JP2008034826A - Thin-film semiconductor device, lateral bipolar thin-film transistor, hybrid thin-film transistor, mos thin-film transistor, and method of manufacturing the thin film transistor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device configuration and a method of manufacturing the same whereby a MOS transistor and a bipolar transistor can be simultaneously integrated on a glass substrate. <P>SOLUTION: A lateral bipolar transistor (100) has an emitter (102), a base (103), and a collector (104) which are formed on a semiconductor thin film (105) formed on an insulating substrate (101), wherein the semiconductor thin film (105) is a semiconductor thin film crystallized in a predetermined direction. Further, a MOS-bipolar hybrid transistor (200) is formed on a semiconductor thin film formed on an insulating substrate, wherein the semiconductor thin film (205) is a semiconductor thin film crystallized in a predetermined direction. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、絶縁基板上に形成した薄膜トランジスタに関する。   The present invention relates to a thin film transistor formed over an insulating substrate.

OA機器等の画像情報、文字情報の表示装置として、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor;以下TFTと記す)を用いたアクティブマトリックス方式の平面型ディスプレイが知られている。近年、マルチメディア通信技術の発展に伴い、パーソナル用途向けの小型軽量で、高解像度、高画質を有し、かつドライバ回路やその他のメモリ回路、DAコンバータ回路、画像処理回路などの画像表示にかかわる周辺機能をディスプレイパネル上に集積したシステムオンパネルとよばれる機能集積型のディスプレイが次世代のディスプレイとして注目を集めている。   2. Description of the Related Art An active matrix type flat display using a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT) is known as a display device for image information and character information of OA equipment and the like. In recent years, with the development of multimedia communication technology, it is compact and lightweight for personal use, has high resolution and high image quality, and is related to image display of driver circuits, other memory circuits, DA converter circuits, image processing circuits, etc. A function-integrated display called a system-on-panel in which peripheral functions are integrated on a display panel is attracting attention as a next-generation display.

従来、ディスプレイ用ガラス基板上に形成されるTFTには電界効果型トランジスタの一種であるMOS(Metal Oxide Semiconductor)型トランジスタがもっぱら用いられている。MOS型のトランジスタはディスプレイの表示画素スイッチやシフトレジスタ等のデジタル回路を構成する上では有利であるため広く用いられている。
特開2003−76345 特開2005−18088 特開平10−32337 B.Y.TSAUR, MEMBER, IEEE, D. J. SILVERSMITH, SENIOR MEMBER,IEEE, J.C.C. FAN, AND R.W,MOUNTAIN; “Fully Isolated Lateral Bipolar-MOS Transistors Fabricated in Zone-Melting-Recrystallized Si Filmes on SiO2 “ IEEE ELECTRON DEVICE LETTERRS,VOL,EDL-4,NO.8 ,pp.269-271 AUGUST 1983 JAMES C. STURM, MEMBER,IEEE, JAMES P. McVITTIE, MEMBER, IEEE, JAMES F. GIBBONS, FELLOW,IEEE AND L.PFIFFER “A Lateral Silicon-on-Insulator Bipolar Transistor with a Self- Alingned Base Contact ” 0741-3106/87/0300-0104$01.00 (c) 1987 IEEE Stephen Parke, Fariborz Assaderaghi Jian Chen, Joe King, Chenming Hu, and Ping K..Ko “A Versatile, SOI BiCMOS Technology with Complementary Lateral BJT’s” ,0-7803-0817-4/92 $3.00 (c) IEDM92 453-456 1992 IEEE T. Shino, K. Inoh T. Yamada, H .Nii, S. Kawanaka, T. Fuse, M. Yoshimi, Y. Katsumata, S. Watanabe, and J. Matsunaga “A 31 GHz fmax Lateral BJT on SOI Using Self-Aligned External Base Formation Technology” ; 0-7803-4774-9/98$10.00(c) IERM 98 953-956 1998 IEEE Richard McCartney, Jsmes Kozisek , Marshall Bell ”9.3:WhisperBus TM:An Advanced Interconnect Link For TFT Column Driver Data ”,SID 01 DIGEST, pp.1-4
Conventionally, MOS (Metal Oxide Semiconductor) type transistors, which are a kind of field effect type transistors, are exclusively used for TFTs formed on glass substrates for displays. MOS transistors are widely used because they are advantageous in constructing digital circuits such as display pixel switches and shift registers of displays.
JP 2003-76345 A JP-A-2005-18088 JP 10-32337 BYTSAUR, MEMBER, IEEE, DJ SILVERSMITH, SENIOR MEMBER, IEEE, JCC FAN, AND RW, MOUNTAIN; “Fully Isolated Lateral Bipolar-MOS Transistors Fabricated in Zone-Melting-Recrystallized Si Filmes on SiO2“ IEEE ELECTRON DEVICE LETTERRS, VOL, EDL -4, NO.8, pp.269-271 AUGUST 1983 JAMES C. STURM, MEMBER, IEEE, JAMES P. McVITTIE, MEMBER, IEEE, JAMES F. GIBBONS, FELLOW, IEEE AND L.PFIFFER “A Lateral Silicon-on-Insulator Bipolar Transistor with a Self-Alingned Base Contact” 0741- 3106/87 / 0300-0104 $ 01.00 (c) 1987 IEEE Stephen Parke, Fariborz Assaderaghi Jian Chen, Joe King, Chenming Hu, and Ping K..Ko “A Versatile, SOI BiCMOS Technology with Complementary Lateral BJT's”, 0-7803-0817-4 / 92 $ 3.00 (c) IEDM92 453-456 1992 IEEE T. Shino, K. Inoh T. Yamada, H. Nii, S. Kawanaka, T. Fuse, M. Yoshimi, Y. Katsumata, S. Watanabe, and J. Matsunaga “A 31 GHz fmax Lateral BJT on SOI Using Self -Aligned External Base Formation Technology ”; 0-7803-4774-9 / 98 $ 10.00 (c) IERM 98 953-956 1998 IEEE Richard McCartney, Jsmes Kozisek, Marshall Bell ”9.3: WhisperBus TM: An Advanced Interconnect Link For TFT Column Driver Data”, SID 01 DIGEST, pp.1-4

近年、ディスプレイ基板上に表示機能以外に、多様な機能を集積してディスプレイデバイスの高付加価値化を図る試みがなされている。例えば、特開2005−18088号には、個々の画素内に光電変換素子を設けてライトペン等の光による入力機能を搭載した液晶表示装置が開示されている。   In recent years, attempts have been made to increase the added value of display devices by integrating various functions in addition to display functions on a display substrate. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2005-18088 discloses a liquid crystal display device in which a photoelectric conversion element is provided in each pixel and an input function using light such as a light pen is mounted.

例えば、上記の例のような場合、光電流を検出して増幅する機能が必要となる。しかしMOS型トランジスタで構成したソース接地型増幅回路では入力インピーダンスが高く、電流を直接増幅することができない。このような場合、ゲート接地による電流バッファ回路を設けて電流を受けることが行われる。しかし、MOS型トランジスタだけで十分なゲインを得るためには、回路構成が複雑となる。このため簡単な回路では十分な検出感度が得られにくい問題がある。   For example, in the case of the above example, a function for detecting and amplifying the photocurrent is required. However, the common source amplifier circuit composed of MOS transistors has a high input impedance and cannot directly amplify the current. In such a case, a current buffer circuit with a grounded gate is provided to receive current. However, in order to obtain a sufficient gain with only a MOS transistor, the circuit configuration becomes complicated. For this reason, there is a problem that it is difficult to obtain sufficient detection sensitivity with a simple circuit.

