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JP2024158715A - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents

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JP2024158715A
JP2024158715A JP2023074130A JP2023074130A JP2024158715A JP 2024158715 A JP2024158715 A JP 2024158715A JP 2023074130 A JP2023074130 A JP 2023074130A JP 2023074130 A JP2023074130 A JP 2023074130A JP 2024158715 A JP2024158715 A JP 2024158715A
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JP
Japan
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insulating layer
layer
transistor
conductive layer
semiconductor
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JP2023074130A
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Japanese (ja)
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正美 神長
Masami Kaminaga
貴弘 井口
Takahiro Iguchi
正佳 土橋
Masayoshi Dobashi
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Abstract

To provide a semiconductor device with a small occupancy area.SOLUTION: A semiconductor device includes a transistor, a first insulation layer, a second insulation layer and a material layer. A source electrode and a drain electrode of the transistor are provided in contact with the upper surface of the first insulation layer. The second insulation layer is provided over the source electrode, the drain electrode, and the first insulation layer. The first insulation layer and the second insulation layer have recesses in the regions overlapping the source electrode and the drain electrode. The source electrode and the drain electrode have exposed regions within the recesses. A semiconductor layer of the transistor has a region that comes into contact with the side surface of the second insulation layer, the side surface of the source electrode and the side surface of the drain electrode within the recesses. The material layer is provided on the bottom surface of the recess. The gate insulation layer of the transistor is provided in contact with the side surface of the semiconductor layer and the upper surface of the material layer. The gate electrode of the transistor is provided on the gate insulation layer so as to have a region overlapping the recess. The semiconductor layer and the material layer are made of the same material and are electrically insulated from each other.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の一態様は、半導体装置、及び、その作製方法に関する。本発明の一態様は、トランジスタ、及び、その作製方法に関する。本発明の一態様は、半導体装置を有する表示装置に関する。 One aspect of the present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof. One aspect of the present invention relates to a transistor and a manufacturing method thereof. One aspect of the present invention relates to a display device having a semiconductor device.

なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本発明の一態様の技術分野として、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、照明装置、入力装置(例えば、タッチセンサ)、入出力装置(例えば、タッチパネル)、それらを有する電子機器、それらの駆動方法、又はそれらの製造方法を一例として挙げることができる。 Note that one embodiment of the present invention is not limited to the above technical field. Examples of technical fields of one embodiment of the present invention include semiconductor devices, display devices, light-emitting devices, power storage devices, memory devices, lighting devices, input devices (e.g., touch sensors), input/output devices (e.g., touch panels), electronic devices having them, driving methods thereof, or manufacturing methods thereof.

なお、本明細書等において、半導体装置とは、半導体特性を利用した装置であり、半導体素子(トランジスタ、ダイオード、フォトダイオード等)を含む回路、同回路を有する装置等をいう。また、半導体特性を利用することで機能し得る装置全般をいう。例えば、集積回路、集積回路を備えたチップ、パッケージにチップを収納した電子部品は、半導体装置の一例である。また、記憶装置、表示装置、発光装置、照明装置、及び電子機器は、それ自体が半導体装置であり、かつ、それぞれが半導体装置を有している場合がある。 In this specification and the like, a semiconductor device is a device that utilizes semiconductor characteristics, and refers to a circuit including a semiconductor element (transistor, diode, photodiode, etc.), a device having such a circuit, etc. Also, it refers to any device that can function by utilizing semiconductor characteristics. For example, an integrated circuit, a chip including an integrated circuit, and an electronic component that houses a chip in a package are examples of semiconductor devices. Also, memory devices, display devices, light-emitting devices, lighting devices, and electronic devices may themselves be semiconductor devices and each may have a semiconductor device.

トランジスタを有する半導体装置は、電子機器に広く適用されている。また、近年、表示装置の用途が多様化しており、例えば、携帯情報端末、テレビジョン装置(テレビジョン受信機ともいう。)、デジタルサイネージ(Digital Signage:電子看板)、及びPID(Public Information Display)などに表示装置が用いられている。表示装置として、例えば、有機EL(Electro Luminescence)素子、又は発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)を有する表示装置、液晶素子を有する表示装置、電気泳動方式により表示を行う電子ペーパーが挙げられる。 Semiconductor devices having transistors are widely used in electronic devices. In recent years, the uses of display devices have become more diverse, and display devices are used in, for example, mobile information terminals, television devices (also called television receivers), digital signage, and public information displays (PIDs). Examples of display devices include display devices having organic electroluminescence (EL) elements or light-emitting diodes (LEDs), display devices having liquid crystal elements, and electronic paper that displays using an electrophoretic method.

表示装置において、トランジスタの占有面積を小さくすることで、画素サイズを縮小することができ、精細度を高めることができる。また、トランジスタの占有面積を小さくすることで、開口率を高めることができる。そのため、微細なトランジスタが求められている。 In display devices, by reducing the area occupied by transistors, the pixel size can be reduced and the resolution can be increased. In addition, by reducing the area occupied by transistors, the aperture ratio can be increased. For this reason, there is a demand for miniaturized transistors.

高精細な表示装置が要求される機器として、例えば、仮想現実(VR:Virtual Reality)、拡張現実(AR:Augmented Reality)、代替現実(SR:Substitutional Reality)、及び、複合現実(MR:Mixed Reality)向けの機器が、盛んに開発されている。 Devices requiring high-definition display devices, such as those for virtual reality (VR), augmented reality (AR), substitutional reality (SR), and mixed reality (MR), are being actively developed.

特許文献1には、有機EL素子を用いた、高精細な表示装置が開示されている。 Patent document 1 discloses a high-definition display device that uses organic EL elements.

国際公開第2016/038508号International Publication No. 2016/038508

本発明の一態様は、微細なサイズのトランジスタを提供することを課題の一とする。又は、チャネル長が長いトランジスタを提供することを課題の一とする。又は、チャネル長が長いトランジスタ、及び、チャネル長が短いトランジスタを提供することを課題の一とする。又は、電気特性が良好なトランジスタを提供することを課題の一とする。又は、占有面積が小さい半導体装置を提供することを課題の一とする。又は、消費電力が低い半導体装置又は表示装置を提供することを課題の一とする。又は、信頼性が高いトランジスタ、半導体装置、又は表示装置を提供することを課題の一とする。又は、高精細化が容易な表示装置を提供することを課題の一とする。又は、歩留まりの高いトランジスタ又は半導体装置の作製方法を提供することを課題の一とする。又は、生産性が高い半導体装置又は表示装置の作製方法を提供することを課題の一とする。又は、新規なトランジスタ、半導体装置、表示装置、又は、これらの作製方法を提供することを課題の一とする。 One aspect of the present invention has an object to provide a transistor with a fine size. Or, an object to provide a transistor with a long channel length. Or, an object to provide a transistor with a long channel length and a transistor with a short channel length. Or, an object to provide a transistor with good electrical characteristics. Or, an object to provide a semiconductor device with a small occupancy area. Or, an object to provide a semiconductor device or display device with low power consumption. Or, an object to provide a highly reliable transistor, semiconductor device, or display device. Or, an object to provide a display device that can be easily made high-definition. Or, an object to provide a method for manufacturing a transistor or semiconductor device with high yield. Or, an object to provide a method for manufacturing a semiconductor device or display device with high productivity. Or, an object to provide a novel transistor, semiconductor device, or display device, or a manufacturing method thereof.

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。本発明の一態様は、必ずしも、これらの課題の全てを解決する必要はない。明細書、図面、請求項の記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。 The description of these problems does not preclude the existence of other problems. One embodiment of the present invention does not necessarily have to solve all of these problems. Problems other than these can be extracted from the description in the specification, drawings, and claims.

本発明の一態様は、トランジスタと、第1の絶縁層と、第2の絶縁層と、材料層と、を有し、トランジスタのソース電極及びドレイン電極は、第1の絶縁層の上面に接して設けられ、第2の絶縁層は、ソース電極、ドレイン電極、及び、第1の絶縁層上に設けられ、平面視にて、ソース電極及びドレイン電極と重なる領域に開口を有し、第1の絶縁層は、平面視にて、開口と重なる領域に凹部を有し、ソース電極及びドレイン電極は、平面視にて凹部と重なる領域において、露出する領域を有し、凹部の側壁は、平面視において、ソース電極及びドレイン電極と重なる領域においては、ソース電極の端部及びドレイン電極の端部よりも外側に位置し、平面視において、ソース電極及びドレイン電極と重ならない領域においては、開口の側壁よりも外側に位置し、トランジスタの半導体層は、開口内における第2の絶縁層の側面、ソース電極の側面、及び、ドレイン電極の側面に接する領域を有し、材料層は、凹部の底面に設けられ、トランジスタのゲート絶縁層は、半導体層及び材料層に接して設けられ、トランジスタのゲート電極は、平面視にて、凹部と重なる領域を有するように、ゲート絶縁層上に設けられ、半導体層と、材料層と、は同じ材料を有し、互いに分離して設けられる半導体装置である。 One aspect of the present invention includes a transistor, a first insulating layer, a second insulating layer, and a material layer, the source electrode and drain electrode of the transistor being provided in contact with an upper surface of the first insulating layer, the second insulating layer being provided on the source electrode, the drain electrode, and the first insulating layer, and having an opening in a region overlapping with the source electrode and the drain electrode in a planar view, the first insulating layer having a recess in a region overlapping with the opening in a planar view, the source electrode and the drain electrode having an exposed region in a region overlapping with the recess in a planar view, and the sidewall of the recess is an end of the source electrode in a region overlapping with the source electrode and the drain electrode in a planar view. and the drain electrode, and in a region that does not overlap with the source electrode and drain electrode in a plan view, the semiconductor layer of the transistor has a region that contacts the side of the second insulating layer in the opening, the side of the source electrode, and the side of the drain electrode, the material layer is provided on the bottom surface of the recess, the gate insulating layer of the transistor is provided in contact with the semiconductor layer and the material layer, and the gate electrode of the transistor is provided on the gate insulating layer so as to have a region that overlaps with the recess in a plan view, the semiconductor layer and the material layer are made of the same material and are provided separately from each other.

また上記において、半導体層は、金属酸化物を有していることが好ましい。 In the above, it is also preferable that the semiconductor layer contains a metal oxide.

また上記において、第2の絶縁層は、第3の絶縁層と、第3の絶縁層上の第4の絶縁層と、第4の絶縁層上の第5の絶縁層と、を有し、第3の絶縁層及び第5の絶縁層は、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、又は酸化アルミニウムのいずれか一つ又は複数であり、第4の絶縁層は、酸化シリコン又は酸化窒化シリコンのいずれか一つ又は複数であることが好ましい。 In the above, the second insulating layer has a third insulating layer, a fourth insulating layer on the third insulating layer, and a fifth insulating layer on the fourth insulating layer, and the third insulating layer and the fifth insulating layer are one or more of silicon nitride, silicon nitride oxide, or aluminum oxide, and the fourth insulating layer is preferably one or more of silicon oxide or silicon oxynitride.

また上記において、ソース電極の側面及びドレイン電極の側面は、開口内における第2の絶縁層の側面よりも突出していることが好ましい。 In the above, it is also preferable that the side surface of the source electrode and the side surface of the drain electrode protrude beyond the side surface of the second insulating layer within the opening.

また上記において、ソース電極の側面及びドレイン電極の側面は、開口内における第2の絶縁層の側面と概略一致していることが好ましい。 In the above, it is also preferable that the side surfaces of the source electrode and the drain electrode roughly coincide with the side surfaces of the second insulating layer within the opening.

また上記において、第2の絶縁層の凹部内における側面が、第1の絶縁層の上面に対して、垂直又は概略垂直であることが好ましい。 In the above, it is also preferable that the side surface of the recess in the second insulating layer is perpendicular or approximately perpendicular to the upper surface of the first insulating layer.

また上記において、第2の絶縁層の開口内における側面が、第1の絶縁層の上面に対して、テーパ形状を有していることが好ましい。 In the above, it is also preferable that the side surface of the second insulating layer within the opening has a tapered shape relative to the upper surface of the first insulating layer.

また上記において、第2の絶縁層は、第3の絶縁層と、第3の絶縁層上の第4の絶縁層と、第4の絶縁層上の第5の絶縁層と、第5の絶縁層上の第6の絶縁層と、第6の絶縁層上の第7の絶縁層と、第7の絶縁層上の第8の絶縁層と、を有し、第3の絶縁層、第5の絶縁層、第6の絶縁層、及び第8の絶縁層は、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、又は酸化アルミニウムのいずれか一つ又は複数であり、第4の絶縁層及び第7の絶縁層は、酸化シリコン又は酸化窒化シリコンのいずれか一つ又は複数であり、第5の絶縁層と、第6の絶縁層と、の間に、導電層を有していることが好ましい。 In the above, the second insulating layer has a third insulating layer, a fourth insulating layer on the third insulating layer, a fifth insulating layer on the fourth insulating layer, a sixth insulating layer on the fifth insulating layer, a seventh insulating layer on the sixth insulating layer, and an eighth insulating layer on the seventh insulating layer, and the third insulating layer, the fifth insulating layer, the sixth insulating layer, and the eighth insulating layer are one or more of silicon nitride, silicon nitride oxide, or aluminum oxide, and the fourth insulating layer and the seventh insulating layer are one or more of silicon oxide or silicon oxide nitride, and it is preferable that there is a conductive layer between the fifth insulating layer and the sixth insulating layer.

また、本発明の一態様は、第1の絶縁層を形成し、第1の絶縁層上に、第1の導電層及び第2の導電層を形成し、第1の絶縁層上、第1の導電層上、及び、第2の導電層上に、第2の絶縁層を形成し、第1の絶縁層及び第2の絶縁層を加工して、平面視にて、第1の導電層及び第2の導電層と重なる領域を有するように、第1の絶縁層及び第2の絶縁層に凹部を形成し、凹部を覆うように、第1の絶縁層上及び第2の絶縁層上に、金属酸化物膜を形成し、凹部を埋め込むように、金属酸化物膜上に、フォトレジストを塗布し、フォトレジストに対して、光を照射し、フォトレジストの光が照射された部分を除去して、レジストマスクを形成し、金属酸化物膜の露出した部分を除去して、凹部内において、第2の絶縁層の側面、第1の導電層の側面、及び、第2の導電層の側面に接する半導体層を形成し、凹部内に残存したレジストマスクを除去し、凹部を覆うように、半導体層上に第3の絶縁層を形成し、平面視にて、凹部と重なる領域を有するように、第3の絶縁層上に、第3の導電層を形成する半導体装置の作製方法である。 Another aspect of the present invention is to form a first insulating layer, form a first conductive layer and a second conductive layer on the first insulating layer, form a second insulating layer on the first insulating layer, the first conductive layer, and the second conductive layer, process the first insulating layer and the second insulating layer to form recesses in the first insulating layer and the second insulating layer so as to have areas overlapping with the first conductive layer and the second conductive layer in a planar view, form a metal oxide film on the first insulating layer and the second insulating layer so as to cover the recesses, and apply a photoresist on the metal oxide film so as to fill the recesses. This is a method for manufacturing a semiconductor device, which includes applying a photoresist, irradiating the photoresist with light, removing the irradiated portions of the photoresist to form a resist mask, removing the exposed portions of the metal oxide film, forming a semiconductor layer in contact with the side surfaces of the second insulating layer, the side surfaces of the first conductive layer, and the side surfaces of the second conductive layer in the recess, removing the resist mask remaining in the recess, forming a third insulating layer on the semiconductor layer so as to cover the recess, and forming a third conductive layer on the third insulating layer so as to have an area that overlaps with the recess in a plan view.

本発明の一態様により、微細なサイズのトランジスタを提供することができる。又は、チャネル長が長いトランジスタを提供することができる。又は、チャネル長が長いトランジスタ、及び、チャネル長が短いトランジスタを提供することができる。又は、電気特性が良好なトランジスタを提供することができる。又は、占有面積が小さい半導体装置を提供することができる。又は、消費電力が低い半導体装置又は表示装置を提供することができる。又は、信頼性が高いトランジスタ、半導体装置、又は表示装置を提供することができる。又は、高精細化が容易な表示装置を提供することができる。又は、歩留まりの高いトランジスタ又は半導体装置の作製方法を提供することができる。又は、生産性が高い半導体装置又は表示装置の作製方法を提供することができる。又は、新規なトランジスタ、半導体装置、表示装置、又は、これらの作製方法を提供することができる。 According to one embodiment of the present invention, a transistor having a fine size can be provided. Or, a transistor having a long channel length can be provided. Or, a transistor having a long channel length and a transistor having a short channel length can be provided. Or, a transistor having good electrical characteristics can be provided. Or, a semiconductor device having a small occupancy area can be provided. Or, a semiconductor device or display device having low power consumption can be provided. Or, a highly reliable transistor, semiconductor device, or display device can be provided. Or, a display device that can be easily made high-definition can be provided. Or, a method for manufacturing a transistor or semiconductor device with high yield can be provided. Or, a method for manufacturing a semiconductor device or display device with high productivity can be provided. Or, a novel transistor, semiconductor device, display device, or a manufacturing method thereof 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。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。明細書、図面、請求項の記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。 The description of these effects does not preclude the existence of other effects. One embodiment of the present invention does not necessarily have to have all of these effects. Effects other than these can be extracted from the description in the specification, drawings, and claims.

図1(A)は、トランジスタの斜視概略図である。図1(B)は、トランジスタの平面概略図である。1A is a schematic perspective view of a transistor, and FIG 1B is a schematic plan view of the transistor. 図2(A)及び図2(B)は、トランジスタの断面図である。2A and 2B are cross-sectional views of a transistor. 図3(A)乃至図3(C)は、トランジスタの平面概略図である。3A to 3C are schematic plan views of a transistor. 図4(A)及び図4(B)は、トランジスタの平面概略図である。4A and 4B are schematic plan views of a transistor. 図5(A)は、トランジスタの平面概略図である。図5(B)は、トランジスタの断面図である。5A is a schematic plan view of a transistor, and FIG 5B is a cross-sectional view of the transistor. 図6(A)乃至図6(C)は、トランジスタの平面概略図である。6A to 6C are schematic plan views of a transistor. 図7(A)は、半導体装置の一例を示す平面図である。図7(B)及び図7(C)は、半導体装置の一例を示す断面図である。Fig. 7A is a plan view showing an example of a semiconductor device, and Fig. 7B and Fig. 7C are cross-sectional views showing the example of the semiconductor device. 図8(A)は、半導体装置の一例を示す平面図である。図8(B)は、半導体装置の一例を示す断面図である。8A is a plan view showing an example of a semiconductor device, and FIG 8B is a cross-sectional view showing the example of the semiconductor device. 図9(A)は、半導体装置の一例を示す平面図である。図9(B)は、半導体装置の一例を示す断面図である。9A is a plan view showing an example of a semiconductor device, and FIG 9B is a cross-sectional view showing the example of the semiconductor device. 図10(A)及び図10(B)は、半導体装置の一例を示す断面図である。10A and 10B are cross-sectional views showing an example of a semiconductor device. 図11(A)及び図11(B)は、半導体装置の一例を示す断面図である。11A and 11B are cross-sectional views showing an example of a semiconductor device. 図12(A)及び図12(B)は、半導体装置の一例を示す断面図である。12A and 12B are cross-sectional views showing an example of a semiconductor device. 図13(A)乃至図13(C)は、半導体装置の作製方法の一例を示す断面図である。13A to 13C are cross-sectional views illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device. 図14(A)乃至図14(C)は、半導体装置の作製方法の一例を示す断面図である。14A to 14C are cross-sectional views illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device. 図15(A)乃至図15(C)は、半導体装置の作製方法の一例を示す断面図である。15A to 15C are cross-sectional views illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device. 図16(A)乃至図16(C)は、半導体装置の作製方法の一例を示す断面図である。16A to 16C are cross-sectional views illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device. 図17(A)乃至図17(C)は、半導体装置の作製方法の一例を示す断面図である。17A to 17C are cross-sectional views illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device. 図18(A)乃至図18(C)は、半導体装置の作製方法の一例を示す断面図である。18A to 18C are cross-sectional views illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device. 図19(A)乃至図19(C)は、半導体装置の作製方法の一例を示す断面図である。19A to 19C are cross-sectional views illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device. 図20(A)乃至図20(C)は、半導体装置の作製方法の一例を示す断面図である。20A to 20C are cross-sectional views illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device. 図21(A)乃至図21(C)は、半導体装置の作製方法の一例を示す断面図である。21A to 21C are cross-sectional views illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device. 図22(A)は、表示装置の一例を示す斜視図である。図22(B)は、表示装置の一例を示すブロック図である。Fig. 22A is a perspective view showing an example of a display device, and Fig. 22B is a block diagram showing an example of the display device. 図23(A)は、ラッチ回路の回路図である。図23(B)は、インバータ回路の回路図である。23A is a circuit diagram of a latch circuit, and FIG 23B is a circuit diagram of an inverter circuit. 図24(A)及び図24(B)は、画素回路の回路図である。図24(C)は、画素回路の一例を示す断面図である。24A and 24B are circuit diagrams of a pixel circuit, and Fig. 24C is a cross-sectional view showing an example of a pixel circuit. 図25は、表示装置の構成例を示す断面模式図である。FIG. 25 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a display device. 図26(A)及び図26(B)は、電子装置の構成例を説明する図である。26A and 26B are diagrams illustrating an example of the configuration of an electronic device. 図27(A)及び図27(B)は、電子装置の構成例を説明する図である。27A and 27B are diagrams illustrating an example of the configuration of an electronic device. 図28(A)及び図28(B)は、表示装置の構成例を説明する図である。28A and 28B are diagrams illustrating a configuration example of a display device. 図29は、表示装置の構成例を説明する図である。FIG. 29 is a diagram illustrating an example of the configuration of a display device. 図30(A)乃至図30(C)は、表示モジュールの斜視図である。30A to 30C are perspective views of a display module. 図31(A)及び図31(B)は、表示装置の構成例を説明する図である。31A and 31B are diagrams illustrating a configuration example of a display device. 図32(A)乃至図32(D)は、表示装置の構成例を説明する図である。32A to 32D are diagrams illustrating examples of the structure of a display device. 図33(A)乃至図33(D)は、表示装置の構成例を説明する図である。33A to 33D are diagrams illustrating examples of the structure of a display device. 図34(A)及び図34(B)は、表示装置の構成例を説明する図である。34A and 34B are diagrams illustrating a configuration example of a display device. 図35(A)乃至図35(D)は、表示装置の構成例を説明する図である。35A to 35D are diagrams illustrating examples of the configuration of a display device. 図36(A)乃至図36(C)は、表示装置の構成例を説明する図である。36A to 36C are diagrams illustrating examples of the structure of a display device. 図37(A)乃至図37(F)は、電子機器の一例を示す図である。37A to 37F are diagrams showing examples of electronic devices. 図38(A)乃至図38(G)は、電子機器の一例を示す図である。38A to 38G are diagrams showing examples of electronic devices. 図39(A)は、副表示部を説明する図である。図39(B1)乃至図39(B7)は、画素の構成例を説明する図である。Fig. 39A is a diagram illustrating a sub-display portion, and Figs. 39B1 to 39B7 are diagrams illustrating examples of pixel configurations. 図40(A)乃至図40(G)は、画素の構成例を説明する図である。40A to 40G are diagrams illustrating examples of pixel configurations. 図41(A)乃至図41(D)は、発光デバイスの構成例を説明する図である。41A to 41D are diagrams illustrating configuration examples of a light-emitting device. 図42(A)は、本実施例に係る光学顕微鏡写真である。図42(B)及び図42(C)は、本実施例に係る断面STEM像である。Fig. 42(A) is an optical microscope photograph according to this example, and Fig. 42(B) and Fig. 42(C) are cross-sectional STEM images according to this example. 図43(A)及び図43(B)は、本実施例に係る断面STEM像である。43(A) and 43(B) are cross-sectional STEM images according to this example.

実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は、以下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。 The embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and those skilled in the art will easily understand that the form and details can be modified in various ways without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be interpreted as being limited to the description of the embodiments shown below.

なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には、同一の符号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。また、同様の機能を指す場合には、ハッチングパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。 In the configuration of the invention described below, the same parts or parts having similar functions are denoted by the same reference numerals in different drawings, and repeated explanations will be omitted. Also, when referring to similar functions, the same hatching pattern may be used and no particular reference numeral may be used.

本明細書等において、複数の要素に同じ符号を用いる場合、特に、それらを区別する必要があるときには、符号に“_1”、“[n]”、“[m,n]”等の識別用の符号を付記して記載する場合がある。また、図面等において、符号に“_1”、“[n]”、“[m,n]”等の識別用の符号を付記している場合、本明細書等において区別する必要が無いときには、識別用の符号を記載しない場合がある。 In this specification, etc., when the same reference numeral is used for multiple elements, and particularly when it is necessary to distinguish between them, an identification symbol such as "_1", "[n]", "[m,n]" may be added to the reference numeral. Also, when an identification symbol such as "_1", "[n]", "[m,n]" is added to the reference numeral in the drawings, etc., when it is not necessary to distinguish between them in this specification, etc., the identification symbol may not be added.

図面において示す各構成の、位置、大きさ、及び範囲などは、理解の簡単のため、実際の位置、大きさ、及び範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、及び範囲などに限定されない。 For ease of understanding, the position, size, range, etc. of each component shown in the drawings may not represent the actual position, size, range, etc. For this reason, the disclosed invention is not necessarily limited to the position, size, range, etc. disclosed in the drawings.

本明細書等において、「第1」、「第2」という序数詞は、便宜上用いるものであり、構成要素の数、又は、構成要素の順序(例えば、工程順、又は積層順)を限定するものではない。また、本明細書のある箇所において構成要素に付す序数詞と、本明細書の他の箇所、又は特許請求の範囲において、当該構成要素に付す序数詞と、が一致しない場合がある。 In this specification, the ordinal numbers "first" and "second" are used for convenience and do not limit the number of components or the order of the components (e.g., the order of processes or the order of stacking). In addition, an ordinal number attached to a component in one place in this specification may not match an ordinal number attached to the same component in another place in this specification or in the claims.

なお、「膜」という言葉と、「層」という言葉とは、場合によっては、又は、状況に応じて、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である。又は、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能である。 Note that the words "film" and "layer" can be interchanged depending on the circumstances. For example, the term "conductive layer" can be changed to the term "conductive film." Or, for example, the term "insulating film" can be changed to the term "insulating layer."

トランジスタは半導体素子の一種であり、電流又は電圧を増幅する機能、及び、導通又は非導通を制御するスイッチング動作などを実現することができる。本明細書等におけるトランジスタは、IGFET(Insulated Gate Field Effect Transistor)及び薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)を含む。 A transistor is a type of semiconductor element that can perform functions such as amplifying current or voltage and switching operations that control conduction or non-conduction. In this specification, the term "transistor" includes an IGFET (Insulated Gate Field Effect Transistor) and a thin film transistor (TFT).

「ソース」と「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、又は、回路動作において電流の方向が変化する場合などには、入れ替わることがある。このため、本明細書等においては、「ソース」と「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。なお、トランジスタのソース及びドレインの呼称については、ソース端子及びドレイン端子、又は、ソース電極及びドレイン電極等、状況に応じて適切に言い換えることができる。 The functions of "source" and "drain" may be interchanged when transistors of different polarity are used, or when the direction of current changes during circuit operation. For this reason, in this specification, the terms "source" and "drain" may be used interchangeably. Note that the source and drain of a transistor may be appropriately referred to as the source terminal and drain terminal, or the source electrode and drain electrode, depending on the situation.

「ゲート」と「バックゲート」は、入れ替えることができる。このため、本明細書等においては、「ゲート」と「バックゲート」の用語は、入れ替えて用いることができるものとする。なお、トランジスタのゲート及びバックゲートの呼称については、ゲート電極及びバックゲート電極等、状況に応じて適切に言い換えることができる。 The terms "gate" and "backgate" can be used interchangeably. For this reason, in this specification and the like, the terms "gate" and "backgate" can be used interchangeably. Note that the names of the gate and backgate of a transistor can be appropriately changed depending on the situation, such as gate electrode and backgate electrode.

本明細書等において、「電気的に接続」には、「何らかの電気的作用を有するもの」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない。例えば、「何らかの電気的作用を有するもの」には、電極又は配線をはじめ、トランジスタなどのスイッチング素子、抵抗素子、コイル、容量素子、その他の各種機能を有する素子などが含まれる。 In this specification, "electrically connected" includes a connection via "something that has some kind of electrical action." Here, "something that has some kind of electrical action" is not particularly limited as long as it allows electrical signals to be transmitted between the connected objects. For example, "something that has some kind of electrical action" includes electrodes or wiring, as well as switching elements such as transistors, resistive elements, coils, capacitive elements, and other elements with various functions.

本明細書等において、「電気的に絶縁」とは、2つの測定対象間を流れる電流の大きさが、1×10-24A以下であることをいう。 In this specification and the like, the term "electrically insulated" means that the magnitude of the current flowing between the two objects to be measured is 1×10 −24 A or less.

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

本明細書等において「上面形状が概略一致」とは、積層した層と層との間で少なくとも輪郭の一部が重なることをいう。例えば、上層と下層とが、同一のマスクパターン、又は、一部が同一のマスクパターンにより加工された場合を含む。ただし、厳密には輪郭が重なり合わず、上層が下層の内側に位置すること、又は、上層が下層の外側に位置することもあり、この場合も「上面形状が概略一致」という場合がある。また、上面形状が一致又は概略一致している場合、端部が揃っている、又は、概略揃っているということもできる。 In this specification, "top surface shapes roughly match" means that at least a portion of the contours of the stacked layers overlap. For example, this includes cases where the upper and lower layers are processed using the same mask pattern, or where a portion of the mask pattern is the same. However, strictly speaking, the contours may not overlap, and the upper layer may be located inside the lower layer, or the upper layer may be located outside the lower layer, in which case it may also be said that "top surface shapes roughly match." Furthermore, when the top surface shapes match or roughly match, it can also be said that the ends are aligned or roughly aligned.

本明細書等において、テーパ形状とは、構造の側面の少なくとも一部が、基板面又は被形成面に対して傾斜して設けられている形状のことを指す。例えば、傾斜した側面と基板面又は被形成面とがなす角(テーパ角ともいう。)が、90度未満である領域を有する形状のことを指す。なお、構造の側面、基板面、及び被形成面は、必ずしも完全に平坦である必要はなく、微小な曲率を有する略平面状、又は、微細な凹凸を有する略平面状であってもよい。 In this specification, a tapered shape refers to a shape in which at least a portion of the side of the structure is inclined with respect to the substrate surface or the surface to be formed. For example, it refers to a shape having an area in which the angle (also called the taper angle) between the inclined side and the substrate surface or the surface to be formed is less than 90 degrees. Note that the side of the structure, the substrate surface, and the surface to be formed do not necessarily need to be completely flat, and may be approximately planar with a slight curvature, or approximately planar with fine irregularities.

本明細書等において、メタルマスク又はFMM(ファインメタルマスク、高精細なメタルマスク)を用いて作製されるデバイスをMM(メタルマスク)構造のデバイスと呼称する場合がある。また、本明細書等において、メタルマスク又はFMMを用いずに作製されるデバイスをMML(メタルマスクレス)構造のデバイスと呼称する場合がある。なお、MML構造のデバイスは、メタルマスクを用いることなく製造することができるため、メタルマスクの合わせ精度に起因する精細度の上限を超えることができる。また、MML構造のデバイスは、メタルマスクの製造に係る設備、及び、メタルマスクの洗浄工程を不要にすることができる。また、MML構造のデバイスは、製造コストを低く抑えることが可能となるため、大量生産に適している。 In this specification, etc., a device manufactured using a metal mask or FMM (fine metal mask, high-definition metal mask) may be referred to as a device with an MM (metal mask) structure. In addition, in this specification, etc., a device manufactured without using a metal mask or FMM may be referred to as a device with an MML (metal maskless) structure. Note that since a device with an MML structure can be manufactured without using a metal mask, it is possible to exceed the upper limit of the definition caused by the alignment accuracy of the metal mask. Furthermore, a device with an MML structure can eliminate the need for equipment related to the manufacturing of the metal mask and the cleaning process of the metal mask. Furthermore, a device with an MML structure is suitable for mass production because it is possible to keep manufacturing costs low.

本明細書等では、発光波長が異なる発光デバイス(発光素子ともいう。)で発光層を作り分ける構造を、SBS(Side By Side)構造と呼ぶ場合がある。SBS構造は、発光デバイスごとに材料及び構成を最適化することができるため、材料及び構成の選択の自由度が高まり、輝度の向上、及び、信頼性の向上を図ることが容易となる。 In this specification, a structure in which different light-emitting layers are created for light-emitting devices (also called light-emitting elements) with different emission wavelengths may be referred to as an SBS (Side By Side) structure. The SBS structure allows the materials and configuration to be optimized for each light-emitting device, increasing the freedom of material and configuration selection and making it easier to improve brightness and reliability.

本明細書等において、正孔又は電子を、「キャリア」といって示す場合がある。具体的には、正孔注入層又は電子注入層を「キャリア注入層」といい、正孔輸送層又は電子輸送層を「キャリア輸送層」といい、正孔ブロック層又は電子ブロック層を「キャリアブロック層」という場合がある。なお、上述のキャリア注入層、キャリア輸送層、及びキャリアブロック層は、それぞれ、断面形状又は特性などによって明確に区別できない場合がある。また、1つの層が、キャリア注入層、キャリア輸送層、及びキャリアブロック層のうち、2つ又は3つの機能を兼ねる場合がある。 In this specification and the like, holes or electrons may be referred to as "carriers". Specifically, the hole injection layer or electron injection layer may be referred to as the "carrier injection layer", the hole transport layer or electron transport layer may be referred to as the "carrier transport layer", and the hole block layer or electron block layer may be referred to as the "carrier block layer". Note that the above-mentioned carrier injection layer, carrier transport layer, and carrier block layer may not be clearly distinguishable from each other due to their cross-sectional shapes or characteristics. Also, one layer may have two or three functions among the carrier injection layer, carrier transport layer, and carrier block layer.

本明細書等において、発光デバイスは、一対の電極間にEL層を有する。EL層は、少なくとも発光層を有する。ここで、EL層が有する層(機能層ともいう。)として、発光層、キャリア注入層(正孔注入層及び電子注入層)、キャリア輸送層(正孔輸送層及び電子輸送層)、及びキャリアブロック層(正孔ブロック層及び電子ブロック層)などが挙げられる。本明細書等において、受光素子(受光デバイスともいう。)は、一対の電極間に少なくとも光電変換層として機能する活性層を有する。本明細書等では、一対の電極の一方を画素電極と記し、他方を共通電極と記すことがある。 In this specification, the light-emitting device has an EL layer between a pair of electrodes. The EL layer has at least a light-emitting layer. Here, the layers (also called functional layers) that the EL layer has include a light-emitting layer, a carrier injection layer (hole injection layer and electron injection layer), a carrier transport layer (hole transport layer and electron transport layer), and a carrier block layer (hole block layer and electron block layer). In this specification, the light-receiving element (also called a light-receiving device) has at least an active layer that functions as a photoelectric conversion layer between a pair of electrodes. In this specification, one of the pair of electrodes may be referred to as a pixel electrode, and the other as a common electrode.

本明細書等において、犠牲層(マスク層と呼称してもよい。)とは、少なくとも、発光層(より具体的には、EL層を構成する層のうち、島状に加工される層)の上方に位置し、製造工程中において、当該発光層を保護する機能を有する。 In this specification, the sacrificial layer (which may also be referred to as a mask layer) is located at least above the light-emitting layer (more specifically, the layer that is processed into an island shape among the layers that make up the EL layer) and has the function of protecting the light-emitting layer during the manufacturing process.

本明細書等において、島状とは、同一工程で形成された同一材料を用いた2以上の層が、物理的に分離されている状態であることを示す。 In this specification, the term "island-like" refers to a state in which two or more layers made of the same material and formed in the same process are physically separated.

本明細書等において、「高さが概略一致」とは、断面視において、基準となる面(例えば、基板表面などの平坦な面)からの高さが概略等しい構成を示す。また、本明細書等において「概略一致」には、完全に一致している場合と、概略一致している場合のいずれも含むものとする。 In this specification, "approximately the same height" refers to a configuration in which the heights from a reference surface (e.g., a flat surface such as the surface of a substrate) are approximately the same in a cross-sectional view. In addition, in this specification, "approximately the same" includes both a perfect match and an approximate match.

本明細書等において、段切れとは、層、膜、又は電極が、被形成面の形状(例えば、段差など)に起因して分断される現象を示す。 In this specification, step discontinuity refers to a phenomenon in which a layer, film, or electrode is divided due to the shape of the surface on which it is formed (e.g., a step, etc.).

本明細書等において、垂直とは、2つの直線が80度以上100度以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、85度以上95度以下の場合も含まれる。また、概略垂直とは、2つの直線が60度以上120度以下の角度で配置されている状態をいう。 In this specification, perpendicular means that two straight lines are arranged at an angle of 80 degrees or more and 100 degrees or less. Therefore, this also includes cases where the angle is 85 degrees or more and 95 degrees or less. Furthermore, roughly perpendicular means that two straight lines are arranged at an angle of 60 degrees or more and 120 degrees or less.

(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置の構成例について説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, a structure example of a semiconductor device of one embodiment of the present invention will be described.

本発明の一態様の半導体装置は、トランジスタと、第1の絶縁層と、第2の絶縁層と、材料層と、を有する。トランジスタは、第1の絶縁層上に設けられる。トランジスタが有するソース電極及びドレイン電極は、第1の絶縁層の上面に接して設けられる。第2の絶縁層は、トランジスタのソース電極上及びドレイン電極上、並びに、第1の絶縁層上に設けられる。 A semiconductor device according to one embodiment of the present invention includes a transistor, a first insulating layer, a second insulating layer, and a material layer. The transistor is provided on the first insulating layer. The source electrode and drain electrode of the transistor are provided in contact with the upper surface of the first insulating layer. The second insulating layer is provided on the source electrode and drain electrode of the transistor and on the first insulating layer.

第2の絶縁層は、トランジスタと重なる領域に開口を有する。当該開口内において、トランジスタのソース電極及びドレイン電極の少なくとも一部が露出する。また、第1の絶縁層は、当該開口と重なる領域に凹部を有する。当該凹部内において、トランジスタのソース電極及びドレイン電極の少なくとも一部(より具体的には、下面の一部)が露出する。 The second insulating layer has an opening in a region overlapping the transistor. In the opening, at least a portion of the source electrode and drain electrode of the transistor are exposed. In addition, the first insulating layer has a recess in a region overlapping the opening. In the recess, at least a portion of the source electrode and drain electrode of the transistor (more specifically, a portion of the bottom surface) is exposed.

第2の絶縁層が有する開口の側面に接して、トランジスタの半導体層が設けられる。当該半導体層は、開口内において、トランジスタのソース電極及びドレイン電極と接する領域を有する。 A semiconductor layer of the transistor is provided in contact with the side surface of the opening in the second insulating layer. The semiconductor layer has an area in contact with the source electrode and drain electrode of the transistor within the opening.

また、第1の絶縁層が有する凹部の底面上には、材料層が設けられる。当該材料層は、トランジスタの半導体層と同じ材料からなる層である。したがって、トランジスタが有する半導体層のことを「第1の半導体層」と呼称し、材料層のことを「第2の半導体層」と呼称してもよい。なお、半導体層と、材料層と、は互いに分離して設けられる。すなわち、半導体層と、材料層と、は電気的に絶縁している。半導体層(第1の半導体層)は、トランジスタの一部に該当する層であるが、材料層(第2の半導体層)は、トランジスタの一部に該当しない層である。 A material layer is provided on the bottom surface of the recess in the first insulating layer. The material layer is made of the same material as the semiconductor layer of the transistor. Therefore, the semiconductor layer of the transistor may be called the "first semiconductor layer" and the material layer may be called the "second semiconductor layer." The semiconductor layer and the material layer are provided separately from each other. In other words, the semiconductor layer and the material layer are electrically insulated. The semiconductor layer (first semiconductor layer) is a layer that corresponds to a part of the transistor, while the material layer (second semiconductor layer) is a layer that does not correspond to a part of the transistor.

したがって、本発明の一態様の半導体装置では、第2の絶縁層が有する開口内に接する半導体層のうち、ソース電極とドレイン電極の間に位置する領域が、トランジスタのチャネル形成領域として機能し得る。また、この場合、当該領域に沿ったソース電極-ドレイン電極間の距離がトランジスタのチャネル長に相当し、当該領域の深さ(高さ)がトランジスタのチャネル幅に相当する。したがって、第2の絶縁層の膜厚を調整することによって、トランジスタのチャネル幅の大きさが変わることになるため、トランジスタのオン電流の大きさを調整することができる。 Therefore, in a semiconductor device according to one embodiment of the present invention, a region of the semiconductor layer that is in contact with the opening of the second insulating layer and is located between the source electrode and the drain electrode can function as a channel formation region of the transistor. In this case, the distance between the source electrode and the drain electrode along this region corresponds to the channel length of the transistor, and the depth (height) of this region corresponds to the channel width of the transistor. Therefore, by adjusting the film thickness of the second insulating layer, the size of the channel width of the transistor changes, and therefore the size of the on-current of the transistor can be adjusted.

例えば、第2の絶縁層の膜厚が薄いほど、トランジスタのチャネル幅が小さくなり、トランジスタのチャネル長の大きさに対するチャネル幅の大きさの比を小さくすることができる。これにより、トランジスタのオン電流を小さくすることができる。逆に、第2の絶縁層の膜厚が厚いほど、トランジスタのチャネル幅の大きさが大きくなるため、トランジスタのチャネル長の大きさに対するチャネル幅の大きさの比を大きくすることができる。これにより、トランジスタのオン電流を大きくすることができる。 For example, the thinner the second insulating layer, the smaller the channel width of the transistor, and the smaller the ratio of the channel width to the channel length of the transistor can be. This allows the on-current of the transistor to be reduced. Conversely, the thicker the second insulating layer, the larger the channel width of the transistor, and the larger the ratio of the channel width to the channel length of the transistor can be. This allows the on-current of the transistor to be increased.

上述のように、本発明の一態様の半導体装置では、平面視にて、第1の絶縁層が有する凹部内、及び、第2の絶縁層が有する開口内において、トランジスタのソース電極及びドレイン電極の一部が露出する構成を有する。したがって、半導体層となる膜を当該開口内、及び、当該凹部内に成膜する際に、露出したソース電極及びドレイン電極の端部において、半導体層となる膜が段切れを起こす。その結果、当該開口の側面に接する半導体層と、当該凹部の底面に接する材料層と、を同時かつ自己整合的に形成することができる。そのため、半導体層となる膜の成膜を行った後に、別途、当該膜を半導体層に加工する処理が不要となり、半導体装置作製における全体の工程数を削減することができる。 As described above, in a semiconductor device according to one embodiment of the present invention, in a plan view, a part of the source electrode and the drain electrode of the transistor are exposed in the recess of the first insulating layer and in the opening of the second insulating layer. Therefore, when the film that becomes the semiconductor layer is formed in the opening and in the recess, the film that becomes the semiconductor layer is stepped at the ends of the exposed source electrode and the drain electrode. As a result, the semiconductor layer that contacts the side of the opening and the material layer that contacts the bottom of the recess can be formed simultaneously and in a self-aligned manner. Therefore, after the film that becomes the semiconductor layer is formed, a separate process of processing the film into a semiconductor layer is not required, and the overall number of steps in the manufacture of the semiconductor device can be reduced.

また、基板面内で複数の半導体装置を作製する場合、半導体装置ごとに、第2の絶縁層が有する開口の側面と基板面とのなす角にばらつきが生じる場合がある。例えば、基板面内のある半導体装置においては、当該角が概略90度であるのに対し、別の半導体装置においては、当該角がテーパ角である場合がある。このような場合、第2の絶縁層が有する開口の側面に接する半導体層を形成する処理(例えば、半導体層となる膜を成膜した後に行う異方性エッチング処理等)後に、半導体装置によっては、うまく半導体層を形成できない不具合を誘発する恐れがある。一方、本発明の一態様の半導体装置が有する構成であれば、半導体装置間で当該角にばらつきがあったとしても、各半導体装置の半導体層を精度良く形成することができる。したがって、歩留まりの高い半導体装置の作製方法を提供することができる。 In addition, when multiple semiconductor devices are manufactured within a substrate plane, the angle between the side of the opening in the second insulating layer and the substrate surface may vary for each semiconductor device. For example, the angle may be approximately 90 degrees in one semiconductor device within the substrate plane, whereas the angle may be a taper angle in another semiconductor device. In such a case, after a process for forming a semiconductor layer in contact with the side of the opening in the second insulating layer (for example, an anisotropic etching process performed after forming a film that becomes the semiconductor layer), a problem may occur in which the semiconductor layer cannot be formed well depending on the semiconductor device. On the other hand, with the configuration of the semiconductor device according to one embodiment of the present invention, even if the angle varies between semiconductor devices, the semiconductor layer of each semiconductor device can be formed with high precision. Therefore, a method for manufacturing a semiconductor device with a high yield can be provided.

第2の絶縁層が有する開口内、及び、第1の絶縁層が有する凹部内において、トランジスタの半導体層の側面、及び、材料層の上面に接して、トランジスタのゲート絶縁層が設けられる。 A gate insulating layer of the transistor is provided in the opening of the second insulating layer and in the recess of the first insulating layer, in contact with the side surface of the semiconductor layer of the transistor and the top surface of the material layer.

当該ゲート絶縁層の上面に接して、平面視にて、第2の絶縁層が有する開口と重なる領域を有するように、トランジスタのゲート電極が設けられる。当該ゲート電極は、開口内において、ゲート絶縁層を介して、半導体層と対向する領域を有するように設けられる。 A gate electrode of the transistor is provided in contact with the upper surface of the gate insulating layer so as to have a region that overlaps with the opening of the second insulating layer in a plan view. The gate electrode is provided in the opening so as to have a region that faces the semiconductor layer through the gate insulating layer.

以下では、本発明の一態様の半導体装置の構成例(主に、半導体装置が有するトランジスタの構成例)について、図面を用いて説明する。 Below, a configuration example of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention (mainly a configuration example of a transistor included in the semiconductor device) will be described with reference to the drawings.

<構成例1>
図1(A)に、本発明の一態様の半導体装置が有するトランジスタ20の斜視概略図を示す。図1(B)に、トランジスタ20の平面概略図(上面概略図ともいう。)を示す。図1(A)中に示す一点鎖線A-Bにおける断面概略図を、図2(A)に示す。図1(A)中に示す一点鎖線C-Dにおける断面概略図を、図2(B)に示す。なお、図1(A)及び図1(B)では、一部の構成要素(導電層23、絶縁層22、材料層21mなど)を省略している。また、図1(A)では、絶縁層32を透過させて、導電層24a及び導電層24bを表示している。
<Configuration Example 1>
FIG 1A shows a schematic perspective view of a transistor 20 included in a semiconductor device of one embodiment of the present invention. FIG 1B shows a schematic plan view (also referred to as a schematic top view) of the transistor 20. FIG 2A shows a schematic cross-sectional view taken along dashed line A-B in FIG 1A. FIG 2B shows a schematic cross-sectional view taken along dashed line C-D in FIG 1A. Note that some components (such as a conductive layer 23, an insulating layer 22, and a material layer 21m) are omitted in FIGS. 1A and 1B. FIG 1A shows the conductive layer 24a and the conductive layer 24b through an insulating layer 32.

トランジスタ20は、絶縁層31上に設けられる。トランジスタ20は、半導体層21、絶縁層22、導電層23、導電層24a、及び導電層24bを有する。 The transistor 20 is provided on the insulating layer 31. The transistor 20 has a semiconductor layer 21, an insulating layer 22, a conductive layer 23, a conductive layer 24a, and a conductive layer 24b.

トランジスタ20において、半導体層21は、チャネル形成領域を有する半導体層として機能する。絶縁層22は、ゲート絶縁層(第1のゲート絶縁層)として機能する。導電層23は、ゲート電極(第1のゲート電極)として機能する。導電層24aは、ソース電極又はドレイン電極の一方として機能する。導電層24bは、ソース電極又はドレイン電極の他方として機能する。 In the transistor 20, the semiconductor layer 21 functions as a semiconductor layer having a channel formation region. The insulating layer 22 functions as a gate insulating layer (first gate insulating layer). The conductive layer 23 functions as a gate electrode (first gate electrode). The conductive layer 24a functions as one of the source electrode and the drain electrode. The conductive layer 24b functions as the other of the source electrode and the drain electrode.

絶縁層31上には、導電層24a及び導電層24bが、それぞれ設けられる。さらに、絶縁層31上には、絶縁層32が設けられる。絶縁層31及び絶縁層32には、平面視にて、導電層24a及び導電層24bの少なくとも一部と重なる領域を有するように、凹部30が設けられる。言い換えると、導電層24aの一部、及び、導電層24bの一部が、凹部30の側壁(凹部30の側面、又は、凹部30における絶縁層32の側面を指す場合もある。)から突出するように設けられる。凹部30は、絶縁層32を貫通し、絶縁層31の膜中に底面を有する。すなわち、凹部30の底面は、導電層24a及び導電層24bの下面よりも下側(基板面側)に位置する。絶縁層32に形成された開口と、当該開口と重なる位置に形成された絶縁層31上の凹部と、を合わせて、凹部30ということもできる。 Conductive layer 24a and conductive layer 24b are provided on insulating layer 31. Furthermore, insulating layer 32 is provided on insulating layer 31. In insulating layer 31 and insulating layer 32, recess 30 is provided so as to have an area overlapping at least a part of conductive layer 24a and conductive layer 24b in a plan view. In other words, a part of conductive layer 24a and a part of conductive layer 24b are provided so as to protrude from the side wall of recess 30 (which may refer to the side surface of recess 30 or the side surface of insulating layer 32 in recess 30). Recess 30 penetrates insulating layer 32 and has a bottom surface in the film of insulating layer 31. In other words, the bottom surface of recess 30 is located lower (substrate surface side) than the lower surfaces of conductive layer 24a and conductive layer 24b. The opening formed in insulating layer 32 and the recess on insulating layer 31 formed at a position overlapping the opening can be collectively referred to as recess 30.

半導体層21は、図1(A)及び図1(B)に示すように、凹部30の周(凹部30の側面ということもできる。)に沿って、設けられている。ここで、平面視において導電層24a及び導電層24bと重なる領域においては、図2(A)に示すように、半導体層21は、凹部30内における絶縁層32の側面、凹部30内における導電層24aの上面及び側面、並びに、凹部30内における導電層24bの上面及び側面と接する領域を有する。また、平面視において導電層24a及び導電層24bと重ならない領域においては、図2(B)に示すように、半導体層21は、凹部30内における絶縁層32の側面と接する領域を有する。 As shown in FIG. 1(A) and FIG. 1(B), the semiconductor layer 21 is provided along the periphery of the recess 30 (which may also be referred to as the side surface of the recess 30). Here, in the region overlapping with the conductive layer 24a and the conductive layer 24b in a planar view, as shown in FIG. 2(A), the semiconductor layer 21 has a region in contact with the side surface of the insulating layer 32 in the recess 30, the upper surface and the side surface of the conductive layer 24a in the recess 30, and the upper surface and the side surface of the conductive layer 24b in the recess 30. Also, in the region not overlapping with the conductive layer 24a and the conductive layer 24b in a planar view, as shown in FIG. 2(B), the semiconductor layer 21 has a region in contact with the side surface of the insulating layer 32 in the recess 30.

凹部30の底面上には、材料層21mが設けられる。材料層21mは、半導体層21と同じ材料からなる層である。本発明の一態様の半導体装置では、図2(A)に示すように、凹部30内において、導電層24aの端部、及び、導電層24bの端部が、突出している。すなわち、絶縁層32に形成された開口の側壁、及び、絶縁層31に形成された凹部の側壁よりも、導電層24aの端部、及び、導電層24bの端部の方が、凹部30の内側に位置した構成を有する。したがって、半導体層21及び材料層21mとなる膜を凹部30内に成膜する際、当該膜が、導電層24a及び導電層24bの露出した端部で段切れを起こす。その結果、凹部30内における絶縁層32の側面、並びに、凹部30内における導電層24a及び導電層24bの上面及び側面に接する半導体層21と、凹部30の底面に接する材料層21mと、がそれぞれ分離して形成される。 A material layer 21m is provided on the bottom surface of the recess 30. The material layer 21m is a layer made of the same material as the semiconductor layer 21. In the semiconductor device of one embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2A, the ends of the conductive layer 24a and the conductive layer 24b protrude in the recess 30. That is, the ends of the conductive layer 24a and the conductive layer 24b are located closer to the inside of the recess 30 than the sidewall of the opening formed in the insulating layer 32 and the sidewall of the recess formed in the insulating layer 31. Therefore, when the film that becomes the semiconductor layer 21 and the material layer 21m is formed in the recess 30, the film is cut at the exposed ends of the conductive layer 24a and the conductive layer 24b. As a result, the semiconductor layer 21 in contact with the side of the insulating layer 32 in the recess 30, and the top and side surfaces of the conductive layers 24a and 24b in the recess 30, and the material layer 21m in contact with the bottom surface of the recess 30 are each formed separately.

また、図2(B)に示すように、凹部30内において、導電層24a及び導電層24bと重ならない領域においては、絶縁層32に形成された開口の側壁よりも、絶縁層31に形成された凹部の側壁の方が、外側に位置した構成を有する。したがって、当該領域において、半導体層21及び材料層21mとなる膜を凹部30内に成膜する際には、当該膜が、絶縁層32に形成された開口の下端部で段切れを起こす。その結果、凹部30内における絶縁層32の側面に接する半導体層21と、凹部30の底面に接する材料層21mと、がそれぞれ分離して形成される。 As shown in FIG. 2B, in the region of the recess 30 that does not overlap with the conductive layer 24a and the conductive layer 24b, the sidewall of the recess formed in the insulating layer 31 is positioned outward from the sidewall of the opening formed in the insulating layer 32. Therefore, when the film that becomes the semiconductor layer 21 and the material layer 21m is formed in the recess 30 in this region, the film is cut at the bottom end of the opening formed in the insulating layer 32. As a result, the semiconductor layer 21 that contacts the side surface of the insulating layer 32 in the recess 30 and the material layer 21m that contacts the bottom surface of the recess 30 are formed separately.

すなわち、本発明の一態様では、一度の成膜工程を行うだけで、2つの島状の層(半導体層21及び材料層21m)を、自己整合的に同時形成することができる。 In other words, in one aspect of the present invention, two island-shaped layers (semiconductor layer 21 and material layer 21m) can be simultaneously formed in a self-aligned manner by performing only one film formation process.

絶縁層22は、凹部30内において、半導体層21及び材料層21mの上面に接して設けられる。また、凹部30は、YZ面における断面(図2(A))においては、導電層24a又は導電層24bと、絶縁層22と、で塞がれ、XZ面における断面(図2(B))においては、絶縁層22で塞がれた、空洞27を有する。 The insulating layer 22 is provided in the recess 30 in contact with the upper surfaces of the semiconductor layer 21 and the material layer 21m. The recess 30 has a cavity 27 that is filled with the conductive layer 24a or the conductive layer 24b and the insulating layer 22 in the cross section in the YZ plane (FIG. 2(A)), and is filled with the insulating layer 22 in the cross section in the XZ plane (FIG. 2(B)).

なお、本発明の一態様の半導体装置の構成は、この限りではない。本発明の一態様の半導体装置は、凹部30が空洞27を有さない構成であってもよい。すなわち、YZ面における断面においては、絶縁層22の下面が、凹部30内における絶縁層31の上面と、凹部30内における導電層24a及び導電層24bの下面と、に接し、XZ面における断面においては、凹部30内における絶縁層31の上面と、凹部30内における絶縁層32の下面と、に接する構成であってもよい。 However, the configuration of the semiconductor device according to one embodiment of the present invention is not limited to this. The semiconductor device according to one embodiment of the present invention may be configured such that the recess 30 does not have a cavity 27. That is, in the cross section in the YZ plane, the lower surface of the insulating layer 22 contacts the upper surface of the insulating layer 31 in the recess 30 and the lower surfaces of the conductive layers 24a and 24b in the recess 30, and in the cross section in the XZ plane, the lower surface of the insulating layer 31 in the recess 30 and the lower surface of the insulating layer 32 in the recess 30.

また、図2(A)及び図2(B)に示すように、絶縁層22は、凹部30内において、段切れした半導体層21と材料層21mとの間を埋めるように設けられている。これにより、半導体層21と、材料層21mと、が電気的に導通することを防ぎ、ソース電極-ドレイン電極間において、材料層21mが電流パスとなることを抑制することができるため、好ましい。なお、半導体層21と、材料層21mと、の間の電気的な絶縁状態を維持することができるのであれば、上記の限りではない。例えば、絶縁層22が、凹部30内で段切れし、半導体層21を覆う部分と、材料層21mを覆う部分と、に分断された領域を有していてもよい。 As shown in FIG. 2(A) and FIG. 2(B), the insulating layer 22 is provided in the recess 30 so as to fill the gap between the semiconductor layer 21 and the material layer 21m, which is disconnected from the recess 30. This is preferable because it prevents electrical conduction between the semiconductor layer 21 and the material layer 21m and prevents the material layer 21m from becoming a current path between the source electrode and the drain electrode. However, the above is not limited as long as the electrical insulation between the semiconductor layer 21 and the material layer 21m can be maintained. For example, the insulating layer 22 may have a region disconnected from the recess 30 and divided into a portion covering the semiconductor layer 21 and a portion covering the material layer 21m.

導電層23は、平面視にて、凹部30と重なる領域を有するように、絶縁層22上に設けられる。また、導電層23は、凹部30内において、絶縁層22を介して、半導体層21と対向する領域を有するように設けられる。 The conductive layer 23 is provided on the insulating layer 22 so as to have an area that overlaps with the recess 30 in a plan view. The conductive layer 23 is also provided in the recess 30 so as to have an area that faces the semiconductor layer 21 through the insulating layer 22.

なお、図2(A)及び図2(B)では、導電層23が、凹部30内において、絶縁層22の上面を完全に覆う構成を有しているが、この限りではない。例えば、導電層23が、凹部30内で段切れし、半導体層21を覆う部分と、材料層21mを覆う部分と、に分断された領域を有していてもよい。 2(A) and 2(B), the conductive layer 23 is configured to completely cover the upper surface of the insulating layer 22 within the recess 30, but this is not limited thereto. For example, the conductive layer 23 may have a step within the recess 30, and may have an area divided into a portion that covers the semiconductor layer 21 and a portion that covers the material layer 21m.

また、半導体層21と、材料層21mと、の間の電気的な絶縁状態を維持することができるのであれば、絶縁層22と導電層23の双方が、凹部30内で段切れし、それぞれ、半導体層21を覆う部分と、材料層21mを覆う部分と、に分断された領域を有していてもよい。 In addition, as long as electrical insulation between the semiconductor layer 21 and the material layer 21m can be maintained, both the insulating layer 22 and the conductive layer 23 may have a stepped area within the recess 30, with each area divided into a portion covering the semiconductor layer 21 and a portion covering the material layer 21m.

また、凹部30内において、絶縁層22が段切れしている場合、当該段切れ箇所にて、半導体層21と、導電層23と、が互いに接触してしまう恐れがある。この場合、トランジスタ20は、正常なトランジスタ動作を行うことができなくなってしまう。したがって、絶縁層22が段切れしている場合であっても、半導体層21と導電層23とは、少なくとも、互いに接触しない状態(好ましくは、電気的に絶縁された状態)を維持していることが求められる。 In addition, if the insulating layer 22 is disconnected within the recess 30, the semiconductor layer 21 and the conductive layer 23 may come into contact with each other at the disconnected portion. In this case, the transistor 20 will not be able to perform normal transistor operation. Therefore, even if the insulating layer 22 is disconnected, the semiconductor layer 21 and the conductive layer 23 are required to at least maintain a state in which they do not contact each other (preferably, are electrically insulated).

ここで、トランジスタ20におけるチャネル長は、凹部30の側壁に設けられた半導体層21の周長方向における、導電層24aと、導電層24bと、の距離に相当する。ここで、図1(B)に示すように、凹部30の側壁全体にわたって、環状の半導体層21が設けられているため、半導体層21における導電層24aと導電層24bとをつなぐ経路が2つ存在し、そのうち一方の長さをチャネル長L1、他方の長さをチャネル長L2とすることができる。導電層24aと、導電層24bと、を平面視における凹部30の中心に対して、対称に配置することで、チャネル長L1と、チャネル長L2と、を等しくすることができる。例えば、図1(B)に示すように、凹部30の上面形状を略円形状(角の丸い正方形状ということもできる。)とし、その両端に導電層24a及び導電層24bを設けることで、チャネル長L1と、チャネル長L2と、を比較的容易に等しくすることができる。 Here, the channel length of the transistor 20 corresponds to the distance between the conductive layer 24a and the conductive layer 24b in the circumferential direction of the semiconductor layer 21 provided on the side wall of the recess 30. Here, as shown in FIG. 1B, since the ring-shaped semiconductor layer 21 is provided over the entire side wall of the recess 30, there are two paths connecting the conductive layer 24a and the conductive layer 24b in the semiconductor layer 21, and the length of one of them can be the channel length L1 and the length of the other can be the channel length L2. By arranging the conductive layer 24a and the conductive layer 24b symmetrically with respect to the center of the recess 30 in a plan view, the channel length L1 and the channel length L2 can be made equal. For example, as shown in FIG. 1B, the upper surface shape of the recess 30 is made approximately circular (also called a square shape with rounded corners), and the conductive layer 24a and the conductive layer 24b are provided at both ends, so that the channel length L1 and the channel length L2 can be made equal relatively easily.

一方、トランジスタ20におけるチャネル幅(チャネル幅として機能し得る領域の幅)Wは、平面視において導電層24a及び導電層24bと重なる領域においては、凹部30の深さ方向に沿った半導体層21の幅(長さ)に相当する。また、図1(B)に示すように、チャネル長L1とチャネル長L2が等しい又は概略等しい場合、両方の経路がチャネル形成領域として機能するため、トランジスタ20の実質的なチャネル幅が、チャネル幅Wの2倍になる場合がある。 Meanwhile, the channel width W (the width of the region that can function as the channel width) of the transistor 20 corresponds to the width (length) of the semiconductor layer 21 along the depth direction of the recess 30 in the region that overlaps with the conductive layers 24a and 24b in a plan view. Also, as shown in FIG. 1B, when the channel length L1 and the channel length L2 are equal or approximately equal, both paths function as channel formation regions, so that the effective channel width of the transistor 20 may be twice the channel width W.

チャネル幅Wは、絶縁層32の厚さ(及び、導電層24a及び導電層24bの厚さ)によって制御することができるため、極めてチャネル幅の短いトランジスタを実現することができる。例えば、量産用の露光装置では実現できなかった、極めて小さいチャネル幅のトランジスタを実現することができる。また、最先端のLSI技術で用いられる極めて高額な露光装置を用いることなく、チャネル幅が10nm未満のトランジスタを実現することもできる。 Because the channel width W can be controlled by the thickness of the insulating layer 32 (and the thickness of the conductive layers 24a and 24b), a transistor with an extremely short channel width can be realized. For example, it is possible to realize a transistor with an extremely small channel width that could not be realized with a mass-production exposure tool. In addition, it is also possible to realize a transistor with a channel width of less than 10 nm without using the extremely expensive exposure tool used in cutting-edge LSI technology.

このような構成とすることで、トランジスタのチャネル幅Wを、絶縁層32の厚さによって精密に制御することができるため、チャネル幅Wのばらつきを極めて小さくすることができる。さらに、チャネル幅Wが極めて小さいトランジスタを実現することができる。 By adopting such a configuration, the channel width W of the transistor can be precisely controlled by the thickness of the insulating layer 32, so that the variation in the channel width W can be made extremely small. Furthermore, a transistor with an extremely small channel width W can be realized.

ここで、トランジスタの特性を示す指標として、チャネル長Lに対するチャネル幅Wの比(W/L比)を用いる場合がある。プレーナ型のトランジスタでは、チャネル長及びチャネル幅の最小値は露光装置の露光限界に依存するため、W/L比を小さくしたい場合には、Lを大きくする必要があり、トランジスタの占有面積が増大する問題があった。しかしながら本発明の一態様のトランジスタは、チャネル幅Wを露光装置の露光限界よりも小さくすることができるため、トランジスタの占有面積を増大させることなく、W/L比の極めて小さいトランジスタを実現することができる。 Here, the ratio of channel width W to channel length L (W/L ratio) may be used as an index of transistor characteristics. In planar transistors, the minimum values of channel length and channel width depend on the exposure limit of an exposure device, so if the W/L ratio is to be reduced, L must be increased, resulting in a problem of an increased area occupied by the transistor. However, in one embodiment of the present invention, the channel width W can be made smaller than the exposure limit of the exposure device, making it possible to realize a transistor with an extremely small W/L ratio without increasing the area occupied by the transistor.

ここでは、凹部30の上面形状(輪郭形状、平面形状、平面視における形状ともいう。)を角の丸い正方形形状としたが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、図3(A)に示すように、凹部30の上面形状を円形状にしてもよいし、図3(B)に示すように、凹部30の上面形状を角の丸い長方形形状にしてもよい。図3(B)に示すように、長方形状にすることで、チャネル長Lを伸長することができる。このとき、導電層24aと、導電層24bと、を平面視における凹部30の中心に対して、対称に配置することが好ましい。これに対して、図1(B)又は図3(A)に示すように、凹部30の上面形状を円形又は略円形とすることで、トランジスタの占有面積を小さくすることができる。また、凹部30の形状が単純であることから、その形状ばらつきを小さくすることができ、トランジスタの電気特性のばらつきを抑制することができる。 Here, the top surface shape of the recess 30 (also referred to as the contour shape, planar shape, or shape in plan view) is a square shape with rounded corners, but the present invention is not limited to this. For example, the top surface shape of the recess 30 may be circular as shown in FIG. 3(A), or may be rectangular with rounded corners as shown in FIG. 3(B). By making the top surface shape rectangular as shown in FIG. 3(B), the channel length L can be extended. In this case, it is preferable to arrange the conductive layer 24a and the conductive layer 24b symmetrically with respect to the center of the recess 30 in plan view. In contrast, by making the top surface shape of the recess 30 circular or approximately circular as shown in FIG. 1(B) or FIG. 3(A), the area occupied by the transistor can be reduced. In addition, since the shape of the recess 30 is simple, the variation in shape can be reduced, and the variation in the electrical characteristics of the transistor can be suppressed.

凹部30の上面形状は、上記に限られず、様々な形状とすることができる。例えば、楕円形、四角形などとすることができる。また、正三角形、正方形、正五角形をはじめとした正多角形、正多角形以外の多角形としてもよい。また、星形多角形などの、少なくとも1つの内角が180度を超える多角形である、凹多角形とすると、チャネル長Lを大きくすることができる。その他、楕円形、角の丸い多角形、直線と曲線とを組み合わせた閉曲線などとすることができる。例えば、凹部30の上面形状が複雑であるほど、チャネル長Lを大きくすることができる。 The top surface shape of the recess 30 is not limited to the above and can be various shapes. For example, it can be an ellipse, a rectangle, etc. It can also be a regular polygon such as an equilateral triangle, a square, a regular pentagon, or a polygon other than a regular polygon. If it is a concave polygon with at least one interior angle exceeding 180 degrees, such as a star-shaped polygon, the channel length L can be increased. Other shapes include an ellipse, a polygon with rounded corners, and a closed curve that combines straight lines and curves. For example, the more complex the top surface shape of the recess 30 is, the greater the channel length L can be.

また、上記においては、凹部30の側壁全体にわたって、環状の半導体層21を設ける構成について示したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、図3(C)に示すように、凹部30の側壁に沿って形成された半導体層21が、一部が除去された形状であってよい。例えば、図3(B)では、半導体層21の上面形状が、閉じた曲線状を有しているのに対して、図3(C)では、半導体層21の上面形状が、開いた曲線状を有している。図3(C)に示すように、半導体層21の端部近傍に、導電層24aと導電層24bをそれぞれ設ける構造にすることで、半導体層21全体を1つのチャネル形成領域にすることができる。よって、図3(C)に示す半導体層21におけるチャネル形成領域のチャネル長を、図3(B)に示す半導体層21における2つのチャネル形成領域が有するそれぞれのチャネル用よりも、長くすることができる。 In the above, the configuration in which the ring-shaped semiconductor layer 21 is provided over the entire side wall of the recess 30 has been shown, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 3(C), the semiconductor layer 21 formed along the side wall of the recess 30 may have a shape in which a part has been removed. For example, in FIG. 3(B), the top surface shape of the semiconductor layer 21 has a closed curved shape, whereas in FIG. 3(C), the top surface shape of the semiconductor layer 21 has an open curved shape. As shown in FIG. 3(C), by providing a conductive layer 24a and a conductive layer 24b near the end of the semiconductor layer 21, the entire semiconductor layer 21 can be made into one channel formation region. Therefore, the channel length of the channel formation region in the semiconductor layer 21 shown in FIG. 3(C) can be made longer than the channel length of each of the two channel formation regions in the semiconductor layer 21 shown in FIG. 3(B).

また、図4(A)は、導電層24aと、導電層24bと、が隣り合って設けられる例を示している。このような構成とすることで、凹部30の側壁の大部分に半導体層21を設けることができる。よって、トランジスタのチャネル長Lを凹部30の周長に近づけることができ、チャネル長Lの長いトランジスタを実現することができる。例えば、凹部30の周長のうち、70%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上をチャネル長Lとすることが望ましい。 Also, FIG. 4(A) shows an example in which conductive layer 24a and conductive layer 24b are provided adjacent to each other. With this configuration, semiconductor layer 21 can be provided on most of the sidewall of recess 30. Therefore, the channel length L of the transistor can be made close to the perimeter of recess 30, and a transistor with a long channel length L can be realized. For example, it is desirable for the channel length L to be 70% or more, preferably 80% or more, and more preferably 90% or more of the perimeter of recess 30.

また、上記においては、1つの凹部30に、1つのトランジスタを配置する構成について示したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、図4(B)に示すように、1つの凹部30に、2つのトランジスタを配置する構成にしてもよい。ここでは、凹部30の側壁に沿って、半導体層21aと、半導体層21bと、が接することなく設けられている。これにより、半導体層21aを有するトランジスタ20aと、半導体層21bを有するトランジスタ20bとが、1つの凹部30を共有するように設けられている。トランジスタ20aと、トランジスタ20bと、はチャネル幅Wが等しいトランジスタとなる。なお、トランジスタ20aと、トランジスタ20bと、はチャネル長Lが異なっていてもよい。なお、ここでは、1つの凹部30に2つのトランジスタを設ける例を示したが、3つ以上のトランジスタを設けてもよい。 In the above, a configuration in which one transistor is disposed in one recess 30 has been shown, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 4B, a configuration in which two transistors are disposed in one recess 30 may be used. Here, the semiconductor layer 21a and the semiconductor layer 21b are provided along the sidewall of the recess 30 without contacting each other. As a result, the transistor 20a having the semiconductor layer 21a and the transistor 20b having the semiconductor layer 21b are provided so as to share one recess 30. The transistors 20a and 20b have the same channel width W. The transistors 20a and 20b may have different channel lengths L. Although an example in which two transistors are provided in one recess 30 has been shown here, three or more transistors may be provided.

<構成例2>
構成例1とは異なる構成例を、図5(A)及び図5(B)に示す。図5(A)は、トランジスタ20Aの平面概略図である。図5(B)は、図5(A)に示す一点鎖線A-Bにおける断面概略図である。なお、図5(A)では、一部の構成要素(導電層23、絶縁層22、材料層21mなど)を省略している。
<Configuration Example 2>
5A and 5B show configuration examples different from Configuration Example 1. Fig. 5A is a schematic plan view of a transistor 20A. Fig. 5B is a schematic cross-sectional view taken along dashed line A-B shown in Fig. 5A. Note that some components (such as the conductive layer 23, the insulating layer 22, and the material layer 21m) are omitted in Fig. 5A.

図5(A)に示すように、トランジスタ20Aは、凹部30が延伸部と屈曲部を有する上面形状である点で、構成例1に示すトランジスタ20と主に相違している。ここで、延伸部と屈曲部を組み合わせて形成された凹部30の上面形状を、蛇行形状、迂曲形状、曲折形状、又はミアンダ形状と呼ぶことができる。 As shown in FIG. 5A, the transistor 20A is different from the transistor 20 shown in the configuration example 1 mainly in that the recess 30 has a top surface shape that has an extension portion and a bend portion. Here, the top surface shape of the recess 30 formed by combining the extension portion and the bend portion can be called a serpentine shape, a roundabout shape, a meandering shape, or a meandering shape.

図5(A)に示すように、凹部30は、延伸部26a、延伸部26b、延伸部26c、屈曲部28a、及び屈曲部28bを有する。凹部30の上面形状は、延伸部26aと延伸部26bが、屈曲部28aを介して接続され、延伸部26bと延伸部26cが、屈曲部28bを介して接続された形状とみなすことができる。 As shown in FIG. 5(A), the recess 30 has extensions 26a, 26b, 26c, bends 28a, and 28b. The top surface shape of the recess 30 can be considered as a shape in which the extensions 26a and 26b are connected via bend 28a, and the extensions 26b and 26c are connected via bend 28b.

図5(A)及び図5(B)に示すように、半導体層21は、凹部30における絶縁層32の側面に沿って設けられている。さらに、半導体層21は、導電層24aと接する領域、及び、導電層24bと接する領域を有する。また、凹部30内において、半導体層21は、絶縁層22を介して、導電層23と対向して設けられている。 As shown in Figures 5(A) and 5(B), the semiconductor layer 21 is provided along the side surface of the insulating layer 32 in the recess 30. Furthermore, the semiconductor layer 21 has a region in contact with the conductive layer 24a and a region in contact with the conductive layer 24b. Furthermore, within the recess 30, the semiconductor layer 21 is provided facing the conductive layer 23 via the insulating layer 22.

図5(A)等では、半導体層21が、延伸部26aにおいて導電層24aに接し、延伸部26cにおいて導電層24bに接する例を示している。なお、半導体層21が、屈曲部において導電層24a又は導電層24bと接する構成としてもよい。例えば、半導体層21が、屈曲部28aにおいて導電層24aに接し、屈曲部28bにおいて導電層24bに接する構成としてもよい。 5(A) and the like show an example in which the semiconductor layer 21 contacts the conductive layer 24a at the extension portion 26a and contacts the conductive layer 24b at the extension portion 26c. The semiconductor layer 21 may be configured to contact the conductive layer 24a or the conductive layer 24b at the bent portion. For example, the semiconductor layer 21 may be configured to contact the conductive layer 24a at the bent portion 28a and contact the conductive layer 24b at the bent portion 28b.

2個の延伸部を1個の屈曲部で接続することで、凹部30に折り返し構造を形成することができる。このような折り返し形状を1個又は複数個形成することにより、凹部30の周長を、導電層24aと導電層24bとの間の距離より、はるかに大きくすることができる。よって、トランジスタの占有面積を増大させることなく、チャネル長Lを大きくすることができる。チャネル長Lを大きくすることにより、飽和性の高いトランジスタとすることができる。また、チャネル長Lに対するチャネル幅Wの比(W/L比)の極めて小さいトランジスタを実現することができる。 By connecting two extensions with one bend, a folded structure can be formed in the recess 30. By forming one or more such folded shapes, the perimeter of the recess 30 can be made much larger than the distance between the conductive layer 24a and the conductive layer 24b. Therefore, the channel length L can be increased without increasing the area occupied by the transistor. By increasing the channel length L, a transistor with high saturation properties can be obtained. Also, a transistor with an extremely small ratio of the channel width W to the channel length L (W/L ratio) can be realized.

なお、本明細書等において、トランジスタのドレイン電流(Id)-ドレイン電圧(Vd)特性における、飽和領域の電流の変化が小さいことを、「飽和性が高い」と表現する場合がある。 In this specification, the term "high saturation" may be used to describe a transistor's drain current (Id)-drain voltage (Vd) characteristics in which the change in current in the saturation region is small.

凹部30の側壁の一部に半導体層21が設けられない構成例を、図6(A)に示す。図6(A)は、当該構成例の平面概略図である。 Figure 6(A) shows an example of a configuration in which the semiconductor layer 21 is not provided on a portion of the side wall of the recess 30. Figure 6(A) is a schematic plan view of this example.

図6(A)では、導電層24aと、導電層24bと、が隣り合って設けられ、さらに、導電層24aと導電層24bの間において、凹部30の側壁に半導体層21が設けられない構成例を示している。このような構成とすることで、トランジスタのチャネル長Lを凹部30の周長に近づけることができ、チャネル長Lを長くすることができる。 Figure 6 (A) shows a configuration example in which conductive layer 24a and conductive layer 24b are provided adjacent to each other, and further, semiconductor layer 21 is not provided on the side wall of recess 30 between conductive layer 24a and conductive layer 24b. With such a configuration, the channel length L of the transistor can be made closer to the perimeter of recess 30, and the channel length L can be made longer.

図6(A)等では、凹部30が、延伸部26a、延伸部26b、延伸部26c、屈曲部28a、及び屈曲部28bを有する構成について示したが、本発明はこれに限られるものではない。凹部30は、複数の延伸部と、少なくとも一の屈曲部を有していればよい。ここで、屈曲部の個数は、延伸部より1個少ないことが好ましい。例えば、図6(B)に示すように、凹部30が、2個の延伸部と、1個の屈曲部を有する構成にしてもよい。また、例えば、凹部30が、4個以上の延伸部と、3個以上の屈曲部を有する構成にしてもよい。なお、図6(C)に示すように、凹部30の上面形状をロール状としてもよい。 6(A) and other figures show a configuration in which the recess 30 has the extensions 26a, 26b, 26c, the bends 28a, and 28b, but the present invention is not limited to this. The recess 30 may have multiple extensions and at least one bend. Here, it is preferable that the number of bends is one less than the number of extensions. For example, as shown in FIG. 6(B), the recess 30 may have two extensions and one bend. Also, for example, the recess 30 may have four or more extensions and three or more bends. Note that the upper surface of the recess 30 may be rolled as shown in FIG. 6(C).

図6(A)等では、半導体層21が、延伸部26aにおいて、導電層24a及び導電層24bに接する例を示しているが、本発明の一態様はこれに限られない。半導体層21が、屈曲部において、導電層24a及び導電層24bと接する構成としてもよい。又は、半導体層21が、屈曲部において、導電層24a及び導電層24bの一方と接し、延伸部において、導電層24a及び導電層24bの他方と接する構成としてもよい。 6A and the like show an example in which the semiconductor layer 21 contacts the conductive layer 24a and the conductive layer 24b in the extension portion 26a, but one embodiment of the present invention is not limited to this. The semiconductor layer 21 may be configured to contact the conductive layer 24a and the conductive layer 24b in the bent portion. Alternatively, the semiconductor layer 21 may be configured to contact one of the conductive layer 24a and the conductive layer 24b in the bent portion and to contact the other of the conductive layer 24a and the conductive layer 24b in the extension portion.

なお、ここで示した半導体層21の構成は、他の構成例にも適用することができる。 The configuration of the semiconductor layer 21 shown here can also be applied to other configuration examples.

なお、図5(A)等では、凹部30の屈曲部の角を丸まった形状で示したが、本発明の一態様はこれに限られるものではなく、屈曲部の角を角張った形状にしてもよい。この場合、凹部30の上面形状を、ジグザグ形状と呼ぶこともできる。 In FIG. 5(A) and other figures, the corners of the bent portion of the recess 30 are shown as rounded, but this is not a limitation of one embodiment of the present invention, and the corners of the bent portion may be angular. In this case, the top surface shape of the recess 30 may be called a zigzag shape.

なお、ここで示した凹部30の構成は、他の構成例にも適用することができる。 The configuration of the recess 30 shown here can also be applied to other configuration examples.

本実施の形態、及び、対応する図面等は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態、又は、実施例と適宜組み合わせて実施することができる。また、本実施の形態に示す複数の構成、及び、対応する図面等は、互いに適宜組み合わせることが可能である。 This embodiment and the corresponding drawings, etc. can be implemented by appropriately combining at least a part of them with other embodiments or examples described in this specification. In addition, the multiple configurations shown in this embodiment and the corresponding drawings, etc. can be appropriately combined with each other.

