JP2005070629A - Electrooptical device and electronic equipment using the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrooptical device which improves stability of the operation of a complementary circuit by optimizing the threshold voltage of an electric field effect type transistor constituting the complementary circuit corresponding to a driving voltage, and to provide electrooptical equipment equipped with the same. <P>SOLUTION: A 1st CMOS circuit and a 2nd CMOS circuit which are different in driving voltage on a TFT array substrate of the electrooptical device are made different in absolute value Vth-d of the difference between the threshold voltage Vth-Nch of an N-channel TFT and the threshold voltage Vth-Pch of a P-channel type TFT constituting each of the CMOS circuits, and each CMOS circuit is characterized in that the absolute value Vth-d of the difference in threshold voltage is set to 0.25 to 1, preferably, 0.5 to 1 time as large as the driving voltage of the CMOS circuit. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、駆動電圧が相違する複数の相補回路を同一基板上に備えた電気光学装置、およびこの電気光学装置を用いた電子機器に関するものである。   The present invention relates to an electro-optical device provided with a plurality of complementary circuits having different driving voltages on the same substrate, and an electronic apparatus using the electro-optical device.

アクティブマトリクス型液晶装置や、有機エレクトロルミネッセンス表示装置などの電気光学装置では、電気光学物質を保持する基板上に、画素スイッチング用のアクティブ素子として複数の薄膜トランジスタ(電界効果型トランジスタ/以下、TFT(Thin Film Transistor)という)とともに、駆動回路を構成する駆動回路用TFTが形成される場合があり、このようなタイプの電気光学装置は、駆動回路内蔵型電気光学装置と称せられる。   In an electro-optical device such as an active matrix liquid crystal device or an organic electroluminescence display device, a plurality of thin film transistors (field effect transistors / hereinafter referred to as TFTs (Thin)) are provided as active elements for pixel switching on a substrate holding an electro-optical material. In some cases, a drive circuit TFT constituting a drive circuit is formed, and this type of electro-optical device is referred to as a drive circuit built-in type electro-optical device.

このような駆動回路では、図1(A)、(B)に示すように、Nチャネル型TFTとPチャネル型TFTとによって相補回路が構成されており、このような相補回路では、動作の高速化および低消費電力化の観点から、TFTのしきい値電圧の絶対値をできるだけ0Vに近づける構成、Nチャネル型TFTとPチャネル型TFTのしきい値電圧をできるだけ等しい電圧値とする構成、Nチャネル型TFTやPチャネル型TFTのしきい値電圧のばらつきを小さくする構成などが提案されている(例えば、特許文献1を参照)。   In such a drive circuit, as shown in FIGS. 1A and 1B, an N-channel TFT and a P-channel TFT constitute a complementary circuit. In such a complementary circuit, the operation speed is high. A configuration in which the absolute value of the threshold voltage of the TFT is as close to 0 V as possible from the viewpoint of reduction in power consumption and power consumption, a configuration in which the threshold voltages of the N-channel TFT and the P-channel TFT are as equal as possible, N A configuration has been proposed in which variations in threshold voltages of channel TFTs and P channel TFTs are reduced (see, for example, Patent Document 1).

また、駆動回路内蔵型電気光学装置では、画素スイッチング用のTFTではオフ電流が小さいことが求められ、駆動回路用TFTではオン電流が大きいことが求められることから、画素スイッチング用のTFTと駆動回路用TFTとでトランジスタの特性を異なるように構成することも提案されている(例えば、特許文献2を参照)。   In addition, in the drive circuit built-in type electro-optical device, the pixel switching TFT is required to have a small off-current, and the drive circuit TFT is required to have a large on-current. It has also been proposed that the transistor characteristics be different from those of the TFT for use (see, for example, Patent Document 2).

ここで、相補回路の駆動電圧は当該回路に入力される複数の電源や信号の最大電位差で定義されるもので、従来、液晶などといった電気光学物質をオンオフさせるためのしきい電圧やICの出力信号レベルなどといった外的要因によって決定されている。一般的に、ICから出力される制御入力信号、すなわち、クロック信号やスタートパルス信号は、1V〜5V位の比較的小さな電圧振幅である。また、回路の消費電力は駆動電圧の2乗に比例するので、可能な限り、低い電圧で駆動することが好ましい。それ故、シフトレジスタなどといった論理回路では、TFTの特性が許容する限り、駆動電圧を低い電圧に設定するのが望ましい。但し、回路が高周波(高速動作)であるほど、高い駆動電圧を必要とする。また、液晶の配向状態などを黒レベルと白レベルとに切換えるには電位差として3V〜5V程度必要であり、極性を反転させる必要から、電圧振幅のトータル幅としては6V〜10V程度必要であるが、走査バスラインに印加される信号の振幅は、画素スイッチング用トランジスタのしきい電圧を考慮するとそれより高い必要があるため、8V〜20V程度が必要である。それ故、走査線駆動回路とデータ線駆動回路を比較した場合、データ線駆動回路では駆動電圧が低く、走査線駆動回路では駆動電圧が高くすることが本来は好ましい。   Here, the driving voltage of the complementary circuit is defined by the maximum potential difference between a plurality of power supplies and signals input to the circuit. Conventionally, a threshold voltage for turning on / off electro-optical materials such as liquid crystal or an output of an IC is used. It is determined by external factors such as signal level. In general, a control input signal output from an IC, that is, a clock signal or a start pulse signal has a relatively small voltage amplitude of about 1V to 5V. In addition, since the power consumption of the circuit is proportional to the square of the drive voltage, it is preferable to drive the circuit at as low a voltage as possible. Therefore, in a logic circuit such as a shift register, it is desirable to set the drive voltage to a low voltage as long as the TFT characteristics allow. However, the higher the frequency (high-speed operation) of the circuit, the higher the driving voltage is required. Further, in order to switch the alignment state of the liquid crystal between the black level and the white level, a potential difference of about 3 V to 5 V is necessary, and since the polarity needs to be inverted, the total width of the voltage amplitude is about 6 V to 10 V. The amplitude of the signal applied to the scanning bus line needs to be higher than that in consideration of the threshold voltage of the pixel switching transistor. Therefore, when the scanning line driving circuit and the data line driving circuit are compared, it is originally preferable that the driving voltage is low in the data line driving circuit and the driving voltage is high in the scanning line driving circuit.

しかしながら、従来はそもそもTFTの特性が低く、内蔵できる回路が限られていた上に回路の駆動電圧がほとんどTFT特性によって決まっていたため、このように駆動電圧を回路によって変えることはあまり一般的では無かった。
特開平7−273349号公報 特開平9−266316号公報
However, in the past, the TFT characteristics were originally low, the circuits that could be built were limited, and the drive voltage of the circuit was mostly determined by the TFT characteristics, so changing the drive voltage depending on the circuit in this way was not very common. It was.
JP-A-7-273349 JP-A-9-266316

従来は、TFTのしきい値電圧が全体的に高く、相補回路の低電圧化が難しかったため、表示装置全体を8V〜12Vで駆動せざるを得なかった。このため、内蔵周辺回路の駆動電圧と表示部への印加電圧のバランスがある程度、確保されていたので、低消費電力化や保持容量低減などの観点からTFTのしきい値電圧の絶対値をできるだけ0Vに近づける、あるいは画素スイッチング用のTFTと駆動回路用TFTとでしきい値電圧を異なる値に設定するなどの検討しかなされていなかったが、ポリシリコン膜の結晶化技術やゲート絶縁膜形成技術が向上し、しきい値電圧の低いTFTの製造が可能になった現在、内蔵周辺回路の駆動電圧と表示部への印加電圧のバランスが大きく崩れつつある。   Conventionally, since the threshold voltage of the TFT is generally high and it is difficult to lower the voltage of the complementary circuit, the entire display device has to be driven at 8V to 12V. For this reason, the balance between the drive voltage of the built-in peripheral circuit and the voltage applied to the display portion is secured to some extent, so that the absolute value of the threshold voltage of the TFT can be set as much as possible from the viewpoint of reducing power consumption and holding capacity. Although only studies have been made such as approaching 0 V or setting different threshold voltages for pixel switching TFTs and driving circuit TFTs, polysilicon film crystallization techniques and gate insulating film formation techniques Now that TFTs with low threshold voltages can be manufactured, the balance between the drive voltage of the built-in peripheral circuit and the voltage applied to the display portion is being greatly broken.

すなわち、周辺の論理回路は7V以下での回路駆動も可能になっており、消費電流の低減などの観点から、今後ますます駆動電圧が低下していくことが予想されるが、電気光学装置においては、電気光学物質のしきい電圧があるために表示部へ印加する電圧は一定以下にできない事情があり、回路によって駆動電圧が大きく異なる回路が混在する傾向にある。しかも、今後さらに、SOPに向けて多くの回路を同一基板上に集積していくと、ますます回路によって駆動電圧が相違する状態になっていかざるを得ない。例えば、高周波数で駆動する回路にはトランジスタのオン電流が必要なためにより高い駆動電圧が必要であるし、低周波数回路は消費電力低減のため、低い駆動電圧で動作させたいという事情がある。   In other words, the peripheral logic circuit can be driven at a voltage of 7 V or less, and it is expected that the drive voltage will further decrease from the viewpoint of reducing current consumption. However, since there is a threshold voltage of the electro-optic material, there is a situation in which the voltage applied to the display unit cannot be kept below a certain level. Moreover, if many circuits are further integrated on the same substrate toward the SOP in the future, the driving voltage will inevitably become different depending on the circuit. For example, a circuit driven at a high frequency requires a higher driving voltage because an on-state current of the transistor is required, and a low frequency circuit has a circumstance that it is desired to operate at a low driving voltage in order to reduce power consumption.

このような状況下で、電気光学装置全体をしきい値電圧の低いTFTで構成した場合、駆動電圧が高い相補回路では、誤動作が発生するという問題点がある。この点について、図面を参照して説明する。   Under such circumstances, when the entire electro-optical device is composed of TFTs having a low threshold voltage, there is a problem that a malfunction occurs in a complementary circuit having a high drive voltage. This point will be described with reference to the drawings.

図1(A)に示すような相補回路によってインバータを構成して駆動電圧10Vで使用する場合、入力信号INを周期的にハイレベルとローレベルとに切換えるに伴って、出力信号OUTは、理想的には、図2(A)に示すようになる。ところが、実際の回路では、図2(B)に示すように、配線の抵抗や寄生容量の影響により、入力信号INは、電圧が急峻に立ち上がる、あるいは立ち下がる訳ではなく、なだらなか勾配をもって変化する。従って、Nチャネル型のTFTのしきい値電圧が+1V〜+3V程度で、Pチャネル型のTFTのしきい値電圧が−1V〜−3V程度であった場合、例えば、各々が+2V、−2Vであった場合、入力電圧INが(ハイレベル側電源電圧+Pチャネル型TFTのしきい値電圧)と(ローレベル側電源電圧+Nチャネル型TFTのしきい値電圧)との間にある期間、すなわち2V〜8Vの区間では、Nチャネル型のTFT、およびPチャネル型のTFTの双方においてチャネルに反転層が形成されている状態となり、双方のTFTが低抵抗状態になる。このため、、出力信号OUTがハイレベルとローレベルとの中間電圧をとることになってしまい、回路において誤動作や誤作動を招来させてしまうという問題点がある。   When the inverter is configured by a complementary circuit as shown in FIG. 1A and used at a driving voltage of 10 V, the output signal OUT is ideal as the input signal IN is periodically switched between a high level and a low level. Specifically, as shown in FIG. However, in an actual circuit, as shown in FIG. 2B, due to the influence of the resistance and parasitic capacitance of the wiring, the input signal IN does not rise or fall rapidly, but has a gentle gradient. Change. Therefore, when the threshold voltage of the N-channel TFT is about + 1V to + 3V and the threshold voltage of the P-channel TFT is about -1V to -3V, for example, each is + 2V and -2V. In the case where there is, a period during which the input voltage IN is between (high level side power supply voltage + threshold voltage of P-channel TFT) and (low level side power supply voltage + N channel type TFT threshold voltage), that is, 2V In the interval of ˜8 V, an inversion layer is formed in the channel in both the N-channel TFT and the P-channel TFT, and both TFTs are in a low resistance state. For this reason, the output signal OUT takes an intermediate voltage between the high level and the low level, which causes a problem that a malfunction or malfunction occurs in the circuit.

また、図1(B)に示すようなCMOSクロックドインバータにおいて、Nチャネル型TFT、およびPチャネル型TFTのしきい値電圧がそれぞれ+2V、−2Vである場合、信号遅延によりクロック信号CLKが5V、その反転信号であるCLKXが5Vという瞬間があったとき、図1(B)に示すクロックド・インバーターも、図1(B)に対してCLKとCLKXを入れ替えたクロックド・インバーターも同時に動作してしまい、正しく信号選択動作やラッチ動作が行われないという問題点がある。このような問題点は相補型伝送ゲートでも同様である。   In the CMOS clocked inverter as shown in FIG. 1B, when the threshold voltages of the N-channel TFT and the P-channel TFT are +2 V and −2 V, respectively, the clock signal CLK is 5 V due to signal delay. When the inverted signal CLKX is 5V, the clocked inverter shown in FIG. 1B and the clocked inverter in which CLK and CLKX are switched with respect to FIG. Therefore, there is a problem that the signal selection operation and the latch operation are not performed correctly. Such a problem also applies to the complementary transmission gate.

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、相補回路を構成する電界効果型トランジスタのしきい値電圧を駆動電圧に対応させて最適化することにより、相補回路の動作の安定性を向上した電気光学装置、およびそれを備えた電気光学装置を提供することにある。   In view of the above problems, the object of the present invention is to improve the stability of the operation of the complementary circuit by optimizing the threshold voltage of the field effect transistor constituting the complementary circuit in accordance with the driving voltage. And an electro-optical device including the same.

上記課題を解決するために、本発明では、電気光学物質を保持するための基板上には、マトリクス状に配置された複数の画素の各々に対応する画素スイッチング用の電界効果型トランジスタと、前記複数の画素を駆動するための駆動回路を構成する駆動回路用の電界効果型トランジスタとが形成され、前記複数の電界効果型トランジスタには、入力される信号並びに電源の最大電圧差で定義される駆動電圧が異なる第1の相補回路、および第2の相補回路を構成するNチャネル型電界効果型トランジスタおよびPチャネル型電界効果型トランジスタが含まれた電気光学装置において、Nチャネル型電界効果型トランジスタのチャネルに反転層が形成されるしきい値電圧をVth-Nch、およびPチャネル型電界効果型トランジスタのチャネルに反転層が形成されるしきい値電圧をVth-Pchとしたとき、前記第1の相補回路と前記第2の相補回路では、以下の式
|(Vth-Nch)−(Vth-Pch)|
で表されるしきい値電圧の差の絶対値Vth-dが相違していることを特徴とする。
In order to solve the above problems, in the present invention, a field effect transistor for pixel switching corresponding to each of a plurality of pixels arranged in a matrix on a substrate for holding an electro-optic material, And a field effect transistor for a driving circuit that constitutes a driving circuit for driving a plurality of pixels. The plurality of field effect transistors are defined by a signal input and a maximum voltage difference between power supplies. In an electro-optical device including an N-channel field effect transistor and a P-channel field effect transistor constituting the first complementary circuit and the second complementary circuit having different driving voltages, an N-channel field effect transistor is provided. The threshold voltage at which the inversion layer is formed in the channel of the transistor is opposite to that of Vth-Nch and the channel of the P-channel field effect transistor. When the threshold voltage layers are formed and the Vth-Pch, wherein the first complementary circuit in the second complementary circuit, the following formula | (Vth-Nch) - (Vth-Pch) |
The absolute value Vth-d of the difference between the threshold voltages expressed by is different.

本発明において、Nチャネル型電界効果型トランジスタのしきい値電圧、およびPチャネル型電界効果型トランジスタのしきい値電圧にばらつきがある場合には、Nチャネル型電界効果型トランジスタのしきい値電圧の最小値、およびPチャネル型電界効果型トランジスタのしきい値電圧の最大値をそれぞれVth-Nch、およびVth-Pchとすることが好ましい。これにより、回路内でトランジスタのしきい電圧がばらついている場合も所望の効果を得ることが出来る。   In the present invention, when there is a variation in the threshold voltage of the N-channel field effect transistor and the threshold voltage of the P-channel field effect transistor, the threshold voltage of the N-channel field effect transistor And the maximum value of the threshold voltage of the P-channel field effect transistor are preferably Vth-Nch and Vth-Pch, respectively. Thus, a desired effect can be obtained even when the threshold voltage of the transistor varies in the circuit.

本発明において、複数の回路のうちには、相補回路に対する駆動電圧が相違するものが含まれており、本願発明では、駆動電圧が互いに相違する相補回路を第1の相補回路および第2の相補回路というのであって、相補回路が2種類に限ることを意味するものではない。   In the present invention, among the plurality of circuits, those having different driving voltages for the complementary circuits are included. In the present invention, the complementary circuits having different driving voltages are designated as the first complementary circuit and the second complementary circuit. This is a circuit and does not mean that the number of complementary circuits is limited to two.

本発明において、前記第1の相補回路および前記第2の相補回路のうちの少なくとも一方の相補回路では、しきい値電圧の差の絶対値Vth-dが当該相補回路の駆動電圧に対して、例えば、0.25倍から1倍の範囲である。ここで、前記第1の相補回路および前記第2の相補回路のうちの少なくとも一方の相補回路では、しきい値電圧の差の絶対値Vth-dが当該相補回路の駆動電圧に対して0.5倍から1倍の範囲であることが好ましい。   In the present invention, in at least one complementary circuit of the first complementary circuit and the second complementary circuit, the absolute value Vth-d of the threshold voltage difference is equal to the driving voltage of the complementary circuit. For example, the range is from 0.25 times to 1 time. Here, in at least one of the first complementary circuit and the second complementary circuit, the absolute value Vth-d of the threshold voltage difference is 0. 0 with respect to the driving voltage of the complementary circuit. A range of 5 to 1 times is preferable.

本発明において、前記第1の相補回路および前記第2の相補回路のうちの少なくとも一方の相補回路は、|(Vth-Nch)+(Vth-Pch)|の最大値が当該相補回路の駆動電圧の1/4倍以下である。   In the present invention, at least one of the first complementary circuit and the second complementary circuit has a maximum value of | (Vth−Nch) + (Vth−Pch) | Of 1/4 times or less.

本発明によれば、前記第1の相補回路および前記第2の相補回路のうちの少なくとも一方の相補回路では、しきい値電圧の差の絶対値Vth-dが前記第1の相補回路および前記第2の相補回路の駆動電圧の最大値の半分以下である電気光学装置に適用した場合でも、駆動電圧と、しきい値電圧の絶対絶の和Vth-dのバランスが確保されているので、誤動作の発生を防止できる。それ故、このようなしきい値電圧の低い電界効果型トランジスタを用いた電気光学装置に本発明を適用すると、その効果が特に顕著である。   According to the present invention, in at least one of the first complementary circuit and the second complementary circuit, the absolute value Vth-d of the threshold voltage difference is the first complementary circuit and the second complementary circuit. Even when applied to an electro-optical device that is less than or equal to half the maximum value of the driving voltage of the second complementary circuit, the balance between the driving voltage and the absolute sum Vth-d of the threshold voltage is ensured. The occurrence of malfunction can be prevented. Therefore, when the present invention is applied to an electro-optical device using such a field effect transistor having a low threshold voltage, the effect is particularly remarkable.

本発明において、前記第1の相補回路および前記第2の相補回路のうちの少なくとも一方の相補回路では、Vth-Nchが正の値であり、Vth-Pchが負の値であることが好ましい。すなわち、Nチャネル型電界効果型トランジスタ、およびPチャネル型電界効果型トランジスタの双方がエンハンスメントモードであることが好ましい。このように構成すると、ゲート電圧が0Vのときの電流(漏れ電流)のレベルを低減することができる。   In the present invention, it is preferable that Vth−Nch is a positive value and Vth−Pch is a negative value in at least one of the first complementary circuit and the second complementary circuit. That is, it is preferable that both the N-channel field effect transistor and the P-channel field effect transistor are in the enhancement mode. With this configuration, the level of current (leakage current) when the gate voltage is 0V can be reduced.

上記発明では、物理的な意味でのしきい値をパラメータにして構成を規定したが、回路動作として規定してもよい。   In the above invention, the configuration is defined using the threshold value in the physical sense as a parameter, but it may be defined as a circuit operation.

