半导体装置及半导体装置的驱动方法

技术领域

本发明的一个方式涉及一种半导体装置及半导体装置的驱动方法。

注意，本发明的一个方式不局限于上述技术领域。作为本说明书等公开的本发明的一个方式的技术领域的例子，可以举出半导体装置、显示装置、发光装置、蓄电装置、存储装置、电子设备、照明装置、输入装置、输入输出装置、它们的驱动方法或它们的制造方法。

在本说明书等中，半导体装置是指利用半导体特性的装置，例如是指包括半导体元件(例如，晶体管、二极管、光电二极管等)的电路或包括该电路的装置等。此外，半导体装置是指能够利用半导体特性而发挥作用的所有装置。例如，作为半导体装置的例子，有集成电路、包括集成电路的芯片或封装中容纳有芯片的电子构件。此外，例如，存储装置、显示装置、发光装置、照明装置或者电子设备等本身是半导体装置，且有时包括半导体装置。

背景技术

例如，可应用于VR(虚拟现实)或AR(增强现实)等XR的显示装置被需求。具体而言，例如，为了提高现实感及沉浸感，该显示装置被要求清晰度高且颜色再现性高等。

例如，可以将液晶显示装置、包括有机EL(Electro Luminescence)元件或发光二极管(LED：Light Emitting Diode)等发光元件的发光装置等用于该显示装置。

例如，有机EL元件的基本结构是在一对电极之间夹有包含发光性有机化合物的层的结构。通过对该元件施加电压，可以得到来自发光性有机化合物的发光。由于应用上述有机EL元件的显示装置不需要液晶显示装置等所需要的背光源，所以可以实现薄型、轻量、高对比度且低功耗的显示装置。另外，因为有机EL元件的响应速度很快，所以可以实现适于工作很快的影像的显示的显示装置。例如，专利文献1公开了使用有机EL元件的显示装置的例子。

另外，在专利文献2中公开了如下电路结构，即在控制有机EL元件的发光亮度的像素电路中，按每个像素校正晶体管的阈值电压不均匀，而提高显示装置的显示质量。

[先行技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利申请公开第2002-324673号公报

[专利文献2]日本专利申请公开第2015-132816号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

另一方面，根据有机EL元件的结构，该有机EL元件的驱动有时需要高电压。为了驱动这种有机EL元件，需要设置用来生成高电压的电源。另外，流过有机EL元件的电流例如被驱动晶体管控制。因为驱动晶体管按每个像素设置，所以在各驱动晶体管的阈值电压产生不均匀的情况下，有时包括该有机EL元件的显示装置的显示质量下降。作为提高显示装置的显示质量的手段，例如可以举出在显示装置的驱动期间中设定对各像素所包括的每一个晶体管的阈值电压的不均匀进行校正的校正期间等的手段。

本发明的一个方式的目的之一是提供一种实现小型化的半导体装置或显示装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种提高显示质量的半导体装置或显示装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种实现高颜色再现性的半导体装置或显示装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种高清晰的半导体装置或显示装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种可靠性高的半导体装置或显示装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种功耗得到降低的半导体装置或显示装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种新颖的半导体装置或显示装置。

注意，这些目的的记载不妨碍其他目的的存在。注意，本发明的一个方式并不需要实现所有上述目的。另外，可以从说明书、附图、权利要求书等的记载抽出上述以外的目的。

解决技术问题的手段

(1)

本发明的一个方式是一种包括第一及第二晶体管、第一至第五开关、第一至第三电容器以及显示元件的半导体装置，其中，第一晶体管包括背栅极，第一晶体管的栅极与第一开关电连接，在第一晶体管的栅极与第一晶体管的源极之间包括第二开关及第一电容器，第一晶体管的背栅极与第三开关电连接，在第一晶体管的背栅极与第一晶体管的源极之间包括第二电容器，第一晶体管的源极与第四开关及第二晶体管的漏极电连接，第二晶体管的栅极与第五开关电连接，在第二晶体管的栅极与第二晶体管的源极之间包括第三电容器，并且，第二晶体管的源极与显示元件电连接。

(2)

另外，在上述(1)中，第一开关也可以具有使第一布线与第一晶体管的栅极间处于导通状态或非导通状态的功能，第二开关也可以具有使第一晶体管的栅极与第一晶体管的源极间处于导通状态或非导通状态的功能，第三开关也可以具有使第二布线与第一晶体管的背栅极间处于导通状态或非导通状态的功能，第四开关也可以具有使第三布线与第一晶体管的源极间处于导通状态或非导通状态的功能，并且第五开关也可以具有使第四布线与第二晶体管的栅极间处于导通状态或非导通状态的功能。

(3)

另外，在上述(1)或(2)中，第一至第五开关也可以各自为晶体管。

(4)

另外，在上述(1)至(3)中的任一个中，第一晶体管和第二晶体管中的至少一个优选在形成沟道的半导体层中包含金属氧化物。

(5)

另外，在上述(4)中，金属氧化物优选包含铟和锌中的至少一个。

(6)

另外，在上述(1)至(5)中的任一个中，显示元件例如可以使用串联结构的有机EL元件。

(7)

本发明的一个方式是一种半导体装置的驱动方法，半导体装置包括第一及第二晶体管、第一至第五开关、第一至第三电容器以及显示元件，其中，第一晶体管包括背栅极，第一晶体管的栅极与第一开关电连接，在第一晶体管的栅极与第一晶体管的源极之间包括第二开关及第一电容器，第一晶体管的背栅极与第三开关电连接，在第一晶体管的背栅极与第一晶体管的源极之间包括第二电容器，第一晶体管的源极与第四开关及第二晶体管的漏极电连接，第二晶体管的栅极与第五开关电连接，在第二晶体管的栅极与第二晶体管的源极之间包括第三电容器，并且，第二晶体管的源极与显示元件电连接，半导体装置的驱动方法包括第一至第四处理，其中，在第一处理中，将第一电位通过第四开关供应到第一晶体管的源极，且通过第二开关供应到第一晶体管的栅极，将比第一电位高的第二电位通过第三开关供应到第一晶体管的背栅极，在第二处理中，将第三电位通过第一开关供应到第一晶体管的栅极，将第一电位通过第四开关供应到第一晶体管的源极，在第三处理中，将使第二晶体管处于导通状态的电位通过第五开关供应到第二晶体管的栅极，在第四处理中，将使第二晶体管处于非导通状态的电位通过第五开关供应到第二晶体管的栅极，在第四处理开始之后第一处理开始，在第四处理结束之后第三处理开始，在第三处理开始之前第一处理结束，在第一处理结束之后第二处理开始，并且，在第二处理结束之后且第三处理结束之后第四处理开始。

(8)

另外，在上述(7)中，第一开关也可以具有使第一布线与第一晶体管的栅极间处于导通状态或非导通状态的功能，第二开关也可以具有使第一晶体管的栅极与第一晶体管的源极间处于导通状态或非导通状态的功能，第三开关也可以具有使第二布线与第一晶体管的背栅极间处于导通状态或非导通状态的功能，第四开关也可以具有使第三布线与第一晶体管的源极间处于导通状态或非导通状态的功能，并且第五开关也可以具有使第四布线与第二晶体管的栅极间处于导通状态或非导通状态的功能。

(9)

另外，在上述(7)或(8)中，第一至第五开关也可以各自为晶体管。

(10)

另外，在上述(7)至(9)中的任一个中，第一晶体管和第二晶体管中的至少一个优选在形成沟道的半导体层中包含金属氧化物。

(11)

另外，在上述(10)中，金属氧化物优选包含铟和锌中的至少一个。

(12)

另外，在上述(7)至(11)中的任一个中，显示元件例如可以使用串联结构的有机EL元件。

(13)

本发明的一个方式是一种半导体装置的驱动方法，半导体装置包括晶体管、开关以及信号线，其中，晶体管的源极与开关的一个端子电连接，半导体装置的驱动方法包括第一至第四处理，其中，在第一处理中，将第一电位供应到晶体管的源极，且供应到晶体管的栅极，在第二处理中，将第一电位供应到晶体管的源极，将信号线的电位供应到晶体管的栅极，在第三处理中，使开关处于导通状态，在第四处理中，使开关处于非导通状态，在第四处理开始之后比较信号线的电位与第一电位，在信号线的电位与第一电位是相等的电位的情况下，进行如下处理：第一处理开始；在第三处理开始之前第一处理结束；以及在第一处理结束之后第二处理开始，在信号线的电位与第一电位不是相等的电位的情况下，进行如下处理：第二处理开始，在第四处理结束之后第三处理开始，并且，在第二处理结束之后且第三处理结束之后第四处理开始。

(14)

本发明的一个方式是一种半导体装置的驱动方法，半导体装置包括晶体管、开关以及信号线，其中，晶体管的源极与开关的一个端子电连接，半导体装置的驱动方法包括第一至第四处理，其中，在第一处理中，将第一电位供应到晶体管的源极，且供应到晶体管的栅极，将与第一电位相等的电位供应到信号线，在第二处理中，将第一电位供应到晶体管的源极，将信号线的电位供应到晶体管的栅极，在第三处理中，使开关处于导通状态，在第四处理中，使开关处于非导通状态，在第四处理开始之后第一处理开始，在第三处理开始之前第一处理结束，在第一处理结束之后第二处理开始，在第四处理结束之后第三处理开始，并且，在第二处理结束之后且第三处理结束之后第四处理开始。

(15)

本发明的一个方式是一种半导体装置的驱动方法，半导体装置包括晶体管、开关以及信号线，其中，晶体管的源极与开关的一个端子电连接，半导体装置的驱动方法包括第一至第四处理，其中，在第一处理中，将第一电位供应到晶体管的源极，且供应到晶体管的栅极，使信号线处于浮动状态，在第二处理中，将第一电位供应到晶体管的源极，将信号线的电位供应到晶体管的栅极，在第三处理中，使开关处于导通状态，在第四处理中，使开关处于非导通状态，在第四处理开始之后第一处理开始，在第三处理开始之前第一处理结束，在第一处理结束之后第二处理开始，在第四处理结束之后第三处理开始，并且，在第二处理结束之后且第三处理结束之后第四处理开始。

发明效果

根据本发明的一个方式，可以提供一种实现小型化的半导体装置或显示装置。另外，根据本发明的一个方式，可以提供一种提高显示质量的半导体装置或显示装置。另外，根据本发明的一个方式，可以提供一种实现高颜色再现性的半导体装置或显示装置。另外，根据本发明的一个方式，可以提供一种高清晰的半导体装置或显示装置。另外，根据本发明的一个方式，可以提供一种可靠性高的半导体装置或显示装置。另外，根据本发明的一个方式，可以提供一种功耗得到降低的半导体装置或显示装置。另外，根据本发明的一个方式，可以提供一种新颖的半导体装置或显示装置。

注意，这些效果的记载不妨碍其他效果的存在。注意，本发明的一个方式并不需要具有所有上述效果。另外，可以从说明书、附图、权利要求书等的记载抽出上述以外的效果。

附图说明

图1是说明半导体装置的图。

图2是说明半导体装置的图。

图3是说明半导体装置的图。

图4是说明半导体装置的图。

图5是说明半导体装置的图。

图6A至图6C是示出晶体管的电路图符号的图。

图7是说明半导体装置的工作例子的时序图。

图8是说明半导体装置的工作例子的图。

图9是说明半导体装置的工作例子的图。

图10是说明半导体装置的工作例子的图。

图11是说明半导体装置的工作例子的图。

图12是说明半导体装置的工作例子的图。

图13是说明半导体装置的工作例子的图。

图14是说明半导体装置的驱动方法的时序图。

图15是说明半导体装置的驱动方法的时序图。

图16是说明半导体装置的图。

图17是说明半导体装置的工作的时序图。

图18是说明半导体装置的工作的图。

图19是说明半导体装置的工作的图。

图20是说明半导体装置的工作的图。

图21是说明半导体装置的工作的图。

图22是说明半导体装置的工作的图。

图23是说明半导体装置的工作的图。

图24是说明半导体装置的驱动方法的时序图。

图25是说明半导体装置的驱动方法的时序图。

图26是说明半导体装置的驱动方法的流程图。

图27A是说明显示装置的图。图27B至图27H是说明像素的结构例子的图。

图28A至图28D是示出发光元件的结构例子的图。

图29A至图29D是示出发光元件的结构例子的图。

图30A至图30D是示出发光元件的结构例子的图。

图31A及图31B是示出发光元件的结构例子的图。

图32A及图32B是显示装置的立体图。

图33是示出显示装置的一个例子的截面图。

图34是示出显示装置的一个例子的截面图。

图35是示出显示装置的一个例子的截面图。

图36是示出显示装置的一个例子的截面图。

图37A是示出晶体管的结构例子的俯视图。图37B及图37C是示出晶体管的结构例子的截面图。

图38A是说明结晶结构的分类的图。图38B是说明CAAC-IGZO膜的XRD谱的图。图38C是说明CAAC-IGZO膜的纳米束电子衍射图案的图。

图39A至图39F是说明电子设备的一个例子的图。

图40A至图40F是说明电子设备的一个例子的图。

图41A及图41B是说明电子设备的一个例子的图。

图42是说明电子设备的一个例子的图。

图43是示出晶体管的工艺流程的图。

图44是晶体管的立体示意图。

图45A至图45D是晶体管及晶体管周边的STEM图像。

图46是示出晶体管的Id-Vg特性的评价结果的图。

图47是示出晶体管的Vth不均匀的评价结果的图。

图48A及图48B是示出晶体管的Id-Vd特性的评价结果的图。

图49是示出晶体管的Vd耐压的评价结果的图。

图50是示出晶体管的关态电流的评价方法的图。

图51是示出晶体管的关态电流的评价结果的图。

图52是示出显示装置的评价结果的图。

图53是示出显示装置的评价结果的图。

图54A及图54B是示出显示装置的色度的评价结果的图。

具体实施方式

以下，参照附图说明实施方式。注意，实施方式可以以多个不同形式来实施。由此，所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实，就是其方式和详细内容可以在不脱离其宗旨及范围的条件下被变换为各种各样的形式。因此，本发明不应该被解释为仅限定在以下实施方式所记载的内容中。

此外，在本说明书等中，当记载为“X与Y连接”时，表示在本说明书等中公开了如下情况：X与Y电连接的情况；X与Y在功能上连接的情况；以及X与Y直接连接的情况。因此，不局限于附图或文中所示的连接关系，例如其他的连接关系也在附图或文中所记载的范围内记载。X和Y都是对象物(例如，装置、元件、电路、布线、电极、端子、导电膜或层等)。

作为X和Y电连接的情况的一个例子，可以在X和Y之间连接一个以上的能够电连接X和Y的元件(例如，开关、晶体管、电容元件、电感器、电阻元件、二极管、显示器件、发光器件或负载等)。

作为X与Y在功能上连接的情况的一个例子，可以在X与Y之间连接有一个以上的能够在功能上连接X与Y的电路(例如，逻辑电路(例如，反相器、NAND电路或NOR电路等)、信号转换电路(例如，数字模拟转换电路、模拟数字转换电路或伽马校正电路等)、电位电平转换电路(例如，电源电路(例如，升压电路或降压电路等)或改变信号的电位电平的电平转移电路等)、电压源、电流源、切换电路、放大电路(例如，能够增大信号振幅或电流量等的电路、运算放大器、差分放大电路、源极跟随电路或缓冲电路等)、信号产生电路、存储电路或控制电路等)。注意，例如，即使在X与Y之间夹有其他电路，当从X输出的信号传送到Y时，就可以说X与Y在功能上是连接着的。

此外，当明确地记载为“X与Y电连接”时，包括如下情况：X与Y电连接的情况(换言之，以中间夹有其他元件或其他电路的方式连接X与Y的情况)；以及X与Y直接连接的情况(换言之，以中间不夹有其他元件或其他电路的方式连接X与Y的情况)。

例如，可以表达为“X、Y、晶体管的源极(或第一端子等)与晶体管的漏极(或第二端子等)互相电连接，X、晶体管的源极(或第一端子等)、晶体管的漏极(或第二端子等)与Y依次电连接”。或者，可以表达为“晶体管的源极(或第一端子等)与X电连接，晶体管的漏极(或第二端子等)与Y电连接，X、晶体管的源极(或第一端子等)、晶体管的漏极(或第二端子等)与Y依次电连接”。或者，可以表达为“X通过晶体管的源极(或第一端子等)及晶体管的漏极(或第二端子等)与Y电连接，X、晶体管的源极(或第一端子等)、晶体管的漏极(或第二端子等)、Y依次设置”。通过使用与这种例子同样的表达方法规定电路结构中的连接顺序，可以区分晶体管的源极(或第一端子等)与漏极(或第二端子等)而决定技术范围。注意，这种表达方法是一个例子，不局限于上述表达方法。在此，X和Y都是对象物(例如，装置、元件、电路、布线、电极、端子、导电膜或层等)。

此外，即使在电路图上独立的构成要素彼此电连接，也有时一个构成要素兼有多个构成要素的功能。例如，在布线的一部分用作电极时，一个导电膜兼有布线和电极的两个构成要素的功能。因此，本说明书等中的“电连接”的范畴内还包括这种一个导电膜兼有多个构成要素的功能的情况。

在本说明书等中，“电容元件”例如可以包括具有高于0F的静电电容值的电路元件、具有高于0F的静电电容值的布线的区域、寄生电容或晶体管的栅极电容等。因此，在本说明书等中，“电容元件”不局限于包括一对电极及在该电极之间的介电体的电路元件。“电容元件”例如包括产生在布线和布线之间的寄生电容或产生在晶体管的源极和漏极中的一个与栅极之间的栅极电容等。此外，例如，“电容元件”、“寄生电容”或“栅极电容”等可以称为“电容器”等。与此相反，例如，“电容器”可以称为“电容元件”、“寄生电容”或“栅极电容”等。此外，例如，“电容器”的“一对电极”可以称为“一对导电体”、“一对导电区域”或“一对区域”等。静电电容值例如可以为0.05fF以上且10pF以下。此外，例如，还可以为1pF以上且10μF以下。

在本说明书等中，晶体管包括栅极、源极以及漏极这三个端子。栅极用作控制流在源极与漏极之间的电流量的控制端子。用作源极或漏极的两个端子是晶体管的输入输出端子。根据晶体管的导电型(n沟道型或p沟道型)及对晶体管的三个端子施加的电位的高低，两个输入输出端子中的一方用作源极而另一方用作漏极。因此，在本说明书等中，“源极”和“漏极”可以相互调换。在本说明书等中，在说明晶体管的连接关系时，使用“源极和漏极中的一个”(第一电极或第一端子)或“源极和漏极中的另一个”(第二电极或第二端子)的表述。此外，根据晶体管的结构，有时除了上述三个端子以外还包括背栅极。在此情况下，在本说明书等中，有时将晶体管的栅极和背栅极中的一个称为第一栅极，将晶体管的栅极和背栅极的另一个称为第二栅极。并且，在相同晶体管中，有时可以将“栅极”与“背栅极”相互调换。此外，在晶体管包括三个以上的栅极时，在本说明书等中，例如有时将各栅极称为第一栅极、第二栅极或第三栅极等。

此外，在本说明书等中，“节点”例如可以根据电路结构或器件结构等称为“端子”、“布线”、“电极”、“导电层”、“导电体”或“杂质区域”等。此外，例如，“端子”或“布线”等可以称为“节点”。

此外，在本说明书等中，“第一”、“第二”或“第三”等序数词是为了避免构成要素的混淆而附加上的。因此，该序数词不限制构成要素的个数。此外，该序数词不限制构成要素的顺序。例如，本说明书等的实施方式之一中附有“第一”的构成要素有可能在其他的实施方式或权利要求书等中附有“第二”的构成要素。此外，例如，在本说明书等中，一个实施方式中的“第一”所指的构成要素有可能在其他实施方式或权利要求书等中被省略。

另外，在本说明书等中，为了方便起见，例如有时使用“上”、“下”、“上方”或“下方”等表示配置的词句以参照附图说明构成要素的位置关系。此外，构成要素的位置关系根据描述各结构的方向适当地改变。因此，不局限于本说明书等中所说明的表示配置的词句，根据情况可以适当地换词句。例如，在“位于导电体的顶面的绝缘体”的表述中，通过将所示的附图的方向旋转180度，也可以称为“位于导电体的底面的绝缘体”。

此外，“上”或“下”这样的术语不限定于构成要素的位置关系为“正上”或“正下”且直接接触的情况。例如，关于“绝缘层A上的电极B”的表述，不一定必须在绝缘层A上直接接触地形成有电极B，也可以包括在绝缘层A与电极B之间包括其他构成要素的情况。

此外，在本说明书等中，例如“重叠”等术语不限定于构成要素的叠层顺序等的状态。例如，关于“与绝缘层A重叠的电极B”的表述，不一定必须在绝缘层A上形成有电极B。关于“与绝缘层A重叠的电极B”的表述，例如也可以包括在绝缘层A下形成有电极B的状态或在绝缘层A的右侧(或左侧)形成有电极B的状态等。

此外，在本说明书等中，“相邻”或“接近”这样的术语不限定于构成要素直接接触的情况。例如，关于“相邻于绝缘层A的电极B”的表述，不一定必须直接接触地形成有绝缘层A和电极B，也可以包括在绝缘层A与电极B之间包括其他构成要素的情况。

此外，在本说明书等中，根据状况，例如有时可以互相调换“膜”或“层”等词句。例如，有时可以将“导电层”变换为“导电膜”。例如，有时可以将“绝缘膜”变换为“绝缘层”。此外，根据状况，例如有时可以使用其他词句代替“膜”或“层”等词句。例如，有时可以将“导电层”或“导电膜”变换为“导电体”。此外，有时可以将“导电体”变换为“导电层”或“导电膜”。例如，有时可以将“绝缘层”或“绝缘膜”变换为“绝缘体”。此外，有时可以将“绝缘体”变换为“绝缘层”或“绝缘膜”。

注意，在本说明书等中，“电极”、“布线”或“端子”等词句不在功能上限定其构成要素。例如，有时将“电极”用作“布线”的一部分，反之亦然。再者，“电极”或“布线”例如还包括多个“电极”或“布线”被形成为一体的情况等。此外，例如，有时将“端子”用作“布线”或“电极”的一部分，反之亦然。再者，“端子”的词句例如还包括多个“电极”、“布线”或“端子”等被形成为一体的情况等。因此，例如，“电极”可以为“布线”或“端子”的一部分。此外，例如，“端子”可以为“布线”或“电极”的一部分。此外，例如，“电极”、“布线”或“端子”等的词句例如有时置换为“区域”等词句。

在本说明书等中，根据状况，例如有时可以互相调换“布线”、“信号线”或“电源线”等词句。例如，有时可以将“布线”变换为“信号线”。此外，例如有时可以将“布线”变换为“电源线”。反之亦然，例如有时可以将“信号线”或“电源线”变换为“布线”。此外，例如有时可以将“电源线”变换为“信号线”。反之亦然，例如有时可以将“信号线”变换为“电源线”。此外，根据状况，例如可以将施加到布线的“电位”变换为“信号”。反之亦然，例如有时可以将“信号”变换为“电位”。

另外，在本说明书等中，“开关”包括多个端子，且具有切换(选择)该端子间的导通或非导通的功能。例如，在开关包括两个端子且该两个端子间导通的情况下，该开关处于“导通状态”或“开启状态”。另外，在该两个端子间非导通的情况下，该开关处于“非导通状态”或“关闭状态”。注意，“该开关被切换为导通状态和非导通状态中的一个状态”或者“该开关维持导通状态和非导通状态中的一个状态”有时被称为“控制导通状态”。

就是说，开关是指具有控制是否使电流流过的功能的元件。或者，开关是指具有选择并切换电流路径的功能的元件。作为开关，例如可以使用电开关或机械开关等。换言之，开关只要可以控制电流，就不局限于特定的元件。

作为开关的一个例子，例如有晶体管(例如双极晶体管或MOS(Metal OxideSemiconductor：金属氧化物半导体)晶体管等)、二极管(例如PN二极管、PIN二极管、肖特基二极管、金属-绝缘体-金属(MIM；Metal Insulator Metal)二极管、金属-绝缘体-半导体(MIS；Metal Insulator Semiconductor)二极管或者二极管接法的晶体管等)或者组合这类元件的逻辑电路等。当作为开关使用晶体管时，晶体管的“导通状态”或“开启状态”是指晶体管的源电极与漏电极在电性上短路的状态。另外，晶体管的“非导通状态”或“关闭状态”是指晶体管的源电极与漏电极在电性上断开的状态。当仅将晶体管用作开关时，对晶体管的极性(导电型)没有特别的限制。

作为机械开关的例子，可以举出利用了MEMS(微电子机械系统)技术的开关。该开关具有以机械方式可动的电极，并且通过移动该电极来选择导通状态或非导通状态。

在本说明书等中，“平行”是指两条直线形成的角度为-10°以上且10°以下的状态。因此，也包括该角度为-5°以上且5°以下的状态。”大致平行”是指两条直线形成的角度为-30°以上且30°以下的状态。此外，“垂直”是指两条直线形成的角度为80°以上且100°以下的状态。因此，也包括该角度为85°以上且95°以下的状态。”大致垂直”是指两条直线形成的角度为60°以上且120°以下的状态。

此外，在本说明书等中，除非特别叙述，在关于计数值及计量值例如提到“同一”、“相同”、“相等”或“均匀”(包括它们的同义词)等的情况下，它们包括±20％的误差。

参照附图说明本说明书所记载的实施方式。注意，实施方式可以以多个不同形式来实施。由此，所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实，就是其方式和详细内容可以在不脱离其宗旨及范围的条件下被变换为各种各样的形式。因此，本发明不应该被解释为仅限定在实施方式所记载的内容中。注意，关于说明实施方式的附图，在发明的结构中，有时在不同的附图中共同使用相同的附图标记来表示相同的部分或具有相同功能的部分，由此省略反复说明。此外，在附图中，当表示具有相同功能的部分时有时使用相同的阴影线，而不特别附加附图标记。例如，在立体图或俯视图等中，为了明确起见，有时省略部分构成要素的图示。

在本说明书的附图等中，为便于清楚地说明，有时夸大表示大小、层的厚度或区域。因此，附图并不局限于附图中的尺寸或纵横比等。此外，在附图中，示意性地示出理想的例子，因此本发明不局限于附图所示的形状或数值等。例如，可以包括因噪声或定时偏差等所引起的信号、电压或电流的不均匀等。