(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より詳細な構成について、図7(A)乃至図12(B)を用いて説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, a more detailed structure of a semiconductor device of one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

なお、トランジスタ20を有する半導体装置に関して前述した内容については、後述する半導体装置に対しても適用できるものとする。また、後述する半導体装置で説明する内容については、前述のトランジスタ20を有する半導体装置にも適用できるものとする。 The contents described above regarding the semiconductor device having the transistor 20 can also be applied to the semiconductor device described later. The contents described regarding the semiconductor device described later can also be applied to the semiconductor device having the transistor 20 described above.

図7(A)に、本発明の一態様の半導体装置10の平面図(上面図ともいう。)を示す。図7(A)に示す一点鎖線A1-A2における断面図を、図7(B)に示す。また、図7(A)に示す一点鎖線B1-B2における断面図を、図7(C)に示す。ここで、一点鎖線B1-B2は、一点鎖線A1-A2に対して直交している。なお、図7(A)では、半導体装置10の構成要素の一部(絶縁層等)を省略している。半導体装置の平面図については、以降の図面においても図7(A)と同様に、構成要素の一部を省略する。 Figure 7(A) shows a plan view (also referred to as a top view) of a semiconductor device 10 according to one embodiment of the present invention. Figure 7(B) shows a cross-sectional view taken along dashed line A1-A2 in Figure 7(A). Figure 7(C) shows a cross-sectional view taken along dashed line B1-B2 in Figure 7(A). Here, dashed line B1-B2 is orthogonal to dashed line A1-A2. Note that some of the components of the semiconductor device 10 (such as an insulating layer) are omitted in Figure 7(A). As with Figure 7(A), some of the components are omitted from the plan views of the semiconductor device in the following drawings.

半導体装置10は、トランジスタ100と、トランジスタ200と、絶縁層110と、絶縁層102と、を有する。なお、絶縁層102の下部に、下地膜となる絶縁層、又は、基板を設けてもよい。 The semiconductor device 10 includes a transistor 100, a transistor 200, an insulating layer 110, and an insulating layer 102. An insulating layer serving as a base film or a substrate may be provided below the insulating layer 102.

トランジスタ100と、トランジスタ200と、は異なる構造を有する。また、トランジスタ100及びトランジスタ200は、一部の工程を共通にして形成することができる。なお、半導体装置10を表示装置に適用する場合、画素の選択トランジスタにトランジスタ100を用い、駆動トランジスタにトランジスタ200を用いると好適である。より具体的には、駆動トランジスタは飽和性が高いことが好ましいため、チャネル長が長いトランジスタ200を好適に用いることができる。このように、本発明の一態様の半導体装置においては、同一基板上で、チャネル長の異なるトランジスタを、絶縁層の厚さ、及び、パターン形成により、自由に設計することができるといった優れた効果を奏する。 The transistors 100 and 200 have different structures. In addition, the transistors 100 and 200 can be formed by sharing some of the steps. When the semiconductor device 10 is applied to a display device, it is preferable to use the transistor 100 as a pixel selection transistor and the transistor 200 as a driving transistor. More specifically, since it is preferable that the driving transistor has high saturation, the transistor 200 having a long channel length can be preferably used. In this way, the semiconductor device of one embodiment of the present invention has an excellent effect that transistors having different channel lengths can be freely designed on the same substrate by changing the thickness of the insulating layer and pattern formation.

トランジスタ200の構成について、説明する。ここでは、トランジスタ200に、前述のトランジスタ20の構成を適用した例を示している。 The configuration of transistor 200 will be described. Here, an example is shown in which the configuration of transistor 20 described above is applied to transistor 200.

トランジスタ200は、導電層204と、導電層212aと、導電層212bと、絶縁層106と、半導体層208と、を有する。トランジスタ200において、導電層204は、ゲート電極として機能し、絶縁層106の一部は、ゲート絶縁層として機能する。導電層212aは、ソース電極又はドレイン電極の一方として機能し、導電層212bは、ソース電極又はドレイン電極の他方として機能する。トランジスタ200を構成する各層は、単層構造であってもよく、積層構造であってもよい。導電層204、導電層212a、導電層212b、絶縁層106、及び半導体層208は、それぞれ、前述の導電層23、導電層24a、導電層24b、絶縁層22、及び半導体層21に係る記載を参照することができる。 The transistor 200 includes a conductive layer 204, a conductive layer 212a, a conductive layer 212b, an insulating layer 106, and a semiconductor layer 208. In the transistor 200, the conductive layer 204 functions as a gate electrode, and a part of the insulating layer 106 functions as a gate insulating layer. The conductive layer 212a functions as one of the source electrode and the drain electrode, and the conductive layer 212b functions as the other of the source electrode and the drain electrode. Each layer constituting the transistor 200 may have a single-layer structure or a stacked structure. The conductive layer 204, the conductive layer 212a, the conductive layer 212b, the insulating layer 106, and the semiconductor layer 208 can refer to the above-mentioned descriptions of the conductive layer 23, the conductive layer 24a, the conductive layer 24b, the insulating layer 22, and the semiconductor layer 21, respectively.

絶縁層110及び絶縁層102は、凹部145を有する。絶縁層110、絶縁層102、及び凹部145は、それぞれ、前述の絶縁層32、絶縁層31、凹部30に係る記載を参照することができる。 The insulating layer 110 and the insulating layer 102 have a recess 145. For the insulating layer 110, the insulating layer 102, and the recess 145, the above-mentioned descriptions of the insulating layer 32, the insulating layer 31, and the recess 30 can be referred to, respectively.

導電層212a及び導電層212bは、絶縁層102上に設けられる。ここで、凹部145は、平面視にて、導電層212a及び導電層212bの一部と重なるように絶縁層110に設けられた開口(開口145a)と、当該開口と重なる領域に設けられた絶縁層102の凹部(凹部145b)と、を合わせたものともいえる。したがって、導電層212aの側端部近傍、及び、導電層212bの側端部近傍は、凹部145の側壁(凹部145の側面、又は、凹部145における絶縁層110の側面を指す場合もある。)から突出している、ということもできる。 The conductive layer 212a and the conductive layer 212b are provided on the insulating layer 102. Here, the recess 145 can be said to be a combination of an opening (opening 145a) provided in the insulating layer 110 so as to overlap a part of the conductive layer 212a and the conductive layer 212b in a plan view, and a recess (recess 145b) of the insulating layer 102 provided in the area overlapping with the opening. Therefore, it can be said that the vicinity of the side end of the conductive layer 212a and the vicinity of the side end of the conductive layer 212b protrude from the side wall of the recess 145 (which may refer to the side surface of the recess 145, or the side surface of the insulating layer 110 in the recess 145).

導電層212aと導電層212bには、同じ材料を用いることができる。また、導電層212aと導電層212bは、同じ工程で形成することができる。例えば、導電層212a及び導電層212bとなる膜を形成し、当該膜を加工することにより、導電層212a及び導電層212bを形成することができる。 The conductive layer 212a and the conductive layer 212b can be formed using the same material. In addition, the conductive layer 212a and the conductive layer 212b can be formed in the same process. For example, a film that will become the conductive layer 212a and the conductive layer 212b can be formed by forming the film and processing the film.

図7(A)及び図7(B)に示すように、平面視にて、導電層212a及び導電層212bと重なる領域においては、半導体層208は、凹部145内における絶縁層110の側面、導電層212aの上面の一部及び側面、並びに、導電層212bの上面の一部及び側面に接して設けられる。また、図7(A)及び図7(C)に示すように、平面視にて、導電層212a及び導電層212bと重ならない領域においては、半導体層208は、凹部145内における絶縁層110の側面に接して設けられる。 As shown in Figures 7(A) and 7(B), in the region where the semiconductor layer 208 overlaps with the conductive layer 212a and the conductive layer 212b in a plan view, the semiconductor layer 208 is provided in contact with the side of the insulating layer 110 in the recess 145, a part of the upper surface and the side of the conductive layer 212a, and a part of the upper surface and the side of the conductive layer 212b. Also, as shown in Figures 7(A) and 7(C), in the region where the semiconductor layer 208 does not overlap with the conductive layer 212a and the conductive layer 212b in a plan view, the semiconductor layer 208 is provided in contact with the side of the insulating layer 110 in the recess 145.

図7(B)及び図7(C)に示すように、凹部145の底面上には、材料層208mが設けられる。材料層208mは、前述の材料層21mに係る記載を参照することができる。材料層208mは、半導体層208と同じ材料からなる層である。半導体層208と材料層208mは、半導体層208及び材料層208mとなる膜を凹部145内に成膜する際、当該膜が、導電層212a及び導電層212bの露出した端部で段切れを起こすことによって、それぞれ分離して同時形成されたものである。 As shown in FIG. 7B and FIG. 7C, a material layer 208m is provided on the bottom surface of the recess 145. For the material layer 208m, the description of the material layer 21m described above can be referred to. The material layer 208m is a layer made of the same material as the semiconductor layer 208. The semiconductor layer 208 and the material layer 208m are formed simultaneously and separately when the films to become the semiconductor layer 208 and the material layer 208m are formed in the recess 145 by causing a step in the film at the exposed ends of the conductive layer 212a and the conductive layer 212b.

このように、本発明の一態様では、半導体層となる膜の成膜を行うだけで、自己整合的に半導体層を形成することができる。そのため、半導体装置作製における全体の工程数を削減することができる。 In this way, in one embodiment of the present invention, a semiconductor layer can be formed in a self-aligned manner simply by depositing a film that will become the semiconductor layer. Therefore, the total number of steps in manufacturing a semiconductor device can be reduced.

半導体層208の導電層212aと接する領域は、ソース領域又はドレイン領域の一方として機能し、半導体層208の導電層212bと接する領域は、ソース領域又はドレイン領域の他方として機能する。半導体層208において、ソース領域とドレイン領域との間に、チャネル形成領域が設けられる。 The region of the semiconductor layer 208 in contact with the conductive layer 212a functions as one of the source region and the drain region, and the region of the semiconductor layer 208 in contact with the conductive layer 212b functions as the other of the source region and the drain region. In the semiconductor layer 208, a channel formation region is provided between the source region and the drain region.

絶縁層106は、凹部145を覆うように設けられる。ここで、凹部145内部に設けられる半導体層208及び材料層208mも絶縁層106に覆われる。絶縁層106は、半導体層208、材料層208m、導電層212a、導電層212b、及び絶縁層110上に設けられる。絶縁層106は、凹部145内における半導体層208の側面、凹部145内における材料層208mの上面、凹部145内における導電層212aの上面及び側面、凹部145内における導電層212bの上面及び側面、並びに、凹部145内における絶縁層110の側面と接する領域を有する。絶縁層106は、凹部145内における半導体層208の側面、凹部145内における材料層208mの上面、凹部145内における導電層212aの上面及び側面、凹部145内における導電層212bの上面及び側面、並びに、凹部145内における絶縁層110の側面の形状に沿った形状を有する。また、絶縁層106の少なくとも一部は、半導体層208と導電層204の間に設けられる。つまり、絶縁層106は、ゲート絶縁層として機能する。 The insulating layer 106 is provided so as to cover the recess 145. Here, the semiconductor layer 208 and the material layer 208m provided inside the recess 145 are also covered by the insulating layer 106. The insulating layer 106 is provided on the semiconductor layer 208, the material layer 208m, the conductive layer 212a, the conductive layer 212b, and the insulating layer 110. The insulating layer 106 has an area in contact with the side of the semiconductor layer 208 in the recess 145, the upper surface of the material layer 208m in the recess 145, the upper surface and side of the conductive layer 212a in the recess 145, the upper surface and side of the conductive layer 212b in the recess 145, and the side of the insulating layer 110 in the recess 145. The insulating layer 106 has a shape that conforms to the shapes of the side surface of the semiconductor layer 208 in the recess 145, the top surface of the material layer 208m in the recess 145, the top surface and side surface of the conductive layer 212a in the recess 145, the top surface and side surface of the conductive layer 212b in the recess 145, and the side surface of the insulating layer 110 in the recess 145. At least a portion of the insulating layer 106 is provided between the semiconductor layer 208 and the conductive layer 204. That is, the insulating layer 106 functions as a gate insulating layer.

凹部145は、基板面に垂直な方向における断面視において、導電層212a又は導電層212bと、絶縁層106と、で塞がれた空洞227を有する。なお、凹部145は、空洞227を有さない構成であってもよい。空洞227は、前述の空洞27に係る記載を参照することができる。 When viewed in cross section perpendicular to the substrate surface, the recess 145 has a cavity 227 filled with the conductive layer 212a or the conductive layer 212b and the insulating layer 106. Note that the recess 145 may not have the cavity 227. For the cavity 227, the description of the cavity 27 described above can be referred to.

導電層204は、凹部145に重畳して、絶縁層106上に設けられ、絶縁層106の上面と接する領域を有する。導電層204は、絶縁層106を介して、半導体層208と対向する領域を有する。導電層204は、絶縁層106の上面の形状に沿った形状を有する。 The conductive layer 204 is provided on the insulating layer 106, overlapping the recess 145, and has a region in contact with the upper surface of the insulating layer 106. The conductive layer 204 has a region facing the semiconductor layer 208 via the insulating layer 106. The conductive layer 204 has a shape that follows the shape of the upper surface of the insulating layer 106.

トランジスタ200では、半導体層208のうち、導電層212aと導電層212bの間に位置する領域の側面が、ソース-ドレイン間の電流経路(半導体層208のチャネル形成領域)となる。したがって、トランジスタ200では、基板面に対して、垂直方向又は概略垂直方向(縦方向又は概略縦方向)な面内が、ソース-ドレイン間の電流経路となり得る。また、同時に、トランジスタ200では、基板面に対して、平行方向又は概略平行方向(横方向又は概略横方向)にソース-ドレイン間電流が流れるということもできる。このように、トランジスタ200は、縦方向と、横方向と、の双方が、ソース-ドレイン間の電流経路として寄与する構成であるため、VLFET(Vertical Lateral Field Effect Transistor)ということができる。 In the transistor 200, the side of the region of the semiconductor layer 208 located between the conductive layers 212a and 212b becomes the source-drain current path (the channel formation region of the semiconductor layer 208). Therefore, in the transistor 200, the current path between the source and drain can be in a plane perpendicular or approximately perpendicular (vertical or approximately vertical) to the substrate surface. At the same time, it can also be said that the source-drain current flows in a parallel or approximately parallel (horizontal or approximately horizontal) direction to the substrate surface in the transistor 200. In this way, the transistor 200 can be called a VLFET (Vertical Lateral Field Effect Transistor) because both the vertical and horizontal directions contribute to the source-drain current path.

次に、トランジスタ100の構成について、説明する。 Next, the configuration of transistor 100 will be described.

トランジスタ100は、導電層104と、絶縁層106と、半導体層108と、導電層112aと、導電層112bと、を有する。トランジスタ100において、導電層104は、ゲート電極として機能し、絶縁層106の一部は、ゲート絶縁層として機能する。導電層112aは、ソース電極又はドレイン電極の一方として機能し、導電層112bは、ソース電極又はドレイン電極の他方として機能する。トランジスタ100を構成する各層は、単層構造であってもよく、積層構造であってもよい。 The transistor 100 has a conductive layer 104, an insulating layer 106, a semiconductor layer 108, a conductive layer 112a, and a conductive layer 112b. In the transistor 100, the conductive layer 104 functions as a gate electrode, and a part of the insulating layer 106 functions as a gate insulating layer. The conductive layer 112a functions as one of a source electrode and a drain electrode, and the conductive layer 112b functions as the other of the source electrode and the drain electrode. Each layer constituting the transistor 100 may have a single-layer structure or a stacked structure.

絶縁層102上に、導電層112aが設けられ、導電層112a上に、絶縁層110が設けられる。絶縁層110は、導電層112aの上面及び側面を覆うように設けられる。絶縁層110は、導電層112aと重なる領域に、導電層112aに達する開口141を有する。開口141において、導電層112aが露出するともいえる。導電層112aには、導電層212a及び導電層212bと同じ材料を用いることができる。また、導電層112aは、導電層212a及び導電層212bと同じ工程で形成することができる。例えば、導電層112a、導電層212a、及び導電層212bとなる膜を形成し、当該膜を加工することにより、導電層112a、導電層212a、及び導電層212bを形成することができる。 A conductive layer 112a is provided on the insulating layer 102, and an insulating layer 110 is provided on the conductive layer 112a. The insulating layer 110 is provided so as to cover the upper surface and side surface of the conductive layer 112a. The insulating layer 110 has an opening 141 that reaches the conductive layer 112a in a region overlapping with the conductive layer 112a. It can also be said that the conductive layer 112a is exposed in the opening 141. The conductive layer 112a can be made of the same material as the conductive layer 212a and the conductive layer 212b. In addition, the conductive layer 112a can be formed in the same process as the conductive layer 212a and the conductive layer 212b. For example, a film that becomes the conductive layer 112a, the conductive layer 212a, and the conductive layer 212b is formed, and the conductive layer 112a, the conductive layer 212a, and the conductive layer 212b can be formed by processing the film.

導電層112bは、導電層112aと重なる領域に、絶縁層110に埋め込まれるように設けられる。導電層112bの上面の高さは、絶縁層110の上面の高さと概略一致している。また、導電層112bは、導電層112aと重なる領域に開口143を有する。開口143は、開口141と重なる領域に設けられる。 The conductive layer 112b is provided so as to be embedded in the insulating layer 110 in a region overlapping with the conductive layer 112a. The height of the upper surface of the conductive layer 112b is roughly the same as the height of the upper surface of the insulating layer 110. The conductive layer 112b also has an opening 143 in the region overlapping with the conductive layer 112a. The opening 143 is provided in a region overlapping with the opening 141.

半導体層108は、開口141及び開口143を覆うように設けられる。半導体層108には、半導体層208と同じ材料を用いることができる。また、半導体層108は、半導体層208と同じ工程で形成することができる。例えば、半導体層108及び半導体層208となる膜を形成し、当該膜を加工することにより、半導体層108及び半導体層208を形成することができる。 The semiconductor layer 108 is provided so as to cover the opening 141 and the opening 143. The same material as the semiconductor layer 208 can be used for the semiconductor layer 108. The semiconductor layer 108 can be formed in the same process as the semiconductor layer 208. For example, the semiconductor layer 108 and the semiconductor layer 208 can be formed by forming a film that will become the semiconductor layer 108 and the semiconductor layer 208 and processing the film.

半導体層108は、導電層112bの側面、絶縁層110の側面、並びに、導電層112aの上面と接する領域を有する。半導体層108は、開口141及び開口143を介して、導電層112aと電気的に接続される。半導体層108は、導電層112bの側面、絶縁層110の側面、並びに、導電層112aの上面の形状に沿った形状を有する。 The semiconductor layer 108 has an area in contact with the side surface of the conductive layer 112b, the side surface of the insulating layer 110, and the upper surface of the conductive layer 112a. The semiconductor layer 108 is electrically connected to the conductive layer 112a through the openings 141 and 143. The semiconductor layer 108 has a shape that follows the shapes of the side surface of the conductive layer 112b, the side surface of the insulating layer 110, and the upper surface of the conductive layer 112a.

半導体層108の導電層112aと接する領域は、ソース領域又はドレイン領域の一方として機能し、導電層112bと接する領域は、ソース領域又はドレイン領域の他方として機能する。半導体層108において、ソース領域と、ドレイン領域と、の間にチャネル形成領域が設けられる。 The region of the semiconductor layer 108 in contact with the conductive layer 112a functions as one of the source region and the drain region, and the region in contact with the conductive layer 112b functions as the other of the source region and the drain region. In the semiconductor layer 108, a channel formation region is provided between the source region and the drain region.

絶縁層106は、開口141及び開口143を覆うように設けられる。絶縁層106は、半導体層108、導電層112b、及び絶縁層110上に設けられる。絶縁層106は、半導体層108の側面、導電層112bの上面及び側面、並びに、絶縁層110の上面と接する領域を有する。絶縁層106は、半導体層108の側面、導電層112bの上面及び側面、並びに、絶縁層110の上面の形状に沿った形状を有する。 The insulating layer 106 is provided so as to cover the opening 141 and the opening 143. The insulating layer 106 is provided on the semiconductor layer 108, the conductive layer 112b, and the insulating layer 110. The insulating layer 106 has an area that contacts the side surface of the semiconductor layer 108, the upper surface and side surface of the conductive layer 112b, and the upper surface of the insulating layer 110. The insulating layer 106 has a shape that follows the shapes of the side surface of the semiconductor layer 108, the upper surface and side surface of the conductive layer 112b, and the upper surface of the insulating layer 110.

導電層104は、絶縁層106上に設けられ、絶縁層106の上面と接する領域を有する。導電層104は、絶縁層106を介して、半導体層108と重なる領域を有する。導電層104は、絶縁層106の上面の形状に沿った形状を有する。導電層104には、導電層204と同じ材料を用いることができる。また、導電層104は、導電層204と同じ工程で形成することができる。例えば、導電層104及び導電層204となる膜を形成し、当該膜を加工することにより、導電層104及び導電層204を形成することができる。 The conductive layer 104 is provided on the insulating layer 106 and has a region in contact with the upper surface of the insulating layer 106. The conductive layer 104 has a region that overlaps with the semiconductor layer 108 through the insulating layer 106. The conductive layer 104 has a shape that matches the shape of the upper surface of the insulating layer 106. The conductive layer 104 can be formed using the same material as the conductive layer 204. In addition, the conductive layer 104 can be formed in the same process as the conductive layer 204. For example, the conductive layer 104 and the conductive layer 204 can be formed by forming a film that will become the conductive layer 104 and the conductive layer 204 and processing the film.

トランジスタ100は、半導体層108よりも上方にゲート電極を有する、いわゆるトップゲート型のトランジスタである。さらに、半導体層108の下面(開口141の側壁及び底面、並びに、開口143の側壁と対向する側の面)がソース電極及びドレイン電極として機能する導電層112a及び導電層112bと接することから、TGBC(Top Gate Bottom Contact)型のトランジスタということができる。また、トランジスタ100は、基板面に対して、ソース電極とドレイン電極とが異なる高さに位置し、基板面に対して、垂直方向又は概略垂直方向にドレイン電流が流れる。トランジスタ100において、縦方向又は概略縦方向にドレイン電流が流れるということもできる。そのため、トランジスタ100は、縦チャネル型トランジスタ、又はVFET(Vertical Field Effect Transistor)ということができる。 The transistor 100 is a so-called top-gate type transistor having a gate electrode above the semiconductor layer 108. Furthermore, since the lower surface of the semiconductor layer 108 (the sidewall and bottom surface of the opening 141, and the surface facing the sidewall of the opening 143) contacts the conductive layer 112a and the conductive layer 112b that function as a source electrode and a drain electrode, the transistor 100 can be called a TGBC (Top Gate Bottom Contact) type transistor. In addition, the source electrode and the drain electrode of the transistor 100 are located at different heights with respect to the substrate surface, and the drain current flows vertically or approximately vertically with respect to the substrate surface. It can also be said that the drain current flows vertically or approximately vertically in the transistor 100. Therefore, the transistor 100 can be called a vertical channel type transistor or a VFET (Vertical Field Effect Transistor).

トランジスタ100は、導電層112aと導電層112bの間に設けられる絶縁層110の厚さでチャネル長を制御することができる。したがって、トランジスタの作製に用いる露光装置の限界解像度よりも小さなチャネル長を有するトランジスタを精度良く作製することができる。また、複数のトランジスタ100間の特性ばらつきを低減することもできる。よって、トランジスタ100を含む半導体装置の動作が安定し、信頼性を高めることができる。また、複数のトランジスタ100間の特性ばらつきが減ると、回路設計の自由度が高くなり、トランジスタ100を含む半導体装置の動作電圧を低くすることができる。そのため、当該半導体装置の消費電力を低くすることができる。 The channel length of the transistor 100 can be controlled by the thickness of the insulating layer 110 provided between the conductive layer 112a and the conductive layer 112b. Therefore, a transistor having a channel length smaller than the limit resolution of an exposure device used to manufacture the transistor can be manufactured with high precision. In addition, the characteristic variation between the multiple transistors 100 can be reduced. Therefore, the operation of a semiconductor device including the transistor 100 can be stabilized and the reliability can be improved. Furthermore, when the characteristic variation between the multiple transistors 100 is reduced, the degree of freedom in circuit design is increased, and the operating voltage of the semiconductor device including the transistor 100 can be reduced. Therefore, the power consumption of the semiconductor device can be reduced.

また、トランジスタ100は、ソース電極、チャネル形成領域を有する層、及びドレイン電極を、重ねて設けることができるため、チャネル形成領域を有する層を平面状に配置した、いわゆるプレーナ型トランジスタと比較して、占有面積を大幅に縮小することができる。 In addition, since the transistor 100 can have a source electrode, a layer having a channel formation region, and a drain electrode stacked, the area occupied can be significantly reduced compared to a so-called planar type transistor in which a layer having a channel formation region is arranged in a planar shape.

導電層112a、導電層112b、及び導電層104は、それぞれ、配線として機能することができ、トランジスタ100はこれらの配線が重なる領域に設けることができる。つまり、トランジスタ100及び配線を有する回路において、トランジスタ100及び配線の占有面積を縮小することができる。したがって、回路の占有面積を縮小することができ、半導体装置の小型化を図ることができる。 The conductive layer 112a, the conductive layer 112b, and the conductive layer 104 can each function as wiring, and the transistor 100 can be provided in a region where these wirings overlap. That is, in a circuit having the transistor 100 and wiring, the area occupied by the transistor 100 and the wiring can be reduced. Therefore, the area occupied by the circuit can be reduced, and the semiconductor device can be miniaturized.

トランジスタ100のソース電極及びドレイン電極として機能する導電層112a及び導電層112bは、異なる面上に設けられる。具体的には、導電層112aは、絶縁層102上に設けられ、導電層112bは、絶縁層110上に設けられ、絶縁層110は、導電層112aと導電層112bに挟持される。一方、トランジスタ200のソース電極及びドレイン電極として機能する導電層212a及び導電層212bは、同じ面上に設けられる。具体的には、導電層212a及び導電層212bは、絶縁層102上に設けられる。トランジスタ100のソース電極又はドレイン電極の一方は、トランジスタ200のソース電極及びドレイン電極と同じ面上に設けられ、トランジスタ100のソース電極又はドレイン電極の他方は、トランジスタ200のソース電極及びドレイン電極と異なる面上に設けられるともいえる。 The conductive layer 112a and the conductive layer 112b functioning as the source electrode and the drain electrode of the transistor 100 are provided on different surfaces. Specifically, the conductive layer 112a is provided on the insulating layer 102, the conductive layer 112b is provided on the insulating layer 110, and the insulating layer 110 is sandwiched between the conductive layer 112a and the conductive layer 112b. On the other hand, the conductive layer 212a and the conductive layer 212b functioning as the source electrode and the drain electrode of the transistor 200 are provided on the same surface. Specifically, the conductive layer 212a and the conductive layer 212b are provided on the insulating layer 102. It can also be said that one of the source electrode or the drain electrode of the transistor 100 is provided on the same surface as the source electrode and the drain electrode of the transistor 200, and the other of the source electrode or the drain electrode of the transistor 100 is provided on a surface different from the source electrode and the drain electrode of the transistor 200.

このように、本発明の一態様の半導体装置は、VLFET(例えば、前述のトランジスタ20、及びトランジスタ200等)だけでなく、VLFETと、VLFETとは異なる構造のトランジスタ(例えば、トランジスタ100等のVFET等)と、を組み合わせた構成を有することができる。これにより、それぞれのトランジスタの特長を活かした高い性能の半導体装置を実現することができる。 In this way, a semiconductor device according to one aspect of the present invention can have a configuration that combines not only a VLFET (e.g., the aforementioned transistor 20 and transistor 200, etc.), but also a VLFET and a transistor having a structure different from that of a VLFET (e.g., a VFET such as transistor 100, etc.). This makes it possible to realize a high-performance semiconductor device that takes advantage of the characteristics of each transistor.

例えば、大きいオン電流が求められるトランジスタには、トランジスタ100等のチャネル長の短いVFETを適用し、高い飽和性が求められるトランジスタには、トランジスタ200等のチャネル長の長いVLFETを適用することで、高い性能の半導体装置10を実現することができる。なお、後述するように、トランジスタ100と、トランジスタ200と、は一部の工程を共通にして、同じ基板上に形成することができる。そのため、半導体装置10のように、異なる構造のトランジスタ(VLFET及びVFET)を有する構成であっても、VLFETのみを有する構成の半導体装置と比べて、作製に要する工程数が大幅に増加することはない。 For example, a high-performance semiconductor device 10 can be realized by applying a VFET with a short channel length such as transistor 100 to a transistor that requires a large on-current, and applying a VLFET with a long channel length such as transistor 200 to a transistor that requires high saturation. As described below, transistors 100 and 200 can be formed on the same substrate with some of the processes in common. Therefore, even if the semiconductor device 10 has a configuration that includes transistors with different structures (VLFETs and VFETs), the number of processes required for fabrication does not increase significantly compared to a semiconductor device that has only VLFETs.

なお、本発明の一態様の半導体装置は上記に限られず、前述のトランジスタ20を有する半導体装置のように、VLFETのみで構成されていてもよい。例えば、半導体装置10が、トランジスタ100(VFET)を含まず、複数のトランジスタ200(VLFET)のみを含む構成である場合、トランジスタ200ごとに凹部145の上面形状を異ならせることで、オン電流の大きさの異なる複数のトランジスタ200を有する半導体装置10を実現することができる。凹部145の上面形状の具体例については、先の実施の形態で説明した、トランジスタ20における凹部30の上面形状に係る記載を参照することができる。 Note that the semiconductor device according to one embodiment of the present invention is not limited to the above, and may be composed of only VLFETs, as in the semiconductor device having the transistor 20 described above. For example, if the semiconductor device 10 does not include the transistor 100 (VFET) and includes only a plurality of transistors 200 (VLFETs), the semiconductor device 10 can be realized having a plurality of transistors 200 with different on-currents by making the top surface shape of the recess 145 different for each transistor 200. For specific examples of the top surface shape of the recess 145, the description of the top surface shape of the recess 30 in the transistor 20 described in the previous embodiment can be referenced.

例えば、本発明の一態様の半導体装置を、表示装置の画素回路に適用する場合、画素回路の占有面積を縮小することができ、高精細の表示装置とすることができる。また、例えば、本発明の一態様の半導体装置を、表示装置の駆動回路(例えば、ゲート線駆動回路及びソース線駆動回路の一方又は双方)に適用する場合、駆動回路の占有面積を縮小することができ、狭額縁の表示装置とすることができる。 For example, when a semiconductor device of one embodiment of the present invention is applied to a pixel circuit of a display device, the area occupied by the pixel circuit can be reduced, and a high-definition display device can be obtained. Furthermore, when a semiconductor device of one embodiment of the present invention is applied to a driver circuit of a display device (e.g., one or both of a gate line driver circuit and a source line driver circuit), the area occupied by the driver circuit can be reduced, and a display device with a narrow frame can be obtained.

トランジスタ100及びトランジスタ200を覆うように、絶縁層195が設けられる。絶縁層195は、トランジスタ100及びトランジスタ200の保護層として機能する。 An insulating layer 195 is provided to cover the transistors 100 and 200. The insulating layer 195 functions as a protective layer for the transistors 100 and 200.

次に、トランジスタ100及びトランジスタ200の詳細な構成について、説明する。 Next, the detailed configuration of transistor 100 and transistor 200 will be described.

半導体層108及び半導体層208は、それぞれ、半導体特性を示す金属酸化物(酸化物半導体ともいう。)を有することが好ましい。 It is preferable that the semiconductor layer 108 and the semiconductor layer 208 each have a metal oxide (also called an oxide semiconductor) that exhibits semiconductor properties.

半導体層108及び半導体層208に用いる金属酸化物のバンドギャップは、それぞれ、2.0eV以上が好ましく、2.5eV以上がより好ましい。 The band gap of the metal oxide used in the semiconductor layer 108 and the semiconductor layer 208 is preferably 2.0 eV or more, and more preferably 2.5 eV or more.

酸化物半導体を用いたトランジスタ(以下、OSトランジスタと記す。)は、非晶質シリコンを用いたトランジスタと比較して、電界効果移動度が極めて高い。また、OSトランジスタは、オフ電流が著しく小さく、当該トランジスタと直列に接続された容量に蓄積した電荷を長期間にわたって保持することが可能である。また、OSトランジスタを適用することで、半導体装置の消費電力を低減することができる。 Transistors using an oxide semiconductor (hereinafter referred to as OS transistors) have extremely high field-effect mobility compared to transistors using amorphous silicon. In addition, OS transistors have an extremely small off-state current and can retain charge accumulated in a capacitor connected in series with the transistor for a long period of time. Furthermore, the use of OS transistors can reduce the power consumption of a semiconductor device.

なお、半導体層108及び半導体層208に用いる半導体材料の結晶性は、特に限定されず、非晶質半導体、単結晶半導体、又は単結晶以外の結晶性を有する半導体(微結晶半導体、多結晶半導体、又は、一部に結晶領域を有する半導体)のいずれを用いてもよい。単結晶半導体又は結晶性を有する半導体を用いると、トランジスタ特性の劣化を抑制することができるため好ましい。 The crystallinity of the semiconductor material used for the semiconductor layer 108 and the semiconductor layer 208 is not particularly limited, and any of an amorphous semiconductor, a single crystal semiconductor, and a semiconductor having crystallinity other than single crystal (a microcrystalline semiconductor, a polycrystalline semiconductor, or a semiconductor having a crystalline region in part) may be used. The use of a single crystal semiconductor or a semiconductor having crystallinity is preferable because it can suppress deterioration of the transistor characteristics.

また、半導体層108及び半導体層208に用いる半導体材料は、特に限定されない。例えば、単体元素よりなる半導体、又は、化合物半導体を用いることができる。単体元素よりなる半導体として、例えば、シリコン、及びゲルマニウムが挙げられる。化合物半導体として、例えば、ヒ化ガリウム、及びシリコンゲルマニウムが挙げられる。その他、化合物半導体として、例えば、有機半導体、窒化物半導体、及び酸化物半導体(OS:Oxide Semiconductor)が挙げられる。なお、これらの半導体材料に、ドーパントとして不純物が含まれてもよい。 The semiconductor material used for the semiconductor layer 108 and the semiconductor layer 208 is not particularly limited. For example, a semiconductor made of a single element or a compound semiconductor can be used. Examples of semiconductors made of a single element include silicon and germanium. Examples of compound semiconductors include gallium arsenide and silicon germanium. Other examples of compound semiconductors include organic semiconductors, nitride semiconductors, and oxide semiconductors (OS: oxide semiconductor). Note that these semiconductor materials may contain impurities as dopants.

例えば、半導体層108及び半導体層208には、それぞれ、シリコンを用いることもできる。シリコンとして、単結晶シリコン、多結晶シリコン、微結晶シリコン、及び非晶質シリコンが挙げられる。多結晶シリコンとして、例えば、低温ポリシリコン(LTPS:Low Temperature Poly Silicon)が挙げられる。チャネル形成領域に非晶質シリコンを用いたトランジスタは、大型のガラス基板上に形成することができ、低コストで作製することができる。チャネル形成領域に多結晶シリコンを用いたトランジスタは、電界効果移動度が高く、高速動作が可能である。また、チャネル形成領域に微結晶シリコンを用いたトランジスタは、非晶質シリコンを用いたトランジスタより電界効果移動度が高く、高速動作が可能である。 For example, silicon can be used for the semiconductor layer 108 and the semiconductor layer 208. Examples of silicon include single crystal silicon, polycrystalline silicon, microcrystalline silicon, and amorphous silicon. Examples of polycrystalline silicon include low temperature polysilicon (LTPS). A transistor using amorphous silicon in the channel formation region can be formed on a large glass substrate and can be manufactured at low cost. A transistor using polycrystalline silicon in the channel formation region has high field effect mobility and can operate at high speed. In addition, a transistor using microcrystalline silicon in the channel formation region has higher field effect mobility and can operate at high speed than a transistor using amorphous silicon.

絶縁層110は、1層以上の無機絶縁膜を有することが好ましい。無機絶縁膜に用いることができる材料として、例えば、酸化物、窒化物、酸化窒化物、及び窒化酸化物が挙げられる。酸化物として、例えば、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化セリウム、ガリウム亜鉛酸化物、及びハフニウムアルミネートが挙げられる。窒化物として、例えば、窒化シリコン、及び窒化アルミニウムが挙げられる。酸化窒化物として、例えば、酸化窒化シリコン、酸化窒化アルミニウム、酸化窒化ガリウム、酸化窒化イットリウム、及び酸化窒化ハフニウムが挙げられる。窒化酸化物として、例えば、窒化酸化シリコン、及び窒化酸化アルミニウムが挙げられる。 The insulating layer 110 preferably has one or more inorganic insulating films. Examples of materials that can be used for the inorganic insulating film include oxides, nitrides, oxynitrides, and nitride oxides. Examples of oxides include silicon oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, gallium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, neodymium oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, cerium oxide, gallium zinc oxide, and hafnium aluminate. Examples of nitrides include silicon nitride and aluminum nitride. Examples of oxynitrides include silicon oxynitride, aluminum oxynitride, gallium oxynitride, yttrium oxynitride, and hafnium oxynitride. Examples of nitride oxides include silicon nitride oxide and aluminum nitride oxide.

なお、本明細書等において、酸化窒化物とは、その組成として窒素よりも酸素の含有量が多い材料を指す。窒化酸化物とは、その組成として酸素よりも窒素の含有量が多い材料を指す。 In this specification, an oxynitride refers to a material whose composition contains more oxygen than nitrogen. An oxynitride refers to a material whose composition contains more nitrogen than oxygen.

トランジスタ200において、半導体層208の絶縁層110と接する領域は、チャネル形成領域として機能する。トランジスタ100において、半導体層108の絶縁層110と接する領域は、チャネル形成領域として機能する。半導体層108及び半導体層208に金属酸化物を用いる場合、半導体層108と絶縁層110との界面特性、及び、半導体層208と絶縁層110との界面特性を向上させるため、絶縁層110の半導体層108と接する領域の少なくとも一部、及び、絶縁層110の半導体層208と接する領域の少なくとも一部は、酸素を有することが好ましい。具体的には、絶縁層110における半導体層108のチャネル形成領域と接する領域、及び、絶縁層110における半導体層208のチャネル形成領域と接する領域は、酸素を有することが好ましい。絶縁層110における半導体層108のチャネル形成領域と接する領域、及び、絶縁層110における半導体層208のチャネル形成領域と接する領域に、酸化物及び酸化窒化物の一以上を好適に用いることができる。 In the transistor 200, the region of the semiconductor layer 208 in contact with the insulating layer 110 functions as a channel formation region. In the transistor 100, the region of the semiconductor layer 108 in contact with the insulating layer 110 functions as a channel formation region. When a metal oxide is used for the semiconductor layer 108 and the semiconductor layer 208, in order to improve the interface characteristics between the semiconductor layer 108 and the insulating layer 110 and the interface characteristics between the semiconductor layer 208 and the insulating layer 110, it is preferable that at least a part of the region of the insulating layer 110 in contact with the semiconductor layer 108 and at least a part of the region of the insulating layer 110 in contact with the semiconductor layer 208 contain oxygen. Specifically, it is preferable that the region of the insulating layer 110 in contact with the channel formation region of the semiconductor layer 108 and the region of the insulating layer 110 in contact with the channel formation region of the semiconductor layer 208 contain oxygen. One or more of oxide and oxynitride can be preferably used in the region of the insulating layer 110 that contacts the channel formation region of the semiconductor layer 108 and the region of the insulating layer 110 that contacts the channel formation region of the semiconductor layer 208.

絶縁層110は、積層構造を有することが好ましい。図7(B)等では、絶縁層110が、絶縁層110aと、絶縁層110a上の絶縁層110bと、絶縁層110b上の絶縁層110cと、を有する例を示している。 It is preferable that the insulating layer 110 has a laminated structure. FIG. 7(B) and other figures show an example in which the insulating layer 110 has an insulating layer 110a, an insulating layer 110b on the insulating layer 110a, and an insulating layer 110c on the insulating layer 110b.

図7(A)及び図7(B)に示すトランジスタ200の拡大図を、図8(A)及び図8(B)に示す。また、図7(A)及び図7(B)に示すトランジスタ100の拡大図を、図9(A)及び図9(B)に示す。 Enlarged views of the transistor 200 shown in FIG. 7(A) and FIG. 7(B) are shown in FIG. 8(A) and FIG. 8(B). Enlarged views of the transistor 100 shown in FIG. 7(A) and FIG. 7(B) are shown in FIG. 9(A) and FIG. 9(B).

絶縁層110bは、酸素を有することが好ましく、前述の酸化物及び酸化窒化物のいずれか一つ又は複数を用いることが好ましい。具体的には、絶縁層110bには、酸化シリコン及び酸化窒化シリコンの一方又は双方を好適に用いることができる。これにより、少なくとも半導体層208の絶縁層110bと接する領域、及び、半導体層108の絶縁層110bと接する領域は、それぞれ、チャネル形成領域として機能することができる。 The insulating layer 110b preferably contains oxygen, and preferably uses one or more of the oxides and oxynitrides described above. Specifically, one or both of silicon oxide and silicon oxynitride can be preferably used for the insulating layer 110b. As a result, at least the region of the semiconductor layer 208 that is in contact with the insulating layer 110b and the region of the semiconductor layer 108 that is in contact with the insulating layer 110b can each function as a channel formation region.

絶縁層110bには、加熱により酸素を放出する膜を用いるとより好ましい。トランジスタ200及びトランジスタ100の作製工程中にかかる熱により、絶縁層110bが酸素を放出することで、半導体層208及び半導体層108に酸素を供給することができる。絶縁層110bから、半導体層208及び半導体層108、特にチャネル形成領域に酸素を供給することで、チャネル形成領域中の酸素欠損(V)が修復され、チャネル形成領域中の酸素欠損(V)を低減することができる。したがって、良好な電気特性を示し、かつ信頼性の高いトランジスタ200及びトランジスタ100とすることができる。 It is more preferable to use a film that releases oxygen by heating for the insulating layer 110b. When the insulating layer 110b releases oxygen due to heat applied during the manufacturing process of the transistor 200 and the transistor 100, oxygen can be supplied to the semiconductor layer 208 and the semiconductor layer 108. When oxygen is supplied from the insulating layer 110b to the semiconductor layer 208 and the semiconductor layer 108, particularly to the channel formation region, oxygen vacancies (V O ) in the channel formation region can be repaired and the oxygen vacancies (V O ) in the channel formation region can be reduced. Therefore, the transistor 200 and the transistor 100 can have good electrical characteristics and high reliability.

例えば、酸素を含む雰囲気における加熱処理、又は、酸素を含む雰囲気におけるプラズマ処理を行うことで、絶縁層110bに酸素を供給することができる。また、絶縁層110bの上面に、スパッタリング法により、酸素を含む雰囲気で酸化物膜を形成することで酸素を供給してもよい。その後、当該酸化物膜を除去してもよい。なお、後述する実施の形態3では、金属酸化物層137を形成することで、絶縁層110bに酸素を供給する例を示す。 For example, oxygen can be supplied to the insulating layer 110b by performing heat treatment in an oxygen-containing atmosphere or plasma treatment in an oxygen-containing atmosphere. Alternatively, oxygen may be supplied to the insulating layer 110b by forming an oxide film in an oxygen-containing atmosphere on the upper surface of the insulating layer 110b by a sputtering method. The oxide film may then be removed. Note that in the third embodiment described later, an example in which oxygen is supplied to the insulating layer 110b by forming a metal oxide layer 137 is shown.

絶縁層110bは、スパッタリング法又はプラズマ化学気相堆積(PECVD:Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)法などの成膜方法で形成することが好ましい。特に、スパッタリング法を用い、成膜ガスに水素ガスを用いない方法で形成することで、水素の含有量の極めて少ない膜とすることができる。そのため、チャネル形成領域に水素が供給されることを抑制し、トランジスタ200及びトランジスタ100の電気特性の安定化を図ることができる。 The insulating layer 110b is preferably formed by a deposition method such as a sputtering method or a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method. In particular, by forming the insulating layer 110b by a method that does not use hydrogen gas as a deposition gas, a film with an extremely low hydrogen content can be obtained. Therefore, the supply of hydrogen to the channel formation region can be suppressed, and the electrical characteristics of the transistor 200 and the transistor 100 can be stabilized.

絶縁層110bにおいて、物質が拡散しやすいことが好ましい。絶縁層110bにおける物質の拡散係数が大きいことが好ましいともいえる。特に、絶縁層110bは、酸素が拡散しやすいことが好ましい。つまり、絶縁層110bにおける酸素の拡散係数が大きいことが好ましい。絶縁層110bに含まれる酸素は、絶縁層110b中を拡散し、絶縁層110bと半導体層108の界面を介して、半導体層108に供給されるとともに、絶縁層110bと半導体層208の界面を介して、半導体層208に供給される。 It is preferable that the substance diffuses easily in the insulating layer 110b. It can also be said that it is preferable that the diffusion coefficient of the substance in the insulating layer 110b is large. In particular, it is preferable that oxygen diffuses easily in the insulating layer 110b. In other words, it is preferable that the diffusion coefficient of oxygen in the insulating layer 110b is large. The oxygen contained in the insulating layer 110b diffuses in the insulating layer 110b and is supplied to the semiconductor layer 108 through the interface between the insulating layer 110b and the semiconductor layer 108, and is supplied to the semiconductor layer 208 through the interface between the insulating layer 110b and the semiconductor layer 208.

ここで、半導体層108及び半導体層208に導電率の高い材料を用いることで、オン電流の大きいトランジスタ100及びトランジスタ200とすることができる。しかしながら、導電率の高い材料を用いると、トランジスタのチャネル形成領域に酸素欠損(V)が形成されやすく、チャネル形成領域の酸素欠損(V)が多くなると、トランジスタのしきい値電圧がシフトし、ゲート電圧が0V時に流れるドレイン電流(以下、カットオフ電流とも記す。)が大きくなってしまう場合がある。例えば、nチャネル型トランジスタでは、しきい値電圧がマイナス側にシフトすることで、カットオフ電流が大きくなってしまう場合がある。絶縁層110bを設けることにより、少なくとも半導体層108の絶縁層110bと接する領域、及び、半導体層208の絶縁層110bと接する領域、つまりトランジスタ100及びトランジスタ200のチャネル形成領域に酸素が供給され、チャネル形成領域の酸素欠損(V)を低減することができる。これにより、しきい値電圧がシフトすることが抑制され、小さいカットオフ電流と、大きいオン電流と、を両立したトランジスタとすることができる。したがって、低い消費電力と、高い性能と、を両立した半導体装置とすることができる。 Here, by using a material with high conductivity for the semiconductor layer 108 and the semiconductor layer 208, the transistor 100 and the transistor 200 can have a large on-state current. However, when a material with high conductivity is used, oxygen vacancies (V O ) are easily formed in the channel formation region of the transistor, and when the oxygen vacancies (V O ) in the channel formation region increase, the threshold voltage of the transistor shifts, and the drain current (hereinafter also referred to as cutoff current) that flows when the gate voltage is 0 V may become large. For example, in an n-channel transistor, the cutoff current may become large due to the shift of the threshold voltage to the negative side. By providing the insulating layer 110b, oxygen is supplied to at least the region of the semiconductor layer 108 that is in contact with the insulating layer 110b and the region of the semiconductor layer 208 that is in contact with the insulating layer 110b, that is, the channel formation region of the transistor 100 and the transistor 200, and the oxygen vacancies (V O ) in the channel formation region can be reduced. As a result, the shift of the threshold voltage is suppressed, and a transistor that has both a small cutoff current and a large on-state current can be obtained. Therefore, a semiconductor device that achieves both low power consumption and high performance can be obtained.

トランジスタ100において、半導体層108の導電層112aと接する領域は、ソース領域又はドレイン領域の一方として機能し、半導体層108の導電層112bと接する領域は、ソース領域又はドレイン領域の他方として機能する。ソース領域及びドレイン領域は、チャネル形成領域と比較して、電気抵抗が低い領域である。ソース領域及びドレイン領域は、チャネル形成領域と比較して、キャリア濃度が高い領域、酸素欠陥密度が高い領域、ともいえる。 In the transistor 100, the region in contact with the conductive layer 112a of the semiconductor layer 108 functions as one of the source region and the drain region, and the region in contact with the conductive layer 112b of the semiconductor layer 108 functions as the other of the source region and the drain region. The source region and the drain region are regions with lower electrical resistance than the channel formation region. The source region and the drain region can also be said to be regions with a higher carrier concentration and a higher oxygen defect density than the channel formation region.

絶縁層110aは、導電層112a、導電層212a、及び導電層212bを覆うように、絶縁層102上に設けられる。絶縁層110aは、導電層112aの上面及び側面、導電層212aの上面及び側面、導電層212bの上面及び側面、並びに、絶縁層102の上面と接する領域を有する。絶縁層110bは、絶縁層110a上に設けられる。絶縁層110cは、導電層112bの下面(絶縁層102側の面)、及び、導電層112bの開口143とは反対側の側面を覆うように、絶縁層110b上に設けられる。導電層112bの上面の高さと、絶縁層110cの上面の高さと、は概略一致している。絶縁層110a及び絶縁層110cは、それぞれ、自身から放出される不純物(例えば、水素及び水)の量が少なく、かつ不純物が透過しにくいことが好ましい。これにより、絶縁層110a及び絶縁層110cに含まれる不純物が、チャネル形成領域に拡散することを抑制することができる。したがって、良好な電気特性を示し、かつ信頼性の高いトランジスタ100及びトランジスタ200を実現することができる。 The insulating layer 110a is provided on the insulating layer 102 so as to cover the conductive layer 112a, the conductive layer 212a, and the conductive layer 212b. The insulating layer 110a has an area in contact with the upper surface and side surface of the conductive layer 112a, the upper surface and side surface of the conductive layer 212a, the upper surface and side surface of the conductive layer 212b, and the upper surface of the insulating layer 102. The insulating layer 110b is provided on the insulating layer 110a. The insulating layer 110c is provided on the insulating layer 110b so as to cover the lower surface (the surface on the insulating layer 102 side) of the conductive layer 112b and the side surface of the conductive layer 112b opposite to the opening 143. The height of the upper surface of the conductive layer 112b and the height of the upper surface of the insulating layer 110c are approximately the same. It is preferable that the insulating layer 110a and the insulating layer 110c each release a small amount of impurities (e.g., hydrogen and water) from themselves and are difficult for impurities to penetrate. This makes it possible to prevent impurities contained in the insulating layers 110a and 110c from diffusing into the channel formation region. Therefore, it is possible to realize the transistors 100 and 200 that exhibit good electrical characteristics and are highly reliable.

絶縁層110a及び絶縁層110cには、それぞれ、酸素が透過しにくい膜を用いることが好ましい。これにより、絶縁層110bに含まれる酸素が、絶縁層110aを介して、導電層112a、導電層212a、及び導電層212bに拡散することを抑制することができる。同様に、絶縁層110bに含まれる酸素が、絶縁層110cを介して、導電層112bに拡散することを抑制することができる。これにより、導電層112a、導電層212a、及び導電層212b、及び導電層112bの電気抵抗が高くなることを抑制することができる。それとともに、絶縁層110bに含まれる酸素が絶縁層110a側及び絶縁層110c側に拡散することが抑制されるため、絶縁層110bから、トランジスタ100及びトランジスタ200のチャネル形成領域へ供給される酸素の量が増え、チャネル形成領域の酸素欠損(V)、及び、酸素欠損に水素が入った欠陥(以下、VHと呼ぶ場合がある。)を低減することができる。 It is preferable to use a film that is difficult for oxygen to permeate for each of the insulating layers 110a and 110c. This can suppress the oxygen contained in the insulating layer 110b from diffusing to the conductive layer 112a, the conductive layer 212a, and the conductive layer 212b through the insulating layer 110a. Similarly, it can suppress the oxygen contained in the insulating layer 110b from diffusing to the conductive layer 112b through the insulating layer 110c. This can suppress the electrical resistance of the conductive layer 112a, the conductive layer 212a, the conductive layer 212b, and the conductive layer 112b from increasing. In addition, since the oxygen contained in the insulating layer 110b is suppressed from diffusing to the insulating layer 110a side and the insulating layer 110c side, the amount of oxygen supplied from the insulating layer 110b to the channel formation region of the transistor 100 and the transistor 200 is increased, and oxygen vacancies (V O ) in the channel formation region and defects in which hydrogen has entered the oxygen vacancies (hereinafter, sometimes referred to as V O H) can be reduced.

絶縁層110a及び絶縁層110cのそれぞれに酸素が拡散しにくい膜を用いることより、絶縁層110bから、トランジスタ100及びトランジスタ200のチャネル形成領域に効果的に酸素を供給することができる。なお、絶縁層110a及び絶縁層110cの一方又は双方を設けない構成としてもよい。 By using a film through which oxygen does not easily diffuse for each of the insulating layers 110a and 110c, oxygen can be effectively supplied from the insulating layer 110b to the channel formation regions of the transistors 100 and 200. Note that a configuration in which one or both of the insulating layers 110a and 110c are not provided may also be used.

絶縁層110a及び絶縁層110cは、それぞれ、窒素を有することが好ましく、前述の窒化物及び窒化酸化物のいずれか一つ又は複数を用いることが好ましい。絶縁層110a及び絶縁層110cは、それぞれ、例えば、窒化シリコン又は窒化酸化シリコンを好適に用いることができる。又は、絶縁層110a及び絶縁層110cの一方又は双方に酸化物及び酸化窒化物のいずれか一つ又は複数を用いてもよい。絶縁層110a及び絶縁層110cには、それぞれ、例えば、酸化アルミニウムを好適に用いることができる。なお、絶縁層110aには、絶縁層110cと同じ材料を用いてもよく、異なる材料を用いてもよい。 The insulating layer 110a and the insulating layer 110c each preferably contain nitrogen, and preferably use one or more of the above-mentioned nitrides and nitride oxides. For example, silicon nitride or silicon nitride oxide may be preferably used for the insulating layer 110a and the insulating layer 110c, respectively. Alternatively, one or both of the insulating layer 110a and the insulating layer 110c may use one or more of an oxide and an oxynitride. For example, aluminum oxide may be preferably used for the insulating layer 110a and the insulating layer 110c, respectively. Note that the insulating layer 110a may use the same material as the insulating layer 110c, or a different material may be used.

なお、本明細書等において、異なる材料とは、構成元素の一部又は全てが異なる材料、又は構成元素が同じで組成が異なる材料をいう。 In this specification, different materials refer to materials in which some or all of the constituent elements are different, or materials in which the constituent elements are the same but the composition is different.

絶縁層110aの厚さT110aは、例えば、3nm以上1μm未満、5nm以上500nm以下、10nm以上400nm以下、20nm以上300nm以下、50nm以上200nm以下、又は70nm以上150nm以下、又は70nm以上120nm以下とすることができる。厚さT110aは、図8(B)に示すように、トランジスタ200の断面視における絶縁層110aの被形成面(ここでは、導電層212aの上面、又は、導電層212bの上面)と、絶縁層110bの下面と、の最短距離とすることができる。また、図9(B)に示すように、トランジスタ100の断面視における絶縁層110aの被形成面(ここでは、導電層112aの上面)と、絶縁層110bの下面と、の最短距離とすることができる。 The thickness T110a of the insulating layer 110a can be, for example, 3 nm or more and less than 1 μm, 5 nm or more and less than 500 nm, 10 nm or more and less than 400 nm, 20 nm or more and less than 300 nm, 50 nm or more and less than 200 nm, or 70 nm or more and less than 150 nm, or 70 nm or more and less than 120 nm. As shown in FIG. 8B, the thickness T110a can be the shortest distance between the surface to be formed of the insulating layer 110a (here, the upper surface of the conductive layer 212a or the upper surface of the conductive layer 212b) and the lower surface of the insulating layer 110b in the cross-sectional view of the transistor 200. Also, as shown in FIG. 9B, the thickness T110a can be the shortest distance between the surface to be formed of the insulating layer 110a (here, the upper surface of the conductive layer 112a) and the lower surface of the insulating layer 110b in the cross-sectional view of the transistor 100.

絶縁層110aの厚さT110aが厚いと、絶縁層110aから放出される不純物の量が多くなり、トランジスタ200及びトランジスタ100のチャネル形成領域に拡散する不純物の量が多くなってしまう場合がある。一方、厚さT110aが薄いと、絶縁層110bに含まれる酸素が絶縁層110aを介して、導電層212a側、導電層212b側、及び導電層112a側に拡散し、トランジスタ200及びトランジスタ100のチャネル形成領域に供給される酸素の量が減ってしまう場合がある。厚さT110aを前述の範囲とすることにより、トランジスタ200及びトランジスタ100のチャネル形成領域の酸素欠損(V)及びVHを低減することができる。また、絶縁層110bに含まれる酸素によって、導電層212a、導電層212b、又は導電層112aが酸化され、導電層212a、導電層212b、又は導電層112aの電気抵抗が高くなることを抑制することができる。 When the thickness T110a of the insulating layer 110a is large, the amount of impurities released from the insulating layer 110a increases, and the amount of impurities diffusing to the channel formation regions of the transistors 200 and 100 may increase. On the other hand, when the thickness T110a is small, oxygen contained in the insulating layer 110b may diffuse to the conductive layer 212a side, the conductive layer 212b side, and the conductive layer 112a side through the insulating layer 110a, and the amount of oxygen supplied to the channel formation regions of the transistors 200 and 100 may decrease. By setting the thickness T110a to the above-mentioned range, oxygen vacancies (V O ) and V O H in the channel formation regions of the transistors 200 and 100 can be reduced. In addition, the conductive layer 212a, the conductive layer 212b, or the conductive layer 112a is oxidized by the oxygen contained in the insulating layer 110b, and the electrical resistance of the conductive layer 212a, the conductive layer 212b, or the conductive layer 112a can be prevented from increasing.

絶縁層110cの厚さT110cは、例えば、3nm以上1μm以下、5nm以上500nm以下、10nm以上300nm以下、15nm以上200nm以下、20nm以上150nm以下、20nm以上120nm以下、又は20nm以上100nm以下とすることができる。厚さT110cは、図8(B)に示すように、トランジスタ200の断面視における絶縁層110cの被形成面(ここでは、絶縁層110bの上面)と、絶縁層106の下面と、の最短距離とすることができる。また、図9(B)に示すように、トランジスタ100の断面視における絶縁層110cの被形成面(ここでは、絶縁層110bの上面)と、絶縁層106の下面と、の最短距離とすることができる。 The thickness T110c of the insulating layer 110c can be, for example, 3 nm to 1 μm, 5 nm to 500 nm, 10 nm to 300 nm, 15 nm to 200 nm, 20 nm to 150 nm, 20 nm to 120 nm, or 20 nm to 100 nm. As shown in FIG. 8B, the thickness T110c can be the shortest distance between the surface on which the insulating layer 110c is formed (here, the upper surface of the insulating layer 110b) and the lower surface of the insulating layer 106 in the cross-sectional view of the transistor 200. Also, as shown in FIG. 9B, the thickness T110c can be the shortest distance between the surface on which the insulating layer 110c is formed (here, the upper surface of the insulating layer 110b) and the lower surface of the insulating layer 106 in the cross-sectional view of the transistor 100.

絶縁層110cの厚さT110cが厚いと、絶縁層110cから放出される不純物の量が多くなり、トランジスタ200及びトランジスタ100のチャネル形成領域に拡散する不純物の量が多くなってしまう場合がある。一方、厚さT110cが薄いと、絶縁層110bに含まれる酸素が絶縁層110cを介して、絶縁層106側及び導電層112b側に拡散し、トランジスタ200及びトランジスタ100のチャネル形成領域に供給される酸素の量が減ってしまう場合がある。厚さT110cを前述の範囲とすることにより、トランジスタ200及びトランジスタ100のチャネル形成領域の酸素欠損(V)及びVHを低減することができる。また、絶縁層110bに含まれる酸素によって、導電層112bが酸化され、導電層112bの電気抵抗が高くなることを抑制することができる。 When the thickness T110c of the insulating layer 110c is large, the amount of impurities released from the insulating layer 110c increases, and the amount of impurities diffusing into the channel formation regions of the transistors 200 and 100 may increase. On the other hand, when the thickness T110c is small, oxygen contained in the insulating layer 110b may diffuse to the insulating layer 106 side and the conductive layer 112b side through the insulating layer 110c, and the amount of oxygen supplied to the channel formation regions of the transistors 200 and 100 may decrease. By setting the thickness T110c to the above-mentioned range, oxygen vacancies (V O ) and V O H in the channel formation regions of the transistors 200 and 100 can be reduced. In addition, the conductive layer 112b is oxidized by the oxygen contained in the insulating layer 110b, and the electrical resistance of the conductive layer 112b can be prevented from increasing.

トランジスタ100において、半導体層108の絶縁層110aと接する領域、及び、半導体層108の絶縁層110cと接する領域の少なくとも1つは、チャネル形成領域と比較して、電気抵抗が低い領域(以下、低抵抗領域とも記す。)であってもよい。当該領域は、チャネル形成領域と比較して、キャリア濃度が高い領域、酸素欠陥密度が高い領域ともいえる。絶縁層110aに不純物(例えば、水又は水素)を放出する材料を用いることで、絶縁層110aと接する領域を低抵抗領域とすることができる。半導体層108は、導電層112aと接する領域(ソース領域又はドレイン領域の一方)と、チャネル形成領域と、の間に、低抵抗領域を有する構成とすることができる。同様に、絶縁層110cに不純物を放出する材料を用いることで、絶縁層110cと接する領域を低抵抗領域とすることができる。半導体層108は、導電層112bと接する領域(ソース領域又はドレイン領域の他方)と、チャネル形成領域と、の間に、低抵抗領域を有する構成とすることができる。低抵抗領域は、ドレイン電界を緩和するためのバッファ領域として機能することができる。なお、これらの低抵抗領域が、ソース領域又はドレイン領域として機能してもよい。 In the transistor 100, at least one of the region of the semiconductor layer 108 in contact with the insulating layer 110a and the region of the semiconductor layer 108 in contact with the insulating layer 110c may be a region having a lower electrical resistance (hereinafter also referred to as a low-resistance region) than the channel formation region. The region can be said to be a region having a higher carrier concentration or a higher oxygen defect density than the channel formation region. By using a material that releases impurities (e.g., water or hydrogen) in the insulating layer 110a, the region in contact with the insulating layer 110a can be a low-resistance region. The semiconductor layer 108 can be configured to have a low-resistance region between the region in contact with the conductive layer 112a (either the source region or the drain region) and the channel formation region. Similarly, by using a material that releases impurities in the insulating layer 110c, the region in contact with the insulating layer 110c can be a low-resistance region. The semiconductor layer 108 can have a low-resistance region between the region in contact with the conductive layer 112b (the other of the source region and the drain region) and the channel formation region. The low-resistance region can function as a buffer region for relaxing the drain electric field. Note that these low-resistance regions may function as the source region or the drain region.

ドレイン領域と、チャネル形成領域と、の間に低抵抗領域を設けることにより、ドレイン領域近傍に高い電界が生じにくくなり、ホットキャリアの発生を抑制し、トランジスタの劣化を抑制することができる。例えば、導電層112aがドレイン電極として機能し、導電層112bがソース電極として機能する場合、半導体層108の絶縁層110aと接する領域を低抵抗領域とすることにより、ドレイン領域近傍に高い電界が生じにくくなり、ホットキャリアの発生を抑制し、トランジスタの劣化を抑制することができる。導電層112aがソース電極として機能し、導電層112bがドレイン電極として機能する場合、半導体層108の絶縁層110cと接する領域を低抵抗領域とすることにより、ドレイン領域近傍に高い電界が生じにくくなり、ホットキャリアの発生を抑制し、トランジスタの劣化を抑制することができる。 By providing a low resistance region between the drain region and the channel formation region, a high electric field is unlikely to occur near the drain region, the generation of hot carriers is suppressed, and the deterioration of the transistor can be suppressed. For example, when the conductive layer 112a functions as a drain electrode and the conductive layer 112b functions as a source electrode, by making the region of the semiconductor layer 108 in contact with the insulating layer 110a into a low resistance region, a high electric field is unlikely to occur near the drain region, the generation of hot carriers is suppressed, and the deterioration of the transistor can be suppressed. When the conductive layer 112a functions as a source electrode and the conductive layer 112b functions as a drain electrode, by making the region of the semiconductor layer 108 in contact with the insulating layer 110c into a low resistance region, a high electric field is unlikely to occur near the drain region, the generation of hot carriers is suppressed, and the deterioration of the transistor can be suppressed.

同様に、トランジスタ200において、半導体層208の絶縁層110aと接する領域は、チャネル形成領域と比較して、低抵抗領域であってもよい。当該領域は、チャネル形成領域と比較して、キャリア濃度が高い領域、酸素欠陥密度が高い領域ともいえる。絶縁層110aに不純物(例えば、水又は水素)を放出する材料を用いることで、絶縁層110aと接する領域を低抵抗領域とすることができる。半導体層208は、導電層212aと接する領域(ソース領域又はドレイン領域の一方)と、チャネル形成領域と、の間に、低抵抗領域を有する構成とすることができる。また、半導体層208は、導電層212bと接する領域(ソース領域又はドレイン領域の他方)と、チャネル形成領域と、の間に、低抵抗領域を有する構成とすることができる。低抵抗領域は、ドレイン電界を緩和するためのバッファ領域として機能することができる。なお、低抵抗領域が、ソース領域又はドレイン領域として機能してもよい。 Similarly, in the transistor 200, the region of the semiconductor layer 208 in contact with the insulating layer 110a may be a low-resistance region compared to the channel formation region. This region can also be said to be a region with a high carrier concentration or a high oxygen defect density compared to the channel formation region. By using a material that releases impurities (e.g., water or hydrogen) in the insulating layer 110a, the region in contact with the insulating layer 110a can be a low-resistance region. The semiconductor layer 208 can be configured to have a low-resistance region between the region in contact with the conductive layer 212a (one of the source region or drain region) and the channel formation region. In addition, the semiconductor layer 208 can be configured to have a low-resistance region between the region in contact with the conductive layer 212b (the other of the source region or drain region) and the channel formation region. The low-resistance region can function as a buffer region for relaxing the drain electric field. Note that the low-resistance region may function as a source region or drain region.

前述したように、絶縁層110a及び絶縁層110cから放出される不純物の量が多過ぎると、トランジスタ200及びトランジスタ100のチャネル形成領域に不純物が拡散してしまう恐れがある。したがって、絶縁層110a及び絶縁層110cに不純物を放出する材料を用いる場合であっても、放出される不純物の量は少ないことが好ましい。 As mentioned above, if the amount of impurities released from the insulating layers 110a and 110c is too large, the impurities may diffuse into the channel formation regions of the transistors 200 and 100. Therefore, even if a material that releases impurities is used for the insulating layers 110a and 110c, it is preferable that the amount of released impurities is small.

なお、絶縁層110は、少なくとも、絶縁層110bを有することが好ましい。例えば、絶縁層110a及び絶縁層110cの一方及び双方を有さない構成としてもよい。また、絶縁層110を2層、又は4層以上の積層構造としてもよく、単層構造としてもよい。 It is preferable that the insulating layer 110 has at least the insulating layer 110b. For example, the insulating layer 110 may have a structure that does not have either or both of the insulating layer 110a and the insulating layer 110c. The insulating layer 110 may have a stacked structure of two layers, four or more layers, or a single layer structure.

凹部145、開口141、及び開口143の上面形状に限定はなく、例えば、円形、楕円形、三角形、四角形(長方形、菱形、正方形を含む。)、五角形などの多角形、又は、これら多角形の角が丸い形状とすることができる。なお、多角形は、凹多角形(少なくとも、1つの内角が180度を超える多角形)及び凸多角形(全ての内角が180度以下である多角形)のどちらであってもよい。図7(A)等に示すように、開口141及び開口143の上面形状は、それぞれ、円形であることが好ましい。開口の上面形状を円形とすることにより、開口を形成する際の加工精度を高めることができ、微細なサイズの開口を形成することができる。なお、本明細書等において、円形とは真円に限定されない。 The upper surface shapes of the recess 145, the opening 141, and the opening 143 are not limited, and may be, for example, a circle, an ellipse, a triangle, a quadrangle (including a rectangle, a diamond, and a square), a pentagon, or other polygonal shape, or a shape with rounded corners of these polygons. The polygon may be either a concave polygon (a polygon with at least one interior angle exceeding 180 degrees) or a convex polygon (a polygon with all interior angles less than 180 degrees). As shown in FIG. 7(A) and the like, the upper surface shapes of the openings 141 and 143 are preferably circular. By making the upper surface shape of the openings circular, the processing accuracy when forming the openings can be improved, and openings of fine size can be formed. In this specification and the like, a circle is not limited to a perfect circle.

また、図7(A)等では、凹部145の上面形状を、円形状としているが、本発明はこれに限られるものではなく、上述の通り、様々な形状をとることができる。 In addition, in FIG. 7(A) and other figures, the top surface shape of the recess 145 is circular, but the present invention is not limited to this, and as described above, various shapes are possible.

本明細書等において、凹部145の上面形状とは、絶縁層110の凹部145側の上面端部の形状を指す。開口141の上面形状とは、絶縁層110の開口141側の上面端部の形状を指す。また、開口143の上面形状とは、導電層112bの開口143側の下面端部の形状を指す。 In this specification, the top surface shape of the recess 145 refers to the shape of the top surface end of the insulating layer 110 on the recess 145 side. The top surface shape of the opening 141 refers to the shape of the top surface end of the insulating layer 110 on the opening 141 side. Additionally, the top surface shape of the opening 143 refers to the shape of the bottom surface end of the conductive layer 112b on the opening 143 side.

図7(A)等に示すように、開口141の上面形状と、開口143の上面形状と、は互いに一致又は概略一致させることができる。このとき、図7(B)等に示すように、導電層112bの開口143側の下面端部は、絶縁層110の開口141側の上面端部と一致又は概略一致することが好ましい。導電層112bの下面とは、絶縁層102側の面を指す。絶縁層110の上面とは、導電層112bの下面側の面を指す。この場合、開口141と、開口143と、を合わせて、1つの開口とみることもできる。 As shown in FIG. 7(A) and the like, the top surface shape of opening 141 and the top surface shape of opening 143 can be made to match or approximately match each other. In this case, as shown in FIG. 7(B) and the like, it is preferable that the bottom surface end of conductive layer 112b on the opening 143 side matches or approximately matches the top surface end of insulating layer 110 on the opening 141 side. The bottom surface of conductive layer 112b refers to the surface on the insulating layer 102 side. The top surface of insulating layer 110 refers to the surface on the bottom surface side of conductive layer 112b. In this case, opening 141 and opening 143 can be viewed together as one opening.

なお、開口141の上面形状と、開口143の上面形状と、は互いに一致しなくてもよい。また、開口141と開口143の上面形状が円形であるとき、開口141と開口143は同心円状であってもよく、同心円状でなくてもよい。 The top surface shape of opening 141 and the top surface shape of opening 143 do not have to match each other. Furthermore, when the top surface shapes of openings 141 and 143 are circular, openings 141 and 143 may or may not be concentric.

トランジスタ100のチャネル長及びチャネル幅について、図9(A)及び図9(B)を用いて説明する。 The channel length and channel width of transistor 100 are explained using Figures 9(A) and 9(B).

図9(B)では、トランジスタ100のチャネル長L100を破線の両矢印で示している。トランジスタ100のチャネル長L100は、断面視における絶縁層110bの開口141側の側面の長さに相当する。つまり、チャネル長L100は、絶縁層110bの厚さT110b、及び、絶縁層110bの開口141側の側面と絶縁層110bの被形成面(ここでは、絶縁層110aの上面)とのなす角の角度θ110で決まる。したがって、チャネル長L100を露光装置の限界解像度よりも小さな値とすることができ、微細なサイズのトランジスタを実現することができる。具体的には、従来のフラットパネルディスプレイの量産用の露光装置(例えば、最小線幅2μm又は1.5μm程度)では実現できなかった、極めて小さいチャネル長のトランジスタを実現することができる。また、最先端のLSI技術で用いられる極めて高額な露光装置を用いることなく、チャネル長が10nm未満のトランジスタを実現することもできる。 9B, the channel length L100 of the transistor 100 is indicated by a double-headed dashed arrow. The channel length L100 of the transistor 100 corresponds to the length of the side of the insulating layer 110b on the opening 141 side in a cross-sectional view. In other words, the channel length L100 is determined by the thickness T110b of the insulating layer 110b and the angle θ110 between the side of the insulating layer 110b on the opening 141 side and the surface on which the insulating layer 110b is to be formed (here, the upper surface of the insulating layer 110a). Therefore, the channel length L100 can be set to a value smaller than the limit resolution of the exposure device, and a transistor of a fine size can be realized. Specifically, a transistor with an extremely small channel length that could not be realized with a conventional exposure device for mass production of flat panel displays (for example, a minimum line width of about 2 μm or 1.5 μm) can be realized. In addition, a transistor with a channel length of less than 10 nm can be realized without using an extremely expensive exposure device used in cutting-edge LSI technology.

チャネル長L100は、例えば、5nm以上3μm未満、7nm以上2.5μm以下、10nm以上2μm以下、10nm以上1.5μm以下、10nm以上1.2μm以下、10nm以上1μm以下、10nm以上500nm以下、10nm以上300nm以下、10nm以上200nm以下、10nm以上100nm以下、10nm以上50nm以下、10nm以上30nm以下、又は10nm以上20nm以下とすることができる。例えば、チャネル長L100を、100nm以上1μm以下とすることもできる。 The channel length L100 can be, for example, 5 nm or more and less than 3 μm, 7 nm or more and less than 2.5 μm, 10 nm or more and less than 2 μm, 10 nm or more and less than 1.5 μm, 10 nm or more and less than 1.2 μm, 10 nm or more and less than 1 μm, 10 nm or more and less than 500 nm, 10 nm or more and less than 300 nm, 10 nm or more and less than 200 nm, 10 nm or more and less than 100 nm, 10 nm or more and less than 50 nm, 10 nm or more and less than 30 nm, or 10 nm or more and less than 20 nm. For example, the channel length L100 can be 100 nm or more and less than 1 μm.

チャネル長L100を小さくすることにより、トランジスタ100のオン電流を大きくすることができる。トランジスタ100を用いることにより、高速動作が可能な回路を作製することができる。さらには、回路の占有面積を縮小することが可能となる。したがって、半導体装置の小型化を図ることができる。例えば、本発明の一態様の半導体装置を大型の表示装置、又は、高精細な表示装置に適用する際、配線数が増加した場合においても、各配線における信号遅延を低減することができ、表示ムラを抑制することができる。また、回路の占有面積を縮小することができるため、表示装置の額縁を狭くすることができる。 By reducing the channel length L100, the on-state current of the transistor 100 can be increased. By using the transistor 100, a circuit capable of high-speed operation can be manufactured. Furthermore, the area occupied by the circuit can be reduced. Therefore, the semiconductor device can be miniaturized. For example, when the semiconductor device of one embodiment of the present invention is applied to a large display device or a high-definition display device, even if the number of wirings is increased, the signal delay in each wiring can be reduced and display unevenness can be suppressed. Furthermore, since the area occupied by the circuit can be reduced, the frame of the display device can be narrowed.

絶縁層110bの厚さT110b及び角度θ110を調整することにより、チャネル長L100を制御することができる。なお、図9(B)では、絶縁層110bの厚さT110bを一点鎖線の両矢印で示している。 The channel length L100 can be controlled by adjusting the thickness T110b and angle θ110 of the insulating layer 110b. Note that in FIG. 9(B), the thickness T110b of the insulating layer 110b is indicated by a dashed double-headed arrow.

絶縁層110bの厚さT110bは、例えば、5nm以上3μm未満、7nm以上2.5μm以下、10nm以上2μm以下、10nm以上1.5μm以下、10nm以上1.2μm以下、10nm以上1μm以下、10nm以上500nm以下、10nm以上300nm以下、10nm以上200nm以下、10nm以上100nm以下、10nm以上50nm以下、10nm以上30nm以下、又は10nm以上20nm以下とすることができる。 The thickness T110b of the insulating layer 110b can be, for example, 5 nm or more and less than 3 μm, 7 nm or more and less than 2.5 μm, 10 nm or more and less than 2 μm, 10 nm or more and less than 1.5 μm, 10 nm or more and less than 1.2 μm, 10 nm or more and less than 1 μm, 10 nm or more and less than 500 nm, 10 nm or more and less than 300 nm, 10 nm or more and less than 200 nm, 10 nm or more and less than 100 nm, 10 nm or more and less than 50 nm, 10 nm or more and less than 30 nm, or 10 nm or more and less than 20 nm.

なお、図9(B)などでは、絶縁層110の開口141側の側面が垂直形状である例を示しているが、図12(A)に示すトランジスタ100Aのように、絶縁層110の開口141側の側面をテーパ形状にすることもできる。絶縁層110の開口141側の側面をテーパ形状にする場合、角度θ110は、90度以下であることが好ましい。角度θ110を小さくすることにより、絶縁層110上に形成される層(例えば、半導体層108)の被覆性を高めることができる。また、角度θ110が小さいほど、チャネル長L100を大きくすることができ、角度θ110が大きいほど、チャネル長L100を小さくすることができる。 9B and the like show an example in which the side of the insulating layer 110 on the opening 141 side is vertical, but the side of the insulating layer 110 on the opening 141 side can also be tapered, as in the transistor 100A shown in FIG. 12A. When the side of the insulating layer 110 on the opening 141 side is tapered, the angle θ110 is preferably 90 degrees or less. By reducing the angle θ110, the coverage of the layer (e.g., the semiconductor layer 108) formed on the insulating layer 110 can be improved. In addition, the smaller the angle θ110, the larger the channel length L100 can be, and the larger the angle θ110, the smaller the channel length L100 can be.

角度θ110は、例えば、30度以上90度以下、35度以上85度以下、40度以上80度以下、45度以上80度以下、50度以上80度以下、55度以上80度以下、60度以上80度以下、65度以上80度以下、又は70度以上80度以下とすることができる。 The angle θ110 can be, for example, 30 degrees or more and 90 degrees or less, 35 degrees or more and 85 degrees or less, 40 degrees or more and 80 degrees or less, 45 degrees or more and 80 degrees or less, 50 degrees or more and 80 degrees or less, 55 degrees or more and 80 degrees or less, 60 degrees or more and 80 degrees or less, 65 degrees or more and 80 degrees or less, or 70 degrees or more and 80 degrees or less.

なお、図9(B)等では、断面視において、絶縁層110の開口141側の側面の形状が直線である構成を示しているが、本発明の一態様はこれに限られない。断面視において、絶縁層110の開口141側の側面の形状は曲線であってもよく、また、側面の形状が、直線である領域と、曲線である領域と、の双方を有していてもよい。 9B and other figures show a configuration in which the shape of the side of the insulating layer 110 on the opening 141 side is straight in cross section, but one embodiment of the present invention is not limited to this. In cross section, the shape of the side of the insulating layer 110 on the opening 141 side may be curved, and the shape of the side may have both straight and curved regions.

ここで、導電層112bは、開口141の内部に設けないことが好ましい。具体的には、導電層112bは、絶縁層110の開口141側の側面と接する領域を有さないことが好ましい。導電層112bを開口141の内側にも設ける場合、トランジスタ100のチャネル長L100が絶縁層110bの側面の長さより短くなり、チャネル長L100の制御が困難になってしまう場合がある。したがって、開口143の上面形状が開口141の上面形状と一致、又は、平面視において、開口143が開口141を包含することが好ましい。 Here, it is preferable that the conductive layer 112b is not provided inside the opening 141. Specifically, it is preferable that the conductive layer 112b does not have a region that contacts the side of the insulating layer 110 on the opening 141 side. If the conductive layer 112b is also provided inside the opening 141, the channel length L100 of the transistor 100 becomes shorter than the length of the side of the insulating layer 110b, which may make it difficult to control the channel length L100. Therefore, it is preferable that the top shape of the opening 143 coincides with the top shape of the opening 141, or that the opening 143 encompasses the opening 141 in a planar view.

図9(A)及び図9(B)では、開口141の幅D141を二点鎖線の両矢印で示している。図9(A)では、開口141の上面形状が円形である例を示す。このとき、幅D141は当該円の直径に相当し、トランジスタ100のチャネル幅W100は、当該円の円周の長さとなる。すなわち、チャネル幅W100は、π×D141となる。このように、開口141の上面形状が円形であると、他の形状に比べて、チャネル幅W100の小さいトランジスタを実現することができる。 In Figures 9(A) and 9(B), the width D141 of the opening 141 is indicated by a double-headed arrow with a two-dot chain line. Figure 9(A) shows an example in which the top surface shape of the opening 141 is circular. In this case, the width D141 corresponds to the diameter of the circle, and the channel width W100 of the transistor 100 is the length of the circumference of the circle. In other words, the channel width W100 is π x D141. In this way, when the top surface shape of the opening 141 is circular, a transistor with a smaller channel width W100 can be realized compared to other shapes.