一方、電流を入力信号とするトランジスタとしては、バイポーラトランジスタが知られている。単結晶SiあるいはSOI(Silicon On Insulator)基板を用いる場合には、同一基板内に、バイポーラ型トランジスタとCMOS型トランジスタを混在させ、必要に応じて使い分けるBiCMOS技術がすでに確立している。しかしながら、ガラス基板のような耐熱性の低い基板上にこのような2種のデバイスを混在させる構成を形成することは従来の技術では困難であった。その理由は、本発明者はこの要求を満足する技術について研究しており、例えば1m近い大型ガラス基板上で実現できる最小加工寸法はせいぜい3ミクロン程度にとどまることによることが判った。さらに、低温でガラス基板上に形成できるSi薄膜の結晶品質が低く、Si薄膜層内の少数キャリア寿命が短いことも理由の1つと考えられる。   On the other hand, bipolar transistors are known as transistors using current as an input signal. In the case of using a single crystal Si or SOI (Silicon On Insulator) substrate, BiCMOS technology has already been established in which a bipolar transistor and a CMOS transistor are mixed in the same substrate and selectively used as necessary. However, it has been difficult in the prior art to form such a configuration in which two types of devices are mixed on a substrate having low heat resistance such as a glass substrate. The reason for this is that the present inventor has been researching a technique that satisfies this requirement, and for example, it has been found that the minimum processing dimension that can be realized on a large glass substrate of nearly 1 m is limited to about 3 microns at most. Furthermore, it is thought that one of the reasons is that the crystal quality of the Si thin film that can be formed on the glass substrate at a low temperature is low and the minority carrier lifetime in the Si thin film layer is short.

本発明の目的は上記課題を解決するためになされたもので、耐熱性の低い絶縁基板上に設けた半導体薄膜にラテラルバイポーラ薄膜トランジスタやMOS薄膜トランジスタなど少なくとも一種を形成した薄膜トランジスタ、ハイブリッド薄膜トランジスタ、MOS薄膜トランジスタ、薄膜半導体装置を提供するものである。   An object of the present invention was made to solve the above-described problems. A thin film transistor, a hybrid thin film transistor, a MOS thin film transistor, or the like, in which at least one type such as a lateral bipolar thin film transistor and a MOS thin film transistor is formed on a semiconductor thin film provided on an insulating substrate with low heat resistance, A thin film semiconductor device is provided.

例えば、ガラス基板上にMOSトランジスタと、バイポーラトランジスタを集積できる素子構造および製法を提供することにある。   For example, an object of the present invention is to provide an element structure and a manufacturing method capable of integrating MOS transistors and bipolar transistors on a glass substrate.

上記の目的を達成するために、本発明においては以下の構成を含む。   In order to achieve the above object, the present invention includes the following configuration.

本発明の実施形態に記載の発明は、絶縁基板上に形成された半導体薄膜に形成されたソース、チャネル及びドレイン領域を有し、チャネル領域表面には絶縁膜を介してゲート電極が形成されたMOSトランジスタと、MOSトランジスタと同一の絶縁基板上に形成された半導体薄膜に形成されたエミッタ、ベース、コレクタを有するラテラルバイポーラトランジスタとを少なくとも1個以上含むことを特徴とする薄膜半導体装置を含む。   The invention described in the embodiment of the present invention has a source, a channel and a drain region formed in a semiconductor thin film formed on an insulating substrate, and a gate electrode is formed on the surface of the channel region via an insulating film. A thin film semiconductor device including at least one MOS transistor and at least one lateral bipolar transistor having an emitter, a base, and a collector formed on a semiconductor thin film formed on the same insulating substrate as the MOS transistor is included.

また、本発明の実施形態に記載の発明は、絶縁基板上に非単結晶半導体薄膜を形成する工程と、この非単結晶半導体薄膜に逆ピークパターン状のパルスレーザ光を照射して結晶化領域を形成する工程と、結晶化領域にラテラルバイポーラ薄膜トランジスタ、MOS薄膜トランジスタの少なくとも1種の薄膜トランジスタを形成する工程とを具備することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法を含む。   The invention described in the embodiment of the present invention includes a step of forming a non-single-crystal semiconductor thin film on an insulating substrate, and a crystallization region by irradiating the non-single-crystal semiconductor thin film with a pulse laser beam having a reverse peak pattern. And a method of forming at least one thin film transistor of a lateral bipolar thin film transistor and a MOS thin film transistor in the crystallization region.

さらに、本発明の実施形態に記載の発明は、絶縁基板上に形成された半導体薄膜に形成されたエミッタ、ベース、およびコレクタを有するラテラルバイポーラトランジスタにおいて、半導体薄膜が所定の方向に結晶化された半導体薄膜であるラテラルバイポーラ薄膜トランジスタを含む。   Furthermore, the invention described in the embodiments of the present invention is a lateral bipolar transistor having an emitter, a base, and a collector formed on a semiconductor thin film formed on an insulating substrate. The semiconductor thin film is crystallized in a predetermined direction. A lateral bipolar thin film transistor which is a semiconductor thin film is included.

さらに、ラテラルバイポーラトランジスタのキャリアの移動方向が半導体薄膜の結晶化の方向であるラテラルバイポーラ薄膜トランジスタ、コレクタを結晶化された半導体薄膜の結晶成長開始点側に、そしてエミッタを結晶成長終了点側に配置したラテラルバイポーラ薄膜トランジスタを含む。   Furthermore, lateral bipolar thin film transistors in which the carrier movement direction of the lateral bipolar transistor is the direction of crystallization of the semiconductor thin film, the collector is placed on the crystal growth start point side of the crystallized semiconductor thin film, and the emitter is placed on the crystal growth end point side A lateral bipolar thin film transistor.

さらに、本発明の実施形態に記載の発明は、絶縁基板上に形成された半導体薄膜に形成されたエミッタ、ベース、コレクタ及びベースに接続された引き出し電極を有し、ベース領域の表面には絶縁膜を介してゲート電極が形成されており、ベース引き出し電極とゲート電極は同電位となるように接続されており、エミッタはMOSトランジスタのソースとして、ベースはMOSトランジスタのチャネルとして、そしてコレクタはMOSトランジスタのドレインとしても動作するMOS−バイポーラハイブリッド薄膜トランジスタにおいて、半導体薄膜は所定の方向に結晶化された半導体薄膜であるハイブリッド薄膜トランジスタを含む。   Furthermore, the invention described in the embodiment of the present invention has an emitter, a base, a collector, and a lead electrode connected to the base formed on a semiconductor thin film formed on an insulating substrate, and the base region has an insulating surface. A gate electrode is formed through a film, the base lead electrode and the gate electrode are connected to have the same potential, the emitter is the source of the MOS transistor, the base is the channel of the MOS transistor, and the collector is the MOS In a MOS-bipolar hybrid thin film transistor that also operates as a drain of a transistor, the semiconductor thin film includes a hybrid thin film transistor that is a semiconductor thin film crystallized in a predetermined direction.

さらに、それぞれがトランジスタを形成する複数のエミッタ(ソース)、ベース(チャネル)およびコレクタ(ドレイン)を含み、各エミッタ(ソース)は共通のエミッタ(ソース)電極に接続され、各ベース(チャネル)は共通のベース(ゲート)電極に接続され、各コレクタ(ドレイン)は共通のコレクタ(ドレイン)電極に接続されているハイブリッドトランジスタ、MOS−バイポーラハイブリッドトランジスタにおけるキャリアの移動方向が半導体薄膜の結晶化の方向であるハイブリッド薄膜トランジスタを含む。   In addition, each includes a plurality of emitters (sources), bases (channels) and collectors (drains) forming a transistor, each emitter (source) being connected to a common emitter (source) electrode, and each base (channel) being Hybrid transistor connected to a common base (gate) electrode, each collector (drain) is connected to a common collector (drain) electrode, the carrier movement direction in the MOS-bipolar hybrid transistor is the direction of crystallization of the semiconductor thin film A hybrid thin film transistor.