此外，有时在根据本说明书的附图等中附上表示X方向、Y方向以及Z方向的箭头。在本说明书等中，“X方向”是指沿着X轴的方向，除了明确指出的情况以外，有时不区分正方向和反方向。“Y方向”及“Z方向”也与“X方向”相同。另外，X方向、Y方向以及Z方向是彼此交叉的方向。更具体而言，X方向、Y方向以及Z方向是彼此正交的方向。在本说明书等中，有时将X方向、Y方向和Z方向中的一个称为“第一方向”。此外，有时将其他另一个称为“第二方向”。另外，有时将剩下的一个称为“第三方向”。

在本说明书等中，在多个构成要素使用同一符号并且需要区分它们时，有时对符号例如附加“A”、“b”、“_1”、“[n]”或“[m，n]”等用于识别的符号。

(实施方式1)

说明本发明的一个方式的半导体装置100A。可以将本发明的一个方式的半导体装置100A例如用于显示装置的像素。

<结构例子>

图1示出半导体装置100A的电路结构例子。半导体装置100A包括像素电路51A及发光元件61。像素电路51A包括晶体管M1至晶体管M7及电容器C1至电容器C3。在本实施方式等中，除非特别叙述，晶体管M1至晶体管M7为增强型(常关闭型)的n沟道型场效应晶体管。因此，晶体管M1至晶体管M7的各阈值电压(也称为“Vth”)大于0V。注意，晶体管M1至晶体管M7的各阈值电压也可以不同。例如，晶体管M2的阈值电压有时被称为Vth2。另外，晶体管M5的阈值电压有时被称为Vth5。另外，晶体管M7的阈值电压有时被称为Vth7。

晶体管M1的栅极与布线GLa电连接。晶体管M1的源极和漏极中的一个与布线DL电连接。晶体管M1的源极和漏极中的另一个与晶体管M2的栅极电连接。晶体管M1具有使晶体管M2的栅极与布线DL间处于导通状态或非导通状态的功能。

晶体管M2的栅极与电容器C1的一个端子电连接。晶体管M2的源极和漏极中的一个与布线101电连接。晶体管M2的源极和漏极中的另一个与电容器C1的另一个端子电连接。另外，晶体管M2包括背栅极。晶体管M2的背栅极与电容器C2的一个端子电连接。电容器C2的另一个端子与晶体管M2的源极和漏极中的另一个电连接。

晶体管M3的栅极与布线GLb电连接。晶体管M3的源极和漏极中的一个与电容器C1的一个端子电连接。晶体管M3的源极和漏极中的另一个与电容器C1的另一个端子电连接。晶体管M3具有使晶体管M2的栅极与晶体管M2的源极和漏极中的另一个间处于导通状态或非导通状态的功能。

晶体管M4的栅极与布线GLb电连接。晶体管M4的源极和漏极中的一个与布线102电连接。晶体管M4的源极和漏极中的另一个与电容器C2的一个端子电连接。晶体管M4具有使布线102与电容器C2的一个端子间处于导通状态或非导通状态的功能。

晶体管M5的栅极与电容器C3的一个端子电连接。晶体管M5的源极和漏极中的一个与晶体管M2的源极和漏极中的另一个电连接。晶体管M5的源极和漏极中的另一个与电容器C3的另一个端子及发光元件61的一个端子(例如，阳极端子)电连接。发光元件61的另一个端子(例如，阴极端子)与布线104电连接。

晶体管M6的栅极与布线GLd电连接。晶体管M6的源极和漏极中的一个与晶体管M2的源极和漏极中的另一个电连接。晶体管M6的源极和漏极中的另一个与布线103电连接。晶体管M6具有使晶体管M2的源极和漏极中的另一个与布线103间处于导通状态或非导通状态的功能。

晶体管M7的栅极与布线GLd电连接。晶体管M7的源极和漏极中的一个与布线GLc电连接。晶体管M7的源极和漏极中的另一个与晶体管M5的栅极电连接。晶体管M7具有使晶体管M5的栅极与布线GLc间处于导通状态或非导通状态的功能。

另外，使电容器C1的另一个端子、电容器C2的另一个端子、晶体管M2的源极和漏极中的另一个、晶体管M3的源极和漏极中的另一个、晶体管M5的源极和漏极中的一个以及晶体管M6的源极和漏极中的一个彼此电连接的区域也被称为节点ND1。

另外，使电容器C2的一个端子、晶体管M2的背栅极以及晶体管M4的源极和漏极中的另一个彼此电连接的区域也被称为节点ND2。

另外，使晶体管M1的源极和漏极中的另一个、晶体管M3的源极和漏极中的一个、电容器C1的一个端子以及晶体管M2的栅极彼此电连接的区域也被称为节点ND3。

另外，使晶体管M5的栅极、电容器C3的一个端子以及晶体管M7的源极和漏极中的另一个彼此电连接的区域也被称为节点ND4。

电容器C1例如具有在节点ND3处于浮动状态时保持晶体管M2的源极和漏极中的另一个与晶体管M2的栅极的电位差的功能。电容器C2例如具有在节点ND2处于浮动状态时保持晶体管M2的源极和漏极中的另一个与晶体管M2的背栅极的电位差的功能。电容器C3例如具有在节点ND4处于浮动状态时保持晶体管M5的源极和漏极中的另一个与晶体管M5的栅极的电位差的功能。

本发明的一个方式的像素电路51A可以使用包含各种半导体的晶体管。例如，可以使用在沟道形成区域中包含单晶半导体、多晶半导体、微晶半导体或非晶半导体的晶体管。注意，晶体管所包含的半导体不局限于主要成分由单一元素构成的单个半导体(例如，硅(Si)或锗(Ge))。作为晶体管所包含的半导体，例如可以使用化合物半导体(例如，硅锗(SiGe)或砷化镓(GaAs))或氧化物半导体等。

另外，在本实施方式等中，示出使用n沟道型晶体管构成半导体装置100A的例子，但是本发明的一个方式不局限于此。构成半导体装置100A的晶体管的一部分或全部也可以是p沟道型晶体管。

另外，作为本发明的一个方式的像素电路51A中可以使用各种结构的晶体管。例如，可以使用平面型、FIN(鳍)型、TRI-GATE(三栅)型、顶栅型、底栅型或双栅型(在沟道上下配置有栅极的结构)等各种结构的晶体管。另外，作为本发明的一个方式的晶体管例如可以使用MOS型晶体管、接合型晶体管或双极晶体管等。

例如，作为构成像素电路51A的晶体管，优选使用OS晶体管(在形成沟道的半导体层中包含氧化物半导体的晶体管。氧化物半导体的带隙为2eV以上，由此关态电流极少。

室温下的每沟道宽度1μm的OS晶体管的关态电流值可以为1aA(1×10

当作为构成像素电路51A的晶体管使用OS晶体管时，可以长期间保持写入到像素电路51A的各节点的电荷。像素电路51A例如在显示不需要按每个帧进行改写的静态图像的情况下，即使停止外围驱动电路的工作，也可以继续显示图像。这种在显示静态图像时停止外围驱动电路的工作的驱动方法也被称为“空转停止(IDS：idling stop)驱动”。通过进行空转停止驱动，可以降低显示装置的功耗。

另外，即使在高温环境下，OS晶体管的关态电流也几乎不增加。具体而言，即使在室温以上且200℃以下的环境温度下，OS晶体管的关态电流也几乎不增加。此外，即使在高温环境下，OS晶体管的通态电流也不容易下降。包括OS晶体管的半导体装置即使在高温环境下也稳定地工作并具有高可靠性。

另外，在OS晶体管中，源极和漏极之间的绝缘耐压很高。通过作为构成像素电路51A的晶体管使用OS晶体管，在供应到布线101的电位(也称为阳极电位)与供应到布线104的电位(也称为阴极电位)的电位差很大的情况下也工作稳定。OS晶体管可以实现可靠性良好的半导体装置。尤其是，优选对晶体管M2和晶体管M5中的一方或双方使用OS晶体管。

OS晶体管的半导体层优选包含铟和锌中的至少一个。此外，OS晶体管的半导体层例如优选包含铟、M(M为选自镓、铝、硅、硼、钇、锡、铜、钒、铍、钛、铁、镍、锗、锆、钼、镧、铈、钕、铪、钽、钨和镁中的一种或多种)和锌。尤其是，M优选为选自铝、镓、钇及锡中的一种或多种。

尤其是，作为半导体层，优选使用包含铟(In)、镓(Ga)及锌(Zn)的氧化物(也记载为“IGZO”)。或者，作为半导体层，也可以使用包含铟(In)、铝(Al)及锌(Zn)的氧化物(也记载为“IAZO”)。或者，作为半导体层，也可以使用包含铟(In)、铝(Al)、镓(Ga)及锌(Zn)的氧化物(也记载为“IAGZO”)。

在半导体层使用In-M-Zn氧化物时，该In-M-Zn氧化物中的In的原子个数比优选为M的原子个数比以上。作为这种In-M-Zn氧化物的金属元素的原子个数比，例如可以举出In：M：Zn＝1：1：1或其附近的组成、In：M：Zn＝1：1：1.2或其附近的组成、In：M：Zn＝1：3：2或其附近的组成、In：M：Zn＝1：3：4或其附近的组成、In：M：Zn＝2：1：3或其附近的组成、In：M：Zn＝3：1：2或其附近的组成、In：M：Zn＝4：2：3或其附近的组成、In：M：Zn＝4：2：4.1或其附近的组成、In：M：Zn＝5：1：3或其附近的组成、In：M：Zn＝5：1：6或其附近的组成、In：M：Zn＝5：1：7或其附近的组成、In：M：Zn＝5：1：8或其附近的组成、In：M：Zn＝6：1：6或其附近的组成或者In：M：Zn＝5：2：5或其附近的组成等。注意，附近的组成包括所希望的原子个数比的±30％的范围。

例如，当记载为原子个数比为In：Ga：Zn＝4：2：3或其附近的组成时包括如下情况：In的原子个数比为4时，Ga的原子个数比为1以上且3以下，Zn的原子个数比为2以上且4以下。此外，当记载为原子个数比为In：Ga：Zn＝5：1：6或其附近的组成时包括如下情况：In的原子个数比为5时，Ga的原子个数比大于0.1且为2以下，Zn的原子个数比为5以上且7以下。此外，当记载为原子个数比为In：Ga：Zn＝1：1：1或其附近的组成时包括如下情况：In的原子个数比为1时，Ga的原子个数比大于0.1且为2以下，Zn的原子个数比大于0.1且为2以下。

另外，像素电路51A也可以由使用不同半导体材料的多种晶体管构成。例如，像素电路51A也可以由在半导体层中含有低温多晶硅(LTPS(Low Temperature Poly Silicon))的晶体管(以下，也称为LTPS晶体管)及OS晶体管构成。LTPS晶体管具有高场效应迁移率以及良好的频率特性。有时将组合LTPS晶体管和OS晶体管的结构称为LTPO。

在由使用不同半导体材料的多种晶体管构成像素电路51A的情况下，也可以根据晶体管的种类将晶体管设置于不同层。例如，在由Si晶体管及OS晶体管构成像素电路51A的情况下，也可以重叠设置包括Si晶体管的层和包括OS晶体管的层的每一个。通过具有这种结构，像素电路51A的占有面积得到减少。

注意，晶体管M2具有控制流过发光元件61的电流量的功能。就是说，晶体管M2具有控制发光元件61的发光量的功能。因此，在本说明书等中，晶体管M2有时被称为“驱动晶体管”。

另外，晶体管M5具有使晶体管M2与发光元件61间处于导通状态(也称为开启状态)或非导通状态(也称为关闭状态)的功能。在晶体管M5处于关闭状态时电流不流过发光元件61，因此发光元件61的发光停止(猝灭)。另外，在晶体管M5处于开启状态时电流通过晶体管M5流过发光元件61，使发光元件61发光。因此，在本说明书等中，晶体管M5有时被称为“发光晶体管”。在发光时，使由驱动晶体管决定的电流量的电流流过发光元件61，因此晶体管M5需要无论源极电位及漏极电位的值如何都处于开启状态。

构成像素电路51A的晶体管中的晶体管M1、晶体管M3、晶体管M4、晶体管M6及晶体管M7被用作开关。因此，半导体装置100A可以由图2表示。

另外，晶体管M5也被用作开关。因此，半导体装置100A也可以由图3表示。可以使用能够实现开关的功能的元件而代替晶体管M1及晶体管M3至晶体管M7。

构成像素电路51A的晶体管的全部或一部分也可以为包括背栅极的晶体管。通过在晶体管中设置背栅极，在该晶体管的外部产生的电场不容易影响到沟道形成区域。由此，使用该晶体管的半导体装置的工作得到稳定，而可以提高可靠性。另外，通过对该晶体管的背栅极施加与栅极相等的电位，晶体管的通态电阻得到减少。另外，通过分别独立地控制晶体管的背栅极与栅极的电位，可以改变晶体管的阈值电压。

图4是不但晶体管M2而且晶体管M1及晶体管M3至晶体管M7都为包括背栅极的晶体管的半导体装置100A的电路结构例子。图4示出晶体管M1及晶体管M3至晶体管M7的每一个的栅极与背栅极电连接的例子。但是，不需要构成半导体装置的所有晶体管都设置有背栅极。

另外，在晶体管M1及晶体管M3至晶体管M7的每一个中，也可以不使栅极与背栅极电连接并向背栅极供应任意电位。注意，供应到背栅极的电位不局限于固定电位。供应到构成半导体装置的晶体管的背栅极的电位可以按每个晶体管不同或相同。

图5是图4所示的半导体装置100A的平面布局图的一个例子。

晶体管M1的半导体层112设置在导电层111上。导电层111和半导体层112具有彼此重叠的区域。导电层111一部分被用作晶体管M1的背栅极。导电体113被用作晶体管M1的栅极。另外，导电体113在接触孔114中与导电层111及布线GLa电连接。

晶体管M1的源极和漏极中的一个通过导电层115与布线DL电连接。晶体管M1的源极和漏极中的另一个与导电层116电连接。

晶体管M2的半导体层118设置在导电层117上。导电层117和半导体层118具有彼此重叠的区域。导电层117的一部分被用作晶体管M2的背栅极。导电层119被用作晶体管M2的栅极。另外，导电层119与导电层116电连接。

晶体管M2的源极和漏极中的一个通过导电层121与布线101电连接。晶体管M2的源极和漏极中的另一个与导电层122电连接。导电层122与导电层123电连接。导电层116与导电层123重叠的区域被用作电容器C1。

晶体管M3的半导体层125设置在导电层124上。导电层124和半导体层125具有彼此重叠的区域。导电层124的一部分被用作晶体管M3的背栅极。导电体126被用作晶体管M3的栅极。另外，导电体126在接触孔127中与导电层124及布线GLb电连接。

晶体管M3的源极和漏极中的一个与导电层116电连接。晶体管M3的源极和漏极中的另一个与导电层122电连接。

晶体管M4的半导体层128设置在导电层124上。导电层124和半导体层128具有彼此重叠的区域。导电层124的一部分被用作晶体管M4的背栅极。导电体126被用作晶体管M4的栅极。

晶体管M4的源极和漏极中的一个通过导电层129与布线102电连接。晶体管M4的源极和漏极中的另一个与导电层131电连接。导电层131与导电层117电连接。导电层131与导电层123重叠的区域被用作电容器C2。

晶体管M5的半导体层133设置在导电层132上。导电层132和半导体层133具有彼此重叠的区域。导电层132的一部分被用作晶体管M5的背栅极。导电体134被用作晶体管M5的栅极。另外，导电体134在接触孔135中与导电层132及导电层136电连接。

晶体管M5的源极和漏极中的一个与导电层122电连接。晶体管M5的源极和漏极中的另一个与导电层137电连接。导电层137与导电层138电连接。导电层136与导电层138重叠的区域被用作电容器C3。另外，导电层137与发光元件61电连接。

晶体管M6的半导体层141设置在导电层139上。导电层139和半导体层141具有彼此重叠的区域。导电层139的一部分被用作晶体管M6的背栅极。导电体142被用作晶体管M6的栅极。另外，导电体142在接触孔143中与导电层139及布线GLd电连接。

晶体管M6的源极和漏极中的一个与导电层122电连接。晶体管M6的源极和漏极中的另一个通过导电层144与布线103电连接。

晶体管M7的半导体层145设置在导电层139上。导电层139和半导体层145具有彼此重叠的区域。导电层139的一部分被用作晶体管M7的背栅极。导电体142被用作晶体管M7的栅极。

晶体管M7的源极和漏极中的一个通过导电层146与布线GLc电连接。晶体管M7的源极和漏极中的另一个与导电层136电连接。

导电层122被用作节点ND1。导电层131被用作节点ND2。导电层116被用作节点ND3。导电层136被用作节点ND4。

构成像素电路51A的晶体管既可以为源极与漏极间包括一个栅极的单栅型晶体管，又可以为双栅型晶体管。图6A示出双栅型晶体管180A的电路图符号例子。

晶体管180A具有串联连接晶体管Tr1与晶体管Tr2的结构。在图6A中，晶体管Tr1的源极和漏极中的一个与端子S电连接，晶体管Tr1的源极和漏极中的另一个与晶体管Tr2的源极和漏极中的一个电连接，并且晶体管Tr2的源极和漏极中的另一个与端子D电连接。另外，晶体管Tr1的栅极及晶体管Tr2的栅极的每一个彼此电连接且与端子G电连接。

图6A所示的晶体管180A具有通过改变端子G的电位来使端子S与端子D间处于导通状态或非导通状态的功能。因此，双栅型晶体管的晶体管180A包括晶体管Tr1和晶体管Tr2且被用作一个晶体管。即可以说，在图6A中，晶体管180A的源极和漏极中的一个与端子S电连接，源极和漏极中的另一个与端子D电连接，并且栅极与端子G电连接。

另外，构成像素电路51A的晶体管也可以为三栅型晶体管。图6B示出三栅型晶体管180B的电路图符号例子。

晶体管180B具有串联连接晶体管Tr1、晶体管Tr2及晶体管Tr3的结构。在图6B中，晶体管Tr1的源极和漏极中的一个与端子S电连接，晶体管Tr1的源极和漏极中的另一个与晶体管Tr2的源极和漏极中的一个电连接，晶体管Tr2的源极和漏极中的另一个与晶体管Tr3的源极和漏极中的一个电连接，并且晶体管Tr3的源极和漏极中的另一个与端子D电连接。另外，晶体管Tr1的栅极、晶体管Tr2的栅极及晶体管Tr3的栅极的每一个彼此电连接且与端子G电连接。

图6B所示的晶体管180B具有通过改变端子G的电位来使端子S与端子D间处于导通状态或非导通状态的功能。因此，三栅型晶体管的晶体管180B包括晶体管Tr1、晶体管Tr2及晶体管Tr3且被用作一个晶体管。即可以说，在图6B中，晶体管180B的源极和漏极中的一个与端子S电连接，源极和漏极中的另一个与端子D电连接，并且栅极与端子G电连接。

另外，构成像素电路51A的晶体管也可以具有串联连接四个以上的晶体管的结构。图6C所示的晶体管180C具有串联连接六个晶体管(晶体管Tr1至晶体管Tr6)的结构。另外，六个晶体管的各栅极彼此电连接且与端子G电连接。

图6C所示的晶体管180C具有通过改变端子G的电位来使端子S与端子D间处于导通状态或非导通状态的功能。因此，晶体管180C包括晶体管Tr1至晶体管Tr6且被用作一个晶体管。即可以说，在图6C中，晶体管180C的源极和漏极中的一个与端子S电连接，源极和漏极中的另一个与端子D电连接，并且栅极与端子G电连接。

有时将如晶体管180A、晶体管180B及晶体管180C那样的包括多个栅极且多个栅极彼此电连接而成的晶体管称为“多栅型晶体管”或“多栅晶体管”。

例如，为了提高晶体管的饱和区域的电特性，有时晶体管的沟道长度优选长。为了实现沟道长度长的晶体管，也可以使用多栅晶体管。

作为发光元件61，例如也可以使用EL元件(包含有机物及无机物的EL元件、有机EL元件或无机EL元件)、LED(例如，白色LED、红色LED、绿色LED或蓝色LED等)、微型LED(例如，一边短于0.1mm的LED)、QLED(Quantum-dot Light Emitting Diode：量子点发光二极管)或者电子发射元件等各种显示元件。

<工作例子>

接着，参照附图说明半导体装置100A的工作例子。图7是用来说明半导体装置100A的工作例子的时序图。图8至图13是用来说明半导体装置100A的工作例子的电路图。

布线DL被供应视频信号Vdata。由此，布线DL有时被称为“信号线”。布线101被供应电位Va，布线102被供应电位V1，布线103被供应电位V0，布线104被供应电位Vc。另外，布线GLa、布线GLb、布线GLc及布线GLd的每一个被供应电位H和电位L中的任一个。电位H优选为比电位L高的电位。注意，在本说明书等中，“电位H”是通过将其供应到n沟道型晶体管的栅极来使该晶体管处于开启状态的电位。另外，“电位L”是通过将其供应到n沟道型晶体管的栅极来使该晶体管处于关闭状态的电位。

电位Va为阳极电位，电位Vc为阴极电位。另外，电位V1优选为比电位V0高的电位。例如，电位V1也可以是通过将其供应到晶体管的栅极来使该晶体管处于开启状态的电位。另外，例如，电位V0也可以是通过将其供应到晶体管的栅极来使该晶体管处于关闭状态的电位。电位V0例如为0V或电位L。另外，电位H优选为比电位V1高的电位。注意，在本实施方式等中，电位V0为0V，电位V1为5V。另外，电位Va为15V，电位Vc为0V。另外，电位L为0V，电位H为6V。

半导体装置100A具有根据从布线DL供应的视频信号Vdata控制流过发光元件61的电流Ie(参照图12)的大小的功能。发光元件61的发光亮度根据电流Ie的大小被控制。

注意，在附图中，例如，有时与端子或布线等相邻地附有“H”、“L”、“V0”或“V1”等表示电位的符号(也称为“电位符号”)。另外，例如，为了容易理解电位变化，对发生了电位变化的端子或布线等附有的电位符号有时以带框的形式表示。另外，有时与关闭状态的晶体管重叠地附有“×”符号。

流过发光元件61的电流Ie主要由视频信号Vdata和晶体管M2的Vth2决定。因此，在各像素电路所包括的晶体管M2的Vth2不同时，即使将相同视频信号Vdata供应到多个像素电路，电流Ie也按每个像素不同。因此，晶体管M2的Vth2的不均匀是显示质量下降的一个原因。

于是，通过按每个像素取得晶体管M2的Vth2，电流Ie的不均匀得到减少。注意，取得晶体管M2的Vth2的工作有时被称为“Vth值校正工作”。

注意，在本说明书等中，有时如下一系列的工作被称为“处理”：使晶体管的导通状态或非导通状态变化，向与该晶体管电连接的节点供应电荷，使该节点的电位变化。

[Vth校正工作]

首先，在期间T11进行复位工作。具体而言，布线GLb及布线GLd被供应电位H，布线GLa及布线GLc被供应电位L(参照图8)。

此时，晶体管M3、晶体管M4、晶体管M6及晶体管M7处于开启状态，晶体管M1处于关闭状态。

由此，节点ND1通过晶体管M6被供应电位V0。并且，节点ND3通过晶体管M6及晶体管M3被供应电位V0。另外，节点ND2通过晶体管M4被供应电位V1。另外，节点ND4通过晶体管M7被供应电位L。因此，晶体管M5处于关闭状态。

接着，在期间T12，布线GLd被供应电位L(参照图9)。此时，晶体管M6及晶体管M7处于关闭状态。由此，节点ND4处于浮动状态，保持供应到节点ND4的电荷。因此，维持晶体管M5的关闭状态。

因为节点ND2的电位为电位V1，所以晶体管M2处于开启状态。此时，电荷从布线101通过晶体管M2供应到节点ND1。由此，节点ND1的电位上升。另外，因为晶体管M3也处于开启状态，所以节点ND3的电位也上升。具体而言，节点ND1及节点ND3的电位上升到从电位V1减去晶体管M2的Vth2的值。

在此，因为节点ND2的电位被固定为电位V1，所以随着节点ND1及节点ND3的电位的上升，晶体管M2的背栅极与晶体管M2的源极之间的电位差变小。当节点ND1的电位上升到电位V1-Vth2附近时，从布线101通过晶体管M2流过节点ND1的电流变小。由此，节点ND1的电位上升的速度变慢。因此，期间T12是直到节点ND1的电位上升到电位V1-Vth2为止的时间，优选充分确保该时间。具体而言，期间T12优选为1μs以上，更优选为10μs以上。

接着，在期间T13，布线GLb被供应电位L(参照图10)。此时，晶体管M3及晶体管M4处于关闭状态。由此，节点ND2及节点ND3处于浮动状态。因此，保持供应到各节点的电荷。注意，因为晶体管M7处于关闭状态，所以布线GLc的电位不影响到工作。就是说，保持供应到节点ND4的电荷。由此，维持晶体管M5的关闭状态。这里示出在期间T13向布线GLc供应电位H的例子，也可以在下面说明的期间T14向布线GLc供应电位H。

[数据写入工作]

在期间T14，布线GLa及布线GLd被供应电位H(参照图11)。此时，晶体管M1处于开启状态。因此，节点ND3被供应视频信号Vdata。另外，晶体管M6处于开启状态。因此，节点ND1被供应电位V0。

节点ND1与节点ND2通过电容器C2形成电容耦合。由此，当节点ND1的电位从V1-Vth2变化到V0时，节点ND2的电位也同样地变化。在本实施方式等中，因为电位V0是0V，所以节点ND2的电位由电位V1-(电位V1-Vth2)表示。就是说，节点ND2的电位是Vth2。

另外，晶体管M7处于开启状态。由此，电荷从布线GLc供应到节点ND4。此时，节点ND4的电位上升到从电位H减去晶体管M7的Vth7的值。在本实施方式等中，电位H是6V。另外，当晶体管M5的Vth5及晶体管M7的Vth7各自为1V时，节点ND4的电位(电位H-Vth7)为5V。此时，晶体管M5处于开启状态。因此，发光元件61的阳极端子的电位为电位V0。

[发光工作]

在期间T15，布线GLa及布线GLd被供应电位L(参照图12)。此时，晶体管M1及晶体管M6处于关闭状态。由此，电流从布线101流到布线104。就是说，电流Ie流过发光元件61。因此，发光元件61以对应于电流Ie的亮度发光。另外，在电流从布线101流到布线104时，节点ND1及发光元件61的阳极端子的电位上升。