開口141の幅D141は、深さ方向で変化する場合がある。開口141の幅D141として、例えば、断面視における絶縁層110b(又は絶縁層110)の最も高い位置の径、最も低い位置の径、及び、これらの中間点の位置の径の3つの平均値を用いることができる。又は、開口141の径として、例えば、断面視における絶縁層110b(又は絶縁層110)の最も高い位置の径、最も低い位置の径、又は、これらの中間点の位置の径の、いずれかの径を用いてもよい。 The width D141 of the opening 141 may vary in the depth direction. For example, the width D141 of the opening 141 may be the average value of the diameter at the highest point of the insulating layer 110b (or the insulating layer 110) in a cross-sectional view, the diameter at the lowest point, and the diameter at the midpoint between these three diameters. Alternatively, the diameter of the opening 141 may be any of the diameters at the highest point of the insulating layer 110b (or the insulating layer 110) in a cross-sectional view, the diameter at the lowest point, and the diameter at the midpoint between these three diameters.

フォトリソグラフィ法を用いて開口141を形成する場合、開口141の幅D141は、露光装置の限界解像度以上となる。幅D141は、例えば、200nm以上5μm未満、300nm以上4.5μm以下、400nm以上4μm以下、500nm以上3.5μm以下、500nm以上3μm以下、500nm以上2.5μm以下、500nm以上2μm以下、500nm以上1.5μm以下、又は500nm以上1μm以下とすることができる。 When the opening 141 is formed using a photolithography method, the width D141 of the opening 141 is equal to or greater than the limit resolution of the exposure device. The width D141 can be, for example, 200 nm or more and less than 5 μm, 300 nm or more and less than 4.5 μm, 400 nm or more and less than 4 μm, 500 nm or more and less than 3.5 μm, 500 nm or more and less than 3 μm, 500 nm or more and less than 2.5 μm, 500 nm or more and less than 2 μm, 500 nm or more and less than 1.5 μm, or 500 nm or more and less than 1 μm.

なお、トランジスタ100のチャネル長L100を小さくする場合、絶縁層110a及び絶縁層110cは、それぞれ、自身から放出される水素の量がより少ない材料を用いることが好ましい。絶縁層110a及び絶縁層110cに少量でも水素を放出する材料を用いる場合は、これらの厚さが薄いことが好ましい。例えば、チャネル長L100を100nm以下とする場合、絶縁層110aの厚さT110a及び絶縁層110cの厚さT110cは、それぞれ、1nm以上50nm以下、3nm以上40nm以下、5nm以上30nm以下、5nm以上20nm以下、5nm以上15nm以下、又は5nm以上10nm以下が好ましい。これにより、チャネル形成領域に拡散する不純物の量を少なくすることができ、チャネル長L100が短い場合においても、良好な電気特性を示し、かつ、信頼性の高いトランジスタとすることができる。 When the channel length L100 of the transistor 100 is reduced, it is preferable that the insulating layer 110a and the insulating layer 110c are made of a material that releases less hydrogen from itself. When the insulating layer 110a and the insulating layer 110c are made of a material that releases even a small amount of hydrogen, it is preferable that the thicknesses of these layers are thin. For example, when the channel length L100 is 100 nm or less, the thickness T110a of the insulating layer 110a and the thickness T110c of the insulating layer 110c are preferably 1 nm or more and 50 nm or less, 3 nm or more and 40 nm or less, 5 nm or more and 30 nm or less, 5 nm or more and 20 nm or less, 5 nm or more and 15 nm or less, or 5 nm or more and 10 nm or less. This makes it possible to reduce the amount of impurities that diffuse into the channel formation region, and even when the channel length L100 is short, the transistor exhibits good electrical characteristics and is highly reliable.

なお、ここでは、半導体層108の絶縁層110bと接する領域がチャネル形成領域として機能する構成を例に挙げて説明したが、本発明の一態様はこれに限られない。半導体層108の絶縁層110aと接する領域も、チャネル形成領域として機能してもよい。同様に、絶縁層110cと接する領域も、チャネル形成領域として機能してもよい。 Note that, although the configuration in which the region of the semiconductor layer 108 in contact with the insulating layer 110b functions as a channel formation region has been described as an example here, one embodiment of the present invention is not limited to this. The region of the semiconductor layer 108 in contact with the insulating layer 110a may also function as a channel formation region. Similarly, the region in contact with the insulating layer 110c may also function as a channel formation region.

図7(B)等では、トランジスタ100において、半導体層108、絶縁層106、及び導電層104が、開口141及び開口143を覆う例を示しているが、本発明の一態様はこれに限られない。絶縁層110と、導電層112aと、によって段差が形成され、当該段差に沿って半導体層108、絶縁層106、及び導電層104が設けられる構成としてもよい。 7B and the like show an example in which the semiconductor layer 108, the insulating layer 106, and the conductive layer 104 cover the openings 141 and 143 in the transistor 100, but one embodiment of the present invention is not limited to this. A step may be formed between the insulating layer 110 and the conductive layer 112a, and the semiconductor layer 108, the insulating layer 106, and the conductive layer 104 may be provided along the step.

また、図9(B)等では、トランジスタ100が、ゲート電極を1つだけ有する構成を示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、図12(B)に示すトランジスタ100Bのように、バックゲート電極(第2のゲート電極ということもできる。)を有する構成であってもよい。 In addition, in FIG. 9B and other figures, the transistor 100 has only one gate electrode, but the present invention is not limited to this. For example, the transistor 100 may have a back gate electrode (which may also be called a second gate electrode) as in the transistor 100B shown in FIG. 12B.

トランジスタ100Bは、導電層112a上に導電層116を有する点、及び、絶縁層110が6層構造である点で、トランジスタ100と主に異なる。 Transistor 100B differs from transistor 100 mainly in that it has conductive layer 116 on conductive layer 112a and that insulating layer 110 has a six-layer structure.

絶縁層110は、導電層112a上の絶縁層110aと、絶縁層110a上の絶縁層110b1と、絶縁層110b1上の絶縁層110d1と、絶縁層110d1及び導電層116上の絶縁層110d2と、絶縁層110d2上の絶縁層110b2と、絶縁層110b2上の絶縁層110cと、を有する。 The insulating layer 110 includes an insulating layer 110a on the conductive layer 112a, an insulating layer 110b1 on the insulating layer 110a, an insulating layer 110d1 on the insulating layer 110b1, an insulating layer 110d2 on the insulating layer 110d1 and the conductive layer 116, an insulating layer 110b2 on the insulating layer 110d2, and an insulating layer 110c on the insulating layer 110b2.

導電層116は、トランジスタ100Bのバックゲート電極として機能する。導電層116は、絶縁層110b1上に位置することが好ましい。導電層112a、導電層112bと、導電層116と、は絶縁層110d2、絶縁層110b2、絶縁層110cによって互いに電気的に絶縁されている。導電層116には開口が設けられていることが好ましく、当該開口の内側に、開口141が設けられることが好ましい。絶縁層110の一部は、トランジスタ100Bのバックゲート絶縁層として機能する。 The conductive layer 116 functions as a back gate electrode of the transistor 100B. The conductive layer 116 is preferably located on the insulating layer 110b1. The conductive layers 112a and 112b are electrically insulated from the conductive layer 116 by the insulating layers 110d2, 110b2, and 110c. An opening is preferably provided in the conductive layer 116, and an opening 141 is preferably provided inside the opening. A part of the insulating layer 110 functions as a back gate insulating layer of the transistor 100B.

よって、トランジスタ100Bにおいても、半導体層108には、絶縁層106を介して導電層104と対向する領域と、絶縁層110の一部(特に、絶縁層110b2及び絶縁層110d2)を介して導電層116と対向する領域と、が存在する。言い換えると、半導体層108の少なくとも一部は、開口141内において、導電層104と導電層116とに挟まれている。開口141内において、半導体層108の少なくとも一部と、導電層104と、の間には、絶縁層106が設けられている。また、半導体層108の少なくとも一部と、導電層116と、の間には、絶縁層110の一部(特に、絶縁層110b2及び絶縁層110d2)が設けられている。 Therefore, in the transistor 100B, the semiconductor layer 108 also has a region that faces the conductive layer 104 via the insulating layer 106, and a region that faces the conductive layer 116 via a part of the insulating layer 110 (particularly, the insulating layer 110b2 and the insulating layer 110d2). In other words, at least a part of the semiconductor layer 108 is sandwiched between the conductive layer 104 and the conductive layer 116 in the opening 141. In the opening 141, the insulating layer 106 is provided between at least a part of the semiconductor layer 108 and the conductive layer 104. In addition, a part of the insulating layer 110 (particularly, the insulating layer 110b2 and the insulating layer 110d2) is provided between at least a part of the semiconductor layer 108 and the conductive layer 116.

なお、導電層116は、導電層112a又は導電層112bと電気的に接続されていてもよい。例えば、絶縁層110a、絶縁層110b1、絶縁層110d1に設けられた開口を介して、導電層112aと、導電層116と、が接していてもよい。 The conductive layer 116 may be electrically connected to the conductive layer 112a or the conductive layer 112b. For example, the conductive layer 112a and the conductive layer 116 may be in contact with each other through openings provided in the insulating layer 110a, the insulating layer 110b1, and the insulating layer 110d1.

導電層116は、単層構造でもよく、2層以上の積層構造であってもよい。導電層116には、導電層112a、導電層112b、及び導電層104に用いることができる材料を適用することができる。 The conductive layer 116 may have a single layer structure or a stacked structure of two or more layers. The conductive layer 116 may be made of the same material as the conductive layer 112a, the conductive layer 112b, and the conductive layer 104.

絶縁層110d2は、導電層116の上面及び側面を覆う。絶縁層110d2は、導電層116の開口の一部を覆うように設けられる。絶縁層110d2は、当該開口を介して、絶縁層110d1と接することが好ましい。 The insulating layer 110d2 covers the upper and side surfaces of the conductive layer 116. The insulating layer 110d2 is provided so as to cover a portion of the opening of the conductive layer 116. It is preferable that the insulating layer 110d2 contacts the insulating layer 110d1 through the opening.

絶縁層110d1及び絶縁層110d2には、絶縁層110a、絶縁層110cと同様の構成を適用することが好ましい。具体的には、絶縁層110d1及び絶縁層110d2には、酸素が拡散しにくい膜を用いることが好ましい。また、絶縁層110d1及び絶縁層110d2には、水素が拡散しにくい膜を用いることが好ましい。このような絶縁層110d1及び絶縁層110d2を設けることで、導電層116が酸化するのを抑制することができる。また、導電層116中に含まれる水素が、半導体層108に拡散することを抑制することができる。 It is preferable to apply the same configuration as the insulating layer 110a and the insulating layer 110c to the insulating layer 110d1 and the insulating layer 110d2. Specifically, it is preferable to use a film into which oxygen is unlikely to diffuse for the insulating layer 110d1 and the insulating layer 110d2. It is also preferable to use a film into which hydrogen is unlikely to diffuse for the insulating layer 110d1 and the insulating layer 110d2. By providing such insulating layer 110d1 and insulating layer 110d2, it is possible to suppress oxidation of the conductive layer 116. It is also possible to suppress diffusion of hydrogen contained in the conductive layer 116 into the semiconductor layer 108.

なお、図12(B)では、絶縁層110d1の厚さが場所によらず均一である例を示したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、絶縁層110d1は、導電層116と重なる領域と、重ならない領域とで、厚さが異なる場合がある。例えば、導電層116となる膜の加工時に、絶縁層110d1の導電層116と重ならない領域は、一部が除去され、厚さが薄くなることがある。 Note that, although FIG. 12(B) shows an example in which the thickness of insulating layer 110d1 is uniform regardless of location, the present invention is not limited to this. For example, insulating layer 110d1 may have different thicknesses in areas that overlap with conductive layer 116 and areas that do not overlap. For example, when processing the film that will become conductive layer 116, parts of insulating layer 110d1 that do not overlap with conductive layer 116 may be removed, resulting in a thinner thickness.

絶縁層110b2は、絶縁層110d2を介して、導電層116の上面及び側面を覆うことが好ましい。絶縁層110b2は、絶縁層110d2を介して、導電層116の開口の一部を覆うように設けられることが好ましい。 It is preferable that the insulating layer 110b2 covers the upper and side surfaces of the conductive layer 116 via the insulating layer 110d2. It is preferable that the insulating layer 110b2 is provided so as to cover a portion of the opening of the conductive layer 116 via the insulating layer 110d2.

絶縁層110b1及び絶縁層110b2には、それぞれ、絶縁層110bに適用可能な構成と同様の構成を適用することができる。具体的には、絶縁層110b1及び絶縁層110b2には、それぞれ、酸素を含む層を用いることが好ましく、絶縁層110a、絶縁層110c、絶縁層110d1、絶縁層110d2の少なくとも1つと比べて、酸素の含有量が多い領域を有することが好ましい。 The insulating layer 110b1 and the insulating layer 110b2 can each have a configuration similar to that applicable to the insulating layer 110b. Specifically, it is preferable to use a layer containing oxygen for the insulating layer 110b1 and the insulating layer 110b2, and it is preferable to have a region with a higher oxygen content than at least one of the insulating layers 110a, 110c, 110d1, and 110d2.

このような構成とすることで、絶縁層110の構成を、導電層116の上下で対称にすることができる。また、半導体層108に対して、絶縁層110b1、絶縁層110b2の2つの絶縁層から酸素を供給することができるため、トランジスタの特性向上を図ることができる。 By adopting such a structure, the structure of the insulating layer 110 can be made symmetrical above and below the conductive layer 116. In addition, oxygen can be supplied to the semiconductor layer 108 from the two insulating layers, the insulating layer 110b1 and the insulating layer 110b2, thereby improving the characteristics of the transistor.

ただし、本発明は上記に限られるものではなく、例えば、絶縁層110b1を設けない構成にすることもできる。また、絶縁層110d1及び絶縁層110d2を設けない構成にすることもできる。 However, the present invention is not limited to the above, and for example, it is also possible to configure the device without providing insulating layer 110b1. It is also possible to configure the device without providing insulating layer 110d1 and insulating layer 110d2.

トランジスタ100Bにおいて、半導体層108には、絶縁層106を介して導電層104と対向する領域と、絶縁層110の一部(特に、絶縁層110b2及び絶縁層110d2)を介して導電層116と対向する領域と、が存在する。言い換えると、半導体層108の少なくとも一部は、開口141内において、導電層104と導電層116とに挟まれている。開口141内において、半導体層108の少なくとも一部と、導電層104と、の間には、絶縁層106が設けられている。また、半導体層108の少なくとも一部と、導電層116と、の間には、絶縁層110の一部(特に、絶縁層110b2及び絶縁層110d2)が設けられている。ここで、絶縁層110の一部は、トランジスタ100Bのバックゲート絶縁層(第2のゲート絶縁層ということもできる。)として機能する。 In the transistor 100B, the semiconductor layer 108 has a region facing the conductive layer 104 through the insulating layer 106 and a region facing the conductive layer 116 through a part of the insulating layer 110 (particularly, the insulating layer 110b2 and the insulating layer 110d2). In other words, at least a part of the semiconductor layer 108 is sandwiched between the conductive layer 104 and the conductive layer 116 in the opening 141. In the opening 141, the insulating layer 106 is provided between at least a part of the semiconductor layer 108 and the conductive layer 104. In addition, a part of the insulating layer 110 (particularly, the insulating layer 110b2 and the insulating layer 110d2) is provided between at least a part of the semiconductor layer 108 and the conductive layer 116. Here, the part of the insulating layer 110 functions as a back gate insulating layer (which can also be called a second gate insulating layer) of the transistor 100B.

トランジスタ100Bは、バックゲート電極を有するため、半導体層108のバックゲート側(バックチャネルともいう。)の電位を固定することができる。したがって、トランジスタ100BのId-Vd特性における飽和性をより高めることができる。 Because the transistor 100B has a back gate electrode, the potential of the back gate side (also called the back channel) of the semiconductor layer 108 can be fixed. Therefore, the saturation of the Id-Vd characteristics of the transistor 100B can be further improved.

また、トランジスタ100Bは、バックゲート電極を有するため、半導体層108のバックチャネルの電位を固定することができ、しきい値電圧がシフトすることを抑制することができる。これにより、ノーマリーオフ特性のトランジスタを実現することができる。 In addition, since the transistor 100B has a back gate electrode, the potential of the back channel of the semiconductor layer 108 can be fixed, and the shift in the threshold voltage can be suppressed. This makes it possible to realize a transistor with normally-off characteristics.

トランジスタ100Bは、導電層116、絶縁層110、半導体層108、絶縁層106、及び導電層104が、間に他の層を含まず、一方向にこの順で重なっている領域を有する。当該領域を広くすることで、ゲート電極(第1のゲート電極)からの電界と、バックゲート電極(第2のゲート電極)からの電界と、を半導体層108に対して、より効果的に印加することができる。 Transistor 100B has a region in which conductive layer 116, insulating layer 110, semiconductor layer 108, insulating layer 106, and conductive layer 104 overlap in this order in one direction without any other layers in between. By widening this region, the electric field from the gate electrode (first gate electrode) and the electric field from the back gate electrode (second gate electrode) can be applied to the semiconductor layer 108 more effectively.

なお、断面視において、絶縁層110の開口の左右で、導電層116と、半導体層108と、の間の最短距離(すなわち、バックゲート絶縁層の厚さ)が異なる場合がある。 In addition, in a cross-sectional view, the shortest distance between the conductive layer 116 and the semiconductor layer 108 (i.e., the thickness of the backgate insulating layer) may differ on the left and right sides of the opening in the insulating layer 110.

次に、トランジスタ200のチャネル長及びチャネル幅について、図8(A)及び図8(B)を用いて説明する。 Next, the channel length and channel width of transistor 200 will be explained using Figures 8(A) and 8(B).

図8(A)では、トランジスタ200のチャネル長L200a及びチャネル長L200bを、実線の両矢印で示している。チャネル長L200a及びチャネル長L200bは、凹部145の側壁に設けられた半導体層208の周長方向に沿った、導電層212aと導電層212bの距離に相当する。図8(A)に示すように、凹部145の側壁全体にわたって、環状の半導体層208が設けられているため、半導体層208における導電層212aと、導電層212bと、をつなぐ経路が2つ存在し、そのうち一方の長さをチャネル長L200a、他方の長さをチャネル長L200bとすることができる。チャネル長L200aとチャネル長L200bは、等しい又は概略等しいことが好ましい。この場合、導電層212aと導電層212bを、凹部145に対して、対称に配置することが好ましい。例えば、図8(A)に示すように、円形の凹部145の両端に導電層212aと導電層212bを設けることで、チャネル長L200aとチャネル長L200bを等しくすることができる。このように、トランジスタ200のチャネル長L200a及びチャネル長L200bは、凹部145の上面形状及び大きさによって制御することができる。よって、チャネル長L200a及びチャネル長L200bは、チャネル長L100より大きくすることができる。 In FIG. 8A, the channel length L200a and the channel length L200b of the transistor 200 are indicated by solid double-headed arrows. The channel length L200a and the channel length L200b correspond to the distance between the conductive layer 212a and the conductive layer 212b along the circumferential direction of the semiconductor layer 208 provided on the side wall of the recess 145. As shown in FIG. 8A, the annular semiconductor layer 208 is provided over the entire side wall of the recess 145, so that there are two paths connecting the conductive layer 212a and the conductive layer 212b in the semiconductor layer 208, one of which can be the channel length L200a and the other can be the channel length L200b. It is preferable that the channel length L200a and the channel length L200b are equal or approximately equal. In this case, it is preferable that the conductive layer 212a and the conductive layer 212b are arranged symmetrically with respect to the recess 145. For example, as shown in FIG. 8A, by providing conductive layers 212a and 212b at both ends of the circular recess 145, the channel length L200a and the channel length L200b can be made equal. In this manner, the channel length L200a and the channel length L200b of the transistor 200 can be controlled by the top surface shape and size of the recess 145. Therefore, the channel length L200a and the channel length L200b can be made greater than the channel length L100.

また、図8(B)では、トランジスタ200のチャネル幅W200を、破線の両矢印で示している。チャネル幅W200は、断面視における絶縁層110bの凹部145側の側面の長さに相当する。つまり、チャネル幅W200は、絶縁層110bの厚さT110b、及び、絶縁層110bの凹部145側の側面と絶縁層110bの被形成面(ここでは、絶縁層110aの上面)とのなす角の角度θ110で決まる。また、図8(A)に示すように、チャネル長L200aとチャネル長L200bが等しい又は概略等しい場合には、両方の経路がチャネル形成領域として機能するため、トランジスタ200の実質的なチャネル幅が、チャネル幅W200の2倍になる場合がある。 8B, the channel width W200 of the transistor 200 is indicated by a double-headed dashed arrow. The channel width W200 corresponds to the length of the side of the insulating layer 110b on the recess 145 side in a cross-sectional view. In other words, the channel width W200 is determined by the thickness T110b of the insulating layer 110b and the angle θ110 between the side of the insulating layer 110b on the recess 145 side and the surface on which the insulating layer 110b is formed (here, the upper surface of the insulating layer 110a). Also, as shown in FIG. 8A, when the channel length L200a and the channel length L200b are equal or approximately equal, both paths function as channel formation regions, so that the effective channel width of the transistor 200 may be twice the channel width W200.

トランジスタ200のチャネル幅W200は、絶縁層110の厚さ(特に、絶縁層110bの厚さ)によって制御することができる。ここで、トランジスタ200と、トランジスタ100と、で絶縁層110は共通であるため、トランジスタ200のチャネル幅W200をフォトリソグラフィの露光限界以下の非常に微細な構造にすることができる。チャネル幅W200は、例えば、5nm以上3μm未満、7nm以上2.5μm以下、10nm以上2μm以下、10nm以上1.5μm以下、10nm以上1.2μm以下、10nm以上1μm以下、10nm以上500nm以下、10nm以上300nm以下、10nm以上200nm以下、10nm以上100nm以下、10nm以上50nm以下、10nm以上30nm以下、又は10nm以上20nm以下とすることができる。 The channel width W200 of the transistor 200 can be controlled by the thickness of the insulating layer 110 (particularly the thickness of the insulating layer 110b). Here, since the insulating layer 110 is common to the transistor 200 and the transistor 100, the channel width W200 of the transistor 200 can be made into a very fine structure below the exposure limit of photolithography. The channel width W200 can be, for example, 5 nm or more and less than 3 μm, 7 nm or more and less than 2.5 μm, 10 nm or more and less than 2 μm, 10 nm or more and less than 1.5 μm, 10 nm or more and less than 1.2 μm, 10 nm or more and less than 1 μm, 10 nm or more and less than 500 nm, 10 nm or more and less than 300 nm, 10 nm or more and less than 200 nm, 10 nm or more and less than 100 nm, 10 nm or more and less than 50 nm, 10 nm or more and less than 30 nm, or 10 nm or more and less than 20 nm.

以上のように、トランジスタ200では、チャネル長L200a及びチャネル長L200bを大きくし、チャネル幅W200を小さくすることができる。これにより、トランジスタ200を、飽和性の高いトランジスタにすることができる。 As described above, in the transistor 200, the channel length L200a and the channel length L200b can be increased, and the channel width W200 can be decreased. This allows the transistor 200 to be a transistor with high saturation properties.

前述したように、トランジスタ100のチャネル長L100は、露光装置の限界解像度よりも小さな値とすることができる。一方、絶縁層110bの膜厚によって、チャネル長L100が規定されるため、同一面上に同一工程で複数のトランジスタ100を形成する場合、全てのトランジスタ100のチャネル長が同じになる。これに対して、トランジスタ200は、チャネル長L200a及びチャネル長L200bを、凹部145の上面形状及び大きさによって制御することができる。さらに、トランジスタ200は、トランジスタ100と一部の工程を共通にして形成することができる。よって、チャネル長が短いトランジスタ100と、よりチャネル長が長いトランジスタ200とを、生産性良く、同一面上に形成することができる。例えば、大きいオン電流が求められるトランジスタにトランジスタ100を適用し、高い飽和性が求められるトランジスタにトランジスタ200を適用することにより、それぞれのトランジスタの利点を生かした高い性能の半導体装置10を実現することができる。例えば、表示装置に半導体装置10を用いる場合、トランジスタ100を、スイッチとして機能する選択トランジスタに適用し、トランジスタ200を、発光素子に流れる電流を制御するための駆動トランジスタに適用することができる。 As described above, the channel length L100 of the transistor 100 can be set to a value smaller than the limit resolution of the exposure device. On the other hand, since the channel length L100 is determined by the film thickness of the insulating layer 110b, when multiple transistors 100 are formed on the same surface in the same process, the channel lengths of all the transistors 100 are the same. In contrast, the channel length L200a and the channel length L200b of the transistor 200 can be controlled by the upper surface shape and size of the recess 145. Furthermore, the transistor 200 can be formed by sharing some of the processes with the transistor 100. Therefore, the transistor 100 with a short channel length and the transistor 200 with a longer channel length can be formed on the same surface with good productivity. For example, by applying the transistor 100 to a transistor requiring a large on-current and the transistor 200 to a transistor requiring high saturation, a high-performance semiconductor device 10 that makes use of the advantages of each transistor can be realized. For example, when the semiconductor device 10 is used in a display device, the transistor 100 can be used as a selection transistor that functions as a switch, and the transistor 200 can be used as a drive transistor for controlling the current flowing through a light-emitting element.

上述のように、トランジスタ100とトランジスタ200を一部の工程を共通にして形成することができる。具体的には、半導体層108及び半導体層208は、同じ工程で形成することができる。絶縁層106の一部は、トランジスタ100のゲート絶縁層として機能し、絶縁層106の他の一部は、トランジスタ200のゲート絶縁層として機能する。導電層104及び導電層204は、同じ工程で形成することができる。導電層112a、導電層212a、及び導電層212bは、同じ工程で形成することができる。したがって、半導体装置10の生産性を高め、製造コストを低くすることができる。 As described above, the transistors 100 and 200 can be formed in part by sharing some of the steps. Specifically, the semiconductor layer 108 and the semiconductor layer 208 can be formed in the same step. A part of the insulating layer 106 functions as a gate insulating layer for the transistor 100, and another part of the insulating layer 106 functions as a gate insulating layer for the transistor 200. The conductive layer 104 and the conductive layer 204 can be formed in the same step. The conductive layer 112a, the conductive layer 212a, and the conductive layer 212b can be formed in the same step. Therefore, the productivity of the semiconductor device 10 can be increased, and the manufacturing cost can be reduced.

また、図8(B)等において、半導体層208の上端部の高さ、及び、絶縁層110bの上面の高さは、一致又は概略一致する構成について示したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、図10(A)に示すトランジスタ200Aのように、半導体層208の上端部の高さが、絶縁層110bの上面の高さより低くなる構成にしてもよい。この場合、絶縁層106が、絶縁層110bの側面の一部に接する。 In addition, in FIG. 8B and other figures, the height of the upper end of the semiconductor layer 208 and the height of the upper surface of the insulating layer 110b are shown to be the same or approximately the same, but the present invention is not limited to this. For example, as in the transistor 200A shown in FIG. 10A, the height of the upper end of the semiconductor layer 208 may be lower than the height of the upper surface of the insulating layer 110b. In this case, the insulating layer 106 contacts a part of the side surface of the insulating layer 110b.

また、図8(B)等において、導電層212a及び導電層212bの凹部145側の側端部が、絶縁層110の側面よりも突出する構成について示したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、図10(B)に示すトランジスタ200Bのように、導電層212a及び導電層212bの凹部145側の側面が、絶縁層110の側面と、概略一致する構成であってもよい。当該構成の場合、半導体層208は、凹部145内における絶縁層110の側面と、凹部145内における導電層212aの側面と、凹部145内における導電層212bの側面と、に接する。例えば、凹部145の形成と、導電層212a及び導電層212bの形成と、を一括で行う作製方法を用いた場合に、トランジスタ200Bのような構成が実現する場合がある。この場合、導電層212a及び導電層212bの形成と、凹部145の形成と、を別々に行う場合に比べて、全体の工程数を削減することができるため、好ましい。 8B and the like, the side end of the conductive layer 212a and the conductive layer 212b on the recess 145 side protrudes from the side of the insulating layer 110, but the present invention is not limited to this. For example, as in the transistor 200B shown in FIG. 10B, the side of the conductive layer 212a and the conductive layer 212b on the recess 145 side may be configured to roughly coincide with the side of the insulating layer 110. In this configuration, the semiconductor layer 208 contacts the side of the insulating layer 110 in the recess 145, the side of the conductive layer 212a in the recess 145, and the side of the conductive layer 212b in the recess 145. For example, when a manufacturing method is used in which the recess 145 is formed and the conductive layer 212a and the conductive layer 212b are formed at the same time, a configuration like the transistor 200B may be realized. This is preferable because it reduces the total number of steps compared to when the conductive layers 212a and 212b are formed separately from the recess 145.

また、トランジスタ200を、トランジスタ100と並行して形成する場合、絶縁層110bの凹部145内の側面と、絶縁層110bの被形成面(ここでは、絶縁層110aの上面)と、のなす角も、トランジスタ100と同様に、角度θ110に一致又は概略一致する場合がある。なお、図8(B)などでは、絶縁層110の凹部145内の側面が、絶縁層110の被形成面に対して垂直形状又は概略垂直形状である例を示しているが、図11(A)に示すトランジスタ200Cのように、絶縁層110の凹部145内の側面をテーパ形状にすることもできる。絶縁層110の凹部145内の側面が、絶縁層110の被形成面に対して垂直形状又は概略垂直形状である場合、トランジスタの微細化を図ることができるため好ましい。一方、絶縁層110の凹部145内の側面がテーパ形状を有する場合、凹部145上に成膜する膜の被覆性を高めることができるため好ましい。 In addition, when the transistor 200 is formed in parallel with the transistor 100, the angle between the side surface in the recess 145 of the insulating layer 110b and the surface on which the insulating layer 110b is to be formed (here, the upper surface of the insulating layer 110a) may coincide or approximately coincide with the angle θ110, as in the transistor 100. Note that in FIG. 8B and the like, an example is shown in which the side surface in the recess 145 of the insulating layer 110 is perpendicular or approximately perpendicular to the surface on which the insulating layer 110 is to be formed, but the side surface in the recess 145 of the insulating layer 110 can also be tapered, as in the transistor 200C shown in FIG. 11A. When the side surface in the recess 145 of the insulating layer 110 is perpendicular or approximately perpendicular to the surface on which the insulating layer 110 is to be formed, this is preferable because it allows for miniaturization of the transistor. On the other hand, when the side surface in the recess 145 of the insulating layer 110 has a tapered shape, this is preferable because it allows for improved coverage of the film to be formed on the recess 145.

また、図8(B)等では、トランジスタ200が、ゲート電極を1つだけ有する構成を示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、図11(B)に示すトランジスタ200Dのように、バックゲート電極を有する構成であってもよい。 In addition, in FIG. 8B and other figures, the transistor 200 has only one gate electrode, but the present invention is not limited to this. For example, the transistor may have a back gate electrode, as in the case of transistor 200D shown in FIG. 11B.

トランジスタ200Dは、導電層212a及び導電層212b上に導電層216を有する点、及び、絶縁層110が6層構造である点で、トランジスタ200と主に異なる。 Transistor 200D differs from transistor 200 mainly in that it has conductive layer 216 on conductive layer 212a and conductive layer 212b, and in that insulating layer 110 has a six-layer structure.

ここで、導電層216は、上記導電層116と対応しており、導電層116の記載を参照することができる。つまり、導電層216は、トランジスタ200Dのバックゲート電極として機能する。また、絶縁層110は、図12(B)に示す絶縁層110と同様の構成である。つまり、絶縁層110の一部は、トランジスタ200Dのバックゲート絶縁層として機能する。 Here, the conductive layer 216 corresponds to the conductive layer 116 described above, and the description of the conductive layer 116 can be referred to. That is, the conductive layer 216 functions as a back gate electrode of the transistor 200D. The insulating layer 110 has a structure similar to that of the insulating layer 110 shown in FIG. 12B. That is, a part of the insulating layer 110 functions as a back gate insulating layer of the transistor 200D.

よって、トランジスタ200Dにおいても、半導体層208には、絶縁層106を介して導電層204と対向する領域と、絶縁層110の一部(特に、絶縁層110b2及び絶縁層110d2)を介して導電層116と対向する領域と、が存在する。言い換えると、半導体層208の少なくとも一部は、凹部145内において、導電層204と導電層216とに挟まれている。凹部145内において、半導体層208の少なくとも一部と、導電層204と、の間には、絶縁層106が設けられている。また、半導体層208の少なくとも一部と、導電層216と、の間には、絶縁層110の一部(特に、絶縁層110b2及び絶縁層110d2)が設けられている。 Therefore, in the transistor 200D, the semiconductor layer 208 also has a region that faces the conductive layer 204 via the insulating layer 106, and a region that faces the conductive layer 116 via a part of the insulating layer 110 (particularly, the insulating layer 110b2 and the insulating layer 110d2). In other words, at least a part of the semiconductor layer 208 is sandwiched between the conductive layer 204 and the conductive layer 216 in the recess 145. In the recess 145, the insulating layer 106 is provided between at least a part of the semiconductor layer 208 and the conductive layer 204. In addition, a part of the insulating layer 110 (particularly, the insulating layer 110b2 and the insulating layer 110d2) is provided between at least a part of the semiconductor layer 208 and the conductive layer 216.

トランジスタ200Dは、バックゲート電極を有するため、半導体層208のバックゲート側の電位を固定することができる。したがって、トランジスタ200DのId-Vd特性における飽和性をより高めることができる。 Because the transistor 200D has a back gate electrode, the potential on the back gate side of the semiconductor layer 208 can be fixed. This makes it possible to further increase the saturation of the Id-Vd characteristics of the transistor 200D.

また、トランジスタ200Dは、バックゲート電極を有するため、半導体層208のバックチャネルの電位を固定することができ、しきい値電圧がシフトすることを抑制することができる。これにより、ノーマリーオフ特性のトランジスタを実現することができる。 In addition, since the transistor 200D has a back gate electrode, the potential of the back channel of the semiconductor layer 208 can be fixed, and the shift in the threshold voltage can be suppressed. This makes it possible to realize a transistor with normally-off characteristics.

以下では、本発明の一態様の半導体装置10に用いることができる材料について、詳細に説明する。 The following describes in detail the materials that can be used in the semiconductor device 10 of one embodiment of the present invention.

[半導体層108、半導体層208]
半導体層108及び半導体層208に用いることができる金属酸化物について、具体的に説明する。金属酸化物として、例えば、インジウム酸化物、ガリウム酸化物、及び亜鉛酸化物が挙げられる。金属酸化物は、少なくとも、インジウム又は亜鉛を含むことが好ましい。また、金属酸化物は、インジウムと、元素Mと、亜鉛と、の中から選ばれる二又は三を有することが好ましい。なお、元素Mは、酸素との結合エネルギーが高い金属元素又は半金属元素であり、例えば、酸素との結合エネルギーがインジウムよりも高い金属元素又は半金属元素である。元素Mとして、具体的には、アルミニウム、ガリウム、スズ、イットリウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、モリブデン、ハフニウム、タンタル、タングステン、ランタン、セリウム、ネオジム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、シリコン、ゲルマニウム、及びアンチモンなどが挙げられる。金属酸化物が有する元素Mは、上記元素のいずれか一種又は複数種であることが好ましく、アルミニウム、ガリウム、スズ、及びイットリウムから選ばれた一種又は複数種であることがより好ましく、ガリウム及びスズの一種又は複数種がさらに好ましい。なお、本明細書等において、金属元素と半金属元素をまとめて「金属元素」と呼ぶことがあり、本明細書等に記載の「金属元素」には半金属元素が含まれることがある。
[Semiconductor layer 108, semiconductor layer 208]
Metal oxides that can be used for the semiconductor layer 108 and the semiconductor layer 208 will be specifically described. Examples of metal oxides include indium oxide, gallium oxide, and zinc oxide. The metal oxide preferably contains at least indium or zinc. The metal oxide preferably contains two or three elements selected from indium, element M, and zinc. The element M is a metal element or semimetal element having a high bond energy with oxygen, for example, a metal element or semimetal element having a bond energy with oxygen higher than that of indium. Specific examples of the element M include aluminum, gallium, tin, yttrium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, zirconium, molybdenum, hafnium, tantalum, tungsten, lanthanum, cerium, neodymium, magnesium, calcium, strontium, barium, boron, silicon, germanium, and antimony. The element M of the metal oxide is preferably one or more of the above elements, more preferably one or more selected from aluminum, gallium, tin, and yttrium, and even more preferably one or more of gallium and tin. In this specification, metal elements and metalloid elements may be collectively referred to as "metal elements", and the "metal element" described in this specification may include metalloid elements.

半導体層108及び半導体層208には、それぞれ、例えば、インジウム酸化物(In酸化物)、インジウム亜鉛酸化物(In-Zn酸化物)、インジウムスズ酸化物(In-Sn酸化物、ITOとも記す。)、インジウムチタン酸化物(In-Ti酸化物)、インジウムガリウム酸化物(In-Ga酸化物)、インジウムタングステン酸化物(In-W酸化物、IWOとも記す。)、インジウムガリウムアルミニウム酸化物(In-Ga-Al酸化物)、インジウムガリウムスズ酸化物(In-Ga-Sn酸化物)、ガリウム亜鉛酸化物(Ga-Zn酸化物、GZOとも記す。)、アルミニウム亜鉛酸化物(Al-Zn酸化物、AZOとも記す。)、インジウムアルミニウム亜鉛酸化物(In-Al-Zn酸化物、IAZOとも記す。)、インジウムスズ亜鉛酸化物(In-Sn-Zn酸化物、ITZO(登録商標)とも記す。)、インジウムチタン亜鉛酸化物(In-Ti-Zn酸化物)、インジウムガリウム亜鉛酸化物(In-Ga-Zn酸化物、IGZOとも記す。)、インジウムガリウムスズ亜鉛酸化物(In-Ga-Sn-Zn酸化物、IGZTOとも記す。)、インジウムガリウムアルミニウム亜鉛酸化物(In-Ga-Al-Zn酸化物、IGAZO、IGZAO、又はIAGZOとも記す。)などを用いることができる。又は、シリコンを含むインジウムスズ酸化物(ITSOとも記す。)、ガリウムスズ酸化物(Ga-Sn酸化物)、アルミニウムスズ酸化物(Al-Sn酸化物)などを用いることができる。なお、インジウム酸化物などに代表されるZnを含まない材料は、Siプロセスとの親和性が高いため好適である。一方で、Znを含む材料は、結晶性を高めることができるため好適である。 The semiconductor layer 108 and the semiconductor layer 208 may each contain, for example, indium oxide (In oxide), indium zinc oxide (In-Zn oxide), indium tin oxide (In-Sn oxide, also referred to as ITO), indium titanium oxide (In-Ti oxide), indium gallium oxide (In-Ga oxide), indium tungsten oxide (In-W oxide, also referred to as IWO), indium gallium aluminum oxide (In-Ga-Al oxide), indium gallium tin oxide (In-Ga-Sn oxide), gallium zinc oxide (Ga-Zn oxide, also referred to as GZO), aluminum zinc oxide (Al-Zn oxide), or Oxide, also written as AZO. ), indium aluminum zinc oxide (In-Al-Zn oxide, also written as IAZO. ), indium tin zinc oxide (In-Sn-Zn oxide, also written as ITZO (registered trademark). ), indium titanium zinc oxide (In-Ti-Zn oxide), indium gallium zinc oxide (In-Ga-Zn oxide, also written as IGZO. ), indium gallium tin zinc oxide (In-Ga-Sn-Zn oxide, also written as IGZTO. ), indium gallium aluminum zinc oxide (In-Ga-Al-Zn oxide, also written as IGAZO, IGZAO, or IAGZO. ), etc. can be used. Alternatively, indium tin oxide containing silicon (also written as ITSO. ), gallium tin oxide (Ga-Sn oxide), aluminum tin oxide (Al-Sn oxide), etc. can be used. Materials that do not contain Zn, such as indium oxide, are suitable because they have a high affinity with Si processes. On the other hand, materials that contain Zn are suitable because they can improve crystallinity.

金属酸化物に含まれる全ての金属元素の原子数の和に対するインジウムの原子数の割合を高くすることにより、トランジスタの電界効果移動度を高めることができる。また、オン電流が大きいトランジスタを実現することができる。 By increasing the ratio of the number of indium atoms to the sum of the numbers of atoms of all metal elements contained in the metal oxide, the field effect mobility of the transistor can be increased. In addition, a transistor with a large on-current can be realized.

なお、金属酸化物は、インジウムに代えて、又は、インジウムに加えて、周期の数が大きい金属元素の一種又は複数種を有してもよい。金属元素の軌道の重なりが大きいほど、金属酸化物におけるキャリア伝導は大きくなる傾向がある。よって、周期の数が大きい金属元素を有することで、トランジスタの電界効果移動度を高めることができる場合がある。周期の数が大きい金属元素として、第5周期に属する金属元素、及び、第6周期に属する金属元素などが挙げられる。当該金属元素として、具体的には、イットリウム、ジルコニウム、銀、カドミウム、スズ、アンチモン、バリウム、鉛、ビスマス、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、及びユウロピウムなどが挙げられる。なお、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、及びユウロピウムは、軽希土類元素と呼ばれる。 Note that the metal oxide may have one or more metal elements with a large periodic number instead of or in addition to indium. The greater the overlap of the orbits of the metal elements, the greater the carrier conduction in the metal oxide tends to be. Therefore, by having a metal element with a large periodic number, the field effect mobility of the transistor may be increased. Examples of metal elements with a large periodic number include metal elements belonging to the fifth period and metal elements belonging to the sixth period. Specific examples of the metal elements include yttrium, zirconium, silver, cadmium, tin, antimony, barium, lead, bismuth, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, and europium. Note that lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, and europium are called light rare earth elements.

金属酸化物は、非金属元素の一種又は複数種を有してもよい。金属酸化物が非金属元素を有することで、キャリア濃度の増加、又は、バンドギャップの縮小などが生じ、トランジスタの電界効果移動度を高めることができる場合がある。非金属元素として、例えば、炭素、窒素、リン、硫黄、セレン、フッ素、塩素、臭素、及び水素などが挙げられる。 The metal oxide may contain one or more nonmetallic elements. When the metal oxide contains a nonmetallic element, the carrier concentration increases or the band gap decreases, which may increase the field effect mobility of the transistor. Examples of nonmetallic elements include carbon, nitrogen, phosphorus, sulfur, selenium, fluorine, chlorine, bromine, and hydrogen.

金属酸化物に含まれる全ての金属元素の原子数の和に対する亜鉛の原子数の割合を高くすることにより、結晶性の高い金属酸化物となり、金属酸化物中の不純物の拡散を抑制することができる。したがって、トランジスタの電気特性の変動が抑制され、信頼性を高めることができる。 By increasing the ratio of the number of zinc atoms to the sum of the numbers of atoms of all metal elements contained in the metal oxide, the metal oxide becomes highly crystalline and the diffusion of impurities in the metal oxide can be suppressed. This suppresses fluctuations in the electrical characteristics of the transistor and increases its reliability.

金属酸化物に含まれる全ての金属元素の原子数の和に対する元素Mの原子数の割合を高くすることにより、金属酸化物に酸素欠損(V)が形成されることを抑制することができる。したがって、酸素欠損(V)に起因するキャリア生成が抑制され、オフ電流が小さいトランジスタとすることができる。また、トランジスタの電気特性の変動が抑制され、信頼性を高めることができる。 By increasing the ratio of the number of atoms of element M to the sum of the number of atoms of all metal elements contained in the metal oxide, it is possible to suppress the formation of oxygen vacancies (V O ) in the metal oxide. Therefore, carrier generation due to oxygen vacancies (V O ) is suppressed, and a transistor with a small off-state current can be obtained. In addition, fluctuations in the electrical characteristics of the transistor can be suppressed, and reliability can be improved.

半導体層108及び半導体層208に適用する金属酸化物の組成により、トランジスタの電気特性及び信頼性が異なる。したがって、トランジスタに求められる電気特性及び信頼性に応じて、金属酸化物の組成を異ならせることにより、優れた電気特性と高い信頼性を両立した半導体装置とすることができる。 The electrical characteristics and reliability of the transistor vary depending on the composition of the metal oxide applied to the semiconductor layer 108 and the semiconductor layer 208. Therefore, by varying the composition of the metal oxide according to the electrical characteristics and reliability required for the transistor, a semiconductor device that has both excellent electrical characteristics and high reliability can be obtained.

金属酸化物がIn-M-Zn酸化物の場合、当該In-M-Zn酸化物におけるInの原子数比は、Mの原子数比以上であることが好ましい。このようなIn-M-Zn酸化物の金属元素の原子数比として、例えば、In:M:Zn=1:1:1、In:M:Zn=1:1:1.2、In:M:Zn=2:1:3、In:M:Zn=3:1:2、In:M:Zn=4:2:3、In:M:Zn=4:2:4.1、In:M:Zn=5:1:3、In:M:Zn=5:1:6、In:M:Zn=5:1:7、In:M:Zn=5:1:8、In:M:Zn=6:1:6、In:M:Zn=10:1:1、In:M:Zn=10:1:3、In:M:Zn=10:1:4、In:M:Zn=10:1:6、In:M:Zn=10:1:7、In:M:Zn=10:1:8、In:M:Zn=5:2:5、In:M:Zn=10:1:10、In:M:Zn=20:1:10、In:M:Zn=40:1:10、及び、これらの近傍の組成が挙げられる。なお、近傍の組成とは、所望の原子数比の±30%の範囲を含む。金属酸化物中のインジウムの原子数比を大きくすることで、トランジスタのオン電流又は電界効果移動度などを高めることができる。 When the metal oxide is an In-M-Zn oxide, it is preferable that the atomic ratio of In in the In-M-Zn oxide is equal to or greater than the atomic ratio of M. Examples of atomic ratios of metal elements in such In-M-Zn oxide include In:M:Zn = 1:1:1, In:M:Zn = 1:1:1.2, In:M:Zn = 2:1:3, In:M:Zn = 3:1:2, In:M:Zn = 4:2:3, In:M:Zn = 4:2:4.1, In:M:Zn = 5:1:3, In:M:Zn = 5:1:6, In:M:Zn = 5:1:7, In:M:Zn = 5:1:8, In:M :Zn=6:1:6, In:M:Zn=10:1:1, In:M:Zn=10:1:3, In:M:Zn=10:1:4, In:M:Zn=10:1:6, In:M:Zn=10:1:7, In:M:Zn=10:1:8, In:M:Zn=5:2:5, In:M:Zn=10:1:10, In:M:Zn=20:1:10, In:M:Zn=40:1:10, and compositions in the vicinity of these. Note that the composition in the vicinity includes a range of ±30% of the desired atomic ratio. By increasing the atomic ratio of indium in the metal oxide, the on-current or field effect mobility of the transistor can be increased.

In-M-Zn酸化物におけるInの原子数比はMの原子数比未満であってもよい。このようなIn-M-Zn酸化物の金属元素の原子数比として、例えば、In:M:Zn=1:3:2、In:M:Zn=1:3:3、In:M:Zn=1:3:4、及び、これらの近傍の組成が挙げられる。金属酸化物中のMの原子数の割合を大きくすることで、酸素欠損(V)の生成を抑制することができる。 The atomic ratio of In in the In-M-Zn oxide may be less than the atomic ratio of M. Examples of atomic ratios of metal elements in such In-M-Zn oxide include In:M:Zn=1:3:2, In:M:Zn=1:3:3, In:M:Zn=1:3:4, and compositions close to these. By increasing the proportion of M atoms in the metal oxide, the generation of oxygen vacancies ( VO ) can be suppressed.

なお、元素Mとして複数の金属元素を有する場合は、当該金属元素の原子数の割合の合計を、元素Mの原子数の割合とすることができる。 When element M contains multiple metal elements, the total proportion of the atomic numbers of the metal elements can be regarded as the proportion of the atomic number of element M.

本明細書等において、含有される全ての金属元素の原子数の和に対するインジウムの原子数の割合を、インジウムの含有率と記す場合がある。他の金属元素においても同様である。 In this specification, the ratio of the number of indium atoms to the sum of the numbers of atoms of all metal elements contained may be referred to as the indium content. The same applies to other metal elements.

半導体層108及び半導体層208にインジウムの含有率が高い材料を用いることで、トランジスタのオン電流又は電界効果移動度などを高めることができる。さらに、元素Mを有することで、酸素欠損(V)の生成を抑制することができる。元素Mの含有率(含有される全ての金属元素の原子数の和に対する元素Mの原子数の割合)は、0.1%以上3%以下が好ましく、さらには0.1%以上2%以下が好ましい。これにより、電気特性が良好なトランジスタとすることができる。例えば、In:M:Zn=40:1:10、及び、その近傍の金属酸化物を用いることが好ましい。元素Mは、上記元素のいずれか一種又は複数種であることが好ましく、アルミニウム、ガリウム、スズ、及びイットリウムから選ばれた一種又は複数種であることがより好ましい。具体的には、In:Sn:Zn=40:1:10、及びその近傍の金属酸化物を好適に用いることができる。又は、In:Al:Zn=40:1:10、及び、その近傍の金属酸化物を好適に用いることができる。 By using a material with a high indium content for the semiconductor layer 108 and the semiconductor layer 208, the on-state current or field effect mobility of the transistor can be increased. Furthermore, by having the element M, the generation of oxygen vacancies (V 0 ) can be suppressed. The content of the element M (the ratio of the number of atoms of the element M to the sum of the number of atoms of all the metal elements contained) is preferably 0.1% to 3%, and more preferably 0.1% to 2%. This allows a transistor with good electrical characteristics to be obtained. For example, it is preferable to use In:M:Zn=40:1:10 and metal oxides in the vicinity thereof. The element M is preferably one or more of the above elements, and more preferably one or more selected from aluminum, gallium, tin, and yttrium. Specifically, In:Sn:Zn=40:1:10 and metal oxides in the vicinity thereof can be preferably used. Or, In:Al:Zn=40:1:10 and metal oxides in the vicinity thereof can be preferably used.

ここで、半導体層108及び半導体層208に多結晶構造の金属酸化物を用いると、結晶粒界が再結合中心となり、キャリアが捕獲されることにより、トランジスタのオン電流が小さくなってしまう場合がある。多結晶構造になりやすい組成の金属酸化物を用いる場合、結晶化を阻害する元素を含むことが好ましい。例えば、ITOと比較して、ITSOは多結晶構造になりづらいため、半導体層108及び半導体層208に好適に用いることができる。ITSOを用いる場合、シリコンの含有率(含有される全ての金属元素の原子数の和に対するシリコンの原子数の割合)は、1%以上20%以下が好ましく、さらには3%以上20%以下が好ましく、さらには3%以上15%以下が好ましく、さらには5%以上15%以下が好ましい。具体的には、In:Sn:Si=45:5:4、In:Sn:Si=95:5:8、及び、これらの近傍の金属酸化物を好適に用いることができる。 Here, if a metal oxide having a polycrystalline structure is used for the semiconductor layer 108 and the semiconductor layer 208, the grain boundaries become the recombination center, and carriers are captured, which may reduce the on-current of the transistor. When using a metal oxide having a composition that is likely to form a polycrystalline structure, it is preferable to include an element that inhibits crystallization. For example, compared to ITO, ITSO is less likely to form a polycrystalline structure, so it can be suitably used for the semiconductor layer 108 and the semiconductor layer 208. When ITSO is used, the silicon content (the ratio of the number of silicon atoms to the sum of the number of atoms of all metal elements contained) is preferably 1% or more and 20% or less, more preferably 3% or more and 20% or less, even more preferably 3% or more and 15% or less, and even more preferably 5% or more and 15% or less. Specifically, In:Sn:Si=45:5:4, In:Sn:Si=95:5:8, and metal oxides in the vicinity of these can be suitably used.

半導体層108及び半導体層208の組成の分析には、例えば、エネルギー分散型X線分光法(EDX:Energy Dispersive X-ray Spectrometry)、X線光電子分光法(XPS:X-ray Photoelectron Spectrometry)、誘導結合プラズマ質量分析法(ICP-MS:Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry)、又は誘導結合高周波プラズマ発光分光法(ICP-AES:Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry)を用いることができる。又は、これらの手法を複数組み合わせて分析を行ってもよい。なお、含有率が低い元素は、分析精度の影響により、実際の含有率と分析によって得られた含有率が異なる場合がある。例えば、元素Mの含有率が低い場合、分析によって得られた元素Mの含有率が、実際の含有率より低くなる場合がある。 The composition of the semiconductor layer 108 and the semiconductor layer 208 can be analyzed using, for example, energy dispersive X-ray spectrometry (EDX), X-ray photoelectron spectrometry (XPS), inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS), or inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry (ICP-AES). Alternatively, a combination of these techniques may be used for the analysis. For elements with low content, the actual content may differ from the content obtained by analysis due to the influence of analytical accuracy. For example, if the content of element M is low, the content of element M obtained by analysis may be lower than the actual content.

金属酸化物の形成には、スパッタリング法を好適に用いることができる。なお、金属酸化物をスパッタリング法で形成する場合、形成後の金属酸化物の組成はスパッタリングターゲットの組成と異なる場合がある。特に、亜鉛は、形成後の金属酸化物における含有率が、スパッタリングターゲットと比較して50%程度にまで減少する場合がある。 The sputtering method can be suitably used to form the metal oxide. When forming the metal oxide by the sputtering method, the composition of the formed metal oxide may differ from the composition of the sputtering target. In particular, the zinc content in the formed metal oxide may decrease to about 50% compared to the sputtering target.

半導体層108及び半導体層208は、それぞれ、2以上の金属酸化物層を有する積層構造としてもよい。半導体層108及び半導体層208のそれぞれが有する2以上の金属酸化物層は、組成が互いに同じ又は概略同じであってもよい。組成が同じ金属酸化物層の積層構造とすることで、例えば、同じスパッタリングターゲットを用いて形成することができるため、製造コストを削減することができる。 The semiconductor layer 108 and the semiconductor layer 208 may each have a stacked structure having two or more metal oxide layers. The two or more metal oxide layers in the semiconductor layer 108 and the semiconductor layer 208 may each have the same or approximately the same composition. By forming a stacked structure of metal oxide layers having the same composition, for example, the same sputtering target can be used to form the layers, thereby reducing manufacturing costs.

半導体層108及び半導体層208のそれぞれが有する2以上の金属酸化物層は、組成が互いに異なってもよい。例えば、In:M:Zn=1:3:4[原子数比]若しくはその近傍の組成の第1の金属酸化物層と、当該第1の金属酸化物層上に設けられるIn:M:Zn=1:1:1[原子数比]若しくはその近傍の組成の第2の金属酸化物層と、の積層構造を好適に用いることができる。また、元素Mとして、ガリウム、アルミニウム、又はスズを用いることが特に好ましい。第1の金属酸化物層と第2の金属酸化物層における元素Mは、同じであってもよく、互いに異なっていてもよい。例えば、第1の金属酸化物層と第2の金属酸化物層は、互いに組成が異なるIGZO層であってもよい。 The two or more metal oxide layers in each of the semiconductor layer 108 and the semiconductor layer 208 may have different compositions. For example, a stacked structure of a first metal oxide layer having a composition of In:M:Zn=1:3:4 [atomic ratio] or a composition close thereto and a second metal oxide layer having a composition of In:M:Zn=1:1:1 [atomic ratio] or a composition close thereto provided on the first metal oxide layer can be suitably used. In addition, it is particularly preferable to use gallium, aluminum, or tin as the element M. The element M in the first metal oxide layer and the second metal oxide layer may be the same or different from each other. For example, the first metal oxide layer and the second metal oxide layer may be IGZO layers having different compositions from each other.

例えば、In:Zn=4:1[原子数比]若しくはその近傍の組成の第1の金属酸化物層と、当該第1の金属酸化物層上に設けられるIn:M:Zn=1:1:1[原子数比]若しくはその近傍の組成の第2の金属酸化物層と、の積層構造を好適に用いることができる。 For example, a laminated structure of a first metal oxide layer having a composition of In:Zn=4:1 [atomic ratio] or a composition close thereto and a second metal oxide layer having a composition of In:M:Zn=1:1:1 [atomic ratio] or a composition close thereto provided on the first metal oxide layer can be suitably used.

例えば、インジウム酸化物、インジウムガリウム酸化物、及びIGZOの中から選ばれるいずれか一と、IAZO、IAGZO、及びITZO(登録商標)の中から選ばれるいずれか一と、の積層構造を用いてもよい。 For example, a laminated structure of any one selected from indium oxide, indium gallium oxide, and IGZO and any one selected from IAZO, IAGZO, and ITZO (registered trademark) may be used.

なお、第1の金属酸化物を有する第1の金属酸化物層と、第2の金属酸化物を有する第2の金属酸化物層と、の積層構造とし、第1の金属酸化物の組成と、第2の金属酸化物の組成と、が同じ又は概略同じである場合、第1の金属酸化物層と、第2の金属酸化物層よ、の境界(界面)を明確に確認できない場合がある。 When a laminate structure is formed of a first metal oxide layer having a first metal oxide and a second metal oxide layer having a second metal oxide, and the composition of the first metal oxide and the composition of the second metal oxide are the same or approximately the same, the boundary (interface) between the first metal oxide layer and the second metal oxide layer may not be clearly identified.

半導体層108及び半導体層208には、結晶性を有する金属酸化物を用いることが好ましい。結晶性を有する金属酸化物の構造として、例えば、CAAC(C-Axis Aligned Crystal)構造、多結晶構造、及び微結晶(nc:nano-crystal)構造が挙げられる。結晶性を有する金属酸化物を用いることにより、半導体層108中及び半導体層208中の欠陥準位密度を低減することができ、信頼性の高い半導体装置を実現することができる。 It is preferable to use a crystalline metal oxide for the semiconductor layer 108 and the semiconductor layer 208. Examples of the structure of a crystalline metal oxide include a CAAC (C-Axis Aligned Crystal) structure, a polycrystalline structure, and a nanocrystalline (nc: nano-crystal) structure. By using a crystalline metal oxide, the density of defect states in the semiconductor layer 108 and the semiconductor layer 208 can be reduced, and a highly reliable semiconductor device can be realized.

半導体層108及び半導体層208には、それぞれ、CAAC-OS又は又はnc-OSを用いることが好ましい。 It is preferable to use CAAC-OS or nc-OS for the semiconductor layer 108 and the semiconductor layer 208, respectively.

CAAC-OSは、複数の層状結晶を有する。当該結晶のc軸は、被形成面の法線方向に配向している。半導体層108及び半導体層208は、それぞれ、被形成面に対して平行又は概略平行な層状結晶を有することが好ましい。例えば、半導体層108は、開口143内の導電層112bの側面と接する領域において、当該側面に対して平行又は概略平行な層状結晶を有することが好ましい。特に、半導体層108は、開口141において、被形成面である絶縁層110の側面に対して平行又は概略平行な層状結晶を有することが好ましい。このような構成とすることにより、トランジスタ100のチャネル長方向に対して、半導体層108の層状結晶が概略平行に形成されるため、オン電流の大きいトランジスタとすることができる。同様に、半導体層208は、被形成面(ここでは、絶縁層110の側面、導電層212aの側面及び上面、並びに、導電層212bの側面及び上面)に対して平行又は概略平行な層状結晶を有することが好ましい。特に、半導体層208は、導電層204と重なる領域において、被形成面である絶縁層110の側面に対して平行又は概略平行な層状結晶を有することが好ましい。 CAAC-OS has multiple layered crystals. The c-axis of the crystals is oriented in the normal direction of the surface on which the semiconductor layer 108 and the semiconductor layer 208 are preferably layered crystals parallel or approximately parallel to the surface on which the semiconductor layer 108 is formed. For example, the semiconductor layer 108 preferably has layered crystals parallel or approximately parallel to the side surface in the region in contact with the side surface of the conductive layer 112b in the opening 143. In particular, the semiconductor layer 108 preferably has layered crystals parallel or approximately parallel to the side surface of the insulating layer 110, which is the surface on which the semiconductor layer 108 is formed, in the opening 141. With this configuration, the layered crystals of the semiconductor layer 108 are formed approximately parallel to the channel length direction of the transistor 100, so that the transistor can have a large on-current. Similarly, the semiconductor layer 208 preferably has layered crystals parallel or approximately parallel to the surface on which the semiconductor layer 108 is formed (here, the side surface of the insulating layer 110, the side surface and the top surface of the conductive layer 212a, and the side surface and the top surface of the conductive layer 212b). In particular, it is preferable that the semiconductor layer 208 has layered crystals that are parallel or approximately parallel to the side surface of the insulating layer 110, which is the surface on which the semiconductor layer 208 is formed, in the region where the semiconductor layer 208 overlaps with the conductive layer 204.

チャネル形成領域に結晶性が高い金属酸化物を用いることで、チャネル形成領域中の欠陥準位密度を低減することができる。一方、結晶性の低い金属酸化物を用いることで、大きな電流を流すことができるトランジスタを実現することができる。 By using a metal oxide with high crystallinity in the channel formation region, the density of defect states in the channel formation region can be reduced. On the other hand, by using a metal oxide with low crystallinity, a transistor capable of passing a large current can be realized.

金属酸化物をスパッタリング法により形成する場合、形成時の基板温度が高いほど、結晶性の高い金属酸化物を形成することができる。形成時の基板温度は、例えば、形成時に基板が置かれるステージの温度により調整することができる。また、形成に用いる成膜ガス全体に対する酸素ガスの流量の割合(以下、酸素流量比ともいう。)、又は、処理室内の酸素分圧が高いほど、結晶性の高い金属酸化物を形成することができる。 When forming a metal oxide by sputtering, the higher the substrate temperature during formation, the more crystalline the metal oxide can be formed. The substrate temperature during formation can be adjusted, for example, by the temperature of the stage on which the substrate is placed during formation. In addition, the higher the ratio of the flow rate of oxygen gas to the total deposition gas used in formation (hereinafter also referred to as the oxygen flow rate ratio) or the higher the oxygen partial pressure in the processing chamber, the more crystalline the metal oxide can be formed.

半導体層108及び半導体層208の結晶性は、例えば、X線回折(XRD:XRay Diffraction)、透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)、又は電子線回折(ED:Electron Diffraction)により解析することができる。又は、これらの手法を複数組み合わせて分析を行ってもよい。 The crystallinity of the semiconductor layer 108 and the semiconductor layer 208 can be analyzed, for example, by X-ray diffraction (XRD), a transmission electron microscope (TEM), or electron diffraction (ED). Alternatively, the analysis may be performed by combining a plurality of these techniques.

半導体層108及び半導体層208に金属酸化物を用いる場合、チャネル形成領域のVHをできる限り低減し、高純度真性、又は、実質的に高純度真性にすることが好ましい。このように、VHが十分低減された金属酸化物を得るには、金属酸化物中の水、水素などの不純物を除去すること(脱水、脱水素化処理と記載する場合がある。)と、金属酸化物に酸素を供給して酸素欠損(V)を修復することが重要である。VHなどの不純物が十分に低減された金属酸化物をトランジスタのチャネル形成領域に用いることで、安定した電気特性を付与することができる。なお、金属酸化物に酸素を供給して酸素欠損(V)を修復することを、加酸素化処理と記す場合がある。 When a metal oxide is used for the semiconductor layer 108 and the semiconductor layer 208, it is preferable to reduce V O H in the channel formation region as much as possible to make it highly pure and intrinsic or substantially highly pure and intrinsic. In order to obtain a metal oxide with sufficiently reduced V O H, it is important to remove impurities such as water and hydrogen in the metal oxide (sometimes referred to as dehydration or dehydrogenation treatment) and to supply oxygen to the metal oxide to repair oxygen vacancies (V O ). By using a metal oxide with sufficiently reduced impurities such as V O H for the channel formation region of a transistor, stable electrical characteristics can be imparted. Note that supplying oxygen to a metal oxide to repair oxygen vacancies (V O ) may be referred to as oxygen addition treatment.

半導体層108及び半導体層208に金属酸化物を用いる場合、チャネル形成領域のキャリア濃度は、1×1018cm-3以下であることが好ましく、1×1017cm-3未満であることがより好ましく、1×1016cm-3未満であることがさらに好ましく、1×1013cm-3未満であることがさらに好ましく、1×1012cm-3未満であることがさらに好ましい。なお、チャネル形成領域のキャリア濃度の下限値について限定は無いが、例えば、1×10-9cm-3とすることができる。 When a metal oxide is used for the semiconductor layer 108 and the semiconductor layer 208, the carrier concentration of the channel formation region is preferably 1×10 18 cm -3 or less, more preferably less than 1×10 17 cm -3 , even more preferably less than 1×10 16 cm -3 , still more preferably less than 1×10 13 cm -3 , and still more preferably less than 1×10 12 cm -3 . Note that there is no limitation on the lower limit of the carrier concentration of the channel formation region, but it can be, for example, 1×10 -9 cm -3 .

OSトランジスタは、放射線照射による電気特性の変動が小さい、つまり放射線に対する耐性が高いため、放射線が入射し得る環境においても好適に用いることができる。OSトランジスタは、放射線に対する信頼性が高いともいえる。例えば、X線のフラットパネルディテクタの画素回路に、OSトランジスタを好適に用いることができる。また、OSトランジスタは、宇宙空間で使用する半導体装置に好適に用いることができる。放射線として、電磁放射線(例えば、X線及びガンマ線)及び粒子放射線(例えば、アルファ線、ベータ線、陽子線、及び中性子線)が挙げられる。 OS transistors have small variations in electrical characteristics due to radiation exposure, i.e., are highly resistant to radiation, and therefore can be suitably used in environments where radiation may be present. It can also be said that OS transistors are highly reliable against radiation. For example, OS transistors can be suitably used in pixel circuits of X-ray flat panel detectors. OS transistors can also be suitably used in semiconductor devices used in outer space. Examples of radiation include electromagnetic radiation (e.g., X-rays and gamma rays) and particle radiation (e.g., alpha rays, beta rays, proton rays, and neutron rays).

半導体層108及び半導体層208は、それぞれ、半導体として機能する層状物質を有してもよい。層状物質とは、層状の結晶構造を有する材料群の総称である。層状の結晶構造は、共有結合又はイオン結合によって形成される層が、ファンデルワールス結合のような、共有結合又はイオン結合よりも弱い結合を介して積層している構造である。層状物質は、単位層内における電気伝導性が高く、つまり、2次元電気伝導性が高い。半導体として機能し、かつ、2次元電気伝導性の高い材料をチャネル形成領域に用いることで、オン電流が大きいトランジスタを提供することができる。 The semiconductor layer 108 and the semiconductor layer 208 may each have a layered material that functions as a semiconductor. A layered material is a general term for a group of materials that have a layered crystal structure. A layered crystal structure is a structure in which layers formed by covalent bonds or ionic bonds are stacked via bonds weaker than covalent bonds or ionic bonds, such as van der Waals bonds. A layered material has high electrical conductivity within a unit layer, that is, high two-dimensional electrical conductivity. By using a material that functions as a semiconductor and has high two-dimensional electrical conductivity in the channel formation region, a transistor with a large on-current can be provided.

上記層状物質として、例えば、グラフェン、シリセン、カルコゲン化物などが挙げられる。カルコゲン化物は、カルコゲン(第16族に属する元素)を含む化合物である。また、カルコゲン化物として、遷移金属カルコゲナイド、13族カルコゲナイドなどが挙げられる。トランジスタのチャネル形成領域として適用可能な遷移金属カルコゲナイドとして、具体的には、硫化モリブデン(代表的にはMoS)、セレン化モリブデン(代表的にはMoSe)、モリブデンテルル(代表的にはMoTe)、硫化タングステン(代表的にはWS)、セレン化タングステン(代表的にはWSe)、タングステンテルル(代表的にはWTe)、硫化ハフニウム(代表的にはHfS)、セレン化ハフニウム(代表的にはHfSe)、硫化ジルコニウム(代表的にはZrS)、セレン化ジルコニウム(代表的にはZrSe)などが挙げられる。 Examples of the layered material include graphene, silicene, and chalcogenides. Chalcogenides are compounds containing chalcogen (an element belonging to Group 16). Examples of the chalcogenides include transition metal chalcogenides and Group 13 chalcogenides. Specific examples of transition metal chalcogenides that can be used as the channel formation region of a transistor include molybdenum sulfide (representatively MoS 2 ), molybdenum selenide (representatively MoSe 2 ), molybdenum tellurium (representatively MoTe 2 ), tungsten sulfide (representatively WS 2 ), tungsten selenide (representatively WSe 2 ), tungsten tellurium (representatively WTe 2 ), hafnium sulfide (representatively HfS 2 ), hafnium selenide (representatively HfSe 2 ), zirconium sulfide (representatively ZrS 2 ), zirconium selenide (representatively ZrSe 2 ), and the like.

[導電層112a、導電層112b、導電層104、導電層204、導電層212a、導電層212b]
導電層112a、導電層112b、導電層104、導電層204、導電層212a、及び導電層212bは、それぞれ、単層構造でもよく、2層以上の積層構造であってもよい。導電層112a、導電層112b、導電層104、導電層204、導電層212a、及び導電層212bに用いることができる材料として、それぞれ、例えば、クロム、銅、アルミニウム、金、銀、亜鉛、タンタル、チタン、タングステン、マンガン、ニッケル、鉄、コバルト、モリブデン、及びニオブの一又は複数、並びに前述した金属の一又は複数を成分とする合金が挙げられる。導電層112a、導電層112b、導電層104、導電層204、導電層212a、及び導電層212bには、それぞれ、銅、銀、金、及びアルミニウムのうち一又は複数を含む、低抵抗な導電材料を好適に用いることができる。特に、銅又はアルミニウムは量産性に優れるため好ましい。
[Conductive layer 112a, conductive layer 112b, conductive layer 104, conductive layer 204, conductive layer 212a, conductive layer 212b]
The conductive layer 112a, the conductive layer 112b, the conductive layer 104, the conductive layer 204, the conductive layer 212a, and the conductive layer 212b may each have a single-layer structure or a stacked structure of two or more layers. Examples of materials that can be used for the conductive layer 112b, the conductive layer 104, the conductive layer 204, the conductive layer 212a, and the conductive layer 212b include chromium, copper, aluminum, gold, silver, zinc, tantalum, titanium, tungsten, and the like. The conductive layer 112a, the conductive layer 112b, the conductive layer 104, the conductive layer 204, and the conductive layer 112b may include one or more of manganese, nickel, iron, cobalt, molybdenum, and niobium, and an alloy containing one or more of the above metals. The conductive layers 212a and 212b can be made of a low-resistance conductive material including one or more of copper, silver, gold, and aluminum. In particular, copper and aluminum are suitable for mass production. This is preferable because it has excellent

導電層112a、導電層112b、導電層104、導電層204、導電層212a、及び導電層212bには、それぞれ、導電性を有する金属酸化物(酸化物導電体)を用いることができる。酸化物導電体(OC:Oxide Conductor)として、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛、In-Sn酸化物(ITO)、In-Zn酸化物、In-W酸化物、In-W-Zn酸化物、In-Ti酸化物、In-Ti-Sn酸化物、In-Sn-Si酸化物(シリコンを含むITO、ITSOともいう。)、ガリウムを添加した酸化亜鉛、及びIn-Ga-Zn酸化物が挙げられる。特に、インジウムを含む導電性酸化物は、導電性が高いため好ましい。 Conductive layer 112a, conductive layer 112b, conductive layer 104, conductive layer 204, conductive layer 212a, and conductive layer 212b can each be made of a metal oxide (oxide conductor) having electrical conductivity. Examples of oxide conductors (OC) include indium oxide, zinc oxide, In-Sn oxide (ITO), In-Zn oxide, In-W oxide, In-W-Zn oxide, In-Ti oxide, In-Ti-Sn oxide, In-Sn-Si oxide (also called ITO containing silicon, ITSO), zinc oxide to which gallium is added, and In-Ga-Zn oxide. In particular, conductive oxides containing indium are preferred because of their high electrical conductivity.

半導体特性を有する金属酸化物に酸素欠損を形成し、当該酸素欠損に水素を添加すると、伝導帯近傍にドナー準位が形成される。この結果、金属酸化物は、導電性が高くなり、導電体化する。導電体化された金属酸化物を、酸化物導電体ということができる。 When oxygen vacancies are created in a metal oxide with semiconducting properties and hydrogen is added to the oxygen vacancies, a donor level is formed near the conduction band. As a result, the metal oxide becomes more conductive and becomes a conductor. A metal oxide that has become a conductor can be called an oxide conductor.

導電層112a、導電層112b、導電層104、導電層204、導電層212a、及び導電層212bは、それぞれ、前述の酸化物導電体(金属酸化物)を含む導電膜と、金属又は合金を含む導電膜と、の積層構造としてもよい。金属又は合金を含む導電膜を用いることで、配線抵抗を小さくすることができる。 The conductive layer 112a, the conductive layer 112b, the conductive layer 104, the conductive layer 204, the conductive layer 212a, and the conductive layer 212b may each have a stacked structure of a conductive film containing the oxide conductor (metal oxide) described above and a conductive film containing a metal or an alloy. By using a conductive film containing a metal or an alloy, the wiring resistance can be reduced.

導電層112a、導電層112b、導電層104、導電層204、導電層212a、及び導電層212bには、それぞれ、Cu-X合金膜(Xは、Mn、Ni、Cr、Fe、Co、Mo、Ta、又はTi)を適用してもよい。Cu-X合金膜を用いることで、ウェットエッチング法により加工することができるため、製造コストを削減することができる。 A Cu-X alloy film (X is Mn, Ni, Cr, Fe, Co, Mo, Ta, or Ti) may be applied to each of conductive layer 112a, conductive layer 112b, conductive layer 104, conductive layer 204, conductive layer 212a, and conductive layer 212b. By using a Cu-X alloy film, it is possible to process it by wet etching, thereby reducing manufacturing costs.

なお、導電層112a、導電層112b、導電層104、導電層204、導電層212a、及び導電層212bには、互いに同じ材料を用いてもよく、異なる材料を用いてもよい。例えば、同一の工程で形成することができる、導電層112a、導電層212a及び導電層212bには、互いに同じ材料を用いることが好ましい。また、同一の工程で形成することができる、導電層104及び導電層204には、互いに同じ材料を用いることが好ましい。 Note that the conductive layer 112a, the conductive layer 112b, the conductive layer 104, the conductive layer 204, the conductive layer 212a, and the conductive layer 212b may be made of the same material or different materials. For example, the conductive layer 112a, the conductive layer 212a, and the conductive layer 212b, which can be formed in the same process, are preferably made of the same material. In addition, the conductive layer 104 and the conductive layer 204, which can be formed in the same process, are preferably made of the same material.

導電層112a及び導電層112bは、半導体層108と接する領域を有する。導電層212a及び導電層212bは、半導体層208と接する領域を有する。半導体層108として金属酸化物を用いる場合、導電層112a及び導電層112bに酸化されやすい金属(例えば、アルミニウム)を用いると、導電層112aと半導体層108との間、及び、導電層112bと半導体層108との間に絶縁性の酸化物(例えば、酸化アルミニウム)が形成され、これらの導通を妨げる恐れがある。同様に、半導体層208として金属酸化物を用いる場合、導電層212a及び導電層212bに酸化されやすい金属を用いると、導電層212aと半導体層208との間、及び、導電層212bと半導体層208との間に絶縁性の酸化物が形成され、これらの導通を妨げる恐れがある。そのため、導電層112a、導電層112b、導電層212a、及び導電層212bには、酸化されにくい導電材料、酸化されても電気抵抗が低く保たれる導電材料、又は酸化物導電材料を用いることが好ましい。 The conductive layer 112a and the conductive layer 112b have a region in contact with the semiconductor layer 108. The conductive layer 212a and the conductive layer 212b have a region in contact with the semiconductor layer 208. When a metal oxide is used as the semiconductor layer 108, if a metal that is easily oxidized (e.g., aluminum) is used for the conductive layer 112a and the conductive layer 112b, an insulating oxide (e.g., aluminum oxide) may be formed between the conductive layer 112a and the semiconductor layer 108 and between the conductive layer 112b and the semiconductor layer 108, which may hinder the conduction between them. Similarly, when a metal oxide is used as the semiconductor layer 208, if a metal that is easily oxidized is used for the conductive layer 212a and the conductive layer 212b, an insulating oxide may be formed between the conductive layer 212a and the semiconductor layer 208 and between the conductive layer 212b and the semiconductor layer 208, which may hinder the conduction between them. Therefore, it is preferable to use a conductive material that is not easily oxidized, a conductive material that maintains low electrical resistance even when oxidized, or an oxide conductive material for the conductive layer 112a, the conductive layer 112b, the conductive layer 212a, and the conductive layer 212b.

導電層112a、導電層112b、導電層112a、及び導電層112bには、それぞれ、例えば、チタン、窒化タンタル、窒化チタン、チタンとアルミニウムを含む窒化物、タンタルとアルミニウムを含む窒化物、ルテニウム、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、ストロンチウムとルテニウムを含む酸化物、ランタンとニッケルを含む酸化物を用いることが好ましい。これらは、酸化されにくい導電材料、又は、酸化されても電気抵抗が低く保たれる材料であるため、好ましい。 For conductive layer 112a, conductive layer 112b, conductive layer 112a, and conductive layer 112b, it is preferable to use, for example, titanium, tantalum nitride, titanium nitride, a nitride containing titanium and aluminum, a nitride containing tantalum and aluminum, ruthenium, ruthenium oxide, ruthenium nitride, an oxide containing strontium and ruthenium, or an oxide containing lanthanum and nickel, respectively. These are preferable because they are conductive materials that are difficult to oxidize, or materials that maintain low electrical resistance even when oxidized.

導電層112a、導電層112b、導電層212a、及び導電層212bには、それぞれ、前述の酸化物導電体を用いることができる。具体的には、酸化インジウム、酸化亜鉛、ITO、In-Zn酸化物、In-W酸化物、In-W-Zn酸化物、In-Ti酸化物、In-Ti-Sn酸化物、シリコンを含むIn-Sn酸化物、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。 The conductive layer 112a, the conductive layer 112b, the conductive layer 212a, and the conductive layer 212b can each be made of the oxide conductors described above. Specifically, conductive oxides such as indium oxide, zinc oxide, ITO, In-Zn oxide, In-W oxide, In-W-Zn oxide, In-Ti oxide, In-Ti-Sn oxide, In-Sn oxide containing silicon, and zinc oxide doped with gallium can be used.

導電層112a、導電層112b、導電層212a、及び導電層212bには、それぞれ、窒化物導電体を用いてもよい。窒化物導電体として、例えば、窒化タンタル、及び窒化チタンが挙げられる。 The conductive layer 112a, the conductive layer 112b, the conductive layer 212a, and the conductive layer 212b may each be made of a nitride conductor. Examples of nitride conductors include tantalum nitride and titanium nitride.

導電層112a、導電層112b、導電層104、導電層212a、導電層212b、及び導電層204は、それぞれ、積層構造を有してもよい。このとき、少なくとも半導体層108又は半導体層208と接する領域には、酸化されにくい導電材料、酸化されても電気抵抗が低く保たれる導電材料、又は酸化物導電材料を用いることが好ましい。また、半導体層108又は半導体層208と接しない領域には、電気抵抗率の低い材料を用いることが好ましい。これにより、導電層の電気抵抗を低くすることができる。例えば、半導体層108又は半導体層208と接する領域にITSOを、半導体層108又は半導体層208と接しない領域に銅又はタングステンを好適に用いることができる。特に、半導体層108又は半導体層208と接し、かつ絶縁層102上の平坦部に形成される、導電層112a、導電層212a、及び導電層212bは、銅の層の上にITSO層を設けた積層構造にすることが好ましい。導電層112a、導電層212a、及び導電層212bは、配線として、比較的容易に引き回すことができる。したがって、導電層112a、導電層212a、及び導電層212bを上記の積層構造にすることで、低抵抗な銅の層が酸化されることを低減し、電気抵抗の低い良好な配線として機能させることができる。 The conductive layer 112a, the conductive layer 112b, the conductive layer 104, the conductive layer 212a, the conductive layer 212b, and the conductive layer 204 may each have a stacked structure. In this case, it is preferable to use a conductive material that is not easily oxidized, a conductive material that maintains low electrical resistance even when oxidized, or an oxide conductive material in at least the region in contact with the semiconductor layer 108 or the semiconductor layer 208. In addition, it is preferable to use a material with low electrical resistivity in the region not in contact with the semiconductor layer 108 or the semiconductor layer 208. This can reduce the electrical resistance of the conductive layer. For example, ITSO can be suitably used in the region in contact with the semiconductor layer 108 or the semiconductor layer 208, and copper or tungsten can be suitably used in the region not in contact with the semiconductor layer 108 or the semiconductor layer 208. In particular, the conductive layer 112a, the conductive layer 212a, and the conductive layer 212b, which are in contact with the semiconductor layer 108 or the semiconductor layer 208 and are formed on the flat portion of the insulating layer 102, are preferably formed in a laminated structure in which an ITSO layer is provided on a copper layer. The conductive layer 112a, the conductive layer 212a, and the conductive layer 212b can be relatively easily routed as wiring. Therefore, by forming the conductive layer 112a, the conductive layer 212a, and the conductive layer 212b in the above-mentioned laminated structure, oxidation of the low-resistance copper layer can be reduced, and the conductive layer 112a can function as a good wiring with low electrical resistance.

