 151 is an insulating film having the above structure, whereby the first oxide semiconductor film 110 and the second oxide semiconductor film included in the transistor 151 are used. The resistivity of 111a can be controlled.

なお、第1の酸化物半導体膜110、及び第2の酸化物半導体膜111aの抵抗率については、実施の形態7の記載を参酌することで、制御することができる。   Note that the resistivity of the first oxide semiconductor film 110 and the second oxide semiconductor film 111a can be controlled with reference to the description in Embodiment 7.

実施の形態7の図19(A)、(B)に記載の半導体装置と、図28(A)、(B)に示す半導体装置の主な違いとしては、容量素子161の代わりにゲート配線コンタクト部171が設けられている点、トランジスタ151において第2のゲート電極の機能を有する第2の酸化物半導体膜111aが設けられている点、及び絶縁膜119が設けられている点である。   A main difference between the semiconductor device shown in FIGS. 19A and 19B of the seventh embodiment and the semiconductor device shown in FIGS. 28A and 28B is that a gate wiring contact is used instead of the capacitor 161. A portion 171 is provided, a second oxide semiconductor film 111a having a function of a second gate electrode is provided in the transistor 151, and an insulating film 119 is provided.

<表示装置の作製方法(変形例2)>
次に、図28(A)、(B)に示す半導体装置の作製方法の一例について、図29及び図30を用いて説明する。
<Method for Manufacturing Display Device (Modification 2)>
Next, an example of a method for manufacturing the semiconductor device illustrated in FIGS. 28A and 28B will be described with reference to FIGS.

まず、基板102上にゲート電極104及びゲート配線105を形成する。その後、ゲート電極104及びゲート配線105上に絶縁膜106、107を含む絶縁膜108を形成する。ゲート配線105は、ゲート電極104と同様の材料を用いて同時に形成することができる。   First, the gate electrode 104 and the gate wiring 105 are formed over the substrate 102. After that, an insulating film 108 including insulating films 106 and 107 is formed over the gate electrode 104 and the gate wiring 105. The gate wiring 105 can be formed at the same time using a material similar to that of the gate electrode 104.

次に、絶縁膜108上のゲート電極104と重畳する位置に第1の酸化物半導体膜110を形成する(図29(A)参照)。   Next, a first oxide semiconductor film 110 is formed in a position overlapping with the gate electrode 104 over the insulating film 108 (see FIG. 29A).

第1の酸化物半導体膜110は、絶縁膜108上に酸化物半導体膜を成膜し、該酸化物半導体膜の所望の領域が残るようにパターニングし、その後不要な領域をエッチングすることで形成できる。   The first oxide semiconductor film 110 is formed by forming an oxide semiconductor film over the insulating film 108, patterning the oxide semiconductor film so that a desired region remains, and then etching unnecessary regions. it can.

なお、第1の酸化物半導体膜110のエッチング加工の際に、オーバーエッチングによって絶縁膜108の一部(第1の酸化物半導体膜110から露出した領域)がエッチングされ膜厚が減少することがある。   Note that when the first oxide semiconductor film 110 is etched, part of the insulating film 108 (a region exposed from the first oxide semiconductor film 110) is etched by overetching, so that the film thickness is reduced. is there.

第1の酸化物半導体膜110を形成後、熱処理を行うと好ましい。該熱処理は、実施の形態7の第1の酸化物半導体膜110形成後の熱処理を参酌することで行うことができる。   After the first oxide semiconductor film 110 is formed, heat treatment is preferably performed. This heat treatment can be performed in consideration of the heat treatment after the formation of the first oxide semiconductor film 110 in Embodiment 7.

次に、絶縁膜106、107の所望の領域が残るようにパターニングし、その後不要な領域をエッチングすることで開口144を形成する(図29(B)参照)。   Next, patterning is performed so that a desired region of the insulating films 106 and 107 remains, and then an unnecessary region is etched to form an opening 144 (see FIG. 29B).

開口144としては、ゲート配線105が露出するように形成する。開口144の形成方法としては、例えば、ドライエッチング法を用いることができる。ただし、開口144の形成方法としては、これに限定されず、ウエットエッチング法、またはドライエッチング法とウエットエッチング法を組み合わせた形成方法としてもよい。   The opening 144 is formed so that the gate wiring 105 is exposed. As a method for forming the opening 144, for example, a dry etching method can be used. However, the formation method of the opening 144 is not limited to this, and may be a wet etching method or a formation method in which a dry etching method and a wet etching method are combined.

次に、絶縁膜108、ゲート配線105及び第1の酸化物半導体膜110上に導電膜を成膜し、該導電膜の所望の領域が残るようにパターニングし、その後不要な領域をエッチングすることでソース電極112a、ドレイン電極112b及び配線112を形成する(図17(C)参照)。配線112は、ソース電極112a及びドレイン電極112bと同様の材料を用いて同時に形成することができる。   Next, a conductive film is formed over the insulating film 108, the gate wiring 105, and the first oxide semiconductor film 110, patterned so that a desired region of the conductive film remains, and then unnecessary regions are etched. Thus, the source electrode 112a, the drain electrode 112b, and the wiring 112 are formed (see FIG. 17C). The wiring 112 can be formed at the same time using a material similar to that of the source electrode 112a and the drain electrode 112b.

次に、絶縁膜108、第1の酸化物半導体膜110a、ソース電極112a、ドレイン電極112b及び配線112上に絶縁膜114、116を形成する。絶縁膜114、116の形成後に、実施の形態7で示した第1の加熱処理を行うことが好ましい。   Next, insulating films 114 and 116 are formed over the insulating film 108, the first oxide semiconductor film 110 a, the source electrode 112 a, the drain electrode 112 b, and the wiring 112. After the insulating films 114 and 116 are formed, the first heat treatment described in Embodiment 7 is preferably performed.

次に、絶縁膜114、116の所望の領域が残るようにパターニングし、その後不要な領域をエッチングすることで開口146を形成する(図29(D)参照)。   Next, patterning is performed so that desired regions of the insulating films 114 and 116 remain, and then unnecessary regions are etched to form openings 146 (see FIG. 29D).

開口146としては、ドレイン電極112bが露出するように形成する。開口146の形成方法としては、例えば、ドライエッチング法を用いることができる。ただし、開口146の形成方法としては、これに限定されず、ウエットエッチング法、またはドライエッチング法とウエットエッチング法を組み合わせた形成方法としてもよい。   The opening 146 is formed so that the drain electrode 112b is exposed. As a method for forming the opening 146, for example, a dry etching method can be used. However, the method for forming the opening 146 is not limited to this, and a wet etching method or a formation method in which a dry etching method and a wet etching method are combined may be used.

次に、絶縁膜116上の第1の酸化物半導体膜110と重畳する位置に第2の酸化物半導体膜111aを形成する。第2の酸化物半導体膜111aの形成方法は、実施の形態7で説明した第2の酸化物半導体膜111を参照できる。   Next, the second oxide semiconductor film 111a is formed in a position overlapping with the first oxide semiconductor film 110 over the insulating film 116. For the formation method of the second oxide semiconductor film 111a, the second oxide semiconductor film 111 described in Embodiment 7 can be referred to.

第2の酸化物半導体膜111aは、絶縁膜116上に酸化物半導体膜を成膜し、該酸化物半導体膜の所望の領域が残るようにパターニングし、その後不要な領域をエッチングすることで形成できる。   The second oxide semiconductor film 111a is formed by forming an oxide semiconductor film over the insulating film 116, patterning the oxide semiconductor film so that a desired region remains, and then etching unnecessary regions. it can.

なお、第2の酸化物半導体膜111aのエッチング加工の際に、オーバーエッチングによって絶縁膜116の一部(第2の酸化物半導体膜111aから露出した領域)がエッチングされ膜厚が減少することがある。   Note that when the second oxide semiconductor film 111a is etched, part of the insulating film 116 (a region exposed from the second oxide semiconductor film 111a) is etched by overetching, so that the film thickness decreases. is there.

次に、絶縁膜116、第2の酸化物半導体膜111a、及びドレイン電極112b上に絶縁膜118を形成する。絶縁膜118に含まれる水素が第2の酸化物半導体膜111aに拡散すると、第2の酸化物半導体膜111aの抵抗率が低下する。   Next, the insulating film 118 is formed over the insulating film 116, the second oxide semiconductor film 111a, and the drain electrode 112b. When hydrogen contained in the insulating film 118 is diffused into the second oxide semiconductor film 111a, the resistivity of the second oxide semiconductor film 111a is decreased.

次に、絶縁膜118上に絶縁膜119を形成する(図30(A)参照)。絶縁膜119としては、例えばポリイミド樹脂、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。絶縁膜上に有機樹脂膜を形成し、所望の領域が残るようにパターニングし、その後不要な領域をエッチングすることで、開口146と重畳する位置に開口を形成する。   Next, an insulating film 119 is formed over the insulating film 118 (see FIG. 30A). As the insulating film 119, for example, a heat-resistant organic material such as polyimide resin, acrylic resin, polyimide amide resin, benzocyclobutene resin, polyamide resin, or epoxy resin can be used. An organic resin film is formed over the insulating film, patterned to leave a desired region, and then an unnecessary region is etched to form an opening at a position overlapping with the opening 146.

次に、開口を有する絶縁膜119をマスクとして絶縁膜118をエッチングすることで、開口148を形成する(図30(B)参照)。絶縁膜119をマスクに用いることができるため、開口148を形成するための新たなマスクが不要であり、またパターニングを省略することができる。よって、半導体装置の製造コストを削減することができる。   Next, the opening 148 is formed by etching the insulating film 118 using the insulating film 119 having an opening as a mask (see FIG. 30B). Since the insulating film 119 can be used as a mask, a new mask for forming the opening 148 is unnecessary and patterning can be omitted. Therefore, the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced.

次に、開口148を覆うように絶縁膜119上に導電膜を成膜し、該導電膜の所望の形状が残るようにパターニング及びエッチングを行い、導電膜120を形成する(図30(C)参照)。   Next, a conductive film is formed over the insulating film 119 so as to cover the opening 148, and patterning and etching are performed so that a desired shape of the conductive film remains, so that the conductive film 120 is formed (FIG. 30C). reference).

以上の工程によって、トランジスタ151と、ゲート配線コンタクト部171とを同一基板上に形成することができる。   Through the above steps, the transistor 151 and the gate wiring contact portion 171 can be formed over the same substrate.

以上、本実施の形態で示す構成、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 structures, methods, and the like described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures, methods, and the like described in the other embodiments.

(実施の形態10)
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置のトランジスタ、容量素子、及びゲート配線コンタクト部に適用可能な酸化物半導体の一例について説明する。
(Embodiment 10)
In this embodiment, an example of an oxide semiconductor that can be used for a transistor, a capacitor, and a gate wiring contact portion of the semiconductor device of one embodiment of the present invention will be described.

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

本明細書において、「平行」とは、二つの直線が−10°以上10°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、−5°以上5°以下の場合も含まれる。また、「略平行」とは、二つの直線が−30°以上30°以下の角度で配置されている状態をいう。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。また、「略垂直」とは、二つの直線が60°以上120°以下の角度で配置されている状態をいう。   In this specification, “parallel” refers to a state in which two straight lines are arranged at an angle of −10 ° to 10 °. Therefore, the case of −5 ° to 5 ° is also included. Further, “substantially parallel” means a state in which two straight lines are arranged at an angle of −30 ° to 30 °. “Vertical” refers to a state in which two straight lines are arranged at an angle of 80 ° to 100 °. Therefore, the case of 85 ° to 95 ° is also included. Further, “substantially vertical” means a state in which two straight lines are arranged at an angle of 60 ° to 120 °.

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

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

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−aligned crystalline oxide semiconductor、または、c−axis aligned and a−b−plane anchored crystal oxide semiconductor)、多結晶酸化物半導体、nc−OS(nanocrystalline oxide semiconductor)、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。   An oxide semiconductor is classified into a single crystal oxide semiconductor and a non-single-crystal oxide semiconductor. As the non-single-crystal oxide semiconductor, a CAAC-OS (c-axis-aligned crystal oxide semiconductor, or c-axis-aligned and a-b-plane anodized semiconductor oxide semiconductor, Examples thereof include a nanocrystalline oxide semiconductor (a-like OS), an amorphous-oxide semiconductor (a-like OS), and an amorphous oxide semiconductor.

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 point of view, oxide semiconductors are classified into amorphous oxide semiconductors and other crystalline oxide semiconductors. Examples of a crystalline oxide semiconductor include a single crystal oxide semiconductor, a CAAC-OS, a polycrystalline oxide semiconductor, and an nc-OS.

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 structures are generally isotropic, have no heterogeneous structure, are metastable, have no fixed atomic arrangement, have a flexible bond angle, have short-range order, but long-range order It is said that it does not have.

即ち、安定な酸化物半導体を完全な非晶質(completely amorphous)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。   That is, a stable oxide semiconductor cannot be called a complete amorphous oxide semiconductor. In addition, an oxide semiconductor that is not isotropic (for example, has a periodic structure in a minute region) cannot be called a complete amorphous oxide semiconductor. On the other hand, an a-like OS is not isotropic but has an unstable structure having a void (also referred to as a void). In terms of being unstable, a-like OS is physically close to an amorphous oxide semiconductor.

<CAAC−OS>
まずは、CAAC−OSについて説明する。
<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。   A 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InGaZnO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31(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、InGaZnO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、CAAC−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) is described. For example, when CAAC-OS including an InGaZnO 4 crystal classified into the space group R-3m is subjected to structural analysis by an out-of-plane method, a diffraction angle (2θ) as illustrated in FIG. Shows a peak near 31 °. Since this peak is attributed to the (009) plane of the InGaZnO 4 crystal, in CAAC-OS, the crystal has a c-axis orientation, and the plane on which the c-axis forms a CAAC-OS film (formation target) It can also be confirmed that it faces a direction substantially perpendicular to the upper surface. In addition to the peak where 2θ is around 31 °, a peak may also appear when 2θ is around 36 °. The peak where 2θ is around 36 ° is attributed to the crystal structure classified into the space group Fd-3m. Therefore, the CAAC-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−plane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、InGaZnO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31(B)に示すように明瞭なピークは現れない。一方、単結晶InGaZnOに対し、2θを56°近傍に固定してφスキャンした場合、図31(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, when structural analysis is performed on the CAAC-OS by an in-plane method in which X-rays are incident from a direction parallel to a formation surface, a peak appears at 2θ of around 56 °. This peak is attributed to the (110) plane of the InGaZnO 4 crystal. Even if 2θ is fixed in the vicinity of 56 ° and the analysis (φ scan) is performed while rotating the sample with the normal vector of the sample surface as the axis (φ axis), as shown in FIG. No peak appears. On the other hand, when φ scan is performed with 2θ fixed at around 56 ° with respect to single crystal InGaZnO 4 , six peaks attributed to a crystal plane equivalent to the (110) plane are observed as shown in FIG. Is done. Therefore, structural analysis using XRD can confirm that the CAAC-OS has irregular orientations in the a-axis and the b-axis.

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、InGaZnO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31(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、InGaZnO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31(E)に示す。図31(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31(E)における第1リングは、InGaZnO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31(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, a CAAC-OS analyzed by electron diffraction will be described. For example, when an electron beam with a probe diameter of 300 nm is incident on a CAAC-OS including an InGaZnO 4 crystal in parallel with a formation surface of the CAAC-OS, a diffraction pattern (restricted field of view) as illustrated in FIG. Sometimes referred to as an electron diffraction pattern). This diffraction pattern includes spots caused by the (009) plane of the InGaZnO 4 crystal. Therefore, electron diffraction shows that the pellets included in the CAAC-OS have c-axis alignment, and the c-axis is in a direction substantially perpendicular to the formation surface or the top surface. On the other hand, FIG. 31E shows a diffraction pattern obtained when an electron beam with a probe diameter of 300 nm is incident on the same sample in a direction perpendicular to the sample surface. A ring-shaped diffraction pattern is confirmed from FIG. Therefore, it can be seen that the a-axis and the b-axis of the pellet included in the CAAC-OS have no orientation even by electron diffraction using an electron beam with a probe diameter of 300 nm. Note that the first ring in FIG. 31E is considered to originate from the (010) plane and the (100) plane of the InGaZnO 4 crystal. Further, the second ring in FIG. 31E is considered to be due to the (110) plane and the like.

また、透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)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、CAAC−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, when a composite analysis image (also referred to as a high-resolution TEM image) of a bright field image and a diffraction pattern of a CAAC-OS is observed with a transmission electron microscope (TEM), a plurality of pellets are confirmed. Can do. On the other hand, even in a high-resolution TEM image, the boundary between pellets, that is, a crystal grain boundary (also referred to as a grain boundary) may not be clearly confirmed. Therefore, it can be said that the CAAC-OS does not easily lower the electron mobility due to the crystal grain boundary.

図32(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 Aberration 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. 32A 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 the high-resolution TEM image, a spherical aberration correction function was used. A high-resolution TEM image using the spherical aberration correction function is particularly referred to as a Cs-corrected high-resolution TEM image. The Cs-corrected high resolution TEM image can be observed, for example, with an atomic resolution analytical electron microscope JEM-ARM200F manufactured by JEOL Ltd.

図32(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 nanocrystals)を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。ペレットは、CAAC−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. 32A, 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 referred to as a nanocrystal (nc). In addition, the CAAC-OS can be referred to as an oxide semiconductor including CANC (c-axis aligned nanocrystals). The pellet reflects the unevenness of the surface or top surface of the CAAC-OS film, and is parallel to the surface or top surface of the CAAC-OS.

また、図32(B)および図32(C)に、試料面と略垂直な方向から観察したCAAC−OSの平面のCs補正高分解能TEM像を示す。図32(D)および図32(E)は、それぞれ図32(B)および図32(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32(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。 FIGS. 32B and 32C show Cs-corrected high-resolution TEM images of the plane of the CAAC-OS observed from the direction substantially perpendicular to the sample surface. 32D and 32E are images obtained by performing image processing on FIGS. 32B and 32C, respectively. Hereinafter, an image processing method will be described. First, an FFT image is acquired by performing Fast Fourier Transform (FFT) processing on FIG. Then, relative to the origin in the FFT image acquired, for masking leaves a range between 5.0 nm -1 from 2.8 nm -1. Next, the FFT-processed mask image is subjected to an inverse fast Fourier transform (IFFT) process to obtain an image-processed image. The image acquired in this way is called an FFT filtered image. The FFT filtered image is an image obtained by extracting periodic components from the Cs-corrected high-resolution TEM image, and shows a lattice arrangement.

図32(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. 32D, the portion where the lattice arrangement is disturbed is indicated by a broken line. A region surrounded by a broken line is one pellet. And the location shown with the broken line is the connection part of a pellet and a pellet. Since the broken line has a hexagonal shape, it can be seen that the pellet has a hexagonal shape. In addition, the shape of a pellet is not necessarily a regular hexagonal shape, and is often a non-regular hexagonal shape.

図32(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配列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. 32E, a portion where the orientation of the lattice arrangement changes between a region where the lattice arrangement is aligned and a region where another lattice arrangement is aligned is indicated by a dotted line, and the change in the orientation of the lattice arrangement is shown. It is indicated by a broken line. A clear crystal grain boundary cannot be confirmed even in the vicinity of the dotted line. A distorted hexagon can be formed by connecting the surrounding lattice points around the lattice points near the dotted line. That is, it can be seen that the formation of crystal grain boundaries is suppressed by distorting the lattice arrangement. This is because the CAAC-OS can tolerate distortion due to the fact that the atomic arrangement is not dense in the ab plane direction and the bond distance between atoms changes due to substitution of metal elements. Conceivable.

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、CAAC−OSを、CAA crystal(c−axis−aligned and a−b−plane−anchored crystal)と称することもできる。   As described above, the CAAC-OS has a c-axis alignment and a crystal structure in which a plurality of pellets (nanocrystals) are connected in the ab plane direction to have a strain. Therefore, the CAAC-OS can also be referred to as CAA crystal (c-axis-aligned and a-b-plane-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、CAAC−OS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. Since the crystallinity of an oxide semiconductor may be deteriorated by entry of impurities, generation of defects, or the like, the CAAC-OS can be said to be an oxide semiconductor with few impurities and defects (such as oxygen vacancies).

