(57)【要約】【課題】外部環境の変化に応じてルックアップテーブルを頻繁に再構築してメモリ回路に保持する場合であっても、帰線期間内でのメモリ回路へのルックアップテーブルの書き込みを行うことができ、電源電圧の供給が停止してもルックアップテーブルのデータの保持ができる表示装置の駆動回路を提供する。【解決手段】表示装置の駆動回路に設けられる、外部環境の変化に応じた画像信号の補正を行うためのルックアップテーブルを記憶するためのメモリ回路として、酸化物半導体を半導体層に具備するトランジスタを有するメモリ回路を用いる構成とする。【選択図】図１
2013137530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像信号の補正を行うためのルックアップテーブルを記憶するメモリ回路を有し、
前記メモリ回路が有する記憶素子は、
第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、容量素子と、を有し、
前記第１のトランジスタのゲート電極は、前記第２のトランジスタの一方の電極が接続されており、
前記第２のトランジスタの半導体層は、酸化物半導体を含んで構成されており、
前記容量素子の一方の電極は、前記第２のトランジスタの一方の電極上に設けられている、表示装置の駆動回路。
【請求項２】
画像信号の補正を行うためのルックアップテーブルを記憶するメモリ回路を有し、
前記メモリ回路が有する記憶素子は、
第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、容量素子と、を有し、
前記第１のトランジスタは、第１の半導体層と、前記第１の半導体層上に設けられた第１のゲート絶縁層と、前記第１の半導体層の一部と重畳して、前記第１のゲート絶縁層上に設けられた第１のゲート電極と、前記第１の半導体層に接する一方の電極と、前記第１の半導体層に接する他方の電極と、を含み、
前記第２のトランジスタは、第２の半導体層と、前記第２の半導体層に接する一方の電極と、前記第２の半導体層に接する他方の電極と、前記第２の半導体層上に設けられた第２のゲート絶縁層と、前記第２の半導体層の一部と重畳して、前記第２のゲート絶縁層上に設けられた第２のゲート電極と、を含み、
前記容量素子は、前記第２のトランジスタの一方の電極と、前記第２のゲート絶縁層と、前記第２のゲート絶縁層上に設けられた容量素子用電極と、を含み、
前記第２の半導体層は、酸化物半導体を含んで構成されており、
前記第１のゲート電極と、前記第２の半導体層に接する一方の電極と、は直接接続される、表示装置の駆動回路。
【請求項３】
外部環境の変化を検出するセンサ回路の信号をもとに、画像信号の補正を行うためのルックアップテーブルが表示制御回路において作成され、該ルックアップテーブルを記憶するメモリ回路と、
前記表示制御回路で作成されたルックアップテーブルを前記メモリ回路に書き込むためのメモリ制御回路と、
前記ルックアップテーブルをもとに補正された前記画像信号を表示パネルに出力するための画像信号出力回路と、を有し、
前記メモリ回路が有する記憶素子は、
第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、容量素子と、を有し、
前記第１のトランジスタのゲート電極は、前記第２のトランジスタの一方の電極が接続されており、
前記第２のトランジスタの半導体層は、酸化物半導体を含んで構成されており、
前記容量素子の一方の電極は、前記第２のトランジスタの一方の電極上に設けられている、表示装置の駆動回路。
【請求項４】
外部環境の変化を検出するセンサ回路の信号をもとに、画像信号の補正を行うためのルックアップテーブルが表示制御回路において作成され、該ルックアップテーブルを記憶するメモリ回路と、
前記表示制御回路で作成されたルックアップテーブルを前記メモリ回路に書き込むためのメモリ制御回路と、
前記ルックアップテーブルをもとに補正された前記画像信号を表示パネルに出力するための画像信号出力回路と、を有し、
前記メモリ回路が有する記憶素子は、
第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、容量素子と、を有し、
前記第１のトランジスタは、第１の半導体層と、前記第１の半導体層上に設けられた第１のゲート絶縁層と、前記第１の半導体層の一部と重畳して、前記第１のゲート絶縁層上に設けられた第１のゲート電極と、前記第１の半導体層に接する一方の電極と、前記第１の半導体層に接する他方の電極と、を含み、
前記第２のトランジスタは、第２の半導体層と、前記第２の半導体層に接する一方の電極と、前記第２の半導体層に接する他方の電極と、前記第２の半導体層上に設けられた第２のゲート絶縁層と、前記第２の半導体層の一部と重畳して、前記第２のゲート絶縁層上に設けられた第２のゲート電極と、を含み、
前記容量素子は、前記第２のトランジスタの一方の電極と、前記第２のゲート絶縁層と、前記第２のゲート絶縁層上に設けられた容量素子用電極と、を含み、
前記第２の半導体層は、酸化物半導体を含んで構成されており、
前記第１のゲート電極と、前記第２の半導体層に接する一方の電極と、は直接接続される、表示装置の駆動回路。
【請求項５】
請求項３または請求項４において、前記センサ回路は、光センサ回路、温度センサ回路、角度センサ回路、及び／またはタイマー回路である表示装置の駆動回路。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一において、前記第１の半導体層は、単結晶シリコンを含んで構成される表示装置の駆動回路。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一に記載の駆動回路を具備する表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表示装置の駆動回路に関する。または本発明は、該駆動回路を具備する表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶テレビなどの表示装置は、近年の技術革新の結果、コモディティ化が進んでいる。今後は、より付加価値の高い製品が求められており、未だ技術開発が活発である。
【０００３】
表示装置に求められる付加価値としては、表示装置の高画質化が挙げられる。特許文献１では、一例として、表示装置の高画質化を実現するために、入力される画像信号の補正を動的に制御する構成について開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１１３３１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
入力される画像信号の補正を動的に制御することで外部環境の変化に応じた画像信号の補正を行い、より高画質化が図られた表示装置とすることができる。入力される画像信号の補正を動的に制御するためには、画像信号を変換するためのルックアップテーブルを外部環境の変化に応じて作成し、メモリ回路に記憶しておく必要がある。そして予めメモリ回路に記憶されたルックアップテーブルを参照して画像信号は、外部環境の変化に応じた補正を行うことができる。
【０００６】
画像信号を変換するためのルックアップテーブルを記憶するメモリ回路の記憶素子には、電源電圧の供給が停止しても、記憶内容を保持できる不揮発性メモリを用いる構成が好適である。不揮発性メモリを用いることで、電源電圧の供給が停止してもメモリ回路に記憶されたルックアップテーブルの内容を保持できるため、消費電力の低減を図ることができる。また、長期間同じ環境下で表示を行う場合等、ルックアップテーブルの更新を行わない場合にも、電源電圧の供給を行わずにメモリ回路に記憶されたルックアップテーブルの内容を保持できるため、消費電力の低減を図ることができる。
【０００７】
一方で、外部環境が頻繁に変化し、その度にルックアップテーブルを作成し、メモリ回路に記憶する状況では、表示を行いながらルックアップテーブルを作成し、メモリ回路に記憶する必要がある。この場合、ルックアップテーブルを参照しながら画像信号を補正する期間とは異なる帰線期間等の別の期間で、ルックアップテーブルを作成し、メモリ回路に記憶する必要がある。これは、表示を行いながらルックアップテーブルの更新を行うと、正常な画像信号の補正が行われず、表示不良の原因となるためである。
【０００８】
しかしながら、ＦｌａｓｈＥＥＰＲＯＭ（フラッシュメモリ）等の不揮発性メモリでは、書き換え期間が数ｍ秒かかるため、高精細化した表示装置での帰線期間にルックアップテーブルを作成し、メモリ回路に記憶する時間が不足してしまう。またフラッシュメモリでは、データの書き換えに高い電圧が必要となり、昇圧回路等の別の回路を付加するための回路規模の増大が問題となる。
【０００９】
そこで本発明の一態様では、外部環境の変化に応じてルックアップテーブルを頻繁に再構築してメモリ回路に保持する場合であっても、帰線期間内でのメモリ回路へのルックアップテーブルの書き込みを行うことができ、電源電圧の供給が停止してもルックアップテーブルのデータの保持ができる、メモリ回路を備えた表示装置の駆動回路を提供することを課題の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様は、表示装置の駆動回路に設けられる、外部環境の変化に応じた画像信号の補正を行うためのルックアップテーブルを記憶するためのメモリ回路の記憶素子として、酸化物半導体をチャネル形成領域に具備するトランジスタを有する構成とするものである。メモリ回路は、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、容量素子と、を有し、第１のトランジスタのゲート電極は、第２のトランジスタの一方の電極が接続されており、第２のトランジスタのチャネル形成領域は、酸化物半導体を含んで構成されており、容量素子の一方の電極は、第２のトランジスタの一方の電極上に設けられている構造である。
【００１１】
本発明の一態様は、画像信号の補正を行うためのルックアップテーブルを記憶するメモリ回路を有し、メモリ回路が有する記憶素子は、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、容量素子と、を有し、第１のトランジスタのゲート電極は、第２のトランジスタの一方の電極が接続されており、第２のトランジスタの半導体層は、酸化物半導体を含んで構成されており、容量素子の一方の電極は、第２のトランジスタの一方の電極上に設けられている、表示装置の駆動回路である。
【００１２】
本発明の一態様は、画像信号の補正を行うためのルックアップテーブルを記憶するメモリ回路を有し、メモリ回路が有する記憶素子は、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、容量素子と、を有し、第１のトランジスタは、第１の半導体層と、第１の半導体層上に設けられた第１のゲート絶縁層と、第１の半導体層の一部と重畳して、第１のゲート絶縁層上に設けられた第１のゲート電極と、第１の半導体層に接する一方の電極と、第１の半導体層に接する他方の電極と、を含み、第２のトランジスタは、第２の半導体層と、第２の半導体層に接する一方の電極と、第２の半導体層に接する他方の電極と、第２の半導体層上に設けられた第２のゲート絶縁層と、第２の半導体層の一部と重畳して、第２のゲート絶縁層上に設けられた第２のゲート電極と、を含み、容量素子は、第２のトランジスタの一方の電極と、第２のゲート絶縁層と、第２のゲート絶縁層上に設けられた容量素子用電極と、を含み、第２の半導体層は、酸化物半導体を含んで構成されており、第１のゲート電極と、第２の半導体層に接する一方の電極と、は直接接続される、表示装置の駆動回路である。