[絶縁層106]
絶縁層106は、単層構造でもよく、2層以上の積層構造であってもよい。絶縁層106は、1層以上の無機絶縁層膜を有することが好ましい。無機絶縁膜に用いることができる材料として、例えば、酸化物、窒化物、酸化窒化物、及び窒化酸化物が挙げられる。絶縁層106には、絶縁層110に用いることができる材料を用いることができる。
[Insulating layer 106]
The insulating layer 106 may have a single-layer structure or a stacked structure of two or more layers. The insulating layer 106 preferably has one or more inorganic insulating films. Examples of materials that can be used for the inorganic insulating film include oxides, nitrides, oxynitrides, and nitride oxides. The insulating layer 106 can be made of the materials that can be used for the insulating layer 110.

絶縁層106は、半導体層108及び半導体層208と接する領域を有する。半導体層108及び半導体層208に金属酸化物を用いる場合、絶縁層106を構成する膜のうち、少なくとも半導体層108及び半導体層208と接する膜には、前述の酸化物及び酸化窒化物のいずれかを用いることが好ましい。また、絶縁層106には、加熱により酸素を放出する膜を用いるとより好ましい。 The insulating layer 106 has a region in contact with the semiconductor layer 108 and the semiconductor layer 208. When a metal oxide is used for the semiconductor layer 108 and the semiconductor layer 208, it is preferable to use any of the above-mentioned oxides and oxynitrides for at least the film that is in contact with the semiconductor layer 108 and the semiconductor layer 208 among the films that constitute the insulating layer 106. It is more preferable to use a film that releases oxygen when heated for the insulating layer 106.

具体的には、絶縁層106が単層構造の場合、絶縁層106には、酸化物又は酸化窒化物を用いることが好ましい。具体的には、絶縁層106には、酸化シリコン又は酸化窒化シリコンを好適に用いることができる。 Specifically, when the insulating layer 106 has a single-layer structure, it is preferable to use an oxide or an oxynitride for the insulating layer 106. Specifically, it is preferable to use silicon oxide or silicon oxynitride for the insulating layer 106.

絶縁層106を積層構造とする場合、半導体層108及び半導体層208と接する側の絶縁膜は酸化物又は酸化窒化物を有し、導電層104及び導電層204と接する側の絶縁膜は窒化物又は窒化酸化物を有することが好ましい。当該酸化物又は酸化窒化物として、例えば、酸化シリコン又は酸化窒化シリコンを好適に用いることができる。当該窒化物又は窒化酸化物として、窒化シリコン又は窒化酸化シリコンを好適に用いることができる。 When the insulating layer 106 has a stacked structure, it is preferable that the insulating film in contact with the semiconductor layer 108 and the semiconductor layer 208 has an oxide or an oxynitride, and the insulating film in contact with the conductive layer 104 and the conductive layer 204 has a nitride or a nitride oxide. As the oxide or oxynitride, for example, silicon oxide or silicon oxynitride can be preferably used. As the nitride or nitride oxide, silicon nitride or silicon nitride oxide can be preferably used.

窒化シリコン及び窒化酸化シリコンは、自身から放出される不純物(例えば、水及び水素)の量が少なく、酸素及び水素が透過しにくい特徴を有するため、絶縁層106として好適に用いることができる。不純物が絶縁層106から半導体層108及び半導体層208に拡散することが抑制されることで、トランジスタの電気特性を良好とし、かつ、信頼性を高めることができる。このように、絶縁層106は、酸素、水、及び水素の少なくとも一に対するバリア膜として機能することが好ましい。 Silicon nitride and silicon nitride oxide are suitable for use as the insulating layer 106 because they release a small amount of impurities (e.g., water and hydrogen) and are difficult for oxygen and hydrogen to permeate. By preventing impurities from diffusing from the insulating layer 106 to the semiconductor layer 108 and the semiconductor layer 208, the electrical characteristics of the transistor can be improved and the reliability can be increased. In this way, the insulating layer 106 preferably functions as a barrier film against at least one of oxygen, water, and hydrogen.

なお、本明細書等において、バリア膜とは、バリア性を有する膜のことを指す。例えば、バリア性を有する絶縁層を、バリア絶縁層ということができる。本明細書等において、バリア性とは、対応する物質の拡散を抑制する機能(透過性が低いともいう。)、及び、対応する物質を、捕獲、又は固着する(ゲッタリングともいう。)機能の一方又は双方を指すものとする。 In this specification, a barrier film refers to a film that has barrier properties. For example, an insulating layer that has barrier properties can be called a barrier insulating layer. In this specification, barrier properties refer to one or both of the function of suppressing the diffusion of the corresponding substance (also called low permeability) and the function of capturing or fixing the corresponding substance (also called gettering).

なお、微細なトランジスタにおいて、ゲート絶縁層の厚さが薄くなると、リーク電流が大きくなってしまう場合がある。ゲート絶縁層に、比誘電率の高い材料(high-k材料ともいう。)を用いることで物理膜厚を保ちながら、トランジスタ動作時の低電圧化が可能となる。絶縁層106に用いることができるhigh-k材料として、例えば、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、アルミニウム及びハフニウムを有する酸化物、アルミニウム及びハフニウムを有する酸化窒化物、シリコン及びハフニウムを有する酸化物、シリコン及びハフニウムを有する酸化窒化物、並びに、シリコン及びハフニウムを有する窒化物が挙げられる。 In a fine transistor, if the thickness of the gate insulating layer becomes thin, the leakage current may become large. By using a material with a high relative dielectric constant (also called a high-k material) for the gate insulating layer, it is possible to reduce the voltage during transistor operation while maintaining the physical film thickness. Examples of high-k materials that can be used for the insulating layer 106 include gallium oxide, hafnium oxide, zirconium oxide, oxides containing aluminum and hafnium, oxynitrides containing aluminum and hafnium, oxides containing silicon and hafnium, oxynitrides containing silicon and hafnium, and nitrides containing silicon and hafnium.

[絶縁層195]
トランジスタ100及びトランジスタ200の保護層として機能する絶縁層195には、不純物が拡散しにくい材料を用いることが好ましい。絶縁層195を設けることにより、トランジスタに外部から不純物が拡散することを効果的に抑制することができ、半導体装置の信頼性を高めることができる。不純物として、例えば、水及び水素が挙げられる。
[Insulating layer 195]
The insulating layer 195, which functions as a protective layer for the transistors 100 and 200, is preferably made of a material from which impurities do not easily diffuse. By providing the insulating layer 195, diffusion of impurities from the outside into the transistors can be effectively suppressed, and the reliability of the semiconductor device can be improved. Examples of impurities include water and hydrogen.

絶縁層195は、無機材料を有する絶縁層、又は、有機材料を有する絶縁層とすることができる。絶縁層195には、例えば、酸化物、酸化窒化物、窒化酸化物、又は窒化物の無機材料を好適に用いることができる。より具体的には、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ハフニウム、及びハフニウムアルミネートの一又は複数を用いることができる。有機材料として、例えば、アクリル樹脂及びポリイミド樹脂の一又は複数を用いることができる。有機材料として、感光性の材料を用いてもよい。また、上述の絶縁膜を、2以上積層して用いてもよい。絶縁層195は、無機材料を有する絶縁層と、有機材料を有する絶縁層と、の積層構造としてもよい。 The insulating layer 195 can be an insulating layer having an inorganic material or an insulating layer having an organic material. For example, an inorganic material such as oxide, oxynitride, nitride oxide, or nitride can be suitably used for the insulating layer 195. More specifically, one or more of silicon nitride, silicon nitride oxide, silicon oxynitride, aluminum oxide, aluminum oxynitride, aluminum nitride, hafnium oxide, and hafnium aluminate can be used. For example, one or more of acrylic resin and polyimide resin can be used as the organic material. A photosensitive material may be used as the organic material. In addition, two or more of the above insulating films may be stacked. The insulating layer 195 may have a stacked structure of an insulating layer having an inorganic material and an insulating layer having an organic material.

[絶縁層102]
トランジスタ100及びトランジスタ200の下地膜として機能する絶縁層102には、不純物が拡散しにくい材料を用いることが好ましい。絶縁層102を設けることにより、トランジスタに外部から不純物が拡散することを効果的に抑制することができ、半導体装置の信頼性を高めることができる。不純物として、例えば、水及び水素が挙げられる。
[Insulating layer 102]
The insulating layer 102, which functions as a base film for the transistors 100 and 200, is preferably made of a material through which impurities do not easily diffuse. By providing the insulating layer 102, diffusion of impurities from the outside into the transistors can be effectively suppressed, and the reliability of the semiconductor device can be improved. Examples of impurities include water and hydrogen.

絶縁層102は、単層構造でもよく、2層以上の積層構造であってもよい。絶縁層102は、1層以上の無機絶縁層膜を有することが好ましい。無機絶縁膜に用いることができる材料として、例えば、酸化物、窒化物、酸化窒化物、及び窒化酸化物が挙げられる。絶縁層102には、絶縁層110に用いることができる材料を用いることができる。例えば、絶縁層102として、窒化シリコンと、窒化シリコン上の酸化窒化シリコンと、酸化窒化シリコン上の窒化シリコンの、3層積層構造としてもよい。 The insulating layer 102 may have a single layer structure or a laminated structure of two or more layers. The insulating layer 102 preferably has one or more inorganic insulating layers. Examples of materials that can be used for the inorganic insulating film include oxides, nitrides, oxynitrides, and nitride oxides. The insulating layer 102 may be made of the materials that can be used for the insulating layer 110. For example, the insulating layer 102 may have a three-layer laminated structure of silicon nitride, silicon oxynitride on silicon nitride, and silicon nitride on silicon oxynitride.

なお、絶縁層102は、少なくとも、後の熱処理に耐え得る程度の耐熱性を有する基板上に設けることが好ましい。例えば、当該基板として、シリコン、又は炭化シリコンを材料とした単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウム等の化合物半導体基板、SOI基板、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、セラミック基板、又は有機樹脂基板が挙げられる。また、当該基板には、半導体素子が設けられていてもよい。なお、半導体基板及び絶縁性基板の形状は、円形であってもよく、角形であってもよい。 The insulating layer 102 is preferably provided on a substrate having at least a heat resistance sufficient to withstand subsequent heat treatment. For example, the substrate may be 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, a glass substrate, a quartz substrate, a sapphire substrate, a ceramic substrate, or an organic resin substrate. A semiconductor element may be provided on the substrate. The semiconductor substrate and the insulating substrate may be circular or rectangular in shape.

また、当該基板として、可撓性基板を用い、可撓性基板上に直接、トランジスタ100等を形成してもよい。又は、当該基板と、トランジスタ100等と、の間に剥離層を設けてもよい。剥離層を設けることにより、その上に半導体装置を一部あるいは全部完成させた後、当該基板より分離し、他の基板に転載することができる。その際、トランジスタ100等を耐熱性の劣る基板、又は可撓性基板にも転載することができる。 A flexible substrate may be used as the substrate, and the transistor 100, etc. may be formed directly on the flexible substrate. Alternatively, a peeling layer may be provided between the substrate and the transistor 100, etc. By providing a peeling layer, after a part or whole of a semiconductor device is completed on the substrate, it is possible to separate the semiconductor device from the substrate and transfer it to another substrate. In this case, the transistor 100, etc. may be transferred to a substrate with poor heat resistance or a flexible substrate.

本実施の形態、及び、対応する図面等は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態、又は、実施例と適宜組み合わせて実施することができる。また、本実施の形態に示す複数の構成、及び、対応する図面等は、互いに適宜組み合わせることが可能である。 This embodiment and the corresponding drawings, etc. can be implemented by appropriately combining at least a part of them with other embodiments or examples described in this specification. In addition, the multiple configurations shown in this embodiment and the corresponding drawings, etc. can be appropriately combined with each other.

(実施の形態3)
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置の作製方法について、図13(A)乃至図21(C)を用いて説明する。なお、各要素の材料及び形成方法について、先に実施の形態2で説明した部分と同様の部分については、説明を省略することがある。
(Embodiment 3)
In this embodiment, a manufacturing method of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 13A to Fig. 21C. Note that with regard to materials and formation methods of elements, description of the same parts as those described in Embodiment 2 may be omitted.

なお、図13(A)乃至図16(C)では、半導体装置10のうち、トランジスタ200(VLFET)に限定した作製方法例を説明し、図17(A)乃至図21(C)では、トランジスタ200(VLFET)とトランジスタ100(VFET)の双方を同時に形成する場合の作製方法例について説明する。 Note that in Figures 13(A) to 16(C), an example of a manufacturing method limited to the transistor 200 (VLFET) of the semiconductor device 10 is described, and in Figures 17(A) to 21(C), an example of a manufacturing method in which both the transistor 200 (VLFET) and the transistor 100 (VFET) are formed at the same time is described.

初めに、半導体装置10が有するトランジスタ200の作製方法例について説明する。 First, we will explain an example of a method for manufacturing the transistor 200 included in the semiconductor device 10.

図13(A)乃至図16(C)には、図7(A)に示す一点鎖線A1-A2間の断面図と、一点鎖線B1-B2間の断面図と、を並べて示す。 Figures 13(A) to 16(C) show a cross-sectional view between dashed dotted lines A1-A2 and B1-B2 shown in Figure 7(A) side by side.

半導体装置を構成する薄膜(絶縁膜、半導体膜、及び導電膜等)は、スパッタリング法、化学気相堆積(CVD)法、真空蒸着法、パルスレーザー堆積(PLD:Pulsed Laser Deposition)法、原子層堆積(ALD:Atomic Layer Deposition)法、分子線エピタキシー(MBE:Molecular Beam Epitaxy)法等を用いて形成することができる。CVD法には、PECVD法及び熱CVD法などがある。また、熱CVD法の1つに、有機金属化学気相堆積(MOCVD:Metal Organic CVD)法がある。 Thin films (insulating films, semiconductor films, conductive films, etc.) that constitute semiconductor devices can be formed using sputtering, chemical vapor deposition (CVD), vacuum deposition, pulsed laser deposition (PLD), atomic layer deposition (ALD), molecular beam epitaxy (MBE), etc. CVD methods include PECVD and thermal CVD. One type of thermal CVD method is metal organic chemical vapor deposition (MOCVD).

半導体装置を構成する薄膜(絶縁膜、半導体膜、及び導電膜等)は、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、インクジェット、ディスペンス、スクリーン印刷、オフセット印刷、ドクターナイフ、スリットコート、ロールコート、カーテンコート、又はナイフコート等の湿式の成膜方法により形成することができる。 The thin films (insulating films, semiconductor films, conductive films, etc.) that make up semiconductor devices can be formed by wet film formation methods such as spin coating, dipping, spray coating, inkjet, dispensing, screen printing, offset printing, doctor knife, slit coating, roll coating, curtain coating, or knife coating.

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

フォトリソグラフィ法として、代表的には、以下の2つの方法がある。1つは、加工したい薄膜上にレジストマスクを形成して、エッチング等により当該薄膜を加工し、レジストマスクを除去する方法である。もう1つは、感光性を有する薄膜を成膜した後に、露光、現像を行って、当該薄膜を所望の形状に加工する方法である。 There are two typical photolithography methods. One is to form a resist mask on the thin film to be processed, process the thin film by etching or other methods, and then remove the resist mask. The other is to form a photosensitive thin film, and then expose and develop it to process the thin film into the desired shape.

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

薄膜のエッチングには、ドライエッチング法、ウェットエッチング法、及びサンドブラスト法の一又は複数を用いることができる。 To etch the thin film, one or more of the following methods can be used: dry etching, wet etching, and sandblasting.

まず、絶縁層102を、上述の、後の熱処理に耐え得る程度の耐熱性を有する基板(図示しない。)上に形成する。絶縁層102の形成には、スパッタリング法又はPECVD法を好適に用いることができる。 First, the insulating layer 102 is formed on a substrate (not shown) that has sufficient heat resistance to withstand the subsequent heat treatment described above. The insulating layer 102 can be formed preferably by sputtering or PECVD.

続いて、絶縁層102上に、導電層212a及び導電層212bとなる膜を形成し、当該膜を加工して、導電層212a及び導電層212bを形成する(図13(A))。当該膜の形成には、スパッタリング法を好適に用いることができる。また、導電層212a及び導電層212bの形成には、例えば、ウェットエッチング法を好適に用いることができる。 Next, a film that will become the conductive layer 212a and the conductive layer 212b is formed on the insulating layer 102, and the film is processed to form the conductive layer 212a and the conductive layer 212b (FIG. 13(A)). A sputtering method can be suitably used to form the film. In addition, a wet etching method, for example, can be suitably used to form the conductive layer 212a and the conductive layer 212b.

例えば、導電層212a及び導電層212bとして、ITSOを用いることができる。また、例えば、導電層212a及び導電層212bとして、導電性の高い銅の層と、銅の層上のITSOの層と、を有する積層膜を用いてもよい。本実施の形態に示す半導体装置では、絶縁層102上の平坦部に導電層212a及び導電層212bが配置されるので、銅などの導電性の高い導電膜を用いても、導電層212a及び導電層212bを比較的容易に引き回すことができる。よって、導電層212a及び導電層212bを、電気抵抗の低い配線として機能させることができる。 For example, ITSO can be used as the conductive layer 212a and the conductive layer 212b. For example, a stacked film having a copper layer with high conductivity and an ITSO layer on the copper layer may be used as the conductive layer 212a and the conductive layer 212b. In the semiconductor device shown in this embodiment, the conductive layer 212a and the conductive layer 212b are disposed on a flat portion on the insulating layer 102, so that even if a conductive film with high conductivity such as copper is used, the conductive layer 212a and the conductive layer 212b can be relatively easily routed. Therefore, the conductive layer 212a and the conductive layer 212b can function as wiring with low electrical resistance.

続いて、絶縁層102、導電層212a、及び導電層212b上に、絶縁層110a、及び絶縁層110bを、この順で形成する(図13(B))。トランジスタ200のチャネル幅W200は、絶縁層110bの膜厚に依存する。よって、トランジスタ200に求める電気特性に合わせて、絶縁層110bの膜厚を設定すればよい。 Next, insulating layer 110a and insulating layer 110b are formed in this order on insulating layer 102, conductive layer 212a, and conductive layer 212b (FIG. 13B). The channel width W200 of transistor 200 depends on the film thickness of insulating layer 110b. Therefore, the film thickness of insulating layer 110b can be set according to the electrical characteristics desired for transistor 200.

絶縁層110a及び絶縁層110bの形成には、スパッタリング法又はPECVD法を好適に用いることができる。絶縁層110aを形成した後、絶縁層110aの表面を大気に曝すことなく、真空中で連続して絶縁層110bを形成することが好ましい。絶縁層110a及び絶縁層110bを連続して形成することで、絶縁層110aの表面に、大気由来の不純物が付着することを抑制することができる。当該不純物として、例えば、水及び有機物が挙げられる。 The insulating layer 110a and the insulating layer 110b can be preferably formed by sputtering or PECVD. After forming the insulating layer 110a, it is preferable to form the insulating layer 110b continuously in a vacuum without exposing the surface of the insulating layer 110a to the atmosphere. By forming the insulating layer 110a and the insulating layer 110b continuously, it is possible to prevent impurities derived from the atmosphere from adhering to the surface of the insulating layer 110a. Examples of such impurities include water and organic matter.

絶縁層110a及び絶縁層110bの形成時の基板温度は、それぞれ、180℃以上450℃以下が好ましく、さらには200℃以上450℃以下が好ましく、さらには250℃以上450℃以下が好ましく、さらには300℃以上450℃以下が好ましく、さらには300℃以上400℃以下が好ましく、さらには350℃以上400℃以下が好ましい。絶縁層110a及び絶縁層110bの形成時の基板温度を前述の範囲とすることで、自身からの不純物(例えば、水及び水素)の放出を少なくすることができ、当該不純物が半導体層208に拡散することを抑制することができる。したがって、良好な電気特性を示し、かつ、信頼性の高いトランジスタとすることができる。 The substrate temperature during the formation of the insulating layer 110a and the insulating layer 110b is preferably 180°C or higher and 450°C or lower, more preferably 200°C or higher and 450°C or lower, more preferably 250°C or higher and 450°C or lower, more preferably 300°C or higher and 450°C or lower, more preferably 300°C or higher and 400°C or lower, and more preferably 350°C or higher and 400°C or lower. By setting the substrate temperature during the formation of the insulating layer 110a and the insulating layer 110b within the above-mentioned range, it is possible to reduce the release of impurities (e.g., water and hydrogen) from the insulating layer 110a and the insulating layer 110b, and to suppress the diffusion of the impurities into the semiconductor layer 208. Therefore, it is possible to obtain a transistor that exhibits good electrical characteristics and is highly reliable.

なお、絶縁層110a及び絶縁層110bは、半導体層208より先に形成されるため、絶縁層110a及び絶縁層110bの形成時に加わる熱によって、半導体層208から酸素が脱離することを懸念する必要はない。 In addition, since the insulating layers 110a and 110b are formed before the semiconductor layer 208, there is no need to worry about oxygen being desorbed from the semiconductor layer 208 due to the heat applied during the formation of the insulating layers 110a and 110b.

絶縁層110bを形成した後、絶縁層110bに酸素を供給してもよい。酸素の供給方法として、例えば、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオン注入法、又はプラズマ処理を用いることができる。プラズマ処理として、酸素ガスを高周波電力によってプラズマ化させる装置を好適に用いることができる。ガスを高周波電力によってプラズマ化させる装置として、例えば、PECVD装置、プラズマエッチング装置、及びプラズマアッシング装置が挙げられる。プラズマ処理は、酸素を含む雰囲気で行うことが好ましい。例えば、酸素、一酸化二窒素(NO)、二酸化窒素(NO)、一酸化炭素、及び二酸化炭素の一以上を含む雰囲気で、プラズマ処理を行うことが好ましい。 After the insulating layer 110b is formed, oxygen may be supplied to the insulating layer 110b. For example, an ion implantation method, an ion doping method, a plasma immersion ion implantation method, or a plasma treatment can be used as a method for supplying oxygen. For the plasma treatment, an apparatus that turns oxygen gas into plasma by high-frequency power can be preferably used. For example, a PECVD apparatus, a plasma etching apparatus, and a plasma ashing apparatus can be given as an apparatus that turns a gas into plasma by high-frequency power. The plasma treatment is preferably performed in an atmosphere containing oxygen. For example, the plasma treatment is preferably performed in an atmosphere containing one or more of oxygen, nitrous oxide (N 2 O), nitrogen dioxide (NO 2 ), carbon monoxide, and carbon dioxide.

なお、絶縁層110bの表面を大気に曝すことなく、真空中で連続して当該プラズマ処理を行ってもよい。例えば、絶縁層110bの形成にPECVD装置を用いる場合、当該PECVD装置で当該プラズマ処理を行うことが好ましい。これにより、生産性を高めることができる。具体的には、PECVD装置で絶縁層110bを形成した後に、真空中で連続してNOプラズマ処理を行うことができる。 The plasma treatment may be performed continuously in a vacuum without exposing the surface of the insulating layer 110b to the atmosphere. For example, when a PECVD apparatus is used to form the insulating layer 110b, it is preferable to perform the plasma treatment in the PECVD apparatus. This can increase productivity. Specifically, after the insulating layer 110b is formed in the PECVD apparatus, an N 2 O plasma treatment can be performed continuously in a vacuum.

また、絶縁層110b上に、金属酸化物層137を形成することが好ましい(図13(C))。金属酸化物層137を形成することで、絶縁層110bに酸素を供給することができる。 It is also preferable to form a metal oxide layer 137 on the insulating layer 110b (FIG. 13C). By forming the metal oxide layer 137, oxygen can be supplied to the insulating layer 110b.

金属酸化物層137の導電性は問わない。金属酸化物層137として、絶縁膜、半導体膜、及び導電膜の少なくとも一種を用いることができる。金属酸化物層137として、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、ハフニウムアルミネート、インジウム酸化物、インジウムスズ酸化物、又は、シリコンを含有したインジウムスズ酸化物を用いることができる。 The conductivity of the metal oxide layer 137 does not matter. At least one of an insulating film, a semiconductor film, and a conductive film can be used as the metal oxide layer 137. For example, aluminum oxide, hafnium oxide, hafnium aluminate, indium oxide, indium tin oxide, or indium tin oxide containing silicon can be used as the metal oxide layer 137.

金属酸化物層137として、半導体層208と同一の元素を一以上含む酸化物材料を用いることが好ましい。特に、半導体層208に適用可能な金属酸化物材料を用いることが好ましい。 It is preferable to use an oxide material containing one or more of the same elements as the semiconductor layer 208 as the metal oxide layer 137. In particular, it is preferable to use a metal oxide material that can be applied to the semiconductor layer 208.

金属酸化物層137の形成時に、成膜装置の処理室内に導入する成膜ガスの酸素流量比、又は、処理室内の酸素分圧が高いほど、絶縁層110b中に供給される酸素の量を増やすことができる。酸素流量比又は酸素分圧は、例えば、50%以上100%以下、好ましくは65%以上100%以下、より好ましくは80%以上100%以下、さらに好ましくは90%以上100%以下とする。特に、酸素流量比を100%とし、酸素分圧を100%にできるだけ近づけることが好ましい。 When forming the metal oxide layer 137, the amount of oxygen supplied to the insulating layer 110b can be increased by increasing the oxygen flow ratio of the deposition gas introduced into the processing chamber of the deposition apparatus or the oxygen partial pressure in the processing chamber. The oxygen flow ratio or oxygen partial pressure is, for example, 50% or more and 100% or less, preferably 65% or more and 100% or less, more preferably 80% or more and 100% or less, and even more preferably 90% or more and 100% or less. In particular, it is preferable to set the oxygen flow ratio to 100% and the oxygen partial pressure as close to 100% as possible.

このように、酸素を含む雰囲気でスパッタリング法により金属酸化物層137を形成することにより、金属酸化物層137の形成時に、絶縁層110bへ酸素を供給するとともに、絶縁層110bから酸素が脱離することを防ぐことができる。その結果、絶縁層110bに多くの酸素を閉じ込めることができる。そして、後の加熱処理によって、半導体層208に多くの酸素を供給することができる。その結果、半導体層208中の酸素欠損及びVHを低減することができ、良好な電気特性を示し、かつ、信頼性の高いトランジスタとすることができる。 In this manner, by forming the metal oxide layer 137 by a sputtering method in an atmosphere containing oxygen, oxygen can be supplied to the insulating layer 110b and oxygen can be prevented from being released from the insulating layer 110b during the formation of the metal oxide layer 137. As a result, a large amount of oxygen can be trapped in the insulating layer 110b. Then, a large amount of oxygen can be supplied to the semiconductor layer 208 by a later heat treatment. As a result, oxygen vacancies and VOH in the semiconductor layer 208 can be reduced, and a transistor with good electrical characteristics and high reliability can be obtained.

金属酸化物層137を形成した後、加熱処理を行ってもよい。金属酸化物層137を形成した後に加熱処理を行うことで、金属酸化物層137から絶縁層110bに効果的に酸素を供給することができる。 After the metal oxide layer 137 is formed, a heat treatment may be performed. By performing a heat treatment after forming the metal oxide layer 137, oxygen can be effectively supplied from the metal oxide layer 137 to the insulating layer 110b.

加熱処理の温度は、150℃以上基板の歪み点未満、200℃以上450℃以下、230℃以上400℃以下、250℃以上350℃以下、又は、250℃以上300℃以下が好ましい。加熱処理は、貴ガス、窒素又は酸素の一以上を含む雰囲気で行うことができる。窒素を含む雰囲気、又は酸素を含む雰囲気として、乾燥空気(CDA:Clean Dry Air)を用いてもよい。なお、当該雰囲気における水素、水などの含有量が極力少ないことが好ましい。当該雰囲気として、露点が-60℃以下、好ましくは-100℃以下の高純度ガスを用いることが好ましい。水素、水などの含有量が極力少ない雰囲気を用いることで、絶縁層110a及び絶縁層110bに水素、水などが取り込まれることを可能な限り防ぐことができる。加熱処理は、オーブン、急速加熱(RTA:Rapid Thermal Annealing)装置等を用いることができる。RTA装置を用いることで、加熱処理時間を短縮することができる。 The temperature of the heat treatment is preferably 150°C or higher and lower than the distortion point of the substrate, 200°C or higher and 450°C or lower, 230°C or higher and 400°C or lower, 250°C or higher and 350°C or lower, or 250°C or higher and 300°C or lower. The heat treatment can be performed in an atmosphere containing one or more of a noble gas, nitrogen, or oxygen. As the atmosphere containing nitrogen or the atmosphere containing oxygen, dry air (CDA: Clean Dry Air) may be used. Note that it is preferable that the content of hydrogen, water, and the like in the atmosphere is as small as possible. As the atmosphere, it is preferable to use a high-purity gas with a dew point of -60°C or lower, preferably -100°C or lower. By using an atmosphere containing as little hydrogen, water, and the like as possible, it is possible to prevent hydrogen, water, and the like from being taken into the insulating layer 110a and the insulating layer 110b as much as possible. For the heat treatment, an oven, a rapid heating (RTA: Rapid Thermal Annealing) device, or the like can be used. By using an RTA device, the heating process time can be shortened.

金属酸化物層137を形成した後、又は、前述の加熱処理の後に、さらに、金属酸化物層137を介して、絶縁層110bに酸素を供給してもよい。酸素の供給方法として、例えば、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオン注入法、又はプラズマ処理を用いることができる。プラズマ処理については、前述の記載を参照することができるため、詳細な説明は省略する。 After forming the metal oxide layer 137 or after the above-mentioned heat treatment, oxygen may be further supplied to the insulating layer 110b through the metal oxide layer 137. As a method for supplying oxygen, for example, an ion implantation method, an ion doping method, a plasma immersion ion implantation method, or a plasma treatment can be used. For the plasma treatment, the above description can be referred to, and therefore a detailed description is omitted.

続いて、金属酸化物層137を除去する。金属酸化物層137の除去方法に特に限定は無いが、ウェットエッチング法を好適に用いることができる。ウェットエッチング法を用いることで、金属酸化物層137の除去の際に、絶縁層110bがエッチングされることを抑制することができる。これにより、絶縁層110bの厚さが薄くなることを抑制することができ、絶縁層110bの厚さを均一にすることができる。 Then, the metal oxide layer 137 is removed. There is no particular limitation on the method for removing the metal oxide layer 137, but a wet etching method can be preferably used. By using the wet etching method, it is possible to prevent the insulating layer 110b from being etched when the metal oxide layer 137 is removed. This makes it possible to prevent the thickness of the insulating layer 110b from becoming thin, and to make the thickness of the insulating layer 110b uniform.

金属酸化物層137を除去した後に、さらに絶縁層110bに酸素を供給してもよい。酸素の供給方法については、前述の記載を参照することができる。例えば、絶縁層110b上に膜を形成し、当該膜を介して、絶縁層110bに酸素を供給してもよい(図示しない。)。当該処理として、酸素を含む雰囲気におけるプラズマ処理を用いることができる。当該膜には、導電膜又は半導体膜を用いることが好ましい。当該膜には、金属酸化物膜、金属膜、又は合金膜を用いることができる。当該膜として金属酸化物を用い、酸素を含む雰囲気下でスパッタリング法等により形成すると、当該膜の形成時においても、絶縁層110bに酸素を供給することができるため好ましい。 After removing the metal oxide layer 137, oxygen may be further supplied to the insulating layer 110b. The above description can be referred to for the method of supplying oxygen. For example, a film may be formed on the insulating layer 110b, and oxygen may be supplied to the insulating layer 110b through the film (not shown). For this treatment, plasma treatment in an atmosphere containing oxygen can be used. For this film, it is preferable to use a conductive film or a semiconductor film. For this film, a metal oxide film, a metal film, or an alloy film can be used. If a metal oxide film is used as the film and formed by a sputtering method or the like in an atmosphere containing oxygen, oxygen can be supplied to the insulating layer 110b even during the formation of the film, which is preferable.

当該膜の厚さは、薄いことが好ましい。具体的には、当該膜の厚さは、1nm以上20nm以下、2nm以上15nm以下、又は、3nm以上10nm以下が好ましい。代表的には5nm程度とすることができる。 The thickness of the film is preferably thin. Specifically, the thickness of the film is preferably 1 nm to 20 nm, 2 nm to 15 nm, or 3 nm to 10 nm. Typically, the thickness is about 5 nm.

当該膜の形成時の基板温度は、350℃以下が好ましく、さらには340℃以下が好ましく、さらには330℃以下が好ましく、さらには300℃以下が好ましい。これにより、絶縁層110bに供給される酸素の量を多くすることができる。 The substrate temperature during the formation of the film is preferably 350°C or less, more preferably 340°C or less, even more preferably 330°C or less, and even more preferably 300°C or less. This allows a large amount of oxygen to be supplied to the insulating layer 110b.

当該膜を設けることにより、酸素を供給する際に、一対の電極間にバイアス電圧が印加されると、イオン化した酸素をひきつけやすくなる。したがって、絶縁層110bに供給される酸素の量を多くすることができる。 By providing this film, when a bias voltage is applied between the pair of electrodes when oxygen is supplied, ionized oxygen is more likely to be attracted. Therefore, the amount of oxygen supplied to the insulating layer 110b can be increased.

酸素を供給する処理装置として、ドライエッチング装置、アッシング装置、又はPECVD装置を好適に用いることができる。特に、アッシング装置を用いることが好ましい。処理装置が有する一対の電極間にバイアス電圧を印加する場合、そのバイアス電圧を、例えば、10V以上1kV以下とすればよい。又は、バイアスの電力密度を、例えば、1W/cm以上5W/cm以下とすればよい。 As the processing apparatus for supplying oxygen, a dry etching apparatus, an ashing apparatus, or a PECVD apparatus can be suitably used. In particular, it is preferable to use an ashing apparatus. When a bias voltage is applied between a pair of electrodes of the processing apparatus, the bias voltage may be, for example, 10 V or more and 1 kV or less. Alternatively, the power density of the bias may be, for example, 1 W/cm 2 or more and 5 W/cm 2 or less.

続いて、当該膜を除去する。当該膜の除去には、ウェットエッチング法を好適に用いることができる。 Then, the film is removed. A wet etching method can be suitably used to remove the film.

絶縁層110bに対して酸素を供給する処理は、前述の方法に限定されない。例えば、絶縁層110bに対して、イオンドーピング法、イオン注入法、又はプラズマ処理により、酸素ラジカル、酸素原子、酸素原子イオン、又は酸素分子イオンを供給する。また、絶縁層110b上に酸素の脱離を抑制する膜を形成した後、当該膜を介して絶縁層110bに酸素を供給してもよい。当該膜は、酸素を供給した後に除去することが好ましい。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、スズ、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、及びタングステンの1以上を有する導電膜あるいは半導体膜を用いることができる。 The process of supplying oxygen to the insulating layer 110b is not limited to the above-mentioned method. For example, oxygen radicals, oxygen atoms, oxygen atomic ions, or oxygen molecular ions are supplied to the insulating layer 110b by ion doping, ion implantation, or plasma treatment. In addition, after forming a film that suppresses oxygen detachment on the insulating layer 110b, oxygen may be supplied to the insulating layer 110b through the film. It is preferable to remove the film after supplying oxygen. As the above-mentioned film that suppresses oxygen detachment, a conductive film or a semiconductor film containing one or more of indium, zinc, gallium, tin, aluminum, chromium, tantalum, titanium, molybdenum, nickel, iron, cobalt, and tungsten can be used.

なお、絶縁層110bの形成後に、絶縁層110bの上面を、化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)法を用いて平坦化する処理を行ってもよい。これにより、導電層212a及び導電層212bに起因して形成された絶縁層110b上面の凹凸を解消することができるため、絶縁層110c上に形成される層の被覆性を高めることができる。当該平坦化処理は、上述の、絶縁層110bに酸素を供給する処理の前に行ってもよいし、後に行ってもよい。 After the insulating layer 110b is formed, the upper surface of the insulating layer 110b may be planarized by chemical mechanical polishing (CMP). This can eliminate unevenness on the upper surface of the insulating layer 110b caused by the conductive layers 212a and 212b, thereby improving the coverage of the layer formed on the insulating layer 110c. The planarization process may be performed before or after the process of supplying oxygen to the insulating layer 110b.

続いて、絶縁層110b上に、絶縁層110cを形成する(図14(A))。絶縁層110cの形成は、絶縁層110a及び絶縁層110bの形成に係る記載を参照することができるため、詳細な説明は省略する。 Next, insulating layer 110c is formed on insulating layer 110b (FIG. 14A). The formation of insulating layer 110c can be performed by referring to the description of the formation of insulating layer 110a and insulating layer 110b, so a detailed description is omitted.

続いて、絶縁層110c上に、レジストマスク158を形成する。レジストマスク158は、トランジスタ200と重ならない領域上に形成される。 Next, a resist mask 158 is formed on the insulating layer 110c. The resist mask 158 is formed in an area that does not overlap with the transistor 200.

続いて、レジストマスク158を介して、絶縁層110(絶縁層110c、絶縁層110b、及び絶縁層110a)及び絶縁層102を加工し、絶縁層110及び絶縁層102に、凹部145を形成する(図14(B))。凹部145は、平面視にて、導電層212a及び導電層212bと重なる領域を有するように設けられる。凹部145の形成には、ウェットエッチング法及びドライエッチング法の一方又は双方を好適に用いることができる。凹部145の形成には、例えば、ドライエッチング法を好適に用いることができる。なお、凹部145の形成は、絶縁層110及び絶縁層102に対して一括で行ってもよいし、絶縁層110と、絶縁層102とで、それぞれ加工条件を変えて行ってもよい。 Next, the insulating layer 110 (insulating layer 110c, insulating layer 110b, and insulating layer 110a) and the insulating layer 102 are processed through the resist mask 158 to form a recess 145 in the insulating layer 110 and the insulating layer 102 (FIG. 14B). The recess 145 is provided so as to have an area overlapping with the conductive layer 212a and the conductive layer 212b in a plan view. One or both of a wet etching method and a dry etching method can be suitably used to form the recess 145. For example, a dry etching method can be suitably used to form the recess 145. Note that the recess 145 may be formed on the insulating layer 110 and the insulating layer 102 at the same time, or may be formed by changing the processing conditions for the insulating layer 110 and the insulating layer 102.

続いて、レジストマスク158を除去する。 Then, the resist mask 158 is removed.

続いて、凹部145を覆うように、絶縁層110上及び絶縁層102上に、半導体層208となる金属酸化物膜208fを形成する。金属酸化物膜208fは、絶縁層110の上面及び側面、導電層212aの上面及び側面、並びに、導電層212bの上面及び側面に接して設けられる。本発明の一態様の半導体装置10は、図7(A)及び図7(B)に示すように、凹部145内において、導電層212aの端部、及び、導電層212bの端部が、突出している。すなわち、絶縁層110に形成された開口145aの側壁、及び、絶縁層102に形成された凹部145bの側壁よりも、導電層212aの端部、及び、導電層212bの端部の方が、凹部145の内側に位置した構成を有する。したがって、A1-A2間の断面においては、金属酸化物膜208fは、凹部145内でそれぞれ露出する導電層212aの端部、及び、導電層212bの端部で段切れを起こし、当該段切れした部分が、材料層208mとして、凹部145の底面に形成される。また、本発明の一態様の半導体装置10は、図7(C)に示すように、凹部145内において、導電層212a及び導電層212bと重ならない領域においては、絶縁層110に形成された開口145aの側壁よりも、絶縁層102に形成された凹部145bの側壁の方が、外側に位置した構成を有する。したがって、B1-B2間の断面においては、金属酸化物膜208fは、絶縁層110に形成された開口145aの下端部で段切れを起こし、当該段切れした部分が、材料層208mとして、凹部145の底面に形成される(図14(C))。 Next, a metal oxide film 208f that becomes the semiconductor layer 208 is formed on the insulating layer 110 and the insulating layer 102 so as to cover the recess 145. The metal oxide film 208f is provided in contact with the upper surface and side surface of the insulating layer 110, the upper surface and side surface of the conductive layer 212a, and the upper surface and side surface of the conductive layer 212b. In the semiconductor device 10 of one embodiment of the present invention, as shown in Figures 7 (A) and 7 (B), the ends of the conductive layer 212a and the conductive layer 212b protrude in the recess 145. That is, the end of the conductive layer 212a and the end of the conductive layer 212b are located inside the recess 145, rather than the sidewall of the opening 145a formed in the insulating layer 110 and the sidewall of the recess 145b formed in the insulating layer 102. Therefore, in the cross section between A1 and A2, the metal oxide film 208f is stepped at the end of the conductive layer 212a and the end of the conductive layer 212b exposed in the recess 145, and the stepped portion is formed as the material layer 208m on the bottom surface of the recess 145. In addition, as shown in FIG. 7C, the semiconductor device 10 according to one embodiment of the present invention has a configuration in which the side wall of the recess 145b formed in the insulating layer 102 is located outside the side wall of the opening 145a formed in the insulating layer 110 in the region that does not overlap with the conductive layer 212a and the conductive layer 212b in the recess 145. Therefore, in the cross section between B1 and B2, the metal oxide film 208f is stepped at the bottom end of the opening 145a formed in the insulating layer 110, and the stepped portion is formed as the material layer 208m on the bottom surface of the recess 145 (FIG. 14C).

このように、本発明の一態様では、金属酸化物膜208fの成膜を行うだけで、凹部145の側壁(絶縁層110の側面、導電層212aの側面、及び、導電層212bの側面)のみに、自己整合的に半導体層208を形成することができる。したがって、金属酸化物膜208fを形成した後に、別途、金属酸化物膜208fの凹部145内の側壁における領域と、凹部145内の底面における領域と、を分離させるための処理を不要とすることができ、半導体装置作製における全体の工程数を削減することができる。 In this way, in one embodiment of the present invention, the semiconductor layer 208 can be formed in a self-aligned manner only on the sidewalls of the recess 145 (the side surfaces of the insulating layer 110, the side surfaces of the conductive layer 212a, and the side surfaces of the conductive layer 212b) by simply depositing the metal oxide film 208f. Therefore, after forming the metal oxide film 208f, a separate process for separating the region of the metal oxide film 208f on the sidewalls in the recess 145 from the region on the bottom surface in the recess 145 is not required, and the total number of steps in the manufacture of the semiconductor device can be reduced.

金属酸化物膜208fは、金属酸化物ターゲットを用いたスパッタリング法により形成することが好ましい。スパッタリングターゲットから放出された粒子を被処理物に堆積させることで成膜するスパッタリング法は、成膜しようとする膜の被覆性が、被処理物の形状の影響を受けやすい。したがって、金属酸化物膜208fの形成にスパッタリング法を用いることにより、金属酸化物膜208fが、凹部145内でそれぞれ露出する導電層212aの端部、及び、導電層212bの端部で段切れを起こしやすいため、好ましい。 It is preferable to form the metal oxide film 208f by a sputtering method using a metal oxide target. In the sputtering method, in which particles emitted from a sputtering target are deposited on the workpiece to form a film, the coverage of the film to be formed is easily affected by the shape of the workpiece. Therefore, it is preferable to use a sputtering method to form the metal oxide film 208f, since the metal oxide film 208f is likely to break at the ends of the conductive layer 212a and the conductive layer 212b that are exposed in the recess 145.

金属酸化物膜208fは、可能な限り欠陥の少ない緻密な膜とすることが好ましい。また、金属酸化物膜208fは、可能な限り水素元素を含む不純物が低減され、高純度の膜であることが好ましい。特に、金属酸化物膜208fとして、結晶性を有する金属酸化物膜を用いることが好ましい。 It is preferable that the metal oxide film 208f is a dense film with as few defects as possible. It is also preferable that the metal oxide film 208f is a high-purity film in which impurities including hydrogen elements are reduced as much as possible. In particular, it is preferable to use a metal oxide film having crystallinity as the metal oxide film 208f.

金属酸化物膜208fを形成する際に、酸素ガスを用いることが好ましい。酸素ガスを用いることで、絶縁層110中に好適に酸素を供給することができる。例えば、絶縁層110bに酸化物又は酸化窒化物を用いる場合、絶縁層110b中に好適に酸素を供給することができる。 It is preferable to use oxygen gas when forming the metal oxide film 208f. By using oxygen gas, oxygen can be suitably supplied to the insulating layer 110. For example, when an oxide or an oxynitride is used for the insulating layer 110b, oxygen can be suitably supplied to the insulating layer 110b.

絶縁層110bに酸素を供給することにより、後の工程で半導体層208のチャネル形成領域に酸素が供給され、チャネル形成領域中の酸素欠損及びVHを低減することができる。 By supplying oxygen to the insulating layer 110b, oxygen can be supplied to the channel formation region of the semiconductor layer 208 in a later step, and oxygen vacancies and VOH in the channel formation region can be reduced.

金属酸化物膜208fを形成する際に、酸素ガスと、不活性ガス(例えば、ヘリウムガス、アルゴンガス、キセノンガスなど)と、を混合させてもよい。なお、金属酸化物膜を形成する際の成膜ガス全体に占める酸素ガスの割合(酸素流量比)、又は、処理室内の酸素分圧が高いほど、金属酸化物膜の結晶性を高めることができ、信頼性の高いトランジスタを実現することができる。一方、酸素流量比又は酸素分圧が低いほど、結晶性が低く、電気伝導性の高い金属酸化物膜とすることができ、オン電流が大きいトランジスタとすることができる。 When forming the metal oxide film 208f, oxygen gas may be mixed with an inert gas (e.g., helium gas, argon gas, xenon gas, etc.). Note that the higher the ratio of oxygen gas (oxygen flow ratio) in the total deposition gas when forming the metal oxide film or the oxygen partial pressure in the processing chamber, the higher the crystallinity of the metal oxide film can be, and a highly reliable transistor can be realized. On the other hand, the lower the oxygen flow ratio or the oxygen partial pressure, the lower the crystallinity and the higher the electrical conductivity of the metal oxide film can be, and the higher the on-current of the transistor can be.

ここで、酸素流量比又は酸素分圧が高いと、金属酸化物膜が多結晶構造となる場合がある。多結晶構造の金属酸化物膜の場合、結晶粒界が再結合中心となり、キャリアが捕獲されることにより、トランジスタのオン電流が小さくなってしまう場合がある。したがって、金属酸化物膜208fが多結晶構造とならないよう、酸素流量比又は酸素分圧を調整することが好ましい。金属酸化物膜の組成によって多結晶構造へのなりやすさが異なるため、金属酸化物膜208fの組成に応じて、酸素流量比又は酸素分圧を調整すればよい。 Here, if the oxygen flow ratio or oxygen partial pressure is high, the metal oxide film may become polycrystalline. In the case of a polycrystalline metal oxide film, the grain boundaries become the recombination center, and carriers may be captured, resulting in a small on-current of the transistor. Therefore, it is preferable to adjust the oxygen flow ratio or oxygen partial pressure so that the metal oxide film 208f does not become polycrystalline. Since the ease with which the metal oxide film becomes polycrystalline differs depending on the composition of the metal oxide film, the oxygen flow ratio or oxygen partial pressure may be adjusted according to the composition of the metal oxide film 208f.

金属酸化物膜を形成する際の基板温度が高いほど、結晶性が高く、緻密な金属酸化物膜とすることができる。一方、基板温度が低いほど、結晶性が低く、電気伝導性の高い金属酸化物膜とすることができる。 The higher the substrate temperature when forming the metal oxide film, the higher the crystallinity and the denser the metal oxide film can be. On the other hand, the lower the substrate temperature, the lower the crystallinity and the higher the electrical conductivity of the metal oxide film can be.

金属酸化物膜208fの形成時の基板温度は、室温以上250℃以下が好ましく、室温以上200℃以下がより好ましく、室温以上140℃以下がさらに好ましい。例えば、基板温度を、室温以上140℃以下とすると、生産性が高くなり好ましい。また、基板温度を室温とする、又は、基板を加熱しない状態で、金属酸化物膜208fを形成することにより、結晶性を低くすることができる。 The substrate temperature during the formation of the metal oxide film 208f is preferably from room temperature to 250°C, more preferably from room temperature to 200°C, and even more preferably from room temperature to 140°C. For example, a substrate temperature of from room temperature to 140°C is preferable because it increases productivity. In addition, by forming the metal oxide film 208f at room temperature or without heating the substrate, the crystallinity can be reduced.

基板温度が高いと、金属酸化物膜が多結晶構造となる場合がある。金属酸化物膜208fが多結晶構造とならないよう、基板温度を調整することが好ましい。金属酸化物膜208fに適用する組成に応じて、基板温度を調整すればよい。 If the substrate temperature is high, the metal oxide film may become polycrystalline. It is preferable to adjust the substrate temperature so that the metal oxide film 208f does not become polycrystalline. The substrate temperature can be adjusted according to the composition to be applied to the metal oxide film 208f.

得られる膜の組成を制御する方法として、原料ガスの種類、原料ガスの流量比、原料ガスを流す時間、及び、原料ガスを流す順番の一又は複数を調整することが挙げられる。これらを調整することにより、金属酸化物膜208fの組成を制御することができる。また、これらを調整することで、組成が連続して変化する膜を形成することもできる。金属酸化物膜208fの組成が連続して変化する構成としてもよい。 Methods for controlling the composition of the resulting film include adjusting one or more of the type of source gas, the flow rate ratio of the source gas, the time for which the source gas is flowed, and the order in which the source gas is flowed. By adjusting these, the composition of the metal oxide film 208f can be controlled. In addition, by adjusting these, a film whose composition changes continuously can be formed. The composition of the metal oxide film 208f may be configured to change continuously.

金属酸化物膜208fを成膜する前に、絶縁層110の表面に吸着した水、水素、及び有機物等を脱離させるための処理、及び、絶縁層110中に酸素を供給する処理のうち、少なくとも一方を行うことが好ましい。例えば、減圧雰囲気にて、70℃以上200℃以下の温度で加熱処理を行うことができる。又は、酸素を含む雰囲気におけるプラズマ処理を行ってもよい。又は、一酸化二窒素(NO)などの酸化性気体を含む雰囲気におけるプラズマ処理により、絶縁層110に酸素を供給してもよい。一酸化二窒素ガスを含むプラズマ処理を行うと、絶縁層110の表面の有機物を好適に除去しつつ、酸素を供給することができる。このような処理の後、絶縁層110の表面を大気に暴露することなく、連続して金属酸化物膜208fを成膜することが好ましい。 Before forming the metal oxide film 208f, it is preferable to perform at least one of a treatment for removing water, hydrogen, organic substances, and the like adsorbed on the surface of the insulating layer 110 and a treatment for supplying oxygen into the insulating layer 110. For example, a heat treatment can be performed at a temperature of 70° C. or higher and 200° C. or lower in a reduced pressure atmosphere. Alternatively, a plasma treatment in an atmosphere containing oxygen may be performed. Alternatively, oxygen may be supplied to the insulating layer 110 by a plasma treatment in an atmosphere containing an oxidizing gas such as nitrous oxide (N 2 O). When a plasma treatment containing nitrous oxide gas is performed, oxygen can be supplied while the organic substances on the surface of the insulating layer 110 are suitably removed. After such a treatment, it is preferable to continuously form the metal oxide film 208f without exposing the surface of the insulating layer 110 to the air.

なお、半導体層208を積層構造とする場合には、先に形成する金属酸化物膜を成膜した後に、その表面を大気に曝すことなく、連続して、次の金属酸化物膜を成膜することが好ましい。 When the semiconductor layer 208 has a laminated structure, it is preferable to deposit a next metal oxide film in succession after depositing the first metal oxide film without exposing the surface to the air.

金属酸化物膜208fを形成した後に、加熱処理を行ってもよい。当該加熱処理を行うことで、絶縁層110から金属酸化物膜208fに効果的に酸素を供給することができる。加熱処理の温度は、200℃以上450℃以下が好ましい。加熱処理は、貴ガス、窒素又は酸素の一以上を含む雰囲気で行うことができる。窒素を含む雰囲気、又は酸素を含む雰囲気として、乾燥空気を用いてもよい。加熱処理は、オーブン、RTA装置等を用いることができる。 After the metal oxide film 208f is formed, a heat treatment may be performed. By performing the heat treatment, oxygen can be effectively supplied from the insulating layer 110 to the metal oxide film 208f. The temperature of the heat treatment is preferably 200° C. or higher and 450° C. or lower. The heat treatment may be performed in an atmosphere containing one or more of a noble gas, nitrogen, or oxygen. Dry air may be used as the atmosphere containing nitrogen or the atmosphere containing oxygen. The heat treatment may be performed using an oven, an RTA apparatus, or the like.

続いて、凹部145を埋め込むように、金属酸化物膜208f上及び材料層208m上に、ポジ型のフォトレジスト159fを塗布する。 Next, a positive photoresist 159f is applied onto the metal oxide film 208f and the material layer 208m so as to fill the recess 145.

続いて、フォトレジスト159f全面に対して、光149(例えば、可視光線又は紫外線)を照射する(図15(A))。 Next, the entire surface of the photoresist 159f is irradiated with light 149 (e.g., visible light or ultraviolet light) (Figure 15 (A)).

続いて、フォトレジスト159fの光149が照射された部分(感光した部分)を除去し、レジストマスク159を形成する(図15(B))。レジストマスク159は、フォトレジスト159fに光149を照射した際、フォトレジスト159fのうちの、光149が届かなかった領域(感光しなかった領域)に相当する、と別言することができる。 Next, the portions of the photoresist 159f that were irradiated with the light 149 (exposed portions) are removed to form a resist mask 159 (FIG. 15B). In other words, the resist mask 159 corresponds to the areas of the photoresist 159f that were not reached by the light 149 (unexposed areas) when the photoresist 159f was irradiated with the light 149.

ここで、金属酸化物膜208fのうち、凹部145内における絶縁層110と接する領域は、後にトランジスタ200のチャネル形成領域として機能し得る領域である。したがって、レジストマスク159は、少なくとも、凹部145の側壁(特に、絶縁層110の側面)と接する領域を有するように設けられることが好ましい。これにより、金属酸化物膜208fの一部(具体的には、基板面に対して、レジストマスク159の上面よりも高くに位置する部分)が露出する。 Here, the region of the metal oxide film 208f that contacts the insulating layer 110 in the recess 145 is a region that can later function as a channel formation region of the transistor 200. Therefore, it is preferable that the resist mask 159 is provided so as to have at least a region that contacts the sidewall of the recess 145 (particularly, the side surface of the insulating layer 110). This exposes a part of the metal oxide film 208f (specifically, a part that is located higher than the upper surface of the resist mask 159 relative to the substrate surface).

なお、図15(B)では、レジストマスク159の全部が、凹部145内に位置し、レジストマスク159の上面の高さが、金属酸化物膜208fの上面の高さよりも低い例を示しているが、本発明の一態様はこれに限られない。例えば、レジストマスク159の一部が、凹部145の外側にはみ出し、レジストマスク159の上面の高さが、金属酸化物膜208fの上面の高さよりも高い構成を有していてもよい。この場合、レジストマスク159は、凹部145を埋め込む領域だけでなく、金属酸化物膜208fの上面を覆う領域を有する。 15B shows an example in which the entire resist mask 159 is located within the recess 145 and the height of the upper surface of the resist mask 159 is lower than the height of the upper surface of the metal oxide film 208f, but this is not a limitation of one embodiment of the present invention. For example, a part of the resist mask 159 may extend outside the recess 145 and the height of the upper surface of the resist mask 159 may be higher than the height of the upper surface of the metal oxide film 208f. In this case, the resist mask 159 has not only a region that fills the recess 145 but also a region that covers the upper surface of the metal oxide film 208f.

続いて、金属酸化物膜208fの露出した部分を除去し、凹部145の側壁(絶縁層110の側面、導電層212aの側面、及び、導電層212bの側面)に接する半導体層208を形成する処理を行う(図15(C))。半導体層208の形成には、ウェットエッチング法及びドライエッチング法の一方又は双方を好適に用いることができる。半導体層208は、平面視において、導電層212a及び導電層212bと重なる領域においては、凹部145内の絶縁層110の側面、凹部145内の導電層212aの上面及び側面、並びに、凹部145内の導電層212bの上面及び側面に接する。また、平面視において、導電層212a及び導電層212bと重ならない領域においては、凹部145内の絶縁層110の側面に接する。当該処理により、絶縁層110の上面が露出する。 Next, the exposed portion of the metal oxide film 208f is removed, and a process is performed to form a semiconductor layer 208 that contacts the sidewalls of the recess 145 (the side of the insulating layer 110, the side of the conductive layer 212a, and the side of the conductive layer 212b) (FIG. 15(C)). For the formation of the semiconductor layer 208, one or both of a wet etching method and a dry etching method can be suitably used. In the region where the semiconductor layer 208 overlaps with the conductive layer 212a and the conductive layer 212b in a plan view, the semiconductor layer 208 contacts the side of the insulating layer 110 in the recess 145, the upper surface and the side of the conductive layer 212a in the recess 145, and the upper surface and the side of the conductive layer 212b in the recess 145. In addition, in the region where the semiconductor layer 208 does not overlap with the conductive layer 212a and the conductive layer 212b in a plan view, the semiconductor layer 208 contacts the side of the insulating layer 110 in the recess 145. By this process, the upper surface of the insulating layer 110 is exposed.

続いて、凹部145内に残存したレジストマスク159を除去する(図16(A))。 Then, the resist mask 159 remaining in the recess 145 is removed (Figure 16 (A)).

続いて、半導体層208、材料層208m、導電層212a、導電層212b、及び絶縁層110を覆って、絶縁層106を形成する(図16(B))。絶縁層106の形成には、例えば、PECVD法、ALD法、又はスパッタリング法を好適に用いることができる。 Next, the insulating layer 106 is formed to cover the semiconductor layer 208, the material layer 208m, the conductive layer 212a, the conductive layer 212b, and the insulating layer 110 (FIG. 16B). For example, the PECVD method, the ALD method, or the sputtering method can be suitably used to form the insulating layer 106.

半導体層208に金属酸化物を用いる場合、絶縁層106は、酸素が拡散することを抑制するバリア膜として機能することが好ましい。絶縁層106が酸素の拡散を抑制する機能を有することにより、半導体層208に含まれる酸素が、絶縁層106より上側に拡散することが抑制され、半導体層208に酸素欠損(V)が増加することを抑制することができる。その結果、良好な電気特性を示し、かつ、信頼性の高いトランジスタ200を実現することができる。 When a metal oxide is used for the semiconductor layer 208, the insulating layer 106 preferably functions as a barrier film that suppresses oxygen diffusion. When the insulating layer 106 has a function of suppressing oxygen diffusion, oxygen contained in the semiconductor layer 208 is suppressed from diffusing above the insulating layer 106, and an increase in oxygen vacancies ( VO ) in the semiconductor layer 208 can be suppressed. As a result, a transistor 200 that exhibits favorable electrical characteristics and is highly reliable can be realized.

ゲート絶縁層として機能する絶縁層106の形成時の温度を高くすることにより、欠陥の少ない絶縁層とすることができる。しかしながら、絶縁層106の形成時の温度が高いと、半導体層208から酸素が脱離し、半導体層208中の酸素欠損(V)及びVHが増加してしまう場合がある。絶縁層106の形成時の基板温度は、180℃以上450℃以下が好ましく、さらには200℃以上450℃以下が好ましく、さらには250℃以上450℃以下が好ましく、さらには300℃以上450℃以下が好ましく、さらには300℃以上400℃以下が好ましい。絶縁層106の形成時の基板温度を前述の範囲とすることで、絶縁層106の欠陥を少なくするとともに、半導体層208から酸素が脱離することを抑制することができる。したがって、良好な電気特性を示し、かつ、信頼性の高いトランジスタ200を実現することができる。 By increasing the temperature during the formation of the insulating layer 106 functioning as a gate insulating layer, an insulating layer with fewer defects can be obtained. However, if the temperature during the formation of the insulating layer 106 is high, oxygen may be released from the semiconductor layer 208, and oxygen vacancies (V O ) and V O H in the semiconductor layer 208 may increase. The substrate temperature during the formation of the insulating layer 106 is preferably 180° C. to 450° C., more preferably 200° C. to 450° C., more preferably 250° C. to 450° C., even more preferably 300° C. to 450° C., and even more preferably 300° C. to 400° C. By setting the substrate temperature during the formation of the insulating layer 106 within the above range, defects in the insulating layer 106 can be reduced and oxygen release from the semiconductor layer 208 can be suppressed. Therefore, a transistor 200 exhibiting good electrical characteristics and high reliability can be realized.

絶縁層106を形成する前に、半導体層208の表面に対して、プラズマ処理を行ってもよい。当該プラズマ処理により、半導体層208の表面に吸着する水などの不純物を低減することができる。そのため、半導体層208と、絶縁層106と、の界面における不純物を低減することができ、信頼性の高いトランジスタ200を実現することができる。特に、半導体層208の形成から、絶縁層106の形成までの間に、半導体層208の表面が大気に曝される場合に好適である。プラズマ処理は、例えば、酸素、オゾン、窒素、一酸化二窒素、アルゴンなどの雰囲気で行うことができる。また、プラズマ処理と、絶縁層106の成膜と、は大気に曝すことなく、連続して行われることが好ましい。 Before forming the insulating layer 106, a plasma treatment may be performed on the surface of the semiconductor layer 208. The plasma treatment can reduce impurities such as water adsorbed on the surface of the semiconductor layer 208. Therefore, impurities at the interface between the semiconductor layer 208 and the insulating layer 106 can be reduced, and a highly reliable transistor 200 can be realized. This is particularly suitable for the case where the surface of the semiconductor layer 208 is exposed to the air between the formation of the semiconductor layer 208 and the formation of the insulating layer 106. The plasma treatment can be performed in an atmosphere of, for example, oxygen, ozone, nitrogen, nitrous oxide, argon, or the like. In addition, it is preferable that the plasma treatment and the formation of the insulating layer 106 are performed successively without exposure to the air.

なお、図16(B)では、絶縁層106の形成によって、凹部145内に、絶縁層106と、材料層208mと、絶縁層102と、で囲まれた空洞227が形成される例を示しているが、本発明の一態様はこれに限られない。例えば、絶縁層106が、凹部145内において、導電層212a及び導電層212bの下面(絶縁層102側の面)、及び、絶縁層102の上面に接して設けられ、空洞227を有さない構成であってもよい。 16B shows an example in which the insulating layer 106 forms a cavity 227 surrounded by the insulating layer 106, the material layer 208m, and the insulating layer 102 in the recess 145, but this is not a limitation of one embodiment of the present invention. For example, the insulating layer 106 may be provided in the recess 145 in contact with the lower surfaces (surfaces on the insulating layer 102 side) of the conductive layers 212a and 212b and the upper surface of the insulating layer 102, and may not have a cavity 227.

続いて、絶縁層106上に、導電層204となる膜を形成し、当該膜を加工することにより、導電層204を形成する(図16(C))。ここで、導電層204の少なくとも一部は、凹部145において、絶縁層106を介して、半導体層208と対向するように形成される。当該膜の形成には、例えば、スパッタリング法、熱CVD法(MOCVD法を含む。)、又はALD法を好適に用いることができる。 Next, a film that will become the conductive layer 204 is formed on the insulating layer 106, and the film is processed to form the conductive layer 204 (FIG. 16(C)). Here, at least a part of the conductive layer 204 is formed so as to face the semiconductor layer 208 in the recess 145 via the insulating layer 106. For example, a sputtering method, a thermal CVD method (including a MOCVD method), or an ALD method can be suitably used to form the film.

続いて、導電層204及び絶縁層106を覆って、絶縁層195を形成する(図7(B))。絶縁層195の形成には、PECVD法を好適に用いることができる。 Next, the insulating layer 195 is formed to cover the conductive layer 204 and the insulating layer 106 (FIG. 7B). The insulating layer 195 can be preferably formed by the PECVD method.

絶縁層195の形成後、加熱処理を行ってもよい。なお、当該加熱処理は、行わなくてもよい。また、ここでは加熱処理は行わず、後の工程で行われる加熱処理と兼ねてもよい。また、後の工程での高温下の処理(例えば、成膜工程など)がある場合には、当該加熱処理と兼ねることができる場合もある。 After the insulating layer 195 is formed, a heat treatment may be performed. Note that this heat treatment does not have to be performed. Alternatively, the heat treatment may not be performed here, and may serve as a heat treatment performed in a later step. Also, if there is a high-temperature process (e.g., a film formation process) in a later step, this may serve as the heat treatment.

以上の工程により、本発明の一態様の半導体装置10が有するトランジスタ200を作製することができる(図8(A)及び図8(B))。 Through the above steps, a transistor 200 included in the semiconductor device 10 of one embodiment of the present invention can be manufactured (Figures 8(A) and 8(B)).

次に、半導体装置10において、トランジスタ200とトランジスタ100の双方を同時に形成する場合の作製方法例について説明する。なお、先の説明内容と重複する部分については、説明を省略する場合がある。 Next, an example of a manufacturing method for simultaneously forming both the transistor 200 and the transistor 100 in the semiconductor device 10 will be described. Note that explanations of parts that overlap with the previous explanation may be omitted.

図17(A)乃至図21(C)には、図7(A)に示す一点鎖線A1-A2間の断面図を示す。 Figures 17(A) to 21(C) show cross-sectional views taken along dashed line A1-A2 in Figure 7(A).

まず、絶縁層102を、上述の、後の熱処理に耐え得る程度の耐熱性を有する基板(図示しない。)上に形成する。絶縁層102の形成方法については、図13(A)で説明した内容を参照することができる。 First, the insulating layer 102 is formed on a substrate (not shown) that has sufficient heat resistance to withstand the subsequent heat treatment described above. For the method of forming the insulating layer 102, the contents described in FIG. 13 (A) can be referred to.

続いて、絶縁層102上に、導電層112a、導電層212a、及び導電層212bとなる膜を形成し、当該膜を加工して、導電層112a、導電層212a、及び導電層212bを形成する(図17(A))。当該膜の形成方法等については、図13(A)で説明した内容を参照することができる。 Next, a film that will become the conductive layer 112a, the conductive layer 212a, and the conductive layer 212b is formed on the insulating layer 102, and the film is processed to form the conductive layer 112a, the conductive layer 212a, and the conductive layer 212b (FIG. 17(A)). For the method of forming the film, etc., the contents described in FIG. 13(A) can be referred to.

続いて、絶縁層102、導電層112a、導電層212a、及び導電層212b上に、絶縁層110a、及び絶縁層110bを、この順で形成する。トランジスタ200のチャネル幅W200、及び、トランジスタ100のチャネル長L100は、絶縁層110bの膜厚に依存する。よって、トランジスタ200及びトランジスタ100に求める電気特性に合わせて、絶縁層110bの膜厚を設定すればよい。絶縁層110a及び絶縁層110bの形成方法等については、図13(B)で説明した内容を参照することができる。 Next, insulating layer 110a and insulating layer 110b are formed in this order on insulating layer 102, conductive layer 112a, conductive layer 212a, and conductive layer 212b. The channel width W200 of transistor 200 and the channel length L100 of transistor 100 depend on the film thickness of insulating layer 110b. Therefore, the film thickness of insulating layer 110b may be set according to the electrical characteristics required for transistor 200 and transistor 100. For the method of forming insulating layer 110a and insulating layer 110b, the contents described in FIG. 13B can be referred to.

絶縁層110bを形成した後、絶縁層110bに酸素を供給してもよい。酸素の供給方法については、図13(B)で説明した内容を参照することができる。 After the insulating layer 110b is formed, oxygen may be supplied to the insulating layer 110b. For the method of supplying oxygen, see the description of FIG. 13B.

また、絶縁層110bの表面を大気に曝すことなく、真空中で連続して当該プラズマ処理を行ってもよい。 The plasma treatment may also be performed continuously in a vacuum without exposing the surface of the insulating layer 110b to the atmosphere.

続いて、絶縁層110bの上面に対して、CMP法を用いて、平坦化する処理を行うことが好ましい(図17(B))。これにより、後に、トランジスタ100のソース電極又はドレイン電極の他方となる導電層112bを、精度良く、絶縁層110内に埋め込むように形成することができる。 Next, it is preferable to perform a planarization process using a CMP method on the upper surface of the insulating layer 110b (Figure 17 (B)). This allows the conductive layer 112b, which will later become the other of the source electrode or drain electrode of the transistor 100, to be formed so as to be embedded accurately in the insulating layer 110.

続いて、絶縁層110b上に、金属酸化物層137を形成することが好ましい(図17(C))。金属酸化物層137を形成することで、絶縁層110bに酸素を供給することができる。金属酸化物層137に用いることができる材料、及び、金属酸化物層137の形成方法等については、図13(C)で説明した内容を参照することができる。 Next, it is preferable to form a metal oxide layer 137 on the insulating layer 110b (FIG. 17C). By forming the metal oxide layer 137, oxygen can be supplied to the insulating layer 110b. For materials that can be used for the metal oxide layer 137 and a method for forming the metal oxide layer 137, the contents described in FIG. 13C can be referred to.

続いて、金属酸化物層137を除去する。金属酸化物層137の除去方法については、図13(C)で説明した内容を参照することができる。 Next, the metal oxide layer 137 is removed. For the method of removing the metal oxide layer 137, refer to the description in FIG. 13(C).

金属酸化物層137を除去した後に、さらに絶縁層110bに酸素を供給してもよい。酸素の供給方法については、図13(C)で説明した内容を参照することができる。 After removing the metal oxide layer 137, oxygen may be further supplied to the insulating layer 110b. For the method of supplying oxygen, see the description of FIG. 13(C).

なお、絶縁層110bの上面を平坦化する処理は、前述の金属酸化物層137による絶縁層110bへの酸素供給処理の後に行ってもよい。 The process of planarizing the upper surface of the insulating layer 110b may be performed after the process of supplying oxygen to the insulating layer 110b by the metal oxide layer 137 described above.

続いて、絶縁層110b上に、レジストマスク156を形成する。レジストマスク156は、トランジスタ100と重ならない領域上に形成される。 Next, a resist mask 156 is formed on the insulating layer 110b. The resist mask 156 is formed in an area that does not overlap with the transistor 100.

続いて、レジストマスク156を介して、絶縁層110bを加工し、絶縁層110bに凹部142を形成する(図18(A))。凹部142は、導電層112aと重なる領域に形成される。凹部142の形成には、ウェットエッチング法及びドライエッチング法の一方又は双方を好適に用いることができる。 Then, the insulating layer 110b is processed through the resist mask 156 to form a recess 142 in the insulating layer 110b (FIG. 18(A)). The recess 142 is formed in a region that overlaps with the conductive layer 112a. To form the recess 142, one or both of a wet etching method and a dry etching method can be suitably used.

続いて、レジストマスク156を除去する。 Then, the resist mask 156 is removed.

続いて、絶縁層110b上に、絶縁層110cを形成する(図18(B))。絶縁層110cの形成方法等については、図14(A)で説明した内容を参照することができる。 Next, insulating layer 110c is formed on insulating layer 110b (FIG. 18(B)). For the method of forming insulating layer 110c, etc., refer to the contents described in FIG. 14(A).

続いて、絶縁層110c上に、導電層212bとなる導電膜112fを形成する(図18(C))。導電膜112fの形成には、例えば、スパッタリング法を好適に用いることができる。 Next, a conductive film 112f that will become the conductive layer 212b is formed on the insulating layer 110c (FIG. 18C). The conductive film 112f can be formed by, for example, a sputtering method.

続いて、導電膜112fに対して、CMP法を用いて、絶縁層110cの上面が露出するまで平坦化する処理を行い、凹部142の内部に、導電層112sを形成する(図19(A))。当該処理により、導電層112sの上面の高さと、導電層112sと重ならない領域における絶縁層110の上面の高さと、が概略等しくなる。 Then, the conductive film 112f is planarized using a CMP method until the upper surface of the insulating layer 110c is exposed, and a conductive layer 112s is formed inside the recess 142 (FIG. 19(A)). This process makes the height of the upper surface of the conductive layer 112s roughly equal to the height of the upper surface of the insulating layer 110 in the area that does not overlap with the conductive layer 112s.

続いて、導電層112s及び絶縁層110上に、レジストマスク158を形成する。レジストマスク158は、トランジスタ200及びトランジスタ100と重ならない領域上に形成される。 Next, a resist mask 158 is formed on the conductive layer 112s and the insulating layer 110. The resist mask 158 is formed in an area that does not overlap with the transistor 200 and the transistor 100.

続いて、レジストマスク158を介して、導電層112s及び絶縁層110(絶縁層110c、絶縁層110b、及び絶縁層110a)及び絶縁層102を加工する。当該加工により、トランジスタ200と重なる領域には、絶縁層110及び絶縁層102に、凹部145が形成される。また、トランジスタ100と重なる領域には、導電層112sに開口143が、絶縁層110に開口141が、それぞれ形成される。また、当該加工により、導電層112sは、開口143を有する導電層112bとなる(図19(B))。凹部145は、平面視にて、導電層212a及び導電層212bと重なる領域を有するように設けられる。また、開口141内において、導電層112aが露出する。凹部145、開口143、及び開口141の形成には、ウェットエッチング法及びドライエッチング法の一方又は双方を好適に用いることができる。なお、凹部145、開口143、及び開口141の形成は、一括で行ってもよいし、それぞれ加工条件を変えて行ってもよい。例えば、開口143の形成と、開口141の形成とで、それぞれ加工条件を変えて行ってもよい。また、例えば、初めに開口143の形成を行った後、加工条件を変えて、開口141及び凹部145の形成を一括で行ってもよい。 Next, the conductive layer 112s, the insulating layer 110 (insulating layer 110c, insulating layer 110b, and insulating layer 110a), and the insulating layer 102 are processed through the resist mask 158. As a result of this processing, a recess 145 is formed in the insulating layer 110 and the insulating layer 102 in the region overlapping with the transistor 200. Also, in the region overlapping with the transistor 100, an opening 143 is formed in the conductive layer 112s, and an opening 141 is formed in the insulating layer 110. Also, as a result of this processing, the conductive layer 112s becomes the conductive layer 112b having the opening 143 (FIG. 19B). The recess 145 is provided so as to have an area overlapping with the conductive layer 212a and the conductive layer 212b in a plan view. Also, the conductive layer 112a is exposed in the opening 141. The recess 145, the opening 143, and the opening 141 can be formed by using either or both of a wet etching method and a dry etching method. The recess 145, the opening 143, and the opening 141 can be formed all at once, or the processing conditions can be changed for each of them. For example, the processing conditions for the formation of the opening 143 and the processing conditions for the formation of the opening 141 can be changed. Also, for example, the processing conditions can be changed after the formation of the opening 143 is performed first, and then the processing conditions can be changed to form the opening 141 and the recess 145 all at once.

続いて、レジストマスク158を除去する。 Then, the resist mask 158 is removed.

続いて、導電層112a、導電層112b、絶縁層110上、及び絶縁層102上に、半導体層208及び半導体層108となる金属酸化物膜208fを形成する。金属酸化物膜208fは、導電層112aの上面、導電層112bの上面及び側面、絶縁層110の上面及び側面、導電層212aの上面及び側面、並びに、導電層212bの上面及び側面に接して設けられる。また、このとき、金属酸化物膜208fは、凹部145内でそれぞれ露出する導電層212aの端部、及び、導電層212bの端部で段切れを起こし、当該段切れした部分が、材料層208mとして、凹部145の底面に形成される(図19(C))。 Next, a metal oxide film 208f that will become the semiconductor layer 208 and the semiconductor layer 108 is formed on the conductive layer 112a, the conductive layer 112b, the insulating layer 110, and the insulating layer 102. The metal oxide film 208f is provided in contact with the upper surface of the conductive layer 112a, the upper surface and side surface of the conductive layer 112b, the upper surface and side surface of the insulating layer 110, the upper surface and side surface of the conductive layer 212a, and the upper surface and side surface of the conductive layer 212b. At this time, the metal oxide film 208f is cut at the ends of the conductive layer 212a and the conductive layer 212b that are exposed in the recess 145, and the cut portions are formed as the material layer 208m on the bottom surface of the recess 145 (FIG. 19(C)).

このように、本発明の一態様では、金属酸化物膜208fの成膜を行うだけで、凹部145の側壁(絶縁層110の側面、導電層212aの側面、及び、導電層212bの側面)のみに、自己整合的に半導体層208を形成することができる。したがって、金属酸化物膜208fを形成した後に、別途、金属酸化物膜208fの凹部145内の側壁における領域と、凹部145内の底面における領域と、を分離させるための処理を不要とすることができる。また、これと同時に、開口143及び開口141の内壁及び底面に、後に半導体層108となる金属酸化物膜を形成することができる。したがって、トランジスタ200と、トランジスタ100と、を同時に形成することができるため、半導体装置作製における全体の工程数を削減することができる。 In this way, in one embodiment of the present invention, the semiconductor layer 208 can be formed in a self-aligned manner only on the sidewalls of the recess 145 (the side surfaces of the insulating layer 110, the side surfaces of the conductive layer 212a, and the side surfaces of the conductive layer 212b) by simply depositing the metal oxide film 208f. Therefore, after forming the metal oxide film 208f, a separate process for separating the region of the metal oxide film 208f on the sidewalls in the recess 145 from the region on the bottom surface in the recess 145 can be eliminated. At the same time, a metal oxide film that will later become the semiconductor layer 108 can be formed on the inner walls and bottom surfaces of the openings 143 and 141. Therefore, the transistors 200 and 100 can be formed simultaneously, which reduces the total number of steps in the manufacture of a semiconductor device.

なお、金属酸化物膜208fの形成方法等については、図14(C)で説明した内容を参照することができる。 For details on the method of forming the metal oxide film 208f, please refer to the contents described in FIG. 14(C).

金属酸化物膜208fを成膜する前に、絶縁層110の表面に吸着した水、水素、及び有機物等を脱離させるための処理、及び、絶縁層110中に酸素を供給する処理のうち、少なくとも一方を行うことが好ましい。当該処理の詳細については、図14(C)で説明した内容を参照することができる。 Before forming the metal oxide film 208f, it is preferable to perform at least one of a process for removing water, hydrogen, organic substances, and the like adsorbed on the surface of the insulating layer 110 and a process for supplying oxygen into the insulating layer 110. For details of the process, refer to the contents described in FIG. 14(C).

なお、半導体層208及び半導体層108を積層構造とする場合には、先に形成する金属酸化物膜を成膜した後に、その表面を大気に曝すことなく、連続して、次の金属酸化物膜を成膜することが好ましい。 When the semiconductor layer 208 and the semiconductor layer 108 have a laminated structure, it is preferable to deposit the next metal oxide film in succession after depositing the first metal oxide film without exposing the surface to the air.

金属酸化物膜208fを形成した後に、加熱処理を行ってもよい。当該加熱処理を行うことで、絶縁層110から金属酸化物膜208fに効果的に酸素を供給することができる。当該加熱処理の詳細については、図14(C)で説明した内容を参照することができる。 After the metal oxide film 208f is formed, heat treatment may be performed. By performing the heat treatment, oxygen can be effectively supplied from the insulating layer 110 to the metal oxide film 208f. For details of the heat treatment, refer to the contents described in FIG. 14C.

続いて、凹部145、開口143、及び開口141を埋め込むように、金属酸化物膜208f上及び材料層208m上に、ポジ型のフォトレジスト159fを塗布する。 Next, a positive photoresist 159f is applied onto the metal oxide film 208f and the material layer 208m so as to fill the recess 145, the opening 143, and the opening 141.

続いて、フォトレジスト159f全面に対して、光149(例えば、可視光線又は紫外線)を照射する(図20(A))。 Next, light 149 (e.g., visible light or ultraviolet light) is irradiated onto the entire surface of the photoresist 159f (Figure 20 (A)).

