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JP2017054899A - Semiconductor device, display device, electronic apparatus using the display device - Google Patents

Semiconductor device, display device, electronic apparatus using the display device Download PDF

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JP2017054899A
JP2017054899A JP2015177192A JP2015177192A JP2017054899A JP 2017054899 A JP2017054899 A JP 2017054899A JP 2015177192 A JP2015177192 A JP 2015177192A JP 2015177192 A JP2015177192 A JP 2015177192A JP 2017054899 A JP2017054899 A JP 2017054899A
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Koji Kusunoki
紘慈 楠
純一 肥塚
Junichi Hizuka
純一 肥塚
正美 神長
Masami Kaminaga
正美 神長
行徳 島
Yukinori Shima
行徳 島
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Abstract

【課題】製造コストが低い半導体装置を提供する。【解決手段】トランジスタと、第1の絶縁膜と、一対の電極間に第2の絶縁膜を含む容量素子と、を有する半導体装置であって、トランジスタは、第1の絶縁膜上の第1の酸化物半導体膜と、第1の酸化物半導体膜上の第2の絶縁膜と、第2の絶縁膜上の第2の酸化物半導体膜と、第1の酸化物半導体膜および第2の酸化物半導体膜上の第3の絶縁膜と、を有し、第1の酸化物半導体膜は、第2の酸化物半導体膜と重なるチャネル領域と、第3の絶縁膜と接するソース領域と、第3の絶縁膜と接するドレイン領域と、を有し、ソース領域およびドレイン領域は、水素、ホウ素、炭素、窒素、フッ素、リン、硫黄、塩素、チタン、または希ガスの一以上を有し、容量素子の一対の電極の一方が、第2の酸化物半導体膜を含む。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device having a low manufacturing cost. A semiconductor device comprising a transistor, a first insulating film, and a capacitive element including a second insulating film between a pair of electrodes, wherein the transistor is a first on the first insulating film. Oxide semiconductor film, the second insulating film on the first oxide semiconductor film, the second oxide semiconductor film on the second insulating film, the first oxide semiconductor film and the second It has a third insulating film on the oxide semiconductor film, and the first oxide semiconductor film has a channel region overlapping the second oxide semiconductor film, a source region in contact with the third insulating film, and the like. It has a drain region in contact with a third insulating film, and the source region and drain region have one or more of hydrogen, boron, carbon, nitrogen, fluorine, phosphorus, sulfur, chlorine, titanium, or a rare gas. One of the pair of electrodes of the capacitive element includes a second oxide semiconductor film. [Selection diagram] Fig. 1

Description

本発明の一態様は、半導体装置、表示装置及び該表示装置を用いた電子機器に関する。または、本発明の一態様は、物、方法、又は製造方法に関する。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、又は組成物(コンポジション・オブ・マター)に関する。本発明の一態様は、半導体装置、表示装置、電子機器、それらの作製方法、又はそれらの駆動方法に関する。とくに、本発明の一態様は、例えば、トランジスタ及び容量素子を有する半導体装置に関する。   One embodiment of the present invention relates to a semiconductor device, a display device, and an electronic device using the display device. One embodiment of the present invention relates to an object, a method, or a manufacturing method. Alternatively, one embodiment of the present invention relates to a process, a machine, a manufacture, or a composition (composition of matter). One embodiment of the present invention relates to a semiconductor device, a display device, an electronic device, a manufacturing method thereof, or a driving method thereof. In particular, one embodiment of the present invention relates to a semiconductor device including a transistor and a capacitor, for example.

液晶表示装置や発光表示装置に代表されるフラットパネルディスプレイの多くに用いられているトランジスタは、ガラス基板上に形成されたアモルファスシリコン、単結晶シリコン又は多結晶シリコンなどのシリコン半導体によって構成されている。また、該シリコン半導体を用いたトランジスタは、集積回路(IC)などにも利用されている。   Transistors used in many flat panel displays typified by liquid crystal display devices and light-emitting display devices are composed of silicon semiconductors such as amorphous silicon, single crystal silicon, or polycrystalline silicon formed on a glass substrate. . In addition, a transistor including the silicon semiconductor is used for an integrated circuit (IC) or the like.

近年、シリコン半導体に代わって、半導体特性を示す金属酸化物をトランジスタに用いる技術が注目されている。なお、本明細書中では、半導体特性を示す金属酸化物を酸化物半導体とよぶことにする。例えば、酸化物半導体として、酸化亜鉛、またはIn−Ga−Zn系酸化物を用いたトランジスタを作製し、該トランジスタを表示装置の画素のスイッチング素子などに用いる技術が開示されている(特許文献1及び特許文献2参照)。   In recent years, a technique using a metal oxide exhibiting semiconductor characteristics for a transistor instead of a silicon semiconductor has attracted attention. Note that in this specification, a metal oxide exhibiting semiconductor characteristics is referred to as an oxide semiconductor. For example, a technique is disclosed in which a transistor using zinc oxide or an In—Ga—Zn-based oxide as an oxide semiconductor is manufactured, and the transistor is used for a switching element of a pixel of a display device or the like (Patent Document 1). And Patent Document 2).

特開2007−123861号公報JP 2007-123861 A 特開2007−96055号公報JP 2007-96055 A

本発明の一態様は、導電性を有する酸化物半導体膜を備えた半導体装置を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、開口率を高めつつ容量値を増大させた半導体装置を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、製造コストが低い半導体装置を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、新規な半導体装置などを提供することを課題の一とする。   An object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device including an oxide semiconductor film having conductivity. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device in which a capacitance value is increased while increasing an aperture ratio. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device with low manufacturing cost. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a novel semiconductor device or the like.

なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、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。   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 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、トランジスタと、第1の絶縁膜と、一対の電極間に第3の絶縁膜を含む容量素子と、を有する半導体装置であって、トランジスタは、第1の絶縁膜上の第1の酸化物半導体膜と、第1の酸化物半導体膜上の第2の絶縁膜と、第2の絶縁膜上の第2の酸化物半導体膜と、第1の酸化物半導体膜および第2の酸化物半導体膜上の第3の絶縁膜と、を有し、第1の酸化物半導体膜は、第2の酸化物半導体膜と重なるチャネル領域と、第3の絶縁膜と接するソース領域と、第3の絶縁膜と接するドレイン領域と、を有し、ソース領域およびドレイン領域は水素、ホウ素、炭素、窒素、フッ素、リン、硫黄、塩素、チタン、または希ガスの一以上を有し、容量素子の一対の電極の一方が、第2の酸化物半導体膜を含む、半導体装置である。   One embodiment of the present invention is a semiconductor device including a transistor, a first insulating film, and a capacitor including a third insulating film between a pair of electrodes. The transistor is over the first insulating film. A first oxide semiconductor film, a second insulating film over the first oxide semiconductor film, a second oxide semiconductor film over the second insulating film, a first oxide semiconductor film, and A third insulating film over the second oxide semiconductor film, the first oxide semiconductor film including a channel region overlapping with the second oxide semiconductor film and a source in contact with the third insulating film A drain region in contact with the third insulating film, and the source region and the drain region include one or more of hydrogen, boron, carbon, nitrogen, fluorine, phosphorus, sulfur, chlorine, titanium, or a rare gas. In the semiconductor device, one of the pair of electrodes of the capacitor element includes the second oxide semiconductor film. That.

また、トランジスタと、第1の絶縁膜と、一対の電極間に第3の絶縁膜を含む容量素子と、を有する半導体装置であって、トランジスタは、ゲート電極と、ゲート電極上の前記第1の絶縁膜と、第1の絶縁膜上の第1の酸化物半導体膜と、第1の酸化物半導体膜上の第2の絶縁膜と、第2の絶縁膜上の第2の酸化物半導体膜と、第1の酸化物半導体膜および第2の酸化物半導体膜上の第3の絶縁膜と、を有し、第1の酸化物半導体膜は、第2の酸化物半導体膜と重なるチャネル領域と、第3の絶縁膜と接するソース領域と、第3の絶縁膜と接するドレイン領域と、を有し、ソース領域およびドレイン領域は水素、ホウ素、炭素、窒素、フッ素、リン、硫黄、塩素、チタン、または希ガスの一以上を有し、容量素子の一対の電極の一方が、第2の酸化物半導体膜を含む、半導体装置も本発明の一態様である。   In addition, the semiconductor device includes a transistor, a first insulating film, and a capacitor including a third insulating film between a pair of electrodes. The transistor includes a gate electrode and the first electrode over the gate electrode. An insulating film, a first oxide semiconductor film on the first insulating film, a second insulating film on the first oxide semiconductor film, and a second oxide semiconductor on the second insulating film A first oxide semiconductor film and a third insulating film over the second oxide semiconductor film, wherein the first oxide semiconductor film overlaps with the second oxide semiconductor film A source region in contact with the third insulating film, and a drain region in contact with the third insulating film, wherein the source region and the drain region are hydrogen, boron, carbon, nitrogen, fluorine, phosphorus, sulfur, chlorine , Titanium, or a rare gas, and one of the pair of electrodes of the capacitor is the second Including an oxide semiconductor film, a semiconductor device is also an embodiment of the present invention.

また、トランジスタと、第1の絶縁膜と、一対の電極間に第3の絶縁膜を含む容量素子と、を有する半導体装置であって、トランジスタは、ゲート電極と、ゲート電極上の前記第1の絶縁膜と、第1の絶縁膜上の第1の酸化物半導体膜と、第1の酸化物半導体膜上の第2の絶縁膜と、第2の絶縁膜上の第2の酸化物半導体膜と、第1の酸化物半導体膜および第2の酸化物半導体膜上の第3の絶縁膜と、を有し、ゲート電極は、第2の酸化物半導体膜と電気的に接続され、第1の酸化物半導体膜は、第2の酸化物半導体膜と重なるチャネル領域と、第3の絶縁膜と接するソース領域と、第3の絶縁膜と接するドレイン領域と、を有し、ソース領域およびドレイン領域は水素、ホウ素、炭素、窒素、フッ素、リン、硫黄、塩素、チタン、または希ガスの一以上を有し、容量素子の一対の電極の一方が、第2の酸化物半導体膜を含む、半導体装置も本発明の一態様である。   In addition, the semiconductor device includes a transistor, a first insulating film, and a capacitor including a third insulating film between a pair of electrodes. The transistor includes a gate electrode and the first electrode over the gate electrode. An insulating film, a first oxide semiconductor film on the first insulating film, a second insulating film on the first oxide semiconductor film, and a second oxide semiconductor on the second insulating film And a third insulating film over the first oxide semiconductor film and the second oxide semiconductor film, the gate electrode being electrically connected to the second oxide semiconductor film, The first oxide semiconductor film includes a channel region overlapping with the second oxide semiconductor film, a source region in contact with the third insulating film, and a drain region in contact with the third insulating film. The drain region can be hydrogen, boron, carbon, nitrogen, fluorine, phosphorus, sulfur, chlorine, titanium, or rare Have one or more of the scan, one of the pair of electrodes of the capacitor comprises a second oxide semiconductor film, a semiconductor device is also an embodiment of the present invention.

また、トランジスタが第3の絶縁膜上の第4の絶縁膜と、第3の絶縁膜および第4の絶縁膜に設けられた開口部を介して、ソース領域に電気的に接続される第1の導電膜と、第3の絶縁膜および第4の絶縁膜に設けられた開口部を介して、ドレイン領域に電気的に接続される第2の導電膜と、を有する上記の半導体装置も本発明の一態様である。   In addition, the transistor is electrically connected to the source region through the fourth insulating film over the third insulating film and the opening provided in the third insulating film and the fourth insulating film. And the above-described semiconductor device including the second conductive film electrically connected to the drain region through the opening provided in the third insulating film and the fourth insulating film. It is one embodiment of the invention.

また、第4の絶縁膜、第1の導電膜および第2の導電膜上の第5の絶縁膜と、第5の絶縁膜上の第3の導電膜を有し、容量素子の一対の電極の他方が第3の導電膜を含む、上記の半導体装置も本発明の一態様である。   The fourth insulating film, the fifth conductive film over the first conductive film, and the second conductive film, and the third conductive film over the fifth insulating film, and a pair of electrodes of the capacitor The above-described semiconductor device in which the other includes a third conductive film is also one embodiment of the present invention.

また、本発明の一態様の半導体装置は、容量素子が可視光において透光性を有する、上記の半導体装置である。   The semiconductor device of one embodiment of the present invention is the above semiconductor device in which the capacitor has a light-transmitting property in visible light.

また、上記の半導体装置において、第1の酸化物半導体膜及び第2の酸化物半導体膜がIn−M−Zn酸化物(MはAl、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、SnまたはHfを表す)であることが好ましい。   In the above semiconductor device, the first oxide semiconductor film and the second oxide semiconductor film are In-M-Zn oxides (M is Al, Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, Sn, or Hf is preferred).

また、上記の半導体装置において、第3の絶縁膜が窒素または水素を含むことが好ましい。   In the above semiconductor device, the third insulating film preferably contains nitrogen or hydrogen.

また、上記の半導体装置において、第2の絶縁膜が酸素を含むことが好ましい。   In the above semiconductor device, the second insulating film preferably contains oxygen.

また、上記の半導体装置と、液晶素子とを有する表示装置も、本発明の一態様である。   Further, a display device including the above semiconductor device and a liquid crystal element is also one embodiment of the present invention.

また、上記の半導体装置と、スイッチ、スピーカ、表示部または筐体と、を有する電子機器も、本発明の一態様である。   An electronic device including the above semiconductor device and a switch, a speaker, a display portion, or a housing is also one embodiment of the present invention.

本発明の一態様により、導電性を有する酸化物半導体膜を備えた半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、開口率を高めつつ容量値を増大させた半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、製造コストが低い半導体装置を提供することができる。また本発明の一態様により、新規な半導体装置などを提供することができる。   According to one embodiment of the present invention, a semiconductor device including a conductive oxide semiconductor film can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device in which a capacitance value is increased while increasing an aperture ratio can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device with low manufacturing cost can be provided. According to one embodiment of the present invention, a novel semiconductor device or the like can be provided.

なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。   Note that the description of these effects does not disturb the existence of other effects. Note that one embodiment of the present invention does not necessarily have all of these effects. It should be noted that the effects other than these are naturally obvious from the description of the specification, drawings, claims, etc., and it is possible to extract the other effects from the descriptions of the specification, drawings, claims, etc. It is.

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. 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. 表示装置の一形態を示す上面図及び画素の一形態を示す回路図。FIG. 10 is a top view illustrating one embodiment of a display device and a circuit diagram illustrating one embodiment of a pixel. 画素の一形態を示す上面図。FIG. 6 is a top view illustrating one embodiment of a pixel. 画素の一形態を示す断面図。FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a pixel. 画素の一形態を示す上面図。FIG. 6 is a top view illustrating one embodiment of a pixel. 画素の一形態を示す断面図。FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a pixel. 画素の一形態を示す上面図。FIG. 6 is a top view illustrating one embodiment of a pixel. 画素の一形態を示す断面図。FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a pixel. 画素の一形態を示す上面図。FIG. 6 is a top view illustrating one embodiment of a pixel. 画素の一形態を示す断面図。FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a pixel. 画素の一形態を示す上面図。FIG. 6 is a top view illustrating one embodiment of a pixel. 画素の一形態を示す断面図。FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a pixel. 画素の一形態を示す上面図。FIG. 6 is a top view illustrating one embodiment of a pixel. 画素の一形態を示す断面図。FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a pixel. タッチセンサのブロック図及びタイミングチャート図。The block diagram and timing chart figure of a touch sensor. タッチセンサを備える画素を説明する図。FIG. 6 illustrates a pixel including a touch sensor. タッチセンサ及び画素の動作を説明する図。FIG. 9 illustrates operation of a touch sensor and a pixel. タッチパネルの方式を示す断面概略図。The cross-sectional schematic which shows the system of a touch panel. タッチパネルの方式を示す断面概略図。The cross-sectional schematic which shows the system of a touch panel. タッチセンサの電極の配置を示す上面図。The top view which shows arrangement | positioning of the electrode of a touch sensor. 画素の一形態を示す上面図。FIG. 6 is a top view illustrating one embodiment of a pixel. 画素の一形態を示す断面図。FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a pixel. 画素の一形態を示す回路図。FIG. 6 is a circuit diagram illustrating one embodiment of a pixel. 表示装置の一形態を示す上面図。FIG. 6 is a top view illustrating one embodiment of a display device. 表示装置の一形態を示す断面図。FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a display device. 表示装置の一形態を示す断面図。FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a display device. 表示装置の一形態を示す断面図。FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a display device. タッチパネルの構成を示す斜視図。The perspective view which shows the structure of a touch panel. タッチパネルの構成を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of a touchscreen. タッチセンサの構成を示す上面図。The top view which shows the structure of a touch sensor. タッチセンサ電極の構成を示す上面図。The top view which shows the structure of a touch sensor electrode. タッチセンサの構成を示す上面図。The top view which shows the structure of a touch sensor. タッチセンサ電極の構成を示す上面図。The top view which shows the structure of a touch sensor electrode. 発光素子の構成を説明する図。FIG. 6 illustrates a structure of a light-emitting element. 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.

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、「絶縁膜」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 film”.

また、本明細書等において、「半導体」と表記した場合であっても、例えば、導電性が十分に低い場合は、「絶縁体」としての特性を有する場合がある。また、「半導体」と「絶縁体」とは境界が曖昧であり、厳密に区別できない場合がある。したがって、本明細書等に記載の「半導体」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 “semiconductor” and “insulator” is ambiguous, and there is a case where it cannot be strictly distinguished. 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、厳密に区別できない場合がある。したがって、本明細書等に記載の「半導体」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”. Further, the boundary between the “semiconductor” and the “conductor” is ambiguous, and there are cases where it cannot be strictly distinguished. 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1乃至図13を用いて説明する。
(Embodiment 1)
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1>
図1(A)は、本発明の一態様の半導体装置100の上面図であり、図1(B)は、図1(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1(A)において、煩雑になることを避けるため、半導体装置100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1(A)と同様に、構成要素の一部を省略して図示する場合がある。
<Configuration Example 1 of Semiconductor Device>
1A is a top view of the semiconductor device 100 of one embodiment of the present invention, and FIG. 1B illustrates a cross-sectional view taken along the dashed-dotted line AB in FIG. This corresponds to a cross-sectional view of a cut surface between alternate long and short dash lines E-F. Note that in FIG. 1A, some components (such as a gate insulating film) of the semiconductor device 100 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. 1A.

図1(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. 1A 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1(A)、(B)に示す半導体装置100は、第1の酸化物半導体膜108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111bであり、一対の電極の他方が導電膜123である。   A semiconductor device 100 illustrated in FIGS. 1A and 1B includes a transistor 150 including a first oxide semiconductor film 108 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 111b, and the other of the pair of electrodes is the conductive film 123.

トランジスタ150は、基板102上のゲート電極106と、ゲート電極106上のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜104と、絶縁膜104上の第1の酸化物半導体膜108と、第1の酸化物半導体膜108上の絶縁膜110と、絶縁膜110上の第2の酸化物半導体膜111aと、絶縁膜104、第1の酸化物半導体膜108および第2の酸化物半導体膜111a上の絶縁膜116と、を有する。なお、第1の酸化物半導体膜108は、第2の酸化物半導体膜111aと重なるチャネル領域108iと、絶縁膜116と接するソース領域108sと、絶縁膜116と接するドレイン領域108dと、を有する。   The transistor 150 includes a gate electrode 106 over the substrate 102, an insulating film 104 functioning as a gate insulating film over the gate electrode 106, a first oxide semiconductor film 108 over the insulating film 104, and a first oxide semiconductor. The insulating film 110 over the film 108, the second oxide semiconductor film 111a over the insulating film 110, and the insulating film 116 over the insulating film 104, the first oxide semiconductor film 108, and the second oxide semiconductor film 111a And having. Note that the first oxide semiconductor film 108 includes a channel region 108 i overlapping with the second oxide semiconductor film 111 a, a source region 108 s in contact with the insulating film 116, and a drain region 108 d in contact with the insulating film 116.

トランジスタ150において、ゲート電極106は第1のゲート電極として機能し、第2の酸化物半導体膜111aは第2のゲート電極として機能する。第2の酸化物半導体膜111aは、絶縁膜104、絶縁膜110に設けられた開口部142を介してゲート電極106と電気的に接続される。すなわち、ゲート電極106および第2の酸化物半導体膜111aは同電位となる。なお、トランジスタ150において、ゲート電極106と第2の酸化物半導体膜111aが各々独立して動作し、異なる電位を与えられる構成としてもよい。また、トランジスタ150がゲート電極106を有さない構成としてもよい(図1(C)参照)。   In the transistor 150, the gate electrode 106 functions as a first gate electrode, and the second oxide semiconductor film 111a functions as a second gate electrode. The second oxide semiconductor film 111 a is electrically connected to the gate electrode 106 through the opening 142 provided in the insulating film 104 and the insulating film 110. That is, the gate electrode 106 and the second oxide semiconductor film 111a have the same potential. Note that in the transistor 150, the gate electrode 106 and the second oxide semiconductor film 111a may operate independently and be supplied with different potentials. The transistor 150 may not have the gate electrode 106 (see FIG. 1C).

また、絶縁膜116は、窒素または水素を有する。絶縁膜116と、ソース領域108s及びドレイン領域108dと、が接することで、絶縁膜116中の窒素または水素がソース領域108s及びドレイン領域108d中に添加される。ソース領域108s及びドレイン領域108dは、窒素または水素が添加されることで、キャリア密度が高くなる。なお、第1の酸化物半導体膜108において、ソース領域108sおよびドレイン領域108dはチャネル領域108iとハッチングを変えて示している(図1(B)参照)。   The insulating film 116 includes nitrogen or hydrogen. When the insulating film 116 is in contact with the source region 108s and the drain region 108d, nitrogen or hydrogen in the insulating film 116 is added to the source region 108s and the drain region 108d. In the source region 108s and the drain region 108d, the carrier density is increased by adding nitrogen or hydrogen. Note that in the first oxide semiconductor film 108, the source region 108 s and the drain region 108 d are illustrated with hatching changed from the channel region 108 i (see FIG. 1B).

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

なお、本明細書等において、絶縁膜104を第1の絶縁膜と、絶縁膜110を第2の絶縁膜と、絶縁膜116を第3の絶縁膜と、絶縁膜118を第4の絶縁膜と、後述する絶縁膜122を第5の絶縁膜と、それぞれ呼称する場合がある。また、導電膜112は、ゲート電極としての機能を有し、導電膜120aは、ソース電極またはドレイン電極の一方としての機能を有し、導電膜120bは、ソース電極またはドレイン電極の他方としての機能を有する。   Note that in this specification and the like, the insulating film 104 is a first insulating film, the insulating film 110 is a second insulating film, the insulating film 116 is a third insulating film, and the insulating film 118 is a fourth insulating film. In some cases, the insulating film 122 described later is referred to as a fifth insulating film. The conductive film 112 functions as a gate electrode, the conductive film 120a functions as one of a source electrode and a drain electrode, and the conductive film 120b functions as the other of the source electrode and the drain electrode. Have

また、絶縁膜110は、ゲート絶縁膜としての機能を有する。また、絶縁膜110は、過剰酸素領域を有する。絶縁膜110が過剰酸素領域を有することで、第1の酸化物半導体膜108が有するチャネル領域108i中に過剰酸素を供給することができる。よって、チャネル領域108iに形成されうる酸素欠損を過剰酸素により補填することができるため、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。   The insulating film 110 functions as a gate insulating film. In addition, the insulating film 110 has an excess oxygen region. When the insulating film 110 includes the excess oxygen region, excess oxygen can be supplied to the channel region 108 i included in the first oxide semiconductor film 108. Accordingly, oxygen vacancies that can be formed in the channel region 108i can be filled with excess oxygen, so that a highly reliable semiconductor device can be provided.

なお、第1の酸化物半導体膜108中に過剰酸素を供給させるためには、第1の酸化物半導体膜108の下方に形成される絶縁膜104に過剰酸素を供給してもよい。ただし、この場合、絶縁膜104中に含まれる過剰酸素は、第1の酸化物半導体膜108が有するソース領域108s、及びドレイン領域108dにも供給されうる。ソース領域108s、及びドレイン領域108d中に過剰酸素が供給されると、ソース領域108s、及びドレイン領域108dの抵抗が高くなる場合がある。   Note that in order to supply excess oxygen into the first oxide semiconductor film 108, excess oxygen may be supplied to the insulating film 104 formed below the first oxide semiconductor film 108. Note that in this case, excess oxygen contained in the insulating film 104 can be supplied to the source region 108s and the drain region 108d included in the first oxide semiconductor film 108. When excess oxygen is supplied into the source region 108s and the drain region 108d, the resistance of the source region 108s and the drain region 108d may increase.

一方で、第1の酸化物半導体膜108の上方に形成される絶縁膜110に過剰酸素を有する構成とすることで、チャネル領域108iにのみ選択的に過剰酸素を供給させることが可能となる。あるいは、チャネル領域108i、ソース領域108s、及びドレイン領域108dに過剰酸素を供給させたのち、ソース領域108s及びドレイン領域108dのキャリア密度を選択的に高めることで、ソース領域108s、及びドレイン領域108dの抵抗が高くなることを抑制することができる。   On the other hand, when the insulating film 110 formed over the first oxide semiconductor film 108 includes excess oxygen, excess oxygen can be selectively supplied only to the channel region 108i. Alternatively, after supplying excess oxygen to the channel region 108i, the source region 108s, and the drain region 108d, the carrier density in the source region 108s and the drain region 108d is selectively increased, so that the source region 108s and the drain region 108d It can suppress that resistance becomes high.

また、第1の酸化物半導体膜108が有するソース領域108s及びドレイン領域108dは、それぞれ、酸素欠損を形成する元素、または酸素欠損と結合する以下の元素を一以上有することが好ましい。当該酸素欠損を形成する元素、または酸素欠損と結合する元素としては、代表的には水素、ホウ素、炭素、窒素、フッ素、リン、硫黄、塩素、チタン、希ガス等が挙げられる。また、希ガス元素の代表例としては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、及びキセノン等がある。上記酸素欠損を形成する元素は、絶縁膜116の構成元素がソース領域108s、及びドレイン領域108dに拡散する、または不純物添加処理によりソース領域108s、及びドレイン領域108d中に添加される。   The source region 108s and the drain region 108d included in the first oxide semiconductor film 108 preferably each include one or more elements that form oxygen vacancies or the following elements that are bonded to oxygen vacancies. As an element that forms oxygen vacancies or an element that combines with oxygen vacancies, typically, hydrogen, boron, carbon, nitrogen, fluorine, phosphorus, sulfur, chlorine, titanium, a rare gas, or the like can be given. Typical examples of rare gas elements include helium, neon, argon, krypton, and xenon. The element that forms oxygen vacancies is added to the source region 108 s and the drain region 108 d by diffusion of the constituent elements of the insulating film 116 into the source region 108 s and the drain region 108 d, or by impurity addition treatment.

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

また、絶縁膜118、導電膜120aおよび導電膜120b上に、絶縁膜122、導電膜123がこの順で形成されている。絶縁膜116および絶縁膜118には、第2の酸化物半導体膜111bに達する開口部143が形成されており、開口部143を介して導電膜120bと第2の酸化物半導体膜111bが電気的に接続されている。第2の酸化物半導体膜111bは、例えば、画素電極としての機能を有する。また導電膜123は、例えば、コモン電極としての機能を有する。   An insulating film 122 and a conductive film 123 are formed in this order over the insulating film 118, the conductive film 120a, and the conductive film 120b. An opening 143 reaching the second oxide semiconductor film 111b is formed in the insulating film 116 and the insulating film 118, and the conductive film 120b and the second oxide semiconductor film 111b are electrically connected to each other through the opening 143. It is connected to the. The second oxide semiconductor film 111b functions as, for example, a pixel electrode. The conductive film 123 has a function as a common electrode, for example.

なお、第2の酸化物半導体膜111bがコモン電極としての機能を有し、導電膜123が画素電極としての機能を有していてもよい(図2(A)参照)。図2(A)において、導電膜123は絶縁膜122に設けられた開口部144を介して導電膜120bと電気的に接続されている。また、第2の酸化物半導体膜111bの代わりに、第1の酸化物半導体膜108と同時に形成される第1の酸化物半導体膜108bが画素電極としての機能を有していてもよい(図2(B)参照)。また、第1の酸化物半導体膜108bがコモン電極としての機能を有し、導電膜123が画素電極としての機能を有していてもよい(図2(C)参照)。   Note that the second oxide semiconductor film 111b may function as a common electrode, and the conductive film 123 may function as a pixel electrode (see FIG. 2A). 2A, the conductive film 123 is electrically connected to the conductive film 120b through an opening 144 provided in the insulating film 122. Further, instead of the second oxide semiconductor film 111b, the first oxide semiconductor film 108b formed at the same time as the first oxide semiconductor film 108 may function as a pixel electrode (FIG. 2 (B)). The first oxide semiconductor film 108b may function as a common electrode, and the conductive film 123 may function as a pixel electrode (see FIG. 2C).

また、コモン電極の機能を有する導電膜123に補助電極が接続されていてもよい。第2の酸化物半導体膜111bが透過型液晶表示装置の画素電極として機能する場合、該補助電極は第2の酸化物半導体膜111bと重畳しない位置に設けることが好ましい。例えば、導電膜123上に補助電極として機能する導電膜124が設けられていてもよい(図3(A)、(B)参照)。また、導電膜120a、120bと同時に形成できる導電膜120cが、導電膜123の補助配線として設けられていてもよい(図4(A)、(B)参照)。図4(A)、(B)において、導電膜120cは絶縁膜122に設けられた開口部145を介して導電膜123と電気的に接続される。なお、図3(B)、図4(B)はそれぞれ、図3(A)、図4(A)の一点鎖線A−B間、一点鎖線C−G間における切断面の断面図に相当する。   Further, an auxiliary electrode may be connected to the conductive film 123 having a function of a common electrode. In the case where the second oxide semiconductor film 111b functions as a pixel electrode of the transmissive liquid crystal display device, the auxiliary electrode is preferably provided at a position that does not overlap with the second oxide semiconductor film 111b. For example, a conductive film 124 functioning as an auxiliary electrode may be provided over the conductive film 123 (see FIGS. 3A and 3B). A conductive film 120c that can be formed at the same time as the conductive films 120a and 120b may be provided as an auxiliary wiring of the conductive film 123 (see FIGS. 4A and 4B). 4A and 4B, the conductive film 120 c is electrically connected to the conductive film 123 through an opening 145 provided in the insulating film 122. 3B and 4B correspond to cross-sectional views of the cut surface between the dashed-dotted line AB and the dashed-dotted line CG in FIGS. 3A and 4A, respectively. .

容量素子160は、絶縁膜110上の一対の電極の一方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116、絶縁膜118および絶縁膜122と、絶縁膜122上の一対の電極の他方としての機能を有する導電膜123と、を有する。すなわち、第2の酸化物半導体膜111b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。また導電膜123は、コモン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 110, and an insulating film 116 that functions as a dielectric film over the second oxide semiconductor film 111. The insulating film 118 and the insulating film 122 and the conductive film 123 functioning as the other of the pair of electrodes over the insulating film 122 are included. That is, the second oxide semiconductor film 111b has a function as a pixel electrode and a function as an electrode of a capacitor. The conductive film 123 has a function as a common electrode and a function as an electrode of a capacitor.

なお、第1の酸化物半導体膜108と第2の酸化物半導体膜111a、111b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108と第2の酸化物半導体膜111a、111b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 108 and the second oxide semiconductor films 111a and 111b preferably include the same metal element. By using the same metal element for the first oxide semiconductor film 108 and the second oxide semiconductor films 111a and 111b, a manufacturing apparatus (eg, a film formation apparatus or a processing apparatus) is used in common. Therefore, the manufacturing cost can be suppressed.

また、図1に示す半導体装置100は、トランジスタ150のゲート電極として機能する第2の酸化物半導体膜111aと、画素電極として機能する第2の酸化物半導体膜111bを同様の材料を用いて同時に形成する。このような構成とすることで、該半導体装置を作製する工程数を減らし、製造コストを抑制することができる。   In the semiconductor device 100 illustrated in FIGS. 1A and 1B, the second oxide semiconductor film 111a functioning as a gate electrode of the transistor 150 and the second oxide semiconductor film 111b functioning as a pixel electrode are formed using the same material at the same time. Form. With such a structure, the number of steps for manufacturing the semiconductor device can be reduced and manufacturing cost 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111b、導電膜123、及び絶縁膜116、118、122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 111b, the conductive film 123, and the insulating films 116, 118, and 122 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, the capacitor 160 can be formed large (in a large area) in a region other than a portion where a transistor is formed in a pixel, so that the capacitance value can be increased while increasing the aperture ratio. 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において、第1の酸化物半導体膜108のチャネル領域108iは、ソース領域108sおよびドレイン領域108dと比較して抵抗率が高い。また、第2の酸化物半導体膜111a、111b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108のチャネル領域108iと比較して抵抗率が低い。   Note that in the transistor 150, the channel region 108i of the first oxide semiconductor film 108 has a higher resistivity than the source region 108s and the drain region 108d. In addition, since the second oxide semiconductor films 111a and 111b function as electrodes, the resistivity is lower than that of the channel region 108i of the first oxide semiconductor film 108.

ここで、第1の酸化物半導体膜108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 108 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108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108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>
An oxide semiconductor film that can be used for the first oxide semiconductor film 108 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 treatment for increasing the oxygen vacancy and / or impurity concentration or treatment for reducing the oxygen vacancy and / or impurity concentration for the first oxide semiconductor film 108 and the second oxide semiconductor film 111, The resistivity of each oxide semiconductor film can be controlled.

具体的には、低効率を下げたい領域の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116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。このとき、該酸化物半導体膜は、酸化物導電体(OC:Oxide Conductor)として機能する。例えば、第2の酸化物半導体膜111a、111b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 in a region where low efficiency is desired to be reduced, oxygen vacancies in the oxide semiconductor film are increased, and / or hydrogen, water, or the like in the oxide semiconductor film By increasing the amount of impurities, 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 116 into the oxide semiconductor film, whereby the carrier density is high and the resistivity is high. A low oxide semiconductor film can be obtained. At this time, the oxide semiconductor film functions as an oxide conductor (OC: Oxide Conductor). For example, the second oxide semiconductor films 111a and 111b function as a semiconductor before the step of increasing oxygen vacancies in the film or diffusing hydrogen as described above. Has a function as a conductor.

一方、第1の酸化物半導体膜108のチャネル領域108iは、絶縁膜110を設けることによって、水素を含む絶縁膜116と接しない構成とする。絶縁膜104、110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、チャネル領域108iとしたい酸化物半導体膜の領域に酸素を供給することができる。酸素が供給されたチャネル領域108i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 channel region 108 i of the first oxide semiconductor film 108 is not in contact with the insulating film 116 containing hydrogen by providing the insulating film 110. By applying an insulating film containing oxygen to at least one of the insulating films 104 and 110, in other words, an insulating film capable of releasing oxygen, oxygen is added to a region of the oxide semiconductor film which is to be the channel region 108i. Can be supplied. The channel region 108 i 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の領域をチャネル領域108i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 above-described high-purity intrinsic or substantially high-purity intrinsic oxide semiconductor film region is used for the channel region 108i has a small variation in electric characteristics and has high reliability.

絶縁膜116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1の酸化物半導体膜108および第2の酸化物半導体膜111a、111b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上記の酸化物半導体膜に接して形成することで、該酸化物半導体膜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108及び第2の酸化物半導体膜111a、111b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。 As the insulating film 116, 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 the first oxide semiconductor film 108 and the second oxide film Hydrogen can be supplied to the oxide semiconductor films 111a and 111b. 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 oxide semiconductor film, hydrogen can be effectively contained in the oxide semiconductor film. As described above, the resistivity of the oxide semiconductor film can be controlled by changing the structures of the insulating films in contact with the first oxide semiconductor film 108 and the second oxide semiconductor films 111a and 111b.

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。   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.

第1の酸化物半導体膜108のチャネル領域108i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、チャネル領域108i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。 The channel region 108 i of the first oxide semiconductor film 108 is preferably reduced as much as possible. Specifically, in the channel region 108i, 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. 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, it is 1 × 10 16 atoms / cm 3 or less.

一方、第1の酸化物半導体膜108のソース領域108s、ドレイン領域108dおよび第2の酸化物半導体膜111a、111b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。または、これらの酸化物半導体膜に含まれる水素濃度は、チャネル領域108iと比較して2倍以上、好ましくは10倍以上である。また、これらの酸化物半導体膜の抵抗率が、チャネル領域108i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 hydrogen concentration contained in the source region 108s, the drain region 108d, and the second oxide semiconductor films 111a and 111b of the first oxide semiconductor film 108 is 8 × 10 19 atoms or more, preferably 1 × 10 20 atoms / cm 3 or more, more preferably 5 × 10 20 or more. Alternatively, the concentration of hydrogen contained in these oxide semiconductor films is twice or more, preferably 10 times or more, as compared to the channel region 108i. In addition, the resistivity of these oxide semiconductor films is preferably 1 × 10 −8 times or more and less than 1 × 10 −1 times the resistivity of the channel region 108 i, typically 1 × 10 −3 Ωcm. The resistivity is preferably 1 × 10 −3 Ωcm or more and less than 1 × 10 −1 Ωcm, more preferably less than 1 × 10 4 Ωcm.

ここで、図1(A)及び図1(B)に示す半導体装置100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 100 illustrated in FIGS. 1A and 1B will be 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の絶縁膜>
絶縁膜104としては、スパッタリング法、CVD法、蒸着法、パルスレーザー堆積(PLD)法、印刷法、塗布法等を適宜用いて形成することができる。また、絶縁膜104としては、例えば、酸化物絶縁膜または窒化物絶縁膜を単層または積層して形成することができる。なお、酸化物半導体膜108との界面特性を向上させるため、絶縁膜104において少なくとも酸化物半導体膜108と接する領域は酸化物絶縁膜で形成することが好ましい。また、絶縁膜104として加熱により酸素を放出する酸化物絶縁膜を用いることで、加熱処理により絶縁膜104に含まれる酸素を、酸化物半導体膜108に移動させることが可能である。
<First insulating film>
The insulating film 104 can be formed using a sputtering method, a CVD method, an evaporation method, a pulsed laser deposition (PLD) method, a printing method, a coating method, or the like as appropriate. As the insulating film 104, for example, an oxide insulating film or a nitride insulating film can be formed as a single layer or a stacked layer. Note that in order to improve interface characteristics with the oxide semiconductor film 108, at least a region in contact with the oxide semiconductor film 108 in the insulating film 104 is preferably formed using an oxide insulating film. In addition, by using an oxide insulating film from which oxygen is released by heating as the insulating film 104, oxygen contained in the insulating film 104 can be transferred to the oxide semiconductor film 108 by heat treatment.

絶縁膜104の厚さは、50nm以上、または100nm以上3000nm以下、または200nm以上1000nm以下とすることができる。絶縁膜104を厚くすることで、絶縁膜104の酸素放出量を増加させることができると共に、絶縁膜104と酸化物半導体膜108との界面における界面準位、並びに酸化物半導体膜108のチャネル領域108iに含まれる酸素欠損を低減することが可能である。   The thickness of the insulating film 104 can be greater than or equal to 50 nm, or greater than or equal to 100 nm and less than or equal to 3000 nm, or greater than or equal to 200 nm and less than or equal to 1000 nm. By increasing the thickness of the insulating film 104, the amount of oxygen released from the insulating film 104 can be increased, the interface state at the interface between the insulating film 104 and the oxide semiconductor film 108, and the channel region of the oxide semiconductor film 108 It is possible to reduce oxygen vacancies contained in 108i.