另外，节点ND3处于浮动状态，且节点ND1与节点ND3通过电容器C1形成电容耦合。由此，当节点ND1的电位从电位V0变化到电位Va1时，节点ND3的电位也同样地变化。在本实施方式等中，节点ND3的电位为视频信号Vdata+电位Va1。就是说，即便晶体管M2的源极电位变化，晶体管M2的栅极与晶体管M2的源极之间的电位差(电压)也维持视频信号Vdata。

同样地，节点ND2处于浮动状态，且节点ND1与节点ND3通过电容器C1形成电容耦合。由此，随着节点ND1的电位变化，节点ND2的电位变为Vth2+电位Va1。就是说，晶体管M2的背栅极与晶体管M2的源极之间的电位差维持Vth2。

另外，当晶体管M7处于关闭状态时，节点ND4处于浮动状态。发光元件61的阳极端子与节点ND4通过电容器C3形成电容耦合。由此，当发光元件61的阳极端子的电位从电位V0变化到电位Va2时，节点ND4的电位也同样地变化。在本实施方式等中，由于电位V0为0V，所以节点ND4的电位为电位H-Vth7+电位Va2。就是说，即便发光元件61的阳极端子的电位变化，晶体管M5的栅极与晶体管M5的源极之间的电位差(电压)也维持电位H-Vth7。

例如，在晶体管M5的栅极具有固定电位的情况下，当晶体管M5的源极电位上升时，晶体管M5的栅极与晶体管M5的源极之间的电位差变小。并且，当晶体管M5的栅极与晶体管M5的源极之间的电位差小于晶体管M5的阈值电压时，晶体管M5处于关闭状态。由此，在提高阳极电位的情况下，也需要供应到晶体管M5的栅极的固定电位的提高。因此，需要还设置电源或电源电路。

在本发明的一个方式的半导体装置100A中，在晶体管M5的栅极与晶体管M5的源极之间设置电容器C3来构成自举电路，即便增大阳极电位也可以维持晶体管M5的开启状态，而不设置电源电路。因此，电流Ie稳定地被供应到发光元件61。注意，有时电容器C3被称为“自举电容器”。另外，电容器C1及电容器C2各自被用作自举电容器。

本发明的一个方式的半导体装置100A不仅用于单结构的发光元件而且适当地用于所需要的驱动电压比单结构的发光元件大的串联结构的发光元件。注意，将在后面说明发光元件的结构。

另外，如上所述，流过发光元件61的电流Ie的电流量由视频信号Vdata和晶体管M2的Vth2决定。在本发明的一个方式的半导体装置100A中，通过进行Vth值校正工作，流过发光元件61的电流Ie的电流量被视频信号Vdata控制。

另外，发光元件61的发光亮度被视频信号Vdata控制。由此，在发光工作时，晶体管M5需要确实地处于开启状态。在本发明的一个方式的半导体装置100A中，在发光工作时，晶体管M5可以确实地处于开启状态。通过将本发明的一个方式的半导体装置100A用于显示装置，可以正确地控制电流Ie，由此该显示装置的中间灰度的颜色再现性得到提高。因此，该显示装置的显示质量得到提高。

[猝灭工作]

在期间T16，布线GLd被供应电位H，布线GLc被供应电位L(参照图13)。此时，晶体管M6及晶体管M7处于开启状态。因此，电位L从布线GLc供应到节点ND4。此时，晶体管M5处于关闭状态。因此，当晶体管M5处于关闭状态时，电流不流过发光元件61，所以发光元件61的发光停止(猝灭)。

作为显示元件例如使用EL元件等发光元件的显示装置可以在一个帧期间中连续使发光元件发光。这种驱动方法也被称为“保持型”或“保持型驱动”。通过作为显示装置的驱动方法采用保持型驱动，例如减轻显示屏幕的闪烁现象等。另一方面，保持型驱动在显示动态图像时例如容易发生余像及图像的模糊等。在显示动态图像时人感觉的分辨率也被称为“动态图像分辨率”。就是说，保持型驱动的动态图像分辨率容易下降。

例如，作为改善显示动态图像时的余感及图像的模糊等的方法，已知“黑插入驱动”。“黑插入驱动”也被称为“伪脉冲(pseudo impulse)型”或“伪脉冲型驱动”。黑插入驱动是每隔一个帧进行黑显示的驱动方法或者在一个帧中的规定期间进行黑显示的驱动方法。

本发明的一个方式的半导体装置100A通过猝灭工作来容易实现黑插入驱动。因此，使用本发明的一个方式的半导体装置100A的显示装置的动态图像分辨率不容易下降。由此，通过使用本发明的一个方式的半导体装置100A来实现显示质量高的动态图像的显示。

注意，在猝灭工作的期间，晶体管M5处于关闭状态。由此，即便节点ND1的电位变化，其电位变化不影响到猝灭工作。另外，在Vth校正工作的期间，晶体管M5也处于关闭状态。因此，在本工作例子中，说明Vth校正工作与猝灭工作为不同期间的情况，但是Vth校正工作也可以在猝灭工作的期间进行。

<驱动例子1>

接着，说明将本发明的一个方式的半导体装置100A用于显示装置的像素时的该显示装置的驱动例子。虽然将在后面说明，但是该显示装置包括配置为矩阵状的多个像素。半导体装置100A也可以用于该显示装置的像素。在此情况下，多个半导体装置100A也可以与布线DL电连接。

例如，在是以n行m列(n、m各自为1以上的整数)的矩阵状配置像素的显示装置的情况下，n行的半导体装置100A与布线DL电连接。在一个帧期间，也可以从n行的半导体装置100A依次选择按每至少一个行的半导体装置100A，且对被选择的半导体装置100A进行上述Vth校正工作、数据写入工作、发光工作及猝灭工作。

图14是用来说明n行的半导体装置100A的驱动的时序图的一个例子。注意，在本实施方式等中，有时将第p行(p为1以上且n以下的整数)的半导体装置100A称为半导体装置100A_p。另外，有时将半导体装置100A_p所包括的晶体管M1至晶体管M7分别称为晶体管M1_p至晶体管M7_p。另外，有时将半导体装置100A_p所包括的电容器C1至电容器C3分别称为电容器C1_p至电容器C3_p。另外，有时将与半导体装置100A_p电连接的布线GLa、布线GLb、布线GLc及布线GLd分别称为布线GLa_p、布线GLb_p、布线GLc_p及布线GLd_p。另外，有时将半导体装置100A_p所包括的节点ND1至节点ND4分别称为节点ND1_p至节点ND4_p。另外，有时将半导体装置100A_p所包括的发光元件61称为发光元件61_p。

另外，在图14中，“F11”、“F12_1”及“F12_2”的记载表示帧。另外，每个帧的“1”、“2”及“n”的记载分别表示驱动半导体装置100A_1、半导体装置100A_2及半导体装置100A_n的期间。注意，在附图中省略示出半导体装置100A_3至半导体装置100A_n-1。

在帧F11，从n行的半导体装置100A依次选择按每一个行的半导体装置100A，且对被选择的半导体装置100A进行Vth校正工作。有时进行这些工作的帧被称为“校正帧”。在校正帧，布线GLa_1至布线GLa_n的电位维持电位L。

首先，布线GLb_1及布线GLd_1被供应电位H，布线GLc_1被供应电位L(相当于期间T11)。接着，通过布线GLd_1被供应电位L，取得晶体管M2_1的阈值电压(相当于期间T12)。接着，通过布线GLb_1被供应电位L且布线GLc_1被供应电位H，在电容器C2_1中保持所取得的晶体管M2_1的阈值电压(相当于期间T13)。并且，布线GLb_2及布线GLd_2被供应电位H，布线GLc_2被供应电位L(相当于期间T11)。接着，通过布线GLd_2被供应电位L，取得晶体管M2_2的阈值电压(相当于期间T12)。接着，通过布线GLb_2被供应电位L且布线GLc_2被供应电位H，在电容器C2_2中保持所取得的晶体管M2_2的阈值电压(相当于期间T13)。通过对n行反复进行这种工作，在电容器C2_1至电容器C2_n的每一个中保持晶体管M2_1至晶体管M2_n的每一个的阈值电压。

另外，在帧F12_1及帧F12_2的每一个，从n行的半导体装置100A依次选择每一个行的半导体装置100A，对所选择的半导体装置100A进行数据写入工作、发光工作及猝灭工作。在执行帧F12_1之后执行帧F12_2。有时进行这些工作的帧被称为“显示帧”。在显示帧，布线GLb_1至布线GLb_n的电位维持电位L。由此，维持在电容器C2_1至电容器C2_n的每一个中保持的晶体管M2_1至晶体管M2_n的每一个的阈值电压。

在帧F12_1及帧F12_2的每一个，首先，通过布线GLa_1、布线GLc_1及布线GLd_1被供应电位H，节点ND3_1被供应视频信号Vdata(相当于期间T14)。接着，通过布线GLa_1及布线GLd_1被供应电位L，使发光元件61_1发光(相当于期间T15)。并且，通过布线GLa_2、布线GLc_2及布线GLd_2被供应电位H，节点ND3_2被供应视频信号Vdata(相当于期间T14)。接着，通过布线GLa_2及布线GLd_2被供应电位L，使发光元件61_2发光(相当于期间T15)。通过对n行反复进行这种工作，可以使发光元件61_1至发光元件61_n的每一个发光。

另外，在帧F12_1及帧F12_2的每一个，通过布线GLc_1被供应电位L且布线GLd_1被供应电位H，停止发光元件61_1的发光(相当于期间T16)。接着，通过布线GLc_1被供应电位H且布线GLd_1被供应电位L，维持发光元件61_1的发光的停止。并且，通过布线GLc_2被供应电位L且布线GLd_2被供应电位H，停止发光元件61_2的发光(相当于期间T16)。接着，通过布线GLc_2被供应电位H且布线GLd_2被供应电位L，维持发光元件61_2的发光的停止。通过对n行反复进行这种工作，可以停止发光元件61_1至发光元件61_n的每一个的发光。

注意，如上所述，作为校正帧期间优选充分确保进行Vth校正工作的时间。例如，校正帧期间优选为33.3ms以上，更优选为1s以上。另外，为了提高显示质量，显示帧期间优选是短时间。例如，通过将帧频设定为120Hz，可以将显示帧期间设定为8.33ms。另外，通过将帧频设定为360Hz，可以将显示帧期间设定为2.78ms。

在图14所示的驱动例子中，在刚启动显示装置之后进行校正帧的帧F11，在帧F11结束之后进行显示帧的帧F12_1，在帧F12_1结束之后进行显示帧的帧F12_2。注意，虽然未图示，但是在帧F12_2结束之后反复进行下一个显示帧。通过连续执行显示帧，可以实现动态图像的显示。另外，通过在显示帧开始之前执行校正帧来充分确保校正帧期间。因此，显示装置的显示质量得到提高。

另外，校正帧根据需要执行。例如，也可以每隔一定期间执行校正帧。例如，也可以每任意次数执行显示帧都执行校正帧。注意，在校正帧期间，因为晶体管M5处于关闭状态，所以维持发光元件61_1至发光元件61_n的猝灭。因此，在每任意次数执行显示帧都执行校正帧时，有可能产生显示的闪烁。另外，与校正帧期间对应地，执行显示帧的数据写入工作的频率变低。由此，校正帧期间优选短。并且，执行校正帧的间隔优选长。例如，优选每三次以上的次数执行显示帧都执行校正帧，更优选每十次以上的次数执行显示帧都执行校正帧。

注意，在此示出按每一个行依次进行校正帧期间中的Vth校正工作的一个例子，但是不局限于此。在校正帧期间，因为布线DL的电位被固定，所以既可以同时进行多个行的Vth校正工作，又可以同时进行所有行的Vth校正工作。通过同时进行多个行或所有行的Vth校正工作来缩短校正帧期间。

注意，在本驱动例子中，晶体管M4_1至晶体管M4_n优选为OS晶体管。OS晶体管的关态电流很低。由此，长时间维持在电容器C2_1至电容器C2_n的每一个中保持的晶体管M2_1至晶体管M2_n的每一个的阈值电压。因此，校正帧的执行次数得到减少。

<驱动例子2>

图15是用来说明半导体装置100A_1至半导体装置100A_n的驱动的时序图的另一个例子。在帧F14_1及帧F14_2的每一个，从n行的半导体装置100A依次选择每一个行的半导体装置100A，且对所选择的半导体装置100A进行数据写入工作、发光工作及猝灭工作。另外，在进行猝灭工作的期间还进行Vth校正工作。有时进行这些工作的帧被称为“显示校正帧”。

注意，为了提高显示质量，显示校正帧期间优选是短时间。例如，通过将帧频设定为120Hz，可以将显示校正帧期间设定为8.33ms。另外，通过将帧频设定为360Hz，可以将显示校正帧期间设定为2.78ms。注意，如下所述，通过使用显示校正帧，不一定需要另行设定校正帧。因此，执行数据写入工作的频率得到提高。由此，显示装置的显示质量得到提高。

在数据写入工作及发光工作中，显示校正帧与驱动例子1所说明的显示帧同样。另一方面，显示校正帧与驱动例子1所说明的显示帧的不同之处在于在进行猝灭工作的期间还进行Vth校正工作。这里，说明与驱动例子1的显示帧不同之处。首先，通过布线GLc_1被供应电位L且布线GLd_1被供应电位H，发光元件61_1的发光停止(猝灭)。另外，通过布线GLb_1被供应电位H，半导体装置100A_1的Vth校正工作开始(相当于期间T11)。接着，通过布线GLc_1被供应电位H且布线GLd_1被供应电位L，维持发光元件61_1的猝灭。另外，通过布线GLb_1的电位维持电位H，取得晶体管M2_1的阈值电压。

并且，通过布线GLc_2被供应电位L且布线GLd_2被供应电位H，发光元件61_2的发光停止。另外，通过布线GLb_2被供应电位H，半导体装置100A_2的Vth校正工作开始(相当于期间T11)。接着，通过布线GLc_2被供应电位H且布线GLd_2被供应电位L，维持发光元件61_2的猝灭。另外，通过布线GLb_2的电位维持电位H，取得晶体管M2_2的阈值电压。通过对n行反复进行这种工作，取得晶体管M2_1至晶体管M2_n的每一个的阈值电压。

在图15所示的驱动例子中，进行显示校正帧的帧F14_1，在帧F14_1结束之后进行显示校正帧的帧F14_2。注意，虽然未图示，但是也可以在帧F14_2结束之后反复进行下一个显示校正帧。

注意，例如，在半导体装置100A_p的Vth校正工作中，取得晶体管M2_p的阈值电压的期间可以为从猝灭工作的开始后至下一个显示校正帧的数据写入工作的开始前。另外，在取得晶体管M2_p的阈值电压的期间，布线GLa_p被供应电位L。由此，晶体管M1_p处于关闭状态。因此，也可以对p行以外的行的半导体装置100A进行数据写入工作。

在显示校正帧，按每个帧进行Vth校正工作。由此，当在显示装置的工作中晶体管M2的Vth2变动时，立刻进行Vth校正工作。因此，显示装置的显示质量得到提高。另外，不一定需要另行设定Vth校正工作的期间。例如，在启动显示装置时，不一定需要执行Vth校正工作。由此，显示装置的启动时间得到缩短。

本实施方式所示的结构可以与其他实施方式及实施例所示的结构适当地组合而使用。

(实施方式2)

在本实施方式中，说明本发明的一个方式的半导体装置100B。半导体装置100B是半导体装置100A的变形例子。因此，为了减少反复说明，主要说明半导体装置100B的与半导体装置100A不同之处。

<结构例子>

图16示出半导体装置100B的电路结构例子。半导体装置100B包括像素电路51B及发光元件61。像素电路51B与像素电路51A的不同之处在于晶体管M6的栅极及晶体管M7的栅极与布线GLa电连接。就是说，半导体装置100B没有设置半导体装置100A的布线GLd。因此，因为省略布线GLd的形成，所以使用本发明的一个方式的半导体装置100B的显示装置可以实现高开口率。另外，可以实现高清晰度。另外，通过减少寄生电容，工作速度得到提高。

<工作例子>

接着，参照附图说明半导体装置100B的工作例子。图17是用来说明半导体装置100B的工作例子的时序图。图18至图23是用来说明半导体装置100B的工作例子的电路图。

[Vth校正工作]

首先，在期间T21进行与期间T11同样的复位工作。具体而言，布线GLa及布线GLb被供应电位H，布线GLc被供应电位L(参照图18)。在期间T21，晶体管M1、晶体管M3、晶体管M4、晶体管M6及晶体管M7处于开启状态。

另外，节点ND1通过晶体管M6被供应电位V0。并且，节点ND3通过晶体管M6及晶体管M3被供应电位V0。另外，节点ND2通过晶体管M4被供应电位V1。另外，节点ND4通过晶体管M7被供应电位L。因此，晶体管M5处于关闭状态。

另外，在期间T21，布线DL与布线103通过晶体管M1、晶体管M3及晶体管M6处于导通状态。因此，在期间T21，优选的是，布线DL与布线103具有相同电位或者布线DL处于浮动状态。

接着，在期间T22，布线GLa被供应电位L(参照图19)。此时，晶体管M1、晶体管M6及晶体管M7处于关闭状态。另外，节点ND4处于浮动状态，保持供应到节点ND4的电荷，因此维持晶体管M5的关闭状态。与上述期间T12同样，节点ND1及节点ND3的电位上升到从电位V1减去晶体管M2的Vth2的值。

接着，在期间T23，布线GLb被供应电位L，布线GLc被供应电位H(参照图20)。此时，晶体管M3及晶体管M4处于关闭状态。节点ND1、节点ND2及节点ND3处于浮动状态，保持供应到各节点的电荷。另外，维持晶体管M5的关闭状态。

[数据写入工作]

在期间T24，布线GLa被供应电位H(参照图21)。此时，晶体管M1处于开启状态，节点ND3被供应视频信号Vdata。另外，晶体管M6处于开启状态，节点ND1被供应电位V0。与上述期间T14同样，节点ND2的电位为Vth2。

另外，晶体管M7处于开启状态，电荷从布线GLc供应到节点ND4。与上述期间T14同样，晶体管M5处于开启状态，发光元件61的阳极端子的电位为电位V0。

[发光工作]

在期间T25，布线GLa被供应电位L(参照图22)。此时，晶体管M1及晶体管M6处于关闭状态。与上述期间T15同样，电流从布线101流到布线104，发光元件61以对应于电流Ie的亮度发光。另外，此时，节点ND1及发光元件61的阳极端子的电位上升。节点ND1的电位为电位Va1，阳极端子的电位为电位Va2。另外，节点ND3的电位为视频信号Vdata+电位Va1，节点ND2的电位为Vth2+电位Va1。

另外，晶体管M7处于关闭状态，节点ND4处于浮动状态。与上述期间T15同样，当发光元件61的阳极端子的电位从电位V0上升到电位Va2时，节点ND4的电位变为电位H-Vth7+电位Va2。就是说，即便相当于晶体管M5的源极一侧的阳极端子的电位上升，晶体管M5的开启状态也确实地维持。

[猝灭工作]

在期间T26，布线GLa被供应电位H，布线GLc被供应电位L(参照图23)。此时，晶体管M1、晶体管M6及晶体管M7处于开启状态，节点ND1的电位为电位V0，节点ND4的电位为L电位。在节点ND4的电位为L电位时，晶体管M5处于关闭状态，发光元件61的发光停止。

注意，在期间T26，有时用来写入到与布线DL电连接的其他半导体装置100B的视频信号通过晶体管M1被供应到节点ND3，但是晶体管M5处于关闭状态，因此不影响到猝灭工作。注意，为了与期间T24(数据写入工作)的视频信号Vdata区别，在图23中用来写入到其他半导体装置100B的视频信号被记载为VdataX。

与半导体装置100A同样，半导体装置100B也可以不仅用于单结构的发光元件而且适当地用于所需要的驱动电压比单结构大的串联结构的发光元件。另外，与半导体装置100A同样，半导体装置100B也可以进行黑插入驱动。因此，使用本发明的一个方式的半导体装置100B的显示装置的动态图像分辨率不容易下降。由此，可以实现能够显示显示质量高的动态图像的显示装置。

<驱动例子1>

接着，说明将本发明的一个方式的半导体装置100B用于显示装置的像素时的显示装置的驱动例子。图24是用来说明n行的半导体装置100B的驱动的时序图的一个例子。注意，本驱动例子是将实施方式1的驱动例子1应用于使用半导体装置100B的显示装置的驱动的例子，可以适当地参照说明。在此，主要说明本驱动例子的与实施方式1的驱动例子1不同之处。

帧F21是校正帧。在帧F21，按每一个行依次选择半导体装置100B_1至半导体装置100B_n，且对被选择的半导体装置100B进行Vth校正工作。首先，布线GLa_1及布线GLb_1被供应电位H，布线GLc_1被供应电位L(相当于期间T21)。接着，通过布线GLa_1被供应电位L，取得晶体管M2_1的阈值电压(相当于期间T22)。接着，通过布线GLb_1被供应电位L且布线GLc_1被供应电位H，在电容器C2_1中保持所取得的晶体管M2_1的阈值电压(相当于期间T23)。并且，布线GLa_2及布线GLb_2被供应电位H，布线GLc_2被供应电位L(相当于期间T21)。接着，通过布线GLa_2被供应电位L，取得晶体管M2_2的阈值电压(相当于期间T22)。接着，通过布线GLb_2被供应电位L且布线GLc_2被供应电位H，在电容器C2_2中保持所取得的晶体管M2_2的阈值电压(相当于期间T23)。通过对n行反复进行这种工作，在电容器C2_1至电容器C2_n的每一个中保持晶体管M2_1至晶体管M2_n的每一个的阈值电压。

注意，在校正帧，布线DL与布线103间通过半导体装置100B_1至半导体装置100B_n的每一个所包括的晶体管M1、晶体管M3及晶体管M6处于导通状态。由此，在校正帧的执行中，既可以向布线DL供应与布线103相同的电位，又可以使布线DL处于浮动状态。例如，在本实施方式等中，因为供应到布线103的电位V0是0V，所以在校正帧的执行中供应到布线DL的视频信号Vdata可以是0V(相当于黑显示的电位)。或者，可以在布线DL与视频信号Vdata的供应源(例如，源极驱动器)之间设置开关并在校正帧的执行中该开关处于非导通状态。

帧F22_1及帧F22_2都是显示帧。在帧F22_1及帧F22_2的每一个，按每一个行依次选择半导体装置100B_1至半导体装置100B_n，且对被选择的半导体装置100B进行数据写入工作、发光工作及猝灭工作。在显示帧，布线GLb_1至布线GLb_n的电位维持电位L。由此，维持在电容器C2_1至电容器C2_n的每一个中保持的晶体管M2_1至晶体管M2_n的每一个的阈值电压。

在帧F22_1及帧F22_2的每一个，首先，通过布线GLa_1及布线GLc_1被供应电位H，节点ND3_1被供应视频信号Vdata(相当于期间T24)。接着，通过布线GLa_1被供应电位L，使发光元件61_1发光(相当于期间T25)。并且，通过布线GLa_2及布线GLc_2被供应电位H，节点ND3_2被供应视频信号Vdata(相当于期间T24)。接着，通过布线GLa_2被供应电位L，使发光元件61_2发光(相当于期间T25)。通过对n行反复进行这种工作，可以使发光元件61_1至发光元件61_n的每一个发光。

另外，在帧F22_1及帧F22_2的每一个，通过布线GLa_1被供应电位H且布线GLc_1被供应电位L，停止发光元件61_1的发光(相当于期间T26)。接着，通过布线GLa_1被供应电位L且布线GLc_1被供应电位H，维持发光元件61_1的发光的停止。并且，通过布线GLa_2被供应电位H且布线GLc_2被供应电位L，停止发光元件61_2的发光(相当于期间T26)。接着，通过布线GLa_2被供应电位L且布线GLc_2被供应电位H，维持发光元件61_2的发光的停止。通过对n行反复进行这种工作，可以停止发光元件61_1至发光元件61_n的每一个的发光。

在图24所示的驱动例子中，在刚启动显示装置之后进行校正帧的帧F21，在帧F21结束之后进行显示帧的帧F22_1，在帧F22_1结束之后进行显示帧的帧F22_2。通过在显示帧开始之前执行校正帧来充分确保校正帧期间。因此，显示装置的显示质量得到提高。

另外，校正帧根据需要执行。例如，也可以每隔一定期间执行校正帧。例如，也可以每任意次数执行显示帧都执行校正帧。注意，在执行校正帧时，有可能产生显示的闪烁。另外，与校正帧期间对应地，执行显示帧的数据写入工作的频率变低。由此，校正帧期间优选短。并且，执行校正帧的间隔优选长。

注意，在此示出按每一个行依次进行校正帧期间中的Vth校正工作的一个例子，但是不局限于此。在校正帧期间，因为布线DL的电位被固定，所以既可以同时进行多个行的Vth校正工作，又可以同时进行所有行的Vth校正工作。通过同时进行多个行或所有行的Vth校正工作来缩短校正帧期间。

<驱动例子2>

图25是用来说明半导体装置100B_1至半导体装置100B_n的其他驱动例子的时序图。注意，本驱动例子是将实施方式1的驱动例子2应用于使用半导体装置100B的显示装置的驱动的例子，可以适当地参照说明。在此，主要说明本驱动例子的与实施方式1的驱动例子2不同之处。

帧F24_1及帧F24_2都是显示校正帧。在帧F24_1及帧F24_2的每一个，按每一个行依次选择半导体装置100B_1至半导体装置100B_n，且对被选择的半导体装置100B进行数据写入工作、发光工作及猝灭工作。另外，在进行猝灭工作的期间，在布线DL的电位与布线103的电位相等的情况下还进行Vth校正工作。如上所述，例如，在第p行(p为1以上且n以下的整数)的半导体装置100B_p的Vth校正工作中，在复位工作(相当于期间T21)中，晶体管M1_p、晶体管M3_p及晶体管M6_p处于开启状态，布线DL与布线103间处于导通状态(参照图18)。另外，在进行半导体装置100B_p的猝灭工作的期间，因为对p行以外的行的半导体装置100B进行数据写入工作，所以视频信号VdataX被供应到布线DL。并且，供应到布线DL的视频信号VdataX通过晶体管M1_p被供应到节点ND3_p(参照图23)。由此，优选的是，在进行猝灭工作的期间，在视频信号VdataX具有与供应到布线103的电位V0相等的电位(相当于黑显示的电位)的情况下，进行Vth校正工作。并且，优选的是，在视频信号VdataX具有与电位V0不同的电位的情况下，不进行Vth校正工作。例如，在本实施方式等中，电位V0是0V。因此，在进行猝灭工作的期间，在视频信号VdataX是0V的情况下可以进行Vth校正工作，并且在视频信号VdataX不是0V的情况下可以不进行Vth校正工作。