続いて、フォトレジスト159fの光149が照射された部分(感光した部分)を除去し、レジストマスク159を形成する(図20(B))。レジストマスク159は、フォトレジスト159fに光149を照射した際、フォトレジスト159fのうちの、光149が届かなかった領域(感光しなかった領域)に相当する、と別言することができる。 Next, the portions of the photoresist 159f that were irradiated with the light 149 (exposed portions) are removed to form a resist mask 159 (FIG. 20(B)). In other words, the resist mask 159 corresponds to the areas of the photoresist 159f that were not reached by the light 149 (unexposed areas) when the photoresist 159f was irradiated with the light 149.

ここで、金属酸化物膜208fのうち、凹部145内における絶縁層110と接する領域は、後にトランジスタ200のチャネル形成領域として機能し得る領域である。また、金属酸化物膜208fのうち、開口141内における絶縁層110と接する領域は、後にトランジスタ100のチャネル形成領域として機能し得る領域であり、開口143内における導電層112bと接する領域は、後にトランジスタ100のソース領域又はドレイン領域の他方となる領域である。したがって、レジストマスク159は、少なくとも、凹部145の側壁(特に、絶縁層110の側面)、及び、開口143の側壁(導電層112bの側面)と接する領域を有するように設けられることが好ましい。これにより、金属酸化物膜208fの一部(具体的には、基板面に対して、レジストマスク159の上面よりも高くに位置する部分)が露出する。 Here, the region of the metal oxide film 208f that contacts the insulating layer 110 in the recess 145 is a region that can later function as a channel formation region of the transistor 200. Also, the region of the metal oxide film 208f that contacts the insulating layer 110 in the opening 141 is a region that can later function as a channel formation region of the transistor 100, and the region that contacts the conductive layer 112b in the opening 143 is a region that will later become the other of the source region or drain region of the transistor 100. Therefore, it is preferable that the resist mask 159 has a region that contacts at least the sidewall of the recess 145 (particularly, the side surface of the insulating layer 110) and the sidewall of the opening 143 (the side surface of the conductive layer 112b). As a result, a part of the metal oxide film 208f (specifically, a part located higher than the upper surface of the resist mask 159 relative to the substrate surface) is exposed.

なお、図20(B)では、レジストマスク159の全部が、凹部145内、並びに、開口143及び開口141内に位置し、レジストマスク159の上面の高さが、金属酸化物膜208fの上面の高さよりも低い例を示しているが、本発明の一態様はこれに限られない。例えば、レジストマスク159の一部が、凹部145、並びに、開口143及び開口141の外側にはみ出し、レジストマスク159の上面の高さが、金属酸化物膜208fの上面の高さよりも高い構成を有していてもよい。この場合、レジストマスク159は、凹部145、並びに、開口143及び開口141を埋め込む領域だけでなく、金属酸化物膜208fの上面を覆う領域を有する。 20B shows an example in which the entire resist mask 159 is located in the recess 145 and in the openings 143 and 141, and the height of the upper surface of the resist mask 159 is lower than the height of the upper surface of the metal oxide film 208f, but this is not a limitation of one embodiment of the present invention. For example, a part of the resist mask 159 may extend outside the recess 145 and the openings 143 and 141, and the height of the upper surface of the resist mask 159 may be higher than the height of the upper surface of the metal oxide film 208f. In this case, the resist mask 159 has not only a region filling the recess 145 and the openings 143 and 141, but also a region covering the upper surface of the metal oxide film 208f.

また、レジストマスク159の形成に用いるフォトレジスト(フォトレジスト159f)は、ポジ型のものに限られず、ネガ型のものを用いてもよい。ネガ型のフォトレジストを用いる場合には、当該フォトレジストを絶縁層110c上に塗布した後、凹部145、並びに、開口143及び開口141と重ならない領域に、光149を照射する。その後、フォトレジストの露光されなかった領域(感光しなかった領域)を除去することで、凹部145、並びに、開口143及び開口141と重なる領域に、レジストマスク159を形成することができる。 The photoresist (photoresist 159f) used to form the resist mask 159 is not limited to a positive type, and a negative type may be used. When a negative type photoresist is used, the photoresist is applied onto the insulating layer 110c, and then light 149 is irradiated onto the recess 145 and the area that does not overlap with the opening 143 and the opening 141. The unexposed area of the photoresist (area that was not exposed to light) is then removed, thereby forming the resist mask 159 in the area that overlaps with the recess 145 and the opening 143 and the opening 141.

続いて、金属酸化物膜208fの露出した部分を除去し、凹部145の側壁(絶縁層110の側面、導電層212aの側面、及び、導電層212bの側面)に接する半導体層208と、開口143の側壁(導電層112bの側面)、並びに、開口141の側壁(絶縁層110の側面)及び底面(導電層112aの上面)に接する半導体層108と、を形成する処理を行う(図20(C))。半導体層208及び半導体層108の形成には、ウェットエッチング法及びドライエッチング法の一方又は双方を好適に用いることができる。半導体層208は、平面視において、導電層212a及び導電層212bと重なる領域においては、凹部145内の絶縁層110の側面、凹部145内の導電層212aの上面及び側面、並びに、凹部145内の導電層212bの上面及び側面に接する。また、平面視において、導電層212a及び導電層212bと重ならない領域においては、凹部145内の絶縁層110の側面に接する。また、半導体層108は、開口143内の導電層112bの側面、開口141内の絶縁層110の側面、及び、開口141内の導電層112aの上面に接する。当該処理により、導電層112bの上面、及び、絶縁層110の上面が露出する。 Next, the exposed portion of the metal oxide film 208f is removed, and a process is performed to form the semiconductor layer 208 in contact with the sidewalls of the recess 145 (sides of the insulating layer 110, the conductive layer 212a, and the conductive layer 212b), and the semiconductor layer 108 in contact with the sidewalls of the opening 143 (sides of the conductive layer 112b), and the sidewalls (sides of the insulating layer 110) and bottom surface (top surface of the conductive layer 112a) of the opening 141 (FIG. 20(C)). One or both of the wet etching method and the dry etching method can be suitably used to form the semiconductor layer 208 and the semiconductor layer 108. In the region where the semiconductor layer 208 overlaps with the conductive layer 212a and the conductive layer 212b in a plan view, the semiconductor layer 208 contacts the side of the insulating layer 110 in the recess 145, the top surface and side of the conductive layer 212a in the recess 145, and the top surface and side of the conductive layer 212b in the recess 145. In addition, in a plan view, in the region not overlapping with the conductive layer 212a and the conductive layer 212b, the semiconductor layer 108 contacts the side surface of the insulating layer 110 in the recess 145. The semiconductor layer 108 also contacts the side surface of the conductive layer 112b in the opening 143, the side surface of the insulating layer 110 in the opening 141, and the top surface of the conductive layer 112a in the opening 141. By this treatment, the top surface of the conductive layer 112b and the top surface of the insulating layer 110 are exposed.

続いて、凹部145内、開口143内、及び開口141内に残存したレジストマスク159を除去する(図21(A))。 Next, the resist mask 159 remaining in the recess 145, the opening 143, and the opening 141 is removed (Figure 21 (A)).

続いて、半導体層108、導電層112b、半導体層208、材料層208m、導電層212a、導電層212b、及び絶縁層110を覆って、絶縁層106を形成する(図21(B))。絶縁層106の形成方法等については、図16(B)で説明した内容を参照することができる。 Next, the insulating layer 106 is formed to cover the semiconductor layer 108, the conductive layer 112b, the semiconductor layer 208, the material layer 208m, the conductive layer 212a, the conductive layer 212b, and the insulating layer 110 (FIG. 21(B)). For the method of forming the insulating layer 106, the contents described in FIG. 16(B) can be referred to.

絶縁層106を形成する前に、半導体層208及び半導体層108の表面に対して、プラズマ処理を行ってもよい。当該プラズマ処理により、半導体層208及び半導体層108の表面に吸着する水などの不純物を低減することができる。そのため、半導体層208と、絶縁層106と、の界面における不純物、及び、半導体層108と、絶縁層106と、の界面における不純物を低減することができ、信頼性の高いトランジスタ200及びトランジスタ100を実現することができる。特に、半導体層208及び半導体層108の形成から、絶縁層106の形成までの間に、半導体層208及び半導体層108の表面が大気に曝される場合に好適である。プラズマ処理の詳細については、図16(B)で説明した内容を参照することができる。 Before forming the insulating layer 106, the surfaces of the semiconductor layer 208 and the semiconductor layer 108 may be subjected to plasma treatment. The plasma treatment can reduce impurities such as water adsorbed on the surfaces of the semiconductor layer 208 and the semiconductor layer 108. Therefore, impurities at the interface between the semiconductor layer 208 and the insulating layer 106 and impurities at the interface between the semiconductor layer 108 and the insulating layer 106 can be reduced, and highly reliable transistors 200 and 100 can be realized. This is particularly suitable for the case where the surfaces of the semiconductor layer 208 and the semiconductor layer 108 are exposed to the air between the formation of the semiconductor layer 208 and the semiconductor layer 108 and the formation of the insulating layer 106. For details of the plasma treatment, refer to the contents described in FIG. 16B.

なお、図21(B)では、絶縁層106の形成によって、凹部145内に、絶縁層106と、材料層208mと、絶縁層102と、で囲まれた空洞227が形成される例を示しているが、本発明の一態様はこれに限られない。例えば、絶縁層106が、凹部145内において、導電層212a及び導電層212bの下面(絶縁層102側の面)、及び、絶縁層102の上面に接して設けられ、空洞227を有さない構成であってもよい。 21B shows an example in which the insulating layer 106 forms a cavity 227 surrounded by the insulating layer 106, the material layer 208m, and the insulating layer 102 in the recess 145, but this is not a limitation of one embodiment of the present invention. For example, the insulating layer 106 may be provided in the recess 145 in contact with the lower surfaces (surfaces on the insulating layer 102 side) of the conductive layers 212a and 212b and the upper surface of the insulating layer 102, and may not have a cavity 227.

続いて、絶縁層106上に、導電層204となる膜を形成し、当該膜を加工することにより、導電層204及び導電層104を形成する(図21(C))。ここで、導電層204の少なくとも一部は、凹部145において、絶縁層106を介して、半導体層208と対向するように形成される。また、導電層104の少なくとも一部は、開口143及び開口141において、絶縁層106を介して、半導体層108と対向するように形成される。当該膜の形成方法等については、図16(C)で説明した内容を参照することができる。 Next, a film that will become the conductive layer 204 is formed on the insulating layer 106, and the film is processed to form the conductive layer 204 and the conductive layer 104 (FIG. 21(C)). Here, at least a part of the conductive layer 204 is formed so as to face the semiconductor layer 208 in the recess 145 through the insulating layer 106. Also, at least a part of the conductive layer 104 is formed so as to face the semiconductor layer 108 through the insulating layer 106 in the opening 143 and the opening 141. For the method of forming the film, etc., refer to the contents described in FIG. 16(C).

続いて、導電層204、導電層104、及び絶縁層106を覆って、絶縁層195を形成する(図7(B))。絶縁層195の形成方法等については、前述の記載を参照することができる。 Next, the insulating layer 195 is formed to cover the conductive layer 204, the conductive layer 104, and the insulating layer 106 (FIG. 7B). The above description can be referred to for the method of forming the insulating layer 195.

以上の工程により、本発明の一態様の半導体装置10が有するトランジスタ100とトランジスタ200の双方を、同時に作製することができる(図7(A)乃至図7(C))。 By the above steps, both the transistor 100 and the transistor 200 included in the semiconductor device 10 of one embodiment of the present invention can be manufactured at the same time (Figures 7(A) to 7(C)).

本発明の一態様の作製方法により、チャネル長が短いトランジスタ100と、よりチャネル長が長いトランジスタ200と、を生産性良く、同一面上に形成することができる。例えば、大きいオン電流が求められるトランジスタにトランジスタ100を適用し、高い飽和性が求められるトランジスタにトランジスタ200を適用することにより、それぞれのトランジスタの利点を生かした高い性能の半導体装置10を実現することができる。 By using the manufacturing method of one embodiment of the present invention, a transistor 100 with a short channel length and a transistor 200 with a longer channel length can be formed on the same surface with good productivity. For example, by applying the transistor 100 to a transistor that requires a large on-state current and the transistor 200 to a transistor that requires high saturation, a high-performance semiconductor device 10 that utilizes the advantages of each transistor can be realized.

本実施の形態、及び、対応する図面等は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態、又は、実施例と適宜組み合わせて実施することができる。また、本実施の形態に示す複数の構成、及び、対応する図面等は、互いに適宜組み合わせることが可能である。 This embodiment and the corresponding drawings, etc. can be implemented by appropriately combining at least a part of them with other embodiments or examples described in this specification. In addition, the multiple configurations shown in this embodiment and the corresponding drawings, etc. can be appropriately combined with each other.

(実施の形態4)
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置について、図22(A)乃至図25を用いて説明する。
(Embodiment 4)
In this embodiment, a display device of one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

本実施の形態の表示装置は、解像度の高い表示装置又は大型の表示装置とすることができる。したがって、本実施の形態の表示装置は、例えば、テレビジョン装置、デスクトップ型若しくはノート型のコンピュータ、コンピュータ用などのモニタ、デジタルサイネージ、及び、パチンコ機などの大型ゲーム機などの比較的大きな画面を備える電子機器の他、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、及び、音響再生装置の表示部に用いることができる。 The display device of this embodiment can be a high-resolution display device or a large display device. Therefore, the display device of this embodiment can be used in electronic devices with relatively large screens, such as television devices, desktop or notebook computers, computer monitors, digital signage, and large game machines such as pachinko machines, as well as in the display units of digital cameras, digital video cameras, digital photo frames, mobile phones, portable game machines, personal digital assistants, and sound reproduction devices.

本実施の形態の表示装置は、高精細な表示装置とすることができる。したがって、本実施の形態の表示装置は、例えば、腕時計型、及び、ブレスレット型などの情報端末機(ウェアラブル機器)の表示部、並びに、ヘッドマウントディスプレイ(HMD)などのVR向け機器、及び、メガネ型のAR向け機器などの頭部に装着可能なウェアラブル機器の表示部に用いることができる。 The display device of this embodiment can be a high-definition display device. Therefore, the display device of this embodiment can be used, for example, in the display section of a wristwatch-type or bracelet-type information terminal (wearable device), as well as in the display section of a wearable device that can be worn on the head, such as a head-mounted display (HMD) or other VR device, or a glasses-type AR device.

本発明の一態様の半導体装置は、表示装置、又は、当該表示装置を有するモジュールに用いることができる。当該表示装置を有するモジュールとして、当該表示装置にフレキシブルプリント回路基板(Flexible Printed Circuit、以下、FPCと記す。)若しくはTCP(Tape Carrier Package)等のコネクタが取り付けられたモジュール、COG(Chip On Glass)方式若しくはCOF(Chip On Film)方式等により集積回路(IC)が実装されたモジュール等が挙げられる。 The semiconductor device according to one embodiment of the present invention can be used in a display device or a module having the display device. Examples of the module having the display device include a module in which a connector such as a flexible printed circuit (hereinafter, referred to as FPC) or a TCP (Tape Carrier Package) is attached to the display device, and a module in which an integrated circuit (IC) is mounted by a COG (Chip On Glass) method or a COF (Chip On Film) method.

本実施の形態の表示装置はタッチパネルとしての機能を有していてもよい。例えば、表示装置には、指などの被検知体の近接又は接触を検知することができる様々な検知素子(センサ素子ともいえる。)を適用することができる。 The display device of this embodiment may have a function as a touch panel. For example, various detection elements (also called sensor elements) that can detect the proximity or contact of a detectable object such as a finger can be applied to the display device.

センサの方式として、例えば、静電容量方式、抵抗膜方式、表面弾性波方式、赤外線方式、光学方式、及び、感圧方式が挙げられる。 Sensor types include, for example, capacitive type, resistive film type, surface acoustic wave type, infrared type, optical type, and pressure sensitive type.

静電容量方式として、例えば、表面型静電容量方式、投影型静電容量方式がある。また、投影型静電容量方式として、例えば、自己容量方式、相互容量方式がある。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。 Examples of the capacitance type include the surface capacitance type and the projected capacitance type. Examples of the projected capacitance type include the self-capacitance type and the mutual capacitance type. The mutual capacitance type is preferable because it allows simultaneous multi-point detection.

タッチパネルとして、例えば、アウトセル型、オンセル型、及び、インセル型が挙げられる。なお、インセル型のタッチパネルは、表示素子(表示デバイスともいう。)を支持する基板と対向基板のうち一方又は双方に、検知素子を構成する電極が設けられた構成をいう。 Examples of touch panels include out-cell, on-cell, and in-cell types. An in-cell touch panel is one in which electrodes constituting a sensing element are provided on one or both of a substrate supporting a display element (also called a display device) and an opposing substrate.

<構成例1>
図22(A)に、表示装置50Aの斜視図を示す。
<Configuration Example 1>
FIG. 22A shows a perspective view of a display device 50A.

表示装置50Aは、基板152と基板151とが貼り合わされた構成を有する。図22(A)では、基板152を破線で示している。 Display device 50A has a configuration in which substrate 152 and substrate 151 are bonded together. In FIG. 22(A), substrate 152 is indicated by a dashed line.

表示装置50Aは、表示部162、接続部140、回路部164、導電層165等を有する。図22(A)では、表示装置50AにIC173及びFPC172が実装されている例を示している。そのため、図22(A)に示す構成は、表示装置50Aと、ICと、FPCと、を有する表示モジュールということもできる。 The display device 50A has a display portion 162, a connection portion 140, a circuit portion 164, a conductive layer 165, etc. FIG. 22(A) shows an example in which an IC 173 and an FPC 172 are mounted on the display device 50A. Therefore, the configuration shown in FIG. 22(A) can also be said to be a display module having the display device 50A, an IC, and an FPC.

接続部140は、表示部162の外側に設けられる。接続部140は、表示部162の一辺又は複数の辺に沿って設けることができる。接続部140は、単数であっても複数であってもよい。図22(A)では、表示部の四辺を囲むように接続部140が設けられている例を示す。接続部140では、表示素子の共通電極と、導電層と、が電気的に接続されており、共通電極に電位を供給することができる。 The connection portion 140 is provided on the outside of the display portion 162. The connection portion 140 can be provided along one side or multiple sides of the display portion 162. There may be one or multiple connection portions 140. FIG. 22(A) shows an example in which the connection portion 140 is provided so as to surround the four sides of the display portion. In the connection portion 140, the common electrode of the display element and the conductive layer are electrically connected, and a potential can be supplied to the common electrode.

回路部164は、例えば、走査線駆動回路(ゲートドライバともいう。)を有する。また、回路部164は、走査線駆動回路及び信号線駆動回路(ソースドライバともいう。)の双方を有していてもよい。 The circuit portion 164 has, for example, a scanning line driver circuit (also called a gate driver). The circuit portion 164 may also have both a scanning line driver circuit and a signal line driver circuit (also called a source driver).

導電層165は、表示部162及び回路部164に信号及び電力を供給する機能を有する。当該信号及び電力は、FPC172を介して、外部から導電層165に入力される、又は、IC173から導電層165に入力される。 The conductive layer 165 has a function of supplying signals and power to the display unit 162 and the circuit unit 164. The signals and power are input to the conductive layer 165 from the outside via the FPC 172, or are input to the conductive layer 165 from the IC 173.

図22(A)では、COG方式又はCOF方式等により、基板151にIC173が設けられている例を示す。IC173には、例えば、走査線駆動回路及び信号線駆動回路のうち、一方又は双方を有するICを適用することができる。なお、表示装置50A及び表示モジュールは、ICを設けない構成としてもよい。また、ICを、COF方式等により、FPCに実装してもよい。 Figure 22 (A) shows an example in which an IC 173 is provided on a substrate 151 by a COG method, a COF method, or the like. For example, an IC having one or both of a scanning line driver circuit and a signal line driver circuit can be used as the IC 173. Note that the display device 50A and the display module may be configured without an IC. Also, the IC may be mounted on an FPC by a COF method, or the like.

本発明の一態様の半導体装置は、例えば、表示装置50Aの表示部162及び回路部164の一方又は双方に適用することができる。 The semiconductor device of one embodiment of the present invention can be used, for example, as one or both of the display portion 162 and the circuit portion 164 of the display device 50A.

例えば、本発明の一態様の半導体装置を表示装置の画素回路に適用する場合、画素回路の占有面積を縮小することができ、高精細の表示装置とすることができる。また、例えば、本発明の一態様の半導体装置を表示装置の駆動回路(例えば、ゲート線駆動回路及びソース線駆動回路の一方又は双方)に適用する場合、駆動回路の占有面積を縮小することができ、狭額縁の表示装置とすることができる。また、本発明の一態様の半導体装置は、電気特性が良好であるため、表示装置に用いることで表示装置の信頼性を高めることができる。 For example, when the semiconductor device of one embodiment of the present invention is applied to a pixel circuit of a display device, the area occupied by the pixel circuit can be reduced, and a high-definition display device can be obtained. Furthermore, when the semiconductor device of one embodiment of the present invention is applied to a driver circuit of a display device (e.g., one or both of a gate line driver circuit and a source line driver circuit), the area occupied by the driver circuit can be reduced, and a display device with a narrow frame can be obtained. Furthermore, since the semiconductor device of one embodiment of the present invention has good electrical characteristics, the reliability of the display device can be improved by using it in the display device.

表示部162は、表示装置50Aにおける画像を表示する領域であり、周期的に配列された複数の画素210を有する。図22(A)には、1つの画素210の拡大図を示している。 The display unit 162 is an area in the display device 50A that displays an image, and has a number of periodically arranged pixels 210. Figure 22 (A) shows an enlarged view of one pixel 210.

本実施の形態の表示装置における画素の配列に特に限定はなく、様々な方法を適用することができる。画素の配列として、例えば、ストライプ配列、Sストライプ配列、マトリクス配列、デルタ配列、ベイヤー配列、及びペンタイル配列が挙げられる。 The pixel arrangement in the display device of this embodiment is not particularly limited, and various methods can be applied. Examples of pixel arrangements include a stripe arrangement, an S-stripe arrangement, a matrix arrangement, a delta arrangement, a Bayer arrangement, and a pentile arrangement.

図22(A)に示す画素210は、赤色の光を呈する画素230R、緑色の光を呈する画素230G、及び、青色の光を呈する画素230Bを有する。画素230R、画素230G、及び画素230Bで1つの画素210を構成することで、フルカラー表示を実現することができる。画素230R、画素230G、及び画素230Bは、それぞれ、副画素として機能する。また、図22(A)に示す表示装置50Aでは、副画素として機能する画素230をストライプ配列で配置する例を示している。1つの画素210を構成する副画素の数は3つに限られず、4つ以上としてもよい。例えば、R、G、B、白色(W)の光を呈する4つの副画素を有してもよい。又は、R、G、B、Yの4色の光を呈する4つの副画素を有してもよい。 The pixel 210 shown in FIG. 22(A) has a pixel 230R that emits red light, a pixel 230G that emits green light, and a pixel 230B that emits blue light. A full-color display can be realized by configuring one pixel 210 with the pixels 230R, 230G, and 230B. The pixels 230R, 230G, and 230B each function as a subpixel. In addition, the display device 50A shown in FIG. 22(A) shows an example in which the pixels 230 that function as subpixels are arranged in a stripe array. The number of subpixels that configure one pixel 210 is not limited to three, and may be four or more. For example, the pixel 210 may have four subpixels that emit R, G, B, and white (W) light. Or, the pixel 210 may have four subpixels that emit R, G, B, and Y light.

画素230R、画素230G、及び画素230Bは、それぞれ、表示素子と、当該表示素子の駆動を制御する回路と、を有する。 Pixel 230R, pixel 230G, and pixel 230B each have a display element and a circuit that controls the driving of the display element.

表示素子として、様々な素子を用いることができ、例えば、液晶素子(液晶デバイスともいう。)及び発光デバイスが挙げられる。その他、シャッター方式又は光干渉方式のMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)素子、マイクロカプセル方式、電気泳動方式、エレクトロウェッティング方式、又は電子粉流体(登録商標)方式等を適用した表示素子などを用いることもできる。また、光源と、量子ドット材料による色変換技術と、を用いたQLED(Quantum-dot LED)を用いてもよい。 Various elements can be used as the display element, including, for example, a liquid crystal element (also called a liquid crystal device) and a light-emitting device. In addition, a shutter-type or optical interference-type MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) element, a display element using a microcapsule type, an electrophoresis type, an electrowetting type, or an electronic liquid powder (registered trademark) type, etc., can also be used. In addition, a QLED (Quantum-dot LED) using a light source and color conversion technology using quantum dot materials may also be used.

液晶素子を用いた表示装置として、例えば、透過型の液晶表示装置、反射型の液晶表示装置、及び、半透過型の液晶表示装置が挙げられる。 Display devices using liquid crystal elements include, for example, transmissive liquid crystal display devices, reflective liquid crystal display devices, and semi-transmissive liquid crystal display devices.

液晶素子を用いた表示装置に用いることができるモードとして、例えば、垂直配向(VA:Vertical Alignment)モード、FFS(Fringe Field Switching)モード、IPS(In-Plane-Switching)モード、TN(Twisted Nematic)モード、ASM(Axially Symmetric aligned Micro-cell)モード、OCB(Optically Compensated Birefringence)モード、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal)モード、ECB(Electrically Controlled Birefringence)モード、及び、ゲストホストモードが挙げられる。VAモードとして、例えば、MVA(Multi-Domain Vertical Alignment)モード、PVA(Patterned Vertical Alignment)モード、及び、ASV(Advanced Super View)モードが挙げられる。 Modes that can be used in display devices using liquid crystal elements include, for example, vertical alignment (VA) mode, FFS (Fringe Field Switching) mode, IPS (In-Plane-Switching) mode, TN (Twisted Nematic) mode, ASM (Axially Symmetrically aligned Micro-cell) mode, OCB (Optically Compensated Birefringence) mode, FLC (Ferroelectric Liquid Crystal) mode, AFLC (AntiFerroelectric Liquid Crystal) mode, ECB (Electrically Examples of VA modes include a Multi-Domain Vertical Alignment (MVA) mode, a Patterned Vertical Alignment (PVA) mode, and an Advanced Super View (ASV) mode.

液晶素子に用いることができる液晶材料として、例えば、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶(PDLC:Polymer Dispersed Liquid Crystal)、高分子ネットワーク型液晶(PNLC:Polymer Network Liquid Crystal)、強誘電性液晶、及び反強誘電性液晶が挙げられる。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、ブルー相などを示す。また、液晶材料として、ポジ型の液晶、及び、ネガ型の液晶のどちらを用いてもよく、適用するモード又は設計に応じて選択することができる。 Examples of liquid crystal materials that can be used in liquid crystal elements include thermotropic liquid crystal, low molecular weight liquid crystal, polymer liquid crystal, polymer dispersed liquid crystal (PDLC), polymer network liquid crystal (PNLC), ferroelectric liquid crystal, and antiferroelectric liquid crystal. Depending on the conditions, these liquid crystal materials can exhibit a cholesteric phase, a smectic phase, a cubic phase, a chiral nematic phase, an isotropic phase, a blue phase, and the like. In addition, either positive type liquid crystal or negative type liquid crystal can be used as the liquid crystal material, and can be selected according to the mode or design to be applied.

発光デバイスとして、例えば、LED、OLED(Organic LED)、半導体レーザなどの、自発光型の発光デバイスが挙げられる。LEDとして、例えば、ミニLED、マイクロLEDなどを用いることができる。 Examples of light-emitting devices include self-emitting light-emitting devices such as LEDs, OLEDs (organic LEDs), and semiconductor lasers. Examples of LEDs that can be used include mini LEDs and micro LEDs.

発光デバイスが有する発光物質として、例えば、蛍光を発する物質(蛍光材料)、燐光を発する物質(燐光材料)、熱活性化遅延蛍光を示す物質(熱活性化遅延蛍光(Thermally Activated Delayed Fluorescence:TADF)材料)、及び無機化合物(量子ドット材料等)が挙げられる。 Examples of light-emitting materials that light-emitting devices have include fluorescent materials, phosphorescent materials, thermally activated delayed fluorescence (TADF materials), and inorganic compounds (quantum dot materials, etc.).

発光デバイスの発光色は、赤外、赤、緑、青、シアン、マゼンタ、黄、又は白などとすることができる。また、発光デバイスにマイクロキャビティ構造を付与することにより、色純度を高めることができる。 The light emitting device can emit light of infrared, red, green, blue, cyan, magenta, yellow, or white. The color purity can be increased by providing the light emitting device with a microcavity structure.

発光デバイスが有する一対の電極のうち、一方の電極は陽極として機能し、他方の電極は陰極として機能する。 Of the pair of electrodes that a light-emitting device has, one electrode functions as an anode and the other electrode functions as a cathode.

なお、本発明の一態様の表示装置は、発光デバイスが形成されている基板とは反対方向に光を射出する上面射出型(トップエミッション型)、発光デバイスが形成されている基板側に光を射出する下面射出型(ボトムエミッション型)、両面に光を射出する両面射出型(デュアルエミッション型)のいずれであってもよい。 Note that the display device of one embodiment of the present invention may be a top emission type that emits light in a direction opposite to the substrate on which the light-emitting device is formed, a bottom emission type that emits light toward the substrate on which the light-emitting device is formed, or a dual emission type that emits light on both sides.

本実施の形態では、主に、表示素子として発光デバイスを用いる場合を例に挙げて説明する。 In this embodiment, we will mainly use an example in which a light-emitting device is used as a display element.

図22(B)は、表示装置50Aを説明するブロック図である。表示装置50Aは、表示部162、及び回路部164を有する。表示部162は、周期的に配列された複数の画素230(画素230[1,1]乃至画素230[m,n]。m及びnは、それぞれ、独立に2以上の整数)を有する。回路部164は、第1駆動回路部231及び第2駆動回路部232を有する。 Figure 22 (B) is a block diagram illustrating the display device 50A. The display device 50A has a display unit 162 and a circuit unit 164. The display unit 162 has a plurality of periodically arranged pixels 230 (pixels 230[1,1] to 230[m,n], where m and n are each independently an integer of 2 or more). The circuit unit 164 has a first driver circuit unit 231 and a second driver circuit unit 232.

第1駆動回路部231に含まれる回路は、例えば、走査線駆動回路として機能する。第2駆動回路部232に含まれる回路は、例えば、信号線駆動回路として機能する。なお、表示部162を挟んで第1駆動回路部231と向き合う位置に、何らかの回路を設けてもよい。表示部162を挟んで第2駆動回路部232と向き合う位置に、何らかの回路を設けてもよい。 The circuit included in the first drive circuit unit 231 functions, for example, as a scanning line drive circuit. The circuit included in the second drive circuit unit 232 functions, for example, as a signal line drive circuit. Note that some kind of circuit may be provided at a position facing the first drive circuit unit 231 across the display unit 162. Some kind of circuit may be provided at a position facing the second drive circuit unit 232 across the display unit 162.

回路部164には、シフトレジスタ回路、レベルシフタ回路、インバータ回路、ラッチ回路、アナログスイッチ回路、デマルチプレクサ回路、及び論理回路の様々な回路を用いることができる。回路部164には、トランジスタ及び容量素子等を用いることができる。回路部164が有するトランジスタを、画素230に含まれるトランジスタと同じ工程で形成してもよい。 The circuit portion 164 may include various circuits such as a shift register circuit, a level shifter circuit, an inverter circuit, a latch circuit, an analog switch circuit, a demultiplexer circuit, and a logic circuit. The circuit portion 164 may include transistors, capacitor elements, and the like. The transistors included in the circuit portion 164 may be formed in the same process as the transistors included in the pixel 230.

表示装置50Aは、各々が略平行に配設され、かつ、第1駆動回路部231に含まれる回路によって電位が制御される配線236と、各々が略平行に配設され、かつ、第2駆動回路部232に含まれる回路によって電位が制御される配線238と、を有する。なお、図22(B)では、画素230に配線236と配線238が接続している例を示している。ただし、配線236と配線238は一例であり、画素230と接続する配線は、配線236と配線238に限らない。 The display device 50A has wirings 236 that are arranged substantially parallel to each other and whose potential is controlled by a circuit included in the first drive circuit unit 231, and wirings 238 that are arranged substantially parallel to each other and whose potential is controlled by a circuit included in the second drive circuit unit 232. Note that FIG. 22B shows an example in which wirings 236 and 238 are connected to pixel 230. However, wirings 236 and 238 are just an example, and wirings connected to pixel 230 are not limited to wirings 236 and 238.

本発明の一態様である半導体装置は、サブミクロンサイズのチャネル長を有し、オン電流が大きいVFETと、チャネル長が長く、飽和性が高いVLFETと、を一部の工程を共通にして形成することができる。これらのトランジスタのチャネル形成領域には、酸化物半導体(OS)を好適に用いることができ、オフ電流が小さいトランジスタとすることができる。本発明の一態様である半導体装置は、表示部162及び回路部164の一方又は双方に好適に用いることができる。また、本発明の一態様である半導体装置を表示部162及び回路部164の双方に用いる、つまり表示装置が有するトランジスタの全てをOSトランジスタとすることもできる。このように表示装置が有するトランジスタの全てをOSトランジスタとすることで、製造コストを低く抑えることができるといった効果を奏する。 In the semiconductor device according to one embodiment of the present invention, a VFET having a channel length of submicron size and a large on-current and a VLFET having a long channel length and high saturation can be formed by using some common steps. An oxide semiconductor (OS) can be preferably used for the channel formation region of these transistors, and the transistors can have a small off-current. The semiconductor device according to one embodiment of the present invention can be preferably used for one or both of the display portion 162 and the circuit portion 164. In addition, the semiconductor device according to one embodiment of the present invention can be used for both the display portion 162 and the circuit portion 164, that is, all the transistors included in the display device can be OS transistors. By using OS transistors for all the transistors included in the display device in this way, it is possible to achieve an effect of reducing manufacturing costs.

<構成例2>
回路部164に用いることができる回路として、ラッチ回路を例に挙げて構成例を説明する。
<Configuration Example 2>
As a circuit that can be used for the circuit portion 164, a latch circuit will be taken as an example to describe a configuration example.

図23(A)は、ラッチ回路LATの構成例を示す回路図である。図23(A)に示すラッチ回路LATは、トランジスタTr31と、トランジスタTr33と、トランジスタTr35と、トランジスタTr36と、容量素子C31と、インバータ回路INVと、を有する。図23(A)において、トランジスタTr33のソース又はドレインの一方と、トランジスタTr35のゲートと、容量素子C31の一方の電極と、が電気的に接続されるノードをノードNとする。 Figure 23 (A) is a circuit diagram showing an example of the configuration of a latch circuit LAT. The latch circuit LAT shown in Figure 23 (A) has transistors Tr31, Tr33, Tr35, Tr36, a capacitance element C31, and an inverter circuit INV. In Figure 23 (A), the node to which one of the source or drain of transistor Tr33, the gate of transistor Tr35, and one electrode of the capacitance element C31 are electrically connected is referred to as node N.

図23(A)に示すラッチ回路LATにおいて、端子SMPに高電位の信号を入力すると、トランジスタTr33がオン状態となる。これにより、ノードNの電位が、端子ROUTの電位に対応する電位となり、端子ROUTからラッチ回路LATに入力される信号に対応するデータが、ラッチ回路LATに書き込まれる。ラッチ回路LATにデータを書き込んだ後、端子SMPの電位を低電位とすると、トランジスタTr33がオフ状態となる。これにより、ノードNの電位が保持され、ラッチ回路LATに書き込まれたデータが保持される。具体的には、例えば、ノードNの電位が低電位である場合は、ラッチ回路LATに値が“0”のデータが保持されているとし、ノードNの電位が高電位である場合は、ラッチ回路LATに値が“1”のデータが保持されているとすることができる。 In the latch circuit LAT shown in FIG. 23A, when a high potential signal is input to the terminal SMP, the transistor Tr33 is turned on. As a result, the potential of the node N becomes a potential corresponding to the potential of the terminal ROUT, and data corresponding to the signal input from the terminal ROUT to the latch circuit LAT is written to the latch circuit LAT. After the data is written to the latch circuit LAT, when the potential of the terminal SMP is set to a low potential, the transistor Tr33 is turned off. As a result, the potential of the node N is held, and the data written to the latch circuit LAT is held. Specifically, for example, when the potential of the node N is low, data with a value of "0" is held in the latch circuit LAT, and when the potential of the node N is high, data with a value of "1" is held in the latch circuit LAT.

トランジスタTr33には、オフ電流が小さいトランジスタを用いることが好ましい。トランジスタTr33には、OSトランジスタを好適に用いることができる。これにより、ラッチ回路LATは、データを長期間保持することができる。よって、ラッチ回路LATへのデータの再書き込みの頻度を低くすることができる。 It is preferable to use a transistor with a small off-state current for the transistor Tr33. An OS transistor can be suitably used for the transistor Tr33. This allows the latch circuit LAT to retain data for a long period of time. This reduces the frequency with which data is rewritten to the latch circuit LAT.

本明細書等において、端子SP2から入力される信号が端子LINに出力されるようなデータをラッチ回路LATに書き込むことを、単に「ラッチ回路LATにデータを書き込む。」という場合がある。つまり、例えば値が“1”のデータをラッチ回路LATに書き込むことを、単に「ラッチ回路LATにデータを書き込む。」という場合がある。 In this specification, writing data to the latch circuit LAT such that the signal input from terminal SP2 is output to terminal LIN may be simply referred to as "writing data to the latch circuit LAT." In other words, writing data with a value of "1" to the latch circuit LAT may be simply referred to as "writing data to the latch circuit LAT."

ラッチ回路LATに、本発明の一態様に係る半導体装置を好適に用いることができる。例えば、トランジスタTr31、トランジスタTr33、トランジスタTr35、及びトランジスタTr36の一又は複数に、図7(B)等に示すトランジスタ100又はトランジスタ200を適用することができる。 A semiconductor device according to one embodiment of the present invention can be preferably used for the latch circuit LAT. For example, the transistor 100 or the transistor 200 shown in FIG. 7B or the like can be used for one or more of the transistors Tr31, Tr33, Tr35, and Tr36.

インバータ回路INVの構成例を、図23(B)に示す。インバータ回路INVは、トランジスタTr41と、トランジスタTr43と、トランジスタTr45と、トランジスタTr47と、容量素子C41と、を有する。 A configuration example of the inverter circuit INV is shown in FIG. 23(B). The inverter circuit INV has transistors Tr41, Tr43, Tr45, Tr47, and a capacitance element C41.

ラッチ回路LATを図23(A)に示す構成とし、インバータ回路INVを図23(B)に示す構成とすることにより、ラッチ回路LATが有するトランジスタを、全て同一の極性のトランジスタとすることができ、例えば、nチャネル型トランジスタとすることができる。これにより、例えばトランジスタTr33の他、トランジスタTr31、トランジスタTr35、トランジスタTr36、トランジスタTr41、トランジスタTr43、トランジスタTr45、及びトランジスタTr47を、OSトランジスタとすることができる。よって、ラッチ回路LATが有するトランジスタを全て同じ工程で作製することができる。 By configuring the latch circuit LAT as shown in FIG. 23(A) and the inverter circuit INV as shown in FIG. 23(B), all the transistors in the latch circuit LAT can be transistors of the same polarity, for example, n-channel transistors. As a result, for example, in addition to transistor Tr33, transistors Tr31, Tr35, Tr36, Tr41, Tr43, Tr45, and Tr47 can be OS transistors. Therefore, all the transistors in the latch circuit LAT can be manufactured in the same process.

インバータ回路INVに、本発明の一態様に係る半導体装置を好適に用いることができる。例えば、トランジスタTr41、トランジスタTr43、トランジスタTr45、及びトランジスタTr47の一又は複数に、図7(B)等に示すトランジスタ100又はトランジスタ200を適用することができる。 A semiconductor device according to one embodiment of the present invention can be preferably used for the inverter circuit INV. For example, the transistor 100 or the transistor 200 shown in FIG. 7B or the like can be used for one or more of the transistors Tr41, Tr43, Tr45, and Tr47.

高い飽和性を求められるトランジスタに、トランジスタ20及びトランジスタ200の一種又は複数種を好適に用いることができる。さらに、トランジスタ100を用いることにより、占有面積を縮小することができ、狭額縁の表示装置とすることができる。また、大きいオン電流が求められるトランジスタに、トランジスタ100を好適に用いることができる。これにより、高い性能の表示装置とすることができる。 For transistors that require high saturation, one or more of the transistors 20 and 200 can be preferably used. Furthermore, by using the transistor 100, the occupied area can be reduced, and a display device with a narrow frame can be obtained. Furthermore, the transistor 100 can be preferably used for transistors that require a large on-current. This allows a display device with high performance to be obtained.

<構成例3>
画素230の構成例を、図24(A)に示す。画素230は、画素回路51及び発光デバイス61を有する。
<Configuration Example 3>
24A shows a configuration example of a pixel 230. The pixel 230 includes a pixel circuit 51 and a light-emitting device 61.

図24(A)に示す画素回路51は、トランジスタ52A、トランジスタ52B、及び容量素子53を有する2Tr1C型の画素回路である。なお、本発明の一態様の表示装置に適用することができる画素回路は、特に限定されない。 The pixel circuit 51 shown in FIG. 24A is a 2Tr1C type pixel circuit having a transistor 52A, a transistor 52B, and a capacitor 53. Note that there is no particular limitation on the pixel circuit that can be applied to the display device of one embodiment of the present invention.

発光デバイス61のアノードは、トランジスタ52Bのソース又はドレインの一方、及び、容量素子53の一方の電極と電気的に接続される。トランジスタ52Bのソース又はドレインの他方は、配線ANOと電気的に接続される。トランジスタ52Bのゲートは、トランジスタ52Aのソース又はドレインの一方、及び、容量素子53の他方の電極と電気的に接続される。トランジスタ52Aのソース又はドレインの他方は、配線GLと電気的に接続される。トランジスタ52Aのゲートは、配線GLと電気的に接続される。発光デバイス61のカソードは、配線VCOMと電気的に接続される。 The anode of the light-emitting device 61 is electrically connected to one of the source or drain of the transistor 52B and one electrode of the capacitance element 53. The other of the source or drain of the transistor 52B is electrically connected to the wiring ANO. The gate of the transistor 52B is electrically connected to one of the source or drain of the transistor 52A and the other electrode of the capacitance element 53. The other of the source or drain of the transistor 52A is electrically connected to the wiring GL. The gate of the transistor 52A is electrically connected to the wiring GL. The cathode of the light-emitting device 61 is electrically connected to the wiring VCOM.

配線GLは配線236に相当し、配線SLは配線238に相当する。配線VCOMは、発光デバイス61に電流を供給するための電位を与える配線である。トランジスタ52Aは、配線GLの電位に基づいて、配線SLとトランジスタ52Bのゲート間の導通状態又は非導通状態を制御する機能を有する。例えば、配線ANOにはVDDが供給され、配線VCOMにはVSSが供給される。 The wiring GL corresponds to the wiring 236, and the wiring SL corresponds to the wiring 238. The wiring VCOM is a wiring that provides a potential for supplying a current to the light-emitting device 61. The transistor 52A has a function of controlling the conductive state or non-conductive state between the wiring SL and the gate of the transistor 52B based on the potential of the wiring GL. For example, VDD is supplied to the wiring ANO, and VSS is supplied to the wiring VCOM.

トランジスタ52Bは、発光デバイス61に流れる電流量を制御する機能を有する。容量素子53は、トランジスタ52Bのゲート電位を保持する機能を有する。発光デバイス61が射出する光の強度は、トランジスタ52Bのゲートに供給される画像信号に応じて制御される。 Transistor 52B has a function of controlling the amount of current flowing through light-emitting device 61. Capacitive element 53 has a function of holding the gate potential of transistor 52B. The intensity of the light emitted by light-emitting device 61 is controlled according to an image signal supplied to the gate of transistor 52B.

画素回路51に含まれるトランジスタの一部又は全部に、バックゲートを設けてもよい。図24(A)に示す画素回路51は、トランジスタ52Bがバックゲートを有し、当該バックゲートが、トランジスタ52Bのソース又はドレインの一方と電気的に接続される構成を示している。なお、トランジスタ52Bのバックゲートが、トランジスタ52Bのゲートと電気的に接続される構成としてもよい。 A backgate may be provided for some or all of the transistors included in the pixel circuit 51. The pixel circuit 51 shown in FIG. 24(A) shows a configuration in which the transistor 52B has a backgate, and the backgate is electrically connected to one of the source or drain of the transistor 52B. Note that the backgate of the transistor 52B may be electrically connected to the gate of the transistor 52B.

画素回路51に、前述の半導体装置を好適に用いることができる。画素230の選択状態を制御するための選択トランジスタとして機能するトランジスタ52Aと比較して、発光デバイス61に流れる電流を制御する駆動トランジスタとして機能するトランジスタ52Bは、飽和性が高いことが好ましい。トランジスタ52Bに、チャネル長の長いトランジスタ20及びトランジスタ200の一種を適用することで、信頼性の高い表示装置とすることができる。また、トランジスタ52Aに、トランジスタ100を適用することで、画素回路51Aの占有面積を縮小することができ、高精細の表示装置とすることができる。 The above-mentioned semiconductor device can be suitably used in the pixel circuit 51. Compared with the transistor 52A that functions as a selection transistor for controlling the selection state of the pixel 230, the transistor 52B that functions as a drive transistor for controlling the current flowing through the light-emitting device 61 preferably has high saturation. By applying one of the transistors 20 and 200, which have a long channel length, to the transistor 52B, a highly reliable display device can be obtained. In addition, by applying the transistor 100 to the transistor 52A, the area occupied by the pixel circuit 51A can be reduced, resulting in a high-definition display device.

なお、トランジスタ52Bにも、トランジスタ100を適用してもよい。トランジスタ52Bに、チャネル長の短いトランジスタを適用することにより、輝度の高い表示装置とすることができる。また、画素回路51の占有面積を縮小することができ、高精細の表示装置とすることができる。 Note that the transistor 100 may also be used as the transistor 52B. By using a transistor with a short channel length as the transistor 52B, a display device with high brightness can be obtained. In addition, the area occupied by the pixel circuit 51 can be reduced, and a high-definition display device can be obtained.

図24(A)に示す画素230と異なる構成例を、図24(B)に示す。画素230は、画素回路51A及び発光デバイス61を有する。 Figure 24 (B) shows an example of a configuration different from that of the pixel 230 shown in Figure 24 (A). The pixel 230 has a pixel circuit 51A and a light-emitting device 61.

図24(B)に示す画素回路51Aは、トランジスタ52Cを有する点で、図24(A)に示す画素回路51と主に異なる。画素回路51Aは、トランジスタ52A、トランジスタ52B、トランジスタ52C、及び容量素子53を有する3Tr1C型の画素回路である。 The pixel circuit 51A shown in FIG. 24(B) differs from the pixel circuit 51 shown in FIG. 24(A) mainly in that it has a transistor 52C. The pixel circuit 51A is a 3Tr1C type pixel circuit having a transistor 52A, a transistor 52B, a transistor 52C, and a capacitance element 53.

トランジスタ52Cのソース又はドレインの一方は、トランジスタ52Bのソース又はドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ52Cのソース又はドレインの他方は、配線V0と電気的に接続される。例えば、配線V0には、基準電位が供給される。トランジスタ52Cのゲートは、配線GLと電気的に接続される。 One of the source or drain of transistor 52C is electrically connected to one of the source or drain of transistor 52B. The other of the source or drain of transistor 52C is electrically connected to wiring V0. For example, a reference potential is supplied to wiring V0. The gate of transistor 52C is electrically connected to wiring GL.

トランジスタ52Cは、配線GLの電位に基づいて、トランジスタ52Bのソース電極又はドレイン電極の一方と配線V0間の導通状態又は非導通状態を制御する機能を有する。トランジスタ52Cを介して与えられる配線V0の基準電位によって、トランジスタ52Bのゲート-ソース間電圧のばらつきを抑制することができる。 Transistor 52C has a function of controlling the conductive or non-conductive state between one of the source electrode or drain electrode of transistor 52B and wiring V0 based on the potential of wiring GL. The reference potential of wiring V0 provided via transistor 52C can suppress variations in the gate-source voltage of transistor 52B.

配線V0を用いて、画素パラメータの設定に用いることのできる電流値を取得することができる。具体的には、配線V0は、トランジスタ52Bに流れる電流、又は、発光デバイス61に流れる電流を、外部に出力するためのモニタ線として機能させることができる。配線V0に出力された電流は、ソースフォロア回路により電圧に変換され、外部に出力することができる。又は、ADコンバータによりデジタル信号に変換され、外部に出力することができる。 The wiring V0 can be used to obtain a current value that can be used to set pixel parameters. Specifically, the wiring V0 can function as a monitor line for outputting the current flowing through the transistor 52B or the current flowing through the light-emitting device 61 to the outside. The current output to the wiring V0 can be converted to a voltage by a source follower circuit and output to the outside, or converted to a digital signal by an AD converter and output to the outside.

画素回路51Aに、前述の半導体装置を好適に用いることができる。トランジスタ52Bに、チャネル長の長いトランジスタ20及びトランジスタ200の一種を適用することで、信頼性の高い表示装置とすることができる。また、トランジスタ52A及びトランジスタ52Cに、トランジスタ100を適用することで、画素回路51Aの占有面積を縮小することができ、高精細の表示装置とすることができる。なお、トランジスタ52Bにも、トランジスタ100を適用してもよい。 The above-mentioned semiconductor device can be suitably used for the pixel circuit 51A. By applying one of the transistors 20 and 200, which have a long channel length, to the transistor 52B, a highly reliable display device can be obtained. In addition, by applying the transistor 100 to the transistors 52A and 52C, the area occupied by the pixel circuit 51A can be reduced, and a high-definition display device can be obtained. Note that the transistor 100 may also be applied to the transistor 52B.

画素回路51の構成例を、図24(C)に示す。図24(C)は、画素回路51の断面図である。図24(C)は、トランジスタ52A、トランジスタ52B、及び発光デバイス61が有する画素電極を抜粋して示している。なお、トランジスタ52Aとトランジスタ52Bの電気的な接続を省略している。 A configuration example of pixel circuit 51 is shown in FIG. 24(C). FIG. 24(C) is a cross-sectional view of pixel circuit 51. FIG. 24(C) shows an excerpt of transistor 52A, transistor 52B, and pixel electrode of light-emitting device 61. Note that the electrical connection between transistor 52A and transistor 52B is omitted.

トランジスタ52Aは、導電層104と、絶縁層106と、半導体層108と、導電層112aと、導電層112bと、を有する。トランジスタ52Bは、絶縁層106と、半導体層208と、導電層204と、導電層212aと、導電層212bと、を有する。トランジスタ52A及びトランジスタ52Bについては、前述の記載を参照することができるため、詳細な説明は省略する。 Transistor 52A has a conductive layer 104, an insulating layer 106, a semiconductor layer 108, a conductive layer 112a, and a conductive layer 112b. Transistor 52B has an insulating layer 106, a semiconductor layer 208, a conductive layer 204, a conductive layer 212a, and a conductive layer 212b. The above description can be referred to for transistors 52A and 52B, so detailed description is omitted.

トランジスタ52A及びトランジスタ52Bは、絶縁層102上に設けられる。トランジスタ52A、トランジスタ52B、及び容量素子53を覆うように絶縁層195が設けられ、絶縁層195を覆うように絶縁層233が設けられ、絶縁層233を覆うように絶縁層235が設けられる。絶縁層235上に、発光デバイス61を設けることができる。図24(C)には、発光デバイス61の一方の電極として機能する画素電極111を示している。絶縁層195、絶縁層233、絶縁層110a、絶縁層110b、及び絶縁層110cは、導電層212bに達する第1の開口を有し、第1の開口を覆うように導電層234が設けられる。導電層234は、第1の開口を介して、導電層212bと電気的に接続される。絶縁層235は、導電層234に達する第2の開口を有し、第2の開口を覆うように画素電極111が設けられる。画素電極111は、第2の開口を介して、導電層234と電気的に接続される。絶縁層195は、前述の記載を参照することができるため、詳細な説明は省略する。絶縁層233及び絶縁層235は、トランジスタ52A、トランジスタ52B、及びトランジスタ52Cに起因する凹凸を小さくし、発光デバイス61の被形成面をより平坦にする機能を有する。なお、本明細書等において、絶縁層233及び絶縁層235を、それぞれ、平坦化層と記す場合がある。 The transistor 52A and the transistor 52B are provided on the insulating layer 102. An insulating layer 195 is provided to cover the transistor 52A, the transistor 52B, and the capacitor 53, an insulating layer 233 is provided to cover the insulating layer 195, and an insulating layer 235 is provided to cover the insulating layer 233. A light-emitting device 61 can be provided on the insulating layer 235. FIG. 24C shows a pixel electrode 111 that functions as one electrode of the light-emitting device 61. The insulating layer 195, the insulating layer 233, the insulating layer 110a, the insulating layer 110b, and the insulating layer 110c have a first opening that reaches the conductive layer 212b, and a conductive layer 234 is provided to cover the first opening. The conductive layer 234 is electrically connected to the conductive layer 212b through the first opening. The insulating layer 235 has a second opening that reaches the conductive layer 234, and the pixel electrode 111 is provided to cover the second opening. The pixel electrode 111 is electrically connected to the conductive layer 234 through the second opening. The insulating layer 195 can be described in the above, so detailed description is omitted. The insulating layer 233 and the insulating layer 235 have the function of reducing unevenness caused by the transistors 52A, 52B, and 52C, and making the surface on which the light-emitting device 61 is formed more flat. Note that in this specification and the like, the insulating layer 233 and the insulating layer 235 may each be referred to as a planarization layer.

絶縁層233及び絶縁層235には、それぞれ、有機絶縁膜を用いることが好適である。有機絶縁膜に用いることができる材料として、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、シロキサン樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、フェノール樹脂、及び、これら樹脂の前駆体等が挙げられる。絶縁層235を、有機絶縁膜と、無機絶縁膜と、の積層構造にしてもよい。絶縁層235を、有機絶縁膜と、当該有機絶縁膜上の無機絶縁膜と、の積層構造にすることが好ましい。これにより、無機絶縁膜は、発光デバイス61を形成する際のエッチング保護層として機能することができる。具体的には、画素電極111の形成時に絶縁層235の一部がエッチングされ、絶縁層235に凹部が形成されることを抑制することができる。又は、絶縁層235には、画素電極111の形成時に、凹部が設けられてもよい。同様に、絶縁層233を、有機絶縁膜と、無機絶縁膜と、の積層構造にしてもよい。 It is preferable to use an organic insulating film for each of the insulating layers 233 and 235. Examples of materials that can be used for the organic insulating film include acrylic resin, polyimide resin, epoxy resin, polyamide resin, polyimideamide resin, siloxane resin, benzocyclobutene resin, phenol resin, and precursors of these resins. The insulating layer 235 may have a laminated structure of an organic insulating film and an inorganic insulating film. It is preferable to use a laminated structure of an organic insulating film and an inorganic insulating film on the organic insulating film. This allows the inorganic insulating film to function as an etching protection layer when forming the light-emitting device 61. Specifically, it is possible to prevent a part of the insulating layer 235 from being etched when the pixel electrode 111 is formed, and a recess from being formed in the insulating layer 235. Alternatively, a recess may be provided in the insulating layer 235 when the pixel electrode 111 is formed. Similarly, the insulating layer 233 may have a laminated structure of an organic insulating film and an inorganic insulating film.

<構成例4>
前述と異なる構成例を、図25に示す。表示装置50Bは、基板310上に画素回路、駆動回路などが設けられた構成となっている。表示装置50Bは、素子層71、素子層73、素子層75、及び配線層77を有する。配線層77は、配線が設けられる層である。
<Configuration Example 4>
25 shows an example of a configuration different from the above. The display device 50B has a configuration in which a pixel circuit, a driver circuit, and the like are provided on a substrate 310. The display device 50B has an element layer 71, an element layer 73, an element layer 75, and a wiring layer 77. The wiring layer 77 is a layer in which wirings are provided.

素子層71は、基板310を有し、基板310上には、トランジスタ300が形成されている。また、トランジスタ300の上方には、配線層77が設けられており、配線層77には、トランジスタ300、トランジスタMTCK、発光デバイス130R、発光デバイス130G、及び発光デバイス130Bを電気的に接続する配線が設けられている。また、配線層77の上方には、素子層73及び素子層75が設けられており、素子層73は、トランジスタMTCKなどを有する。素子層75は、発光デバイス130(図25では、発光デバイス130R、発光デバイス130G、及び発光デバイス130B)などを有する。 The element layer 71 has a substrate 310, and a transistor 300 is formed on the substrate 310. A wiring layer 77 is provided above the transistor 300, and wiring is provided in the wiring layer 77 to electrically connect the transistor 300, the transistor MTCK, the light-emitting device 130R, the light-emitting device 130G, and the light-emitting device 130B. An element layer 73 and an element layer 75 are provided above the wiring layer 77, and the element layer 73 has the transistor MTCK and the like. The element layer 75 has the light-emitting device 130 (in FIG. 25, the light-emitting device 130R, the light-emitting device 130G, and the light-emitting device 130B) and the like.

トランジスタ300は、素子層71に含まれるトランジスタとすることができる。また、トランジスタMTCKは、素子層73に含まれるトランジスタとすることができる。また、発光デバイス130は、素子層75に含まれる発光デバイスとすることができる。 The transistor 300 may be a transistor included in the element layer 71. The transistor MTCK may be a transistor included in the element layer 73. The light-emitting device 130 may be a light-emitting device included in the element layer 75.

基板310には、例えば、半導体基板(例えば、シリコン又はゲルマニウムを材料とした単結晶基板)を用いることができる。また、基板310には、半導体基板以外として、例えば、SOI(Silicon On Insulator)基板、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、サファイアガラス基板、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、又は基材フィルムを用いることができる。なお、本実施の形態では、基板310は、シリコンを材料として有する半導体基板として説明する。そのため、素子層71に含まれるトランジスタは、Siトランジスタとすることができる。 For example, a semiconductor substrate (for example, a single crystal substrate made of silicon or germanium) can be used for the substrate 310. In addition to a semiconductor substrate, for example, a silicon-on-insulator (SOI) substrate, a glass substrate, a quartz substrate, a plastic substrate, a sapphire glass substrate, a metal substrate, a stainless steel substrate, a substrate having stainless steel foil, a tungsten substrate, a substrate having tungsten foil, a flexible substrate, a laminated film, paper containing a fibrous material, or a base film can be used for the substrate 310. In this embodiment, the substrate 310 is described as a semiconductor substrate having silicon as a material. Therefore, the transistor included in the element layer 71 can be a Si transistor.

トランジスタ300は、素子分離層312と、導電層316と、絶縁層315と、絶縁層317と、基板310の一部からなる半導体領域313と、ソース領域又はドレイン領域として機能する低抵抗領域314a及び低抵抗領域314bと、を有する。このため、トランジスタ300は、Siトランジスタとなっている。なお、図25では、トランジスタ300のソース又はドレインの一方が、後述する導電層328を介して、後述する導電層330、導電層356、及び導電層514に電気的に接続されている構成を示しているが、本発明の一態様の表示装置の電気的な接続構成は、これに限定されない。本発明の一態様の表示装置は、例えば、トランジスタ300のゲートが、導電層328を介して、導電層514に電気的に接続されている構成としてもよい。 The transistor 300 has an element isolation layer 312, a conductive layer 316, an insulating layer 315, an insulating layer 317, a semiconductor region 313 formed of a part of the substrate 310, and a low resistance region 314a and a low resistance region 314b functioning as a source region or a drain region. Therefore, the transistor 300 is a Si transistor. Note that FIG. 25 shows a configuration in which one of the source and drain of the transistor 300 is electrically connected to a conductive layer 330, a conductive layer 356, and a conductive layer 514 described later through a conductive layer 328 described later, but the electrical connection configuration of the display device of one embodiment of the present invention is not limited to this. The display device of one embodiment of the present invention may have a configuration in which, for example, the gate of the transistor 300 is electrically connected to the conductive layer 514 through the conductive layer 328.

トランジスタ300は、例えば、半導体領域313の上面及びチャネル幅方向の側面が、ゲート絶縁層として機能する絶縁層315を介して、導電層316に覆う構成にすることによって、Fin型にすることができる。トランジスタ300をFin型にすることにより、実効上のチャネル幅が増大することができ、トランジスタ300のオン特性を向上させることができる。また、ゲート電極の電界の寄与を高くすることができるため、トランジスタ300のオフ特性を向上させることができる。また、トランジスタ300は、Fin型でなくプレーナ型としてもよい。 The transistor 300 can be made into a Fin type by, for example, covering the upper surface and the side surface in the channel width direction of the semiconductor region 313 with the conductive layer 316 via the insulating layer 315 that functions as a gate insulating layer. By making the transistor 300 into a Fin type, the effective channel width can be increased, and the on characteristics of the transistor 300 can be improved. In addition, the contribution of the electric field of the gate electrode can be increased, and therefore the off characteristics of the transistor 300 can be improved. The transistor 300 may be a planar type instead of a Fin type.

なお、トランジスタ300は、pチャネル型、あるいはnチャネル型のいずれでもよい。又はトランジスタ300を複数設け、pチャネル型、及びnチャネル型の双方を用いてもよい。 The transistor 300 may be either a p-channel type or an n-channel type. Alternatively, multiple transistors 300 may be provided, and both p-channel and n-channel types may be used.

半導体領域313のチャネルが形成される領域と、その近傍の領域と、ソース領域又はドレイン領域となる低抵抗領域314a及び低抵抗領域314bと、には、シリコン系半導体を含むことが好ましく、具体的には、単結晶シリコンを含むことが好ましい。又は、上述した各領域は、例えば、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ヒ化アルミニウムガリウム、又は窒化ガリウムを用いて形成されてもよい。結晶格子に応力を与え、格子間隔を変化させることで有効質量を制御したシリコンを用いた構成としてもよい。又は、トランジスタ300は、例えば、ヒ化ガリウムとヒ化アルミニウムガリウムを用いたHEMT(High Electron Mobility Transistor)としてもよい。 The region in which the channel of the semiconductor region 313 is formed, the region nearby, and the low resistance region 314a and low resistance region 314b that become the source region or drain region preferably contain a silicon-based semiconductor, specifically, single crystal silicon. Alternatively, each of the above-mentioned regions may be formed using, for example, germanium, silicon germanium, gallium arsenide, aluminum gallium arsenide, or gallium nitride. A configuration using silicon in which the effective mass is controlled by applying stress to the crystal lattice and changing the lattice spacing may be used. Alternatively, the transistor 300 may be, for example, a HEMT (High Electron Mobility Transistor) using gallium arsenide and aluminum gallium arsenide.

ゲート電極として機能する導電層316には、ヒ素、又はリンといったn型の導電性を付与する元素、若しくは、ホウ又はアルミニウムといったp型の導電性を付与する元素を含むシリコンなどの半導体材料を用いることができる。又は、導電層316には、例えば、金属材料、合金材料、又は金属酸化物材料といった導電性材料を用いることができる。 The conductive layer 316 functioning as the gate electrode can be made of a semiconductor material such as silicon containing an element that imparts n-type conductivity, such as arsenic or phosphorus, or an element that imparts p-type conductivity, such as boron or aluminum. Alternatively, the conductive layer 316 can be made of a conductive material such as a metal material, an alloy material, or a metal oxide material.

なお、導電体の材料によって仕事関数が決まるため、当該導電体の材料を選択することで、トランジスタのしきい値電圧を調整することができる。具体的には、導電体に窒化チタン及び窒化タンタルの一方又は双方の材料を用いることが好ましい。さらに、導電性と埋め込み性を両立するために導電体に、タングステン及びアルミニウムの一方又は双方の金属材料を積層として用いることが好ましく、特に、タングステンを用いることが耐熱性の点で好ましい。 Note that since the work function is determined by the material of the conductor, the threshold voltage of the transistor can be adjusted by selecting the material of the conductor. Specifically, it is preferable to use one or both of titanium nitride and tantalum nitride as the conductor. Furthermore, in order to achieve both conductivity and embeddability, it is preferable to use one or both of tungsten and aluminum as a laminated material for the conductor, and in particular, it is preferable to use tungsten in terms of heat resistance.

素子分離層312は、基板310上に形成されている複数のトランジスタ同士を分離するために設けられている。素子分離層は、例えば、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)法、STI(Shallow Trench Isolation)法、又はメサ分離法を用いて形成することができる。 The element isolation layer 312 is provided to isolate the multiple transistors formed on the substrate 310 from each other. The element isolation layer can be formed, for example, by using a local oxidation of silicon (LOCOS) method, a shallow trench isolation (STI) method, or a mesa isolation method.

図25に示すトランジスタ300上には、絶縁層320及び絶縁層322が、基板310側から順に積層して設けられている。 On the transistor 300 shown in FIG. 25, an insulating layer 320 and an insulating layer 322 are stacked in this order from the substrate 310 side.

絶縁層320及び絶縁層322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、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、及び窒化アルミニウムから選ばれた一以上を用いればよい。 For example, one or more materials selected from silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, aluminum oxide, aluminum oxynitride, aluminum nitride oxide, and aluminum nitride may be used as insulating layer 320 and insulating layer 322.

絶縁層322は、絶縁層320及び絶縁層322に覆われているトランジスタ300などによって生じる段差を平坦化する平坦化膜としての機能を有していてもよい。例えば、絶縁層322の上面は、平坦性を高めるためにCMP法を用いた平坦化処理により平坦化されていてもよい。 The insulating layer 322 may function as a planarizing film that flattens steps caused by the insulating layer 320 and the transistor 300 covered by the insulating layer 322. For example, the top surface of the insulating layer 322 may be planarized by a planarization process using a CMP method to improve flatness.

絶縁層320及び絶縁層322には、絶縁層322より上方に設けられているトランジスタMTCKなどと接続する導電層328が埋め込まれている。なお、導電層328は、プラグ又は配線としての機能を有する。このため、導電層328には、導電層MPGに適用することができる材料を用いることができる。 A conductive layer 328 is embedded in the insulating layer 320 and the insulating layer 322, and connects to the transistor MTCK and the like that are provided above the insulating layer 322. The conductive layer 328 functions as a plug or wiring. For this reason, the conductive layer 328 can be made of a material that can be applied to the conductive layer MPG.

表示装置50Bでは、トランジスタ300上に配線層77が設けられている。配線層77は、例えば、絶縁層324と、絶縁層326と、導電層330と、絶縁層350と、絶縁層352と、絶縁層354と、導電層356と、を有する。 In the display device 50B, a wiring layer 77 is provided on the transistor 300. The wiring layer 77 includes, for example, an insulating layer 324, an insulating layer 326, a conductive layer 330, an insulating layer 350, an insulating layer 352, an insulating layer 354, and a conductive layer 356.

絶縁層322上及び導電層328上には、絶縁層324と、絶縁層326と、が順に積層して設けられている。また、導電層328に重なる領域において、絶縁層324と、絶縁層326と、には、開口が形成されている。また、当該開口には、導電層330が埋め込まれている。 An insulating layer 324 and an insulating layer 326 are laminated in this order on the insulating layer 322 and the conductive layer 328. In addition, an opening is formed in the insulating layer 324 and the insulating layer 326 in the region overlapping the conductive layer 328. Furthermore, the conductive layer 330 is embedded in the opening.

絶縁層326上、及び導電層330上には、絶縁層350と、絶縁層352と、絶縁層354と、が順に積層して設けられている。また、導電層330に重なる領域において、絶縁層350と、絶縁層352と、絶縁層354と、には、開口が形成されている。また、当該開口には、導電層356が埋め込まれている。 On the insulating layer 326 and on the conductive layer 330, insulating layers 350, 352, and 354 are laminated in this order. In addition, in the region overlapping with the conductive layer 330, openings are formed in the insulating layers 350, 352, and 354. Furthermore, the conductive layer 356 is embedded in the openings.

導電層330及び導電層356は、トランジスタ300と接続するプラグ又は配線としての機能を有する。なお、導電層330及び導電層356は、前述した導電層328又は導電層596と同様の材料を用いて設けることができる。 The conductive layer 330 and the conductive layer 356 function as a plug or wiring that connects to the transistor 300. Note that the conductive layer 330 and the conductive layer 356 can be formed using a material similar to that of the conductive layer 328 or the conductive layer 596 described above.

なお、例えば、絶縁層324及び絶縁層350は、絶縁層592と同様に、水素、酸素、及び水から選ばれた一以上に対するバリア性を有する絶縁物を用いることが好ましい。また、絶縁層326、絶縁層352、及び絶縁層354には、絶縁層594と同様に、配線間に生じる寄生容量を低減するために、比誘電率が比較的低い絶縁物を用いることが好ましい。また、絶縁層326、絶縁層352、及び絶縁層354は、層間絶縁膜及び平坦化膜としての機能を有する。また、導電層356は、水素、酸素、及び水から選ばれた一以上に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。 For example, the insulating layers 324 and 350 are preferably made of an insulator having a barrier property against one or more of hydrogen, oxygen, and water, similar to the insulating layer 592. For the insulating layers 326, 352, and 354, it is preferable to use an insulator having a relatively low dielectric constant, similar to the insulating layer 594, in order to reduce the parasitic capacitance generated between wirings. The insulating layers 326, 352, and 354 function as an interlayer insulating film and a planarizing film. The conductive layer 356 preferably includes a conductor having a barrier property against one or more of hydrogen, oxygen, and water.

なお、水素に対するバリア性を有する導電体として、例えば、窒化タンタルを用いるとよい。また、窒化タンタルと導電性が高いタングステンを積層することで、配線としての導電性を保持したまま、トランジスタ300からの水素の拡散を抑制することができる。この場合、水素に対するバリア性を有する窒化タンタル層が、水素に対するバリア性を有する絶縁層350と接する構造であることが好ましい。 For example, tantalum nitride may be used as a conductor having a barrier property against hydrogen. By stacking tantalum nitride and highly conductive tungsten, the diffusion of hydrogen from the transistor 300 can be suppressed while maintaining the conductivity of the wiring. In this case, it is preferable that the tantalum nitride layer having a barrier property against hydrogen be in contact with the insulating layer 350 having a barrier property against hydrogen.

絶縁層354及び導電層356の上方には、絶縁層512が設けられている。また、絶縁層512上には、絶縁層IS1が設けられている。また、絶縁層IS1及び絶縁層512には、プラグ又は配線として機能する導電層514が埋め込まれている。これにより、トランジスタMTCKのソース又はドレインの一方とトランジスタ300のソース又はドレインの一方とが電気的に接続される。なお、導電層514には、例えば、導電層MPGに適用することができる材料を用いることができる。 An insulating layer 512 is provided above the insulating layer 354 and the conductive layer 356. An insulating layer IS1 is provided on the insulating layer 512. A conductive layer 514 that functions as a plug or wiring is embedded in the insulating layer IS1 and the insulating layer 512. This electrically connects one of the source or drain of the transistor MTCK to one of the source or drain of the transistor 300. For example, a material that can be used for the conductive layer MPG can be used for the conductive layer 514.

絶縁層IS1上及び導電層514上には、トランジスタMTCKが設けられている。トランジスタMTCKの上方には、絶縁層IS3が形成されている。また、絶縁層IS3の下に絶縁層IS2が形成されている。また、絶縁層IS3上には、絶縁層574及び絶縁層581が、この順に積層して設けられている。また、絶縁層GI1、絶縁層IS2、絶縁層IS3、絶縁層574、及び絶縁層581には、プラグ又は配線として機能する導電層MPGが埋め込まれている。なお、トランジスタMTCKの周辺の絶縁層、導電層、及び半導体層については、実施の形態2を参照することができる。 A transistor MTCK is provided on the insulating layer IS1 and the conductive layer 514. An insulating layer IS3 is formed above the transistor MTCK. An insulating layer IS2 is formed below the insulating layer IS3. An insulating layer 574 and an insulating layer 581 are stacked in this order on the insulating layer IS3. A conductive layer MPG that functions as a plug or wiring is embedded in the insulating layer GI1, the insulating layer IS2, the insulating layer IS3, the insulating layer 574, and the insulating layer 581. Note that the insulating layers, conductive layers, and semiconductor layers around the transistor MTCK can be referred to in embodiment 2.

絶縁層574は、水及び水素(例えば、水素原子及び水素分子の一方又は双方)といった不純物の拡散を抑制する機能を有することが好ましい。つまり、絶縁層574は、当該不純物がトランジスタMTCKに混入することを抑制するバリア絶縁膜として機能することが好ましい。また、絶縁層574は、酸素(例えば、酸素原子及び酸素分子の一方又は双方)の拡散を抑制する機能を有することが好ましい。例えば、絶縁層574は、絶縁層IS2及び絶縁層IS3より酸素透過性が低いことが好ましい。 The insulating layer 574 preferably has a function of suppressing the diffusion of impurities such as water and hydrogen (e.g., hydrogen atoms and/or hydrogen molecules). In other words, the insulating layer 574 preferably functions as a barrier insulating film that suppresses the impurities from being mixed into the transistor MTCK. The insulating layer 574 also preferably has a function of suppressing the diffusion of oxygen (e.g., oxygen atoms and/or oxygen molecules). For example, the insulating layer 574 preferably has lower oxygen permeability than the insulating layer IS2 and the insulating layer IS3.

そのため、絶縁層574は、水及び水素といった不純物の拡散を抑制するバリア絶縁膜として機能することが好ましい。したがって、絶縁層574は、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子(例えば、NO、NO、及びNO)、及び銅原子といった不純物の拡散を抑制する機能を有する(上記不純物が透過しにくい)絶縁性材料を用いることが好ましい。又は、酸素(例えば、酸素原子及び酸素分子の一方又は双方)の拡散を抑制する機能を有する(上記酸素が透過しにくい)絶縁性材料を用いることが好ましい。 Therefore, the insulating layer 574 preferably functions as a barrier insulating film that suppresses the diffusion of impurities such as water and hydrogen. Therefore, the insulating layer 574 is preferably made of an insulating material that has a function of suppressing the diffusion of impurities such as hydrogen atoms, hydrogen molecules, water molecules, nitrogen atoms, nitrogen molecules, nitrogen oxide molecules (e.g., N 2 O, NO, and NO 2 ), and copper atoms (through which the above impurities are unlikely to permeate). Alternatively, it is preferable to use an insulating material that has a function of suppressing the diffusion of oxygen (e.g., one or both of oxygen atoms and oxygen molecules) (through which the above oxygen is unlikely to permeate).

水及び水素といった不純物と、酸素と、の透過を抑制する機能を有する絶縁物として、例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウム、及びタンタルから選ばれた一以上を含む絶縁物を、単層で、又は、積層で用いればよい。具体的には、水及び水素といった不純物と、酸素と、の透過を抑制する機能を有する絶縁物として、例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム、及び酸化タンタルといった金属酸化物が挙げられる。また、水及び水素といった不純物と、酸素と、の透過を抑制する機能を有する絶縁物として、例えば、アルミニウム及びハフニウムを含む酸化物(ハフニウムアルミネート)が挙げられる。また、水及び水素といった不純物と、酸素と、の透過を抑制する機能を有する絶縁物として、例えば、窒化アルミニウム、窒化アルミニウムチタン、窒化チタン、窒化酸化シリコン、及び窒化シリコンといった金属窒化物が挙げられる。 As an insulator having a function of suppressing the permeation of impurities such as water and hydrogen and oxygen, for example, an insulator containing one or more selected from boron, carbon, nitrogen, oxygen, fluorine, magnesium, aluminum, silicon, phosphorus, chlorine, argon, gallium, germanium, yttrium, zirconium, lanthanum, neodymium, hafnium, and tantalum may be used in a single layer or a laminate. Specifically, as an insulator having a function of suppressing the permeation of impurities such as water and hydrogen and oxygen, for example, metal oxides such as aluminum oxide, magnesium oxide, gallium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, neodymium oxide, hafnium oxide, and tantalum oxide can be mentioned. In addition, as an insulator having a function of suppressing the permeation of impurities such as water and hydrogen and oxygen, for example, an oxide containing aluminum and hafnium (hafnium aluminate) can be mentioned. Examples of insulators that have the function of suppressing the permeation of impurities such as water and hydrogen, and oxygen, include metal nitrides such as aluminum nitride, aluminum titanium nitride, titanium nitride, silicon oxynitride, and silicon nitride.

特に、絶縁層574には、酸化アルミニウム又は窒化シリコンを用いることが好ましい。これにより、水及び水素といった不純物が、絶縁層574の上方からトランジスタMTCKに拡散することを抑制することができる。又は、絶縁層IS3等に含まれる酸素が、絶縁層574の上方に拡散することを抑制することができる。 In particular, it is preferable to use aluminum oxide or silicon nitride for the insulating layer 574. This can prevent impurities such as water and hydrogen from diffusing from above the insulating layer 574 to the transistor MTCK. Alternatively, it can prevent oxygen contained in the insulating layer IS3, etc. from diffusing above the insulating layer 574.

絶縁層581は、層間膜として機能する膜であって、絶縁層574よりも誘電率が低いことが好ましい。誘電率が低い材料を層間膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。例えば、絶縁層581の比誘電率は、4未満が好ましく、3未満がより好ましい。また、例えば、絶縁層581の比誘電率は、絶縁層574の比誘電率の0.7倍以下が好ましく、0.6倍以下がより好ましい。絶縁層581を誘電率が低い材料を層間膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。 The insulating layer 581 is a film that functions as an interlayer film, and preferably has a lower dielectric constant than the insulating layer 574. By using a material with a low dielectric constant as the interlayer film, the parasitic capacitance occurring between wirings can be reduced. For example, the relative dielectric constant of the insulating layer 581 is preferably less than 4, and more preferably less than 3. Also, for example, the relative dielectric constant of the insulating layer 581 is preferably 0.7 times or less the relative dielectric constant of the insulating layer 574, and more preferably 0.6 times or less. By using a material with a low dielectric constant as the interlayer film for the insulating layer 581, the parasitic capacitance occurring between wirings can be reduced.

絶縁層581は、膜中の水及び水素といった不純物の濃度が低減されていることが好ましい。この場合、絶縁層581には、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、又は窒化シリコンを用いることができる。また、絶縁層581には、例えば、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素と窒素を添加した酸化シリコン、又は、空孔を有する酸化シリコンを用いることができる。特に、酸化シリコン及び酸化窒化シリコンは、熱的に安定であるため好ましい。特に、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、及び、空孔を有する酸化シリコンといった材料は、加熱により脱離する酸素を含む領域を容易に形成することができるため好ましい。また、絶縁層581には、樹脂を用いることができる。また、絶縁層581に適用することができる材料は、上述した材料を適宜組み合わせたものとしてもよい。 It is preferable that the concentration of impurities such as water and hydrogen in the insulating layer 581 is reduced. In this case, for example, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, or silicon nitride can be used for the insulating layer 581. For example, silicon oxide to which fluorine is added, silicon oxide to which carbon is added, silicon oxide to which carbon and nitrogen are added, or silicon oxide having vacancies can be used for the insulating layer 581. In particular, silicon oxide and silicon oxynitride are preferable because they are thermally stable. In particular, materials such as silicon oxide, silicon oxynitride, and silicon oxide having vacancies are preferable because they can easily form a region containing oxygen that is desorbed by heating. In addition, resin can be used for the insulating layer 581. In addition, the material that can be applied to the insulating layer 581 may be an appropriate combination of the above-mentioned materials.

絶縁層574上及び絶縁層581上には、絶縁層592、及び絶縁層594がこの順に積層して設けられている。 Insulating layer 592 and insulating layer 594 are laminated in this order on insulating layer 574 and insulating layer 581.

絶縁層592には、基板310、トランジスタMTCKから、絶縁層592より上方の領域(例えば、発光デバイス130R、発光デバイス130G、及び発光デバイス130Bなどが設けられている領域)に、水、及び水素といった不純物が拡散しないようなバリア性を有する絶縁膜(バリア性絶縁膜と呼称する。)を用いることが好ましい。したがって、絶縁層592は、水素原子、水素分子、及び水分子といった不純物の拡散を抑制する機能を有する(上記不純物が透過しにくい)絶縁性材料を用いることが好ましい。また、状況によっては、絶縁層592は、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子(例えば、NO、NO、及びNO)、及び銅原子といった不純物の拡散を抑制する機能を有する(上記酸素が透過しにくい)絶縁性材料を用いることが好ましい。又は、酸素(例えば、酸素原子及び酸素分子の一方又は双方)の拡散を抑制する機能を有することが好ましい。 For the insulating layer 592, it is preferable to use an insulating film (referred to as a barrier insulating film) having a barrier property that prevents impurities such as water and hydrogen from diffusing from the substrate 310 and the transistor MTCK to a region above the insulating layer 592 (for example, a region where the light-emitting device 130R, the light-emitting device 130G, and the light-emitting device 130B are provided). Therefore, it is preferable to use an insulating material for the insulating layer 592 that has a function of suppressing the diffusion of impurities such as hydrogen atoms, hydrogen molecules, and water molecules (the impurities are unlikely to permeate through the insulating material). Depending on the situation, it is preferable to use an insulating material for the insulating layer 592 that has a function of suppressing the diffusion of impurities such as nitrogen atoms, nitrogen molecules, nitrogen oxide molecules (for example, N 2 O, NO, and NO 2 ), and copper atoms (the oxygen is unlikely to permeate through the insulating material). Alternatively, it is preferable to have a function of suppressing the diffusion of oxygen (for example, one or both of oxygen atoms and oxygen molecules).