さらに、本発明の実施形態に記載の発明は、絶縁基板上に形成された半導体薄膜に形成されたソース、チャネル、およびドレイン領域を有し、チャネル領域の表面には絶縁膜を介してゲート電極が形成されたMOS薄膜トランジスタにおいて、半導体薄膜が所定の方向に結晶化された半導体薄膜であり、ソースを結晶成長開始点側に、ドレインを結晶成長終了点側になるように配置したMOS薄膜トランジスタを含む。   Furthermore, the invention described in the embodiment of the present invention has a source, a channel, and a drain region formed in a semiconductor thin film formed on an insulating substrate, and a gate electrode is formed on the surface of the channel region via an insulating film. The MOS thin film transistor in which the semiconductor thin film is crystallized in a predetermined direction and includes a MOS thin film transistor in which the source is disposed on the crystal growth start point side and the drain is disposed on the crystal growth end point side. .

本発明の実施形態に記載の発明は、さらに、ベース長(LB)が2μm以下であるラテラルバイポーラ薄膜トランジスタ、ベース幅(w)が5μm以下であるラテラルバイポーラ薄膜トランジスタ、ベース電極がベースの両側から引き出されているラテラルバイポーラ薄膜トランジスタ、ベース電極がベース動作領域に直接接続されているラテラルバイポーラ薄膜トランジスタを含む。   The invention described in the embodiments of the present invention further includes a lateral bipolar thin film transistor having a base length (LB) of 2 μm or less, a lateral bipolar thin film transistor having a base width (w) of 5 μm or less, and base electrodes drawn from both sides of the base. A lateral bipolar thin film transistor, and a lateral bipolar thin film transistor in which a base electrode is directly connected to a base operating region.

耐熱性の低い絶縁基板上にラテラルバイポーラ薄膜トランジスタ、MOS薄膜トランジスタなどの少なくとも1種を設けることができる。さらに、ガラス基板上にMOSトランジスタと、バイポーラトランジスタを集積できる素子構造およびその製法を提供することが可能となる。   At least one of a lateral bipolar thin film transistor and a MOS thin film transistor can be provided over an insulating substrate with low heat resistance. Furthermore, it is possible to provide an element structure capable of integrating a MOS transistor and a bipolar transistor on a glass substrate and a method for manufacturing the element structure.

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

(実施の形態1)
図1Aは、本発明の実施の形態1にかかる、無アルカリガラス基板101上に形成されたバイポーラトランジスタ100の平面図である。図1Bは図1AのX−X´線での断面図である。また、図1Cは図1AのY−Y´線での断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1A is a plan view of a bipolar transistor 100 formed on an alkali-free glass substrate 101 according to Embodiment 1 of the present invention. 1B is a cross-sectional view taken along line XX ′ of FIG. 1A. 1C is a cross-sectional view taken along line YY ′ of FIG. 1A.

図1A〜1Cに結晶化された半導体薄膜105に形成されたエミッタ102、ベース103、コレクタ104が示されている。半導体薄膜105は所定の方向に結晶化されている。所定の方向に結晶化された半導体薄膜105とは、例えば逆ピークパターン状の光強度分布を有するパルスレーザ光を半導体薄膜に照射して横方向(水平方向)に結晶化された結晶領域である。所定の方向に結晶化された半導体薄膜105は、後に詳しく述べる結晶化方法によって形成することができる。半導体薄膜105上には、エミッタ電極106、ベース電極107、コレクタ電極108が形成されている。   1A to 1C show an emitter 102, a base 103, and a collector 104 formed on a crystallized semiconductor thin film 105. FIG. The semiconductor thin film 105 is crystallized in a predetermined direction. The semiconductor thin film 105 crystallized in a predetermined direction is a crystal region that is crystallized in the lateral direction (horizontal direction) by irradiating the semiconductor thin film with a pulsed laser beam having a light intensity distribution having an inverse peak pattern shape, for example. . The semiconductor thin film 105 crystallized in a predetermined direction can be formed by a crystallization method described in detail later. On the semiconductor thin film 105, an emitter electrode 106, a base electrode 107, and a collector electrode 108 are formed.

バイポーラトランジスタ100全体は、図1B、Cに示すように、無アルカリガラス基板101上の例えば膜厚50nmのSiNx膜109と、膜厚100nmのSiО2膜110からなるバッファ絶縁膜111の上に形成されている。このバッファ絶縁膜111はガラス基板101からの不純物の拡散を防止する役割を持つ。バッファ絶縁膜111としては例示以外の構成、例えばSiО2膜のみ、SiNx膜のみ等他の構成を使用することができ、使用可能な基板としては、耐熱性の低い基板で、無アルカリガラスに限定するものではなく、例えば石英基板、プラスチック基板、表面にSiО2膜の形成されたシリコン基板等を使用することができる。   As shown in FIGS. 1B and 1C, the entire bipolar transistor 100 is formed on a buffer insulating film 111 made of, for example, a 50 nm thick SiNx film 109 and a 100 nm thick SiO 2 film 110 on an alkali-free glass substrate 101. ing. The buffer insulating film 111 has a role of preventing diffusion of impurities from the glass substrate 101. The buffer insulating film 111 may have a configuration other than that illustrated, for example, only a SiO2 film, only a SiNx film, or the like, and a usable substrate is a substrate having low heat resistance and is limited to alkali-free glass. For example, a quartz substrate, a plastic substrate, a silicon substrate with a SiO2 film formed on the surface, or the like can be used.

前記SiО膜110上には、図2に示すようにトランジスタ100を構成する膜厚200nmで略T字型を有する結晶化された半導体薄膜、例えば所定の方向に結晶化されたSi膜からなる島状領域のパターン112が形成されている。半導体材料はSiに限定されるものではなく、例えばGe、GaAs等を使用することができる。膜厚も200nmに限定されるわけではない。結晶化されたSi膜とはバッファ絶縁膜111上に成膜されたSi膜の総てが結晶化された場合に限らず、トランジスタ形成領域のみ形成したものも含むものとする。 On the SiO 2 film 110, as shown in FIG. 2, a crystallized semiconductor thin film having a film thickness of 200 nm and having a substantially T-shape constituting the transistor 100, for example, a Si film crystallized in a predetermined direction is formed. An island-shaped region pattern 112 is formed. The semiconductor material is not limited to Si, and for example, Ge, GaAs or the like can be used. The film thickness is not limited to 200 nm. The crystallized Si film is not limited to the case where all of the Si film formed on the buffer insulating film 111 is crystallized, and includes a film formed only in a transistor formation region.

結晶化されたSi膜105内には、N型にドープされたエミッタ102、N型にドープされたコレクタ104、N型にドープされたコレクタコンタクト部113、P型にドープされたベース103、P型にドープされたベースコンタクト部104が形成されている。 In the crystallized Si film 105, an N + -type emitter 102, an N -type collector 104, an N + -type collector contact portion 113, and a P -type are doped. A base 103 and a base contact portion 104 doped in a P + type are formed.

Si膜105上には、例えばSiO膜からなる第1の層間絶縁膜115に設けたコンタクトスルーホール116を介して、例えばTi/Al/Tiの3層金属膜よりなる電極配線(106,107,108)が接続されている。そして、上記部材全部を覆うように、例えばSiOからなる第2の層間絶縁膜22が形成されている。 An electrode wiring (106, 107) made of, for example, a three-layer metal film of Ti / Al / Ti is formed on the Si film 105 through a contact through hole 116 provided in the first interlayer insulating film 115 made of, for example, an SiO 2 film. , 108) are connected. Then, to cover all the members, for example, a second interlayer insulating film 22 made of SiO 2 is formed.