すなわち、本発明の別の形態では、電気光学物質を保持するための基板上には、マトリクス状に配置された複数の画素の各々に対応する画素スイッチング用の電界効果型トランジスタと、前記複数の画素を駆動するための駆動回路を構成する駆動回路用の電界効果型トランジスタとが形成され、前記複数の電界効果型トランジスタには、入力される信号並びに電源の最大電圧差で定義される駆動電圧が異なる第1の相補回路、および第2の相補回路を構成するNチャネル型電界効果型トランジスタおよびPチャネル型電界効果型トランジスタが含まれた電気光学装置において、Nチャネル型電界効果型トランジスタでドレイン・ソース間に所定の一定電圧Vds-Nchを印加したときのドレイン・ソース間抵抗をチャネル幅で割った値が所定の値Ron-offとなるときのゲート電圧をVon-off-Nchとし、Pチャネル型電界効果型トランジスタでドレイン・ソース間に所定の一定電圧Vds-Pchを印加したときのドレイン・ソース間抵抗をチャネル幅で割った値が所定の値Ron-offとなるときのゲート電圧をVon-off-Pchとしたとき、
前記第1の相補回路と前記第2の相補回路では、以下の式
Von-off-d = |(Von-off-Nch)−(Von-off-Pch)|
で求められる回路動作面でのしきい値電圧の差の絶対値Von-off-dが相違していることを特徴とする。
That is, in another embodiment of the present invention, a field effect transistor for switching pixels corresponding to each of a plurality of pixels arranged in a matrix on a substrate for holding an electro-optic material, and the plurality of the plurality of pixels A driving circuit field effect transistor constituting a driving circuit for driving a pixel, and the plurality of field effect transistors include a driving voltage defined by an input signal and a maximum voltage difference of a power source. In an electro-optical device including an N-channel field effect transistor and a P-channel field effect transistor that form a first complementary circuit and a second complementary circuit with different N-channel field effect transistors The value obtained by dividing the drain-source resistance by the channel width when a predetermined constant voltage Vds-Nch is applied between the sources is the predetermined value. The gate voltage when on-off is Von-off-Nch, and the drain-source resistance when a predetermined constant voltage Vds-Pch is applied between the drain and source in a P-channel field effect transistor is the channel width. When the gate voltage when the value divided by the predetermined value Ron-off is Von-off-Pch,
In the first complementary circuit and the second complementary circuit, the following expression Von-off-d = | (Von-off-Nch) − (Von-off-Pch) |
The absolute value Von-off-d of the threshold voltage difference on the circuit operation surface obtained in the above is different.

本発明において、Nチャネル型電界効果型トランジスタのしきい値電圧、およびPチャネル型電界効果型トランジスタのしきい値電圧にばらつきがある場合には、前記Nチャネル型電界効果型トランジスタでドレイン・ソース間に所定の一定電圧Vds-Nchを印加したときのドレイン・ソース間抵抗をチャネル幅で割った値が所定の値Ron-offとなるときのゲート電圧の最小値、およびPチャネル型電界効果型トランジスタでドレイン・ソース間に所定の一定電圧Vds-Pchを印加したときのドレイン・ソース間抵抗をチャネル幅で割った値が所定の値Ron-offとなるときのゲート電圧Von-off-Pchの最大値をそれぞれVon-off-Nch、およびVon-off-Pchとすることが好ましい。これにより、回路内でしきい電圧がばらついている場合も所望の効果を得ることが出来る。   In the present invention, when there is a variation in the threshold voltage of the N-channel field effect transistor and the threshold voltage of the P-channel field effect transistor, the N-channel field effect transistor uses a drain / source. The minimum value of the gate voltage when the value obtained by dividing the drain-source resistance by the channel width when the predetermined constant voltage Vds-Nch is applied between the channel width becomes the predetermined value Ron-off, and the P-channel field effect type The gate voltage Von-off-Pch when the value obtained by dividing the drain-source resistance by the channel width when a predetermined constant voltage Vds-Pch is applied between the drain and source in the transistor is a predetermined value Ron-off. The maximum values are preferably Von-off-Nch and Von-off-Pch, respectively. Thus, a desired effect can be obtained even when the threshold voltage varies in the circuit.

本発明において、前記第1の相補回路および前記第2の相補回路のうちの少なくとも一方の相補回路では、回路動作面でのしきい値電圧の差の絶対値Von-off-dが駆動電圧に対して0.25倍から1倍の範囲、さらに好ましくは、駆動電圧に対して0.5倍から1倍の範囲であることが好ましい。   In the present invention, in at least one complementary circuit of the first complementary circuit and the second complementary circuit, the absolute value Von-off-d of the threshold voltage difference on the circuit operation surface is the driving voltage. On the other hand, it is preferably in the range of 0.25 to 1 times, more preferably in the range of 0.5 to 1 times the drive voltage.

本発明によれば、前記第1の相補回路および前記第2の相補回路のうちの少なくとも一方の相補回路では、回路動作面でのしきい値電圧の差の絶対値Von-off-dが前記第1の相補回路および前記第2の相補回路の駆動電圧の最大値の半分以下である電気光学装置に適用した場合でも、駆動電圧と、回路動作面でのしきい値電圧の差の絶対値Von-off-dとのバランスが確保されているので、誤動作の発生を防止できる。それ故、このようなしきい値電圧の低い電界効果型トランジスタを用いた電気光学装置に本発明を適用すると、その効果が特に顕著である。   According to the present invention, in at least one complementary circuit of the first complementary circuit and the second complementary circuit, the absolute value Von-off-d of the threshold voltage difference in terms of circuit operation is The absolute value of the difference between the drive voltage and the threshold voltage in terms of circuit operation even when applied to an electro-optical device that is less than or equal to half the maximum value of the drive voltage of the first complementary circuit and the second complementary circuit Since the balance with Von-off-d is ensured, the occurrence of malfunction can be prevented. Therefore, when the present invention is applied to an electro-optical device using such a field effect transistor having a low threshold voltage, the effect is particularly remarkable.

本発明において、前記一定電圧Vds-Nchは例えば1Vから10Vであり、かつ前記一定電圧Vds-Pchは例えば−1Vから−10Vであり、かつ前記所定の値Ron-offは、例えば、1MΩ/μmから1GΩ/μmである。   In the present invention, the constant voltage Vds-Nch is, for example, 1V to 10V, the constant voltage Vds-Pch is, for example, -1V to -10V, and the predetermined value Ron-off is, for example, 1 MΩ / μm. To 1 GΩ / μm.

本発明において、前記第1の相補回路および前記第2の相補回路は、例えば前記駆動回路に構成されている。但し、画素において、画素スイッチング用の電界効果型トランジスタが相補回路を構成している場合があり、このような場合、第1の相補回路、および第2の相補回路のうちの一方の相補回路が画素に構成され、他方の相補回路が駆動回路に構成されている場合に本発明を適用してもよい。   In the present invention, the first complementary circuit and the second complementary circuit are configured in the drive circuit, for example. However, in the pixel, a field effect transistor for pixel switching may constitute a complementary circuit. In such a case, one complementary circuit of the first complementary circuit and the second complementary circuit is The present invention may be applied to the case where the pixel is configured and the other complementary circuit is configured as a drive circuit.

本発明において、前記第1の相補回路および前記第2の相補回路のうちの少なくとも一方の相補回路では、駆動電圧が駆動電圧の最大値の半分以下である。   In the present invention, in at least one complementary circuit of the first complementary circuit and the second complementary circuit, the drive voltage is not more than half of the maximum value of the drive voltage.

本発明において、前記電界効果型トランジスタは、例えば、能動層が多結晶シリコンからなる薄膜トランジスタである。   In the present invention, the field effect transistor is, for example, a thin film transistor whose active layer is made of polycrystalline silicon.

本発明において、前記第1の相補回路を構成する電界効果型トランジスタと、前記第2の相補回路を構成する電界効果型トランジスタとでは、ゲート絶縁膜の厚さが相違する構成、ゲート絶縁膜の誘電率が相違する構成、チャネル領域の膜厚が相違する構成、チャネル領域の欠陥準位平均密度が相違する構成、チャネル領域の不純物、チャネル長が相違する構成、チャネル層を形成する多結晶シリコンの平均グレインサイズが相違する構成を採用することができる。   In the present invention, the field effect transistor constituting the first complementary circuit and the field effect transistor constituting the second complementary circuit have different gate insulating film thicknesses, Configurations having different dielectric constants, configurations having different channel region thicknesses, configurations having different channel state defect level average densities, channel region impurities, configurations having different channel lengths, and polycrystalline silicon forming a channel layer It is possible to adopt a configuration in which the average grain sizes of the two are different.

本発明において、前記電気光学物質は、例えば、前記電気光学装置用基板と対向基板との間に保持された液晶である。   In the present invention, the electro-optical material is, for example, a liquid crystal held between the electro-optical device substrate and a counter substrate.

本発明において、前記電気光学物質は、例えば、前記電気光学装置用基板上で発光素子を構成する有機エレクトロルミネッセンス材料である。   In the present invention, the electro-optical material is, for example, an organic electroluminescent material that constitutes a light-emitting element on the electro-optical device substrate.

本発明を適用した電気光学装置は、携帯電話機やモバイルコンピュータなどといった電子機器に用いられる。   An electro-optical device to which the present invention is applied is used in an electronic apparatus such as a mobile phone or a mobile computer.

本発明では、駆動電圧が相違する第1および第2の相補回路では、Nチャネル型電界効果型トランジスタのしきい値電圧と、Pチャネル型電界効果型トランジスタのしきい値電圧のの差の絶対値を駆動電圧に対応させて相違させ、適性化してある。このため、高速動作・低消費電力を達成するために、電界効果型トランジスタのしきい値電圧の低電圧化を図った場合でも、個々の相補回路では、駆動電圧としきい値電圧とのバランスが確保されているので、相補回路において誤動作が発生しない。とりわけ、電気光学装置では、多数の画素を駆動するにもかかわらず、スペース的な余裕がないため、配線などがかなり微細化されているので、駆動周波数が高いわりには配線幅が狭い上に特に直視型表示ディスプレイに使用する場合は装置自体が大型であるために配線長も長くなるなどの理由で入力信号波形にRC遅延による歪みが発生しやすいが、このようなときでも、相補回路に誤動作が発生しない。それ故、電気光学装置において、画素数の増加、画面の大型化、高速動作化、低消費電力化を図った場合でも、高い信頼性を確保することができる。   In the present invention, in the first and second complementary circuits having different driving voltages, the absolute difference between the threshold voltage of the N-channel field effect transistor and the threshold voltage of the P-channel field effect transistor is absolute. The values are made different by making them correspond to the driving voltages, and are made appropriate. For this reason, in order to achieve high-speed operation and low power consumption, even when the threshold voltage of the field effect transistor is reduced, the balance between the drive voltage and the threshold voltage is not achieved in each complementary circuit. Therefore, no malfunction occurs in the complementary circuit. In particular, in an electro-optical device, although there is no space in spite of driving a large number of pixels, the wiring and the like are considerably miniaturized. When used in a direct-view display, the input signal waveform is likely to be distorted due to RC delay because the device itself is large and the wiring length becomes long. Even in such a case, the complementary circuit malfunctions. Does not occur. Therefore, in the electro-optical device, high reliability can be ensured even when the number of pixels is increased, the screen is enlarged, the operation speed is increased, and the power consumption is reduced.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

[実施の形態1]
本発明が適用される駆動回路内蔵型アクティブマトリクス型液晶装置(電気光学装置)の具体的な構成については後述するが、対向基板との間に電気光学物質としての液晶を保持するためのTFTアレイ基板(アクティブマトリクス基板)上に、画素スイッチング用TFTとともに、素子基板の周辺領域には、駆動回路を構成する駆動回路用TFTが形成されている。この種の駆動回路では、Nチャネル型TFTとPチャネル型TFTとを備えた相補回路(以下、CMOS回路という)によってシフトレジシタなどを備えた走査線駆動回路およびデータ線駆動回路が構成されている。ここで、駆動回路には、駆動電圧が相違するCMOS回路が含まれている。例えば、データ線駆動回路には、駆動電圧が12VのCMOS回路が含まれ、走査線駆動回路には、駆動電圧が5VのCMOS回路が含まれている。従来ではこのような構成をとった装置では駆動電圧が低い(5V)走査線駆動回路にあわせてしきい電圧を低減すべく製造しており、これが駆動電圧の高い(12V)データ線駆動回路で誤動作を引き起す要因となっていた。
[Embodiment 1]
A specific configuration of an active matrix liquid crystal device (electro-optical device) with a built-in driving circuit to which the present invention is applied will be described later. A TFT array for holding liquid crystal as an electro-optical material between a counter substrate and a counter substrate. On the substrate (active matrix substrate), together with the pixel switching TFT, a driving circuit TFT constituting a driving circuit is formed in the peripheral region of the element substrate. In this type of driving circuit, a scanning line driving circuit and a data line driving circuit including a shift resistor are constituted by a complementary circuit (hereinafter referred to as a CMOS circuit) including an N-channel TFT and a P-channel TFT. Here, the drive circuit includes CMOS circuits having different drive voltages. For example, the data line driving circuit includes a CMOS circuit having a driving voltage of 12V, and the scanning line driving circuit includes a CMOS circuit having a driving voltage of 5V. Conventionally, an apparatus having such a configuration is manufactured to reduce a threshold voltage in accordance with a scanning line driving circuit having a low driving voltage (5V), and this is a data line driving circuit having a high driving voltage (12V). It was a factor causing malfunction.

このような技術背景のもと、本発明では、CMOS回路毎にその駆動電圧に対応する、適正なしきい値電圧を有するTFTを用いることに特徴を有し、その詳細を以下に説明する。   Under such a technical background, the present invention is characterized in that a TFT having an appropriate threshold voltage corresponding to the driving voltage is used for each CMOS circuit, and details thereof will be described below.

(TFTのしきい値電圧と駆動電圧との関係)
図1(A)、(B)はそれぞれ、CMOS回路を用いたインバータ回路、およびクロックドインバータ回路の説明図である。図2(A)、(B)、(C)はそれぞれ、COMS回路に対する入力信号と出力信号との関係を示す波形図である。以下の説明では、駆動電圧が互いに相違するCMOS回路を第1のCMOS回路および第2のCMOS回路という。なお、ここでいう「第1」および「第2」とは、あくまで駆動電圧が相違することを意味し、CMOS回路が2種類に限らず、3種類以上存在することがあることをも意味する。
(Relationship between threshold voltage and driving voltage of TFT)
1A and 1B are explanatory diagrams of an inverter circuit using a CMOS circuit and a clocked inverter circuit, respectively. 2A, 2B, and 2C are waveform diagrams showing the relationship between the input signal and the output signal for the COMS circuit, respectively. In the following description, CMOS circuits having different driving voltages are referred to as a first CMOS circuit and a second CMOS circuit. Here, “first” and “second” mean that the drive voltages are different, and that there are not only two types of CMOS circuits but also three or more types of CMOS circuits. .

本発明では、まず、CMOS回路を構成するNチャネル型TFT、およびPチャネル型TFTのしきい値電圧と、CMOS回路の駆動電圧との関係を各CMOS回路毎に最適化する。   In the present invention, first, the relationship between the threshold voltage of the N-channel TFT and P-channel TFT constituting the CMOS circuit and the driving voltage of the CMOS circuit is optimized for each CMOS circuit.

すなわち、本発明では、Nチャネル型TFTのチャネルに反転層が形成される物理的なしきい値電圧をVth-Nch、およびPチャネル型TFTのチャネルに反転層が形成される物理的なしきい値電圧をVth-Pchとしたとき、
第1のCMOS回路と第2のCMOS回路では、以下の式
Vth-d = |(Vth-Nch)−(Vth-Pch)|
で表されるしきい値電圧の差の絶対値Vth-dを相違させ、いずれのCMOS回路においても、しきい値電圧の差の絶対値Vth-dが、そのCMOS回路の駆動電圧に対して、例えば、0.25倍から1倍の範囲、好ましくは0.5倍から1倍の範囲に設定する。
That is, in the present invention, the physical threshold voltage at which the inversion layer is formed in the channel of the N-channel TFT is Vth-Nch, and the physical threshold voltage at which the inversion layer is formed in the channel of the P-channel TFT. Is Vth-Pch,
In the first CMOS circuit and the second CMOS circuit, the following formula Vth−d = | (Vth−Nch) − (Vth−Pch) |
In any CMOS circuit, the absolute value Vth-d of the threshold voltage difference is different from the driving voltage of the CMOS circuit. For example, it is set in the range of 0.25 to 1 times, preferably in the range of 0.5 to 1 times.

例えば、第1のCMOS回路の駆動電圧が5Vの場合、このCMOS回路を構成するTFTのしきい値電圧の差の絶対値Vth-dは、1.25V〜5Vの範囲、好ましくは、2.5V〜5Vの範囲である。これに対して、第2のCMOS回路の駆動電圧が例えば、12Vの場合、このCMOS回路を構成するTFTのしきい値電圧の差の絶対値Vth-dは、3V〜12Vの範囲、好ましくは、6V〜12Vの範囲である。すなわち、好ましい構成を取る場合、第1のCMOS回路を構成するトランジスタと第2のCMOS回路を構成するトランジスタのしきい電圧の差の絶対値(Vth-d)は異なった値をとらなくてはならない。例えば第1のCMOS回路におけるVth-NchとVth-Pchをそれぞれ+2Vと−2V、第2のCMOS回路におけるVth-NchとVth-Pchをそれぞれ+5Vと−5Vなどとすれば良い。   For example, when the driving voltage of the first CMOS circuit is 5V, the absolute value Vth-d of the threshold voltage difference between TFTs constituting the CMOS circuit is in the range of 1.25V to 5V, preferably 2. It is in the range of 5V-5V. On the other hand, when the driving voltage of the second CMOS circuit is, for example, 12V, the absolute value Vth-d of the threshold voltage difference between TFTs constituting this CMOS circuit is in the range of 3V to 12V, preferably , In the range of 6V to 12V. That is, in the case of adopting a preferable configuration, the absolute value (Vth-d) of the difference between the threshold voltages of the transistors constituting the first CMOS circuit and the transistors constituting the second CMOS circuit must take different values. Don't be. For example, Vth-Nch and Vth-Pch in the first CMOS circuit may be + 2V and -2V, respectively, and Vth-Nch and Vth-Pch in the second CMOS circuit may be + 5V and -5V, respectively.

このようにして、しきい値電圧の差の絶対値Vth-dを、各々のCMOS回路の駆動電圧に対応させて最適化すれば、駆動回路の誤動作を防止することができる。すなわち、図1(A)に示すようなCMOS回路によってインバータを構成した場合、配線の抵抗や寄生容量の影響により、入力信号INの波形が歪んで立ち上がりあるいは立下りが急峻でない場合でも、しきい値電圧の差の絶対値Vth-dを電源電圧と同等にした場合、例えば、駆動電圧、Nチャネル型TFTのチャネルに反転層が形成されるしきい値電圧、およびPチャネル型TFTのしきい値電圧を各々、10V、+5V、−5Vとした場合には、しきい値電圧の差の絶対値Vth-dは、CMOS回路の駆動電圧と等しくなり、Nチャネル型トランジスタとPチャネル型トランジスタが同時にONあるいはOFFすることは無くなり、図1(C)に示すように、立ち上がりあるいは立下りが急峻な出力波形を得ることができる。   In this way, if the absolute value Vth-d of the threshold voltage difference is optimized in correspondence with the driving voltage of each CMOS circuit, malfunction of the driving circuit can be prevented. That is, in the case where the inverter is configured by a CMOS circuit as shown in FIG. 1A, even if the waveform of the input signal IN is distorted and the rise or fall is not steep due to the influence of wiring resistance or parasitic capacitance, the threshold is reduced. When the absolute value Vth-d of the value voltage difference is made equal to the power supply voltage, for example, the drive voltage, the threshold voltage at which an inversion layer is formed in the channel of the N-channel TFT, and the threshold of the P-channel TFT When the value voltages are 10 V, +5 V, and −5 V, respectively, the absolute value Vth-d of the threshold voltage difference is equal to the driving voltage of the CMOS circuit, and the N-channel transistor and the P-channel transistor are At the same time, they are not turned ON or OFF, and as shown in FIG. 1C, an output waveform with a steep rise or fall can be obtained.

ここで、しきい値電圧の差の絶対値Vth-dは、CMOS回路の駆動電圧に近いほど誤動作の発生を防止できるが、しきい値電圧の差の絶対値Vth-dが、CMOS回路の駆動電圧を超える場合、両方のトランジスタがOFFしている出力無しのタイミングがあり、またオン電流も十分確保できないためにこれも好ましくない。従って、しきい値電圧の差の絶対値Vth-dが、CMOS回路の駆動電圧をわずかに下回るレベルに設定すればよい。   Here, as the absolute value Vth-d of the threshold voltage difference is closer to the driving voltage of the CMOS circuit, malfunction can be prevented. However, the absolute value Vth-d of the threshold voltage difference is less than that of the CMOS circuit. When the drive voltage is exceeded, there is a timing with no output when both transistors are OFF, and an ON current cannot be secured sufficiently, which is also not preferable. Therefore, the absolute value Vth-d of the threshold voltage difference may be set to a level slightly lower than the driving voltage of the CMOS circuit.

また、各TFTにおいて、しきい値電圧にはばらつきが必ず存在するため、しきい値電圧の差の絶対値Vth-dを求めるにあたっては、Nチャネル型TFTのチャネルに反転層が形成されるしきい値電圧の最小値、およびPチャネル型TFTのチャネルに反転層が形成されるしきい値電圧の最大値をそれぞれVth-NchおよびVth-Pchとし、これらの値を用いて、しきい値電圧の差の絶対値Vth-d(=|(Vth-Nch)−(Vth-Pch)|)を求めることが好ましい。   In addition, since there is always variation in the threshold voltage in each TFT, an inversion layer is formed in the channel of the N-channel TFT when obtaining the absolute value Vth-d of the difference in threshold voltage. The minimum threshold voltage and the maximum threshold voltage at which the inversion layer is formed in the channel of the P-channel TFT are Vth-Nch and Vth-Pch, respectively. It is preferable to obtain an absolute value Vth−d (= | (Vth−Nch) − (Vth−Pch) |) of the difference between the two.