水素に対するバリア性を有する膜として、例えば、CVD法で形成した窒化シリコンを用いることができる。 As a film with barrier properties against hydrogen, for example, silicon nitride formed by the CVD method can be used.

水素の脱離量は、例えば、昇温脱離ガス分析法(TDS:Thermal Desorption Spectrometry)を用いて分析することができる。例えば、絶縁層324の水素の脱離量は、TDSにおいて、膜の表面温度が50℃から500℃の範囲において、水素原子に換算した脱離量が、絶縁層324の面積当たりに換算して、10×1015atoms/cm以下、好ましくは5×1015atoms/cm以下であればよい。 The amount of desorption of hydrogen can be analyzed, for example, by thermal desorption spectrometry (TDS). For example, the amount of desorption of hydrogen from the insulating layer 324 may be 10×10 15 atoms/cm 2 or less, preferably 5×10 15 atoms/cm 2 or less, calculated per area of the insulating layer 324, when the film surface temperature is in the range of 50° C. to 500° C., as calculated in terms of hydrogen atoms, in TDS .

絶縁層594は、絶縁層581と同様に、誘電率が低い層間膜とすることが好ましい。このため、絶縁層594には、絶縁層581に適用することができる材料を用いることができる。 The insulating layer 594 is preferably an interlayer film with a low dielectric constant, similar to the insulating layer 581. For this reason, the insulating layer 594 can be made of a material that can be used for the insulating layer 581.

なお、絶縁層594は、絶縁層592よりも誘電率が低いことが好ましい。例えば、絶縁層594の比誘電率は、4未満が好ましく、3未満がより好ましい。また、例えば、絶縁層594の比誘電率は、絶縁層592の比誘電率の0.7倍以下が好ましく、0.6倍以下がより好ましい。絶縁層594を誘電率が低い材料を層間膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。 It is preferable that the insulating layer 594 has a lower dielectric constant than the insulating layer 592. For example, the relative dielectric constant of the insulating layer 594 is preferably less than 4, and more preferably less than 3. Also, for example, the relative dielectric constant of the insulating layer 594 is preferably 0.7 times or less, and more preferably 0.6 times or less, the relative dielectric constant of the insulating layer 592. By using a material with a low dielectric constant as the interlayer film for the insulating layer 594, the parasitic capacitance generated between the wirings can be reduced.

絶縁層GI1、絶縁層IS2、絶縁層IS3、絶縁層574、及び絶縁層581には、プラグ又は配線として機能する導電層MPGが埋め込まれ、絶縁層592及び絶縁層594には、プラグ又は配線として機能する導電層596が埋め込まれている。特に、導電層MPG及び導電層596は、絶縁層594より上方に設けられている発光デバイスなどと電気的に接続されている。また、プラグ又は配線としての機能を有する導電層は、複数の構造をまとめて同一の符号を付与する場合がある。また、本明細書等において、配線と、配線と接続するプラグと、が一体物であってもよい。すなわち、導電層の一部が配線として機能する場合、及び、導電層の一部がプラグとして機能する場合もある。 A conductive layer MPG functioning as a plug or wiring is embedded in the insulating layers GI1, IS2, IS3, 574, and 581, and a conductive layer 596 functioning as a plug or wiring is embedded in the insulating layers 592 and 594. In particular, the conductive layer MPG and the conductive layer 596 are electrically connected to a light-emitting device or the like provided above the insulating layer 594. In addition, the conductive layer having the function of a plug or wiring may be given the same reference numeral as a group of multiple structures. In addition, in this specification, the wiring and the plug connected to the wiring may be an integral part. That is, there are cases where a part of the conductive layer functions as a wiring, and cases where a part of the conductive layer functions as a plug.

各プラグ及び配線(例えば、導電層MPG及び導電層596)の材料として、金属材料、合金材料、金属窒化物材料、及び金属酸化物材料から選ばれた一以上の導電性材料を、単層又は積層して用いることができる。耐熱性と導電性を両立するタングステン又はモリブデンといった高融点材料を用いることが好ましく、タングステンを用いることが好ましい。又は、アルミニウム又は銅といった低抵抗導電性材料で形成することが好ましい。低抵抗導電性材料を用いることで、配線抵抗を低くすることができる。 As the material for each plug and wiring (e.g., conductive layer MPG and conductive layer 596), one or more conductive materials selected from metal materials, alloy materials, metal nitride materials, and metal oxide materials can be used in a single layer or a laminated layer. It is preferable to use a high melting point material such as tungsten or molybdenum that has both heat resistance and conductivity, and tungsten is preferably used. Alternatively, it is preferable to form it from a low resistance conductive material such as aluminum or copper. By using a low resistance conductive material, the wiring resistance can be reduced.

絶縁層594上及び導電層596上には、絶縁層598及び絶縁層599が順に形成されている。 Insulating layer 598 and insulating layer 599 are formed in order on insulating layer 594 and conductive layer 596.

絶縁層598は、絶縁層592と同様に、水素、酸素、及び水から選ばれた一以上に対するバリア性を有する絶縁物を用いることが好ましい。また、絶縁層599には、絶縁層594と同様に、配線間に生じる寄生容量を低減するために、比誘電率が比較的低い絶縁物を用いることが好ましい。また、絶縁層599は、層間絶縁膜及び平坦化膜としての機能を有する。 As with insulating layer 592, insulating layer 598 is preferably made of an insulator having barrier properties against one or more of hydrogen, oxygen, and water. As with insulating layer 594, insulating layer 599 is preferably made of an insulator having a relatively low dielectric constant in order to reduce parasitic capacitance between wirings. Insulating layer 599 also functions as an interlayer insulating film and a planarizing film.

絶縁層599上には、発光デバイス130及び接続部140が形成されている。 The light-emitting device 130 and the connection portion 140 are formed on the insulating layer 599.

接続部140は、カソードコンタクト部と呼ばれる場合があり、発光デバイス130R、発光デバイス130G、及び発光デバイス130Bのそれぞれのカソード電極に電気的に接続されている。図25では、接続部140は、後述する導電層182a乃至導電層182cから選ばれた一以上の導電層と、後述する導電層126a乃至導電層126cの少なくとも一の導電層と、後述する導電層129a乃至導電層129cから選ばれた一以上の導電層と、後述する共通層114と、後述する共通電極115と、を有する。 The connection portion 140 may be called a cathode contact portion, and is electrically connected to the cathode electrodes of the light-emitting devices 130R, 130G, and 130B. In FIG. 25, the connection portion 140 has one or more conductive layers selected from the conductive layers 182a to 182c described below, at least one conductive layer from the conductive layers 126a to 126c described below, one or more conductive layers selected from the conductive layers 129a to 129c described below, a common layer 114 described below, and a common electrode 115 described below.

なお、接続部140は、平面視において表示部の四辺を囲むように設けられてもよく、又は、表示部内(例えば、隣り合う発光デバイス130同士の間)に設けられてもよい(図示しない。)。 The connection portion 140 may be provided so as to surround the four sides of the display portion in a plan view, or may be provided within the display portion (e.g., between adjacent light-emitting devices 130) (not shown).

発光デバイス130Rは、導電層182aと、導電層182a上の導電層126aと、導電層126a上の導電層129aと、を有する。導電層182a、導電層126a、及び導電層129aの全てを画素電極と呼ぶこともでき、一部を画素電極と呼ぶこともできる。また、発光デバイス130Gは、導電層182bと、導電層182b上の導電層126bと、導電層126b上の導電層129bと、を有する。発光デバイス130Rと同様に、導電層182b、導電層126b、及び導電層129bの全てを画素電極と呼ぶこともでき、一部を画素電極と呼ぶこともできる。また、発光デバイス130Bは、導電層182cと、導電層182c上の導電層126cと、導電層126c上の導電層129cと、を有する。発光デバイス130R及び発光デバイス130Gと同様に、導電層182c、導電層126c、及び導電層129cの全てを画素電極と呼ぶこともでき、一部を画素電極と呼ぶこともできる。 The light-emitting device 130R has a conductive layer 182a, a conductive layer 126a on the conductive layer 182a, and a conductive layer 129a on the conductive layer 126a. The conductive layers 182a, 126a, and 129a can all be called pixel electrodes, or some of them can be called pixel electrodes. The light-emitting device 130G has a conductive layer 182b, a conductive layer 126b on the conductive layer 182b, and a conductive layer 129b on the conductive layer 126b. As with the light-emitting device 130R, the conductive layers 182b, 126b, and 129b can all be called pixel electrodes, or some of them can be called pixel electrodes. The light-emitting device 130B has a conductive layer 182c, a conductive layer 126c on the conductive layer 182c, and a conductive layer 129c on the conductive layer 126c. As with light-emitting device 130R and light-emitting device 130G, conductive layer 182c, conductive layer 126c, and conductive layer 129c can all be referred to as pixel electrodes, or only some of them can be referred to as pixel electrodes.

導電層182a乃至導電層182c、及び、導電層126a乃至導電層126cには、例えば、反射電極として機能する導電層を用いることができる。反射電極として機能する導電層には、可視光に対して反射率の高い導電層として、例えば、銀、アルミニウム、銀(Ag)とパラジウム(Pd)と銅(Cu)の合金膜(Ag-Pd-Cu(APC)膜)を適用することができる。また、導電層182a乃至導電層182c、及び、導電層126a乃至導電層126cには、一対のチタンで挟まれたアルミニウムの積層膜(Ti、Al、Tiの順の積層膜)、又は、一対のインジウムスズ酸化物で挟まれた銀の積層膜(ITO、Ag、ITOの順の積層膜)を用いることができる。 For example, a conductive layer functioning as a reflective electrode can be used for the conductive layers 182a to 182c and the conductive layers 126a to 126c. For example, a silver, aluminum, or an alloy film of silver (Ag), palladium (Pd), and copper (Cu) (Ag-Pd-Cu (APC) film) can be used as a conductive layer with high reflectivity to visible light for the conductive layer functioning as a reflective electrode. In addition, for the conductive layers 182a to 182c and the conductive layers 126a to 126c, a laminated film of aluminum sandwiched between a pair of titanium (a laminated film in the order of Ti, Al, and Ti) or a laminated film of silver sandwiched between a pair of indium tin oxide (a laminated film in the order of ITO, Ag, and ITO) can be used.

例えば、導電層182a乃至導電層182cに、反射電極として機能する導電層を用いて、導電層126a乃至導電層126cに、透光性が高い材料を用いてもよい。透光性が高い材料として、例えば、銀とマグネシウムの合金、及びインジウムスズ酸化物(ITOと呼ばれる場合がある。)、が挙げられる。 For example, a conductive layer that functions as a reflective electrode may be used for the conductive layers 182a to 182c, and a material with high light-transmitting properties may be used for the conductive layers 126a to 126c. Examples of materials with high light-transmitting properties include an alloy of silver and magnesium and indium tin oxide (sometimes referred to as ITO).

導電層129a乃至導電層129cには、例えば、透明電極として機能する導電層を用いることができる。透明電極として機能する導電層は、例えば、上述した透光性が高い導電層とすることができる。 The conductive layers 129a to 129c can be, for example, a conductive layer that functions as a transparent electrode. The conductive layer that functions as a transparent electrode can be, for example, the conductive layer with high light transmittance described above.

後に詳述する発光デバイス130に、マイクロキャビティ構造(微小共振器構造)を設けてもよい。マイクロキャビティ構造とは、発光層の下面と下部電極の上面との距離を、当該発光層が発光する光の色の波長に応じた厚さにする構造を指す。この場合、上部電極(共通電極)である導電層129a乃至導電層129cに、透光性及び光反射性を有する導電材料を用い、下部電極(画素電極)である導電層182a乃至導電層182c、及び、導電層126a乃至導電層126cに、光反射性を有する導電材料を用いること好ましい。 A microcavity structure (microresonator structure) may be provided in the light-emitting device 130, which will be described in detail later. The microcavity structure refers to a structure in which the distance between the bottom surface of the light-emitting layer and the top surface of the lower electrode is set to a thickness according to the wavelength of the color of light emitted by the light-emitting layer. In this case, it is preferable to use a conductive material having light-transmitting and light-reflecting properties for the conductive layers 129a to 129c, which are the upper electrodes (common electrodes), and a conductive material having light-reflecting properties for the conductive layers 182a to 182c and the conductive layers 126a to 126c, which are the lower electrodes (pixel electrodes).

マイクロキャビティ構造とは、下部電極と発光層の光学的距離を(2n-1)λ/4(ただし、nは1以上の整数、λは増幅したい発光の波長)に調節した構造を指す。これにより、下部電極によって反射されて戻ってきた光(反射光)は、発光層から上部電極に直接入射する光(入射光)と大きな干渉を起こす。そのため、波長λのそれぞれの反射光と入射光との位相を合わせ発光層からの発光をより増幅させることができる。一方で、反射光と入射光とが波長λ以外である場合、位相が合わなくなるため、共振せずに減衰する。 A microcavity structure is a structure in which the optical distance between the lower electrode and the light-emitting layer is adjusted to (2n-1)λ/4 (where n is an integer equal to or greater than 1, and λ is the wavelength of the light emission to be amplified). As a result, the light reflected back by the lower electrode (reflected light) causes significant interference with the light that is directly incident on the upper electrode from the light-emitting layer (incident light). This allows the phases of the reflected light and incident light of wavelength λ to be matched, further amplifying the light emission from the light-emitting layer. On the other hand, if the reflected light and incident light have a wavelength other than λ, the phases will no longer match, and the light will attenuate without resonating.

導電層182aは、絶縁層599に設けられた開口を介して、絶縁層594に埋め込まれている導電層596と接続されている。また、導電層182aの端部よりも外側に導電層126aの端部が位置している。導電層126aの端部と導電層129aの端部は、揃っている、又は、概略揃っている。 The conductive layer 182a is connected to the conductive layer 596 embedded in the insulating layer 594 through an opening provided in the insulating layer 599. In addition, the end of the conductive layer 126a is located outside the end of the conductive layer 182a. The end of the conductive layer 126a and the end of the conductive layer 129a are aligned or approximately aligned.

発光デバイス130Gにおける導電層182b、導電層126b、及び導電層129b、並びに、発光デバイス130Bにおける導電層182c、導電層126c、及び導電層129cについては、それぞれ、発光デバイス130Rにおける導電層182a、導電層126a、及び導電層129aと同様であるため、詳細な説明は省略する。 The conductive layers 182b, 126b, and 129b in the light-emitting device 130G, and the conductive layers 182c, 126c, and 129c in the light-emitting device 130B are similar to the conductive layers 182a, 126a, and 129a in the light-emitting device 130R, respectively, and therefore will not be described in detail.

導電層182a、導電層182b、及び導電層182cには、絶縁層599に設けられた開口を覆うように凹部が形成される。また、当該凹部には、層128が埋め込まれている。 Conductive layers 182a, 182b, and 182c have recesses formed therein so as to cover the openings provided in insulating layer 599. Layer 128 is embedded in the recesses.

層128は、導電層182a乃至導電層182cの凹部を平坦化する機能を有する。導電層182a上乃至導電層182c上、及び層128上には、導電層182a乃至導電層182cと電気的に接続される導電層126a乃至導電層126cが設けられている。したがって、導電層182a乃至導電層182cの凹部と重なる領域も発光領域として使用でき、画素の開口率を高めることができる。 The layer 128 has a function of planarizing the recesses of the conductive layers 182a to 182c. The conductive layers 126a to 126c are provided on the conductive layers 182a to 182c and on the layer 128, and are electrically connected to the conductive layers 182a to 182c. Therefore, the regions overlapping with the recesses of the conductive layers 182a to 182c can also be used as light-emitting regions, and the aperture ratio of the pixel can be increased.

層128は、絶縁層であってもよく、導電層であってもよい。層128には、各種無機絶縁材料、有機絶縁材料、及び導電材料を適宜用いることができる。特に、層128は、絶縁材料を用いて形成されることが好ましい。 Layer 128 may be an insulating layer or a conductive layer. Various inorganic insulating materials, organic insulating materials, and conductive materials can be used as appropriate for layer 128. In particular, layer 128 is preferably formed using an insulating material.

層128には、有機材料を有する絶縁層を好適に用いることができる。例えば、層128には、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、シロキサン樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、フェノール樹脂、又は、これら樹脂の前駆体を適用することができる。また、層128として、感光性の樹脂を用いることができる。感光性の樹脂として、ポジ型の材料、又は、ネガ型の材料が挙げられる。 An insulating layer containing an organic material can be suitably used for layer 128. For example, acrylic resin, polyimide resin, epoxy resin, polyamide resin, polyimideamide resin, siloxane resin, benzocyclobutene resin, phenolic resin, or precursors of these resins can be applied to layer 128. Also, a photosensitive resin can be used for layer 128. Examples of photosensitive resins include positive-type materials and negative-type materials.

感光性の樹脂を用いることにより、露光及び現像の工程のみで層128を作製することができ、ドライエッチングあるいはウェットエッチングによる導電層182a、導電層182b、及び導電層182cの表面への影響を低減することができる。また、ネガ型の感光性樹脂を用いて層128を形成することにより、絶縁層599の開口の形成に用いるフォトマスク(露光マスク)と同一のフォトマスクを用いて、層128を形成できる場合がある。 By using a photosensitive resin, layer 128 can be manufactured only through the steps of exposure and development, and the influence of dry etching or wet etching on the surfaces of conductive layer 182a, conductive layer 182b, and conductive layer 182c can be reduced. In addition, by forming layer 128 using a negative photosensitive resin, layer 128 can be formed using the same photomask (exposure mask) as that used to form the opening in insulating layer 599.

発光デバイス130Rは、第1の層113aと、第1の層113a上の共通層114と、共通層114上の共通電極115と、を有する。また、発光デバイス130Gは、第2の層113bと、第2の層113b上の共通層114と、共通層114上の共通電極115と、を有する。また、発光デバイス130Bは、第3の層113cと、第3の層113c上の共通層114と、共通層114上の共通電極115と、を有する。 Light-emitting device 130R has a first layer 113a, a common layer 114 on the first layer 113a, and a common electrode 115 on the common layer 114. Light-emitting device 130G has a second layer 113b, a common layer 114 on the second layer 113b, and a common electrode 115 on the common layer 114. Light-emitting device 130B has a third layer 113c, a common layer 114 on the third layer 113c, and a common electrode 115 on the common layer 114.

なお、第1の層113aは、導電層126aの上面及び側面と、導電層129aの上面及び側面と、を覆うように形成されている。同様に、第2の層113bは、導電層126bの上面及び側面と、導電層129bの上面及び側面と、を覆うように形成されている。また、同様に、第3の層113cは、導電層126cの上面及び側面と、導電層129cの上面及び側面と、を覆うように形成されている。したがって、導電層126a、導電層126b、及び導電層126cが設けられている領域全体を、発光デバイス130R、発光デバイス130G、及び発光デバイス130Bの発光領域として用いることができるため、画素の開口率を高めることができる。 The first layer 113a is formed so as to cover the upper and side surfaces of the conductive layer 126a and the upper and side surfaces of the conductive layer 129a. Similarly, the second layer 113b is formed so as to cover the upper and side surfaces of the conductive layer 126b and the upper and side surfaces of the conductive layer 129b. Similarly, the third layer 113c is formed so as to cover the upper and side surfaces of the conductive layer 126c and the upper and side surfaces of the conductive layer 129c. Therefore, the entire area in which the conductive layer 126a, the conductive layer 126b, and the conductive layer 126c are provided can be used as the light-emitting area of the light-emitting device 130R, the light-emitting device 130G, and the light-emitting device 130B, and the aperture ratio of the pixel can be increased.

発光デバイス130Rにおいて、第1の層113aと共通層114を、まとめてEL層と呼ぶことができる。また、同様に、発光デバイス130Gにおいて、第2の層113bと共通層114を、まとめてEL層と呼ぶこともできる。また、同様に、発光デバイス130Bにおいて、第3の層113cと共通層114を、まとめてEL層と呼ぶことができる。 In light-emitting device 130R, first layer 113a and common layer 114 can be collectively referred to as the EL layer. Similarly, in light-emitting device 130G, second layer 113b and common layer 114 can be collectively referred to as the EL layer. Similarly, in light-emitting device 130B, third layer 113c and common layer 114 can be collectively referred to as the EL layer.

本実施の形態の発光デバイスの構成に、特に限定はなく、シングル構造であってもタンデム構造であってもよい。 The configuration of the light-emitting device of this embodiment is not particularly limited, and it may be a single structure or a tandem structure.

第1の層113a、第2の層113b、及び第3の層113cは、フォトリソグラフィ法により島状に加工されている。そのため、第1の層113a、第2の層113b、及び第3の層113cは、それぞれその端部において、上面と側面とのなす角が90度に近い形状となる。一方、例えば、FMMを用いて形成された有機膜は、その厚さが端部に近いほど徐々に薄くなる傾向があり、例えば、1μm以上10μm以下の範囲にわたって、上面がスロープ状に形成されるため、上面と側面の区別が困難な形状となる。 The first layer 113a, the second layer 113b, and the third layer 113c are processed into an island shape by photolithography. Therefore, the first layer 113a, the second layer 113b, and the third layer 113c have a shape in which the angle between the top surface and the side surface at the end is close to 90 degrees. On the other hand, for example, an organic film formed using FMM tends to become gradually thinner as it approaches the end, and for example, the top surface is formed in a slope shape over a range of 1 μm to 10 μm, making it difficult to distinguish between the top surface and the side surface.

第1の層113a、第2の層113b、及び第3の層113cは、上面と側面の区別が明瞭となる。これにより、隣接する第1の層113aと第2の層113bにおいて、第1の層113aの側面の一と、第2の層113bの側面の一は、互いに対向して配置される。これは、第1の層113a、第2の層113b、及び第3の層113cのうち、いずれの組み合わせにおいても同様である。 The first layer 113a, the second layer 113b, and the third layer 113c have a clear distinction between the top and side surfaces. As a result, in adjacent first and second layers 113a and 113b, one side surface of the first layer 113a and one side surface of the second layer 113b are arranged opposite each other. This is the same for any combination of the first layer 113a, the second layer 113b, and the third layer 113c.

第1の層113a、第2の層113b、及び第3の層113cは、少なくとも発光層を有する。例えば、第1の層113aが、赤色の光を発する発光層を有し、第2の層113bが緑色の光を発する発光層を有し、第3の層113cが、青色の光を発する発光層を有する構成であると好ましい。また、それぞれの発光層は、上記以外の色として、シアン、マゼンタ、黄、又は白を適用することができる。 The first layer 113a, the second layer 113b, and the third layer 113c each have at least a light-emitting layer. For example, it is preferable that the first layer 113a has a light-emitting layer that emits red light, the second layer 113b has a light-emitting layer that emits green light, and the third layer 113c has a light-emitting layer that emits blue light. In addition, each light-emitting layer can be of a color other than the above, such as cyan, magenta, yellow, or white.

第1の層113a、第2の層113b、及び第3の層113cは、発光層と、発光層上のキャリア輸送層(電子輸送層又は正孔輸送層)と、を有することが好ましい。第1の層113a、第2の層113b、及び第3の層113cの表面は、表示装置の作製工程中に露出する場合があるため、キャリア輸送層を発光層上に設けることで、発光層が最表面に露出することを抑制し、発光層が受けるダメージを低減することができる。これにより、発光デバイスの信頼性を高めることができる。 The first layer 113a, the second layer 113b, and the third layer 113c preferably have a light-emitting layer and a carrier transport layer (electron transport layer or hole transport layer) on the light-emitting layer. The surfaces of the first layer 113a, the second layer 113b, and the third layer 113c may be exposed during the manufacturing process of the display device, so by providing a carrier transport layer on the light-emitting layer, it is possible to prevent the light-emitting layer from being exposed to the outermost surface and reduce damage to the light-emitting layer. This can improve the reliability of the light-emitting device.

共通層114は、例えば、電子注入層又は正孔注入層を有する。又は、共通層114は、電子輸送層と電子注入層とを積層して有していてもよく、正孔輸送層と正孔注入層とを積層して有していてもよい。共通層114は、発光デバイス130R、発光デバイス130G、及び発光デバイス130Bで共有されている。 The common layer 114 has, for example, an electron injection layer or a hole injection layer. Alternatively, the common layer 114 may have an electron transport layer and an electron injection layer stacked together, or may have a hole transport layer and a hole injection layer stacked together. The common layer 114 is shared by the light-emitting device 130R, the light-emitting device 130G, and the light-emitting device 130B.

共通電極115は、発光デバイス130R、発光デバイス130G、及び発光デバイス130Bで共有されている。また、図25に示すように、複数の発光デバイスが共通して有する共通電極115は、接続部140に含まれている導電層に電気的に接続される。 The common electrode 115 is shared by the light-emitting devices 130R, 130G, and 130B. As shown in FIG. 25, the common electrode 115 shared by the multiple light-emitting devices is electrically connected to a conductive layer included in the connection portion 140.

絶縁層125は、水及び酸素の一方又は双方に対するバリア絶縁層としての機能を有することが好ましい。また、絶縁層125は、水及び酸素の一方又は双方の拡散を抑制する機能を有することが好ましい。また、絶縁層125は、水及び酸素の一方又は双方を捕獲、又は固着する(ゲッタリングともいう。)機能を有することが好ましい。絶縁層125が、バリア絶縁層としての機能、又は、ゲッタリング機能を有することで、外部から各発光デバイスに拡散し得る不純物(代表的には、水及び酸素の一方又は双方)の侵入を抑制することが可能な構成となる。当該構成とすることで、信頼性の高い発光デバイス、さらには、信頼性の高い表示パネルを提供することができる。 The insulating layer 125 preferably functions as a barrier insulating layer against water and/or oxygen. The insulating layer 125 preferably has a function of suppressing the diffusion of water and/or oxygen. The insulating layer 125 preferably has a function of capturing or fixing (also called gettering) water and/or oxygen. The insulating layer 125 has a function of a barrier insulating layer or a gettering function, so that the insulating layer 125 can suppress the intrusion of impurities (typically, water and/or oxygen) that can diffuse from the outside into each light-emitting device. This configuration can provide a highly reliable light-emitting device and a highly reliable display panel.

絶縁層125は、不純物濃度が低いことが好ましい。これにより、絶縁層125からEL層に不純物が混入し、EL層が劣化することを抑制することができる。また、絶縁層125において、不純物濃度を低くすることで、水及び酸素の一方又は双方に対するバリア性を高めることができる。例えば、絶縁層125は、水素濃度及び炭素濃度の一方、好ましくは双方が十分に低いことが望ましい。 It is preferable that the insulating layer 125 has a low impurity concentration. This can prevent impurities from entering the EL layer from the insulating layer 125 and causing deterioration of the EL layer. In addition, by lowering the impurity concentration in the insulating layer 125, it is possible to improve the barrier properties against water and/or oxygen. For example, it is desirable that the insulating layer 125 has a sufficiently low hydrogen concentration or a sufficiently low carbon concentration, or preferably both.

絶縁層127として、有機材料を有する絶縁層を好適に用いることができる。有機材料として、感光性の有機樹脂を用いることが好ましく、例えば、アクリル樹脂を含む感光性の樹脂組成物を用いればよい。また、絶縁層127の材料の粘度は、1cP以上1500cP以下とすればよく、1cP以上12cP以下とすることが好ましい。絶縁層127の材料の粘度を上記の範囲にすることで、後述するテーパ形状を有する絶縁層127を、比較的容易に形成することができる。なお、本明細書などにおいて、アクリル樹脂とは、ポリメタクリル酸エステル又はメタクリル樹脂だけを指すものではなく、広義のアクリル系ポリマー全体を指す場合がある。 An insulating layer having an organic material can be suitably used as the insulating layer 127. It is preferable to use a photosensitive organic resin as the organic material, for example, a photosensitive resin composition containing an acrylic resin. The viscosity of the material of the insulating layer 127 may be 1 cP or more and 1500 cP or less, and preferably 1 cP or more and 12 cP or less. By setting the viscosity of the material of the insulating layer 127 in the above range, the insulating layer 127 having a tapered shape described later can be formed relatively easily. In this specification and the like, the acrylic resin does not only refer to polymethacrylic acid ester or methacrylic resin, but may refer to all acrylic polymers in a broad sense.

なお、絶縁層127は、後述するように側面にテーパ形状を有していればよく、絶縁層127に用いることができる有機材料は、上記に限られるものではない。例えば、絶縁層127には、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、イミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、シリコーン樹脂、シロキサン樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、フェノール樹脂、又は、これら樹脂の前駆体を適用することができる場合がある。また、絶縁層127として、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリグリセリン、プルラン、水溶性のセルロース、又はアルコール可溶性のポリアミド樹脂といった有機材料を適用することができる場合がある。また、絶縁層127には、例えば、感光性の樹脂として、フォトレジストを用いることができる場合がある。なお、感光性の樹脂として、ポジ型の材料、又は、ネガ型の材料が挙げられる。 Note that the insulating layer 127 only needs to have a tapered shape on the side as described later, and the organic material that can be used for the insulating layer 127 is not limited to the above. For example, the insulating layer 127 may be made of acrylic resin, polyimide resin, epoxy resin, imide resin, polyamide resin, polyimideamide resin, silicone resin, siloxane resin, benzocyclobutene resin, phenol resin, or precursors of these resins. In addition, organic materials such as polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral (PVB), polyvinylpyrrolidone, polyethylene glycol, polyglycerin, pullulan, water-soluble cellulose, or alcohol-soluble polyamide resin may be used for the insulating layer 127. In addition, the insulating layer 127 may be made of, for example, a photoresist as a photosensitive resin. In addition, the photosensitive resin may be a positive material or a negative material.

絶縁層127には可視光を吸収する材料を用いてもよい。絶縁層127が発光デバイスからの発光を吸収することで、発光デバイスから、絶縁層127を介して、隣接する発光デバイスに光が漏れること(迷光)を抑制することができる。これにより、表示パネルの表示品位を高めることができる。また、表示パネルに偏光板を用いなくても、表示品位を高めることができるため、表示パネルの軽量化及び薄型化を図ることができる。 The insulating layer 127 may be made of a material that absorbs visible light. By having the insulating layer 127 absorb the light emitted from the light-emitting device, it is possible to suppress leakage of light (stray light) from the light-emitting device to an adjacent light-emitting device through the insulating layer 127. This can improve the display quality of the display panel. In addition, since the display quality can be improved without using a polarizing plate in the display panel, the display panel can be made lighter and thinner.

可視光を吸収する材料として、黒色などの顔料を含む材料、染料を含む材料、光吸収性を有する樹脂材料(例えば、ポリイミド)、及び、カラーフィルタに用いることのできる樹脂材料(カラーフィルタ材料)が挙げられる。特に、2色又は3色以上のカラーフィルタ材料を積層又は混合した樹脂材料を用いると、可視光の遮蔽効果を高めることができるため好ましい。特に、3色以上のカラーフィルタ材料を混合させることで、黒色又は黒色近傍の樹脂層とすることが可能となる。 Materials that absorb visible light include materials containing pigments such as black, materials containing dyes, resin materials with light absorbing properties (e.g., polyimide), and resin materials that can be used in color filters (color filter materials). In particular, it is preferable to use a resin material in which two or more colors of color filter materials are laminated or mixed, as this can enhance the visible light blocking effect. In particular, by mixing three or more colors of color filter materials, it is possible to create a resin layer that is black or close to black.

絶縁層127は、例えば、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、インクジェット、ディスペンス、スクリーン印刷、オフセット印刷、ドクターナイフ、スリットコート、ロールコート、カーテンコート、又はナイフコートといった湿式の成膜方法を用いて形成することができる。特に、スピンコートにより、絶縁層127となる有機絶縁膜を形成することが好ましい。 The insulating layer 127 can be formed using a wet film formation method such as spin coating, dipping, spray coating, inkjet, dispensing, screen printing, offset printing, doctor knife, slit coating, roll coating, curtain coating, or knife coating. In particular, it is preferable to form the organic insulating film that becomes the insulating layer 127 by spin coating.

絶縁層127は、EL層の耐熱温度よりも低い温度で形成する。絶縁層127を形成する際の基板温度は、代表的には、200℃以下、好ましくは180℃以下、より好ましくは160℃以下、より好ましくは150℃以下、より好ましくは140℃以下である。 The insulating layer 127 is formed at a temperature lower than the heat resistance temperature of the EL layer. The substrate temperature when forming the insulating layer 127 is typically 200°C or less, preferably 180°C or less, more preferably 160°C or less, more preferably 150°C or less, and more preferably 140°C or less.

以下では、発光デバイス130Rと発光デバイス130Gの間の絶縁層127の構造を例に挙げて、絶縁層127などの構造について説明を行う。なお、発光デバイス130Gと発光デバイス130Bの間の絶縁層127、及び、発光デバイス130Bと発光デバイス130Rの間の絶縁層127などについても同様のことがいえる。また、以下では、第2の層113b上の絶縁層127の端部を例に挙げて説明する場合があるが、第1の層113a上の絶縁層127の端部、及び、第3の層113c上の絶縁層127の端部についても同様のことがいえる。 The following describes the structure of the insulating layer 127 and other structures, taking the structure of the insulating layer 127 between the light-emitting device 130R and the light-emitting device 130G as an example. The same can be said for the insulating layer 127 between the light-emitting device 130G and the light-emitting device 130B, and the insulating layer 127 between the light-emitting device 130B and the light-emitting device 130R. The following may be described using the end of the insulating layer 127 on the second layer 113b as an example, but the same can be said for the end of the insulating layer 127 on the first layer 113a and the end of the insulating layer 127 on the third layer 113c.

絶縁層127は、表示装置の断面視において、側面にテーパ角θ1のテーパ形状を有することが好ましい。テーパ角θ1は、絶縁層127の側面と基板面のなす角である。ただし、基板面に限らず、絶縁層125の平坦部の上面、又は、第2の層113bの平坦部の上面と、絶縁層127の側面と、がなす角としてもよい。また、絶縁層127の側面をテーパ形状にすることにより、絶縁層125の側面、及び、マスク層118aの側面もテーパ形状となる場合がある。 In a cross-sectional view of the display device, the insulating layer 127 preferably has a tapered shape with a taper angle θ1 on the side. The taper angle θ1 is the angle between the side of the insulating layer 127 and the substrate surface. However, it is not limited to the substrate surface, and may be the angle between the top surface of the flat portion of the insulating layer 125 or the top surface of the flat portion of the second layer 113b and the side of the insulating layer 127. Furthermore, by making the side of the insulating layer 127 tapered, the side of the insulating layer 125 and the side of the mask layer 118a may also be tapered.

絶縁層127のテーパ角θ1は、90度未満であり、60度以下が好ましく、45度以下がより好ましい。絶縁層127の側面端部をこのような順テーパ形状にすることで、絶縁層127の側面端部上に設けられる、共通層114及び共通電極115に、段切れ、又は、局所的な薄膜化などを生じさせることなく、被覆性良く成膜することができる。これにより、共通層114及び共通電極115の面内均一性を向上させることができるため、表示装置の表示品位を向上させることができる。 The taper angle θ1 of the insulating layer 127 is less than 90 degrees, preferably 60 degrees or less, and more preferably 45 degrees or less. By forming the side end of the insulating layer 127 in such a forward tapered shape, the common layer 114 and the common electrode 115 provided on the side end of the insulating layer 127 can be formed with good coverage without causing discontinuities or localized thinning. This improves the in-plane uniformity of the common layer 114 and the common electrode 115, thereby improving the display quality of the display device.

表示装置の断面視において、絶縁層127の上面は、凸曲面形状を有することが好ましい。絶縁層127の上面の凸曲面形状は、中心に向かってなだらかに膨らんだ形状であることが好ましい。また、絶縁層127上面の中心部の突曲面部が、側面端部のテーパ部に連続的に接続される形状であることが好ましい。絶縁層127をこのような形状にすることで、絶縁層127上全体で、共通層114及び共通電極115を被覆性良く成膜することができる。 In a cross-sectional view of the display device, the upper surface of the insulating layer 127 preferably has a convex curved shape. The convex curved shape of the upper surface of the insulating layer 127 is preferably a shape that bulges gently toward the center. In addition, the convex curved portion at the center of the upper surface of the insulating layer 127 is preferably a shape that is continuously connected to the tapered portion at the side end. By forming the insulating layer 127 in such a shape, the common layer 114 and the common electrode 115 can be formed with good coverage over the entire insulating layer 127.

絶縁層127は、2つのEL層の間の領域(例えば、第1の層113aと、第2の層113bと、の間の領域)に形成される。このとき、絶縁層127の一部が、一方のEL層(例えば、第1の層113a)の側面端部と、もう一方のEL層(例えば、第2の層113b)の側面端部に挟まれる位置に配置されることになる。 The insulating layer 127 is formed in the region between the two EL layers (e.g., the region between the first layer 113a and the second layer 113b). At this time, a part of the insulating layer 127 is disposed in a position sandwiched between a side end of one EL layer (e.g., the first layer 113a) and a side end of the other EL layer (e.g., the second layer 113b).

絶縁層127の一方の端部が、画素電極として機能する導電層126aと重なり、絶縁層127の他方の端部が、画素電極として機能する導電層126bと重なることが好ましい。このような構造にすることで、絶縁層127の端部を、第1の層113a(第2の層113b)の概略平坦な領域の上に形成することができる。よって、絶縁層127のテーパ形状を、上記の通り加工することが比較的容易になる。 It is preferable that one end of the insulating layer 127 overlaps with the conductive layer 126a that functions as a pixel electrode, and the other end of the insulating layer 127 overlaps with the conductive layer 126b that functions as a pixel electrode. With this structure, the end of the insulating layer 127 can be formed on a roughly flat region of the first layer 113a (second layer 113b). Therefore, it is relatively easy to process the tapered shape of the insulating layer 127 as described above.

以上のように、絶縁層127などを設けることにより、第1の層113aの概略平坦な領域から第2の層113bの概略平坦な領域まで、共通層114及び共通電極115に段切れ箇所、及び、局所的に膜厚が薄い箇所が形成されるのを防ぐことができる。よって、各発光デバイス間において、共通層114及び共通電極115に、段切れ箇所に起因する接続不良、及び、局所的に膜厚が薄い箇所に起因する電気抵抗の上昇が発生するのを抑制することができる。 As described above, by providing the insulating layer 127, etc., it is possible to prevent the formation of discontinuities and locally thin areas in the common layer 114 and common electrode 115 from the roughly flat area of the first layer 113a to the roughly flat area of the second layer 113b. This makes it possible to prevent connection failures caused by discontinuities and increases in electrical resistance caused by locally thin areas in the common layer 114 and common electrode 115 between the light-emitting devices.

本実施の形態の表示装置は、発光デバイス間の距離を狭くすることができる。具体的には、発光デバイス間の距離、EL層間の距離、又は画素電極間の距離を、10μm未満、8μm以下、5μm以下、3μm以下、2μm以下、1μm以下、500nm以下、200nm以下、100nm以下、90nm以下、70nm以下、50nm以下、30nm以下、20nm以下、15nm以下、又は10nm以下とすることができる。別言すると、本実施の形態の表示装置は、隣接する2つの島状のEL層の間隔が1μm以下の領域を有し、好ましくは、0.5μm(500nm)以下の領域を有し、さらに好ましくは、100nm以下の領域を有する。このように、各発光デバイス間の距離を狭めることで、高い精細度と、大きな開口率と、を有する表示装置を提供することができる。 The display device of this embodiment can narrow the distance between the light-emitting devices. Specifically, the distance between the light-emitting devices, the distance between the EL layers, or the distance between the pixel electrodes can be less than 10 μm, 8 μm or less, 5 μm or less, 3 μm or less, 2 μm or less, 1 μm or less, 500 nm or less, 200 nm or less, 100 nm or less, 90 nm or less, 70 nm or less, 50 nm or less, 30 nm or less, 20 nm or less, 15 nm or less, or 10 nm or less. In other words, the display device of this embodiment has an area where the distance between two adjacent island-shaped EL layers is 1 μm or less, preferably has an area where the distance is 0.5 μm (500 nm) or less, and more preferably has an area where the distance is 100 nm or less. In this way, by narrowing the distance between each light-emitting device, a display device with high definition and large aperture ratio can be provided.

発光デバイス130上には、保護層131が設けられている。保護層131は、発光デバイス130を保護するパッシベーション膜として機能する膜である。発光デバイスを覆う保護層131を設けることで、発光デバイスに水及び酸素といった不純物が入り込むことを抑制し、発光デバイス130の信頼性を高めることができる。保護層131には、例えば、酸化アルミニウム、窒化シリコン、又は窒化酸化シリコンを用いることができる。 A protective layer 131 is provided on the light-emitting device 130. The protective layer 131 is a film that functions as a passivation film that protects the light-emitting device 130. By providing the protective layer 131 that covers the light-emitting device, it is possible to suppress impurities such as water and oxygen from entering the light-emitting device, and to increase the reliability of the light-emitting device 130. For example, aluminum oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride can be used for the protective layer 131.

保護層131と、基板119と、は接着層107を介して接着されている。発光デバイスの封止には、固体封止構造又は中空封止構造などを適用することができる。図25では、基板310と基板119との間の空間が、接着層107で充填されており、固体封止構造が適用されている。又は、当該空間を不活性ガス(窒素又はアルゴンなど)で充填し、中空封止構造を適用してもよい。このとき、接着層107は、発光デバイスと重ならないように設けられていてもよい。また、当該空間を、枠状に設けられた接着層107とは異なる樹脂で充填してもよい。 The protective layer 131 and the substrate 119 are bonded via an adhesive layer 107. A solid sealing structure or a hollow sealing structure can be applied to seal the light-emitting device. In FIG. 25, the space between the substrate 310 and the substrate 119 is filled with the adhesive layer 107, and a solid sealing structure is applied. Alternatively, the space may be filled with an inert gas (such as nitrogen or argon), and a hollow sealing structure may be applied. In this case, the adhesive layer 107 may be provided so as not to overlap with the light-emitting device. The space may also be filled with a resin different from the adhesive layer 107 provided in a frame shape.

接着層107には、紫外線硬化型の光硬化型接着剤、反応硬化型接着剤、又は、熱硬化型接着剤、嫌気型接着剤といった各種硬化型接着剤を用いることができる。これら接着剤として、例えば、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(ポリビニルブチラール)樹脂、EVA(エチレンビニルアセテート)樹脂が挙げられる。特に、エポキシ樹脂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、接着シートを用いてもよい。 For the adhesive layer 107, various curing adhesives such as ultraviolet-curing photocuring adhesives, reaction-curing adhesives, heat-curing adhesives, and anaerobic adhesives can be used. Examples of these adhesives include epoxy resins, acrylic resins, silicone resins, phenolic resins, polyimide resins, imide resins, PVC (polyvinyl chloride) resins, PVB (polyvinyl butyral) resins, and EVA (ethylene vinyl acetate) resins. In particular, epoxy resins with low moisture permeability are preferred. Two-part mixed resins may also be used. An adhesive sheet may also be used.

表示装置50Bは、トップエミッション型である。発光デバイスが発する光は、基板119側に射出される。そのため、基板119には、可視光に対する透過性が高い材料を用いることが好ましい。例えば、基板119には、基板310に適用することができる基板のうち、可視光に対する透過性が高い基板を選択すればよい。画素電極は可視光を反射する材料を含み、対向電極(共通電極115)は可視光を透過する材料を含む。 The display device 50B is a top emission type. Light emitted by the light emitting device is emitted to the substrate 119 side. For this reason, it is preferable to use a material that is highly transparent to visible light for the substrate 119. For example, a substrate that is highly transparent to visible light may be selected for the substrate 119 from among the substrates that can be used for the substrate 310. The pixel electrode contains a material that reflects visible light, and the counter electrode (common electrode 115) contains a material that transmits visible light.

なお、本発明の一態様の表示装置は、トップエミッション型ではなく、発光デバイスが発する光が基板310側に射出されるボトムエミッション型としてもよい。なお、この場合、基板310には、可視光に対する透過性が高い基板を選択すればよい。 Note that the display device of one embodiment of the present invention may be a bottom emission type in which light emitted from the light-emitting device is emitted toward the substrate 310, rather than a top emission type. In this case, a substrate that has high transparency to visible light may be selected as the substrate 310.

上記で説明した各々の構成例の一を表示装置に適用することによって、高い解像度、かつ、高い精細度を有する表示装置を実現することができる場合がある。具体的には、例えば、HD(画素数1280×720)、FHD(画素数1920×1080)、WQHD(画素数2560×1440)、WQXGA(画素数2560×1600)、4K(画素数3840×2160)、8K(画素数7680×4320)の解像度の表示装置を実現することができる場合がある。また、具体的には、例えば、100ppi以上、300ppi以上、500ppi以上、1000ppi以上、2000ppi以上、3000ppi以上、5000ppi以上、又は6000ppi以上の精細度の表示装置を実現することができる場合がある。 By applying one of the configuration examples described above to a display device, it may be possible to realize a display device with high resolution and high definition. Specifically, for example, it may be possible to realize a display device with a resolution of HD (1280 x 720 pixels), FHD (1920 x 1080 pixels), WQHD (2560 x 1440 pixels), WQXGA (2560 x 1600 pixels), 4K (3840 x 2160 pixels), or 8K (7680 x 4320 pixels). Also, specifically, it may be possible to realize a display device with a resolution of, for example, 100 ppi or more, 300 ppi or more, 500 ppi or more, 1000 ppi or more, 2000 ppi or more, 3000 ppi or more, 5000 ppi or more, or 6000 ppi or more.

なお、本実施の形態は、本明細書で示す、同一の、又は他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。例えば、本実施の形態に示す構成、構造、方法などは、その本実施の形態で示す構成、構造、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。また、例えば、本実施の形態に示す構成、構造、方法などは、他の実施の形態などに示す構成、構造、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。 Note that this embodiment can be combined as appropriate with the same or other embodiments shown in this specification. For example, the configuration, structure, method, etc. shown in this embodiment can be used in appropriate combination with the configuration, structure, method, etc. shown in the present embodiment. Also, for example, the configuration, structure, method, etc. shown in this embodiment can be used in appropriate combination with the configuration, structure, method, etc. shown in other embodiments.

本実施の形態、及び、対応する図面等は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態、又は、実施例と適宜組み合わせて実施することができる。また、本実施の形態に示す複数の構成、及び、対応する図面等は、互いに適宜組み合わせることが可能である。 This embodiment and the corresponding drawings, etc. can be implemented by appropriately combining at least a part of them with other embodiments or examples described in this specification. In addition, the multiple configurations shown in this embodiment and the corresponding drawings, etc. can be appropriately combined with each other.

(実施の形態5)
本実施の形態では、本発明の一態様に係る電子装置及び表示装置などについて説明する。本発明の一態様は、例えば、VR又はAR用途の装着型の電子装置に好適に用いることができる。
(Embodiment 5)
In this embodiment, an electronic device and a display device according to one embodiment of the present invention will be described. The one embodiment of the present invention can be suitably used for a wearable electronic device for VR or AR use, for example.

<電子装置の構成例>
図26(A)に、装着型の電子装置の一例としてメガネ型の電子装置150の斜視図を示す。図26(A)に示す電子装置150では、一対の表示装置90(表示装置90_L及び表示装置90_R)、動き検出部101、視線検出部84、演算部103、及び通信部85を筐体105内に備える様子を示している。
<Example of configuration of electronic device>
Fig. 26A is a perspective view of a glasses-type electronic device 150 as an example of a wearable electronic device. In the electronic device 150 shown in Fig. 26A, a pair of display devices 90 (a display device 90_L and a display device 90_R), a motion detection unit 101, a gaze detection unit 84, a calculation unit 103, and a communication unit 85 are provided in a housing 105.

図26(B)は、図26(A)の電子装置150のブロック図である。電子装置150は、図26(A)と同様に、表示装置90_L、表示装置90_R、動き検出部101、視線検出部84、演算部103、及び通信部85を有し、バス配線BWを介して、相互に各種信号を送受信する。表示装置90_L、表示装置90_Rは、それぞれ、複数の画素230、駆動回路65、及び機能回路40を有する。1つの画素230は、1つの発光デバイス61と1つの画素回路51を含む。よって、表示装置90_L、表示装置90_Rは、それぞれ、複数の発光デバイス61及び複数の画素回路51を含む。 Figure 26 (B) is a block diagram of the electronic device 150 of Figure 26 (A). As in Figure 26 (A), the electronic device 150 has a display device 90_L, a display device 90_R, a motion detection unit 101, a gaze detection unit 84, a calculation unit 103, and a communication unit 85, and transmits and receives various signals to and from each other via the bus wiring BW. The display device 90_L and the display device 90_R each have a plurality of pixels 230, a drive circuit 65, and a function circuit 40. One pixel 230 includes one light-emitting device 61 and one pixel circuit 51. Thus, the display device 90_L and the display device 90_R each include a plurality of light-emitting devices 61 and a plurality of pixel circuits 51.

動き検出部101は、筐体105の動き、すなわち、電子装置150を装着したユーザの頭部の動きを検出する機能を有する。動き検出部101には、例えば、MEMS技術を用いたモーションセンサを用いることができる。モーションセンサとして、3軸モーションセンサ、あるいは6軸モーションセンサなど用いることができる。動き検出部101で検出される筐体105の動きに関する情報は、第1情報、あるいは動き情報などという場合がある。 The motion detection unit 101 has a function of detecting the motion of the housing 105, i.e., the motion of the head of the user wearing the electronic device 150. For example, a motion sensor using MEMS technology can be used for the motion detection unit 101. As the motion sensor, a three-axis motion sensor or a six-axis motion sensor can be used. Information regarding the motion of the housing 105 detected by the motion detection unit 101 may be referred to as first information or motion information.

視線検出部84は、ユーザの視線に関する情報を取得する機能を有する。具体的には、ユーザの視線を検出する機能を有する。ユーザの視線は、例えば、瞳孔角膜反射(Pupil Center Corneal Reflection)法、又は明/暗瞳孔(Bright/Dark Pupil Effect)法などの視線計測(アイトラッキング)法で取得すればよい。又は、レーザ又は超音波などを用いた視線計測方法で取得してもよい。 The gaze detection unit 84 has a function of acquiring information about the user's gaze. Specifically, it has a function of detecting the user's gaze. The user's gaze may be acquired, for example, by an eye tracking method such as the Pupil Center Corneal Reflection method or the Bright/Dark Pupil Effect method. Alternatively, it may be acquired by an eye tracking method using a laser or ultrasound.

演算部103は、視線検出部84における視線の検出結果を用いて、ユーザの注視点を算出する機能を有する。すなわち、ユーザが表示装置90_L及び表示装置90_Rに表示される画像のどのオブジェクトを注視しているかを知ることがきる。また、ユーザが画面以外の部位を注視しているか否かを知ることができる。なお、視線検出部84が得たユーザの視線に関する情報(視線の検出結果)を、第2情報、あるいは視線情報などという場合がある。 The calculation unit 103 has a function of calculating the user's gaze point using the gaze detection result in the gaze detection unit 84. That is, it is possible to know which object the user is gazing at in the images displayed on the display device 90_L and the display device 90_R. It is also possible to know whether the user is gazing at a part other than the screen. Note that the information regarding the user's gaze obtained by the gaze detection unit 84 (gaze detection result) may be referred to as second information, gaze information, etc.

演算部103は、筐体105の動きに応じた描画処理(画像データの演算処理)を行う機能を有する。演算部103において筐体105の動きに応じた描画処理は、第1情報、及び、通信部85を介して外部より入力される画像データを用いて行われる。当該画像データとして、例えば、360度全方位の画像データを用いることができる。360度全方位の画像データは、例えば、全天球カメラ(全方位カメラ、360度カメラ)で撮影した画像データであってもよく、あるいはコンピュータグラフィックスなどによって生成される画像データであってもよい。演算部103は、第1情報に応じて360度全方位の画像データを、表示装置90_L及び表示装置90_Rに表示可能な画像データに変換する機能を有する。 The calculation unit 103 has a function of performing drawing processing (calculation processing of image data) according to the movement of the housing 105. The drawing processing according to the movement of the housing 105 in the calculation unit 103 is performed using the first information and image data input from the outside via the communication unit 85. For example, 360-degree omnidirectional image data can be used as the image data. The 360-degree omnidirectional image data may be, for example, image data captured by an omnidirectional camera (omnidirectional camera, 360-degree camera), or may be image data generated by computer graphics or the like. The calculation unit 103 has a function of converting the 360-degree omnidirectional image data into image data that can be displayed on the display device 90_L and the display device 90_R according to the first information.

演算部103は、第2情報を用いて、表示装置90_L及び表示装置90_Rそれぞれの表示部に設定する複数の領域の大きさ及び形状を決定する機能を有する。具体的には、演算部103は、第2情報に応じて表示部上の注視点を算出し、当該注視点を基準にして、表示部に後述する第1領域S1乃至第3領域S3等を設定する。 The calculation unit 103 has a function of using the second information to determine the size and shape of multiple areas to be set on the display unit of each of the display devices 90_L and 90_R. Specifically, the calculation unit 103 calculates a gaze point on the display unit according to the second information, and sets a first area S1 to a third area S3, etc., described below, on the display unit based on the gaze point.

演算部103として、中央演算処理装置(CPU:Central Processing Unit)の他、DSP(Digital Signal Processor)、GPU(Graphics Processing Unit)などの他のマイクロプロセッサを単独で、又は、組み合わせて用いることができる。また、これらマイクロプロセッサをFPGA(Field Programmable Gate Array)又はFPAA(Field Programmable Analog Array)といったPLD(Programmable Logic Device)によって実現した構成としてもよい。 As the calculation unit 103, in addition to a central processing unit (CPU), other microprocessors such as a DSP (Digital Signal Processor) and a GPU (Graphics Processing Unit) can be used alone or in combination. Furthermore, these microprocessors may be realized by a PLD (Programmable Logic Device) such as an FPGA (Field Programmable Gate Array) or an FPAA (Field Programmable Analog Array).

演算部103は、プロセッサにより種々のプログラムからの命令を解釈し実行することで、各種のデータ処理及びプログラム制御を行う。プロセッサにより実行し得るプログラムは、プロセッサが有するメモリ領域に格納されていてもよいし、別途設けられる記憶部に格納されていてもよい。記憶部として、例えば、フラッシュメモリ、MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)、PRAM(Phase change RAM)、ReRAM(Resistive RAM)、FeRAM(Ferroelectric RAM)などの不揮発性の記憶素子が適用された記憶装置、又はDRAM(Dynamic RAM)及びSRAM(Static RAM)などの揮発性の記憶素子が適用された記憶装置等を用いてもよい。 The calculation unit 103 performs various data processing and program control by interpreting and executing commands from various programs using the processor. The programs that can be executed by the processor may be stored in a memory area of the processor, or may be stored in a separately provided storage unit. As the storage unit, for example, a storage device using a non-volatile storage element such as a flash memory, MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory), PRAM (Phase change RAM), ReRAM (Resistive RAM), or FeRAM (Ferroelectric RAM), or a storage device using a volatile storage element such as a DRAM (Dynamic RAM) or SRAM (Static RAM), may be used.

通信部85は、画像データ等の各種データを取得するために無線又は有線によって外部機器と通信を行う機能を有する。通信部85は、例えば、高周波回路(RF回路)を設け、RF信号の送受信を行えばよい。高周波回路は、各国法制により定められた周波数帯域の電磁信号と電気信号とを相互に変換し、当該電磁信号を用いて無線で他の通信機器との間で通信を行うための回路である。無線通信を行う場合、通信プロトコル又は通信技術として、LTE(Long Term Evolution)、GSM(Global System for Mobile Communication:登録商標)、EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)、CDMA2000(Code Division Multiple Access 2000)、WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access:登録商標)などの通信規格、又はWi-Fi(登録商標)、Bluetooth(登録商標)、ZigBee(登録商標)等のIEEEにより通信規格化された仕様を用いることができる。また、国際電気通信連合(ITU)が定める第3世代移動通信システム(3G)、第4世代移動通信システム(4G)、又は第5世代移動通信システム(5G)などを用いることもできる。 The communication unit 85 has a function of communicating with external devices wirelessly or via wires to acquire various data such as image data. The communication unit 85 may, for example, be provided with a high-frequency circuit (RF circuit) and transmit and receive RF signals. The high-frequency circuit is a circuit that converts between electromagnetic signals and electrical signals in a frequency band determined by the legislation of each country, and uses the electromagnetic signals to wirelessly communicate with other communication devices. When performing wireless communication, communication standards such as LTE (Long Term Evolution), GSM (Global System for Mobile Communication: registered trademark), EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution), CDMA2000 (Code Division Multiple Access 2000), and WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access: registered trademark), or IEEE communication standardized specifications such as Wi-Fi (registered trademark), Bluetooth (registered trademark), and ZigBee (registered trademark), can be used as communication protocols or communication technologies. Additionally, the third generation mobile communication system (3G), fourth generation mobile communication system (4G), or fifth generation mobile communication system (5G) defined by the International Telecommunications Union (ITU) can also be used.

通信部85において、LAN(Local Area Network)接続用端子、デジタル放送の受信用端子、ACアダプタを接続する端子等の外部ポートを有していてもよい。 The communication unit 85 may have external ports such as a terminal for connecting to a LAN (Local Area Network), a terminal for receiving digital broadcasts, and a terminal for connecting an AC adapter.

表示装置90_L、表示装置90_Rは、それぞれ、複数の発光デバイス61、複数の画素回路51、駆動回路65、及び機能回路40を有する。画素回路51は、発光デバイス61の発光を制御する機能を有する。駆動回路65は、画素回路51を制御する機能を有する。 The display device 90_L and the display device 90_R each have a plurality of light-emitting devices 61, a plurality of pixel circuits 51, a drive circuit 65, and a functional circuit 40. The pixel circuit 51 has a function of controlling the light emission of the light-emitting devices 61. The drive circuit 65 has a function of controlling the pixel circuit 51.

演算部103で決定された表示装置の表示部における複数の領域の情報は、領域ごとに解像度を異ならせる駆動などに用いられる。機能回路40は、注視点に近い領域で、解像度の高い表示を行うよう駆動回路65の制御を行い、注視点より遠い領域で解像度の低い表示を行うように駆動回路65の制御を行う機能を有する。 The information on the multiple regions in the display unit of the display device determined by the calculation unit 103 is used for driving the display unit to have different resolutions for each region. The functional circuit 40 has a function of controlling the drive circuit 65 to perform a high-resolution display in a region close to the gaze point, and to control the drive circuit 65 to perform a low-resolution display in a region far from the gaze point.

例えば、画像データの書き換えを1画素おき、又は、複数画素おきに行うことで、解像度の低い表示を実現することができる。画像データの書き換えを行う画素を減らすことで、表示装置の消費電力を低減することができる。 For example, a low-resolution display can be achieved by rewriting image data every other pixel or every few pixels. Reducing the number of pixels for which image data is rewritten can reduce the power consumption of the display device.

電子装置150にセンサ97を設けてもよい。センサ97は、ユーザの視覚、聴覚、触覚、味覚、及び嗅覚、のいずれか一又は複数の情報を取得する機能を有すればよい。より具体的には、センサ97は、力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、磁気、温度、音声、時間、電場、電流、電圧、電力、放射線、湿度、傾度、振動、におい、及び赤外線、のいずれか一又は複数の情報を検知する機能、又は測定する機能を有すればよい。電子装置150は、一又は複数のセンサ97を備えてもよい。 The electronic device 150 may be provided with a sensor 97. The sensor 97 may have a function of acquiring one or more of the user's visual, auditory, tactile, taste, and olfactory information. More specifically, the sensor 97 may have a function of detecting or measuring one or more of the following information: force, displacement, position, speed, acceleration, angular velocity, rotation speed, distance, light, magnetism, temperature, sound, time, electric field, current, voltage, power, radiation, humidity, gradient, vibration, odor, and infrared. The electronic device 150 may be provided with one or more sensors 97.

センサ97を用いて、周囲の温度、湿度、照度、臭気などを計測してもよい。また、センサ97を用いて、例えば、指紋、掌紋、虹彩、網膜、脈形状(静脈形状、動脈形状を含む。)、又は、顔などを用いた個人認証のための情報を取得してもよい。また、センサ97を用いて、ユーザの瞬き回数、瞼の挙動、瞳孔の大きさ、体温、脈拍、又は血液中の酸素飽和度などを計測し、ユーザの疲労度及び健康状態などを検出してもよい。電子装置150は、ユーザの疲労度及び健康状態などを検知して、表示装置90に警告などを表示してもよい。 The sensor 97 may be used to measure the surrounding temperature, humidity, illuminance, odor, etc. The sensor 97 may also be used to obtain information for personal authentication using, for example, a fingerprint, palm print, iris, retina, pulse shape (including vein shape and artery shape), or face. The sensor 97 may also be used to measure the number of times the user blinks, eyelid behavior, pupil size, body temperature, pulse rate, or oxygen saturation in the blood, and detect the user's fatigue level and health condition, etc. The electronic device 150 may detect the user's fatigue level and health condition, etc., and display a warning, etc. on the display device 90.

ユーザの視線及び瞼の動きを検出して、電子装置150の動作を制御してもよい。ユーザは、電子装置150に触れて操作する必要がないため、両手に何も持たない状態(両手がフリーの状態)で、入力操作などを実現することができる。 The operation of the electronic device 150 may be controlled by detecting the movement of the user's line of sight and eyelids. Since the user does not need to touch the electronic device 150 to operate it, input operations can be performed without holding anything in both hands (both hands are free).

図27(A)は、電子装置150を示す斜視図である。図27(A)において電子装置150の筐体105は、一対の表示装置90_L、表示装置90_R及び演算部103の他、一例として、装着部86、緩衝部材87、一対のレンズ88等を有する。一対の表示装置90_L、表示装置90_Rは、筐体105の内部の、レンズ88を通して視認することができる位置にそれぞれ設けられている。 Fig. 27(A) is a perspective view showing an electronic device 150. In Fig. 27(A), the housing 105 of the electronic device 150 has, in addition to a pair of display devices 90_L, a display device 90_R, and a calculation unit 103, as one example, a mounting unit 86, a cushioning member 87, a pair of lenses 88, etc. The pair of display devices 90_L and 90_R are each provided in a position inside the housing 105 where they can be viewed through the lens 88.

図27(A)に示す筐体105には、入力端子98と、出力端子89と、が設けられている。入力端子98には、映像出力機器等からの画像信号(画像データ)、又は、筐体105内に設けられるバッテリ(図示しない。)を充電するための電力等を供給するケーブルを接続することができる。出力端子89は、例えば、音声出力端子として機能し、イヤフォン、ヘッドフォン等を接続することができる。 The housing 105 shown in FIG. 27(A) is provided with an input terminal 98 and an output terminal 89. The input terminal 98 can be connected to a cable that supplies an image signal (image data) from a video output device or the like, or power for charging a battery (not shown) provided within the housing 105. The output terminal 89 functions as, for example, an audio output terminal, and can be connected to earphones, headphones, etc.

筐体105は、レンズ88及び表示装置90_L、表示装置90_Rが、ユーザの目の位置に応じて最適な位置となるように、これらの左右の位置を調整可能な機構を有していることが好ましい。また、レンズ88と表示装置90_L、表示装置90_Rとの距離を変えることで、ピントを調整する機構を有していることが好ましい。 It is preferable that the housing 105 has a mechanism that can adjust the left-right positions of the lens 88 and the display devices 90_L and 90_R so that they are optimally positioned according to the position of the user's eyes. It is also preferable that the housing 105 has a mechanism that can adjust the focus by changing the distance between the lens 88 and the display devices 90_L and 90_R.

緩衝部材87は、ユーザの顔(額、頬など)に接触する部分である。緩衝部材87がユーザの顔と密着することにより、外光の侵入(光漏れ)を防ぐことができ、より没入感を高めることができる。緩衝部材87は、ユーザが電子装置150を装着した際にユーザの顔に密着するよう、緩衝部材87には柔らかい素材を用いることが好ましい。このような素材を用いると、肌触りが良いことに加え、寒い季節などに装着した際に、ユーザに冷たさを感じさせないため好ましい。緩衝部材87又は装着部86などの、ユーザの肌に触れる部材は、取り外し可能な構成とすると、クリーニング又は交換が容易となるため好ましい。 The cushioning member 87 is the part that comes into contact with the user's face (forehead, cheeks, etc.). The cushioning member 87 comes into close contact with the user's face, preventing the intrusion of external light (light leakage), and enhancing the sense of immersion. It is preferable that the cushioning member 87 is made of a soft material so that it comes into close contact with the user's face when the user wears the electronic device 150. Using such a material is preferable because it feels good on the skin and does not make the user feel cold when worn in cold seasons, etc. It is preferable that the members that come into contact with the user's skin, such as the cushioning member 87 or the attachment part 86, are removable, as this makes cleaning or replacement easier.

本発明の一態様の電子装置は、さらに、イヤフォン99Aを有していてもよい。イヤフォン99Aは、通信部(図示しない。)を有し、無線通信機能を有する。イヤフォン99Aは、無線通信機能により、音声データを出力することができる。なおイヤフォン99Aは、骨伝導イヤフォンとして機能する振動機構を有していてもよい。 The electronic device of one aspect of the present invention may further include an earphone 99A. The earphone 99A has a communication unit (not shown) and has a wireless communication function. The earphone 99A can output audio data using the wireless communication function. The earphone 99A may have a vibration mechanism that functions as a bone conduction earphone.

イヤフォン99Aは、図27(B)に示すイヤフォン99Bのように、装着部86に直接接続又は有線接続されている構成とすることができる。また、イヤフォン99B及び装着部86は、マグネットを有していてもよい。これにより、イヤフォン99Bを装着部86に磁力によって固定することができ、収納が容易となり好ましい。 The earphone 99A can be configured to be connected directly or by wire to the mounting portion 86, like the earphone 99B shown in FIG. 27(B). The earphone 99B and the mounting portion 86 may also have a magnet. This allows the earphone 99B to be fixed to the mounting portion 86 by magnetic force, which is preferable as it makes storage easier.

<表示装置の構成例>
図26(A)、図26(B)に示す表示装置90_L、表示装置90_Rに適用可能な表示装置90Aの構成について、図28(A)、図28(B)、及び図29を参照して説明する。
<Example of the configuration of the display device>
The configuration of a display device 90A that can be applied to the display device 90_L and the display device 90_R shown in FIGS. 26A and 26B will be described with reference to FIGS. 28A, 28B, and 29. FIG.

図28(A)は、図26(A)、図26(B)に示す表示装置90_L、表示装置90_Rに適用可能な表示装置90Aの斜視図である。 Figure 28 (A) is a perspective view of a display device 90A that can be used with the display devices 90_L and 90_R shown in Figures 26 (A) and 26 (B).

表示装置90Aは、基板91、基板92を有する。表示装置90Aは、基板91と基板92との間に設けられる表示部93を有する。表示部93は、複数の画素230を有する。画素230は、画素回路51及び発光デバイス61を有する。表示部93は、表示装置90Aにおける画像を表示する領域である。 The display device 90A has a substrate 91 and a substrate 92. The display device 90A has a display section 93 provided between the substrate 91 and the substrate 92. The display section 93 has a plurality of pixels 230. The pixels 230 have a pixel circuit 51 and a light-emitting device 61. The display section 93 is an area in the display device 90A that displays an image.

画素230を1920×1080画素のマトリクス状に配置すると、いわゆるフルハイビジョン(「2K解像度」、「2K1K」、又は「2K」などとも言われる。)の解像度で表示可能な表示部93を実現することができる。また、例えば、画素230を3840×2160画素のマトリクス状に配置すると、いわゆるウルトラハイビジョン(「4K解像度」、「4K2K」、又は「4K」などとも言われる。)の解像度で表示可能な表示部93を実現することができる。また、例えば、画素230を7680×4320画素のマトリクス状に配置すると、いわゆるスーパーハイビジョン(「8K解像度」、「8K4K」、又は「8K」などとも言われる。)の解像度で表示可能な表示部93を実現することができる。画素230を増やすことで、16Kさらには32Kの解像度で表示可能な表示部93を実現することも可能である。 When the pixels 230 are arranged in a matrix of 1920 x 1080 pixels, a display unit 93 capable of displaying at a resolution of so-called full high vision (also called "2K resolution", "2K1K", or "2K"). Also, for example, when the pixels 230 are arranged in a matrix of 3840 x 2160 pixels, a display unit 93 capable of displaying at a resolution of so-called ultra high vision (also called "4K resolution", "4K2K", or "4K"). Also, for example, when the pixels 230 are arranged in a matrix of 7680 x 4320 pixels, a display unit 93 capable of displaying at a resolution of so-called super high vision (also called "8K resolution", "8K4K", or "8K"). By increasing the number of pixels 230, it is also possible to realize a display unit 93 capable of displaying at a resolution of 16K or even 32K.

表示部93の画素密度(精細度)は、1000ppi以上10000ppi以下が好ましい。例えば、2000ppi以上6000ppi以下であってもよいし、3000ppi以上5000ppi以下であってもよい。 The pixel density (resolution) of the display unit 93 is preferably 1000 ppi or more and 10000 ppi or less. For example, it may be 2000 ppi or more and 6000 ppi or less, or 3000 ppi or more and 5000 ppi or less.

なお、表示部93の画面比率(アスペクト比)については、特に限定はない。表示部93は、例えば、1:1(正方形)、4:3、16:9、16:10など様々な画面比率に対応することができる。 There is no particular limitation on the screen ratio (aspect ratio) of the display unit 93. The display unit 93 can support various screen ratios, such as 1:1 (square), 4:3, 16:9, and 16:10.

なお、本明細書等において、素子という用語を「デバイス」と言い換えることができる場合がある。例えば、表示素子、発光デバイス、及び液晶素子は、それぞれ、例えば、表示デバイス、発光デバイス、及び液晶デバイスと言い換えることができる。 In this specification and the like, the term "element" may be alternatively referred to as "device." For example, a display element, a light-emitting device, and a liquid crystal element may be alternatively referred to as a display device, a light-emitting device, and a liquid crystal device, respectively.

表示装置90Aは、端子部94を介して、外部より各種信号及び電源電位が入力され、表示部93に設けられた表示素子を用いて、画像表示を行うことができる。表示素子として、様々な素子を用いることができる。代表的には、有機EL素子及びLED素子などの光を射出する機能を有する発光デバイス、液晶素子、又はMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)素子などを適用することができる。 The display device 90A receives various signals and power supply potentials from the outside via the terminal section 94, and can display images using the display elements provided in the display section 93. Various elements can be used as the display elements. Representative examples include light-emitting devices that have the function of emitting light, such as organic EL elements and LED elements, liquid crystal elements, and MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) elements.

基板91と基板92との間には、複数の層が設けられ、各層には回路動作を行うためのトランジスタ、又は光を射出する表示素子が設けられる。複数の層においては、表示素子の動作を制御する機能を有する画素回路、画素回路を制御する機能を有する駆動回路、駆動回路を制御する機能を有する機能回路等が設けられる。 Between the substrate 91 and the substrate 92, multiple layers are provided, and each layer is provided with a transistor for performing circuit operation or a display element for emitting light. In the multiple layers, pixel circuits having the function of controlling the operation of the display elements, drive circuits having the function of controlling the pixel circuits, functional circuits having the function of controlling the drive circuits, etc. are provided.

図28(B)に、基板91と基板92との間に設けられる各層の構成を模式的に示した斜視図を示している。 Figure 28 (B) shows a perspective view that illustrates the configuration of each layer provided between substrate 91 and substrate 92.

基板91上には、層62が設けられる。層62は、駆動回路65、機能回路40、及び入出力回路80を有する。層62は、チャネル形成領域64にシリコンを有するトランジスタ63(Siトランジスタともいう。)を有する。基板91には、例えば、シリコン基板を用いることができる。シリコン基板は、ガラス基板と比較して熱伝導性が高いため好ましい。駆動回路65、機能回路40、及び入出力回路80を同じ層に設けることで、駆動回路65、機能回路40、及び入出力回路80を電気的に接続する配線を短くすることができる。よって、機能回路40が駆動回路65を制御するための制御信号の充放電時間が短くなり、消費電力を低減することができる。また、入出力回路80が、機能回路40及び駆動回路65に信号を供給する時のための充放電時間が短くなり、消費電力を低減することができる。 A layer 62 is provided on the substrate 91. The layer 62 has a driver circuit 65, a functional circuit 40, and an input/output circuit 80. The layer 62 has a transistor 63 (also called a Si transistor) having silicon in a channel formation region 64. For example, a silicon substrate can be used for the substrate 91. A silicon substrate is preferable because it has higher thermal conductivity than a glass substrate. By providing the driver circuit 65, the functional circuit 40, and the input/output circuit 80 in the same layer, the wiring that electrically connects the driver circuit 65, the functional circuit 40, and the input/output circuit 80 can be shortened. Therefore, the charge and discharge time of the control signal for the functional circuit 40 to control the driver circuit 65 is shortened, and power consumption can be reduced. In addition, the charge and discharge time for the input/output circuit 80 to supply a signal to the functional circuit 40 and the driver circuit 65 is shortened, and power consumption can be reduced.

トランジスタ63は、例えば、チャネル形成領域に単結晶シリコンを有するトランジスタ(「c-Siトランジスタ」ともいう。)とすることができる。特に、層62に設けられるトランジスタとして、チャネル形成領域に単結晶シリコンを有するトランジスタを用いると、当該トランジスタのオン電流を大きくすることができる。よって、層62が有する回路を高速に駆動させることができるため、好ましい。またSiトランジスタは、チャネル長が3nm以上10nm以下といった微細加工で形成することができるため、CPU、GPUなどのアクセラレータ、アプリケーションプロセッサなどが表示部と一体に設けられた表示装置90Aとすることができる。 The transistor 63 can be, for example, a transistor having single crystal silicon in the channel formation region (also called a "c-Si transistor"). In particular, when a transistor having single crystal silicon in the channel formation region is used as the transistor provided in the layer 62, the on-current of the transistor can be increased. Therefore, it is preferable because the circuit of the layer 62 can be driven at high speed. In addition, since a Si transistor can be formed by microfabrication with a channel length of 3 nm to 10 nm, it can be a display device 90A in which a CPU, an accelerator such as a GPU, an application processor, etc. are integrally provided with the display unit.

層62に、チャネル形成領域に多結晶シリコンを有するトランジスタ(「Poly-Siトランジスタ)ともいう。)を設けてもよい。多結晶シリコンとして、LTPSを用いてもよい。なお、チャネル形成領域にLTPSを有するトランジスタを「LTPSトランジスタ」ともいう。また、必要に応じて層62にOSトランジスタを設けてもよい。 A transistor having polycrystalline silicon in a channel formation region (also called a "Poly-Si transistor") may be provided in layer 62. LTPS may be used as the polycrystalline silicon. Note that a transistor having LTPS in a channel formation region is also called an "LTPS transistor." In addition, an OS transistor may be provided in layer 62 as necessary.

駆動回路65として、シフトレジスタ、レベルシフタ、インバータ、ラッチ、アナログスイッチ、及び論理回路等の様々な回路を用いることができる。駆動回路65は、例えば、ゲートドライバ回路、ソースドライバ回路等を有する。この他に、演算回路、メモリ回路、及び電源回路等を有していてもよい。ゲートドライバ回路、ソースドライバ回路、及びその他の回路を、表示部93に重ねて配置することが可能となるため、これら回路と、表示部93とを並べて配置する場合と比較して、表示装置90Aの表示部93の外周に存在する非表示領域(額縁ともいう。)の幅を極めて狭くすることができ、表示装置90Aの小型化を実現することができる。 As the driving circuit 65, various circuits such as a shift register, a level shifter, an inverter, a latch, an analog switch, and a logic circuit can be used. The driving circuit 65 has, for example, a gate driver circuit, a source driver circuit, and the like. In addition, it may have an arithmetic circuit, a memory circuit, a power supply circuit, and the like. Since it is possible to arrange the gate driver circuit, the source driver circuit, and other circuits on top of the display unit 93, the width of the non-display area (also called a frame) existing on the periphery of the display unit 93 of the display device 90A can be made extremely narrow compared to the case where these circuits and the display unit 93 are arranged side by side, and the display device 90A can be made smaller.

機能回路40は、例えば、表示装置90Aにおける各回路の制御、及び、各回路を制御するための信号を生成するためのアプリケーションプロセッサの機能を有する。また、機能回路40は、CPU、GPUなどのアクセラレータなどの画像データを補正するための回路を有していてもよい。また、機能回路40は、画像データ等を表示装置90Aの外部から受信するためのインターフェースとしての機能を有するLVDS(Low Voltage Differential Signaling)回路、MIPI(Mobile Industry Processor Interface)回路、及びD/A(Digital to Analog)変換回路等を有していてもよい。また、機能回路40は、画像データを圧縮・伸長するための回路、及び電源回路等を有していてもよい。 The functional circuit 40 has, for example, the function of an application processor for controlling each circuit in the display device 90A and generating signals for controlling each circuit. The functional circuit 40 may also have a circuit for correcting image data such as an accelerator such as a CPU or a GPU. The functional circuit 40 may also have an LVDS (Low Voltage Differential Signaling) circuit having a function as an interface for receiving image data from outside the display device 90A, a MIPI (Mobile Industry Processor Interface) circuit, and a D/A (Digital to Analog) conversion circuit. The functional circuit 40 may also have a circuit for compressing and expanding image data, a power supply circuit, etc.

層62上には、層83が設けられる。層83は、複数の画素回路51を含む画素回路群55を有する。層83にOSトランジスタを設けてもよい。画素回路51は、OSトランジスタを含んで構成してもよい。なお層83は、層62上に積層して設けることができる。 A layer 83 is provided on the layer 62. The layer 83 has a pixel circuit group 55 including a plurality of pixel circuits 51. An OS transistor may be provided in the layer 83. The pixel circuit 51 may be configured to include an OS transistor. Note that the layer 83 can be stacked on the layer 62.

層83に、Siトランジスタを設けてもよい。例えば、画素回路51をチャネル形成領域に単結晶シリコン又は多結晶シリコンを有するトランジスタを含んで構成してもよい。多結晶シリコンとして、LTPSを用いてもよい。例えば、別の基板に層83を形成し、層62と貼り合わせることも可能である。 A Si transistor may be provided in layer 83. For example, pixel circuit 51 may be configured to include a transistor having single crystal silicon or polycrystalline silicon in the channel formation region. LTPS may be used as the polycrystalline silicon. For example, layer 83 may be formed on a separate substrate and bonded to layer 62.

例えば、画素回路51を異なる半導体材料を用いた複数種類のトランジスタで構成してもよい。画素回路51が、異なる半導体材料を用いた複数種類のトランジスタで構成される場合、トランジスタの種類ごとに異なる層にトランジスタを設けてもよい。例えば、画素回路51が、Siトランジスタと、OSトランジスタで構成される場合、SiトランジスタとOSトランジスタを重ねて設けてもよい。トランジスタを重ねて設けることで、画素回路51の占有面積が低減される。よって、表示装置90Aの精細度を高めることができる。なお、LTPSトランジスタと、OSトランジスタと、を組み合わせる構成を、LTPOと呼称する場合がある。 For example, the pixel circuit 51 may be composed of multiple types of transistors using different semiconductor materials. When the pixel circuit 51 is composed of multiple types of transistors using different semiconductor materials, the transistors may be provided in different layers for each type of transistor. For example, when the pixel circuit 51 is composed of Si transistors and OS transistors, the Si transistors and the OS transistors may be provided in a stacked manner. By providing the transistors in a stacked manner, the area occupied by the pixel circuit 51 is reduced. This can improve the resolution of the display device 90A. Note that a configuration in which LTPS transistors and OS transistors are combined may be referred to as LTPO.