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 means an element other than the main components 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 included in an oxide semiconductor, disturbs the atomic arrangement of the oxide semiconductor by depriving the oxide semiconductor of oxygen, thereby reducing crystallinity. It becomes a factor. In addition, heavy metals such as iron and nickel, argon, carbon dioxide, and the like have large atomic radii (or molecular radii), which disturbs the atomic arrangement of the oxide semiconductor and decreases 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。   In the case where an oxide semiconductor has impurities or defects, characteristics may fluctuate due to light, heat, or the like. For example, an impurity contained in the oxide semiconductor might serve as a carrier trap or a carrier generation source. For example, oxygen vacancies in the oxide semiconductor may serve as carrier traps or may 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/cm未満、好ましくは1×1011/cm未満、さらに好ましくは1×1010個/cm未満であり、1×10−9個/cm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。 A CAAC-OS with few impurities and oxygen vacancies is an oxide semiconductor with low carrier density. Specifically, less than 8 × 10 11 atoms / cm 3, preferably 1 × 10 11 / cm less than 3, more preferably less than 1 × 10 10 atoms / cm 3, 1 × 10 -9 / cm 3 or An oxide semiconductor having the above carrier density can be obtained. 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.

<nc−OS>
次に、nc−OSについて説明する。
<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 an out-of-plane method, a peak indicating orientation does not appear. That is, the nc-OS crystal has no orientation.

また、例えば、InGaZnOの結晶を有するnc−OSを薄片化し、厚さが34nm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33(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33(B)に示す。図33(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。 For example, when an nc-OS including an InGaZnO 4 crystal is thinned and an electron beam with a probe diameter of 50 nm is incident on a region with a thickness of 34 nm in parallel to the formation surface, FIG. A ring-shaped diffraction pattern (nanobeam electron diffraction pattern) as shown is observed. FIG. 33B shows a diffraction pattern (nanobeam electron diffraction pattern) obtained when an electron beam with a probe diameter of 1 nm is incident on the same sample. From FIG. 33B, a plurality of spots are observed in the ring-shaped region. Therefore, nc-OS does not confirm order when an electron beam with a probe diameter of 50 nm is incident, but confirms order when an electron beam with a probe diameter of 1 nm is incident.

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33(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。   Further, when an electron beam having a probe diameter of 1 nm is incident on a region having a thickness of less than 10 nm, an electron diffraction pattern in which spots are arranged in a substantially regular hexagonal shape is observed as shown in FIG. There is a case. Therefore, it can be seen that the nc-OS has a highly ordered region, that is, a crystal in a thickness range of less than 10 nm. Note that there are some regions where a regular electron diffraction pattern is not observed because the crystal faces in various directions.

図33(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. 33D shows a Cs-corrected high-resolution TEM image of a cross section of the nc-OS observed from a direction substantially parallel to the formation surface. The nc-OS has a region in which a crystal part can be confirmed, such as a portion indicated by an auxiliary line, and a region in which a clear crystal part cannot be confirmed in a high-resolution TEM image. A crystal part included in the nc-OS has a size of 1 nm to 10 nm, particularly a size of 1 nm to 3 nm in many cases. Note that an oxide semiconductor in which the size of a crystal part is greater than 10 nm and less than or equal to 100 nm is sometimes referred to as a fine crystal oxide semiconductor. For example, the nc-OS may not be able to clearly confirm a crystal grain boundary in a high-resolution TEM image. Note that the nanocrystal may have the same origin as the pellet in the CAAC-OS. Therefore, the crystal part of nc-OS is sometimes referred to as 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。   Thus, the nc-OS has a periodicity in atomic arrangement in a minute region (for example, a region of 1 nm to 10 nm, particularly a region of 1 nm to 3 nm). In addition, the nc-OS has no regularity in crystal orientation between different pellets. Therefore, orientation is not seen in the whole film. Therefore, the nc-OS may not be distinguished from an a-like OS or an amorphous oxide semiconductor depending on an 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。   Note that since the crystal orientation is not regular between pellets (nanocrystals), 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 that has higher regularity than an amorphous oxide semiconductor. Therefore, the nc-OS has a lower density of defect states than an a-like OS or an amorphous oxide semiconductor. Note that the nc-OS does not have regularity in crystal orientation between different pellets. Therefore, the nc-OS has a higher density of defect states than the CAAC-OS.

<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。
<A-like OS>
The a-like OS is an oxide semiconductor having a structure between the nc-OS and an amorphous oxide semiconductor.

図34に、a−like OSの高分解能断面TEM像を示す。ここで、図34(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34(B)は4.3×10/nm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34(A)および図34(B)より、a−like OS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. 34 shows a high-resolution cross-sectional TEM image of the a-like OS. Here, FIG. 34A is a high-resolution cross-sectional TEM image of the a-like OS at the start of electron irradiation. FIG. 34B is a high-resolution cross-sectional TEM image of the a-like OS after irradiation with electrons (e ) of 4.3 × 10 8 e / nm 2 . 34A and 34B, it can be seen that the a-like OS has a striped bright region extending in the vertical direction from the start of electron irradiation. It can also be seen that the shape of the bright region changes after 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−like 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. Hereinafter, in order to show that the a-like OS has an unstable structure as compared with the CAAC-OS and the nc-OS, changes in the structure due to electron irradiation are 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. Each sample is an In—Ga—Zn oxide.

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. Each sample has a crystal part by a high-resolution cross-sectional TEM image.

なお、InGaZnO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、InGaZnOの結晶部と見なした。なお、格子縞は、InGaZnOの結晶のa−b面に対応する。 Note that a unit cell of an InGaZnO 4 crystal has a structure in which three In—O layers and six Ga—Zn—O layers have a total of nine layers stacked in the c-axis direction. Are known. The spacing between these adjacent layers is about the same as the lattice spacing (also referred to as d value) of the (009) plane, and the value is determined to be 0.29 nm from crystal structure analysis. Therefore, in the following, a portion where the interval between lattice fringes is 0.28 nm or more and 0.30 nm or less is regarded as a crystal part of InGaZnO 4 . Note that the lattice fringes correspond to the ab plane of the InGaZnO 4 crystal.

図35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35より、a−like 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35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4.2×10/nm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、nc−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/nm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35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6.7×10/(nm・s)、照射領域の直径を230nmとした。 FIG. 35 is an example in which the average size of crystal parts (22 to 30 locations) of each sample was examined. Note that the length of the lattice stripes described above is the size of the crystal part. From FIG. 35, it can be seen that in the a-like OS, the crystal part becomes larger in accordance with the cumulative dose of electrons related to the acquisition of the TEM image and the like. From FIG. 35, the accumulated irradiation dose of electrons (e ) of the crystal part (also referred to as initial nucleus) which was about 1.2 nm in the initial observation by TEM is 4.2 × 10 8 e / nm. In FIG. 2 , it can be seen that the crystal has grown to a size of about 1.9 nm. On the other hand, in the nc-OS and the CAAC-OS, there is no change in the size of the crystal part in the range of the cumulative electron dose from the start of electron irradiation to 4.2 × 10 8 e / nm 2. I understand. FIG. 35 indicates that the crystal part sizes of the nc-OS and the CAAC-OS are approximately 1.3 nm and 1.8 nm, respectively, regardless of the cumulative electron dose. Note that a Hitachi transmission electron microscope H-9000NAR was used for electron beam irradiation and TEM observation. The electron beam irradiation conditions were an acceleration voltage of 300 kV, a current density of 6.7 × 10 5 e / (nm 2 · s), and an irradiation region diameter 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, a crystal part may be grown by electron irradiation. On the other hand, in the nc-OS and the CAAC-OS, the crystal part is hardly grown by electron irradiation. That is, it can be seen that the a-like OS has an unstable structure compared to 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%未満である。また、nc−OSの密度およびCAAC−OSの密度は、同じ組成の単結晶の密度の92.3%以上100%未満である。単結晶の密度の78%未満である酸化物半導体は、成膜すること自体が困難である。   In addition, 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. Further, the density of the nc-OS and the density of the CAAC-OS are 92.3% or more and less than 100% of the density of the single crystal having the same composition. An oxide semiconductor having a density of less than 78% of the single crystal is difficult to form.

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InGaZnOの密度は6.357g/cmである。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/cm以上5.9g/cm未満である。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/cm以上6.3g/cm未満である。 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 . Thus, for example, in an oxide semiconductor that satisfies 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. . For example, in the oxide semiconductor satisfying In: Ga: Zn = 1: 1: 1 [atomic ratio], the density of the nc-OS and the density of the CAAC-OS is 5.9 g / cm 3 or more and 6.3 g / less than cm 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。   Note that when single crystals having the same composition do not exist, it is possible to estimate a density corresponding to a single crystal having a desired composition by combining single crystals having different compositions at an arbitrary ratio. What is necessary is just to estimate the density corresponding to the single crystal of a desired composition using a weighted average with respect to the ratio which combines the single crystal from which a composition differs. 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 various properties. Note that the oxide semiconductor may be a stacked film including two or more of an amorphous oxide semiconductor, an a-like OS, an nc-OS, and a CAAC-OS, for example.

<CAAC−OSの成膜方法>
以下では、CAAC−OSの成膜方法の一例について説明する。
<CAAC-OS Film Formation Method>
An example of a CAAC-OS film formation method is described below.

図36は、成膜室内の模式図である。CAAC−OSは、スパッタリング法により成膜することができる。   FIG. 36 is a schematic diagram of a film formation chamber. The CAAC-OS can be formed by a sputtering method.

図36に示すように、基板5220とターゲット5230とは向かい合うように配置している。基板5220とターゲット5230との間にはプラズマ5240がある。また、基板5220の下部には加熱機構5260が設けられている。図示しないが、ターゲット5230は、バッキングプレートに接着されている。バッキングプレートを介してターゲット5230と向かい合う位置には、複数のマグネットが配置される。マグネットの磁場を利用して成膜速度を高めるスパッタリング法は、マグネトロンスパッタリング法と呼ばれる。   As shown in FIG. 36, the substrate 5220 and the target 5230 are arranged to face each other. There is plasma 5240 between the substrate 5220 and the target 5230. A heating mechanism 5260 is provided below the substrate 5220. Although not shown, the target 5230 is bonded to the backing plate. A plurality of magnets are arranged at positions facing the target 5230 via the backing plate. A sputtering method that uses a magnetic field to increase the deposition rate is called a magnetron sputtering method.

基板5220とターゲット5230との距離d(ターゲット−基板間距離(T−S間距離)ともいう。)は0.01m以上1m以下、好ましくは0.02m以上0.5m以下とする。成膜室内は、ほとんどが成膜ガス(例えば、酸素、アルゴン、または酸素を5体積%以上の割合で含む混合ガス)で満たされ、0.01Pa以上100Pa以下、好ましくは0.1Pa以上10Pa以下に制御される。ここで、ターゲット5230に一定以上の電圧を印加することで、放電が始まり、プラズマ5240が確認される。なお、ターゲット5230の近傍には磁場によって、高密度プラズマ領域が形成される。高密度プラズマ領域では、成膜ガスがイオン化することで、イオン5201が生じる。イオン5201は、例えば、酸素の陽イオン(O)やアルゴンの陽イオン(Ar)などである。 A distance d (also referred to as a target-substrate distance (T-S distance)) between the substrate 5220 and the target 5230 is 0.01 m or more and 1 m or less, preferably 0.02 m or more and 0.5 m or less. The film formation chamber is mostly filled with a film forming gas (for example, oxygen, argon, or a mixed gas containing oxygen at a ratio of 5% by volume or more), and is 0.01 Pa to 100 Pa, preferably 0.1 Pa to 10 Pa. Controlled. Here, by applying a voltage of a certain level or higher to the target 5230, discharge starts and plasma 5240 is confirmed. Note that a high-density plasma region is formed in the vicinity of the target 5230 by a magnetic field. In the high-density plasma region, ions 5201 are generated by ionizing the deposition gas. The ion 5201 is, for example, an oxygen cation (O + ) or an argon cation (Ar + ).

ターゲット5230は、複数の結晶粒を有する多結晶構造を有し、いずれかの結晶粒には劈開面が含まれる。一例として、図37に、ターゲット5230に含まれるInMZnO(元素Mは、例えばAl、Ga、YまたはSn)の結晶構造を示す。なお、図37(A)は、b軸に平行な方向から観察した場合のInMZnOの結晶構造である。InMZnOの結晶では、酸素原子が負の電荷を有することにより、近接する二つのM−Zn−O層の間に斥力が生じている。そのため、InMZnOの結晶は、近接する二つのM−Zn−O層の間に劈開面を有する。 The target 5230 has a polycrystalline structure having a plurality of crystal grains, and any one of the crystal grains includes a cleavage plane. As an example, FIG. 37 illustrates a crystal structure of InMZnO 4 (the element M is, for example, Al, Ga, Y, or Sn) included in the target 5230. Note that FIG. 37A illustrates a crystal structure of InMZnO 4 when observed from a direction parallel to the b-axis. In the InMZnO 4 crystal, a repulsive force is generated between two adjacent M—Zn—O layers because the oxygen atom has a negative charge. Therefore, the InMZnO 4 crystal has a cleavage plane between two adjacent M—Zn—O layers.

高密度プラズマ領域で生じたイオン5201は、電界によってターゲット5230側に加速され、やがてターゲット5230と衝突する。このとき、劈開面から平板状またはペレット状のスパッタ粒子であるペレット5200が剥離する(図36参照)。ペレット5200は、図37(A)に示す二つの劈開面に挟まれた部分である。よって、ペレット5200のみ抜き出すと、その断面は図37(B)のようになり、上面は図37(C)のようになることがわかる。なお、ペレット5200は、イオン5201の衝突の衝撃によって、構造に歪みが生じる場合がある。   The ions 5201 generated in the high-density plasma region are accelerated toward the target 5230 by the electric field and eventually collide with the target 5230. At this time, the pellet 5200, which is flat or pellet-like sputtered particles, peels from the cleavage plane (see FIG. 36). The pellet 5200 is a portion sandwiched between two cleavage planes shown in FIG. Therefore, when only the pellet 5200 is extracted, the cross section becomes as shown in FIG. 37B and the upper surface becomes as shown in FIG. Note that the structure of the pellet 5200 may be distorted by the impact of the collision of the ions 5201.

ペレット5200は、三角形、例えば正三角形の平面を有する平板状またはペレット状のスパッタ粒子である。または、ペレット5200は、六角形、例えば正六角形の平面を有する平板状またはペレット状のスパッタ粒子である。ただし、ペレット5200の形状は、三角形、六角形に限定されない、例えば、三角形が複数個合わさった形状となる場合がある。例えば、三角形(例えば、正三角形)が2個合わさった四角形(例えば、ひし形)となる場合もある。   The pellet 5200 is a sputtered particle in the form of a flat plate or a pellet having a triangular plane, for example, a regular triangular plane. Alternatively, the pellet 5200 is a flat or pellet-like sputtered particle having a hexagonal plane, for example, a regular hexagonal plane. However, the shape of the pellet 5200 is not limited to a triangle or a hexagon. For example, there are cases where a plurality of triangles are combined. For example, there may be a quadrangle (for example, a rhombus) in which two triangles (for example, regular triangles) are combined.

ペレット5200は、成膜ガスの種類などに応じて厚さが決定する。例えば、ペレット5200は、厚さを0.4nm以上1nm以下、好ましくは0.6nm以上0.8nm以下とする。また、例えば、ペレット5200は、幅を1nm以上100nm以下、好ましくは2nm以上50nm以下、さらに好ましくは3nm以上30nm以下とする。例えば、In−M−Zn酸化物を有するターゲット5230にイオン5201を衝突させる。そうすると、M−Zn−O層、In−O層およびM−Zn−O層の3層を有するペレット5200が剥離する。なお、ペレット5200の剥離に伴い、ターゲット5230から粒子5203も弾き出される。粒子5203は、原子1個または原子数個の集合体を有する。そのため、粒子5203を原子状粒子(atomic particles)と呼ぶこともできる。   The thickness of the pellet 5200 is determined according to the type of deposition gas. For example, the pellet 5200 has a thickness of 0.4 nm to 1 nm, preferably 0.6 nm to 0.8 nm. For example, the pellet 5200 has a width of 1 nm to 100 nm, preferably 2 nm to 50 nm, more preferably 3 nm to 30 nm. For example, the ion 5201 is caused to collide with the target 5230 including an In-M-Zn oxide. Then, the pellet 5200 having three layers of an M—Zn—O layer, an In—O layer, and an M—Zn—O layer is peeled off. Note that the particles 5203 are also ejected from the target 5230 as the pellet 5200 is peeled off. A particle 5203 has an aggregate of one atom or several atoms. Therefore, the particles 5203 can also be referred to as atomic particles.

ペレット5200は、プラズマ5240を通過する際に、表面が負または正に帯電する場合がある。例えば、ペレット5200がプラズマ5240中にあるO2−から負の電荷を受け取る場合がある。その結果、ペレット5200の表面の酸素原子が負に帯電する場合がある。また、ペレット5200は、プラズマ5240を通過する際に、プラズマ5240中のインジウム、元素M、亜鉛または酸素などと結合することで成長する場合がある。 When the pellet 5200 passes through the plasma 5240, the surface may be negatively or positively charged. For example, the pellet 5200 may receive a negative charge from O 2− in the plasma 5240. As a result, oxygen atoms on the surface of the pellet 5200 may be negatively charged. In addition, the pellet 5200 may grow by being combined with indium, the element M, zinc, oxygen, or the like in the plasma 5240 when passing through the plasma 5240.

プラズマ5240を通過したペレット5200および粒子5203は、基板5220の表面に達する。なお、粒子5203の一部は、質量が小さいため真空ポンプなどによって外部に排出される場合がある。   The pellets 5200 and the particles 5203 that have passed through the plasma 5240 reach the surface of the substrate 5220. Note that part of the particles 5203 has a small mass and may be discharged to the outside by a vacuum pump or the like.

次に、基板5220の表面におけるペレット5200および粒子5203の堆積について図38を用いて説明する。   Next, deposition of pellets 5200 and particles 5203 on the surface of the substrate 5220 will be described with reference to FIG.

まず、一つ目のペレット5200が基板5220に堆積する。ペレット5200は平板状であるため、平面側を基板5220の表面に向けて堆積する。このとき、ペレット5200の基板5220側の表面の電荷が、基板5220を介して抜ける。   First, the first pellet 5200 is deposited on the substrate 5220. Since the pellet 5200 is plate-shaped, the pellet 5200 is deposited with the plane side facing the surface of the substrate 5220. At this time, the charge on the surface of the pellet 5200 on the substrate 5220 side is released through the substrate 5220.

次に、二つ目のペレット5200が、基板5220に達する。このとき、既に堆積しているペレット5200の表面、および二つ目のペレット5200の表面が電荷を帯びているため、互いに反発し合う力が生じる。その結果、二つ目のペレット5200は、既に堆積しているペレット5200上を避け、基板5220の表面の少し離れた場所に平面側を向けて堆積する。これを繰り返すことで、基板5220の表面には、無数のペレット5200が一層分の厚みだけ堆積する。また、ペレット5200間には、ペレット5200の堆積していない領域が生じる(図38(A)参照)。   Next, the second pellet 5200 reaches the substrate 5220. At this time, since the surface of the pellet 5200 already deposited and the surface of the second pellet 5200 are charged, forces that repel each other are generated. As a result, the second pellet 5200 is deposited with the plane side facing slightly away from the surface of the substrate 5220, avoiding the pellet 5200 that has already been deposited. By repeating this, innumerable pellets 5200 are deposited on the surface of the substrate 5220 by a thickness corresponding to one layer. In addition, a region where the pellet 5200 is not deposited is generated between the pellets 5200 (see FIG. 38A).