注意，例如，图25示出第一行及第n行的视频信号VdataX不是0V而不进行半导体装置100B_1及半导体装置100_n的Vth校正工作时的时序图，并且图25示出第二行的视频信号VdataX是0V而进行半导体装置100B_2的Vth校正工作时的时序图。

图26是说明本驱动例子的显示校正帧的工作的流程图。注意，为了简化起见，在图26中从猝灭工作开始显示校正帧的工作。另外，也可以通过在发光工作的结束后下一个显示校正帧的猝灭工作开始来反复进行显示校正帧。注意，步骤S01对应于期间T26，步骤S03对应于期间T21，步骤S04对应于期间T24，步骤S05对应于期间T25。

在步骤S01，半导体装置100B_p的猝灭工作开始，然后在步骤S02判定视频信号VdataX是否具有与电位V0相等的电位。在步骤S02的判定为YES(视频信号VdataX具有与电位V0相等的电位)的情况下，步骤S03的Vth校正工作开始，在步骤S03的结束之后进行步骤S04的数据写入工作。或者，在步骤S02的判定为NO(视频信号VdataX不具有与电位V0相等的电位)的情况下，不进行步骤S03的Vth校正工作而进行步骤S04的数据写入工作。在执行步骤S04之后执行步骤S05的发光工作，直到下一个显示校正帧的步骤S01的猝灭工作为止维持发光。

注意，在将本发明的一个方式的半导体装置100B用于显示装置的像素的情况下，例如，以n行m列(n、m各自为1以上的整数)的矩阵状配置半导体装置100B，并且各行的布线GLa、布线GLb及布线GLc与m列的半导体装置100B连接。由此，对各行的m列的所有半导体装置100B同时进行猝灭工作及Vth校正工作。因此，在向m列的每一个布线DL供应的每一个视频信号VdataX都是0V(相当于黑显示的电位)的情况下，可以进行Vth校正工作。或者，在向m列的每一个布线DL供应的每一个视频信号VdataX中的至少一个不是0V(相当于黑显示的电位)的情况下，可以不进行Vth校正工作。

在图25中，首先，通过布线GLa_1被供应电位H且布线GLc_1被供应电位L，发光元件61_1的发光停止(猝灭)。另外，通过布线GLb_1的电位维持电位L，不进行半导体装置100B_1的Vth校正工作。接着，通过布线GLa_1被供应电位L且布线GLc_1被供应电位H，维持发光元件61_1的猝灭。

并且，通过布线GLa_2被供应电位H且布线GLc_2被供应电位L，停止发光元件61_2的发光。另外，通过布线GLb_2被供应电位H，半导体装置100B_2的Vth校正工作开始(相当于期间T21)。接着，通过布线GLa_2被供应电位L且布线GLc_2被供应电位H，维持发光元件61_2的猝灭。另外，通过布线GLb_2的电位维持电位H，取得晶体管M2_2的阈值电压。

如此，例如，当在半导体装置100B_p中进行Vth校正工作时，布线GLb_p被供应电位H，当不进行Vth校正工作时，布线GLb_p的电位维持电位L。通过对n行反复进行这种工作，仅取得视频信号VdataX具有与电位V0(相当于黑显示的电位)相等的电位的行的晶体管M2的阈值电压。另外，取得晶体管M2_p的阈值电压的期间也可以为从猝灭工作的开始后至下一个显示校正帧的数据写入工作的开始前。

在图25所示的驱动例子中，进行显示校正帧的帧F24_1，在帧F24_1结束之后进行显示校正帧的帧F24_2。注意，虽然未图示，但是也可以在帧F24_2结束之后反复进行下一个显示校正帧。由此，不一定需要另行设定校正帧。因此，可以提高执行数据写入工作的频率。由此，显示装置的显示质量得到提高。

本实施方式所示的结构可以与其他实施方式及实施例所示的结构适当地组合而使用。

(实施方式3)

在本实施方式中，说明使用半导体装置100(半导体装置100A或半导体装置100B)的显示装置10的结构例子。图27A是说明显示装置10的方框图。显示装置10包括显示区域235、第一驱动电路部231及第二驱动电路部232。显示区域235包括配置为矩阵状的多个像素230。本发明的一个方式的半导体装置100也可以被用于像素230。

第一驱动电路部231所包括的电路例如被用作扫描线驱动电路。第二驱动电路部232所包括的电路例如被用作信号线驱动电路。注意，在隔着显示区域235与第一驱动电路部231相对的位置也可以设置某个电路。在隔着显示区域235与第二驱动电路部232相对的位置也可以设置某个电路。注意，在本说明书等中，有时将第一驱动电路部231及第二驱动电路部232所包括的电路总称为“外围驱动电路”。

作为外围驱动电路例如也可以使用移位寄存器、电平转换器、反相器、锁存器、模拟开关或逻辑电路等各种电路。在外围驱动电路中例如可以使用晶体管或电容元件等。

例如，也可以作为构成像素230的晶体管使用OS晶体管，且作为构成外围驱动电路的晶体管使用Si晶体管。OS晶体管的关态电流很低。由此，可以降低使用OS晶体管的像素230的功耗。Si晶体管的工作速度比OS晶体管快。由此，Si晶体管优选被用于外围驱动电路。另外，根据显示装置，也可以将OS晶体管用作构成像素230的晶体管和构成外围驱动电路的晶体管的双方。另外，根据显示装置，也可以将Si晶体管用作构成像素230的晶体管和构成外围驱动电路的晶体管的双方。另外，根据显示装置，也可以将Si晶体管用作构成像素230的晶体管，且将OS晶体管用作构成外围驱动电路的晶体管。

另外，也可以将Si晶体管和OS晶体管的双方用作构成像素230的晶体管。另外，也可以将Si晶体管和OS晶体管的双方用作构成外围驱动电路的晶体管。

另外，显示装置10包括大致平行地配置的m个布线236，且该m个布线236的电位被第一驱动电路部231所包括的电路控制。另外，显示装置10包括大致平行地配置的n个布线237，且该n个布线237的电位被第二驱动电路部232所包括的电路控制。

注意，图27A是示出布线236及布线237连接于像素230的例子的图。但是，图27A只是一个例子，连接于像素230的布线不局限于布线236及布线237。

通过将控制红色光的像素230、控制绿色光的像素230以及控制蓝色光的像素230总用作一个像素240并控制每个像素230的发光量(发光亮度)，能够实现全彩色显示的显示装置10。由此，该三个像素230分别被用作子像素。换言之，由三个子像素例如分别控制红色光、绿色光或蓝色光的发光量等(参照图27B)。此外，由三个子像素分别控制的光的颜色不局限于红色(R)、绿色(G)及蓝色(B)的组合，也可以是青色(C)、品红色(M)及黄色(Y)的组合(参照图27C)。

另外，作为构成一个像素240的三个像素230的配置方式，也可以采用Delta配置(参照图27D)。具体而言，构成一个像素240的三个像素230也可以以使像素230的每一个的中心点连接的线形成三角形的方式配置。

另外，三个子像素(像素230)的各面积也可以不同。当根据发光颜色而发光效率及可靠性等不同时，也可以按发光颜色改变三个子像素的各面积(参照图27E)。另外，例如可以将图27E所示的子像素的配置称为“S-Stripe RGB排列”等。

另外，也可以将四个子像素总用作一个像素240。例如，也可以对分别控制红色光、绿色光及蓝色光的三个子像素追加控制白色光的子像素(参照图27F)。通过追加控制白色光的子像素，能够实现提高显示区域235的亮度的显示装置10。此外，例如也可以对分别控制红色光、绿色光及蓝色光的三个子像素追加控制黄色光的子像素(参照图27G)。另外，例如也可以对分别控制青色光、品红色光及黄色光的三个子像素追加控制白色光的子像素(参照图27H)。

此外，在像素240中，通过增加用作一个像素的子像素的数量且适当地组合例如控制红色、绿色、蓝色、青色、品红色及黄色等的光的子像素而使用，可以实现提高半色调的再现性的显示装置10。因此，可以实现提高显示质量的显示装置10。

本发明的一个方式的显示装置10可以再现各种规格的色域。例如，可以再现如下规格的色域等：在电视广播中使用的PAL(Phase Alternating Line：逐行倒相)规格或NTSC(National Television System Committee：美国国家电视标准委员会)规格；在例如用于个人计算机、数码相机或打印机等电子设备的显示装置中广泛使用的sRGB(standard RGB：标准RGB)规格或Adobe RGB规格；在HDTV(High Definition Television，也被称为高清)中使用的ITU-R BT.709(International Telecommunication Union RadiocommunicationSector Broadcasting Service(Television)709：国际电信联盟无线电通信部门广播服务(电视)709)规格；在数字电影放映中使用的DCI-P3(Digital Cinema Initiatives P3：数字电影倡导联盟P3)规格；或者在UHDTV(Ultra High Definition Television，也被称为超高清)中使用的ITU-RBT.2020(REC.2020(Recommendation 2020：建议2020))规格等。

另外，例如，通过将像素240配置为1920×1080的矩阵状，可以实现能够以所谓全高清(例如，也称为“2K分辨率”、“2K1K”或“2K”等)的分辨率进行全彩色显示的显示装置10。另外，例如，通过将像素240配置为3840×2160的矩阵状，可以实现能够以所谓超高清(例如，也称为“4K分辨率”、“4K2K”或“4K”等)的分辨率进行全彩色显示的显示装置10。另外，例如，通过将像素240配置为7680×4320的矩阵状，可以实现能够以所谓超高清(例如，也称为“8K分辨率”、“8K4K”或“8K”等)的分辨率进行全彩色显示的显示装置10。另外，通过增加像素240，还可以实现能够以16K或32K的分辨率进行全彩色显示的显示装置10。

另外，显示区域235的像素密度优选为100ppi以上且10000ppi以下，更优选为1000ppi以上且10000ppi以下。例如，显示区域235的像素密度可以为2000ppi以上且6000ppi以下，也可以为3000ppi以上且5000ppi以下。

注意，显示区域235的纵横比(屏幕比)没有特别的限制。显示装置10的显示区域235例如可以对应于1：1(正方形)、4：3、16：9、16：10等各种纵横比。

另外，显示区域235的对角尺寸可以为0.1英寸以上且100英寸以下，也可以为100英寸以上。

当将显示装置10用作虚拟现实(VR：Virtual Reality)用显示装置或增强现实(AR：Augmented Reality)用显示装置时，可以将显示区域235的对角尺寸设定为0.1英寸以上且5.0英寸以下，优选为0.5英寸以上且2.0英寸以下，更优选为1英寸以上且1.7英寸以下。例如，也可以将显示区域235的对角尺寸设定为1.5英寸或1.5英寸附近。通过将显示区域235的对角尺寸设定为2.0英寸以下，优选为1.5英寸附近，可以以曝光装置(典型的是扫描装置)的一次曝光处理进行处理，所以可以提高制造工艺的生产率。

另外，也可以根据显示区域235的对角尺寸适当地选择用于显示区域235的晶体管的结构。例如，在将单晶Si晶体管用于显示区域235时，显示区域235的对角尺寸优选为0.1英寸以上且3英寸以下。另外，在将LTPS晶体管用于显示区域235时，显示区域235的对角尺寸优选为0.1英寸以上且30英寸以下，更优选为1英寸以上且30英寸以下。另外，在将LTPO(组合LTPS晶体管与OS晶体管的结构)用于显示区域235时，显示区域235的对角尺寸优选为0.1英寸以上且50英寸以下，更优选为1英寸以上且50英寸以下。另外，在将OS晶体管用于显示区域235时，显示区域235的对角尺寸优选为0.1英寸以上且200英寸以下，更优选为50英寸以上且100英寸以下。

单晶Si晶体管的尺寸是单晶Si衬底的尺寸，因此显示面板非常难以实现大型化。另外，LTPS晶体管在制造工序中使用激光晶化装置，因此难以对应于显示面板的大型化(典型的是对角尺寸为大于30英寸的屏幕尺寸)。另一方面，OS晶体管不受在制造工序中使用激光晶化装置等的限制，或者可以以较低的工艺温度(典型的是450℃以下)制造，因此还可以对应于具有较大面积(典型的是对角50英寸以上且100英寸以下)的显示面板。另外，LTPO可以用于使用LTPS晶体管时和使用OS晶体管时之间的区域的显示面板的尺寸(典型的是对角尺寸为1英寸以上且50英寸以下)。

<发光元件的结构例子>

对可用于本发明的一个方式的半导体装置的发光元件(也称为发光器件)进行说明。

如图28A所示，发光元件61在一对电极(导电层171和导电层173)间包括EL层172。EL层172例如可以由层4420、发光层4411及层4430等的多个层构成。层4420例如可以包括含有电子注入性高的物质的层(电子注入层)及含有电子传输性高的物质的层(电子传输层)等。发光层4411例如包含发光化合物。层4430例如可以包括含有空穴注入性高的物质的层(空穴注入层)及含有空穴传输性高的物质的层(空穴传输层)。

包括设置在一对电极间的层4420、发光层4411及层4430的结构可以用作单一的发光单元。在本说明书等中，将图28A的结构称为单结构。

此外，图28B是图28A所示的发光元件61所包括的EL层172的变形例子。具体而言，图28B所示的发光元件61包括导电层171上的层4430-1、层4430-1上的层4430-2、层4430-2上的发光层4411、发光层4411上的层4420-1、层4420-1上的层4420-2以及层4420-2上的导电层173。例如，在将导电层171及导电层173分别用作阳极及阴极时，层4430-1被用作空穴注入层，层4430-2被用作空穴传输层，层4420-1被用作电子传输层，层4420-2被用作电子注入层。或者，在将导电层171及导电层173分别用作阴极及阳极时，层4430-1被用作电子注入层，层4430-2被用作电子传输层，层4420-1被用作空穴传输层，层4420-2被用作空穴注入层。通过发光元件61采用这种层结构，能够向发光层4411有效地注入载流子，而提高发光层4411内的载流子的再结合效率。

此外，如图28C所示，层4420与层4430之间设置有多个发光层(发光层4411、发光层4412及发光层4413)的结构也是单结构的变形例子。

如图28D所示，多个发光单元(EL层172a及EL层172b)隔着中间层(电荷产生层)4440串联连接的结构在本说明书等中被称为串联结构或叠层结构。通过发光元件61采用串联结构，可以实现能够进行高亮度发光的发光元件61。

另外，当发光元件61具有图28D所示的串联结构时，可以使EL层172a和EL层172b的发光颜色相同。例如，EL层172a及EL层172b的发光颜色也可以都是绿色。当显示区域235包括R、G及B这三种子像素且各子像素包括发光元件时，各子像素的发光元件也可以具有串联结构。具体而言，R的子像素的EL层172a及EL层172b都包含能够发射红色光的材料。此外，G的子像素的EL层172a及EL层172b都包含能够发射绿色光的材料。此外，B的子像素的EL层172a及EL层172b都包含能够发射蓝色光的材料。换言之，发光层4411和发光层4412的材料也可以相同。在图28D所示的串联结构的发光元件61中，通过使EL层172a和EL层172b的发光颜色相同，可以降低单位发光亮度的电流密度。因此，可以提高该发光元件61的可靠性。

发光元件的发光颜色可以根据构成EL层172的材料例如为红色、绿色、蓝色、青色、品红色、黄色或白色等。另外，通过使发光元件具有微腔结构，可以进一步提高色纯度。

发光层例如也可以包含每个发光呈现R(红)、G(绿)、B(蓝)、Y(黄)或O(橙)等的两种以上的发光物质。白色发光元件优选具有发光层包含两种以上的发光物质的结构。在本发明的一个方式的发光元件中，在使用两种发光物质得到白色发光的情况下，选择各发光处于补色关系的两种发光物质即可。例如，在本发明的一个方式的发光元件中，通过使第一发光物质的发光颜色与第二发光物质的发光颜色处于补色关系，可以得到在发光元件整体上以白色发光的发光元件。此外，在本发明的一个方式的发光元件中，在使用三种以上的发光物质得到白色发光的情况下，三种以上的发光物质的各发光颜色组合而得到在发光元件整体上能够以白色发光的发光元件即可。

另外，优选的是，发光层包含两种以上的发光物质，且每个发光物质的发光包含R、G及B中的两种以上的颜色的光谱成分。

作为发光物质，例如可以举出发射荧光的物质(荧光材料)、发射磷光的物质(磷光材料)、无机化合物(例如，量子点材料等)或呈现热活化延迟荧光的物质(热活化延迟荧光(Thermally Activated Delayed Fluorescence：TADF)材料)等。此外，作为TADF材料，也可以使用单重激发态和三重激发态间处于热平衡状态的材料。这种TADF材料由于发光寿命(激发寿命)短，所以可以抑制发光元件的高亮度区域中的效率降低。

<发光元件的形成方法>

以下说明发光元件61的形成方法的一个例子。

图29A是发光元件61的俯视示意图。发光元件61包括呈现红色的多个发光元件61R、呈现绿色的多个发光元件61G及呈现蓝色的多个发光元件61B。在图29A中为了便于区别各发光元件，在各发光元件的发光区域内附上符号“R”、“G”、“B”。此外，也可以将图29A所示的发光元件61的结构称为SBS(Side By Side)结构。另外，图29A示出具有红色(R)、绿色(G)及蓝色(B)这三个颜色的发光元件61的结构作为一个例子，但不局限于此。例如，本发明的一个方式也可以采用具有四个以上的颜色的发光元件61的结构。

发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B都排列为矩阵状。图29A示出所谓的条纹排列，即在一个方向上排列同一个颜色的发光元件的排列，但是，发光元件的排列方法不局限于此。作为发光元件的排列方法，例如可以采用delta排列、zigzag排列、S-Stripe RGB排列或pentile排列等。

作为发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B，例如优选使用OLED(OrganicLight Emitting Diode：有机发光二极管)或QOLED(Quantum-dot Organic LightEmitting Diode：量子点有机发光二极管)等有机EL器件。作为EL元件所包含的发光物质，例如可以举出发射荧光的物质(荧光材料)、发射磷光的物质(磷光材料)、无机化合物(例如，量子点材料等)或呈现热活化延迟荧光的物质(热活化延迟荧光(Thermally activateddelayed fluorescence：TADF)材料)等。

图29B为对应于图29A中的点划线A1-A2的截面示意图。图29B示出发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B的截面。发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B都设置在绝缘层363上。发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B包括被用作像素电极的导电层171及被用作公共电极的导电层173。作为绝缘层363，可以使用无机绝缘膜和有机绝缘膜中的一方或双方。作为绝缘层363，优选使用无机绝缘膜。作为无机绝缘膜，例如可以举出氧化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化硅膜、氧化铝膜、氧氮化铝膜或氧化铪膜等氧化物绝缘膜或氮化物绝缘膜。

发光元件61R在被用作像素电极的导电层171与被用作公共电极的导电层173之间包括EL层172R。EL层172R包含发射至少在红色波长区域具有强度的光的发光性有机化合物。发光元件61G中的EL层172G包含发射至少在绿色波长区域具有强度的光的发光性有机化合物。发光元件61B中的EL层172B包含发射至少在蓝色波长区域具有强度的光的发光性有机化合物。

除了包含发光性有机化合物的层(发光层)以外，EL层172R、EL层172G及EL层172B各自还可以包括电子注入层、电子传输层、空穴注入层及空穴传输层中的一个以上。

每个发光元件都设置有被用作像素电极的导电层171。另外，被用作公共电极的导电层173为各发光元件共同使用的一连续的层。被用作像素电极的导电层171和被用作公共电极的导电层173中的任一个使用对可见光具有透光性的导电膜，另一个使用具有反射性的导电膜。在本发明的一个方式的显示装置中，通过使被用作像素电极的导电层171具有透光性且使被用作公共电极的导电层173具有反射性，可以制造底面发射型(底部发射结构)显示装置。或者，在本发明的一个方式的显示装置中，通过使被用作像素电极的导电层171具有反射性且使被用作公共电极的导电层173具有透光性，可以制造顶面发射型(顶部发射结构)显示装置。注意，在本发明的一个方式的显示装置中，通过使被用作像素电极的导电层171和被用作公共电极的导电层173都具有透光性，也可以制造双面发射型(双面发射结构)显示装置。

例如，在发光元件61R具有顶部发射结构时，来自发光元件61R的光175R被发射到导电层173一侧。在发光元件61G具有顶部发射结构时，来自发光元件61G的光175G被发射到导电层173一侧。在发光元件61B具有顶部发射结构时，来自发光元件61B的光175B被发射到导电层173一侧。

以覆盖被用作像素电极的导电层171的端部的方式设置绝缘层272。绝缘层272的端部优选为锥形形状。绝缘层272可以使用与可用于绝缘层363的材料同样的材料。

绝缘层272是为了防止相邻的发光元件61之间非意图地电短路并从发光元件61非意图地发光而设置的。此外，绝缘层272还具有当使用金属掩模形成EL层172时不使金属掩模与导电层171接触的功能。

EL层172R、EL层172G及EL层172B各自包括与被用作像素电极的导电层171的顶面接触的区域以及与绝缘层272的表面接触的区域。另外，EL层172R、EL层172G及EL层172B的端部位于绝缘层272上。

如图29B所示，在呈现不同两个颜色的发光元件的EL层之间设置间隙。如此，优选以互不接触的方式设置EL层172R、EL层172G及EL层172B。由此，可以适当地防止电流流过相邻的两个EL层而产生非意图性发光(也称为串扰)。因此，本发明的一个方式可以提高对比度并实现显示质量高的显示装置。

例如，可以利用使用金属掩模等遮蔽掩模的真空蒸镀法等分开形成EL层172R、EL层172G及EL层172B。另外，也可以通过光刻法分开形成上述EL层。通过利用光刻法，本发明的一个方式可以实现在使用金属掩模时难以实现的高清晰度的显示装置。

注意，在本说明书等中，有时将使用金属掩模或FMM(Fine Metal Mask，高精细金属掩模)制造的器件称为MM(Metal Mask)结构的器件。另外，在本说明书等中，有时将不使用金属掩模或FMM制造的器件称为MML(Metal Mask Less)结构的器件。MML结构的显示装置由于不使用金属掩模制造，因此其像素配置及像素形状等的设计自由度比MM结构的显示装置高。

以覆盖发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B的方式在被用作公共电极的导电层173上设置保护层271。保护层271具有防止水等杂质从上方扩散到各发光元件的功能。

保护层271例如可以采用至少包括无机绝缘膜的单层结构或叠层结构。作为无机绝缘膜，例如可以举出氧化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化硅膜、氧化铝膜、氧氮化铝膜或氧化铪膜等氧化物膜或氮化物膜。另外，作为保护层271例如也可以使用铟镓氧化物或铟镓锌氧化物(IGZO)等半导体材料。另外，保护层271例如利用ALD法、CVD法或溅射法形成即可。注意，在此例示出保护层271包括无机绝缘膜的结构，但不局限于此。例如，保护层271也可以具有无机绝缘膜和有机绝缘膜的叠层结构。

在本说明书中，氮氧化物是指氮含量大于氧含量的化合物。另外，氧氮化物是指氧含量大于氮含量的化合物。此外，例如可以使用卢瑟福背散射光谱学法(RBS：RutherfordBackscattering Spectrometry)等来测定各元素的含量。

当保护层271使用铟镓锌氧化物时，可以利用湿蚀刻法或干蚀刻法进行加工。例如，当保护层271使用IGZO时，可以使用草酸、磷酸或混合药液(例如，磷酸、醋酸、硝酸和水的混合药液(也称为混合酸铝蚀刻液))等药液进行加工。该混合酸铝蚀刻液可以以磷酸：醋酸：硝酸：水＝53.3：6.7：3.3：36.7附近的体积比进行配制。

图29C示出与上述结构不同的例子。具体而言，在图29C中，发光元件61包括呈现白色光的发光元件61W。发光元件61W在被用作像素电极的导电层171与被用作公共电极的导电层173之间包括呈现白色光的EL层172W。

作为EL层172W，例如可以采用层叠有以各自的发光颜色成为补色关系的方式选择的两个发光层的结构。另外，也可以使用在发光层之间夹着电荷产生层的叠层型EL层。

图29C并列地示出三个发光元件61W。左边的发光元件61W的上部设置有着色层264R。着色层264R被用作使红色光透过的带通滤光片。同样地，中间的发光元件61W的上部设置有使绿色光透过的着色层264G。同样地，右边的发光元件61W的上部设置有使蓝色光透过的着色层264B。由此，可以使显示装置显示彩色图像。

在此，在相邻的两个发光元件61W之间，EL层172W及被用作公共电极的导电层173彼此分开。由此，可以防止在相邻的两个发光元件61W中电流通过EL层172W流过而产生非意图性发光。特别是在作为EL层172W使用两个发光层之间设有电荷产生层的叠层型EL层时具有如下问题：在使用该EL层的显示装置中，当清晰度越高，即相邻的像素间的距离越小时，串扰的影响越明显，而对比度降低。因此，通过采用这种结构，本发明的一个方式可以实现兼具高清晰度和高对比度的显示装置。

优选利用光刻法分开EL层172W及被用作公共电极的导电层173。由此，可以缩小发光元件之间的间隙。因此，例如与使用金属掩模等遮蔽掩模时相比，本发明的一个方式可以实现具有高开口率的显示装置。

注意，当在本发明的一个方式的显示装置中使用底部发射结构的发光元件时，在被用作像素电极的导电层171与绝缘层363之间设置着色层即可。

图29D示出与上述结构不同的例子。具体而言，在图29D中，发光元件61R、发光元件61G与发光元件61B之间没有设置绝缘层272。通过采用该结构，本发明的一个方式的显示装置可以实现较高的开口率。另外，在本发明的一个方式的显示装置中，由于不设置绝缘层272而减小发光元件61的凹凸，所以可以实现视角得到提高的显示装置。具体而言，通过使用本发明的一个方式的显示装置，可以将视角设为150°以上且小于180°，优选为160°以上且小于180°，更优选为160°以上且小于180°。