OSトランジスタであるトランジスタ52として、チャネル形成領域54にインジウム、元素M(元素Mは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、又はスズ)、亜鉛の少なくとも一を含む酸化物を有するトランジスタを用いることが好ましい。このようなOSトランジスタは、オフ電流が非常に低いという特性を有する。よって、特に、画素回路に設けられるトランジスタとしてOSトランジスタを用いると、画素回路に書き込まれたアナログデータを長期間保持することができるため好ましい。 As the transistor 52, which is an OS transistor, it is preferable to use a transistor having an oxide containing at least one of indium, element M (element M is aluminum, gallium, yttrium, or tin), and zinc in the channel formation region 54. Such an OS transistor has a characteristic of having a very low off-state current. Therefore, it is particularly preferable to use an OS transistor as a transistor provided in a pixel circuit, because analog data written to the pixel circuit can be retained for a long period of time.

層83上には、層81が設けられる。層81上には、基板92が設けられる。基板92は、透光性を有する基板あるいは透光性を有する材料でなる層であることが好ましい。層81には、複数の発光デバイス61が設けられる。なお層81は、層83上に積層して設ける構成とすることができる。発光デバイス61として、例えば、有機エレクトロルミネセンス素子(有機EL素子ともいう。)などを用いることができる。ただし、発光デバイス61は、これに限定されず、例えば、無機材料からなる無機EL素子を用いても良い。なお、「有機EL素子」と「無機EL素子」をまとめて「EL素子」と呼ぶ場合がある。発光デバイス61は、量子ドットなどの無機化合物を有していてもよい。例えば、量子ドットを発光層に用いることで、発光材料として機能させることもできる。 A layer 81 is provided on the layer 83. A substrate 92 is provided on the layer 81. The substrate 92 is preferably a substrate having translucency or a layer made of a material having translucency. A plurality of light-emitting devices 61 are provided on the layer 81. The layer 81 can be configured to be stacked on the layer 83. For example, an organic electroluminescence element (also called an organic EL element) can be used as the light-emitting device 61. However, the light-emitting device 61 is not limited to this, and for example, an inorganic EL element made of an inorganic material can be used. Note that the "organic EL element" and the "inorganic EL element" may be collectively called the "EL element". The light-emitting device 61 may have an inorganic compound such as a quantum dot. For example, quantum dots can be used in the light-emitting layer to function as a light-emitting material.

図28(B)に示すように、本発明の一態様の表示装置90Aは、発光デバイス61と、画素回路51と、駆動回路65及び機能回路40と、を積層した構成とすることができるため、画素の開口率(有効表示面積比)を極めて高くすることができる。例えば、画素の開口率は、40%以上100%未満、好ましくは50%以上95%以下、より好ましくは60%以上95%以下とすることができる。また、画素回路51を極めて高密度に配置することが可能で、画素の精細度を極めて高くすることができる。例えば、表示装置90Aの表示部93(画素回路51及び発光デバイス61が積層されて設けられる領域)では、2000ppi以上、好ましくは3000ppi以上、より好ましくは5000ppi以上、さらに好ましくは6000ppi以上であって、20000ppi以下、又は30000ppi以下の精細度で、画素を配置することが可能となる。 As shown in FIG. 28B, the display device 90A of one embodiment of the present invention can have a stacked structure of the light-emitting device 61, the pixel circuit 51, the driver circuit 65, and the functional circuit 40, and therefore the aperture ratio (effective display area ratio) of the pixel can be extremely high. For example, the aperture ratio of the pixel can be 40% or more and less than 100%, preferably 50% or more and 95% or less, and more preferably 60% or more and 95% or less. In addition, the pixel circuits 51 can be arranged at an extremely high density, and the resolution of the pixel can be extremely high. For example, in the display portion 93 of the display device 90A (the region where the pixel circuit 51 and the light-emitting device 61 are stacked), the pixels can be arranged with a resolution of 2000 ppi or more, preferably 3000 ppi or more, more preferably 5000 ppi or more, and even more preferably 6000 ppi or more, and 20000 ppi or less, or 30000 ppi or less.

このような表示装置90Aは、極めて高精細であることから、ヘッドマウントディスプレイなどのVR向け機器、又はメガネ型のAR向け機器に好適に用いることができる。例えば、レンズ等の光学部材を通して表示装置90Aの表示部を視認する構成の場合であっても、表示装置90Aは極めて高精細な表示部を有するためにレンズで表示部を拡大しても画素が視認されず、没入感の高い表示を行うことができる。 Since such a display device 90A has extremely high resolution, it can be suitably used in VR devices such as head-mounted displays, or in glasses-type AR devices. For example, even in a configuration in which the display unit of the display device 90A is viewed through an optical component such as a lens, the display device 90A has an extremely high-resolution display unit, so that even if the display unit is enlarged with a lens, the pixels are not visible, and a highly immersive display can be achieved.

なお、表示装置90Aを装着型のVR又はAR用の表示装置として用いる場合、表示部93の対角サイズは、0.1インチ以上5.0インチ以下、好ましくは0.5インチ以上2.0インチ以下、さらに好ましくは、1インチ以上1.7インチ以下とすることができる。例えば、表示部93の対角サイズを1.5インチ、又は1.5インチ近傍にしてもよい。表示部93の対角サイズを2.0インチ以下とすることで、露光装置(代表的には、スキャナー装置)の1回の露光処理で処理することが可能となるため、製造プロセスの生産性を向上させることができる。 When the display device 90A is used as a wearable VR or AR display device, the diagonal size of the display unit 93 can be 0.1 inches or more and 5.0 inches or less, preferably 0.5 inches or more and 2.0 inches or less, and more preferably 1 inch or more and 1.7 inches or less. For example, the diagonal size of the display unit 93 may be 1.5 inches or close to 1.5 inches. By making the diagonal size of the display unit 93 2.0 inches or less, it becomes possible to process the display unit 93 in a single exposure process using an exposure device (typically, a scanner device), thereby improving the productivity of the manufacturing process.

本発明の一態様に係る表示装置90Aは、装着型の電子装置以外にも適用することができる。この場合、表示部93の対角サイズは2.0インチを越えてもかまわない。表示部93の対角サイズに応じて、画素回路51に用いるトランジスタの構成を適宜選択してもよい。例えば、画素回路51に単結晶Siトランジスタを用いる場合、表示部93の対角のサイズは0.1インチ以上3インチ以下が好ましい。また、画素回路51にLTPSトランジスタを用いる場合、表示部93の対角のサイズは0.1インチ以上30インチ以下が好ましく、1インチ以上30インチ以下がより好ましい。また、画素回路51にLTPO(LTPSトランジスタと、OSトランジスタとを、組み合わせる構成)を用いる場合、表示部93の対角のサイズは0.1インチ以上50インチ以下が好ましく1インチ以上50インチ以下がより好ましい。また、画素回路51にOSトランジスタを用いる場合、表示部93の対角のサイズは0.1インチ以上200インチ以下が好ましく、50インチ以上100インチ以下がより好ましい。 The display device 90A according to one embodiment of the present invention can be applied to devices other than wearable electronic devices. In this case, the diagonal size of the display unit 93 may exceed 2.0 inches. The configuration of the transistors used in the pixel circuit 51 may be appropriately selected according to the diagonal size of the display unit 93. For example, when a single crystal Si transistor is used in the pixel circuit 51, the diagonal size of the display unit 93 is preferably 0.1 inches or more and 3 inches or less. When an LTPS transistor is used in the pixel circuit 51, the diagonal size of the display unit 93 is preferably 0.1 inches or more and 30 inches or less, and more preferably 1 inch or more and 30 inches or less. When an LTPO (a configuration in which an LTPS transistor and an OS transistor are combined) is used in the pixel circuit 51, the diagonal size of the display unit 93 is preferably 0.1 inches or more and 50 inches or less, and more preferably 1 inch or more and 50 inches or less. Furthermore, when an OS transistor is used in the pixel circuit 51, the diagonal size of the display section 93 is preferably 0.1 inches or more and 200 inches or less, and more preferably 50 inches or more and 100 inches or less.

画素回路51などに単結晶Siトランジスタを用いた表示装置は、単結晶Si基板の大きさより、大型化が非常に困難である。また、画素回路51などにLTPSトランジスタを用いた表示装置は、製造工程にてレーザ結晶化装置を用いるため、大型化(代表的には、対角のサイズにて30インチを超える画面サイズ)への対応が難しい。一方でOSトランジスタは、製造工程にてレーザ結晶化装置などを用いる制約がない、又は比較的低温のプロセス温度(代表的には450℃以下)で製造することが可能なため、比較的大面積(代表的には、対角のサイズにて50インチ以上100インチ以下)の表示装置まで対応することが可能である。また、LTPOについては、LTPSトランジスタを用いる場合と、OSトランジスタを用いる場合との間の領域の表示部の対角サイズ(代表的には、1インチ以上50インチ以下)に適用することが可能となる。 It is very difficult to increase the size of a display device using single crystal Si transistors in the pixel circuit 51, etc., due to the size of the single crystal Si substrate. In addition, it is difficult to accommodate large displays (typically screen sizes exceeding 30 inches in diagonal size) when using LTPS transistors in the pixel circuit 51, etc., because a laser crystallization device is used in the manufacturing process. On the other hand, OS transistors are not restricted by the use of a laser crystallization device in the manufacturing process, or can be manufactured at a relatively low process temperature (typically 450°C or lower), so they can accommodate display devices with a relatively large area (typically 50 inches or more and 100 inches or less in diagonal size). In addition, LTPO can be applied to the diagonal size of the display part in the area between when LTPS transistors are used and when OS transistors are used (typically 1 inch or more and 50 inches or less).

駆動回路65及び機能回路40の具体的な構成例について、図29を参照して説明する。図29は、表示装置90Aの構成を示すブロック図であり、画素回路51、駆動回路65、及び機能回路40を接続する複数の配線、及び、表示装置90A内のバス配線等を示している。 A specific example of the configuration of the drive circuit 65 and the functional circuit 40 will be described with reference to FIG. 29. FIG. 29 is a block diagram showing the configuration of the display device 90A, and shows multiple wirings connecting the pixel circuits 51, the drive circuit 65, and the functional circuit 40, as well as bus wirings within the display device 90A.

図29に示す表示装置90Aにおいて、層83には、複数の画素回路51がマトリクス状に配置されている。 In the display device 90A shown in FIG. 29, a plurality of pixel circuits 51 are arranged in a matrix on the layer 83.

図29に示す表示装置90Aにおいて、層62には、駆動回路65、機能回路40、及び入出力回路80が配置されている。駆動回路65は、一例として、ソースドライバ回路66、デジタルアナログ変換回路(DAC:Digital Analog Converter)67、ゲートドライバ回路33、レベルシフタ34、増幅回路35、検査回路36、映像生成回路37、及び映像分配回路38を有する。機能回路40は、一例として、記憶装置41、GPU42、EL補正回路43、タイミングコントローラ44、CPU45、センサコントローラ46、電源回路47、温度センサ48、及び輝度補正回路49を有する。機能回路40は、アプリケーションプロセッサの機能を有する。なお、人工知能の演算を行うGPUを、AIアクセラレータという場合がある。 In the display device 90A shown in FIG. 29, a driving circuit 65, a functional circuit 40, and an input/output circuit 80 are arranged in the layer 62. The driving circuit 65 has, as an example, a source driver circuit 66, a digital-to-analog converter (DAC) 67, a gate driver circuit 33, a level shifter 34, an amplifier circuit 35, an inspection circuit 36, an image generation circuit 37, and an image distribution circuit 38. The functional circuit 40 has, as an example, a storage device 41, a GPU 42, an EL correction circuit 43, a timing controller 44, a CPU 45, a sensor controller 46, a power supply circuit 47, a temperature sensor 48, and a brightness correction circuit 49. The functional circuit 40 has the function of an application processor. Note that a GPU that performs calculations for artificial intelligence may be called an AI accelerator.

入出力回路80は、LVDS(Low Voltage Differential Signaling)などの伝送方式に対応し、入出力回路80は、端子部94を介して入力される制御信号及び画像データなどを、駆動回路65及び機能回路40に振り分ける機能を有する。また、入出力回路80は、表示装置90Aの情報を、端子部94を介して外部に出力する機能を有する。 The input/output circuit 80 supports transmission methods such as LVDS (Low Voltage Differential Signaling), and has a function of distributing control signals and image data input via a terminal unit 94 to a drive circuit 65 and a function circuit 40. The input/output circuit 80 also has a function of outputting information from the display device 90A to the outside via the terminal unit 94.

図29の表示装置90Aでは、駆動回路65に含まれる回路、機能回路40に含まれる回路、及び入出力回路80のそれぞれが、バス配線BSLと電気的に接続する構成を例示している。 The display device 90A in FIG. 29 illustrates a configuration in which the circuits included in the drive circuit 65, the circuits included in the functional circuit 40, and the input/output circuit 80 are each electrically connected to the bus wiring BSL.

ソースドライバ回路66は、一例として、画素230が有する画素回路51に対して、画像データを送信する機能を有する。そのため、ソースドライバ回路66は、配線SLを介して、画素回路51に電気的に接続されている。なおソースドライバ回路66は、複数設けてもよい。 As an example, the source driver circuit 66 has a function of transmitting image data to the pixel circuit 51 of the pixel 230. Therefore, the source driver circuit 66 is electrically connected to the pixel circuit 51 via the wiring SL. Note that multiple source driver circuits 66 may be provided.

デジタルアナログ変換回路67は、一例として、後述するGPU、補正回路などによってデジタル処理された画像データをアナログデータに変換する機能を有する。アナログデータに変換された画像データは、オペアンプなどの増幅回路35により増幅され、ソースドライバ回路66を介して、画素回路51に送信される。なお、ソースドライバ回路66、デジタルアナログ変換回路67、画素回路51の順に、画像データが送信される構成としてもよい。また、デジタルアナログ変換回路67及び増幅回路35は、ソースドライバ回路66に含まれていてもよい。 The digital-to-analog conversion circuit 67 has a function of converting image data that has been digitally processed by a GPU, a correction circuit, etc., described below, into analog data. The image data converted into analog data is amplified by an amplifier circuit 35 such as an operational amplifier, and transmitted to the pixel circuit 51 via the source driver circuit 66. Note that the image data may be transmitted in the order of the source driver circuit 66, the digital-to-analog conversion circuit 67, and the pixel circuit 51. The digital-to-analog conversion circuit 67 and the amplifier circuit 35 may be included in the source driver circuit 66.

ゲートドライバ回路33は、一例として、画素回路51において、画像データの送信先となる画素回路を選択する機能を有する。そのため、ゲートドライバ回路33は、配線GLを介して、画素回路51に電気的に接続されている。なおゲートドライバ回路33は、ソースドライバ回路66と対応して、複数設けてもよい。 As an example, the gate driver circuit 33 has a function of selecting a pixel circuit in the pixel circuit 51 to which image data is to be sent. Therefore, the gate driver circuit 33 is electrically connected to the pixel circuit 51 via the wiring GL. Note that multiple gate driver circuits 33 may be provided in correspondence with the source driver circuits 66.

レベルシフタ34は、一例として、ソースドライバ回路66、デジタルアナログ変換回路67、ゲートドライバ回路33などに対して入力される信号を、適切なレベルに変換する機能を有する。 The level shifter 34 has the function of converting signals input to the source driver circuit 66, the digital-to-analog conversion circuit 67, the gate driver circuit 33, etc., to an appropriate level, for example.

記憶装置41は、一例として、画素回路51に表示させる画像データを保存する機能を有する。なお、記憶装置41は、画像データをデジタルデータ又はアナログデータとして保存する構成とすることができる。 As an example, the memory device 41 has a function of storing image data to be displayed in the pixel circuit 51. The memory device 41 can be configured to store image data as digital data or analog data.

記憶装置41に画像データを保存する場合、記憶装置41は、不揮発性メモリとすることが好ましい。この場合、記憶装置41には、例えば、NAND型メモリなどを適用することができる。 When storing image data in the storage device 41, it is preferable that the storage device 41 is a non-volatile memory. In this case, for example, a NAND type memory can be used for the storage device 41.

記憶装置41にGPU42、EL補正回路43、CPU45などで生じる一時データを保存する場合、記憶装置41は揮発性メモリとすることが好ましい。この場合、記憶装置41には、例えば、SRAM、DRAMなどを適用することができる。 When temporary data generated by the GPU 42, the EL correction circuit 43, the CPU 45, etc. is stored in the storage device 41, it is preferable that the storage device 41 is a volatile memory. In this case, for example, SRAM, DRAM, etc. can be used for the storage device 41.

GPU42は、一例として、記憶装置41から読み出された画像データを、画素回路51に出力するための処理を行う機能を有する。特に、GPU42は、並列にパイプライン処理を行う構成となっているため、画素回路51に出力する画像データを高速に処理することができる。また、GPU42は、エンコードされた画像を復元するためのデコーダとしての機能も有することができる。 As an example, the GPU 42 has a function of performing processing to output image data read from the storage device 41 to the pixel circuit 51. In particular, the GPU 42 is configured to perform pipeline processing in parallel, so that the image data to be output to the pixel circuit 51 can be processed at high speed. The GPU 42 can also function as a decoder for restoring an encoded image.

機能回路40には、表示装置90Aの表示品位を高めることができる回路が複数含まれていてもよい。当該回路として、例えば、表示される画像の色ムラを検出して、当該色ムラを補正して最適な画像にする補正回路(調色、調光)を設けてもよい。例えば、表示素子に有機ELが用いられた発光デバイスが適用されている場合、機能回路40に、当該発光デバイスの特性に応じて画像データを補正するEL補正回路を設けてもよい。機能回路40には、一例として、EL補正回路43を含めている。 The functional circuit 40 may include a plurality of circuits capable of improving the display quality of the display device 90A. For example, such a circuit may include a correction circuit (color adjustment, dimming) that detects color unevenness in the displayed image and corrects the color unevenness to produce an optimal image. For example, when a light-emitting device using an organic EL is applied to the display element, the functional circuit 40 may include an EL correction circuit that corrects image data according to the characteristics of the light-emitting device. As an example, the functional circuit 40 includes an EL correction circuit 43.

上記で説明した画像補正には、人工知能を用いてもよい。例えば、画素回路に流れる電流(又は画素回路に印加される電圧)をモニタリングして取得し、表示された画像をイメージセンサなどで取得し、電流(又は電圧)と画像を人工知能の演算(例えば、人工ニューラルネットワークなど)の入力データとして扱い、その出力結果で当該画像の補正の有無を判断させてもよい。 Artificial intelligence may be used for the image correction described above. For example, the current flowing through the pixel circuit (or the voltage applied to the pixel circuit) may be monitored and acquired, and the displayed image may be acquired by an image sensor or the like, and the current (or voltage) and the image may be treated as input data for an artificial intelligence calculation (e.g., an artificial neural network, etc.), and the output result may be used to determine whether or not the image needs to be corrected.

人工知能の演算は、画像補正だけでなく、画像データの解像度を高めるアップコンバート処理にも適用することができる。一例として、図29のGPU42は、各種補正の演算(色ムラ補正42a、アップコンバート42bなど)を行うためのブロックを図示している。 Artificial intelligence calculations can be applied not only to image correction, but also to up-conversion processing that increases the resolution of image data. As an example, the GPU 42 in FIG. 29 illustrates blocks for performing various correction calculations (color unevenness correction 42a, up-conversion 42b, etc.).

画像データのアップコンバート処理を行うためのアルゴリズムとして、Nearest neighbor法、Bilinear法、Bicubic法、RAISR(Rapid and Accurate Image Super-Resolution)法、ANR(Anchored Neighborhood Regression)法、A+法、SRCNN(Super-Resolution Convolutional Neural Network)法などから選択して行うことができる。 The algorithm for up-converting image data can be selected from the Nearest Neighbor method, Bilinear method, Bicubic method, RAISR (Rapid and Accurate Image Super-Resolution) method, ANR (Anchored Neighborhood Regression) method, A+ method, SRCNN (Super-Resolution Convolutional Neural Network) method, etc.

アップコンバート処理は、注視点に応じて決定される領域ごとに、アップコンバート処理に用いるアルゴリズムを変える構成としてもよい。例えば、注視点及び注視点近傍の領域のアップコンバート処理を、処理速度が遅いが高精度なアルゴリズムで行い、当該領域以外の領域のアップコンバート処理を、処理速度は速いが低精度なアルゴリズムで行えばよい。当該構成とすることで、アップコンバート処理に必要な時間を短縮することができる。また、アップコンバート処理に必要な消費電力を低減することができる。 The upconversion process may be configured to change the algorithm used for the upconversion process for each area determined according to the gaze point. For example, the upconversion process for the gaze point and the area near the gaze point may be performed using an algorithm that has a slow processing speed but high accuracy, and the upconversion process for areas other than the gaze point may be performed using an algorithm that has a fast processing speed but low accuracy. With this configuration, the time required for the upconversion process can be shortened. Also, the power consumption required for the upconversion process can be reduced.

アップコンバート処理に限らず、画像データの解像度を下げるダウンコンバート処理を行ってもよい。画像データの解像度が表示部93の解像度よりも大きい場合、画像データの一部が表示部93に表示されない場合がある。このような場合、ダウンコンバート処理を行うことで、当該画像データ全体を表示部93に表示することができる。 In addition to up-conversion processing, down-conversion processing may be performed to reduce the resolution of image data. If the resolution of the image data is greater than the resolution of the display unit 93, a portion of the image data may not be displayed on the display unit 93. In such a case, down-conversion processing can be performed to display the entire image data on the display unit 93.

タイミングコントローラ44は、一例として、画像を表示させる駆動周波数(フレーム周波数、フレームレート、又はリフレッシュレートなど)を制御する機能を有する。例えば、表示装置90Aで静止画を表示させる場合、タイミングコントローラ44によって駆動周波数を下げることで、表示装置90Aの消費電力を低減することができる。 As an example, the timing controller 44 has a function of controlling the drive frequency (frame frequency, frame rate, refresh rate, etc.) at which an image is displayed. For example, when a still image is displayed on the display device 90A, the drive frequency can be lowered by the timing controller 44, thereby reducing the power consumption of the display device 90A.

CPU45は、一例として、オペレーティングシステムの実行、データの制御、各種演算、及び、プログラムの実行など、汎用の処理を行う機能を有する。CPU45は、例えば、記憶装置41における画像データの書き込み動作又は読み出し動作、画像データの補正動作、後述するセンサへの動作、などの命令を行う役割を有する。また、例えば、CPU45は、機能回路40に含まれる回路の少なくとも一に制御信号を送信する機能を有してもよい。 The CPU 45 has a function to perform general-purpose processing such as, for example, running an operating system, controlling data, performing various calculations, and running programs. The CPU 45 has a role to execute commands such as writing or reading image data in the storage device 41, correcting image data, and operating a sensor, which will be described later. In addition, for example, the CPU 45 may have a function to send a control signal to at least one of the circuits included in the functional circuit 40.

センサコントローラ46は、一例として、センサを制御する機能を有する。また、図29では、当該センサに電気的に接続するための配線として、配線SNCLを図示している。 As an example, the sensor controller 46 has a function of controlling the sensor. Also, in FIG. 29, wiring SNCL is illustrated as wiring for electrically connecting to the sensor.

当該センサは、例えば、表示部に備えることができるタッチセンサとすることができる。又は、当該センサは、例えば、照度センサとすることができる。 The sensor may be, for example, a touch sensor that may be provided on the display unit. Alternatively, the sensor may be, for example, an illuminance sensor.

電源回路47は、一例として、画素回路51、駆動回路65、及び機能回路40に含まれている回路などに対して供給する電圧を生成する機能を有する。なお、電源回路47は、電圧を供給する回路を選択する機能を有してもよい。例えば、電源回路47は、静止画を表示させている期間では、CPU45、GPU42などに対しての電圧供給を停止することによって、表示装置90A全体の消費電力を低減することができる。 The power supply circuit 47 has a function of generating a voltage to be supplied to the pixel circuits 51, the drive circuit 65, and the circuits included in the functional circuit 40, for example. The power supply circuit 47 may also have a function of selecting the circuit to which the voltage is to be supplied. For example, the power supply circuit 47 can reduce the power consumption of the entire display device 90A by stopping the supply of voltage to the CPU 45, the GPU 42, etc. during the period when a still image is being displayed.

以上説明したように本発明の一態様に係る表示装置は、表示素子と、画素回路と、駆動回路及び機能回路40と、を積層した構成とすることができる。周辺回路である駆動回路及び機能回路を画素回路と重ねて配置することができ、額縁の幅を極めて狭くすることができるため、小型化が図られた表示装置とすることができる。また、本発明の一態様の表示装置は、各回路を積層した構成とすることにより、各回路間を接続する配線を短くすることができるため、軽量化が図られた表示装置とすることができる。また、本発明の一態様に係る表示装置は、画素の精細度が高められた表示部とすることができるため、表示品位に優れた表示装置とすることができる。 As described above, the display device according to one embodiment of the present invention can have a stacked structure of a display element, a pixel circuit, a driver circuit, and a functional circuit 40. The driver circuit and the functional circuit, which are peripheral circuits, can be arranged to overlap with the pixel circuit, and the width of the frame can be made extremely narrow, so that the display device can be made compact. In addition, the display device according to one embodiment of the present invention can be made lightweight because the wiring connecting the circuits can be shortened by stacking the circuits. In addition, the display device according to one embodiment of the present invention can have a display portion with improved pixel resolution, so that the display device has excellent display quality.

<表示モジュールの構成例>
続いて、表示装置90Aを含む表示モジュールの構成例について説明する。
<Example of display module configuration>
Next, a configuration example of a display module including the display device 90A will be described.

図30(A)乃至図30(C)は、表示モジュール500の斜視図である。表示モジュール500は、表示装置90Aの端子部94にFPC504を備えた構造を有する。FPC504は絶縁物でできたフィルムに配線を備えた構造を有する。また、FPC504は、可撓性を有する。FPC504は、外部から表示装置90Aにビデオ信号、制御信号、及び電源電位などを供給するための配線として機能する。また、FPC504上に、ICが実装されていてもよい。 Figures 30(A) to 30(C) are perspective views of a display module 500. The display module 500 has a structure in which an FPC 504 is provided on the terminal portion 94 of the display device 90A. The FPC 504 has a structure in which wiring is provided on a film made of an insulating material. The FPC 504 is flexible. The FPC 504 functions as wiring for supplying video signals, control signals, power supply potential, and the like from the outside to the display device 90A. An IC may also be mounted on the FPC 504.

図30(B)に示す表示モジュール500は、プリント配線板501上に表示装置90Aを備える構成を有する。プリント配線板501は、絶縁物でできた基板の内部又は表面、若しくは、内部と表面に配線を備えた構造を有する。 The display module 500 shown in FIG. 30(B) has a configuration in which a display device 90A is provided on a printed wiring board 501. The printed wiring board 501 has a structure in which wiring is provided inside or on the surface, or inside and on the surface, of a substrate made of an insulating material.

図30(B)に示す表示モジュール500では、表示装置90Aの端子部94と、プリント配線板501の端子部502が、ワイヤ503を介して、電気的に接続している。ワイヤ503は、ワイヤボンディングで形成することができる。また、ワイヤボンディングとして、ボールボンディング又はウェッジボンディングを用いることができる。 In the display module 500 shown in FIG. 30(B), the terminal portion 94 of the display device 90A and the terminal portion 502 of the printed wiring board 501 are electrically connected via a wire 503. The wire 503 can be formed by wire bonding. Also, ball bonding or wedge bonding can be used as the wire bonding.

ワイヤ503の形成後、樹脂材料などでワイヤ503を覆ってもよい。なお、表示装置90Aとプリント配線板501の電気的な接続は、ワイヤボンディング以外の方法で行ってもよい。例えば、表示装置90Aとプリント配線板501の電気的な接続を、異方性導電接着剤又はバンプなどで実現してもよい。 After the wire 503 is formed, the wire 503 may be covered with a resin material or the like. The electrical connection between the display device 90A and the printed wiring board 501 may be achieved by a method other than wire bonding. For example, the electrical connection between the display device 90A and the printed wiring board 501 may be achieved by an anisotropic conductive adhesive or bumps.

図30(B)に示す表示モジュール500は、プリント配線板501の端子部502がFPC504と電気的に接続している。例えば、表示装置90Aの端子部94が備える電極のピッチと、FPC504が備える電極のピッチが異なる場合は、プリント配線板501を介して、端子部94とFPC504を電気的に接続してもよい。具体的には、プリント配線板501に形成された配線を用いて、端子部94が備える複数の電極の間隔(ピッチ)を、端子部502が備える複数の電極の間隔に変換することができる。すなわち、端子部94が備える電極のピッチとFPC504が備える電極のピッチが異なる場合においても、両者の電極の電気的な接続を実現することができる。 30B, the terminal portion 502 of the printed wiring board 501 is electrically connected to the FPC 504. For example, when the pitch of the electrodes of the terminal portion 94 of the display device 90A is different from the pitch of the electrodes of the FPC 504, the terminal portion 94 and the FPC 504 may be electrically connected via the printed wiring board 501. Specifically, the spacing (pitch) of the multiple electrodes of the terminal portion 94 can be converted to the spacing of the multiple electrodes of the terminal portion 502 by using wiring formed on the printed wiring board 501. That is, even when the pitch of the electrodes of the terminal portion 94 is different from the pitch of the electrodes of the FPC 504, the electrical connection of the electrodes of both can be realized.

プリント配線板501には、抵抗素子、容量素子、半導体素子などの様々な素子を設けることができる。 The printed wiring board 501 can be provided with various elements such as resistor elements, capacitor elements, and semiconductor elements.

図30(C)に示す表示モジュール500のように、端子部502をプリント配線板501の下面(表示装置90Aが設けられていない側の面)に設けられた接続部505と電気的に接続してもよい。例えば、接続部505をソケット形式の接続部にすることで、表示モジュール500と他の機器との脱着を容易に行える。 As in the display module 500 shown in FIG. 30(C), the terminal portion 502 may be electrically connected to a connection portion 505 provided on the underside of the printed wiring board 501 (the side on which the display device 90A is not provided). For example, by making the connection portion 505 a socket-type connection portion, the display module 500 can be easily attached to and detached from other devices.

<画素回路の構成例>
図31(A)及び図31(B)では、画素回路51の構成例、及び、画素回路51に接続される発光デバイス61について示す。図31(A)は、各素子の接続を示す図、図31(B)は、駆動回路を備える層62、画素回路が有する複数のトランジスタを備える層83、発光デバイスを備える層81の上下関係を模式的に示す図である。
<Example of pixel circuit configuration>
31A and 31B show a configuration example of a pixel circuit 51 and a light-emitting device 61 connected to the pixel circuit 51. Fig. 31A is a diagram showing the connections of the various elements, and Fig. 31B is a diagram showing a schematic hierarchical relationship between a layer 62 including a driver circuit, a layer 83 including a plurality of transistors included in the pixel circuit, and a layer 81 including a light-emitting device.

図31(A)及び図31(B)に一例として示す画素回路51は、トランジスタ52A、トランジスタ52B、トランジスタ52C、及び容量素子53を備える。トランジスタ52A、トランジスタ52B、トランジスタ52Cは、OSトランジスタで構成することができる。トランジスタ52A、トランジスタ52B、トランジスタ52Cの各OSトランジスタは、バックゲート電極を備えていることが好ましく、この場合、バックゲート電極にゲート電極と同じ信号を与える構成、バックゲート電極にゲート電極と異なる信号を与える構成とすることができる。 The pixel circuit 51 shown as an example in FIG. 31(A) and FIG. 31(B) includes a transistor 52A, a transistor 52B, a transistor 52C, and a capacitor 53. The transistors 52A, 52B, and 52C can be OS transistors. Each of the OS transistors 52A, 52B, and 52C preferably includes a backgate electrode. In this case, the backgate electrode can be configured to receive the same signal as the gate electrode, or the backgate electrode can be configured to receive a signal different from the gate electrode.

トランジスタ52Bは、トランジスタ52Aと電気的に接続されるゲート電極と、発光デバイス61と電気的に接続される第1の電極と、配線ANOと電気的に接続される第2の電極と、を備える。配線ANOは、発光デバイス61に電流を供給するための電位を与えるための配線である。 Transistor 52B has a gate electrode electrically connected to transistor 52A, a first electrode electrically connected to light-emitting device 61, and a second electrode electrically connected to wiring ANO. Wiring ANO is a wiring for providing a potential for supplying a current to light-emitting device 61.

トランジスタ52Aは、トランジスタ52Bのゲート電極と電気的に接続される第1の端子と、ソース線として機能する配線SLと電気的に接続される第2の端子と、ゲート線として機能する配線GL1の電位に基づいて、導通状態又は非導通状態を制御する機能を有するゲート電極と、を備える。 Transistor 52A has a first terminal electrically connected to the gate electrode of transistor 52B, a second terminal electrically connected to the wiring SL that functions as a source line, and a gate electrode that has the function of controlling the conductive state or non-conductive state based on the potential of the wiring GL1 that functions as a gate line.

トランジスタ52Cは、配線V0と電気的に接続される第1の端子と、発光デバイス61と電気的に接続される第2の端子と、ゲート線として機能する配線GL2の電位に基づいて、導通状態又は非導通状態を制御する機能を有するゲート電極と、を備える。配線V0は、基準電位を与えるための配線、及び、画素回路51を流れる電流を駆動回路65又は機能回路40に出力するための配線である。 Transistor 52C has a first terminal electrically connected to wiring V0, a second terminal electrically connected to light-emitting device 61, and a gate electrode that has a function of controlling a conductive state or a non-conductive state based on the potential of wiring GL2 that functions as a gate line. Wiring V0 is a wiring for providing a reference potential and a wiring for outputting a current flowing through pixel circuit 51 to drive circuit 65 or function circuit 40.

容量素子53は、トランジスタ52Bのゲート電極と電気的に接続される導電膜と、トランジスタ52Bの第2の電極と電気的に接続される導電膜と、を備える。 The capacitive element 53 includes a conductive film electrically connected to the gate electrode of the transistor 52B and a conductive film electrically connected to the second electrode of the transistor 52B.

発光デバイス61は、トランジスタ52Bの第1の電極に電気的に接続される第1の電極と、配線VCOMに電気的に接続される第2の電極と、を備える。配線VCOMは、発光デバイス61に電流を供給するための電位を与えるための配線である。 The light-emitting device 61 has a first electrode electrically connected to the first electrode of the transistor 52B and a second electrode electrically connected to the wiring VCOM. The wiring VCOM is a wiring for providing a potential for supplying a current to the light-emitting device 61.

これにより、トランジスタ52Bのゲート電極に与えられる画像信号に応じて、発光デバイス61が射出する光の強度を制御することができる。またトランジスタ52Cを介して与えられる配線V0の基準電位によって、トランジスタ52Bのゲート-ソース間電圧のばらつきを抑制することができる。 This allows the intensity of the light emitted by the light-emitting device 61 to be controlled according to the image signal applied to the gate electrode of transistor 52B. In addition, the reference potential of wiring V0 applied via transistor 52C can suppress variations in the gate-source voltage of transistor 52B.

配線V0から、画素パラメータの設定に用いることのできる電流値を出力することができる。より具体的には、配線V0は、トランジスタ52Bに流れる電流、又は、発光デバイス61に流れる電流を、外部に出力するためのモニター線として機能させることができる。配線V0に出力された電流は、ソースフォロア回路などにより電圧に変換され、外部に出力される。又は、A-Dコンバータなどによりデジタル信号に変換され、機能回路40等に出力することができる。 A current value that can be used to set pixel parameters can be output from the wiring V0. More specifically, the wiring V0 can function as a monitor line for outputting the current flowing through the transistor 52B or the current flowing through the light-emitting device 61 to the outside. The current output to the wiring V0 is converted to a voltage by a source follower circuit or the like and output to the outside. Alternatively, it can be converted to a digital signal by an A-D converter or the like and output to the functional circuit 40, etc.

本発明の一態様で説明する発光デバイスは、有機EL素子(OLEDともいう。)などの自発光型の表示素子をいう。なお画素回路に電気的に接続される発光デバイスは、LED、マイクロLED、QLED、半導体レーザ等の、自発光型の発光デバイスとすることが可能である。 The light-emitting device described in one embodiment of the present invention is a self-luminous display element such as an organic electroluminescent element (also called an OLED). The light-emitting device electrically connected to the pixel circuit can be a self-luminous light-emitting device such as an LED, a micro LED, a QLED, or a semiconductor laser.

図31(B)に一例として示す構成では、画素回路51と、駆動回路65と、を電気的に接続する配線を短くすることができるため、当該配線の配線抵抗を小さくすることができる。よって、データの書き込みを高速に行うことができるため、表示装置90Aを高速に駆動させることができる。これにより、表示装置90Aが有する画素回路51を多くしても、十分なフレーム期間を確保することができるため、表示装置90Aの画素密度を高めることができる。また、表示装置90Aの画素密度を高めることにより、表示装置90Aにより表示される画像の精細度を高めることができる。例えば、表示装置90Aの画素密度を、1000ppi以上とすることができ、又は5000ppi以上とすることができ、又は7000ppi以上とすることができる。よって、表示装置90Aは、例えば、AR又はVR用の表示装置とすることができ、HMD等、表示部とユーザの距離が近い電子装置に好適に適用することができる。 In the configuration shown as an example in FIG. 31B, the wiring electrically connecting the pixel circuit 51 and the drive circuit 65 can be shortened, so that the wiring resistance of the wiring can be reduced. Therefore, data can be written at high speed, so that the display device 90A can be driven at high speed. As a result, even if the display device 90A has a large number of pixel circuits 51, a sufficient frame period can be secured, so that the pixel density of the display device 90A can be increased. In addition, by increasing the pixel density of the display device 90A, the resolution of the image displayed by the display device 90A can be increased. For example, the pixel density of the display device 90A can be 1000 ppi or more, or 5000 ppi or more, or 7000 ppi or more. Therefore, the display device 90A can be, for example, a display device for AR or VR, and can be suitably applied to electronic devices such as HMDs in which the display unit is close to the user.

なお、図31(A)及び図31(B)では、計3つのトランジスタを有する画素回路51を一例として示したが、本発明の一態様はこれに限らない。以下では、画素回路51に適用可能な画素回路の構成例及び駆動方法例について説明する。 Note that although the pixel circuit 51 having a total of three transistors is shown as an example in FIG. 31(A) and FIG. 31(B), one embodiment of the present invention is not limited to this. Below, a configuration example and a driving method example of a pixel circuit that can be applied to the pixel circuit 51 will be described.

図32(A)に示す画素回路51Aは、トランジスタ52A、トランジスタ52B、及び容量素子53を図示している。また、図32(A)では、画素回路51Aに接続される発光デバイス61を図示している。また、画素回路51Aには、配線SL、配線GL、配線ANO、及び配線VCOMが電気的に接続されている。画素回路51Aは、図31(A)に示す画素回路51からトランジスタ52Cを除き、かつ、配線GL1及び配線GL2を配線GLに置き換えた構成を有している。 The pixel circuit 51A shown in FIG. 32(A) includes a transistor 52A, a transistor 52B, and a capacitor 53. FIG. 32(A) also illustrates a light-emitting device 61 connected to the pixel circuit 51A. The pixel circuit 51A is electrically connected to wiring SL, wiring GL, wiring ANO, and wiring VCOM. The pixel circuit 51A has a configuration in which the transistor 52C is removed from the pixel circuit 51 shown in FIG. 31(A) and wiring GL1 and wiring GL2 are replaced with wiring GL.

トランジスタ52Aは、ゲートが配線GLと、ソース又はドレインの一方が配線SLと、他方がトランジスタ52Bのゲート、及び、容量C1の一方の電極と、それぞれ電気的に接続されている。トランジスタ52Bは、ソース又はドレインの一方が配線ANOと、他方が発光デバイス61のアノードと、それぞれ電気的に接続されている。容量C1は、他方の電極が発光デバイス61のアノードと電気的に接続されている。発光デバイス61は、カソードが配線VCOMと電気的に接続されている。 The gate of the transistor 52A is electrically connected to the wiring GL, one of the source or drain is electrically connected to the wiring SL, and the other is electrically connected to the gate of the transistor 52B and one electrode of the capacitor C1. The source or drain of the transistor 52B is electrically connected to the wiring ANO, and the other is electrically connected to the anode of the light-emitting device 61. The other electrode of the capacitor C1 is electrically connected to the anode of the light-emitting device 61. The cathode of the light-emitting device 61 is electrically connected to the wiring VCOM.

図32(B)に示す画素回路51Bは、画素回路51Aに、トランジスタ52Cを追加した構成である。また画素回路51Bには、配線V0が電気的に接続されている。 The pixel circuit 51B shown in FIG. 32(B) has a configuration in which a transistor 52C is added to the pixel circuit 51A. In addition, the pixel circuit 51B is electrically connected to the wiring V0.

図32(C)に示す画素回路51Cは、上記画素回路51Aのトランジスタ52A及びトランジスタ52Bに、一対のゲートが電気的に接続されたトランジスタを適用した場合の例である。また、図32(D)に示す画素回路51Dは、画素回路51Bに当該トランジスタを適用した場合の例である。これにより、トランジスタが流すことのできる電流を増大させることができる。なお、ここでは全てのトランジスタに、一対のゲートが電気的に接続されたトランジスタを適用したが、これに限られない。また、一対のゲートを有し、かつ、これらが異なる配線と電気的に接続されるトランジスタを適用してもよい。例えば、ゲートの一方とソースとが電気的に接続されたトランジスタを用いることで、信頼性を高めることができる。 Pixel circuit 51C shown in FIG. 32(C) is an example in which a transistor with a pair of gates electrically connected is applied to transistor 52A and transistor 52B of pixel circuit 51A. Pixel circuit 51D shown in FIG. 32(D) is an example in which the same transistor is applied to pixel circuit 51B. This can increase the current that the transistor can pass. Note that, although transistors with a pair of gates electrically connected are applied to all transistors here, this is not limited to this. Also, transistors having a pair of gates that are electrically connected to different wirings may be applied. For example, reliability can be improved by using a transistor in which one of the gates is electrically connected to a source.

図33(A)に示す画素回路51Eは、上記51Bに、トランジスタ52Dを追加した構成である。また、画素回路51Eには、ゲート線として機能する配線GL1、配線GL2、及び配線GL3が電気的に接続されている。なお、本実施の形態などにおいて、配線GL1、配線GL2、及び配線GL3を、まとめて配線GLと呼ぶ場合がある。よって、配線GLは1本に限らず、複数本の場合がある。 The pixel circuit 51E shown in FIG. 33A has a configuration in which a transistor 52D is added to the above-mentioned 51B. The pixel circuit 51E is electrically connected to wirings GL1, GL2, and GL3 that function as gate lines. Note that in this embodiment and the like, the wirings GL1, GL2, and GL3 may be collectively referred to as wirings GL. Therefore, the number of wirings GL is not limited to one, and may be multiple.

トランジスタ52Dは、ゲートが配線GL3と、ソース又はドレインの一方がトランジスタ52Bのゲートと、他方が配線V0と、それぞれ電気的に接続されている。また、トランジスタ52Aのゲートが配線GL1と、トランジスタ52Cのゲートが配線GL2と、それぞれ電気的に接続されている。 The gate of transistor 52D is electrically connected to wiring GL3, one of the source and drain is electrically connected to the gate of transistor 52B, and the other is electrically connected to wiring V0. The gate of transistor 52A is electrically connected to wiring GL1, and the gate of transistor 52C is electrically connected to wiring GL2.

トランジスタ52Cとトランジスタ52Dを同時に導通状態とさせることで、トランジスタ52Bのソースとゲートが同電位となり、トランジスタ52Bを非導通状態とすることができる。これにより、発光デバイス61に流れる電流を強制的に遮断することができる。このような画素回路は、表示期間と消灯期間を交互に設ける表示方法を用いる場合に適している。 By simultaneously turning on transistors 52C and 52D, the source and gate of transistor 52B are at the same potential, and transistor 52B can be turned off. This makes it possible to forcibly cut off the current flowing through light-emitting device 61. Such a pixel circuit is suitable for use in a display method in which display periods and off periods are alternated.

図33(B)に示す画素回路51Fは、上記画素回路51Eに容量素子53Aを追加した場合の例である。容量素子53Aは、保持容量として機能する。 The pixel circuit 51F shown in FIG. 33(B) is an example in which a capacitive element 53A is added to the pixel circuit 51E. The capacitive element 53A functions as a storage capacitor.

図33(C)に示す画素回路51G、及び、図33(D)に示す画素回路51Hは、それぞれ、上記画素回路51E又は画素回路51Fに、一対のゲートを有するトランジスタを適用した場合の例である。トランジスタ52A、トランジスタ52C、トランジスタ52Dには、一対のゲートが電気的に接続されたトランジスタが適用され、トランジスタ52Bには、一方のゲートがソースと電気的に接続されたトランジスタが適用されている。 Pixel circuit 51G shown in FIG. 33(C) and pixel circuit 51H shown in FIG. 33(D) are examples in which a transistor having a pair of gates is applied to pixel circuit 51E or pixel circuit 51F, respectively. Transistors 52A, 52C, and 52D are transistors in which a pair of gates are electrically connected, and transistor 52B is a transistor in which one gate is electrically connected to a source.

<変形例1>
図34(A)及び図34(B)に表示装置90Aの変形例である表示装置90Bの斜視図を示す。図34(B)は、表示装置90Bが有する各層の構成を説明するための斜視図である。説明の繰り返しを減らすため、主に表示装置90Aと異なる点について説明する。
<Modification 1>
34A and 34B are perspective views of a display device 90B, which is a modified example of the display device 90A. Fig. 34B is a perspective view for explaining the configuration of each layer of the display device 90B. In order to reduce repetition of explanation, differences from the display device 90A will be mainly explained.

表示装置90Bは、複数の画素回路51を含む画素回路群55と駆動回路65が重ねて設けられている。表示装置90Bにおいて、画素回路群55は複数の区画59に分けられ、駆動回路65は複数の区画39に分けられる。複数の区画39は、それぞれがソースドライバ回路66とゲートドライバ回路33を有する。 The display device 90B has a pixel circuit group 55 including a plurality of pixel circuits 51 and a drive circuit 65 stacked on top of each other. In the display device 90B, the pixel circuit group 55 is divided into a plurality of sections 59, and the drive circuit 65 is divided into a plurality of sections 39. Each of the plurality of sections 39 has a source driver circuit 66 and a gate driver circuit 33.

図35(A)に、表示装置90Bが有する画素回路群55の構成例を示す。図35(B)に、表示装置90Bが有する駆動回路65の構成例を示す。区画59及び区画39は、それぞれm行n列(m及びnは、それぞれ1以上の整数。)のマトリクス状に配置されている。本明細書等において、1行1列目の区画59を区画59[1,1]と示し、m行n列目の区画59を区画59[m,n]と示す。同様に、1行1列目の区画39を区画39[1,1]と示し、m行n列目の区画39を区画39[m,n]と示す。図35(A)及び図35(B)は、mが4で、nが8の場合を示している。すなわち、画素回路群55と駆動回路65が、それぞれ32分割されている。 35(A) shows a configuration example of the pixel circuit group 55 of the display device 90B. FIG. 35(B) shows a configuration example of the drive circuit 65 of the display device 90B. The partitions 59 and 39 are arranged in a matrix of m rows and n columns (m and n are integers of 1 or more). In this specification, the partition 59 in the first row and first column is indicated as partition 59[1,1], and the partition 59 in the mth row and nth column is indicated as partition 59[m,n]. Similarly, the partition 39 in the first row and first column is indicated as partition 39[1,1], and the partition 39 in the mth row and nth column is indicated as partition 39[m,n]. FIG. 35(A) and FIG. 35(B) show a case where m is 4 and n is 8. That is, the pixel circuit group 55 and the drive circuit 65 are each divided into 32.

複数の区画59のそれぞれは、複数の画素回路51、複数の配線SL、及び、複数の配線GLを有する。複数の区画59のそれぞれにおいて、複数の画素回路51の一は、複数の配線SLの少なくとも一、及び、複数の配線GLの少なくとも一と、電気的に接続される。 Each of the multiple sections 59 has multiple pixel circuits 51, multiple wirings SL, and multiple wirings GL. In each of the multiple sections 59, one of the multiple pixel circuits 51 is electrically connected to at least one of the multiple wirings SL and at least one of the multiple wirings GL.

区画59の一と区画39の一は、重ねて設けられる(図35(C)参照)。例えば、区画59[i,j](iは1以上m以下の整数、jは1以上n以下の整数。)と区画39[i,j]は重ねて設けられる。区画39[i,j]が有するソースドライバ回路66[i,j]は、区画59[i,j]が有する配線SLと電気的に接続する。区画39[i,j]が有するゲートドライバ回路33[i,j]は、区画59[i,j]が有する配線GLと電気的に接続する。ソースドライバ回路66[i,j]及びゲートドライバ回路33[i,j]は、区画59[i,j]が有する複数の画素回路51を制御する機能を有する。 One of the sections 59 and one of the sections 39 are provided to overlap (see FIG. 35(C)). For example, the section 59[i,j] (i is an integer between 1 and m, and j is an integer between 1 and n) and the section 39[i,j] are provided to overlap. The source driver circuit 66[i,j] of the section 39[i,j] is electrically connected to the wiring SL of the section 59[i,j]. The gate driver circuit 33[i,j] of the section 39[i,j] is electrically connected to the wiring GL of the section 59[i,j]. The source driver circuit 66[i,j] and the gate driver circuit 33[i,j] have the function of controlling the multiple pixel circuits 51 of the section 59[i,j].

区画59[i,j]と区画39[i,j]を重ねて設けることで、区画59[i,j]が有する画素回路51と、区画39[i,j]が有するソースドライバ回路66及びゲートドライバ回路33との接続距離(配線長)を極めて短くすることができる。その結果、配線抵抗及び寄生容量が減るため、充放電にかかる時間が少なくなり、高速駆動を実現することができる。また、消費電力を低減することができる。また、小型化及び軽量化を実現することができる。 By overlapping the sections 59[i,j] and 39[i,j], the connection distance (wiring length) between the pixel circuit 51 in section 59[i,j] and the source driver circuit 66 and gate driver circuit 33 in section 39[i,j] can be made extremely short. As a result, the wiring resistance and parasitic capacitance are reduced, so the time required for charging and discharging is shortened, and high-speed driving can be achieved. In addition, power consumption can be reduced. Also, miniaturization and weight reduction can be achieved.

表示装置90Bは、区画39ごとにソースドライバ回路66及びゲートドライバ回路33を有する構成である。よって、区画39に対応する区画59ごとに表示部93を分割し、画像の書き換えを行うことができる。例えば、表示部93のうち、画像に変化が生じた区画のみ画像データを書き換え、変化のない区画は画像データを保持することが可能となり、消費電力の低減を実現することができる。 The display device 90B has a configuration in which each section 39 has a source driver circuit 66 and a gate driver circuit 33. Therefore, the display unit 93 can be divided into sections 59 corresponding to the sections 39, and images can be rewritten. For example, it is possible to rewrite image data only in sections of the display unit 93 where changes have occurred in the image, and to retain image data in sections where no changes have occurred, thereby realizing a reduction in power consumption.

本実施の形態などでは、区画59ごとに分割された表示部93の1つを副表示部95と呼ぶ。よって、副表示部95は、区画39ごとに分割された表示部93の1つでもある。表示部93は、複数の副表示部95を有する。また、表示部93は、複数の副表示部95で構成されているともいえる。図34(A)乃至図35(D)を用いて説明した表示装置90Bでは、表示部93が32個の副表示部95に分割される場合を示している(図34(A)参照)。副表示部95は、図31等に示した画素230を複数含む。具体的には、1つの副表示部95は、複数の画素回路51を含む区画59の1つと、複数の発光デバイス61と、を含む。また、1つの区画39は、1つの副表示部95に含まれる複数の画素230を制御する機能を有する。 In the present embodiment and the like, one of the display units 93 divided into sections 59 is called a sub-display unit 95. Therefore, the sub-display unit 95 is also one of the display units 93 divided into sections 39. The display unit 93 has multiple sub-display units 95. It can also be said that the display unit 93 is composed of multiple sub-display units 95. In the display device 90B described using Figures 34 (A) to 35 (D), a case is shown in which the display unit 93 is divided into 32 sub-display units 95 (see Figure 34 (A)). The sub-display unit 95 includes multiple pixels 230 shown in Figure 31 and the like. Specifically, one sub-display unit 95 includes one of the sections 59 including multiple pixel circuits 51 and multiple light-emitting devices 61. Also, one section 39 has the function of controlling the multiple pixels 230 included in one sub-display unit 95.

表示装置90Bは、機能回路40が有するタイミングコントローラ44によって、画像表示時の駆動周波数を副表示部95ごとに任意に設定することができる。機能回路40は、複数の区画39及び複数の区画59それぞれの動作を制御する機能を有する。すなわち、機能回路40は、マトリクス状に配置された複数の副表示部95それぞれの駆動周波数及び動作タイミングを制御する機能を有する。また、機能回路40は、副表示部間の同期調整を行う機能を有する。 The display device 90B can arbitrarily set the drive frequency for image display for each sub-display unit 95 by using the timing controller 44 of the functional circuit 40. The functional circuit 40 has a function of controlling the operation of each of the multiple sections 39 and the multiple sections 59. In other words, the functional circuit 40 has a function of controlling the drive frequency and operation timing of each of the multiple sub-display units 95 arranged in a matrix. The functional circuit 40 also has a function of adjusting synchronization between the sub-display units.

区画39ごとにタイミングコントローラ441及び入出力回路442を設けてもよい(図35(D)参照)。入出力回路442として、例えば、I2C(Inter-Integrated Circuit)インターフェースなどを用いることができる。図35(C)及び図35(D)では、区画39[i,j]が有するタイミングコントローラ441を、タイミングコントローラ441[i,j]と示している。また、区画39[i,j]が有すると入出力回路442をと入出力回路442[i,j]と示している。 A timing controller 441 and an input/output circuit 442 may be provided for each partition 39 (see FIG. 35(D)). For example, an I2C (Inter-Integrated Circuit) interface or the like can be used as the input/output circuit 442. In FIG. 35(C) and FIG. 35(D), the timing controller 441 in partition 39[i,j] is shown as timing controller 441[i,j]. Also, the input/output circuit 442 in partition 39[i,j] is shown as input/output circuit 442[i,j].

例えば、機能回路40は、入出力回路442[i,j]に、ゲートドライバ回路33[i,j]の走査方向及び駆動周波数の設定信号、並びに、解像度を低くする際の画像データ間引き画素数(画像データの書き換え時に、書き換えを行わない画素の数)などの動作パラメータを供給する。ソースドライバ回路66[i,j]及びゲートドライバ回路33[i,j]は、当該動作パラメータに従って動作する。 For example, the functional circuit 40 supplies to the input/output circuit 442[i,j] operation parameters such as setting signals for the scanning direction and drive frequency of the gate driver circuit 33[i,j], and the number of pixels to be thinned out of the image data when reducing the resolution (the number of pixels that are not rewritten when the image data is rewritten). The source driver circuit 66[i,j] and the gate driver circuit 33[i,j] operate according to the operation parameters.

副表示部95が後述する受光素子を有する場合、入出力回路442は、受光素子で光電変換された情報を機能回路40に出力する。 If the sub-display unit 95 has a light-receiving element described below, the input/output circuit 442 outputs information photoelectrically converted by the light-receiving element to the functional circuit 40.

本発明の一態様にかかる電子装置における表示装置90Bは、画素回路51と駆動回路65を積層し、ユーザの視線の動きに応じて副表示部95ごとの駆動周波数を異ならせることで、低消費電力化を図ることができる。 The display device 90B in the electronic device according to one aspect of the present invention has pixel circuits 51 and drive circuits 65 stacked together, and can achieve low power consumption by varying the drive frequency for each sub-display section 95 in response to the movement of the user's line of sight.

図36(A)に、4行8列の副表示部95を有する表示部93を示す。また図36(A)では、注視点Gを中心にする第1領域S1乃至第3領域S3を示している。演算部103は、複数の副表示部95のそれぞれを、第1領域S1又は第2領域S2と重なる第1区域29Aと、第3領域S3と重なる第2区域29Bのいずれかに振り分ける。すなわち、演算部103は、複数の区画39のそれぞれを、第1区域29A又は第2区域29Bに振り分ける。この場合、第1領域S1及び第2領域S2と重なる第1区域29Aは、注視点Gと重なる領域を含む。また、第2区域29Bは第1区域29Aの外側に位置する副表示部95を含む。(図36(B)参照)。 Figure 36 (A) shows a display unit 93 having sub-display units 95 arranged in 4 rows and 8 columns. Also shown in Figure 36 (A) are a first region S1 to a third region S3 centered on a gaze point G. The calculation unit 103 assigns each of the multiple sub-display units 95 to either a first region 29A overlapping with the first region S1 or the second region S2, or a second region 29B overlapping with the third region S3. That is, the calculation unit 103 assigns each of the multiple sections 39 to either the first region 29A or the second region 29B. In this case, the first region 29A overlapping with the first region S1 and the second region S2 includes a region overlapping with the gaze point G. Also, the second region 29B includes a sub-display unit 95 located outside the first region 29A. (See Figure 36 (B)).

複数の区画39それぞれが有する駆動回路(ソースドライバ回路66及びゲートドライバ回路33)の動作は機能回路40により制御される。例えば、第2区域29Bは、前述した安定注視野、誘導視野、及び補助視野が含まれる第3領域S3と重なる区域であり、ユーザの識別力が低い区域である。よって、画像表示時において、単位時間当たりの画像データの書き換え回数(以下、「画像書き換え回数」ともいう。)を、第1区域29Aより第2区域29Bを少なくしても、ユーザが感じる実質的な表示品位(以下、「実質的な表示品位」ともいう。)の低下は少ない。すなわち、第2区域29Bに含まれる副表示部95の駆動周波数(「第2駆動周波数」ともいう。)を第1区域29Aに含まれる副表示部95の駆動周波数(「第1駆動周波数」ともいう。)よりも低くしても、実質的な表示品位の低下は少ない。 The operation of the driving circuits (the source driver circuit 66 and the gate driver circuit 33) of each of the multiple sections 39 is controlled by the functional circuit 40. For example, the second area 29B is an area that overlaps with the third area S3, which includes the stable fixation field, the induced field, and the auxiliary field, and is an area where the user's ability to distinguish is low. Therefore, even if the number of times image data is rewritten per unit time (hereinafter also referred to as the "number of times image is rewritten") is less in the second area 29B than in the first area 29A during image display, the actual display quality (hereinafter also referred to as the "actual display quality") perceived by the user is less degraded. In other words, even if the driving frequency (also referred to as the "second driving frequency") of the sub-display unit 95 included in the second area 29B is lower than the driving frequency (also referred to as the "first driving frequency") of the sub-display unit 95 included in the first area 29A, the actual display quality is less degraded.

駆動周波数を低くすると、表示装置の消費電力を低減することができる。その一方で、駆動周波数を低くすると、表示品位も低下する。特に、動画表示時の表示品位が低下する。本発明の一態様によれば、第2駆動周波数を第1駆動周波数よりも低くすることで、ユーザの視認性が低い区域の消費電力を低減しつつ、実質的な表示品位の低下を抑制することができる。本発明の一態様によれば、表示品位の維持と消費電力の低減を両立することができる。 Lowering the drive frequency can reduce the power consumption of the display device. On the other hand, lowering the drive frequency also reduces the display quality. In particular, the display quality during video display is reduced. According to one aspect of the present invention, by setting the second drive frequency lower than the first drive frequency, it is possible to reduce the power consumption in areas where the user's visibility is low, while suppressing the substantial degradation of the display quality. According to one aspect of the present invention, it is possible to maintain the display quality while reducing the power consumption.

第1駆動周波数は、30Hz以上500Hz以下、好ましくは60Hz以上500Hz以下とすればよい。第2駆動周波数は第1駆動周波数以下が好ましく、第1駆動周波数の1/2以下がより好ましく、第1駆動周波数の1/5以下がより好ましい。 The first drive frequency may be 30 Hz or more and 500 Hz or less, preferably 60 Hz or more and 500 Hz or less. The second drive frequency is preferably equal to or less than the first drive frequency, more preferably equal to or less than 1/2 the first drive frequency, and even more preferably equal to or less than 1/5 the first drive frequency.

第3領域S3に重なる副表示部95のうち、第2区域29Bの外側に第3区域29Cに設定し(図36(C)参照)、第3区域29Cに含まれる副表示部95の駆動周波数(「第3駆動周波数」ともいう。)を第2区域29Bよりも低くしてもよい。第3駆動周波数は第2駆動周波数以下が好ましく、第2駆動周波数の1/2以下がより好ましく、第2駆動周波数の1/5以下がより好ましい。画像書き換え回数を著しく少なくすることで、消費電力をさらに低減することができる。また、必要に応じて、画像データの書き換えを停止してもよい。画像データの書き換えを停止することで、消費電力をさらに低減することができる。 Of the sub-display units 95 overlapping the third region S3, a third region 29C may be set outside the second region 29B (see FIG. 36(C)), and the drive frequency (also referred to as the "third drive frequency") of the sub-display units 95 included in the third region 29C may be lower than that of the second region 29B. The third drive frequency is preferably equal to or lower than the second drive frequency, more preferably equal to or lower than 1/2 the second drive frequency, and even more preferably equal to or lower than 1/5 the second drive frequency. By significantly reducing the number of times the image is rewritten, power consumption can be further reduced. Also, if necessary, rewriting of image data may be stopped. By stopping rewriting of image data, power consumption can be further reduced.

このような駆動方法を行う場合、画素回路51を構成するトランジスタにオフ電流が極めて少ないトランジスタを用いると好適である。例えば、画素回路51を構成するトランジスタにOSトランジスタと好適である。OSトランジスタはオフ電流が著しく低いため、画素回路51に供給された画像データを長期間保持することができる。特に、トランジスタ52AにOSトランジスタを用いると好適である。 When performing such a driving method, it is preferable to use a transistor with an extremely low off-state current as the transistor that constitutes the pixel circuit 51. For example, an OS transistor is preferable as the transistor that constitutes the pixel circuit 51. Since an OS transistor has an extremely low off-state current, it is possible to hold image data supplied to the pixel circuit 51 for a long period of time. In particular, it is preferable to use an OS transistor as the transistor 52A.

表示部93に表示する映像シーンが変わる場合など、直前の画像よりも明るさ、コントラスト、又は色調などが大きく異なる画像が表示される場合がある。このような場合、第1区域29Aと、第1区域29Aよりも駆動周波数が低い区域の間で、画像が切り換わるタイミングにずれが生じるため、両区間の間で明るさ、コントラスト、又は色調などが大きく異なり、実質的な表示品位が損なわれる恐れがある。このように映像シーンが変わる場合などでは、一旦、第1区域29A以外の区域も第1区域29Aと同じ駆動周波数で画像の書き換えを行い、その後に第1区域29A以外の区域の駆動周波数を低下させればよい。 When the video scene displayed on the display unit 93 changes, an image with significantly different brightness, contrast, or color tone than the previous image may be displayed. In such a case, a difference occurs in the timing of image switching between the first area 29A and an area with a lower drive frequency than the first area 29A, and the brightness, contrast, or color tone may differ significantly between the two areas, which may result in a loss of effective display quality. In such a case, when the video scene changes, the images in areas other than the first area 29A can be rewritten at the same drive frequency as the first area 29A, and then the drive frequency of the areas other than the first area 29A can be lowered.

注視点Gの変動量が一定量を越えたと判断した場合、第1区域29A以外の区域も第1区域29Aと同じ駆動周波数で画像の書き換えを行い、変動量が一定量以内であると判断した場合に、第1区域29A以外の区域の駆動周波数を低下させてもよい。また、注視点Gの変動量が少ないと判断した場合、第1区域29A以外の区域の駆動周波数をさらに低下させてもよい。 If it is determined that the amount of change in the gaze point G has exceeded a certain amount, the image in areas other than the first area 29A may be rewritten at the same drive frequency as the first area 29A, and if it is determined that the amount of change is within the certain amount, the drive frequency in areas other than the first area 29A may be reduced. Also, if it is determined that the amount of change in the gaze point G is small, the drive frequency in areas other than the first area 29A may be further reduced.

表示装置90Bが、画像データを一時的に保持する記憶装置であるフレームメモリを有さない場合、若しくは、表示部93全体に対して1つのフレームメモリを有する場合、第2駆動周波数及び第3駆動周波数は、どちらも第1駆動周波数の整数分の1にする必要がある。 If the display device 90B does not have a frame memory, which is a storage device that temporarily stores image data, or if it has one frame memory for the entire display unit 93, the second drive frequency and the third drive frequency must both be an integer fraction of the first drive frequency.

複数の副表示部95それぞれに対応するフレームメモリを設けることで、第2駆動周波数及び第3駆動周波数を第1駆動周波数の整数分の1に限らず、任意の値に設定することができる。第2駆動周波数及び第3駆動周波数を任意の値に設定することによって、駆動周波数の設定自由度を高めることができる。よって、実質的な表示品位の低下を低減することができる。 By providing frame memories corresponding to each of the multiple sub-display units 95, the second drive frequency and the third drive frequency can be set to any value, not limited to an integer division of the first drive frequency. By setting the second drive frequency and the third drive frequency to any value, the degree of freedom in setting the drive frequency can be increased. Therefore, the actual deterioration of the display quality can be reduced.

なお、表示部93に設定する区域は、第1区域29A、第2区域29B、及び第3区域29Cの3つに限定されない。表示部93に4以上の区域を設定してもよい。表示部93に複数の区域を設定し、段階的に駆動周波数を低くすることで、実質的な表示品位の低下をより少なくすることができる。 The areas set in the display unit 93 are not limited to the first area 29A, the second area 29B, and the third area 29C. Four or more areas may be set in the display unit 93. By setting multiple areas in the display unit 93 and gradually lowering the drive frequency, the actual degradation of the display quality can be further reduced.

第1区域29Aに表示する画像に対して、前述したアップコンバート処理を行ってもよい。第1区域29Aにアップコンバート処理された画像を表示することで、表示品位を高めることができる。また、第1区域29A以外の区域に表示する画像に対して、前述したアップコンバート処理を行ってもよい。第1区域29A以外の区域にアップコンバート処理された画像を表示することで、第1区域29A以外の区域の駆動周波数を低下させた場合の実質的な表示品位の低下をより少なくすることができる。 The image to be displayed in the first area 29A may be subjected to the upconversion process described above. By displaying an upconverted image in the first area 29A, the display quality can be improved. Furthermore, the image to be displayed in an area other than the first area 29A may be subjected to the upconversion process described above. By displaying an upconverted image in an area other than the first area 29A, the actual decrease in display quality when the drive frequency in an area other than the first area 29A is reduced can be reduced.

なお、第1区域29Aに表示する画像のアップコンバート処理を高精度なアルゴリズムで行い、第1区域29A以外の区域に表示する画像のアップコンバート処理を低精度なアルゴリズムで行ってもよい。このような場合においても、第1区域29A以外の区域の駆動周波数を低下させた場合の実質的な表示品位の低下をより少なくすることができる。 The upconversion process of the image displayed in the first area 29A may be performed using a high-precision algorithm, and the upconversion process of the image displayed in areas other than the first area 29A may be performed using a low-precision algorithm. Even in such a case, the actual deterioration in display quality when the drive frequency of areas other than the first area 29A is reduced can be reduced.

画像データの解像度が表示部93の解像度よりも大きい場合、若しくは、高速書き換えと消費電力の低減を優先させたい場合など、目的などに応じて、第1区域29A以外の区域に表示する画像に、ダウンコンバート処理を行ってもよい。例えば、第1区域29A以外の区域に表示する画像の書き換えを数行おき、数列おき、又は数画素おきに行うことにより、高速書き換えと消費電力の低減を実現することができる。 When the resolution of the image data is greater than the resolution of the display unit 93, or when high-speed rewriting and reduced power consumption are to be prioritized, images displayed in areas other than the first area 29A may be down-converted depending on the purpose. For example, images displayed in areas other than the first area 29A may be rewritten every few rows, every few columns, or every few pixels, thereby realizing high-speed rewriting and reduced power consumption.

注視点を含む第1区域29Aに表示する画像の解像度よりも、第1区域29A以外の区域に表示する画像の解像度を小さくすることで、映像信号生成(レンダリング)時の負荷が軽減される。このような処理を、「フォービエイテッド・レンダリング(Foveated Rendering)」ともいう。第1区域29A以外の区域の駆動周波数の低減とフォービエイテッド・レンダリングを組み合わせて行うことで、表示品位の低下を抑えながら、さらなる消費電力の低減を実現することができる。 By making the resolution of the image displayed in areas other than the first area 29A smaller than the resolution of the image displayed in the first area 29A including the gaze point, the load during video signal generation (rendering) is reduced. This type of processing is also called "foveated rendering." By combining foveated rendering with a reduction in the drive frequency of areas other than the first area 29A, it is possible to achieve further reductions in power consumption while minimizing degradation in display quality.

副表示部95ごとに行う画像データの書き換えを、全ての副表示部95で同時に行うことで、高速書き換えを実現することができる。すなわち、区画39ごとに行う画像データの書き換えを、全ての区画39で同時に行うことで、高速書き換えを実現することができる。 By simultaneously rewriting image data for each sub-display section 95 on all sub-display sections 95, high-speed rewriting can be achieved. In other words, by simultaneously rewriting image data for each section 39 on all sections 39, high-speed rewriting can be achieved.

一般に、ソースドライバ回路は、線順次駆動の場合、ゲートドライバ回路が1行分の画素を選択している間に、1行分の全ての画素に、同時に画像データを書き込む。例えば、表示部93が副表示部95に分割されておらず、解像度が4000×2000画素である場合、ゲートドライバ回路が1行分の画素を選択している間に、ソースドライバ回路は4000個の画素に画像データを書き込む必要がある。フレーム周波数が120Hzの場合、1フレームの時間は約8.3msecである。よって、ゲートドライバは2000行を約8.3msecで選択する必要があり、ゲート線1行が選択される時間、つまり、1画素当たりの画像データの書き込み時間は約4.17μsecとなる。すなわち、表示部の解像度が高くなるほど、また、フレーム周波数が高くなるほど、十分な画像データの書き換え時間の確保が難しくなる。 In general, in the case of line-sequential driving, the source driver circuit writes image data to all pixels in one row simultaneously while the gate driver circuit selects the pixels in one row. For example, if the display section 93 is not divided into the sub-display section 95 and has a resolution of 4000 x 2000 pixels, the source driver circuit needs to write image data to 4000 pixels while the gate driver circuit selects the pixels in one row. When the frame frequency is 120 Hz, the time for one frame is about 8.3 msec. Therefore, the gate driver needs to select 2000 rows in about 8.3 msec, and the time for selecting one gate line, that is, the time for writing image data per pixel, is about 4.17 μsec. In other words, the higher the resolution of the display section and the higher the frame frequency, the more difficult it becomes to ensure sufficient time for rewriting image data.

本実施の形態で例示した表示装置90Bは、表示部93が行方向に4分割されている。よって、1つの副表示部95において、1画素当たりの画像データの書き込み時間を、表示部93が分割されていない場合より4倍長くすることができる。本発明の一態様によれば、フレーム周波数を240Hz、さらには360Hzにした場合でも画像データの書き換え時間の確保が容易になるため、表示品位の高い表示装置を実現することができる。 In the display device 90B exemplified in this embodiment, the display section 93 is divided into four in the row direction. Therefore, in one sub-display section 95, the time required to write image data per pixel can be four times longer than when the display section 93 is not divided. According to one aspect of the present invention, even when the frame frequency is set to 240 Hz or even 360 Hz, it is easy to ensure the time required to rewrite image data, thereby realizing a display device with high display quality.

本実施の形態で例示した表示装置90Bは、表示部93が行方向に4分割されているため、ソースドライバ回路と画素回路を電気的に接続する配線SLの長さが4分の1になる。このため、配線SLの抵抗値及び寄生容量がそれぞれ4分の1になり、画像データの書き込み(書き換え)に必要な時間を短くすることができる。 In the display device 90B illustrated in this embodiment, the display unit 93 is divided into four in the row direction, so the length of the wiring SL that electrically connects the source driver circuit and the pixel circuit is reduced to one-quarter. As a result, the resistance value and parasitic capacitance of the wiring SL are each reduced to one-quarter, and the time required to write (rewrite) image data can be shortened.

加えて、本実施の形態で例示した表示装置90Bは、表示部93が列方向に8分割されているため、ゲートドライバ回路と画素回路を電気的に接続する配線GLの長さが8分の1になる。このため、配線GLの抵抗値及び寄生容量がそれぞれ8分の1になり、信号の劣化及び遅延が改善し、画像データの書き換え時間の確保が容易になる。 In addition, in the display device 90B exemplified in this embodiment, the display unit 93 is divided into eight in the column direction, so the length of the wiring GL that electrically connects the gate driver circuit and the pixel circuit is reduced to one-eighth. As a result, the resistance value and parasitic capacitance of the wiring GL are each reduced to one-eighth, improving signal degradation and delay and making it easier to ensure the time required to rewrite image data.

本発明の一態様に係る表示装置90Bによれば、十分な画像データの書き込み時間の確保が容易であるため、表示画像の高速書き換えを実現することができる。よって、表示品位の高い表示装置を実現することができる。特に、動画表示に優れた表示装置を実現することができる。 According to the display device 90B of one aspect of the present invention, it is easy to ensure sufficient time for writing image data, so that high-speed rewriting of the displayed image can be realized. Therefore, a display device with high display quality can be realized. In particular, a display device with excellent moving image display can be realized.

ここで、本発明の一態様に係る表示装置90のシンクライアント(thin client)への適用について説明しておく。近年、サーバ側で主要な演算処理を実行し、クライアント側では限られた処理のみを行うシンクライアントが注目されている。シンクライアントの実行方式として、ネットワークブート方式、サーバベース方式、ブレードPC方式、及びデスクトップ仮想化(VDI)方式などが提唱されている。 Here, the application of the display device 90 according to one embodiment of the present invention to a thin client will be described. In recent years, thin clients that perform the main arithmetic processing on the server side and only limited processing on the client side have been attracting attention. As execution methods for thin clients, the network boot method, server-based method, blade PC method, and desktop virtualization (VDI) method have been proposed.

いずれの方式においても、シンクライアントでは、サーバからクライアントへ大量のデータが送信されるため、データ送信時の消費電力が大きくなる。クライアントとして本発明の一態様に係る表示装置90を含む電子装置を用いることで、データ送信時の省電力化を実現することができる。 In either method, a thin client transmits a large amount of data from a server to a client, resulting in a large amount of power consumption during data transmission. By using an electronic device including a display device 90 according to one embodiment of the present invention as a client, it is possible to achieve power saving during data transmission.

なお、本発明の一態様に係る表示装置90Bでは、表示部93を32の副表示部95に分割する場合を例示した。ただし、本発明の一態様に係る表示装置90Bは、32分割に限らず、16分割、64分割、又は128分割などにしてもよい。表示部93の分割数を増やすと、ユーザが感じる実質的な表示品位の低下をより少なくすることができる。 In the display device 90B according to one embodiment of the present invention, the display unit 93 is divided into 32 sub-display units 95. However, the display device 90B according to one embodiment of the present invention is not limited to 32 divisions, and may be divided into 16, 64, or 128 divisions. Increasing the number of divisions of the display unit 93 can reduce the actual decrease in display quality felt by the user.

本実施の形態で例示した構成例、及びそれらに対応する図面等は、少なくともその一部を他の構成例、又は図面等と適宜組み合わせることができる。 The configuration examples illustrated in this embodiment and the corresponding drawings, etc. can be combined, at least in part, with other configuration examples or drawings, etc. as appropriate.

本実施の形態、及び、対応する図面等は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態、又は、実施例と適宜組み合わせて実施することができる。また、本実施の形態に示す複数の構成、及び、対応する図面等は、互いに適宜組み合わせることが可能である。 This embodiment and the corresponding drawings, etc. can be implemented by appropriately combining at least a part of them with other embodiments or examples described in this specification. In addition, the multiple configurations shown in this embodiment and the corresponding drawings, etc. can be appropriately combined with each other.

(実施の形態6)
本実施の形態では、本発明の一態様の電子機器について、図37(A)乃至図38(G)を用いて説明する。
(Embodiment 6)
In this embodiment, electronic devices of one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

本実施の形態の電子機器は、表示部に本発明の一態様の表示装置を有する。本発明の一態様の表示装置は、高精細化及び高解像度化が容易である。したがって、様々な電子機器の表示部に用いることができる。 The electronic device of this embodiment has a display device of one embodiment of the present invention in a display portion. The display device of one embodiment of the present invention can easily achieve high definition and high resolution. Therefore, the display device can be used in the display portion of various electronic devices.

本発明の一態様の半導体装置は、電子機器の表示部以外に適用することもできる。例えば、電子機器の制御部等に、本発明の一態様の半導体装置を用いることで、低消費電力化が可能となり好ましい。 The semiconductor device of one embodiment of the present invention can be applied to parts other than the display part of an electronic device. For example, by using the semiconductor device of one embodiment of the present invention in a control part of an electronic device, it is possible to reduce power consumption, which is preferable.

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

特に、本発明の一態様の表示装置は、精細度を高めることが可能なため、比較的小さな表示部を有する電子機器に好適に用いることができる。このような電子機器として、例えば、腕時計型及びブレスレット型の情報端末機(ウェアラブル機器)、並びに、ヘッドマウントディスプレイなどのVR向け機器、メガネ型のAR向け機器、及び、MR向け機器など、頭部に装着可能なウェアラブル機器等が挙げられる。 In particular, the display device of one embodiment of the present invention can be used favorably in electronic devices having a relatively small display unit because it is possible to increase the resolution. Examples of such electronic devices include wristwatch-type and bracelet-type information terminals (wearable devices), as well as wearable devices that can be worn on the head, such as VR devices such as head-mounted displays, glasses-type AR devices, and MR devices.

本発明の一態様の表示装置は、HD(画素数1280×720)、FHD(画素数1920×1080)、WQHD(画素数2560×1440)、WQXGA(画素数2560×1600)、4K(画素数3840×2160)、8K(画素数7680×4320)といった極めて高い解像度を有していることが好ましい。特に4K、8K、又はそれ以上の解像度とすることが好ましい。また、本発明の一態様の表示装置における画素密度(精細度)は、100ppi以上が好ましく、300ppi以上が好ましく、500ppi以上がより好ましく、1000ppi以上がより好ましく、2000ppi以上がより好ましく、3000ppi以上がより好ましく、5000ppi以上がより好ましく、7000ppi以上がさらに好ましい。このように高い解像度及び高い精細度の一方又は双方を有する表示装置を用いることで、臨場感及び奥行き感などをより高めることが可能となる。また、本発明の一態様の表示装置の画面比率(アスペクト比)については、特に限定はない。例えば、表示装置は、1:1(正方形)、4:3、16:9、16:10など様々な画面比率に対応することができる。 The display device of one embodiment of the present invention preferably has an extremely high resolution such as HD (1280 x 720 pixels), FHD (1920 x 1080 pixels), WQHD (2560 x 1440 pixels), WQXGA (2560 x 1600 pixels), 4K (3840 x 2160 pixels), and 8K (7680 x 4320 pixels). In particular, a resolution of 4K, 8K, or more is preferable. In addition, the pixel density (resolution) of the display device of one embodiment of the present invention is preferably 100 ppi or more, preferably 300 ppi or more, more preferably 500 ppi or more, more preferably 1000 ppi or more, more preferably 2000 ppi or more, more preferably 3000 ppi or more, more preferably 5000 ppi or more, and even more preferably 7000 ppi or more. By using a display device having either or both of high resolution and high definition, it is possible to further enhance the sense of realism and depth. In addition, there is no particular limitation on the screen ratio (aspect ratio) of the display device of one embodiment of the present invention. For example, the display device can support various screen ratios such as 1:1 (square), 4:3, 16:9, and 16:10.

本実施の形態の電子機器は、センサ(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を検知、検出、又は測定する機能を含むもの)を有してもよい。 The electronic device of this embodiment may have a sensor (including a function to sense, detect, or measure force, displacement, position, velocity, acceleration, angular velocity, rotation speed, distance, light, liquid, magnetism, temperature, chemicals, sound, time, hardness, electric field, current, voltage, power, radiation, flow rate, humidity, gradient, vibration, odor, or infrared light).

本実施の形態の電子機器は、様々な機能を有することができる。例えば、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付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)を実行する機能、無線通信機能、記録媒体に記録されているプログラム又はデータを読み出す機能等を有することができる。 The electronic device of this embodiment can have various functions. For example, it can have a function to display various information (still images, videos, text images, etc.) on the display unit, a touch panel function, a function to display a calendar, date or time, etc., a function to execute various software (programs), a wireless communication function, a function to read out programs or data recorded on a recording medium, etc.

図37(A)に示す電子機器6500は、スマートフォンとして用いることのできる携帯情報端末機である。 The electronic device 6500 shown in FIG. 37(A) is a portable information terminal that can be used as a smartphone.