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

<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108及び第2の酸化物半導体膜111a、111b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 108 and the second oxide semiconductor films 111a and 111b each include at least indium (In), zinc (Zn), and M (Al, Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, Sn, or A film represented by an In-M-Zn oxide containing a metal such as Hf is preferably included. 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108及び第2の酸化物半導体膜111a、111b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。   Examples of oxide semiconductors included in the first oxide semiconductor film 108 and the second oxide semiconductor films 111a and 111b include an In—Ga—Zn-based oxide, an In—Al—Zn-based oxide, and In—Sn. -Zn oxide, In-Hf-Zn oxide, In-La-Zn oxide, In-Ce-Zn oxide, In-Pr-Zn oxide, In-Nd-Zn oxide In-Sm-Zn-based oxide, In-Eu-Zn-based oxide, In-Gd-Zn-based oxide, In-Tb-Zn-based oxide, In-Dy-Zn-based oxide, In-Ho- Zn-based oxide, In-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 , Can be used In-Sn-Al-Zn-based oxide, In-Sn-Hf-Zn-based oxide, 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108および第2の酸化物半導体膜111a、111b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108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108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。   Further, the first oxide semiconductor film 108 and the second oxide semiconductor films 111a and 111b may include the same metal element among the above oxides. By using the same metal element for the first oxide semiconductor film 108 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 108 and the second oxide semiconductor film 111 may have different compositions even though 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108および第2の酸化物半導体膜111a、111bがIn−M−Zn酸化物であるとき、InとMの原子数比率は、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 when the first oxide semiconductor film 108 and the second oxide semiconductor films 111a and 111b are In-M-Zn oxides, the atomic ratio of In to M is 100 atomic% of the sum of In and M. In, preferably, In is higher than 25 atomic%, M is less than 75 atomic%, more preferably, In is higher than 34 atomic%, and M is less than 66 atomic%.

チャネル領域108i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150のオフ電流を低減することができる。   The channel region 108i 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 150 can be reduced by using an oxide semiconductor with a wide energy gap.

第1の酸化物半導体膜108の厚さは、3nm以上200nm以下、好ましくは3nm以上100nm以下、より好ましくは3nm以上60nm以下とする。第2の酸化物半導体膜111a、111bの厚さは、3nm以上100nm以下、好ましくは30nm以上70nm以下、より好ましくは30nm以上50nm以下とする。   The thickness of the first oxide semiconductor film 108 is 3 nm to 200 nm, preferably 3 nm to 100 nm, more preferably 3 nm to 60 nm. The thickness of the second oxide semiconductor films 111a and 111b is 3 nm to 100 nm, preferably 30 nm to 70 nm, more preferably 30 nm to 50 nm.

酸化物半導体膜108および第2の酸化物半導体膜111a、111bがIn−M−Zn酸化物の場合、In−M−Zn酸化物を成膜するために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、In≧M、Zn≧Mを満たすことが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として、In:M:Zn=1:1:1、In:M:Zn=1:1:1.2、In:M:Zn=2:1:1.5、In:M:Zn=2:1:2.3、In:M:Zn=2:1:3、In:M:Zn=3:1:2、In:M:Zn=4:2:4.1、In:M:Zn=5:1:7等が好ましい。なお、成膜される酸化物半導体膜108の原子数比はそれぞれ、上記のスパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイナス40%程度変動することがある。例えば、スパッタリングターゲットとして、原子数比がIn:Ga:Zn=4:2:4.1を用いる場合、成膜される酸化物半導体膜の原子数比は、In:Ga:Zn=4:2:3近傍となる場合がある。また、スパッタリングターゲットとして、原子数比がIn:Ga:Zn=5:1:7を用いる場合、成膜される酸化物半導体膜の原子数比は、In:Ga:Zn=5:1:6近傍となる場合がある。   In the case where the oxide semiconductor film 108 and the second oxide semiconductor films 111a and 111b are In-M-Zn oxides, the atomic ratio of the metal elements of the sputtering target used for forming the In-M-Zn oxides 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 = 2: 1: 1.5, In: M: Zn = 2: 1: 2.3, In: M: Zn = 2: 1: 3, In: M: Zn = 3: 1: 2, In: M: Zn = 4: 2: 4.1, In: M: Zn = 5: 1: 7, etc. are preferable. Note that the atomic ratio of the oxide semiconductor film 108 to be formed may vary by about plus or minus 40% of the atomic ratio of the metal element contained in the sputtering target. For example, when an atomic ratio of In: Ga: Zn = 4: 2: 4.1 is used as the sputtering target, the atomic ratio of the oxide semiconductor film to be formed is In: Ga: Zn = 4: 2. : It may be in the vicinity of 3. In the case where an atomic ratio of In: Ga: Zn = 5: 1: 7 is used as the sputtering target, the atomic ratio of the oxide semiconductor film to be formed is In: Ga: Zn = 5: 1: 6. May be near.

チャネル領域108i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、チャネル領域108i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 channel region 108i, an oxide semiconductor film with low carrier density is used. For example, the channel region 108 i 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 1 ×. An oxide semiconductor film with a density of 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108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 108 are appropriately Preferably.

第1の酸化物半導体膜108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108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108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。 When the first oxide semiconductor film 108 contains silicon or carbon which is one of Group 14 elements, oxygen vacancies increase in the first oxide semiconductor film 108 and become n-type. Therefore, the concentration of silicon or carbon in the first oxide semiconductor film 108 (concentration obtained by secondary ion mass spectrometry) is 2 × 10 18 atoms / cm 3 or less, preferably 2 × 10 17 atoms / cm 3. 3 or less.

また、チャネル領域108iにおいて、二次イオン質量分析法により得られるアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を、1×1018atoms/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108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 channel region 108i, the concentration of alkali metal or alkaline earth metal obtained by secondary ion mass spectrometry is 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less, preferably 2 × 10 16 atoms / 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 108.

また、チャネル領域108iに窒素が含まれていると、キャリアである電子が生じ、キャリア密度が増加し、n型化しやすい。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 channel region 108i, electrons as carriers are generated, the carrier density is increased, and the channel region 108i is likely to be n-type. 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、チャネル領域108iにおいて、不純物元素を低減することで、酸化物半導体膜のキャリア密度を低減することができる。このため、チャネル領域108iにおいては、キャリア密度を1×1017個/cm以下、または1×1015個/cm以下、または1×1013個/cm以下、または1×1011個/cm以下とすることができる。 Further, in the channel region 108 i, the carrier density of the oxide semiconductor film can be reduced by reducing the impurity element. For this reason, in the channel region 108i, the carrier density is 1 × 10 17 pieces / cm 3 or less, or 1 × 10 15 pieces / cm 3 or less, or 1 × 10 13 pieces / cm 3 or less, or 1 × 10 11 pieces. / Cm 3 or less.

チャネル領域108iとして、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低い酸化物半導体膜を用いることで、さらに優れた電気特性を有するトランジスタを作製することができる。ここでは、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低い(酸素欠損の少ない)ことを高純度真性または実質的に高純度真性と呼ぶ。あるいは、真性、または実質的に真性と呼ぶ。高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることができる場合がある。従って、当該酸化物半導体膜にチャネル領域が形成されるトランジスタは、しきい値電圧がプラスとなる電気特性(ノーマリーオフ特性ともいう。)になりやすい。また、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、欠陥準位密度が低いため、トラップ準位密度も低くなる場合がある。また、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、オフ電流が著しく小さい特性を得ることができる。従って、当該酸化物半導体膜にチャネル領域が形成されるトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる場合がある。   By using an oxide semiconductor film having a low impurity concentration and a low density of defect states as the channel region 108i, a transistor having more excellent electrical characteristics can be manufactured. Here, the low impurity concentration and the low density of defect states (there are few oxygen vacancies) are called high purity intrinsic or substantially high purity intrinsic. Alternatively, it is called intrinsic or substantially intrinsic. An oxide semiconductor that is highly purified intrinsic or substantially highly purified intrinsic has few carrier generation sources, and thus may have a low carrier density. Therefore, a transistor in which a channel region is formed in the oxide semiconductor film easily has electrical characteristics (also referred to as normally-off characteristics) in which the threshold voltage is positive. In addition, a highly purified intrinsic or substantially highly purified intrinsic oxide semiconductor film has a low density of defect states, and thus may have a low density of trap states. In addition, a highly purified intrinsic or substantially highly purified intrinsic oxide semiconductor film can have characteristics with extremely low off-state current. Therefore, a transistor in which a channel region is formed in the oxide semiconductor film has a small variation in electrical characteristics and may be a highly reliable transistor.

一方で、ソース領域108s、及びドレイン領域108dは、絶縁膜116と接する。ソース領域108s、及びドレイン領域108dが絶縁膜116と接することで、絶縁膜116からソース領域108s、及びドレイン領域108dに窒素または水素が添加されるため、キャリア密度が高くなる。   On the other hand, the source region 108 s and the drain region 108 d are in contact with the insulating film 116. When the source region 108s and the drain region 108d are in contact with the insulating film 116, nitrogen or hydrogen is added from the insulating film 116 to the source region 108s and the drain region 108d, so that the carrier density is increased.

また、第1の酸化物半導体膜108および第2の酸化物半導体膜111a、111bは、非単結晶構造でもよい。非単結晶構造は、例えば、後述するCAAC−OS(C Axis Aligned−Crystalline 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。   Further, the first oxide semiconductor film 108 and the second oxide semiconductor films 111a and 111b may have a non-single-crystal structure. The non-single-crystal structure includes, for example, a CAAC-OS (C Axis-Aligned-Crystalline Oxide Semiconductor) described later, a polycrystalline structure, a microcrystalline structure 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.

なお、第1の酸化物半導体膜108および第2の酸化物半導体膜111a、111bが、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、CAAC−OSの領域、及び単結晶構造の領域の二種以上を有する単層膜、あるいはこの膜が積層された構造であってもよい。   Note that the first oxide semiconductor film 108 and the second oxide semiconductor films 111a and 111b include an amorphous structure region, a microcrystalline structure region, a polycrystalline structure region, a CAAC-OS region, and a single region. A single layer film having two or more kinds of crystal structure regions or a structure in which these films are stacked may be used.

なお、第1の酸化物半導体膜108が、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、CAAC−OSの領域、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 108 is an amorphous structure region, a microcrystalline structure region, a polycrystalline structure region, a CAAC-OS region, or a mixed film including two or more kinds of single crystal structures. 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.

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

<第2の絶縁膜>
絶縁膜110は、トランジスタ150のゲート絶縁膜として機能する。また、絶縁膜110は、酸化物半導体膜108、特にチャネル領域108iに酸素を供給する機能を有する。例えば、絶縁膜110としては、酸化物絶縁膜または窒化物絶縁膜を単層または積層して形成することができる。なお、酸化物半導体膜108との界面特性を向上させるため、絶縁膜110において、酸化物半導体膜108と接する領域は、少なくとも酸化物絶縁膜を用いて形成することが好ましい。絶縁膜110として、例えば酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコンなどを用いればよい。
<Second insulating film>
The insulating film 110 functions as a gate insulating film of the transistor 150. The insulating film 110 has a function of supplying oxygen to the oxide semiconductor film 108, particularly the channel region 108i. For example, the insulating film 110 can be formed using a single layer or a stacked layer of an oxide insulating film or a nitride insulating film. Note that in order to improve interface characteristics with the oxide semiconductor film 108, a region in the insulating film 110 which is in contact with the oxide semiconductor film 108 is preferably formed using at least the oxide insulating film. As the insulating film 110, for example, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, or the like may be used.

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

また、絶縁膜110は、欠陥が少ないことが好ましく、代表的には、電子スピン共鳴法(ESR:Electron Spin Resonance)で観察されるシグナルが少ない方が好ましい。例えば、上述のシグナルとしては、g値が2.001に観察されるE’センターが挙げられる。なお、E’センターは、シリコンのダングリングボンドに起因する。絶縁膜110としては、E’センター起因のスピン密度が、3×1017spins/cm以下、好ましくは5×1016spins/cm以下である酸化シリコン膜、または酸化窒化シリコン膜を用いればよい。 The insulating film 110 preferably has few defects. Typically, it is preferable that the number of signals observed by an electron spin resonance (ESR) be small. For example, the signal described above includes the E ′ center where the g value is observed at 2.001. The E ′ center is caused by silicon dangling bonds. As the insulating film 110, a silicon oxide film or a silicon oxynitride film whose spin density due to the E ′ center is 3 × 10 17 spins / cm 3 or less, preferably 5 × 10 16 spins / cm 3 or less is used. Good.

また、絶縁膜110には、上述のシグナル以外に二酸化窒素(NO)に起因するシグナルが観察される場合がある。当該シグナルは、Nの核スピンにより3つのシグナルに分裂しており、それぞれのg値が2.037以上2.039以下(第1のシグナルとする)、g値が2.001以上2.003以下(第2のシグナルとする)、及びg値が1.964以上1.966以下(第3のシグナルとする)に観察される。 In addition, in the insulating film 110, a signal due to nitrogen dioxide (NO 2 ) may be observed in addition to the above signal. The signal is split into three signals by N nuclear spins, each having a g value of 2.037 or more and 2.039 or less (referred to as the first signal), and a g value of 2.001 or more and 2.003. The g value is observed below (referred to as the second signal) and from 1.964 to 1.966 (referred to as the third signal).

例えば、絶縁膜110として、二酸化窒素(NO)起因のスピン密度が、1×1017spins/cm以上1×1018spins/cm未満である絶縁膜を用いると好適である。 For example, as the insulating film 110, an insulating film whose spin density due to nitrogen dioxide (NO 2 ) is 1 × 10 17 spins / cm 3 or more and less than 1 × 10 18 spins / cm 3 is preferably used.

なお、二酸化窒素(NO)を含む窒素酸化物(NO)は、絶縁膜110中に準位を形成する。当該準位は、酸化物半導体膜108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(NOx)が、絶縁膜110及び酸化物半導体膜108の界面に拡散すると、当該準位が絶縁膜110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110及び酸化物半導体膜108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。したがって、絶縁膜110としては、窒素酸化物の含有量が少ない膜を用いると、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できる。 Note that nitrogen oxide (NO x ) containing nitrogen dioxide (NO 2 ) forms a level in the insulating film 110. The level is located in the energy gap of the oxide semiconductor film 108. Therefore, when nitrogen oxide (NOx) diffuses to the interface between the insulating film 110 and the oxide semiconductor film 108, the level may trap electrons on the insulating film 110 side. As a result, trapped electrons remain in the vicinity of the interface between the insulating film 110 and the oxide semiconductor film 108, so that the threshold voltage of the transistor is shifted in the positive direction. Therefore, when the insulating film 110 is a film with a low content of nitrogen oxides, the threshold voltage shift of the transistor can be reduced.

窒素酸化物(NO)の放出量が少ない絶縁膜としては、例えば、酸化窒化シリコン膜を用いることができる。当該酸化窒化シリコン膜は、昇温脱離ガス分析法(TDS:Thermal Desorption Spectroscopy)において、窒素酸化物(NO)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の放出量が1×1018個/cm以上5×1019個/cm以下である。なお、上記のアンモニアの放出量は、TDSにおける加熱処理の温度が50℃以上650℃以下、または50℃以上550℃以下の範囲での総量である。 For example, a silicon oxynitride film can be used as the insulating film that emits less nitrogen oxide (NO x ). The silicon oxynitride film is a film in which the amount of ammonia released is larger than the amount of nitrogen oxide (NO x ) released in a temperature programmed desorption gas analysis (TDS). The discharge amount is 1 × 10 18 pieces / cm 3 or more and 5 × 10 19 pieces / cm 3 or less. Note that the amount of ammonia released is the total amount when the temperature of the heat treatment in TDS is in the range of 50 ° C. to 650 ° C. or 50 ° C. to 550 ° C.

窒素酸化物(NO)は、加熱処理においてアンモニア及び酸素と反応するため、アンモニアの放出量が多い絶縁膜を用いることで窒素酸化物(NO)が低減される。 Since nitrogen oxide (NO x ) reacts with ammonia and oxygen in the heat treatment, nitrogen oxide (NO x ) is reduced by using an insulating film that releases a large amount of ammonia.

なお、絶縁膜110をSIMSで分析した場合、膜中の窒素濃度が6×1020atoms/cm以下であると好ましい。 Note that when the insulating film 110 is analyzed by SIMS, the nitrogen concentration in the film is preferably 6 × 10 20 atoms / cm 3 or less.

また、絶縁膜110として、ハフニウムシリケート(HfSiO)、窒素が添加されたハフニウムシリケート(HfSi)、窒素が添加されたハフニウムアルミネート(HfAl)、酸化ハフニウムなどのhigh−k材料を用いてもよい。当該high−k材料を用いることでトランジスタのゲートリークを低減できる。 Further, as the insulating film 110, hafnium silicate (HfSiO x ), hafnium silicate added with nitrogen (HfSi x O y N z ), hafnium aluminate added with nitrogen (HfAl x O y N z ), hafnium oxide, or the like High-k materials may be used. By using the high-k material, gate leakage of the transistor can be reduced.

<第3の絶縁膜>
絶縁膜116は、窒素または水素を有する。また、絶縁膜116は、フッ素を有していてもよい。絶縁膜116としては、例えば、窒化物絶縁膜が挙げられる。該窒化物絶縁膜としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化フッ化シリコン、フッ化窒化シリコン等を用いて形成することができる。絶縁膜116に含まれる水素濃度は、1×1022atoms/cm以上であると好ましい。また、絶縁膜116は、酸化物半導体膜108のソース領域108s、及びドレイン領域108dと接する。したがって、絶縁膜116と接するソース領域108s、及びドレイン領域108d中の不純物(窒素または水素)濃度が高くなり、ソース領域108s、及びドレイン領域108dのキャリア密度を高めることができる。
<Third insulating film>
The insulating film 116 includes nitrogen or hydrogen. The insulating film 116 may contain fluorine. An example of the insulating film 116 is a nitride insulating film. The nitride insulating film can be formed using silicon nitride, silicon nitride oxide, silicon nitride fluoride, silicon fluoronitride, or the like. The concentration of hydrogen contained in the insulating film 116 is preferably 1 × 10 22 atoms / cm 3 or more. The insulating film 116 is in contact with the source region 108s and the drain region 108d of the oxide semiconductor film 108. Therefore, the impurity (nitrogen or hydrogen) concentration in the source region 108s and the drain region 108d in contact with the insulating film 116 is increased, and the carrier density of the source region 108s and the drain region 108d can be increased.

<第4の絶縁膜>
絶縁膜118としては、酸化物絶縁膜を用いることができる。また、絶縁膜118としては、酸化物絶縁膜と、窒化物絶縁膜との積層膜を用いることができる。絶縁膜118として、例えば酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウムまたはGa−Zn酸化物などを用いればい。
<Fourth insulating film>
As the insulating film 118, an oxide insulating film can be used. As the insulating film 118, a stacked film of an oxide insulating film and a nitride insulating film can be used. As the insulating film 118, for example, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, aluminum oxide, hafnium oxide, gallium oxide, Ga—Zn oxide, or the like may be used.

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

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

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

特に、導電膜120a、120bとしては、銅を含む材料を用いると好適である。導電膜120a、120bに銅を含む材料を用いると、抵抗を低くすることができる。例えば、基板102として大面積基板を用いた場合においても信号の遅延等を抑制することができる。   In particular, the conductive films 120a and 120b are preferably formed using a material containing copper. When a material containing copper is used for the conductive films 120a and 120b, the resistance can be reduced. For example, signal delay or the like can be suppressed even when a large-area substrate is used as the substrate 102.

導電膜123としては、インジウム錫酸化物(Indium Tin Oxide:ITO)、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、シリコンを含むインジウム錫酸化物(In−Sn−Si酸化物:ITSOともいう)等の透光性を有する導電性材料を用いて形成できる。なお、導電膜120a、120bとして、これらの透光性を有する導電性材料を用いてもよい。また導電膜120a、120bを、上記透光性を有する導電性材料と、上記金属元素の積層構造とすることもできる。   The conductive film 123 includes indium tin oxide (ITO), indium oxide containing tungsten oxide, indium zinc oxide containing tungsten oxide, indium oxide containing titanium oxide, and indium tin oxide containing titanium oxide. A light-transmitting conductive material such as indium zinc oxide or indium tin oxide containing silicon (In-Sn-Si oxide: also referred to as ITSO). Note that these conductive materials having a light-transmitting property may be used for the conductive films 120a and 120b. The conductive films 120a and 120b can have a stacked structure of the above light-transmitting conductive material and the above metal element.

導電膜124、導電膜120cとしては、導電膜120a、導電膜120bと同様の材料を用いることができる。   The conductive film 124 and the conductive film 120c can be formed using a material similar to that of the conductive film 120a and the conductive film 120b.

<第5の絶縁膜>
トランジスタ150の保護絶縁膜として機能する絶縁膜122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。または、絶縁膜122として、第3の絶縁膜または第4の絶縁膜と同様の材料を用いることができる。
<Fifth insulating film>
As the insulating film 122 functioning as a protective insulating film of 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 hafnium oxide film, a plasma CVD method, a sputtering method, or the like An insulating film containing one or more of 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 can be used. Alternatively, the insulating film 122 can be formed using a material similar to that of the third insulating film or the fourth insulating film.

<半導体装置の構成例2>
次に、図1(A)、(B)に示す半導体装置100と異なる構成について、図5を用いて説明する。
<Configuration Example 2 of Semiconductor Device>
Next, a structure different from the semiconductor device 100 illustrated in FIGS. 1A and 1B is described with reference to FIGS.

図5(A)は、半導体装置100Aの断面図であり、図5(B)は、半導体装置100Bの断面図である。なお、半導体装置100A、および半導体装置100Bの上面図としては、図1(A)に示す半導体装置100と同様であるため、ここでの説明は省略する。   FIG. 5A is a cross-sectional view of the semiconductor device 100A, and FIG. 5B is a cross-sectional view of the semiconductor device 100B. Note that top views of the semiconductor device 100A and the semiconductor device 100B are the same as those of the semiconductor device 100 illustrated in FIG. 1A, and thus description thereof is omitted here.

図5(A)に示す半導体装置100Aに含まれるトランジスタ150Aは、先に示す半導体装置100に含まれるトランジスタ150と絶縁膜110、及び第2の酸化物半導体膜111aの形状が異なる。具体的には、トランジスタのチャネル長(L)方向の断面において、トランジスタ150は、絶縁膜110、及び第2の酸化物半導体膜111aの形状がテーパ形状であるのに対し、トランジスタ150Aは、絶縁膜110、及び第2の酸化物半導体膜111aの形状が矩形状である。より詳しくは、トランジスタ150は、トランジスタのチャネル長(L)方向の断面において、第2の酸化物半導体膜111aの上端部が絶縁膜110の下端部よりも内側に形成される。別言すると、絶縁膜110の側端部は、第2の酸化物半導体膜111aの側端部よりも外側に位置する。一方で、トランジスタ150Aは、トランジスタのチャネル長(L)方向の断面において、第2の酸化物半導体膜111aの上端部と、絶縁膜110の下端部とが概略同じ位置に形成される。   A transistor 150A included in the semiconductor device 100A illustrated in FIG. 5A is different from the transistor 150 included in the semiconductor device 100 described above in the shapes of the insulating film 110 and the second oxide semiconductor film 111a. Specifically, in the cross section of the transistor in the channel length (L) direction, the transistor 150 has a tapered shape in the insulating film 110 and the second oxide semiconductor film 111a, whereas the transistor 150A has an insulating shape. The shapes of the film 110 and the second oxide semiconductor film 111a are rectangular. More specifically, in the transistor 150, the upper end portion of the second oxide semiconductor film 111 a is formed inside the lower end portion of the insulating film 110 in the cross section in the channel length (L) direction of the transistor. In other words, the side end portion of the insulating film 110 is located outside the side end portion of the second oxide semiconductor film 111a. On the other hand, in the transistor 150A, the upper end portion of the second oxide semiconductor film 111a and the lower end portion of the insulating film 110 are formed at approximately the same position in a cross section of the transistor in the channel length (L) direction.

トランジスタ150としては、第2の酸化物半導体膜111aと、絶縁膜110と、を同じマスクで加工し、ウエットエッチング法及びドライエッチング法を組み合わせて加工することで形成できる。トランジスタ150Aとしては、第2の酸化物半導体膜111aと、絶縁膜110と、を同じマスクで加工し、ドライエッチング法を用いて、一括して加工することで形成できる。   The transistor 150 can be formed by processing the second oxide semiconductor film 111a and the insulating film 110 with the same mask and combining wet etching and dry etching. The transistor 150A can be formed by processing the second oxide semiconductor film 111a and the insulating film 110 with the same mask and collectively processing them using a dry etching method.

トランジスタ150のような構成とすることで、絶縁膜116の被覆性が向上するため好ましい。一方で、トランジスタ150Aのような構成とすることで、ソース領域108s及びドレイン領域108dと、第2の酸化物半導体膜111aとの端部が概略同じ位置に形成されるため好ましい。   A structure like the transistor 150 is preferable because coverage with the insulating film 116 is improved. On the other hand, a structure like the transistor 150A is preferable because end portions of the source region 108s and the drain region 108d and the second oxide semiconductor film 111a are formed at approximately the same position.

図5(B)に示す半導体装置100Bに含まれるトランジスタ150Bは、先に示すトランジスタ150Aと比較し、第2の酸化物半導体膜111a、及び絶縁膜110の形状が異なる。具体的には、トランジスタ150Bは、トランジスタのチャネル長(L)方向の断面において、第2の酸化物半導体膜111aの下端部と、絶縁膜110の上端部との位置が異なる。第2の酸化物半導体膜111aの下端部は、絶縁膜110の上端部よりも内側に形成される。   A transistor 150B included in the semiconductor device 100B illustrated in FIG. 5B is different in the shapes of the second oxide semiconductor film 111a and the insulating film 110 from the transistor 150A described above. Specifically, in the transistor 150B, the position of the lower end portion of the second oxide semiconductor film 111a and the upper end portion of the insulating film 110 are different in a cross section in the channel length (L) direction of the transistor. The lower end portion of the second oxide semiconductor film 111 a is formed inside the upper end portion of the insulating film 110.

例えば、第2の酸化物半導体膜111aと、絶縁膜110と、を同じマスクで加工し、第2の酸化物半導体膜111aをウエットエッチング法で、絶縁膜110をドライエッチング法で、それぞれ加工することで、トランジスタ150Bの構造とすることができる。   For example, the second oxide semiconductor film 111a and the insulating film 110 are processed with the same mask, the second oxide semiconductor film 111a is processed with a wet etching method, and the insulating film 110 is processed with a dry etching method. Thus, the structure of the transistor 150B can be obtained.

また、トランジスタ150Bの構造とすることで、第1の酸化物半導体膜108中に、領域108fが形成される場合がある。領域108fは、チャネル領域108iとソース領域108sとの間、及びチャネル領域108iとドレイン領域108dとの間に形成される。   In addition, with the structure of the transistor 150B, the region 108f may be formed in the first oxide semiconductor film 108 in some cases. The region 108f is formed between the channel region 108i and the source region 108s, and between the channel region 108i and the drain region 108d.

領域108fは、高抵抗領域あるいは低抵抗領域のいずれか一方として機能する。高抵抗領域とは、チャネル領域108iと同等の抵抗を有し、ゲート電極として機能する第2の酸化物半導体膜111aが重畳しない領域である。領域108fが高抵抗領域の場合、領域108fは、所謂オフセット領域として機能する。領域108fがオフセット領域として機能する場合においては、トランジスタ150Bのオン電流の低下を抑制するために、チャネル長(L)方向の断面において、領域108fを1μm以下とすればよい。   The region 108f functions as either a high resistance region or a low resistance region. The high-resistance region is a region that has the same resistance as that of the channel region 108 i and does not overlap with the second oxide semiconductor film 111 a that functions as a gate electrode. When the region 108f is a high resistance region, the region 108f functions as a so-called offset region. In the case where the region 108f functions as an offset region, the region 108f may be 1 μm or less in the cross section in the channel length (L) direction in order to suppress a decrease in on-state current of the transistor 150B.

また、低抵抗領域とは、チャネル領域108iよりも抵抗が低く、且つソース領域108s及びドレイン領域108dよりも抵抗が高い領域である。領域108fが低抵抗領域の場合、領域108fは、所謂、LDD(Lightly Doped Drain)領域として機能する。領域108fがLDD領域として機能する場合においては、ドレイン領域の電界緩和が可能となるため、ドレイン領域の電界に起因したトランジスタのしきい値電圧の変動を低減することができる。   The low resistance region is a region having a lower resistance than the channel region 108i and a higher resistance than the source region 108s and the drain region 108d. When the region 108f is a low resistance region, the region 108f functions as a so-called LDD (Lightly Doped Drain) region. In the case where the region 108f functions as an LDD region, electric field relaxation in the drain region is possible, so that variation in threshold voltage of the transistor due to the electric field in the drain region can be reduced.

なお、領域108fをLDD領域とする場合には、例えば、絶縁膜116から領域108fに窒素または水素を供給する、あるいは、第2の酸化物半導体膜111a及び絶縁膜110をマスクとして、第2の酸化物半導体膜111a及び絶縁膜110の上方から不純物元素を添加することで、当該不純物が絶縁膜110を介し、第1の酸化物半導体膜108に添加されることで形成することができる。   Note that in the case where the region 108f is an LDD region, for example, nitrogen or hydrogen is supplied from the insulating film 116 to the region 108f or the second oxide semiconductor film 111a and the insulating film 110 are used as a mask. By adding an impurity element from above the oxide semiconductor film 111 a and the insulating film 110, the impurity can be formed by adding the impurity to the first oxide semiconductor film 108 through the insulating film 110.

<半導体装置の構成例3>
次に、図1(A)、(B)に示す半導体装置100と異なる構成について、図6乃至図8を用いて説明する。
<Configuration Example 3 of Semiconductor Device>
Next, a structure different from that of the semiconductor device 100 illustrated in FIGS. 1A and 1B is described with reference to FIGS.

図6(A)は、半導体装置100Cの断面図であり、図6(B)は、半導体装置100Dの断面図であり、図7(A)は、半導体装置100Eの断面図であり、図7(B)は、半導体装置100Fの断面図であり、図8は、半導体装置100Gの断面図である。なお、半導体装置100C、半導体装置100D、半導体装置100E、半導体装置100F、及び半導体装置100Gの上面図としては、図1(A)に示す半導体装置100と同様であるため、ここでの説明は省略する。   6A is a cross-sectional view of the semiconductor device 100C, FIG. 6B is a cross-sectional view of the semiconductor device 100D, and FIG. 7A is a cross-sectional view of the semiconductor device 100E. FIG. 8B is a cross-sectional view of the semiconductor device 100F, and FIG. 8 is a cross-sectional view of the semiconductor device 100G. Note that top views of the semiconductor device 100C, the semiconductor device 100D, the semiconductor device 100E, the semiconductor device 100F, and the semiconductor device 100G are the same as those of the semiconductor device 100 illustrated in FIG. 1A; therefore, description thereof is omitted here. To do.

半導体装置100Cに含まれるトランジスタ150C、半導体装置100Dに含まれるトランジスタ150D、半導体装置100Eに含まれるトランジスタ150E、半導体装置100Fに含まれるトランジスタ150F、及び半導体装置100Gに含まれるトランジスタ150Gは、先に示すトランジスタ150Aと第1の酸化物半導体膜108の構造が異なる。それ以外の構成については、先に示すトランジスタ150Aと同様の構成であり、同様の効果を奏する。   The transistor 150C included in the semiconductor device 100C, the transistor 150D included in the semiconductor device 100D, the transistor 150E included in the semiconductor device 100E, the transistor 150F included in the semiconductor device 100F, and the transistor 150G included in the semiconductor device 100G are described above. The structures of the transistor 150A and the first oxide semiconductor film 108 are different. Other configurations are similar to those of the transistor 150A described above, and have the same effects.

図6(A)に示すトランジスタ150Cが有する第1の酸化物半導体膜108は、絶縁膜104上の酸化物半導体膜108_1と、酸化物半導体膜108_1上の酸化物半導体膜108_2と、酸化物半導体膜108_2上の酸化物半導体膜108_3と、を有する。また、チャネル領域108i、ソース領域108s、及びドレイン領域108dは、それぞれ、酸化物半導体膜108_1、酸化物半導体膜108_2、及び酸化物半導体膜108_3の3層の積層構造である。   The first oxide semiconductor film 108 included in the transistor 150C illustrated in FIG. 6A includes an oxide semiconductor film 108_1 over the insulating film 104, an oxide semiconductor film 108_2 over the oxide semiconductor film 108_1, and an oxide semiconductor. An oxide semiconductor film 108_3 over the film 108_2. The channel region 108i, the source region 108s, and the drain region 108d each have a three-layer structure of the oxide semiconductor film 108_1, the oxide semiconductor film 108_2, and the oxide semiconductor film 108_3.

図6(B)に示すトランジスタ150Dが有する第1の酸化物半導体膜108は、絶縁膜104上の酸化物半導体膜108_2と、酸化物半導体膜108_2上の酸化物半導体膜108_3と、を有する。また、チャネル領域108i、ソース領域108s、及びドレイン領域108dは、それぞれ、酸化物半導体膜108_2、及び酸化物半導体膜108_3の2層の積層構造である。   A first oxide semiconductor film 108 included in the transistor 150D illustrated in FIG. 6B includes an oxide semiconductor film 108_2 over the insulating film 104 and an oxide semiconductor film 108_3 over the oxide semiconductor film 108_2. The channel region 108i, the source region 108s, and the drain region 108d each have a two-layer structure of an oxide semiconductor film 108_2 and an oxide semiconductor film 108_3.

図7(A)に示すトランジスタ150Eが有する第1の酸化物半導体膜108は、絶縁膜104上の酸化物半導体膜108_1と、酸化物半導体膜108_1上の酸化物半導体膜108_2と、を有する。また、チャネル領域108i、ソース領域108s、及びドレイン領域108dは、それぞれ、酸化物半導体膜108_1、及び酸化物半導体膜108_2の2層の積層構造である。   A first oxide semiconductor film 108 included in the transistor 150E illustrated in FIG. 7A includes an oxide semiconductor film 108_1 over the insulating film 104 and an oxide semiconductor film 108_2 over the oxide semiconductor film 108_1. The channel region 108i, the source region 108s, and the drain region 108d each have a two-layer structure of the oxide semiconductor film 108_1 and the oxide semiconductor film 108_2.

図7(B)に示すトランジスタ150Fが有する第1の酸化物半導体膜108は、絶縁膜104上の酸化物半導体膜108_1と、酸化物半導体膜108_1上の酸化物半導体膜108_2と、酸化物半導体膜108_2上の酸化物半導体膜108_3と、を有する。また、チャネル領域108iは、酸化物半導体膜108_1、酸化物半導体膜108_2、及び酸化物半導体膜108_3の3層の積層構造であり、ソース領域108s、及びドレイン領域108dは、それぞれ、酸化物半導体膜108_1、及び酸化物半導体膜108_2の2層の積層構造である。なお、トランジスタ150Fのチャネル幅(W)方向の断面において、酸化物半導体膜108_3が、酸化物半導体膜108_1及び酸化物半導体膜108_2の側面を覆う。   A first oxide semiconductor film 108 included in the transistor 150F illustrated in FIG. 7B includes an oxide semiconductor film 108_1 over the insulating film 104, an oxide semiconductor film 108_2 over the oxide semiconductor film 108_1, and an oxide semiconductor. An oxide semiconductor film 108_3 over the film 108_2. The channel region 108i has a three-layer structure of the oxide semiconductor film 108_1, the oxide semiconductor film 108_2, and the oxide semiconductor film 108_3. The source region 108s and the drain region 108d each have an oxide semiconductor film. A two-layer structure of 108_1 and the oxide semiconductor film 108_2. Note that in the cross section in the channel width (W) direction of the transistor 150F, the oxide semiconductor film 108_3 covers side surfaces of the oxide semiconductor film 108_1 and the oxide semiconductor film 108_2.

図8に示すトランジスタ150Gが有する第1の酸化物半導体膜108は、絶縁膜104上の酸化物半導体膜108_2と、酸化物半導体膜108_2上の酸化物半導体膜108_3と、を有する。また、チャネル領域108iは、酸化物半導体膜108_2、及び酸化物半導体膜108_3の2層の積層構造であり、ソース領域108s、及びドレイン領域108dは、それぞれ、酸化物半導体膜108_2の単層構造である。なお、トランジスタ150Gのチャネル幅(W)方向の断面において、酸化物半導体膜108_3が、酸化物半導体膜108_2の側面を覆う。   The first oxide semiconductor film 108 included in the transistor 150G illustrated in FIG. 8 includes the oxide semiconductor film 108_2 over the insulating film 104 and the oxide semiconductor film 108_3 over the oxide semiconductor film 108_2. The channel region 108i has a two-layer structure of an oxide semiconductor film 108_2 and an oxide semiconductor film 108_3, and the source region 108s and the drain region 108d have a single layer structure of the oxide semiconductor film 108_2, respectively. is there. Note that in the cross section in the channel width (W) direction of the transistor 150G, the oxide semiconductor film 108_3 covers the side surface of the oxide semiconductor film 108_2.

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

そこで、トランジスタ150F、及びトランジスタ150Gにおいては、チャネル領域108iを積層構造とし、チャネル領域108iのチャネル幅(W)方向の側面を、積層構造の一方の層で覆う構成とする。当該構成とすることで、チャネル領域108iの側面またはその近傍の欠陥を抑制する、あるいはチャネル領域108iの側面またはその近傍への不純物の付着を低減することが可能となる。   Thus, in the transistor 150F and the transistor 150G, the channel region 108i has a stacked structure, and the side surface of the channel region 108i in the channel width (W) direction is covered with one layer of the stacked structure. With this structure, defects on the side surface of the channel region 108i or the vicinity thereof can be suppressed, or adhesion of impurities to the side surface of the channel region 108i or the vicinity thereof can be reduced.

<バンド構造>
ここで、絶縁膜104、酸化物半導体膜108_1、108_2、108_3、及び絶縁膜110のバンド構造、絶縁膜104、酸化物半導体膜108_2、108_3、及び絶縁膜110のバンド構造、並びに絶縁膜104、酸化物半導体膜108_1、108_2のバンド構造について、図9(A)乃至(C)を用いて説明する。なお、図9(A)乃至(C)は、チャネル領域108iにおけるバンド構造である。
<Band structure>
Here, the band structure of the insulating film 104, the oxide semiconductor films 108_1, 108_2, and 108_3, and the insulating film 110, the band structure of the insulating film 104, the oxide semiconductor films 108_2 and 108_3, and the insulating film 110, and the insulating film 104, A band structure of the oxide semiconductor films 108_1 and 108_2 will be described with reference to FIGS. 9A to 9C show a band structure in the channel region 108i.

図9(A)は、絶縁膜104、酸化物半導体膜108_1、108_2、108_3、及び絶縁膜110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9(B)は、絶縁膜104、酸化物半導体膜108_2、108_3、及び絶縁膜110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9(C)は、絶縁膜104、酸化物半導体膜108_1、108_2、及び絶縁膜110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104、酸化物半導体膜108_1、108_2、108_3、及び絶縁膜110の伝導帯下端のエネルギー準位(Ec)を示す。   FIG. 9A illustrates an example of a band structure in the film thickness direction of a stacked structure including the insulating film 104, the oxide semiconductor films 108_1, 108_2, and 108_3, and the insulating film 110. FIG. 9B illustrates an example of a band structure in the film thickness direction of a stacked structure including the insulating film 104, the oxide semiconductor films 108_2 and 108_3, and the insulating film 110. FIG. 9C illustrates an example of a band structure in the film thickness direction of a stacked structure including the insulating film 104, the oxide semiconductor films 108_1 and 108_2, and the insulating film 110. Note that the band structure indicates the energy level (Ec) of the lower end of the conduction band of the insulating film 104, the oxide semiconductor films 108_1, 108_2, and 108_3, and the insulating film 110 for easy understanding.