ベース領域103の幅Wは、この実施の形態においては5μmであり、長さ(エミッターコレクタ間距離に等しい)LBは1.0μmである。エミッタ102には1×1020(cm−3)のリンがドープされている。また、この実施の形態において、ベースには1×1016(cm−3)のボロンがドープされており、ベースコンタクト部114には1×1020(cm−3)のボロンがドープされている。そして、コレクタ104には1×1017(cm−3)のリンが、コレクタコンタクト部113は1×1020(cm−3)のリンがドープされている。これらの選択的なドーピングは通常の半導体製造技術におけるイオン注入技術を用いて行うことができる。ドーピング材料は上記材料に限定されるものではない。この構造はMОSトランジスタとの同時形成を可能とするため、電流をSi膜の膜厚方向ではなく、水平方向に流すNPN型のラテラルバイポーラ薄膜トランジスタ素子であり、ベースコンタクトもベースの側面から引き出す構造を持つ。第1の実施形態に示すNPN型に限定するものではなく、PNP型ラテラルバイポーラ薄膜トランジスタ素子として形成することも可能である。 In this embodiment, the width W of the base region 103 is 5 μm, and the length (equal to the emitter-collector distance) LB is 1.0 μm. The emitter 102 is doped with 1 × 10 20 (cm −3 ) of phosphorus. In this embodiment, the base is doped with 1 × 10 16 (cm −3 ) boron, and the base contact portion 114 is doped with 1 × 10 20 (cm −3 ) boron. . The collector 104 is doped with 1 × 10 17 (cm −3 ) phosphorus, and the collector contact portion 113 is doped with 1 × 10 20 (cm −3 ) phosphorus. These selective dopings can be performed using an ion implantation technique in a normal semiconductor manufacturing technique. The doping material is not limited to the above materials. This structure is an NPN lateral bipolar thin film transistor element that allows current to flow in the horizontal direction, not the film thickness direction of the Si film, so that it can be formed simultaneously with the MOS transistor. The base contact is also drawn from the side of the base. Have. It is not limited to the NPN type shown in the first embodiment, but can be formed as a PNP type lateral bipolar thin film transistor element.

このトランジスタ100の動作は、通常のバイポーラトランジスタと同様である。コレクタ104に正電圧を印加しながら、ベース103−エミッタ102間にベース電流を流して、エミッタ−コレクタ間の電流を制御する。   The operation of the transistor 100 is the same as that of a normal bipolar transistor. While applying a positive voltage to the collector 104, a base current is passed between the base 103 and the emitter 102 to control the current between the emitter and the collector.

ラテラルバイポーラ薄膜トランジスタにおいて、電流増幅率hFEを決める最も重要なパラメータは、Si膜の結晶品質と、ベース長LBである。Si膜の品質は後述するような、レーザを用いた横方向結晶成長法を採用することにより、数ミクロン以上の長さを持つ結晶膜を使用することにより解決される。この場合、ラテラルバイポーラトランジスタにおけるキャリアの移動方向は半導体薄膜の結晶化の方向であることが望ましい。移動するキャリアが結晶粒界を殆ど横切らないからである。また、ベース長LBは最大でも2μm以下、望ましくは1μm以下とすることが、大きなhFEを確保する上で重要であることが分った。従来のディスプレイで用いられている多結晶シリコンTFTでは、正孔の寿命が短い上に、リソグラフィの制限から1μm以下のベース長形成が困難であるため、大きなhFEを得ることは困難である。   In the lateral bipolar thin film transistor, the most important parameters for determining the current amplification factor hFE are the crystal quality of the Si film and the base length LB. The quality of the Si film can be solved by using a crystal film having a length of several microns or more by adopting a lateral crystal growth method using a laser as described later. In this case, the carrier movement direction in the lateral bipolar transistor is preferably the crystallization direction of the semiconductor thin film. This is because the moving carriers hardly cross the crystal grain boundary. Further, it has been found that the base length LB is at most 2 μm or less, preferably 1 μm or less, in order to secure a large hFE. In a polycrystalline silicon TFT used in a conventional display, it is difficult to obtain a large hFE because the lifetime of holes is short and it is difficult to form a base length of 1 μm or less due to lithography limitations.

また、図1Aに示すような側面からコンタクトを引き出す構造ではトランジスタの幅Wの設計が重要である。バイポーラ動作はベースから注入される正孔が存在する領域でのみ起こる。正孔の濃度は側面コンタクトから離れると減少する。この低下の程度はSi膜中の正孔の拡散距離で決まる。発明者らのシミュレーション実験によれば、側面部から5μm以上離れると正孔濃度は著しく低下しほとんどコレクタ電流が流れないことが分かった。このため、ベースの幅Wは5μm程度以下、望ましくは3μm以下とすることが望ましい。   In the structure in which the contact is drawn from the side as shown in FIG. 1A, the design of the width W of the transistor is important. Bipolar operation occurs only in the region where holes injected from the base are present. The hole concentration decreases with distance from the side contact. The degree of this decrease is determined by the diffusion distance of holes in the Si film. According to the simulation experiment by the inventors, it has been found that when the distance from the side surface portion is 5 μm or more, the hole concentration is remarkably reduced and almost no collector current flows. For this reason, the width W of the base is about 5 μm or less, preferably 3 μm or less.

また、図1Aではベースの一方の側面からだけコンタクトを引き出しているが、図3Aに示すように両側から引き出してもよい。このようにすることで、バイポーラトランジスタとして働く有効なSi膜の幅を大きくできるため、コレクタ電流を大きくできる。また図3Bに示すように、ベース電極107がエミッタ102とコレクタ104に挟まれたベース動作領域118に直接接続されている構造とすることも可能である。   Further, in FIG. 1A, the contacts are drawn out only from one side of the base, but may be drawn out from both sides as shown in FIG. 3A. By doing so, the width of the effective Si film that functions as a bipolar transistor can be increased, so that the collector current can be increased. As shown in FIG. 3B, the base electrode 107 can be directly connected to the base operation region 118 sandwiched between the emitter 102 and the collector 104.

絶縁基板上のラテラルバイポーラ薄膜トランジスタは、ベース−エミッタ間、コレクタ−ベース間の接合断面積が小さく、従って接合容量が小さいため、高周波動作に適するものである。   A lateral bipolar thin film transistor on an insulating substrate is suitable for high-frequency operation because the junction cross-sectional area between the base and the emitter and between the collector and the base is small and the junction capacitance is small.

一方、デメリットとしては、エミッタ断面積が小さいことから、通常の縦型バイポーラトランジスタのように大きな電流を取り出すことができないことである。駆動電流自体は同じSi薄膜上に形成したMОSトランジスタより小さい。このため、従来、バイポーラトランジスタの利点として認識されている大きな電流駆動能力という特徴はこのデバイスにはあてはまらない。むしろ、小電流で高速動作に適したデバイスである。この特徴は、ディスプレイの入出力インターフェイスや、電流センシングのための前置アンプ等には好適なものである。   On the other hand, a disadvantage is that a large current cannot be taken out as in a normal vertical bipolar transistor because the emitter cross-sectional area is small. The drive current itself is smaller than the MOS transistor formed on the same Si thin film. For this reason, the feature of the large current driving capability that has been conventionally recognized as an advantage of the bipolar transistor does not apply to this device. Rather, it is a device suitable for high-speed operation with a small current. This feature is suitable for an input / output interface of a display, a preamplifier for current sensing, and the like.