【００１３】
本発明の一態様は、外部環境の変化を検出するセンサ回路の信号をもとに、画像信号の補正を行うためのルックアップテーブルが表示制御回路において作成され、該ルックアップテーブルを記憶するメモリ回路と、表示制御回路で作成されたルックアップテーブルをメモリ回路に書き込むためのメモリ制御回路と、ルックアップテーブルをもとに補正された画像信号を表示パネルに出力するための画像信号出力回路と、を有し、メモリ回路が有する記憶素子は、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、容量素子と、を有し、第１のトランジスタのゲート電極は、第２のトランジスタの一方の電極が接続されており、第２のトランジスタの半導体層は、酸化物半導体を含んで構成されており、容量素子の一方の電極は、第２のトランジスタの一方の電極上に設けられている、表示装置の駆動回路である。
【００１４】
本発明の一態様は、外部環境の変化を検出するセンサ回路の信号をもとに、画像信号の補正を行うためのルックアップテーブルが表示制御回路において作成され、該ルックアップテーブルを記憶するメモリ回路と、表示制御回路で作成されたルックアップテーブルをメモリ回路に書き込むためのメモリ制御回路と、ルックアップテーブルをもとに補正された画像信号を表示パネルに出力するための画像信号出力回路と、を有し、メモリ回路が有する記憶素子は、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、容量素子と、を有し、第１のトランジスタは、第１の半導体層と、第１の半導体層上に設けられた第１のゲート絶縁層と、第１の半導体層の一部と重畳して、第１のゲート絶縁層上に設けられた第１のゲート電極と、第１の半導体層に接する一方の電極と、第１の半導体層に接する他方の電極と、を含み、第２のトランジスタは、第２の半導体層と、第２の半導体層に接する一方の電極と、第２の半導体層に接する他方の電極と、第２の半導体層上に設けられた第２のゲート絶縁層と、第２の半導体層の一部と重畳して、第２のゲート絶縁層上に設けられた第２のゲート電極と、を含み、容量素子は、第２のトランジスタの一方の電極と、第２のゲート絶縁層と、第２のゲート絶縁層上に設けられた容量素子用電極と、を含み、第２の半導体層は、酸化物半導体を含んで構成されており、第１のゲート電極と、第２の半導体層に接する一方の電極と、は直接接続される、表示装置の駆動回路である。
【００１５】
本発明の一態様において、センサ回路は、光センサ回路、温度センサ回路、角度センサ回路、及び／またはタイマー回路であることが好ましい。
【００１６】
本発明の一態様において、第１の半導体層は、単結晶シリコンを含んで構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の一態様により、外部環境の変化に応じてルックアップテーブルを頻繁に再構築してメモリ回路に保持する場合であっても、帰線期間内でのメモリ回路へのルックアップテーブルの書き込みを行うことができ、電源電圧の供給が停止してもルックアップテーブルのデータの保持ができる、メモリ回路を備えた表示装置の駆動回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態１を説明する図。
【図２】実施の形態１を説明する図。
【図３】実施の形態１を説明する図。
【図４】実施の形態１を説明する図。
【図５】実施の形態１を説明する図。
【図６】実施の形態１を説明する図。
【図７】実施の形態１を説明する図。
【図８】実施の形態１を説明する図。
【図９】実施の形態１を説明する図。
【図１０】実施の形態１を説明する図。
【図１１】実施の形態２を説明する図。
【図１２】実施の形態２を説明する図。
【図１３】実施の形態２を説明する図。
【図１４】実施の形態２を説明する図。
【図１５】実施の形態２を説明する図。
【図１６】実施の形態３を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、本発明の構成は多くの異なる態様で実施することが可能であり、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。従って本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。なお、以下に説明する本発明の構成において、同じ物を指し示す符号は異なる図面間において共通とする。
【００２０】
なお、各実施の形態の図面等において示す各構成の、大きさ、層の厚さ、信号波形、又は領域は、明瞭化のために誇張されて表記している場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。
【００２１】
なお本明細書にて用いる第１、第２、第３、乃至第Ｎ（Ｎは自然数）という用語は、構成要素の混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではないことを付記する。
【００２２】
なおトランジスタは、その構造から、ソースとドレインの定義が困難である。従って、以下では、ソース電極及びドレイン電極の一方となる、半導体層に接する電極を「トランジスタの一方の電極」、ソース電極及びドレイン電極の他方となる、半導体層に接する電極を「トランジスタの他方の電極」と表記する。
【００２３】
（実施の形態１）
図１（Ａ）は、表示装置の駆動回路を含む、表示装置のブロック図を示している。図１（Ａ）に示す表示装置１００は、駆動回路１０１、表示パネル１０２、センサ回路１０３及び表示制御回路１０４を有する。駆動回路１０１は、メモリ制御回路１０５、メモリ回路１０６及び画像信号出力回路１０７を有する。画像信号出力回路１０７は、第１のラッチ回路１０８、第２のラッチ回路１０９及びデジタルアナログ変換回路（Ｄ／Ａ変換回路）１１０を有する。
【００２４】
表示パネル１０２は、画像信号の入力に応じた表示を行う。表示パネル１０２には複数の画素が設けられており、画素毎に表示素子を有する。表示素子としては、液晶素子、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子を用いることができる。液晶素子を表示素子とする場合、表示パネル１０２は液晶表示パネルとなる。ＥＬ素子を表示素子とする場合、表示パネル１０２はＥＬ表示パネルとなる。
【００２５】
センサ回路１０３は、外部環境の変化を検出するための回路である。センサ回路１０３には、一例としては、外光の照度を検出する光センサ回路を用いることができる。なお、光センサ回路は外光の照度を検出する以外にも、液晶表示装置であれば、バックライトの輝度を検出するセンサを併用することも可能である。また光センサ回路以外にも、温度センサ回路や、角度センサ回路や、タイマー回路等のセンサを単独、または併用することも可能である。
【００２６】
表示制御回路１０４は、入力される画像信号の補正を動的に制御するために用いるルックアップテーブルを作成する回路である。ここで動的な制御とは、外部環境の変化に応じてルックアップテーブルを更新することをいう。また表示制御回路１０４は、外部より供給される画像信号を、画像信号を補正するためのフォーマットに変換し、メモリ回路１０６に出力する回路である。
【００２７】
表示制御回路１０４は、一例としてはガンマ値を含む入出力特性を変換する数式を用いて演算し、外部環境の変化に応じたルックアップテーブルを作成することができる。例えばｍビットの画像信号を、ｎビットの画像信号に変換する場合、入力される画像信号と出力される画像信号との関係式は、式（１）で表すことができる。
【００２８】
【数１】
2013137530.tif 000003
【００２９】
式（１）において、ＯＵＴは出力される画像信号の階調値、ＩＮは入力される画像信号の階調値、γはガンマ値、ｍは入力される画像信号のビット数、ｎは出力される画像信号のビット数、α及びβ（α≧β）は出力される画像信号の階調値を調整するための変数である。
【００３０】
具体的に式（１）を用いて、外部環境の変化に応じたルックアップテーブルの作成例を説明する。ここでは、外部環境が表示パネルへの外光の照度である場合を考える。ここで図２には、入力される画像信号が８ビット、出力される画像信号が８ビットの場合に、式（１）を用いて得られる、異なる外部環境下での、入力される画像信号の階調値に対する出力される画像信号の階調値のグラフを示している。
【００３１】
図２には、変換前の入出力される画像信号の対応を表す直線２００、γを２．０、αを０、βを０として入出力される画像信号の対応を表す点線曲線２０１、γを２．０、αを５５、βを０として入出力される画像信号の対応を表す一点鎖線曲線２０２、γを２．０、αを５５、βを５５として入出力される画像信号の対応を表す二点鎖線曲線２０３、を示している。
【００３２】
照度が小さい、すなわち暗い外部環境下では、一点鎖線曲線２０２となる画像信号の変換を行うように、ルックアップテーブルを作成する。こうして作成されるルックアップテーブルにより画像信号を補正して表示される画像は、暗い環境下で明るすぎる階調数であった画像信号が、明るさが抑制された階調数の画像信号に変換されており、視認性を向上させることができる。
【００３３】
また、照度が大きい、すなわち明るい外部環境下では、二点鎖線曲線２０３となる画像信号の変換を行うように、ルックアップテーブルを作成する。こうして作成されるルックアップテーブルにより画像信号を補正して表示される画像は、明るい環境下で小さい階調数であった画像信号が、明るさが向上した階調数の画像信号に変換されており、視認性を向上させることができる。
【００３４】
その結果、具体的に表示制御回路１０４は、外光の照度が増加する方向に変化した場合には、当該変化に応じて視認性が向上できるガンマ特性に変化するよう演算してルックアップテーブルを出力し、外光の照度が減少する方向に変化した場合には、当該変化に応じて視認性が向上できるガンマ特性に変化するよう演算してルックアップテーブルを出力することができる。
【００３５】
メモリ制御回路１０５は、表示制御回路１０４で作成したルックアップテーブルのデータを、メモリ回路１０６に書き込むために必要な信号とともに、メモリ回路１０６に出力する回路である。具体的にメモリ制御回路１０５は、メモリ回路１０６にルックアップテーブルのデータを記憶または消去するためのアドレス等を作成し、出力する。
【００３６】
メモリ回路１０６は、メモリ制御回路１０５を介して記憶されるルックアップテーブルのデータを記憶するための回路である。またメモリ回路１０６は、記憶したルックアップテーブルに応じて、表示制御回路１０４より出力される画像信号を補正するための回路である。
【００３７】
図１（Ｂ）では、メモリ回路１０６を構成する記憶素子の回路構成について示す。当該記憶素子は、第１のトランジスタ１１１と、酸化物半導体を用いた第２のトランジスタ１１２と、容量素子１１３によって構成される。なお第２のトランジスタ１１２の半導体層は、酸化物半導体を含んで構成される。図１（Ｂ）において、第２のトランジスタ１１２は、酸化物半導体を用いたことを明示するために、ＯＳの符号を合わせて付している。