また、図9(A)は、絶縁膜104、110として酸化シリコン膜を用い、酸化物半導体膜108_1として金属元素の原子数比をIn:Ga:Zn=1:3:2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108_2として金属元素の原子数比をIn:Ga:Zn=4:2:4.1の金属酸化物ターゲットを用いて形成される酸化物半導体膜を用い、酸化物半導体膜108_3として金属元素の原子数比をIn:Ga:Zn=1:3:2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。   FIG. 9A illustrates a metal oxide target in which a silicon oxide film is used as the insulating films 104 and 110, and an atomic ratio of metal elements is In: Ga: Zn = 1: 3: 2 as the oxide semiconductor film 108_1. The oxide semiconductor film 108 </ b> _ <b> 2 is formed using a metal oxide target with an atomic ratio of metal elements of In: Ga: Zn = 4: 2: 4.1. An oxide semiconductor film is used, and an oxide semiconductor film formed using a metal oxide target with an atomic ratio of In: Ga: Zn = 1: 3: 2 as an oxide semiconductor film 108_3 is used. It is a band diagram.

また、図9(B)は、絶縁膜104、110として酸化シリコン膜を用い、酸化物半導体膜108_2として金属元素の原子数比をIn:Ga:Zn=4:2:4.1の金属酸化物ターゲットを用いて形成される酸化物半導体膜を用い、酸化物半導体膜108_3として金属元素の原子数比をIn:Ga:Zn=1:3:2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。   FIG. 9B illustrates a case where a silicon oxide film is used as the insulating films 104 and 110 and a metal oxide atomic ratio of In: Ga: Zn = 4: 2: 4.1 is used as the oxide semiconductor film 108_2. An oxide semiconductor film formed using an object target is used, and the oxide semiconductor film 108_3 is formed using a metal oxide target with an atomic ratio of metal elements of In: Ga: Zn = 1: 3: 2. FIG. 10 is a band diagram of a structure using an oxide semiconductor film.

また、図9(C)は、絶縁膜104、110として酸化シリコン膜を用い、酸化物半導体膜108_1として金属元素の原子数比をIn:Ga:Zn=1:3:2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108_2として金属元素の原子数比をIn:Ga:Zn=4:2:4.1の金属酸化物ターゲットを用いて形成される酸化物半導体膜を用い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。   FIG. 9C illustrates a metal oxide target in which a silicon oxide film is used as the insulating films 104 and 110 and an atomic ratio of metal elements is In: Ga: Zn = 1: 3: 2 as the oxide semiconductor film 108_1. The oxide semiconductor film 108 </ b> _ <b> 2 is formed using a metal oxide target with an atomic ratio of metal elements of In: Ga: Zn = 4: 2: 4.1. FIG. 10 is a band diagram of a structure using an oxide semiconductor film formed using an oxide semiconductor film.

図9(A)に示すように、酸化物半導体膜108_1、108_2、108_3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。また、図9(B)に示すように、酸化物半導体膜108_2、108_3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。また、図9(C)に示すように、酸化物半導体膜108_1、108_2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108_1と酸化物半導体膜108_2との界面、または酸化物半導体膜108_2と酸化物半導体膜108_3との界面において、トラップ中心や再結合中心のような欠陥準位を形成するような不純物が存在しないとする。   As shown in FIG. 9A, in the oxide semiconductor films 108_1, 108_2, and 108_3, the energy level at the lower end of the conduction band changes gently. In addition, as illustrated in FIG. 9B, in the oxide semiconductor films 108_2 and 108_3, the energy level at the lower end of the conduction band changes gently. In addition, as illustrated in FIG. 9C, in the oxide semiconductor films 108_1 and 108_2, 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, a trap center or a recombination center is formed at the interface between the oxide semiconductor film 108_1 and the oxide semiconductor film 108_2 or the interface between the oxide semiconductor film 108_2 and the oxide semiconductor film 108_3. It is assumed that there is no impurity that forms such a defect level.

酸化物半導体膜108_1、108_2、108_3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 bond with the oxide semiconductor films 108_1, 108_2, and 108_3, each film is continuously formed without being exposed to the air using a multi-chamber film formation apparatus (sputtering apparatus) including a load lock chamber. It is necessary to laminate them.

図9(A)乃至(C)に示す構成とすることで酸化物半導体膜108_2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108_2に形成されることがわかる。   With the structure illustrated in FIGS. 9A to 9C, the oxide semiconductor film 108_2 becomes a well, and a channel region is formed in the oxide semiconductor film 108_2 in the transistor including the above stacked structure. I understand.

なお、酸化物半導体膜108_1、108_3を設けることにより、酸化物半導体膜108_2に形成されうるトラップ準位を酸化物半導体膜108_2より遠ざけることができる。   Note that by providing the oxide semiconductor films 108_1 and 108_3, trap levels that can be formed in the oxide semiconductor film 108_2 can be separated from the oxide semiconductor film 108_2.

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108_2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ることがあり、トラップ準位に電子が蓄積しやすくなってしまう。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108_2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 may be farther from the vacuum level than the energy level (Ec) at the lower end of the conduction band of the oxide semiconductor film 108_2 functioning as a channel region, and electrons are likely to 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 108_2 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108_1、108_3は、酸化物半導体膜108_2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108_2の伝導帯下端のエネルギー準位と、酸化物半導体膜108_1、108_3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108_1、108_3の電子親和力と、酸化物半導体膜108_2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。   The oxide semiconductor films 108_1 and 108_3 each have an energy level at the lower end of the conduction band that is closer to the vacuum level than the oxide semiconductor film 108_2. Typically, the energy level at the lower end of the conduction band of the oxide semiconductor film 108_2. And the energy level at the lower end of the conduction band of the oxide semiconductor films 108_1 and 108_3 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 108_1 and 108_3 and the electron affinity of the oxide semiconductor film 108_2 is 0.15 eV or more, 0.5 eV or more, 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108_2が主な電流経路となる。すなわち、酸化物半導体膜108_2は、チャネル領域としての機能を有し、酸化物半導体膜108_1、108_3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108_1、108_3は、チャネル領域が形成される酸化物半導体膜108_2を構成する金属元素の一種以上から構成される酸化物半導体膜を用いると好ましい。このような構成とすることで、酸化物半導体膜108_1と酸化物半導体膜108_2との界面、または酸化物半導体膜108_2と酸化物半導体膜108_3との界面において、界面散乱が起こりにくい。従って、該界面においてはキャリアの動きが阻害されないため、トランジスタの電界効果移動度が高くなる。   With such a structure, the oxide semiconductor film 108_2 serves as a main current path. In other words, the oxide semiconductor film 108_2 functions as a channel region, and the oxide semiconductor films 108_1 and 108_3 function as oxide insulating films. The oxide semiconductor films 108_1 and 108_3 are preferably formed using one or more metal elements included in the oxide semiconductor film 108_2 in which a channel region is formed. With such a structure, interface scattering hardly occurs at the interface between the oxide semiconductor film 108_1 and the oxide semiconductor film 108_2 or at the interface between the oxide semiconductor film 108_2 and the oxide semiconductor film 108_3. 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108_1、108_3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108_1、108_3を、その物性及び/または機能から、それぞれ酸化物絶縁膜とも呼べる。または、酸化物半導体膜108_1、108_3には、電子親和力(真空準位と伝導帯下端のエネルギー準位との差)が酸化物半導体膜108_2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108_2の伝導帯下端エネルギー準位と差分(バンドオフセット)を有する材料を用いるものとする。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108_1、108_3の伝導帯下端のエネルギー準位が、酸化物半導体膜108_2の伝導帯下端のエネルギー準位よりも0.2eVより真空準位に近い材料、好ましくは0.5eV以上真空準位に近い材料を適用することが好ましい。   The oxide semiconductor films 108_1 and 108_3 are formed using a material with sufficiently low conductivity in order to prevent the oxide semiconductor films 108_1 and 108_3 from functioning as part of the channel region. Therefore, the oxide semiconductor films 108_1 and 108_3 can also be referred to as oxide insulating films because of their physical properties and / or functions. Alternatively, in the oxide semiconductor films 108_1 and 108_3, the electron affinity (difference between the vacuum level and the energy level at the bottom of the conduction band) is lower than that of the oxide semiconductor film 108_2, and the energy level at the bottom of the conduction band is an oxide. A material having a difference (band offset) from the lower energy level of the conduction band of the semiconductor film 108_2 is used. In addition, in order to suppress the 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 108_1 and 108_3 is determined so that the conduction level of the oxide semiconductor film 108_2 is reduced. It is preferable to apply a material closer to the vacuum level than 0.2 eV than the energy level at the lower end of the band, preferably a material closer to the vacuum level of 0.5 eV or more.

また、本実施の形態においては、酸化物半導体膜108_1、108_3として、金属元素の原子数比をIn:Ga:Zn=1:3:2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108_1、108_3として、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]、In:Ga:Zn=1:1:1.2[原子数比]、In:Ga:Zn=1:3:4[原子数比]、In:Ga:Zn=1:3:6[原子数比]、In:Ga:Zn=1:4:5[原子数比]、In:Ga:Zn=1:5:6[原子数比]、またはIn:Ga:Zn=1:10:1[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。あるいは、酸化物半導体膜108_1、108_3として、金属元素の原子数比をGa:Zn=10:1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てもよい。この場合、酸化物半導体膜108_2として金属元素の原子数比をIn:Ga:Zn=1:1:1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108_1、108_3として金属元素の原子数比をGa:Zn=10:1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ると、酸化物半導体膜108_2の伝導帯下端のエネルギー準位と、酸化物半導体膜108_1、108_3の伝導帯下端のエネルギー準位との差を0.6eV以上とすることができるため好適である。   In this embodiment, the oxide semiconductor films 108_1 and 108_3 are formed using a metal oxide target in which the atomic ratio of metal elements is In: Ga: Zn = 1: 3: 2. Although the configuration using the film is exemplified, the configuration is not limited thereto. For example, as the oxide semiconductor films 108_1 and 108_3, In: Ga: Zn = 1: 1: 1 [atomic ratio], In: Ga: Zn = 1: 1: 1.2 [atomic ratio], In: Ga : Zn = 1: 3: 4 [atomic ratio], In: Ga: Zn = 1: 3: 6 [atomic ratio], In: Ga: Zn = 1: 4: 5 [atomic ratio], In: Using an oxide semiconductor film formed using a metal oxide target of Ga: Zn = 1: 5: 6 [atomic ratio] or In: Ga: Zn = 1: 10: 1 [atomic ratio] Also good. Alternatively, an oxide semiconductor film formed using a metal oxide target with an atomic ratio of metal elements Ga: Zn = 10: 1 may be used as the oxide semiconductor films 108_1 and 108_3. In this case, as the oxide semiconductor film 108_2, an oxide semiconductor film formed using a metal oxide target with a metal element atomic ratio of In: Ga: Zn = 1: 1: 1 is used, and the oxide semiconductor film 108_1. , 108_3, an oxide semiconductor film formed using a metal oxide target with a metal element atomic ratio of Ga: Zn = 10: 1 can have an energy level at the lower end of the conduction band of the oxide semiconductor film 108_2. The oxide semiconductor films 108_1 and 108_3 are preferable because the difference from the energy level at the lower end of the conduction band can be 0.6 eV or more.

なお、酸化物半導体膜108_1、108_3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108_1、108_3は、In:Ga:Zn=1:β1(0<β1≦2):β2(0<β2≦2)となる場合がある。また、酸化物半導体膜108_1、108_3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108_1、108_3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108_1、108_3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108_1、108_3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 with In: Ga: Zn = 1: 1: 1 [atomic ratio] is used as the oxide semiconductor films 108_1 and 108_3, the oxide semiconductor films 108_1 and 108_3 are formed of In: Ga: Zn. = 1: β1 (0 <β1 ≦ 2): β2 (0 <β2 ≦ 2). In the case where a metal oxide target with In: Ga: Zn = 1: 3: 4 [atomic ratio] is used as the oxide semiconductor films 108_1 and 108_3, the oxide semiconductor films 108_1 and 108_3 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 with In: Ga: Zn = 1: 3: 6 [atomic ratio] is used as the oxide semiconductor films 108_1 and 108_3, the oxide semiconductor films 108_1 and 108_3 are formed of In: Ga: Zn. = 1: β5 (1 ≦ β5 ≦ 5): β6 (4 ≦ β6 ≦ 8) in some cases.

<半導体装置の作製方法>
次に、図1に示す半導体装置の作製方法の一例について、図10乃至図13を用いて説明する。なお、図10乃至図13は、トランジスタ150および容量素子160の作製方法を説明するチャネル長(L)方向及びチャネル幅(W)方向の断面図である。
<Method for Manufacturing Semiconductor Device>
Next, an example of a method for manufacturing the semiconductor device illustrated in FIG. 1 is described with reference to FIGS. 10A to 13B are cross-sectional views in the channel length (L) direction and the channel width (W) direction for describing a method for manufacturing the transistor 150 and the capacitor 160.

まず、基板102上にゲート電極106を形成する。次に、基板102およびゲート電極106上に絶縁膜104を形成し、絶縁膜104上に酸化物半導体膜を形成する。その後、当該酸化物半導体膜を島状に加工することで、酸化物半導体膜107を形成する(図10(A)参照)。   First, the gate electrode 106 is formed over the substrate 102. Next, the insulating film 104 is formed over the substrate 102 and the gate electrode 106, and an oxide semiconductor film is formed over the insulating film 104. After that, the oxide semiconductor film is processed into an island shape, so that the oxide semiconductor film 107 is formed (see FIG. 10A).

本実施の形態では、ゲート電極106として、スパッタリング法を用い、厚さ50nmの窒化タンタル膜と、厚さ100nmの銅膜との積層膜を形成する。なお、ゲート電極106となる導電膜の加工方法としては、ウエットエッチング法及びドライエッチング法のいずれか一方または双方を用いればよい。ここでは、ウエットエッチング法にて銅膜をエッチングしたのち、ドライエッチング法にて窒化タンタル膜をエッチングすることで導電膜を加工し、ゲート電極106を形成する。   In this embodiment, a sputtering method is used as the gate electrode 106, and a stacked film of a tantalum nitride film with a thickness of 50 nm and a copper film with a thickness of 100 nm is formed. Note that as a method for processing the conductive film to be the gate electrode 106, one or both of a wet etching method and a dry etching method may be used. Here, after the copper film is etched by a wet etching method, the conductive film is processed by etching the tantalum nitride film by a dry etching method, whereby the gate electrode 106 is formed.

絶縁膜104としては、スパッタリング法、CVD法、蒸着法、パルスレーザー堆積(PLD)法、印刷法、塗布法等を適宜用いて形成することができる。本実施の形態においては、絶縁膜104として、プラズマCVD装置を用い、厚さ400nmの窒化シリコン膜と、厚さ50nmの酸化窒化シリコン膜とを形成する。   The insulating film 104 can be formed using a sputtering method, a CVD method, an evaporation method, a pulsed laser deposition (PLD) method, a printing method, a coating method, or the like as appropriate. In this embodiment, a plasma CVD apparatus is used as the insulating film 104 to form a 400-nm-thick silicon nitride film and a 50-nm-thick silicon oxynitride film.

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

上述の酸素の脱離を抑制する膜として、インジウム、亜鉛、ガリウム、錫、アルミニウム、クロム、タンタル、チタン、モリブデン、ニッケル、鉄、コバルト、またはタングステンの1以上を有する導電膜あるいは半導体膜を用いて形成することができる。   A conductive film or a semiconductor film containing one or more of indium, zinc, gallium, tin, aluminum, chromium, tantalum, titanium, molybdenum, nickel, iron, cobalt, or tungsten is used as the above-described film for suppressing desorption of oxygen. Can be formed.

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

酸化物半導体膜107としては、スパッタリング法、塗布法、パルスレーザー蒸着法、レーザーアブレーション法、熱CVD法等により形成することができる。なお、酸化物半導体膜107への加工には、酸化物半導体膜上にリソグラフィ工程によりマスクを形成した後、該マスクを用いて酸化物半導体膜の一部をエッチングすること形成することができる。また、印刷法を用いて、素子分離された酸化物半導体膜107を直接形成してもよい。   The oxide semiconductor film 107 can be formed by a sputtering method, a coating method, a pulsed laser deposition method, a laser ablation method, a thermal CVD method, or the like. Note that the oxide semiconductor film 107 can be processed by forming a mask over the oxide semiconductor film by a lithography process and then etching part of the oxide semiconductor film using the mask. Alternatively, the element-separated oxide semiconductor film 107 may be directly formed by a printing method.

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

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

なお、本実施の形態においては、酸化物半導体膜107として、スパッタリング装置を用い、スパッタリングターゲットとしてIn−Ga−Zn金属酸化物(In:Ga:Zn=4:2:4.1[原子数比])を用いて、膜厚35nmの酸化物半導体膜を成膜する。   Note that in this embodiment, a sputtering apparatus is used as the oxide semiconductor film 107, and an In—Ga—Zn metal oxide (In: Ga: Zn = 4: 2: 4.1 [atomic ratio] is used as a sputtering target. ]) Is used to form an oxide semiconductor film having a thickness of 35 nm.

また、酸化物半導体膜107を形成した後、加熱処理を行い、酸化物半導体膜107の脱水素化または脱水化をしてもよい。加熱処理の温度は、代表的には、150℃以上基板歪み点未満、または250℃以上450℃以下、または300℃以上450℃以下である。   Alternatively, after the oxide semiconductor film 107 is formed, heat treatment may be performed to dehydrogenate or dehydrate the oxide semiconductor film 107. The temperature of the heat treatment is typically 150 ° C. or higher and lower than the substrate strain point, 250 ° C. or higher and 450 ° C. or lower, or 300 ° C. or higher and 450 ° C. or lower.

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

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

酸化物半導体膜を加熱しながら成膜する、または酸化物半導体膜を形成した後、加熱処理を行うことで、酸化物半導体膜において、SIMSにより得られる水素濃度を5×1019atoms/cm以下、または1×1019atoms/cm以下、5×1018atoms/cm以下、または1×1018atoms/cm以下、または5×1017atoms/cm以下、または1×1016atoms/cm以下とすることができる。 The oxide semiconductor film is formed while being heated, or after the oxide semiconductor film is formed, heat treatment is performed, so that the hydrogen concentration obtained by SIMS in the oxide semiconductor film is 5 × 10 19 atoms / cm 3. Or less, or 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less, 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less, or 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less, or 5 × 10 17 atoms / cm 3 or less, or 1 × 10 16 atoms / cm 3 or less.

次に、絶縁膜104及び酸化物半導体膜107上に絶縁膜110_0を形成する(図10(B)参照)。   Next, the insulating film 110_0 is formed over the insulating film 104 and the oxide semiconductor film 107 (see FIG. 10B).

絶縁膜110_0としては、酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を、プラズマ化学気相堆積装置(PECVD装置、または単にプラズマCVD装置という)を用いて形成することができる。この場合、原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。   As the insulating film 110_0, a silicon oxide film or a silicon oxynitride film can be formed using a plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus (a PECVD apparatus or simply a plasma CVD apparatus). In this case, it is preferable to use a deposition gas and an oxidation gas containing silicon as the source gas. Typical examples of the deposition gas containing silicon include silane, disilane, trisilane, and fluorinated silane. Examples of the oxidizing gas include oxygen, ozone, dinitrogen monoxide, and nitrogen dioxide.

また、絶縁膜110_0として、堆積性気体に対する酸化性気体を20倍より大きく100倍未満、または40倍以上80倍以下とし、処理室内の圧力を100Pa未満、または50Pa以下とするPECVD装置を用いることで、欠陥量の少ない酸化窒化シリコン膜を形成することができる。   In addition, as the insulating film 110_0, a PECVD apparatus in which an oxidizing gas with respect to a deposition gas is greater than 20 times and less than 100 times, or greater than or equal to 40 times and less than or equal to 80 times and a pressure in the treatment chamber is less than 100 Pa or less than 50 Pa is used. Thus, a silicon oxynitride film with a small amount of defects can be formed.

また、絶縁膜110_0として、PECVD装置の真空排気された処理室内に載置された基板を280℃以上400℃以下に保持し、処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を20Pa以上250Pa以下、さらに好ましくは100Pa以上250Pa以下とし、処理室内に設けられる電極に高周波電力を供給する条件により、絶縁膜110_0として、緻密である酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を形成することができる。   In addition, as the insulating film 110_0, the substrate placed in the processing chamber evacuated in the PECVD apparatus is held at 280 ° C. or higher and 400 ° C. or lower, and a source gas is introduced into the processing chamber so that the pressure in the processing chamber is 20 Pa or higher and 250 Pa. Hereinafter, a dense silicon oxide film or silicon oxynitride film can be formed as the insulating film 110_0 under conditions where the pressure is higher than or equal to 100 Pa and lower than or equal to 250 Pa and high-frequency power is supplied to an electrode provided in the treatment chamber.

また、絶縁膜110_0を、マイクロ波を用いたプラズマCVD法を用いて形成してもよい。マイクロ波とは300MHzから300GHzの周波数域を指す。マイクロ波は、電子温度が低く、電子エネルギーが小さい。また、供給された電力において、電子の加速に用いられる割合が少なく、より多くの分子の解離及び電離に用いられることが可能であり、密度の高いプラズマ(高密度プラズマ)を励起することができる。このため、被成膜面及び堆積物へのプラズマダメージが少なく、欠陥の少ない絶縁膜110_0を形成することができる。   Alternatively, the insulating film 110_0 may be formed by a plasma CVD method using a microwave. Microwave refers to the frequency range from 300 MHz to 300 GHz. Microwaves have a low electron temperature and a low electron energy. In addition, in the supplied power, the ratio used for accelerating electrons is small, it can be used for dissociation and ionization of more molecules, and high density plasma (high density plasma) can be excited. . Therefore, the insulating film 110_0 with little plasma damage to the deposition surface and deposits and few defects can be formed.

また、絶縁膜110_0を、有機シランガスを用いたCVD法を用いて形成することができる。有機シランガスとしては、珪酸エチル(TEOS:化学式Si(OC)、テトラメチルシラン(TMS:化学式Si(CH)、テトラメチルシクロテトラシロキサン(TMCTS)、オクタメチルシクロテトラシロキサン(OMCTS)、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)、トリエトキシシラン(SiH(OC)、トリスジメチルアミノシラン(SiH(N(CH)などのシリコン含有化合物を用いることができる。有機シランガスを用いたCVD法を用いることで、被覆性の高い絶縁膜110_0を形成することができる。 The insulating film 110_0 can be formed by a CVD method using an organosilane gas. Examples of the organic silane gas include ethyl silicate (TEOS: chemical formula Si (OC 2 H 5 ) 4 ), tetramethylsilane (TMS: chemical formula Si (CH 3 ) 4 ), tetramethylcyclotetrasiloxane (TMCTS), and octamethylcyclotetrasiloxane. Use of silicon-containing compounds such as (OMCTS), hexamethyldisilazane (HMDS), triethoxysilane (SiH (OC 2 H 5 ) 3 ), trisdimethylaminosilane (SiH (N (CH 3 ) 2 ) 3 ) it can. By using a CVD method using an organosilane gas, the insulating film 110_0 with high coverage can be formed.

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

次に、絶縁膜110_0上の所望の位置に、リソグラフィによりマスクを形成した後、絶縁膜110_0、及び絶縁膜104の一部をエッチングすることで、ゲート電極106に達する開口部143を形成する(図10(C)参照)。   Next, after a mask is formed by lithography at a desired position over the insulating film 110_0, the insulating film 110_0 and a part of the insulating film 104 are etched to form an opening 143 that reaches the gate electrode 106 (see FIG. (See FIG. 10C).

開口部143の形成方法としては、ウエットエッチング法及びドライエッチング法のいずれか一方または双方を用いればよい。本実施の形態においては、ドライエッチング法を用い、開口部143を形成する。   As a method for forming the opening 143, one or both of a wet etching method and a dry etching method may be used. In this embodiment, the opening 143 is formed using a dry etching method.

次に、開口部143を覆うように、絶縁膜110_0上に酸化物半導体膜111_0を形成する。酸化物半導体膜111_0の形成時に酸化物半導体膜111_0から絶縁膜110_0中に酸素が添加される(図10(D)参照)。   Next, the oxide semiconductor film 111_0 is formed over the insulating film 110_0 so as to cover the opening 143. When the oxide semiconductor film 111_0 is formed, oxygen is added from the oxide semiconductor film 111_0 to the insulating film 110_0 (see FIG. 10D).

なお、図10(D)において、絶縁膜110_0中に添加される酸素を矢印で模式的に表している。   Note that in FIG. 10D, oxygen added to the insulating film 110_0 is schematically represented by an arrow.

酸化物半導体膜111_0の形成方法としては、スパッタリング法を用い、形成時に酸素ガスを含む雰囲気で形成することが好ましい。形成時に酸素ガスを含む雰囲気で酸化物半導体膜111_0を形成することで、絶縁膜110_0中に酸素を好適に添加することができる。なお、酸化物半導体膜111_0の形成方法としては、スパッタリング法に限定されず、その他の方法、例えばALD法を用いてもよい。   As a formation method of the oxide semiconductor film 111_0, a sputtering method is preferably used in an atmosphere containing oxygen gas at the time of formation. By forming the oxide semiconductor film 111_0 in an atmosphere containing oxygen gas at the time of formation, oxygen can be preferably added to the insulating film 110_0. Note that a method for forming the oxide semiconductor film 111_0 is not limited to a sputtering method, and other methods such as an ALD method may be used.

本実施の形態においては、酸化物半導体膜111_0として、スパッタリング法を用いて、膜厚が50nmのIn−Ga−Zn酸化物であるIGZO膜(In:Ga:Zn=4:2:4.1(原子数比)を成膜する。また、酸化物半導体膜111_0の形成前、または酸化物半導体膜111_0の形成後に、絶縁膜110_0中に酸素添加処理を行ってもよい。当該酸素添加処理の方法としては、絶縁膜104の形成後に行うことのできる酸素の添加と同様とすればよい。   In this embodiment, as the oxide semiconductor film 111_0, an IGZO film (In: Ga: Zn = 4: 2: 4.1) which is an In—Ga—Zn oxide with a thickness of 50 nm is formed by a sputtering method. Alternatively, an oxygen addition treatment may be performed on the insulating film 110_0 before the oxide semiconductor film 111_0 is formed or after the oxide semiconductor film 111_0 is formed. The method may be similar to the addition of oxygen that can be performed after the insulating film 104 is formed.

次に、酸化物半導体膜111_0上の所望の位置に、リソグラフィ工程によりマスク140を形成する(図11(A)参照)。   Next, a mask 140 is formed at a desired position over the oxide semiconductor film 111_0 by a lithography process (see FIG. 11A).

次に、マスク140上からエッチングを行い、導電膜112_0と、絶縁膜110_0と、を加工する。その後、マスク140を除去することで、島状の酸化物半導体膜111と、島状の絶縁膜110とを形成する(図11(B)参照)。   Next, etching is performed from above the mask 140 to process the conductive film 112_0 and the insulating film 110_0. After that, the mask 140 is removed, so that the island-shaped oxide semiconductor film 111 and the island-shaped insulating film 110 are formed (see FIG. 11B).

本実施の形態においては、導電膜112_0、及び絶縁膜110_0の加工としては、ドライエッチング法を用いて行う。   In this embodiment, the conductive film 112_0 and the insulating film 110_0 are processed by a dry etching method.

なお、酸化物半導体膜111_0、及び絶縁膜110の加工の際に、酸化物半導体膜111が重畳しない領域の酸化物半導体膜107の膜厚が薄くなる場合がある。または、酸化物半導体膜111_0、及び絶縁膜110の加工の際に、酸化物半導体膜107が重畳しない領域の絶縁膜104の膜厚が薄くなる場合がある。また、酸化物半導体膜111_0、及び絶縁膜110_0の加工の際に、エッチャントまたはエッチングガス(例えば、塩素など)が酸化物半導体膜107中に添加される、あるいは酸化物半導体膜111_0、または絶縁膜110_0の構成元素が酸化物半導体膜107中に添加される場合がある。   Note that when the oxide semiconductor film 111_0 and the insulating film 110 are processed, the thickness of the oxide semiconductor film 107 in a region where the oxide semiconductor film 111 is not overlapped may be thin. Alternatively, when the oxide semiconductor film 111_0 and the insulating film 110 are processed, the thickness of the insulating film 104 in a region where the oxide semiconductor film 107 does not overlap may be reduced. Further, when the oxide semiconductor film 111_0 and the insulating film 110_0 are processed, an etchant or an etching gas (eg, chlorine) is added to the oxide semiconductor film 107, or the oxide semiconductor film 111_0 or the insulating film In some cases, the constituent element 110 — 0 is added to the oxide semiconductor film 107.

次に、絶縁膜104、酸化物半導体膜107、及び酸化物半導体膜111上に絶縁膜116を形成する。なお、絶縁膜116を形成することで、絶縁膜116と接する酸化物半導体膜107は、ソース領域108s及びドレイン領域108dとなる。また、絶縁膜110と接する酸化物半導体膜107はチャネル領域108iとなる。これにより、チャネル領域108i、ソース領域108s、及びドレイン領域108dを有する第1の酸化物半導体膜108が形成される。また絶縁膜116を形成することで、絶縁膜と接する酸化物半導体膜111は第2の酸化物半導体膜111a、111bとなる(図11(C)参照)。   Next, the insulating film 116 is formed over the insulating film 104, the oxide semiconductor film 107, and the oxide semiconductor film 111. Note that when the insulating film 116 is formed, the oxide semiconductor film 107 in contact with the insulating film 116 becomes the source region 108s and the drain region 108d. The oxide semiconductor film 107 in contact with the insulating film 110 serves as a channel region 108i. Thus, the first oxide semiconductor film 108 including the channel region 108i, the source region 108s, and the drain region 108d is formed. In addition, when the insulating film 116 is formed, the oxide semiconductor film 111 in contact with the insulating film becomes the second oxide semiconductor films 111a and 111b (see FIG. 11C).

なお図11(C)では、絶縁膜116の形成によって低抵抗化した膜および領域は、低抵抗化する前とハッチングを変えて示している。   Note that in FIG. 11C, the film and the region whose resistance has been reduced by the formation of the insulating film 116 are illustrated with hatching changed from that before the resistance is reduced.

絶縁膜116としては、先に記載の材料を選択することで形成できる。本実施の形態においては、絶縁膜116として、PECVD装置を用い、厚さ100nmの窒化酸化シリコン膜を形成する。   The insulating film 116 can be formed by selecting the material described above. In this embodiment, a 100-nm-thick silicon nitride oxide film is formed as the insulating film 116 using a PECVD apparatus.

絶縁膜116として、窒化酸化シリコン膜を用いることで、絶縁膜116に接するソース領域108s、及びドレイン領域108dに窒化酸化シリコン膜中の窒素または水素を供給することができる。   By using a silicon nitride oxide film as the insulating film 116, nitrogen or hydrogen in the silicon nitride oxide film can be supplied to the source region 108s and the drain region 108d in contact with the insulating film 116.

また、絶縁膜116の形成前に、酸化物半導体膜107および/または酸化物半導体膜111に、不純物元素の添加処理を行う、または絶縁膜116の形成後に、絶縁膜116を介して、酸化物半導体膜107および/または酸化物半導体膜111に、不純物元素の添加処理を行ってもよい。   Further, an impurity element is added to the oxide semiconductor film 107 and / or the oxide semiconductor film 111 before the insulating film 116 is formed, or the oxide film is interposed through the insulating film 116 after the insulating film 116 is formed. An impurity element addition treatment may be performed on the semiconductor film 107 and / or the oxide semiconductor film 111.

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

なお、不純物元素の原料ガスとして、B、PH、CH、N、NH、AlH、AlCl、SiH、Si、F、HF、H及び希ガスの一以上を用いることができる。または、希ガスで希釈されたB、PH、N、NH、AlH、AlCl、F、HF、及びHの一以上を用いることができる。なお、希ガス元素の代表例としては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、及びキセノン等がある。 Note that as source gases for impurity elements, B 2 H 6 , PH 3 , CH 4 , N 2 , NH 3 , AlH 3 , AlCl 3 , SiH 4 , Si 2 H 6 , F 2 , HF, H 2, and rare gas One or more can be used. Alternatively, one or more of B 2 H 6 , PH 3 , N 2 , NH 3 , AlH 3 , AlCl 3 , F 2 , HF, and H 2 diluted with a rare gas can be used. Note that typical examples of rare gas elements include helium, neon, argon, krypton, and xenon.

または、希ガスを添加した後、B、PH、CH、N、NH、AlH、AlCl、SiH、Si、F、HF、及びHの一以上を酸化物半導体膜107に添加してもよい。または、B、PH、CH、N、NH、AlH、AlCl、SiH、Si、F、HF、及びHの一以上を添加した後、希ガスを酸化物半導体膜107に添加してもよい。 Alternatively, after adding a rare gas, one of B 2 H 6 , PH 3 , CH 4 , N 2 , NH 3 , AlH 3 , AlCl 3 , SiH 4 , Si 2 H 6 , F 2 , HF, and H 2 The above may be added to the oxide semiconductor film 107. Or, after adding one or more of B 2 H 6 , PH 3 , CH 4 , N 2 , NH 3 , AlH 3 , AlCl 3 , SiH 4 , Si 2 H 6 , F 2 , HF, and H 2 , rare A gas may be added to the oxide semiconductor film 107.

次に、絶縁膜116上に絶縁膜118を形成する(図12(A)参照)。   Next, the insulating film 118 is formed over the insulating film 116 (see FIG. 12A).

絶縁膜118としては、先に記載の材料を選択することで形成できる。本実施の形態においては、絶縁膜118として、PECVD装置を用い、厚さ300nmの酸化窒化シリコン膜を形成する。   The insulating film 118 can be formed by selecting any of the materials described above. In this embodiment, a 300-nm-thick silicon oxynitride film is formed as the insulating film 118 using a PECVD apparatus.

次に、絶縁膜118の所望の位置に、リソグラフィによりマスクを形成した後、絶縁膜118及び絶縁膜116の一部をエッチングすることで、ソース領域108sに達する開口部141aと、ドレイン領域108dに達する開口部141bと、第2の酸化物半導体膜111bに達する開口部142を形成する(図12(B)参照)。   Next, after a mask is formed by lithography at a desired position of the insulating film 118, a part of the insulating film 118 and the insulating film 116 is etched, so that the opening 141a reaching the source region 108s and the drain region 108d are formed. An opening 141b reaching and an opening 142 reaching the second oxide semiconductor film 111b are formed (see FIG. 12B).

絶縁膜118及び絶縁膜116をエッチングする方法としては、ウエットエッチング法及びドライエッチング法のいずれか一方または双方を用いればよい。本実施の形態においては、ドライエッチング法を用い、絶縁膜118、及び絶縁膜116を加工する。   As a method for etching the insulating film 118 and the insulating film 116, one or both of a wet etching method and a dry etching method may be used. In this embodiment, the insulating film 118 and the insulating film 116 are processed using a dry etching method.

次に、開口部141a、141b、142を覆うように、ソース領域108s、ドレイン領域108d、第2の酸化物半導体膜111b、及び絶縁膜118上に導電膜を形成し、当該導電膜を所望の形状に加工することで、導電膜120a、120bを形成する。なお、この時点でトランジスタ150が形成される(図12(C)参照)。   Next, a conductive film is formed over the source region 108s, the drain region 108d, the second oxide semiconductor film 111b, and the insulating film 118 so as to cover the openings 141a, 141b, and 142, and the conductive film is formed into a desired shape. The conductive films 120a and 120b are formed by processing into a shape. Note that at this point, the transistor 150 is formed (see FIG. 12C).

導電膜120a、120bとしては、先に記載の材料を選択することで形成できる。本実施の形態においては、導電膜120a、120bとして、スパッタリング装置を用い、厚さ50nmのタングステン膜と、厚さ400nmの銅膜との積層膜を形成する。   The conductive films 120a and 120b can be formed by selecting the materials described above. In this embodiment, a stacked film of a 50-nm-thick tungsten film and a 400-nm-thick copper film is formed as the conductive films 120a and 120b using a sputtering apparatus.

なお、導電膜120a、120bとなる導電膜の加工方法としては、ウエットエッチング法及びドライエッチング法のいずれか一方または双方を用いればよい。本実施の形態では、ウエットエッチング法にて銅膜をエッチングしたのち、ドライエッチング法にてタングステン膜をエッチングすることで導電膜を加工し、導電膜120a、120bを形成する。   Note that as a method for processing the conductive film to be the conductive films 120a and 120b, one or both of a wet etching method and a dry etching method may be used. In this embodiment, after the copper film is etched by a wet etching method, the conductive film is processed by etching the tungsten film by a dry etching method, so that the conductive films 120a and 120b are formed.

次に、導電膜120a、120b、および絶縁膜118上に絶縁膜122を形成する(図13(A)参照)。   Next, the insulating film 122 is formed over the conductive films 120a and 120b and the insulating film 118 (see FIG. 13A).

絶縁膜122としては、先に記載の材料を選択することで形成できる。本実施の形態においては、絶縁膜122として、プラズマCVD装置を用い、厚さ100nmの窒化シリコン膜を形成する。   The insulating film 122 can be formed by selecting the material described above. In this embodiment, as the insulating film 122, a silicon nitride film with a thickness of 100 nm is formed using a plasma CVD apparatus.

次に、絶縁膜122上に導電膜を形成し、当該導電膜を所望の形状に加工することで、導電膜123を形成する。なお、この時点で容量素子160が形成される(図13(B)参照)。なお、導電膜123の抵抗値が所望の値よりも高い場合は、導電膜123上に補助電極となる導電膜を形成してもよい。   Next, a conductive film is formed over the insulating film 122, and the conductive film is processed into a desired shape, whereby the conductive film 123 is formed. Note that the capacitor 160 is formed at this time (see FIG. 13B). Note that in the case where the resistance value of the conductive film 123 is higher than a desired value, a conductive film serving as an auxiliary electrode may be formed over the conductive film 123.

導電膜123としては、先に記載の材料を選択することで形成できる。本実施の形態においては、導電膜123として、スパッタリング装置を用い、厚さ100nmのインジウム錫酸化物を形成する。   The conductive film 123 can be formed by selecting any of the materials described above. In this embodiment, as the conductive film 123, indium tin oxide with a thickness of 100 nm is formed using a sputtering apparatus.

以上の工程により、図1に示す半導体装置100(トランジスタ150および容量素子160)を作製することができる。   Through the above steps, the semiconductor device 100 (the transistor 150 and the capacitor 160) illustrated in FIG. 1 can be manufactured.

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

熱CVD法は、チャンバー内を大気圧または減圧下とし、原料ガスと酸化剤を同時にチャンバー内に送り、基板近傍または基板上で反応させて基板上に堆積させることで成膜を行う。このように、熱CVD法は、プラズマを発生させない成膜方法であるため、プラズマダメージにより欠陥が生成されることが無いという利点を有する。   In the thermal CVD method, the inside of a chamber is set to atmospheric pressure or reduced pressure, and a source gas and an oxidant are simultaneously sent into the chamber, reacted in the vicinity of the substrate or on the substrate, and deposited on the substrate. Thus, the thermal CVD method is a film forming method that does not generate plasma, and thus has an advantage that no defect is generated due to plasma damage.