図4は図1A〜図1Cに示した第1の実施の形態のラテラルバイポーラ薄膜トランジスタ100における入出力特性である。図4の横軸はエミッタ−コレクタ間電圧、縦軸はコレクタ電流である。ベース電流を5μAステプで増加させ測定した結果を示す。また図5はGummelプロットである。図5の横軸はベース−エミッタ間電圧、縦軸はそれぞれベース電流およびコレクタ電流である。図4から、例えば出力電流0.01mAで10以上の電流増幅率が得られていることが分かる。また、良好な飽和特性が得られており、アナログ回路への適用に望ましい特性が得られていることがわかる。   FIG. 4 shows input / output characteristics of the lateral bipolar thin film transistor 100 according to the first embodiment shown in FIGS. 1A to 1C. In FIG. 4, the horizontal axis represents the emitter-collector voltage, and the vertical axis represents the collector current. The result of increasing the base current at a 5 μA step is shown. FIG. 5 is a Gummel plot. The horizontal axis in FIG. 5 is the base-emitter voltage, and the vertical axis is the base current and the collector current, respectively. FIG. 4 shows that a current gain of 10 or more is obtained, for example, at an output current of 0.01 mA. It can also be seen that good saturation characteristics are obtained, and characteristics desirable for application to analog circuits are obtained.

(実施の形態2)
図6に本発明の実施の形態2にかかるガラス基板上のMOS−バイポーラハイブリッド薄膜トランジスタ200の平面図を示す。図7は図6のZ−Z´線における断面図である。また、図8は図1AのA−A´線における断面図である。MOS−バイポーラハイブリッド薄膜トランジスタはMOSトランジスタとバイポーラトランジスタの双方の機能を有するトランジスタである。MOSトランジスタのソースはバイポーラトランジスタのエミッタとしても機能し、MOSトランジスタのチャネルはバイポーラトランジスタのベースとしても機能し、MOSトランジスタのドレインはバイポーラトランジスタのコレクタとしても機能する。
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a plan view of the MOS-bipolar hybrid thin film transistor 200 on the glass substrate according to the second embodiment of the present invention. FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line ZZ ′ of FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 1A. The MOS-bipolar hybrid thin film transistor is a transistor having both functions of a MOS transistor and a bipolar transistor. The source of the MOS transistor also functions as the emitter of the bipolar transistor, the channel of the MOS transistor also functions as the base of the bipolar transistor, and the drain of the MOS transistor also functions as the collector of the bipolar transistor.

全体は無アルカリガラス基板201上に膜厚50nmnoSiNx膜202と、膜厚100nmのSiO膜203からなるバッファ絶縁膜204の上に形成されている。使用可能な基板材料としては、無アルカリガラス基板に限定するものではなく、例えば石英基板、プラスチック基板、表面にSiО2膜の形成されたシリコン基板等を使用することができる。バッファ絶縁膜204はガラス基板201からの不純物の拡散を防止する役割を持つ。バッファ絶縁膜204としては例示以外の構成、例えばSiО2膜のみ、SiNx膜のみ等他の構成を使用することができる。場合によってはガラス基板201等の絶縁基板上に直接半導体薄膜205形成しても良い。 The entirety is formed on a non-alkali glass substrate 201 on a buffer insulating film 204 made of a 50 nm-thick SiNx film 202 and a 100 nm-thickness SiO 2 film 203. The usable substrate material is not limited to the alkali-free glass substrate, and for example, a quartz substrate, a plastic substrate, a silicon substrate having a SiO2 film formed on the surface, or the like can be used. The buffer insulating film 204 has a role of preventing impurity diffusion from the glass substrate 201. As the buffer insulating film 204, a configuration other than that illustrated, for example, another configuration such as only a SiO 2 film or only a SiNx film can be used. In some cases, the semiconductor thin film 205 may be formed directly on an insulating substrate such as the glass substrate 201.

SiO膜203上には、実施の形態1と同様に、トランジスタを構成する一例として膜厚200nmで略T字型を有する半導体薄膜205、一例としてSi膜が形成されている(図2の112参照)。この実施の形態においてSi膜としては後に詳述するレーザを用いた横方向結晶成長法により形成された数ミクロン以上の長さを持つ単結晶粒を有するSi膜が使用される。半導体薄膜205内には、N型にドープされたエミッタ(ソース)206、N型にドープされたコレクタ(ドレインの一部)207、N型にドープされたコレクタコンタクト(ドレインの一部)208、Pにドープされたベース(チャネル)209、P型にドープされたベース(チャネル)コンタクト210が形成されている。本実施の形態の素子では、ベース上に、膜厚30nmのSiOからなるゲート絶縁膜214を介してMoW合金膜よりなるゲート電極211が形成されている点が第1の実施の形態と異なる。以上の説明はNPNトランジスタ(NチャネルMOS薄膜トランジスタ)に関するものであるが、同様にPNPトランジスタ(PチャネルMOS薄膜トランジスタ)構造とすることもできる。 On the SiO 2 film 203, as in the first embodiment, a semiconductor thin film 205 having a film thickness of 200 nm and having a substantially T shape is formed as an example constituting a transistor, and an Si film is formed as an example (112 in FIG. 2). reference). In this embodiment, a Si film having a single crystal grain having a length of several microns or more formed by a lateral crystal growth method using a laser, which will be described in detail later, is used as the Si film. In the semiconductor thin film 205, an N + -type emitter (source) 206, an N -type collector (a part of the drain) 207, an N + -type collector contact (a part of the drain) ) 208, P doped base (channel) 209, P + -doped base (channel) contact 210. The element of the present embodiment is different from the first embodiment in that a gate electrode 211 made of a MoW alloy film is formed on a base via a gate insulating film 214 made of SiO 2 having a thickness of 30 nm. . Although the above description relates to an NPN transistor (N-channel MOS thin film transistor), a PNP transistor (P-channel MOS thin film transistor) structure can also be used.

Si膜205およびゲート電極211上には、第1の層間絶縁膜215に設けたコンタクトスルーホール216を介して、Ti/Al/Tiの3層金属膜よりなる配線213が接続されている。図8のA−A´の断面図から分かるように、ゲート電極211とベース(チャネル)コンタクト212は、電極配線パターン213、この実施の形態ではTi/Al/Tiの3層金属膜のパターンにより接続され同電位となるように構成される。   On the Si film 205 and the gate electrode 211, a wiring 213 made of a three-layer metal film of Ti / Al / Ti is connected through a contact through hole 216 provided in the first interlayer insulating film 215. As can be seen from the cross-sectional view taken along the line AA 'in FIG. 8, the gate electrode 211 and the base (channel) contact 212 are formed by an electrode wiring pattern 213, which is a pattern of a three-layer metal film of Ti / Al / Ti in this embodiment. It is configured to be connected and have the same potential.

上記部材全部を覆うようにSiOからなる第2の層間絶縁膜217が形成されている。 A second interlayer insulating film 217 made of SiO 2 is formed so as to cover all the members.

ベース領域の幅Wおよび長さLBは以下の値に限定されるものではないが、この実施の形態において、ベース領域の幅Wは2.5μm、長さ(エミッターコレクタ間距離に等しい)LBは1μmである。   Although the width W and length LB of the base region are not limited to the following values, in this embodiment, the width W of the base region is 2.5 μm and the length (equal to the emitter-collector distance) LB is 1 μm.

第1の実施の形態と同様、エミッタ(ソース)206にはリンが、ベース(チャネル)209にはボロンが、そして、コレクタ(ドレイン)207、208にはリンがドープされている。なお、ドーピング材料は上記材料に限定されるものではない。これら不純物原子の選択的なドーピングは通常の半導体製造技術におけるイオン注入技術を用いて行うことができる。   As in the first embodiment, the emitter (source) 206 is doped with phosphorus, the base (channel) 209 is doped with boron, and the collectors (drains) 207 and 208 are doped with phosphorus. Note that the doping material is not limited to the above materials. The selective doping of these impurity atoms can be performed using an ion implantation technique in a normal semiconductor manufacturing technique.