また、しきい値電圧の差の絶対値Vth-dが許容される範囲は、入力信号INの傾きが大きいほど、許容範囲は狭くなる。すなわち、入力信号INが(ハイレベル側駆動電圧+Pチャネル型TFTのしきい値)から(ローレベル側駆動電圧+Nチャネル型TFTのしきい値)の間をとる時間が誤動作を引き起してしまう時間より短ければよい。ここで、入力信号INの傾きは、配線の緩和時間τ=RC(R:配線抵抗、C:寄生容量)に反比例するので、配線の引き回し長、配線材料、層間絶縁膜の膜厚・誘電率などに依存して決まる。本形態では、低温ポシリコンを用いた液晶装置の素子基板に対して、波形計測結果を行った結果に基づいて、しきい値電圧の差の絶対値Vth-dをCMOS回路の駆動電圧に対して0.25倍から1倍の範囲、好ましくは、0.5倍から1倍の範囲に設定してある。   The allowable range of the absolute value Vth-d of the threshold voltage difference becomes narrower as the gradient of the input signal IN is larger. That is, the time that the input signal IN takes between (high level side driving voltage + threshold value of the P-channel TFT) and (low level side driving voltage + threshold value of the N channel type TFT) causes malfunction. It should be shorter than time. Here, since the slope of the input signal IN is inversely proportional to the wiring relaxation time τ = RC (R: wiring resistance, C: parasitic capacitance), the wiring length, wiring material, film thickness / dielectric constant of the interlayer insulating film It depends on etc. In this embodiment, the absolute value Vth-d of the threshold voltage difference is calculated with respect to the driving voltage of the CMOS circuit based on the result of waveform measurement performed on the element substrate of the liquid crystal device using the low temperature polysilicon. The range is 0.25 times to 1 time, preferably 0.5 times to 1 time.

それ故、上記の設定から、Vth-dの回路間での比が2倍以上異なる場合に本発明の効果が顕著であることがわかる。よって、本形態によれば、駆動電圧が他のCMOS回路より倍以上のCMOS回路を含む場合でも高電圧側回路の誤動作を防止できる。また、本形態によれば、第1のCOMS回路および第2のCOMS回路のうちの少なくとも一方のCMOS回路で、しきい値電圧の差の絶対値Vth-dが他のCMOS回路の駆動電圧の半分以上である場合でも、CMOS回路毎に、駆動電圧と、しきい値電圧の差の絶対値Vth-dとのバランスが確保されているので、誤動作の発生を防止できる。それ故、このようなしきい値電圧の低いTFTを用いた電気光学装置に本発明を適用すると、その効果が顕著である。   Therefore, it can be seen from the above setting that the effect of the present invention is remarkable when the ratio of Vth-d between the circuits differs by 2 times or more. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to prevent malfunction of the high voltage side circuit even when the drive voltage includes a CMOS circuit that is twice or more that of other CMOS circuits. Further, according to this embodiment, in at least one of the first and second CMOS circuits, the absolute value Vth-d of the threshold voltage difference is equal to the drive voltage of the other CMOS circuit. Even in the case of half or more, since the balance between the drive voltage and the absolute value Vth-d of the difference between the threshold voltages is ensured for each CMOS circuit, the occurrence of malfunction can be prevented. Therefore, when the present invention is applied to an electro-optical device using such a TFT having a low threshold voltage, the effect is remarkable.

さらに、電気光学装置のように、多数の画素がマトリクス状に配置されているため、配線の抵抗や寄生容量の影響により、入力信号INが歪んで立ち上がり、あるいは立下りが急峻でなくなりやすい場合でも、本形態では、TFTのしきい値電圧と駆動電圧との関係を適正化してあるので、CMOS回路の誤動作が発生しない。   Furthermore, since a large number of pixels are arranged in a matrix as in an electro-optical device, even when the input signal IN is distorted and rises or falls easily due to the influence of wiring resistance and parasitic capacitance. In this embodiment, since the relationship between the threshold voltage of the TFT and the drive voltage is optimized, no malfunction of the CMOS circuit occurs.

(TFT同士のしきい値電圧のバランス)
このように構成したCMOS回路において、誤動作を防止するという観点からすれば、詳しくは図6を参照して後述するように、Nチャネル型TFTのしきい値電圧の絶対値と、Pチャネル型TFTのしきい値電圧の絶対値との差が小さいことが好ましい。具体的には発明者の測定によると、|(Vth-Nch)+(Vth-Pch)|の最大値がそのCMOS回路の駆動電圧の1/4倍以下であれば誤動作を確実に防止でき好ましい。
(Balance of threshold voltage between TFTs)
From the viewpoint of preventing malfunction in the CMOS circuit configured as described above, as will be described in detail later with reference to FIG. 6, the absolute value of the threshold voltage of the N-channel TFT and the P-channel TFT It is preferable that the difference from the absolute value of the threshold voltage is small. Specifically, according to the measurement by the inventor, it is preferable that the maximum value of | (Vth−Nch) + (Vth−Pch) | is less than ¼ times the driving voltage of the CMOS circuit, so that malfunction can be reliably prevented. .

また、詳しくは図7を参照して後述するように、第1のCMOS回路および前記第2のCMOS回路のうちの少なくとも一方のCMOS回路では、Nチャネル型TFTのしきい値電圧Vth-Nchが正の値であり、Pチャネル型TFTのしきい値電圧Vth-Pchが負の値であることが好ましい。すなわち、Nチャネル型TFT、およびPチャネル型TFTの双方がエンハンスメントモードであることが好ましい。   Further, as will be described in detail later with reference to FIG. 7, in at least one of the first CMOS circuit and the second CMOS circuit, the threshold voltage Vth-Nch of the N-channel TFT is It is preferably a positive value and the threshold voltage Vth-Pch of the P-channel TFT is preferably a negative value. That is, it is preferable that both the N-channel TFT and the P-channel TFT are in the enhancement mode.

(本形態の効果)
以上説明したように、本形態の電気光学装置では、データ線駆動回路には、駆動電圧が12VのCMOS回路が含まれ、走査線駆動回路には、駆動電圧が5VのCMOS回路が含まれているが、個々のCMOS回路において、駆動電圧と、しきい値電圧の差の絶対値Vth-dとのバランスが確保するため、例えば走査線駆動回路のシフトレジスタを構成するトランジスタはしきい電圧をNチャネル部とPチャネル部でそれぞれ+2Vと−2V、データ線駆動回路の伝送ゲート部はそれぞれ+4Vと−4Vとされているので、誤動作の発生を防止できる。それ故、高速動作を達成するためにTFTのしきい値電圧の低電圧化を図った場合(本実施例ではVth-d=4V)でも、また様々な要求に対応してCMOS回路の駆動電圧を相違させた場合でも、個々のCMOS回路においては、あくまで、駆動電圧と、しきい値電圧の差の絶対値Vth-dとのバランスが確保されているので、誤動作の発生を防止できる。また、画素数の増大に伴ってスペース的な余裕がなくて配線などがかなり微細化された結果、駆動周波数が高いわりには配線幅が狭い、あるいは表示部分を大型化した結果、配線の引き回し長が長くなったなどの理由で信号波形に歪みが発生した場合でも、駆動電圧と、しきい値電圧の差の絶対値Vth-dとのバランスが確保されているので、誤動作の発生を防止できる。
(Effect of this embodiment)
As described above, in the electro-optical device according to this embodiment, the data line driving circuit includes a CMOS circuit having a driving voltage of 12V, and the scanning line driving circuit includes a CMOS circuit having a driving voltage of 5V. However, in each CMOS circuit, in order to secure a balance between the driving voltage and the absolute value Vth-d of the difference between the threshold voltages, for example, the transistors constituting the shift register of the scanning line driving circuit have a threshold voltage. Since the N channel portion and the P channel portion are set to +2 V and −2 V, respectively, and the transmission gate portion of the data line driving circuit is set to +4 V and −4 V, respectively, it is possible to prevent malfunction. Therefore, even when the threshold voltage of the TFT is lowered to achieve high-speed operation (in this embodiment, Vth-d = 4 V), the driving voltage of the CMOS circuit can be adapted to various requirements. Even in a different case, in each CMOS circuit, since the balance between the drive voltage and the absolute value Vth-d of the difference between the threshold voltages is ensured, the occurrence of malfunction can be prevented. In addition, as the number of pixels increases, there is no room for space and the wiring is considerably miniaturized. As a result, the wiring width is narrow at the high drive frequency, or the display part is enlarged. Even when the signal waveform is distorted due to a long period of time, the balance between the drive voltage and the absolute value Vth-d of the difference between the threshold voltages is secured, so that the occurrence of malfunction can be prevented. .

[実施の形態2]
図3は、TFTの回路動作面でのしきい値電圧Von-offの説明図である。図4は、TFTにおける回路動作面でのしきい値電圧Von-offと、反転層の形成に基づく物理的なしきい値電圧Vthとの対応を示すグラフである。
[Embodiment 2]
FIG. 3 is an explanatory diagram of the threshold voltage Von-off in terms of circuit operation of the TFT. FIG. 4 is a graph showing the correspondence between the threshold voltage Von-off on the circuit operation surface of the TFT and the physical threshold voltage Vth based on the formation of the inversion layer.

上記構成では、TFTの物理的なパラメータであるしきい電圧(Vth)でCMOS回路の駆動電圧とTFTの構成との関係を規定した。物理的なトランジスタのしきい電圧(Vth)とは、チャネルに反転層が形成されるゲート電圧を指すが、実験的に求めるには様々な手法があり、最も簡易な手段としては例えば飽和領域(Vgs−Vth<Vds)のドレイン・ソース間電流Idsを測定し、Idsの平方根を縦軸、Vgsを横軸にプロットしたときにカーブに接する直線が横軸と交わるVgsの最大値をVthとするなどの方法がある。なお、上でVgsはゲート・ソース間電圧を意味する。   In the above configuration, the relationship between the driving voltage of the CMOS circuit and the configuration of the TFT is defined by the threshold voltage (Vth) which is a physical parameter of the TFT. The threshold voltage (Vth) of a physical transistor refers to a gate voltage at which an inversion layer is formed in a channel. There are various methods for experimental determination, and the simplest means is, for example, a saturation region ( The drain-source current Ids of Vgs−Vth <Vds) is measured, and when the square root of Ids is plotted on the vertical axis and Vgs is plotted on the horizontal axis, the maximum value of Vgs at which the straight line in contact with the curve intersects the horizontal axis is defined as Vth. There are methods. In the above, Vgs means a gate-source voltage.

しかしながら、特にポリシリコン薄膜トランジスタの場合、実験的に精度良くVthを求めるのは難しく、手法によって値が異なった結果になる事も多い。そこでしきい電圧(Vth)に代わる簡易なパラメーターとして回路動作面でのオン・オフのしきい値電圧Von-offを用いて駆動電圧との関係を規定してもよい。 本形態の駆動回路内蔵型アクティブマトリクス型液晶装置でも、実施の形態1と同様、素子基板(アクティブマトリクス基板)上に、画素スイッチング用TFTとともに、素子基板の周辺領域には、駆動回路を構成する駆動回路用TFTが形成されている。また、駆動回路では、Nチャネル型TFTとPチャネル型TFTとを備えたCMOS回路が複数、構成されているとともに、複数のCMOS回路には、駆動電圧が相違する第1のCMOS回路と第2のCMOS回路とが含まれている。   However, particularly in the case of a polysilicon thin film transistor, it is difficult to obtain Vth experimentally with high accuracy, and the value often varies depending on the method. Therefore, the relationship with the drive voltage may be defined using a threshold voltage Von-off in terms of circuit operation as a simple parameter in place of the threshold voltage (Vth). Also in the active matrix liquid crystal device with a built-in drive circuit of this embodiment, a drive circuit is configured in the peripheral region of the element substrate along with the pixel switching TFT on the element substrate (active matrix substrate) as in the first embodiment. A driving circuit TFT is formed. In the driving circuit, a plurality of CMOS circuits each including an N-channel TFT and a P-channel TFT are configured. The plurality of CMOS circuits include a first CMOS circuit and a second CMOS circuit having different driving voltages. CMOS circuits are included.

このような構成の液晶装置において、本形態では、図3に示すドレイン・ソース間電圧(Vds)をそれぞれ一定の値に固定したときのTFTのVgs−Ids特性において、Nチャネル型TFTでドレイン・ソース間抵抗をチャネル幅で割った値が所定の値Ron-offとなるときのゲート電圧をVon-off-Nchとし、Pチャネル型TFTでドレイン・ソース間抵抗をチャネル幅で割った値が所定の値Ron-offとなるときのゲート電圧をVon-off-Pchとしたとき、第1のCMOS回路と第2のCMOS回路とでは、以下の式
Von-off-d = | Von-off-Nch − Von-off-Pch |
で求められる回路動作動作面でのしきい値電圧の差の絶対値Von-off-dを相違させ、いずれのCMOS回路においても、回路動作面でのしきい値電圧を最適化する。
In the liquid crystal device having such a configuration, in this embodiment, in the Vgs-Ids characteristics of the TFT when the drain-source voltage (Vds) shown in FIG. The gate voltage when the value obtained by dividing the source-to-source resistance by the channel width becomes the predetermined value Ron-off is Von-off-Nch, and the value obtained by dividing the drain-source resistance by the channel width in the P-channel TFT is predetermined. When the gate voltage when the value of Ron-off is Von-off-Pch, the following equation Von-off-d = | Von-off-Nch between the first CMOS circuit and the second CMOS circuit: − Von-off-Pch |
The absolute value Von-off-d of the difference in threshold voltage on the circuit operation operation surface obtained in the above is made different, and the threshold voltage on the circuit operation surface is optimized in any CMOS circuit.

例えば、第1のCMOS回路の駆動電圧が例えば、5Vの場合、このCMOS回路を構成するTFTの回路動作動作面でのしきい値電圧の差の絶対値Von-off-dは、1.25V〜5Vの範囲、好ましくは、2.5V〜5Vの範囲である。これに対して、第2のCMOS回路の駆動電圧が例えば、12Vの場合、このCMOS回路を構成するTFTの回路動作動作面でのしきい値電圧の差の絶対値Von-off-dは、3V〜12Vの範囲、好ましくは、6V〜12Vの範囲である。   For example, when the driving voltage of the first CMOS circuit is 5 V, for example, the absolute value Von-off-d of the threshold voltage difference in the circuit operation operation of the TFT constituting the CMOS circuit is 1.25 V It is in the range of -5V, preferably in the range of 2.5V-5V. On the other hand, when the driving voltage of the second CMOS circuit is 12 V, for example, the absolute value Von-off-d of the difference in threshold voltage on the circuit operation operation side of the TFT constituting the CMOS circuit is It is in the range of 3V to 12V, preferably in the range of 6V to 12V.

ここで、回路動作面でのしきい値電圧Von-offは、ドレイン・ソース間電圧(Vds)をそれぞれ一定の値に固定したときのTFTチャネル幅当りのドレイン・ソース間抵抗(Rds)が一定値になるゲート電圧を意味する。ドレイン・ソース間電圧(Vds)並びにドレイン・ソース間抵抗(Rds)の一定値については、回路の駆動周波数、チャネル長によって相違するが、ガラス基板上に低温ポシリコンTFTにより形成したCMOSデジタル論理回路では、Ron-offの値として1MΩ/μmから1GΩ/μm程度、Vdsの値としてNchは1から20V、Pchは−1から−20Vに設定するのが適切であり、このような条件範囲であれば、回路動作面でのしきい値電圧Von-offは、図4にドレイン・ソース間抵抗(Rds)の一定値が小のとき(Rds〜1MΩ/μm程度)と、大のとき(Rds〜1GΩ/μm程度)の各々について複数のトランジスタの測定結果をプロットしたグラフを示すように、物理的なしきい値電圧Vthと十分、相間していることが確認できている。   Here, the threshold voltage Von-off in terms of circuit operation is a constant drain-source resistance (Rds) per TFT channel width when the drain-source voltage (Vds) is fixed to a constant value. It means the gate voltage that becomes the value. The constant values of the drain-source voltage (Vds) and the drain-source resistance (Rds) differ depending on the circuit drive frequency and channel length, but in a CMOS digital logic circuit formed on a glass substrate by a low-temperature polysilicon TFT. It is appropriate to set the Ron-off value from about 1 MΩ / μm to about 1 GΩ / μm, the Vds value from 1 to 20 V, and Pch from −1 to −20 V. The threshold voltage Von-off in terms of circuit operation is shown in FIG. 4 when the drain-source resistance (Rds) is constant (Rds˜1 MΩ / μm) or large (Rds˜1 GΩ). As shown in the graph in which the measurement results of a plurality of transistors are plotted for each of (about .mu.m), it is confirmed that there is a sufficient interphase with the physical threshold voltage Vth.

それ故、本形態のように、回路動作動作面でのしきい値電圧の差の絶対値Von-off-dを上記のように設定することによっても、例えば、駆動電圧の比が2倍以上異なるCMOS回路での誤動作を防止できる。また、本形態によれば、第1のCMOS回路および第2のCMOS回路のうちの少なくとも一方のCMOS回路では、回路動作面でのしきい値電圧の差の絶対値Von-off-dが他の回路の駆動電圧の半分以下である場合でも、誤動作の発生を防止できるなど、実施の形態1と同様な効果を奏する。   Therefore, as in the present embodiment, by setting the absolute value Von-off-d of the threshold voltage difference in the circuit operation operation as described above, for example, the drive voltage ratio is more than twice. Malfunctions in different CMOS circuits can be prevented. Further, according to the present embodiment, in at least one of the first CMOS circuit and the second CMOS circuit, the absolute value Von-off-d of the threshold voltage difference on the circuit operation surface is different. Even when the driving voltage is less than half the driving voltage of the circuit, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, such as prevention of malfunction.

なお、各TFTにおいて、回路動作面でのしきい値電圧にはばらつきが必ず存在するため、本形態でも、回路動作面でのしきい値電圧の絶対値の和値Von-off-dを求めるにあたっては、Nチャネル型電界効果型トランジスタでドレイン・ソース間抵抗をチャネル幅で割った値が所定の値Ron-offとなるときのゲート電圧の最小値、およびPチャネル型電界効果型トランジスタでドレイン・ソース間抵抗をチャネル幅で割った値が所定の値Ron-offとなるときのゲート電圧の最大値をそれぞれVon-off-Nch、およびVon-off-Pchとして用いて、回路動作動作面でのしきい値電圧の差の絶対値Von-off-dを求めることが好ましい。   Note that, in each TFT, there is always a variation in the threshold voltage on the circuit operation surface. Therefore, also in this embodiment, the sum Von-off-d of the absolute value of the threshold voltage on the circuit operation surface is obtained. In this case, the minimum value of the gate voltage when the value obtained by dividing the drain-source resistance by the channel width in the N-channel field effect transistor becomes a predetermined value Ron-off, and the drain in the P-channel field effect transistor In terms of circuit operation operation, the maximum gate voltage when the value obtained by dividing the resistance between the sources by the channel width becomes a predetermined value Ron-off is used as Von-off-Nch and Von-off-Pch, respectively. It is preferable to obtain the absolute value Von-off-d of the difference between the threshold voltages.

また、誤動作を防止するという観点からすれば、詳しくは図6を参照して後述するように、Nチャネル型TFTの回路動作面でのしきい値電圧の絶対値と、Pチャネル型TFTの回路動作面でのしきい値電圧の絶対値との差が小さいことが好ましい。すなわち、|(Von-off-Nch)+(Von-off-Pch)|の最大値がそのCMOS回路の駆動電圧の1/4倍以下であることが好ましい。   Further, from the viewpoint of preventing malfunction, as will be described in detail later with reference to FIG. 6, the absolute value of the threshold voltage on the circuit operation surface of the N-channel TFT and the circuit of the P-channel TFT are described. It is preferable that the difference from the absolute value of the threshold voltage in operation is small. That is, it is preferable that the maximum value of | (Von−off−Nch) + (Von−off−Pch) | is not more than ¼ times the driving voltage of the CMOS circuit.

また、詳しくは図7を参照して後述するように、第1のCMOS回路および前記第2のCMOS回路のうちの少なくとも一方のCMOS回路では、Nチャネル型TFTの回路動作面でのしきい値電圧Von-off-Nchが正の値であり、Pチャネル型TFTの回路動作面でのしきい値電圧Von-off-Pchが負の値であることが好ましい。すなわち、Nチャネル型TFT、およびPチャネル型TFTの双方がエンハンスメントモードであることが好ましい。   Further, as will be described in detail later with reference to FIG. 7, in at least one of the first CMOS circuit and the second CMOS circuit, the threshold value in terms of circuit operation of the N-channel TFT. It is preferable that the voltage Von-off-Nch is a positive value and the threshold voltage Von-off-Pch on the circuit operation surface of the P-channel TFT is a negative value. That is, it is preferable that both the N-channel TFT and the P-channel TFT are in the enhancement mode.