次に、プラズマからエネルギーを受け取った粒子5203が基板5220の表面に達する。粒子5203は、ペレット5200の表面などの活性な領域には堆積することができない。そのため、粒子5203は、ペレット5200の堆積していない領域へ動き、ペレット5200の側面に付着する。粒子5203は、プラズマから受け取ったエネルギーにより結合手が活性状態となることで、ペレット5200と化学的に連結して横成長部5202を形成する(図38(B)参照)。   Next, the particles 5203 receiving energy from the plasma reach the surface of the substrate 5220. The particles 5203 cannot be deposited on an active region such as the surface of the pellet 5200. Therefore, the particle 5203 moves to a region where the pellet 5200 is not deposited and adheres to the side surface of the pellet 5200. The bond 520 is activated by energy received from plasma, so that the particle 5203 is chemically connected to the pellet 5200 to form a lateral growth portion 5202 (see FIG. 38B).

さらに、横成長部5202が横方向に成長(ラテラル成長ともいう。)することで、ペレット5200間を連結させる(図38(C)参照)。このように、ペレット5200の堆積していない領域を埋めるまで横成長部5202が形成される。このメカニズムは、原子層堆積(ALD:Atomic Layer Deposition)法の堆積メカニズムに類似する。   Further, the horizontal growth portion 5202 grows in the horizontal direction (also referred to as lateral growth), thereby connecting the pellets 5200 (see FIG. 38C). In this manner, the lateral growth portion 5202 is formed until a region where the pellet 5200 is not deposited is filled. This mechanism is similar to the deposition mechanism of the atomic layer deposition (ALD) method.

したがって、ペレット5200がそれぞれ異なる方向を向けて堆積する場合でも、ペレット5200間を粒子5203がラテラル成長しながら埋めるため、明確な結晶粒界が形成されることがない。また、ペレット5200間を、粒子5203が滑らかに結びつけるため、単結晶とも多結晶とも異なる結晶構造が形成される。言い換えると、微小な結晶領域(ペレット5200)間に歪みを有する結晶構造が形成される。このように、結晶領域間を埋める領域は、歪んだ結晶領域であるため、該領域を指して非晶質構造と呼ぶのは適切ではないと考えられる。   Therefore, even when the pellets 5200 are deposited in different directions, since the particles 5203 fill the space between the pellets 5200 while laterally growing, no clear crystal grain boundary is formed. Further, since the particles 5203 are smoothly connected between the pellets 5200, a crystal structure different from single crystal and polycrystal is formed. In other words, a crystal structure having strain is formed between minute crystal regions (pellets 5200). As described above, since the region between the crystal regions is a distorted crystal region, it is considered inappropriate to refer to the region as an amorphous structure.

次に、新たなペレット5200が、平面側を表面に向けて堆積する(図38(D)参照)。そして、粒子5203が、ペレット5200の堆積していない領域を埋めるように堆積することで横成長部5202を形成する(図38(E)参照)。こうして、粒子5203がペレット5200の側面に付着し、横成長部5202がラテラル成長することで、二層目のペレット5200間を連結させる(図38(F)参照)。m層目(mは二以上の整数。)が形成されるまで成膜は続き、積層体を有する薄膜構造となる。   Next, a new pellet 5200 is deposited with the plane side facing the surface (see FIG. 38D). Then, the horizontal growth portion 5202 is formed by depositing the particles 5203 so as to fill a region where the pellet 5200 is not deposited (see FIG. 38E). Thus, the particles 5203 are attached to the side surfaces of the pellet 5200 and the lateral growth portion 5202 is laterally grown, thereby connecting the pellets 5200 in the second layer (see FIG. 38F). Film formation continues until the m-th layer (m is an integer of 2 or more) is formed, resulting in a thin film structure having a laminate.

なお、ペレット5200の堆積の仕方は、基板5220の表面温度などによっても変化する。例えば、基板5220の表面温度が高いと、ペレット5200が基板5220の表面でマイグレーションを起こす。その結果、ペレット5200間が、粒子5203を介さずに連結する割合が増加するため、より配向性の高いCAAC−OSとなる。CAAC−OSを成膜する際の基板5220の表面温度は、室温以上340℃未満、好ましくは室温以上300℃以下、より好ましくは100℃以上250℃以下、さらに好ましくは100℃以上200℃以下である。したがって、基板5220として第8世代以上の大面積基板を用いた場合でも、CAAC−OSの成膜に起因した反りなどはほとんど生じないことがわかる。   Note that the manner in which the pellets 5200 are deposited also varies depending on the surface temperature of the substrate 5220 and the like. For example, when the surface temperature of the substrate 5220 is high, the pellet 5200 undergoes migration on the surface of the substrate 5220. As a result, the proportion of the pellets 5200 that are connected without the particle 5203 interposed therebetween increases, so that a CAAC-OS with higher orientation is obtained. The surface temperature of the substrate 5220 when the CAAC-OS is formed is from room temperature to less than 340 ° C., preferably from room temperature to 300 ° C., more preferably from 100 ° C. to 250 ° C., and still more preferably from 100 ° C. to 200 ° C. is there. Therefore, even when a large-area substrate of the eighth generation or higher is used as the substrate 5220, warping due to the formation of the CAAC-OS film hardly occurs.

一方、基板5220の表面温度が低いと、ペレット5200が基板5220の表面でマイグレーションを起こしにくくなる。その結果、ペレット5200同士が積み重なることで配向性の低いnc−OSなどとなる。nc−OSでは、ペレット5200が負に帯電していることにより、ペレット5200は一定間隔を空けて堆積する可能性がある。したがって、配向性は低いものの、僅かに規則性を有することにより、非晶質酸化物半導体と比べて緻密な構造となる。   On the other hand, when the surface temperature of the substrate 5220 is low, the pellet 5200 is less likely to cause migration on the surface of the substrate 5220. As a result, the pellets 5200 are stacked to form an nc-OS with low orientation. In the nc-OS, since the pellet 5200 is negatively charged, the pellet 5200 may be deposited at a constant interval. Therefore, although the orientation is low, a slight regularity results in a dense structure as compared with an amorphous oxide semiconductor.

また、CAAC−OSにおいて、ペレット同士の隙間が極めて小さくなることで、一つの大きなペレットが形成される場合がある。一つの大きなペレットの内部は単結晶構造を有する。例えば、ペレットの大きさが、上面から見て10nm以上200nm以下、15nm以上100nm以下、または20nm以上50nm以下となる場合がある。   In CAAC-OS, one large pellet may be formed when the gap between pellets is extremely small. The inside of one large pellet has a single crystal structure. For example, the size of the pellet may be 10 nm to 200 nm, 15 nm to 100 nm, or 20 nm to 50 nm when viewed from above.

以上のような成膜モデルにより、ペレットが基板の表面に堆積していくと考えられる。被形成面が結晶構造を有さない場合においても、CAAC−OSの成膜が可能であることから、エピタキシャル成長とは異なる成長機構である上述した成膜モデルの妥当性が高いことがわかる。また、上述した成膜モデルであるため、CAAC−OSおよびnc−OSは、大面積のガラス基板などであっても均一な成膜が可能であることがわかる。例えば、基板の表面(被形成面)の構造が非晶質構造(例えば非晶質酸化シリコン)であっても、CAAC−OSを成膜することは可能である。   It is considered that the pellets are deposited on the surface of the substrate by the film formation model as described above. Since the CAAC-OS film can be formed even when the formation surface does not have a crystal structure, it can be seen that the above-described film formation model, which is a growth mechanism different from epitaxial growth, has high validity. Further, since the above-described film formation model is used, it can be seen that the CAAC-OS and the nc-OS can form a uniform film even on a large-area glass substrate or the like. For example, the CAAC-OS can be formed even when the surface (formation surface) of the substrate has an amorphous structure (eg, amorphous silicon oxide).

また、被形成面である基板の表面に凹凸がある場合でも、その形状に沿ってペレットが配列することがわかる。   Further, it can be seen that even when the surface of the substrate, which is the formation surface, is uneven, the pellets are arranged along the shape.

また、上述した成膜モデルより、結晶性の高いCAAC−OSを成膜するためには以下のようにすればよいことがわかる。まず、平均自由行程を長くするために、より高真空状態で成膜する。次に、基板近傍における損傷を低減するために、プラズマのエネルギーを弱くする。次に、被形成面に熱エネルギーを加え、プラズマによる損傷を成膜するたびに治癒する。   Further, from the above-described film formation model, it can be seen that the following may be performed in order to form a highly crystalline CAAC-OS. First, in order to lengthen the mean free path, the film is formed in a higher vacuum state. Next, in order to reduce damage in the vicinity of the substrate, the plasma energy is weakened. Next, thermal energy is applied to the surface to be formed, and the plasma damage is cured each time the film is formed.

また、上述した成膜モデルは、ターゲットが複数の結晶粒を有するIn−M−Zn酸化物のような複合酸化物の多結晶構造を有し、いずれかの結晶粒には劈開面が含まれる場合に限定されない。例えば、酸化インジウム、元素Mの酸化物および酸化亜鉛を有する混合物のターゲットを用いた場合にも適用することができる。   In addition, the above-described deposition model has a polycrystalline structure of a complex oxide such as an In-M-Zn oxide in which the target has a plurality of crystal grains, and any one of the crystal grains includes a cleavage plane. It is not limited to the case. For example, the present invention can be applied to a case where a target of a mixture including indium oxide, an oxide of element M, and zinc oxide is used.

混合物のターゲットは劈開面を有さないため、スパッタされるとターゲットからは原子状粒子が剥離する。成膜時には、ターゲット近傍にプラズマの強電界領域が形成されている。そのため、ターゲットから剥離した原子状粒子は、プラズマの強電界領域の作用で連結して横成長する。例えば、まず原子状粒子であるインジウムが連結して横成長してIn−O層からなるナノ結晶となる。次に、それを補完するように上下にM−Zn−O層が結合する。このように、混合物のターゲットを用いた場合でも、ペレットが形成される可能性がある。そのため、混合物のターゲットを用いた場合でも、上述した成膜モデルを適用することができる。   Since the target of the mixture does not have a cleavage plane, the atomic particles are peeled off from the target when sputtered. At the time of film formation, a strong electric field region of plasma is formed in the vicinity of the target. Therefore, the atomic particles separated from the target are connected and grown laterally by the action of the strong electric field region of the plasma. For example, first, indium as atomic particles are connected and laterally grown to form a nanocrystal composed of an In—O layer. Next, M-Zn-O layers are bonded to each other so as to complement the above. Thus, pellets may be formed even when a mixture target is used. Therefore, even when a mixture target is used, the above-described film formation model can be applied.

ただし、ターゲット近傍にプラズマの強電界領域が形成されていない場合、ターゲットから剥離した原子状粒子のみが基板表面に堆積することになる。その場合も、基板表面において原子状粒子が横成長する場合がある。ただし、原子状粒子の向きが一様でないため、得られる薄膜における結晶の配向性も一様にはならない。即ち、nc−OSなどとなる。
(実施の形態11)
本実施の形態では、実施の形態7に示すトランジスタとは異なる構成のトランジスタの構成について、図39乃至図42を参照して説明する。
However, when a strong electric field region of plasma is not formed in the vicinity of the target, only atomic particles separated from the target are deposited on the substrate surface. In such a case as well, atomic particles may laterally grow on the substrate surface. However, since the orientation of the atomic particles is not uniform, the crystal orientation in the obtained thin film is not uniform. That is, the nc-OS or the like.
(Embodiment 11)
In this embodiment, the structure of a transistor having a structure different from that of the transistor described in Embodiment 7 will be described with reference to FIGS.

<トランジスタの構成例1>
図39(A)は、トランジスタ270の上面図であり、図39(B)は、図39(A)に示す一点鎖線X1−X2間における切断面の断面図に相当し、図39(C)は、図39(A)に示す一点鎖線Y1−Y2間における切断面の断面図に相当する。なお、一点鎖線X1−X2方向をチャネル長方向、一点鎖線Y1−Y2方向をチャネル幅方向と呼称する場合がある。
<Configuration Example 1 of Transistor>
FIG. 39A is a top view of the transistor 270, and FIG. 39B corresponds to a cross-sectional view of a cross section taken along dashed-dotted line X1-X2 in FIG. 39A. Corresponds to a cross-sectional view of a cut surface taken along the alternate long and short dash line Y1-Y2 shown in FIG. Note that the direction of the alternate long and short dash line X1-X2 may be referred to as a channel length direction and the direction of the alternate long and short dash line Y1-Y2 may be referred to as a channel width direction.

トランジスタ270は、基板202上の第1のゲート電極として機能する導電膜204と、基板202及び導電膜204上の絶縁膜206と、絶縁膜206上の絶縁膜207と、絶縁膜207上の酸化物半導体膜208と、酸化物半導体膜208に電気的に接続されるソース電極として機能する導電膜212aと、酸化物半導体膜208に電気的に接続されるドレイン電極として機能する導電膜212bと、酸化物半導体膜208、導電膜212a及び導電膜212b上の絶縁膜214、216と、絶縁膜216上の酸化物半導体膜211bと、を有する。また、酸化物半導体膜211b上に絶縁膜218が設けられる。   The transistor 270 includes a conductive film 204 functioning as a first gate electrode over the substrate 202, an insulating film 206 over the substrate 202 and the conductive film 204, an insulating film 207 over the insulating film 206, and an oxide over the insulating film 207. A conductive semiconductor film 208; a conductive film 212a functioning as a source electrode electrically connected to the oxide semiconductor film 208; a conductive film 212b functioning as a drain electrode electrically connected to the oxide semiconductor film 208; The oxide semiconductor film 208, the insulating films 214 and 216 over the conductive film 212a and the conductive film 212b, and the oxide semiconductor film 211b over the insulating film 216 are included. An insulating film 218 is provided over the oxide semiconductor film 211b.

また、トランジスタ270において、絶縁膜214及び絶縁膜216は、トランジスタ270の第2のゲート絶縁膜としての機能を有する。また、酸化物半導体膜211aは、絶縁膜214及び絶縁膜216に設けられる開口252cを介して、導電膜212bと接続される。酸化物半導体膜211aは、例えば、表示装置に用いる画素電極としての機能を有する。また、トランジスタ270において、酸化物半導体膜211bは、第2のゲート電極(バックゲート電極ともいう)として機能する。   In the transistor 270, the insulating film 214 and the insulating film 216 function as a second gate insulating film of the transistor 270. The oxide semiconductor film 211a is connected to the conductive film 212b through an opening 252c provided in the insulating film 214 and the insulating film 216. For example, the oxide semiconductor film 211a functions as a pixel electrode used in a display device. In the transistor 270, the oxide semiconductor film 211b functions as a second gate electrode (also referred to as a back gate electrode).

また、図39(C)に示すように酸化物半導体膜211bは、絶縁膜206、207、絶縁膜214及び絶縁膜216に設けられる開口252a、252bにおいて、第1のゲート電極として機能する導電膜204に接続される。よって、導電膜220bと酸化物半導体膜211bとは、同じ電位が与えられる。   As shown in FIG. 39C, the oxide semiconductor film 211b includes a conductive film functioning as a first gate electrode in the openings 252a and 252b provided in the insulating films 206 and 207, the insulating film 214, and the insulating film 216. 204. Therefore, the same potential is applied to the conductive film 220b and the oxide semiconductor film 211b.

なお、本実施の形態においては、開口252a、252bを設け、酸化物半導体膜211bと導電膜204を接続する構成について例示したが、これに限定されない。例えば、開口252aまたは開口252bのいずれか一方の開口のみを形成し、酸化物半導体膜211bと導電膜204を接続する構成、または開口252a及び開口252bを設けずに、酸化物半導体膜211bと導電膜204を接続しない構成としてもよい。なお、酸化物半導体膜211bと導電膜204を接続しない構成の場合、酸化物半導体膜211bと導電膜204には、それぞれ異なる電位を与えることができる。   Note that although the structure in which the openings 252a and 252b are provided and the oxide semiconductor film 211b and the conductive film 204 are connected is described in this embodiment, the present invention is not limited to this. For example, a structure in which only one of the opening 252a and the opening 252b is formed and the oxide semiconductor film 211b and the conductive film 204 are connected, or the oxide semiconductor film 211b and the conductive film 204 are not provided without being provided with the opening 252a and the opening 252b. The film 204 may not be connected. Note that in the case where the oxide semiconductor film 211b and the conductive film 204 are not connected to each other, different potentials can be applied to the oxide semiconductor film 211b and the conductive film 204, respectively.

また、図39(B)に示すように、酸化物半導体膜208は、第1のゲート電極として機能する導電膜204と、第2のゲート電極として機能する酸化物半導体膜211b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に挟まれている。第2のゲート電極として機能する酸化物半導体膜211bのチャネル長方向の長さ及びチャネル幅方向の長さは、酸化物半導体膜208のチャネル長方向の長さ及びチャネル幅方向の長さよりもそれぞれ長く、酸化物半導体膜208の全体は、絶縁膜214及び絶縁膜216を介して酸化物半導体膜211bに覆われている。また、第2のゲート電極として機能する酸化物半導体膜211bと第1のゲート電極として機能する導電膜204とは、絶縁膜206、207、絶縁膜214及び絶縁膜216に設けられる開口252a、252bにおいて接続されるため、酸化物半導体膜208のチャネル幅方向の側面は、絶縁膜214及び絶縁膜216を介して第2のゲート電極として機能する酸化物半導体膜211bと対向している。   As shown in FIG. 39B, the oxide semiconductor film 208 faces the conductive film 204 functioning as the first gate electrode and the oxide semiconductor film 211b functioning as the second gate electrode. And is sandwiched between conductive films functioning as two gate electrodes. The length in the channel length direction and the length in the channel width direction of the oxide semiconductor film 211b functioning as the second gate electrode are larger than the length in the channel length direction and the length in the channel width direction of the oxide semiconductor film 208, respectively. The entire oxide semiconductor film 208 is covered with the oxide semiconductor film 211b with the insulating film 214 and the insulating film 216 interposed therebetween. The oxide semiconductor film 211b functioning as the second gate electrode and the conductive film 204 functioning as the first gate electrode include openings 252a and 252b provided in the insulating films 206 and 207, the insulating film 214, and the insulating film 216, respectively. Therefore, the side surface in the channel width direction of the oxide semiconductor film 208 faces the oxide semiconductor film 211b functioning as the second gate electrode with the insulating film 214 and the insulating film 216 interposed therebetween.

別言すると、トランジスタ270のチャネル幅方向において、第1のゲート電極として機能する導電膜204及び第2のゲート電極として機能する酸化物半導体膜211bは、ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜206、207及び第2のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜214及び絶縁膜216に設けられる開口において接続すると共に、ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜206、207並びに第2のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜214及び絶縁膜216を介して酸化物半導体膜208を囲む構成である。   In other words, the conductive film 204 functioning as the first gate electrode and the oxide semiconductor film 211b functioning as the second gate electrode in the channel width direction of the transistor 270 are insulating films 206 and 207 functioning as gate insulating films. In addition, the insulating films 214 and 207 functioning as gate insulating films and the insulating films 214 functioning as the second gate insulating films are connected in the openings provided in the insulating films 214 and 216 functioning as the second gate insulating films. In addition, the oxide semiconductor film 208 is surrounded with the insulating film 216 interposed therebetween.

このような構成を有することで、トランジスタ270に含まれる酸化物半導体膜208を、第1のゲート電極として機能する導電膜204及び第2のゲート電極として機能する酸化物半導体膜211bの電界によって電気的に囲むことができる。トランジスタ270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囲むトランジスタのデバイス構造をsurrounded channel(s−channel)構造と呼ぶことができる。   With such a structure, the oxide semiconductor film 208 included in the transistor 270 is electrically converted by the electric field of the conductive film 204 functioning as the first gate electrode and the oxide semiconductor film 211b functioning as the second gate electrode. Can be enclosed. As in the transistor 270, a device structure of a transistor that electrically surrounds an oxide semiconductor film in which a channel region is formed by an electric field of the first gate electrode and the second gate electrode is referred to as a surrounded channel (s-channel) structure. Can be called.