上記MOS−バイポーラハイブリッド薄膜トランジスタ200は、実施の形態1のラテラルバイポーラ薄膜トランジスタ100と同一の絶縁基板、例えば無アルカリガラス基板、上に形成することができる。かかる場合、これらのトランジスタが形成される半導体薄膜(105、205)の単結晶化は同一の結晶化工程において行なうことができる。   The MOS-bipolar hybrid thin film transistor 200 can be formed on the same insulating substrate as the lateral bipolar thin film transistor 100 of the first embodiment, for example, an alkali-free glass substrate. In such a case, single crystallization of the semiconductor thin film (105, 205) in which these transistors are formed can be performed in the same crystallization process.

図9は図6〜8に示したハイブリッド薄膜トランジスタ(この例ではベース(チャネル)幅Wが5μm)を20個並列に接続したベース(チャネル)幅Wが全体で100μmのハイブリッド薄膜トランジスタの一部を示す平面図である。Siパターン219上に間隔を置いて形成された複数のベース(チャネル)209を挿んで、それぞれ対応する複数のエミッタ(ソース)206およびコレクタ(ドレイン)207が形成されている。各ベース(ゲート電極)209、エミッタ(ソース)、およびコレクタ(ドレイン)は、共通のゲート(ベース)電極220、共通のエミッタ(ソース)電極221、そして共通のコレクタ(ドレイン)電極222に接続されている。   FIG. 9 shows a part of a hybrid thin film transistor having a base (channel) width W of 100 μm in total in which 20 hybrid thin film transistors shown in FIGS. 6 to 8 (in this example, base (channel) width W is 5 μm) are connected in parallel. It is a top view. A plurality of bases (channels) 209 formed at intervals on the Si pattern 219 are inserted, and a plurality of corresponding emitters (sources) 206 and collectors (drains) 207 are formed. Each base (gate electrode) 209, emitter (source), and collector (drain) are connected to a common gate (base) electrode 220, a common emitter (source) electrode 221, and a common collector (drain) electrode 222. ing.

上述のように、側面コンタクトの素子ではベース(チャネル)幅に制限があるため、大きな電流を駆動するトランジスタでは、Wの小さいトランジスタを複数並列に並べることで、良好な特性を維持することができる。また、このような構造は大電流動作時に素子の自己発熱を防止できる。   As described above, since the base (channel) width is limited in the element of the side contact, good characteristics can be maintained by arranging a plurality of transistors having small W in parallel in a transistor that drives a large current. . Further, such a structure can prevent the element from self-heating during a large current operation.

本素子の動作は、通常のバイポーラトランジスタと同様に、コレクタ(ドレイン)208に正電圧を印加しながら、ベース(ゲート)209−エミッタ(ソース)206間にベース電流を流して、エミッタ(ソース)−コレクタ(ドレイン)間の電流を制御する。ゲート電極211とベース(チャネル)コンタクト212は接続されているため、この時にベース-エミッタ間に印加される1〜2Vの電圧がゲート-ソース間の電圧となる。この電圧がMOSトランジスタのしきい電圧Vtより大きければ、チャネル領域209に表面チャネルが形成され、表面電流が流れる。バイポーラ動作によりエミッタ(ソース206)からベース(チャネル)209に注入された電子はこの表面チャネルを流れる。このため、この素子はバイポーラ単独あるいはMOS単独で動作させる場合より大きな駆動電流が得られることになる。   The operation of this element is to apply a base current between the base (gate) 209 and the emitter (source) 206 while applying a positive voltage to the collector (drain) 208 in the same manner as in a normal bipolar transistor, and thereby the emitter (source). Control the current between the collectors (drains). Since the gate electrode 211 and the base (channel) contact 212 are connected, a voltage of 1 to 2 V applied between the base and the emitter at this time becomes a gate-source voltage. If this voltage is larger than the threshold voltage Vt of the MOS transistor, a surface channel is formed in the channel region 209 and a surface current flows. Electrons injected into the base (channel) 209 from the emitter (source 206) by the bipolar operation flow through this surface channel. For this reason, this device can obtain a larger driving current than when the device is operated by bipolar or MOS alone.

図10および図11は上述のハイブリッドTFTの入出力特性とGummelプロットである。図4、5に示したラテラルバイポーラ薄膜トランジスタ100よりも大きな駆動電流が得られる。また、電流増幅率hFEも大きいことが分かる。図10の電流値はベース電極を接続せず、MOS単独で動作させた時の電流の約2倍となっていることがわかった。   10 and 11 are input / output characteristics and a Gummel plot of the hybrid TFT described above. A driving current larger than that of the lateral bipolar thin film transistor 100 shown in FIGS. It can also be seen that the current amplification factor hFE is large. It has been found that the current value in FIG. 10 is about twice the current when the MOS is operated alone without connecting the base electrode.

図12は実施形態2のハイブリッドTFT200のコレクタ(ドレイン)電流と電流増幅率hFEとの関係を示す。最大で500近い電流増幅率hFEが得られている。このように、ハイブリッド動作させることでより高い電流ゲインが得られる。   FIG. 12 shows the relationship between the collector (drain) current and the current amplification factor hFE of the hybrid TFT 200 of the second embodiment. A current amplification factor hFE close to 500 at maximum is obtained. Thus, a higher current gain can be obtained by performing the hybrid operation.

図13AはSi膜205の膜の品質を変えたハイブリッドTFT200において、MOSモードで動作させた時の電界効果移動度と、バイポーラモードで動作させた時の電流増幅率の関係を示す。電界効果移動度と電流増幅率はほぼ比例し、例えば10以上のhFEとなるためには、350(cm/V・/s)の表面チャネル移動度が得られるような高品質のSi膜が必要である。このため結晶化されたSi膜を使用するのが好適である。 FIG. 13A shows the relationship between the field effect mobility when operated in the MOS mode and the current amplification factor when operated in the bipolar mode in the hybrid TFT 200 in which the quality of the Si film 205 is changed. The field effect mobility and the current amplification factor are substantially proportional. For example, in order to obtain an hFE of 10 or more, a high-quality Si film capable of obtaining a surface channel mobility of 350 (cm 2 / V · s) is required. is necessary. Therefore, it is preferable to use a crystallized Si film.

図13BはハイブリッドTFT200におけるベース長LBに対するエミッタコレクタ間のキャリア通過時間(τ)を示す。キャリア通過時間(τ)は、1/ICに対する1/2πfTのプロットから導かれる。キャリア通過時間はベース長LBに対して殆ど直線的に増加し、電子の移動がドリフトによって制限されていることを示している。これには表面チャネルの存在が寄与しており、表面チャネルは注入された電子を効果的に吸収してベース内での移動を増加させている。 FIG. 13B shows the carrier transit time (τ) between the emitter and the collector with respect to the base length LB in the hybrid TFT 200. The carrier transit time (τ) is derived from a plot of 1 / 2πf T versus 1 / I C. The carrier transit time increases almost linearly with respect to the base length LB, indicating that the movement of electrons is limited by drift. The presence of the surface channel contributes to this, and the surface channel effectively absorbs the injected electrons and increases the movement in the base.

図14Aおよび図14Bは、上述のバイポーラTFT100あるいはハイブリッドTFT200と同時に同一の基板上に形成可能なMOS型TFT300の断面図および平面図である。全体は無アルカリガラス基板301上に膜厚50nmのSiNx膜321と、膜厚100nmのSiO膜322からなるバッファ絶縁膜の上に形成されている。 14A and 14B are a sectional view and a plan view of a MOS TFT 300 that can be formed on the same substrate simultaneously with the bipolar TFT 100 or the hybrid TFT 200 described above. The whole is formed on a non-alkali glass substrate 301 on a buffer insulating film made of a 50 nm thick SiNx film 321 and a 100 nm thick SiO 2 film 322.