電子機器6500は、筐体6501、表示部6502、電源ボタン6503、ボタン6504、スピーカ6505、マイク6506、カメラ6507、及び光源6508等を有する。表示部6502はタッチパネル機能を備える。 The electronic device 6500 includes a housing 6501, a display portion 6502, a power button 6503, a button 6504, a speaker 6505, a microphone 6506, a camera 6507, a light source 6508, etc. The display portion 6502 has a touch panel function.

表示部6502に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。 A display device of one embodiment of the present invention can be applied to the display portion 6502.

図37(B)は、筐体6501のマイク6506側の端部を含む断面概略図である。 Figure 37 (B) is a schematic cross-sectional view including the end of the housing 6501 on the microphone 6506 side.

筐体6501の表示面側には透光性を有する保護部材6510が設けられ、筐体6501と保護部材6510に囲まれた空間内に、表示パネル6511、光学部材6512、タッチセンサパネル6513、プリント基板6517、バッテリ6518等が配置されている。 A transparent protective member 6510 is provided on the display surface side of the housing 6501, and a display panel 6511, optical members 6512, a touch sensor panel 6513, a printed circuit board 6517, a battery 6518, etc. are arranged in the space surrounded by the housing 6501 and the protective member 6510.

保護部材6510には、表示パネル6511、光学部材6512、及びタッチセンサパネル6513が接着層(図示しない。)により固定されている。 The display panel 6511, the optical member 6512, and the touch sensor panel 6513 are fixed to the protective member 6510 by an adhesive layer (not shown).

表示部6502よりも外側の領域において、表示パネル6511の一部が折り返されており、当該折り返された部分にFPC6515が接続されている。FPC6515には、IC6516が実装されている。FPC6515は、プリント基板6517に設けられた端子に接続されている。 In an area outside the display unit 6502, a part of the display panel 6511 is folded back, and the FPC 6515 is connected to the folded back part. An IC 6516 is mounted on the FPC 6515. The FPC 6515 is connected to a terminal provided on a printed circuit board 6517.

表示パネル6511には、本発明の一態様の可撓性を有する表示装置を適用することができる。そのため、極めて軽量な電子機器を実現することができる。また、表示パネル6511が極めて薄いため、電子機器の厚さを抑えつつ、大容量のバッテリ6518を搭載することもできる。また、表示パネル6511の一部を折り返して、表示部6502の裏側にFPC6515との接続部を配置することにより、狭額縁の電子機器を実現することができる。 The flexible display device of one embodiment of the present invention can be applied to the display panel 6511. Therefore, an extremely lightweight electronic device can be realized. In addition, since the display panel 6511 is extremely thin, a large-capacity battery 6518 can be mounted while keeping the thickness of the electronic device small. In addition, by folding back a part of the display panel 6511 and arranging a connection portion with the FPC 6515 on the back side of the display portion 6502, an electronic device with a narrow frame can be realized.

図37(C)にテレビジョン装置の一例を示す。テレビジョン装置7100は、筐体7101に表示部7000が組み込まれている。ここでは、スタンド7103により筐体7101を支持した構成を示している。 Figure 37 (C) shows an example of a television device. In the television device 7100, a display unit 7000 is built into a housing 7101. In this example, the housing 7101 is supported by a stand 7103.

表示部7000に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。 A display device according to one embodiment of the present invention can be applied to the display unit 7000.

図37(C)に示すテレビジョン装置7100の操作は、筐体7101が備える操作スイッチ、及び、別体のリモコン操作機7111により行うことができる。又は、表示部7000にタッチセンサを備えていてもよく、指等で表示部7000に触れることでテレビジョン装置7100を操作してもよい。リモコン操作機7111は、当該リモコン操作機7111から出力する情報を表示する表示部を有してもよい。リモコン操作機7111が備える操作キー又はタッチパネルにより、チャンネル及び音量の操作を行うことができ、表示部7000に表示される映像を操作することができる。 The television set 7100 shown in FIG. 37C can be operated using an operation switch provided on the housing 7101 and a separate remote control 7111. Alternatively, the display portion 7000 may be provided with a touch sensor, and the television set 7100 may be operated by touching the display portion 7000 with a finger or the like. The remote control 7111 may have a display portion that displays information output from the remote control 7111. The channel and volume can be operated by the operation keys or touch panel provided on the remote control 7111, and the image displayed on the display portion 7000 can be operated.

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

図37(D)に、ノート型パーソナルコンピュータの一例を示す。ノート型パーソナルコンピュータ7200は、筐体7211、キーボード7212、ポインティングデバイス7213、外部接続ポート7214等を有する。筐体7211に、表示部7000が組み込まれている。 Figure 37 (D) shows an example of a notebook personal computer. The notebook personal computer 7200 has a housing 7211, a keyboard 7212, a pointing device 7213, an external connection port 7214, etc. The display unit 7000 is incorporated in the housing 7211.

表示部7000に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。 A display device according to one embodiment of the present invention can be applied to the display unit 7000.

図37(E)及び図37(F)に、デジタルサイネージの一例を示す。 Figures 37(E) and 37(F) show examples of digital signage.

図37(E)に示すデジタルサイネージ7300は、筐体7301、表示部7000、及びスピーカ7303等を有する。さらに、LEDランプ、操作キー(電源スイッチ又は操作スイッチを含む。)、接続端子、各種センサ、マイクロフォン等を有することができる。 The digital signage 7300 shown in FIG. 37 (E) has a housing 7301, a display unit 7000, a speaker 7303, and the like. It can also have LED lamps, operation keys (including a power switch or an operation switch), connection terminals, various sensors, a microphone, and the like.

図37(F)は、円柱状の柱7401に取り付けられたデジタルサイネージ7400である。デジタルサイネージ7400は、柱7401の曲面に沿って設けられた表示部7000を有する。 Figure 37 (F) shows a digital signage 7400 attached to a cylindrical pole 7401. The digital signage 7400 has a display unit 7000 that is provided along the curved surface of the pole 7401.

図37(E)及び図37(F)において、表示部7000に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。 In Figures 37 (E) and 37 (F), a display device of one embodiment of the present invention can be applied to the display portion 7000.

表示部7000が広いほど、一度に提供することができる情報量を増やすことができる。また、表示部7000が広いほど、人の目につきやすく、例えば、広告の宣伝効果を高めることができる。 The wider the display unit 7000, the more information can be provided at one time. Also, the wider the display unit 7000, the more easily it catches people's attention, which can increase the advertising effectiveness of, for example, advertisements.

表示部7000にタッチパネルを適用することで、表示部7000に画像又は動画を表示するだけでなく、使用者が直感的に操作することができ、好ましい。また、路線情報若しくは交通情報などの情報を提供するための用途に用いる場合には、直感的な操作によりユーザビリティを高めることができる。 By applying a touch panel to the display unit 7000, not only can images or videos be displayed on the display unit 7000, but the user can also intuitively operate it, which is preferable. Furthermore, when used to provide information such as route information or traffic information, the intuitive operation can improve usability.

図37(E)及び図37(F)に示すように、デジタルサイネージ7300又はデジタルサイネージ7400は、使用者が所持するスマートフォン等の情報端末機7311又は情報端末機7411と無線通信により連携可能であることが好ましい。例えば、表示部7000に表示される広告の情報を、情報端末機7311又は情報端末機7411の画面に表示させることができる。また、情報端末機7311又は情報端末機7411を操作することで、表示部7000の表示を切り替えることができる。 As shown in FIG. 37(E) and FIG. 37(F), it is preferable that the digital signage 7300 or the digital signage 7400 can be linked via wireless communication with an information terminal 7311 or an information terminal 7411 such as a smartphone carried by a user. For example, advertising information displayed on the display unit 7000 can be displayed on the screen of the information terminal 7311 or the information terminal 7411. In addition, the display on the display unit 7000 can be switched by operating the information terminal 7311 or the information terminal 7411.

デジタルサイネージ7300又はデジタルサイネージ7400に、情報端末機7311又は情報端末機7411の画面を操作手段(コントローラ)としたゲームを実行させることもできる。これにより、不特定多数の使用者が同時にゲームに参加し、楽しむことができる。 The digital signage 7300 or the digital signage 7400 can also be made to run a game using the screen of the information terminal 7311 or the information terminal 7411 as an operating means (controller). This allows an unspecified number of users to participate in and enjoy the game at the same time.

図38(A)乃至図38(G)に示す電子機器は、筐体9000、表示部9001、スピーカ9003、操作キー9005(電源スイッチ、又は操作スイッチを含む。)、接続端子9006、センサ9007(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を検知、検出、又は測定する機能を含むもの)、マイクロフォン9008、等を有する。 The electronic device shown in Figures 38(A) to 38(G) has a housing 9000, a display unit 9001, a speaker 9003, operation keys 9005 (including a power switch or an operation switch), a connection terminal 9006, a sensor 9007 (including a function to sense, detect, or measure force, displacement, position, speed, acceleration, angular velocity, rotation speed, distance, light, liquid, magnetism, temperature, chemical substance, sound, time, hardness, electric field, current, voltage, power, radiation, flow rate, humidity, gradient, vibration, odor, or infrared light), a microphone 9008, etc.

図38(A)乃至図38(G)において、表示部9001に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。 In Figures 38(A) to 38(G), a display device of one embodiment of the present invention can be applied to the display portion 9001.

図38(A)乃至図38(G)に示す電子機器は、様々な機能を有する。例えば、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付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、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処理する機能、等を有することができる。なお、電子機器の機能はこれらに限られず、様々な機能を有することができる。電子機器は、複数の表示部を有してもよい。また、電子機器にカメラ等を設け、静止画又は動画を撮影し、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、等を有してもよい。 The electronic devices shown in Figures 38(A) to 38(G) have various functions. For example, they can have a function of displaying various information (still images, videos, text images, etc.) on the display unit, a touch panel function, a function of displaying a calendar, date or time, etc., a function of controlling processing by various software (programs), a wireless communication function, a function of reading and processing programs or data recorded on a recording medium, etc. Note that the functions of the electronic devices are not limited to these, and they can have various functions. The electronic devices may have multiple display units. In addition, the electronic devices may have a function of providing a camera or the like to capture still images or videos and store them on a recording medium (external or built into the camera), a function of displaying the captured images on the display unit, etc.

図38(A)乃至図38(G)に示す電子機器の詳細について、以下説明を行う。 The details of the electronic devices shown in Figures 38(A) to 38(G) are described below.

図38(A)は、携帯情報端末9101を示す斜視図である。携帯情報端末9101は、例えばスマートフォンとして用いることができる。なお、携帯情報端末9101は、スピーカ9003、接続端子9006、センサ9007等を設けてもよい。また、携帯情報端末9101は、文字及び画像情報をその複数の面に表示することができる。図38(A)では、3つのアイコン9050を表示した例を示している。また、破線の矩形で示す情報9051を表示部9001の他の面に表示することもできる。情報9051の一例として、電子メール、SNS、電話などの着信の通知、電子メール又はSNSなどの題名、送信者名、日時、時刻、バッテリの残量、電波強度などがある。又は、情報9051が表示されている位置にはアイコン9050などを表示してもよい。 Fig. 38 (A) is a perspective view showing a mobile information terminal 9101. The mobile information terminal 9101 can be used as, for example, a smartphone. The mobile information terminal 9101 may be provided with a speaker 9003, a connection terminal 9006, a sensor 9007, and the like. The mobile information terminal 9101 can display text and image information on a plurality of surfaces. Fig. 38 (A) shows an example in which three icons 9050 are displayed. Information 9051 shown in a dashed rectangle can also be displayed on another surface of the display unit 9001. Examples of the information 9051 include notifications of incoming e-mail, SNS, telephone calls, etc., the title of e-mail or SNS, the sender's name, the date and time, the remaining battery level, and radio wave intensity. Alternatively, an icon 9050 or the like may be displayed at the position where the information 9051 is displayed.

図38(B)は、携帯情報端末9102を示す斜視図である。携帯情報端末9102は、表示部9001の3面以上に情報を表示する機能を有する。ここでは、情報9052、情報9053、情報9054が、それぞれ異なる面に表示されている例を示す。例えば、使用者は、洋服の胸ポケットに携帯情報端末9102を収納した状態で、携帯情報端末9102の上方から観察することができる位置に表示された情報9053を確認することもできる。使用者は、携帯情報端末9102をポケットから取り出すことなく表示を確認し、例えば、電話を受けるか否かを判断することができる。 Figure 38 (B) is a perspective view showing a mobile information terminal 9102. The mobile information terminal 9102 has a function of displaying information on three or more sides of the display unit 9001. Here, an example is shown in which information 9052, information 9053, and information 9054 are each displayed on different sides. For example, a user can check information 9053 displayed in a position that can be observed from above the mobile information terminal 9102 while the mobile information terminal 9102 is stored in a breast pocket of clothes. The user can check the display without taking the mobile information terminal 9102 out of the pocket and determine, for example, whether or not to answer a call.

図38(C)は、タブレット端末9103を示す斜視図である。タブレット端末9103は、一例として、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、インターネット通信、コンピュータゲーム等の種々のアプリケーションの実行が可能である。タブレット端末9103は、筐体9000の正面に表示部9001、カメラ9002、マイクロフォン9008、スピーカ9003を有し、筐体9000の左側面には操作用のボタンとしての操作キー9005、底面には接続端子9006を有する。 Figure 38 (C) is a perspective view showing a tablet terminal 9103. The tablet terminal 9103 is capable of executing various applications such as mobile phone, e-mail, text browsing and creation, music playback, Internet communication, and computer games, for example. The tablet terminal 9103 has a display unit 9001, a camera 9002, a microphone 9008, and a speaker 9003 on the front side of the housing 9000, operation keys 9005 as operation buttons on the left side of the housing 9000, and a connection terminal 9006 on the bottom.

図38(D)は、腕時計型の携帯情報端末9200を示す斜視図である。携帯情報端末9200は、例えば、スマートウォッチ(登録商標)として用いることができる。また、表示部9001は、その表示面が湾曲して設けられ、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる。また、携帯情報端末9200は、例えば、無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハンズフリーで通話することもできる。また、携帯情報端末9200は、接続端子9006により、他の情報端末と相互にデータ伝送を行うこと、及び、充電を行うこともできる。なお、充電動作は無線給電により行ってもよい。 Figure 38 (D) is a perspective view showing a wristwatch-type mobile information terminal 9200. The mobile information terminal 9200 can be used as, for example, a smart watch (registered trademark). The display surface of the display unit 9001 is curved, and display can be performed along the curved display surface. The mobile information terminal 9200 can also make hands-free calls by communicating with, for example, a headset capable of wireless communication. The mobile information terminal 9200 can also transmit data to and from other information terminals and charge itself through the connection terminal 9006. Note that charging may be performed by wireless power supply.

図38(E)乃至図38(G)は、折り畳み可能な携帯情報端末9201を示す斜視図である。また、図38(E)は携帯情報端末9201を展開した状態、図38(G)は折り畳んだ状態、図38(F)は図38(E)と図38(G)の一方から他方に変化する途中の状態の斜視図である。携帯情報端末9201は、折り畳んだ状態では可搬性に優れ、展開した状態では継ぎ目のない広い表示領域により表示の一覧性に優れる。携帯情報端末9201が有する表示部9001は、ヒンジ9055によって連結された3つの筐体9000に支持されている。例えば、表示部9001は、曲率半径0.1mm以上150mm以下で曲げることができる。 38(E) to 38(G) are perspective views showing a foldable mobile information terminal 9201. FIG. 38(E) shows the mobile information terminal 9201 in an unfolded state, FIG. 38(G) shows the mobile information terminal 9201 in a folded state, and FIG. 38(F) shows a perspective view of the mobile information terminal 9201 in a state in the middle of changing from one of FIG. 38(E) and FIG. 38(G) to the other. The mobile information terminal 9201 is highly portable when folded, and has a seamless, wide display area when unfolded, providing excellent visibility of the display. The display portion 9001 of the mobile information terminal 9201 is supported by three housings 9000 connected by hinges 9055. For example, the display portion 9001 can be bent with a radius of curvature of 0.1 mm or more and 150 mm or less.

本実施の形態、及び、対応する図面等は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態、又は、実施例と適宜組み合わせて実施することができる。また、本実施の形態に示す複数の構成、及び、対応する図面等は、互いに適宜組み合わせることが可能である。 This embodiment and the corresponding drawings, etc. can be implemented by appropriately combining at least a part of them with other embodiments or examples described in this specification. In addition, the multiple configurations shown in this embodiment and the corresponding drawings, etc. can be appropriately combined with each other.

(実施の形態7)
本実施の形態では、p行q列(p及びqは、それぞれ2以上の整数)のマトリクス状に配置された複数の画素230を有する副表示部95の構成例について説明する。図39(A)は、副表示部95を説明するブロック図である。副表示部95は、区画39に設けられているソースドライバ回路66及びゲートドライバ回路33と、電気的に接続される。
(Seventh embodiment)
In this embodiment, a configuration example of a sub-display section 95 having a plurality of pixels 230 arranged in a matrix of p rows and q columns (p and q are each an integer of 2 or more) will be described. Fig. 39(A) is a block diagram illustrating the sub-display section 95. The sub-display section 95 is electrically connected to a source driver circuit 66 and a gate driver circuit 33 provided in a section 39.

図39(A)では、p行1列目の画素230を画素230[p,1]と示し、1行q列目の画素230を画素230[1,q]と示し、p行q列目の画素230を画素230[p,q]と示している。 In FIG. 39(A), pixel 230 in row p, column 1 is indicated as pixel 230[p,1], pixel 230 in row 1, column q is indicated as pixel 230[1,q], and pixel 230 in row p, column q is indicated as pixel 230[p,q].

ゲートドライバ回路33に含まれる回路は、例えば、走査線駆動回路として機能する。ソースドライバ回路66に含まれる回路は、例えば、信号線駆動回路として機能する。 The circuit included in the gate driver circuit 33 functions, for example, as a scanning line driving circuit. The circuit included in the source driver circuit 66 functions, for example, as a signal line driving circuit.

例えば、画素230を構成するトランジスタにOSトランジスタを用い、駆動回路を構成するトランジスタにSiトランジスタを用いてもよい。OSトランジスタはオフ電流が小さいため、消費電力を低減することができる。また、SiトランジスタはOSトランジスタよりも動作速度が速いため、駆動回路に用いると好適である。また、表示装置によっては、画素230を構成するトランジスタと駆動回路を構成するトランジスタの双方にOSトランジスタを用いてもよい。また、表示装置によっては、画素230を構成するトランジスタと駆動回路を構成するトランジスタの双方にSiトランジスタを用いてもよい。又は、表示装置によっては、画素230を構成するトランジスタにSiトランジスタを用い、駆動回路を構成するトランジスタにOSトランジスタを用いてもよい。 For example, an OS transistor may be used as the transistor constituting the pixel 230, and a Si transistor may be used as the transistor constituting the driver circuit. Since an OS transistor has a small off-state current, power consumption can be reduced. Furthermore, since an Si transistor has a faster operating speed than an OS transistor, it is preferable to use the Si transistor in the driver circuit. Furthermore, depending on the display device, an OS transistor may be used as both the transistor constituting the pixel 230 and the transistor constituting the driver circuit. Furthermore, depending on the display device, a Si transistor may be used as both the transistor constituting the pixel 230 and the transistor constituting the driver circuit. Alternatively, depending on the display device, a Si transistor may be used as the transistor constituting the pixel 230, and an OS transistor may be used as the transistor constituting the driver circuit.

画素230を構成するトランジスタに、SiトランジスタとOSトランジスタの双方を用いてもよい。また、駆動回路を構成するトランジスタに、SiトランジスタとOSトランジスタの双方を用いてもよい。 Both Si transistors and OS transistors may be used for the transistors that make up the pixel 230. In addition, both Si transistors and OS transistors may be used for the transistors that make up the driver circuit.

図39(A)では、各々が略平行に配設され、かつ、ゲートドライバ回路33によって電位が制御されるp本の配線GLと、各々が略平行に配設され、かつ、ソースドライバ回路66によって電位が制御されるq本の配線SLと、を示している。例えば、r行目(rは任意の数を示し、本実施の形態などでは1以上p以下の整数である。)に配置されている画素230は、r行目の配線GLを介してゲートドライバ回路33と電気的に接続される。また、s列目(sは任意の数を示し、本実施の形態などでは1以上q以下の整数である。)に配置されている画素230は、s列目の配線SLを介してソースドライバ回路66と電気的に接続される。図39(A)では、r行s列目の画素230を画素230[r,s]と示している。 39(A) shows p wirings GL arranged approximately in parallel and whose potentials are controlled by the gate driver circuit 33, and q wirings SL arranged approximately in parallel and whose potentials are controlled by the source driver circuit 66. For example, the pixel 230 arranged in the rth row (r indicates an arbitrary number, and in this embodiment, etc., is an integer of 1 to p) is electrically connected to the gate driver circuit 33 through the wiring GL in the rth row. The pixel 230 arranged in the sth column (s indicates an arbitrary number, and in this embodiment, etc., is an integer of 1 to q) is electrically connected to the source driver circuit 66 through the wiring SL in the sth column. In FIG. 39(A), the pixel 230 in the rth row and sth column is shown as pixel 230[r,s].

なお、1つの行に含まれる画素230と電気的に接続する配線GLは1本とは限らない。また、1つの列に含まれる画素230と電気的に接続する配線SLは1本とは限らない。また、配線GLと配線SLは一例であり、画素230と接続する配線は、配線GLと配線SLに限らない。 Note that the number of wirings GL electrically connected to the pixels 230 included in one row is not limited to one. Also, the number of wirings SL electrically connected to the pixels 230 included in one column is not limited to one. Also, the wirings GL and SL are merely examples, and the wirings connected to the pixels 230 are not limited to the wirings GL and SL.

赤色光を制御する画素230、緑色光を制御する画素230、及び青色光を制御する画素230をストライプ状に配置し、これらをまとめて1つの画素240として機能させ、それぞれの画素230の発光量(発光輝度)を制御することで、フルカラー表示を実現することができる。言い換えると、当該3つの画素230は、それぞれが副画素として機能する。すなわち、3つの副画素は、それぞれが赤色光、緑色光、又は青色光の、発光量などを制御する(図39(B1)参照)。なお、3つの副画素それぞれが制御する光の色は、赤(R)、緑(G)、青(B)の組み合わせに限らず、シアン(C)、マゼンタ(M)、黄(Y)であってもよい(図39(B2)参照)。 A pixel 230 that controls red light, a pixel 230 that controls green light, and a pixel 230 that controls blue light are arranged in a stripe pattern, and these are grouped together to function as one pixel 240. By controlling the amount of light emitted (light emission brightness) of each pixel 230, a full-color display can be realized. In other words, each of the three pixels 230 functions as a sub-pixel. That is, each of the three sub-pixels controls the amount of light emitted, etc., of red light, green light, or blue light (see FIG. 39 (B1)). Note that the color of light controlled by each of the three sub-pixels is not limited to a combination of red (R), green (G), and blue (B), but may also be cyan (C), magenta (M), or yellow (Y) (see FIG. 39 (B2)).

画素240を1920×1080のマトリクス状に配置すると、いわゆる2K解像度でフルカラー表示可能な表示部93を実現することができる。また、例えば、画素240を3840×2160のマトリクス状に配置すると、いわゆる4K解像度でフルカラー表示可能な表示部93を実現することができる。また、例えば、画素240を7680×4320のマトリクス状に配置すると、いわゆる8K解像度でフルカラー表示可能な表示部93を実現することができる。画素240を増やすことで、16Kさらには32Kの解像度でフルカラー表示可能な表示部93を実現することも可能である。 When the pixels 240 are arranged in a 1920 x 1080 matrix, a display unit 93 capable of full-color display at so-called 2K resolution can be realized. Furthermore, for example, when the pixels 240 are arranged in a 3840 x 2160 matrix, a display unit 93 capable of full-color display at so-called 4K resolution can be realized. Furthermore, for example, when the pixels 240 are arranged in a 7680 x 4320 matrix, a display unit 93 capable of full-color display at so-called 8K resolution can be realized. By increasing the number of pixels 240, it is also possible to realize a display unit 93 capable of full-color display at 16K or even 32K resolution.

1つの画素240を構成する3つの画素230の配置は、デルタ配置でもよい(図39(B3)参照)。具体的には、1つの画素240を構成する3つの画素230それぞれの中心点を結ぶ線が、三角形になるように配置してもよい。なお、画素230の配置は、ストライプ配置及びデルタ配置に限らない。画素230の配置を、ジグザグ配置、Sストライプ配置、ベイヤー配置、又はペンタイル配置にしてもよい。 The arrangement of the three pixels 230 constituting one pixel 240 may be a delta arrangement (see FIG. 39 (B3)). Specifically, the three pixels 230 constituting one pixel 240 may be arranged so that the lines connecting the center points of each of them form a triangle. Note that the arrangement of the pixels 230 is not limited to the stripe arrangement and delta arrangement. The arrangement of the pixels 230 may be a zigzag arrangement, an S-stripe arrangement, a Bayer arrangement, or a Pentile arrangement.

3つの副画素(画素230)それぞれの面積は同じでなくてもよい。発光色によって発光効率及び信頼性などが異なる場合、発光色ごとに副画素の面積を変えてもよい(図39(B4)参照)。 The areas of the three sub-pixels (pixel 230) do not have to be the same. If the luminous efficiency and reliability differ depending on the luminous color, the area of the sub-pixels may be changed for each luminous color (see FIG. 39 (B4)).

4つの副画素をまとめて1つの画素として機能させてもよい。例えば、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ制御する3つの副画素に、白色光を制御する副画素を加えてもよい(図39(B5)参照)。白色光を制御する副画素を加えることで、表示領域の輝度を高めることができる。また、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ制御する3つの副画素に、黄色光を制御する副画素を加えてもよい(図39(B6)参照)。また、シアン色光、マゼンタ色光、黄色光をそれぞれ制御する3つの副画素に、白色光を制御する副画素を加えてもよい(図39(B7)参照)。 Four subpixels may be combined to function as one pixel. For example, a subpixel that controls white light may be added to three subpixels that control red, green, and blue light, respectively (see FIG. 39 (B5)). By adding a subpixel that controls white light, the luminance of the display area can be increased. A subpixel that controls yellow light may be added to three subpixels that control red, green, and blue light, respectively (see FIG. 39 (B6)). A subpixel that controls white light may be added to three subpixels that control cyan, magenta, and yellow light, respectively (see FIG. 39 (B7)).

1つの画素として機能させる副画素の数を増やし、赤、緑、青、シアン、マゼンタ、及び黄などの光を制御する副画素を適宜組み合わせて用いることにより、中間調の再現性を高めることができる。よって、表示品位を高めることができる。 By increasing the number of sub-pixels that function as one pixel and by appropriately combining sub-pixels that control red, green, blue, cyan, magenta, and yellow light, the reproducibility of intermediate tones can be improved, thereby improving the display quality.

本発明の一態様の表示装置は、さまざまな規格の色域を再現することができる。例えば、テレビ放送で使われるPAL(Phase Alternating Line)規格及びNTSC(National Television System Committee)規格、パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、プリンタなどの電子装置に用いる表示装置で広く使われているsRGB(standard RGB)規格及びAdobe RGB規格、HDTV(High Definition Television、ハイビジョンともいう)で使われるITU-R BT.709(International Telecommunication Union Radiocommunication Sector Broadcasting Service(Television) 709)規格、デジタルシネマ映写で使われるDCI-P3(Digital Cinema Initiatives P3)規格、UHDTV(Ultra High Definition Television、スーパーハイビジョンともいう。)で使われるITU-R BT.2020(REC.2020(Recommendation 2020))規格などの色域を再現することができる。 The display device of one embodiment of the present invention can reproduce color gamuts of various standards. For example, the PAL (Phase Alternating Line) standard and NTSC (National Television System Committee) standard used in television broadcasting, the sRGB (standard RGB) standard and Adobe RGB standard widely used in display devices for electronic devices such as personal computers, digital cameras, and printers, and the ITU-R BT. It can reproduce the color gamuts of the International Telecommunication Union Radiocommunication Sector Broadcasting Service (Television) 709 (International Telecommunication Union Radiocommunication Sector Broadcasting Service (Television) 709) standard, the Digital Cinema Initiatives P3 (DCI-P3) standard used in digital cinema projection, and the ITU-R BT. 2020 (REC. 2020 (Recommendation 2020)) standard used in UHDTV (Ultra High Definition Television, also known as Super Hi-Vision).

1つの画素240に受光素子を含む画素237を設けてもよい。図40(A)に示す画素240は、緑色の光を呈する画素230(G)、青色の光を呈する画素230(B)、赤色の光を呈する画素230(R)、及び、受光素子を有する画素237(S)がストライプ状に配置されている。なお、本明細書などでは、画素237を「撮像画素」ともいう。 One pixel 240 may be provided with a pixel 237 including a light receiving element. In the pixel 240 shown in FIG. 40(A), a pixel 230 (G) that emits green light, a pixel 230 (B) that emits blue light, a pixel 230 (R) that emits red light, and a pixel 237 (S) that has a light receiving element are arranged in a stripe pattern. Note that in this specification and other places, the pixel 237 is also referred to as an "imaging pixel."

画素237が有する受光素子は、可視光を検出する素子であることが好ましく、青色、紫色、青紫色、緑色、黄緑色、黄色、橙色、赤色などの光のうち、一つ又は複数を検出する素子が好ましい。また、画素237が有する受光素子は、赤外光を検出する素子であってもよい。 The light receiving element of pixel 237 is preferably an element that detects visible light, and is preferably an element that detects one or more of light such as blue, purple, blue-purple, green, yellow-green, yellow, orange, and red. The light receiving element of pixel 237 may also be an element that detects infrared light.

図40(A)に示す画素240には、ストライプ配置が適用されている。なお、受光素子を有する画素237で特定の色の光を検出する場合は、当該色の光を呈する画素230を画素237の隣に配置することで検出精度を高めることができ、好ましい。 The pixel 240 shown in FIG. 40(A) has a stripe arrangement. When detecting light of a specific color using a pixel 237 having a light receiving element, it is preferable to arrange a pixel 230 that exhibits light of that color next to the pixel 237, as this can improve detection accuracy.

図40(B)に示す画素240には、3つの画素230と1つの画素237がマトリクス配置されている。図40(B)では、赤の光を呈する画素230が受光素子を有する画素237と行方向に隣接し、青の光を呈する画素230と緑の光を呈する画素230が行方向に隣接する例を示すが、これに限定されない。 The pixel 240 shown in FIG. 40(B) has three pixels 230 and one pixel 237 arranged in a matrix. FIG. 40(B) shows an example in which the pixel 230 that emits red light is adjacent to the pixel 237 having a light receiving element in the row direction, and the pixel 230 that emits blue light and the pixel 230 that emits green light are adjacent to each other in the row direction, but this is not limiting.

図40(C)に示す画素240には、Sストライプ配置に画素237を追加した構成を有する。図40(C)の画素240は、1つの縦長の画素230と、2つの横長の画素230と、1つの横長の画素237と、を有する。なお、縦長の画素230は、R、G、Sのいずれかであってもよく、横長の副画素の並び順にも限定はない。 The pixel 240 shown in FIG. 40(C) has a configuration in which pixel 237 is added to the S-stripe arrangement. The pixel 240 in FIG. 40(C) has one vertically elongated pixel 230, two horizontally elongated pixels 230, and one horizontally elongated pixel 237. Note that the vertically elongated pixel 230 may be R, G, or S, and there is no limitation on the order of the horizontally elongated sub-pixels.

図40(D)では、画素240aと画素240bが交互に配置されている例を示す。画素240aは、青の光を呈する画素230、緑の光を呈する画素230、及び、受光素子を有する画素237を有する。また、画素240bは、赤の光を呈する画素230、緑の光を呈する画素230、及び、受光素子を有する画素237を有する。画素240aと画素240bを併せて1つの画素240として機能する。図40(D)では、画素240aと画素240bの双方が、緑の光を呈する画素230と画素237を有しているが、これに限定されない。画素237を、画素240aと画素240bの双方が有することで、撮像画素の精細度を高めることができる。 Figure 40 (D) shows an example in which pixels 240a and pixels 240b are arranged alternately. Pixel 240a has a pixel 230 that exhibits blue light, a pixel 230 that exhibits green light, and a pixel 237 that has a light receiving element. Pixel 240b has a pixel 230 that exhibits red light, a pixel 230 that exhibits green light, and a pixel 237 that has a light receiving element. Pixels 240a and 240b function together as one pixel 240. In Figure 40 (D), both pixels 240a and 240b have a pixel 230 that exhibits green light and a pixel 237, but this is not limited thereto. By having both pixels 240a and 240b have pixel 237, the definition of the imaging pixel can be increased.

図40(E)に示すレイアウトとすることで、各副画素の開口率を高めることができ好ましい。また、図40(F)では、画素230及び画素237の上面形状が、六角形である例を示している。 The layout shown in FIG. 40(E) is preferable because it increases the aperture ratio of each subpixel. Also, FIG. 40(F) shows an example in which the top surface shapes of pixel 230 and pixel 237 are hexagonal.

図40(F)に示す画素240は、横1列に画素230が配置され、その下に画素237が配置されている例である。 The pixel 240 shown in FIG. 40(F) is an example in which pixels 230 are arranged in a single horizontal row, with pixel 237 arranged below them.

図40(G)に示す画素240は、横1列に画素230、及び、画素230Xが配置され、その下に画素237が配置されている例である。 The pixel 240 shown in FIG. 40(G) is an example in which pixel 230 and pixel 230X are arranged in a single horizontal row, with pixel 237 arranged below them.

画素230Xには、例えば、赤外光(IR)を呈する画素230を適用することができる。すなわち、画素230Xは、赤外光(IR)を発する発光デバイス61を有する。この場合、画素237は、赤外光を検出する受光素子を有することが好ましい。例えば、可視光を発する画素230で画像を表示しながら、副画素Xが発する赤外光の反射光を画素237で検出することができる。 For example, pixel 230 that emits infrared light (IR) can be applied to pixel 230X. That is, pixel 230X has a light-emitting device 61 that emits infrared light (IR). In this case, pixel 237 preferably has a light-receiving element that detects infrared light. For example, while an image is displayed by pixel 230 that emits visible light, reflected infrared light emitted by sub-pixel X can be detected by pixel 237.

1つの画素240に、複数の画素237を設けてもよい。この場合、複数の画素237で検出する光の波長域は同じであってもよく、異なっていてもよい。例えば、複数の画素237の一部が可視光を検出し、他の一部が赤外光を検出してもよい。 A single pixel 240 may have multiple pixels 237. In this case, the wavelength range of light detected by the multiple pixels 237 may be the same or different. For example, some of the multiple pixels 237 may detect visible light, and other parts may detect infrared light.

画素237は、全ての画素240に設けなくてもよい。一定の画素数ごとに、画素237を含む画素240を設けてもよい。 Pixel 237 does not have to be provided in all pixels 240. Pixels 240 including pixel 237 may be provided for every certain number of pixels.

画素237を用いて、若しくは、画素237と前述したセンサ97を用いて、例えば、指紋、掌紋、虹彩、網膜、脈形状(静脈形状、動脈形状を含む。)、又は顔などを用いた個人認証のための情報を検出することができる。また、画素237を用いて、若しくは、画素237とセンサ97を用いて、ユーザの瞬き回数、瞼の挙動、瞳孔の大きさ、体温、脈拍、血液中の酸素飽和度などを計測し、ユーザの疲労度及び健康状態などを検出することができる。 By using the pixel 237, or by using the pixel 237 and the sensor 97 described above, it is possible to detect information for personal authentication using, for example, a fingerprint, palm print, iris, retina, pulse shape (including vein shape and artery shape), face, etc. In addition, by using the pixel 237, or by using the pixel 237 and the sensor 97, it is possible to measure the number of times the user blinks, eyelid behavior, pupil size, body temperature, pulse rate, oxygen saturation in the blood, etc., and detect the user's fatigue level and health condition, etc.

ユーザの視線の動き、まばたきの回数、及び、まばたきのリズムなどを用いて、電子装置の操作を実現することができる。具体的には、画素237を用いて、若しくは、画素237とセンサ97を用いて、ユーザの視線の動き、まばたきの回数、及び、まばたきのリズムなどの情報を検出し、これらの情報の一若しくは複数の組み合わせを電子装置の操作信号として用いればよい。例えば、まばたきをマウスのクリック動作に置き換えることも可能である。視線の動き、及び、まばたきを検出することにより、ユーザは手に何も持たない状態で電子装置の入力操作を行える。よって、電子装置の操作性を高めることができる。 The movement of the user's gaze, the number of blinks, the blinking rhythm, and the like can be used to operate the electronic device. Specifically, the pixel 237, or the pixel 237 and the sensor 97, can be used to detect information such as the movement of the user's gaze, the number of blinks, and the blinking rhythm, and one or more combinations of this information can be used as an operation signal for the electronic device. For example, blinks can be replaced with mouse clicks. By detecting the movement of the gaze and blinks, the user can perform input operations on the electronic device without holding anything in their hands. This can improve the operability of the electronic device.

例えば、実施の形態5に記載のメガネ型の電子装置150の表示装置90に複数の撮像画素(画素237)を設けることで、当該複数の撮像画素を視線検出部84として用いることができる。よって、電子装置の構成部品の数を減らすことができる。よって、電子装置の軽量化、生産性向上、及びコストダウンなどを実現することができる。 For example, by providing a plurality of imaging pixels (pixels 237) in the display device 90 of the glasses-type electronic device 150 described in embodiment 5, the plurality of imaging pixels can be used as the gaze detection unit 84. This allows the number of components of the electronic device to be reduced. This allows the electronic device to be made lighter, more productive, and less expensive.

<発光デバイスの構成例>
本発明の一態様に係る表示装置に用いることができる発光デバイス61について説明する。
<Example of light-emitting device configuration>
A light-emitting device 61 that can be used in a display device according to one embodiment of the present invention will be described.

図41(A)に示すように、発光デバイス61は、一対の電極(導電層171、導電層177)の間に、EL層175を備える。EL層175は、層4420、発光層4411、層4430などの複数の層で構成することができる。層4420は、例えば、電子注入性の高い物質を含む層(電子注入層)、及び、電子輸送性の高い物質を含む層(電子輸送層)などを備えることができる。発光層4411は、例えば、発光性の化合物を備える。層4430は、例えば、正孔注入性の高い物質を含む層(正孔注入層)、及び、正孔輸送性の高い物質を含む層(正孔輸送層)を備えることができる。 As shown in FIG. 41A, the light-emitting device 61 includes an EL layer 175 between a pair of electrodes (conductive layer 171, conductive layer 177). The EL layer 175 can be composed of multiple layers such as a layer 4420, a light-emitting layer 4411, and a layer 4430. The layer 4420 can include, for example, a layer including a substance with high electron injection properties (electron injection layer) and a layer including a substance with high electron transport properties (electron transport layer). The light-emitting layer 4411 includes, for example, a light-emitting compound. The layer 4430 can include, for example, a layer including a substance with high hole injection properties (hole injection layer) and a layer including a substance with high hole transport properties (hole transport layer).

一対の電極間に設けられた層4420、発光層4411、及び層4430を備える構成は、単一の発光ユニットとして機能することができ、本明細書などでは、図41(A)の構成をシングル構造と呼ぶ。 A structure including layer 4420, light-emitting layer 4411, and layer 4430 provided between a pair of electrodes can function as a single light-emitting unit, and in this specification and elsewhere, the structure in FIG. 41(A) is referred to as a single structure.

図41(B)は、図41(A)に示す発光デバイス61が備えるEL層175の変形例である。具体的には、図41(B)に示す発光デバイス61は、導電層171上の層4430-1と、層4430-1上の層4430-2と、層4430-2上の発光層4411と、発光層4411上の層4420-1と、層4420-1上の層4420-2と、層4420-2上の導電層177と、を備える。例えば、導電層171を陽極とし、導電層177を陰極とした場合、層4430-1が正孔注入層として機能し、層4430-2が正孔輸送層として機能し、層4420-1が電子輸送層として機能し、層4420-2が電子注入層として機能する。又は、導電層171を陰極とし、導電層177を陽極とした場合、層4430-1が電子注入層として機能し、層4430-2が電子輸送層として機能し、層4420-1が正孔輸送層として機能し、層4420-2が正孔注入層として機能する。このような層構造とすることで、発光層4411に効率よくキャリアを注入し、発光層4411内におけるキャリアの再結合の効率を高めることが可能となる。 Figure 41 (B) is a modified example of the EL layer 175 provided in the light-emitting device 61 shown in Figure 41 (A). Specifically, the light-emitting device 61 shown in Figure 41 (B) includes a layer 4430-1 on the conductive layer 171, a layer 4430-2 on the layer 4430-1, a light-emitting layer 4411 on the layer 4430-2, a layer 4420-1 on the light-emitting layer 4411, a layer 4420-2 on the layer 4420-1, and a conductive layer 177 on the layer 4420-2. For example, when the conductive layer 171 is an anode and the conductive layer 177 is a cathode, the layer 4430-1 functions as a hole injection layer, the layer 4430-2 functions as a hole transport layer, the layer 4420-1 functions as an electron transport layer, and the layer 4420-2 functions as an electron injection layer. Alternatively, when the conductive layer 171 is a cathode and the conductive layer 177 is an anode, the layer 4430-1 functions as an electron injection layer, the layer 4430-2 functions as an electron transport layer, the layer 4420-1 functions as a hole transport layer, and the layer 4420-2 functions as a hole injection layer. By using such a layer structure, it is possible to efficiently inject carriers into the light-emitting layer 4411 and increase the efficiency of carrier recombination in the light-emitting layer 4411.

なお、図41(C)に示すように層4420と層4430との間に複数の発光層(発光層4411、発光層4412、発光層4413)が設けられる構成も、シングル構造の一例である。 Note that a structure in which multiple light-emitting layers (light-emitting layer 4411, light-emitting layer 4412, light-emitting layer 4413) are provided between layer 4420 and layer 4430 as shown in FIG. 41(C) is also an example of a single structure.

図41(D)に示すように、複数の発光ユニット(EL層175a、EL層175b)が、中間層(電荷発生層)4440を介して直列に接続された構成を、本明細書などではタンデム構造又はスタック構造と呼ぶ。なお、タンデム構造とすることで、高輝度発光が可能な発光デバイスを実現することができる。 As shown in FIG. 41D, a configuration in which multiple light-emitting units (EL layer 175a, EL layer 175b) are connected in series via an intermediate layer (charge generating layer) 4440 is referred to as a tandem structure or stack structure in this specification. By using a tandem structure, a light-emitting device capable of emitting light with high brightness can be realized.

発光デバイス61を図41(D)に示すタンデム構造にする場合、EL層175aとEL層175bそれぞれの発光色を同じにしてもよい。例えば、EL層175a及びEL層175bの発光色を、どちらも緑色にしてもよい。 When the light-emitting device 61 has a tandem structure as shown in FIG. 41(D), the luminescent color of the EL layer 175a and the EL layer 175b may be the same. For example, the luminescent color of the EL layer 175a and the EL layer 175b may both be green.

なお、赤色光(R)を発する発光デバイス61、緑色光(G)を発する発光デバイス61、及び、青色光(B)を発する発光デバイス61を、それぞれ副画素として用いて、これら3つの副画素で1つの画素を構成することで、フルカラー表示を実現することができる。表示部93がR、G、Bの3種類の副画素を含む場合、それぞれの発光デバイスをタンデム構造としてもよい。具体的には、Rの副画素のEL層175a及びEL層175bは、それぞれ、赤色発光が可能な材料を有し、Gの副画素のEL層175a及びEL層175bは、それぞれ、緑色発光が可能な材料を有し、Bの副画素のEL層175a及びEL層175bは、それぞれ、青色発光が可能な材料を備える。言い換えると、発光層4411と発光層4412の材料が同じでもよい。EL層175aとEL層175bの発光色を同じにすることで、単位発光輝度あたりの電流密度を低減することができる。よって、発光デバイス61の信頼性を高めることができる。 In addition, a light-emitting device 61 that emits red light (R), a light-emitting device 61 that emits green light (G), and a light-emitting device 61 that emits blue light (B) are used as sub-pixels, and one pixel is formed from these three sub-pixels, thereby realizing full-color display. When the display unit 93 includes three types of sub-pixels, R, G, and B, the light-emitting devices may be in a tandem structure. Specifically, the EL layer 175a and the EL layer 175b of the R sub-pixel each have a material capable of emitting red light, the EL layer 175a and the EL layer 175b of the G sub-pixel each have a material capable of emitting green light, and the EL layer 175a and the EL layer 175b of the B sub-pixel each have a material capable of emitting blue light. In other words, the material of the light-emitting layer 4411 and the light-emitting layer 4412 may be the same. By making the luminous colors of the EL layer 175a and the EL layer 175b the same, the current density per unit luminous brightness can be reduced. This improves the reliability of the light-emitting device 61.

発光デバイスの発光色は、EL層175を構成する材料によって、赤、緑、青、シアン、マゼンタ、黄、又は白などとすることができる。また、発光デバイスにマイクロキャビティ構造を付与することにより色純度をさらに高めることができる。 The light emission color of the light emitting device can be red, green, blue, cyan, magenta, yellow, or white, depending on the material that constitutes the EL layer 175. In addition, the color purity can be further improved by providing the light emitting device with a microcavity structure.

発光層には、R(赤)、G(緑)、B(青)、Y(黄)、O(橙)などの発光を示す発光物質を2種類以上含んでもよい。白色の光を発する発光デバイスは、発光層に2種類以上の発光物質を含む構成とすることが好ましい。白色発光を得るには、2種類以上の発光物質の各々の発光が混合することにより白色色となるような発光物質を選択すればよい。例えば、第1の発光層の発光色と第2の発光層の発光色を補色の関係になるようにすることで、発光デバイス全体として白色発光する発光デバイスを得ることができる。また、発光層を3つ以上備える発光デバイスの場合も同様である。 The light-emitting layer may contain two or more types of luminescent materials that emit light of R (red), G (green), B (blue), Y (yellow), O (orange), etc. It is preferable that a light-emitting device that emits white light has a configuration in which the light-emitting layer contains two or more types of luminescent materials. To obtain white light emission, it is sufficient to select luminescent materials that produce white light when the respective emissions of the two or more luminescent materials are mixed. For example, by making the luminescent color of the first luminescent layer and the luminescent color of the second luminescent layer complementary to each other, a light-emitting device that emits white light as a whole can be obtained. The same applies to a light-emitting device having three or more luminescent layers.

発光層には、R(赤)、G(緑)、B(青)、Y(黄)、O(橙)等の発光を示す発光物質を2種類以上含むことが好ましい。又は、発光物質を2種類以上有し、それぞれの発光物質の発光は、R、G、Bのうち2以上の色のスペクトル成分を含むことが好ましい。また、発光物質として、近赤外光を発する物質を用いることもできる。 The light-emitting layer preferably contains two or more types of luminescent materials that emit light of R (red), G (green), B (blue), Y (yellow), O (orange), etc. Alternatively, it is preferable that the light-emitting layer contains two or more types of luminescent materials, and the light emitted by each of the luminescent materials contains spectral components of two or more colors of R, G, and B. Furthermore, a material that emits near-infrared light can also be used as the luminescent material.

発光物質として、蛍光を発する物質(蛍光材料)、燐光を発する物質(燐光材料)、熱活性化遅延蛍光を示す物質(TADF材料)などが挙げられる。発光物質として、有機化合物だけでなく、無機化合物(量子ドット材料など)を用いることができる。 Light-emitting substances include substances that emit fluorescence (fluorescent materials), substances that emit phosphorescence (phosphorescent materials), and substances that exhibit thermally activated delayed fluorescence (TADF materials). Light-emitting substances can include not only organic compounds but also inorganic compounds (such as quantum dot materials).

本実施の形態、及び、対応する図面等は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態、又は、実施例と適宜組み合わせて実施することができる。また、本実施の形態に示す複数の構成、及び、対応する図面等は、互いに適宜組み合わせることが可能である。 This embodiment and the corresponding drawings, etc. can be implemented by appropriately combining at least a part of them with other embodiments or examples described in this specification. In addition, the multiple configurations shown in this embodiment and the corresponding drawings, etc. can be appropriately combined with each other.

本実施例では、本発明の一態様に係る作製方法を用いてトランジスタを作製し、断面STEM(Scanning Transmission Electron Microscope)像の観察を行った。 In this example, a transistor was fabricated using a fabrication method according to one embodiment of the present invention, and a cross-sectional STEM (Scanning Transmission Electron Microscope) image was observed.

本実施例では、図13(A)乃至図16(C)に示す方法を用いて、図8(A)及び図8(B)に示すトランジスタ200を有する試料を作製した。 In this example, a sample having the transistor 200 shown in Figures 8(A) and 8(B) was fabricated using the method shown in Figures 13(A) to 16(C).

まず、ガラス基板を用意し、当該ガラス基板上に、膜厚200nmの窒化シリコン膜をPECVD法により形成し、絶縁層102を得た。 First, a glass substrate was prepared, and a silicon nitride film with a thickness of 200 nm was formed on the glass substrate by the PECVD method to obtain the insulating layer 102.

次に、絶縁層102上に、膜厚100nmのITSO膜をスパッタリング法により形成し、これを加工して、導電層212a及び導電層212bを得た。 Next, a 100 nm thick ITSO film was formed on the insulating layer 102 by sputtering, and then processed to obtain conductive layer 212a and conductive layer 212b.

次に、導電層212a及び導電層212bを覆って、膜厚5nmの酸化アルミニウム膜をスパッタリング法により形成し、絶縁層110aを得た。 Next, an aluminum oxide film with a thickness of 5 nm was formed by sputtering to cover the conductive layer 212a and the conductive layer 212b, obtaining the insulating layer 110a.

次に、絶縁層110a上に、膜厚500nmの酸化窒化シリコン膜をPECVD法により形成し、絶縁層110bを得た。 Next, a silicon oxynitride film with a thickness of 500 nm was formed on the insulating layer 110a by the PECVD method to obtain the insulating layer 110b.

さらに、絶縁層110bの成膜後に、大気に曝すことなく、プラズマ処理を行った。当該プラズマ処理にはNOガスを用い、基板温度を350℃として、240秒の処理を行った。 Furthermore, after the insulating layer 110b was formed, a plasma treatment was performed without exposure to the air. The plasma treatment was performed using N 2 O gas at a substrate temperature of 350° C. for 240 seconds.

次に、絶縁層110bに酸素を供給する処理を行った。 Next, a process was performed to supply oxygen to the insulating layer 110b.

絶縁層110bに酸素を供給するにあたっては、まず、酸素雰囲気100%の環境下で、室温にて、金属元素の原子数比がIn:Ga:Zn=1:1:1のスパッタリングターゲットを用いたスパッタリング法によって、膜厚20nmの金属酸化物層137を、絶縁層110b上に形成した。 To supply oxygen to the insulating layer 110b, a metal oxide layer 137 with a thickness of 20 nm was first formed on the insulating layer 110b by sputtering at room temperature in a 100% oxygen atmosphere using a sputtering target with an atomic ratio of metal elements of In:Ga:Zn = 1:1:1.

続いて、加熱処理を行った。当該加熱処理は、乾燥空気雰囲気で行い、処理温度を250度、処理時間を1時間として行った。 Next, a heat treatment was performed. The heat treatment was performed in a dry air atmosphere at a treatment temperature of 250 degrees for a treatment time of 1 hour.

続いて、金属酸化物層137の除去を行った。 Then, the metal oxide layer 137 was removed.

以上の一連の処理により、絶縁層110bに酸素を供給する処理を行った。 Through this series of processes, oxygen was supplied to the insulating layer 110b.

次に、絶縁層110b上に、膜厚5nmの酸化アルミニウム膜をスパッタリング法により形成し、絶縁層110cを得た。 Next, an aluminum oxide film with a thickness of 5 nm was formed on the insulating layer 110b by sputtering to obtain the insulating layer 110c.

次に、絶縁層102及び絶縁層110(絶縁層110a乃至絶縁層110c)をドライエッチング法により加工して、平面視にて、導電層212a及び導電層212bと重なる領域を有するように、絶縁層102及び絶縁層110に、凹部145を形成した。 Next, the insulating layer 102 and the insulating layer 110 (insulating layers 110a to 110c) were processed by a dry etching method to form recesses 145 in the insulating layer 102 and the insulating layer 110 so as to have areas that overlap with the conductive layers 212a and 212b in a plan view.

次に、凹部145を覆うように、絶縁層110上に、膜厚20nmの金属酸化物膜208fを形成した。金属酸化物膜208fは、金属元素の原子数比がIn:Ga:Zn=1:1:1であるスパッタリングターゲットを用いたスパッタリング法により形成した。なお、当該形成時の基板温度は室温とし、成膜ガスには酸素ガス及びアルゴンガスの今後ガスを用い、酸素流量比は10%とした。 Next, a metal oxide film 208f having a thickness of 20 nm was formed on the insulating layer 110 so as to cover the recess 145. The metal oxide film 208f was formed by a sputtering method using a sputtering target with an atomic ratio of metal elements of In:Ga:Zn = 1:1:1. The substrate temperature during the formation was room temperature, and a mixture of oxygen gas and argon gas was used as the film formation gas, with the oxygen flow ratio being 10%.

次に、凹部145を覆うように、金属酸化物膜208f上に、厚さ2.5μmのポジ型のフォトレジスト159fを塗布し、フォトレジスト159fの全面に対して、光149(紫外線)照射を行った。 Next, a positive photoresist 159f having a thickness of 2.5 μm was applied onto the metal oxide film 208f so as to cover the recess 145, and the entire surface of the photoresist 159f was irradiated with light 149 (ultraviolet rays).

次に、フォトレジスト159fの光149が照射された部分(感光した部分)を除去し、レジストマスク159を形成した。 Next, the portions of the photoresist 159f that were irradiated with the light 149 (exposed portions) were removed to form a resist mask 159.

次に、金属酸化物膜208fの露出した部分(レジストマスク159に覆われていない部分)を、混酸アルミ液を用いたウェットエッチング法により除去し、凹部145の側壁(絶縁層110の側面、導電層212aの側面、及び、導電層212bの側面)に接する半導体層208を形成した。なお、混酸アルミ液は、硝酸5%未満、酢酸10%未満、リン酸80%未満を含む、水溶液である。 Next, the exposed portion of the metal oxide film 208f (the portion not covered by the resist mask 159) was removed by wet etching using an aluminum mixed acid solution to form a semiconductor layer 208 in contact with the sidewalls of the recess 145 (the side of the insulating layer 110, the side of the conductive layer 212a, and the side of the conductive layer 212b). The aluminum mixed acid solution is an aqueous solution containing less than 5% nitric acid, less than 10% acetic acid, and less than 80% phosphoric acid.

次に、凹部145内に残存したレジストマスク159を除去した。 Next, the resist mask 159 remaining in the recess 145 was removed.

次に、プラズマ処理を行った。プラズマ処理は、NOガスを用い、基板温度を350℃として、20秒の処理を行った。 Next, a plasma treatment was performed using N 2 O gas at a substrate temperature of 350° C. for 20 seconds.

続いて、前述のプラズマ処理後、大気に曝すことなく連続して、凹部145を覆うように、半導体層208上及び絶縁層110上に、膜厚50nmの酸化窒化シリコン膜をPECVD法により形成し、絶縁層106を得た。 After the above-mentioned plasma treatment, a silicon oxynitride film with a thickness of 50 nm was then formed by PECVD on the semiconductor layer 208 and the insulating layer 110 without exposure to the atmosphere so as to cover the recess 145, thereby obtaining the insulating layer 106.

次に、絶縁層106上に、膜厚50nmのチタン膜と、膜厚200nmのアルミニウム膜と、膜厚50nmのチタン膜と、の積層膜をスパッタリング法により形成し、当該積層膜を、平面視にて、凹部145と重なる領域を有するように加工して、導電層204を得た。 Next, a laminated film of a 50 nm-thick titanium film, a 200 nm-thick aluminum film, and a 50 nm-thick titanium film was formed on the insulating layer 106 by sputtering, and the laminated film was processed to have an area that overlaps the recess 145 in a plan view, thereby obtaining a conductive layer 204.

以上により、トランジスタ200を作製した。 Through the above steps, transistor 200 was produced.

次に、作製したトランジスタ200を覆って、膜厚300nmの窒化酸化シリコン膜をPECVD法により形成、絶縁層195を得た。 Next, a silicon nitride oxide film with a thickness of 300 nm was formed by PECVD to cover the fabricated transistor 200, obtaining an insulating layer 195.

次に、乾燥空気雰囲気で、300℃、1時間の加熱処理を行った。 Next, heat treatment was performed at 300°C for 1 hour in a dry air atmosphere.

次に、絶縁層195を覆って、膜厚1.5μmのポリイミド樹脂を形成した。 Next, a polyimide resin layer with a thickness of 1.5 μm was formed to cover the insulating layer 195.

続いて、窒素雰囲気で、250℃、1時間の加熱処理を行った。 Then, heat treatment was performed in a nitrogen atmosphere at 250°C for 1 hour.

以上のようにして、トランジスタ200を有する試料を作製した。 In this manner, a sample having a transistor 200 was produced.

上記試料において、断面STEM像を撮影した結果について、図42(B)及び図42(C)、図43(A)及び図43(B)に示す。ここで、図42(A)は、上記試料の光学顕微鏡写真であり、図42(B)は、図42(A)の破線A-A´に対応する断面STEM像であり、図42(C)は、図42(A)の破線B-B´に対応する断面STEM像である。また、図43(A)は、図42(B)の拡大写真であり、図43(B)は、図42(C)の拡大写真である。なお、上記試料は、日立ハイテク社製走査透過電子顕微鏡(STEM)(型番:HD-2300)を用いて、加速電圧200kVで撮影した。 The cross-sectional STEM images of the above sample are shown in Figures 42(B) and 42(C), 43(A) and 43(B). Here, Figure 42(A) is an optical microscope photograph of the above sample, Figure 42(B) is a cross-sectional STEM image corresponding to the dashed line A-A' in Figure 42(A), and Figure 42(C) is a cross-sectional STEM image corresponding to the dashed line B-B' in Figure 42(A). Also, Figure 43(A) is an enlarged photograph of Figure 42(B), and Figure 43(B) is an enlarged photograph of Figure 42(C). The above sample was photographed using a Hitachi High-Technologies Corporation scanning transmission electron microscope (STEM) (model number: HD-2300) at an accelerating voltage of 200 kV.

図43(A)及び図43(B)に示すように、凹部145内において、絶縁層110の側面、並びに、導電層212aの上面及び側面に接して、半導体層208が形成されていることを確認することができた。また、凹部145の底面上には、半導体層208と分離して、材料層208mが形成されていることを確認することができた。また、半導体層208及び材料層208mを覆って、絶縁層106が設けられ、絶縁層106上に、導電層204が設けられていることを確認することもできた。 As shown in Figures 43(A) and 43(B), it was confirmed that the semiconductor layer 208 was formed in the recess 145 in contact with the side of the insulating layer 110 and the upper surface and side of the conductive layer 212a. It was also confirmed that the material layer 208m was formed on the bottom surface of the recess 145 separately from the semiconductor layer 208. It was also confirmed that the insulating layer 106 was provided covering the semiconductor layer 208 and the material layer 208m, and the conductive layer 204 was provided on the insulating layer 106.

以上のように、本実施例において、絶縁層102及び絶縁層110に、狙い通り、凹部145が形成されていることを確認することができた。また、凹部145の側壁には半導体層208が、凹部145の底面には材料層208mが、それぞれ分離して形成されていることを確認することができた。 As described above, in this embodiment, it was confirmed that the recesses 145 were formed in the insulating layers 102 and 110 as intended. It was also confirmed that the semiconductor layer 208 was formed separately on the sidewalls of the recesses 145, and the material layer 208m was formed separately on the bottom surface of the recesses 145.

以上により、本発明の一態様の作製方法により、トランジスタ200を作製できていることを確認した。 From the above, it was confirmed that the transistor 200 could be manufactured using the manufacturing method of one embodiment of the present invention.

本実施例は、実施の形態と適宜組み合わせることができる。 This embodiment can be combined with the embodiment modes as appropriate.

10 半導体装置
20A トランジスタ
20a トランジスタ
20b トランジスタ
20 トランジスタ
21a 半導体層
21b 半導体層
21m 材料層
21 半導体層
22 絶縁層
23 導電層
24a 導電層
24b 導電層
26a 延伸部
26b 延伸部
26c 延伸部
27 空洞
28a 屈曲部
28b 屈曲部
29A 第1区域
29B 第2区域
29C 第3区域
30 凹部
31 絶縁層
32 絶縁層
33 ゲートドライバ回路
34 レベルシフタ
35 増幅回路
36 検査回路
37 映像生成回路
38 映像分配回路
39 区画
40 機能回路
41 記憶装置
42a 色ムラ補正
42b アップコンバート
42 GPU
43 EL補正回路
44 タイミングコントローラ
45 CPU
46 センサコントローラ
47 電源回路
48 温度センサ
49 輝度補正回路
50A 表示装置
50B 表示装置
51A 画素回路
51B 画素回路
51C 画素回路
51D 画素回路
51E 画素回路
51F 画素回路
51G 画素回路
51H 画素回路
51 画素回路
52A トランジスタ
52B トランジスタ
52C トランジスタ
52D トランジスタ
52 トランジスタ
53A 容量素子
53 容量素子
54 チャネル形成領域
55 画素回路群
59 区画
61 発光デバイス
62 層
63 トランジスタ
64 チャネル形成領域
65 駆動回路
66 ソースドライバ回路
67 デジタルアナログ変換回路
71 素子層
73 素子層
75 素子層
77 配線層
80 入出力回路
81 層
83 層
84 視線検出部
85 通信部
86 装着部
87 緩衝部材
88 レンズ
89 出力端子
90_L 表示装置
90_R 表示装置
90A 表示装置
90B 表示装置
90 表示装置
91 基板
92 基板
93 表示部
94 端子部
95 副表示部
97 センサ
98 入力端子
99A イヤフォン
99B イヤフォン
100A トランジスタ
100B トランジスタ
100 トランジスタ
101 動き検出部
102 絶縁層
103 演算部
104 導電層
105 筐体
106 絶縁層
107 接着層
108 半導体層
110a 絶縁層
110b 絶縁層
110b1 絶縁層
110b2 絶縁層
110c 絶縁層
110d1 絶縁層
110d2 絶縁層
110 絶縁層
111 画素電極
112a 導電層
112b 導電層
112f 導電膜
112s 導電層
113a 第1の層
113b 第2の層
113c 第3の層
114 共通層
115 共通電極
116 導電層
118a マスク層
119 基板
125 絶縁層
126a 導電層
126b 導電層
126c 導電層
127 絶縁層
128 層
129a 導電層
129b 導電層
129c 導電層
130B 発光デバイス
130G 発光デバイス
130R 発光デバイス
130 発光デバイス
131 保護層
137 金属酸化物層
140 接続部
141 開口
142 凹部
143 開口
145a 開口
145b 凹部
145 凹部
149 光
150 電子装置
151 基板
152 基板
156 レジストマスク
158 レジストマスク
159f フォトレジスト
159 レジストマスク
162 表示部
164 回路部
165 導電層
171 導電層
172 FPC
173 IC
175a EL層
175b EL層
175 EL層
177 導電層
182a 導電層
182b 導電層
182c 導電層
195 絶縁層
200A トランジスタ
200B トランジスタ
200C トランジスタ
200D トランジスタ
200 トランジスタ
204 導電層
208f 金属酸化物膜
208m 材料層
208 半導体層
210 画素
212a 導電層
212b 導電層
216 導電層
227 空洞
230B 画素
230G 画素
230R 画素
230X 画素
230 画素
231 第1駆動回路部
232 第2駆動回路部
233 絶縁層
234 導電層
235 絶縁層
236 配線
237 画素
238 配線
240a 画素
240b 画素
240 画素
300 トランジスタ
310 基板
312 素子分離層
313 半導体領域
314a 低抵抗領域
314b 低抵抗領域
315 絶縁層
316 導電層
317 絶縁層
320 絶縁層
322 絶縁層
324 絶縁層
326 絶縁層
328 導電層
330 導電層
350 絶縁層
352 絶縁層
354 絶縁層
356 導電層
441 タイミングコントローラ
442 入出力回路
500 表示モジュール
501 プリント配線板
502 端子部
503 ワイヤ
504 FPC
505 接続部
512 絶縁層
514 導電層
574 絶縁層
581 絶縁層
592 絶縁層
594 絶縁層
596 導電層
598 絶縁層
599 絶縁層
4411 発光層
4412 発光層
4413 発光層
4420-1 層
4420-2 層
4420 層
4430-1 層
4430-2 層
4430 層
4440 中間層
6500 電子機器
6501 筐体
6502 表示部
6503 電源ボタン
6504 ボタン
6505 スピーカ
6506 マイク
6507 カメラ
6508 光源
6510 保護部材
6511 表示パネル
6512 光学部材
6513 タッチセンサパネル
6515 FPC
6516 IC
6517 プリント基板
6518 バッテリ
7000 表示部
7100 テレビジョン装置
7101 筐体
7103 スタンド
7111 リモコン操作機
7200 ノート型パーソナルコンピュータ
7211 筐体
7212 キーボード
7213 ポインティングデバイス
7214 外部接続ポート
7300 デジタルサイネージ
7301 筐体
7303 スピーカ
7311 情報端末機
7400 デジタルサイネージ
7401 柱
7411 情報端末機
9000 筐体
9001 表示部
9002 カメラ
9003 スピーカ
9005 操作キー
9006 接続端子
9007 センサ
9008 マイクロフォン
9050 アイコン
9051 情報
9052 情報
9053 情報
9054 情報
9055 ヒンジ
9101 携帯情報端末
9102 携帯情報端末
9103 タブレット端末
9200 携帯情報端末
9201 携帯情報端末
10 Semiconductor device 20A Transistor 20a Transistor 20b Transistor 20 Transistor 21a Semiconductor layer 21b Semiconductor layer 21m Material layer 21 Semiconductor layer 22 Insulating layer 23 Conductive layer 24a Conductive layer 24b Conductive layer 26a Extension portion 26b Extension portion 26c Extension portion 27 Cavity 28a Bent portion 28b Bent portion 29A First area 29B Second area 29C Third area 30 Recess 31 Insulating layer 32 Insulating layer 33 Gate driver circuit 34 Level shifter 35 Amplifying circuit 36 Inspection circuit 37 Video generation circuit 38 Video distribution circuit 39 Section 40 Functional circuit 41 Storage device 42a Color unevenness correction 42b Up-conversion 42 GPU
43 EL correction circuit 44 Timing controller 45 CPU
46 Sensor controller 47 Power supply circuit 48 Temperature sensor 49 Brightness correction circuit 50A Display device 50B Display device 51A Pixel circuit 51B Pixel circuit 51C Pixel circuit 51D Pixel circuit 51E Pixel circuit 51F Pixel circuit 51G Pixel circuit 51H Pixel circuit 51 Pixel circuit 52A Transistor 52B Transistor 52C Transistor 52D Transistor 52 Transistor 53A Capacitor 53 Capacitor 54 Channel formation region 55 Pixel circuit group 59 Section 61 Light emitting device 62 Layer 63 Transistor 64 Channel formation region 65 Drive circuit 66 Source driver circuit 67 Digital-to-analog conversion circuit 71 Element layer 73 Element layer 75 Element layer 77 Wiring layer 80 Input/output circuit 81 Layer 83 Layer 84 Line-of-sight detection unit 85 Communication unit 86 Mounting unit 87 Buffer member 88 Lens 89 Output terminal 90_L Display device 90_R Display device 90A Display device 90B Display device 90 Display device 91 Substrate 92 Substrate 93 Display section 94 Terminal section 95 Sub-display section 97 Sensor 98 Input terminal 99A Earphone 99B Earphone 100A Transistor 100B Transistor 100 Transistor 101 Motion detection section 102 Insulating layer 103 Arithmetic section 104 Conductive layer 105 Housing 106 Insulating layer 107 Adhesive layer 108 Semiconductor layer 110a Insulating layer 110b Insulating layer 110b1 Insulating layer 110b2 Insulating layer 110c Insulating layer 110d1 Insulating layer 110d2 Insulating layer 110 Insulating layer 111 Pixel electrode 112a Conductive layer 112b Conductive layer 112f Conductive film 112s Conductive layer 113a First layer 113b Second layer 113c Third layer 114 Common layer 115 Common electrode 116 Conductive layer 118a Mask layer 119 Substrate 125 Insulating layer 126a Conductive layer 126b Conductive layer 126c Conductive layer 127 Insulating layer 128 Layer 129a Conductive layer 129b Conductive layer 129c Conductive layer 130B Light emitting device 130G Light emitting device 130R Light emitting device 130 Light emitting device 131 Protective layer 137 Metal oxide layer 140 Connection portion 141 Opening 142 Recess 143 Opening 145a Opening 145b Recess 145 Recess 149 Light 150 Electronic device 151 Substrate 152 Substrate 156 Resist mask 158 Resist mask 159f Photoresist 159 Resist mask 162 Display portion 164 Circuit portion 165 Conductive layer 171 Conductive layer 172 FPC
173 IC
175a EL layer 175b EL layer 175 EL layer 177 Conductive layer 182a Conductive layer 182b Conductive layer 182c Conductive layer 195 Insulating layer 200A Transistor 200B Transistor 200C Transistor 200D Transistor 200 Transistor 204 Conductive layer 208f Metal oxide film 208m Material layer 208 Semiconductor layer 210 Pixel 212a Conductive layer 212b Conductive layer 216 Conductive layer 227 Cavity 230B Pixel 230G Pixel 230R Pixel 230X Pixel 230 Pixel 231 First driving circuit section 232 Second driving circuit section 233 Insulating layer 234 Conductive layer 235 Insulating layer 236 Wiring 237 Pixel 238 Wiring 240a Pixel 240b Pixel 240 Pixel 300 Transistor 310 Substrate 312 Element isolation layer 313 Semiconductor region 314 a Low resistance region 314 b Low resistance region 315 Insulating layer 316 Conductive layer 317 Insulating layer 320 Insulating layer 322 Insulating layer 324 Insulating layer 326 Insulating layer 328 Conductive layer 330 Conductive layer 350 Insulating layer 352 Insulating layer 354 Insulating layer 356 Conductive layer 441 Timing controller 442 Input/output circuit 500 Display module 501 Printed wiring board 502 Terminal portion 503 Wire 504 FPC
505 Connection portion 512 Insulating layer 514 Conductive layer 574 Insulating layer 581 Insulating layer 592 Insulating layer 594 Insulating layer 596 Conductive layer 598 Insulating layer 599 Insulating layer 4411 Light-emitting layer 4412 Light-emitting layer 4413 Light-emitting layer 4420-1 Layer 4420-2 Layer 4420 Layer 4430-1 Layer 4430-2 Layer 4430 Layer 4440 Intermediate layer 6500 Electronic device 6501 Housing 6502 Display portion 6503 Power button 6504 Button 6505 Speaker 6506 Microphone 6507 Camera 6508 Light source 6510 Protective member 6511 Display panel 6512 Optical member 6513 Touch sensor panel 6515 FPC
6516 IC
6517 Printed circuit board 6518 Battery 7000 Display unit 7100 Television device 7101 Housing 7103 Stand 7111 Remote control device 7200 Notebook personal computer 7211 Housing 7212 Keyboard 7213 Pointing device 7214 External connection port 7300 Digital signage 7301 Housing 7303 Speaker 7311 Information terminal device 7400 Digital signage 7401 Pillar 7411 Information terminal device 9000 Housing 9001 Display unit 9002 Camera 9003 Speaker 9005 Operation keys 9006 Connection terminal 9007 Sensor 9008 Microphone 9050 Icon 9051 Information 9052 Information 9053 Information 9054 Information 9055 Hinge 9101 Portable information terminal 9102 Portable information terminal 9103 Tablet terminal 9200 Portable information terminal 9201 Portable information terminal

Claims (9)

トランジスタと、第1の絶縁層と、第2の絶縁層と、材料層と、を有し、
前記トランジスタのソース電極及びドレイン電極は、前記第1の絶縁層の上面に接して設けられ、
前記第2の絶縁層は、前記ソース電極、前記ドレイン電極、及び、前記第1の絶縁層上に設けられ、平面視にて、前記ソース電極及び前記ドレイン電極と重なる領域に開口を有し、
前記第1の絶縁層は、平面視にて、前記開口と重なる領域に凹部を有し、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、平面視にて前記凹部と重なる領域において、露出する領域を有し、
前記凹部の側壁は、平面視において、前記ソース電極及び前記ドレイン電極と重なる領域においては、前記ソース電極の端部及び前記ドレイン電極の端部よりも外側に位置し、平面視において、前記ソース電極及び前記ドレイン電極と重ならない領域においては、前記開口の側壁よりも外側に位置し、
前記トランジスタの半導体層は、前記開口内における前記第2の絶縁層の側面、前記ソース電極の側面、及び、前記ドレイン電極の側面に接する領域を有し、
前記材料層は、前記凹部の底面に設けられ、
前記トランジスタのゲート絶縁層は、前記半導体層及び前記材料層に接して設けられ、
前記トランジスタのゲート電極は、平面視にて、前記凹部と重なる領域を有するように、前記ゲート絶縁層上に設けられ、
前記半導体層と、前記材料層と、は同じ材料を有し、互いに分離して設けられる、
半導体装置。
a transistor, a first insulating layer, a second insulating layer, and a material layer;
a source electrode and a drain electrode of the transistor are provided in contact with an upper surface of the first insulating layer;
the second insulating layer is provided on the source electrode, the drain electrode, and the first insulating layer, and has an opening in a region overlapping with the source electrode and the drain electrode in a plan view;
the first insulating layer has a recess in a region overlapping with the opening in a plan view,
the source electrode and the drain electrode have an exposed region in a region overlapping with the recess in a plan view,
a sidewall of the recess is located outside an end of the source electrode and an end of the drain electrode in a region overlapping with the source electrode and the drain electrode in a plan view, and is located outside a sidewall of the opening in a region not overlapping with the source electrode and the drain electrode in a plan view;
a semiconductor layer of the transistor has a region in contact with a side surface of the second insulating layer, a side surface of the source electrode, and a side surface of the drain electrode in the opening;
The material layer is provided on a bottom surface of the recess,
a gate insulating layer of the transistor is provided in contact with the semiconductor layer and the material layer;
a gate electrode of the transistor is provided on the gate insulating layer so as to have a region overlapping with the recess in a plan view;
The semiconductor layer and the material layer have the same material and are provided separately from each other.
Semiconductor device.
請求項1において、
前記半導体層は、金属酸化物を有する、
半導体装置。
In claim 1,
The semiconductor layer comprises a metal oxide.
Semiconductor device.
請求項1又は請求項2において、
前記第2の絶縁層は、第3の絶縁層と、前記第3の絶縁層上の第4の絶縁層と、前記第4の絶縁層上の第5の絶縁層と、を有し、
前記第3の絶縁層及び前記第5の絶縁層は、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、又は酸化アルミニウムのいずれか一つ又は複数であり、
前記第4の絶縁層は、酸化シリコン又は酸化窒化シリコンのいずれか一つ又は複数である、
半導体装置。
In claim 1 or 2,
the second insulating layer includes a third insulating layer, a fourth insulating layer on the third insulating layer, and a fifth insulating layer on the fourth insulating layer;
The third insulating layer and the fifth insulating layer are one or more of silicon nitride, silicon oxynitride, or aluminum oxide;
The fourth insulating layer is one or more of silicon oxide or silicon oxynitride.
Semiconductor device.
請求項1又は請求項2において、
前記ソース電極の側面及び前記ドレイン電極の側面は、前記開口内における前記第2の絶縁層の側面よりも突出している、
半導体装置。
In claim 1 or 2,
a side surface of the source electrode and a side surface of the drain electrode protrude beyond a side surface of the second insulating layer within the opening;
Semiconductor device.
請求項1又は請求項2において、
前記ソース電極の側面及び前記ドレイン電極の側面は、前記開口内における前記第2の絶縁層の側面と概略一致している、
半導体装置。
In claim 1 or 2,
a side surface of the source electrode and a side surface of the drain electrode substantially coincide with a side surface of the second insulating layer within the opening;
Semiconductor device.
請求項1又は請求項2において、
前記第2の絶縁層の前記開口内における側面が、前記第1の絶縁層の上面に対して、垂直又は概略垂直である、
半導体装置。
In claim 1 or 2,
a side surface of the second insulating layer within the opening is perpendicular or approximately perpendicular to an upper surface of the first insulating layer;
Semiconductor device.
請求項1又は請求項2において、
前記第2の絶縁層の前記開口内における側面が、前記第1の絶縁層の上面に対して、テーパ形状を有する、
半導体装置。
In claim 1 or 2,
a side surface of the second insulating layer within the opening has a tapered shape with respect to an upper surface of the first insulating layer;
Semiconductor device.
請求項1又は請求項2において、
前記第2の絶縁層は、第3の絶縁層と、前記第3の絶縁層上の第4の絶縁層と、前記第4の絶縁層上の第5の絶縁層と、前記第5の絶縁層上の第6の絶縁層と、前記第6の絶縁層上の第7の絶縁層と、前記第7の絶縁層上の第8の絶縁層と、を有し、
前記第3の絶縁層、前記第5の絶縁層、前記第6の絶縁層、及び前記第8の絶縁層は、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、又は酸化アルミニウムのいずれか一つ又は複数であり、
前記第4の絶縁層及び前記第7の絶縁層は、酸化シリコン又は酸化窒化シリコンのいずれか一つ又は複数であり、
前記第5の絶縁層と、前記第6の絶縁層と、の間に、導電層を有する、
半導体装置。
In claim 1 or 2,
the second insulating layer includes a third insulating layer, a fourth insulating layer on the third insulating layer, a fifth insulating layer on the fourth insulating layer, a sixth insulating layer on the fifth insulating layer, a seventh insulating layer on the sixth insulating layer, and an eighth insulating layer on the seventh insulating layer;
the third insulating layer, the fifth insulating layer, the sixth insulating layer, and the eighth insulating layer are one or more of silicon nitride, silicon oxynitride, or aluminum oxide;
The fourth insulating layer and the seventh insulating layer are one or more of silicon oxide or silicon oxynitride,
A conductive layer is provided between the fifth insulating layer and the sixth insulating layer.
Semiconductor device.
第1の絶縁層を形成し、
前記第1の絶縁層上に、第1の導電層及び第2の導電層を形成し、
前記第1の絶縁層上、前記第1の導電層上、及び、前記第2の導電層上に、第2の絶縁層を形成し、
前記第1の絶縁層及び前記第2の絶縁層を加工して、平面視にて、前記第1の導電層及び前記第2の導電層と重なる領域を有するように、前記第1の絶縁層及び前記第2の絶縁層に凹部を形成し、
前記凹部を覆うように、前記第1の絶縁層上及び前記第2の絶縁層上に、金属酸化物膜を形成し、
前記凹部を埋め込むように、前記金属酸化物膜上に、フォトレジストを塗布し、
前記フォトレジストに対して、光を照射し、
前記フォトレジストの前記光が照射された部分を除去して、レジストマスクを形成し、
前記金属酸化物膜の露出した部分を除去して、前記凹部内において、前記第2の絶縁層の側面、前記第1の導電層の側面、及び、前記第2の導電層の側面に接する半導体層を形成し、
前記凹部内に残存した前記レジストマスクを除去し、
前記凹部を覆うように、前記半導体層上に第3の絶縁層を形成し、
平面視にて、前記凹部と重なる領域を有するように、前記第3の絶縁層上に、第3の導電層を形成する、
半導体装置の作製方法。
forming a first insulating layer;
forming a first conductive layer and a second conductive layer on the first insulating layer;
forming a second insulating layer on the first insulating layer, the first conductive layer, and the second conductive layer;
processing the first insulating layer and the second insulating layer to form recesses in the first insulating layer and the second insulating layer so as to have regions overlapping with the first conductive layer and the second conductive layer in a plan view;
forming a metal oxide film on the first insulating layer and the second insulating layer so as to cover the recess;
applying a photoresist onto the metal oxide film so as to fill the recess;
Irradiating the photoresist with light;
removing the irradiated portion of the photoresist to form a resist mask;
removing the exposed portion of the metal oxide film to form a semiconductor layer in contact with a side surface of the second insulating layer, a side surface of the first conductive layer, and a side surface of the second conductive layer in the recess;
removing the resist mask remaining in the recess;
forming a third insulating layer on the semiconductor layer so as to cover the recess;
forming a third conductive layer on the third insulating layer so as to have a region overlapping with the recess in a plan view;
A method for manufacturing a semiconductor device.
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