トランジスタ270は、s−channel構造を有するため、第1のゲート電極として機能する導電膜204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208に印加することができるため、トランジスタ270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270を微細化することが可能となる。また、トランジスタ270は、第1のゲート電極として機能する導電膜204及び第2のゲート電極として機能する酸化物半導体膜211bによって囲まれた構造を有するため、トランジスタ270の機械的強度を高めることができる。   Since the transistor 270 has an s-channel structure, an electric field for inducing a channel can be effectively applied to the oxide semiconductor film 208 by the conductive film 204 functioning as the first gate electrode. Current driving capability is improved, and high on-current characteristics can be obtained. Further, since the on-state current can be increased, the transistor 270 can be miniaturized. In addition, since the transistor 270 has a structure surrounded by the conductive film 204 functioning as the first gate electrode and the oxide semiconductor film 211b functioning as the second gate electrode, the mechanical strength of the transistor 270 can be increased. it can.

<トランジスタの構成例2>
次に、図39(A)(B)(C)に示すトランジスタ270と異なる構成例について、図40(A)(B)(C)(D)を用いて説明する。
<Configuration Example 2 of Transistor>
Next, a structural example different from the transistor 270 illustrated in FIGS. 39A, 39B, and 39C is described with reference to FIGS. 40A, 40B, 40C, and 40D.

図40(A)(B)は、図40(B)(C)に示すトランジスタ270の変形例の断面図である。また、図40(C)(D)は、図27(B)(C)に示すトランジスタ270の変形例の断面図である。   40A and 40B are cross-sectional views of modifications of the transistor 270 illustrated in FIGS. 40B and 40C. 40C and 40D are cross-sectional views of modifications of the transistor 270 illustrated in FIGS. 27B and 27C.

図40(A)(B)に示すトランジスタ270Aは、図40(B)(C)に示すトランジスタ270が有する酸化物半導体膜208を3層の積層構造としている。より具体的には、トランジスタ270Aが有する酸化物半導体膜208は、酸化物半導体膜208aと、酸化物半導体膜208bと、酸化物半導体膜208cと、を有する。   A transistor 270A illustrated in FIGS. 40A and 40B has a three-layer structure of the oxide semiconductor film 208 included in the transistor 270 illustrated in FIGS. More specifically, the oxide semiconductor film 208 included in the transistor 270A includes an oxide semiconductor film 208a, an oxide semiconductor film 208b, and an oxide semiconductor film 208c.

図40(C)(D)に示すトランジスタ270Bは、図39(B)(C)に示すトランジスタ270が有する酸化物半導体膜208を2層の積層構造としている。より具体的には、トランジスタ270Bが有する酸化物半導体膜208は、酸化物半導体膜208bと、酸化物半導体膜208cと、を有する。   A transistor 270B illustrated in FIGS. 40C and 40D has a two-layer structure of the oxide semiconductor film 208 included in the transistor 270 illustrated in FIGS. More specifically, the oxide semiconductor film 208 included in the transistor 270B includes an oxide semiconductor film 208b and an oxide semiconductor film 208c.

本実施の形態に示すトランジスタ270、270A及び270Bの構成は、実施の形態7で説明した半導体装置の構成を参照できる。すなわち、基板202の材料及び作製方法は、基板102を参照できる。導電膜204の材料及び作製方法は、ゲート電極104を参照できる。絶縁膜206及び絶縁膜207の材料及び作製方法は、それぞれ絶縁膜106及び絶縁膜107を参照できる。酸化物半導体膜208の材料及び作製方法は、第1の酸化物半導体膜110を参照できる。酸化物半導体膜211a及び酸化物半導体膜211bの材料及び作製方法は、第2の酸化物半導体膜111を参照できる。導電膜21a及び導電膜21bの材料及び作製方法は、それぞれソース電極112a及びドレイン電極112bを参照できる。絶縁膜214、絶縁膜216及び絶縁膜218の材料及び作製方法は、それぞれ絶縁膜114、絶縁膜116及び絶縁膜118を参照できる。   For the structures of the transistors 270, 270A, and 270B described in this embodiment, the structure of the semiconductor device described in Embodiment 7 can be referred to. That is, the substrate 102 can be referred to for the material and manufacturing method of the substrate 202. For the material and the manufacturing method of the conductive film 204, the gate electrode 104 can be referred to. For the material and the manufacturing method of the insulating film 206 and the insulating film 207, the insulating film 106 and the insulating film 107 can be referred to, respectively. For the material and the manufacturing method of the oxide semiconductor film 208, the first oxide semiconductor film 110 can be referred to. The second oxide semiconductor film 111 can be referred to for materials and manufacturing methods of the oxide semiconductor film 211a and the oxide semiconductor film 211b. For the materials and manufacturing methods of the conductive films 21a and 21b, the source electrode 112a and the drain electrode 112b can be referred to, respectively. For the materials and manufacturing methods of the insulating film 214, the insulating film 216, and the insulating film 218, the insulating film 114, the insulating film 116, and the insulating film 118 can be referred to, respectively.

ここで、酸化物半導体膜208a、208b、208c、及び酸化物半導体膜208b、208cに接する絶縁膜のバンド構造について、図41を用いて説明する。   Here, the band structure of the oxide semiconductor films 208a, 208b, and 208c and the insulating film in contact with the oxide semiconductor films 208b and 208c will be described with reference to FIGS.

図41(A)は、絶縁膜207、酸化物半導体膜208a、208b、208c、及び絶縁膜214を有する積層構造の膜厚方向のバンド構造の一例である。また、図41(B)は、絶縁膜207、酸化物半導体膜208b、208c、及び絶縁膜214を有する積層構造の膜厚方向のバンド構造の一例である。なお、バンド構造は、理解を容易にするため絶縁膜207、酸化物半導体膜208a、208b、208c、及び絶縁膜214の伝導帯下端のエネルギー準位(Ec)を示す。   FIG. 41A illustrates an example of a band structure in the film thickness direction of a stacked structure including the insulating film 207, the oxide semiconductor films 208a, 208b, and 208c, and the insulating film 214. FIG. 41B illustrates an example of a band structure in the film thickness direction of a stacked structure including the insulating film 207, the oxide semiconductor films 208b and 208c, and the insulating film 214. Note that the band structure indicates the energy level (Ec) of the lower end of the conduction band of the insulating film 207, the oxide semiconductor films 208a, 208b, and 208c, and the insulating film 214 for easy understanding.

また、図41(A)は、絶縁膜207、214として酸化シリコン膜を用い、酸化物半導体膜208a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、酸化物半導体膜208b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、酸化物半導体膜208c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構成のバンド図である。   In FIG. 41A, a silicon oxide film is used as the insulating films 207 and 214, and a metal oxide atomic ratio of In: Ga: Zn = 1: 1: 1.2 is used as the oxide semiconductor film 208a. An oxide semiconductor film formed using an object target is used, and the oxide semiconductor film 208b is formed using a metal oxide target with an atomic ratio of metal elements of In: Ga: Zn = 4: 2: 4.1. The oxide semiconductor film is formed using a metal oxide target in which the atomic ratio of metal elements is In: Ga: Zn = 1: 1: 1.2 as the oxide semiconductor film 208c. FIG.

また、図41(B)は、絶縁膜207、214として酸化シリコン膜を用い、酸化物半導体膜208b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、酸化物半導体膜208c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構成のバンド図である。   In FIG. 41B, a silicon oxide film is used as the insulating films 207 and 214, and an atomic ratio of metal elements is set to In: Ga: Zn = 4: 2: 4.1 as the oxide semiconductor film 208b. An oxide semiconductor film formed using an object target is used, and a metal oxide target in which the atomic ratio of metal elements is In: Ga: Zn = 1: 1: 1.2 is formed as the oxide semiconductor film 208c. It is a band figure of the structure using the oxide semiconductor film made.

図41(A)(B)に示すように、酸化物半導体膜208a、208b、208cにおいて、伝導帯下端のエネルギー準位はなだらかに変化する。換言すると、連続的に変化または連続接合するともいうことができる。このようなバンド構造を有するためには、酸化物半導体膜208aと酸化物半導体膜208bとの界面、または酸化物半導体膜208bと酸化物半導体膜208c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ような不純物が存在しないとする。   As shown in FIGS. 41A and 41B, in the oxide semiconductor films 208a, 208b, and 208c, the energy level at the lower end of the conduction band changes gently. In other words, it can be said that it is continuously changed or continuously joined. In order to have such a band structure, trap centers and recombination centers can be formed at the interface between the oxide semiconductor film 208a and the oxide semiconductor film 208b or at the interface between the oxide semiconductor film 208b and the oxide semiconductor film 208c. It is assumed that there is no impurity that forms such a defect level.

酸化物半導体膜208a、208b、208cに連続接合を形成するためには、ロードロック室を備えた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必要となる。   In order to form a continuous junction with the oxide semiconductor films 208a, 208b, and 208c, a multi-chamber film formation apparatus (sputtering apparatus) including a load lock chamber is used so that each film is continuously exposed to the atmosphere. It is necessary to laminate them.

図41(A)(B)に示す構成とすることで酸化物半導体膜208bがウェル(井戸)となり、上記積層構造を用いたトランジスタにおいて、チャネル領域が酸化物半導体膜208bに形成されることがわかる。   41A and 41B, the oxide semiconductor film 208b becomes a well, and a channel region is formed in the oxide semiconductor film 208b in the transistor using the above stacked structure. Recognize.

なお、酸化物半導体膜208a、208cを設けることにより、酸化物半導体膜208bに形成されうるトラップ準位を酸化物半導体膜208bより遠ざけることができる。   Note that by providing the oxide semiconductor films 208a and 208c, trap levels that can be formed in the oxide semiconductor film 208b can be separated from the oxide semiconductor film 208b.

また、トラップ準位がチャネル領域として機能する酸化物半導体膜208bの伝導帯下端のエネルギー準位(Ec)より真空準位から遠くなり、トラップ準位に電子が蓄積しやすくなってしまうことがある。トラップ準位に電子が蓄積されることで、マイナスの固定電荷となり、トランジスタのしきい値電圧はプラス方向にシフトしてしまう。したがって、トラップ準位が酸化物半導体膜208bの伝導帯下端のエネルギー準位(Ec)より真空準位に近くなるような構成にすると好ましい。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。   In addition, the trap level is farther from the vacuum level than the energy level (Ec) at the lower end of the conduction band of the oxide semiconductor film 208b functioning as the channel region, and electrons may easily accumulate in the trap level. . Accumulation of electrons at the trap level results in a negative fixed charge, and the threshold voltage of the transistor shifts in the positive direction. Therefore, a structure in which the trap level is closer to the vacuum level than the energy level (Ec) at the lower end of the conduction band of the oxide semiconductor film 208b is preferable. By doing so, electrons are unlikely to accumulate in the trap level, the on-state current of the transistor can be increased, and field effect mobility can be increased.

また、酸化物半導体膜208a、208cは、酸化物半導体膜208bよりも伝導帯下端のエネルギー準位が真空準位に近く、代表的には、酸化物半導体膜208bの伝導帯下端のエネルギー準位と、酸化物半導体膜208a、208cの伝導帯下端のエネルギー準位との差が、0.15eV以上、または0.5eV以上、かつ2eV以下、または1eV以下である。すなわち、酸化物半導体膜208a、208cの電子親和力と、酸化物半導体膜208bの電子親和力との差が、0.15eV以上、または0.5eV以上、かつ2eV以下、または1eV以下である。   In addition, the oxide semiconductor films 208a and 208c have a lower energy level at the bottom of the conduction band than the oxide semiconductor film 208b, and typically the energy level at the bottom of the conduction band of the oxide semiconductor film 208b. And the energy level at the lower end of the conduction band of the oxide semiconductor films 208a and 208c is 0.15 eV or more, 0.5 eV or more, 2 eV or less, or 1 eV or less. That is, the difference between the electron affinity of the oxide semiconductor films 208a and 208c and the electron affinity of the oxide semiconductor film 208b is 0.15 eV or more, 0.5 eV or more, and 2 eV or less, or 1 eV or less.

このような構成を有することで、酸化物半導体膜208bが主な電流経路となる。すなわち、酸化物半導体膜208bは、チャネル領域としての機能を有し、酸化物半導体膜208a、208cは、酸化物絶縁膜としての機能を有する。また、酸化物半導体膜208a、208cは、チャネル領域が形成される酸化物半導体膜208b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、酸化物半導体膜208aと酸化物半導体膜208bとの界面、または酸化物半導体膜208bと酸化物半導体膜208c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 oxide semiconductor film 208b serves as a main current path. That is, the oxide semiconductor film 208b functions as a channel region, and the oxide semiconductor films 208a and 208c function as an oxide insulating film. The oxide semiconductor films 208a and 208c are oxide semiconductor films formed of one or more metal elements included in the oxide semiconductor film 208b in which a channel region is formed; Interface scattering hardly occurs at the interface with the semiconductor film 208b or at the interface between the oxide semiconductor film 208b and the oxide semiconductor film 208c. Accordingly, the movement of carriers is not inhibited at the interface, so that the field effect mobility of the transistor is increased.

また、酸化物半導体膜208a、208cは、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、導電率が十分に低い材料を用いるものとする。そのため、酸化物半導体膜208a、208c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ぶことができる。また、酸化物半導体膜208a、208c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)が酸化物半導体膜208bよりも小さく、伝導帯下端のエネルギー準位が酸化物半導体膜208bの伝導帯下端の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ものとする。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、酸化物半導体膜208a、208cの伝導帯下端のエネルギー準位が、酸化物半導体膜208bの伝導帯下端のエネルギー準位よりも0.2eVさらに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。   The oxide semiconductor films 208a and 208c are formed using a material with sufficiently low conductivity in order to prevent the oxide semiconductor films 208a and 208c from functioning as part of the channel region. Therefore, the oxide semiconductor films 208a and 208c can also be referred to as oxide insulating films because of their physical properties and / or functions. The oxide semiconductor films 208a and 208c each have an electron affinity (difference between the vacuum level and the energy level at the bottom of the conduction band) smaller than that of the oxide semiconductor film 208b, and the energy level at the bottom of the conduction band is an oxide. A material having a difference (band offset) from the energy level at the lower end of the conduction band of the semiconductor film 208b is used. In order to suppress the occurrence of a difference in threshold voltage depending on the magnitude of the drain voltage, the energy level at the lower end of the conduction band of the oxide semiconductor films 208a and 208c is reduced by the conduction of the oxide semiconductor film 208b. It is preferable to apply a material closer to the vacuum level by 0.2 eV than the energy level at the lower end of the band, preferably a material closer to the vacuum level by 0.5 eV or more.

また、酸化物半導体膜208a、208cは、膜中にスピネル型の結晶構造が含まれないことが好ましい。酸化物半導体膜208a、208cの膜中にスピネル型の結晶構造を含む場合、該スピネル型の結晶構造と他の領域との界面において、導電膜212a、212bの構成元素が酸化物半導体膜208bへ拡散してしまう場合がある。なお、酸化物半導体膜208a、208cがCAAC−OSである場合、導電膜212a、212bの構成元素、例えば、銅元素のブロッキング性が高くなり好ましい。   The oxide semiconductor films 208a and 208c preferably do not include a spinel crystal structure. In the case where the oxide semiconductor films 208a and 208c include a spinel crystal structure, the constituent elements of the conductive films 212a and 212b enter the oxide semiconductor film 208b at the interface between the spinel crystal structure and another region. May diffuse. Note that it is preferable that the oxide semiconductor films 208a and 208c be a CAAC-OS because a blocking property of a constituent element of the conductive films 212a and 212b, for example, a copper element is increased.

酸化物半導体膜208a、208cの膜厚は、導電膜212a、212bの構成元素が酸化物半導体膜208bに拡散することを抑制することのできる膜厚以上であって、絶縁膜214から酸化物半導体膜208bへの酸素の供給を抑制する膜厚未満とする。例えば、酸化物半導体膜208a、208cの膜厚が10nm以上であると、導電膜212a、212bの構成元素が酸化物半導体膜208bへ拡散するのを抑制することができる。また、酸化物半導体膜208a、208cの膜厚を100nm以下とすると、絶縁膜214から酸化物半導体膜208bへ効果的に酸素を供給することができる。   The thickness of the oxide semiconductor films 208a and 208c is greater than or equal to a thickness that can prevent the constituent elements of the conductive films 212a and 212b from diffusing into the oxide semiconductor film 208b. The thickness is less than the thickness at which the supply of oxygen to the film 208b is suppressed. For example, when the thickness of the oxide semiconductor films 208a and 208c is 10 nm or more, the constituent elements of the conductive films 212a and 212b can be prevented from diffusing into the oxide semiconductor film 208b. In addition, when the thickness of the oxide semiconductor films 208a and 208c is 100 nm or less, oxygen can be effectively supplied from the insulating film 214 to the oxide semiconductor film 208b.

また、本実施の形態においては、酸化物半導体膜208a、208c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構成について例示したが、これに限定されない。例えば、酸化物半導体膜208a、208cとして、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]、In:Ga:Zn=1:3:2[原子数比]、In:Ga:Zn=1:3:4[原子数比]、またはIn:Ga:Zn=1:3:6[原子数比]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てもよい。   In this embodiment, the oxide semiconductor films 208a and 208c are oxidized using a metal oxide target in which the atomic ratio of metal elements is In: Ga: Zn = 1: 1: 1.2. Although the structure using a physical semiconductor film has been illustrated, it is not limited to this. For example, as the oxide semiconductor films 208a and 208c, In: Ga: Zn = 1: 1: 1 [atomic ratio], In: Ga: Zn = 1: 3: 2 [atomic ratio], In: Ga: Zn Alternatively, an oxide semiconductor film formed using a metal oxide target of 1: 3: 4 [atomic ratio] or In: Ga: Zn = 1: 3: 6 [atomic ratio] may be used.

なお、酸化物半導体膜208a、208cとして、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]の金属酸化物ターゲットを用いる場合、酸化物半導体膜208a、208cは、In:Ga:Zn=1:β1(0<β1≦2):β2(0<β2≦3)となる場合がある。また、酸化物半導体膜208a、208cとして、In:Ga:Zn=1:3:4[原子数比]の金属酸化物ターゲットを用いる場合、酸化物半導体膜208a、208cは、In:Ga:Zn=1:β3(1≦β3≦5):β4(2≦β4≦6)となる場合がある。また、酸化物半導体膜208a、208cとして、In:Ga:Zn=1:3:6[原子数比]の金属酸化物ターゲットを用いる場合、酸化物半導体膜208a、208cは、In:Ga:Zn=1:β5(1≦β5≦5):β6(4≦β6≦8)となる場合がある。   Note that in the case where a metal oxide target of In: Ga: Zn = 1: 1: 1 [atomic ratio] is used as the oxide semiconductor films 208a and 208c, the oxide semiconductor films 208a and 208c are formed of In: Ga: Zn. = 1: β1 (0 <β1 ≦ 2): β2 (0 <β2 ≦ 3) in some cases. In the case where a metal oxide target of In: Ga: Zn = 1: 3: 4 [atomic ratio] is used as the oxide semiconductor films 208a and 208c, the oxide semiconductor films 208a and 208c are formed of In: Ga: Zn. = 1: β3 (1 ≦ β3 ≦ 5): β4 (2 ≦ β4 ≦ 6) in some cases. In the case where a metal oxide target of In: Ga: Zn = 1: 3: 6 [atomic ratio] is used as the oxide semiconductor films 208a and 208c, the oxide semiconductor films 208a and 208c are formed of In: Ga: Zn. = 1: β5 (1 ≦ β5 ≦ 5): β6 (4 ≦ β6 ≦ 8) in some cases.