[TFTの特性例]
図5(A)、(B)は、Nチャネル型TFT、およびPチャネル型TFTのいずれにおいても、図3に示すTFT特性と比較してゲート電圧(ゲート・ソース間電圧)に対するドレイン・ソース電流の立ち上がりを緩やかにしてしきい値電圧の絶対値を大きくした場合のTFT特性を示すグラフ、およびNチャネル型TFT、およびPチャネル型TFTのいずれにおいても、ゲート電圧に対するドレイン・ソース電流の立ち上がり傾きはそのままで、エンハンスメント・シフトしている結果、しきい値電圧の絶対値を大きくした場合のTFT特性を示すグラフである。図6(A)、(B)は、それぞれ傾きを緩くする、あるいはエンハンスメントシフトさせることでPチャネル型TFTのしきい値電圧の絶対値のみを大きくした場合のTFT特性を示すグラフである。図7(A)、(B)は、Nチャネル型TFTのしきい値電圧、およびPチャネル型TFTのしきい値電圧の双方をゲート電圧+側にシフトさせた場合のTFT特性を示すグラフ、およびNチャネル型TFTのしきい値電圧、およびPチャネル型TFTのしきい値電圧の双方をゲート電圧−側にシフトさせた場合のTFT特性を示すグラフである。
[TFT characteristics example]
FIGS. 5A and 5B show the drain-source current with respect to the gate voltage (gate-source voltage) as compared with the TFT characteristics shown in FIG. 3 in both the N-channel TFT and the P-channel TFT. A graph showing TFT characteristics when the absolute value of the threshold voltage is increased by slowing the rise of the TFT, and the rising slope of the drain / source current with respect to the gate voltage in both the N-channel TFT and the P-channel TFT Is a graph showing the TFT characteristics when the absolute value of the threshold voltage is increased as a result of the enhancement shift as it is. FIGS. 6A and 6B are graphs showing the TFT characteristics when only the absolute value of the threshold voltage of the P-channel TFT is increased by making the inclination gentle or enhancement shifting, respectively. FIGS. 7A and 7B are graphs showing TFT characteristics when both the threshold voltage of an N-channel TFT and the threshold voltage of a P-channel TFT are shifted to the gate voltage + side. 5 is a graph showing TFT characteristics when both the threshold voltage of an N-channel TFT and the threshold voltage of a P-channel TFT are shifted to the negative gate voltage side.

このようにTFTの物理的なしきい値電圧、および回路動作面でのしきい値電圧をCMOS回路で相違させるにあたっては、例えば、CMOS回路によって、ゲート絶縁膜の膜厚を相違させた構成、ゲート絶縁膜の誘電率を相違させた構成、能動層の半導体膜の厚さを相違させた構成、能動層でのアクセプター準位・ドナー準位の量を相違させた構成、能動層のグレインバウンダリー準位を相違させた構成、チャネル長を相違させてショートチャネル効果の影響を相違させた構成、チャネル層のグレイン平均サイズを相違させた構成を採用することができる。   In this way, when the physical threshold voltage of the TFT and the threshold voltage in terms of circuit operation are made different in the CMOS circuit, for example, a configuration in which the thickness of the gate insulating film is made different depending on the CMOS circuit, the gate Insulating film with different dielectric constants, Active layer with different semiconductor film thickness, Active layer with different acceptor / donor levels, Active layer grain boundary A configuration with different levels, a configuration with different channel lengths and different effects of the short channel effect, and a configuration with different channel layer grain average sizes can be adopted.

このような構成のうちの一つ、あるいは複数の構成を採用することにより、より低い電圧で駆動する一方のCMOS回路を構成するTFTについては、図3に示す特性とする一方、他方のより高い電圧で駆動するCMOS回路を構成するTFTについては、図5(A)、(B)に示す特性とすれば、TFTの物理的なしきい値電圧、および回路動作面でのしきい値電圧をCMOS回路で相違させることができる。   By adopting one or a plurality of such configurations, the TFT constituting one of the CMOS circuits driven at a lower voltage has the characteristics shown in FIG. 3, while the other is higher than the other. With respect to TFTs constituting a CMOS circuit driven by voltage, if the characteristics shown in FIGS. 5A and 5B are used, the physical threshold voltage of the TFT and the threshold voltage in terms of circuit operation are set to CMOS. Can be different in the circuit.

すなわち、図5(A)に示す特性では、Nチャネル型TFT、およびPチャネル型TFTのいずれにおいても、ゲート電圧(ゲート・ソース間電圧)に対するドレイン・ソース電流の立ち上がりが緩やかになっている結果、しきい値電圧の絶対値が大きくなっている。   That is, in the characteristics shown in FIG. 5A, the rise of the drain-source current with respect to the gate voltage (gate-source voltage) is gentle in both the N-channel TFT and the P-channel TFT. The absolute value of the threshold voltage is large.

これに対して、図5(B)に示す特性では、Nチャネル型TFT、およびPチャネル型TFTのいずれにおいても、ゲート電圧に対するドレイン・ソース電流の立ち上がりはそのままで、エンハンスメント・シフトしている結果、しきい値電圧の絶対値が大きくなっている。これら両者の特性を比較した場合には、図5(B)に示す特性を用いたTFTの方が電圧やプロセス変動に対するマージンを確保しやすく、より好ましい。   On the other hand, in the characteristics shown in FIG. 5B, the rise of the drain / source current with respect to the gate voltage remains unchanged and the enhancement shift occurs in both the N-channel TFT and the P-channel TFT. The absolute value of the threshold voltage is large. When these two characteristics are compared, a TFT using the characteristics shown in FIG. 5B is more preferable because it is easy to ensure a margin for voltage and process fluctuations.

なお、TFTの物理的なしきい値電圧、および回路動作面でのしきい値電圧をCMOS回路で相違させるにあたって、図6(A)(B)に示すように、Pチャネル型TFTのしきい値電圧の絶対値のみを大きくした場合、あるいは、図示しないが逆に、Nチャネル型TFTのしきい値電圧の絶対値のみを大きくした場合、Nチャネル型TFTのオン電流レベルと、Pチャネル型TFTのオン電流レベルとに大きな差が発生してしまい、特定方向のスイッチングのみ動作が低速となって駆動周波数を高く設定できない上にタイミングのズレによる誤動作が発生しやすくなる。それ故、実施の形態1、2のいずれにおいても、Nチャネル型TFTのしきい値電圧の絶対値と、Pチャネル型TFTのしきい値電圧の絶対値との差が小さいことが好ましい。   In order to make the physical threshold voltage of the TFT and the threshold voltage in terms of circuit operation different in the CMOS circuit, as shown in FIGS. 6A and 6B, the threshold value of the P-channel TFT is set. When only the absolute value of the voltage is increased, or on the contrary, when only the absolute value of the threshold voltage of the N-channel TFT is increased, the ON current level of the N-channel TFT and the P-channel TFT are increased. A large difference occurs in the on-current level, so that only the switching in a specific direction is slowed down so that the drive frequency cannot be set high, and malfunction due to timing deviation is likely to occur. Therefore, in any of the first and second embodiments, it is preferable that the difference between the absolute value of the threshold voltage of the N-channel TFT and the absolute value of the threshold voltage of the P-channel TFT is small.

また、TFTの物理的なしきい値電圧、および回路動作面でのしきい値電圧をCMOS回路で相違させるにあたって、図7(A)に示すように、Nチャネル型TFTのしきい値電圧、およびPチャネル型TFTのしきい値電圧の双方を+側、あるいは、図7(B)に示すように、Nチャネル型TFTのしきい値電圧、およびPチャネル型TFTのしきい値電圧の双方を−側にシフトした場合には、いずれかのゲート電圧(ゲート・ソース間電圧)が0Vでのリーク電流が大きくなってしまい、回路の消費電流が大きくなったり誤動作の原因となる。それ故、実施の形態1、2のいずれにおいても、Nチャネル型TFT、およびPチャネル型TFTの双方がエンハンスメントモードであることが好ましい。言い換えれば、Nチャネル型TFTのしきい電圧は正であり、Pチャネル型TFTのしきい電圧は負であることが好ましい。   In order to make the physical threshold voltage of the TFT and the threshold voltage in terms of circuit operation different in the CMOS circuit, the threshold voltage of the N-channel TFT, as shown in FIG. Both of the threshold voltages of the P-channel TFTs are set to the + side, or both of the threshold voltages of the N-channel TFT and the P-channel TFT as shown in FIG. When shifted to the negative side, the leakage current increases when any one of the gate voltages (gate-source voltage) is 0 V, resulting in an increase in current consumption of the circuit and a malfunction. Therefore, in any of the first and second embodiments, it is preferable that both the N-channel TFT and the P-channel TFT are in the enhancement mode. In other words, it is preferable that the threshold voltage of the N-channel TFT is positive and the threshold voltage of the P-channel TFT is negative.

[電気光学装置の具体的構成]
(全体構成)
図8は、本発明を適用した電気光学装置をその上に形成された各構成要素と共に対向基板の側から見た平面図であり、図9は、対向基板を含めて示す図8のH−H′断面図である。図10は、電気光学装置の画像表示領域を構成するためにマトリクス状に形成された複数の画素における各種素子、配線などの等価回路図である。
[Specific configuration of electro-optical device]
(overall structure)
FIG. 8 is a plan view of the electro-optical device to which the present invention is applied as viewed from the side of the counter substrate together with each component formed thereon, and FIG. 9 is a cross-sectional view of FIG. It is H 'sectional drawing. FIG. 10 is an equivalent circuit diagram of various elements and wirings in a plurality of pixels formed in a matrix to form an image display region of the electro-optical device.

図8において、本形態の電気光学装置100は、アクティブマトリクス型の液晶装置であり、TFTアレイ基板10の上には、シール材107が対向基板20の縁に沿うように設けられている。シール材107の外側の領域には、データ線駆動回路101および実装端子102(信号入力端子)がTFTアレイ基板10の一辺に沿って設けられており、走査線駆動回路104が、この一辺に隣接する2辺に沿って形成されている。更にTFTアレイ基板10の残る一辺には、画像表示領域10aの両側に設けられた走査線駆動回路104間をつなぐための複数の配線105が設けられており、更に、額縁108の下などを利用して、プリチャージ回路や検査回路が設けられることもある。また、対向基板20のコーナー部の少なくとも1箇所においては、TFTアレイ基板10と対向基板20との間で電気的導通をとるための上下導通材106が形成されている。   In FIG. 8, the electro-optical device 100 of this embodiment is an active matrix type liquid crystal device, and a sealing material 107 is provided on the TFT array substrate 10 along the edge of the counter substrate 20. A data line driving circuit 101 and a mounting terminal 102 (signal input terminal) are provided along one side of the TFT array substrate 10 in a region outside the sealing material 107, and the scanning line driving circuit 104 is adjacent to the one side. It is formed along two sides. Furthermore, a plurality of wirings 105 are provided on the remaining side of the TFT array substrate 10 to connect between the scanning line driving circuits 104 provided on both sides of the image display area 10a. In some cases, a precharge circuit or an inspection circuit is provided. Further, at least one corner portion of the counter substrate 20 is formed with a vertical conductive material 106 for electrical conduction between the TFT array substrate 10 and the counter substrate 20.

そして、図9に示すように、図8に示したシール材107とほぼ同じ輪郭をもつ対向基板20がこのシール材107によりTFTアレイ基板10に固着されている。なお、シール材107は、TFTアレイ基板10と対向基板20とをそれらの周辺で貼り合わせるための光硬化樹脂や熱硬化性樹脂などからなる接着剤である。   As shown in FIG. 9, the counter substrate 20 having substantially the same contour as the sealing material 107 shown in FIG. 8 is fixed to the TFT array substrate 10 by this sealing material 107. The sealing material 107 is an adhesive made of a photo-curing resin or a thermosetting resin for bonding the TFT array substrate 10 and the counter substrate 20 around them.

詳しくは後述するが、TFTアレイ基板10には、画素電極9aがマトリクス状に形成されている。これに対して、対向基板20には、シール材107の内側領域に遮光性材料からなる額縁108が形成され、その内側が画像表示領域10aとされている。さらに、TFTアレイ基板10に形成されている画素電極(後述する)の縦横の境界領域と対向する領域にブラックマトリクス、あるいはブラックストライプなどと称せられる遮光膜23が形成され、その上層側には、ITO膜からなる対向電極21が形成されている。   As will be described in detail later, pixel electrodes 9 a are formed in a matrix on the TFT array substrate 10. On the other hand, a frame 108 made of a light-shielding material is formed in the inner area of the sealing material 107 on the counter substrate 20, and the inner side is an image display area 10 a. Further, a light shielding film 23 called a black matrix or a black stripe is formed in a region facing vertical and horizontal boundary regions of pixel electrodes (described later) formed on the TFT array substrate 10, and on the upper layer side thereof, A counter electrode 21 made of an ITO film is formed.

図10において、電気光学装置100の画像表示領域10aにおいて、マトリクス状に形成された複数の画素の各々には、画素電極9a、および画素電極9aを制御するための画素スイッチング用のTFT30が形成されており、画素信号を供給するデータ線6aが当該TFT30のソースに電気的に接続されている。データ線6aに書き込む画素信号S1、S2・・・Snは、この順に線順次に供給する。また、TFT30のゲートには走査線3aが電気的に接続されており、所定のタイミングで、走査線3aにパルス的に走査信号G1、G2・・・Gmを、この順に線順次で印加するように構成されている。画素電極9aは、TFT30のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるTFT30を一定期間だけそのオン状態とすることにより、データ線6aから供給される画素信号S1、S2・・・Snを各画素に所定のタイミングで書き込む。このようにして画素電極9aを介して液晶に書き込まれた所定レベルの画素信号S1、S2、・・・Snは、対向基板20に形成された対向電極21(図9参照)との間で一定期間保持される。   In FIG. 10, in the image display region 10a of the electro-optical device 100, a pixel electrode 9a and a pixel switching TFT 30 for controlling the pixel electrode 9a are formed in each of a plurality of pixels formed in a matrix. The data line 6 a for supplying a pixel signal is electrically connected to the source of the TFT 30. Pixel signals S1, S2,... Sn written to the data line 6a are supplied line-sequentially in this order. Further, the scanning line 3a is electrically connected to the gate of the TFT 30, and the scanning signals G1, G2,... Gm are applied to the scanning line 3a in a pulse-sequential manner in this order at a predetermined timing. It is configured. The pixel electrode 9a is electrically connected to the drain of the TFT 30, and the pixel signal S1, S2,... Sn supplied from the data line 6a is turned on by turning on the TFT 30 as a switching element for a certain period. Are written in each pixel at a predetermined timing. Thus, the pixel signals S1, S2,... Sn at a predetermined level written to the liquid crystal via the pixel electrode 9a are constant with the counter electrode 21 (see FIG. 9) formed on the counter substrate 20. Hold for a period.

ここで、保持された画素信号がリークするのを防ぐことを目的に、画素電極9aと対向電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量70(キャパシタ)を付加することがある。この蓄積容量70によって、画素電極9aの電圧は、例えば、ソース電圧が印加された時間よりも3桁も長い時間だけ保持される。これにより、電荷の保持特性は改善され、コントラスト比の高い表示を行うことのできる電気光学装置が実現できる。なお、蓄積容量70を形成する方法としては、容量を形成するための配線である容量線3bとの間に形成する場合、あるいは前段の走査線3aとの間に形成する場合もいずれであってもよい。   Here, in order to prevent the held pixel signal from leaking, a storage capacitor 70 (capacitor) may be added in parallel with the liquid crystal capacitor formed between the pixel electrode 9a and the counter electrode. The storage capacitor 70 holds the voltage of the pixel electrode 9a for a time that is, for example, three orders of magnitude longer than the time when the source voltage is applied. As a result, the charge retention characteristics are improved, and an electro-optical device capable of performing display with a high contrast ratio can be realized. As a method of forming the storage capacitor 70, there is either a case where it is formed between the capacitor line 3b, which is a wiring for forming a capacitor, or a case where it is formed between the storage line 70 and the preceding scanning line 3a. Also good.

このように構成した電気光学装置100において、データ線駆動回路101は、シフトレジスタ101a、レベルシフタ101b、および映像信号伝送ゲート部101cを有しており、シフトレジスタ101a、および映像信号伝送ゲート部101cは、後述する駆動回路用TFTを備えたCMOS回路を有している。ここで、シフトレジスタ101aのCMOS回路の駆動電圧は8Vであり、映像信号伝送ゲート部101cのCMOS回路の駆動電圧は12Vであり、駆動電圧が相違している。従って、レベルシフタ101bは、8Vから12Vへのレベルシフトを行っている。   In the electro-optical device 100 configured as described above, the data line driving circuit 101 includes a shift register 101a, a level shifter 101b, and a video signal transmission gate unit 101c. The shift register 101a and the video signal transmission gate unit 101c And a CMOS circuit including a driving circuit TFT described later. Here, the drive voltage of the CMOS circuit of the shift register 101a is 8V, the drive voltage of the CMOS circuit of the video signal transmission gate unit 101c is 12V, and the drive voltages are different. Therefore, the level shifter 101b performs a level shift from 8V to 12V.

また、走査線駆動回路104は、シフトレジスタ104a、およびレベルシフタ104bを有しており、シフトレジスタ104aは、後述する駆動回路用TFTを備えたCMOS回路を有している。ここで、シフトレジスタ104aのCMOS回路の駆動電圧は5Vであり、レベルシフタ104bは、5Vから12Vへのレベルシフトを行っている。   The scanning line driver circuit 104 includes a shift register 104a and a level shifter 104b. The shift register 104a includes a CMOS circuit including a driver circuit TFT described later. Here, the driving voltage of the CMOS circuit of the shift register 104a is 5V, and the level shifter 104b performs a level shift from 5V to 12V.

このようにデータ線駆動回路101および走査線駆動回路104では、シフトレジスタ101a、映像信号伝送ゲート部101c、およびシフトレジスタ104aで用いられるCMOS回路の駆動電圧はそれぞれ、8V、12V、5Vである。従って、本形態では、シフトレジスタ101a、映像信号伝送ゲート部101cおよびシフトレジスタ104aを構成するTFTにおいて、実施の形態1、2で説明したように、CMOS回路毎にその駆動電圧に対応するしきい値電圧を有するTFTを用いる。例えばデータ線駆動回路部のTFTのしきい電圧はNチャネル部+4V、Pチャネル部−4Vとし、走査線駆動回路部のTFTのしきい電圧はNチャネル部+2V、Pチャネル部−2Vとすればよい。   As described above, in the data line driving circuit 101 and the scanning line driving circuit 104, the driving voltages of the CMOS circuits used in the shift register 101a, the video signal transmission gate unit 101c, and the shift register 104a are 8V, 12V, and 5V, respectively. Therefore, in the present embodiment, as described in the first and second embodiments, the threshold corresponding to the driving voltage for each of the CMOS circuits constituting the shift register 101a, the video signal transmission gate unit 101c, and the shift register 104a. A TFT having a value voltage is used. For example, if the threshold voltage of the TFT of the data line driving circuit unit is N channel portion + 4V and P channel portion -4V, and the threshold voltage of the TFT of the scanning line driving circuit portion is N channel portion + 2V and P channel portion -2V. Good.

(画素の構成)
図11(A)、(B)は、データ線、走査線、画素電極などが形成されたTFTアレイ基板において相隣接する画素の平面図、およびA−A′線に相当する位置での電気光学装置を切断したときの断面を示す説明図である。なお、これらの図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。
(Pixel configuration)
11A and 11B are plan views of adjacent pixels on a TFT array substrate on which data lines, scanning lines, pixel electrodes, and the like are formed, and electro-optics at a position corresponding to the line AA ′. It is explanatory drawing which shows a cross section when an apparatus is cut | disconnected. In these drawings, the scales are different for each layer and each member so that each layer and each member can be recognized on the drawing.

図11(A)、(B)において、電気光学装置100のTFTアレイ基板10上には、マトリクス状に複数の透明な画素電極9a(点線で囲まれた領域)が画素毎に形成され、画素電極9aの縦横の境界領域に沿ってデータ線6a(一点鎖線で示す)、走査線3a(実線で示す)、および容量線3b(実線で示す)が形成されている。   11A and 11B, on the TFT array substrate 10 of the electro-optical device 100, a plurality of transparent pixel electrodes 9a (regions surrounded by dotted lines) are formed in a matrix for each pixel. Data lines 6a (shown by alternate long and short dash lines), scanning lines 3a (shown by solid lines), and capacitor lines 3b (shown by solid lines) are formed along the vertical and horizontal boundary regions of the electrodes 9a.

TFTアレイ基板10の基体は、石英基板や耐熱性ガラス板などの透明基板10bからなり、対向基板20の基体は、石英基板や耐熱性ガラス板などの透明基板20bからなる。TFTアレイ基板10には画素電極9aが形成されており、その上側には、ラビング処理等の所定の配向処理が施されたポリイミド膜などからなる配向膜16が形成されている。画素電極9aは、たとえばITO(Indium Tin Oxide)膜等の透明な導電性膜からなる。また、配向膜16は、たとえばポリイミド膜などの有機膜に対してラビング処理を行うことにより形成される。なお、対向基板20において、対向電極21の上層側にも、ポリイミド膜からなる配向膜22が形成され、この配向膜22も、ポリイミド膜に対してラビング処理が施された膜である。   The base of the TFT array substrate 10 is made of a transparent substrate 10b such as a quartz substrate or a heat resistant glass plate, and the base of the counter substrate 20 is made of a transparent substrate 20b such as a quartz substrate or a heat resistant glass plate. A pixel electrode 9 a is formed on the TFT array substrate 10, and an alignment film 16 made of a polyimide film or the like subjected to a predetermined alignment process such as a rubbing process is formed on the upper side. The pixel electrode 9a is made of a transparent conductive film such as an ITO (Indium Tin Oxide) film. The alignment film 16 is formed by performing a rubbing process on an organic film such as a polyimide film. In the counter substrate 20, an alignment film 22 made of a polyimide film is also formed on the upper layer side of the counter electrode 21, and this alignment film 22 is also a film obtained by rubbing the polyimide film.