【００３８】
ここで第２のトランジスタ１１２の半導体層に用いる酸化物半導体について詳述する。
【００３９】
トランジスタの半導体層中のチャネル形成領域に用いる酸化物半導体としては、少なくともインジウム（Ｉｎ）または亜鉛（Ｚｎ）を含むことが好ましい。特にＩｎ及びＺｎを含むことが好ましい。また、それらに加えて、酸素を強く結びつけるスタビライザーを有することが好ましい。スタビライザーとしては、ガリウム（Ｇａ）、スズ（Ｓｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）及びアルミニウム（Ａｌ）の少なくともいずれかを有すればよい。
【００４０】
また、他のスタビライザーとして、ランタノイドである、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）のいずれか一種または複数種を有してもよい。
【００４１】
例えば、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物や、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｚｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物や、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系酸化物や、Ｉｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ系酸化物や、Ｉｎ−Ｇａ系酸化物、Ｉｎ系酸化物、Ｓｎ系酸化物、Ｚｎ系酸化物などを用いることができる。
【００４２】
なお、ここで、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物とは、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを主成分として有する酸化物という意味であり、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎの比率は問わない。
【００４３】
また、酸化物半導体として、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される材料を用いてもよい。なお、Ｍは、Ｇａ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＣｏから選ばれた一の金属元素または複数の金属元素を示す。また、酸化物半導体として、Ｉｎ２ＳｎＯ５（ＺｎＯ）ｎ（ｎ＞０）で表記される材料を用いてもよい。
【００４４】
例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１またはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝２：２：１の原子数比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いることができる。または、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝２：１：３またはＩｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝２：１：５の原子数比のＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いるとよい。
【００４５】
なお、例えば、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎの原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃ（ａ＋ｂ＋ｃ＝１）である酸化物の組成が、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝Ａ：Ｂ：Ｃ（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＝１）の酸化物の組成の近傍であるとは、ａ、ｂ、ｃが、式（２）を満たすことをいう。
【００４６】
（ａ―Ａ）２＋（ｂ―Ｂ）２＋（ｃ―Ｃ）２≦ｒ２      （２）
【００４７】
ｒとしては、例えば、０．０５とすればよい。他の酸化物でも同様である。
【００４８】
しかし、これらに限られず、必要とする半導体特性（電界効果移動度、しきい値電圧等）に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とする半導体特性を得るために、キャリア濃度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離、密度等を適切なものとすることが好ましい。
【００４９】
また、酸化物半導体を半導体層中のチャネル形成領域に用いたトランジスタは、酸化物半導体を高純度化することにより、オフ電流（ここでは、オフ状態のとき、たとえばソース電位を基準としたときのゲート電位との電位差がしきい値電圧以下のときのドレイン電流とする）を十分に低くすることが可能である。例えば、加熱成膜により水素や水酸基を酸化物半導体中に含ませないようにし、または成膜後の加熱により膜中から除去し、高純度化を図ることができる。高純度化されることにより、チャネル形成領域にＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物を用いたトランジスタで、チャネル長が１０μｍ、半導体膜の膜厚が３０ｎｍ、ドレイン電圧が１Ｖ〜１０Ｖ程度の範囲である場合、オフ電流を、１×１０−１３Ａ以下とすることが可能である。またチャネル幅あたりのオフ電流（オフ電流をトランジスタのチャネル幅で除した値）を１×１０−２３Ａ／μｍ（１０ｙＡ／μｍ）から１×１０−２２Ａ／μｍ（１００ｙＡ／μｍ）程度とすることが可能である。
【００５０】
なお酸化物半導体を高純度化して極小となるオフ電流を検出するためには、比較的サイズの大きいトランジスタを作製し、オフ電流を測定することで、実際に流れるオフ電流を見積もることができる。図３にはサイズの大きいトランジスタとして、チャネル幅Ｗを１ｍ（１００００００μｍ）、チャネル長Ｌを３μｍとした際に、温度を１５０℃、１２５℃、８５℃、２７℃と変化させた際のチャネル幅Ｗ１μｍあたりのオフ電流をアレニウスプロットした図を示す。図３からもわかるように、オフ電流は極めて小さく、２７℃において３×１０−２６Ａ／μｍと見積もることができる。なお、昇温してオフ電流を測定したのは、室温では電流が極めて小さいため、測定が困難だったためである。
【００５１】
また、成膜される酸化物半導体膜は、単結晶、多結晶（ポリクリスタルともいう。）または非晶質などの状態をとる。
【００５２】
好ましくは、酸化物半導体膜は、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ  Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜とする。
【００５３】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、完全な単結晶ではなく、完全な非晶質でもない。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、非晶質相に結晶部及び非晶質部を有する結晶−非晶質混相構造の酸化物半導体膜である。なお、当該結晶部は、一辺が１００ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさであることが多い。また、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）による観察像では、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる非晶質部と結晶部との境界は明確ではない。また、ＴＥＭによってＣＡＡＣ−ＯＳ膜には粒界（グレインバウンダリーともいう。）は確認できない。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、粒界に起因する電子移動度の低下が抑制される。
【００５４】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部は、ｃ軸がＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃い、かつａｂ面に垂直な方向から見て三角形状または六角形状の原子配列を有し、ｃ軸に垂直な方向から見て金属原子が層状または金属原子と酸素原子とが層状に配列している。なお、異なる結晶部間で、それぞれａ軸及びｂ軸の向きが異なっていてもよい。本明細書において、単に垂直と記載する場合、８５°以上９５°以下の範囲も含まれることとする。また、単に平行と記載する場合、−５°以上５°以下の範囲も含まれることとする。
【００５５】
なお、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜において、結晶部の分布が一様でなくてもよい。例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の形成過程において、酸化物半導体膜の表面側から結晶成長させる場合、被形成面の近傍に対し表面の近傍では結晶部の占める割合が高くなることがある。また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜へ不純物を添加することにより、当該不純物添加領域において結晶部が非晶質化することもある。
【００５６】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部のｃ軸は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃うため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の形状（被形成面の断面形状または表面の断面形状）によっては互いに異なる方向を向くことがある。なお、結晶部のｃ軸の方向は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜が形成されたときの被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向となる。結晶部は、成膜することにより、または成膜後に加熱処理などの結晶化処理を行うことにより形成される。
【００５７】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動が小さい。
【００５８】
以上が第２のトランジスタ１１２の半導体層に用いる酸化物半導体についての説明である。
【００５９】
図１（Ｂ）において、第１の配線（１ｓｔ  Ｌｉｎｅ）と第１のトランジスタ１１１の一方の電極とが接続されている。また、第２の配線（２ｎｄ  Ｌｉｎｅ）と第１のトランジスタ１１１の他方の電極とが接続されている。また、第３の配線（３ｒｄ  Ｌｉｎｅ）と第２のトランジスタ１１２の一方の電極とが接続されている。また、第４の配線（４ｔｈ  Ｌｉｎｅ）と第２のトランジスタ１１２のゲート電極とが接続されている。また、第１のトランジスタ１１１のゲート電極と第２のトランジスタ１１２の一方の電極とが直接接続し、容量素子１１３の一方の電極を形成している。また、第５の配線（５ｔｈ  Ｌｉｎｅ）と、容量素子１１３の他方の電極とが接続されている。