また、トランジスタ270が有する酸化物半導体膜208と、トランジスタ270A、270Bが有する酸化物半導体膜208cと、は図面において、導電膜212a、212bと重畳しない領域の酸化物半導体膜が薄くなる、別言すると酸化物半導体膜の一部が凹部を有する形状について例示している。ただし、本発明の一態様はこれに限定されず、導電膜212a、212bと重畳しない領域の酸化物半導体膜が凹部を有さなくてもよい。この場合の一例を図42(A)(B)に示す。図42(A)(B)は、トランジスタの一例を示す断面図である。なお、図42(A)(B)は、先に示すトランジスタ270Bの酸化物半導体膜208が凹部を有さない構造である。   In addition, in the drawing, the oxide semiconductor film 208 included in the transistor 270 and the oxide semiconductor film 208c included in the transistors 270A and 270B are thinner in a region that does not overlap with the conductive films 212a and 212b. Then, a shape in which part of the oxide semiconductor film has a recess is illustrated. Note that one embodiment of the present invention is not limited to this, and the oxide semiconductor film in a region which does not overlap with the conductive films 212a and 212b may not have a depression. An example of this case is shown in FIGS. 42A and 42B are cross-sectional views illustrating an example of a transistor. 42A and 42B illustrate a structure in which the oxide semiconductor film 208 of the transistor 270B described above does not have a depression.

また、本実施の形態に係るトランジスタは、上記の構造のそれぞれを自由に組み合わせることが可能である。   In the transistor according to this embodiment, each of the above structures can be freely combined.

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。   The structures and methods described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures and methods described in the other embodiments.

(実施の形態12)
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43乃至図45を用いて以下説明を行う。
(Embodiment 12)
In this embodiment, an example of a display device including the transistor illustrated in the above embodiment will be described below with reference to FIGS.

<概要>
図43は、表示装置の一例を示す上面図である。図43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43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。
<Overview>
FIG. 43 is a top view illustrating an example of the display device. A display device 700 illustrated in FIG. 43 includes a pixel portion 702 provided over a first substrate 701, a source driver circuit portion 704 and a gate driver circuit portion 706 provided over the first substrate 701, a pixel portion 702, The sealant 712 is disposed so as to surround the source driver circuit portion 704 and the gate driver circuit portion 706, and the second substrate 705 is provided so as to face the first substrate 701. Note that 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. Note that although not illustrated in FIG. 43, 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、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、配線710が各々接続されている。FPC716により供給される各種信号等は、配線710を介して、画素部702、ソースドライバ回路部704、ゲートドライバ回路部706、及びFPC端子部708に与えられる。   In addition, the display device 700 is electrically connected to the pixel portion 702, the source driver circuit portion 704, and the gate driver circuit portion 706 in a region different from the region surrounded by the sealant 712 on the first substrate 701. An FPC terminal portion 708 (FPC: Flexible Printed Circuit) to be connected is provided. In addition, an FPC 716 is connected to the FPC terminal portion 708, and various signals 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 wiring 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. Various signals and the like supplied by the FPC 716 are supplied to the pixel portion 702, the source driver circuit portion 704, the gate driver circuit portion 706, and the FPC terminal portion 708 through the wiring 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。   In addition, a plurality of gate driver circuit portions 706 may be provided in the display device 700. In addition, as the display device 700, an example in which the source driver circuit portion 704 and the gate driver circuit portion 706 are formed over the same first substrate 701 as the pixel portion 702 is shown; however, the display device 700 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 (for example, 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 a method for connecting a separately formed driver circuit board is not particularly limited, and a COG (Chip On Glass) method, a wire bonding method, or the like can be used.

表示装置700が有する画素部702は複数のトランジスタ及び容量素子を有しており、実施の形態7で説明した半導体装置を適用することができる。また、ソースドライバ回路部704及びゲートドライバ回路部706は、複数のトランジスタ及び配線コンタクト部を有しており、実施の形態8で説明した半導体装置を適用することができる。   The pixel portion 702 included in the display device 700 includes a plurality of transistors and a capacitor, and the semiconductor device described in Embodiment 7 can be used. The source driver circuit portion 704 and the gate driver circuit portion 706 each include a plurality of transistors and a wiring contact portion, and the semiconductor device described in Embodiment 8 can be used.

<利用できる調光部材>
また、表示装置700は、様々な形態を用いること、または様々な表示素子を有することが出来る。表示素子は、例えば、液晶素子、LED(白色LED、赤色LED、緑色LED、青色LEDなど)などを含むEL(エレクトロルミネッセンス)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)、トランジスタ(電流に応じて発光するトランジスタ)、電子放出素子、電気泳動素子、グレーティングライトバルブ(GLV)やデジタルマイクロミラーデバイス(DMD)、DMS(デジタル・マイクロ・シャッター)素子、MIRASOL(登録商標)ディスプレイ、IMOD(インターフェアレンス・モジュレーション)素子、圧電セラミックディスプレイなどのMEMS(マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム)を用いた表示素子、エレクトロウェッティング素子などが挙げられる。これらの他にも、電気的または磁気的作用により、コントラスト、輝度、反射率、透過率などが変化する表示媒体を有していてもよい。また、表示素子として量子ドットを用いてもよい。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。EL素子を用いた表示装置の一例としては、ELディスプレイなどがある。電子放出素子を用いた表示装置の一例としては、フィールドエミッションディスプレイ(FED)又はSED方式平面型ディスプレイ(SED:Surface−conduction Electron−emitter Display)などがある。量子ドットを用いた表示装置の一例としては、量子ドットディスプレイなどがある。電子インク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。
<Available light control member>
In addition, the display device 700 can have various modes or have various display elements. Display elements include, for example, liquid crystal elements, EL (electroluminescence) elements including LEDs (white LEDs, red LEDs, green LEDs, blue LEDs, etc.) (EL elements including organic substances and inorganic substances, organic EL elements, inorganic EL elements). , Transistors (transistors that emit light in response to current), electron-emitting devices, electrophoretic devices, grating light valves (GLV), digital micromirror devices (DMD), DMS (digital micro shutter) devices, MIRASOL (registered trademark) Examples thereof include a display, an IMOD (interference modulation) element, a display element using a micro electro mechanical system (MEMS) such as a piezoelectric ceramic display, and an electrowetting element. In addition to these, a display medium in which contrast, luminance, reflectance, transmittance, and the like are changed by an electric or magnetic action may be included. Further, quantum dots may be used as the display element. As an example of a display device using a liquid crystal element, there is a liquid crystal display (a transmissive liquid crystal display, a transflective liquid crystal display, a reflective liquid crystal display, a direct view liquid crystal display, a projection liquid crystal display) and the like. An example of a display device using an EL element is an EL display. As an example of a display device using an electron-emitting device, there is a field emission display (FED), a SED type flat display (SED: Surface-Conduction Electron-Emitter Display), or the like. An example of a display device using quantum dots is a quantum dot display. An example of a display device using electronic ink or an electrophoretic element is electronic paper. Note that in the case of realizing a transflective liquid crystal display or a reflective liquid crystal display, part or all of the pixel electrode may have a function as a reflective electrode. For example, part or all of the pixel electrode may have aluminum, silver, or the like. Further, in that case, a memory circuit such as an SRAM can be provided under the reflective electrode. Thereby, power consumption can be further reduced.

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

<光源を利用する場合>
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、着色膜(カラーフィルタともいう。)を用いてもよい。着色膜は、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。着色膜を用いることで、着色膜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、着色膜を有する領域と、着色膜を有さない領域とを配置することによって、着色膜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。一部に着色膜を有さない領域を配置することで、明るい表示の際に、着色膜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、ホワイト(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、着色膜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。
<When using a light source>
In addition, a colored film (also referred to as a color filter) may be used to display a full color display device using white light (W) in a backlight (organic EL element, inorganic EL element, LED, fluorescent lamp, or the like). Good. As the colored film, for example, red (R), green (G), blue (B), yellow (Y), or the like can be used in appropriate combination. By using the colored film, the color reproducibility can be increased as compared with the case where the colored film is not used. At this time, by arranging a region having a colored film and a region having no colored film, white light in the region having no colored film may be directly used for display. By arranging a region that does not have a colored film in part, in a bright display, a decrease in luminance due to the colored film can be reduced, and power consumption can be reduced by about 20% 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 white (W) may be emitted from elements having respective emission colors. . By using a self-luminous element, power consumption may be further reduced than when a colored film is used.

<構成>
本実施の形態においては、表示素子として液晶素子を用いる表示装置の構成について、図44を用いて説明する。
<Configuration>
In this embodiment mode, a structure of a display device using a liquid crystal element as a display element will be described with reference to FIG.

図44は、図43に示す一点鎖線U−Vにおける断面図である。図44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、配線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。   44 is a cross sectional view taken along one-dot chain line U-V shown in FIG. A display device 700 illustrated in FIG. 44 includes a lead wiring portion 711, a pixel portion 702, a source driver circuit portion 704, and an FPC terminal portion 708. In addition, the lead wiring portion 711 includes a wiring 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.

例えば、トランジスタ750として、実施の形態7で示すトランジスタ150を用いることができる。トランジスタ752として、実施の形態8で示すトランジスタ151を用いることができる。   For example, the transistor 150 described in Embodiment 7 can be used as the transistor 750. As the transistor 752, the transistor 151 described in Embodiment 8 can 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、オフ状態における電流値(オフ電流値)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 includes an oxide semiconductor film which is highly purified and suppresses formation of oxygen vacancies. The transistor can reduce a current value in an off state (off-state current value). Therefore, the holding time of an electric signal such as an image signal can be increased, and the writing interval can be set longer in the power-on state. Therefore, since the frequency of the refresh operation can be reduced, there is 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。   In addition, the transistor used in this embodiment can have a 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, the switching transistor in the pixel portion and the driver transistor used in the driver circuit portion can be formed over the same substrate. That is, since it is not necessary to use a semiconductor device formed of a silicon wafer or the like as a separate drive circuit, the number of parts of the semiconductor device can be reduced. In the pixel portion, a high-quality image can be provided by using a transistor that can be driven at high speed.

容量素子790としては、実施の形態7で示す容量素子160を用いることができる。容量素子790は透光性を有するため、画素部702が有する一の画素において容量素子790を大きく(大面積に)形成することができる。よって、開口率を高めつつ、容量値を増大させた表示装置とすることができる。   As the capacitor 790, the capacitor 160 described in Embodiment 7 can be used. Since the capacitor 790 has a light-transmitting property, the capacitor 790 can be formed large (in a large area) in one pixel included in the pixel portion 702. Thus, a display device with an increased capacitance value while increasing an aperture ratio can be obtained.

また、図44において、トランジスタ750上に、絶縁膜764、766、768が設けられている。   In FIG. 44, insulating films 764, 766, and 768 are provided over the transistor 750.

絶縁膜764、766、768としては、それぞれ実施の形態7に示す絶縁膜114、116、118と、同様の材料及び作製方法により形成することができる。また、絶縁膜768上に平坦化膜を設ける構成としてもよい。平坦化膜としては、実施の形態9に示す絶縁膜119と同様の材料及び作製方法により形成することができる。   The insulating films 764, 766, and 768 can be formed using a material and a manufacturing method similar to those of the insulating films 114, 116, and 118 described in Embodiment 7, respectively. Further, a planarization film may be provided over the insulating film 768. The planarization film can be formed using a material and a manufacturing method similar to those of the insulating film 119 described in Embodiment 9.

また、配線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で形成される。なお、配線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で形成された導電膜、例えばゲート電極として機能する導電膜としてもよい。配線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 wiring 710 is formed in the same step as the conductive film functioning as the source and drain electrodes of the transistors 750 and 752. Note that the wiring 710 may be a conductive film formed in a step different from the source and drain electrodes of the transistors 750 and 752, for example, a conductive film functioning as a gate electrode. For example, when a material containing a copper element is used as the wiring 710, signal delay 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FPC716を有する。なお、接続電極760は、トランジスタ750、752のソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜と同じ工程で形成される。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 a connection electrode 760, an anisotropic conductive film 780, and an FPC 716. Note that the connection electrode 760 is formed in the same step as the conductive film functioning as the source and drain electrodes of the transistors 750 and 752. The connection electrode 760 is electrically connected to a terminal included in the FPC 716 through an anisotropic conductive film 780.

また、第1の基板701及び第2の基板705としては、例えばガラス基板を用いることができる。また、第1の基板701及び第2の基板705として、実施の形態7で示す基板102と同様の材料を用いることができる。   In addition, as the first substrate 701 and the second substrate 705, for example, glass substrates can be used. The first substrate 701 and the second substrate 705 can be formed using a material similar to that of the substrate 102 described in Embodiment 7.

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。   On the second substrate 705 side, a light shielding film 738 functioning as a black matrix, a colored film 736 functioning as a color filter, and an insulating film 734 in contact with the light shielding film 738 and the colored film 736 are provided.

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。   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 an insulating film, and 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、本実施の形態においては、構造体778を第1の基板701側に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、第2の基板705側に構造体778を設ける構成、または第1の基板701及び第2の基板705双方に構造体778を設ける構成としてもよい。   In this embodiment mode, the structure body 778 is provided on the first substrate 701 side; however, the present invention is not limited to this. For example, a structure in which the structure body 778 is provided on the second substrate 705 side or a structure in which the structure body 778 is provided on both the first substrate 701 and the second substrate 705 may be employed.

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。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。   The display device 700 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 provided on the second substrate 705 side and functions as a counter electrode. The display device 700 can display an image by controlling transmission and non-transmission of light by changing the alignment state of the liquid crystal layer 776 according to voltages applied to the conductive films 772 and 774.

また、導電膜772は、トランジスタ750が有するソース電極またはドレイン電極として機能する導電膜に接続される。導電膜772は、絶縁膜768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。表示装置700は、基板701側にバックライトやサイドライト等を設け、液晶素子775及び着色膜736を介して表示する、所謂透過型のカラー液晶表示装置である。   The conductive film 772 is connected to a conductive film functioning as a source electrode or a drain electrode of the transistor 750. The conductive film 772 is formed over the insulating film 768 and functions as a pixel electrode, that is, one electrode of the display element. The display device 700 is a so-called transmissive color liquid crystal display device in which a backlight, a sidelight, or the like is provided on the substrate 701 side and displays through a liquid crystal element 775 and a colored film 736.

導電膜772及び導電膜774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。また、導電膜772及び導電膜774として、実施の形態7で示す導電膜120と同様の材料を用いることができる。   As the conductive films 772 and 774, a conductive film that transmits visible light or a conductive film that reflects visible light can be used. As the 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. The conductive film 772 and the conductive film 774 can be formed using a material similar to that of the conductive film 120 described in Embodiment 7.

なお、図43及び図44に示す表示装置700は、例えば、導電膜772を可視光において透過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。さらには反射性のある膜と透過性のある膜とを組み合わせた、半透過型のカラーディスプレイとしてもよく、また、これらに限定されない。   Note that the display device 700 illustrated in FIGS. 43 and 44 may be a transmissive color liquid crystal display device by using a conductive film that is transmissive to visible light as the conductive film 772, for example. Further, it may be a transflective color display in which a reflective film and a transmissive film are combined, and is not limited thereto.

なお、図44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、偏光板と位相差板とを組み合わせて得られる、円偏光板を用いてもよい。   Although not shown in FIG. 44, an optical member (optical substrate) such as a polarizing member, a retardation member, or an antireflection member may be provided as appropriate. For example, a circularly polarizing plate obtained by combining a polarizing plate and a retardation plate may be used.

<外部に設ける保護膜>
また、表示装置700の外側に図45に示すように保護膜717を形成してもよい。保護膜717の成膜方法としては、一例としては、Atomic Layer Deposition法(以下、「ALD法」と表す)により成膜することが望ましい。
<External protective film>
Further, a protective film 717 may be formed outside the display device 700 as shown in FIG. As a method for forming the protective film 717, for example, it is desirable to form the protective film 717 by an atomic layer deposition method (hereinafter referred to as “ALD method”).

ALD法は、成膜面に対して極めて均一に成膜することができる。ALD法を用いることで、たとえば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ、酸化スズインジウム(ITO)、酸化タンタル、酸化シリコン、酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化エルビウム、酸化コバルト、酸化テルル、チタン酸バリウム、窒化チタン、窒化タンタル、窒化タンタル、窒化アルミニウム、窒化タングステン、窒化コバルト、窒化マンガン、窒化ハフニウムなどを保護膜として成膜することができる。また、保護膜は絶縁膜に限定されることはなく導電膜を成膜してもよい。たとえば、ルテニウム、白金、ニッケル、コバルト、マンガン、銅などを成膜することができる。   The ALD method can form a film extremely uniformly on the film formation surface. By using the ALD method, for example, aluminum oxide, hafnium oxide, zirconium oxide, titanium oxide, zinc oxide, indium oxide, tin oxide, indium tin oxide (ITO), tantalum oxide, silicon oxide, manganese oxide, nickel oxide, oxidation Erbium, cobalt oxide, tellurium oxide, barium titanate, titanium nitride, tantalum nitride, tantalum nitride, aluminum nitride, tungsten nitride, cobalt nitride, manganese nitride, hafnium nitride, or the like can be formed as a protective film. Further, the protective film is not limited to the insulating film, and a conductive film may be formed. For example, ruthenium, platinum, nickel, cobalt, manganese, copper, or the like can be formed.

また、FPC端子部708など、電気的に接続する部分については、成膜されないようにマスキングすることが望ましい。マスキングする方法としては、有機膜、無機膜、金属などを用いることができる。たとえば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、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の酸化物絶縁膜、窒化シリコン、窒化アルミニウム等の窒化物絶縁膜、フォトレジスト、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、エポキシ樹脂等の有機材料を用いることができる。これらの膜をマスクとして用いた場合は、当該保護膜を成膜後に除去することができる。   In addition, it is desirable to mask the portions that are electrically connected such as the FPC terminal portion 708 so as not to form a film. As a masking method, an organic film, an inorganic film, a metal, or the like can be used. For example, silicon oxide, silicon oxynitride, gallium oxide, gallium oxynitride, yttrium oxide, yttrium oxynitride, hafnium oxide, hafnium oxynitride oxide insulating film, silicon nitride, aluminum nitride nitride insulating film, photoresist, etc. Organic materials such as polyimide resin, acrylic resin, polyimide amide resin, benzocyclobutene resin, polyamide resin, and epoxy resin can be used. When these films are used as a mask, the protective film can be removed after the film formation.

また、ALD法により成膜される領域をメタルマスクでマスキングすることができる。当該メタルマスクは、鉄、クロム、ニッケル、コバルト、コバルト、タングステン、モリブデン、アルミニウム、銅、タンタル、チタン、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。メタルマスクは表示パネルと近接させてもよいし、接触させてもよい。   In addition, a region formed by the ALD method can be masked with a metal mask. The metal mask is a metal element selected from iron, chromium, nickel, cobalt, cobalt, tungsten, molybdenum, aluminum, copper, tantalum, titanium, or an alloy containing the above metal element as a component, or the above metal element. It can be formed using an alloy or the like in combination. The metal mask may be brought close to or in contact with the display panel.

ALD法で形成される膜は、極めて均一であり、緻密な膜を形成することができる。表示パネルの側面部にALD法で形成した保護膜717を形成することで、水分などの外的成分の浸入を抑えることができる。その結果、トランジスタ特性の変動を抑えることができ、周辺回路の動作を安定させることができる。また、狭額縁化が可能となり、画素領域の拡大、さらには表示装置を高精細化することができる。   A film formed by the ALD method is extremely uniform, and a dense film can be formed. By forming the protective film 717 formed by the ALD method on the side surface portion of the display panel, intrusion of external components such as moisture can be suppressed. As a result, variation in transistor characteristics can be suppressed, and the operation of the peripheral circuit can be stabilized. Further, the frame can be narrowed, the pixel region can be enlarged, and the display device can be made high definition.

液晶層776に用いる液晶としては、実施の形態1に示す液晶素子51に用いる液晶を参照できる。   As a liquid crystal used for the liquid crystal layer 776, the liquid crystal used for the liquid crystal element 51 described in Embodiment 1 can be referred to.

また、液晶素子を有する表示装置の駆動方法としては、実施の形態4乃至6に示す各種の駆動方法を適用することができる。   As a driving method of a display device having a liquid crystal element, any of the various driving methods described in Embodiments 4 to 6 can be applied.