TFTアレイ基板10には、透明基板10bの表面に下地絶縁膜11が形成されているとともに、その表面側において、各画素電極9aに隣接する位置に、各画素電極9aをスイッチング制御する画素スイッチング用のTFT30が形成されている。   In the TFT array substrate 10, a base insulating film 11 is formed on the surface of the transparent substrate 10b. On the surface side of the TFT array substrate 10, adjacent to each pixel electrode 9a, switching control of each pixel electrode 9a is performed. TFT 30 is formed.

図11および図12に示すように、画素スイッチング用のTFT30は、LDD(Lightly Doped Drain)構造を有しており、半導体膜1aには、走査線3aからの電界によりチャネルが形成されるチャネル領域1a′、低濃度ソース領域1b、低濃度ドレイン領域1c、高濃度ソース領域1d、並びに高濃度ドレイン領域1eが形成されている。また、半導体膜1aの上層側には、この半導体膜1aと走査線3aとを絶縁するゲート絶縁膜2が形成されている。   As shown in FIGS. 11 and 12, the pixel switching TFT 30 has an LDD (Lightly Doped Drain) structure, and a channel region in which a channel is formed in the semiconductor film 1a by an electric field from the scanning line 3a. 1a ', a low concentration source region 1b, a low concentration drain region 1c, a high concentration source region 1d, and a high concentration drain region 1e are formed. A gate insulating film 2 for insulating the semiconductor film 1a and the scanning line 3a is formed on the upper side of the semiconductor film 1a.

このように構成したTFT30の表面側には、シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜4、7が形成されている。層間絶縁膜4の表面には、データ線6aが形成され、このデータ線6aは、層間絶縁膜4に形成されたコンタクトホール5を介して高濃度ソース領域1dに電気的に接続している。層間絶縁膜7の表面にはITO膜からなる画素電極9aが形成されている。画素電極9aは、層間絶縁膜7に形成されたコンタクトホール7aを介してドレイン電極6bに電気的に接続し、このドレイン電極6bは、層間絶縁膜4およびゲート絶縁膜2に形成されたコンタクトホール8を介して高濃度ドレイン領域1eに電気的に接続している。この画素電極9aの表面側にはポリイミド膜からなる配向膜16が形成されている。   Interlayer insulating films 4 and 7 made of a silicon oxide film are formed on the surface side of the TFT 30 thus configured. A data line 6 a is formed on the surface of the interlayer insulating film 4, and the data line 6 a is electrically connected to the high concentration source region 1 d through a contact hole 5 formed in the interlayer insulating film 4. A pixel electrode 9 a made of an ITO film is formed on the surface of the interlayer insulating film 7. The pixel electrode 9 a is electrically connected to the drain electrode 6 b through a contact hole 7 a formed in the interlayer insulating film 7, and the drain electrode 6 b is a contact hole formed in the interlayer insulating film 4 and the gate insulating film 2. 8 is electrically connected to the high-concentration drain region 1e. An alignment film 16 made of a polyimide film is formed on the surface side of the pixel electrode 9a.

また、高濃度ドレイン領域1eからの延設部分1f(下電極)に対しては、ゲート絶縁膜2aと同時形成された絶縁膜(誘電体膜)を介して、走査線3aと同層の容量線3bが上電極として対向することにより、蓄積容量70が構成されている。   Further, the extension portion 1f (lower electrode) extending from the high-concentration drain region 1e has a capacitance in the same layer as the scanning line 3a through an insulating film (dielectric film) formed simultaneously with the gate insulating film 2a. The storage capacitor 70 is configured by the line 3b facing as an upper electrode.

なお、TFT30は、好ましくは上述のようにLDD構造をもつが、低濃度ソース領域1b、および低濃度ドレイン領域1cに相当する領域に不純物イオンの打ち込みを行わないオフセット構造を有していてもよい。また、TFT30は、ゲート電極(走査線3aの一部)をマスクとして高濃度で不純物イオンを打ち込み、自己整合的に高濃度のソースおよびドレイン領域を形成したセルフアライン型のTFTであってもよい。また、本形態では、TFT30のゲート電極(走査線3a)をソース−ドレイン領域の間に1個のみ配置したシングルゲート構造としたが、これらの間に2個以上のゲート電極を配置してもよい。この際、各々のゲート電極には同一の信号が印加されるようにする。このようにデュアルゲート(ダブルゲート)、あるいはトリプルゲート以上でTFT30を構成すれば、チャネルとソース−ドレイン領域の接合部でのリーク電流を防止でき、オフ時の電流を低減することが出来る。これらのゲート電極の少なくとも1個をLDD構造或いはオフセット構造にすれば、さらにオフ電流を低減でき、安定したスイッチング素子を得ることができる。   The TFT 30 preferably has an LDD structure as described above, but may have an offset structure in which impurity ions are not implanted into regions corresponding to the low concentration source region 1b and the low concentration drain region 1c. . Further, the TFT 30 may be a self-aligned TFT in which impurity ions are implanted at a high concentration using a gate electrode (a part of the scanning line 3a) as a mask to form high-concentration source and drain regions in a self-aligned manner. . In this embodiment, a single gate structure is employed in which only one gate electrode (scanning line 3a) of the TFT 30 is disposed between the source and drain regions. However, two or more gate electrodes may be disposed therebetween. Good. At this time, the same signal is applied to each gate electrode. If the TFT 30 is configured with dual gates (double gates) or more than triple gates in this manner, leakage current at the junction between the channel and the source-drain region can be prevented, and the current during OFF can be reduced. If at least one of these gate electrodes has an LDD structure or an offset structure, the off-current can be further reduced and a stable switching element can be obtained.

なお、図11(B)において、対向基板20では、TFTアレイ基板10に形成されている画素電極9aの縦横の境界領域と対向する領域にブラックマトリクス、あるいはブラックストライプなどと称せられる遮光膜23が形成され、その上層側には、ITO膜からなる対向電極21が形成されている。また、対向電極21の上層側には、ポリイミド膜からなる配向膜22が形成され、この配向膜22は、ポリイミド膜に対してラビング処理が施された膜である。   In FIG. 11B, in the counter substrate 20, a light shielding film 23 called a black matrix or a black stripe is formed in a region facing the vertical and horizontal boundary regions of the pixel electrode 9a formed on the TFT array substrate 10. A counter electrode 21 made of an ITO film is formed on the upper layer side. Further, an alignment film 22 made of a polyimide film is formed on the upper layer side of the counter electrode 21, and this alignment film 22 is a film obtained by rubbing the polyimide film.

このように構成したTFTアレイ基板10と対向基板20とは、画素電極9aと対向電極21とが対面するように配置され、かつ、これらの基板間には、前記のシール材53(図8および図9を参照)により囲まれた空間内に電気光学物質としての液晶50が封入され、挟持されている。液晶50は、画素電極9aからの電界が印加されていない状態で配向膜により所定の配向状態をとる。液晶50は、例えば一種または数種のネマティック液晶を混合したものなどからなる。   The TFT array substrate 10 and the counter substrate 20 thus configured are arranged so that the pixel electrode 9a and the counter electrode 21 face each other, and the sealing material 53 (see FIG. 8 and FIG. 8) is disposed between these substrates. A liquid crystal 50 as an electro-optical material is sealed and sandwiched in a space surrounded by (see FIG. 9). The liquid crystal 50 takes a predetermined alignment state by the alignment film in a state where an electric field from the pixel electrode 9a is not applied. The liquid crystal 50 is made of, for example, one or a mixture of several types of nematic liquid crystals.

(周辺回路の構成)
再び図8および図10において、本形態の電気光学装置100では、TFTアレイ基板10の表面側のうち、画像表示領域10aの周辺領域を利用してデータ線駆動回路101および走査線駆動回路104が形成されている。このようなデータ線駆動回路101および走査線駆動回路104は、基本的には、図12(A)、(B)に示すNチャネル型のTFTとPチャネル型のTFTとによって構成されている。
(Configuration of peripheral circuit)
8 and 10 again, in the electro-optical device 100 according to the present embodiment, the data line driving circuit 101 and the scanning line driving circuit 104 are formed using the peripheral area of the image display area 10a on the surface side of the TFT array substrate 10. Is formed. The data line driving circuit 101 and the scanning line driving circuit 104 are basically composed of an N-channel TFT and a P-channel TFT shown in FIGS. 12A and 12B.

図12(A)、(B)は、走査線駆動回路104およびデータ線駆動回路101等の周辺回路を構成するTFTによる相補型インバーター回路の構成を示す平面図、およびこのインバーター回路を構成するTFTをB−B′線で切断したときの断面図である。なお、図12(B)にはTFTアレイ基板10の画像表示領域10aに形成した画素スイッチング用TFT30も示してある。   12A and 12B are a plan view showing a configuration of a complementary inverter circuit using TFTs constituting peripheral circuits such as the scanning line driving circuit 104 and the data line driving circuit 101, and TFTs constituting the inverter circuit. It is sectional drawing when cut | disconnecting by BB 'line. FIG. 12B also shows a pixel switching TFT 30 formed in the image display region 10 a of the TFT array substrate 10.

図12(A)、(B)において、周辺回路を構成するTFTは、Pチャネル型のTFT80とNチャネル型のTFT90とからなるCMOS型TFTとして構成されている。これらの駆動回路用のTFT80、90を構成する半導体膜60(図12(A)には輪郭を点線で示す)は、透明基板10bの下地絶縁膜11の表面に島状に形成されている。   In FIGS. 12A and 12B, the TFT constituting the peripheral circuit is configured as a CMOS TFT composed of a P-channel TFT 80 and an N-channel TFT 90. The semiconductor film 60 (the outline is indicated by a dotted line in FIG. 12A) constituting the TFTs 80 and 90 for the drive circuit is formed in an island shape on the surface of the base insulating film 11 of the transparent substrate 10b.

TFT180、190には、高電位線71と低電位線72がコンタクトホール63、64を介して、半導体膜60のソース領域に電気的にそれぞれ接続されている。また、入力配線66は、共通のゲート電極65にそれぞれ接続されており、出力配線67は、コンタクトホール68、69を介して、半導体膜60のドレイン領域に電気的にそれぞれ接続されている。   High potential lines 71 and low potential lines 72 are electrically connected to the source regions of the semiconductor film 60 through the contact holes 63 and 64, respectively, to the TFTs 180 and 190. The input wiring 66 is connected to the common gate electrode 65, and the output wiring 67 is electrically connected to the drain region of the semiconductor film 60 via the contact holes 68 and 69.

このような周辺回路領域も、画像表示領域10aと同様なプロセスを経て形成されるため、周辺回路領域にも、層間絶縁膜4、5およびゲート絶縁膜2が形成されている。また、駆動回路用のTFT80、90も、画素スイッチング用のTFT30と同様、LDD構造を有しており、チャネル領域81、91の両側には、高濃度ソース領域82、92および低濃度ソース領域83、93からなるソース領域と、高濃度ドレイン領域84、94および低濃度ドレイン領域85、95からなるドレイン領域とを備えている。   Since such a peripheral circuit region is also formed through a process similar to that of the image display region 10a, the interlayer insulating films 4 and 5 and the gate insulating film 2 are also formed in the peripheral circuit region. Similarly to the pixel switching TFT 30, the driving circuit TFTs 80 and 90 have an LDD structure, and high-concentration source regions 82 and 92 and low-concentration source regions 83 are provided on both sides of the channel regions 81 and 91. , 93 and high-concentration drain regions 84, 94 and low-concentration drain regions 85, 95.

(TFTアレイ基板の製造方法の基本構成)
図13〜図15はいずれも、本形態のTFTアレイ基板10の製造方法を示す工程断面図である。なお、図13〜図15は、いずれも図12(B)に対応する部分の断面に相当する。
(Basic configuration of TFT array substrate manufacturing method)
13 to 15 are process cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the TFT array substrate 10 of the present embodiment. 13 to 15 each correspond to a cross section of a portion corresponding to FIG.

まず、図13(A)に示すように、超音波洗浄等により清浄化したガラス製等の透明基板10bを準備した後、基板温度が150℃〜450℃の温度条件下でプラズマCVD法により、透明基板10bの表面に厚さが300nm〜500nmのシリコン酸化膜からなる下地絶縁膜11を形成する。   First, as shown in FIG. 13 (A), after preparing a transparent substrate 10b made of glass or the like cleaned by ultrasonic cleaning or the like, a substrate temperature is 150 ° C. to 450 ° C. under a plasma CVD method, A base insulating film 11 made of a silicon oxide film having a thickness of 300 nm to 500 nm is formed on the surface of the transparent substrate 10b.

次に、基板温度が150℃〜450℃の温度条件下で、下地絶縁膜11の表面に、非晶質のシリコン膜からなる半導体膜1をプラズマCVD法により30nm〜100nmの厚さに形成する。ここで必要に応じてしきい電圧調整用の不純物を導入する(チャネル・ドープする)ため、シリコン膜にリンまたはボロンイオンを少量注入しても良い。   Next, the semiconductor film 1 made of an amorphous silicon film is formed to a thickness of 30 nm to 100 nm on the surface of the base insulating film 11 by plasma CVD under the temperature condition of the substrate temperature of 150 ° C. to 450 ° C. . Here, a small amount of phosphorus or boron ions may be implanted into the silicon film in order to introduce a threshold voltage adjusting impurity as necessary (channel doping).

次に、半導体膜1に対してレーザ光を照射してレーザアニールを施し、アモルファスの半導体膜を一度溶融させた後、冷却固化過程を経て結晶化させる。この際には、各領域へのレーザ光の照射時間が非常に短時間であり、かつ、照射領域も基板全体に対して局所的であるため、基板全体が同時に高温に熱せられることがない。それ故、透明基板10bとしてガラス基板などを用いても熱による変形や割れ等が生じない。なお、半導体膜1aを形成するときの原料ガスとしては、たとえばジシランやモノシランを用いることができる。   Next, the semiconductor film 1 is irradiated with laser light to perform laser annealing, and the amorphous semiconductor film is once melted and then crystallized through a cooling and solidifying process. At this time, the irradiation time of the laser beam to each region is very short, and the irradiation region is also local to the entire substrate, so that the entire substrate is not heated to a high temperature at the same time. Therefore, even if a glass substrate or the like is used as the transparent substrate 10b, deformation or cracking due to heat does not occur. For example, disilane or monosilane can be used as a source gas for forming the semiconductor film 1a.

次に、図13(B)に示すように、半導体膜1の表面にフォトリソグラフィ技術を用いてレジストマスク402を形成し、このレジストマスク402を介して半導体膜1をエッチングすることにより、図13(C)に示すように、島状の半導体膜1a、60を形成する。   Next, as illustrated in FIG. 13B, a resist mask 402 is formed on the surface of the semiconductor film 1 using a photolithography technique, and the semiconductor film 1 is etched through the resist mask 402, whereby FIG. As shown in (C), island-shaped semiconductor films 1a and 60 are formed.

次に、図13(E)に示すように、透明基板10bの全面に厚さが50nm〜150nmのシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜2を形成する。   Next, as shown in FIG. 13E, a gate insulating film 2 made of a silicon oxide film having a thickness of 50 nm to 150 nm is formed on the entire surface of the transparent substrate 10b.

次に、図示を省略するが、所定のレジストマスクを介して半導体膜1aの延設部分1fに不純物イオンを打ち込んで、容量線3bとの間に蓄積容量70を構成するための下電極を形成する。   Next, although not shown, impurity ions are implanted into the extended portion 1f of the semiconductor film 1a through a predetermined resist mask to form a lower electrode for forming the storage capacitor 70 between the capacitor line 3b. To do.

次に、図14(F)に示すように、スパッタ法などにより、透明基板10bの全面にアルミニウム膜、タンタル膜、モリブデン膜、またはこれらの金属のいずれかを主成分とする合金膜からなる導電膜3を300nm〜800nmの厚さに形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストマスク403を形成し、このレジストマスク403を介して導電膜3をドライエッチングする。その結果、図13(G)に示すように、走査線3a、ゲート電極65、および容量線3bが形成される。   Next, as shown in FIG. 14F, an electrically conductive film made of an aluminum film, a tantalum film, a molybdenum film, or an alloy film containing any one of these metals as a main component is formed on the entire surface of the transparent substrate 10b by sputtering or the like. After the film 3 is formed to a thickness of 300 nm to 800 nm, a resist mask 403 is formed using a photolithography technique, and the conductive film 3 is dry-etched through the resist mask 403. As a result, as shown in FIG. 13G, the scanning line 3a, the gate electrode 65, and the capacitor line 3b are formed.

次に、図14(H)に示すように、Pチャネル型のTFT80を形成するための半導体膜60をレジストマスク411で覆った状態で、画素スイッチング用のTFT30を構成する半導体膜1aと、駆動回路用のNチャネル型のTFT90を構成する半導体膜60とに対して、走査線3aやゲート電極165をマスクとして、約0.1×1013/cm2〜約10×1013/cm2のドーズ量で低濃度N型の不純物イオン(リンイオン)を打ち込んで、走査線3aおよびゲート電極65に対して自己整合的に低濃度ソース領域1b、93、および低濃度ドレイン領域1c、95を形成する。ここで、走査線3aやゲート電極65の真下に位置しているため、不純物イオンが導入されなかった部分は半導体膜1a、60のままのチャネル領域1a′、91となる。 Next, as shown in FIG. 14H, the semiconductor film 1a for forming the pixel switching TFT 30 in the state where the semiconductor film 60 for forming the P-channel TFT 80 is covered with the resist mask 411, and the driving About 0.1 × 10 13 / cm 2 to about 10 × 10 13 / cm 2 with respect to the semiconductor film 60 constituting the N-channel TFT 90 for circuit, using the scanning line 3 a and the gate electrode 165 as a mask. Low-concentration N-type impurity ions (phosphorus ions) are implanted at a dose to form low-concentration source regions 1b and 93 and low-concentration drain regions 1c and 95 in a self-aligned manner with respect to the scanning line 3a and the gate electrode 65. . Here, since it is located immediately below the scanning line 3 a and the gate electrode 65, the portion where the impurity ions are not introduced becomes the channel regions 1 a ′ and 91 that remain the semiconductor films 1 a and 60.

次に、図14(I)に示すように、走査線3aおよびゲート電極66より幅が広く、かつ、Pチャネル型のTFT80を形成するための半導体膜60を覆うレジストマスク412を形成し、この状態で、高濃度N型の不純物イオン(リンイオン)を約0.1×1015/cm2〜約10×1015/cm2のドーズ量で打ち込み、高濃度ソース領域1d、92、およびドレイン領域1e、94を形成する。 Next, as shown in FIG. 14I, a resist mask 412 which is wider than the scanning line 3a and the gate electrode 66 and covers the semiconductor film 60 for forming the P-channel TFT 80 is formed. In this state, high-concentration N-type impurity ions (phosphorus ions) are implanted at a dose of about 0.1 × 10 15 / cm 2 to about 10 × 10 15 / cm 2 , and the high-concentration source regions 1 d and 92, and the drain region 1e and 94 are formed.

次に、図14(J)に示すように、Nチャネル型のTFT30、90を形成するための半導体膜1a、60をレジストマスク413で覆った状態で、駆動回路用のPチャネル型の駆動回路用のTFT80を構成する半導体膜60に対して、ゲート電極65をマスクとして、約0.1×1013/cm2〜約10×1013/cm2のドーズ量で低濃度の不純物イオン(ボロンイオン)を打ち込んで、ゲート電極65に対して自己整合的に低濃度ソース領域83、および低濃度ドレイン領域85を形成する。ここで、ゲート電極65の真下に位置しているため、不純物イオンが導入されなかった部分は半導体膜60のままのチャネル領域81となる。 Next, as shown in FIG. 14J, a P-channel driver circuit for a driver circuit is formed in a state where the semiconductor films 1a and 60 for forming the N-channel TFTs 30 and 90 are covered with a resist mask 413. Low concentration impurity ions (boron) at a dose of about 0.1 × 10 13 / cm 2 to about 10 × 10 13 / cm 2 with respect to the semiconductor film 60 constituting the TFT 80 for use as a mask. Ions) are implanted to form a low concentration source region 83 and a low concentration drain region 85 in a self-aligned manner with respect to the gate electrode 65. Here, since it is located directly under the gate electrode 65, the portion where the impurity ions are not introduced becomes the channel region 81 that remains in the semiconductor film 60.

次に、図14(K)に示すように、ゲート電極65より幅が広く、かつ、Nチャネル型のTFT30、90を形成するための半導体膜1a、60を覆うレジストマスク414を形成し、この状態で、高濃度P型の不純物イオン(ボロンイオン)を約0.1×1015/cm2〜約10×1015/cm2のドーズ量で打ち込み、高濃度ソース領域82、およびドレイン領域84を形成する。 Next, as shown in FIG. 14K, a resist mask 414 that is wider than the gate electrode 65 and covers the semiconductor films 1a and 60 for forming the N-channel TFTs 30 and 90 is formed. In this state, high-concentration P-type impurity ions (boron ions) are implanted at a dose of about 0.1 × 10 15 / cm 2 to about 10 × 10 15 / cm 2 , and the high-concentration source region 82 and drain region 84 are implanted. Form.