另外，保护层271覆盖EL层172R、EL层172G及EL层172B的侧面。通过采用该结构，本发明的一个方式可以抑制有可能从EL层172R、EL层172G及EL层172B的侧面进入的杂质(典型的是水等)。因此，相邻的发光元件61之间的泄漏电流得到降低。所以，本发明的一个方式的显示装置的彩度及对比度得到提高且功耗得到降低。

另外，在图29D所示的结构中，导电层171、EL层172R及导电层173的顶面形状大致一致。这种结构可以在形成导电层171、EL层172R及导电层173之后例如利用抗蚀剂掩模等一齐形成。这种工艺由于将导电层173用作掩模对EL层172R及导电层173进行加工，因此也可以被称为自对准构图。注意，在此对EL层172R进行说明，但EL层172G及EL层172B也可以采用同样的结构。

另外，在图29D中，保护层271上还设置有保护层273。例如，可以通过利用能够沉积覆盖性较高的膜的装置(典型的是ALD装置等)形成保护层271且利用沉积其覆盖性比保护层271低的膜的装置(典型的是溅射装置等)形成保护层273。通过形成保护层271及保护层273，可以在保护层271与保护层273之间设置区域275。换言之，区域275位于EL层172R与EL层172G之间以及EL层172G与EL层172B之间。

区域275例如包含选自空气、氮、氧、二氧化碳和第18族元素(典型的为氦、氖、氩、氙及氪等)中的任一个或多个。另外，区域275有时例如包含在沉积保护层273时使用的气体。例如，在利用溅射法沉积保护层273时，区域275有时包含上述第18族元素中的任一个或多个。注意，在区域275包含气体时，该气体例如可以利用气相层析法等进行识别。此外，在利用溅射法沉积保护层273时，保护层273的膜中也有时包含在进行溅射时使用的气体。在此情况下，例如，当利用能量分散型X射线分析(EDX分析)等分析保护层273时有时检测出氩等元素。

另外，在区域275的折射率比保护层271的折射率低时，EL层172R、EL层172G或EL层172B所发射的光在保护层271与区域275的界面反射。由此，有时可以抑制EL层172R、EL层172G或EL层172B所发射的光入射到相邻的像素。由此，可以抑制从相邻的像素混入不同发光颜色，而可以提高显示装置的显示质量。

此外，在采用图29D所示的结构时，可以使发光元件61R与发光元件61G间的区域或者发光元件61G与发光元件61B间的区域(以下，简单地称为发光元件间的距离)变窄。具体而言，可以将发光元件间的距离设为1μm以下，优选为500nm以下，更优选为200nm以下、100nm以下、90nm以下、70nm以下、50nm以下、30nm以下、20nm以下、15nm以下或者10nm以下。换言之，图29D所示的结构具有EL层172R的侧面与EL层172G的侧面的间隔或者EL层172G的侧面与EL层172B的侧面的间隔为1μm以下的区域，优选为0.5μm(500nm)以下的区域，更优选为100nm以下的区域。

另外，在图29D所示的结构中，例如，在区域275包含气体时，可以在进行发光元件间的元件分离的同时抑制来自各发光元件的光的混合或串扰等。

另外，区域275也可以被填充剂填充。作为填充剂，例如可以举出环氧树脂、丙烯酸树脂、硅酮树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、酰亚胺树脂、PVC(聚氯乙烯)树脂、PVB(聚乙烯醇缩丁醛)树脂或EVA(乙烯-乙酸乙烯酯)树脂等。另外，作为填充剂也可以使用光致抗蚀剂。被用作填充剂的光致抗蚀剂既可以是正型光致抗蚀剂，又可以是负型光致抗蚀剂。

此外，在对上述白色发光器件(单结构或串联结构)和SBS结构的发光器件进行比较的情况下，可以使SBS结构的发光器件的功耗比白色发光器件低。因此，在本发明的一个方式的显示装置中，当想要降低功耗时，优选采用SBS结构的发光器件。另一方面，白色发光器件的制造工艺比SBS结构的发光器件简单。由此，在本发明的一个方式的显示装置中，通过适当地使用白色发光器件，可以降低制造成本或者提高制造成品率。

图30A示出与上述结构不同的例子。具体而言，图30A所示的结构的与图29D所示的结构不同之处在于绝缘层363的结构。在对发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B进行加工时绝缘层363的顶面的一部分被削掉而具有凹部。该凹部中形成保护层271。换言之，在图30A所示的结构中，在从截面看时具有保护层271的底面位于导电层171的底面的下方的区域。在图30A所示的结构中，通过具有该区域，可以适当地抑制可从下方进入到发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B的杂质(典型的是水等)。此外，上述凹部可在通过湿蚀刻等去除可在发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B的加工中附着于各发光元件的侧面的杂质(也称为残渣物)时形成。通过在去除上述残渣物之后以保护层271覆盖各发光元件的侧面，本发明的一个方式的显示装置可以为可靠性高的显示装置。

图30B示出与上述结构不同的例子。具体而言，图30B所示的结构除了图30A所示的结构之外还包括绝缘层276及微透镜阵列277。绝缘层276被用作粘合层。另外，在绝缘层276的折射率比微透镜阵列277的折射率低时，微透镜阵列277可以聚集发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B所发射的光。由此，在图30B所示的结构中，可以提高显示装置的光提取效率。尤其在用户从显示装置的显示面的正面看该显示面时，可以看到明亮的图像，所以这是优选的。此外，作为绝缘层276，例如可以使用紫外线固化粘合剂等光固化粘合剂、反应固化粘合剂、热固化粘合剂或厌氧粘合剂等各种固化粘合剂。作为这些粘合剂，例如可以举出环氧树脂、丙烯酸树脂、硅酮树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、酰亚胺树脂、PVC(聚氯乙烯)树脂、PVB(聚乙烯醇缩丁醛)树脂或EVA(乙烯-乙酸乙烯酯)树脂等。尤其是，例如优选使用环氧树脂等透湿性低的材料。此外，也可以使用两液混合型树脂。此外，例如也可以使用粘合薄片等。

图30C示出与上述结构不同的例子。具体而言，图30C所示的结构包括三个发光元件61W而代替图30A所示的结构中的发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B。另外，图30C所示的结构在三个发光元件61W的上方包括绝缘层276。另外，图30C所示的结构在绝缘层276的上方包括着色层264R、着色层264G及着色层264B。具体而言，重叠于左侧的发光元件61W的位置上设置有透过红色光的着色层264R。另外，重叠于中央的发光元件61W的位置上设置有透过绿色光的着色层264G。另外，重叠于右侧的发光元件61W的位置上设置有透过蓝色光的着色层264B。由此，显示装置可以显示彩色图像。注意，图30C所示的结构也是图29C所示的结构的变形例子。

图30D示出与上述结构不同的例子。具体而言，在图30D所示的结构中，保护层271以相邻于导电层171及EL层172的侧面的方式设置。另外，导电层173设置为各发光元件共同使用的一连续的层。另外，在图30D所示的结构中，区域275优选被填充剂填充。

通过使本发明的一个方式的发光元件61具有光学微腔谐振器(微腔)结构，可以提高发光颜色的色纯度。在使发光元件61具有微腔结构时，该发光元件61被构成为将导电层171与导电层173间的距离d和EL层172的折射率n的积(光学距离)设定为波长λ的二分之一的m倍(m为1以上的整数)，即可。距离d可以由算式1求出。

d＝m×λ/(2×n)(算式1)。

根据算式1，在微腔结构的发光元件61中基于所发射的光的波长(发光颜色)来决定距离d。距离d相当于EL层172的厚度。因此，EL层172G有时以比EL层172B厚的方式设置，并且EL层172R有时以比EL层172G厚的方式设置。

注意，严格地说，距离d是被用作反射电极的导电层171中的反射区域至被用作半透射-半反射电极的导电层173中的反射区域的距离。例如，在导电层171是银与透明导电膜的ITO的叠层且ITO位于EL层172一侧的情况下，通过调整ITO的厚度可以设定对应于发光颜色的距离d。就是说，即使EL层172R、EL层172G及EL层172B的厚度都相同，也通过改变该ITO的厚度可以得到适合于发光颜色的距离d。

然而，有时难以严格地决定导电层171及导电层173中的反射区域的位置。此时，该发光元件61通过将导电层171及导电层173中的任意位置假设为反射区域可以充分得到微腔效应。

发光元件61例如由空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层或电子注入层等构成。将在其他实施方式中说明发光元件61的详细的结构例子。为了提高微腔结构的光提取效率，优选将被用作反射电极的导电层171至发光层的光学距离设为λ/4的奇数倍。为了实现该光学距离，优选调整构成发光元件61的各层的厚度。

另外，在从导电层173一侧发射光时，导电层173的光反射率优选比光透过率高。导电层173的光透射率优选为2％以上且50％以下，更优选为2％以上且30％以下，进一步优选为2％以上且10％以下。通过降低导电层173的光透过率(提高光反射率)，可以提高微腔效应。

图31A示出与上述结构不同的例子。具体而言，在图31A所示的结构中，在各发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B中EL层172都超过导电层171的端部延伸。例如，在发光元件61R中EL层172R超过导电层171的端部延伸。另外，在发光元件61G中EL层172G超过导电层171的端部延伸。另外，在发光元件61B中EL层172B超过导电层171的端部延伸。

另外，在各发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B中，EL层172和保护层271具有隔着绝缘层270重叠的区域。另外，在相邻的发光元件61之间的区域中，绝缘层278设置在保护层271上。

作为绝缘层278，例如可以举出环氧树脂、丙烯酸树脂、硅酮树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、酰亚胺树脂、PVC(聚氯乙烯)树脂、PVB(聚乙烯醇缩丁醛)树脂或EVA(乙烯-乙酸乙烯酯)树脂等。另外，作为绝缘层278也可以使用光致抗蚀剂。被用作绝缘层278的光致抗蚀剂既可以是正型光致抗蚀剂，又可以是负型光致抗蚀剂。

发光元件61R、发光元件61G、发光元件61B及绝缘层278上设置有公共层174。公共层174上设置有导电层173。公共层174具有接触于EL层172R的区域、接触于EL层172G的区域以及接触于EL层172B的区域。发光元件61R、发光元件61G和发光元件61B共同使用公共层174。

作为公共层174可以采用空穴注入层、空穴传输层、空穴阻挡层、电子阻挡层、电子传输层和电子注入层中的一个以上。例如，公共层174也可以是载流子注入层(空穴注入层或电子注入层)。另外，公共层174也可以说是EL层172的一部分。此外，根据需要设置公共层174即可。当设置公共层174时，作为EL层172所包括的层也可以不设置具有与公共层174相同的功能的层。

保护层273设置在导电层173上。绝缘层276设置在保护层273上。

图31B示出与上述结构不同的例子。具体而言，图31B所示的结构包括三个发光元件61W而代替图31A所示的结构中的发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B。另外，图31B所示的结构在三个发光元件61W的上方包括绝缘层276。另外，图31B所示的结构在绝缘层276的上方包括着色层264R、着色层264G及着色层264B。具体而言，重叠于左侧的发光元件61W的位置上设置有透过红色光的着色层264R。另外，重叠于中央的发光元件61W的位置上设置有透过绿色光的着色层264G。另外，重叠于右侧的发光元件61W的位置上设置有透过蓝色光的着色层264B。由此，显示装置可以显示彩色图像。注意，图31B所示的结构也是图30C所示的结构的变形例子。

图32A是显示装置10的立体图。图32A所示的显示装置10包括与层50重叠的层60。层50包括配置为矩阵状的多个像素电路51、第一驱动电路部231、第二驱动电路部232及输入输出端子部29。层60包括配置为矩阵状的多个发光元件61。

一个像素电路51与一个发光元件61通过彼此电连接来被用作一个像素230。因此，层50所包括的多个像素电路51与层60所包括的多个发光元件61彼此重叠的区域被用作显示区域235。

显示装置10的工作所需要的功率及信号等通过输入输出端子部29被供应到显示装置10。在图32A所示的显示装置10中，可以通过相同工序形成外围驱动电路所包括的晶体管和像素230所包括的晶体管。

另外，如图32B所示，显示装置10也可以重叠地设置层40、层50及层60。在图32B所示的显示装置10中，层50设置有配置为矩阵状的多个像素电路51，并且层40设置有第一驱动电路部231及第二驱动电路部232。在图32B所示的显示装置10中，通过在与像素电路51不同的层中设置第一驱动电路部231和第二驱动电路部232，可以使显示区域235周围的边框窄，由此可以扩大显示区域235的占有面积。

图32B所示的显示装置10可以通过扩大显示区域235的占有面积来提高分辨率。或者，在显示区域235的分辨率固定的情况下，因为图32B所示的显示装置10可以扩大每一个像素的占有面积，所以可以提高发光亮度。另外，由于扩大每一个像素的占有面积，可以提高相对于一个像素的占有面积的发光面积的比率(也称为“开口率”)。例如，可以使像素的开口率为40％以上且小于100％，优选为50％以上且95％以下，更优选为60％以上且95％以下。另外，由于扩大每一个像素的占有面积，可以降低供应到发光元件61的电流密度。因此，对发光元件61施加的负载得到减轻。由此，可以提高半导体装置100的可靠性。因此，可以提高包括半导体装置100的显示装置10的可靠性。

通过层叠显示区域235和外围驱动电路等，可以缩短电连接它们的布线。因此，减少布线电阻及寄生电容。由此，可以提高半导体装置100的工作速度。另外，降低半导体装置100的功耗。

另外，层40除了外围驱动电路之外还可以包括CPU23(Central Processing Unit：中央处理器)、GPU24(Graphics Processing Unit：图形处理器)及存储电路部25。在本实施方式等中，有时将外围驱动电路、CPU23、GPU24及存储电路部25总称为“功能电路”。

例如，CPU23具有根据储存在存储电路部25中的程序控制设置在GPU24及层40中的电路的工作的功能。GPU24具有进行用来形成图像数据的运算处理的功能。另外，GPU24可以并行进行大量行列运算(积和运算)，所以例如可以高速地进行使用神经网络的运算处理。GPU24例如具有使用储存在存储电路部25中的校正数据对图像数据进行校正的功能。例如，GPU24具有生成将亮度、颜色及对比度等中的一个以上校正后的图像数据的功能。

显示装置10也可以使用GPU24进行图像数据的上转换或下转换。此外，在显示装置10中，层40也可以设置有超分辨率电路。超分辨率电路具有将显示区域235中的任意像素的电位使用该像素周围的像素的电位和权重的积和运算而决定的功能。超分辨率电路具有对分辨率比显示区域235低的图像数据进行上转换的功能。另外，超分辨率电路具有对分辨率比显示区域235高的图像数据进行下转换的功能。

显示装置10由于包括超分辨率电路可以降低GPU24的负载。例如，使用GPU24进行到2K分辨率(或4K分辨率)的处理，并且使用超分辨率电路上转换为4K分辨率(或8K分辨率)，由此可以降低GPU24的负载。下转换也可以同样地进行。

注意，层40所包括的功能电路既可以不包括这些构成要素的全部，又可以包括其他的构成要素。例如，也可以包括生成多个不同电位的电位生成电路及分别控制显示装置10的各电路的供电或停止供电的电源管理电路等中的一个以上。

可以按构成CPU23的各电路进行供电或停止供电。例如，关于在构成CPU23的电路中判断为暂时不使用的电路，停止供电且在需要时再次开始供电，由此可以降低该CPU23的功耗。将再次开始供电时需要的数据在该电路停止之前例如储存在CPU23中的存储电路或存储电路部25等即可。通过将在该电路恢复时需要的数据例如储存在CPU23中的存储电路或存储电路部25等，可以实现停止的该电路的快速恢复。此外，在CPU23中，也可以停止供应时钟信号来停止电路工作。

另外，功能电路例如也可以包括DSP电路、传感器电路、通信电路和FPGA(FieldProgrammable Gate Array：现场可编程门阵)等中的一个以上。

可以将构成层40所包括的功能电路的晶体管的一部分设置在层50中。另外，可以将构成层50所包括的像素电路51的晶体管的一部分设置在层40中。因此，功能电路也可以包括Si晶体管及OS晶体管。另外，像素电路51也可以包括Si晶体管及OS晶体管。

图33是图32A所示的显示装置10的一部分的截面结构例子。图33所示的显示装置10包括具有衬底301、电容器246及晶体管310的层50及具有发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B的层60。层60设置在层50所包括的绝缘层363上。

晶体管310是在衬底301中具有沟道形成区域的晶体管。作为衬底301，例如可以使用如单晶硅衬底等半导体衬底。晶体管310包括衬底301的一部分、导电层311、低电阻区域312、绝缘层313及绝缘层314。导电层311被用作栅电极。绝缘层313位于衬底301与导电层311之间，并被用作栅极绝缘层。低电阻区域312是衬底301中掺杂有杂质的区域，并被用作源极和漏极中的一个。绝缘层314覆盖导电层311的侧面，并被用作绝缘层。

在相邻的两个晶体管310之间，以嵌入衬底301的方式设置有元件分离层315。

以覆盖晶体管310的方式设置有绝缘层261。电容器246设置在绝缘层261上。

电容器246包括导电层241、导电层245及位于它们之间的绝缘层243。导电层241被用作电容器246的一个电极。导电层245被用作电容器246的另一个电极。绝缘层243被用作电容器246的介电质。

导电层241设置在绝缘层261上，并嵌入绝缘层254中。导电层241通过嵌入绝缘层261中的插头266与晶体管310的源极和漏极中的一个电连接。绝缘层243覆盖导电层241而设置。导电层245设置在隔着绝缘层243与导电层241重叠的区域中。

以覆盖电容器246的方式设置有绝缘层255。绝缘层363设置在绝缘层255上。发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B设置在绝缘层363上。保护层415设置在发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B上。在保护层415的顶面隔着树脂层419设置有衬底420。

发光元件的像素电极通过嵌入于绝缘层243、绝缘层255及绝缘层363的插头256、嵌入于绝缘层254的导电层241以及嵌入于绝缘层261的插头266与晶体管310的源极和漏极中的一个电连接。

图34是图33所示的截面结构例子的变形例子。图34所示的显示装置10的截面结构例子与图33所示的截面结构例子的主要不同之处在于包括晶体管320而代替晶体管310。注意，有时省略与图33同样的部分的说明。

晶体管320是在形成沟道的半导体层中使用金属氧化物(也称为氧化物半导体)的晶体管。

晶体管320包括半导体层321、绝缘层323、导电层324、一对导电层325、绝缘层326及导电层327。

作为衬底331，可以使用绝缘性衬底或半导体衬底。

衬底331上设置有绝缘层332。绝缘层332被用作阻挡层，该阻挡层防止水或氢等杂质从衬底331扩散到晶体管320且防止氧从半导体层321向绝缘层332一侧脱离。作为绝缘层332，可以使用与氧化硅膜相比氢或氧不容易扩散的膜。例如，绝缘层332可以使用氧化铝膜、氧化铪膜或氮化硅膜等。

导电层327设置在绝缘层332上。以覆盖导电层327的方式设置有绝缘层326。导电层327被用作晶体管320的第一栅电极。绝缘层326的一部分被用作第一栅极绝缘层。绝缘层326中的至少接触半导体层321的部分优选使用氧化硅膜等氧化物绝缘膜。绝缘层326的顶面优选被平坦化。

半导体层321设置在绝缘层326上。半导体层321优选含有具有半导体特性的金属氧化物(也称为氧化物半导体)膜。关于可以用于半导体层321的材料将在后面详细描述。

一对导电层325接触于半导体层321上并用作源电极及漏电极。

以覆盖一对导电层325的顶面及侧面以及半导体层321的侧面等的方式设置有绝缘层328。绝缘层328上设置有绝缘层264。绝缘层328被用作阻挡层，该阻挡层防止水或氢等杂质从绝缘层264等扩散到半导体层321以及氧从半导体层321脱离。作为绝缘层328，可以使用与上述绝缘层332同样的绝缘膜。

绝缘层328及绝缘层264中设置有到达半导体层321的开口。该开口内部嵌入有接触于绝缘层264、绝缘层328及导电层325的侧面以及半导体层321的顶面的绝缘层323以及导电层324。导电层324被用作第二栅电极。绝缘层323被用作第二栅极绝缘层。

以其高度大致一致的方式对导电层324的顶面、绝缘层323的顶面及绝缘层264的顶面进行平坦化处理。并且，以覆盖它们的方式设置有绝缘层329及绝缘层265。

绝缘层264及绝缘层265被用作层间绝缘层。绝缘层329被用作阻挡层，该阻挡层防止水或氢等杂质从绝缘层265等扩散到晶体管320。绝缘层329可以使用与上述绝缘层328及绝缘层332同样的绝缘膜。

与一对导电层325中的一方电连接的插头274嵌入绝缘层265、绝缘层329及绝缘层264。在此，插头274优选具有覆盖绝缘层265、绝缘层329、绝缘层264及绝缘层328各自的开口的侧面及导电层325的顶面的一部分的导电层274a以及与导电层274a的顶面接触的导电层274b。此时，作为导电层274a，优选使用不容易扩散氢及氧的导电材料。

图35是图32B所示的显示装置10的一部分的截面结构例子。在图35所示的显示装置10中，层叠有沟道形成在层40所包括的衬底301A中的晶体管310A及沟道形成在层50所包括的衬底301B中的晶体管310B。衬底301A可以使用与衬底301同样的材料。

在图35所示的显示装置10中，贴合设置有发光元件61的层60、设置有衬底301B、晶体管310B及电容器246的层50以及设置有衬底301A及晶体管310A的层40。

衬底301B设置有贯通衬底301B的插头343。插头343被用作硅穿孔电极(TSV：Through Silicon Via)。插头343与设置在衬底301B的背面(与衬底420一侧相反一侧的表面)的导电层342电连接。导电层341设置在衬底301A的绝缘层261上。

通过使导电层341与导电层342接合，层40与层50电连接。

作为导电层341及导电层342优选使用相同的导电材料。例如，可以使用包含选自Al、Cr、Cu、Ta、Sn、Zn、Au、Ag、Pt、Ti、Mo及W中的元素的金属膜或以上述元素为成分的金属氮化物膜(氮化钛膜、氮化钼膜或氮化钨膜)等。尤其优选的是，作为导电层341及导电层342使用铜。由此，为了接合导电层341与导电层342，可以采用Cu-Cu(铜-铜)直接接合技术(通过彼此连接Cu(铜)的焊盘来进行电导通的技术)。此外，也可以通过凸块将导电层341和导电层342接合。

图36是图35所示的截面结构例子的变形例子。在图36所示的显示装置10的截面结构例子中，层叠有沟道形成在衬底301A中的晶体管310A及在形成沟道的半导体层中含有金属氧化物的晶体管320。注意，有时省略与图33至图35同样的部分的说明。

图36所示的层50具有从图34所示的层50去除衬底331的结构。在图36所示的层40中，以覆盖晶体管310A的方式设置有绝缘层261。导电层251设置在绝缘层261上。以覆盖导电层251的方式设置有绝缘层262。导电层252设置在绝缘层262上。导电层251及导电层252各自被用作布线。以覆盖导电层252的方式设置有绝缘层263及绝缘层332。晶体管320设置在绝缘层332上。以覆盖晶体管320的方式设置有绝缘层265。电容器246设置在绝缘层265上。电容器246与晶体管320通过插头274电连接。层50与层40所包括的绝缘层263重叠地设置。

晶体管320可以被用作构成像素电路51的晶体管。晶体管310可以被用作构成像素电路51的晶体管或构成外围驱动电路的晶体管。晶体管310及晶体管320例如可以被用作构成运算电路或存储电路等功能电路的晶体管。

在图36所示的显示装置10中，通过具有这种结构，在包括发光元件61的层60的正下除了像素电路51之外还可以形成外围驱动电路等。因此，与在显示区域的周边设置驱动电路的情况相比，可以实现显示装置的小型化。

本实施方式所示的结构可以与其他实施方式及实施例所示的结构适当地组合而使用。

(实施方式4)

在本实施方式中，说明可以用于本发明的一个方式的半导体装置的晶体管。

<晶体管的结构例子>

图37A、图37B及图37C是可以用于本发明的一个方式的半导体装置的晶体管500的俯视图及截面图。可以将晶体管500应用于本发明的一个方式的半导体装置。

图37A是晶体管500的俯视图。此外，图37B及图37C是晶体管500的截面图。在此，图37B是沿着图37A中的点划线A1-A2的截面图。该截面图相当于晶体管500的沟道长度方向上的截面图。图37C是沿着图37A中的点划线A3-A4的截面图。该截面图相当于晶体管500的沟道宽度方向上的截面图。注意，为了容易理解，在图37A的俯视图中省略部分构成要素。

如图37所示，晶体管500包括：配置在衬底(未图示)上的金属氧化物531a；配置在金属氧化物531a上的金属氧化物531b；配置在金属氧化物531b上的相互分离的导电体542a及导电体542b；配置在导电体542a及导电体542b上并形成有导电体542a与导电体542b之间的开口的绝缘体580；配置在开口中的导电体560；配置在金属氧化物531b、导电体542a、导电体542b以及绝缘体580与导电体560之间的绝缘体550；以及配置在金属氧化物531b、导电体542a、导电体542b以及绝缘体580与绝缘体550之间的金属氧化物531c。在此，如图37B和图37C所示，导电体560的顶面优选与绝缘体550、绝缘体554、金属氧化物531c以及绝缘体580的顶面大致对齐。以下，金属氧化物531a、金属氧化物531b以及金属氧化物531c有时被统称为金属氧化物531。此外，导电体542a及导电体542b有时被统称为导电体542。

在图37所示的晶体管500中，导电体542a及导电体542b的位于导电体560一侧的侧面具有大致垂直的形状。此外，晶体管500不局限于此。在晶体管500中，导电体542a及导电体542b的侧面和底面所形成的角度也可以为10°以上且80°以下，优选为30°以上且60°以下。此外，导电体542a和导电体542b的相对的侧面也可以具有多个面。

如图37所示，在晶体管500中，优选绝缘体524、金属氧化物531a、金属氧化物531b、导电体542a、导电体542b及金属氧化物531c与绝缘体580之间配置有绝缘体554。在此，如图37B及图37C所示，绝缘体554优选与金属氧化物531c的侧面、导电体542a的顶面及侧面、导电体542b的顶面及侧面、金属氧化物531a及金属氧化物531b的侧面以及绝缘体524的顶面接触。