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 as appropriate with any of the structures described in the other embodiments.

(実施の形態13)
<トップゲート>
本実施の形態では、上記実施の形態で例示した透過型表示装置として適用可能な表示装置の他の構成例について説明する。
(Embodiment 13)
<Top gate>
In this embodiment, another structure example of a display device which can be used as the transmissive display device exemplified in the above embodiment is described.

図46(A)に、表示装置300の上面概略図を示す。また、図46(B)に図46(A)の切断線A1−A2間、A3−A4間及びA5−A6間の断面概略図を示す。なお、図46(A)には明瞭化のため、構成要素の一部を省略して示している。   FIG. 46A is a schematic top view of the display device 300. FIG. 46B is a schematic cross-sectional view taken along the cutting line A1-A2 in FIG. 46A, between A3-A4, and between A5-A6. Note that in FIG. 46A, some components are not illustrated for clarity.

表示装置300は、基板301の上面に、表示部302、信号線駆動回路303、走査線駆動回路304及び外部接続端子305を有する。   The display device 300 includes a display portion 302, a signal line driver circuit 303, a scanning line driver circuit 304, and an external connection terminal 305 on the upper surface of the substrate 301.

表示部302には、液晶素子314を備える。液晶素子314は、基板面に対して横方向に発生する電界により液晶の配向が制御される。   The display unit 302 includes a liquid crystal element 314. In the liquid crystal element 314, the alignment of liquid crystal is controlled by an electric field generated in a direction transverse to the substrate surface.

表示装置300は、絶縁層332、絶縁層334、絶縁層338、絶縁層341、絶縁層342、トランジスタ311、トランジスタ312、液晶素子314、電極343、電極352、電極360、液晶層353、カラーフィルタ327、遮光層328等を有している。   The display device 300 includes an insulating layer 332, an insulating layer 334, an insulating layer 338, an insulating layer 341, an insulating layer 342, a transistor 311, a transistor 312, a liquid crystal element 314, an electrode 343, an electrode 352, an electrode 360, a liquid crystal layer 353, and a color filter. 327, a light shielding layer 328, and the like.

画素には少なくとも一つのスイッチング用のトランジスタ312と、電極343と電極360で構成する保持容量を有する。またトランジスタ312のソース電極またはドレイン電極の一方に電気的に接続する電極343が設けられている。   Each pixel has a storage capacitor including at least one switching transistor 312, an electrode 343, and an electrode 360. An electrode 343 that is electrically connected to one of a source electrode and a drain electrode of the transistor 312 is provided.

電極352がカラーフィルタ327上に設けられている。   An electrode 352 is provided on the color filter 327.

電極343には、反射性の導電性材料を用いる。一部に透光性の導電性材料を用いてもよい。   A reflective conductive material is used for the electrode 343. A part of the light-transmitting conductive material may be used.

電極343と第2の電極352の少なくとも一方には、透光性の導電性材料を用いる。これら電極の両方に透光性の導電性材料を用いると、画素の開口率を高めることができるため好ましい。   A light-transmitting conductive material is used for at least one of the electrode 343 and the second electrode 352. It is preferable to use a light-transmitting conductive material for both of these electrodes because the aperture ratio of the pixel can be increased.

カラーフィルタ327は、第1の電極343及び第2の電極352と重なるように設けられる。また遮光層328はカラーフィルタ327の側面を覆って設けられている。図46(B)ではカラーフィルタ327が基板321上に設けられる構成を示しているが、カラーフィルタの配置はこの位置に限られない。   The color filter 327 is provided so as to overlap with the first electrode 343 and the second electrode 352. The light shielding layer 328 is provided so as to cover the side surface of the color filter 327. FIG. 46B illustrates a structure in which the color filter 327 is provided over the substrate 321, but the arrangement of the color filter is not limited to this position.

基板301と基板321との間には、液晶層353が設けられている。電極343と電極352の間に電圧を印加することにより、電界が生じ、該電界によって液晶層353の配向が制御され、光の偏光を画素単位で制御することにより、画像を表示することができる。電極343が反射性の電極であれば、外部から入射した光の反射光量を制御して画像を表示することができる。   A liquid crystal layer 353 is provided between the substrate 301 and the substrate 321. By applying a voltage between the electrode 343 and the electrode 352, an electric field is generated, and the alignment of the liquid crystal layer 353 is controlled by the electric field, and an image can be displayed by controlling the polarization of light in units of pixels. . If the electrode 343 is a reflective electrode, an image can be displayed by controlling the amount of light reflected from the outside.

液晶層353と接する面には、液晶層353の配向を制御するための配向膜が設けられていることが好ましい。配向膜には透光性の材料を用いる。また、ここでは図示しないが、基板321及び基板301の液晶素子314からみて外側の面に偏光板を設ける。   An alignment film for controlling the alignment of the liquid crystal layer 353 is preferably provided on a surface in contact with the liquid crystal layer 353. A light-transmitting material is used for the alignment film. Although not shown here, a polarizing plate is provided on the outer surface of the substrate 321 and the substrate 301 when viewed from the liquid crystal element 314.

液晶層353としては、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶などを用いることができる。また、ブルー相を示す液晶を使用すると、配向膜が不要であり、且つ広い視野角が得られるため好ましい。   As the liquid crystal layer 353, a thermotropic liquid crystal, a low molecular liquid crystal, a high molecular liquid crystal, a ferroelectric liquid crystal, an antiferroelectric liquid crystal, or the like can be used. In addition, it is preferable to use a liquid crystal exhibiting a blue phase because an alignment film is unnecessary and a wide viewing angle can be obtained.

なお、液晶層353として粘度が高く流動性の低い材料を用いることが好ましい。   Note that a material with high viscosity and low fluidity is preferably used for the liquid crystal layer 353.

なお、本構成例では液晶素子の構成は、TN(Twisted Nematic)モード、IPS(In Plane Switching)モード、FFS(Fringe Field Switching)モード、ASM(Axially Symmetric aligned Micro−cell)モード、OCB(Optically Compensated Birefringence)モード、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal)モードなどを用いることができる。   In this configuration example, the configuration of the liquid crystal element includes a TN (Twisted Nematic) mode, an IPS (In Plane Switching) mode, an FFS (Fringe Field Switching) mode, an ASM (Axial Symmetrical Aligned MicroB cell Copied) mode. Birefringence mode, FLC (Ferroelectric Liquid Crystal) mode, AFLC (Anti Ferroelectric Liquid Crystal) mode, etc. can be used.

表示装置300に設けられるトランジスタ(トランジスタ311、トランジスタ312等)は、トップゲート型のトランジスタである。各トランジスタは、半導体層335と、ゲート絶縁層として機能する絶縁層334と、ゲート電極333と、を有する。またゲート電極333を覆う絶縁層338及び絶縁層339が積層して設けられ、絶縁層334、絶縁層338及び絶縁層339に設けられた開口を介して半導体層335一対の電極336を備える。   Transistors (the transistor 311, the transistor 312, and the like) provided in the display device 300 are top-gate transistors. Each transistor includes a semiconductor layer 335, an insulating layer 334 functioning as a gate insulating layer, and a gate electrode 333. In addition, an insulating layer 338 and an insulating layer 339 which cover the gate electrode 333 are stacked, and the semiconductor layer 335 includes a pair of electrodes 336 through openings provided in the insulating layer 334, the insulating layer 338, and the insulating layer 339.

ここで、半導体層335として、酸化物半導体を用いることが好ましい。酸化物半導体としては、例えば上記実施の形態で例示した酸化物半導体を用いることができる。   Here, an oxide semiconductor is preferably used for the semiconductor layer 335. As the oxide semiconductor, for example, the oxide semiconductor exemplified in the above embodiment can be used.

また、半導体層335は、チャネルとして機能する領域よりも低抵抗化されたソース領域、またはドレイン領域として機能する領域を有していてもよい。例えば、ソース領域及びドレイン領域は、一対の電極336と接する部分に設けること、またはチャネルとして機能する領域を挟んで設けることができる。例えば、上記実施の形態で例示した方法により抵抗率が制御された領域とすればよい。   The semiconductor layer 335 may include a source region or a region functioning as a drain region whose resistance is lower than that of a region functioning as a channel. For example, the source region and the drain region can be provided in a portion in contact with the pair of electrodes 336 or can be provided with a region functioning as a channel interposed therebetween. For example, a region whose resistivity is controlled by the method exemplified in the above embodiment may be used.

半導体層335に酸化物半導体を用いることにより、例えば多結晶シリコン等に比べて低温でばらつきの小さいトランジスタを大面積に作製することができる。   By using an oxide semiconductor for the semiconductor layer 335, a transistor with less variation at a lower temperature than that of, for example, polycrystalline silicon can be manufactured with a large area.

また、電極360として、酸化物半導体を用いてもよい。   Alternatively, an oxide semiconductor may be used for the electrode 360.

なお、本発明の一態様は、画素に能動素子を有するアクティブマトリクス方式、または、画素に能動素子を有しないパッシブマトリクス方式を用いることが出来る。   Note that in one embodiment of the present invention, an active matrix method in which an active element is included in a pixel or a passive matrix method in which an active element is not included in a pixel can be used.

アクティブマトリクス方式では、能動素子(アクティブ素子、非線形素子)として、トランジスタだけでなく、さまざまな能動素子(アクティブ素子、非線形素子)を用いることが出来る。例えば、MIM(Metal Insulator Metal)、又はTFD(Thin Film Diode)などを用いることも可能である。これらの素子は、製造工程が少ないため、製造コストの低減、又は歩留まりの向上を図ることができる。または、これらの素子は、素子のサイズが小さいため、開口率を向上させることができ、低消費電力化や高輝度化をはかることが出来る。   In the active matrix system, not only transistors but also various active elements (active elements and nonlinear elements) can be used as active elements (active elements and nonlinear elements). For example, MIM (Metal Insulator Metal) or TFD (Thin Film Diode) can be used. Since these elements have few manufacturing steps, manufacturing cost can be reduced or yield can be improved. Alternatively, since these elements have small element sizes, the aperture ratio can be improved, and power consumption and luminance can be increased.

アクティブマトリクス方式以外のものとして、能動素子(アクティブ素子、非線形素子)を用いないパッシブマトリクス型を用いることも可能である。能動素子(アクティブ素子、非線形素子)を用いないため、製造工程が少ないため、製造コストの低減、又は歩留まりの向上を図ることができる。または、能動素子(アクティブ素子、非線形素子)を用いないため、開口率を向上させることができ、低消費電力化、又は高輝度化などを図ることが出来る。   As a method other than the active matrix method, a passive matrix type that does not use an active element (an active element or a non-linear element) can be used. Since no active element (active element or non-linear element) is used, the number of manufacturing steps is small, so that manufacturing costs can be reduced or yield can be improved. Alternatively, since an active element (an active element or a non-linear element) is not used, an aperture ratio can be improved, power consumption can be reduced, or luminance can be increased.

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

なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態14)
本実施の形態においては、本発明の一態様の表示装置、及び該表示装置の駆動方法について、図47乃至図50を用いて説明を行う。
Note that this embodiment can be combined with any of the other embodiments described in this specification as appropriate.
(Embodiment 14)
In this embodiment, a display device of one embodiment of the present invention and a method for driving the display device will be described with reference to FIGS.

なお、本発明の一態様の表示装置は、情報処理部、演算部、記憶部、表示部、及び入力部等を有していてもよい。   Note that the display device of one embodiment of the present invention may include an information processing portion, a calculation portion, a storage portion, a display portion, an input portion, and the like.

また、本発明の一態様の表示装置において、同一画像(静止画像)を連続して表示する場合、同一画像の信号を書き込む(リフレッシュするともいう)回数を低減することで、消費電力の低減を図ることができる。なお、リフレッシュを行う頻度をリフレッシュレート(走査周波数、垂直同期周波数ともいう)という。以下では、リフレッシュレートを低減し、目の疲労が少ない表示装置について説明する。   In the display device of one embodiment of the present invention, in the case where the same image (still image) is continuously displayed, power consumption can be reduced by reducing the number of times the signal of the same image is written (also referred to as refreshing). Can be planned. Note that the frequency of refreshing is referred to as a refresh rate (also referred to as a scanning frequency or a vertical synchronization frequency). In the following, a display device with reduced refresh rate and less eye fatigue will be described.

目の疲労には、神経系の疲労と、筋肉系の疲労の2種類がある。神経系の疲労は、表示装置の発光、点滅画面を、長時間見続けることで、その明るさが眼の網膜や神経、脳を刺激して疲れさせるものである。筋肉系の疲労は、ピント調節のときに使用する毛様体の筋肉を酷使することにより疲れさせるものである。   There are two types of eye fatigue: nervous system fatigue and muscular fatigue. The fatigue of the nervous system is that the brightness of the display device keeps on watching the light emission and blinking screen for a long time, and the brightness stimulates the eye's retina, nerves, and brain to cause fatigue. The fatigue of the muscular system is caused by overworking the ciliary muscle used for focus adjustment.

図47(A)に、従来の表示装置の表示を表す模式図を示す。図47(A)に示すように、従来の表示装置では、1秒間に60回の画像の書き換えが行われている。このような画面を長時間見続けることにより、使用者の眼の網膜や神経、脳を刺激して眼の疲労が引き起こされるおそれがあった。   FIG. 47A is a schematic diagram showing display on a conventional display device. As shown in FIG. 47A, the conventional display device rewrites an image 60 times per second. Continuing to watch such a screen for a long time may cause eye fatigue by stimulating the retina, nerves, and brain of the user's eyes.

本発明の一態様の表示装置においては、表示装置の画素部に、酸化物半導体を用いたトランジスタ、例えば、CAAC−OSを用いたトランジスタを適用する。当該トランジスタのオフ電流は、極めて小さい。従って、表示装置のリフレッシュレートを下げても、表示装置の輝度の維持が可能となる。   In the display device of one embodiment of the present invention, a transistor including an oxide semiconductor, for example, a transistor using CAAC-OS is applied to a pixel portion of the display device. The off-state current of the transistor is extremely small. Therefore, the luminance of the display device can be maintained even when the refresh rate of the display device is lowered.

つまり、図47(B)に示すように、例えば、5秒間に1回の画像の書き換えが可能となるため、極力長い時間同じ映像を見ることが可能となり、使用者に視認される画面のちらつきが低減される。これにより、使用者の眼の網膜や神経、脳の刺激が低減され、神経系の疲労が軽減される。   That is, as shown in FIG. 47B, for example, since the image can be rewritten once every 5 seconds, it is possible to view the same image for a long time as much as possible, and the screen flickers visible to the user Is reduced. This reduces irritation of the retina, nerves, and brain of the user's eyes and reduces nervous system fatigue.

また、図48(A)に示すように、1画素のサイズが大きい場合(例えば精細度が150ppi未満の場合)、表示装置に表示された文字はぼやけてしまう。表示装置に表示されたぼやけた文字を長時間見続けると、毛様体の筋肉が、絶えずピントを合わせようと動いているにもかかわらず、ピントが合わせづらい状態が続くことになり、目に負担をかけてしまうおそれがある。   As shown in FIG. 48A, when the size of one pixel is large (for example, when the definition is less than 150 ppi), characters displayed on the display device are blurred. If you keep looking at the blurred characters displayed on the display device for a long time, the ciliary muscles will continue to focus, but it will be difficult to focus. There is a risk of burden.

これに対し、図48(B)に示すように、本発明の一態様に係る表示装置では、1画素のサイズが小さく高精細な表示が可能となるため、緻密で滑らかな表示とすることができる。これにより、毛様体の筋肉が、ピントを合わせやすくなるため、使用者の筋肉系の疲労が軽減される。表示装置の解像度を150ppi以上、好ましくは200ppi以上、さらに好ましくは300ppi以上とすることにより、使用者の筋肉系の疲労を効果的に低減することができる。   On the other hand, as shown in FIG. 48B, the display device according to one embodiment of the present invention has a small pixel size and high-definition display; it can. This makes it easier for the ciliary muscles to focus, thus reducing fatigue of the user's muscular system. By setting the resolution of the display device to 150 ppi or more, preferably 200 ppi or more, and more preferably 300 ppi or more, fatigue of the user's muscular system can be effectively reduced.

なお、目の疲労を定量的に測定する方法が検討されている。例えば、神経系の疲労の評価指標としては、臨界融合周波数(CFF:Critical Flicker(Fusion) Frequency)などが知られている。また、筋肉系の疲労の評価指標としては、調節時間や調節近点距離などが知られている。   A method for quantitatively measuring eye fatigue has been studied. For example, critical fusion frequency (CFF: Critical Flicker (Fusion) Frequency) is known as an evaluation index of fatigue of the nervous system. Further, as an evaluation index of muscular fatigue, adjustment time, adjustment near point distance, and the like are known.

そのほか、目の疲労を評価する方法として、脳波測定、サーモグラフィ法、瞬きの回数の測定、涙液量の評価、瞳孔の収縮反応速度の評価や、自覚症状を調査するためのアンケート等がある。   Other methods for evaluating eye fatigue include electroencephalography, thermography, measurement of the number of blinks, evaluation of tear volume, evaluation of the contraction response rate of the pupil, and a questionnaire for investigating subjective symptoms.

例えば、上記の様々な方法により、本発明の一態様の表示装置の駆動方法を評価することができる。   For example, the driving method of the display device of one embodiment of the present invention can be evaluated by the above various methods.

<表示装置の駆動方法>
ここで、本発明の一態様の表示装置の駆動方法について、図49を用いて説明する。
<Driving method of display device>
Here, a method for driving the display device of one embodiment of the present invention is described with reference to FIGS.

[イメージ情報の表示例]
以下では、2つの異なるイメージ情報を含む画像を移動させて表示する例について示す。
[Display example of image information]
Hereinafter, an example in which an image including two different image information is moved and displayed will be described.

図49(A)には、表示部450にウィンドウ451と、ウィンドウ451に表示された静止画像である第1の画像452aが表示されている例を示している。   FIG. 49A illustrates an example in which a window 451 and a first image 452a that is a still image displayed in the window 451 are displayed on the display portion 450.

このとき、第1のリフレッシュレートで表示を行っていることが好ましい。なお、第1のリフレッシュレートとしては、1.16×10−5Hz(1日に約1回の頻度)以上1Hz以下、または2.78×10−4Hz(1時間に約1回の頻度)以上0.5Hz以下、または1.67×10−2Hz(1分間に約1回の頻度)以上0.1Hz以下とすることができる。 At this time, it is preferable to display at the first refresh rate. The first refresh rate is 1.16 × 10 −5 Hz (frequency about once a day) or more and 1 Hz or less, or 2.78 × 10 −4 Hz (frequency about once per hour). ) 0.5 Hz or less, or 1.67 × 10 −2 Hz (frequency about once per minute) or more and 0.1 Hz or less.

このように、第1のリフレッシュレートを極めて小さい値に設定し、画面の書き換えの頻度を低減することで、実質的にちらつきを生じない表示を実現でき、より効果的に使用者の目の疲労を低減することができる。   In this way, by setting the first refresh rate to an extremely small value and reducing the frequency of screen rewriting, it is possible to realize a display that does not substantially cause flickering, and more effectively, the user's eye fatigue. Can be reduced.

なお、ウィンドウ451は、例えば画像表示アプリケーションソフトを実行することにより表示され、画像を表示する表示領域を含む。   The window 451 is displayed by executing image display application software, for example, and includes a display area for displaying an image.

また、ウィンドウ451の下部には、異なるイメージ情報に表示を切り替えるためのボタン453を有する。使用者がボタン453を選択する操作を行うことにより、画像を移動させる命令を表示装置の情報処理部に与えることができる。   In addition, a button 453 for switching the display to different image information is provided at the bottom of the window 451. When the user performs an operation of selecting the button 453, a command for moving the image can be given to the information processing unit of the display device.