【００６０】
図１（Ｂ）に示す記憶素子では、第１のトランジスタ１１１のゲート電極の電位が保持可能という特徴を生かすことで、次のように、データの書き込み、保持、読み出しが可能である。
【００６１】
データの書き込み及び保持について説明する。まず、第４の配線の電位を、第２のトランジスタ１１２がオン状態となる電位にして、第２のトランジスタ１１２をオン状態とする。これにより、第３の配線の電位が、第１のトランジスタ１１１のゲート電極、及び容量素子１１３の一方の電極に与えられる。すなわち、第１のトランジスタ１１１のゲート電極には、所定の電荷が与えられる（書き込み）。なお書き込み時、第４の配線の電位は、読み出し時と同じ電位としておくことが好ましい。
【００６２】
なお、ここでは、異なる二つの電位レベルを与える電荷（以下ｄａｔａ’１’電荷、ｄａｔａ’０’電荷という）のいずれかが与えられるものとする。その後、第４の配線の電位を、第２のトランジスタ１１２がオフ状態となる電位にする。第２のトランジスタ１１２をオフ状態とすることにより、第１のトランジスタ１１１のゲート電極に与えられた電荷が保持される（保持）。
【００６３】
第２のトランジスタ１１２のオフ電流は、高純度化された半導体層を用いることで、極めて小さいため、第１のトランジスタ１１１のゲート電極の電荷は長時間にわたって保持される。
【００６４】
次にデータの読み出しについて説明する。第１の配線に所定の電位（定電位）を与えた状態で、第５の配線に適切な電位（読み出し電位）を与えると、第１のトランジスタ１１１のゲート電極に保持された電荷量に応じて、第２の配線は異なる電位をとる。一般に、第１のトランジスタ１１１をｎチャネル型とすると、第１のトランジスタ１１１のゲート電極にｄａｔａ’１’電荷が与えられている場合の見かけのしきい値Ｖｔｈ＿Ｈは、第１のトランジスタ１１１のゲート電極にｄａｔａ’０’電荷が与えられている場合の見かけのしきい値Ｖｔｈ＿Ｌより低くなるためである。ここで、見かけのしきい値電圧とは、第１のトランジスタ１１１を「オン状態」とするために必要な第５の配線の電位をいうものとする。したがって、第５の配線の電位をＶｔｈ＿ＨとＶｔｈ＿Ｌの間の電位Ｖ０とすることにより、第１のトランジスタ１１１のゲート電極に与えられた電荷を判別できる。例えば、書き込みにおいて、ｄａｔａ’１’電荷が与えられていた場合には、第５の配線の電位がＶ０（＞Ｖｔｈ＿Ｈ）となれば、第１のトランジスタ１１１は「オン状態」となる。ｄａｔａ’０’電荷が与えられていた場合には、第５の配線の電位がＶ０（＜Ｖｔｈ＿Ｌ）となっても、第１のトランジスタ１１１は「オフ状態」のままである。このため、第２の配線の電位を見ることで、保持されているデータを読み出すことができる。
【００６５】
図４には、第１のトランジスタ１１１のゲート電極に、ｄａｔａ’０’電荷、ｄａｔａ’１’電荷が与えられた際の、第５の配線の電位Ｖｃを横軸、第１のトランジスタ１１１のドレイン電流Ｉｄを縦軸としたグラフを示している。図４に示すように、第５の配線の電位Ｖｃを−１．５Ｖ程度とすれば、Ｉｄの大きさより第１のトランジスタ１１１のゲート電極に保持された電荷を検出することができることがわかる。
【００６６】
なお、図１（Ｂ）に示す記憶素子をアレイ状に配置して用いる場合、所望の記憶素子のデータのみを読み出せることが必要になる。このようにデータを読み出さない場合には、ゲート電極の状態にかかわらず第１のトランジスタ１１１が「オフ状態」となるような電位、つまり、Ｖｔｈ＿Ｈより小さい電位を第５の配線に与えればよい。または、ゲート電極の状態にかかわらず第１のトランジスタ１１１が「オン状態」となるような電位、つまり、Ｖｔｈ＿Ｌより大きい電位を第５の配線に与えればよい。
【００６７】
図１（Ｂ）に示す記憶素子は、チャネル形成領域に酸化物半導体を用いたオフ電流の極めて小さいトランジスタを適用することで、極めて長期にわたりデータ保持をすることが可能である。
【００６８】
また、図１（Ｂ）に示す記憶素子では、データの書き込みに高い電圧を必要とせず、素子の劣化の問題もない。例えば、従来の不揮発性メモリのように、フローティングゲートへの電子の注入や、フローティングゲートからの電子の引き抜きを行う必要がないため、ゲート絶縁層の劣化といった問題が全く生じない。すなわち、図１（Ｂ）に示す記憶素子では、従来の不揮発性メモリで問題となっている書き換え可能回数に制限はなく、信頼性が飛躍的に向上する。さらに、トランジスタのオン状態、オフ状態によって、データの書き込みが行われるため、高速な動作も容易に実現しうる。
【００６９】
図５には、メモリの書き換え回数を横軸とし、第１のトランジスタ１１１のゲート電極に保持された電荷がｄａｔａ’１’電荷、ｄａｔａ’０’電荷とした場合の、第１のトランジスタ１１１のしきい値電圧Ｖｔｈの変化を縦軸としたグラフを示す。図５に示すように、書き換え可能回数によらず、ｄａｔａ’１’電荷、ｄａｔａ’０’電荷の保持により、第１のトランジスタ１１１のしきい値電圧Ｖｔｈの変化がほとんどないことがわかる。すなわち、図１（Ｂ）に示す記憶素子では、従来の不揮発性メモリで問題となっている書き換え可能回数に制限はなく、信頼性が飛躍的に向上することが確認できる。
【００７０】
またメモリ回路１０６への、ルックアップテーブルの更新は、外部環境が頻繁に変化する場合、その度にルックアップテーブルを生成し、メモリ回路１０６に記憶することが、表示装置の高画質化を図る上で望ましい。従って、ルックアップテーブルを参照しながら画像信号を補正する期間とは別の期間にルックアップテーブルを生成する必要がある。具体的には、前述したように、帰線期間で、ルックアップテーブルを生成し、メモリ回路１０６に記憶する必要がある。
【００７１】
これは、表示を行いながらルックアップテーブルの更新を行うと、正常な画像信号の補正が行われず、表示不良の原因となるためである。ここで説明のため、図６に、表示パネルとしてフルハイビジョンディスプレイ（１９２０列×１０８０行）の場合の各垂直走査線（ＧＯＵＴ＿１〜ＧＯＵＴ＿１０８０）の動作例を示す。各垂直走査線は、スタートパルスＧＳＰを基準にクロックパルスＧＣＫと反転クロックパルスＧＣＫＢに同期して、ＧＯＵＴ＿１からＧＯＵＴ＿１０８０を順に選択していく。この例では、ＧＯＵＴ＿１０８０を選択し終わった後、再びＧＯＵＴ＿１が選択されるまでの垂直帰線期間５０１をクロックパルスＧＣＫの周期の半分としている。
【００７２】
例えばフレーム周波数が６０ｆｒａｍｅ／秒である場合、垂直帰線期間５０１は、約１６μ秒となり、この期間でメモリ回路１０６に記憶された、ルックアップテーブルのデータの書き換えを行わなければならない。フラッシュメモリでは、データの書き換えには必ず消去動作を行う必要があるため、書き換え作業にかかる時間が数ｍ秒必要となってしまう。最近では、フレーム周波数の高い表示パネルも多く存在しているため、メモリ回路１０６に記憶されたルックアップテーブルの書き換えを行う時間は、より少なくなる。
【００７３】
また、外部環境が頻繁に変化することを考慮すると、ルックアップテーブルもその都度、書き換えることができる必要がある。そのため、書き換え耐性の低いフラッシュメモリでは、この点からもこの機能を実現するための回路には適さないことがわかる。
【００７４】
一方上述した図１（Ｂ）に示す記憶素子では、フラッシュメモリと違い消去動作が不要で、書き換え速度が１μ秒以下と速いため、垂直帰線期間５０１でルックアップテーブルのデータを書き換えるのに十分な性能を持っている。また図１（Ｂ）に示す記憶素子では、書き換えに必要な電圧が低いため、新たに昇圧回路等を設ける必要がなく、消費電力を抑えたメモリ回路１０６を実現できる。
【００７５】
次いでメモリ回路１０６内の回路構成についてブロック図を用いて説明する。
【００７６】
図７に示すメモリ回路１０６は、メモリブロック７０１＿１乃至メモリブロック７０１＿２ｍと、マルチプレクサ回路７００とを有している。
【００７７】
なお、図７では、表示制御回路１０４より入力される補正される前の画像信号を、ｍビットの画像信号とし、ルックアップテーブルによる補正により画像信号を、ｎビットの画像信号に変換する場合について示している。
【００７８】
２ｍ個のメモリブロック７０１＿１乃至メモリブロック７０１＿２ｍは、メモリ制御回路１０５により、それぞれｎビットのルックアップテーブルのデータが記憶される。マルチプレクサ回路７００は、表示制御回路１０４より入力されるｍビットの画像信号に応じて、２ｍ個のメモリブロック７０１＿１乃至メモリブロック７０１＿２ｍよりいずれか一を選択し、補正されたｎビットの画像信号が画像信号出力回路１０７に出力される。
【００７９】
次いで図８では、２ｍ個のメモリブロック７０１＿１乃至メモリブロック７０１＿２ｍについて説明する。図８では２ｍ個のメモリブロック７０１＿１乃至メモリブロック７０１＿２ｍのうち、メモリブロック７０１＿１について示したものである。
【００８０】
図８に示すブロック図では、図７と同様に、メモリブロック７０１＿１には、メモリ制御回路１０５により、ｎビットのルックアップテーブルのデータが記憶される。そしてマルチプレクサ回路７００によりメモリブロック７０１＿１に記憶されたｎビットのルックアップテーブルのデータが選択された場合、補正されたｎビットの画像信号が画像信号出力回路１０７に出力される。
【００８１】
メモリブロック７０１＿１は、メモリセルアレイ駆動回路８０１及びメモリセルアレイ８０２を有する。メモリセルアレイ駆動回路８０１は、デコーダ８０３と、ページバッファ８０４と、読みだし回路８０５を有する。
【００８２】
ｎビットのルックアップテーブルのデータをメモリブロック７０１＿１に記憶する場合、一度ページバッファ８０４に保持し、デコーダ８０３の制御により、メモリセルアレイ８０２に記憶する。メモリセルアレイ８０２に記憶されたｎビットのルックアップテーブルのデータを読み出す場合は、読みだし回路８０５を介してマルチプレクサ回路７００に出力する。
【００８３】
図９（Ａ）には、図１（Ｂ）に示す記憶素子を行方向にｎ個備えた、図８のメモリセルアレイ８０２の具体的な回路構成を示している。１ビットのデータを記憶する記憶素子８１０は、第１のトランジスタ８１１、第２のトランジスタ８１２及び容量素子８１３を有する。
【００８４】
図９（Ａ）に示すメモリセルアレイ８０２では、ｎ本の入力用データ線Ｄｉｎ＿１乃至Ｄｉｎ＿ｎ、ｎ本の出力用データ線Ｄｏｕｔ＿１乃至Ｄｏｕｔ＿ｎ、書き込み用ワード線ＷＬ、読み出し用ワード線ＲＬなどの各種配線が設けられており、メモリセルアレイ駆動回路８０１またはメモリ制御回路１０５からの信号または電源電位が、これら配線を介して各記憶素子８１０に供給される。
【００８５】
そして、上記配線と、メモリセルアレイ８０２内の回路素子との接続構造について、入力用データ線Ｄｉｎ＿１、出力用データ線Ｄｏｕｔ＿１、書き込み用ワード線ＷＬ、読み出し用ワード線ＲＬに接続されている記憶素子８１０を例に挙げ、説明する。第２のトランジスタ８１２のゲート電極は、書き込み用ワード線ＷＬに接続されている。そして、第２のトランジスタ８１２は、一方の電極が入力用データ線Ｄｉｎ＿１に接続され、他方の電極が第１のトランジスタ８１１のゲート電極に接続されている。また、第１のトランジスタ８１１のゲート電極は、容量素子８１３の一方の電極に接続されている。また、容量素子８１３の他方の電極は、読み出し用ワード線ＲＬに接続されている。そして、第１のトランジスタ８１１は、一方の電極が出力用データ線Ｄｏｕｔ＿１に接続され、他方がグラウンドなどの固定電位が与えられている電源線８１４に接続されている。