これらの不純物導入工程に代えて、低濃度の不純物の打ち込みを行わずにゲート電極より幅の広いレジストマスクを形成した状態で高濃度の不純物(リンイオン)を打ち込み、オフセット構造のソース領域およびドレイン領域を形成してもよい。また、走査線3aおよびゲート電極をマスクにして高濃度の不純物を打ち込んで、セルフアライン構造のソース領域およびドレイン領域を形成してもよいことは勿論である。   In place of these impurity introduction steps, high concentration impurities (phosphorus ions) are implanted in a state where a resist mask wider than the gate electrode is formed without implanting the low concentration impurities, and the source and drain regions of the offset structure May be formed. Needless to say, high-concentration impurities may be implanted using the scanning line 3a and the gate electrode as a mask to form a source region and a drain region having a self-aligned structure.

次に、図15(L)に示すように、透明基板10bの表面全体に、シリコン酸化膜などからなる層間絶縁膜4を形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いて層間絶縁膜4の表面にレジストマスクを形成し、このレジストマスクの開口部から層間絶縁膜4をエッチングして、コンタクトホール63、64、68、69などをそれぞれ形成した後、レジストマスクを除去する。   Next, as shown in FIG. 15L, after an interlayer insulating film 4 made of a silicon oxide film or the like is formed on the entire surface of the transparent substrate 10b, a resist is formed on the surface of the interlayer insulating film 4 using a photolithography technique. A mask is formed, and the interlayer insulating film 4 is etched from the opening of the resist mask to form contact holes 63, 64, 68, 69, etc., and then the resist mask is removed.

次に、図15(M)に示すように、アルミニウム膜、タンタル膜、モリブデン膜などの導電膜6をスパッタ法などで300nm〜800nmの厚さに形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストマスク405を形成し、このレジストマスク405を介して導電膜6にドライエッチングを行って、図15(N)に示すように、層間絶縁膜4の表面側にデータ線6aおよびドレイン電極6bなどを形成する。   Next, as shown in FIG. 15M, after a conductive film 6 such as an aluminum film, a tantalum film, or a molybdenum film is formed to a thickness of 300 nm to 800 nm by a sputtering method or the like, a resist mask is used using a photolithography technique. 405 is formed, and the conductive film 6 is dry-etched through the resist mask 405 to form the data line 6a, the drain electrode 6b, and the like on the surface side of the interlayer insulating film 4 as shown in FIG. To do.

以上の工程により、TFTアレイ基板上にNチャネル型およびPチャネル型のTFTを形成することができる。なお、それ以降については、図12(B)に示す各層を周知な方法で形成していけばよいので、それらの説明を省略する。   Through the above steps, N-channel and P-channel TFTs can be formed on the TFT array substrate. In addition, since it is only necessary to form each layer shown in FIG. 12B by a known method after that, description thereof is omitted.

[CMOS回路毎のTFTの構成および製造方法1]
このようなTFTの製造方法において、CMOS回路を構成するTFTのしきい値電圧を第1のCMOS回路と第2のCMOS回路で相違させるにあたって、本形態では、図13(A)に示す下地絶縁膜形成工程において、下地絶縁膜11を部分的に除去、あるいは厚さを変える。その結果、非晶質の半導体膜1をレーザアニールする際、下地絶縁膜11の厚さの差に起因して、熱伝導やレーザ反射強度が領域毎で異なるため、同一の照射エネルギーでレーザアニールを行って多結晶化した場合でも、多結晶の半導体膜1のグレインサイズやグレインバウンダリーでの欠陥密度に差異が発生する。それ故、CMOS回路毎にTFTのしきい値電圧を相違させることができ、駆動電圧とのバランスを確保できる。
[TFT configuration and manufacturing method 1 for each CMOS circuit]
In such a TFT manufacturing method, in order to make the threshold voltage of the TFT constituting the CMOS circuit different between the first CMOS circuit and the second CMOS circuit, in this embodiment, the base insulation shown in FIG. In the film forming step, the base insulating film 11 is partially removed or the thickness is changed. As a result, when the amorphous semiconductor film 1 is laser-annealed, heat conduction and laser reflection intensity differ from region to region due to the difference in the thickness of the base insulating film 11, so that laser annealing is performed with the same irradiation energy. Even when polycrystallized by performing the above, a difference occurs in the grain size of the polycrystalline semiconductor film 1 and the defect density in the grain boundary. Therefore, the threshold voltage of the TFT can be made different for each CMOS circuit, and a balance with the driving voltage can be secured.

ここで、下地絶縁膜11を部分的に除去、あるいは厚さを変えるには、下地絶縁膜11を形成した後、フォトリソグラフィ技術により、エッチングマスクを形成し、エッチングマスクの開口から下地絶縁膜11をエッチングして、下地絶縁膜11を部分的に除去、あるいは部分的に薄くする。また、下地絶縁膜11を部分的に除去した後、さらにその上層に下地絶縁膜を形成することにより、下地絶縁膜11の厚さを領域毎に変えてもよい。   Here, in order to partially remove the base insulating film 11 or change the thickness, after the base insulating film 11 is formed, an etching mask is formed by a photolithography technique, and the base insulating film 11 is opened from the opening of the etching mask. The base insulating film 11 is partially removed or partially thinned. Further, after the base insulating film 11 is partially removed, a base insulating film may be further formed on the upper layer to change the thickness of the base insulating film 11 for each region.

また、下地絶縁膜11を形成する際、第1の下地絶縁膜と、この第1の下地絶縁膜と膜質の異なる第2の下地絶縁膜を順次、形成した後、フォトリソグラフィ技術により、エッチングマスクを形成し、エッチングマスクの開口から、上層側に積層された第2の下地絶縁膜をエッチングして、下地絶縁膜11を部分的に薄くしてもよい。この場合、膜質の異なる下地絶縁膜としては、Si−O−N系化合物において、N(窒素)リッチな膜と、O(酸素)リッチな膜とを用いればよい。また、膜質の異なる下地絶縁膜としては、Si−O系化合物において、エッチングに用いるHFのエッチングレートが相違する膜を用いてもよい。   Further, when the base insulating film 11 is formed, a first base insulating film and a second base insulating film having a film quality different from that of the first base insulating film are sequentially formed, and then an etching mask is formed by photolithography. The second base insulating film stacked on the upper layer side may be etched from the opening of the etching mask to partially thin the base insulating film 11. In this case, as the base insulating film having different film qualities, an N (nitrogen) rich film and an O (oxygen) rich film in the Si—O—N compound may be used. In addition, as the base insulating film having different film quality, films having different etching rates of HF used for etching in Si—O based compounds may be used.

[CMOS回路毎のTFTの構成および製造方法2]
本形態では、CMOS回路を構成するTFTのしきい値電圧を第1のCMOS回路と第2のCMOS回路で相違させるにあたって、図13(A)に示す下地絶縁膜形成工程を行う前に、金属膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いて金属膜を所定の領域のみに残し、その後、下地絶縁膜形成工程において下地絶縁膜11を形成する。
[Configuration of TFT for each CMOS circuit and manufacturing method 2]
In this embodiment, in order to make the threshold voltages of the TFTs constituting the CMOS circuit different between the first CMOS circuit and the second CMOS circuit, before the base insulating film forming step shown in FIG. After the film is formed, the metal film is left only in a predetermined region by using a photolithography technique, and then the base insulating film 11 is formed in the base insulating film forming step.

このように構成した場合も、非晶質の半導体膜1をレーザアニールした際、金属膜の有無によってレーザ反射強度が異なるため、同一の照射エネルギーでレーザアニールを行って多結晶化した場合でも、半導体膜1のグレインサイズやグレインバウンダリーでの欠陥密度に差異が発生する。それ故、領域毎でTFTのしきい値電圧を相違させることができる。   Even when configured in this way, when the amorphous semiconductor film 1 is laser annealed, the laser reflection intensity varies depending on the presence or absence of the metal film. Differences occur in the grain size of the semiconductor film 1 and the defect density in the grain boundary. Therefore, the threshold voltage of the TFT can be made different for each region.

[CMOS回路毎のTFTの構成および製造方法3]
本形態では、CMOS回路を構成するTFTのしきい値電圧を第1のCMOS回路と第2のCMOS回路で相違させるにあたって、TFTの能動層を構成する半導体膜1の厚さを領域毎に変える。このように構成した場合も、領域毎でTFTの回路動作面でのしきい値電圧を相違させることができる。
[Configuration of TFT for each CMOS circuit and manufacturing method 3]
In this embodiment, the thickness of the semiconductor film 1 constituting the active layer of the TFT is changed for each region in order to make the threshold voltage of the TFT constituting the CMOS circuit different between the first CMOS circuit and the second CMOS circuit. . Even in such a configuration, the threshold voltage in terms of circuit operation of the TFT can be made different for each region.

ここで、半導体膜1の厚さを部分的に変えるには、図13(A)に示す工程で、半導体膜1を形成した後、フォトリソグラフィ技術により、エッチングマスクを形成し、エッチングマスクの開口から半導体膜1をエッチングして、半導体膜1を部分的に薄くする。この場合、レーザーアニール工程の前後いずれで行っても差し支えない。また、半導体膜1を形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いて、エッチングマスクを形成し、エッチングマスクの開口から半導体膜1をエッチングして、半導体膜1を部分的に薄くする、あるいは部分的に除去した後、再度、非晶質の半導体膜を形成して、TFTの能動層を構成する半導体膜1の厚さを領域毎に変えてもよい。   Here, in order to partially change the thickness of the semiconductor film 1, after forming the semiconductor film 1 in the step shown in FIG. 13A, an etching mask is formed by a photolithography technique, and an opening of the etching mask is formed. Then, the semiconductor film 1 is etched to partially thin the semiconductor film 1. In this case, it may be performed either before or after the laser annealing step. Further, after the semiconductor film 1 is formed, an etching mask is formed by using a photolithography technique, and the semiconductor film 1 is etched from the opening of the etching mask to partially thin the semiconductor film 1 or partially. After the removal, an amorphous semiconductor film may be formed again, and the thickness of the semiconductor film 1 constituting the active layer of the TFT may be changed for each region.

また、エッチング技術を利用して膜厚を変える代わりに、酸素プラズマやオゾン酸化により半導体膜1の表面を部分的に酸化して半導体膜1の膜厚を部分的に変えてもよい。この場合、ゲート絶縁膜2の膜厚を部分的に変えることもできる。   Instead of changing the film thickness using an etching technique, the surface of the semiconductor film 1 may be partially oxidized by oxygen plasma or ozone oxidation to partially change the film thickness of the semiconductor film 1. In this case, the thickness of the gate insulating film 2 can be partially changed.

[CMOS回路毎のTFTの構成および製造方法4]
本形態では、CMOS回路を構成するTFTのしきい値電圧を第1のCMOS回路と第2のCMOS回路で相違させるにあたってチャネルドープを利用する。すなわち、第1のCMOS回路と第2のCMOS回路において、チャネルの不純物濃度を相違させてTFTのしきい値電圧を相違させる。
[Configuration and Manufacturing Method 4 of TFT for Each CMOS Circuit]
In this embodiment, channel doping is used to make the threshold voltage of the TFTs constituting the CMOS circuit different between the first CMOS circuit and the second CMOS circuit. That is, in the first CMOS circuit and the second CMOS circuit, the channel impurity concentration is made different to make the threshold voltage of the TFT different.

具体的には、フォトリソグラフィ技術により形成したマスクを利用して、駆動電圧が高い方のCMOS回路では、Nチャネル型TFTのチャネルに比較的高濃度のボロンをドープし、Pチャネル型TFTのチャネルには比較的高濃度のリンをドープする。   Specifically, in a CMOS circuit having a higher driving voltage using a mask formed by photolithography, a relatively high concentration of boron is doped in the channel of the N-channel TFT, and the channel of the P-channel TFT. Is doped with a relatively high concentration of phosphorus.

これに対して、駆動電圧が低い方のCMOS回路では、Nチャネル型TFTのチャネルに比較的低濃度のボロンをドープし、Pチャネル型TFTのチャネルには比較的低濃度のリンをドープする。なお、駆動電圧が低い方のCMOS回路ではチャネルドープを省略するなど、第1のCMOS回路、および第2のCMOS回路の各々のNチャネル型TFT、およびPチャネル型TFTのいずれか1つ、あるいは複数の領域についてはチャネルドープを省略してもよい。   On the other hand, in the CMOS circuit with the lower driving voltage, the channel of the N-channel TFT is doped with a relatively low concentration of boron, and the channel of the P-channel TFT is doped with a relatively low concentration of phosphorus. Note that in the CMOS circuit with the lower drive voltage, channel doping is omitted, for example, one of the N-channel TFT and the P-channel TFT in each of the first CMOS circuit and the second CMOS circuit, or Channel doping may be omitted for a plurality of regions.

このようなチャネルドープは、半導体膜1の表面に絶縁膜を形成した状態、および絶縁膜を形成しない状態のいずれの状態で行ってもよい。   Such channel doping may be performed in either a state where an insulating film is formed on the surface of the semiconductor film 1 or a state where no insulating film is formed.

半導体膜1の表面に絶縁膜を形成した状態でチャネルドープを行う場合、絶縁膜の膜厚を領域毎に変化させておけば、イオンの加速電圧を制御することにより、フォトリソグラフィの回数を削減しつつ領域毎の不純物濃度を精度よく制御できる。この場合、絶縁膜については、それをゲート絶縁膜、あるいはゲート絶縁膜の一部として利用してもよいし、絶縁膜を除去した後、ゲート絶縁膜を形成し直してもよい。   When channel doping is performed in a state where an insulating film is formed on the surface of the semiconductor film 1, the number of times of photolithography can be reduced by controlling the ion acceleration voltage if the thickness of the insulating film is changed for each region. However, the impurity concentration in each region can be accurately controlled. In this case, the insulating film may be used as the gate insulating film or a part of the gate insulating film, or the gate insulating film may be re-formed after the insulating film is removed.

また、チャネルドープについては、レーザアニールによる結晶化の前後、いずれのタイミングで行ってもよいし、ゲート絶縁膜形成工程の後、行ってもよい。   Further, channel doping may be performed at any timing before and after crystallization by laser annealing, or may be performed after the gate insulating film forming step.

[CMOS回路毎のTFTの構成および製造方法5]
本形態では、CMOS回路を構成するTFTのしきい値電圧を第1のCMOS回路と第2のCMOS回路で相違させるにあたって、TFTの能動層を構成する半導体膜1の膜質を領域毎に変える。
[Configuration and Manufacturing Method 5 of TFT for Each CMOS Circuit]
In this embodiment, when the threshold voltage of the TFT constituting the CMOS circuit is made different between the first CMOS circuit and the second CMOS circuit, the film quality of the semiconductor film 1 constituting the active layer of the TFT is changed for each region.

例えば、非晶質の半導体膜1をレーザアニールする際、照射エネルギーあるいは照射スキャンする際の重ね率、レーザ照射のビームのエネルギープロファイル、あるいはレーザ光の照射回数(スキャン回数)を領域毎に変えて、多結晶化した後の半導体膜1のグレインサイズやグレインバウンダリーでの欠陥密度に差異が発生させる。それ故、領域毎でTFTのしきい値電圧を相違させることができる。   For example, when laser annealing the amorphous semiconductor film 1, the irradiation energy or the overlapping rate at the time of irradiation scanning, the energy profile of the laser irradiation beam, or the number of times of laser light irradiation (number of scans) are changed for each region. A difference occurs in the grain size of the semiconductor film 1 after the polycrystallization and the defect density in the grain boundary. Therefore, the threshold voltage of the TFT can be made different for each region.

また、上記の条件を組み合わせてレーザアニールを行い、多結晶化した後の半導体膜1のグレインサイズやグレインバウンダリーでの欠陥密度に差異が発生させ、領域毎でTFTのしきい値電圧を相違させてもよい。   Further, the laser annealing is performed in combination with the above conditions, and the grain size of the semiconductor film 1 after polycrystallization and the defect density in the grain boundary are caused to vary, and the threshold voltage of the TFT differs depending on the region. You may let them.

[CMOS回路毎のTFTの構成および製造方法6]
本形態では、CMOS回路を構成するTFTのしきい値電圧を第1のCMOS回路と第2のCMOS回路で相違させるにあたって、半導体膜1をレーザアニールする際の半導体膜1の表面状態を相違させておくことにより、レーザアニールの半導体膜1の結晶化速度を相違させる。それにより、多結晶化した後の半導体膜1のグレインサイズやグレインバウンダリーでの欠陥密度に差異を発生させることができるので、領域毎でTFTのしきい値電圧を相違させることができる。
[Configuration of TFT for each CMOS circuit and manufacturing method 6]
In this embodiment, the surface state of the semiconductor film 1 when the semiconductor film 1 is laser-annealed is changed in order to make the threshold voltage of the TFT constituting the CMOS circuit different between the first CMOS circuit and the second CMOS circuit. Thus, the crystallization speed of the semiconductor film 1 for laser annealing is made different. Thereby, a difference can be generated in the grain size of the semiconductor film 1 after the polycrystallization and the defect density in the grain boundary, so that the threshold voltage of the TFT can be made different for each region.

このような構成を採用するにあたっては、例えば半導体膜1をレーザアニールする前に酸素プラズマやオゾン酸化により、シリコン膜の表面を部分的に酸化させてからレーザアニールを行う。   In adopting such a configuration, for example, before laser annealing the semiconductor film 1, laser annealing is performed after partially oxidizing the surface of the silicon film by oxygen plasma or ozone oxidation.

[CMOS回路毎のTFTの構成および製造方法7]
本形態では、CMOS回路を構成するTFTのしきい値電圧を第1のCMOS回路と第2のCMOS回路で相違させるにあたって、レーザアニールした後の半導体膜1の結晶化度を相違させておくことにより、半導体膜1の欠陥準位を領域毎に相違させる。
[Configuration of TFT for each CMOS circuit and manufacturing method 7]
In this embodiment, when the threshold voltage of the TFT constituting the CMOS circuit is made different between the first CMOS circuit and the second CMOS circuit, the crystallinity of the semiconductor film 1 after laser annealing is made different. Thus, the defect level of the semiconductor film 1 is made different for each region.

このような構成を採用するにあたっては、レーザアニール後のシリコン膜の表面に、フォトリソグラフィ技術によりマスクを形成し、このマスクの開口から半導体膜1に対して、アルゴン、ヘリウム、酸素、シリコン、炭素などの比較的不活性なイオンを注入して、結晶を部分的に破壊する。   In adopting such a configuration, a mask is formed on the surface of the silicon film after laser annealing by photolithography, and argon, helium, oxygen, silicon, carbon, and carbon are formed from the opening of the mask to the semiconductor film 1. A relatively inert ion such as is implanted to partially destroy the crystal.

[CMOS回路毎のTFTの構成および製造方法8]
本形態では、CMOS回路を構成するTFTのしきい値電圧を第1のCMOS回路と第2のCMOS回路で相違させるにあたって、ゲート絶縁膜2の膜厚または膜質を領域毎に相違させておく。このように構成すると、ゲート絶縁膜2が厚い方のTFTのしきい値電圧を高めることができる。
[Configuration of TFT for each CMOS circuit and manufacturing method 8]
In this embodiment, when the threshold voltage of the TFT constituting the CMOS circuit is made different between the first CMOS circuit and the second CMOS circuit, the film thickness or film quality of the gate insulating film 2 is made different for each region. If comprised in this way, the threshold voltage of TFT with the thicker gate insulating film 2 can be raised.

このような構成を実現するにあたっては、図13(E)に示すゲート絶縁膜形成工程において、ゲート絶縁膜2を形成した後、フォトリソグラフィ技術により、エッチングマスクを形成し、エッチングマスクの開口からゲート絶縁膜2をエッチングして、ゲート絶縁膜2を部分的に薄くする。また、ゲート絶縁膜2を部分的に薄くした後、あるいはゲート絶縁膜2を部分的に除去した後、さらにその上層にゲート絶縁膜を形成することにより、ゲート絶縁膜2の厚さを領域毎に変えてもよい。   In realizing such a structure, in the gate insulating film forming step shown in FIG. 13E, after forming the gate insulating film 2, an etching mask is formed by photolithography, and the gate is opened from the opening of the etching mask. The insulating film 2 is etched to partially thin the gate insulating film 2. In addition, after the gate insulating film 2 is partially thinned or partially removed, a gate insulating film is further formed on the gate insulating film 2 so that the thickness of the gate insulating film 2 is changed for each region. It may be changed to

また、ゲート絶縁膜2を形成する際、第1のゲート絶縁膜と、この第1のゲート絶縁膜と膜質の異なる第2のゲート絶縁膜を順次、形成した後、フォトリソグラフィ技術により、エッチングマスクを形成し、エッチングマスクの開口から、上層側に積層された第2のゲート絶縁膜をエッチングして、ゲート絶縁膜2を部分的に薄くしてもよい。この場合、膜質の異なるゲート絶縁膜としては、例えば、第1のゲート絶縁膜としてシリコン酸化膜を用い、第2のゲート絶縁膜としてはシリコン窒化膜を用いる。これにより、第1のCMOS回路と第2のCMOS回路において、TFTのゲート絶縁膜2の誘電率を相違させることによりしきい値電圧を相違させることができる。   Further, when the gate insulating film 2 is formed, a first gate insulating film and a second gate insulating film having a film quality different from that of the first gate insulating film are sequentially formed, and then an etching mask is formed by photolithography. The gate insulating film 2 may be partially thinned by etching the second gate insulating film stacked on the upper layer side from the opening of the etching mask. In this case, as the gate insulating film having different film quality, for example, a silicon oxide film is used as the first gate insulating film, and a silicon nitride film is used as the second gate insulating film. Thereby, in the first CMOS circuit and the second CMOS circuit, the threshold voltage can be made different by making the dielectric constant of the gate insulating film 2 of the TFT different.