MOS型TFT300は通常の電界効果トランジスタと同様に、ドープする不純物の適切な選択によりソースまたはドレイン324、チャネル330を有するP型トランジスタまたはN型トランジスタとすることができる。例えばアモルファスSi膜を所定の方向に結晶化することにより形成することができるシリコン単結晶領域323上には、例えば膜厚30nmのSiOからなるゲート絶縁膜325が形成されている。そしてその表面には単結晶領域323を横断して延在する例えばMoW合金膜よりなるゲート電極326が形成されている。チャネル長はこのゲート電極326の幅により規定される。そして、上記部材全部を覆うように例えばSiOからなる層間絶縁膜327が形成されている。層間絶縁膜327に設けたコンタクトスルーホール328を介して、例えばTi/Al/Tiの3層金属膜よりなる電極配線329が形成されている。なお金属膜はTi/Al/Ti以外にも種々の導電材料が使用可能である。 The MOS TFT 300 can be a P-type transistor or an N-type transistor having a source or drain 324 and a channel 330 by appropriate selection of impurities to be doped, like a normal field effect transistor. For example, a gate insulating film 325 made of SiO 2 with a film thickness of 30 nm, for example, is formed on a silicon single crystal region 323 that can be formed by crystallizing an amorphous Si film in a predetermined direction. A gate electrode 326 made of, for example, a MoW alloy film extending across the single crystal region 323 is formed on the surface. The channel length is defined by the width of the gate electrode 326. An interlayer insulating film 327 made of, for example, SiO 2 is formed so as to cover all the members. Through a contact through hole 328 provided in the interlayer insulating film 327, an electrode wiring 329 made of, for example, a three-layer metal film of Ti / Al / Ti is formed. In addition to Ti / Al / Ti, various conductive materials can be used for the metal film.

図14CにNチャネル ポリ−SiMOS型薄膜トランジスタとSOI−MOS型薄膜トランジスタのゲート長に対するブレークダウン電圧(VBD)を示す。表示装置に使用されるMOS型薄膜トランジスタにおいては、フローティング−ボディ効果によって生じるVBDの低下が重大な問題となる。結晶化されたポリ−SiMOS型薄膜トランジスタはSOI−MOS型薄膜トランジスタより高いブレークダウン電圧を有しており、表示装置に用いる素子として好適なものである。 FIG. 14C shows a breakdown voltage (V BD ) with respect to the gate length of the N-channel poly-SiMOS thin film transistor and the SOI-MOS thin film transistor. In a MOS thin film transistor used for a display device, a decrease in V BD caused by the floating body effect becomes a serious problem. The crystallized poly-SiMOS thin film transistor has a higher breakdown voltage than the SOI-MOS thin film transistor, and is suitable as an element used in a display device.

(半導体薄膜の形成)
例えば液晶パネルを用いた画像表示のための制御は、通常の薄膜トランジスタの製造に使用されているような、基板、例えばガラス基板上に形成されたアモルファスシリコン薄膜を用いた薄膜トランジスタを用いて行うことが可能である。一般にアモルファスシリコン薄膜はアニールして使用される。しかし、ディスプレイ基板としては、以下に述べるアレイ状に形成された実質的に単結晶薄膜からなる複数の島状領域を有する基板を使用するのが特に有効である。かかる基板においては、ディスプレイ装置が必要とするような大面積の基板において、実質的に単結晶薄膜からなる複数の領域を、基板全体として均一な状態で得ることが可能だからである。実質的にと表現したのは、この部分は完全な単結晶薄膜により形成されることが望ましいが、以下に述べる本発明に係る方法で結晶成長させた場合に、複数の単結晶領域により形成される場合もあるからである。
(Formation of semiconductor thin film)
For example, control for image display using a liquid crystal panel may be performed using a thin film transistor using an amorphous silicon thin film formed on a substrate, for example, a glass substrate, which is used for manufacturing a normal thin film transistor. Is possible. In general, an amorphous silicon thin film is used after being annealed. However, as the display substrate, it is particularly effective to use a substrate having a plurality of island-like regions made of a substantially single crystal thin film formed in an array described below. This is because, in such a substrate, a plurality of regions substantially made of a single crystal thin film can be obtained in a uniform state as a whole on a large-area substrate required for a display device. The term “substantially” means that this part is preferably formed of a complete single crystal thin film, but is formed by a plurality of single crystal regions when the crystal is grown by the method of the present invention described below. This is because there are cases where it is necessary.

図15は本発明において使用されるかかる基板400の電子顕微鏡像である。アレイ状の単結晶薄膜からなる複数の領域を形成する基板は、ガラス基板に限定するものではないが、この実施例では透明な無アルカリガラス基板101、201が用いられている。このディスプレイ用の基板は、二次元のマトリクス状に配置されたシリコン薄膜からなる約5μm×5μmの大きさの例えばシリコン薄膜からなる領域が、例えば縦横5μmの間隔で敷き詰められた構造をもつ。   FIG. 15 is an electron microscope image of such a substrate 400 used in the present invention. The substrate on which a plurality of regions made of the arrayed single crystal thin film is formed is not limited to a glass substrate, but transparent non-alkali glass substrates 101 and 201 are used in this embodiment. This display substrate has a structure in which, for example, a region made of, for example, a silicon thin film having a size of about 5 μm × 5 μm made of a silicon thin film arranged in a two-dimensional matrix is spread at intervals of, for example, 5 μm vertically and horizontally.

図15において、個々の単結晶領域401を囲む境界部分には多結晶領域402が存在し、多数の結晶粒界403が存在する。この結晶粒界403にはキャリアの発生・再結合中心として働く電気的に活性な欠陥が存在する。このため、この多結晶領域402は薄膜トランジスタのベースあるいはチャネル領域部分の形成からは除外される。   In FIG. 15, a polycrystalline region 402 exists at a boundary portion surrounding each single crystal region 401, and a large number of crystal grain boundaries 403 exist. This crystal grain boundary 403 has an electrically active defect that functions as a carrier generation / recombination center. For this reason, the polycrystalline region 402 is excluded from the formation of the base or channel region portion of the thin film transistor.

図16は図15内の単結晶領域の1つである領域Aを拡大したものである。5μmの領域のうち、周辺部の0.5μm程度の領域は多結晶領域402であり、結晶粒界に見られる多数の欠陥が存在する。したがって、トランジスタのベース(チャネル)領域は、この0.5μm程度の欠陥領域402を含まないように配置する。   FIG. 16 is an enlarged view of region A, which is one of the single crystal regions in FIG. Of the 5 μm region, the peripheral region of about 0.5 μm is the polycrystalline region 402, and there are a large number of defects found in the grain boundaries. Therefore, the base (channel) region of the transistor is arranged so as not to include the defect region 402 of about 0.5 μm.

かかる結晶化された半導体薄膜を有する基板の製造方法は、本出願人により平成15年8月29日に出願された特願2003−209598号明細書に詳しく記載されている。   A method of manufacturing a substrate having such a crystallized semiconductor thin film is described in detail in Japanese Patent Application No. 2003-209598 filed on Aug. 29, 2003 by the present applicant.

ここでは図15および図16に示すような、5μmピッチで配列された1辺が約4μmの大きさのほぼ矩形の単結晶領域を有する薄膜アレイを形成する方法の例について説明する。   Here, an example of a method for forming a thin film array having a substantially rectangular single crystal region with a side of about 4 μm arranged at a pitch of 5 μm as shown in FIGS. 15 and 16 will be described.