【００８６】
次いで、図９（Ａ）に示すメモリセルアレイ８０２を有するメモリブロック７０１＿１の動作について、図９（Ｂ）を用いて説明する。図９（Ｂ）は、各配線に入力される信号の電位の時間変化を示すタイミングチャートであり、第１のトランジスタ８１１及び第２のトランジスタ８１２がｎチャネル型であり、なおかつ２値のデータを扱う場合を例示している。
【００８７】
まず、データの書き込み時におけるメモリブロック７０１＿１の動作について説明する。書き込み時において、まず入力用データ線Ｄｉｎ＿１乃至Ｄｉｎ＿ｎに、データを情報として含む信号を入力しておく。図９（Ｂ）では、入力用データ線Ｄｉｎ＿１と入力用データ線Ｄｉｎ＿ｎにはハイレベルの電位を有する信号を入力し、入力用データ線Ｄｉｎ＿２にはローレベルの電位を有する信号が入力されている場合を例示している。入力用データ線Ｄｉｎ＿１乃至Ｄｉｎ＿ｎに入力される信号の電位のレベルは、データの内容によって当然異なる。
【００８８】
そして書き込み時において、書き込み用ワード線ＷＬにパルスを有する信号が入力されると、当該パルスの電位、具体的にはハイレベルの電位が、第２のトランジスタ８１２のゲート電極に与えられる。そして、書き込み用ワード線ＷＬにゲート電極が接続されている第２のトランジスタ８１２は、全てオンになる。一方、読み出し用ワード線ＲＬには読み出し時と同じ、図１（Ｂ）で説明したＶｔｈ＿ＨとＶｔｈ＿Ｌの間の電位Ｖ０を入力しておく。書き込み時に読み出し用ワード線ＲＬの電位の制御を行うことで、読み出し時に容量素子８１３を介した容量結合により、第１のトランジスタ８１１のゲート電極の電位が上昇しないようにすることができる。なお書き込み時及び読み出し時において、共に読み出し用ワード線ＲＬの電位をローレベルにしておく構成としてもよい。
【００８９】
そして、入力用データ線Ｄｉｎ＿１乃至Ｄｉｎ＿ｎに入力されている電位は、オンになっている第２のトランジスタ８１２を介して、第１のトランジスタ８１１のゲート電極に与えられる。具体的には、入力用データ線Ｄｉｎ＿１と入力用データ線Ｄｉｎ＿ｎにはハイレベルの電位を有する信号が入力されているので、入力用データ線Ｄｉｎ＿１に接続されている記憶素子８１０と、入力用データ線Ｄｉｎ＿ｎに接続されている記憶素子８１０において、第１のトランジスタ８１１のゲート電極の電位は、ハイレベルとなっている。つまり、当該記憶素子８１０において、第１のトランジスタ８１１は、図４におけるｄａｔａ’１’に従って動作する。一方、入力用データ線Ｄｉｎ＿２にはローレベルの電位を有する信号が入力されているので、入力用データ線Ｄｉｎ＿２に接続されている記憶素子８１０において、第１のトランジスタ８１１のゲート電極の電位は、ローレベルとなっている。つまり、当該記憶素子８１０において、第１のトランジスタ８１１は、図４におけるｄａｔａ’０’に従って動作する。
【００９０】
書き込み用ワード線ＷＬへの、パルスを有する信号の入力が終了すると、書き込み用ワード線ＷＬにゲート電極が接続されている第２のトランジスタ８１２が、全てオフになる。
【００９１】
次いで、データの保持時におけるメモリブロック７０１＿１の動作について説明する。保持時において、書き込み用ワード線ＷＬには、第２のトランジスタ８１２がオフとなるレベルの電位、具体的にはローレベルの電位が与えられる。第２のトランジスタ８１２は、上述したようにオフ電流が著しく低いので、第１のトランジスタ８１１のゲート電極の電位は、書き込み時において設定されたレベルを保持する。また、読み出し用ワード線ＲＬには、ローレベルの電位が与えられている。
【００９２】
図９（Ｂ）のタイミングチャートではデータを保持する動作を説明するために保持期間を設けている。しかし、実際のメモリの動作においては保持期間を設けなくとも良い。
【００９３】
次いで、データの読み出し時におけるメモリブロック７０１＿１の動作について説明する。読み出し時において、書き込み用ワード線ＷＬには、保持時と同様に、第２のトランジスタ８１２がオフとなるレベルの電位、具体的にはローレベルの電位が与えられる。また、読み出し時において、読み出し用ワード線ＲＬには、図１（Ｂ）で説明したＶｔｈ＿ＨとＶｔｈ＿Ｌの間の電位Ｖ０が入力される。具体的には、まず、読み出し用ワード線ＲＬに、電位Ｖ０が入力されると、容量素子８１３の容量結合により、第１のトランジスタ８１１のゲート電極の電位は上昇し、図１（Ｂ）で説明したＶｔｈ＿Ｈよりも高くＶｔｈ＿Ｌよりも低い電位、あるいは、Ｖｔｈ＿Ｌよりも高い電位が、第１のトランジスタ８１１のゲート電極に与えられる。第１のトランジスタ８１１では、ゲート電極に、図１（Ｂ）で説明したＶｔｈ＿Ｈよりも高くＶｔｈ＿Ｌよりも低い電位、あるいは、Ｖｔｈ＿Ｌよりも高い電位が与えられると、第１のトランジスタ８１１のドレイン電流、またはソース電極とドレイン電極間の抵抗値が定まる。
【００９４】
そして、第１のトランジスタ８１１のドレイン電流、またはソース電極とドレイン電極間の抵抗値が、情報として含まれる電位、すなわち第１のトランジスタ８１１が有する、出力用データ線Ｄｏｕｔ＿１乃至Ｄｏｕｔ＿ｎに接続されている方の電極の電位が、出力用データ線Ｄｏｕｔ＿１乃至Ｄｏｕｔ＿ｎを介してメモリセルアレイ駆動回路８０１に供給される。
【００９５】
なお、出力用データ線Ｄｏｕｔ＿１乃至Ｄｏｕｔ＿ｎに供給される電位は、記憶素子８１０に書き込まれているデータに従って、そのレベルが決まる。よって、理想的には、複数の記憶素子８１０に同じ値のデータが記憶されているならば、当該記憶素子８１０に接続された全ての出力用データ線Ｄｏｕｔ＿１乃至Ｄｏｕｔ＿ｎには、同じレベルの電位が供給されているはずである。しかし、実際には、第１のトランジスタ８１１または第２のトランジスタ８１２の特性が、記憶素子間においてばらついている場合があるため、読み出されるはずのデータが全て同じ値であっても、出力用データ線に供給される電位にばらつきが生じ、その分布に幅を有することがある。よって、出力用データ線Ｄｏｕｔ＿１乃至Ｄｏｕｔ＿ｎに供給される電位に多少のばらつきが生じていても、上記電位から、読み出されたデータを情報として含み、なおかつ、所望の仕様に合わせて振幅、波形が処理された信号を形成することができる読み出し回路８０５を設けることが好適である。
【００９６】
図１０に、読み出し回路８０５の一例を回路図で示す。図１０に示す読み出し回路８０５は、メモリセルアレイ８０２から読み出された出力用データ線Ｄｏｕｔ＿１乃至Ｄｏｕｔ＿ｎの電位の、読み出し回路８０５への入力を制御するためのスイッチング素子として機能するトランジスタ２６０と、抵抗として機能するトランジスタ２６１とを有する。また、図１０に示す読み出し回路８０５は、オペアンプ２６２を有している。
【００９７】
具体的に、トランジスタ２６１は、それぞれ、そのゲート電極とドレイン電極が接続されており、なおかつ、ゲート電極及びドレイン電極にハイレベルの電源電位Ｖｄｄが与えられている。また、トランジスタ２６１は、ソース電極が、オペアンプ２６２の非反転入力端子（＋）に接続されている。よって、トランジスタ２６１は、電源電位Ｖｄｄが与えられているノードと、オペアンプ２６２の非反転入力端子（＋）との間に接続された、抵抗として機能する。なお、図１０では、ゲート電極とドレイン電極が接続されたトランジスタを抵抗として用いたが、本発明はこれに限定されず、抵抗として機能する素子であれば代替が可能である。
【００９８】
また、スイッチング素子として機能するトランジスタ２６０は、ゲート電極がデータ線にそれぞれ接続されている。そして、データ線の信号Ｓｉｇに従って、トランジスタ２６０が有するソース電極への出力用データ線Ｄｏｕｔ＿１乃至Ｄｏｕｔ＿ｎの電位の供給が制御される。
【００９９】
データ線に接続されたトランジスタ２６０がオンになると、出力用データ線Ｄｏｕｔ＿１乃至Ｄｏｕｔ＿ｎの電位と電源電位Ｖｄｄとを、トランジスタ２６０とトランジスタ２６１によって抵抗分割することで得られる電位が、オペアンプ２６２の非反転入力端子（＋）に与えられる。そして、電源電位Ｖｄｄのレベルは固定されているので、抵抗分割によって得られる電位のレベルには、出力用データ線Ｄｏｕｔ＿１乃至Ｄｏｕｔ＿ｎの電位のレベル、すなわち、読み出されたデータのデジタル値が反映されている。
【０１００】
一方、オペアンプ２６２の反転入力端子（−）には、基準電位Ｖｒｅｆが与えられている。そして、非反転入力端子（＋）に与えられる電位が、基準電位Ｖｒｅｆに対して高いか低いかによって、出力端子の電位Ｖｏｕｔのレベルを異ならせることができ、それによって、間接的にデータを情報として含む信号を得ることができる。
【０１０１】
以上、本発明の一態様により、外部環境の変化に応じてルックアップテーブルを頻繁に再構築してメモリ回路に保持する場合であっても、帰線期間内でのメモリ回路へのルックアップテーブルの書き込みを行うことができ、電源電圧の供給が停止してもルックアップテーブルのデータの保持ができる表示装置の駆動回路を提供することができる。
【０１０２】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１０３】
（実施の形態２）
本実施の形態では、開示する発明の一態様に係る表示装置の駆動回路が有する記憶素子の構成及びその作製方法について、図１１乃至図１５を参照して説明する。
【０１０４】
＜記憶素子の断面構成及び平面図＞
図１１は、表示装置の駆動回路が有する記憶素子の構成の一例である。図１１（Ａ）には表示装置の駆動回路が有する記憶素子の断面を、図１１（Ｂ）には表示装置の駆動回路が有する記憶素子の平面を、それぞれ示す。図１１（Ａ）において、Ａ１−Ａ２は、トランジスタのチャネル長方向に垂直な断面図であり、Ｂ１−Ｂ２は、トランジスタのチャネル長方向に平行な断面図である。図１１に示す記憶素子は、下部に半導体層に単結晶シリコンを用いた第１のトランジスタ１１１を有し、上部に半導体層に酸化物半導体を用いた第２のトランジスタ１１２を有する。
【０１０５】
第１のトランジスタ１１１は、単結晶シリコンを含む基板４００に設けられたチャネル形成領域４１６と、チャネル形成領域４１６を挟むように設けられた不純物領域４２０（ソース領域またはドレイン領域とも記す）と、不純物領域４２０に接する金属間化合物領域４２４と、チャネル形成領域４１６上に設けられたゲート絶縁層４０８と、ゲート絶縁層４０８上に設けられたゲート電極４１０と、を有する。
【０１０６】
第１のトランジスタ１１１の金属間化合物領域４２４の一部には、電極４２６が接続されている。ここで、電極４２６は、第１のトランジスタ１１１の一方の電極として機能する。また、基板４００上には第１のトランジスタ１１１を囲むように素子分離絶縁層４０６が設けられており、第１のトランジスタ１１１に接して絶縁層４２８が設けられている。
【０１０７】
第２のトランジスタ１１２は、絶縁層４２８などの上に設けられた酸化物半導体層４４４と、酸化物半導体層４４４に接続されている一方の電極４４２ａ、及び他方の電極４４２ｂと、酸化物半導体層４４４、電極４４２ａ及び電極４４２ｂ、を覆うゲート絶縁層４４６と、ゲート絶縁層４４６上に酸化物半導体層４４４と重畳するように設けられたゲート電極４４８ａと、を有する。
【０１０８】