なお、使用者の操作方法は入力手段に応じて設定すればよい。例えば入力手段として表示部450に重ねて設けられたタッチパネルを用いる場合には、指やスタイラス等によりボタン453をタッチする操作や、画像をスライドさせるようなジェスチャ入力を行うことにより操作することができる。ジェスチャ入力や音声入力を用いる場合には、必ずしもボタン453を表示しなくてもよい。   In addition, what is necessary is just to set a user's operation method according to an input means. For example, when a touch panel provided over the display unit 450 is used as an input unit, the touch panel 453 can be operated by touching the button 453 with a finger, a stylus, or the like, or by performing gesture input such as sliding an image. . When gesture input or voice input is used, the button 453 is not necessarily displayed.

画像を移動させる命令を表示装置の情報処理部が受け取ると、ウィンドウ451内に表示された画像の移動が開始される(図49(B))。   When the information processing unit of the display device receives a command to move the image, the movement of the image displayed in the window 451 is started (FIG. 49B).

なお、図49(A)の時点で第1のリフレッシュレートで表示を行っていた場合には、画像の移動の前に、リフレッシュレートを第2のリフレッシュレートに変更すると好ましい。第2のリフレッシュレートは、動画像の表示を行うために必要な値である。例えば、第2のリフレッシュレートは、30Hz以上960Hz以下、好ましくは60Hz以上960Hz以下、より好ましくは75Hz以上960Hz以下、より好ましくは120Hz以上960Hz以下、より好ましくは240Hz以上960Hz以下とすることができる。   Note that in the case where display is performed at the first refresh rate at the time of FIG. 49A, it is preferable to change the refresh rate to the second refresh rate before moving the image. The second refresh rate is a value necessary for displaying a moving image. For example, the second refresh rate can be 30 Hz to 960 Hz, preferably 60 Hz to 960 Hz, more preferably 75 Hz to 960 Hz, more preferably 120 Hz to 960 Hz, more preferably 240 Hz to 960 Hz.

第2のリフレッシュレートを、第1のリフレッシュレートよりも高い値に設定することにより、動画像をより滑らかに自然に表示することができる。また書き換えに伴うちらつき(フリッカともいう)が使用者に視認されることが抑制されるため、使用者の目の疲労を低減できる。   By setting the second refresh rate to a value higher than the first refresh rate, the moving image can be displayed more smoothly and naturally. Further, since flickering (also referred to as flicker) associated with rewriting is suppressed from being visually recognized by the user, it is possible to reduce eyestrain of the user.

このとき、ウィンドウ451内に表示される画像は、第1の画像452aと、次に表示すべき第2の画像452bとが結合された画像である。ウィンドウ451内には、この結合された画像が一方向(ここでは左方向)に移動するように、一部の領域が表示される。   At this time, the image displayed in the window 451 is an image obtained by combining the first image 452a and the second image 452b to be displayed next. A part of the region is displayed in the window 451 so that the combined image moves in one direction (here, the left direction).

また、結合された画像の移動と共に、ウィンドウ451内に表示された画像の輝度が初期(図49(A)の時点)の輝度に比べて段階的に低下する。   Further, with the movement of the combined images, the luminance of the image displayed in the window 451 gradually decreases compared to the initial luminance (at the time of FIG. 49A).

図49(C)は、ウィンドウ451内に表示された画像が、所定座標に到達した時点を示している。したがって、この時点でウィンドウ451内に表示された画像の輝度が最も低い。   FIG. 49C shows a point in time when the image displayed in the window 451 reaches a predetermined coordinate. Therefore, the brightness of the image displayed in the window 451 at this time is the lowest.

なお、図49(C)では、所定座標として、第1の画像452aと第2の画像452bのそれぞれが、半分ずつ表示されている座標としたが、これに限られず、使用者が自由に設定可能とすることが好ましい。   In FIG. 49C, as the predetermined coordinates, the coordinates where the first image 452a and the second image 452b are displayed in half are not limited to this, but the user can freely set the coordinates. Preferably it is possible.

例えば、画像の初期座標から最終座標までの距離に対する、初期座標からの距離の比が0より大きく、1未満である座標を所定座標に設定すればよい。   For example, a coordinate having a ratio of the distance from the initial coordinate to the distance from the initial coordinate to the final coordinate of the image that is greater than 0 and less than 1 may be set as the predetermined coordinate.

また、画像が所定座標に達した時の輝度についても、使用者が自由に設定可能とすることが好ましい。例えば、画像が所定座標に達した時の輝度の、初期の輝度に対する比が0以上1未満、好ましくは0以上0.8以下、より好ましくは0以上0.5以下などに設定すればよい。   Also, it is preferable that the user can freely set the luminance when the image reaches a predetermined coordinate. For example, the ratio of the luminance when the image reaches a predetermined coordinate to the initial luminance may be set to 0 or more and less than 1, preferably 0 or more and 0.8 or less, more preferably 0 or more and 0.5 or less.

続いて、ウィンドウ451内には、結合された画像が移動しながら輝度が段階的に上昇するように表示される(図49(D))。   Subsequently, in the window 451, the combined image is displayed so that the luminance increases stepwise while moving (FIG. 49D).

図49(E)は、結合された画像の座標が最終座標に達した時点を示している。ウィンドウ451内には、第2の画像452bのみが、初期の輝度と等しい輝度で表示されている。   FIG. 49E shows a point in time when the coordinates of the combined images reach the final coordinates. In the window 451, only the second image 452b is displayed with a luminance equal to the initial luminance.

なお、画像の移動が完了した後に、リフレッシュレートを第2のリフレッシュレートから、第1のリフレッシュレートに変更することが好ましい。   Note that it is preferable to change the refresh rate from the second refresh rate to the first refresh rate after the movement of the image is completed.

このような表示を行うことにより、画像の移動を使用者が目で追ったとしても、該画像の輝度が低減されているため、使用者の目の疲労を低減することができる。したがって、このような駆動方法を用いることにより、目にやさしい表示を実現できる。   By performing such a display, even when the user follows the movement of the image with his / her eyes, the luminance of the image is reduced, so that the eyestrain of the user can be reduced. Therefore, by using such a driving method, an eye-friendly display can be realized.

[文書情報の表示例]
次に、表示ウィンドウの大きさよりも大きな文書情報をスクロールさせて表示する例について説明する。
[Example of document information display]
Next, an example of scrolling and displaying document information larger than the size of the display window will be described.

図50(A)には、表示部450にウィンドウ455と、ウィンドウ455に表示された静止画像である文書情報456の一部が表示されている例を示している。   FIG. 50A illustrates an example in which a window 455 and a part of document information 456 that is a still image displayed in the window 455 are displayed on the display portion 450.

このとき、上記の第1のリフレッシュレートで表示を行っていることが好ましい。   At this time, it is preferable to perform display at the first refresh rate.

ウィンドウ455は、例えば文書表示アプリケーションソフト、文書作成アプリケーションソフトなどを実行することにより表示され、文書情報を表示する表示領域を含む。   The window 455 is displayed by executing, for example, document display application software, document creation application software, and the like, and includes a display area for displaying document information.

文書情報456は、その画像の大きさがウィンドウ455の表示領域よりも縦方向に大きい。したがってウィンドウ455には、その一部の領域のみが表示されている。また、図50(A)に示すように、ウィンドウ455は、文書情報456のどの領域が表示されているかを示すスクロールバー457を備えていてもよい。   The document information 456 is larger in image size in the vertical direction than the display area of the window 455. Accordingly, only a part of the area is displayed in the window 455. As shown in FIG. 50A, the window 455 may include a scroll bar 457 indicating which area of the document information 456 is displayed.

入力部により画像を移動させる命令(ここでは、スクロール命令ともいう)が表示装置に与えられると、文書情報456の移動が開始される(図50(B))。また、表示される画像の輝度が段階的に低下する。   When a command for moving an image (also referred to as a scroll command here) is given to the display device by the input unit, the movement of the document information 456 is started (FIG. 50B). In addition, the brightness of the displayed image decreases stepwise.

なお、図50(A)の時点で第1のリフレッシュレートで表示を行っていた場合には、文書情報456の移動の前に、リフレッシュレートを第2のリフレッシュレートに変更すると好ましい。   If the display is performed at the first refresh rate at the time of FIG. 50A, it is preferable to change the refresh rate to the second refresh rate before the document information 456 is moved.

ここでは、ウィンドウ455内に表示される画像の輝度だけでなく、表示部450に表示される画像全体の輝度が低下する様子を示している。   Here, not only the brightness of the image displayed in the window 455 but also the brightness of the entire image displayed on the display unit 450 is shown.

図50(C)は、文書情報456の座標が所定座標に達した時点を示している。このとき、表示部450に表示される画像全体の輝度は最も低くなる。   FIG. 50C shows a point in time when the coordinates of the document information 456 reach predetermined coordinates. At this time, the luminance of the entire image displayed on the display unit 450 is the lowest.

続いて、ウィンドウ455内には、文書情報456が移動しながら表示される(図50(D))。このとき、表示部450に表示される画像全体の輝度は段階的に上昇する。   Subsequently, the document information 456 is displayed while moving in the window 455 (FIG. 50D). At this time, the luminance of the entire image displayed on the display unit 450 increases stepwise.

図50(E)は、文書情報456の座標が最終座標に達した時点を示している。ウィンドウ455内には、文書情報456の初期に表示された領域とは異なる領域が、初期の輝度と等しい輝度で表示される。   FIG. 50E shows a point in time when the coordinates of the document information 456 reach the final coordinates. In the window 455, an area different from the initially displayed area of the document information 456 is displayed with a luminance equal to the initial luminance.

なお、文書情報456の移動が完了した後に、リフレッシュレートを第1のリフレッシュレートに変更することが好ましい。   Note that the refresh rate is preferably changed to the first refresh rate after the movement of the document information 456 is completed.

このような表示を行うことにより、画像の移動を使用者が目で追ったとしても、該画像の輝度が低減されているため、使用者の目の疲労を低減することができる。したがって、このような駆動方法を用いることにより、目にやさしい表示を実現できる。   By performing such a display, even when the user follows the movement of the image with his / her eyes, the luminance of the image is reduced, so that the eyestrain of the user can be reduced. Therefore, by using such a driving method, an eye-friendly display can be realized.

特に、文書情報などのコントラストの高い表示は、使用者の目の疲労がより顕著になるため、文書情報の表示にこのような駆動方法を適用することはより好ましい。   In particular, display with high contrast such as document information causes more noticeable fatigue on the eyes of the user, so it is more preferable to apply such a driving method to display of document information.

本実施の形態は、本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。   This embodiment can be implemented in appropriate combination with any of the other embodiments described in this specification.

(実施の形態15)
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51乃至図53を用いて説明を行う。
(Embodiment 15)
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.

図51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8010、バッテリ8011を有する。   A display module 8000 shown in FIG. 51 includes a touch panel 8004 connected to the FPC 8003, a display panel 8006 connected to the FPC 8005, a backlight 8007, a frame 8009, a printed circuit board 8010, a battery, between an upper cover 8001 and a lower cover 8002. 8011.

本発明の一態様の表示装置は、例えば、表示パネル8006に用いることができる。   The display 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 shapes and dimensions 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8006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 resistive touch panel or a capacitive touch panel can be used by being superimposed on the display panel 8006. In addition, the counter substrate (sealing substrate) of the display panel 8006 can have a touch panel function. In addition, an optical sensor can be provided in each pixel of the display panel 8006 to provide an optical touch panel.

バックライト8007は、光源8008を有する。なお、図51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. 51 illustrates the configuration in which the light source 8008 is provided over the backlight 8007, the present invention is not limited to this. For example, a light source 8008 may be provided at the end of the backlight 8007 and a light diffusing 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 as an electromagnetic shield for blocking electromagnetic waves generated by the operation of the printed board 8010 in addition to a protective function of the display panel 8006. The frame 8009 may have a function as a heat sink.

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 board 8010 includes a power supply circuit, a signal processing circuit for outputting a video signal and a clock signal. As a power supply for supplying power to the power supply circuit, an external commercial power supply may be used, or a power supply using a battery 8011 provided separately may be used. 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。   The display module 8000 may be additionally provided with a member such as a polarizing plate, a retardation plate, or a prism sheet.

図52(A)乃至図52(G)は、電子機器を示す図である。これらの電子機器は、筐体5000、表示部5001、スピーカ5003、LEDランプ5004、操作キー5005(電源スイッチ、又は操作スイッチを含む)、接続端子5006、センサ5007(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5008、等を有することができる。   52A to 52G are diagrams each illustrating an electronic device. These electronic devices include a housing 5000, a display portion 5001, a speaker 5003, an LED lamp 5004, operation keys 5005 (including a power switch or operation switch), a connection terminal 5006, a sensor 5007 (force, displacement, position, speed, Measure acceleration, angular velocity, number of rotations, distance, light, liquid, magnetism, temperature, chemical, sound, time, hardness, electric field, current, voltage, power, radiation, flow rate, humidity, gradient, vibration, smell or infrared A microphone 5008, and the like.

図52(A)はモバイルコンピュータであり、上述したものの他に、スイッチ5009、赤外線ポート5010、等を有することができる。図52(B)は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置(たとえば、DVD再生装置)であり、上述したものの他に、第2表示部5002、記録媒体読込部5011、等を有することができる。図52(C)はゴーグル型ディスプレイであり、上述したものの他に、第2表示部5002、支持部5012、イヤホン5013、等を有することができる。図52(D)は携帯型遊技機であり、上述したものの他に、記録媒体読込部5011、等を有することができる。図52(E)はテレビ受像機能付きデジタルカメラであり、上述したものの他に、アンテナ5014、シャッターボタン5015、受像部5016、等を有することができる。図52(F)は携帯型遊技機であり、上述したものの他に、第2表示部5002、記録媒体読込部5011、等を有することができる。図52(G)は持ち運び型テレビ受像器であり、上述したものの他に、信号の送受信が可能な充電器5017、等を有することができる。   FIG. 52A illustrates a mobile computer which can include a switch 5009, an infrared port 5010, and the like in addition to the above components. FIG. 52B illustrates a portable image playback device (eg, a DVD playback device) provided with a recording medium, which includes a second display portion 5002, a recording medium reading portion 5011, and the like in addition to the above components. it can. FIG. 52C illustrates a goggle type display which can include a second display portion 5002, a support portion 5012, an earphone 5013, and the like in addition to the above components. FIG. 52D illustrates a portable game machine that can include the memory medium reading portion 5011 and the like in addition to the above objects. FIG. 52E illustrates a digital camera with a television receiving function, which can include an antenna 5014, a shutter button 5015, an image receiving portion 5016, and the like in addition to the above objects. FIG. 52F illustrates a portable game machine that can include the second display portion 5002, the recording medium reading portion 5011, and the like in addition to the above objects. FIG. 52G illustrates a portable television receiver that can include a charger 5017 and the like capable of transmitting and receiving signals in addition to the above components.

図52(A)乃至図52(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、日付又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又は受信を行う機能、記録媒体に記録されているプログラム又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。さらに、複数の表示部を有する電子機器においては、一つの表示部を主として画像情報を表示し、別の一つの表示部を主として文字情報を表示する機能、または、複数の表示部に視差を考慮した画像を表示することで立体的な画像を表示する機能、等を有することができる。さらに、受像部を有する電子機器においては、静止画を撮影する機能、動画を撮影する機能、撮影した画像を自動または手動で補正する機能、撮影した画像を記録媒体(外部又はカメラに内蔵)に保存する機能、撮影した画像を表示部に表示する機能、等を有することができる。なお、図52(A)乃至図52(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。   The electronic devices illustrated in FIGS. 52A to 52G can have a variety of functions. For example, a function for displaying various information (still images, moving images, text images, etc.) on the display unit, a touch panel function, a function for displaying a calendar, date or time, a function for controlling processing by various software (programs), Wireless communication function, function for connecting to various computer networks using the wireless communication function, function for transmitting or receiving various data using the wireless communication function, and reading and displaying programs or data recorded on the recording medium It can have a function of displaying on the section. Further, in an electronic device having a plurality of display units, one display unit mainly displays image information and another one display unit mainly displays character information, or the plurality of display units consider parallax. It is possible to have a function of displaying a three-dimensional image, etc. by displaying the obtained image. Furthermore, in an electronic device having an image receiving unit, a function for capturing a still image, a function for capturing a moving image, a function for correcting a captured image automatically or manually, and a captured image on a recording medium (externally or incorporated in a camera) A function of saving, a function of displaying a photographed image on a display portion, and the like can be provided. Note that the functions of the electronic devices illustrated in FIGS. 52A to 52G are not limited to these, and can have various functions.

また、本発明の一態様の表示装置を用いた腕装着型の携帯情報端末について図53(A)乃至(E)を用いて説明する。なお、本発明の一態様は、手首、上腕部などに装着する腕装着型に限られず、腰、足首等に装着する携帯情報端末にも適用することができる。   An arm-mounted portable information terminal using the display device of one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that one embodiment of the present invention is not limited to an arm-mounted type that is mounted on a wrist, an upper arm, or the like, but can be applied to a portable information terminal that is mounted on a waist, an ankle, or the like.

本実施の形態で例示する腕装着型(又は腕時計型)の携帯情報端末は、通信機能を有し、単体で電子メールの送受信等が可能であってもよい。携帯情報端末は、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できることが好ましい。   The wrist-worn type (or wristwatch type) portable information terminal exemplified in this embodiment may have a communication function and be capable of transmitting and receiving an e-mail or the like alone. The portable information terminal is preferably capable of executing various applications such as mobile phone, e-mail, text browsing and creation, music playback, Internet communication, and computer games.

または、スマートフォン等の携帯電話機や他の携帯情報端末と無線又は有線で接続することで電子メールの送受信等を行ってもよい。例えば、スマートフォンと一緒に用いることで、腕装着型(又は腕時計型)の携帯情報端末の表示部をサブディスプレイとして用いてもよい。   Alternatively, e-mail transmission and reception may be performed by connecting wirelessly or wiredly to a mobile phone such as a smartphone or another portable information terminal. For example, the display unit of a wrist-worn type (or wristwatch type) portable information terminal may be used as a sub-display by being used together with a smartphone.

また、携帯情報端末は、通信規格された近距離無線通信を実行できてもよい。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できてもよい。   In addition, the portable information terminal may be able to execute short-range wireless communication that is a communication standard. For example, hands-free communication may be possible by communicating with a headset capable of wireless communication.

腕時計型の携帯情報端末は、ボタン、スイッチ、又はタッチパネルの少なくとも1つを有する。ボタンやスイッチは、時刻設定、電源のオン、オフ動作、無線通信のオン、オフ動作、マナーモードの実行及び解除、省電力モードの実行及び解除など、様々な機能を持たせることができる。また、タッチパネルを操作することでこれらの動作が実行できてもよい。携帯情報端末に組み込まれたオペレーティングシステムにより、ボタンやスイッチの機能を自由に設定することができてもよい。   A wristwatch-type portable information terminal has at least one of a button, a switch, and a touch panel. The buttons and switches can have various functions such as time setting, power on / off operation, wireless communication on / off operation, manner mode execution and cancellation, and power saving mode execution and cancellation. Moreover, these operations may be performed by operating the touch panel. The functions of buttons and switches may be freely set by an operating system incorporated in the portable information terminal.

また、本実施の形態で例示する腕時計型の携帯情報端末は、心拍数、呼吸数、脈拍、体温、又は血圧等の使用者の生体情報を計測するセンサを有することが好ましい。   In addition, the wristwatch-type portable information terminal exemplified in this embodiment preferably includes a sensor that measures biological information of a user such as a heart rate, a respiratory rate, a pulse, a body temperature, or a blood pressure.

例えば、光学センサを用いて、腕等の毛細血管の収縮から心拍数を測定することができる。   For example, the heart rate can be measured from the contraction of capillaries such as arms using an optical sensor.

また、携帯情報端末が使用者の腕に装着されたかどうかを、皮膚の電気伝導率から把握するセンサを用いることで、自動で携帯情報端末の電源のオン、オフ動作を行うことができてもよい。   Even if the mobile information terminal can be automatically turned on / off by using a sensor that grasps whether or not the mobile information terminal is worn on the user's arm from the electrical conductivity of the skin. Good.