注意，在图37所示的晶体管500中，在形成沟道的区域(以下也称为沟道形成区域)及其附近，金属氧化物531具有层叠有金属氧化物531a、金属氧化物531b及金属氧化物531c的三层的结构，但是本发明的一个方式不局限于此。例如，作为金属氧化物531可以具有金属氧化物531b与金属氧化物531c的两层结构或者四层以上的叠层结构。此外，在图37所示的晶体管500中，导电体560具有两层结构，但是本发明的一个方式不局限于此。例如，导电体560也可以具有单层结构或三层以上的叠层结构。此外，例如，在金属氧化物531中，金属氧化物531a、金属氧化物531b以及金属氧化物531c也可以各自具有两层以上的叠层结构。

例如，在金属氧化物531c具有由第一金属氧化物和第一金属氧化物上的第二金属氧化物构成的叠层结构的情况下，优选的是，第一金属氧化物具有与金属氧化物531b同样的组成，而第二金属氧化物具有与金属氧化物531a同样的组成。

在此，导电体560被用作晶体管的栅电极。另外，导电体542a及导电体542b各被用作晶体管的源电极或漏电极。如上所述，导电体560以嵌入绝缘体580的开口及被夹在导电体542a与导电体542b之间的区域中的方式形成。在此，导电体560、导电体542a及导电体542b的配置相对于绝缘体580的开口自对准地被选择。也就是说，在本发明的一个方式中，在晶体管500中，栅电极可以自对准地配置在源电极与漏电极之间。由此，可以以不设置用于对准的余地的方式形成导电体560。所以，可以实现晶体管500的占有面积的缩小。由此，可以实现显示装置的高清晰化。此外，可以实现窄边框的显示装置。

如图37所示，导电体560优选包括配置在绝缘体550的内侧的导电体560a及以嵌入导电体560a的内侧的方式配置的导电体560b。

晶体管500优选包括配置在衬底(未图示)上的绝缘体514、配置在绝缘体514上的绝缘体516、以嵌入绝缘体516的方式配置的导电体505、配置在绝缘体516及导电体505上的绝缘体522以及配置在绝缘体522上的绝缘体524。并且，优选在绝缘体524上配置有金属氧化物531a。

优选在晶体管500上配置有被用作层间膜的绝缘体574及绝缘体581。在此，绝缘体574优选与导电体560、绝缘体550、绝缘体554、金属氧化物531c以及绝缘体580的顶面接触。

绝缘体522、绝缘体554以及绝缘体574优选具有抑制氢(例如，氢原子和氢分子等中的至少一个)的扩散的功能。例如，绝缘体522、绝缘体554以及绝缘体574的氢透过性优选低于绝缘体524、绝缘体550以及绝缘体580。此外，绝缘体522及绝缘体554优选具有抑制氧(例如，氧原子和氧分子等中的至少一个)的扩散的功能。例如，绝缘体522及绝缘体554的氧透过性优选低于绝缘体524、绝缘体550以及绝缘体580。

在此，绝缘体524、金属氧化物531以及绝缘体550与绝缘体580及绝缘体581由绝缘体554以及绝缘体574相隔。由此，可以由绝缘体554以及绝缘体574抑制包含在绝缘体580及绝缘体581中的氢等杂质及过剩的氧混入绝缘体524、金属氧化物531以及绝缘体550中。

优选的是，设置与晶体管500电连接且被用作插头的导电体545(导电体545a及导电体545b)。此外，还包括与被用作插头的导电体545的侧面接触的绝缘体541(绝缘体541a及绝缘体541b)。也就是说，绝缘体541以与绝缘体554、绝缘体580、绝缘体574以及绝缘体581的开口的内壁接触的方式形成。此外，可以以与绝缘体541的侧面接触的方式设置有导电体545的第一导电体且在导电体545的第一导电体的内侧设置有导电体545的第二导电体。在此，导电体545的顶面的高度与绝缘体581的顶面的高度可以大致相同。此外，图37所示的晶体管500具有层叠有导电体545的第一导电体及导电体545的第二导电体的结构，但是本发明的一个方式不局限于此。例如，导电体545也可以具有单层结构或者三层以上的叠层结构。注意，在结构体具有叠层结构的情况下，有时按形成顺序赋予序数以进行区別。

优选在晶体管500中将被用作氧化物半导体的金属氧化物(以下也称为氧化物半导体)用于包含沟道形成区域的金属氧化物531(金属氧化物531a、金属氧化物531b及金属氧化物531c)。例如，作为成为金属氧化物531的沟道形成区域的金属氧化物，优选使用其带隙为2eV以上，优选为2.5eV以上的金属氧化物。

作为上述金属氧化物，优选至少包含铟(In)或锌(Zn)。尤其是，优选包含铟(In)及锌(Zn)。此外，除此之外，优选还包含元素M。元素M可以为铝(Al)、镓(Ga)、钇(Y)、锡(Sn)、硼(B)、钛(Ti)、铁(Fe)、镍(Ni)、锗(Ge)、锆(Zr)、钼(Mo)、镧(La)、铈(Ce)、钕(Nd)、铪(Hf)、钽(Ta)、钨(W)、镁(Mg)和钴(Co)中的一种以上。尤其是，元素M优选为铝(Al)、镓(Ga)、钇(Y)和锡(Sn)中的一种以上。另外，元素M更优选包含Ga和Sn中的任一方或双方。

此外，如图37B所示，金属氧化物531b中的不与导电体542重叠的区域的厚度有时比其与导电体542重叠的区域的厚度薄。该厚度薄的区域在形成导电体542a及导电体542b时去除金属氧化物531b的顶面的不与导电体542a及导电体542b重叠的区域的一部分而形成。在此，当在金属氧化物531b的顶面上沉积成为导电体542的导电膜时，有时在与该导电膜的界面附近形成低电阻区域。于是，通过去除金属氧化物531b的顶面上的位于导电体542a与导电体542b之间的低电阻区域，可以抑制沟道形成在该区域中。

通过本发明的一个方式包括尺寸小的晶体管，可以提供一种清晰度高的显示装置。此外，通过包括通态电流大的晶体管，可以提供一种亮度高的显示装置。此外，通过包括工作速度快的晶体管，可以提供一种工作速度快的显示装置。此外，通过包括电特性稳定的晶体管，可以提供一种可靠性高的显示装置。此外，通过包括关态电流小的晶体管，可以提供一种功耗低的显示装置。

说明可以用于本发明的一个方式的显示装置的晶体管500的详细结构。

导电体505以包括与金属氧化物531及导电体560重叠的区域的方式配置。此外，导电体505优选以嵌入绝缘体516中的方式设置。

导电体505包括导电体505a、导电体505b及导电体505c。导电体505a与设置在绝缘体516中的开口的底面及侧壁接触。导电体505b以嵌入于形成在导电体505a的凹部的方式设置。在此，导电体505b的顶面低于导电体505a的顶面及绝缘体516的顶面。导电体505c与导电体505b的顶面及导电体505a的侧面接触。在此，导电体505c的顶面的高度与导电体505a的顶面的高度及绝缘体516的顶面的高度大致一致。换言之，导电体505b由导电体505a及导电体505c包围。

作为导电体505a及导电体505c例如优选使用具有抑制氢原子、氢分子、水分子、氮原子、氮分子、氧化氮分子(例如，N

通过作为导电体505a及导电体505c使用具有抑制氢的扩散的功能的导电材料，可以抑制含在导电体505b中的氢等杂质通过绝缘体524等扩散到金属氧化物531。此外，通过作为导电体505a及导电体505c使用具有抑制氧的扩散的功能的导电材料，可以抑制导电体505b被氧化而导电率下降。作为具有抑制氧扩散的功能的导电材料，例如优选使用钛、氮化钛、钽、氮化钽、钌或氧化钌等。由此，导电体505a可以采用上述导电材料的单层或叠层。例如，作为导电体505a使用氮化钛即可。

此外，导电体505b优选使用以钨、铜或铝为主要成分的导电材料。例如，导电体505b可以使用钨。

在此，导电体560有时被用作第一栅极(也称为顶栅极)电极。此外，导电体505有时被用作第二栅极(也称为底栅极)电极。在此情况下，在晶体管500中，通过与供应到导电体560的电位独立地改变供应到导电体505的电位，可以控制晶体管500的Vth。尤其是，通过对导电体505供应负电位，可以使晶体管500的Vth大于0V且可以减小关态电流。因此，与不对导电体505供应负电位时相比，在对导电体505供应负电位的情况下，可以减小对导电体560供应的电位为0V时的漏极电流。

导电体505优选比金属氧化物531中的沟道形成区域大。尤其是，如图37C所示，导电体505优选延伸到与沟道宽度方向上的金属氧化物531交叉的端部的外侧的区域。就是说，优选在金属氧化物531的沟道宽度方向的侧面的外侧，导电体505和导电体560隔着绝缘体重叠。

在晶体管500中，通过具有上述结构，可以由被用作第一栅电极的导电体560的电场和被用作第二栅电极的导电体505的电场电围绕金属氧化物531的沟道形成区域。

如图37C所示，将导电体505延伸来用作布线。但是，本发明的一个方式不局限于此，也可以在导电体505下设置被用作布线的导电体。

绝缘体514例如优选被用作抑制水或氢等杂质从衬底一侧进入晶体管500的阻挡绝缘膜。因此，作为绝缘体514例如优选使用具有抑制氢原子、氢分子、水分子、氮原子、氮分子、氧化氮分子(例如，N

例如，优选的是，作为绝缘体514使用氧化铝或氮化硅等。由此，绝缘体514例如可以抑制水或氢等杂质从与绝缘体514相比更靠近衬底一侧扩散到晶体管500一侧。或者，绝缘体514例如可以抑制包含在绝缘体524等中的氧扩散到与绝缘体514相比更靠近衬底一侧。

被用作层间膜的绝缘体516、绝缘体580及绝缘体581的介电常数优选比绝缘体514低。在本发明的一个方式中，通过将介电常数低的材料作为层间膜，可以减少产生在布线之间的寄生电容。例如，作为绝缘体516、绝缘体580及绝缘体581，适当地使用氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅、添加有氟的氧化硅、添加有碳的氧化硅、添加有碳及氮的氧化硅或具有空孔的氧化硅等。

绝缘体522及绝缘体524被用作栅极绝缘体。

在此，在与金属氧化物531接触的绝缘体524中，优选通过加热使氧脱离。在本说明书中，有时将通过加热脱离的氧称为过剩氧。例如，作为绝缘体524适当地使用氧化硅或氧氮化硅等，即可。在晶体管500中，通过以与金属氧化物531接触的方式设置包含氧的绝缘体524，可以减少金属氧化物531中的氧空位，从而可以提高晶体管500的可靠性。

具体而言，作为绝缘体524，优选使用通过加热使一部分的氧脱离的氧化物材料。通过加热使氧脱离的氧化物是指在TDS(Thermal Desorption Spectroscopy：热脱附谱)分析中换算为氧原子的氧的脱离量为1.0×10

如图37C所示，有时在绝缘体524中不与绝缘体554重叠并不与金属氧化物531b重叠的区域的厚度比其他区域的厚度薄。在绝缘体524中，不与绝缘体554重叠并不与金属氧化物531b重叠的区域优选具有足够使上述氧扩散的厚度。

与绝缘体514等同样，绝缘体522优选被用作抑制水或氢等杂质从衬底一侧混入晶体管500的阻挡绝缘膜。例如，绝缘体522的氢透过性优选比绝缘体524低。在本发明的一个方式中，例如，通过由绝缘体522、绝缘体554以及绝缘体574围绕绝缘体524、金属氧化物531以及绝缘体550等，可以抑制水或氢等杂质从外部进入晶体管500。

再者，绝缘体522优选具有抑制氧(例如，氧原子和氧分子等中的至少一个)的扩散的功能(不容易使上述氧透过)。例如，绝缘体522的氧透过性优选比绝缘体524低。通过使绝缘体522具有抑制氧及杂质的扩散的功能，可以减少金属氧化物531所含的氧扩散到衬底一侧。此外，可以抑制导电体505与绝缘体524及金属氧化物531所含的氧起反应。

绝缘体522优选使用包含作为绝缘材料的铝和铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体。作为包含铝和铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体，例如优选使用氧化铝、氧化铪、包含铝及铪的氧化物(铝酸铪)等。当使用这种材料形成绝缘体522时，绝缘体522被用作抑制氧从金属氧化物531释放以及氢等杂质从晶体管500的周围部进入金属氧化物531的层。

或者，绝缘体522例如也可以对上述绝缘体添加氧化铝、氧化铋、氧化锗、氧化铌、氧化硅、氧化钛、氧化钨、氧化钇或氧化锆。或者，也可以对上述绝缘体进行氮化处理。或者，还可以在上述绝缘体上层叠氧化硅、氧氮化硅或氮化硅。

作为绝缘体522，例如也可以以单层或叠层使用包含氧化铝、氧化铪、氧化钽、氧化锆、锆钛酸铅(PZT)、钛酸锶(SrTiO

此外，绝缘体522及绝缘体524也可以具有两层以上的叠层结构。此时，不局限于由相同材料构成的叠层结构，也可以是由不同材料构成的叠层结构。例如，也可以在绝缘体522下设置与绝缘体524同样的绝缘体。

金属氧化物531包括金属氧化物531a、金属氧化物531a上的金属氧化物531b及金属氧化物531b上的金属氧化物531c。在金属氧化物531中，当在金属氧化物531b下设置有金属氧化物531a时，可以抑制杂质从形成在金属氧化物531a下方的结构物扩散到金属氧化物531b。在金属氧化物531中，当在金属氧化物531b上设置有金属氧化物531c时，可以抑制杂质从形成在金属氧化物531c的上方的结构物扩散到金属氧化物531b。

此外，金属氧化物531优选具有各金属原子的原子个数比互不相同的氧化物层的叠层结构。例如，在金属氧化物531至少包含铟(In)及元素M的情况下，金属氧化物531a的构成元素中的元素M与其他元素的原子个数比优选大于金属氧化物531b的构成元素中的元素M与其他元素的原子个数比。此外，金属氧化物531a中的元素M与In的原子个数比优选大于金属氧化物531b中的元素M与In的原子个数比。在此，金属氧化物531c可以使用可用于金属氧化物531a或金属氧化物531b的金属氧化物。

优选的是，使金属氧化物531a及金属氧化物531c的导带底的能量高于金属氧化物531b的导带底的能量。换言之，金属氧化物531a及金属氧化物531c的电子亲和势优选小于金属氧化物531b的电子亲和势。在此情况下，金属氧化物531c优选使用可以用于金属氧化物531a的金属氧化物。具体而言，金属氧化物531c的构成元素中的元素M与其他元素的原子个数比优选大于金属氧化物531b的构成元素中的元素M与其他元素的原子个数比。此外，金属氧化物531c中的元素M与In的原子个数比优选大于金属氧化物531b中的元素M与In的原子个数比。

在此，在金属氧化物531a、金属氧化物531b及金属氧化物531c的接合部中，导带底的能级平缓地变化。换言之，也可以将上述情况表达为金属氧化物531a、金属氧化物531b及金属氧化物531c的接合部的导带底的能级连续地变化或者连续地接合。为此，优选降低形成在金属氧化物531a与金属氧化物531b的界面以及金属氧化物531b与金属氧化物531c的界面的混合层的缺陷态密度。

具体而言，通过使金属氧化物531a与金属氧化物531b以及金属氧化物531b与金属氧化物531c除了氧之外还包含共同元素(为主要成分)，可以形成缺陷态密度低的混合层。例如，在金属氧化物531b为In-Ga-Zn氧化物的情况下，作为金属氧化物531a及金属氧化物531c可以使用In-Ga-Zn氧化物、Ga-Zn氧化物或氧化镓等。此外，金属氧化物531c可以具有叠层结构。例如，可以使用In-Ga-Zn氧化物和该In-Ga-Zn氧化物上的Ga-Zn氧化物的叠层结构，或者，可以使用In-Ga-Zn氧化物和该In-Ga-Zn氧化物上的氧化镓的叠层结构。换言之，作为金属氧化物531c，也可以使用In-Ga-Zn氧化物和不包含In的氧化物的叠层结构。

具体而言，作为金属氧化物531a使用In：Ga：Zn＝1：3：4[原子个数比]或1：1：0.5[原子个数比]的金属氧化物，即可。此外，作为金属氧化物531b使用In：Ga：Zn＝4：2：3[原子个数比]或3：1：2[原子个数比]的金属氧化物，即可。此外，作为金属氧化物531c使用In：Ga：Zn＝1：3：4[原子个数比]、In：Ga：Zn＝4：2：3[原子个数比]、Ga：Zn＝2：1[原子个数比]或Ga：Zn＝2：5[原子个数比]的金属氧化物，即可。此外，作为金属氧化物531c具有叠层结构的情况下的具体例子，例如可以举出In：Ga：Zn＝4：2：3[原子个数比]和Ga：Zn＝2：1[原子个数比]的叠层结构、In：Ga：Zn＝4：2：3[原子个数比]和Ga：Zn＝2：5[原子个数比]的叠层结构或In：Ga：Zn＝4：2：3[原子个数比]和氧化镓的叠层结构等。

此时，金属氧化物531的载流子的主要路径为金属氧化物531b。通过使金属氧化物531a及金属氧化物531c具有上述结构，可以降低金属氧化物531a与金属氧化物531b的界面及金属氧化物531b与金属氧化物531c的界面的缺陷态密度。因此，在金属氧化物531中，界面散射对载流子传导的影响减少，从而晶体管500可以得到大通态电流及高频率特性。此外，在金属氧化物531c具有叠层结构时，可以发挥降低上述金属氧化物531b和金属氧化物531c的界面的缺陷态密度的效果并抑制金属氧化物531c所含的构成元素扩散到绝缘体550一侧。更具体而言，当在金属氧化物531c的上方层叠不包含In的氧化物的情况下，该金属氧化物531c可以抑制In扩散在绝缘体550一侧。绝缘体550被用作栅极绝缘体。因此，在In扩散在绝缘体550中的情况下导致晶体管500的特性不良。由此，在本发明的一个方式中，通过使金属氧化物531c具有叠层结构，可以提供可靠性高的显示装置。

在金属氧化物531b上设置被用作源电极及漏电极的导电体542(导电体542a及导电体542b)。作为导电体542，例如优选使用选自铝、铬、铜、银、金、铂、钽、镍、钛、钼、钨、铪、钒、铌、锰、镁、锆、铍、铟、钌、铱、锶和镧中的金属元素、以上述金属元素为成分的合金或者组合上述金属元素的合金等。例如，优选使用氮化钽、氮化钛、钨、包含钛和铝的氮化物、包含钽和铝的氮化物、氧化钌、氮化钌、包含锶和钌的氧化物或包含镧和镍的氧化物等。此外，氮化钽、氮化钛、包含钛和铝的氮化物、包含钽和铝的氮化物、氧化钌、氮化钌、包含锶和钌的氧化物或包含镧和镍的氧化物是不容易氧化的导电材料或者吸收氧也维持导电性的材料，所以是优选的。

通过以与金属氧化物531接触的方式形成上述导电体542，金属氧化物531中的导电体542附近的氧浓度有时降低。此外，在金属氧化物531中的导电体542附近有时形成包括包含在导电体542中的金属及金属氧化物531的成分的金属化合物层。在此情况下，金属氧化物531的导电体542附近的区域中的载流子浓度增加，该区域的电阻降低。

在此，导电体542a与导电体542b之间的区域以与绝缘体580的开口重叠的方式形成。因此，在晶体管500中，可以在导电体542a与导电体542b之间自对准地配置导电体560。

绝缘体550被用作栅极绝缘体。绝缘体550优选与金属氧化物531c的顶面接触地配置。绝缘体550可以使用氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅、添加有氟的氧化硅、添加有碳的氧化硅、添加有碳及氮的氧化硅或具有空孔的氧化硅。尤其是，氧化硅及氧氮化硅具有热稳定性，所以是优选的。

与绝缘体524同样，优选降低绝缘体550中的水或氢等杂质的浓度。绝缘体550的厚度优选为1nm以上且20nm以下。

在晶体管500中，也可以在绝缘体550与导电体560之间设置金属氧化物。该金属氧化物优选抑制氧从绝缘体550扩散到导电体560。由此，该金属氧化物可以抑制因绝缘体550中的氧所导致的导电体560的氧化。

该金属氧化物有时被用作栅极绝缘体的一部分。因此，在将氧化硅或氧氮化硅等用于绝缘体550的情况下，作为该金属氧化物优选使用作为相对介电常数高的high-k材料的金属氧化物。通过使栅极绝缘体具有绝缘体550与该金属氧化物的叠层结构，可以形成具有热稳定性且相对介电常数高的叠层结构。因此，在晶体管500中，可以在保持栅极绝缘体的物理厚度的同时降低在晶体管工作时施加的栅极电位。此外，可以减少被用作栅极绝缘体的绝缘体的等效氧化物厚度(EOT：Equivalent oxide thickness)。

作为该金属氧化物，具体而言，例如可以使用包含选自铪、铝、镓、钇、锆、钨、钛、钽、镍、锗和镁等中的一种或两种以上的金属氧化物。特别是，例如优选使用作为包含铝及铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体的氧化铝、氧化铪或包含铝及铪的氧化物(铝酸铪)等。

虽然在图37中，导电体560具有两层结构，但是也可以具有单层结构或三层以上的叠层结构。

作为导电体560a例如优选使用上述具有抑制氢原子、氢分子、水分子、氮原子、氮分子、氧化氮分子(例如，N

当导电体560a具有抑制氧的扩散的功能时，可以抑制绝缘体550所包含的氧使导电体560b氧化而导致导电率的下降。作为具有抑制氧的扩散的功能的导电材料，例如，优选使用钽、氮化钽、钌或氧化钌等。

作为导电体560b优选使用以钨、铜或铝为主要成分的导电材料。此外，由于导电体560还被用作布线，所以优选使用导电性高的导电体。例如，可以使用以钨、铜或铝为主要成分的导电材料。此外，导电体560b可以具有叠层结构。例如，可以具有钛或氮化钛与上述导电材料的叠层结构。

如图37A和图37C所示，在金属氧化物531b的不与导电体542重叠的区域，即金属氧化物531的沟道形成区域中，金属氧化物531的侧面被导电体560覆盖。由此，可以容易将被用作第一栅电极的导电体560的电场影响到金属氧化物531的侧面。由此，可以提高晶体管500的通态电流及频率特性。

绝缘体554例如与绝缘体514等同样地优选被用作抑制水或氢等杂质从绝缘体580一侧混入晶体管500的阻挡绝缘膜。例如，绝缘体554的氢透过性优选比绝缘体524低。再者，如图37B及图37C所示，绝缘体554优选与金属氧化物531c的侧面、导电体542a的顶面及侧面、导电体542b的顶面及侧面、金属氧化物531a及金属氧化物531b的侧面以及绝缘体524的顶面接触。通过采用这种结构，绝缘体554可以抑制绝缘体580所包含的氢从导电体542a、导电体542b、金属氧化物531a、金属氧化物531b及绝缘体524的顶面或侧面进入金属氧化物531。

再者，绝缘体554还具有抑制氧(例如，氧原子和氧分子等中的至少一个)的扩散的功能(不容易使上述氧透过)。例如，绝缘体554的氧透过性优选比绝缘体580或绝缘体524低。

绝缘体554优选通过溅射法沉积。通过在包含氧的气氛下使用溅射法沉积绝缘体554，可以对绝缘体524的与绝缘体554接触的区域附近添加氧。由此，绝缘体554可以将氧从该区域通过绝缘体524供应到金属氧化物531中。在此，通过使绝缘体554具有抑制氧扩散到上方的功能，可以防止氧从金属氧化物531扩散到绝缘体580。此外，通过使绝缘体522具有抑制氧扩散到下方的功能，可以防止氧从金属氧化物531扩散到衬底一侧。如此，对金属氧化物531中的沟道形成区域供应氧。由此，可以减少金属氧化物531的氧空位并抑制晶体管的常开启化。

作为绝缘体554，例如可以沉积包含铝及铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体。注意，作为包含铝和铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体，例如优选使用氧化铝、氧化铪或包含铝及铪的氧化物(铝酸铪)等。

通过由对氢具有阻挡性的绝缘体554覆盖绝缘体524、绝缘体550以及金属氧化物531，绝缘体580与绝缘体524、金属氧化物531以及绝缘体550分开。由此，绝缘体554可以抑制从晶体管500的外部进入氢等杂质。因此，可以对晶体管500赋予良好的电特性及可靠性。

绝缘体580优选隔着绝缘体554设置在绝缘体524、金属氧化物531及导电体542上。例如，作为绝缘体580，优选包括氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、添加有氟的氧化硅、添加有碳的氧化硅、添加有碳及氮的氧化硅或具有空孔的氧化硅等。尤其是，氧化硅及氧氮化硅具有热稳定性，所以是优选的。特别是，例如，因为氧化硅、氧氮化硅或具有空孔的氧化硅等的材料容易形成包含通过加热脱离的氧的区域，所以是优选的。

优选绝缘体580中的水或氢等杂质的浓度得到降低。此外，绝缘体580的顶面也可以被平坦化。

绝缘体574优选与绝缘体514等同样地被用作抑制水或氢等杂质从上方混入到绝缘体580的阻挡绝缘膜。作为绝缘体574，例如可以使用能够用于绝缘体514或绝缘体554等的绝缘体。

优选在绝缘体574上设置被用作层间膜的绝缘体581。与绝缘体524等同样，优选绝缘体581中的水或氢等杂质的浓度得到降低。

在形成于绝缘体581、绝缘体574、绝缘体580及绝缘体554中的开口中配置导电体545a及导电体545b。另外，导电体545a及导电体545b以中间夹着导电体560的方式设置。此外，导电体545a及导电体545b的顶面的高度与绝缘体581的顶面可以位于同一平面上。

此外，以与绝缘体581、绝缘体574、绝缘体580以及绝缘体554的开口的内壁接触的方式设置有绝缘体541a。此外，以与绝缘体541a的侧面接触的方式形成有导电体545a的第一导电体。导电体542a位于该开口的底部的至少一部分且与导电体545a接触。同样，以与绝缘体581、绝缘体574、绝缘体580以及绝缘体554的开口的内壁接触的方式设置有绝缘体541a。此外，以与绝缘体541b的侧面接触的方式形成有导电体545b的第一导电体。导电体542b位于该开口的底部的至少一部分且与导电体545b接触。