MOCVD法などの熱CVD法は、上記記載の導電膜、絶縁膜、酸化物半導体膜、金属酸化膜などの膜を形成することができ、例えば、In−Ga−Zn−O膜を成膜する場合には、トリメチルインジウム(In(CH)、トリメチルガリウム(Ga(CH)、及びジメチル亜鉛を用いる(Zn(CH)。これらの組み合わせに限定されず、トリメチルガリウムに代えてトリエチルガリウム(Ga(C)を用いることもでき、ジメチル亜鉛に代えてジエチル亜鉛(Zn(C)を用いることもできる。 A thermal CVD method such as an MOCVD method can form a film such as the above-described conductive film, insulating film, oxide semiconductor film, or metal oxide film. For example, an In—Ga—Zn—O film is formed. In this case, trimethylindium (In (CH 3 ) 3 ), trimethyl gallium (Ga (CH 3 ) 3 ), and dimethyl zinc are used (Zn (CH 3 ) 2 ). Without being limited to these combinations, triethylgallium (Ga (C 2 H 5 ) 3 ) can be used instead of trimethylgallium, and diethylzinc (Zn (C 2 H 5 ) 2 ) is used instead of dimethylzinc. You can also.

また、ALDを利用する成膜装置により酸化ハフニウム膜を形成する場合には、溶媒とハフニウム前駆体を含む液体(ハフニウムアルコキシドや、テトラキスジメチルアミドハフニウム(TDMAH、Hf[N(CH)やテトラキス(エチルメチルアミド)ハフニウムなどのハフニウムアミド)を気化させた原料ガスと、酸化剤としてオゾン(O)の2種類のガスを用いる。 In the case where a hafnium oxide film is formed by a film formation apparatus using ALD, a liquid containing a solvent and a hafnium precursor (hafnium alkoxide, tetrakisdimethylamide hafnium (TDMAH, Hf [N (CH 3 ) 2 ] 4 ) ) Or tetrakis (ethylmethylamide) hafnium) or the like, and two gases of ozone (O 3 ) are used as an oxidizing agent.

また、ALDを利用する成膜装置により酸化アルミニウム膜を形成する場合には、溶媒とアルミニウム前駆体を含む液体(トリメチルアルミニウム(TMA、Al(CH)など)を気化させた原料ガスと、酸化剤としてHOの2種類のガスを用いる。他の材料としては、トリス(ジメチルアミド)アルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、アルミニウムトリス(2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオナート)などがある。 When an aluminum oxide film is formed by a film forming apparatus using ALD, a source gas obtained by vaporizing a liquid (such as trimethylaluminum (TMA, Al (CH 3 ) 3 )) containing a solvent and an aluminum precursor is used. Two types of gas, H 2 O, are used as the oxidizing agent. Other materials include tris (dimethylamido) aluminum, triisobutylaluminum, aluminum tris (2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate) and the like.

また、ALDを利用する成膜装置により酸化シリコン膜を形成する場合には、ヘキサクロロジシランを被成膜面に吸着させ、酸化性ガス(O、一酸化二窒素)のラジカルを供給して吸着物と反応させる。 Further, when a silicon oxide film is formed by a film forming apparatus using ALD, hexachlorodisilane is adsorbed on the film formation surface, and radicals of oxidizing gas (O 2 , dinitrogen monoxide) are supplied and adsorbed. React with things.

また、ALDを利用する成膜装置によりタングステン膜を成膜する場合には、WFガスとBガスを順次導入して初期タングステン膜を形成し、その後、WFガスとHガスとを用いてタングステン膜を形成する。なお、Bガスに代えてSiHガスを用いてもよい。 Further, when a tungsten film is formed by a film forming apparatus using ALD, an initial tungsten film is formed by sequentially introducing WF 6 gas and B 2 H 6 gas, and then WF 6 gas and H 2 gas. To form a tungsten film. Note that SiH 4 gas may be used instead of B 2 H 6 gas.

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

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

(実施の形態2)
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および容量素子に適用可能な酸化物半導体の一例について説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, an example of an oxide semiconductor that can be used for a transistor and a capacitor 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)、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), a polycrystalline oxide semiconductor, an nc-OS (nanocrystalline oxide semiconductor), a pseudo-amorphous oxide semiconductor (a-like oxide semiconductor) : Amorphous-like oxide semiconductor) and amorphous oxide semiconductors.

また別の観点では、酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体と、それ以外の結晶性酸化物半導体と、に分けられる。結晶性酸化物半導体としては、単結晶酸化物半導体、CAAC−OS、多結晶酸化物半導体およびnc−OSなどがある。 From another 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14(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 having 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14(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14(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 when 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 the 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14(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14(E)に示す。図14(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14(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14(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) 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. 14E 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. 14E is considered to be caused by the (010) plane and the (100) plane of the InGaZnO 4 crystal. Further, the second ring in FIG. 14E 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15(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. 15A 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15(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。 FIG. 15A shows a pellet that is a region where metal atoms are arranged in a layered manner. 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15(B)および図15(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15(D)および図15(E)は、それぞれ図15(B)および図15(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15(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。 15B and 15C show Cs-corrected high-resolution TEM images of the plane of the CAAC-OS observed from a direction substantially perpendicular to the sample surface. FIGS. 15D and 15E are images obtained by performing image processing on FIGS. 15B and 15C, respectively. Hereinafter, an image processing method will be described. First, an FFT image is obtained by performing a fast Fourier transform (FFT) process 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15(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. 15D, 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15(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、歪んだ六角形や、五角形または/および七角形などが形成できる。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. 15E, 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. By connecting the surrounding lattice points around the lattice points in the vicinity of the dotted line, a distorted hexagon, pentagon and / or heptagon can be formed. 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 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 a CAA crystal (c-axis-aligned ab-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個/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, it is less than 8 × 10 11 pieces / cm 3 , preferably less than 1 × 10 11 pieces / cm 3 , more preferably less than 1 × 10 10 pieces / cm 3 , and 1 × 10 −9 pieces / cm 3. An oxide semiconductor having a carrier density of 3 or more 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16(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16(B)に示す。図16(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. 16B shows a diffraction pattern (nanobeam electron diffraction pattern) when an electron beam with a probe diameter of 1 nm is incident on the same sample. From FIG. 16B, 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16(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 hexagon 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16(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. 16D illustrates 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17に、a−like OSの高分解能断面TEM像を示す。ここで、図17(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17(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17(A)および図17(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. 17 shows a high-resolution cross-sectional TEM image of the a-like OS. Here, FIG. 17A is a high-resolution cross-sectional TEM image of the a-like OS at the start of electron irradiation. FIG. 17B 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 . From FIG. 17A and FIG. 17B, it can be seen that in the a-like OS, a striped bright region extending in the vertical direction is observed 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 an InGaZnO 4 crystal part. Note that the lattice fringes correspond to the ab plane of the InGaZnO 4 crystal.

図18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18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18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18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. 18 is an example in which the average size of the crystal parts (22 to 30 locations) of each sample was investigated. Note that the length of the lattice stripes described above is the size of the crystal part. From FIG. 18, it can be seen that in the a-like OS, the crystal part becomes larger in accordance with the cumulative irradiation amount of electrons related to the acquisition of the TEM image or the like. As shown in FIG. 18, in the crystal part (also referred to as initial nucleus) which was about 1.2 nm in the initial observation by TEM, the cumulative dose of electrons (e ) 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. 18 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.

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

(実施の形態3)
本実施の形態では、本発明の一態様である表示装置80について、図19乃至図31を用いて説明する。
(Embodiment 3)
In this embodiment, a display device 80 which is one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図19(A)に示す表示装置80は、画素部71と、走査線駆動回路74と、信号線駆動回路76と、各々が平行または略平行に配設され、且つ走査線駆動回路74によって電位が制御されるm本の走査線77と、各々が平行または略平行に配設され、且つ信号線駆動回路76によって電位が制御されるn本の信号線79と、を有する。さらに、画素部71はマトリクス状に配設された複数の画素70を有する。また、信号線79に沿って、各々が平行または略平行に配設されたコモン線75を有する。また、走査線駆動回路74及び信号線駆動回路76をまとめて駆動回路部という場合がある。   In the display device 80 illustrated in FIG. 19A, the pixel portion 71, the scanning line driver circuit 74, and the signal line driver circuit 76 are arranged in parallel or substantially in parallel, and the potential is generated by the scanning line driver circuit 74. And m scanning lines 77, each of which is arranged in parallel or substantially in parallel, and n signal lines 79 whose potentials are controlled by the signal line driving circuit 76. Further, the pixel unit 71 includes a plurality of pixels 70 arranged in a matrix. Further, along the signal line 79, each has a common line 75 arranged in parallel or substantially in parallel. Further, the scanning line driving circuit 74 and the signal line driving circuit 76 may be collectively referred to as a driving circuit unit.

各々の走査線77は、画素部71においてm行n列に配設された画素70のうち、いずれかの行に配設されたn個の画素70と電気的に接続される。また、各々の信号線79は、m行n列に配設された画素70のうち、いずれかの列に配設されたm個の画素70に電気的に接続される。m、nは、ともに1以上の整数である。また、各コモン線75は、m行n列に配設された画素70のうち、いずれかの行に配設されたm個の画素70と電気的に接続される。   Each scanning line 77 is electrically connected to n pixels 70 arranged in one of the pixels 70 arranged in m rows and n columns in the pixel portion 71. Each signal line 79 is electrically connected to m pixels 70 arranged in any column among the pixels 70 arranged in m rows and n columns. m and n are both integers of 1 or more. Each common line 75 is electrically connected to m pixels 70 arranged in any row among the pixels 70 arranged in m rows and n columns.

図19(B)は、図19(A)に示す表示装置80の画素70に用いることができる回路構成の一例を示している。   FIG. 19B illustrates an example of a circuit configuration that can be used for the pixel 70 of the display device 80 illustrated in FIG.

図19(B)に示す画素70は、液晶素子51と、トランジスタ52と、容量素子55と、を有する。   A pixel 70 illustrated in FIG. 19B includes a liquid crystal element 51, a transistor 52, and a capacitor 55.

液晶素子51の一対の電極の一方は、トランジスタ52と接続され、電位は、画素70の仕様に応じて適宜設定される。液晶素子51の一対の電極の他方は、コモン線75と接続され、電位は共通の電位(コモン電位)が与えられる。液晶素子51が有する液晶は、トランジスタ52に書き込まれるデータにより配向状態が制御される。   One of the pair of electrodes of the liquid crystal element 51 is connected to the transistor 52, and the potential is appropriately set according to the specifications of the pixel 70. The other of the pair of electrodes of the liquid crystal element 51 is connected to the common line 75, and a common potential (common potential) is applied to the potential. The alignment state of the liquid crystal included in the liquid crystal element 51 is controlled by data written in the transistor 52.

なお、液晶素子51は、液晶の光学的変調作用によって光の透過または非透過を制御する素子である。なお、液晶の光学的変調作用は、液晶にかかる電界(横方向の電界、縦方向の電界又は斜め方向の電界を含む)によって制御される。なお、液晶素子51に用いる液晶としては、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これらの液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相等を示す。   The liquid crystal element 51 is an element that controls transmission or non-transmission of light by an optical modulation action of liquid crystal. Note that the optical modulation action of the liquid crystal is controlled by an electric field applied to the liquid crystal (including a horizontal electric field, a vertical electric field, or an oblique electric field). As the liquid crystal used in the liquid crystal element 51, 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 cholesteric phase, a smectic phase, a cubic phase, a chiral nematic phase, an isotropic phase, and the like depending on conditions.

また、横電界方式を採用する場合、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善するために数重量%以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて液晶層に用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が短く、光学的等方性である。また、ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また配向膜を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減することができる。   In the case of 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. When the temperature of the cholesteric liquid crystal is increased, the blue phase appears immediately before the transition from the cholesteric phase to the isotropic phase. Since the blue phase appears only in a narrow temperature range, in order to improve the temperature range, a liquid crystal composition mixed with several weight percent or more of a chiral agent is used for the liquid crystal layer. A liquid crystal composition containing a liquid crystal exhibiting a blue phase and a chiral agent has a short response speed and is optically isotropic. In addition, a liquid crystal composition including a liquid crystal exhibiting a blue phase and a chiral agent does not require alignment treatment and has a small viewing angle dependency. Further, since it is not necessary to provide an alignment film, 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. .

液晶素子51を有する表示装置80の駆動方法としては、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(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 a driving method of the display device 80 including the liquid crystal element 51, a TN (Twisted Nematic) mode, an IPS (In-Plane-Switching) mode, an FFS (Fringe Field Switching) mode, an ASM (Axial Symmetrical Aligned Micro) mode, and the like. An OCB (Optical Compensated Birefringence) mode, an FLC (Ferroelectric Liquid Crystal) mode, an AFLC (Anti Ferroelectric Liquid Crystal) mode, or the like can be used.

また、表示装置80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。   The display device 80 may be a normally black liquid crystal display device, for example, a transmissive liquid crystal display device employing a vertical alignment (VA) mode. 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.

本実施の形態では、主に横電界方式、代表的にはFFSモード及び後に説明するDPSモードについて説明する。   In this embodiment mode, a horizontal electric field method, typically an FFS mode and a DPS mode described later will be mainly described.

図19(B)に示す画素70の構成において、トランジスタ52のソース電極及びドレイン電極の一方は、信号線79に電気的に接続され、他方は液晶素子51の一対の電極の一方に電気的に接続される。また、トランジスタ52の第1のゲート電極は、走査線77に電気的に接続される。トランジスタ52は、データ信号のデータの書き込みを制御する機能を有する。また、トランジスタ52は第1のゲート電極と電気的に接続される第2のゲート電極を有する。すなわち、トランジスタ52において第1のゲート電極および第2のゲート電極は同電位となる。なお、第1のゲート電極と第2のゲート電極が各々独立して動作し、異なる電位を与えられる構成としてもよい。例えば、第2のゲート電極が走査線77とは異なる電位を与える機能を有する配線78と電気的に接続されていてもよい(図19(C)参照)。また、トランジスタ52が第1のゲート電極または第2のゲート電極を有さない構成としてもよい。   In the structure of the pixel 70 illustrated in FIG. 19B, one of a source electrode and a drain electrode of the transistor 52 is electrically connected to the signal line 79, and the other is electrically connected to one of the pair of electrodes of the liquid crystal element 51. Connected. The first gate electrode of the transistor 52 is electrically connected to the scan line 77. The transistor 52 has a function of controlling data writing of the data signal. The transistor 52 includes a second gate electrode that is electrically connected to the first gate electrode. That is, in the transistor 52, the first gate electrode and the second gate electrode have the same potential. Note that the first gate electrode and the second gate electrode may operate independently and be supplied with different potentials. For example, the second gate electrode may be electrically connected to a wiring 78 having a function of applying a potential different from that of the scan line 77 (see FIG. 19C). Further, the transistor 52 may not have the first gate electrode or the second gate electrode.

図19(B)に示す画素70の構成において、容量素子55の一対の電極の一方は、トランジスタ52のソース電極及びドレイン電極の他方に接続される。容量素子55の一対の電極の他方は、コモン線75に電気的に接続される。コモン線75の電位の値は、画素70の仕様に応じて適宜設定される。容量素子55は、書き込まれたデータを保持する保持容量としての機能を有する。なお、FFSモードによって駆動する表示装置80においては、容量素子55の一対の電極の一方は、液晶素子51の一対の電極の一方の一部または全部であり、容量素子55の一対の電極の他方は、液晶素子51の一対の電極の他方の一部または全部である。   In the structure of the pixel 70 illustrated in FIG. 19B, one of the pair of electrodes of the capacitor 55 is connected to the other of the source electrode and the drain electrode of the transistor 52. The other of the pair of electrodes of the capacitor 55 is electrically connected to the common line 75. The value of the potential of the common line 75 is appropriately set according to the specifications of the pixel 70. The capacitor 55 has a function as a storage capacitor for storing written data. Note that in the display device 80 driven in the FFS mode, one of the pair of electrodes of the capacitor 55 is part or all of one of the pair of electrodes of the liquid crystal element 51, and the other of the pair of electrodes of the capacitor 55 Is a part or all of the other of the pair of electrodes of the liquid crystal element 51.

<素子基板の構成例>
次に、表示装置80に含まれる素子基板の具体的な構成について説明する。まず、FFSモードによって駆動する表示装置80が有する複数の画素70a、70b、70cの上面図を図20に示す。
<Configuration example of element substrate>
Next, a specific configuration of the element substrate included in the display device 80 will be described. First, FIG. 20 shows a top view of a plurality of pixels 70a, 70b, and 70c included in the display device 80 driven in the FFS mode.

図20において、走査線として機能する導電膜13は、信号線に略直交する方向(図中左右方向)に延伸して設けられている。信号線として機能する導電膜21aは、走査線に略直交する方向(図中上下方向)に延伸して設けられている。なお、走査線として機能する導電膜13(図19(A)における走査線77)は、走査線駆動回路74と電気的に接続されており、信号線として機能する導電膜21a(図19(A)における信号線79)は、信号線駆動回路76に電気的に接続されている(図19(A)参照)。   In FIG. 20, the conductive film 13 functioning as a scanning line is provided to extend in a direction substantially orthogonal to the signal line (left and right direction in the figure). The conductive film 21a functioning as a signal line is provided to extend in a direction (vertical direction in the drawing) substantially orthogonal to the scanning line. Note that the conductive film 13 functioning as a scan line (the scan line 77 in FIG. 19A) is electrically connected to the scan line driver circuit 74, and the conductive film 21a functioning as a signal line (FIG. 19A). ) Is electrically connected to the signal line driver circuit 76 (see FIG. 19A).

トランジスタ52は、走査線及び信号線の交差部近傍に設けられている。トランジスタ52は、第1のゲート電極として機能する導電膜13、第1のゲート絶縁膜(図20に図示せず)、第1のゲート絶縁膜上に形成された第1の酸化物半導体膜18、それぞれソース電極及びドレイン電極のいずれか一方または他方として機能する導電膜21a、21b、チャネル領域18i上に形成された第2のゲート絶縁膜、及び第2のゲート絶縁膜上に形成された第2のゲート電極として機能する第2の酸化物半導体膜19aにより構成される。なお、第1の酸化物半導体膜18は、第2の酸化物半導体膜19aと重畳するチャネル領域18iと、導電膜21aと接する第1のソースドレイン領域18_1と、導電膜21bと接する第2のソースドレイン領域18_2と、を有する。また第2の酸化物半導体膜19aは、第1のゲート絶縁膜および第2のゲート絶縁膜に設けられた開口部を介して導電膜13と電気的に接続される。   The transistor 52 is provided in the vicinity of the intersection of the scanning line and the signal line. The transistor 52 includes a conductive film 13 functioning as a first gate electrode, a first gate insulating film (not shown in FIG. 20), and a first oxide semiconductor film 18 formed over the first gate insulating film. , Conductive films 21a and 21b that function as one or the other of the source electrode and the drain electrode, the second gate insulating film formed on the channel region 18i, and the second gate insulating film formed on the second gate insulating film, respectively. The second oxide semiconductor film 19a functions as the second gate electrode. Note that the first oxide semiconductor film 18 includes a channel region 18i overlapping with the second oxide semiconductor film 19a, a first source / drain region 18_1 in contact with the conductive film 21a, and a second region in contact with the conductive film 21b. And a source / drain region 18_2. The second oxide semiconductor film 19a is electrically connected to the conductive film 13 through an opening provided in the first gate insulating film and the second gate insulating film.

導電膜13は、走査線としても機能し、第1の酸化物半導体膜18と重畳する領域がトランジスタ52の第1のゲート電極として機能する。また、導電膜21aは、信号線としても機能し、第1のソースドレイン領域18_1と重畳する領域がトランジスタ52のソース電極またはドレイン電極として機能する。また、図20において、導電膜13は、上面形状において端部がチャネル領域18iの端部より外側に位置する。このため、導電膜13はバックライトなどの光源からの光を遮る遮光膜として機能する。この結果、トランジスタに含まれるチャネル領域18iに光が照射されず、トランジスタの電気特性の変動を抑制することができる。   The conductive film 13 also functions as a scan line, and a region overlapping with the first oxide semiconductor film 18 functions as a first gate electrode of the transistor 52. The conductive film 21a also functions as a signal line, and a region overlapping with the first source / drain region 18_1 functions as a source electrode or a drain electrode of the transistor 52. In FIG. 20, the conductive film 13 has an end portion located outside the end portion of the channel region 18i in the top surface shape. For this reason, the conductive film 13 functions as a light shielding film that blocks light from a light source such as a backlight. As a result, the channel region 18 i included in the transistor is not irradiated with light, and fluctuations in the electrical characteristics of the transistor can be suppressed.

また、導電膜21bは、画素電極の機能を有する第2の酸化物半導体膜19bと電気的に接続される。また、第2の酸化物半導体膜19b上に絶縁膜(図20に図示せず)が設けられ、該絶縁膜上に導電膜29が設けられる。   Further, the conductive film 21b is electrically connected to the second oxide semiconductor film 19b having a function of a pixel electrode. In addition, an insulating film (not illustrated in FIG. 20) is provided over the second oxide semiconductor film 19b, and a conductive film 29 is provided over the insulating film.

導電膜29は、信号線と交差する方向に延伸する縞状の領域を有する。また、該縞状の領域は、信号線と平行または略平行な方向に延伸する領域と接続される。このため、表示装置80が有する複数の画素において、縞状の領域を有する導電膜29は各領域が同電位である。   The conductive film 29 has a striped region extending in a direction crossing the signal line. The striped region is connected to a region extending in a direction parallel or substantially parallel to the signal line. Therefore, in the plurality of pixels included in the display device 80, the conductive film 29 having a striped region has the same potential in each region.

容量素子55は、第2の酸化物半導体膜19b、及び導電膜29が重畳する領域で形成される。第2の酸化物半導体膜19b及び導電膜29は透光性を有する。即ち、容量素子55は透光性を有する。   The capacitor 55 is formed in a region where the second oxide semiconductor film 19b and the conductive film 29 overlap. The second oxide semiconductor film 19b and the conductive film 29 have a light-transmitting property. That is, the capacitive element 55 has translucency.

容量素子55が透光性を有することで、画素70内に容量素子55を大きく(大面積に)形成することができる。従って、開口率を高めつつ、代表的には50%以上、好ましくは60%以上とすることが可能であると共に、容量値を増大させた表示装置を得ることができる。例えば、解像度の高い表示装置、例えば液晶表示装置においては、画素の面積が小さくなり、容量素子の面積も小さくなる。このため、解像度の高い表示装置において、容量素子に蓄積される容量値が小さくなる。しかしながら、本実施の形態に示す容量素子55は透光性を有するため、当該容量素子を画素に設けることで、各画素において十分な容量値を得つつ、開口率を高めることができる。代表的には、画素密度が200ppi以上、さらには300ppi以上、更には500ppi以上である高解像度の表示装置に好適に用いることができる。   Since the capacitor 55 has a light-transmitting property, the capacitor 55 can be formed large (in a large area) in the pixel 70. Therefore, it is possible to obtain a display device that can be typically set to 50% or more, preferably 60% or more while increasing the aperture ratio, and has an increased capacitance value. For example, in a display device with high resolution, for example, a liquid crystal display device, the area of a pixel is reduced and the area of a capacitor element is also reduced. For this reason, in a display device with high resolution, the capacitance value stored in the capacitor element is small. However, since the capacitor 55 described in this embodiment has a light-transmitting property, the aperture ratio can be increased while obtaining a sufficient capacitance value in each pixel by providing the capacitor in the pixel. Typically, it can be suitably used for a high-resolution display device having a pixel density of 200 ppi or more, further 300 ppi or more, and further 500 ppi or more.

また、液晶表示装置において、容量素子の容量値を大きくするほど、電界を加えた状況において、液晶素子の液晶分子の配向を一定に保つことができる期間を長くすることができる。静止画を表示させる場合、当該期間を長くできるため、画像データを書き換える回数を低減することが可能であり、消費電力を低減することができる。また、本実施の形態に示す構造により、高解像度の表示装置においても、開口率を高めることができるため、バックライトなどの光源の光を効率よく利用することができ、表示装置の消費電力を低減することができる。   Further, in the liquid crystal display device, as the capacitance value of the capacitor element is increased, the period during which the alignment of the liquid crystal molecules of the liquid crystal element can be kept constant can be increased in a situation where an electric field is applied. When a still image is displayed, the period can be lengthened, so that the number of times image data is rewritten can be reduced and power consumption can be reduced. In addition, with the structure described in this embodiment, the aperture ratio can be increased even in a high-resolution display device, so that light from a light source such as a backlight can be used efficiently and power consumption of the display device can be reduced. Can be reduced.

次いで、図20の一点鎖線Q1−R1、及び一点鎖線S1−T1における断面図を図21に示す。図21に示すトランジスタ52は、トップゲート型のトランジスタである。なお、一点鎖線Q1−R1は、トランジスタ52のチャネル長方向、及び容量素子55の断面図であり、S1−T1における断面図は、トランジスタ52のチャネル幅方向の断面図である。   Next, FIG. 21 shows a cross-sectional view taken along one-dot chain line Q1-R1 and one-dot chain line S1-T1 in FIG. A transistor 52 illustrated in FIG. 21 is a top-gate transistor. Note that an alternate long and short dash line Q1-R1 is a cross-sectional view of the transistor 52 in the channel length direction and the capacitor 55, and a cross-sectional view at S1-T1 is a cross-sectional view of the transistor 52 in the channel width direction.

図21に示すトランジスタ52は、基板11上に設けられる第1のゲート電極として機能する導電膜13を有する。また、基板11及び導電膜13上に形成される絶縁膜12と、絶縁膜12を介して、ゲート電極として機能する導電膜13と重なる領域を有する第1の酸化物半導体膜18と、第1の酸化物半導体膜18上の第1の酸化物半導体膜18に含まれるチャネル領域18iと重畳する絶縁膜14と、絶縁膜14上の絶縁膜14と重畳する第2のゲート電極として機能する第2の酸化物半導体膜19aと、を有する。また絶縁膜12、第1の酸化物半導体膜18および第2の酸化物半導体膜19a上には、絶縁膜15、絶縁膜16がこの順で設けられる。導電膜21aは、絶縁膜15および絶縁膜16に設けられる開口部を介して、第1の酸化物半導体膜18に含まれる第1のソースドレイン領域18_1と電気的に接続される。導電膜21bは、絶縁膜および絶縁膜16に設けられる開口部を介して、第1の酸化物半導体膜18に含まれる第2のソースドレイン領域18_2と電気的に接続される。また、絶縁膜16、導電膜21aおよび導電膜21b上には絶縁膜17が設けられ、絶縁膜17上には導電膜29が設けられる。   A transistor 52 illustrated in FIG. 21 includes the conductive film 13 functioning as a first gate electrode provided over the substrate 11. In addition, the insulating film 12 formed over the substrate 11 and the conductive film 13, the first oxide semiconductor film 18 having a region overlapping with the conductive film 13 functioning as a gate electrode with the insulating film 12 interposed therebetween, An insulating film 14 overlapping with the channel region 18 i included in the first oxide semiconductor film 18 on the first oxide semiconductor film 18 and a second gate electrode functioning as the second gate electrode overlapping with the insulating film 14 on the insulating film 14. 2 oxide semiconductor film 19a. An insulating film 15 and an insulating film 16 are provided in this order over the insulating film 12, the first oxide semiconductor film 18, and the second oxide semiconductor film 19a. The conductive film 21a is electrically connected to the first source / drain region 18_1 included in the first oxide semiconductor film 18 through an opening provided in the insulating film 15 and the insulating film 16. The conductive film 21b is electrically connected to the second source / drain region 18_2 included in the first oxide semiconductor film 18 through an opening provided in the insulating film and the insulating film 16. An insulating film 17 is provided over the insulating film 16, the conductive film 21 a, and the conductive film 21 b, and a conductive film 29 is provided over the insulating film 17.

トランジスタ52は、導電膜13を第1のゲート電極、第2の酸化物半導体膜19aを第2のゲート電極として、チャネル領域18iを上下の2つのゲート電極で挟むデュアルゲート構造のトランジスタである。   The transistor 52 is a dual-gate transistor in which the conductive film 13 is a first gate electrode, the second oxide semiconductor film 19a is a second gate electrode, and the channel region 18i is sandwiched between two upper and lower gate electrodes.

また、容量素子55は、絶縁膜14条の一対の電極の一方としての機能を有する第2の酸化物半導体膜19bと、第2の酸化物半導体膜19b上の誘電体膜として機能する絶縁膜15、絶縁膜16および絶縁膜17と、絶縁膜17上の一対の電極の他方としての機能を有する導電膜29と、を有する。   The capacitor 55 includes a second oxide semiconductor film 19b that functions as one of the pair of electrodes of the insulating film 14, and an insulating film that functions as a dielectric film over the second oxide semiconductor film 19b. 15, the insulating film 16 and the insulating film 17, and the conductive film 29 having a function as the other of the pair of electrodes on the insulating film 17.

なお、本発明の実施形態の一態様の断面図は、これに限定されない。様々な構成をとることができる。例えば、第2の酸化物半導体膜19bは、スリットを有してもよい。または、第2の酸化物半導体膜19bは櫛歯形状でもよい。   Note that the cross-sectional view of one embodiment of the present invention is not limited to this. Various configurations are possible. For example, the second oxide semiconductor film 19b may have a slit. Alternatively, the second oxide semiconductor film 19b may have a comb shape.

本発明の一態様の表示装置80の構成は、実施の形態1で説明する半導体装置の構成を参照できる。すなわち、基板11の材料及び作製方法は、基板102を参照できる。導電膜13の材料及び作製方法は、ゲート電極106を参照できる。絶縁膜12の材料及び作製方法は、絶縁膜104を参照できる。第1の酸化物半導体膜18の材料及び作製方法は、第1の酸化物半導体膜108を参照できる。第2の酸化物半導体膜19a、19bの材料および作製方法は、それぞれ第2の酸化物半導体膜111a、111b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、それぞれ導電膜120a及び導電膜120bを参照できる。絶縁膜15、絶縁膜16及び絶縁膜17の材料及び作製方法は、それぞれ絶縁膜116、絶縁膜118及び絶縁膜122を参照できる。導電膜29の材料及び作製方法は、導電膜123を参照できる。   For the structure of the display device 80 of one embodiment of the present invention, the structure of the semiconductor device described in Embodiment 1 can be referred to. That is, the substrate 102 can be referred to for the material and manufacturing method of the substrate 11. For the material and the manufacturing method of the conductive film 13, the gate electrode 106 can be referred to. For the material and manufacturing method of the insulating film 12, the insulating film 104 can be referred to. The material and the manufacturing method of the first oxide semiconductor film 18 can be referred to the first oxide semiconductor film 108. For materials and manufacturing methods of the second oxide semiconductor films 19a and 19b, the second oxide semiconductor films 111a and 111b can be referred to, respectively. For the materials and manufacturing methods of the conductive films 21a and 21b, the conductive films 120a and 120b can be referred to, respectively. For the materials and manufacturing methods of the insulating film 15, the insulating film 16, and the insulating film 17, the insulating film 116, the insulating film 118, and the insulating film 122 can be referred to, respectively. For the material and manufacturing method of the conductive film 29, the conductive film 123 can be referred to.

<素子基板の構成例(変形例1)>
次に、表示装置80が有する、図20に示す画素とは異なる構成の複数の画素70d、70e、70fの上面図を図22に示す。
<Configuration Example of Element Substrate (Modification 1)>
Next, FIG. 22 shows a top view of a plurality of pixels 70d, 70e, and 70f having a configuration different from that of the pixel shown in FIG.

図22において、走査線として機能する導電膜13は、図中左右方向に延伸して設けられている。信号線として機能する導電膜21aは、一部が屈曲したくの字(V字)形状を有するように、走査線に略直交する方向(図中上下方向)に延伸して設けられている。なお、走査線として機能する導電膜13は、走査線駆動回路74と電気的に接続されており、信号線として機能する導電膜21aは、信号線駆動回路76に電気的に接続されている(図19(A)参照)。   In FIG. 22, the conductive film 13 functioning as a scanning line is provided extending in the left-right direction in the drawing. The conductive film 21a functioning as a signal line is provided so as to extend in a direction (vertical direction in the figure) substantially perpendicular to the scanning line so that a part of the conductive film 21a is bent (V-shaped). Note that the conductive film 13 functioning as a scan line is electrically connected to the scan line driver circuit 74, and the conductive film 21a functioning as a signal line is electrically connected to the signal line driver circuit 76 ( (See FIG. 19A).

トランジスタ52は、走査線及び信号線の交差部近傍に設けられている。トランジスタ52は、第1のゲート電極として機能する導電膜13、第1のゲート絶縁膜(図22に図示せず)、第1のゲート絶縁膜上に形成された第1の酸化物半導体膜18、それぞれソース電極及びドレイン電極のいずれか一方または他方として機能する導電膜21a、21b、チャネル領域18i上に形成された第2のゲート絶縁膜、及び第2のゲート絶縁膜上に形成された第2のゲート電極として機能する第2の酸化物半導体膜19aにより構成される。なお、第1の酸化物半導体膜18は、第2の酸化物半導体膜19aと重畳するチャネル領域18iと、導電膜21aと接する第1のソースドレイン領域18_1と、導電膜21bと接する第2のソースドレイン領域18_2と、を有する。また第2の酸化物半導体膜19aは、第1のゲート絶縁膜および第2のゲート絶縁膜に設けられた開口部を介して導電膜13と電気的に接続される。   The transistor 52 is provided in the vicinity of the intersection of the scanning line and the signal line. The transistor 52 includes a conductive film 13 functioning as a first gate electrode, a first gate insulating film (not shown in FIG. 22), and a first oxide semiconductor film 18 formed over the first gate insulating film. , Conductive films 21a and 21b that function as one or the other of the source electrode and the drain electrode, the second gate insulating film formed on the channel region 18i, and the second gate insulating film formed on the second gate insulating film, respectively. The second oxide semiconductor film 19a functions as the second gate electrode. Note that the first oxide semiconductor film 18 includes a channel region 18i overlapping with the second oxide semiconductor film 19a, a first source / drain region 18_1 in contact with the conductive film 21a, and a second region in contact with the conductive film 21b. And a source / drain region 18_2. The second oxide semiconductor film 19a is electrically connected to the conductive film 13 through an opening provided in the first gate insulating film and the second gate insulating film.

導電膜13は、走査線としても機能し、第1の酸化物半導体膜18と重畳する領域がトランジスタ52の第1のゲート電極として機能する。また、導電膜21aは、信号線としても機能し、第1のソースドレイン領域18_1と重畳する領域がトランジスタ52のソース電極またはドレイン電極として機能する。また、図22において、導電膜13は、上面形状において端部がチャネル領域18iの端部より外側に位置する。このため、導電膜13はバックライトなどの光源からの光を遮る遮光膜として機能する。この結果、トランジスタに含まれるチャネル領域18iに光が照射されず、トランジスタの電気特性の変動を抑制することができる。   The conductive film 13 also functions as a scan line, and a region overlapping with the first oxide semiconductor film 18 functions as a first gate electrode of the transistor 52. The conductive film 21a also functions as a signal line, and a region overlapping with the first source / drain region 18_1 functions as a source electrode or a drain electrode of the transistor 52. In FIG. 22, the conductive film 13 has an end portion located outside the end portion of the channel region 18i in the top surface shape. For this reason, the conductive film 13 functions as a light shielding film that blocks light from a light source such as a backlight. As a result, the channel region 18 i included in the transistor is not irradiated with light, and fluctuations in the electrical characteristics of the transistor can be suppressed.

また、導電膜21bは、画素電極の機能を有する第2の酸化物半導体膜19bと電気的に接続される。第2の酸化物半導体膜19bは櫛歯状に形成されている。また、第2の酸化物半導体膜19b上に絶縁膜(図22に図示せず)が設けられ、該絶縁膜上に導電膜29が設けられる。   Further, the conductive film 21b is electrically connected to the second oxide semiconductor film 19b having a function of a pixel electrode. The second oxide semiconductor film 19b is formed in a comb shape. In addition, an insulating film (not shown in FIG. 22) is provided over the second oxide semiconductor film 19b, and a conductive film 29 is provided over the insulating film.

導電膜29は、第2の酸化物半導体膜19bと一部が重畳するように、上面図において第2の酸化物半導体膜19bとかみ合うように櫛歯状に形成されている。また導電膜29は、走査線と平行または略平行な方向に延伸する領域と接続される。このため、表示装置80が有する複数の画素において、導電膜29は各領域が同電位である。なお、第2の酸化物半導体膜19b及び導電膜29は、信号線(導電膜21a)に沿うように屈曲したくの字(V字)形状を有している。 The conductive film 29 is formed in a comb-teeth shape so as to mesh with the second oxide semiconductor film 19b in the top view so as to partially overlap with the second oxide semiconductor film 19b. The conductive film 29 is connected to a region extending in a direction parallel or substantially parallel to the scanning line. Therefore, in the plurality of pixels included in the display device 80, the conductive film 29 has the same potential in each region. Note that the second oxide semiconductor film 19b and the conductive film 29 have a V-shape that is bent along the signal line (conductive film 21a).

容量素子55は、酸化物半導体膜19b、及び導電膜29が重なる領域で形成される。酸化物半導体膜19b及び導電膜29は透光性を有する。即ち、容量素子55は透光性を有する。   The capacitor 55 is formed in a region where the oxide semiconductor film 19b and the conductive film 29 overlap. The oxide semiconductor film 19b and the conductive film 29 have a light-transmitting property. That is, the capacitive element 55 has translucency.

次いで、図22の一点鎖線Q2−R2、及び一点鎖線S2−T2における断面図を図23に示す。図23に示すトランジスタ52は、トップゲート型のトランジスタである。なお、一点鎖線Q2−R2は、トランジスタ52のチャネル長方向、及び容量素子55の断面図であり、S2−T2における断面図は、トランジスタ52のチャネル幅方向の断面図である。   23 is a cross-sectional view taken along one-dot chain line Q2-R2 and one-dot chain line S2-T2 in FIG. A transistor 52 illustrated in FIG. 23 is a top-gate transistor. Note that an alternate long and short dash line Q2-R2 is a channel length direction of the transistor 52 and a cross-sectional view of the capacitor 55, and a cross-sectional view at S2-T2 is a cross-sectional view of the transistor 52 in the channel width direction.

図23に示すトランジスタ52は、基板11上に設けられる第1のゲート電極として機能する導電膜13を有する。また、基板11及び導電膜13上に形成される絶縁膜12と、絶縁膜12を介して、ゲート電極として機能する導電膜13と重なる領域を有する第1の酸化物半導体膜18と、第1の酸化物半導体膜18上の第1の酸化物半導体膜18に含まれるチャネル領域18iと重畳する絶縁膜14と、絶縁膜14上の絶縁膜14と重畳する第2のゲート電極として機能する第2の酸化物半導体膜19aと、を有する。また絶縁膜12、第1の酸化物半導体膜18および第2の酸化物半導体膜19a上には、絶縁膜15、絶縁膜16がこの順で設けられる。導電膜21aは、絶縁膜15および絶縁膜16に設けられる開口部を介して、第1の酸化物半導体膜18に含まれる第1のソースドレイン領域18_1と電気的に接続される。導電膜21bは、絶縁膜および絶縁膜16に設けられる開口部を介して、第1の酸化物半導体膜18に含まれる第2のソースドレイン領域18_2と電気的に接続される。また、絶縁膜16、導電膜21aおよび導電膜21b上には絶縁膜17が設けられ、絶縁膜17上には導電膜29が設けられる。   A transistor 52 illustrated in FIG. 23 includes the conductive film 13 functioning as a first gate electrode provided over the substrate 11. In addition, the insulating film 12 formed over the substrate 11 and the conductive film 13, the first oxide semiconductor film 18 having a region overlapping with the conductive film 13 functioning as a gate electrode with the insulating film 12 interposed therebetween, An insulating film 14 overlapping with the channel region 18 i included in the first oxide semiconductor film 18 on the first oxide semiconductor film 18 and a second gate electrode functioning as the second gate electrode overlapping with the insulating film 14 on the insulating film 14. 2 oxide semiconductor film 19a. An insulating film 15 and an insulating film 16 are provided in this order over the insulating film 12, the first oxide semiconductor film 18, and the second oxide semiconductor film 19a. The conductive film 21a is electrically connected to the first source / drain region 18_1 included in the first oxide semiconductor film 18 through an opening provided in the insulating film 15 and the insulating film 16. The conductive film 21b is electrically connected to the second source / drain region 18_2 included in the first oxide semiconductor film 18 through an opening provided in the insulating film and the insulating film 16. An insulating film 17 is provided over the insulating film 16, the conductive film 21 a, and the conductive film 21 b, and a conductive film 29 is provided over the insulating film 17.