ここで、第２のトランジスタ１１２に用いられる酸化物半導体層４４４は、実施の形態１でも説明したように、水素などの不純物が十分に除去され、十分な酸素が供給されることにより、高純度化されたものであることが望ましい。例えば、酸化物半導体層４４４の水素濃度は５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、望ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より望ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。なお、上述の酸化物半導体層４４４中の水素濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）で測定されるものである。
【０１０９】
容量素子１１３は、電極４４２ａ、ゲート絶縁層４４６、及び導電層４４８ｂ、とで構成される。すなわち、電極４４２ａは、容量素子１１３の一方の電極として機能し、導電層４４８ｂは、容量素子１１３の他方の電極として機能することになる。
【０１１０】
第２のトランジスタ１１２及び容量素子１１３の上には絶縁層４５０及び絶縁層４５２が設けられている。そして、ゲート絶縁層４４６、絶縁層４５０、絶縁層４５２などに形成された開口には、電極４５４が設けられ、絶縁層４５２上には、電極４５４と接続する配線４５６が形成される。
【０１１１】
また、図１１において、金属間化合物領域４２４と電極４４２ｂを接続する電極４２６と、電極４４２ｂと配線４５６を接続する電極４５４とは重畳して配置されている。つまり、第１のトランジスタ１１１のソース電極やドレイン電極として機能する電極４２６と、第２のトランジスタ１１２の電極４４２ｂと、が接する領域は、第２のトランジスタ１１２の電極４４２ｂと、電極４５４と、が接する領域と重なっている。このような平面レイアウトを採用することにより、コンタクト領域に起因する素子面積の増大を抑制することができる。つまり、記憶素子の集積度を高めることができる。
【０１１２】
また、図１１において、第１のトランジスタ１１１と、第２のトランジスタ１１２とは、少なくとも一部が重畳するように設けられている。また、第２のトランジスタ１１２や容量素子１１３が、第１のトランジスタ１１１と重畳するように設けられている。例えば、容量素子１１３の導電層４４８ｂは、第１のトランジスタ１１１のゲート電極４１０と少なくとも一部が重畳して設けられている。このような、平面レイアウトを採用することにより、高集積化を図ることができる。
【０１１３】
＜表示装置の駆動回路が有する記憶素子の作製方法＞
次に、上記表示装置の駆動回路が有する記憶素子の作製方法の一例について説明する。以下では、はじめに下部の第１のトランジスタ１１１の作製方法について図１２及び図１３を参照して説明し、その後、上部の第２のトランジスタ１１２及び容量素子１１３の作製方法について図１４及び図１５を参照して説明する。
【０１１４】
＜下部のトランジスタの作製方法＞
下部の第１のトランジスタ１１１の作製方法について、図１２及び図１３を参照して説明する。
【０１１５】
まず、半導体材料を含む基板４００を用意する。半導体材料を含む基板としては、シリコンや炭化シリコンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基板、ＳＯＩ基板などを適用することができる。ここでは、半導体材料を含む基板４００として、単結晶シリコン基板を用いる場合の一例について示すものとする。
【０１１６】
半導体材料を含む基板４００として、シリコンなどの単結晶半導体基板を用いる場合には、記憶素子の読み出し動作を高速化することができるため好適である。
【０１１７】
基板４００上には、素子分離絶縁層を形成するためのマスクとなる保護層４０２を形成する（図１２（Ａ）参照）。保護層４０２としては、例えば、酸化シリコンや窒化シリコン、酸窒化シリコンなどを材料とする絶縁層を用いることができる。
【０１１８】
次に、上記の保護層４０２をマスクとしてエッチングを行い、保護層４０２に覆われていない領域（露出している領域）の、基板４００の一部を除去する。これにより他の半導体領域と分離された半導体領域４０４が形成される（図１２（Ｂ）参照）。
【０１１９】
次に、半導体領域４０４を覆うように絶縁層を形成し、半導体領域４０４に重畳する領域の絶縁層を選択的に除去することで、素子分離絶縁層４０６を形成する（図１２（Ｃ）参照）。当該絶縁層は、酸化シリコンや窒化シリコン、酸窒化シリコンなどを用いて形成される。絶縁層の除去方法としては、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）などの研磨処理やエッチング処理などがあるが、そのいずれを用いても良い。なお、半導体領域４０４の形成後、または、素子分離絶縁層４０６の形成後には、上記保護層４０２を除去する。
【０１２０】
次に、半導体領域４０４の表面に絶縁層を形成し、当該絶縁層上に導電材料を含む層を形成する。
【０１２１】
絶縁層は後のゲート絶縁層となるものであり、例えば、半導体領域４０４表面の熱処理（熱酸化処理や熱窒化処理など）によって形成することができる。熱処理に代えて、高密度プラズマ処理を適用しても良い。高密度プラズマ処理は、例えば、Ｈｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどの希ガス、酸素、酸化窒素、アンモニア、窒素、水素などのうちいずれかの混合ガスを用いて行うことができる。もちろん、ＣＶＤ法やスパッタリング法等を用いて絶縁層を形成しても良い。当該絶縁層は、酸化シリコン、酸窒化シリコン、窒化シリコン、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化イットリウム、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、窒素が添加されたハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、窒素が添加されたハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））等を含む単層構造または積層構造とすることが望ましい。また、絶縁層の厚さは、例えば、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることができる。
【０１２２】
導電材料を含む層は、アルミニウムや銅、チタン、タンタル、タングステン等の金属材料を用いて形成することができる。また、多結晶シリコンなどの半導体材料を用いて、導電材料を含む層を形成しても良い。形成方法も特に限定されず、蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、スピンコート法などの各種成膜方法を用いることができる。なお、本実施の形態では、導電材料を含む層を、金属材料を用いて形成する場合の一例について示すものとする。
【０１２３】
その後、絶縁層及び導電材料を含む層を選択的にエッチングして、ゲート絶縁層４０８、ゲート電極４１０を形成する（図１２（Ｃ）参照）。
【０１２４】
次に、半導体領域４０４にリン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ）などを添加して、チャネル形成領域４１６及び不純物領域４２０を形成する（図１２（Ｄ）参照）。なお、ここではｎ型トランジスタを形成するためにリンやヒ素を添加しているが、ｐ型トランジスタを形成する場合には、硼素（Ｂ）やアルミニウム（Ａｌ）などの不純物元素を添加すればよい。
【０１２５】
なお、ゲート電極４１０の周囲にサイドウォール絶縁層を形成して、不純物元素が異なる濃度で添加された不純物領域を形成しても良い。
【０１２６】
次に、ゲート電極４１０、不純物領域４２０等を覆うように金属層４２２を形成する（図１３（Ａ）参照）。当該金属層４２２は、真空蒸着法やスパッタリング法、スピンコート法などの各種成膜方法を用いて形成することができる。金属層４２２は、半導体領域４０４を構成する半導体材料と反応することによって低抵抗な金属化合物となる金属材料を用いて形成することが望ましい。このような金属材料としては、例えば、チタン、タンタル、タングステン、ニッケル、コバルト、白金等がある。
【０１２７】
次に、熱処理を施して、上記金属層４２２と半導体材料とを反応させる。これにより、不純物領域４２０に接する金属間化合物領域４２４が形成される（図１３（Ａ）参照）。なお、ゲート電極４１０として多結晶シリコンなどを用いる場合には、ゲート電極４１０の金属層４２２と接触する部分にも、金属間化合物領域が形成されることになる。
【０１２８】
上記熱処理としては、例えば、フラッシュランプの照射による熱処理を用いることができる。もちろん、その他の熱処理方法を用いても良いが、金属間化合物の形成に係る化学反応の制御性を向上させるためには、ごく短時間の熱処理を実現できる方法を用いることが望ましい。なお、上記の金属間化合物領域は、金属材料と半導体材料との反応により形成されるものであり、十分に導電性が高められた領域である。当該金属間化合物領域を形成することで、電気抵抗を十分に低減し、素子特性を向上させることができる。なお、金属間化合物領域４２４を形成した後には、金属層４２２は除去する。
【０１２９】
次に、金属間化合物領域４２４の一部と接する領域に、電極４２６を形成する（図１３（Ｂ）参照）。電極４２６は、例えば、導電材料を含む層を形成した後に、当該層を選択的にエッチングすることで形成される。導電材料を含む層は、アルミニウムや銅、チタン、タンタル、タングステン等の金属材料を用いて形成することができる。また、多結晶シリコンなどの半導体材料を用いて、導電材料を含む層を形成しても良い。形成方法も特に限定されず、蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、スピンコート法などの各種成膜方法を用いることができる。
【０１３０】
次に、上述の工程により形成された各構成を覆うように、絶縁層４２８を形成する（図１３（Ｃ）参照）。絶縁層４２８は、酸化シリコン、酸窒化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム等の無機絶縁材料を含む材料を用いて形成することができる。
【０１３１】
以上により、半導体材料を含む基板４００を用いた第１のトランジスタ１１１が形成される（図１３（Ｃ）参照）。このような第１のトランジスタ１１１は、高速動作が可能であるという特徴を有する。このため、当該トランジスタを読み出し用のトランジスタとして用いることで、情報の読み出しを高速に行うことができる。
【０１３２】
その後、第２のトランジスタ１１２及び容量素子１１３の形成前の処理として、絶縁層４２８にＣＭＰ処理を施して、ゲート電極４１０及び電極４２６の上面を露出させる（図１３（Ｄ）参照）。ゲート電極４１０及び電極４２６の上面を露出させる処理としては、ＣＭＰ処理の他にエッチング処理などを適用することも可能であるが、第２のトランジスタ１１２の特性を向上させるために、絶縁層４２８の表面は可能な限り平坦にしておくことが望ましい。
【０１３３】
＜上部のトランジスタの作製方法＞
次に、上部の第２のトランジスタ１１２及び容量素子１１３の作製方法について、図１４及び図１５を参照して説明する。
【０１３４】