导电体545a及导电体545b优选使用以钨、铜或铝为主要成分的导电材料。此外，导电体545a及导电体545b也可以具有叠层结构。

当作为导电体545采用叠层结构时，作为与金属氧化物531a、金属氧化物531b、导电体542、绝缘体554、绝缘体580、绝缘体574及绝缘体581接触的导电体例如优选使用上述具有抑制水或氢等杂质的扩散的功能的导电体。例如，优选使用钽、氮化钽、钛、氮化钛、钌或氧化钌等。例如，可以以单层或叠层使用具有抑制水或氢等杂质的扩散的功能的导电材料。通过使用该导电材料，导电体545a及导电体545b可以防止添加到绝缘体580的氧被导电体545a及导电体545b吸收。此外，可以防止水或氢等杂质从绝缘体581的上方的层通过导电体545a及导电体545b进入金属氧化物531。

作为绝缘体541a及绝缘体541b，例如使用能够用于绝缘体554等的绝缘体，即可。因为绝缘体541a及绝缘体541b与绝缘体554接触地设置，所以可以抑制水或氢等杂质从绝缘体580等经过导电体545a及导电体545b混入金属氧化物531。此外，绝缘体541a及绝缘体541b可以抑制绝缘体580所包含的氧被导电体545a及导电体545b吸收。

注意，虽然未图示，但是可以以与导电体545a的顶面及导电体545b的顶面接触的方式配置被用作布线的导电体。被用作布线的导电体优选使用以钨、铜或铝为主要成分的导电材料。此外，该导电体可以具有叠层结构。例如，可以具有钛或氮化钛与上述导电材料的叠层结构。该导电体也可以以嵌入绝缘体的开口中的方式形成。

<晶体管的构成材料>

以下，说明可用于晶体管的构成材料。

[衬底]

作为形成晶体管500的衬底例如可以使用绝缘体衬底、半导体衬底或导电体衬底。作为绝缘体衬底，例如可以举出玻璃衬底、石英衬底、蓝宝石衬底、稳定氧化锆衬底(例如，氧化钇稳定氧化锆衬底等)或树脂衬底等。此外，作为半导体衬底，例如可以举出由硅或锗等构成的半导体衬底、或者由碳化硅、硅锗、砷化镓、磷化铟、氧化锌或氧化镓等构成的化合物半导体衬底等。再者，还可以举出在上述半导体衬底内部具有绝缘体区域的半导体衬底(例如，SOI(Silicon On Insulator；绝缘体上硅)衬底等)。作为导电体衬底，例如可以举出石墨衬底、金属衬底、合金衬底或导电树脂衬底等。另外，例如可以举出包含金属氮化物的衬底或包含金属氧化物的衬底等。再者，例如还可以举出设置有导电体或半导体的绝缘体衬底、设置有导电体或绝缘体的半导体衬底或者设置有半导体或绝缘体的导电体衬底等。另外，也可以使用在这些衬底上设置有元件的衬底。作为设置在衬底上的元件，例如可以举出电容元件、电阻元件、开关元件、发光元件或存储元件等。

[绝缘体]

作为绝缘体，例如有具有绝缘性的氧化物、氮化物、氧氮化物、氮氧化物、金属氧化物、金属氧氮化物或者金属氮氧化物等。

例如，当进行晶体管的微型化及高集成化时，由于栅极绝缘体的薄膜化，有时发生泄漏电流等的问题。通过作为被用作栅极绝缘体的绝缘体使用high-k材料，可以在保持物理厚度的同时实现晶体管工作时的低电压化。另一方面，通过将相对介电常数较低的材料用于被用作层间膜的绝缘体，可以减少产生在布线之间的寄生电容。因此，优选根据功能选择绝缘体的材料。

作为相对介电常数较高的绝缘体，例如可以举出氧化镓、氧化铪、氧化锆、含有铝及铪的氧化物、含有铝及铪的氧氮化物、含有硅及铪的氧化物、含有硅及铪的氧氮化物或者含有硅及铪的氮化物等。

作为相对介电常数较低的绝缘体，例如可以举出氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅、添加有氟的氧化硅、添加有碳的氧化硅、添加有碳及氮的氧化硅、具有空孔的氧化硅或树脂等。

通过由具有抑制氢等杂质及氧的透过的功能的绝缘体(例如，绝缘体514、绝缘体522、绝缘体554及绝缘体574等)围绕使用氧化物半导体的晶体管，可以使晶体管的电特性稳定。作为具有抑制氢等杂质及氧的透过的功能的绝缘体，例如可以以单层或叠层使用包含硼、碳、氮、氧、氟、镁、铝、硅、磷、氯、氩、镓、锗、钇、锆、镧、钕、铪或钽的绝缘体。具体而言，作为具有抑制氢等杂质及氧的透过的功能的绝缘体，例如可以使用氧化铝、氧化镁、氧化镓、氧化锗、氧化钇、氧化锆、氧化镧、氧化钕、氧化铪或氧化钽等金属氧化物或者氮化铝、氮化铝钛、氮化钛、氮氧化硅或氮化硅等金属氮化物。

被用作栅极绝缘体的绝缘体优选为具有包含通过加热脱离的氧的区域的绝缘体。例如，通过采用具有包含通过加热脱离的氧的区域的氧化硅或者氧氮化硅接触于金属氧化物531的结构，可以填补金属氧化物531所包含的氧空位。

[导电体]

作为导电体，例如优选使用选自铝、铬、铜、银、金、铂、钽、镍、钛、钼、钨、铪、钒、铌、锰、镁、锆、铍、铟、钌、铱、锶和镧等中的金属元素、以上述金属元素为成分的合金或者组合上述金属元素的合金等。例如，优选使用氮化钽、氮化钛、钨、包含钛和铝的氮化物、包含钽和铝的氮化物、氧化钌、氮化钌、包含锶和钌的氧化物或包含镧和镍的氧化物等。此外，氮化钽、氮化钛、包含钛和铝的氮化物、包含钽和铝的氮化物、氧化钌、氮化钌、包含锶和钌的氧化物或包含镧和镍的氧化物是不容易氧化的导电材料或者吸收氧也维持导电性的材料，所以是优选的。此外，作为导电体，也可以使用以包含磷等杂质元素的多晶硅为代表的导电率高的半导体或者镍硅化物等硅化物。

作为导电体，也可以层叠多个由上述材料形成的导电体。例如，也可以采用组合包含上述金属元素的材料和包含氧的导电材料的叠层结构。此外，也可以采用组合包含上述金属元素的材料和包含氮的导电材料的叠层结构。此外，也可以采用组合包含上述金属元素的材料、包含氧的导电材料和包含氮的导电材料的叠层结构。

此外，在将金属氧化物用于晶体管的沟道形成区域的情况下，作为被用作栅电极的导电体优选采用组合包含上述金属元素的材料和包含氧的导电材料的叠层结构。在此情况下，在该导电体中，优选将包含氧的导电材料设置在沟道形成区域一侧。通过将包含氧的导电材料设置在沟道形成区域一侧，从该导电材料脱离的氧容易被供应到沟道形成区域。

尤其是，作为被用作栅电极的导电体，优选使用含有包含在形成沟道的金属氧化物中的金属元素及氧的导电材料。此外，作为该导电体，也可以使用含有上述金属元素及氮的导电材料。例如，也可以使用氮化钛或氮化钽等包含氮的导电材料。此外，可以使用铟锡氧化物、包含氧化钨的铟氧化物、包含氧化钨的铟锌氧化物、包含氧化钛的铟氧化物、包含氧化钛的铟锡氧化物、铟锌氧化物或添加有硅的铟锡氧化物。此外，也可以使用包含氮的铟镓锌氧化物。通过作为该导电体使用上述材料，有时可以俘获形成沟道的金属氧化物所包含的氢。另外，有时可以俘获从外方的绝缘体等进入的氢。

本实施方式的至少一部分可以与本说明书所记载的其他实施方式适当地组合而实施。

本实施方式所示的结构可以与其他实施方式及实施例所示的结构适当地组合而实施。

(实施方式5)

在本实施方式中，说明可用于上述实施方式中说明的OS晶体管的金属氧化物(以下称为氧化物半导体)。

<结晶结构的分类>

首先，对氧化物半导体中的结晶结构的分类参照图38A进行说明。图38A是说明氧化物半导体，典型为IGZO(包含In、Ga及Zn的金属氧化物)的结晶结构的分类的图。

如图38A所示那样，氧化物半导体大致分为“Amorphous(无定形)”、“Crystalline(结晶性)”及“Crystal(结晶)”。此外，在“Amorphous”中包含completely amorphous(完全无定形)。此外，在“Crystalline”中包含CAAC(c-axis-aligned crystalline)、nc(nanocrystalline)及CAC(cloud-aligned composite)(excluding single crystal andpoly crystal)。此外，在“Crystalline”的分类中不包含single crystal(单晶)、polycrystal(多晶)及completely amorphous。此外，在“Crystal”的分类中包含singlecrystal及poly crystal。

此外，图38A所示的外框线被加粗的部分中的结构是介于“Amorphous(无定形)”与“Crystal(结晶)”之间的中间状态，是属于新的边界区域(New crystalline phase)的结构。就是说，将该结构可以说是与“Crystal(结晶)”或在能量性上不稳定的“Amorphous(无定形)”不同的结构。

此外，可以使用X射线衍射(XRD：X-Ray Diffraction)光谱对膜或衬底的结晶结构进行评价。图38B是被分类为“Crystalline”的CAAC-IGZO膜的通过GIXD(Grazing-Incidence XRD)测量而得到的XRD谱(横轴表示2θ[deg.]，纵轴以任意单位(a.u.)表示强度(Intensity))。此外，将GIXD法也称为薄膜法或Seemann-Bohlin法。下面，将图38B所示的通过GIXD测量而得到的XRD谱简单地记为XRD谱。此外，图38B所示的CAAC-IGZO膜的组成是In：Ga：Zn＝4：2：3[原子个数比]附近。此外，图38B所示的CAAC-IGZO膜的厚度为500nm。

如图38B所示，在CAAC-IGZO膜的XRD谱中检测出表示明确的结晶性的峰。具体而言，在CAAC-IGZO膜的XRD谱中，2θ＝31°附近检测出表示c轴取向的峰。此外，如图38B所示那样，2θ＝31°附近的峰在以检测出峰强度的角度为轴时左右非对称。

可以使用通过纳米束电子衍射法(NBED：Nano Beam Electron Diffraction)观察的衍射图案(也称为纳米束电子衍射图案)对膜或衬底的结晶结构进行评价。图38C是CAAC-IGZO膜的衍射图案。注意，图38C是通过将电子束向平行于衬底的方向入射的NBED观察的衍射图案。此外，图38C所示的CAAC-IGZO膜的组成是In：Ga：Zn＝4：2：3[原子个数比]附近。此外，在纳米束电子衍射法中，进行束径为1nm的电子衍射。

如图38C所示那样，在CAAC-IGZO膜的衍射图案中观察到表示c轴取向的多个斑点。

[氧化物半导体的结构]

此外，在注目于氧化物半导体的结构的情况下，有时氧化物半导体的分类与图38A不同。例如，氧化物半导体可以分类为单晶氧化物半导体和除此之外的非单晶氧化物半导体。作为非单晶氧化物半导体，例如可以举出上述CAAC-OS及nc-OS。此外，在非单晶氧化物半导体中例如包含多晶氧化物半导体、a-like OS(amorphous-like oxidesemiconductor)及非晶氧化物半导体等。

在此，对上述CAAC-OS、nc-OS及a-like OS的详细内容进行说明。

[CAAC-OS]

CAAC-OS是包括多个结晶区域且该多个结晶区域的c轴取向于特定的方向的氧化物半导体。此外，特定的方向是指CAAC-OS膜的厚度方向、CAAC-OS膜的被形成面的法线方向、或者CAAC-OS膜的表面的法线方向。此外，结晶区域是具有原子排列的周期性的区域。注意，在将原子排列看作晶格排列时结晶区域也是晶格排列一致的区域。再者，CAAC-OS具有在a-b面方向上多个结晶区域连接的区域。注意，有时该区域具有畸变。此外，畸变是指在多个结晶区域连接的区域中，晶格排列一致的区域和其他晶格排列一致的区域之间的晶格排列的方向变化的部分。换言之，CAAC-OS是指c轴取向并在a-b面方向上没有明显的取向的氧化物半导体。

此外，上述多个结晶区域的每一个由一个或多个微小结晶(最大径小于10nm的结晶)构成。在结晶区域由一个微小结晶构成的情况下，该结晶区域的最大径小于10nm。此外，结晶区域由多个微小结晶构成的情况下，有时该结晶区域的最大径为几十nm左右。

在In-M-Zn氧化物(元素M例如为选自铝、镓、钇、锡及钛等中的一种或多种)中，CAAC-OS有包括层叠有含有铟(In)及氧的层(以下，In层)和含有元素M、锌(Zn)及氧的层(以下，(M，Zn)层)的层状结晶结构(也称为层状结构)的趋势。此外，铟和元素M可以彼此置换。因此，有时(M，Zn)层包含铟。此外，有时In层包含元素M。注意，有时In层包含Zn。该层状结构例如在高分辨率TEM(Transmission Electron Microscope：透射电子显微镜)图像中被观察作为晶格像。

例如，当对CAAC-OS膜使用XRD装置进行结构分析时，在使用θ/2θ扫描的Out-of-plane XRD测量中，在2θ＝31°或其附近检测出表示c轴取向的峰。注意，表示c轴取向的峰的位置(2θ值)有时根据构成CAAC-OS的金属元素的种类、组成等变动。

例如，在CAAC-OS膜的电子衍射图案中观察到多个亮点(斑点)。此外，在以透过样品的入射电子束的斑点(也称为直接斑点)为对称中心时，某一个斑点和其他斑点被观察在点对称的位置。

在从上述特定的方向观察CAAC-OS的结晶区域的情况下，该结晶区域中的晶格排列基本上是六方晶格。但是，该晶格排列的单位晶格并不局限于正六角形，有是非正六角形的情况。此外，在上述畸变中，CAAC-OS例如有时具有五角形或七角形等晶格排列。此外，在CAAC-OS的畸变附近难以观察明确的晶界(grain boundary)。也就是说，在CAAC-OS中，晶格排列的畸变抑制晶界的形成。这可能是由于CAAC-OS因为a-b面方向上的氧原子的排列的低密度或因金属元素被取代而使原子间的键合距离产生变化等而能够包容畸变。

此外，确认到明确的晶界的结晶结构被称为所谓的多晶。晶界成为再结合中心而载流子被俘获。因此，有可能例如导致晶体管的通态电流的降低或场效应迁移率的降低等。因此，确认不到明确的晶界的CAAC-OS是对晶体管的半导体层提供具有优异的结晶结构的结晶性氧化物之一。注意，CAAC-OS优选具有包含Zn的结构。例如，与In氧化物相比，In-Zn氧化物及In-Ga-Zn氧化物能够进一步地抑制晶界的发生，所以是优选的。

CAAC-OS是结晶性高且确认不到明确的晶界的氧化物半导体。因此，可以说在CAAC-OS中，不容易发生起因于晶界的电子迁移率的降低。此外，氧化物半导体的结晶性例如有时因杂质的混入及缺陷的生成等中的一个以上而降低。因此，可以说CAAC-OS是杂质及缺陷(例如，氧空位等)少的氧化物半导体。因此，包含CAAC-OS的氧化物半导体的物理性质稳定。因此，包含CAAC-OS的氧化物半导体具有高耐热性及高可靠性。此外，CAAC-OS对制造工序中的高温度(所谓热积存：thermal budget)也很稳定。由此，通过在OS晶体管中使用CAAC-OS，可以扩大该OS晶体管的制造工序的自由度。

[nc-OS]

在nc-OS中，微小的区域(例如1nm以上且10nm以下的区域，特别是1nm以上且3nm以下的区域)中的原子排列具有周期性。换言之，nc-OS具有微小的结晶。此外，例如，该微小的结晶的尺寸为1nm以上且10nm以下，尤其为1nm以上且3nm以下。由此，将该微小的结晶也称为纳米晶。此外，nc-OS在不同的纳米晶之间观察不到结晶取向的规律性。因此，在膜整体中观察不到取向性。所以，有时nc-OS在某些分析方法中与a-like OS及非晶氧化物半导体没有差别。例如，在对nc-OS膜使用XRD装置进行结构分析时，在使用θ/2θ扫描的Out-of-planeXRD测量中，检测不出表示结晶性的峰。此外，在对nc-OS膜进行使用其束径比纳米晶大(例如，50nm以上)的电子束的电子衍射(也称为选区电子衍射)时，观察到类似光晕图案的衍射图案。另一方面，在对nc-OS膜进行使用其束径近于或小于纳米晶的尺寸(例如1nm以上且30nm以下)的电子束的电子衍射(也称为纳米束电子衍射)的情况下，有时得到在以直接斑点为中心的环状区域内观察到多个斑点的电子衍射图案。

[a-like OS]

a-like OS是具有介于nc-OS与非晶氧化物半导体之间的结构的氧化物半导体。a-like OS包含空洞或低密度区域。也就是说，a-like OS的结晶性比nc-OS及CAAC-OS的结晶性低。此外，a-like OS的膜中的氢浓度比nc-OS及CAAC-OS的膜中的氢浓度高。

[氧化物半导体的构成]

接着，说明上述的CAC-OS的详细内容。此外，CAC-OS与材料构成有关。

[CAC-OS]

CAC-OS例如是指包含在金属氧化物中的元素不均匀地分布的构成，其中包含不均匀地分布的元素的材料的尺寸为0.5nm以上且10nm以下，优选为1nm以上且3nm以下或近似的尺寸。注意，在下面也将在金属氧化物中一个或多个金属元素不均匀地分布且包含该金属元素的区域混合的状态称为马赛克状或补丁(patch)状，该区域的尺寸为0.5nm以上且10nm以下，优选为1nm以上且3nm以下或近似的尺寸。

再者，CAC-OS是指其材料分开为第一区域与第二区域而成为马赛克状且该第一区域分布于膜中的构成(下面也称为云状)。就是说，CAC-OS是指具有该第一区域和该第二区域混合的构成的复合金属氧化物。

在此，将相对于构成In-Ga-Zn氧化物的CAC-OS的金属元素的In、Ga及Zn的原子个数比的每一个记为[In]、[Ga]及[Zn]。例如，在In-Ga-Zn氧化物的CAC-OS中，第一区域是其[In]大于CAC-OS膜的组成中的[In]的区域。此外，第二区域是其[Ga]大于CAC-OS膜的组成中的[Ga]的区域。此外，例如，第一区域是其[In]大于第二区域中的[In]且其[Ga]小于第二区域中的[Ga]的区域。此外，第二区域是其[Ga]大于第一区域中的[Ga]且其[In]小于第一区域中的[In]的区域。

具体而言，上述第一区域例如是以铟氧化物或铟锌氧化物等为主要成分的区域。此外，上述第二区域例如是以镓氧化物或镓锌氧化物等为主要成分的区域。换言之，可以将上述第一区域称为以In为主要成分的区域。此外，可以将上述第二区域称为以Ga为主要成分的区域。

注意，有时难以观察上述第一区域和上述第二区域的明确的边界。

例如，在In-Ga-Zn氧化物的CAC-OS中，根据通过能量分散型X射线分析法(EDX：Energy Dispersive X-ray spectroscopy)取得的EDX面分析(mapping)图像，可确认到具有以In为主要成分的区域(第一区域)及以Ga为主要成分的区域(第二区域)不均匀地分布且混合的构成。

因此，在将CAC-OS用于晶体管的情况下，通过起因于CAC-OS的第一区域的导电性和起因于CAC-OS的第二区域的绝缘性的互补作用，可以使CAC-OS具有晶体管的开关功能(控制开启/关闭的功能)。换言之，在CAC-OS的材料的一部分中具有导电性的功能且在另一部分中具有绝缘性的功能，在材料的整体中具有半导体的功能。就是说，通过使导电性的功能和绝缘性的功能分离，可以最大限度地提高各功能。因此，通过将CAC-OS用于晶体管，该晶体管可以实现大通态电流(I

氧化物半导体具有各种结构及各种特性。本发明的一个方式的氧化物半导体也可以包括非晶氧化物半导体、多晶氧化物半导体、a-likeOS、CAC-OS、nc-OS和CAAC-OS中的两种以上。

<具有氧化物半导体的晶体管>

接着，说明将上述氧化物半导体用于晶体管的情况。

通过将上述氧化物半导体用于晶体管，可以实现场效应迁移率高的晶体管。此外，可以实现可靠性高的晶体管。

尤其是，作为形成晶体管的沟道的半导体层，优选使用包含铟(In)、镓(Ga)及锌(Zn)的氧化物(也记载为“IGZO”)。或者，作为该半导体层，也可以使用包含铟(In)、铝(Al)及锌(Zn)的氧化物(也记载为“IAZO”)。或者，作为该半导体层，也可以使用包含铟(In)、铝(Al)、镓(Ga)及锌(Zn)的氧化物(也记载为“IAGZO”)。

优选将载流子浓度低的氧化物半导体用于晶体管。例如，氧化物半导体的载流子浓度可以为1×10

因为高纯度本征或实质上高纯度本征的氧化物半导体具有较低的缺陷态密度，所以有可能具有较低的陷阱态密度。

被氧化物半导体的陷阱态俘获的电荷到消失需要较长的时间，有时像固定电荷那样动作。因此，有时在陷阱态密度高的氧化物半导体中形成沟道形成区域的晶体管的电特性不稳定。

因此，为了使晶体管的电特性稳定，降低氧化物半导体的杂质浓度是有效的。为了降低氧化物半导体的杂质浓度，优选还降低附近膜的杂质浓度。作为杂质例如有氢、氮、碱金属、碱土金属、铁、镍或硅等。

<杂质>

在此，说明氧化物半导体中的各杂质的影响。

在氧化物半导体包含第14族元素之一的硅或碳时，在氧化物半导体中形成缺陷态。因此，将氧化物半导体中的硅或碳的浓度(通过二次离子质谱分析法(SIMS：SecondaryIon Mass Spectrometry)测得的浓度)设定为2×10

当氧化物半导体包含碱金属或碱土金属时，有时形成缺陷态而形成载流子。因此，使用包含碱金属或碱土金属的氧化物半导体的晶体管容易具有常开启特性。因此，使通过SIMS测得的氧化物半导体中的碱金属或碱土金属的浓度为1×10

当氧化物半导体包含氮时，由于产生作为载流子的电子，使载流子浓度增高，而容易n型化。其结果是，在使用包含氮的氧化物半导体的晶体管容易具有常开启特性。或者，在氧化物半导体包含氮时，有时形成陷阱态。其结果，有时晶体管的电特性不稳定。因此，将利用SIMS测得的氧化物半导体中的氮浓度设定为低于5×10

包含在氧化物半导体中的氢与键合于金属原子的氧起反应生成水，因此有时在该氧化物半导体中形成氧空位。并且，当氢进入该氧空位时，有时产生作为载流子的电子。此外，有时由于氢的一部分与键合于金属原子的氧键合，产生作为载流子的电子。因此，使用包含氢的氧化物半导体的晶体管容易具有常开启特性。由此，优选尽可能地减少氧化物半导体中的氢。具体而言，将利用SIMS测得的氧化物半导体中的氢浓度设定为低于1×10

通过将杂质被充分降低的氧化物半导体用于晶体管的沟道形成区域，可以使该晶体管具有稳定的电特性。

本实施方式所示的结构可以与其他实施方式及实施例所示的结构适当地组合而使用。

(实施方式6)

在本实施方式中，对可以适用本发明的一个方式的半导体装置的电子设备进行说明。

可以将本发明的一个方式的半导体装置用于电子设备的显示部。由此，本发明的一个方式可以实现显示质量高的电子设备。或者，本发明的一个方式可以实现极高精密度的电子设备。或者，本发明的一个方式可以实现可靠性高的电子设备。

作为使用本发明的一个方式的半导体装置等的电子设备，例如可以举出电视机、显示器等显示装置、照明装置、台式或笔记本型个人计算机、文字处理机、再现储存在DVD(Digital Versatile Disc：数字通用光盘)等记录介质中的静态图像或动态图像的图像再现装置、便携式CD播放器、收音机、磁带录音机、头戴式耳机立体音响、立体音响、台钟、挂钟、无绳电话子机、无线电收发机、车载电话、移动电话、便携式信息终端、平板终端、便携式游戏机、弹珠机等固定型游戏机、计算器、电子笔记本、电子书阅读器终端、电子翻译器、声音输入器、摄像机、数字静态照相机、电动刮刀、微波炉等高频加热装置、电饭煲、电动洗衣机、电动吸尘器、热水器、电扇、电吹风、空调设备诸如空调器、加湿器、除湿器等、餐具洗涤机、餐具干燥机、干衣机、烘被机、电冰箱、电冷冻箱、电冷冻冷藏箱、DNA保存用冰冻器、手电筒、链锯等工具、烟探测器或透析装置等医疗设备等。再者，例如还可以举出工业设备等诸如引导灯、信号机、传送带、电梯、自动扶梯、工业机器人、蓄电系统或用于电力均匀化、智能电网的蓄电装置等。另外，例如，通过使用燃料的发动机或利用来自蓄电体的电力的电动机推进的移动体等也有时包括在电子设备的范畴内。作为上述移动体，例如可以举出电动汽车(EV)、兼具内燃机和电动机的混合动力汽车(HV)、插电式混合动力汽车(PHV)、使用履带代替这些的车轮的履带式车辆、包括电动辅助自行车的带有发动机的自行车、摩托车、电动轮椅、高尔夫球车、小型或大型船舶、潜水艇、直升机、飞机、火箭、人造卫星、太空探测器、行星探测器或宇宙飞船等。

本发明的一个方式的电子设备也可以包括二次电池(电池)。并且，优选通过非接触电力传送能够对该二次电池充电。

作为二次电池，例如，可以举出锂离子二次电池、镍氢电池、镍镉电池、有机自由基电池、铅蓄电池、空气二次电池、镍锌电池或银锌电池等。

本发明的一个方式的电子设备也可以包括天线。通过由天线接收信号，可以在显示部上显示图像及信息等。另外，在电子设备包括天线及二次电池时，可以将天线用于非接触电力传送。

本发明的一个方式的电子设备也可以包括传感器(例如，该传感器具有测量如下因素的功能：力、位移、位置、速度、加速度、角速度、转速、距离、光、液、磁、温度、化学物质、声音、时间、硬度、电场、电流、电压、电力、辐射线、流量、湿度、倾斜度、振动、气味或红外线等)。