[CMOS回路毎のTFTの構成および製造方法9]
TFTにおいて、チャネル長(ゲート長)がある程度より短い場合には、ショートチャネル効果によってしきい値電圧が全体的に低下する。従って、本形態では、CMOS回路を構成するTFTのしきい値電圧を第1のCMOS回路と第2のCMOS回路で相違させるにあたって、チャネル長(ゲート長)を領域毎に相違させておく。このようなショートチャネル効果を利用する場合には、チャネル長(ゲート長)を4μm以下に設定する。
[Configuration of TFT for each CMOS circuit and manufacturing method 9]
In the TFT, when the channel length (gate length) is shorter than a certain level, the threshold voltage as a whole is lowered by the short channel effect. Therefore, in this embodiment, when the threshold voltage of the TFT constituting the CMOS circuit is made different between the first CMOS circuit and the second CMOS circuit, the channel length (gate length) is made different for each region. When such a short channel effect is used, the channel length (gate length) is set to 4 μm or less.

[CMOS回路毎のTFTの構成および製造方法10]
TFTの製造方法において、ソース・ドレイン領域を形成するための不純物を導入した後、活性化処理(熱処理)を行うと、グレインバウンダリー欠陥密度が低下するので、しきい値電圧が下がる。これに対して、チャネルドープを行った場合に活性化処理(熱処理)を行うと、しきい値電圧が上がることもある。
[TFT configuration and manufacturing method 10 for each CMOS circuit]
In the TFT manufacturing method, if an activation process (heat treatment) is performed after introducing impurities for forming the source / drain regions, the grain boundary defect density is lowered, so that the threshold voltage is lowered. On the other hand, when channel doping is performed and the activation process (heat treatment) is performed, the threshold voltage may increase.

そこで、本形態では、CMOS回路を構成するTFTのしきい値電圧を第1のCMOS回路と第2のCMOS回路で相違させるにあたって、図14(K)に示す工程を行った以降、活性化のため熱処理条件(シリコン膜に加える温度や処理時間)を領域毎に変える。   Therefore, in this embodiment, in order to make the threshold voltages of the TFTs constituting the CMOS circuit different between the first CMOS circuit and the second CMOS circuit, after the process shown in FIG. Therefore, the heat treatment conditions (temperature applied to the silicon film and treatment time) are changed for each region.

具体的には、活性化処理としてレーザアニールを行い、領域毎に照射条件を変える。また、基板全体にアニールを行った後、所定の領域のみに対して、活性化処理としてのレーザアニールを行ってもよい。   Specifically, laser annealing is performed as an activation process, and irradiation conditions are changed for each region. Further, after annealing the entire substrate, laser annealing as an activation process may be performed only on a predetermined region.

[CMOS回路毎のTFTの構成および製造方法11]
TFTの製造方法において、TFTの上層側に層間絶縁膜などをいった各層を形成した後、水素化処理を行うと、TFTのチャネルを構成するシリコン膜のグレインバウンダリーに存在するダングリング・ボンド(dangling bond)を補償することができ、その結果、グレインバウンダリー欠陥密度が低下するため、しきい値電圧が下がる。
[TFT configuration and manufacturing method 11 for each CMOS circuit]
In the TFT manufacturing method, after forming each layer such as an interlayer insulating film on the upper layer side of the TFT and then performing hydrogenation treatment, dangling bonds existing in the grain boundary of the silicon film constituting the TFT channel (Dangling bond) can be compensated, and as a result, the grain boundary defect density is lowered, and the threshold voltage is lowered.

そこで、本形態では、CMOS回路を構成するTFTのしきい値電圧を第1のCMOS回路と第2のCMOS回路で相違させるにあたって、水素化条件を領域毎に変える。   Therefore, in this embodiment, the hydrogenation conditions are changed for each region in order to make the threshold voltage of the TFT constituting the CMOS circuit different between the first CMOS circuit and the second CMOS circuit.

具体的には、TFTのチャネルの上層側の層構造を領域毎に相違させておき、基板全面に水素化処理を行った際、TFTのチャネルに対する水素化の程度を領域毎に相違させる。   Specifically, the layer structure on the upper layer side of the TFT channel is made different for each region, and when hydrogenation is performed on the entire surface of the substrate, the degree of hydrogenation for the TFT channel is made different for each region.

また、水素化を行う前、フォトリソグラフィ技術によりマスクを形成しておき、この状態で水素化を行うことにより、基板全面に水素化処理を行った際、TFTのチャネルに対する水素化の程度を領域毎に相違させる。   In addition, before hydrogenation, a mask is formed by a photolithography technique, and hydrogenation is performed in this state, so that when hydrogenation treatment is performed on the entire surface of the substrate, the degree of hydrogenation of the TFT channel can be determined. Make every difference.

[その他の実施の形態]
上記形態では、駆動電圧が相違する第1のCMOS回路と第2のCMOS回路として、走査線駆動回路とデータ線駆動回路に形成されるCMOS回路を例に説明したが、画素において、画素スイッチング用のTFTがCMOS回路を構成している場合がある。このような場合、第1のCMOS回路、および第2のCMOS回路のうちの一方のCMOS回路が画素スイッチング用であって、他方のCMOS回路が駆動回路用であってもよい。
[Other embodiments]
In the above embodiment, the CMOS circuit formed in the scanning line driving circuit and the data line driving circuit has been described as an example of the first CMOS circuit and the second CMOS circuit having different driving voltages. In some cases, the TFTs constitute a CMOS circuit. In such a case, one of the first CMOS circuit and the second CMOS circuit may be used for pixel switching, and the other CMOS circuit may be used for the drive circuit.

また、上記形態では、電気光学装置として、駆動回路内蔵型のアクティブマトリクス型液晶装置を例に説明したが、液晶以外の電気光学物質を用いた電気光学装置、例えば、図16および図17を参照して以下に説明する有機エレクトロルミネッセンス表示装置に用いるTFTアレイ基板、あるいは電気光学装置以外の薄膜半導体装置の製造などに本発明を適用してもよい。   In the above embodiment, an active matrix liquid crystal device with a built-in driving circuit is described as an example of the electro-optical device. However, an electro-optical device using an electro-optical material other than liquid crystal, for example, see FIGS. 16 and 17. The present invention may be applied to the manufacture of a TFT array substrate used in an organic electroluminescence display device described below, or a thin film semiconductor device other than an electro-optical device.

なお、本発明は前記の実施形態に限るものではなく、アモルファスシリコンを用いた薄膜トランジスタやボトムゲート型トランジスタに適用しても良いし、絶縁基板上でなくシリコンウェハー上に電気光学装置を形成する場合にも適用できる。また、内蔵回路の形態として、シフトレジスタなどの単純な回路だけでなく、映像信号をデジタル・アナログ変換するDAC回路やデコーダ回路、あるいはグラフィックメモリさらにはCPUなどの高度な回路を内蔵する場合に適用しても良い。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be applied to a thin film transistor or a bottom gate type transistor using amorphous silicon, and an electro-optical device is formed on a silicon wafer instead of an insulating substrate. It can also be applied to. Also, as a built-in circuit form, not only a simple circuit such as a shift register, but also a built-in DAC circuit or decoder circuit for digital / analog conversion of a video signal, or a graphic memory, and a sophisticated circuit such as a CPU are incorporated. You may do it.

図16は、電荷注入型の有機薄膜エレクトロルミネッセンス素子を用いたアクティブマトリクス型電気光学装置のブロック図である。図17(A)、(B)はそれぞれ、図16に示す電気光学装置に形成した画素領域を拡大して示す平面図、およびその断面図である。   FIG. 16 is a block diagram of an active matrix type electro-optical device using a charge injection type organic thin film electroluminescence element. 17A and 17B are an enlarged plan view and a cross-sectional view, respectively, showing a pixel region formed in the electro-optical device shown in FIG.

図16に示す電気光学装置100pは、有機半導体膜に駆動電流が流れることによって発光するEL(エレクトロルミネッセンス)素子、またはLED(発光ダイオード)素子などの発光素子をTFTで駆動制御するアクティブマトリクス型の表示装置であり、このタイプの電気光学装置に用いられる発光素子はいずれも自己発光するため、バックライトを必要とせず、また、視野角依存性が少ないなどの利点がある。   The electro-optical device 100p shown in FIG. 16 is an active matrix type that drives and controls a light emitting element such as an EL (electroluminescence) element or an LED (light emitting diode) element that emits light when a driving current flows through an organic semiconductor film. Since all of the light-emitting elements that are display devices and are used in this type of electro-optical device self-emit, there is an advantage that a backlight is not required and that the viewing angle dependency is small.

ここに示す電気光学装置100pでは、TFTアレイ基板10p上に、複数の走査線3pと、走査線3pの延設方向に対して交差する方向に延設された複数のデータ線6pと、これらのデータ線6pに並列する複数の共通給電線23pと、データ線6pと走査線3pとの交差点に対応する画素領域15pとが構成されている。データ線6pに対しては、シフトレジスタ、レベルシフタ、ビデオライン、アナログスイッチを備えるデータ側駆動回路101pが構成されている。走査線3pに対しては、シフトレジスタおよびレベルシフタを備える走査側駆動回路104pが構成されている。   In the electro-optical device 100p shown here, on the TFT array substrate 10p, a plurality of scanning lines 3p, a plurality of data lines 6p extending in a direction intersecting with the extending direction of the scanning lines 3p, and these A plurality of common power supply lines 23p parallel to the data lines 6p and a pixel region 15p corresponding to the intersection of the data lines 6p and the scanning lines 3p are configured. For the data line 6p, a data side driving circuit 101p including a shift register, a level shifter, a video line, and an analog switch is configured. A scanning side drive circuit 104p including a shift register and a level shifter is configured for the scanning line 3p.

また、画素領域15pの各々には、走査線3pを介して走査信号がゲート電極に供給される第1のTFT31pと、この第1のTFT31pを介してデータ線6pから供給される画像信号を保持する保持容量33pと、この保持容量33pによって保持された画像信号がゲート電極に供給される第2のTFT32p(薄膜半導体素子)と、第2のTFT32pを介して共通給電線23pに電気的に接続したときに共通給電線23pから駆動電流が流れ込む発光素子40pとが構成されている。   Each pixel region 15p holds a first TFT 31p to which a scanning signal is supplied to the gate electrode via the scanning line 3p, and an image signal supplied from the data line 6p via the first TFT 31p. A storage capacitor 33p to be connected, a second TFT 32p (thin film semiconductor element) to which an image signal held by the storage capacitor 33p is supplied to the gate electrode, and a common power supply line 23p through the second TFT 32p. Thus, a light emitting element 40p into which a driving current flows from the common power supply line 23p is configured.

本形態では、図17(A)、(B)に示すように、いずれの画素領域15pにおいても、ガラスなどからなる基板10p′の表面に下地絶縁膜11pが形成されているとともに、この下地絶縁膜11pの表面に島状に形成された2つの半導体膜を利用して第1のTFT31pおよび第2のTFT32pが形成されている。また、第2のTFT32pのソース・ドレイン領域の一方には、中継電極35pが電気的に接続し、この中継電極35pには画素電極41pが電気的に接続している。この画素電極41pの上層側には、正孔注入層42p、有機エレクトロルミネッセンス材料層としての有機半導体膜43p、リチウム含有アルミニウム、カルシウムなどの金属膜からなる対向電極20pが積層されている。ここで、対向電極20pは、データ線6pなどを跨いで複数の画素領域15pにわたって形成されている。   In this embodiment, as shown in FIGS. 17A and 17B, in any pixel region 15p, a base insulating film 11p is formed on the surface of a substrate 10p ′ made of glass or the like, and this base insulating film is formed. A first TFT 31p and a second TFT 32p are formed using two semiconductor films formed in an island shape on the surface of the film 11p. Further, the relay electrode 35p is electrically connected to one of the source / drain regions of the second TFT 32p, and the pixel electrode 41p is electrically connected to the relay electrode 35p. On the upper side of the pixel electrode 41p, a hole injection layer 42p, an organic semiconductor film 43p as an organic electroluminescence material layer, and a counter electrode 20p made of a metal film such as lithium-containing aluminum or calcium are stacked. Here, the counter electrode 20p is formed over the plurality of pixel regions 15p across the data line 6p and the like.

第2のTFT32pのソース・ドレイン領域のもう一方には、コンタクトホールを介して共通給電線23pが電気的に接続している。これに対して、第1のTFT31pでは、そのソース・ドレイン領域の一方に電気的に接続する電位保持電極35pは、第2のゲート電極72pの延設部分720pに電気的に接続している。この延設部分720pに対しては、その下層側において第2のゲート絶縁膜50pを介して半導体膜400pが対向し、この半導体膜400pは、それに導入された不純物によって導電化されているので、延設部分720pおよび第2のゲート絶縁膜50pとともに保持容量33pを構成している。ここで、半導体膜400pに対しては層間絶縁膜51pのコンタクトホールを介して共通給電線23pが電気的に接続している。   A common power supply line 23p is electrically connected to the other of the source / drain regions of the second TFT 32p through a contact hole. On the other hand, in the first TFT 31p, the potential holding electrode 35p electrically connected to one of the source / drain regions is electrically connected to the extended portion 720p of the second gate electrode 72p. The extended portion 720p is opposed to the semiconductor film 400p via the second gate insulating film 50p on the lower layer side, and the semiconductor film 400p is made conductive by the impurities introduced therein. A storage capacitor 33p is formed together with the extended portion 720p and the second gate insulating film 50p. Here, the common power supply line 23p is electrically connected to the semiconductor film 400p through a contact hole of the interlayer insulating film 51p.

従って、保持容量33pは、第1のTFT31pを介してデータ線6pから供給される画像信号を保持するので、第1のTFT31pがオフになっても、第2のTFT32pのゲート電極31pは画像信号に相当する電位に保持される。それ故、発光素子40pには共通給電線23pから駆動電流が流れ続けるので、発光素子40pは発光し続け、画像を表示する。   Therefore, since the storage capacitor 33p holds the image signal supplied from the data line 6p via the first TFT 31p, even if the first TFT 31p is turned off, the gate electrode 31p of the second TFT 32p is not connected to the image signal. Is held at a potential corresponding to. Therefore, since the drive current continues to flow from the common power supply line 23p to the light emitting element 40p, the light emitting element 40p continues to emit light and displays an image.

このような電気光学装置100pのTFTアレイ基板10pにおいても、シフトレジスタ、レベルシフタ、ビデオライン、アナログスイッチを備えるデータ側駆動回路101p、およびシフトレジスタおよびレベルシフタを備える走査側駆動回路104pでは、駆動電圧が異なるCMOS回路がTFTにより形成される。従って、電気光学装置100pでも、CMOS回路毎に、駆動電圧と、TFTのしきい値電圧の和とのバランスを確保すれば、CMOS回路の誤動作を防止することができる。   Also in the TFT array substrate 10p of the electro-optical device 100p, the driving voltage is applied to the data side driving circuit 101p including the shift register, the level shifter, the video line, and the analog switch, and the scanning side driving circuit 104p including the shift register and the level shifter. Different CMOS circuits are formed by TFTs. Accordingly, even in the electro-optical device 100p, if the balance between the drive voltage and the sum of the threshold voltages of the TFTs is ensured for each CMOS circuit, malfunction of the CMOS circuit can be prevented.

[電子機器への適用]
次に、本発明を適用した電気光学装置100、100pを備えた電子機器の一例を、図18(A)、(B)を参照して説明する。
[Application to electronic devices]
Next, an example of an electronic apparatus including the electro-optical devices 100 and 100p to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS.

図18(A)、(B)はそれぞれ、本発明に係る電気光学装置を用いた電子機器の一例としてのモバイル型パーソナルコンピュータの説明図、および携帯電話機の説明図である。   18A and 18B are an explanatory diagram of a mobile personal computer as an example of an electronic apparatus using the electro-optical device according to the invention and an explanatory diagram of a mobile phone, respectively.

本発明を適用した電気光学装置が搭載される電子機器としては、投射型液晶表示装置(液晶プロジェクタ)、マルチメディア対応のパーソナルコンピュータ(PC)、およびエンジニアリング・ワークステーション(EWS)、ページャ、あるいは携帯電話、ワードプロセッサ、テレビ、ビューファインダ型またはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、電子手帳、電子卓上計算機、カーナビゲーション装置、POS端末、タッチパネルなどを挙げることができる。例えば、図18(A)に示すように、パーソナルコンピュータ180は、キーボード181を備えた本体部182と、表示ユニット183とを有する。表示ユニット183は、前述した電気光学装置100、100pを含んで構成される。また、図18(B)に示すように、携帯電話機190は、複数の操作ボタン191と、前述した電気光学装置100、100pからなる表示部とを有している。   Examples of the electronic apparatus on which the electro-optical device to which the present invention is applied include a projection type liquid crystal display device (liquid crystal projector), a multimedia-compatible personal computer (PC), an engineering work station (EWS), a pager, or a portable device. Examples include a telephone, a word processor, a television, a viewfinder type or a monitor direct-view type video tape recorder, an electronic notebook, an electronic desk calculator, a car navigation device, a POS terminal, a touch panel, and the like. For example, as shown in FIG. 18A, the personal computer 180 includes a main body 182 provided with a keyboard 181 and a display unit 183. The display unit 183 includes the electro-optical devices 100 and 100p described above. As shown in FIG. 18B, the mobile phone 190 includes a plurality of operation buttons 191 and a display unit including the electro-optical devices 100 and 100p described above.

以上説明したように、本発明において、駆動電圧が相違する第1および第2の相補回路では、Nチャネル型電界効果型トランジスタのしきい値電圧の絶対値と、Pチャネル型電界効果型トランジスタのしきい値電圧の絶対値と和を駆動電圧に対応させて相違させ、適性化してある。このため、高速動作を達成するために、電界効果型トランジスタのしきい値電圧の低電圧化を図った場合でも、個々の相補回路では、駆動電圧としきい値電圧とのバランスが確保されているので、相補回路において誤動作が発生しない。とりわけ、電気光学装置では、多数の画素を駆動するにもかかわらず、スペース的な余裕がないため、配線などがかなり微細化されているので、駆動周波数が高いわりには配線幅が狭いなどの理由で入力信号波形に歪みが発生しやすいが、このようなときでも、相補回路に誤動作が発生しない。それ故、電気光学装置において、画素数の増加、高速動作化、低消費電力化を図った場合でも、高い信頼性を確保することができる。   As described above, in the first and second complementary circuits having different driving voltages in the present invention, the absolute value of the threshold voltage of the N-channel field effect transistor and the P-channel field effect transistor The absolute value and the sum of the threshold voltages are made different by corresponding to the drive voltage, and are made appropriate. For this reason, in order to achieve high-speed operation, even when the threshold voltage of the field effect transistor is lowered, the balance between the drive voltage and the threshold voltage is ensured in each complementary circuit. Therefore, no malfunction occurs in the complementary circuit. In particular, in an electro-optical device, although there is no space in spite of driving a large number of pixels, the wiring is considerably miniaturized, so that the wiring width is narrow although the driving frequency is high. In this case, the input signal waveform is apt to be distorted, but even in such a case, no malfunction occurs in the complementary circuit. Therefore, in the electro-optical device, high reliability can be ensured even when the number of pixels is increased, the operation speed is increased, and the power consumption is reduced.