まず、ゲート電極４１０、電極４２６、絶縁層４２８などの上に酸化物半導体層を形成し、当該酸化物半導体層を加工して、酸化物半導体層４４４を形成する（図１４（Ａ）参照）。
【０１３５】
用いる酸化物半導体としては、上記実施の形態１で述べた材料を用いることができる。
【０１３６】
本実施の形態では、酸化物半導体層を、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系の酸化物半導体成膜用ターゲットを用いたスパッタリング法により形成する。酸化物半導体層をスパッタリング法で作製するためのターゲットとしては、例えば、組成として、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ数比］の金属酸化物ターゲットを用い、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ層を成膜する。
【０１３７】
成膜の雰囲気は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、または、希ガスと酸素の混合雰囲気下などとすればよい。また、酸化物半導体層への水素、水、水酸基、水素化物などの混入を防ぐために、水素、水、水酸基、水素化物などの不純物が十分に除去された高純度ガスを用いた雰囲気とすることが望ましい。
【０１３８】
例えば、酸化物半導体層は、次のように形成することができる。
【０１３９】
まず、減圧状態に保持された成膜室内に基板を保持し、基板温度が、１００℃を超えて６００℃以下、好ましくは３００℃を超えて５００℃以下となるように加熱する。
【０１４０】
基板を加熱しながら成膜することにより、成膜した酸化物半導体層に含まれる水素、水分、水素化物、または水酸化物などの不純物濃度を低減することができる。また、スパッタリングによる損傷が軽減される。そして、成膜室内の残留水分を除去しつつ水素及び水分が除去されたスパッタガスを導入し、上記ターゲットを用いて酸化物半導体層を成膜する。
【０１４１】
成膜室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプ、例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが好ましい。また、排気手段としては、ターボ分子ポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素原子、水（Ｈ２Ｏ）など水素原子を含む化合物（より好ましくは炭素原子を含む化合物も）等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物半導体層に含まれる不純物の濃度を低減できる。
【０１４２】
成膜条件の一例としては、基板とターゲットの間との距離を１００ｍｍ、圧力０．６Ｐａ、直流（ＤＣ）電源電力０．５ｋＷ、スパッタガスとして酸素（酸素流量比率１００％）を用いる条件が適用される。なお、パルス直流電源を用いると、成膜時に発生する粉状物質（パーティクル、ごみともいう）が軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。
【０１４３】
その後、酸化物半導体層４４４に対して、熱処理（第１の熱処理）を行ってもよい。この第１の加熱処理によって酸化物半導体層中の過剰な水素（水や水酸基を含む）を除去（脱水化または脱水素化）し、酸化物半導体層中の不純物濃度を低減することができる。
【０１４４】
第１の加熱処理は、減圧雰囲気下、窒素や希ガスなどの不活性ガス雰囲気下、酸素ガス雰囲気下、または超乾燥エア（ＣＲＤＳ（キャビティリングダウンレーザー分光法）方式の露点計を用いて測定した場合の水分量が２０ｐｐｍ（露点換算で−５５℃）以下、好ましくは１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）雰囲気下で、２５０℃以上７５０℃以下、または４００℃以上基板の歪み点未満の温度で行う。
【０１４５】
熱処理は、例えば、抵抗発熱体などを用いた電気炉に被処理物を導入し、窒素雰囲気下、４５０℃、１時間の条件で行うことができる。この間、酸化物半導体層４４４は大気に触れさせず、水や水素の混入が生じないようにする。
【０１４６】
熱処理を行うことによって水素濃度が十分に低減されて高純度化された酸化物半導体を有するトランジスタは、しきい値電圧やオン電流などの電気的特性に温度依存性がほとんど見られない。また、光劣化によるトランジスタ特性の変動も少ないため、極めて優れた特性のトランジスタを実現することができる。
【０１４７】
次に、酸化物半導体層４４４などの上に、ソース電極及びドレイン電極（これと同じ層で形成される配線を含む）を形成するための導電層を形成し、当該導電層を加工して、電極４４２ａ、電極４４２ｂを形成する（図１４（Ｂ）参照）。
【０１４８】
導電層は、ＰＶＤ法や、ＣＶＤ法を用いて形成することができる。また、導電層の材料としては、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステンから選ばれた元素や、上述した元素を成分とする合金等を用いることができる。マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、ネオジム、スカンジウムのいずれか、またはこれらを複数組み合わせた材料を用いてもよい。
【０１４９】
次に、電極４４２ａ、電極４４２ｂを覆い、かつ、酸化物半導体層４４４の一部と接するように、ゲート絶縁層４４６を形成する（図１４（Ｃ）参照）。
【０１５０】
ゲート絶縁層４４６は、ＣＶＤ法やスパッタリング法等を用いて形成することができる。また、ゲート絶縁層４４６は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンなどの材料を用いて形成する。また、ゲート絶縁層４４６は、１３族元素及び酸素を含む材料を用いて形成することもできる。１３族元素及び酸素を含む材料としては、例えば、酸化ガリウム、酸化アルミニウム、酸化アルミニウムガリウムなどを用いることができる。さらに、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、窒素が添加されたハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、窒素が添加されたハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、などを含むように形成してもよい。ゲート絶縁層４４６は、単層構造としても良いし、上記の材料を組み合わせて積層構造としても良い。また、その厚さは特に限定されないが、記憶素子を微細化する場合には、トランジスタの動作を確保するために薄くするのが望ましい。例えば、酸化シリコンを用いる場合には、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることができる。
【０１５１】
ゲート絶縁層４４６は、水素、水などの不純物を混入させない方法を用いて成膜することが好ましい。ゲート絶縁層４４６に水素、水などの不純物が含まれると、酸化物半導体層に水素、水などの不純物の浸入や、水素、水などの不純物による酸化物半導体層中の酸素の引き抜き、などによって酸化物半導体層のバックチャネルが低抵抗化（ｎ型化）してしまい、寄生チャネルが形成されるおそれがあるためである。よって、ゲート絶縁層４４６はできるだけ水素、水などの不純物が含まれないように作製することが好ましい。例えば、スパッタリング法によって成膜するのが好ましい。成膜する際に用いるスパッタガスとしては、水素、水などの不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【０１５２】
また、ゲート絶縁層４４６は、酸素を化学量論的組成よりも多く含むことが好ましい。例えば、ゲート絶縁層４４６として酸化ガリウムを用いた場合、化学量論的組成はＧａ２Ｏ３＋α（０＜α＜１）と表すことができる。また、酸化アルミニウムを用いた場合は、Ａｌ２Ｏ３＋α（０＜α＜１）と表すことができる。さらに、酸化ガリウムアルミニウムを用いた場合は、ＧａｘＡｌ２−ｘＯ３＋α（０＜ｘ＜２、０＜α＜１）と表すことができる。
【０１５３】
なお、酸化物半導体層の成膜後、酸化物半導体層４４４の形成後、またはゲート絶縁層４４６の形成後のいずれかにおいて、酸素ドープ処理を行ってもよい。酸素ドープとは、酸素（少なくとも、酸素ラジカル、酸素原子、酸素イオン、のいずれかを含む）をバルクに添加することを言う。なお、当該「バルク」という用語は、酸素を、薄膜表面のみでなく薄膜内部に添加することを明確にする趣旨で用いている。また、「酸素ドープ」には、プラズマ化した酸素をバルクに添加する「酸素プラズマドープ」が含まれる。酸素ドープ処理を行うことにより、酸化物半導体層やゲート絶縁層に含まれる酸素を、化学量論的組成より多くすることができる。
【０１５４】
酸素ドープ処理は、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）方式を用いて、マイクロ波（例えば、周波数２．４５ＧＨｚ）により励起された酸素プラズマを用いて行うことが好ましい。
【０１５５】
ゲート絶縁層４４６の形成後には、不活性ガス雰囲気下、または酸素雰囲気下で第２の熱処理を行うのが望ましい。熱処理の温度は、２００℃以上４５０℃以下、望ましくは２５０℃以上３５０℃以下である。例えば、窒素雰囲気下で２５０℃、１時間の熱処理を行えばよい。第２の熱処理を行うことによって、トランジスタの電気的特性のばらつきを軽減することができる。また、ゲート絶縁層４４６が酸素を含む場合、酸化物半導体層４４４に酸素を供給し、該酸化物半導体層４４４の酸素欠損を補填して、ｉ型（真性）半導体またはｉ型に限りなく近い酸化物半導体層を形成することもできる。
【０１５６】
なお、本実施の形態では、ゲート絶縁層４４６の形成後に第２の熱処理を行っているが、第２の熱処理のタイミングはこれに限定されない。例えば、ゲート電極の形成後に第２の熱処理を行っても良い。また、第１の熱処理に続けて第２の熱処理を行っても良いし、第１の熱処理に第２の熱処理を兼ねさせても良いし、第２の熱処理に第１の熱処理を兼ねさせても良い。
【０１５７】
上述のように、第１の熱処理と第２の熱処理の少なくとも一方を適用することで、酸化物半導体層４４４を、その水素原子を含む物質が極力含まれないように高純度化することができる。
【０１５８】
次に、ゲート電極（これと同じ層で形成される配線を含む）を形成するための導電層を形成し、当該導電層を加工して、ゲート電極４４８ａ及び導電層４４８ｂを形成する（図１４（Ｄ）参照）。
【０１５９】
ゲート電極４４８ａ及び導電層４４８ｂは、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料またはこれらを主成分とする合金材料を用いて形成することができる。なお、ゲート電極４４８ａ及び導電層４４８ｂは、単層構造としても良いし、積層構造としても良い。
【０１６０】
次に、ゲート絶縁層４４６、ゲート電極４４８ａ、及び導電層４４８ｂ上に、絶縁層４５０及び絶縁層４５２を形成する（図１５（Ａ）参照）。絶縁層４５０及び絶縁層４５２は、ＰＶＤ法やＣＶＤ法などを用いて形成することができる。また、酸化シリコン、酸窒化シリコン、窒化シリコン、酸化ハフニウム、酸化ガリウム、酸化アルミニウム、酸化ガリウムアルミニウム等の無機絶縁材料を含む材料を用いて形成することができる。