トランジスタ52は、導電膜13を第1のゲート電極、第2の酸化物半導体膜19aを第2のゲート電極として、チャネル領域18iを上下の2つのゲート電極で挟むデュアルゲート構造のトランジスタである。   The transistor 52 is a dual-gate transistor in which the conductive film 13 is a first gate electrode, the second oxide semiconductor film 19a is a second gate electrode, and the channel region 18i is sandwiched between two upper and lower gate electrodes.

図23に示す画素では、絶縁膜27及び導電膜29上に設けられる液晶の配向が制御される領域において、画素電極の機能を有する第2の酸化物半導体膜19bは絶縁膜14上に設けられ、コモン電極の機能を有する導電膜29は絶縁膜17上に設けられている。このように、異なる平面上に配設された一対の電極間に電界を発生させることで液晶の配向を制御する表示装置の駆動方法をDPS(Differential−Plane−Switching)モードと呼ぶことができる。   In the pixel illustrated in FIG. 23, the second oxide semiconductor film 19b having a function of a pixel electrode is provided over the insulating film 14 in a region where the alignment of liquid crystal provided over the insulating film 27 and the conductive film 29 is controlled. The conductive film 29 having a function of a common electrode is provided on the insulating film 17. In this manner, a driving method of a display device that controls the alignment of liquid crystal by generating an electric field between a pair of electrodes arranged on different planes can be called a DPS (Differential-Plane-Switching) mode.

また、第2の酸化物半導体膜19bと、絶縁膜15、絶縁膜16および絶縁膜17と、導電膜29とが重なる領域が容量素子55として機能する。   In addition, a region where the second oxide semiconductor film 19b, the insulating film 15, the insulating film 16, the insulating film 17, and the conductive film 29 overlap functions as the capacitor 55.

図22及び図23に示す液晶表示装置は、第2の酸化物半導体膜19b及び導電膜29のそれぞれの端部近傍が重畳する構成によって、画素が有する容量素子を形成する。このような構成によって、大型の液晶表示装置において、容量素子を大きすぎず、適切な大きさに形成することができる。   In the liquid crystal display device illustrated in FIGS. 22 and 23, a capacitor element included in a pixel is formed with a structure in which the vicinity of each end portion of the second oxide semiconductor film 19b and the conductive film 29 overlaps. With such a configuration, in a large-sized liquid crystal display device, the capacitor element can be formed in an appropriate size without being too large.

なお、図24及び図25に示すように、第2の酸化物半導体膜19bがコモン電極の機能を有し、導電膜29が画素電極の機能を有していてもよい。また、第2の酸化物半導体膜19bと重畳する位置に絶縁膜14を設けない構成としてもよい(図25参照)。   Note that as shown in FIGS. 24 and 25, the second oxide semiconductor film 19b may have a function of a common electrode, and the conductive film 29 may have a function of a pixel electrode. Alternatively, the insulating film 14 may not be provided in a position overlapping with the second oxide semiconductor film 19b (see FIG. 25).

また、図26及び図27に示すように、第2の酸化物半導体膜19bと導電膜29とが重畳しない構成としてもよい。表示装置の解像度や駆動方法に応じた容量素子の大きさによって、酸化物半導体膜19bと導電膜29との位置関係を適宜決定することができる。   In addition, as illustrated in FIGS. 26 and 27, the second oxide semiconductor film 19b and the conductive film 29 may not overlap with each other. The positional relationship between the oxide semiconductor film 19b and the conductive film 29 can be determined as appropriate depending on the resolution of the display device and the size of the capacitor in accordance with the driving method.

図26に示す画素の構成において、容量素子55の一対の電極の一方は導電膜21cであり、導電膜21cは第2の酸化物半導体膜19bを介してトランジスタ52のソース電極およびドレイン電極の他方である導電膜21bと電気的に接続される。容量素子55の一対の電極の他方は、導電膜29と電気的に接続される。   In the structure of the pixel shown in FIG. 26, one of the pair of electrodes of the capacitor 55 is the conductive film 21c, and the conductive film 21c is the other of the source electrode and the drain electrode of the transistor 52 through the second oxide semiconductor film 19b. Is electrically connected to the conductive film 21b. The other of the pair of electrodes of the capacitor 55 is electrically connected to the conductive film 29.

また、図22及び図23に示す液晶表示装置は、酸化物半導体膜19bの信号線(導電膜21a)と平行または略平行な方向に延伸する領域の幅(d1)が、導電膜29の信号線と平行または略平行な方向に延伸する領域の幅(d2)よりも小さい構成としているが(図23参照)、これに限られない。図28及び図29に示すように、幅d1が幅d2より大きくてもよい。また、幅d1と幅d2が等しくてもよい。また、一の画素(例えば画素70d)において、酸化物半導体膜19bおよび/または導電膜29の、信号線と平行または略平行な方向に延伸する複数の領域の幅が、各々異なっていてもよい。   22 and 23, the width (d1) of the region extending in a direction parallel or substantially parallel to the signal line (conductive film 21a) of the oxide semiconductor film 19b is the signal of the conductive film 29. Although it is set as the structure smaller than the width | variety (d2) of the area | region extended in a direction parallel or substantially parallel to a line (refer FIG. 23), it is not restricted to this. As shown in FIGS. 28 and 29, the width d1 may be larger than the width d2. Further, the width d1 and the width d2 may be equal. Further, in one pixel (for example, the pixel 70d), the widths of the plurality of regions extending in the direction parallel to or substantially parallel to the signal line of the oxide semiconductor film 19b and / or the conductive film 29 may be different from each other. .

また、図30及び図31に示すように、コモン電極が酸化物半導体膜19bと同一の層上、すなわち絶縁膜14上に設けられていてもよい。図30及び図31に示すコモン電極19cは、酸化物半導体膜19bと同一の材料で同時に形成することができる。   30 and 31, the common electrode may be provided on the same layer as the oxide semiconductor film 19b, that is, on the insulating film 14. The common electrode 19c illustrated in FIGS. 30 and 31 can be formed using the same material as the oxide semiconductor film 19b at the same time.

図30に示す画素の構成において、容量素子55の一対の電極の一方は第2の酸化物半導体膜19bである。容量素子55の一対の電極の他方は、導電膜29と電気的に接続される導電膜21cである。   In the pixel structure illustrated in FIG. 30, one of the pair of electrodes of the capacitor 55 is the second oxide semiconductor film 19b. The other of the pair of electrodes of the capacitor 55 is a conductive film 21 c that is electrically connected to the conductive film 29.

本発明の一態様の表示装置80の構成は、実施の形態1で説明する半導体装置の構成を参照できる。すなわち、基板11の材料及び作製方法は、基板102を参照できる。導電膜13の材料及び作製方法は、ゲート電極106を参照できる。絶縁膜12の材料及び作製方法は、絶縁膜104を参照できる。第1の酸化物半導体膜18の材料及び作製方法は、第1の酸化物半導体膜108を参照できる。第2の酸化物半導体膜19a、19bの材料および作製方法は、それぞれ第2の酸化物半導体膜111a、111b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、それぞれ導電膜120a及び導電膜120bを参照できる。絶縁膜15、絶縁膜16及び絶縁膜17の材料及び作製方法は、それぞれ絶縁膜116、絶縁膜118及び絶縁膜122を参照できる。導電膜29の材料及び作製方法は、導電膜123を参照できる。   For the structure of the display device 80 of one embodiment of the present invention, the structure of the semiconductor device described in Embodiment 1 can be referred to. That is, the substrate 102 can be referred to for the material and manufacturing method of the substrate 11. For the material and the manufacturing method of the conductive film 13, the gate electrode 106 can be referred to. For the material and manufacturing method of the insulating film 12, the insulating film 104 can be referred to. The material and the manufacturing method of the first oxide semiconductor film 18 can be referred to the first oxide semiconductor film 108. For materials and manufacturing methods of the second oxide semiconductor films 19a and 19b, the second oxide semiconductor films 111a and 111b can be referred to, respectively. For the materials and manufacturing methods of the conductive films 21a and 21b, the conductive films 120a and 120b can be referred to, respectively. For the materials and manufacturing methods of the insulating film 15, the insulating film 16, and the insulating film 17, the insulating film 116, the insulating film 118, and the insulating film 122 can be referred to, respectively. For the material and manufacturing method of the conductive film 29, the conductive film 123 can be referred to.

なお、本発明の一態様の表示装置がタッチセンサの機能を有していてもよい。具体的には、表示装置のコモン電極、例えば導電膜29がタッチセンサを構成する一対の電極のうち少なくとも一方の機能を有していてもよい。このとき、本発明の一態様の表示装置はタッチパネルとも呼ぶことができる。   Note that the display device of one embodiment of the present invention may have a touch sensor function. Specifically, the common electrode of the display device, for example, the conductive film 29 may have at least one function of a pair of electrodes constituting the touch sensor. At this time, the display device of one embodiment of the present invention can also be referred to as a touch panel.

以下より、本発明の一態様のタッチセンサまたはタッチパネルの駆動方法、モード、構成例、及び本発明の一態様の半導体装置の構成例について図面を参照して説明する。   Hereinafter, a driving method, a mode, a structure example, and a structure example of a semiconductor device of one embodiment of the present invention are described with reference to drawings.

[センサの検知方法の例]
図32(A)は、相互容量方式のタッチセンサの構成を示すブロック図である。図32(A)では、パルス電圧出力回路401、電流検出回路402を示している。なお図32(A)では、一例として、パルス電圧が与えられる電極421をX1−X6の6本の配線、電流の変化を検知する電極422をY1−Y6の6本の配線として示している。なお、電極の数は、これに限定されない。また図32(A)は、電極421および電極422が重畳すること、または、電極421および電極422が近接して配置されることで形成される容量403を図示している。なお、電極421と電極422とはその機能を互いに置き換えてもよい。または、パルス電圧出力回路401と電流検出回路402とは、互いに置き換えてもよい。
[Example of sensor detection method]
FIG. 32A is a block diagram illustrating a structure of a mutual capacitive touch sensor. FIG. 32A shows a pulse voltage output circuit 401 and a current detection circuit 402. In FIG. 32A, as an example, the electrode 421 to which a pulse voltage is applied is shown as six wirings X1-X6, and the electrode 422 for detecting a change in current is shown as six wirings Y1-Y6. Note that the number of electrodes is not limited to this. FIG. 32A illustrates a capacitor 403 which is formed by overlapping the electrode 421 and the electrode 422 or arranging the electrode 421 and the electrode 422 in proximity to each other. Note that the functions of the electrode 421 and the electrode 422 may be interchanged. Alternatively, the pulse voltage output circuit 401 and the current detection circuit 402 may be replaced with each other.

パルス電圧出力回路401は、一例としては、X1−X6の配線に順にパルスを印加するための回路である。X1−X6の配線にパルス電圧が印加されることで、容量403を形成する電極421および電極422の間の電界に、変化が生じる。そしてパルス電圧によって容量403に電流が流れる。このとき、指やペンなどが近傍に存在するかどうかに応じて、この電極間に生じる電界が、指やペンなどのタッチによる遮蔽等により変化する。つまり、指やペンなどのタッチなどにより、容量403の容量値が変化する。その結果、パルス電圧によって容量403に流れる電流の大きさが変化する。このように、指やペンなどのタッチなどにより、容量値に変化を生じさせることを利用して、被検知体の近接、または接触を検出することができる。   As an example, the pulse voltage output circuit 401 is a circuit for sequentially applying pulses to the wirings X1 to X6. When a pulse voltage is applied to the wiring of X1-X6, a change occurs in the electric field between the electrode 421 and the electrode 422 forming the capacitor 403. A current flows through the capacitor 403 by the pulse voltage. At this time, depending on whether or not a finger or a pen is present in the vicinity, the electric field generated between the electrodes changes due to shielding by touching the finger or pen. That is, the capacitance value of the capacitor 403 is changed by touching with a finger or a pen. As a result, the magnitude of the current flowing through the capacitor 403 changes depending on the pulse voltage. In this manner, the proximity or contact of the detection object can be detected by utilizing the change in the capacitance value by touching with a finger or a pen.

電流検出回路402は、容量403での容量値の変化による、Y1−Y6の配線での電流の変化を検出するための回路である。Y1−Y6の配線では、被検知体の近接、または接触がないと検出される電流値に変化はないが、検出する被検知体の近接、または接触により容量値が減少する場合には電流値が減少する変化を検出する。なお電流の検出は、電流量の総和を検出してもよい。その場合には、積分回路等を用いて検出を行えばよい。または、電流のピーク値を検出してもよい。その場合には、電流を電圧に変換して、電圧値のピーク値を検出してもよい。   The current detection circuit 402 is a circuit for detecting a change in current in the Y1-Y6 wiring due to a change in capacitance value in the capacitor 403. In the Y1-Y6 wiring, the current value detected when there is no proximity or contact with the detected object does not change, but the current value when the capacitance value decreases due to the proximity or contact with the detected object. Detect changes that decrease. The current may be detected by detecting the total amount of current. In that case, detection may be performed using an integration circuit or the like. Alternatively, the current peak value may be detected. In that case, the peak value of the voltage value may be detected by converting the current into a voltage.

次いで図32(B)には、図32(A)で示す相互容量方式のタッチセンサにおける入出力波形のタイミングチャートを示す。図32(B)では、1フレーム期間で各行列での被検知体の検出を行うものとする。また図32(B)では、被検知体を検出しない場合(非タッチ)と被検知体を検出する場合(タッチ)との2つの場合について示している。なおY1−Y6の配線については、検出される電流値に対応する電圧値とした波形を示している。なお、表示パネルにおいても、表示動作が行われている。この表示動作のタイミングと、タッチセンサのタイミングとは、同期させて動作することが望ましい。なお、図32(B)では、表示動作とは同期させていない場合の例を示す。   Next, FIG. 32B shows a timing chart of input / output waveforms in the mutual capacitance type touch sensor shown in FIG. In FIG. 32B, it is assumed that the detection target is detected in each matrix in one frame period. FIG. 32B shows two cases, that is, a case where the detected object is not detected (non-touch) and a case where the detected object is detected (touch). In addition, about the wiring of Y1-Y6, the waveform made into the voltage value corresponding to the detected electric current value is shown. Note that a display operation is also performed on the display panel. It is desirable that the timing of the display operation and the timing of the touch sensor operate in synchronization. Note that FIG. 32B illustrates an example in which the display operation is not synchronized.

X1−X6の配線には、順にパルス電圧が与えられ、該パルス電圧にしたがってY1−Y6の配線での波形が変化する。被検知体の近接または接触がない場合には、X1−X6の配線の電圧の変化に応じてY1−Y6の波形が一様に変化する。一方、被検知体が近接または接触する箇所では、電流値が減少するため、これに対応する電圧値の波形も変化する。   A pulse voltage is sequentially applied to the X1-X6 wiring, and the waveform of the Y1-Y6 wiring changes according to the pulse voltage. When there is no proximity or contact of the detection object, the waveform of Y1-Y6 changes uniformly according to the change of the voltage of the wiring of X1-X6. On the other hand, since the current value decreases at the location where the detection object is close or in contact, the waveform of the voltage value corresponding to this also changes.

このように、容量値の変化を検出することにより、被検知体の近接または接触を検知することができる。なお、指やペンなどの被検知体は、タッチセンサやタッチパネルに接触せず、近接した場合でも、信号が検出される場合がある。   As described above, by detecting the change in the capacitance value, it is possible to detect the proximity or contact of the detection target. Note that a detected object such as a finger or a pen may not detect contact with a touch sensor or a touch panel, and may detect a signal even when the object is close.

なお、図32(B)において、X1−X6の配線には、順にパルス電圧が与えられた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。例えば、複数の配線に同時にパルス電圧を与えてもよい。例えば、まず、X1乃至X3の配線にパルス電圧を与える。次に、X2乃至X4の配線にパルス電圧を与える。その次に、X3乃至X5の配線にパルス電圧を与える。このように、複数の配線に同時にパルス電圧を与えてもよい。そして、読み取った信号を演算処理することにより、センサの感度を高めることができる。   Note that FIG. 32B illustrates an example in which a pulse voltage is sequentially applied to the wirings X1 to X6; however, one embodiment of the present invention is not limited thereto. For example, a pulse voltage may be simultaneously applied to a plurality of wirings. For example, first, a pulse voltage is applied to the wirings X1 to X3. Next, a pulse voltage is applied to the wires X2 to X4. Next, a pulse voltage is applied to the wirings X3 to X5. Thus, a pulse voltage may be simultaneously applied to a plurality of wirings. And the sensitivity of a sensor can be raised by calculating the read signal.

またパルス電圧出力回路401及び電流検出回路402は、一例としては、1つのICの中に形成されていることが好ましい。該ICは、例えばタッチパネルに実装されること、若しくは電子機器の筐体内の基板に実装されることが好ましい。また可撓性を有するタッチパネルとする場合には、曲げた部分では寄生容量が増大し、ノイズの影響が大きくなってしまう恐れがあるため、ノイズの影響を受けにくい駆動方法が適用されたICを用いることが好ましい。例えばシグナル−ノイズ比(S/N比)を高める駆動方法が適用されたICを用いることが好ましい。   For example, the pulse voltage output circuit 401 and the current detection circuit 402 are preferably formed in one IC. The IC is preferably mounted on a touch panel, for example, or mounted on a substrate in a housing of an electronic device. In addition, in the case of a touch panel having flexibility, the parasitic capacitance increases at the bent portion, and the influence of noise may increase. Therefore, an IC to which a driving method that is not easily affected by noise is applied is used. It is preferable to use it. For example, it is preferable to use an IC to which a driving method for increasing a signal-noise ratio (S / N ratio) is applied.

なお、インセル型タッチセンサの場合には、表示部を駆動するための回路が設けられている。例えば、その回路は、ゲート線駆動回路、ソース線駆動回路などである。これらの回路も、ICの中に形成されている場合がある。よって、パルス電圧出力回路401または電流検出回路402の少なくとも一つと、ゲート線駆動回路またはソース線駆動回路の少なくとも一つとが、1つのICの中に形成されていてもよい。例えば、ソース線駆動回路は、駆動周波数が高いため、ICの中に形成される場合が多い。また、電流検出回路402は、オペアンプなどが必要となる場合があるため、ICの中に形成される場合が多い。したがって、ソース線駆動回路と電流検出回路402とが、1つのICの中に形成されていてもよい。この場合には、ゲート線駆動回路およびパルス電圧出力回路401は、画素が形成されている基板上に、画素と一緒に形成されていてもよい。または、ソース線駆動回路と電流検出回路402とパルス電圧出力回路401とが、1つのICの中に形成されていてもよい。   In the case of the in-cell type touch sensor, a circuit for driving the display unit is provided. For example, the circuit is a gate line driver circuit, a source line driver circuit, or the like. These circuits may also be formed in the IC. Therefore, at least one of the pulse voltage output circuit 401 or the current detection circuit 402 and at least one of the gate line driver circuit or the source line driver circuit may be formed in one IC. For example, a source line driver circuit is often formed in an IC because of its high driving frequency. The current detection circuit 402 is often formed in an IC because an operational amplifier or the like may be required. Therefore, the source line driver circuit and the current detection circuit 402 may be formed in one IC. In this case, the gate line driver circuit and the pulse voltage output circuit 401 may be formed together with the pixels on the substrate on which the pixels are formed. Alternatively, the source line driver circuit, the current detection circuit 402, and the pulse voltage output circuit 401 may be formed in one IC.

また、図32(A)ではタッチセンサとして配線の交差部に容量403のみを設けるパッシブマトリクス型のタッチセンサの構成を示したが、トランジスタと容量とを備えたアクティブマトリクス型のタッチセンサとしてもよい。   FIG. 32A illustrates a passive matrix touch sensor in which only a capacitor 403 is provided at a wiring intersection as a touch sensor; however, an active matrix touch sensor including a transistor and a capacitor may be used. .

なお、図32においては、相互容量方式の場合の駆動方法について述べたが、本発明の一態様は、これに限定されない。例えば、自己容量方式を用いてもよい。その場合には、パルス電圧出力回路401は、電流を検出する機能も有することとなる。同様に、電流検出回路402も、パルス電圧を出力する機能を有することとなる。または、状況に応じて、相互容量方式と自己容量方式とを切り替えて動作させてもよい。   Note that although FIG. 32 illustrates the driving method in the case of the mutual capacitance method, one embodiment of the present invention is not limited thereto. For example, a self-capacitance method may be used. In that case, the pulse voltage output circuit 401 also has a function of detecting current. Similarly, the current detection circuit 402 has a function of outputting a pulse voltage. Alternatively, the mutual capacitance method and the self-capacitance method may be switched and operated according to the situation.

[インセル型のタッチパネルの構成例]
ここでは、表示素子やトランジスタ等が設けられる基板(以下、素子基板とも記す)上に、タッチセンサを構成する一対の電極のうちの少なくとも一つを配置する例について説明する。
[Configuration example of in-cell touch panel]
Here, an example in which at least one of a pair of electrodes constituting a touch sensor is arranged on a substrate (hereinafter also referred to as an element substrate) provided with a display element, a transistor, and the like will be described.

以下では、複数の画素を有する表示部にタッチセンサを組み込んだタッチパネル(いわゆるインセル型)の構成例について説明する。ここでは、画素に設けられる表示素子として、液晶素子を適用した例を示す。ただし、本発明の一態様は、これに限定されず、様々な表示素子を適用することができる。   Hereinafter, a configuration example of a touch panel (a so-called in-cell type) in which a touch sensor is incorporated in a display portion having a plurality of pixels is described. Here, an example in which a liquid crystal element is used as a display element provided in a pixel is shown. Note that one embodiment of the present invention is not limited to this, and various display elements can be used.

図33は、本構成例で例示するタッチパネルの表示部に設けられる画素回路の一部における等価回路図である。   FIG. 33 is an equivalent circuit diagram in part of a pixel circuit provided in the display unit of the touch panel exemplified in this configuration example.

一つの画素は少なくともトランジスタ463と液晶素子464を有する。なお、画素はこれに加えて保持容量を有する場合もある。またトランジスタ463のゲートに配線461が、ソースまたはドレインの一方には配線62が、それぞれ電気的に接続されている。   One pixel includes at least a transistor 463 and a liquid crystal element 464. In addition, the pixel may have a storage capacitor in addition to this. A wiring 461 is electrically connected to the gate of the transistor 463, and a wiring 62 is electrically connected to one of the source and the drain.

Y方向に隣接する複数の画素が有する液晶素子464のコモン電極が電気的に接続され、一つのブロックを形成する。図33に示す電極471_1、471_2はY方向に延在して設けられ、液晶素子464が構成される領域(画素電極およびコモン電極が発生させる電界が液晶の配向を制御する領域)においてコモン電極として機能する。電極471_1、471_2によってコモン電極を共有する複数の画素を含むブロックをそれぞれブロック465_1、465_2とする。   A common electrode of the liquid crystal element 464 included in a plurality of pixels adjacent in the Y direction is electrically connected to form one block. Electrodes 471_1 and 471_2 shown in FIG. 33 are provided so as to extend in the Y direction, and serve as common electrodes in a region where the liquid crystal element 464 is formed (a region in which an electric field generated by the pixel electrode and the common electrode controls liquid crystal alignment). Function. Blocks including a plurality of pixels that share a common electrode with the electrodes 471_1 and 471_2 are referred to as blocks 465_1 and 465_2, respectively.

また、ブロック465_1、465_2をまたいでX方向に隣接する複数の画素が有する液晶素子464のコモン電極が電気的に接続され、一つのブロックを形成する。図33に示す電極472_1乃至472_4はX方向に延在して設けられ、液晶素子464が構成される領域においてコモン電極として機能する。電極472_1乃至472_4によってコモン電極を共有する複数の画素を含むブロックをそれぞれブロック467_1乃至ブロック467_4とする。図33では画素回路の一部のみを示しているが、実際にはこれらのブロックがX方向及びY方向に繰り返し配置される。   In addition, the common electrodes of the liquid crystal elements 464 included in the plurality of pixels adjacent in the X direction across the blocks 465_1 and 465_2 are electrically connected to form one block. Electrodes 472_1 to 472_4 illustrated in FIG. 33 are provided to extend in the X direction and function as common electrodes in a region where the liquid crystal element 464 is formed. Blocks including a plurality of pixels that share a common electrode with the electrodes 472_1 to 472_4 are referred to as a block 467_1 to a block 467_4, respectively. Although only a part of the pixel circuit is shown in FIG. 33, these blocks are actually repeatedly arranged in the X direction and the Y direction.

このような構成とすることで、タッチセンサを構成する一対の電極と、画素回路が有する液晶素子のコモン電極とを兼ねることができる。すなわち図33では、電極471_1、471_2は、液晶素子464のコモン電極と、タッチセンサの一方の電極とを兼ねている。また電極472_1乃至472_4は、液晶素子464のコモン電極と、タッチセンサの他方の電極とを兼ねている。よって、タッチパネルの構成を簡略化できる。   With such a configuration, the pair of electrodes constituting the touch sensor and the common electrode of the liquid crystal element included in the pixel circuit can be used. That is, in FIG. 33, the electrodes 471_1 and 471_2 serve as both the common electrode of the liquid crystal element 464 and one electrode of the touch sensor. The electrodes 472_1 to 472_4 also serve as the common electrode of the liquid crystal element 464 and the other electrode of the touch sensor. Therefore, the configuration of the touch panel can be simplified.

なお、一つの画素が有する液晶素子464のコモン電極は、タッチセンサを構成する一方の電極または他方の電極のいずれか一方を兼ねることができる。換言すると、表示部が有する画素は、コモン電極がタッチセンサの一方の電極と兼ねる画素(第1の画素ともいう)と、コモン電極がタッチセンサの他方の電極と兼ねる画素(第2の画素ともいう)とを含む。よって、本構成例で示すタッチパネルの表示部において、第1の画素および第2の画素の配置に応じて、タッチセンサを構成する一方の電極および他方の電極の上面形状を任意の形状とすることができる。   Note that the common electrode of the liquid crystal element 464 included in one pixel can serve as either one electrode or the other electrode included in the touch sensor. In other words, the pixel included in the display portion includes a pixel in which the common electrode also serves as one electrode of the touch sensor (also referred to as a first pixel) and a pixel in which the common electrode also serves as the other electrode of the touch sensor (also referred to as a second pixel). Say). Therefore, in the display portion of the touch panel shown in this configuration example, the top surface shape of one electrode and the other electrode constituting the touch sensor is set arbitrarily according to the arrangement of the first pixel and the second pixel. Can do.

図34(A)は、X方向に延在する複数の電極472と、Y方向に延在する複数の電極471の接続構成を示した等価回路図である。なお、一例として、タッチセンサが、投影型であり、相互容量方式である場合を示している。Y方向に延在する電極471の各々には、入力電圧(または、選択電圧)または共通電位(または、接地電位、もしくは、基準となる電位)を入力することができる。また、X方向に延在する電極472の各々には接地電位(または、基準となる電位)を入力する、または電極472と検出回路と電気的に接続することができる。なお、電極471と電極472とは入れ替えることが可能である。つまり、電極471と検出回路とを接続してもよい。   FIG. 34A is an equivalent circuit diagram showing a connection configuration of a plurality of electrodes 472 extending in the X direction and a plurality of electrodes 471 extending in the Y direction. As an example, the case where the touch sensor is a projection type and a mutual capacitance method is shown. An input voltage (or selection voltage) or a common potential (or a ground potential or a reference potential) can be input to each of the electrodes 471 extending in the Y direction. In addition, a ground potential (or a reference potential) can be input to each of the electrodes 472 extending in the X direction, or the electrode 472 and the detection circuit can be electrically connected. Note that the electrode 471 and the electrode 472 can be interchanged. That is, the electrode 471 and the detection circuit may be connected.

以下、図34(B)、(C)を用いて、上述したタッチパネルの動作について説明する。   Hereinafter, the operation of the touch panel described above will be described with reference to FIGS.

ここでは一例として、1フレーム期間を、書き込み期間と検知期間とに分ける。書き込み期間は画素への画像データの書き込みを行う期間であり、配線461(ゲート線、または走査線ともいう)が順次選択される。一方、検知期間は、タッチセンサによるセンシングを行う期間であり、Y方向に延在する電極471が順次選択され、入力電圧が入力される。   Here, as an example, one frame period is divided into a writing period and a detection period. The writing period is a period in which image data is written to the pixels, and wirings 461 (also referred to as gate lines or scanning lines) are sequentially selected. On the other hand, the detection period is a period during which sensing is performed by the touch sensor, and the electrodes 471 extending in the Y direction are sequentially selected and an input voltage is input.

図34(B)は、書き込み期間における等価回路図である。書き込み期間では、X方向に延在する電極472と、Y方向に延在する電極471の両方に、共通電位が入力される。   FIG. 34B is an equivalent circuit diagram in the writing period. In the writing period, a common potential is input to both the electrode 472 extending in the X direction and the electrode 471 extending in the Y direction.

図34(C)は、検知期間のある時点における等価回路図である。検知期間では、X方向に延在する電極472の各々は、検出回路と導通する。また、Y方向に延在する電極471のうち、選択されたものには入力電圧が入力され、それ以外のものには共通電位が入力される。   FIG. 34C is an equivalent circuit diagram at a certain point in the detection period. In the detection period, each of the electrodes 472 extending in the X direction is electrically connected to the detection circuit. In addition, among the electrodes 471 extending in the Y direction, an input voltage is input to a selected one, and a common potential is input to the other electrodes.

このように、画像の書き込み期間とタッチセンサによるセンシングを行う期間とを、独立して設けることが好ましい。例えば、表示の帰線期間にセンシングを行うことが好ましい。これにより、画素の書き込み時のノイズに起因するタッチセンサの感度の低下を抑制することができる。   As described above, it is preferable to provide the image writing period and the period for sensing by the touch sensor independently. For example, it is preferable to perform sensing during a display blanking period. Thereby, it is possible to suppress a decrease in sensitivity of the touch sensor due to noise at the time of pixel writing.

なお、ここでは、1フレーム期間を、書き込み期間と検知期間とに分け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。例えば、1水平期間(1ゲート選択期間とも言う)を、書き込み期間と検知期間とに分けて動作させてもよい。   Note that although an example in which one frame period is divided into a writing period and a detection period is described here, one embodiment of the present invention is not limited thereto. For example, one horizontal period (also referred to as one gate selection period) may be divided into a writing period and a detection period.

なお、電極471には、順にパルス電圧が与えられた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。例えば、複数の電極471に同時にパルス電圧を与えてもよい。例えば、まず、1個目乃至3個目の電極471にパルス電圧を与える。次に、2個目乃至4個目の電極471にパルス電圧を与える。その次に、3個目乃至5個目の電極471にパルス電圧を与える。このように、複数の電極471に同時にパルス電圧を与えてもよい。そして、読み取った信号を演算処理することにより、センサの感度を高めることができる。   Note that an example in which a pulse voltage is sequentially applied to the electrode 471 is described; however, one embodiment of the present invention is not limited thereto. For example, a pulse voltage may be simultaneously applied to the plurality of electrodes 471. For example, first, a pulse voltage is applied to the first to third electrodes 471. Next, a pulse voltage is applied to the second to fourth electrodes 471. Next, a pulse voltage is applied to the third to fifth electrodes 471. Thus, a pulse voltage may be simultaneously applied to the plurality of electrodes 471. And the sensitivity of a sensor can be raised by calculating the read signal.

なお、図34においては、相互容量方式の場合の駆動方法について述べたが、本発明の一態様は、これに限定されない。例えば、自己容量方式を用いてもよい。その場合には、パルス電圧を出力する回路は、電流を検出する機能も有することとなる。同様に、検出回路も、パルス電圧を出力する機能を有することとなる。または、状況に応じて、相互容量方式と自己容量方式とを切り替えて動作させてもよい。   Note that although FIG. 34 illustrates the driving method in the case of the mutual capacitance method, one embodiment of the present invention is not limited thereto. For example, a self-capacitance method may be used. In that case, the circuit that outputs the pulse voltage also has a function of detecting current. Similarly, the detection circuit has a function of outputting a pulse voltage. Alternatively, the mutual capacitance method and the self-capacitance method may be switched and operated according to the situation.

[タッチパネルの方式について]
以下では、本発明の一態様のタッチパネルに適用可能ないくつかの方式について説明する。
[About touch panel methods]
Hereinafter, several methods applicable to the touch panel of one embodiment of the present invention are described.

なお、本明細書等において、タッチパネルは表示面に画像等を表示(出力)する機能と、表示面に指やスタイラスなどの被検知体が触れる、または近接することを検知するタッチセンサとしての機能と、を有する。したがってタッチパネルは入出力装置の一態様である。よって、タッチパネルは、タッチセンサ内蔵型表示装置である、とも言える。   In this specification and the like, the touch panel has a function of displaying (outputting) an image or the like on a display surface, and a function as a touch sensor for detecting that a detection target such as a finger or a stylus touches or approaches the display surface. And having. Accordingly, the touch panel is an embodiment of an input / output device. Therefore, it can be said that the touch panel is a display device with a built-in touch sensor.

また、本明細書等では、タッチパネルの基板に、例えばFPC(Flexible Print Circuit)もしくはTCP(Tape Carrier Package)などのコネクターが取り付けられたもの、または基板にCOG(Chip On Glass)方式によりIC(集積回路)が実装されたものを、タッチパネルモジュール、表示モジュール、または単にタッチパネルと呼ぶ場合がある。   Further, in this specification and the like, a touch panel substrate to which a connector such as an FPC (Flexible Print Circuit) or a TCP (Tape Carrier Package) is attached, or an IC (integrated on glass) method using a COG (Chip On Glass) method. A circuit on which a circuit) is mounted may be referred to as a touch panel module, a display module, or simply a touch panel.

本発明の一態様に適用できる静電容量方式のタッチセンサは、一対の導電膜を備える。一対の導電膜間には容量が形成されている。一対の導電膜に被検知体が触れる、または近接することにより一対の導電膜間の容量の大きさが変化することを利用して、検知を行うことができる。   A capacitive touch sensor applicable to one embodiment of the present invention includes a pair of conductive films. A capacitor is formed between the pair of conductive films. Detection can be performed by utilizing the fact that the capacitance of the pair of conductive films changes when the object to be detected touches or approaches the pair of conductive films.

静電容量方式としては、表面型静電容量方式、投影型静電容量方式等がある。投影型静電容量方式としては、主に駆動方式の違いから、自己容量方式、相互容量方式などがある。相互容量方式を用いると、同時多点検出が可能となるため好ましい。ただし、本発明の一態様は、これに限定されない。   Examples of the electrostatic capacity method include a surface electrostatic capacity method and a projection electrostatic capacity method. As the projected capacitance method, there are a self-capacitance method, a mutual capacitance method, etc. mainly due to a difference in driving method. Use of the mutual capacitance method is preferable because simultaneous multipoint detection is possible. Note that one embodiment of the present invention is not limited to this.

また、本発明の一態様のタッチパネルが有する表示素子としては、液晶素子(縦電界方式、または、横電界方式)、MEMS(Micro Electro Mechanical System)を利用した光学素子、有機EL(Electro Luminescense)素子、無機EL素子や発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)等の発光素子、電気泳動素子など、様々な表示素子を用いることができる。   As the display element included in the touch panel of one embodiment of the present invention, a liquid crystal element (vertical electric field method or horizontal electric field method), an optical element using MEMS (Micro Electro Mechanical System), an organic EL (Electro Luminescence) element Various display elements such as a light emitting element such as an inorganic EL element and a light emitting diode (LED) and an electrophoretic element can be used.

ここで、表示装置には表示素子として横電界方式が適用された液晶素子を用いることが好ましい。なお、画素電極、および、コモン電極において、透明導電膜を用いる場合には、透過型の表示装置として使用することができる。一方、画素電極、または、コモン電極において、反射電極を用いる場合には、反射型の表示装置として使用することができる。なお、画素電極およびコモン電極の両方を反射電極としてもよい。または、画素電極およびコモン電極とは別に、反射電極を設けることによって、反射型の表示装置としてもよい。なお、反射型の表示装置において、バックライトの光が透過できる領域を設けることによって、半透過型の表示装置としてもよい。例えば、画素電極またはコモン電極の一部を透過電極とし、別の一部を反射電極としてもよい。なお、画素電極、または、コモン電極において、反射電極を用いる場合であっても、液晶の動作モードによっては、透過型の表示装置として使用する場合もある。   Here, a liquid crystal element to which a lateral electric field method is applied is preferably used as the display element in the display device. Note that when a transparent conductive film is used for the pixel electrode and the common electrode, the pixel electrode and the common electrode can be used as a transmissive display device. On the other hand, when a reflective electrode is used in the pixel electrode or the common electrode, it can be used as a reflective display device. Note that both the pixel electrode and the common electrode may be reflective electrodes. Alternatively, a reflective display device may be provided by providing a reflective electrode separately from the pixel electrode and the common electrode. Note that a reflective display device may be a transflective display device by providing a region through which light from a backlight can pass. For example, a part of the pixel electrode or the common electrode may be a transmission electrode and another part may be a reflection electrode. Note that even when a reflective electrode is used for the pixel electrode or the common electrode, the pixel electrode or the common electrode may be used as a transmissive display device depending on the operation mode of the liquid crystal.

本発明の一態様の表示装置は、一対の基板の一方にタッチセンサを構成する一対の電極(導電膜または配線ともいう)の少なくとも一つを有することにより、表示パネルとタッチセンサとが一体となった構成を有する。そのため、表示装置の厚さが低減され、軽量な表示装置を実現できる。   The display device of one embodiment of the present invention includes at least one of a pair of electrodes (also referred to as a conductive film or a wiring) included in the touch sensor on one of the pair of substrates, so that the display panel and the touch sensor are integrated. It has the structure which became. Therefore, the thickness of the display device is reduced, and a lightweight display device can be realized.

図35(A)乃至図35(C)は、本発明の一態様のタッチパネル410のモードを説明する断面概略図である。   FIGS. 35A to 35C are cross-sectional schematic diagrams illustrating modes of the touch panel 410 of one embodiment of the present invention.

タッチパネル410は、基板411、基板412、FPC413、導電膜414、画素400a、画素400b、液晶素子420a、420b、着色膜431等を有する。   The touch panel 410 includes a substrate 411, a substrate 412, an FPC 413, a conductive film 414, a pixel 400a, a pixel 400b, liquid crystal elements 420a and 420b, a coloring film 431, and the like.