(A)、(B)はそれぞれ、COMS回路を用いたインバータ回路、およびクロックドインバータ回路の説明図である。(A) and (B) are explanatory diagrams of an inverter circuit using a COMS circuit and a clocked inverter circuit, respectively. (A)、(B)、(C)はそれぞれ、COMS回路に対する入力信号と出力信号との関係を示す波形図である。(A), (B), (C) is a wave form diagram which shows the relationship between the input signal and output signal with respect to a COMS circuit, respectively. TFTの回路動作面でのしきい値電圧Von-offの説明図である。It is explanatory drawing of threshold voltage Von-off in the circuit operation | movement surface of TFT. TFTにおける回路動作面でのしきい値電圧Von-offと、反転層の形成に基づく物理的なしきい値電圧Von-thとの対応を示すグラフである。It is a graph which shows a response | compatibility with threshold voltage Von-off in the circuit operation surface in TFT, and physical threshold voltage Von-th based on formation of an inversion layer. (A)、(B)は、Nチャネル型TFT、およびPチャネル型TFTのいずれにおいても、ゲート電圧(ゲート・ソース間電圧)に対するドレイン・ソース電流の立ち上がりを緩やかにしてしきい値電圧の絶対値が大きくした場合のTFT特性を示すグラフ、およびNチャネル型TFT、およびPチャネル型TFTのいずれにおいても、ゲート電圧に対するドレイン・ソース電流の立ち上がりはそのままで、エンハンスメント・シフトしている結果、しきい値電圧の絶対値を大きくした場合のTFT特性を示すグラフである。(A) and (B) show the absolute value of the threshold voltage in both the N-channel TFT and the P-channel TFT by slowing the rise of the drain-source current with respect to the gate voltage (gate-source voltage). The graph showing the TFT characteristics when the value is increased and the rise of the drain-source current with respect to the gate voltage in both the N-channel TFT and the P-channel TFT remain unchanged, and as a result, It is a graph which shows the TFT characteristic when the absolute value of threshold voltage is enlarged. Pチャネル型TFTのしきい値電圧の絶対値のみを大きくした場合のTFT特性を示すグラフ、およびNチャネル型TFTのしきい値電圧の絶対値のみを大きくした場合のTFT特性を示すグラフである。4 is a graph showing TFT characteristics when only the absolute value of the threshold voltage of a P-channel TFT is increased, and a graph showing TFT characteristics when only the absolute value of the threshold voltage of an N-channel TFT is increased. . (A)、(B)は、Nチャネル型TFTのしきい値電圧、およびPチャネル型TFTのしきい値電圧の双方を+側にシフトさせた場合のTFT特性を示すグラフ、およびNチャネル型TFTのしきい値電圧、およびPチャネル型TFTのしきい値電圧の双方を−側にシフトさせた場合のTFT特性を示すグラフである。(A) and (B) are graphs showing TFT characteristics when both the threshold voltage of an N-channel TFT and the threshold voltage of a P-channel TFT are shifted to the + side, and an N-channel TFT It is a graph which shows the TFT characteristic at the time of shifting both the threshold voltage of TFT and the threshold voltage of P channel type TFT to-side. 本発明が適用される液晶装置(電気光学装置)をその上に形成された各構成要素と共に対向基板の側から見た平面図である。1 is a plan view of a liquid crystal device (electro-optical device) to which the present invention is applied, as viewed from the side of a counter substrate together with components formed thereon. 図8のH−H′断面図である。It is HH 'sectional drawing of FIG. 図8に示す電気光学装置の画像表示領域において、マトリクス状に配置された複数の画素に形成された各種素子、配線などの等価回路図である。FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of various elements and wirings formed in a plurality of pixels arranged in a matrix in the image display region of the electro-optical device shown in FIG. 8. (A)、(B)は、図8に示す電気光学装置において、TFTアレイ基板に形成された各画素の構成を示す平面図、およびA−A′線に相当する位置で電気光学装置を切断したときの断面図である。8A and 8B are plan views showing the configuration of each pixel formed on the TFT array substrate in the electro-optical device shown in FIG. 8, and the electro-optical device cut at a position corresponding to the line AA ′. It is sectional drawing when doing. (A)、(B)は、図8に示す電気光学装置の画像表示領域の周辺領域に形成した回路の平面図、および駆動回路用のTFTの断面図である。FIGS. 9A and 9B are a plan view of a circuit formed in a peripheral region of an image display region of the electro-optical device shown in FIG. 8 and a cross-sectional view of a TFT for a drive circuit. (A)〜(E)は、図8に示す電気光学装置に用いたTFTアレイ基板の製造方法を示す工程断面図である。(A)-(E) are process sectional drawings which show the manufacturing method of the TFT array substrate used for the electro-optical apparatus shown in FIG. (F)〜(K)は、図8に示す電気光学装置に用いたTFTアレイ基板の製造方法を示す工程断面図である。FIGS. 10F to 10K are process cross-sectional views illustrating a manufacturing method of the TFT array substrate used in the electro-optical device illustrated in FIG. (L)〜(N)は、図8に示す電気光学装置に用いたTFTアレイ基板の製造方法を示す工程断面図である。(L)-(N) are process sectional drawings which show the manufacturing method of the TFT array substrate used for the electro-optical apparatus shown in FIG. 電荷注入型の有機薄膜エレクトロルミネセンス素子を用いたアクティブマトリクス型電気光学装置のブロック図である。It is a block diagram of an active matrix type electro-optical device using a charge injection type organic thin film electroluminescence element. (A)、(B)はそれぞれ、図16に示す電気光学装置に形成した画素領域を拡大して示す平面図、およびその断面図である。FIGS. 17A and 17B are a plan view and a cross-sectional view, respectively, showing an enlarged pixel region formed in the electro-optical device shown in FIG. (A)、(B)はそれぞれ、本発明に係る電気光学装置を用いた電子機器の一実施形態としてのモバイル型のパーソナルコンピュータを示す説明図、および携帯電話機の説明図である。1A and 1B are an explanatory diagram showing a mobile personal computer as an embodiment of an electronic apparatus using an electro-optical device according to the present invention, and an explanatory diagram of a mobile phone, respectively.

符号の説明Explanation of symbols

1a 半導体膜、2 ゲート絶縁膜、、3a 走査線、3b 容量線、4、7 層間絶縁膜、6a データ線、6b ドレイン電極、9a 画素電極、10、10p TFTアレイ基板(薄膜半導体装置)、30、31p、32p、80、90 TFT(電界効果型トランジスタ)、100、100p 電気光学装置 1a semiconductor film, 2 gate insulating film, 3a scanning line, 3b capacitance line, 4, 7 interlayer insulating film, 6a data line, 6b drain electrode, 9a pixel electrode, 10, 10p TFT array substrate (thin film semiconductor device), 30 , 31p, 32p, 80, 90 TFT (field effect transistor), 100, 100p electro-optical device

Claims (27)

電気光学物質を保持するための基板上には、マトリクス状に配置された複数の画素の各々に対応する画素スイッチング用の電界効果型トランジスタと、前記複数の画素を駆動するための駆動回路を構成する駆動回路用の電界効果型トランジスタとが形成され、前記複数の電界効果型トランジスタには、入力される信号並びに電源の最大電圧差で定義される駆動電圧が異なる第1の相補回路、および第2の相補回路を構成するNチャネル型電界効果型トランジスタおよびPチャネル型電界効果型トランジスタが含まれた電気光学装置において、
Nチャネル型電界効果型トランジスタのチャネルに反転層が形成されるしきい値電圧、およびPチャネル型電界効果型トランジスタのチャネルに反転層が形成されるしきい値電圧をそれぞれVth-NchおよびVth-Pchとしたとき、
前記第1の相補回路と前記第2の相補回路では、以下の式
Vth-d = |(Vth-Nch)−(Vth-Pch)|
で表されるしきい値電圧の差の絶対値Vth-dが相違していることを特徴とする電気光学装置。
A field effect transistor for switching pixels corresponding to each of a plurality of pixels arranged in a matrix and a drive circuit for driving the plurality of pixels are formed on a substrate for holding an electro-optical material. A plurality of field effect transistors for the drive circuit, wherein the plurality of field effect transistors include a first complementary circuit having a drive voltage defined by a maximum voltage difference between an input signal and a power supply, and a first complementary circuit; In an electro-optical device including an N-channel field effect transistor and a P-channel field effect transistor constituting two complementary circuits,
The threshold voltage at which the inversion layer is formed in the channel of the N-channel field effect transistor and the threshold voltage at which the inversion layer is formed in the channel of the P-channel field effect transistor are Vth−Nch and Vth−, respectively. When Pch
In the first complementary circuit and the second complementary circuit, the following expression Vth−d = | (Vth−Nch) − (Vth−Pch) |
An electro-optical device characterized in that the absolute value Vth-d of the difference in threshold voltage expressed by
請求項1において、前記Nチャネル型電界効果型トランジスタのしきい値電圧の最小値、および前記Pチャネル型電界効果型トランジスタのしきい値電圧の最大値をそれぞれVth-NchおよびVth-Pchとすることを特徴とする電気光学装置。   2. The minimum value of the threshold voltage of the N-channel field effect transistor and the maximum value of the threshold voltage of the P-channel field effect transistor according to claim 1 are Vth-Nch and Vth-Pch, respectively. An electro-optical device. 請求項1または2において、前記第1の相補回路および前記第2の相補回路のうちの少なくとも一方の相補回路では、しきい値電圧の差の絶対値Vth-dが当該相補回路の駆動電圧に対して0.25倍から1倍の範囲であることを特徴とする電気光学装置。   3. The absolute value Vth-d of the threshold voltage difference is the driving voltage of the complementary circuit in at least one of the first complementary circuit and the second complementary circuit. An electro-optical device having a range of 0.25 times to 1 time. 請求項1または2において、前記第1の相補回路および前記第2の相補回路のうちの少なくとも一方の相補回路では、しきい値電圧の差の絶対値Vth-dが当該相補回路の駆動電圧に対して0.5倍から1倍の範囲であることを特徴とする電気光学装置。   3. The absolute value Vth-d of the threshold voltage difference is the driving voltage of the complementary circuit in at least one of the first complementary circuit and the second complementary circuit. An electro-optical device having a range of 0.5 to 1 times. 請求項1ないし4のいずれかにおいて、前記第1の相補回路および前記第2の相補回路のうちの少なくとも一方の相補回路は、|(Vth-Nch)+(Vth-Pch)|の最大値が当該相補回路の駆動電圧の1/4倍以下であることを特徴とする電気光学装置。   5. The maximum value of | (Vth−Nch) + (Vth−Pch) | is at least one of the first complementary circuit and the second complementary circuit according to claim 1. An electro-optical device, wherein the electro-optical device has a driving voltage equal to or lower than ¼ times the driving voltage of the complementary circuit. 請求項1ないし5のいずれかにおいて、前記第1の相補回路および前記第2の相補回路のうちの少なくとも一方の相補回路では、Vth-Nchが正の値であり、Vth-Pchが負の値であることを特徴とする電気光学装置。   6. In any one of claims 1 to 5, in at least one of the first complementary circuit and the second complementary circuit, Vth−Nch is a positive value and Vth−Pch is a negative value. An electro-optical device. 請求項1ないし6のいずれかにおいて、前記第1の相補回路および前記第2の相補回路のうちの少なくとも一方の相補回路では、しきい値電圧の差の絶対値Vth-dが前記第1の相補回路および前記第2の相補回路の駆動電圧の最大値の半分以下であることを特徴とする電気光学装置。   7. The absolute value Vth-d of the threshold voltage difference is at least one of the first complementary circuit and the second complementary circuit according to any one of the first complementary circuit and the second complementary circuit. An electro-optical device characterized in that it is less than or equal to half of the maximum value of the drive voltage of the complementary circuit and the second complementary circuit. 電気光学物質を保持するための基板上には、マトリクス状に配置された複数の画素の各々に対応する画素スイッチング用の電界効果型トランジスタと、前記複数の画素を駆動するための駆動回路を構成する駆動回路用の電界効果型トランジスタとが形成され、前記複数の電界効果型トランジスタには、入力される信号並びに電源の最大電圧差で定義される駆動電圧が異なる第1の相補回路、および第2の相補回路を構成するNチャネル型電界効果型トランジスタおよびPチャネル型電界効果型トランジスタが含まれた電気光学装置において、
Nチャネル型電界効果型トランジスタでドレイン・ソース間に所定の一定電圧Vds-Nchを印加したときのドレイン・ソース間抵抗をチャネル幅で割った値が所定の値Ron-offとなるときのゲート電圧をVon-off-Nchとし、Pチャネル型電界効果型トランジスタでドレイン・ソース間に所定の一定電圧Vds-Pchを印加したときのドレイン・ソース間抵抗をチャネル幅で割った値が所定の値Ron-offとなるときのゲート電圧をVon-off-Pchとしたとき、
前記第1の相補回路と前記第2の相補回路では、以下の式
Von-off-d = |(Von-off-Nch)−(Von-off-Pch)|
で求められる回路動作面でのしきい値電圧の差の絶対値Von-off-dが相違していることを特徴とする電気光学装置。
A field effect transistor for switching pixels corresponding to each of a plurality of pixels arranged in a matrix and a drive circuit for driving the plurality of pixels are formed on a substrate for holding an electro-optical material. A plurality of field effect transistors for the drive circuit, wherein the plurality of field effect transistors include a first complementary circuit having a drive voltage defined by a maximum voltage difference between an input signal and a power supply, and a first complementary circuit; In an electro-optical device including an N-channel field effect transistor and a P-channel field effect transistor constituting two complementary circuits,
Gate voltage when the value obtained by dividing the drain-source resistance by the channel width when a predetermined constant voltage Vds-Nch is applied between the drain and source in the N-channel field effect transistor becomes a predetermined value Ron-off Von-off-Nch, and a value obtained by dividing the drain-source resistance by the channel width when a predetermined constant voltage Vds-Pch is applied between the drain and the source in a P-channel field effect transistor is a predetermined value Ron When the gate voltage at -off is Von-off-Pch,
In the first complementary circuit and the second complementary circuit, the following expression Von-off-d = | (Von-off-Nch) − (Von-off-Pch) |
The electro-optical device is characterized in that the absolute value Von-off-d of the difference in threshold voltage on the circuit operation surface obtained in (1) is different.
請求項8において、前記Nチャネル型電界効果型トランジスタでドレイン・ソース間に所定の一定電圧Vds-Nchを印加したときのドレイン・ソース間抵抗をチャネル幅で割った値が所定の値Ron-offとなるときのゲート電圧の最小値をVon-off-Nchとし、Pチャネル型電界効果型トランジスタでドレイン・ソース間に所定の一定電圧Vds-Pchを印加したときのドレイン・ソース間抵抗をチャネル幅で割った値が所定の値Ron-offとなるときのゲート電圧の最大値をVon-off-Pchとすることを特徴とする電気光学装置。   9. A value obtained by dividing a drain-source resistance by a channel width when a predetermined constant voltage Vds-Nch is applied between the drain and source in the N-channel field effect transistor according to claim 8 is a predetermined value Ron-off. The minimum value of the gate voltage is Von-off-Nch, and the drain-source resistance when a predetermined constant voltage Vds-Pch is applied between the drain and source in the P-channel field effect transistor is the channel width. An electro-optical device, wherein a maximum value of a gate voltage when a value divided by a predetermined value Ron-off is Von-off-Pch. 請求項8または9において、前記第1の相補回路および前記第2の相補回路のうちの少なくとも一方の相補回路では、回路動作面でのしきい値電圧の差の絶対値Von-off-dが駆動電圧に対して0.25倍から1倍の範囲であることを特徴とする電気光学装置。   10. The absolute value Von-off-d of the difference in threshold voltage in terms of circuit operation is obtained in at least one of the first complementary circuit and the second complementary circuit. An electro-optical device having a range of 0.25 to 1 times the driving voltage. 請求項8または9において、前記第1の相補回路および前記第2の相補回路のうちの少なくとも一方の相補回路では、回路動作面でのしきい値電圧の差の絶対値Von-off-dが駆動電圧に対して0.5倍から1倍の範囲であることを特徴とする電気光学装置。   10. The absolute value Von-off-d of the difference in threshold voltage in terms of circuit operation is obtained in at least one of the first complementary circuit and the second complementary circuit. An electro-optical device having a range of 0.5 to 1 times the driving voltage. 請求項8ないし11のいずれかにおいて、前記第1の相補回路および前記第2の相補回路のうちの少なくとも一方の相補回路では、回路動作面でのしきい値電圧の差の絶対値Von-off-dが前記第1の相補回路および前記第2の相補回路の駆動電圧の最大値の半分以下であることを特徴とする電気光学装置。   12. The absolute value Von-off of a difference in threshold voltage in terms of circuit operation in at least one complementary circuit of the first complementary circuit and the second complementary circuit. An electro-optical device, wherein -d is equal to or less than half of the maximum value of the drive voltage of the first complementary circuit and the second complementary circuit. 請求項8ないし12のいずれかにおいて、前記所定の一定電圧Vds-Nchが1Vから20Vであり、かつ前記所定の一定電圧Vds-Pchが−1Vから−20Vであり、かつ前記所定の値Ron-offが1MΩ/μmから1GΩ/μmであることを特徴とする電気光学装置。   The predetermined constant voltage Vds-Nch is 1V to 20V, the predetermined constant voltage Vds-Pch is -1V to -20V, and the predetermined value Ron- An electro-optical device, wherein off is 1 MΩ / μm to 1 GΩ / μm. 請求項1ないし13のいずれかにおいて、前記第1の相補回路および前記第2の相補回路は、いずれも前記駆動回路に構成されていることを特徴とする電気光学装置。   14. The electro-optical device according to claim 1, wherein both the first complementary circuit and the second complementary circuit are configured in the driving circuit. 請求項1ないし14のいずれかにおいて、前記第1の相補回路および前記第2の相補回路のうちの少なくとも一方の相補回路では、駆動電圧が他方の相補回路の駆動電圧の半分以下であることを特徴とする電気光学装置。   15. The method according to claim 1, wherein in at least one complementary circuit of the first complementary circuit and the second complementary circuit, a driving voltage is half or less of a driving voltage of the other complementary circuit. An electro-optical device. 請求項1ないし15のいずれかにおいて、前記電界効果型トランジスタは、能動層が多結晶シリコンからなる薄膜トランジスタであることを特徴とする電気光学装置。   16. The electro-optical device according to claim 1, wherein the field effect transistor is a thin film transistor whose active layer is made of polycrystalline silicon. 請求項1ないし16のいずれかにおいて、前記第1の相補回路を構成する電界効果型トランジスタと、前記第2の相補回路を構成する電界効果型トランジスタとでは、ゲート絶縁膜の厚さが相違することを特徴とする電気光学装置。   17. The thickness of the gate insulating film according to claim 1, wherein the field effect transistor that constitutes the first complementary circuit and the field effect transistor that constitutes the second complementary circuit have different thicknesses. An electro-optical device. 請求項1ないし17のいずれかにおいて、前記第1の相補回路を構成する電界効果型トランジスタと、前記第2の相補回路を構成する電界効果型トランジスタとでは、ゲート絶縁膜の誘電率が相違することを特徴とする電気光学装置。   18. The gate insulating film has a different dielectric constant between the field effect transistor constituting the first complementary circuit and the field effect transistor constituting the second complementary circuit according to claim 1. An electro-optical device. 請求項1ないし18のいずれかにおいて、前記第1の相補回路を構成する電界効果型トランジスタと、前記第2の相補回路を構成する電界効果型トランジスタとでは、チャネル領域を形成する半導体層の膜厚が相違することを特徴とする電気光学装置。   19. The film of a semiconductor layer forming a channel region according to claim 1, wherein the field effect transistor that constitutes the first complementary circuit and the field effect transistor that constitutes the second complementary circuit. An electro-optical device having different thicknesses. 請求項1ないし19のいずれかにおいて、前記第1の相補回路を構成する電界効果型トランジスタと、前記第2の相補回路を構成する電界効果型トランジスタとでは、チャネル領域を形成する半導体層の欠陥準位平均密度が相違することを特徴とする電気光学装置。   20. The defect in a semiconductor layer forming a channel region according to any one of claims 1 to 19, wherein the field effect transistor constituting the first complementary circuit and the field effect transistor constituting the second complementary circuit are An electro-optical device having different level average densities. 請求項1ないし20のいずれかにおいて、前記第1の相補回路を構成する電界効果型トランジスタと、前記第2の相補回路を構成する電界効果型トランジスタとでは、チャネル領域を形成する半導体層の不純物濃度が相違することを特徴とする電気光学装置。   21. The impurity of a semiconductor layer forming a channel region according to claim 1, wherein the field effect transistor that forms the first complementary circuit and the field effect transistor that forms the second complementary circuit. An electro-optical device having different densities. 請求項1ないし21のいずれかにおいて、前記第1の相補回路を構成する電界効果型トランジスタと、前記第2の相補回路を構成する電界効果型トランジスタとでは、チャネル領域を形成する半導体層のダングリング・ボンド(dangling bond)終端水素濃度が相違することを特徴とする電気光学装置。   24. The dangling of a semiconductor layer forming a channel region according to claim 1, wherein the field effect transistor that constitutes the first complementary circuit and the field effect transistor that constitutes the second complementary circuit. Electro-optical device characterized in that the hydrogen concentration at the end of a dangling bond is different. 請求項16において、前記第1の相補回路を構成する電界効果型トランジスタと、前記第2の相補回路を構成する電界効果型トランジスタとでは、前記能動層を構成する多結晶シリコンのグレイン平均サイズが相違することを特徴とする電気光学装置。   The field effect transistor constituting the first complementary circuit and the field effect transistor constituting the second complementary circuit according to claim 16 have a grain average size of polycrystalline silicon constituting the active layer. 1. An electro-optical device that is different. 請求項1ないし23のいずれかにおいて、前記第1の相補回路を構成する電界効果型トランジスタと、前記第2の相補回路を構成する電界効果型トランジスタとでは、チャネル長が相違することを特徴とする電気光学装置。   24. The channel effect transistor according to claim 1, wherein the field effect transistor constituting the first complementary circuit and the field effect transistor constituting the second complementary circuit have different channel lengths. An electro-optical device. 請求項1ないし24のいずれかにおいて、前記電気光学物質は、前記電気光学装置用基板と対向基板との間に保持された液晶であることを特徴とする電気光学装置。   25. The electro-optical device according to claim 1, wherein the electro-optical material is a liquid crystal held between the electro-optical device substrate and a counter substrate. 請求項1ないし24のいずれかにおいて、前記電気光学物質は、前記電気光学装置用基板上で発光素子を構成する有機エレクトロルミネッセンス材料であることを特徴とする電気光学装置。   25. The electro-optical device according to claim 1, wherein the electro-optical material is an organic electroluminescent material constituting a light-emitting element on the electro-optical device substrate. 請求項1ないし26のいずれかに規定する電気光学装置を用いたことを特徴とする電子機器。   An electronic apparatus using the electro-optical device defined in any one of claims 1 to 26.
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