本发明的一个方式的电子设备可以具有各种功能。例如，可以具有如下功能：将各种信息(例如，静态图像、动态图像或文字图像等)显示在显示部上的功能；触摸面板的功能；显示日历、日期或时间等的功能；执行各种软件(程序)的功能；进行无线通信的功能；或者读出储存在存储介质中的程序或数据的功能；等。

此外，包括多个显示部的电子设备可以具有在显示部的一部分主要显示图像信息而在显示部的其他部分主要显示文本信息的功能，或者具有通过将考虑了视差的图像显示于多个显示部上来显示三维图像的功能等。并且，具有图像接收部的电子设备可以具有如下功能：拍摄静态图像；拍摄动态图像；对所拍摄的图像进行自动或手工校正；将所拍摄的图像存储在记录介质(外部或内置于电子设备中)中；或者将所拍摄的图像显示在显示部上；等。另外，本发明的一个方式的电子设备所具有的功能不局限于此。本发明的一个方式的电子设备可以具有各种功能。

本发明的一个方式的半导体装置可以显示高清晰的图像。由此，尤其可以适当地用于携带式电子设备、穿戴式电子设备或者电子书阅读器等。例如，可以适当地用于VR设备或AR设备等xR设备。

图39A是安装有取景器8100的照相机8000的外观图。

照相机8000包括框体8001、显示部8002、操作按钮8003及快门按钮8004等。另外，照相机8000安装有可装卸的镜头8006。在照相机8000中，镜头8006和框体也可以被形成为一体。

照相机8000通过按下快门按钮8004或者触摸用作触摸面板的显示部8002，可以进行摄像。

框体8001包括具有电极的嵌入器，除了可以与取景器8100连接以外，还可以与闪光灯装置等连接。

取景器8100包括框体8101、显示部8102以及按钮8103等。

框体8101通过嵌合到照相机8000的嵌入器装到照相机8000。取景器8100例如可以将从照相机8000接收的影像等显示到显示部8102上。

按钮8103例如被用作电源按钮等。

本发明的一个方式的半导体装置可以用于照相机8000的显示部8002及取景器8100的显示部8102。此外，也可以在照相机8000中内置有取景器8100。

图39B是头戴显示器8200的外观图。

头戴显示器8200包括安装部8201、透镜8202、主体8203、显示部8204以及电缆8205等。此外，在安装部8201中内置有电池8206。

电缆8205具有将电力从电池8206供应到主体8203的功能。主体8203例如包括无线接收器等，能够将所接收的影像信息等显示到显示部8204上。此外，主体8203例如具有照相机，由此可以作为输入方法利用使用者的眼球或眼睑的动作的信息。

此外，例如也可以对安装部8201的被使用者接触的位置设置多个电极，以检测出根据使用者的眼球的动作而流过电极的电流，由此实现识别使用者的视线的功能。此外，还可以具有根据流过该电极的电流监视使用者的脉搏的功能。安装部8201例如可以具有温度传感器、压力传感器或加速度传感器等各种传感器。头戴显示器8200例如也可以具有将使用者的生物信息显示在显示部8204上的功能或与使用者的头部的动作同步地使显示在显示部8204上的影像变化的功能等。

可以将本发明的一个方式的半导体装置用于显示部8204。

图39C至图39E是头戴显示器8300的外观图。头戴显示器8300包括框体8301、显示部8302、带状固定工具8304以及一对透镜8305。

使用者可以通过透镜8305看到显示部8302上的显示。例如，优选在头戴显示器8300中弯曲配置显示部8302，这是因为使用者可以感受高真实感。此外，例如，通过透镜8305分别看到显示在显示部8302的不同区域上的图像，从而可以进行利用视差的三维显示等。此外，本发明的一个方式不局限于设置有一个显示部8302的结构，例如也可以设置两个显示部8302以对使用者的一对眼睛分别配置一个显示部。

可以将本发明的一个方式的半导体装置用于显示部8302。本发明的一个方式的半导体装置还可以实现极高的清晰度。例如，如图39E所示，即使使用透镜8305对显示进行放大观看，像素也不容易被使用者看到。就是说，可以利用显示部8302使使用者看到现实感更高的影像。

图39F是护目镜型头戴显示器8400的外观图。头戴显示器8400包括一对框体8401、安装部8402及缓冲构件8403。一对框体8401内各自设置有显示部8404及透镜8405。通过使一对显示部8404显示互不相同的图像，可以进行利用视差的三维显示。

使用者可以通过透镜8405看到显示部8404上的显示。透镜8405具有焦点调整机构，该焦点调整机构可以根据使用者的视力调整透镜8405的位置。显示部8404优选为正方形或横向长的矩形。由此，可以提高真实感。

安装部8402优选具有塑性及弹性以可以根据使用者的脸尺寸调整并没有掉下来。另外，安装部8402的一部分例如优选具有被用作骨传导耳机的振动机构。由此，只要安装就可以享受影像及声音，而不需耳机或扬声器等音响设备。此外，例如也可以具有通过无线通信将声音数据输出到框体8401内的功能。

安装部8402及缓冲构件8403是与使用者的脸(额头或脸颊等)接触的部分。通过使缓冲构件8403与使用者的脸密接，可以防止漏光，从而可以进一步提高沉浸感。缓冲构件8403优选使用柔软的材料以在使用者装上头戴显示器8400时与使用者的脸密接。例如，可以使用橡胶、硅酮橡胶、聚氨酯或海绵等材料。另外，例如，当作为缓冲构件8403使用用布或皮革(天然皮革或合成皮革)等覆盖海绵等的表面的构件时，在使用者的脸和缓冲构件8403之间不容易产生空隙，从而可以适当地防止漏光。另外，在使用这种材料时，不仅让使用者感觉亲肤，而且当在较冷的季节等装上的情况下不让使用者感到寒意，所以是优选的。在缓冲构件8403或安装部8402等接触于使用者的皮肤的构件采用可拆卸的结构时，容易进行清洗及交换，所以是优选的。

图40A是示出电视装置的一个例子的图。在电视装置7100中，框体7101中组装有显示部7000。在此示出利用支架7103支撑框体7101的结构。

在图40A中，可以对显示部7000应用本发明的一个方式的半导体装置。

可以通过利用框体7101所包括的操作开关或另外提供的遥控操作机7111进行图40A所示的电视装置7100的操作。或者，也可以通过在显示部7000中包括触摸传感器并用指头等触摸显示部7000来进行电视装置7100的操作。此外，也可以在遥控操作机7111中包括显示从该遥控操作机7111输出的信息的显示部。通过利用遥控操作机7111所包括的操作键或触摸面板，电视装置7100可以进行频道或音量的操作。另外，可以对显示在显示部7000上的影像进行操作。

此外，电视装置7100例如可以包括接收机及调制解调器等。可以通过利用接收机接收一般的电视广播。再者，通过调制解调器连接到有线或无线方式的通信网络，从而进行单向(从发送者到接收者)或双向(例如，发送者和接收者之间或接收者之间等)的信息通信。

图40B是示出笔记本型个人计算机的一个例子的图。笔记本型个人计算机7200包括框体7211、键盘7212、指向装置7213及外部连接端口7214等。在框体7211中组装有显示部7000。

在图40B中，可以对显示部7000应用本发明的一个方式的半导体装置。

图40C和图40D是示出数字标牌的一个例子的图。

图40C所示的数字标牌7300包括框体7301、显示部7000及扬声器7303等。此外，还可以包括LED灯、操作键(包括电源开关或操作开关)、连接端子、各种传感器或麦克风等。

图40D是示出设置于圆柱状柱子上的数字标牌的图。数字标牌7400包括沿着柱子7401的曲面设置的显示部7000。

在图40C和图40D中，可以对显示部7000应用本发明的一个方式的半导体装置。

在数字标牌7300或数字标牌7400中，显示部7000越大，一次能够提供的信息量越多。显示部7000越大，越容易吸引人的注意，例如可以提高广告宣传效果。

此外，在数字标牌7300或数字标牌7400中，优选将触摸面板用于显示部7000。因此，不仅可以在显示部7000上显示静态图像或动态图像，使用者还能够直觉性地进行操作。此外，在用于提供线路信息或交通信息等信息的用途时，可以通过直觉性的操作提高易用性。

如图40C和图40D所示，数字标牌7300或数字标牌7400例如优选可以通过无线通信与使用者所携带的智能手机等信息终端设备7311或信息终端设备7411联动。例如，显示在显示部7000上的广告信息可以显示在信息终端设备7311或信息终端设备7411的屏幕上。此外，通过操作信息终端设备7311或信息终端设备7411，可以切换显示部7000的显示。

此外，可以在数字标牌7300或数字标牌7400上以信息终端设备7311或信息终端设备7411的屏幕为操作单元(控制器)执行游戏。由此，不特定多个使用者可以同时参加游戏，享受游戏的乐趣。

图40E是示出信息终端的一个例子的图。信息终端7550包括框体7551、显示部7552、麦克风7557、扬声器部7554、摄像头7553及操作开关7555等。可以将本发明的一个方式的半导体装置用于显示部7552。显示部7552可以被用作触摸面板。另外，信息终端7550在框体7551的内侧可以具有天线及电池等。信息终端7550例如可以被用作智能手机、移动电话、平板信息终端、平板电脑或电子书阅读器终端等。

图40F是示出手表型信息终端的一个例子的图。信息终端7660包括框体7661、显示部7662、表带7663、带扣7664、操作开关7665及输入输出端子7666等。另外，信息终端7660在框体7661的内侧例如可以具有天线及电池等。信息终端7660例如可以执行移动电话、电子邮件、文章的阅读及编写、音乐播放、网络通信或电脑游戏等各种应用程序。

此外，在信息终端7660中，显示部7662包括触摸传感器，例如可以用指头或触屏笔等触摸屏幕来进行操作。例如，通过触摸显示于显示部7662的图标7667，可以启动应用程序。操作开关7665例如除了时刻设定之外，还可以具有电源开关、无线通信的开关、静音模式的设置或取消或者省电模式的设置或取消等各种功能。例如，通过利用组装在信息终端7660中的操作系统，也可以设定操作开关7665的功能。

另外，便携式信息终端7660可以执行被通信标准化的近距离无线通信。例如，通过与可无线通信的耳麦通信，可以进行免提通话。此外，信息终端7660可以通过输入输出端子7666与其他信息终端发送和接收数据。另外，也可以通过输入输出端子7666进行充电。另外，充电工作也可以利用无线供电进行，而不通过输出输入端子7666。

图41A是汽车9700的外观图。图41B是示出汽车9700的驾驶座的图。汽车9700包括车体9701、车轮9702、仪表盘9703及灯9704等。本发明的一个方式的显示装置例如可以用于汽车9700的显示部等。例如，可以将本发明的一个方式的显示装置用于图41B所示的显示部9710至显示部9715各自中。

显示部9710和显示部9711是设置在汽车的挡风玻璃上的显示装置。通过使用具有透光性的导电材料来制造显示装置中的电极，可以使本发明的一个方式的显示装置成为能看到对面的所谓的透视式显示装置。透视式显示装置即使在驾驶汽车9700时也不会成为视野的障碍。因此，可以将本发明的一个方式的显示装置设置在汽车9700的挡风玻璃上。另外，当在该显示装置中例如设置用来驱动该显示装置的晶体管等时，优选作为该晶体管例如采用使用有机半导体材料的有机晶体管或使用氧化物半导体的晶体管等具有透光性的晶体管。

显示部9712是设置在立柱部分的显示装置。例如，通过将设置于车体9701的摄像单元所拍摄的影像显示在显示部9712，可以弥补被立柱遮挡的视野。显示部9713是设置在仪表盘9703的显示装置。例如，通过将设置于车体9701的摄像单元所拍摄的影像显示在显示部9713，可以弥补被仪表盘9703遮挡的视野。即，在汽车9700中，通过将设置于车体9701的摄像单元所拍摄的影像显示在显示部9712及显示部9713，可以弥补死角，从而提高安全性。此外，通过显示弥补看不到的部分的影像，可以更自然、更舒适地确认安全。

另外，图42是示出作为驾驶座和副驾驶座采用了长条座椅的汽车9700室内的图。显示部9721是设置在车门部分的显示装置。例如，通过将设置于车体9701的摄像单元所拍摄的影像显示在显示部9721，可以弥补被车门遮挡的视野。另外，显示部9722是设置在方向盘的显示装置。显示部9723是设置在长条座椅的座位中央部的显示装置。

显示部9714、显示部9715或显示部9722例如通过显示导航信息、行车速度、发动机的转速数、行车距离、燃量的剩余量、排档的状态或空调的设定等，可以向使用者提供各种信息。另外，使用者可以适当地改变显示部所显示的显示内容及布置。另外，显示部9710至显示部9713、显示部9721和显示部9723中的一个以上也可以显示上述信息。显示部9710至显示部9715以及显示部9721至显示部9723中的一个以上还可以被用作照明装置。

本实施方式所示的结构可以与其他实施方式及实施例所示的结构适当地组合而使用。

[实施例]

在本实施例中，说明实际制造的显示装置。该显示装置包括使用沟道长度为200nm的氧化物半导体FET的清晰度为3207ppi的高清晰OLED显示器(也称为有机EL显示器)。该显示装置例如优选用于VR设备或AR设备等xR设备。优选将本发明的一个方式的半导体装置用于本实施例所示的显示装置。

在本实施例等中，OS晶体管(在形成沟道的半导体层中包含氧化物半导体的晶体管)有时被称为氧化物半导体FET或OSFET。另外，Si晶体管(在形成沟道的半导体层中包含硅的晶体管)有时被称为SiFET。

在本实施例中，例如，关于显示装置、像素及氧化物半导体FET等的详细说明，可以适当地参照其他实施方式。因此，在本实施例中，有时适当地省略说明。

<氧化物半导体FET的结构>

对用于所制造的显示装置的氧化物半导体FET(OSFET700)进行说明。图43示出OSFET700的工艺流程。另外，图44是OSFET700的立体示意图。图45A至图45D是所制造的显示装置的像素所包括的OSFET700及OSFET700周边的STEM(Scanning Transmission ElectronMicroscope：扫描透射电子显微镜)图像。图45A是OSFET700周边的平面STEM图像。图45B及图45C是OSFET700的沟道长度方向的截面STEM图像。图45D是OSFET700的沟道宽度方向的截面STEM图像。

首先，在工艺P01及工艺P02中形成导电体705(对应于图37的导电体505)。导电体705被用作OSFET700的背栅极的电极(BGE)。接着，在工艺P03中形成绝缘体722及绝缘体724(对应于图37的绝缘体522及绝缘体524)。接着，在工艺P04中形成金属氧化物731及导电体742(对应于图37的金属氧化物531及导电体542)。金属氧化物731被用作OSFET700的活性层。另外，导电体742被用作OSFET700的源极及漏极的每一个的电极(S/D金属)。接着，在工艺P05中形成绝缘体754(对应于图37的绝缘体554及绝缘体580)。接着，在工艺P06及工艺P07中形成绝缘体750(对应于图37的绝缘体550)。绝缘体750被用作OSFET700的栅极绝缘膜(GI)。接着，在工艺P08中形成导电体760(对应于图37的导电体560)。导电体760被用作OSFET700的栅极的电极(TGE)。接着，在工艺P09中形成钝化膜、层间膜、通孔(via)(有时称为接触孔(contact))及布线等(未图示)。

在OSFET700的活性层(金属氧化物731)中使用具有CAAC结构的IGZO(也称为CAAC-IGZO)。另外，作为S/D金属(导电体742)，使用氮化钽。注意，OSFET700具有在形成TGE(导电体760)的同时还形成沟道的self-align(自对准)结构。另外，通过还配置BGE(导电体705)，沟道的控制性得到提高。

在所制造的显示装置中，将氧化物半导体用于背板，且具有将设置有OSFET、电容器、两层引线、像素电极及OLED的每一个的层层叠在Si衬底上的结构(有时称为OSFET电容器两层引线像素电极OLED的结构)。

将实施方式2所示的本发明的一个方式的半导体装置100B(参照图16)用于所制造的显示装置的像素。该像素具有七个氧化物半导体FET和三个电容器的结构(有时称为7Tr3C结构)。

另外，在所制造的显示装置的像素所包括的OSFET700中，沟道长度为200nm，沟道宽度为130nm。另外，OSFET700具有活性层(金属氧化物731)的顶面和侧面被TGE(导电体760)覆盖的Trigate(三栅)结构。

<氧化物半导体FET的电特性>

对所制造的氧化物半导体FET(OSFET700)的电特性的评价结果进行说明。

[Id-Vg特性]

图46是示出OSFET700的Id-Vg特性的评价结果的图表。所评价的OSFET700的沟道长度为200nm，沟道宽度为130nm。在Id-Vg特性的评价中，供应到OSFET700的背栅极的电位与供应到栅极的电位相等。在图46中，横轴表示源极与栅极之间的电压(也称为电压Vg)，纵轴表示流在源极与漏极之间的电流(也称为电流Id)。图46示出电压Vg在-4V至4V的范围内的电流Id。另外，图46示出源极与漏极之间的电压(也称为电压Vd)分别为0.1V和1.2V时的Id-Vg特性。曲线811表示电压Vd为0.1V时的Id-Vg特性。曲线812表示电压Vd为1.2V时的Id-Vg特性。

由图46所示的Id-Vg特性可知，OSFET700为常关闭型晶体管，其具有充分的开关比。另外，OSFET700的S值为101mV/decade。另外，OSFET700的关态电流很低，达到测定下限。

注意，在显示装置的工作中，对像素所包括的OSFET700施加高电压。由此，OSFET700以GI(绝缘体750)的等效氧化物厚度(EOT)为11nm的方式设计。

[Vth不均匀]

图47是示出OSFET700的Vth不均匀的评价结果的累积频率分布图。图47示出72个OSFET700的Vth分布。所评价的OSFET700的结构(沟道长度及沟道宽度等)是与评价图46所示的Id-Vg特性的OSFET700的结构同样。在Vth不均匀的评价中，供应到OSFET700的背栅极的电位与供应到栅极的电位相等。注意，在本实施例中，在图46所示的Id-Vg特性中，将Vth定义为电流Id＝6×10

由图47所示的累积频率分布图可知，作为Vth不均匀的指标的标准偏差σ是93mV。

[Id-Vd特性]

图48A是示出OSFET700的Id-Vd特性的评价结果的图表。所评价的OSFET700的结构是三栅型，其中如图6B所示那样串联连接具有与评价图46所示的Id-Vg特性的OSFET700同样的结构的三个FET。在Id-Vd特性的评价中，供应到OSFET700的背栅极的电位与供应到源极的电位相等。在图48A中，横轴表示电压Vd，纵轴表示电流Id。图48A示出电压Vd在0V至6V的范围内的电流Id。另外，图48A示出改变电压Vg而评价的多个Id-Vd特性。曲线831表示电压Vg为2.000V时的Id-Vd特性。曲线832表示电压Vg为1.975V时的Id-Vd特性。曲线833表示电压Vg为1.950V时的Id-Vd特性。曲线834表示电压Vg为1.925V时的Id-Vd特性。此外，还示出按每隔0.025V改变电压Vg来测定的多个Id-Vd特性。另外，图48B示出为了比较评价的SiFET的Id-Vd特性。在所评价的SiFET中，沟道长度为230nm，沟道宽度为1600nm。曲线835表示电压Vg为3.3V时的Id-Vd特性。曲线836表示电压Vg为1.8V时的Id-Vd特性。

根据图48A及图48B所示的Id-Vd特性可知，与SiFET相比，OSFET在哪个电压Vg也具有充分的饱和特性。另外，根据图48A所示的Id-Vd特性可知，OSFET对应于电压Vg的微细变动而电流Id变动，而可以微细地控制OLED发光时的电流。

[Vd耐压]

图49是示出OSFET700的Vd耐压的评价结果的图表。所评价的OSFET700的结构与评价图46所示的Id-Vg特性的OSFET700的结构同样。在Vd耐压的评价中，供应到OSFET700的背栅极的电位与供应到栅极的电位相等。在图49中，横轴表示电压Vd，纵轴表示电流Id。图49示出电压Vg为0V时的电压Vd在0V至30V的范围内的电流Id。曲线841表示OSFET的特性。另外，曲线842表示为了比较评价的SiFET的特性。所评价的SiFET的结构与评价图48B所示的Id-Vd特性的SiFET的结构同样。

在曲线841中，急剧地增加电流Id的电压Vd的值为Vd耐压。OSFET700的Vd耐压大约为20V，该耐压比SiFET高。

[关态电流]

如图46中的Id-Vg特性所示，氧化物半导体FET的关态电流很低，难以利用常规的测定方法进行测定。由此，使用图50所示的电路定量地评价氧化物半导体FET的关态电流。在图50中，电路部851与作为评价对象的氧化物半导体FET连接。作为用于关态电流的评价的氧化物半导体FET，并联连接沟道长度为200nm且沟道宽度为130nm的20，000个OSFET700。所以，该氧化物半导体FET的虚拟上的沟道宽度为2.6mm。在电路部852中，为了评价关态电流而控制电路。在电路部853中，用来评价关态电流的信号被输出到输出端子855。在输入端子群854中，为了评价关态电流而输入控制电路的信号。通过对电路部851的每一个端子施加图50所示的电位，对关态电流进行评价。

图51是示出氧化物半导体FET的关态电流的评价结果的图表。在图51中，横轴表示温度T的倒数，纵轴表示关态电流(也称为电流Ioff)。注意，纵轴的关态电流是换算为OSFET700的沟道宽度130nm的值。点861至点864的各标绘示出150℃、125℃、100℃及85℃的各温度下的关态电流的测定结果。另外，直线865是从点861至点864得到的回归直线。根据直线865预测的室温27℃下的关态电流小于1×10

<显示装置的显示结果>

在本实施例中制造的显示装置包括清晰度为3207ppi的高清晰OLED显示器(显示器871)。表1示出显示器871的规格。作为构成显示器871的像素及栅极驱动器的晶体管，使用氧化物半导体FET(OSFET700)。

[表1]

图52示出显示器871的显示结果。如图52所示，得到了致密且清楚的图像。另外，除了静态图像以外还得到了有真实感的动态图像。

图53示出仅在显示器871的右面(显示面881)进行白色显示的显示结果。显示器871的左半面(显示面882)的非发光区域(black area)的亮度为0.002cd/m

另外，所制造的显示装置所包括的OLED通过分别涂布红色(R)、绿色(G)及蓝色(B)的SBS方式制造。通过SBS方式制造的OLED有时被称为SBS结构。通过SBS方式制造OLED，不连接像素间的OLED，由此显示装置的功耗得到降低。

另外，所制造的显示装置所包括的OLED具有不使用金属掩模而制造的MML(MetalMask Less)结构。该MML结构通过光刻法制造。因此，显示器871具有60％的高开口率。

图54是示出从正面或倾斜方向看所制造的显示装置时的R、G及B的各色度的色度图。图54A示出使用白色OLED及滤色片制造的显示装置的色度。点892Ra，点892Ga及点892Ba的各标绘示出从正面看显示装置时的R、G及B的各色度。点892Rb、点892Gb及点892Bb的各标绘示出从60°的倾斜方向看显示装置时的R、G及B的各色度。点892Rc、点892Gc及点892Bc的各标绘示出从与上述方向相反的60°的倾斜方向看显示装置时的R、G及B的各色度。图54B示出通过使用SBS方式的OLED来制造的显示装置的色度。点891Ra、点891Ga及点891Ba的各标绘示出从正面看显示装置时的R、G及B的各色度。点891Rb、点891Gb及点891Bb的各标绘示出从60°的倾斜方向看显示装置时的R、G及B的各色度。点891Rc、点891Gc及点891Bc的各标绘示出从与上述方向相反的60°的倾斜方向看显示装置时的R、G及B的各色度。通过使用SBS方式的OLED，与使用白色OLED的情况相比，急剧地改善了视角引起的色度变化。

由以上的显示结果可知，使用本发明的一个方式的半导体装置的显示装置可以提高显示质量。

注意，使用本实施例等所示的显示装置的电子设备(例如，VR设备或AR设备等xR设备)也可以利用瘦客户机(thin client)或注视点渲染(foveated rendering)等。通过利用瘦客户机或注视点渲染等来降低使用本实施例等所示的显示装置的电子设备的功耗。

此外，表2示出对所制造的显示装置中的氧化物半导体FET与SiFET进行掩模数、关态电流及Vd耐压的比较的结果。

[表2]

因为在OSFET的制造中不需要掺杂杂质的工序，所以在OSFET的制造中使用的掩模数少于SiFET。因此，由于本实施例等所示的显示装置而使制造成本下降。另外，OSFET的关态电流很低，难以利用常规的电测定进行测定，OSFET的关态电流比SiFET的关态电流非常低。另外，OSFET的Vd耐压高于SiFET的Vd耐压。因此，通过使用本实施例等所示的显示装置来提高显示质量。

注意，例如，如图32B所示，本实施例等所示的显示装置也可以具有通过层叠多个层来层叠SiFET和OSFET的结构。例如，也可以使用SiFET制造显示装置的功能电路(外围驱动电路、CPU、GPU及存储电路等)并使用OSFET制造显示装置的像素。通过将OSFET的层层叠在SiFET的层上来实现显示装置的小型化。

[符号说明]

51A：像素电路、51B：像素电路、61：发光元件、100A：半导体装置、100B：半导体装置、101：布线、102：布线、103：布线、104：布线、M1：晶体管、M2：晶体管、M3：晶体管、M4：晶体管、M5：晶体管、M6：晶体管、M7：晶体管、C1：电容器、C2：电容器、C3：电容器、DL：布线、GLa：布线、GLb：布线、GLc：布线、GLd：布线、ND1：节点、ND2：节点、ND3：节点、ND4：节点、V0：电位、V1：电位、Va：电位、Vc：电位、Va1：电位、Va2：电位、T11：期间、T12：期间、T13：期间、T14：期间、T15：期间、T16：期间、T21：期间、T22：期间、T23：期间、T24：期间、T25：期间、T26：期间、F11：帧、F12_1：帧、F12_2：帧、F14_1：帧、F14_2：帧、F21：帧、F22_1：帧、F22_2：帧、F24_1：帧、F24_2：帧、S01：步骤、S02：步骤、S03：步骤、S04：步骤、S05：步骤