画素400aは液晶素子420aを備え、画素400bは液晶素子420bを備える。液晶素子420aは、導電膜419a、導電膜429a及び液晶423により構成される。また、液晶素子420bは、導電膜419b、導電膜429b及び液晶423により構成される。図35(A)および図35(B)において、導電膜419aおよび導電膜419bは、画素電極としての機能を有する。導電膜429aよび導電膜429bはコモン電極としての機能を有する。また図35(A)では液晶素子420a、420bとしてFFS(Fringe Field Switching)モードが適用された液晶素子を用いた場合の例を示している。   The pixel 400a includes a liquid crystal element 420a, and the pixel 400b includes a liquid crystal element 420b. The liquid crystal element 420a includes a conductive film 419a, a conductive film 429a, and a liquid crystal 423. The liquid crystal element 420b includes a conductive film 419b, a conductive film 429b, and a liquid crystal 423. In FIGS. 35A and 35B, the conductive film 419a and the conductive film 419b function as pixel electrodes. The conductive films 429a and 429b function as a common electrode. FIG. 35A shows an example in which a liquid crystal element to which an FFS (Fringe Field Switching) mode is applied is used as the liquid crystal elements 420a and 420b.

導電膜419aおよび導電膜419bは同一面上に設けられている。または、導電膜419aおよび導電膜419bは、同一の導電膜により形成されている。導電膜419aおよび導電膜419b上には絶縁膜424が設けられている。導電膜429aおよび導電膜429bは同一面上、具体的には絶縁膜424上に設けられている。または、導電膜429aおよび導電膜429bは、同一の導電膜により形成されている。導電膜429aおよび導電膜429bは一例として櫛歯状の上面形状、またはスリット状の開口が1つ以上設けられた上面形状(平面形状ともいう)を有する。   The conductive films 419a and 419b are provided on the same surface. Alternatively, the conductive films 419a and 419b are formed using the same conductive film. An insulating film 424 is provided over the conductive films 419a and 419b. The conductive films 429a and 429b are provided on the same surface, specifically, the insulating film 424. Alternatively, the conductive films 429a and 429b are formed using the same conductive film. For example, the conductive films 429a and 429b have a comb-like top surface shape or a top surface shape (also referred to as a planar shape) provided with one or more slit-shaped openings.

タッチセンサは、画素400aが有する導電膜429aと、画素400bが有する導電膜429bとの間に形成される容量を利用して検知することができる。このような構成とすることで、液晶素子が有するコモン電極(429a、429b)を、タッチセンサとして機能する一対の電極と兼ねることができる。よって、工程を簡略化することができるため歩留りが向上でき、また製造コストを低減することができる。なお、導電膜429a、導電膜429bは、導電膜414を介して基板411側に取り付けられたFPC413と電気的に接続される。または、導電膜429a、もしくは、導電膜429bの少なくとも一つは、パルス電圧を出力することが出来る機能を有する回路と接続されている。また、導電膜419a、419bは、トランジスタ(図示しない)と電気的に接続される。そして、当該トランジスタは、駆動回路(ゲート線駆動回路、または、ソース線駆動回路)、または、FPC413と電気的に接続される。   The touch sensor can detect using a capacitor formed between the conductive film 429a included in the pixel 400a and the conductive film 429b included in the pixel 400b. With such a structure, the common electrodes (429a and 429b) included in the liquid crystal element can serve as a pair of electrodes functioning as a touch sensor. Therefore, since the process can be simplified, the yield can be improved and the manufacturing cost can be reduced. Note that the conductive films 429 a and 429 b are electrically connected to the FPC 413 attached to the substrate 411 side through the conductive film 414. Alternatively, at least one of the conductive film 429a and the conductive film 429b is connected to a circuit having a function of outputting a pulse voltage. The conductive films 419a and 419b are electrically connected to transistors (not shown). The transistor is electrically connected to a driver circuit (a gate line driver circuit or a source line driver circuit) or the FPC 413.

例えば、図35(A)における導電膜429aおよび導電膜429bは、図21における導電膜29と対応している。また、図35(A)における導電膜419aおよび導電膜419bは、図21における第2の酸化物半導体膜19bと対応している。   For example, the conductive films 429a and 429b in FIG. 35A correspond to the conductive film 29 in FIG. A conductive film 419a and a conductive film 419b in FIG. 35A correspond to the second oxide semiconductor film 19b in FIG.

なお、図35(A)では、導電膜419aと導電膜429a(または、導電膜419bと導電膜429b)は、互いに重なる領域を有している。この領域は、容量素子として機能させることが出来る。つまり、この領域は、画素電極の電位を保持するための保持容量として機能させることができる。ただし、本発明の一態様は、これに限定されない。例えば、導電膜419aと導電膜429a(または、導電膜419bと導電膜429b)は、表示に寄与する領域において(いわゆる開口部において)、互いに、重ならないようにしてもよい。つまり、表示に寄与する領域において(いわゆる開口部において)、電極の端部の位置が、上下で揃うようにしてもよい。   Note that in FIG. 35A, the conductive films 419a and 429a (or the conductive films 419b and 429b) have regions that overlap with each other. This region can function as a capacitor. That is, this region can function as a storage capacitor for holding the potential of the pixel electrode. Note that one embodiment of the present invention is not limited to this. For example, the conductive film 419a and the conductive film 429a (or the conductive film 419b and the conductive film 429b) may not overlap each other in a region contributing to display (a so-called opening portion). That is, in the region contributing to display (in the so-called opening), the positions of the end portions of the electrodes may be aligned vertically.

図35(B)に示すように、タッチパネル410が導電膜429aおよび導電膜429bに加えて、導電膜419aおよび導電膜419bも櫛歯状の上面形状、またはスリット状の開口が1つ以上設けられた上面形状を有していてもよい。なお、図35(B)における液晶素子420a、420bの駆動方式はIPS(In−Plane−Switching)モードである。このような構成とすることにより、保持容量の大きさを小さくすることができる。   As shown in FIG. 35B, in addition to the conductive films 429a and 429b, the touch panel 410 is provided with one or more comb-shaped top surfaces or one or more slit-shaped openings in addition to the conductive films 429a and 429b. It may have an upper surface shape. Note that the driving method of the liquid crystal elements 420a and 420b in FIG. 35B is an IPS (In-Plane-Switching) mode. With such a configuration, the size of the storage capacitor can be reduced.

例えば、図35(B)における導電膜429aおよび導電膜429bは、図27における導電膜29と対応している。また、図35(B)における導電膜419aおよび導電膜419bは、図27における第2の酸化物半導体膜19bと対応している。   For example, the conductive films 429a and 429b in FIG. 35B correspond to the conductive films 29 in FIG. A conductive film 419a and a conductive film 419b in FIG. 35B correspond to the second oxide semiconductor film 19b in FIG.

また、図35(C)に示すように、導電膜419aおよび導電膜419bがコモン電極としての機能を有し、導電膜429aよび導電膜429bが画素電極としての機能を有していてもよい。図35(C)において、タッチセンサは、画素400aが有する導電膜419aと、画素400bが有する導電膜419bとの間に形成される容量を利用して検知することができる。なお、導電膜419a、導電膜419bは、導電膜414を介して基板411側に取り付けられたFPC413と電気的に接続される。または、導電膜419a、もしくは、導電膜419bの少なくとも一つは、パルス電圧を出力することが出来る機能を有する回路と接続されている。また、導電膜429a、429bは、トランジスタ(図示しない)と電気的に接続される。   As shown in FIG. 35C, the conductive films 419a and 419b may function as a common electrode, and the conductive films 429a and 429b may function as pixel electrodes. In FIG. 35C, the touch sensor can detect using a capacitor formed between the conductive film 419a included in the pixel 400a and the conductive film 419b included in the pixel 400b. Note that the conductive films 419 a and 419 b are electrically connected to the FPC 413 attached to the substrate 411 side through the conductive film 414. Alternatively, at least one of the conductive films 419a and 419b is connected to a circuit having a function of outputting a pulse voltage. The conductive films 429a and 429b are electrically connected to a transistor (not shown).

なお、図35(B)においては、コモン電極および画素電極は、例えば、非透明な電極を用いてもよい。例えば、ゲート電極、または、ソース電極およびドレイン電極などにおいて使用される導電材料と同様な材料を用いてもよい。なぜなら、IPSモードでは、電極の上の液晶423には、電界が加わりにくい。よって、液晶423の配向を制御しにくい。よって、表示に寄与するような領域とはなりにくい。そのため、バックライトからの光を透過させる必要がない。そのため、透過型表示装置であっても、コモン電極および画素電極は、アルミニウム、モリブデン、チタン、タングステン、銅、銀などを用いて、構成してもよい。なお、これらの電極は、メッシュ状に形成してもよいし、ナノワイヤ―状に形成してもよい。また、コモン電極は、タッチセンサ用の電極としても機能する。そのため、出来るだけ、抵抗値が低いことが望ましい。よって、非透明な電極は、インジウム錫酸化物(ITOともいう)などの透明電極よりも抵抗値が低いため、望ましい。   In FIG. 35B, for the common electrode and the pixel electrode, for example, a non-transparent electrode may be used. For example, a material similar to a conductive material used for a gate electrode or a source electrode and a drain electrode may be used. This is because in the IPS mode, an electric field is hardly applied to the liquid crystal 423 above the electrode. Therefore, it is difficult to control the alignment of the liquid crystal 423. Therefore, it is difficult to be an area that contributes to display. Therefore, it is not necessary to transmit light from the backlight. Therefore, even in a transmissive display device, the common electrode and the pixel electrode may be formed using aluminum, molybdenum, titanium, tungsten, copper, silver, or the like. Note that these electrodes may be formed in a mesh shape or a nanowire shape. The common electrode also functions as an electrode for the touch sensor. Therefore, it is desirable that the resistance value be as low as possible. Therefore, a non-transparent electrode is desirable because it has a lower resistance than a transparent electrode such as indium tin oxide (also referred to as ITO).

なお、図35(A)乃至図35(C)においては、コモン電極および画素電極として、ITOなどの透明導電膜を用いてもよい。また、透明導電膜の上に、または、透明導電膜の下に、より抵抗値の低い導電膜を補助配線として設けてもよい。補助配線としては、例えば、ゲート電極、または、ソース電極およびドレイン電極などにおいて使用される導電材料と同様な材料を用いてもよい。具体的には、アルミニウム、モリブデン、チタン、タングステン、銅、銀などを用いて、構成してもよい。   Note that in FIGS. 35A to 35C, a transparent conductive film such as ITO may be used as the common electrode and the pixel electrode. A conductive film having a lower resistance value may be provided as an auxiliary wiring on the transparent conductive film or below the transparent conductive film. As the auxiliary wiring, for example, a material similar to a conductive material used in a gate electrode or a source electrode and a drain electrode may be used. Specifically, aluminum, molybdenum, titanium, tungsten, copper, silver, or the like may be used.

なお、透明導電膜の上に補助配線を設ける場合には、ハーフトーンマスク(グレートーンマスク、位相差マスクとも言う)を用いて、透明導電膜と補助配線とを、1枚のマスクを用いて、形成してもよい。その場合には、補助配線の下には、必ず、透明導電膜が設けられるような構成となる。ただし、本発明の一態様は、これに限定されない。透明導電膜と補助配線とは、別々のマスクを用いて、別々の工程で形成してもよい。   Note that in the case where an auxiliary wiring is provided over a transparent conductive film, a halftone mask (also referred to as a gray-tone mask or a phase difference mask) is used, and the transparent conductive film and the auxiliary wiring are formed using a single mask. , May be formed. In that case, the transparent conductive film is always provided under the auxiliary wiring. Note that one embodiment of the present invention is not limited to this. The transparent conductive film and the auxiliary wiring may be formed in separate steps using separate masks.

なお、図35(A)乃至図35(C)においては、コモン電極は、抵抗値の低い補助配線と接続してもよい。例えば、コモン電極と補助配線とは、それらの間に設けられている絶縁膜の開口部を介して、接続されている。例えば、補助配線およびゲート電極(またはゲート信号線)は、同一の導電膜により形成されてもよい。または、補助配線およびソースドレイン電極(またはソース信号線)は、同一の導電膜により形成されてもよい。   Note that in FIGS. 35A to 35C, the common electrode may be connected to an auxiliary wiring with a low resistance value. For example, the common electrode and the auxiliary wiring are connected via an opening of an insulating film provided between them. For example, the auxiliary wiring and the gate electrode (or gate signal line) may be formed of the same conductive film. Alternatively, the auxiliary wiring and the source / drain electrode (or source signal line) may be formed of the same conductive film.

なお、例えば、基板412の上側に、フローティング状態の導電膜を配置してもよい。その場合の例を、図36(A)、図36(B)、図36(C)に示す。このように、導電膜428aを、画素400aのコモン電極と重なるように設ける。同様に、導電膜428bを、画素400bのコモン電極と重なるように設ける。これにより、容量素子が直列に設けられた状態となる。また、電界分布が適切な状態となるため、タッチセンサの感度を向上させることができる。また、被検知体が、基板412と近接、または、接触する場合に、被検知体が静電気を帯びている場合がある。そのような場合に、基板412の上側に、導電膜428a、および、導電膜428bなどを設けることにより、静電気の影響を低減することが出来る。   Note that for example, a floating conductive film may be provided over the substrate 412. Examples of such cases are shown in FIGS. 36 (A), 36 (B), and 36 (C). In this manner, the conductive film 428a is provided so as to overlap with the common electrode of the pixel 400a. Similarly, the conductive film 428b is provided so as to overlap with the common electrode of the pixel 400b. Thereby, it will be in the state by which the capacitive element was provided in series. In addition, since the electric field distribution is in an appropriate state, the sensitivity of the touch sensor can be improved. In addition, when the detected object is close to or in contact with the substrate 412, the detected object may be charged with static electricity. In such a case, the effect of static electricity can be reduced by providing the conductive film 428a, the conductive film 428b, and the like over the substrate 412.

図37(A)は、図35(A)および図35(B)と対応している。図37(A)に示す構成では、タッチセンサはセンサ電極459aとセンサ電極459bとを有する。センサ電極459aは、画素400aにおいてコモン電極の機能を有し、画素400aが有する導電膜429aと同一の導電膜により形成される。またセンサ電極459bは、画素400bにおいてコモン電極の機能を有し、画素400bが有する導電膜429bと同一の導電膜により形成される。センサ電極459aは、画素400aにおいてスリット状の開口部426を1つ以上有する。またセンサ電極459bは、画素400bにおいてスリット状の開口部426を1つ以上有する。   FIG. 37A corresponds to FIGS. 35A and 35B. In the structure illustrated in FIG. 37A, the touch sensor includes a sensor electrode 459a and a sensor electrode 459b. The sensor electrode 459a functions as a common electrode in the pixel 400a and is formed using the same conductive film as the conductive film 429a included in the pixel 400a. The sensor electrode 459b functions as a common electrode in the pixel 400b and is formed using the same conductive film as the conductive film 429b included in the pixel 400b. The sensor electrode 459a has one or more slit-shaped openings 426 in the pixel 400a. The sensor electrode 459b includes one or more slit-shaped openings 426 in the pixel 400b.

センサ電極459aは画素400aのコモン電極として機能する大きさに島状に設けられ、一の方向(例えばX方向)に延在して設けられる配線453と電気的に接続される。また、センサ電極459bは、該一の方向と交差する方向(例えばY方向)に延在して設けられる。配線453は、例えば画素400a、400bが有するトランジスタのソース電極及びドレイン電極と同時に形成することができる。   The sensor electrode 459a is provided in an island shape so as to function as a common electrode of the pixel 400a, and is electrically connected to a wiring 453 provided to extend in one direction (for example, the X direction). Further, the sensor electrode 459b is provided so as to extend in a direction (for example, the Y direction) intersecting the one direction. The wiring 453 can be formed at the same time as the source electrode and the drain electrode of the transistor included in the pixels 400a and 400b, for example.

また、図37(B)に示すように、センサ電極459aが一の方向(例えばX方向)に延在して設けられる配線453と電気的に接続され、センサ電極459bが該一の方向と交差する方向(例えばY方向)に延在して設けられる配線454と電気的に接続されていてもよい。このとき、センサ電極459aおよびセンサ電極459bはそれぞれ画素400a、400bのコモン電極として機能する大きさに島状に設けられる。配線454は、例えば画素400a、400bが有するトランジスタの第1のゲート電極と同時に形成することができる。なお、島状に設ける一のセンサ電極が、一の画素のコモン電極でなく、複数の画素のコモン電極として機能するように設けてもよい。   In addition, as illustrated in FIG. 37B, the sensor electrode 459a is electrically connected to a wiring 453 provided so as to extend in one direction (for example, the X direction), and the sensor electrode 459b intersects the one direction. May be electrically connected to a wiring 454 provided to extend in a direction (for example, the Y direction). At this time, the sensor electrode 459a and the sensor electrode 459b are provided in island shapes so as to function as common electrodes of the pixels 400a and 400b, respectively. The wiring 454 can be formed at the same time as the first gate electrode of the transistor included in the pixels 400a and 400b, for example. Note that one sensor electrode provided in an island shape may be provided so as to function as a common electrode of a plurality of pixels instead of a common electrode of one pixel.

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)
本実施の形態では、本発明の一態様の液晶表示装置に適用可能な垂直配向(VA:Vertical Alignment)モードで動作する液晶素子を備える画素の構成について、図38および図39を参照して説明する。図38は液晶表示装置が備える画素の上面図であり、図39は図38の切断線A1−B1における断面を含む側面図である。また、図40(A)は、液晶表示装置が備える画素の等価回路図である。
(Embodiment 4)
In this embodiment, a pixel structure including a liquid crystal element that operates in a vertical alignment (VA) mode, which can be applied to the liquid crystal display device of one embodiment of the present invention, will be described with reference to FIGS. To do. 38 is a top view of a pixel included in the liquid crystal display device, and FIG. 39 is a side view including a cross section taken along a cutting line A1-B1 in FIG. FIG. 40A is an equivalent circuit diagram of a pixel included in the liquid crystal display device.

VA型とは、液晶表示パネルの液晶分子の配列を制御する方式の一種である。VA型の液晶表示装置は、電圧が印加されていないときにパネル面に対して液晶分子が垂直方向を向く方式である。   The VA type is a type of a method for controlling the alignment of liquid crystal molecules of a liquid crystal display panel. The VA liquid crystal display device is a method in which liquid crystal molecules face a vertical direction with respect to a panel surface when no voltage is applied.

本実施の形態では、特に画素(ピクセル)をいくつかの領域(サブピクセル)に分け、それぞれ別の方向に分子を倒すよう工夫されている。これをマルチドメイン化あるいはマルチドメイン設計という。以下の説明では、マルチドメイン設計が考慮された液晶表示装置について説明する。   In the present embodiment, the pixel (pixel) is divided into several regions (sub-pixels), and each molecule is devised to tilt the molecules in different directions. This is called multi-domain or multi-domain design. In the following description, a liquid crystal display device considering multi-domain design will be described.

図38のZ1は画素電極611bが形成された基板602の上面図であり、Z3はコモン電極671が形成された基板601の上面図であり、Z2は画素電極611bが形成された基板602とコモン電極671が形成された基板601が重ね合わされた状態の上面図である。   38, Z1 is a top view of the substrate 602 on which the pixel electrode 611b is formed, Z3 is a top view of the substrate 601 on which the common electrode 671 is formed, and Z2 is common to the substrate 602 on which the pixel electrode 611b is formed. It is a top view of the state where the substrate 601 with the electrode 671 formed thereon is overlaid.

基板602上には、トランジスタ650とそれに接続する画素電極611b、及び容量素子661が形成される。トランジスタ650のドレイン電極620bは、絶縁膜616及び絶縁膜618に設けられた開口部641bを介して画素電極611bと電気的に接続される。画素電極611b上には、絶縁膜616、絶縁膜618および絶縁膜622がこの順で設けられる。   Over the substrate 602, a transistor 650, a pixel electrode 611b connected to the transistor 650, and a capacitor 661 are formed. A drain electrode 620 b of the transistor 650 is electrically connected to the pixel electrode 611 b through an opening 641 b provided in the insulating film 616 and the insulating film 618. An insulating film 616, an insulating film 618, and an insulating film 622 are provided in this order over the pixel electrode 611b.

トランジスタ650としては、実施の形態1で説明するトランジスタ(トランジスタ150、トランジスタ150A乃至トランジスタ150G)を適用することができる。   As the transistor 650, any of the transistors described in Embodiment 1 (the transistor 150 and the transistors 150A to 150G) can be used.

容量素子630は、第1の容量配線である容量配線607と、絶縁膜604と、画素電極611bで構成される。容量配線607は、トランジスタ650のゲート配線606と同一の材料で同時に形成することができる。   The capacitor 630 includes a capacitor wiring 607 that is a first capacitor wiring, an insulating film 604, and a pixel electrode 611b. The capacitor wiring 607 can be formed of the same material as the gate wiring 606 of the transistor 650 at the same time.

画素電極611bとしては、実施の形態1で説明する抵抗率の低い酸化物半導体膜を適用することができる。すなわち、画素電極611bの材料及び作製方法は、実施の形態1で示す第2の酸化物半導体膜111bを参照できる。   As the pixel electrode 611b, an oxide semiconductor film with low resistivity described in Embodiment 1 can be used. That is, the second oxide semiconductor film 111b described in Embodiment 1 can be referred to for a material and a manufacturing method of the pixel electrode 611b.

画素電極611bにはスリット674を設ける。スリット674は液晶の配向を制御するためのものである。   A slit 674 is provided in the pixel electrode 611b. The slit 674 is for controlling the alignment of the liquid crystal.

トランジスタ651とそれに接続する画素電極612b及び容量素子662は、それぞれトランジスタ650、画素電極611b及び容量素子661と同様に形成することができる。トランジスタ650とトランジスタ651は共に配線620aと接続している。配線620aは、トランジスタ650及びトランジスタ651において、ソース電極としての機能を有する。本実施の形態で示す液晶表示パネルの画素は、画素電極611bと画素電極612bにより構成されている。画素電極611bと画素電極612bはサブピクセルである。   The transistor 651 and the pixel electrode 612b and the capacitor 662 connected to the transistor 651 can be formed in the same manner as the transistor 650, the pixel electrode 611b, and the capacitor 661, respectively. Both the transistor 650 and the transistor 651 are connected to the wiring 620a. The wiring 620a functions as a source electrode in the transistor 650 and the transistor 651. A pixel of the liquid crystal display panel described in this embodiment includes a pixel electrode 611b and a pixel electrode 612b. The pixel electrode 611b and the pixel electrode 612b are subpixels.

基板601には、着色膜673、コモン電極671が形成され、コモン電極671に接して突起675が形成されている。また、コモン電極671にはスリット672が設けられている。画素電極611b側には絶縁膜622上に配向膜677が形成され、コモン電極671及び突起675側には配向膜678が形成されている。基板602と基板601の間に液晶層680が形成されている。   A colored film 673 and a common electrode 671 are formed over the substrate 601, and a protrusion 675 is formed in contact with the common electrode 671. Further, the common electrode 671 is provided with a slit 672. An alignment film 677 is formed on the insulating film 622 on the pixel electrode 611b side, and an alignment film 678 is formed on the common electrode 671 and the protrusion 675 side. A liquid crystal layer 680 is formed between the substrate 602 and the substrate 601.

コモン電極671は、実施の形態1で説明する導電膜123と同様の材料を用いて形成することが好ましい。コモン電極671に形成されるスリット672と、突起675とは、液晶の配向を制御する機能を有する。   The common electrode 671 is preferably formed using a material similar to that of the conductive film 123 described in Embodiment 1. The slit 672 and the protrusion 675 formed in the common electrode 671 have a function of controlling the alignment of the liquid crystal.

スリット674を設けた画素電極611bに電圧を印加すると、スリット674の近傍には電界の歪み(斜め電界)が発生する。このスリット674と、基板601側の突起675及びスリット672とを交互に咬み合うように配置し、斜め電界を効果的に発生させて液晶の配向を制御することで、液晶が配向する方向を場所によって異ならせている。すなわち、マルチドメイン化して液晶表示パネルの視野角を広げている。なお、基板601側に突起675またはスリット672のいずれか一方が設けられる構成であってもよい。   When a voltage is applied to the pixel electrode 611 b provided with the slit 674, electric field distortion (an oblique electric field) is generated in the vicinity of the slit 674. The slits 674, the projections 675 on the substrate 601 side, and the slits 672 are alternately arranged so that an oblique electric field is effectively generated to control the orientation of the liquid crystal, thereby controlling the orientation of the liquid crystal. It is different depending on. That is, the viewing angle of the liquid crystal display panel is widened by multi-domain. Note that a structure in which either the protrusion 675 or the slit 672 is provided on the substrate 601 side may be employed.

図39は、基板602と基板601とが重ね合わせられ、液晶が注入された状態を示している。画素電極611bと液晶層680とコモン電極671が重なり合うことで、液晶素子が形成されている。   FIG. 39 shows a state where the substrate 602 and the substrate 601 are overlaid and liquid crystal is injected. The pixel electrode 611b, the liquid crystal layer 680, and the common electrode 671 overlap with each other to form a liquid crystal element.

この画素構造の等価回路を図40(A)に示す。トランジスタ650とトランジスタ629は、共にゲート配線606、配線620aと接続している。この場合、容量配線607と容量配線609の電位を異ならせることで、液晶素子681と液晶素子682の動作を異ならせることができる。すなわち、容量配線607と容量配線609の電位を個別に制御することにより液晶の配向を精密に制御して視野角を広げている。   An equivalent circuit of this pixel structure is shown in FIG. The transistors 650 and 629 are both connected to the gate wiring 606 and the wiring 620a. In this case, operation of the liquid crystal element 681 and the liquid crystal element 682 can be made different by making the potentials of the capacitor wiring 607 and the capacitor wiring 609 different. That is, by controlling the potentials of the capacitor wiring 607 and the capacitor wiring 609 individually, the orientation of the liquid crystal is precisely controlled to widen the viewing angle.

なお、図40(A)のトランジスタ650、651は第2のゲート電極が第1のゲート電極と電気的に接続されているが、これに限られない。例えば、第2のゲート電極がゲート配線606とは異なる電位を与える機能を有する配線4616と電気的に接続されていてもよい(図40(B)参照)。   Note that although the second gate electrode of the transistors 650 and 651 in FIG. 40A is electrically connected to the first gate electrode, the present invention is not limited to this. For example, the second gate electrode may be electrically connected to a wiring 4616 having a function of applying a different potential from the gate wiring 606 (see FIG. 40B).

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5)
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41乃至図44を用いて以下説明を行う。
(Embodiment 5)
In this embodiment, an example of a display device including the transistor described as an example in the above embodiment will be described below with reference to FIGS.

図41は、表示装置の一例を示す上面図である。図41に示す表示装置は、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41には図示しないが、第1の基板701と第2の基板705の間には表示素子が設けられる。   FIG. 41 is a top view illustrating an example of the display device. 41 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, a source The driver circuit portion 704 and the gate driver circuit portion 706 are provided so as to surround the sealant 712 and the second substrate 705 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. 41, a display element is provided between the first substrate 701 and the second substrate 705.

また、表示装置は、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 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 over the first substrate 701. FPC terminal portion 708 (FPC: Flexible Printed Circuit) 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、表示装置としては、ソースドライバ回路部704、及びゲートドライバ回路部706を画素部702と同じ第1の基板701に形成している例を示しているが、この構成に限定されない。例えば、ゲートドライバ回路部706のみを第1の基板701に形成しても良い、またはソースドライバ回路部704のみを第1の基板701に形成しても良い。この場合、ソースドライバ回路またはゲートドライバ回路等が形成された基板(例えば、単結晶半導体膜、多結晶半導体膜で形成された駆動回路基板)を、第1の基板701に実装する構成としても良い。なお、別途形成した駆動回路基板の接続方法は、特に限定されるものではなく、COG(Chip On Glass)方法、ワイヤボンディング方法などを用いることができる。   Further, a plurality of gate driver circuit portions 706 may be provided in the display device. As the display device, 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 present invention is not limited to this structure. For example, only the gate driver circuit portion 706 may be formed on the first substrate 701, or only the source driver circuit portion 704 may be formed on the first substrate 701. In this case, a substrate on which a source driver circuit, a gate driver circuit, or the like is formed (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1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2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 includes a plurality of transistors and a capacitor, and the semiconductor device described in Embodiment 1 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 2 can be used.

また、表示装置は、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。   The display device 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.

なお、表示装置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。   As a display method in the display device, 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.

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。   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.

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42を用いて説明する。また、表示素子としてEL素子を用いる表示装置の構成について、図43を用いて説明する。   In this embodiment, a structure of a display device using a liquid crystal element as a display element will be described with reference to FIG. A structure of a display device using an EL element as a display element will be described with reference to FIG.

図42は、図41に示す一点鎖線U−Vにおける断面図である。図42に示す表示装置700A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。   42 is a cross sectional view taken along one-dot chain line U-V shown in FIG. A display device 700A illustrated in FIG. 42 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、トランジスタ752として、実施の形態1で説明するトランジスタ(トランジスタ150、トランジスタ150A乃至トランジスタ150G)を適用することができる。   For example, the transistor described in Embodiment 1 (the transistor 150 and the transistors 150A to 150G) can be used as the transistor 750 and the transistor 752.

本実施の形態で用いるトランジスタは、高純度化し、酸素欠損の形成を抑制した酸化物半導体膜を有する。該トランジスタは、オフ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1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 1 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42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. 42, 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1に示す絶縁膜116、118、122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122上に平坦化膜を設ける構成としてもよい。   The insulating films 764, 766, and 768 can be formed using a material and a manufacturing method similar to those of the insulating films 116, 118, and 122 described in Embodiment 1, respectively. Alternatively, a planarization film may be provided over the insulating film 122.

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791、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791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 791, 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 791.

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1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 1.

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700A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700A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。配向膜746は導電膜772および絶縁膜768上に設けられ、配向膜748は導電膜774に接して設けられる。   The display device 700A 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 700A 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. The alignment film 746 is provided over the conductive film 772 and the insulating film 768, and the alignment film 748 is provided in contact with the conductive film 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700A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 700A 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1で示す導電膜123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 123 described in Embodiment 1.

なお、図41及び図42に示す表示装置700Aは、透過型のカラー液晶表示装置について例示したが、これに限定されない。例えば、導電膜772を可視光において、反射性のある導電膜を用いることで反射型のカラー液晶表示装置としてもよい。   Note that the display device 700A illustrated in FIGS. 41 and 42 is illustrated as a transmissive color liquid crystal display device, but is not limited thereto. For example, the conductive film 772 may be a reflective color liquid crystal display device by using a conductive film that reflects visible light.

なお、図42において図示しないが、偏光部材、位相差部材、反射防止部材などの光学部材(光学基板)などは適宜設けてもよい。例えば、偏光基板及び位相差基板による円偏光を用いてもよい。   Although not shown in FIG. 42, an optical member (optical substrate) such as a polarizing member, a retardation member, or an antireflection member may be provided as appropriate. For example, circularly polarized light using a polarizing substrate and a retardation substrate may be used.

シール材712は、表示素子やトランジスタに対して不純物となる物質(水など)が、外部から侵入することを防止又は抑制する機能を少なくとも有する。なお、シール材に712別の機能を付加してもよい。例えば、構造を強化する機能、接着性を強化する機能、耐衝撃性を強化する機能などをシール材712が有していてもよい。   The sealant 712 has at least a function of preventing or suppressing a substance (such as water) that becomes an impurity with respect to the display element or the transistor from entering from the outside. Note that another function 712 may be added to the sealing material. For example, the sealing material 712 may have a function of strengthening a structure, a function of enhancing adhesiveness, a function of enhancing impact resistance, and the like.

シール材712としては、硬化前に液晶層と接した場合でも液晶層に溶解しない材料を用いることが好ましい。シール材712として、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂などを適用できる。なお、上記樹脂材料は、熱硬化型、光硬化型のいずれでもよい。また、シール材712として、アクリル系樹脂とエポキシ系樹脂を混ぜた樹脂を用いてもよい。このとき、UV開始剤、熱硬化剤、カップリング剤などを混ぜてもよい。また、フィラーを含んでもよい。   As the sealant 712, a material that does not dissolve in the liquid crystal layer even when in contact with the liquid crystal layer before curing is preferably used. As the sealing material 712, for example, an epoxy resin, an acrylic resin, or the like can be applied. The resin material may be either a thermosetting type or a photocurable type. Alternatively, the sealing material 712 may be a resin in which an acrylic resin and an epoxy resin are mixed. At this time, a UV initiator, a thermosetting agent, a coupling agent, or the like may be mixed. Moreover, a filler may be included.

また、シール材として、後述する接着層781と同様の材料を用いてもよい。   Further, as the sealing material, a material similar to that of an adhesive layer 781 described later may be used.

液晶層776に用いる液晶としては、実施の形態3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 3 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3に示す各種の駆動方法を適用することができる。   In addition, as a driving method of a display device including a liquid crystal element, various driving methods described in Embodiment 3 can be applied.

続いて、図41に示す表示装置が液晶素子の代わりにEL素子を含む場合の一点鎖線U−Vにおける断面図を図43及び図44に示す。なお、図42と同様の構成については図42の説明を援用できるため、以下では図42と異なる構成について説明する。   Subsequently, FIGS. 43 and 44 are cross-sectional views taken along one-dot chain line U-V in the case where the display device illustrated in FIG. 41 includes an EL element instead of a liquid crystal element. Note that the description of FIG. 42 can be used for the same configuration as that of FIG. 42, and therefore, a configuration different from that of FIG.

図43に示す表示装置700Bは、EL素子785を有する。EL素子785は、導電膜782、導電膜784、及びEL層786を有する。EL層786は、発光性の有機化合物または発光性の無機化合物を含む。導電膜782は絶縁膜783上に設けられ、反射電極としての機能を有する。絶縁膜783は平坦化膜としての機能を有する。また導電膜782上にEL層786、導電膜784がこの順で設けられる。導電膜784としては、可視光において透光性のある導電膜を用いることができる。表示装置700Bは、導電膜782および導電膜784に印加される電圧によってEL層786を発光状態、または非発光状態とすることで画像を表示することができる。   A display device 700 </ b> B illustrated in FIG. 43 includes an EL element 785. The EL element 785 includes a conductive film 782, a conductive film 784, and an EL layer 786. The EL layer 786 includes a light-emitting organic compound or a light-emitting inorganic compound. The conductive film 782 is provided over the insulating film 783 and functions as a reflective electrode. The insulating film 783 has a function as a planarization film. An EL layer 786 and a conductive film 784 are provided over the conductive film 782 in this order. As the conductive film 784, a conductive film that transmits visible light can be used. The display device 700B can display an image by bringing the EL layer 786 into a light-emitting state or a non-light-emitting state with a voltage applied to the conductive films 782 and 784.

基板701および基板705は接着層781によって貼り合わされている。接着層781としては紫外線硬化型等の光硬化型樹脂、反応硬化型樹脂、熱硬化型樹脂、嫌気型樹脂などの各種硬化型樹脂を用いることができる。これら樹脂としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、イミド樹脂、PVC(ポリビニルクロライド)樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)樹脂、EVA(エチレンビニルアセテート)樹脂等が挙げられる。特に、エポキシ樹脂等の透湿性が低い材料が好ましい。また、二液混合型の樹脂を用いてもよい。また、接着シート等を用いてもよい。   The substrate 701 and the substrate 705 are attached to each other with an adhesive layer 781. As the adhesive layer 781, various curable resins such as a UV curable resin, a reaction curable resin, a thermosetting resin, and an anaerobic resin can be used. Examples of these resins include epoxy resins, acrylic resins, silicone resins, phenol resins, polyimide resins, imide resins, PVC (polyvinyl chloride) resins, PVB (polyvinyl butyral) resins, EVA (ethylene vinyl acetate) resins, and the like. In particular, a material with low moisture permeability such as an epoxy resin is preferable. Alternatively, a two-component mixed resin may be used. Further, an adhesive sheet or the like may be used.

図43では接続電極760が、トランジスタ750、752の第1のゲート電極としての機能する導電膜と同じ工程で形成される導電膜、ソース電極およびドレイン電極と同じ工程で形成される導電膜、及び導電膜782の積層膜によって構成される例を示している。FPC端子部708において、各種の絶縁膜は接続電極760を構成する導電膜同士が電気的に接続されるように開口部を有する。   43, the connection electrode 760 includes a conductive film formed in the same step as the conductive film functioning as the first gate electrode of the transistors 750 and 752, a conductive film formed in the same step as the source electrode and the drain electrode, and An example in which a stacked film of conductive films 782 is formed is shown. In the FPC terminal portion 708, various insulating films have openings so that the conductive films constituting the connection electrode 760 are electrically connected to each other.

また図43では、容量素子790を構成する一対の電極が、トランジスタ750,752の第1のゲート電極として機能する導電膜と同じ工程で形成される導電膜、および第2のゲート電極として機能する酸化物半導体膜と同じ工程で形成される膜である例を示している。   43, the pair of electrodes included in the capacitor 790 functions as a conductive film formed in the same step as the conductive film functioning as the first gate electrode of the transistors 750 and 752, and the second gate electrode. An example is shown in which the film is formed in the same step as the oxide semiconductor film.

また、トランジスタ750はチャネル領域よりも上側にゲート電極を有する。よって、トランジスタ750と重畳する位置に導電膜782を設けられるため、画素部702の画素の開口率を向上させることができる。   The transistor 750 includes a gate electrode above the channel region. Therefore, since the conductive film 782 is provided in a position overlapping with the transistor 750, the aperture ratio of the pixel in the pixel portion 702 can be improved.

なお、図43はEL層786が発する光が基板705側へ射出されるトップエミッション型の表示装置であるが、本発明の一態様の表示装置がボトムエミッション型であってもよい。図44に示す表示装置700Cは、EL層786が発する光が基板701側へ射出される。ボトムエミッション型の場合、着色膜736及び遮光膜738はEL層786より下側、例えば絶縁膜768上に設けられる。   Note that FIG. 43 illustrates a top-emission display device in which light emitted from the EL layer 786 is emitted to the substrate 705 side; however, the display device of one embodiment of the present invention may be a bottom-emission type. In the display device 700C illustrated in FIG. 44, light emitted from the EL layer 786 is emitted to the substrate 701 side. In the case of the bottom emission type, the coloring film 736 and the light shielding film 738 are provided below the EL layer 786, for example, on the insulating film 768.

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6)
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置に用いることができるタッチパネルについて図45乃至図50を用いて説明する。本実施の形態では、発光素子、具体的にはEL素子を用いたタッチパネルを例示する。
(Embodiment 6)
In this embodiment, a touch panel that can be used for the display device of one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, a touch panel using a light-emitting element, specifically, an EL element is illustrated.

[タッチパネルの構成例]
図45(A)、(B)は、タッチパネル505の斜視図である。なお明瞭化のため、代表的な構成要素を示す。図46(A)は、図45(A)に示す一点鎖線M−N間の断面図である。
[Example of touch panel configuration]
45A and 45B are perspective views of the touch panel 505. FIG. Note that representative components are shown for clarity. FIG. 46A is a cross-sectional view taken along alternate long and short dash line M-N in FIG.

図45(A)、(B)に示すように、タッチパネル505は、表示部501、走査線駆動回路303g(1)、及びタッチセンサ595等を有する。また、タッチパネル505は、基板510、基板511、及び基板590を有する。   As shown in FIGS. 45A and 45B, the touch panel 505 includes a display portion 501, a scan line driver circuit 303g (1), a touch sensor 595, and the like. The touch panel 505 includes a substrate 510, a substrate 511, and a substrate 590.

タッチパネル505は、複数の画素及び複数の配線311を有する。複数の配線311は、画素に信号を供給することができる。複数の配線311は、基板510の外周部にまで引き回され、その一部が端子319を構成している。端子319はFPC509(1)と電気的に接続する。   The touch panel 505 includes a plurality of pixels and a plurality of wirings 311. The plurality of wirings 311 can supply signals to the pixels. The plurality of wirings 311 are routed to the outer peripheral portion of the substrate 510, and a part of them constitutes a terminal 319. The terminal 319 is electrically connected to the FPC 509 (1).