【０１６１】
次に、ゲート絶縁層４４６、絶縁層４５０及び絶縁層４５２に、電極４４２ｂにまで達する開口４５３を形成する。その後、開口４５３に電極４４２ｂと接する電極４５４を形成し、絶縁層４５２上に電極４５４に接する配線４５６を形成する（図１５（Ｂ）参照）。なお、当該開口４５３の形成は、マスクなどを用いた選択的なエッチングにより行われる。
【０１６２】
電極４５４は、例えば、開口４５３を含む領域にＰＶＤ法やＣＶＤ法などを用いて導電層を形成した後、エッチング処理やＣＭＰ処理といった方法を用いて、上記導電層の一部を除去することにより形成することができる。具体的には、例えば、開口４５３を含む領域にＰＶＤ法によりチタン膜を薄く形成し、ＣＶＤ法により窒化チタン膜を薄く形成した後に、開口４５３に埋め込むようにタングステン膜を形成する方法を適用することができる。
【０１６３】
配線４５６は、スパッタ法をはじめとするＰＶＤ法や、プラズマＣＶＤ法などのＣＶＤ法を用いて導電層を形成した後、当該導電層をパターニングすることによって形成される。また、導電層の材料としては、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステンから選ばれた元素や、上述した元素を成分とする合金等を用いることができる。マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、ネオジム、スカンジウムのいずれか、またはこれらを複数組み合わせた材料を用いてもよい。詳細は、電極４４２ａ、電極４４２ｂなどと同様である。
【０１６４】
以上により、第１のトランジスタ１１１、第２のトランジスタ１１２、及び容量素子１１３を含む記憶素子が完成する（図１５（Ｂ）参照）。
【０１６５】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１６６】
（実施の形態３）
本実施の形態では、上述の実施の形態で説明した表示装置の駆動回路を電子機器に適用する場合について、図１６を用いて説明する。本実施の形態では、コンピュータ、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯情報端末（携帯型ゲーム機、音響再生装置なども含む）、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、電子ペーパー、テレビジョン装置（テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう）などの電子機器に、上述の表示装置の駆動回路を適用する場合について説明する。
【０１６７】
図１６（Ａ）は、ノート型のパーソナルコンピュータであり、筐体７０１、筐体７０２、表示部７０３、キーボード７０４などによって構成されている。筐体７０１と筐体７０２の少なくとも一の内部には、先の実施の形態に示す表示装置の駆動回路が設けられている。そのため、表示装置の高画質化を図る際に、外部環境の変化に応じてルックアップテーブルを頻繁に再構築してメモリ回路に保持する場合であっても高速でルックアップテーブルの書き込みを行うことができ、且つ電源電圧の供給が停止してもルックアップテーブルのデータの保持が可能な表示装置の駆動回路を具備するノート型のパーソナルコンピュータが実現される。
【０１６８】
図１６（Ｂ）は、携帯情報端末（ＰＤＡ）であり、本体７１１には、表示部７１３と、外部インターフェイス７１５と、操作ボタン７１４等が設けられている。また、携帯情報端末を操作するスタイラス７１２などを備えている。本体７１１の内部には、先の実施の形態に示す表示装置の駆動回路が設けられている。そのため、表示装置の高画質化を図る際に、外部環境の変化に応じてルックアップテーブルを頻繁に再構築してメモリ回路に保持する場合であっても高速でルックアップテーブルの書き込みを行うことができ、且つ電源電圧の供給が停止してもルックアップテーブルのデータの保持が可能な表示装置の駆動回路を具備する携帯情報端末が実現される。
【０１６９】
図１６（Ｃ）は、電子ペーパーを実装した電子書籍７２０であり、筐体７２１と筐体７２３の２つの筐体で構成されている。筐体７２１及び筐体７２３には、それぞれ表示部７２５及び表示部７２７が設けられている。筐体７２１と筐体７２３は、軸部７３７で接続されており、該軸部７３７を軸として開閉動作を行うことができる。また、筐体７２１は、電源７３１、操作キー７３３、スピーカー７３５などを備えている。筐体７２１、筐体７２３の少なくとも一の内部には、先の実施の形態に示す表示装置の駆動回路が設けられている。そのため、表示装置の高画質化を図る際に、外部環境の変化に応じてルックアップテーブルを頻繁に再構築してメモリ回路に保持する場合であっても高速でルックアップテーブルの書き込みを行うことができ、且つ電源電圧の供給が停止してもルックアップテーブルのデータの保持が可能な表示装置の駆動回路を具備する電子書籍が実現される。
【０１７０】
図１６（Ｄ）は、携帯電話機であり、筐体７４０と筐体７４１の２つの筐体で構成されている。さらに、筐体７４０と筐体７４１は、スライドし、図１６（Ｄ）のように展開している状態から重なり合った状態とすることができ、携帯に適した小型化が可能である。また、筐体７４１は、表示パネル７４２、スピーカー７４３、マイクロフォン７４４、操作キー７４５、ポインティングデバイス７４６、カメラ用レンズ７４７、外部接続端子７４８などを備えている。また、筐体７４０は、携帯電話機の充電を行う太陽電池セル７４９、外部メモリスロット７５０などを備えている。また、アンテナは、筐体７４１に内蔵されている。筐体７４０と筐体７４１の少なくとも一の内部には、先の実施の形態に示す表示装置の駆動回路が設けられている。そのため、表示装置の高画質化を図る際に、外部環境の変化に応じてルックアップテーブルを頻繁に再構築してメモリ回路に保持する場合であっても高速でルックアップテーブルの書き込みを行うことができ、且つ電源電圧の供給が停止してもルックアップテーブルのデータの保持が可能な表示装置の駆動回路を具備する携帯電話機が実現される。
【０１７１】
図１６（Ｅ）は、デジタルカメラであり、本体７６１、表示部７６７、接眼部７６３、操作スイッチ７６４、表示部７６５、バッテリー７６６などによって構成されている。本体７６１の内部には、先の実施の形態に示す表示装置の駆動回路が設けられている。そのため、表示装置の高画質化を図る際に、外部環境の変化に応じてルックアップテーブルを頻繁に再構築してメモリ回路に保持する場合であっても高速でルックアップテーブルの書き込みを行うことができ、且つ電源電圧の供給が停止してもルックアップテーブルのデータの保持が可能な表示装置の駆動回路を具備するデジタルカメラが実現される。
【０１７２】
図１６（Ｆ）は、テレビジョン装置７７０であり、筐体７７１、表示部７７３、スタンド７７５などで構成されている。テレビジョン装置７７０の操作は、筐体７７１が備えるスイッチや、リモコン操作機７８０によって行うことができる。筐体７７１及びリモコン操作機７８０の内部には、先の実施の形態に示す表示装置の駆動回路が搭載されている。そのため、表示装置の高画質化を図る際に、外部環境の変化に応じてルックアップテーブルを頻繁に再構築してメモリ回路に保持する場合であっても高速でルックアップテーブルの書き込みを行うことができ、且つ電源電圧の供給が停止してもルックアップテーブルのデータの保持が可能な表示装置の駆動回路を具備するテレビジョン装置が実現される。
【０１７３】
以上のように、本実施の形態に示す電子機器には、先の実施の形態に係る表示装置の駆動回路が搭載されている。このため、表示装置の高画質化を図る際に、外部環境の変化に応じてルックアップテーブルを頻繁に再構築してメモリ回路に保持する場合であっても高速でルックアップテーブルの書き込みを行うことができ、且つ電源電圧の供給が停止してもルックアップテーブルのデータの保持が可能な表示装置の駆動回路を具備する電子機器が実現できる。
【０１７４】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【符号の説明】
【０１７５】
Ｄｉｎ＿ｎ    入力用データ線
Ｄｏｕｔ＿ｎ    出力用データ線
ＷＬ    書き込み用ワード線
ＲＬ    読み出し用ワード線
Ｄｏｕｔ＿１    出力用データ線
Ｄｉｎ＿１    入力用データ線
Ｄｉｎ＿２    入力用データ線
１００    表示装置
１０１    駆動回路
１０２    表示パネル
１０３    センサ回路
１０４    表示制御回路
１０５    メモリ制御回路
１０６    メモリ回路
１０７    画像信号出力回路
１０８    ラッチ回路
１０９    ラッチ回路
１１０    Ｄ／Ａ変換回路
１１１    第１のトランジスタ
１１２    第２のトランジスタ
１１３    容量素子
２００    直線
２０１    点線曲線
２０２    一点鎖線曲線
２０３    二点鎖線曲線
２６０    トランジスタ
２６１    トランジスタ
２６２    オペアンプ
４００    基板
４０２    保護層
４０４    半導体領域
４０６    素子分離絶縁層
４０８    ゲート絶縁層
４１０    ゲート電極
４１６    チャネル形成領域
４２０    不純物領域
４２２    金属層
４２４    金属間化合物領域
４２６    電極
４２８    絶縁層
４４２ａ    電極
４４２ｂ    電極
４４４    酸化物半導体層
４４６    ゲート絶縁層
４４８ａ    ゲート電極
４４８ｂ    導電層
４５０    絶縁層
４５２    絶縁層
４５３    開口
４５４    電極
４５６    配線
５０１    垂直帰線期間
７０１    筐体
７０１＿１    メモリブロック
７００    マルチプレクサ回路
７０２    筐体
７０３    表示部
７０４    キーボード
７１１    本体
７１２    スタイラス
７１３    表示部
７１４    操作ボタン
７１５    外部インターフェイス
７２０    電子書籍
７２１    筐体
７２３    筐体
７２５    表示部
７２７    表示部
７３１    電源
７３３    操作キー
７３５    スピーカー
７３７    軸部
７４０    筐体
７４１    筐体
７４２    表示パネル
７４３    スピーカー
７４４    マイクロフォン
７４５    操作キー
７４６    ポインティングデバイス
７４７    カメラ用レンズ
７４８    外部接続端子
７４９    太陽電池セル
７５０    外部メモリスロット
７６１    本体
７６３    接眼部
７６４    操作スイッチ
７６５    表示部
７６６    バッテリー
７６７    表示部
７７０    テレビジョン装置
７７１    筐体
７７３    表示部
７７５    スタンド
７８０    リモコン操作機
８０１    メモリセルアレイ駆動回路
８０２    メモリセルアレイ
８０３    デコーダ
８０４    ページバッファ
８０５    回路
８１０    記憶素子
８１１    第１のトランジスタ
８１２    第２のトランジスタ
８１３    容量素子
８１４    電源線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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