これらのセンサは、例えば、携帯情報端末において、使用者の腕が触れる面側に実装されていることが好ましい。   These sensors are preferably mounted, for example, on the surface side touched by the user's arm in the portable information terminal.

また、使用環境のデータを計測できてもよい。例えば、紫外線センサや照度センサを有していてもよい。紫外線量を把握することで、使用者の日焼け対策に利用することができる。また、使用環境の照度によって、自動で表示部の明るさを調整することができてもよい。これらのセンサは、例えば、携帯情報端末において、表示面側に実装されていることが好ましい。   Moreover, the data of use environment may be measurable. For example, you may have a ultraviolet sensor and an illumination intensity sensor. By knowing the amount of ultraviolet rays, it can be used to prevent sunburn. Further, the brightness of the display unit may be automatically adjusted depending on the illuminance of the usage environment. For example, these sensors are preferably mounted on the display surface side in a portable information terminal.

また、携帯情報端末は、GPS(Global positioning System)信号を受信できてもよい。   The portable information terminal may be able to receive a GPS (Global positioning System) signal.

また、携帯情報端末は、非接触で二次電池を充電できると好ましい。また、携帯情報端末は光電変換素子を有し、該光電変換素子を用いて二次電池を充電できると好ましい。例えば、太陽光発電により、二次電池を充電できると好ましい。   Moreover, it is preferable that the portable information terminal can charge the secondary battery in a non-contact manner. The portable information terminal preferably includes a photoelectric conversion element, and the secondary battery can be charged using the photoelectric conversion element. For example, it is preferable that the secondary battery can be charged by solar power generation.

図53(A)に示す腕時計型の携帯情報端末370は、表示部371、バッテリ373、留め具375、及び筐体377等を有する。表示部371、バッテリ373、及び筐体377は、それぞれ可撓性を有する。そのため、携帯情報端末370を所望の形状に湾曲させることが容易である。例えば、表示部371には、可撓性を有する表示パネルを用いることができ、さらに可撓性を有する発光パネルを組み合わせてもよい。また、バッテリ373には、可撓性を有する二次電池を用いることができる。そのため、曲げ応力を加えても曲がる箇所が集中することなく、曲げ応力を全体に分散できるようになるため、表示部371やバッテリ373の曲がりすぎによる破損を抑制することができる。その結果、携帯情報端末370の信頼性を高めることができる。   A wristwatch-type portable information terminal 370 illustrated in FIG. 53A includes a display portion 371, a battery 373, a fastener 375, a housing 377, and the like. The display portion 371, the battery 373, and the housing 377 each have flexibility. Therefore, it is easy to bend portable information terminal 370 into a desired shape. For example, a flexible display panel can be used for the display portion 371, and a flexible light-emitting panel may be combined. As the battery 373, a flexible secondary battery can be used. Therefore, even if bending stress is applied, the bending stress can be dispersed throughout without concentrating the bent portions, so that damage due to excessive bending of the display portion 371 and the battery 373 can be suppressed. As a result, the reliability of the portable information terminal 370 can be improved.

図53(A)では、筐体377内に2つのバッテリ373を有する例を示したが、バッテリの数は1つ以上であれば特に限定されない。また、表示部371に重ねてバッテリ373が配置されていてもよい。   FIG. 53A illustrates an example in which two batteries 373 are provided in the housing 377, but the number of batteries is not particularly limited as long as the number is one or more. In addition, a battery 373 may be disposed over the display portion 371.

筐体377には、例えば、金属、樹脂、又は天然素材等の一種以上を用いることができる。金属としては、ステンレス、アルミニウム、チタン合金などを用いることができる。また、樹脂としては、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂などを用いることができる。また、天然素材としては木材、石、骨、皮革、紙、布を加工したものなどを用いることができる。   For the housing 377, for example, one or more of metals, resins, natural materials, and the like can be used. As the metal, stainless steel, aluminum, titanium alloy, or the like can be used. As the resin, acrylic resin, polyimide resin, or the like can be used. Natural materials that can be used include wood, stone, bone, leather, paper, and cloth.

図53(B)に、携帯情報端末380を環状に曲げた状態の斜視図を示し、図53(C)に、携帯情報端末380を展開(伸長ともいえる)した状態の上面図を示す。図53(C)の一点鎖線Z1−Z2間の断面図を図53(D)、(E)に示す。   FIG. 53B shows a perspective view of a state where the portable information terminal 380 is bent in an annular shape, and FIG. 53C shows a top view of a state where the portable information terminal 380 is expanded (also referred to as expansion). 53D and 53E are cross-sectional views taken along dashed-dotted line Z1-Z2 in FIG.

腕時計型の携帯情報端末380は、表示部371、筐体372a、372b、バッテリ373を有する。筐体372b及びバッテリ373は、それぞれ可撓性を有する。そのため、携帯情報端末380を所望の形状に湾曲させることが容易である。さらに、表示部371及び筐体372aもそれぞれ可撓性を有していてもよい。なお、図53(C)に示すように、携帯情報端末380は、操作ボタン379を有していてもよい。   The wristwatch-type portable information terminal 380 includes a display portion 371, housings 372 a and 372 b, and a battery 373. The housing 372b and the battery 373 each have flexibility. Therefore, it is easy to curve the portable information terminal 380 into a desired shape. Further, the display portion 371 and the housing 372a may each have flexibility. Note that as illustrated in FIG. 53C, the portable information terminal 380 may include an operation button 379.

図53(D)に示すように、バッテリ373は、二次電池20とゴム弾性を有する部材40を有する。また、表示部371には、本発明の一態様の表示装置が適用されていることが好ましい。表示部371は、表示装置10とゴム弾性を有する部材40を有する。部材40には、より湾曲させやすく、また、繰り返しの曲げ伸ばしに対する信頼性を向上させるため、凹凸構造40aを有していてもよい。   As shown in FIG. 53D, the battery 373 includes the secondary battery 20 and a member 40 having rubber elasticity. In addition, the display device of one embodiment of the present invention is preferably applied to the display portion 371. The display unit 371 includes the display device 10 and a member 40 having rubber elasticity. The member 40 may have a concavo-convex structure 40a in order to bend more easily and to improve the reliability with respect to repeated bending and stretching.

図53(E)に示すように、携帯情報端末380は、さらに、センサ70を有していてもよい。センサ70としては、上述の生体情報を検知するセンサ等の各種センサを用いることができる。センサ70の可撓性は問わない。センサ70は、ゴム弾性を有する部材40の内部又は外部に設けられていればよい。図53(E)では、バッテリ373に本発明の一態様を適用し、表示部371や筐体372a、センサ70は可撓性を有さない例を示す。   As shown in FIG. 53E, the portable information terminal 380 may further include a sensor 70. As the sensor 70, various sensors such as the above-described sensor for detecting biological information can be used. The flexibility of the sensor 70 does not matter. The sensor 70 may be provided inside or outside the member 40 having rubber elasticity. FIG. 53E illustrates an example in which one embodiment of the present invention is applied to a battery 373 and the display portion 371, the housing 372a, and the sensor 70 do not have flexibility.

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。該表示部に、他の実施の形態で示した表示装置を適用することができる。   The electronic device described in this embodiment includes a display portion for displaying some information. The display device described in any of the other embodiments can be applied to the display portion.

10 表示装置
21a 導電膜
21b 導電膜
40 部材
40a 凹凸構造
51 液晶素子
52 トランジスタ
70 センサ
102 基板
104 ゲート電極
105 ゲート配線
106 絶縁膜
107 絶縁膜
108 絶縁膜
110 酸化物半導体膜
110a 酸化物半導体膜
111 酸化物半導体膜
111a 酸化物半導体膜
111b 酸化物半導体膜
112 配線
112a ソース電極
112b ドレイン電極
114 絶縁膜
116 絶縁膜
118 絶縁膜
119 絶縁膜
119a 絶縁膜
119b 絶縁膜
119c 絶縁膜
120 導電膜
120a 導電膜
133 走査線
134 トランジスタ
136 容量電極
141 開口
142 開口
144 開口
146 開口
148 開口
148a 開口
148b 開口
148c 開口
150 トランジスタ
151 トランジスタ
152 半導体装置
160 容量素子
161 容量素子
165 ターゲット
166 プラズマ
170 ゲート配線コンタクト部
171 ゲート配線コンタクト部
181 透過軸
183 配向方向
185 配向方向
187 配向角
189 ねじれ角
202 基板
204 導電膜
206 絶縁膜
207 絶縁膜
208 酸化物半導体膜
208a 酸化物半導体膜
208b 酸化物半導体膜
208c 酸化物半導体膜
211a 酸化物半導体膜
211b 酸化物半導体膜
212a 導電膜
212b 導電膜
214 絶縁膜
216 絶縁膜
218 絶縁膜
220b 導電膜
252a 開口
252b 開口
252c 開口
270 トランジスタ
270A トランジスタ
270B トランジスタ
300 表示装置
301 基板
302 表示部
305 外部接続端子
311 トランジスタ
312 トランジスタ
314 液晶素子
321 基板
327 カラーフィルタ
332 絶縁層
333 ゲート電極
334 絶縁層
336 電極
338 絶縁層
339 絶縁層
341 絶縁層
342 絶縁層
343 電極
352 電極
353 液晶層
360 電極
370 携帯情報端末
371 表示部
372a 筐体
372b 筐体
373 バッテリ
375 留め具
377 筐体
379 操作ボタン
380 携帯情報端末
402 点線
404 線
406 線
450 表示部
451 ウィンドウ
452a 画像
452b 画像
453 ボタン
455 ウィンドウ
456 文書情報
457 スクロールバー
500 入力手段
500_C 信号
600 液晶表示装置
610 制御部
615_C 二次制御信号
615_V 二次画像信号
620 演算装置
625_C 一次制御信号
625_V 一次画像信号
630 表示部
631 画素部
631a 領域
631b 領域
631c 領域
631p 画素
632 G駆動回路
632_G G信号
633 S駆動回路
633_S S信号
634 画素回路
634c 容量素子
634c(i) 寄生容量
634c(i+1) 寄生容量
634t トランジスタ
635 表示素子
635_1 画素電極
635LC 液晶素子
650 光供給部
671 演算装置
672 記憶装置
673 グラフィックユニット
674 表示手段
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 配線
711 配線部
712 シール材
716 FPC
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
764 絶縁膜
766 絶縁膜
768 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
790 容量素子
1000a 画素部
1000b 画素部
1010 基板
1011 画素
1011a 画素電極
1011b 画素電極
1011c 画素電極
1012a 絶縁層
1012b 絶縁層
1012c 絶縁層
1012d 絶縁層
1012e 絶縁層
1012f 絶縁層
1014 配向膜
1020 基板
1021a カラーフィルタ
1021b カラーフィルタ
1021c カラーフィルタ
1023 対向電極
1025 スペーサ
1027 配向膜
1030 液晶層
1040 偏光素子
1042 位相差板
1044 散乱板
1050 反射板
1060 シール材
1062 スペーサ
1064 フィラー
1066 透過膜
1068 半透過膜
5000 筐体
5001 表示部
5002 表示部
5003 スピーカ
5004 LEDランプ
5005 操作キー
5006 接続端子
5007 センサ
5008 マイクロフォン
5009 スイッチ
5010 赤外線ポート
5011 記録媒体読込部
5012 支持部
5013 イヤホン
5014 アンテナ
5015 シャッターボタン
5016 受像部
5017 充電器
5200 ペレット
5201 イオン
5202 横成長部
5203 粒子
5220 基板
5230 ターゲット
5240 プラズマ
5260 加熱機構
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
S 信号線
G 走査線
S1 信号線
S2 信号線
S3 信号線
S4 信号線
Sx 信号線
G1 走査線
G2 走査線
Gy 走査線
Si 信号線
Si+1 信号線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Display apparatus 21a Conductive film 21b Conductive film 40 Member 40a Uneven structure 51 Liquid crystal element 52 Transistor 70 Sensor 102 Substrate 104 Gate electrode 105 Gate wiring 106 Insulating film 107 Insulating film 108 Insulating film 110 Oxide semiconductor film 110a Oxide semiconductor film 111 Oxidation Oxide semiconductor film 111b oxide semiconductor film 112 wiring 112a source electrode 112b drain electrode 114 insulating film 116 insulating film 118 insulating film 119 insulating film 119a insulating film 119b insulating film 119c insulating film 120 conductive film 120a conductive film 133 scanning Line 134 Transistor 136 Capacitance electrode 141 Opening 142 Opening 144 Opening 146 Opening 148 Opening 148a Opening 148b Opening 148c Opening 150 Transistor 151 Transistor 152 Semiconductor device 160 Capacitor Element 161 Capacitance element 165 Target 166 Plasma 170 Gate wiring contact part 171 Gate wiring contact part 181 Transmission axis 183 Orientation direction 185 Orientation direction 187 Orientation angle 189 Twist angle 202 Substrate 204 Conductive film 206 Insulating film 207 Insulating film 208 Oxide semiconductor film 208a Oxide semiconductor film 208b oxide semiconductor film 208c oxide semiconductor film 211a oxide semiconductor film 211b oxide semiconductor film 212a conductive film 212b conductive film 214 insulating film 216 insulating film 218 insulating film 220b conductive film 252a opening 252b opening 252c opening 270 transistor 270A Transistor 270B Transistor 300 Display device 301 Substrate 302 Display unit 305 External connection terminal 311 Transistor 312 Transistor 314 Liquid crystal element 321 Substrate 327 Lar filter 332 Insulating layer 333 Gate electrode 334 Insulating layer 336 Electrode 338 Insulating layer 339 Insulating layer 341 Insulating layer 342 Insulating layer 343 Electrode 352 Electrode 353 Liquid crystal layer 360 Electrode 370 Portable information terminal 371 Display unit 372a Housing 372b Housing 373 Battery 375 Fastener 377 Case 379 Operation button 380 Portable information terminal 402 Dotted line 404 Line 406 Line 450 Display unit 451 Window 452a Image 452b Image 453 Button 455 Window 456 Document information 457 Scroll bar 500 Input means 500_C Signal 600 Liquid crystal display device 610 Control unit 615_C Secondary control signal 615_V Secondary image signal 620 Arithmetic device 625_C Primary control signal 625_V Primary image signal 630 Display portion 631 Pixel portion 631a Region 631b Region 631c Region 631p Pixel 632 G drive circuit 632_G G signal 633 S drive circuit 633_S S signal 634 Pixel circuit 634c Capacitance element 634c (i) Parasitic capacitance 634c (i + 1) Parasitic capacitance 634t Transistor 635 Display element 635_1 Pixel electrode 635LC Liquid crystal element 650 Light supply unit 671 Arithmetic device 672 Storage device 673 Graphic unit 674 Display means 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 Wiring 711 Wiring portion 712 Seal material 716 FPC
734 Insulating film 736 Colored film 738 Light shielding film 750 Transistor 752 Transistor 760 Connection electrode 764 Insulating film 766 Insulating film 768 Insulating film 772 Conductive film 774 Conductive film 775 Liquid crystal element 776 Liquid crystal layer 778 Structure 780 Anisotropic conductive film 790 Capacitor element 1000a Pixel part 1000b Pixel part 1010 Substrate 1011 Pixel 1011a Pixel electrode 1011b Pixel electrode 1011c Pixel electrode 1012a Insulating layer 1012b Insulating layer 1012c Insulating layer 1012d Insulating layer 1012e Insulating layer 1012f Insulating layer 1014 Alignment film 1020 Substrate 1021a Color filter 1021b Color filter 1021c Color filter 1023 Counter electrode 1025 Spacer 1027 Alignment film 1030 Liquid crystal layer 1040 Polarizing element 1042 Phase plate 1044 Scattering plate 1050 Reflection 1060 Sealant 1062 Spacer 1064 Filler 1066 Semi-permeable membrane 5000 Case 5001 Display unit 5002 Display unit 5003 Speaker 5004 LED lamp 5005 Operation key 5006 Connection terminal 5007 Sensor 5008 Microphone 5009 Switch 5010 Infrared port 5011 Recording medium reading unit 5012 Support Part 5013 Earphone 5014 Antenna 5015 Shutter button 5016 Image receiving part 5017 Charger 5200 Pellet 5201 Ion 5202 Horizontal growth part 5203 Particle 5220 Substrate 5230 Target 5240 Plasma 5260 Heating mechanism 8000 Display module 8001 Upper cover 8002 Lower cover 8003 FPC
8004 Touch panel 8005 FPC
8006 Display panel 8007 Back light 8008 Light source 8009 Frame 8010 Printed circuit board 8011 Battery S Signal line G Scan line S1 Signal line S2 Signal line S3 Signal line S4 Signal line Sx Signal line G1 Scan line G2 Scan line Gy Scan line Si Signal line Si + 1 Signal line

Claims (7)

第1の基板と第2の基板によって液晶材料を挟持した表示装置であって、
前記第1の基板は複数の画素を有し、
前記画素は第1乃至第3の画素電極を有し、
前記第1乃至第3の画素電極は光反射性及び導電性を有し、
前記第2の画素電極は絶縁膜を介して前記第1の画素電極の上部に重畳する領域を有し、
前記第3の画素電極は絶縁膜を介して前記第2の画素電極の上部に重畳する領域を有し、
隣接する一方の前記画素の第3の画素電極は他方の前記画素の第1の画素電極に絶縁膜を介して重畳する領域を有し、
前記第2の基板は第1乃至第3の色相を示すカラーフィルタを有し、
前記第1乃至第3の画素電極に対向するように前記第1乃至第3の色相の前記カラーフィルタが配置されていることを特徴とする表示装置。
A display device in which a liquid crystal material is sandwiched between a first substrate and a second substrate,
The first substrate has a plurality of pixels;
The pixel has first to third pixel electrodes,
The first to third pixel electrodes have light reflectivity and conductivity,
The second pixel electrode has a region overlapping with the first pixel electrode through an insulating film,
The third pixel electrode has a region overlapping with the second pixel electrode via an insulating film,
A third pixel electrode of one of the adjacent pixels has a region overlapping with a first pixel electrode of the other pixel through an insulating film;
The second substrate has a color filter showing first to third hues;
The display device, wherein the color filters of the first to third hues are disposed so as to face the first to third pixel electrodes.
請求項1において、前記カラーフィルタの前記液晶材料に対向する側の表面に導電性の膜を有することを特徴とする表示装置。 The display device according to claim 1, further comprising a conductive film on a surface of the color filter facing the liquid crystal material. 請求項2において、前記カラーフィルタの前記液晶材料に対向する側の表面に入射した光の一部を透過し、残りを反射する性質の膜を有することを特徴とする表示装置。 3. The display device according to claim 2, further comprising a film having a property of transmitting part of the light incident on the surface of the color filter facing the liquid crystal material and reflecting the rest. 請求項2または請求項3のいずれか一において前記第1乃至第3の色相のカラーフィルタの最大透過波長をλ(x=1,2,3)、液晶の屈折率をn、前記第1乃至第3の画素電極の表面と前記導電性の膜の表面との距離をLとしたときに、光共振条件である
mλ=2・n・L(mは正の整数)
の関係を満たすことを特徴とする表示装置。
4. The maximum transmission wavelength of the color filters of the first to third hues is λ x (x = 1, 2, 3), the refractive index of the liquid crystal is n, and the first Or when the distance between the surface of the third pixel electrode and the surface of the conductive film is L x , the optical resonance condition mλ x = 2 · n · L x (m is a positive integer)
A display device characterized by satisfying the relationship:
請求項1乃至請求項4のいずれか一において、前記画素はスイッチング素子を有すること
を特徴とする表示装置。
5. The display device according to claim 1, wherein the pixel includes a switching element.
請求項5において、前記スイッチング素子は電界効果型トランジスタであること
を特徴とする表示装置。
6. The display device according to claim 5, wherein the switching element is a field effect transistor.
請求項5または請求項6のいずれか一において、スイッチング素子は酸化物半導体を有すること
を特徴とする表示装置。
7. The display device according to claim 5, wherein the switching element includes an oxide semiconductor.
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