タッチパネル505は、タッチセンサ595及び複数の配線598を有する。複数の配線598は、タッチセンサ595と電気的に接続される。複数の配線598は基板590の外周部に引き回され、その一部は端子を構成する。そして、当該端子はFPC509(2)と電気的に接続される。なお、図45(B)では明瞭化のため、基板590の裏面側(基板510と対向する面側)に設けられるタッチセンサ595の電極や配線等を実線で示している。   The touch panel 505 includes a touch sensor 595 and a plurality of wirings 598. The plurality of wirings 598 are electrically connected to the touch sensor 595. The plurality of wirings 598 are routed around the outer periphery of the substrate 590, and a part thereof constitutes a terminal. The terminal is electrically connected to the FPC 509 (2). Note that in FIG. 45B, electrodes, wirings, and the like of the touch sensor 595 provided on the back surface side (the surface side facing the substrate 510) of the substrate 590 are shown by solid lines for clarity.

タッチセンサ595には、例えば静電容量方式のタッチセンサを適用できる。静電容量方式としては、表面型静電容量方式、投影型静電容量方式等がある。ここでは、投影型静電容量方式のタッチセンサを適用する場合を示す。   As the touch sensor 595, for example, a capacitive touch sensor can be applied. Examples of the electrostatic capacity method include a surface electrostatic capacity method and a projection electrostatic capacity method. Here, a case where a projected capacitive touch sensor is applied is shown.

投影型静電容量方式としては、主に駆動方式の違いから自己容量方式、相互容量方式などがある。相互容量方式を用いると同時多点検出が可能となるため好ましい。   As the projected capacitance method, there are mainly a self-capacitance method and a mutual capacitance method due to a difference in driving method. The mutual capacitance method is preferable because simultaneous multipoint detection is possible.

なお、タッチセンサ595には、指等の検知対象の近接又は接触を検知することができるさまざまなセンサを適用することができる。   Note that as the touch sensor 595, various sensors that can detect the proximity or contact of a detection target such as a finger can be used.

投影型静電容量方式のタッチセンサ595は、電極591と電極592を有する。電極591は複数の配線598のいずれかと電気的に接続し、電極592は複数の配線598の他のいずれかと電気的に接続する。   The projected capacitive touch sensor 595 includes an electrode 591 and an electrode 592. The electrode 591 is electrically connected to any one of the plurality of wirings 598, and the electrode 592 is electrically connected to any one of the plurality of wirings 598.

電極592は、図45(A)、(B)に示すように、一方向に繰り返し配置された複数の四辺形が角部で接続された形状を有する。   As shown in FIGS. 45A and 45B, the electrode 592 has a shape in which a plurality of quadrilaterals repeatedly arranged in one direction are connected at corners.

電極591は四辺形であり、電極592が延在する方向と交差する方向に繰り返し配置されている。なお、複数の電極591は、一の電極592と必ずしも直交する方向に配置される必要はなく、90度未満の角度をなすように配置されてもよい。   The electrode 591 has a quadrangular shape, and is repeatedly arranged in a direction intersecting with the direction in which the electrode 592 extends. Note that the plurality of electrodes 591 are not necessarily arranged in a direction orthogonal to the one electrode 592, and may be arranged at an angle of less than 90 degrees.

配線594は電極592と交差して設けられている。配線594は、電極592を挟む二つの電極591を電気的に接続する。このとき、電極592と配線594の交差部の面積ができるだけ小さくなる形状が好ましい。これにより、電極が設けられていない領域の面積を低減でき、透過率のムラを低減できる。その結果、タッチセンサ595を透過する光の輝度ムラを低減することができる。   The wiring 594 is provided so as to cross the electrode 592. The wiring 594 electrically connects two electrodes 591 sandwiching the electrode 592. At this time, a shape in which the area of the intersection of the electrode 592 and the wiring 594 is as small as possible is preferable. Thereby, the area of the area | region in which the electrode is not provided can be reduced, and the nonuniformity of the transmittance | permeability can be reduced. As a result, luminance unevenness of light transmitted through the touch sensor 595 can be reduced.

なお、電極591、電極592の形状はこれに限られず、様々な形状を取りうる。例えば、複数の電極591をできるだけ隙間が生じないように配置し、絶縁膜を介して電極592を、電極591と重ならない領域ができるように離間して複数設ける構成としてもよい。このとき、隣接する2つの電極592の間に、これらとは電気的に絶縁されたダミー電極を設けると、透過率の異なる領域の面積を低減できるため好ましい。   Note that the shapes of the electrode 591 and the electrode 592 are not limited thereto, and various shapes can be employed. For example, a plurality of electrodes 591 may be arranged so as not to have a gap as much as possible, and a plurality of electrodes 592 may be provided with an insulating film interposed therebetween so that a region that does not overlap with the electrodes 591 is formed. At this time, it is preferable to provide a dummy electrode electrically insulated from two adjacent electrodes 592 because the area of a region having different transmittance can be reduced.

なお、タッチセンサ595のより具体的な構成例については後述する。   A more specific configuration example of the touch sensor 595 will be described later.

図46(A)に示すように、タッチパネル505は、基板510、接着層503、絶縁膜504、基板511、接着層513、及び絶縁膜515を有する。また、基板510及び基板511は、接着層360で貼り合わされている。   As shown in FIG. 46A, the touch panel 505 includes a substrate 510, an adhesive layer 503, an insulating film 504, a substrate 511, an adhesive layer 513, and an insulating film 515. In addition, the substrate 510 and the substrate 511 are bonded to each other with an adhesive layer 360.

接着層597は、タッチセンサ595が表示部501に重なるように、基板590を基板511に貼り合わせている。接着層597は、透光性を有する。   The adhesive layer 597 bonds the substrate 590 to the substrate 511 so that the touch sensor 595 overlaps the display portion 501. The adhesive layer 597 has a light-transmitting property.

電極591及び電極592は、透光性を有する導電材料を用いて形成する。透光性を有する導電性材料としては、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などの導電性酸化物を用いることができる。なお、グラフェンを含む膜を用いることもできる。グラフェンを含む膜は、例えば膜状に形成された酸化グラフェンを含む膜を還元して形成することができる。還元する方法としては、熱を加える方法等を挙げることができる。   The electrodes 591 and 592 are formed using a light-transmitting conductive material. As the light-transmitting conductive material, a conductive oxide such as indium oxide, indium tin oxide, indium zinc oxide, zinc oxide, or zinc oxide to which gallium is added can be used. Note that a film containing graphene can also be used. The film containing graphene can be formed, for example, by reducing a film containing graphene oxide formed in a film shape. Examples of the reduction method include a method of applying heat.

また、電極591、電極592、配線594などの導電膜、つまり、タッチパネルを構成する配線や電極に用いる材料の抵抗値が低いことが望ましい。一例として、ITO、インジウム亜鉛酸化物、ZnO、銀、銅、アルミニウム、カーボンナノチューブ、グラフェンなどを用いてもよい。さらに、非常に細くした(例えば、直径が数ナノメートル)、多数の導電体を用いて構成される金属ナノワイヤを用いてもよい。なお、透過率が高いため、表示素子に用いる電極、例えば、画素電極や共通電極に、金属ナノワイヤ、カーボンナノチューブ、グラフェンなどを用いてもよい。   In addition, it is preferable that the conductive film such as the electrode 591, the electrode 592, and the wiring 594, that is, the resistance value of the material used for the wiring and the electrode included in the touch panel be low. As an example, ITO, indium zinc oxide, ZnO, silver, copper, aluminum, carbon nanotube, graphene, or the like may be used. Furthermore, metal nanowires that are made very thin (for example, a diameter of several nanometers) and are formed using a large number of conductors may be used. Note that a metal nanowire, a carbon nanotube, graphene, or the like may be used for an electrode used for a display element, for example, a pixel electrode or a common electrode because of high transmittance.

透光性を有する導電性材料を基板590上にスパッタリング法により成膜した後、フォトリソグラフィ法等の様々なパターニング技術により、不要な部分を除去して、電極591及び電極592を形成することができる。   A conductive material having a light-transmitting property is formed over the substrate 590 by a sputtering method, and then unnecessary portions are removed by various patterning techniques such as a photolithography method to form the electrode 591 and the electrode 592. it can.

電極591及び電極592は絶縁膜593で覆われている。また、電極591に達する開口が絶縁膜593に設けられ、配線594が隣接する電極591を電気的に接続する。透光性の導電性材料は、タッチパネルの開口率を高めることができるため、配線594に好適に用いることができる。また、電極591及び電極592より導電性の高い材料は、電気抵抗を低減できるため配線594に好適に用いることができる。   The electrodes 591 and 592 are covered with an insulating film 593. An opening reaching the electrode 591 is provided in the insulating film 593, and the wiring 594 electrically connects the adjacent electrodes 591. A light-transmitting conductive material can be used for the wiring 594 because it can increase the aperture ratio of the touch panel. A material having higher conductivity than the electrodes 591 and 592 can be preferably used for the wiring 594 because electric resistance can be reduced.

なお、絶縁膜593及び配線594を覆う絶縁膜を設けて、タッチセンサ595を保護することができる。   Note that an insulating film which covers the insulating film 593 and the wiring 594 can be provided to protect the touch sensor 595.

また、接続層599は、配線598とFPC509(2)を電気的に接続する。   In addition, the connection layer 599 electrically connects the wiring 598 and the FPC 509 (2).

表示部501は、マトリクス状に配置された複数の画素302を有する。   The display portion 501 includes a plurality of pixels 302 arranged in a matrix.

画素302は、複数の副画素を有する。各副画素は、発光素子及び画素回路を有する。   The pixel 302 has a plurality of subpixels. Each subpixel includes a light emitting element and a pixel circuit.

画素回路は、発光素子を駆動する電力を供給することができる。画素回路は、選択信号を供給することができる配線と電気的に接続される。また、画素回路は、画像信号を供給することができる配線と電気的に接続される。   The pixel circuit can supply power for driving the light emitting element. The pixel circuit is electrically connected to a wiring that can supply a selection signal. The pixel circuit is electrically connected to a wiring that can supply an image signal.

走査線駆動回路303g(1)は、選択信号を画素302に供給することができる。   The scan line driver circuit 303g (1) can supply a selection signal to the pixel 302.

画像信号線駆動回路303s(1)は、画像信号を画素302に供給することができる。   The image signal line driver circuit 303 s (1) can supply an image signal to the pixel 302.

図46(A)に示すように、タッチパネル505は、基板510、接着層503、絶縁膜504、基板511、接着層513、及び絶縁膜515を有する。また、基板510及び基板511は、接着層360で貼り合わされている。   As shown in FIG. 46A, the touch panel 505 includes a substrate 510, an adhesive layer 503, an insulating film 504, a substrate 511, an adhesive layer 513, and an insulating film 515. In addition, the substrate 510 and the substrate 511 are bonded to each other with an adhesive layer 360.

基板510と絶縁膜504は接着層503で貼り合わされている。また、基板511と絶縁膜515は接着層513で貼り合わされている。   The substrate 510 and the insulating film 504 are attached to each other with an adhesive layer 503. The substrate 511 and the insulating film 515 are bonded to each other with an adhesive layer 513.

基板510および基板511は、可撓性を有することが好ましい。   The substrate 510 and the substrate 511 are preferably flexible.

基板、及び絶縁膜に用いることができる材料については実施の形態1を参照することができる。また、接着層に用いることができる材料については、実施の形態5を参照することができる。   Embodiment 1 can be referred to for materials that can be used for the substrate and the insulating film. For materials that can be used for the adhesive layer, Embodiment Mode 5 can be referred to.

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

画素302は、副画素302R、副画素302G、及び副画素302Bを有する(図46では副画素302Rのみ図示している)。また、副画素302Rは発光モジュール380Rを有し、副画素302Gは発光モジュール380Gを有し、副画素302Bは発光モジュール380Bを有する。   The pixel 302 includes a sub-pixel 302R, a sub-pixel 302G, and a sub-pixel 302B (only the sub-pixel 302R is illustrated in FIG. 46). The subpixel 302R includes a light emitting module 380R, the subpixel 302G includes a light emitting module 380G, and the subpixel 302B includes a light emitting module 380B.

例えば副画素302Rは、発光素子350R及び画素回路を有する。画素回路は、発光素子350Rに電力を供給することができるトランジスタ302tを含む。また、発光モジュール380Rは、発光素子350R及び光学素子(例えば赤色の光を透過する着色膜367R)を有する。   For example, the subpixel 302R includes a light emitting element 350R and a pixel circuit. The pixel circuit includes a transistor 302t that can supply power to the light-emitting element 350R. The light emitting module 380R includes a light emitting element 350R and an optical element (for example, a colored film 367R that transmits red light).

発光素子350Rは、下部電極351R、半透過電極351Ra、EL層353、及び上部電極352をこの順で積層して有する(図46(B)参照)。なお、図46(B)は図46(A)における領域555の拡大図である。   The light-emitting element 350R includes a lower electrode 351R, a semi-transmissive electrode 351Ra, an EL layer 353, and an upper electrode 352 which are stacked in this order (see FIG. 46B). Note that FIG. 46B is an enlarged view of a region 555 in FIG.

EL層353は、第1のEL層353a、中間層354、及び第2のEL層353bをこの順で積層して有する。   The EL layer 353 includes a first EL layer 353a, an intermediate layer 354, and a second EL layer 353b which are stacked in this order.

なお、発光素子350Rにマイクロキャビティ構造を配設することができる。具体的には、特定の光を効率よく取り出せるように配置された可視光を反射する膜(例えば、図46(B)における下部電極351R)及び半反射・半透過する膜(例えば、図46(B)における上部電極352)の間にEL層を配置してもよい。半透過電極351Raは光学調整層の機能を有し、副画素302R、302G、302Bの各副画素において該光学調整層を異なる膜厚とすることで、副画素ごとに特定の波長の光を効率よく取り出すことができる。なお、発光素子350Rにおいて、半透過電極351Raを設けない構成としてもよい。   Note that a microcavity structure can be provided in the light-emitting element 350R. Specifically, a film that reflects visible light (for example, the lower electrode 351R in FIG. 46B) and a semi-reflective / semi-transmissive film (for example, FIG. An EL layer may be arranged between the upper electrodes 352) in B). The semi-transmissive electrode 351Ra has a function of an optical adjustment layer, and the sub-pixels 302R, 302G, and 302B each have a different film thickness so that light of a specific wavelength can be efficiently used for each sub-pixel. Can be taken out well. Note that the light-emitting element 350R may have a structure in which the transflective electrode 351Ra is not provided.

例えば、発光モジュール380Rは、発光素子350Rと着色膜367Rに接する接着層360を有する(図46(A)参照)。   For example, the light-emitting module 380R includes the adhesive layer 360 that is in contact with the light-emitting element 350R and the coloring film 367R (see FIG. 46A).

着色膜367Rは発光素子350Rと重なる位置にある。これにより、発光素子350Rが発する光の一部は、接着層360及び着色膜367Rを透過して、図中の矢印に示すように発光モジュール380Rの外部に射出される。   The colored film 367R is in a position overlapping the light emitting element 350R. Thus, part of the light emitted from the light emitting element 350R passes through the adhesive layer 360 and the colored film 367R and is emitted to the outside of the light emitting module 380R as indicated by the arrows in the drawing.

タッチパネル505は、遮光膜367BMを有する。遮光膜367BMは、着色膜(例えば着色膜367R)を囲むように設けられている。   The touch panel 505 includes a light shielding film 367BM. The light shielding film 367BM is provided so as to surround a colored film (for example, the colored film 367R).

タッチパネル505は、反射防止層367pを表示部301に重なる位置に有する。反射防止層367pとして、例えば円偏光板を用いることができる。   The touch panel 505 has an antireflection layer 367p at a position overlapping the display portion 301. For example, a circularly polarizing plate can be used as the antireflection layer 367p.

タッチパネル505は、絶縁膜321を有する。絶縁膜321はトランジスタ302t等を覆っている。なお、絶縁膜321は画素回路や撮像画素回路に起因する凹凸を平坦化するための層として用いることができる。また、不純物のトランジスタ302t等への拡散を抑制することができる層が積層された絶縁膜を、絶縁膜321に適用することができる。本実施形態では絶縁膜321が2層の積層の例を示しているが、絶縁膜321が単層であっても、3層以上の積層であってもよい。   The touch panel 505 includes an insulating film 321. The insulating film 321 covers the transistor 302t and the like. Note that the insulating film 321 can be used as a layer for planarizing unevenness caused by a pixel circuit or an imaging pixel circuit. Further, an insulating film in which a layer capable of suppressing diffusion of impurities into the transistor 302t and the like is stacked can be applied to the insulating film 321. In this embodiment, an example in which the insulating film 321 is a two-layer stack is shown, but the insulating film 321 may be a single layer or a stack of three or more layers.

タッチパネル505は、下部電極351Rの端部に重なる隔壁328を有する。なお、基板510と基板511の間隔を制御するスペーサを、隔壁328上に有していてもよい。   The touch panel 505 includes a partition wall 328 that overlaps an end portion of the lower electrode 351R. Note that a spacer for controlling the distance between the substrate 510 and the substrate 511 may be provided over the partition wall 328.

走査線駆動回路303g(1)は、トランジスタ303t及び容量303cを含む。なお、駆動回路は画素回路と同一の工程で同一基板上に形成することができる。   The scan line driver circuit 303g (1) includes a transistor 303t and a capacitor 303c. Note that the driver circuit can be formed over the same substrate in the same process as the pixel circuit.

なお、タッチパネル505が備えるトランジスタ(例えば、トランジスタ302t、トランジスタ303t)としては、実施の形態1で説明するトランジスタ(トランジスタ150、トランジスタ150A乃至トランジスタ150G)を適用することができる。   Note that as the transistor included in the touch panel 505 (eg, the transistor 302t and the transistor 303t), the transistor described in Embodiment 1 (the transistor 150, the transistors 150A to 150G) can be used.

[タッチセンサの構成例]
以下では、タッチセンサ595のより具体的な構成例について、図面を参照して説明する。
[Configuration example of touch sensor]
Hereinafter, a more specific configuration example of the touch sensor 595 will be described with reference to the drawings.

図47(A)に、タッチセンサ595の上面概略図を示す。タッチセンサ595は、基板590上に複数の電極531、複数の電極532、複数の配線541、複数の配線542を有する。また基板590には、複数の配線541及び複数の配線542の各々と電気的に接続するFPC550が設けられている。   FIG. 47A is a schematic top view of the touch sensor 595. FIG. The touch sensor 595 includes a plurality of electrodes 531, a plurality of electrodes 532, a plurality of wirings 541, and a plurality of wirings 542 over a substrate 590. The substrate 590 is provided with an FPC 550 that is electrically connected to each of the plurality of wirings 541 and the plurality of wirings 542.

図47(B)に、図47(A)中の一点鎖線で囲った領域の拡大図を示す。電極531は、複数の菱形の電極パターンが、紙面横方向に連なった形状を有している。一列に並んだ菱形の電極パターンは、それぞれ電気的に接続されている。また電極532も同様に、複数の菱形の電極パターンが、紙面縦方向に連なった形状を有し、一列に並んだ菱形の電極パターンはそれぞれ電気的に接続されている。また、電極531と、電極532とはこれらの一部が重畳し、互いに交差している。この交差部分では電極531と電極532とが電気的に短絡(ショート)しないように、絶縁体が挟持されている。   FIG. 47B is an enlarged view of a region surrounded by a dashed line in FIG. The electrode 531 has a shape in which a plurality of rhombus electrode patterns are arranged in the horizontal direction on the paper surface. The rhomboid electrode patterns arranged in a row are electrically connected to each other. Similarly, the electrode 532 has a shape in which a plurality of rhombus electrode patterns are continuous in the vertical direction of the drawing, and the rhombus electrode patterns arranged in a row are electrically connected to each other. In addition, the electrode 531 and the electrode 532 partially overlap each other and intersect each other. At this intersection, an insulator is sandwiched so that the electrode 531 and the electrode 532 are not electrically short-circuited.

また図47(C)に示すように、電極532が菱形の形状を有する複数の電極533と、ブリッジ電極534によって構成されていてもよい。島状の電極533は、紙面縦方向に並べて配置され、ブリッジ電極534により隣接する2つの電極533が電気的に接続されている。このような構成とすることで、電極533と、電極531を同一の導電膜を加工することで同時に形成することができる。そのためこれらの膜厚のばらつきを抑制することができ、それぞれの電極の抵抗値や光透過率が場所によってばらつくことを抑制できる。なお、ここでは電極532がブリッジ電極534を有する構成としたが、電極531がこのような構成であってもよい。   In addition, as illustrated in FIG. 47C, the electrode 532 may include a plurality of electrodes 533 having a rhombus shape and a bridge electrode 534. The island-shaped electrodes 533 are arranged side by side in the vertical direction of the paper, and two adjacent electrodes 533 are electrically connected by a bridge electrode 534. With such a structure, the electrode 533 and the electrode 531 can be formed at the same time by processing the same conductive film. Therefore, variations in the film thickness can be suppressed, and variations in resistance value and light transmittance of each electrode can be suppressed depending on the location. Note that although the electrode 532 includes the bridge electrode 534 here, the electrode 531 may have such a configuration.

また、図47(D)に示すように、図47(B)で示した電極531及び532の菱形の電極パターンの内側をくりぬいて、輪郭部のみを残したような形状としてもよい。このとき、電極531及び電極532の幅が、使用者から視認されない程度に細い場合には、後述するように電極531及び電極532に金属や合金などの遮光性の材料を用いてもよい。また、図47(D)に示す電極531または電極532が、上記ブリッジ電極534を有する構成としてもよい。   In addition, as shown in FIG. 47D, the inside of the rhomboid electrode pattern of the electrodes 531 and 532 shown in FIG. 47B may be hollowed out so that only the outline portion remains. At this time, in the case where the widths of the electrode 531 and the electrode 532 are so narrow that they are not visually recognized by the user, a light-shielding material such as a metal or an alloy may be used for the electrode 531 and the electrode 532 as described later. Alternatively, the electrode 531 or the electrode 532 illustrated in FIG. 47D may include the bridge electrode 534.

1つの電極531は、1つの配線541と電気的に接続している。また1つの電極532は、1つの配線542と電気的に接続している。   One electrode 531 is electrically connected to one wiring 541. One electrode 532 is electrically connected to one wiring 542.

ここで、タッチセンサ595を表示パネルの表示面に重ねて、タッチパネルを構成する場合には、電極531及び電極532に透光性を有する導電性材料を用いることが好ましい。また、電極531及び電極532に透光性の導電性材料を用い、表示パネルからの光を電極531または電極532を介して取り出す場合には、電極531と電極532との間に、同一の導電性材料を含む導電膜をダミーパターンとして配置することが好ましい。このように、電極531と電極532との間の隙間の一部をダミーパターンにより埋めることにより、光透過率のばらつきを低減できる。その結果、タッチセンサ595を透過する光の輝度ムラを低減することができる。   Here, in the case where the touch sensor is formed by overlapping the touch sensor 595 on the display surface of the display panel, it is preferable to use a light-transmitting conductive material for the electrode 531 and the electrode 532. In the case where a light-transmitting conductive material is used for the electrode 531 and the electrode 532 and light from the display panel is extracted through the electrode 531 or the electrode 532, the same conductive property is provided between the electrode 531 and the electrode 532. It is preferable to dispose the conductive film containing a conductive material as a dummy pattern. Thus, by filling a part of the gap between the electrode 531 and the electrode 532 with the dummy pattern, the variation in light transmittance can be reduced. As a result, luminance unevenness of light transmitted through the touch sensor 595 can be reduced.

透光性を有する導電性材料としては、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などの導電性酸化物を用いることができる。なお、グラフェンを含む膜を用いることもできる。グラフェンを含む膜は、例えば膜状に形成された酸化グラフェンを含む膜を還元して形成することができる。還元する方法としては、熱を加える方法等を挙げることができる。   As the light-transmitting conductive material, a conductive oxide such as indium oxide, indium tin oxide, indium zinc oxide, zinc oxide, or zinc oxide to which gallium is added can be used. Note that a film containing graphene can also be used. The film containing graphene can be formed, for example, by reducing a film containing graphene oxide formed in a film shape. Examples of the reduction method include a method of applying heat.

または、透光性を有する程度に薄い金属または合金を用いることができる。例えば、金、銀、白金、マグネシウム、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、パラジウム、またはチタンなどの金属や、該金属を含む合金を用いることができる。または、該金属または合金の窒化物(例えば、窒化チタン)などを用いてもよい。また、上述した材料を含む導電膜のうち、2以上を積層した積層膜を用いてもよい。   Alternatively, a metal or an alloy that is thin enough to transmit light can be used. For example, a metal such as gold, silver, platinum, magnesium, nickel, tungsten, chromium, molybdenum, iron, cobalt, copper, palladium, or titanium, or an alloy containing the metal can be used. Alternatively, a nitride of the metal or alloy (eg, titanium nitride) or the like may be used. Alternatively, a stacked film in which two or more of the conductive films containing the above materials are stacked may be used.

また、電極531及び電極532には、使用者から視認されない程度に細く加工された導電膜を用いてもよい。例えば、このような導電膜を格子状(メッシュ状)に加工することで、高い導電性と表示装置の高い視認性を得ることができる。このとき、導電膜は30nm以上100μm以下、好ましくは50nm以上50μm以下、より好ましくは50nm以上20μm以下の幅である部分を有することが好ましい。特に、10μm以下のパターン幅を有する導電膜は、使用者が視認することが極めて困難となるため好ましい。   Alternatively, the electrode 531 and the electrode 532 may be a conductive film that is processed so as to be invisible to the user. For example, by processing such a conductive film in a lattice shape (mesh shape), high conductivity and high visibility of the display device can be obtained. At this time, the conductive film preferably has a portion with a width of 30 nm to 100 μm, preferably 50 nm to 50 μm, more preferably 50 nm to 20 μm. In particular, a conductive film having a pattern width of 10 μm or less is preferable because it is extremely difficult for the user to visually recognize the conductive film.

一例として、図48(A)乃至(D)に、電極531または電極532の一部(図47(B)において一点鎖線の円で囲んだ部分)を拡大した概略図を示している。図48(A)は、格子状の導電膜561を用いた場合の例を示している。このとき、導電膜561が表示装置が有する表示素子と重ならないように配置することで、表示装置からの光を遮光することがないため好ましい。その場合、格子の向きを表示素子の配列と同じ向きとし、また格子の周期を表示素子の配列の周期の整数倍とすることが好ましい。   As an example, FIGS. 48A to 48D are schematic views in which a part of the electrode 531 or the electrode 532 (a part surrounded by a one-dot chain line circle in FIG. 47B) is enlarged. FIG. 48A shows an example in which a grid-like conductive film 561 is used. At this time, it is preferable that the conductive film 561 be disposed so as not to overlap with a display element included in the display device because light from the display device is not blocked. In that case, it is preferable that the direction of the lattice is the same as the arrangement of the display elements, and the period of the lattice is an integral multiple of the period of the arrangement of the display elements.

また、図48(B)には、三角形の開口が形成されるように加工された格子状の導電膜562の例を示している。このような構成とすることで、図48(A)に示した場合に比べて抵抗をより低くすることが可能となる。   FIG. 48B shows an example of a lattice-shaped conductive film 562 processed so that a triangular opening is formed. With such a structure, the resistance can be further reduced as compared with the case illustrated in FIG.

また、図48(C)に示すように、周期性を有さないパターン形状を有する導電膜563としてもよい。このような構成とすることで、表示装置の表示部と重ねたときにモアレが生じることを抑制できる。なお、ここでモアレとは、微細な幅で等間隔に設けられた導電膜等に、外部の光等が透過するとき、又は外部の光が反射するときに、回折や干渉により生じる干渉模様をいう。   Alternatively, as illustrated in FIG. 48C, a conductive film 563 having a pattern shape without periodicity may be used. With such a configuration, it is possible to suppress the occurrence of moire when superimposed on the display unit of the display device. Note that moire here refers to an interference pattern caused by diffraction or interference when external light or the like is transmitted through a conductive film or the like provided with a minute width and at equal intervals, or when external light is reflected. Say.

また、電極531及び電極532に、導電性のナノワイヤを用いてもよい。図48(D)には、ナノワイヤ564を用いた場合の例を示している。隣接するナノワイヤ564同士が接触するように、適当な密度で分散させることにより、2次元的なネットワークが形成され、極めて透光性の高い導電膜として機能させることができる。例えば直径の平均値が1nm以上100nm以下、好ましくは5nm以上50nm以下、より好ましくは5nm以上25nm以下のナノワイヤを用いることができる。ナノワイヤ564としては、Agナノワイヤや、Cuナノワイヤ、Alナノワイヤ等の金属ナノワイヤ、または、カーボンナノチューブなどを用いることができる。例えばAgナノワイヤの場合、光透過率は89%以上、シート抵抗値は40以上100以下Ω/□を実現することができる。   Alternatively, conductive nanowires may be used for the electrode 531 and the electrode 532. FIG. 48D illustrates an example in which the nanowire 564 is used. By dispersing the adjacent nanowires 564 at an appropriate density so that the nanowires 564 are in contact with each other, a two-dimensional network is formed, and the conductive film can function as a highly light-transmitting conductive film. For example, nanowires having an average diameter of 1 nm to 100 nm, preferably 5 nm to 50 nm, more preferably 5 nm to 25 nm can be used. As the nanowire 564, an Ag nanowire, a metal nanowire such as a Cu nanowire or an Al nanowire, or a carbon nanotube can be used. For example, in the case of Ag nanowires, the light transmittance can be 89% or more and the sheet resistance value can be 40 or more and 100 or less Ω / □.

図47(A)等では、電極531及び電極532の上面形状として、複数の菱形が一方向に連なった形状とした例を示したが、電極531及び電極532の形状としてはこれに限られず、帯状(長方形状)、曲線を有する帯状、ジグザグ形状など、様々な上面形状とすることができる。また、上記では電極531と電極532とが直交するように配置されているように示しているが、これらは必ずしも直交して配置される必要はなく、2つの電極の成す角が90度未満であってもよい。   In FIG. 47A and the like, the upper surface shape of the electrode 531 and the electrode 532 is an example in which a plurality of rhombuses are connected in one direction. However, the shape of the electrode 531 and the electrode 532 is not limited thereto, Various upper surface shapes such as a belt shape (rectangular shape), a belt shape having a curve, and a zigzag shape can be used. In the above description, the electrode 531 and the electrode 532 are shown to be arranged so as to be orthogonal to each other. However, they are not necessarily arranged to be orthogonal, and the angle formed by the two electrodes is less than 90 degrees. There may be.

図49(A)乃至(C)には、電極531及び電極532に代えて、細線状の上面形状を有する電極536及び電極537を用いた場合の例を示している。図49(A)において、それぞれ直線状の電極536及び電極537が、格子状に配列している例を示している。   FIGS. 49A to 49C illustrate an example in which an electrode 536 and an electrode 537 having a thin upper surface shape are used instead of the electrode 531 and the electrode 532. FIG. 49A shows an example in which linear electrodes 536 and 537 are arranged in a grid pattern.

また、図49(B)では、電極536及び電極537がジグザグ状の上面形状を有する場合の例を示している。このとき、図49(B)に示すように、それぞれの直線部分の中心位置を重ねるのではなく、相対的にずらして配置することで、電極536と電極537とが平行に対向する部分の長さを長くすることができ、電極間の相互容量が高められ、検出感度が向上するため好ましい。または、図49(C)に示すように、電極536及び電極537の上面形状として、ジグザグ形状の直線部分の一部が突出した形状とすると、当該直線部分の中心位置を重ねて配置しても、対向する部分の長さを長くすることができるため電極間の相互容量を高めることができる。   FIG. 49B illustrates an example in which the electrode 536 and the electrode 537 have zigzag upper surface shapes. At this time, as shown in FIG. 49 (B), the center positions of the respective straight line portions are not overlapped, but are arranged relatively shifted so that the length of the portion where the electrode 536 and the electrode 537 face each other in parallel is long. The length can be increased, the mutual capacitance between the electrodes is increased, and the detection sensitivity is improved, which is preferable. Alternatively, as illustrated in FIG. 49C, if the upper surface shape of the electrode 536 and the electrode 537 is a shape in which a part of the zigzag linear portion protrudes, the center positions of the linear portions may be overlapped. Since the lengths of the opposing portions can be increased, the mutual capacitance between the electrodes can be increased.

図49(B)中の一点鎖線で囲った領域の拡大図を図50(A)(B)(C)に、図49(C)中の一点鎖線で囲った領域の拡大図を図50(D)(E)(F)にそれぞれ示す。また各図には電極536、電極537、およびこれらが交差する交差部538を示している。図50(B)、(E)に示すように、図50(A)、(D)における電極536及び電極537の直線部分が、角部を有するように蛇行する形状であってもよいし、図50(C)、(F)に示すように、曲線が連続するように蛇行する形状であってもよい。   FIGS. 50A, 50B, and 50C are enlarged views of the region surrounded by the alternate long and short dash line in FIG. 49B, and FIGS. 50A and 50B are enlarged views of the region surrounded by the alternate long and short dashed line in FIG. D) (E) and (F) respectively. In each figure, an electrode 536, an electrode 537, and an intersection 538 where these intersect are shown. As shown in FIGS. 50B and 50E, the straight portions of the electrodes 536 and 537 in FIGS. 50A and 50D may be meandering so as to have corners, As shown in FIGS. 50C and 50F, it may have a meandering shape so that the curve is continuous.

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

(実施の形態7)
本実施の形態では、実施の形態5に示したEL素子785、および実施の形態6に示した発光素子350Rに用いることができる発光素子の構成例について説明する。なお、本実施の形態に示すEL層220が、他の実施の形態に示したEL層786およびEL層353に相当する。
(Embodiment 7)
In this embodiment, structural examples of light-emitting elements that can be used for the EL element 785 described in Embodiment 5 and the light-emitting element 350R described in Embodiment 6 will be described. Note that the EL layer 220 described in this embodiment corresponds to the EL layer 786 and the EL layer 353 described in the other embodiments.

<発光素子の構成>
図51(A)に示す発光素子230は、一対の電極(電極218、電極222)間にEL層220が挟まれた構造を有する。なお、以下の本実施の形態の説明においては、例として、電極218を陽極として用い、電極222を陰極として用いるものとする。
<Configuration of light emitting element>
A light-emitting element 230 illustrated in FIG. 51A has a structure in which an EL layer 220 is sandwiched between a pair of electrodes (an electrode 218 and an electrode 222). Note that in the following description of this embodiment, as an example, the electrode 218 is used as an anode and the electrode 222 is used as a cathode.

また、EL層220は、少なくとも発光層を含んで形成されていればよく、発光層以外の機能層を含む積層構造であっても良い。発光層以外の機能層としては、正孔注入性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、電子輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、バイポーラ性(電子及び正孔の輸送性の高い物質)の物質等を含む層を用いることができる。具体的には、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層等の機能層を適宜組み合わせて用いることができる。   Further, the EL layer 220 may be formed including at least a light emitting layer, and may have a stacked structure including a functional layer other than the light emitting layer. As the functional layer other than the light emitting layer, a substance having a high hole-injecting property, a substance having a high hole-transporting property, a substance having a high electron-transporting property, a substance having a high electron-injecting property, A layer containing a high substance) or the like can be used. Specifically, functional layers such as a hole injection layer, a hole transport layer, an electron transport layer, and an electron injection layer can be used in appropriate combination.

図51(A)に示す発光素子230は、電極218と電極222との間に与えられた電位差により電流が流れ、EL層220において正孔と電子とが再結合し、発光するものである。つまりEL層220に発光領域が形成されるような構成となっている。   In the light-emitting element 230 illustrated in FIG. 51A, a current flows due to a potential difference applied between the electrode 218 and the electrode 222, and holes and electrons are recombined in the EL layer 220 to emit light. In other words, a light emitting region is formed in the EL layer 220.

本発明において、発光素子230からの発光は、電極218、または電極222側から外部に取り出される。従って、電極218、または電極222のいずれか一方は透光性を有する物質で成る。   In the present invention, light emitted from the light emitting element 230 is extracted to the outside from the electrode 218 or the electrode 222 side. Therefore, either the electrode 218 or the electrode 222 is formed using a light-transmitting substance.

なお、EL層220は図51(B)に示す発光素子231のように、電極218と電極222との間に複数積層されていても良い。n層(nは2以上の自然数)の積層構造を有する場合には、m番目(mは、1以上かつnより小さい自然数)のEL層220と、(m+1)番目のEL層220との間には、それぞれ電荷発生層220aを設けることが好ましい。電極218と電極222を除く構成が上記実施の形態のEL層117に相当する。   Note that a plurality of EL layers 220 may be stacked between the electrode 218 and the electrode 222 as in the light-emitting element 231 illustrated in FIG. In the case of an n-layer (n is a natural number of 2 or more) layered structure, between the mth (m is a natural number of 1 or more and smaller than n) EL layer 220 and the (m + 1) th EL layer 220 In this case, it is preferable to provide the charge generation layer 220a. The structure excluding the electrode 218 and the electrode 222 corresponds to the EL layer 117 in the above embodiment.

電荷発生層220aは、有機化合物と金属酸化物の複合材料を用いて形成することができる。金属酸化物としては、例えば、酸化バナジウムや酸化モリブデンや酸化タングステン等が挙げられる。有機化合物としては、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、または、それらを基本骨格とするオリゴマー、デンドリマー、ポリマー等など、種々の化合物を用いることができる。なお、有機化合物としては、正孔輸送性有機化合物として正孔移動度が10−6cm/Vs以上であるものを適用することが好ましい。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。なお、電荷発生層220aに用いるこれらの材料は、キャリア注入性、キャリア輸送性に優れているため、発光素子230の低電流駆動、および低電圧駆動を実現することができる。上記複合材料以外にも、上記金属酸化物、有機化合物とアルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物などを電荷発生層220aに用いることができる。 The charge generation layer 220a can be formed using a composite material of an organic compound and a metal oxide. Examples of the metal oxide include vanadium oxide, molybdenum oxide, and tungsten oxide. As the organic compound, various compounds such as an aromatic amine compound, a carbazole derivative, an aromatic hydrocarbon, an oligomer having such a basic skeleton, a dendrimer, and a polymer can be used. As the organic compound, it is preferable to use a hole transporting organic compound having a hole mobility of 10 −6 cm 2 / Vs or more. Note that other than these substances, any substance that has a property of transporting more holes than electrons may be used. Note that these materials used for the charge generation layer 220a are excellent in carrier-injection property and carrier-transport property, and thus can realize low-current driving and low-voltage driving of the light-emitting element 230. In addition to the composite material, the above-described metal oxide, organic compound and alkali metal, alkaline earth metal, alkali metal compound, alkaline earth metal compound, or the like can be used for the charge generation layer 220a.

なお、電荷発生層220aは、有機化合物と金属酸化物の複合材料と他の材料とを組み合わせて形成してもよい。例えば、有機化合物と金属酸化物の複合材料を含む層と、電子供与性物質の中から選ばれた一の化合物と電子輸送性の高い化合物とを含む層とを組み合わせて形成してもよい。また、有機化合物と金属酸化物の複合材料を含む層と、透明導電膜とを組み合わせて形成してもよい。   Note that the charge generation layer 220a may be formed by combining a composite material of an organic compound and a metal oxide with another material. For example, a layer including a composite material of an organic compound and a metal oxide may be combined with a layer including one compound selected from electron donating substances and a compound having a high electron transporting property. Alternatively, a layer including a composite material of an organic compound and a metal oxide may be combined with a transparent conductive film.

このような構成を有する発光素子231は、隣接するEL層220同士でのエネルギーの移動が起こり難く、高い発光効率と長い寿命とを併せ持つ発光素子とすることが容易である。また、一方の発光層で燐光発光、他方で蛍光発光を得ることも容易である。   The light-emitting element 231 having such a structure hardly transfers energy between the adjacent EL layers 220 and can be easily formed as a light-emitting element having both high light emission efficiency and a long lifetime. It is also easy to obtain phosphorescence emission with one emission layer and fluorescence emission with the other.

なお、電荷発生層220aとは、電極218と電極222に電圧を印加したときに、電荷発生層220aに接して形成される一方のEL層220に対して正孔を注入する機能を有し、他方のEL層220に電子を注入する機能を有する。   Note that the charge generation layer 220a has a function of injecting holes into one EL layer 220 formed in contact with the charge generation layer 220a when a voltage is applied to the electrodes 218 and 222, It has a function of injecting electrons into the other EL layer 220.

図51(B)に示す発光素子231は、EL層220に用いる発光材料の種類を変えることにより様々な発光色を得ることができる。また、発光材料として発光色の異なる複数の発光材料を用いることにより、ブロードなスペクトルの発光や白色発光を得ることもできる。   The light-emitting element 231 illustrated in FIG. 51B can obtain various emission colors by changing the type of the light-emitting material used for the EL layer 220. Further, by using a plurality of light emitting materials having different emission colors as the light emitting material, broad spectrum light emission or white light emission can be obtained.

図51(B)に示す発光素子231を用いて、白色発光を得る場合、複数のEL層の組み合わせとしては、赤、青及び緑色の光を含んで白色に発光する構成であればよく、例えば、青色の蛍光材料を発光材料として含むEL層と、緑色と赤色の燐光材料を発光材料として含むEL層を有する構成が挙げられる。また、赤色の発光を示すEL層と、緑色の発光を示すEL層と、青色の発光を示すEL層とを有する構成とすることもできる。または、補色の関係にある光を発するEL層を有する構成であっても白色発光が得られる。EL層が2層積層された積層型素子において、これらのEL層からの発光色を補色の関係にする場合、補色の関係としては、青色と黄色、あるいは青緑色と赤色の組合せなどが挙げられる。   When white light emission is obtained using the light-emitting element 231 illustrated in FIG. 51B, the combination of the plurality of EL layers may be any structure that emits white light including red, blue, and green light. And a structure having an EL layer containing a blue fluorescent material as a light emitting material and an EL layer containing green and red phosphorescent materials as a light emitting material. Alternatively, an EL layer that emits red light, an EL layer that emits green light, and an EL layer that emits blue light can be used. Alternatively, white light emission can be obtained even with a structure having an EL layer that emits light in a complementary color relationship. In a stacked element in which two EL layers are stacked, when the emission colors from these EL layers are in a complementary color relationship, the complementary color relationship may be a combination of blue and yellow or blue-green and red. .

上述した積層型素子の構成において、積層される発光層の間に電荷発生層を配置することにより、電流密度を低く保ったまま高輝度発光が得られ、また、長寿命素子を実現することができる。   In the structure of the stacked element described above, by arranging the charge generation layer between the stacked light emitting layers, high luminance light emission can be obtained while keeping the current density low, and a long life element can be realized. it can.

なお、発光材料としては量子ドットも用いることができる。量子ドットは、数nmサイズの半導体ナノ結晶であり、1×10個から1×10個程度の原子から構成されている。量子ドットはサイズに依存してエネルギーシフトするため、同じ物質から構成される量子ドットであっても、サイズによって発光波長が異なり、用いる量子ドットのサイズを変更することによって容易に発光波長を調整することができる。 Note that quantum dots can also be used as the light emitting material. A quantum dot is a semiconductor nanocrystal having a size of several nm, and is composed of about 1 × 10 3 to 1 × 10 6 atoms. Quantum dots shift their energy depending on their size, so even if the quantum dots are made of the same material, the emission wavelength differs depending on the size, and the emission wavelength can be easily adjusted by changing the size of the quantum dots used be able to.

また、量子ドットは、発光スペクトルのピーク幅が狭いため、色純度のよい発光を得ることができる。さらに、量子ドットの理論的な内部量子効率はほぼ100%であると言われており、蛍光発光を呈する有機化合物の25%を大きく上回り、燐光発光を呈する有機化合物と同等となっている。このことから、量子ドットを発光材料として用いることによって発光効率の高い発光素子を得ることができる。その上、無機化合物である量子ドットはその本質的な安定性にも優れているため、寿命の観点からも好ましい発光素子を得ることができる。 In addition, since the quantum dot has a narrow emission spectrum peak width, light emission with good color purity can be obtained. Furthermore, the theoretical internal quantum efficiency of quantum dots is said to be almost 100%, which is much higher than 25% of organic compounds that exhibit fluorescence and is equivalent to organic compounds that exhibit phosphorescence. For this reason, a light-emitting element with high emission efficiency can be obtained by using quantum dots as a light-emitting material. In addition, since the quantum dot which is an inorganic compound is excellent in the essential stability, a preferable light-emitting element can be obtained from the viewpoint of life.

量子ドットを構成する材料としては、周期表第14族元素、周期表第15族元素、周期表第16族元素、複数の周期表第14族元素からなる化合物、周期表第4族から周期表第14族に属する元素と周期表第16族元素との化合物、周期表第2族元素と周期表第16族元素との化合物、周期表第13族元素と周期表第15族元素との化合物、周期表第13族元素と周期表第17族元素との化合物、周期表第14族元素と周期表第15族元素との化合物、周期表第11族元素と周期表第17族元素との化合物、酸化鉄類、酸化チタン類、カルコゲナイドスピネル類、各種半導体クラスターなどを挙げることができる。 Materials constituting the quantum dot include periodic table group 14 element, periodic table group 15 element, periodic table group 16 element, compound composed of a plurality of periodic table group 14 elements, periodic table group 4 to periodic table. Compound of group 14 element and periodic table group 16 element, periodic table group 2 element and periodic table group 16 element, periodic table group 13 element and periodic table group 15 element A compound of a periodic table group 13 element and a periodic table group 17 element, a compound of a periodic table group 14 element and a periodic table group 15 element, a periodic table group 11 element and a periodic table group 17 element Examples thereof include compounds, iron oxides, titanium oxides, chalcogenide spinels, and various semiconductor clusters.

具体的には、セレン化カドミウム、硫化カドミウム、テルル化カドミウム、セレン化亜鉛、酸化亜鉛、硫化亜鉛、テルル化亜鉛、硫化水銀、セレン化水銀、テルル化水銀、砒化インジウム、リン化インジウム、砒化ガリウム、リン化ガリウム、窒化インジウム、窒化ガリウム、アンチモン化インジウム、アンチモン化ガリウム、リン化アルミニウム、砒化アルミニウム、アンチモン化アルミニウム、セレン化鉛、テルル化鉛、硫化鉛、セレン化インジウム、テルル化インジウム、硫化インジウム、セレン化ガリウム、硫化砒素、セレン化砒素、テルル化砒素、硫化アンチモン、セレン化アンチモン、テルル化アンチモン、硫化ビスマス、セレン化ビスマス、テルル化ビスマス、ケイ素、炭化ケイ素、ゲルマニウム、錫、セレン、テルル、ホウ素、炭素、リン、窒化ホウ素、リン化ホウ素、砒化ホウ素、窒化アルミニウム、硫化アルミニウム、硫化バリウム、セレン化バリウム、テルル化バリウム、硫化カルシウム、セレン化カルシウム、テルル化カルシウム、硫化ベリリウム、セレン化ベリリウム、テルル化ベリリウム、硫化マグネシウム、セレン化マグネシウム、硫化ゲルマニウム、セレン化ゲルマニウム、テルル化ゲルマニウム、硫化錫、セレン化錫、テルル化錫、酸化鉛、フッ化銅、塩化銅、臭化銅、ヨウ化銅、酸化銅、セレン化銅、酸化ニッケル、酸化コバルト、硫化コバルト、四酸化三鉄、硫化鉄、酸化マンガン、硫化モリブデン、酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ジルコニウム、窒化ケイ素、窒化ゲルマニウム、酸化アルミニウム、チタン酸バリウム、セレンと亜鉛とカドミウムの化合物、インジウムと砒素とリンの化合物、カドミウムとセレンと硫黄の化合物、カドミウムとセレンとテルルの化合物、インジウムとガリウムと砒素の化合物、インジウムとガリウムとセレンの化合物、インジウムとセレンと硫黄の化合物、銅とインジウムと硫黄の化合物およびこれらの組合せなどを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。また、組成が任意の比率で表される、いわゆる合金型量子ドットを用いても良い。例えば、カドミウムとセレンと硫黄の合金型量子ドットは、元素の含有比率を変化させることで発光波長を変えることができるため、青色発光を得るには有効な手段の一つである。 Specifically, cadmium selenide, cadmium sulfide, cadmium telluride, zinc selenide, zinc oxide, zinc sulfide, zinc telluride, mercury sulfide, mercury selenide, mercury telluride, indium arsenide, indium phosphide, gallium arsenide , Gallium phosphide, indium nitride, gallium nitride, indium antimonide, gallium phosphide, aluminum arsenide, aluminum arsenide, aluminum antimonide, lead selenide, lead telluride, lead sulfide, indium selenide, indium telluride, sulfide Indium, gallium selenide, arsenic sulfide, arsenic selenide, arsenic telluride, antimony sulfide, antimony selenide, antimony telluride, bismuth sulfide, bismuth selenide, bismuth telluride, silicon, silicon carbide, germanium, tin, selenium, Tellurium, Hou , Carbon, phosphorus, boron nitride, boron phosphide, boron arsenide, aluminum nitride, aluminum sulfide, barium sulfide, barium selenide, barium telluride, calcium sulfide, calcium selenide, calcium telluride, beryllium sulfide, beryllium selenide, Beryllium telluride, magnesium sulfide, magnesium selenide, germanium sulfide, germanium selenide, germanium telluride, tin sulfide, tin selenide, tin telluride, lead oxide, copper fluoride, copper chloride, copper bromide, copper iodide , Copper oxide, copper selenide, nickel oxide, cobalt oxide, cobalt sulfide, triiron tetroxide, iron oxide, manganese oxide, molybdenum sulfide, vanadium oxide, tungsten oxide, tantalum oxide, titanium oxide, zirconium oxide, silicon nitride, nitride Germanium, aluminum oxide Barium titanate, selenium, zinc and cadmium compound, indium, arsenic and phosphorus compound, cadmium, selenium and sulfur compound, cadmium, selenium and tellurium compound, indium, gallium and arsenic compound, indium, gallium and selenium compound Examples thereof include, but are not limited to, compounds of indium, selenium, and sulfur, compounds of copper, indium, and sulfur, and combinations thereof. Moreover, you may use what is called an alloy type quantum dot whose composition is represented by arbitrary ratios. For example, an alloy type quantum dot of cadmium, selenium, and sulfur is one of effective means for obtaining blue light emission because the emission wavelength can be changed by changing the content ratio of elements.

量子ドットの構造としては、コア型、コア−シェル型、コア−マルチシェル型などがあり、そのいずれを用いても良いが、コアを覆ってより広いバンドギャップを持つ別の無機材料でシェルを形成することによって、ナノ結晶表面に存在する欠陥やダングリングボンドの影響を低減することができる。これにより、発光の量子効率が大きく改善するためコア−シェル型やコア−マルチシェル型の量子ドットを用いることが好ましい。シェルの材料の例としては、硫化亜鉛や酸化亜鉛が挙げられる。 The structure of the quantum dot includes a core type, a core-shell type, and a core-multishell type, and any of them may be used, but the shell is covered with another inorganic material that covers the core and has a wider band gap. By forming, the influence of defects and dangling bonds existing on the nanocrystal surface can be reduced. Thereby, in order to greatly improve the quantum efficiency of light emission, it is preferable to use a core-shell type or core-multishell type quantum dot. Examples of the shell material include zinc sulfide and zinc oxide.

また、量子ドットは、表面原子の割合が高いことから、反応性が高く、凝集が起こりやすい。そのため、量子ドットの表面には保護剤が付着している又は保護基が設けられていることが好ましい。当該保護剤が付着している又は保護基が設けられていることによって、凝集を防ぎ、溶媒への溶解性を高めることができる。また、反応性を低減させ、電気的安定性を向上させることも可能である。保護剤(又は保護基)としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類、トリプロピルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリヘキシルホスフィン、トリオクチルホスフィン等のトリアルキルホスフィン類、ポリオキシエチレンn−オクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンn−ノニルフェニルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル類、トリ(n−ヘキシル)アミン、トリ(n−オクチル)アミン、トリ(n−デシル)アミン等の第3級アミン類、トリプロピルホスフィンオキシド、トリブチルホスフィンオキシド、トリヘキシルホスフィンオキシド、トリオクチルホスフィンオキシド、トリデシルホスフィンオキシド等の有機リン化合物、ポリエチレングリコールジラウレート、ポリエチレングリコールジステアレート等のポリエチレングリコールジエステル類、また、ピリジン、ルチジン、コリジン、キノリン類等の含窒素芳香族化合物等の有機窒素化合物、ヘキシルアミン、オクチルアミン、デシルアミン、ドデシルアミン、テトラデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オクタデシルアミン等のアミノアルカン類、ジブチルスルフィド等のジアルキルスルフィド類、ジメチルスルホキシドやジブチルスルホキシド等のジアルキルスルホキシド類、チオフェン等の含硫黄芳香族化合物等の有機硫黄化合物、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸等の高級脂肪酸、アルコール類、ソルビタン脂肪酸エステル類、脂肪酸変性ポリエステル類、3級アミン変性ポリウレタン類、ポリエチレンイミン類等が挙げられる。 In addition, since the quantum dots have a high ratio of surface atoms, they are highly reactive and tend to aggregate. Therefore, it is preferable that a protective agent is attached or a protective group is provided on the surface of the quantum dots. Aggregation can be prevented and solubility in a solvent can be increased by attaching the protective agent or providing a protective group. It is also possible to reduce the reactivity and improve the electrical stability. Examples of the protecting agent (or protecting group) include polyoxyethylene alkyl ethers such as polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene oleyl ether, tripropylphosphine, tributylphosphine, trihexylphosphine, Trialkylphosphines such as octylphosphine, polyoxyethylene alkylphenyl ethers such as polyoxyethylene n-octylphenyl ether, polyoxyethylene n-nonylphenyl ether, tri (n-hexyl) amine, tri (n-octyl) Tertiary amines such as amine and tri (n-decyl) amine, tripropylphosphine oxide, tributylphosphine oxide, trihexylphosphine oxide, trioctylphosphite Organic phosphorus compounds such as oxide and tridecylphosphine oxide, polyethylene glycol diesters such as polyethylene glycol dilaurate and polyethylene glycol distearate, and organic nitrogen compounds such as nitrogen-containing aromatic compounds such as pyridine, lutidine, collidine and quinolines , Hexylamine, octylamine, decylamine, dodecylamine, tetradecylamine, hexadecylamine, octadecylamine and other amino alkanes, dibutyl sulfide and other dialkyl sulfides, dimethyl sulfoxide and dibutyl sulfoxide and other dialkyl sulfoxides, and thiophene Organic sulfur compounds such as sulfur-containing aromatic compounds, higher fatty acids such as palmitic acid, stearic acid, oleic acid, alcohols, sorbitan fatty acid esters Fatty acid modified polyesters, tertiary amine modified polyurethanes and polyethylene imines, and the like.

量子ドットは、サイズが小さくなるに従いバンドギャップが大きくなるため、所望の波長の光が得られるようにそのサイズを適宜調節する。結晶サイズが小さくなるにつれて、量子ドットの発光は青色側へ、つまり、高エネルギー側へとシフトするため、量子ドットのサイズを変化させることにより、紫外領域、可視領域、赤外領域のスペクトルの波長領域にわたって、その発光波長を調節することができる。量子ドットのサイズ(直径)は0.5nm乃至20nm、好ましくは1nm乃至10nmの範囲のものが通常良く用いられる。なお、量子ドットはそのサイズ分布が狭いほど、より発光スペクトルが狭線化し、色純度の良好な発光を得ることができる。また、量子ドットの形状は特に限定されず、球状、棒状、円盤状、その他の形状であってもよい。なお、棒状の量子ドットである量子ロッドはc軸方向に偏光した指向性を有する光を呈するため、量子ロッドを発光材料として用いることにより、より外部量子効率が良好な発光素子を得ることができる。 Since the quantum dot has a band gap that increases as the size decreases, the size of the quantum dot is appropriately adjusted so that light having a desired wavelength can be obtained. As the crystal size decreases, the emission of quantum dots shifts to the blue side, that is, to the higher energy side, so changing the size of the quantum dots changes the wavelength of the spectrum in the ultraviolet, visible, and infrared regions. The emission wavelength can be adjusted over a region. The size (diameter) of the quantum dots is usually 0.5 nm to 20 nm, preferably 1 nm to 10 nm. In addition, as the quantum dot has a narrower size distribution, the emission spectrum becomes narrower and light emission with good color purity can be obtained. The shape of the quantum dots is not particularly limited, and may be spherical, rod-shaped, disk-shaped, or other shapes. In addition, since the quantum rod which is a rod-shaped quantum dot exhibits the light which has the directivity polarized in the c-axis direction, the light emitting element with more favorable external quantum efficiency can be obtained by using a quantum rod as a luminescent material. .

ところで、EL素子では多くの場合、発光材料をホスト材料に分散することによって発光効率を高めるが、ホスト材料は発光材料以上の一重項励起エネルギー又は三重項励起エネルギーを有する物質であることが必要である。特に青色燐光材料を用いる場合においては、それ以上の三重項励起エネルギーを有する材料であり、且つ、寿命の観点で優れたホスト材料の開発は困難を極めている。ここで、量子ドットはホスト材料を用いずに量子ドットのみで発光層を構成しても発光効率を保つことができるため、この点でも寿命という観点から好ましい発光素子を得ることができる。量子ドットのみで発光層を形成する場合には、量子ドットはコア−シェル構造(コア−マルチシェル構造を含む)であることが好ましい。 By the way, in many EL elements, luminous efficiency is improved by dispersing a luminescent material in a host material. However, the host material needs to be a substance having singlet excitation energy or triplet excitation energy higher than that of the luminescent material. is there. In particular, when a blue phosphorescent material is used, it is extremely difficult to develop a host material having a triplet excitation energy higher than that and having an excellent lifetime. Here, since the quantum dots can maintain the light emission efficiency even if the light emitting layer is composed of only the quantum dots without using a host material, a light emitting element that is preferable from this point of view can also be obtained. When the light emitting layer is formed only with quantum dots, the quantum dots preferably have a core-shell structure (including a core-multishell structure).

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

(実施の形態8)
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を有する表示モジュール及び電子機器について、図52及び図53を用いて説明を行う。
(Embodiment 8)
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52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. 52 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, and a battery between the upper cover 8001 and the 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52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. 52 illustrates the configuration in which the light source 8008 is provided over the backlight 8007, the 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 be omitted.

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53(A)乃至図53(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。   FIG. 53A to FIG. 53G illustrate electronic devices. 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53(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53(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53(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53(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53(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53(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53(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. 53A illustrates a mobile computer which can include a switch 5009, an infrared port 5010, and the like in addition to the above components. FIG. 53B 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. 53C 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. 53D illustrates a portable game machine that can include the memory medium reading portion 5011 and the like in addition to the above objects. FIG. 53E 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. 53F 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. 53G 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53(A)乃至図53(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53(A)乃至図53(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. 53A to 53G 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. 53A to 53G are not limited to these, and can have various functions.

図53(H)は、スマートウオッチであり、筐体7302、表示パネル7304、操作ボタン7311、7312、接続端子7313、バンド7321、留め金7322、等を有する。   FIG. 53H illustrates a smart watch, which includes a housing 7302, a display panel 7304, operation buttons 7311 and 7312, a connection terminal 7313, a band 7321, a clasp 7322, and the like.

ベゼル部分を兼ねる筐体7302に搭載された表示パネル7304は、非矩形状の表示領域を有している。なお、表示パネル7304としては、矩形状の表示領域としてもよい。表示パネル7304は、時刻を表すアイコン7305、その他のアイコン7306等を表示することができる。   A display panel 7304 mounted on a housing 7302 also serving as a bezel portion has a non-rectangular display region. Note that the display panel 7304 may have a rectangular display region. The display panel 7304 can display an icon 7305 indicating time, another icon 7306, and the like.

なお、図53(H)に示すスマートウオッチは、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。   Note that the smart watch illustrated in FIG. 53H 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.

また、筐体7302の内部に、スピーカ、センサ(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの)、マイクロフォン等を有することができる。なお、スマートウオッチは、発光素子をその表示パネル7304に用いることにより作製することができる。   In addition, a speaker, a sensor (force, displacement, position, velocity, acceleration, angular velocity, rotation speed, distance, light, liquid, magnetism, temperature, chemical substance, sound, time, hardness, electric field, current are included in the housing 7302. , Voltage, power, radiation, flow rate, humidity, gradient, vibration, odor or infrared measurement function), microphone, and the like. Note that a smart watch can be manufactured by using a light-emitting element for the display panel 7304.

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、実施の形態3乃至5のいずれか一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 one of Embodiments 3 to 5 can be applied to the display portion.

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

11 基板
12 絶縁膜
13 導電膜
14 絶縁膜
15 絶縁膜
16 絶縁膜
17 絶縁膜
18 酸化物半導体膜
18_1 ソースドレイン領域
18_2 ソースドレイン領域
18i チャネル領域
19a 酸化物半導体膜
19b 酸化物半導体膜
19c コモン電極
21a 導電膜
21b 導電膜
21c 導電膜
27 絶縁膜
29 導電膜
51 液晶素子
52 トランジスタ
55 容量素子
62 配線
70 画素
70a 画素
70b 画素
70c 画素
70d 画素
70e 画素
70f 画素
71 画素部
74 走査線駆動回路
75 コモン線
76 信号線駆動回路
77 走査線
78 配線
79 信号線
80 表示装置
100 半導体装置
100A 半導体装置
100B 半導体装置
100C 半導体装置
100D 半導体装置
100E 半導体装置
100F 半導体装置
100G 半導体装置
102 基板
104 絶縁膜
106 ゲート電極
107 酸化物半導体膜
108 酸化物半導体膜
108_1 酸化物半導体膜
108_2 酸化物半導体膜
108_3 酸化物半導体膜
108b 酸化物半導体膜
108d ドレイン領域
108f 領域
108i チャネル領域
108s ソース領域
110 絶縁膜
110_0 絶縁膜
111 酸化物半導体膜
111_0 酸化物半導体膜
111a 酸化物半導体膜
111b 酸化物半導体膜
112 導電膜
112_0 導電膜
116 絶縁膜
117 EL層
118 絶縁膜
120a 導電膜
120b 導電膜
120c 導電膜
122 絶縁膜
123 導電膜
124 導電膜
140 マスク
141a 開口部
141b 開口部
142 開口部
143 開口部
144 開口部
145 開口部
150 トランジスタ
150A トランジスタ
150B トランジスタ
150C トランジスタ
150D トランジスタ
150E トランジスタ
150F トランジスタ
150G トランジスタ
160 容量素子
218 電極
220 EL層
220a 電荷発生層
222 電極
230 発光素子
231 発光素子
301 表示部
302 画素
302B 副画素
302G 副画素
302R 副画素
302t トランジスタ
303c 容量
303g 走査線駆動回路
303s 画像信号線駆動回路
303t トランジスタ
311 配線
319 端子
321 絶縁膜
328 隔壁
350R 発光素子
351R 下部電極
351Ra 半透過電極
352 上部電極
353 EL層
353a EL層
353b EL層
354 中間層
360 接着層
367BM 遮光膜
367p 反射防止層
367R 着色膜
380B 発光モジュール
380G 発光モジュール
380R 発光モジュール
400a 画素
400b 画素
401 パルス電圧出力回路
402 電流検出回路
403 容量
410 タッチパネル
411 基板
412 基板
413 FPC
414 導電膜
419a 導電膜
419b 導電膜
420a 液晶素子
420b 液晶素子
421 電極
422 電極
423 液晶
424 絶縁膜
426 開口部
428a 導電膜
428b 導電膜
429a 導電膜
429b 導電膜
431 着色膜
453 配線
454 配線
459a センサ電極
459b センサ電極
461 配線
463 トランジスタ
464 液晶素子
465_1 ブロック
465_2 ブロック
467_1 ブロック
467_4 ブロック
471 電極
471_1 電極
471_2 電極
472 電極
472_1 電極
472_4 電極
501 表示部
503 接着層
504 絶縁膜
505 タッチパネル
509 FPC
510 基板
511 基板
513 接着層
515 絶縁膜
531 電極
532 電極
533 電極
534 ブリッジ電極
536 電極
537 電極
538 交差部
541 配線
542 配線
550 FPC
555 領域
561 導電膜
562 導電膜
563 導電膜
564 ナノワイヤ
590 基板
591 電極
592 電極
593 絶縁膜
594 配線
595 タッチセンサ
597 接着層
598 配線
599 接続層
601 基板
602 基板
604 絶縁膜
606 ゲート配線
607 容量配線
609 容量配線
611b 画素電極
612b 画素電極
616 絶縁膜
618 絶縁膜
620a 配線
620b ドレイン電極
622 絶縁膜
629 トランジスタ
630 容量素子
641b 開口部
650 トランジスタ
651 トランジスタ
661 容量素子
662 容量素子
671 コモン電極
672 スリット
673 着色膜
674 スリット
675 突起
677 配向膜
678 配向膜
680 液晶層
681 液晶素子
682 液晶素子
700A 表示装置
700B 表示装置
700C 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
746 配向膜
748 配向膜
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
781 接着層
782 導電膜
783 絶縁膜
784 導電膜
785 EL素子
786 EL層
790 容量素子
791 異方性導電膜
4616 配線
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
7302 筐体
7304 表示パネル
7305 アイコン
7306 アイコン
7311 操作ボタン
7312 操作ボタン
7313 接続端子
7321 バンド
7322 留め金
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
11 Substrate 12 Insulating film 13 Conductive film 14 Insulating film 15 Insulating film 16 Insulating film 17 Insulating film 17 Oxide semiconductor film 18_1 Source / drain region 18_2 Source / drain region 18i Channel region 19a Oxide semiconductor film 19b Oxide semiconductor film 19c Common electrode 21a Conductive film 21b Conductive film 21c Conductive film 27 Insulating film 29 Conductive film 51 Liquid crystal element 52 Transistor 55 Capacitor element 62 Wiring 70 Pixel 70a Pixel 70b Pixel 70c Pixel 70d Pixel 70e Pixel 70f Pixel 71 Pixel portion 74 Scan line drive circuit 75 Common line 76 Signal line driver circuit 77 Scan line 78 Wire 79 Signal line 80 Display device 100 Semiconductor device 100A Semiconductor device 100B Semiconductor device 100C Semiconductor device 100D Semiconductor device 100E Semiconductor device 100F Semiconductor device 100G Semiconductor device 102 Substrate 04 insulating film 106 gate electrode 107 oxide semiconductor film 108 oxide semiconductor film 108_1 oxide semiconductor film 108_2 oxide semiconductor film 108_3 oxide semiconductor film 108b oxide semiconductor film 108d drain region 108f region 108i channel region 108s source region 110 insulating film 110_0 insulating film 111 oxide semiconductor film 111_0 oxide semiconductor film 111a oxide semiconductor film 111b oxide semiconductor film 112 conductive film 112_0 conductive film 116 insulating film 117 EL layer 118 insulating film 120a conductive film 120b conductive film 120c conductive film 122 insulating film 123 conductive film 124 conductive film 140 mask 141a opening 141b opening 142 opening 143 opening 144 opening 145 opening 150 transistor 150A transistor 150B transistor 150 C transistor 150D transistor 150E transistor 150F transistor 150G transistor 160 capacitor element 218 electrode 220 EL layer 220a charge generation layer 222 electrode 230 light emitting element 231 light emitting element 301 display unit 302 pixel 302B subpixel 302G subpixel 302R subpixel 302t transistor 303c capacitor 303g scanning Line driver circuit 303s Image signal line driver circuit 303t Transistor 311 Wiring 319 Terminal 321 Insulating film 328 Partition 350R Light emitting element 351R Lower electrode 351Ra Transflective electrode 352 Upper electrode 353 EL layer 353a EL layer 353b EL layer 354 Intermediate layer 360 Adhesive layer 367BM Light shielding Film 367p Antireflection layer 367R Colored film 380B Light emitting module 380G Light emitting module 380R Light emitting module 4 0a pixel 400b pixel 401 pulse voltage output circuit 402 the current detection circuit 403 capacitor 410 touch panel 411 substrate 412 substrate 413 FPC
414 conductive film 419a conductive film 419b conductive film 420a liquid crystal element 420b liquid crystal element 421 electrode 422 electrode 423 liquid crystal 424 insulating film 426 opening 428a conductive film 428b conductive film 429a conductive film 429b conductive film 431 colored film 453 wiring 454 wiring 459a sensor electrode 459b Sensor electrode 461 Wiring 463 Transistor 464 Liquid crystal element 465_1 Block 465_2 Block 467_1 Block 467_4 Block 471 Electrode 471_1 Electrode 471_2 Electrode 472 Electrode 472_1 Electrode 472_4 Electrode 501 Display portion 503 Adhesive layer 504 Insulating film 505 Touch panel 509 FPC
510 Substrate 511 Substrate 513 Adhesive layer 515 Insulating film 531 Electrode 532 Electrode 533 Electrode 534 Bridge electrode 536 Electrode 537 Electrode 538 Intersection 541 Wiring 542 Wiring 550 FPC
555 region 561 conductive film 562 conductive film 563 conductive film 564 nanowire 590 substrate 591 electrode 592 electrode 593 insulating film 594 wiring 595 touch sensor 597 adhesive layer 598 wiring 599 connection layer 601 substrate 602 substrate 604 insulating film 606 gate wiring 607 capacitance wiring 609 capacitance Wiring 611b Pixel electrode 612b Pixel electrode 616 Insulating film 618 Insulating film 620a Wiring 620b Drain electrode 622 Insulating film 629 Transistor 630 Capacitor element 641b Opening 650 Transistor 651 Transistor 661 Capacitor element 662 Capacitor element 671 Slit 673 Colored film 674 Slit 675 Protrusion 677 Alignment film 678 Alignment film 680 Liquid crystal layer 681 Liquid crystal element 682 Liquid crystal element 700A Display device 700B Display device 700C Display device 70 Substrate 702 a pixel portion 704 source driver circuit portion 705 substrate 706 gate driver circuit unit 708 FPC terminal portion 710 wiring 711 wiring portion 712 sealing material 716 FPC
734 Insulating film 736 Colored film 738 Light shielding film 746 Alignment film 748 Alignment film 750 Transistor 752 Transistor 760 Connection electrode 764 Insulation film 766 Insulation film 768 Insulation film 772 Conductive film 774 Conductive film 775 Liquid crystal element 776 Liquid crystal layer 778 Structure 781 Adhesive layer 782 Conductive film 783 Insulating film 784 Conductive film 785 EL element 786 EL layer 790 Capacitor element 791 Anisotropic conductive film 4616 Wiring 5000 Housing 5001 Display section 5002 Display section 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 unit 5013 Earphone 5014 Antenna 5015 Shutter button 5016 Image receiving unit 5017 Charger 7302 7304 display panel 7305 icon 7306 icon 7311 operation button 7312 operation button 7313 connection terminals 7321 band 7322 clasp 8000 display module 8001 top 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

Claims (11)

トランジスタと、
第1の絶縁膜と、
一対の電極間に第3の絶縁膜を含む容量素子と、を有する半導体装置であって、
前記トランジスタは、
第1の絶縁膜上の第1の酸化物半導体膜と、
前記第1の酸化物半導体膜上の第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜上の第2の酸化物半導体膜と、
前記第1の酸化物半導体膜および前記第2の酸化物半導体膜上の第3の絶縁膜と、を有し、
前記第1の酸化物半導体膜は、
前記第2の酸化物半導体膜と重なるチャネル領域と、
前記第3の絶縁膜と接するソース領域と、
前記第3の絶縁膜と接するドレイン領域と、を有し、
前記ソース領域および前記ドレイン領域は、水素、ホウ素、炭素、窒素、フッ素、リン、硫黄、塩素、チタン、または希ガスの一以上を有し、
前記容量素子の一対の電極の一方が、前記第2の酸化物半導体膜を含む、
半導体装置。
A transistor,
A first insulating film;
A capacitor element including a third insulating film between a pair of electrodes,
The transistor is
A first oxide semiconductor film on the first insulating film;
A second insulating film on the first oxide semiconductor film;
A second oxide semiconductor film on the second insulating film;
And a third insulating film on the first oxide semiconductor film and the second oxide semiconductor film,
The first oxide semiconductor film includes:
A channel region overlapping with the second oxide semiconductor film;
A source region in contact with the third insulating film;
A drain region in contact with the third insulating film,
The source region and the drain region have one or more of hydrogen, boron, carbon, nitrogen, fluorine, phosphorus, sulfur, chlorine, titanium, or a noble gas;
One of the pair of electrodes of the capacitor element includes the second oxide semiconductor film,
Semiconductor device.
トランジスタと、
第1の絶縁膜と、
一対の電極間に第3の絶縁膜を含む容量素子と、を有する半導体装置であって、
前記トランジスタは、
ゲート電極と、
前記ゲート電極上の前記第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜上の第1の酸化物半導体膜と、
前記第1の酸化物半導体膜上の第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜上の第2の酸化物半導体膜と、
前記第1の酸化物半導体膜および前記第2の酸化物半導体膜上の第3の絶縁膜と、を有し、
前記第1の酸化物半導体膜は、
前記第2の酸化物半導体膜と重なるチャネル領域と、
前記第3の絶縁膜と接するソース領域と、
前記第3の絶縁膜と接するドレイン領域と、を有し、
前記ソース領域および前記ドレイン領域は、水素、ホウ素、炭素、窒素、フッ素、リン、硫黄、塩素、チタン、または希ガスの一以上を有し、
前記容量素子の一対の電極の一方が、前記第2の酸化物半導体膜を含む、
半導体装置。
A transistor,
A first insulating film;
A capacitor element including a third insulating film between a pair of electrodes,
The transistor is
A gate electrode;
The first insulating film on the gate electrode;
A first oxide semiconductor film on the first insulating film;
A second insulating film on the first oxide semiconductor film;
A second oxide semiconductor film on the second insulating film;
And a third insulating film on the first oxide semiconductor film and the second oxide semiconductor film,
The first oxide semiconductor film includes:
A channel region overlapping with the second oxide semiconductor film;
A source region in contact with the third insulating film;
A drain region in contact with the third insulating film,
The source region and the drain region have one or more of hydrogen, boron, carbon, nitrogen, fluorine, phosphorus, sulfur, chlorine, titanium, or a noble gas;
One of the pair of electrodes of the capacitor element includes the second oxide semiconductor film,
Semiconductor device.
トランジスタと、
第1の絶縁膜と、
一対の電極間に第3の絶縁膜を含む容量素子と、を有する半導体装置であって、
前記トランジスタは、
ゲート電極と、
前記ゲート電極上の前記第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜上の第1の酸化物半導体膜と、
前記第1の酸化物半導体膜上の第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜上の第2の酸化物半導体膜と、
前記第1の酸化物半導体膜および前記第2の酸化物半導体膜上の第3の絶縁膜と、を有し、
前記ゲート電極は、前記第2の酸化物半導体膜と電気的に接続され、
前記第1の酸化物半導体膜は、
前記第2の酸化物半導体膜と重なるチャネル領域と、
前記第3の絶縁膜と接するソース領域と、
前記第3の絶縁膜と接するドレイン領域と、を有し、
前記ソース領域および前記ドレイン領域は、水素、ホウ素、炭素、窒素、フッ素、リン、硫黄、塩素、チタン、または希ガスの一以上を有し、
前記容量素子の一対の電極の一方が、前記第2の酸化物半導体膜を含む、
半導体装置。
A transistor,
A first insulating film;
A capacitor element including a third insulating film between a pair of electrodes,
The transistor is
A gate electrode;
The first insulating film on the gate electrode;
A first oxide semiconductor film on the first insulating film;
A second insulating film on the first oxide semiconductor film;
A second oxide semiconductor film on the second insulating film;
And a third insulating film on the first oxide semiconductor film and the second oxide semiconductor film,
The gate electrode is electrically connected to the second oxide semiconductor film;
The first oxide semiconductor film includes:
A channel region overlapping with the second oxide semiconductor film;
A source region in contact with the third insulating film;
A drain region in contact with the third insulating film,
The source region and the drain region have one or more of hydrogen, boron, carbon, nitrogen, fluorine, phosphorus, sulfur, chlorine, titanium, or a noble gas;
One of the pair of electrodes of the capacitor element includes the second oxide semiconductor film,
Semiconductor device.
請求項1乃至請求項3のいずれか一において、
前記トランジスタは、
前記第3の絶縁膜上の第4の絶縁膜と、
前記第3の絶縁膜および前記第4の絶縁膜に設けられた開口部を介して、前記ソース領域に電気的に接続される第1の導電膜と、
前記第3の絶縁膜および前記第4の絶縁膜に設けられた開口部を介して、前記ドレイン領域に電気的に接続される第2の導電膜と、を有する、
半導体装置。
In any one of Claim 1 thru | or 3,
The transistor is
A fourth insulating film on the third insulating film;
A first conductive film electrically connected to the source region through an opening provided in the third insulating film and the fourth insulating film;
A second conductive film electrically connected to the drain region through an opening provided in the third insulating film and the fourth insulating film,
Semiconductor device.
請求項4において、
前記第4の絶縁膜、前記第1の導電膜および前記第2の導電膜上の第5の絶縁膜と、
前記第5の絶縁膜上の第3の導電膜を有し、
前記容量素子の一対の電極の他方が前記第3の導電膜を含む、
半導体装置。
In claim 4,
A fifth insulating film on the fourth insulating film, the first conductive film, and the second conductive film;
A third conductive film on the fifth insulating film;
The other of the pair of electrodes of the capacitive element includes the third conductive film;
Semiconductor device.
請求項1乃至請求項5のいずれか一において、
前記容量素子は、可視光において透光性を有する、
半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 5,
The capacitive element has translucency in visible light,
Semiconductor device.
請求項1乃至請求項7のいずれか一において、
前記第1の酸化物半導体膜及び前記第2の酸化物半導体膜は、
In−M−Zn酸化物(MはAl、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、SnまたはHfを表す)である、
半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 7,
The first oxide semiconductor film and the second oxide semiconductor film are:
In-M-Zn oxide (M represents Al, Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, Sn or Hf).
Semiconductor device.
請求項1乃至請求項7のいずれか一において、
前記第3の絶縁膜は、窒素または水素を含む、
半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 7,
The third insulating film contains nitrogen or hydrogen;
Semiconductor device.
請求項1乃至請求項8のいずれか一において、
前記第2の絶縁膜は、酸素を含む、
半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 8,
The second insulating film contains oxygen;
Semiconductor device.
請求項1乃至請求項9のいずれか一に記載の半導体装置と、
液晶素子と、を有する、
表示装置。
A semiconductor device according to any one of claims 1 to 9,
A liquid crystal element,
Display device.
請求項1乃至請求項10のいずれか一つに記載の半導体装置と、
スイッチ、スピーカ、表示部または筐体と、
を有する電子機器。
A semiconductor device according to any one of claims 1 to 10,
A switch, a speaker, a display unit or a housing;
Electronic equipment having
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