ディスプレイ基板として使用する基板がガラス基板の場合、単結晶を得るためにシリコンウエハを作製する時のような高温は使用できない。このため、まず任意の方法によりガラス基板に例えば非晶質シリコン薄膜を成膜する。次にパルス状の紫外レーザ光をこの非晶質シリコン薄膜に照射し非晶質シリコン膜を溶融する。続いて溶融したシリコンを再結晶化させて部分的に単結晶化されたシリコン薄膜領域を得る。この実施例ではシリコンを用いているが、例えばIII-V族半導体を使用する等、使用される半導体材料はシリコンに限定されるものではない。   When the substrate used as the display substrate is a glass substrate, a high temperature as in the case of producing a silicon wafer to obtain a single crystal cannot be used. Therefore, first, for example, an amorphous silicon thin film is formed on the glass substrate by an arbitrary method. Next, this amorphous silicon thin film is irradiated with pulsed ultraviolet laser light to melt the amorphous silicon film. Subsequently, the melted silicon is recrystallized to obtain a partially thinned silicon thin film region. Although silicon is used in this embodiment, the semiconductor material used is not limited to silicon, for example, using a III-V semiconductor.

再結晶させる場合、できるだけ大きな面積を持つ単結晶化領域を得るための一方法として、各アレイ部分毎に温度傾斜を与えて薄膜を溶融し、その後温度傾斜を有するまま基板温度を低下させ再結晶する方法を用いる。このため、適当なパターンを持つ位相シフトマスクを用いて逆ピークパターン状の光強度分布を有する透過光を生成し、基板表面に照射されるレーザビームの光強度に空間分布を持たせ、横方向(水平方向)に温度傾斜を与える手法を採用する。この方法により、レーザビームの照射後の非照射期間において、溶融時の温度傾斜に基き基板の各部分の温度がそれぞれ低下し、低温の部分から順次高温部分に向かって固液界面が移動し、横方向の結晶成長が生ずる。このため、最初に生じた多結晶部分から特に成長に適した結晶部分を種とする結晶成長が拡大し、大きな単結晶の領域が得られる。場合によっては、複数の単結晶領域が形成される場合もあるが、この場合でも成長した結晶の大きさは通常薄膜トランジスタのチャネル領域の大きさよりも大きい。この方法により、1辺が約4μmの大きさのほぼ矩形の複数の実質的に単結晶の領域401を有するアレイを得ることができる。   In the case of recrystallization, as one method for obtaining a single crystallized region having as large an area as possible, a temperature gradient is applied to each array part to melt the thin film, and then the substrate temperature is lowered while maintaining the temperature gradient to perform recrystallization. The method to be used is used. For this reason, using a phase shift mask with an appropriate pattern, the transmitted light having the light intensity distribution of the reverse peak pattern is generated, and the light intensity of the laser beam irradiated on the substrate surface has a spatial distribution, and the lateral direction A method of giving a temperature gradient in the (horizontal direction) is adopted. By this method, in the non-irradiation period after the laser beam irradiation, the temperature of each part of the substrate decreases based on the temperature gradient at the time of melting, and the solid-liquid interface moves sequentially from the low temperature part to the high temperature part, Lateral crystal growth occurs. For this reason, crystal growth using a crystal portion particularly suitable for growth as a seed is expanded from the first generated polycrystalline portion, and a large single crystal region is obtained. In some cases, a plurality of single crystal regions may be formed, but even in this case, the size of the grown crystal is usually larger than the size of the channel region of the thin film transistor. By this method, an array having a plurality of substantially rectangular single-crystal regions 401 each having a size of about 4 μm on a side can be obtained.

次に、例えば位相シフトマクを使用した上記再結晶工程を、図17およびを参照して説明する。図17(A)に示す位相シフトマスク510は、透明媒質、例えば、石英基材に厚さの異なる互いに隣合う領域を設けたものである。そして、これら領域間の段差部(位相シフト部)510aの境界で、入射するレーザ光線を回折並びに干渉させる。このようにして入射したレーザ光線の強度について周期的な空間分布を付与するものである。   Next, the recrystallization process using, for example, a phase shift macro will be described with reference to FIG. A phase shift mask 510 shown in FIG. 17A is a transparent medium, for example, a quartz substrate provided with regions adjacent to each other with different thicknesses. Then, the incident laser beam is diffracted and interfered at the boundary of the stepped portion (phase shift portion) 510a between these regions. Thus, a periodic spatial distribution is given to the intensity of the incident laser beam.

この位相シフトマスク510は、隣接するパターンが逆位相(180°のずれ)となるように構成される。即ち、交互に配列された領域は、位相がπの第1のストリップ領域(位相領域)510bと、位相が0の第2のストリップ領域(位相領域)510cとからなる。これらストリップ領域(位相シフト線領域)はこの例では10μmの幅を有する。具体的には、この位相シフトマスク510は、屈折率が1.5の矩形の石英基板を248nmの光に対して位相がπに相当する深さ、即ち248nmの深さにパターンエッチングして作製する。このエッチングにより薄く形成された領域が第1のストリップ領域510bとなり、エッチングされない領域が第2のストリップ領域510cとなる。   The phase shift mask 510 is configured such that adjacent patterns are in reverse phase (180 ° shift). That is, the alternately arranged regions are composed of a first strip region (phase region) 510b having a phase of π and a second strip region (phase region) 510c having a phase of 0. These strip regions (phase shift line regions) have a width of 10 μm in this example. Specifically, the phase shift mask 510 is manufactured by pattern-etching a rectangular quartz substrate having a refractive index of 1.5 to a depth corresponding to π with respect to 248 nm light, that is, a depth of 248 nm. To do. The region formed thin by this etching becomes the first strip region 510b, and the region not etched becomes the second strip region 510c.

このような構成の位相シフトマスク510においては、厚い第2の位相領域510cを通過したレーザ光は、薄い第1の位相領域510bを通過したレーザ光に比較して180°遅れる。この結果、レーザ光間で、干渉と回折とが生じ、図17Bに示すような逆ピークパターン状のレーザ光の強度分布530が得られる。即ち、位相シフト部を通過した光は、隣接する透過光相互が逆位相となるため、これら領域間の対応する位置で光強度が最小、例えば0となる。このため、光強度が最小の部分の温度が最も低くなり、基板表面に周期的な温度分布540が形成される。   In the phase shift mask 510 having such a configuration, the laser beam that has passed through the thick second phase region 510c is delayed by 180 ° compared to the laser beam that has passed through the thin first phase region 510b. As a result, interference and diffraction occur between the laser beams, and an intensity distribution 530 of the reverse peak pattern laser beam as shown in FIG. 17B is obtained. That is, the light that has passed through the phase shift unit has a light intensity that is minimum, for example, 0, at a corresponding position between these regions because adjacent transmitted lights are in opposite phases. For this reason, the temperature of the part where the light intensity is minimum is lowest, and a periodic temperature distribution 540 is formed on the substrate surface.

レーザ光の照射が停止されると、まずこの温度の最小の部分341もしくはこれの近傍の領域において温度が融点以下となり、半導体が再結晶化する際に核となる多数の多結晶が発生する。このためこの温度の最小の部分541においては最初は多結晶が生成される。しかし、温度傾斜により順次結晶が成長する間に、特に成長に適した結晶方位を有する結晶部分の成長が拡大し、このため各温度傾斜部542において実質的に単結晶の領域が得られる。   When the irradiation with the laser beam is stopped, first, the temperature becomes the melting point or lower in the minimum temperature portion 341 or a region in the vicinity thereof, and a large number of polycrystals serving as nuclei are generated when the semiconductor is recrystallized. For this reason, in the minimum part 541 of this temperature, a polycrystal is produced | generated initially. However, during the sequential growth of the crystal due to the temperature gradient, the growth of the crystal portion having a crystal orientation particularly suitable for the growth is expanded, so that a substantially single crystal region is obtained in each temperature gradient portion 542.

この説明においては、位相シフトマスク510は、図17Aおよび図17Bに示されるように位相シフト部が互いに平行な複数の直線状になっているもので説明したが、これに限定されることはない。例えば、位相シフト線を直交させ、位相が0とπの部分を市松格子状に配列させることも可能である(図示せず)。この場合は、位相シフト線に沿って格子状の光強度0の領域ができる。このために、結晶の核はこの線上の任意の位置で発生するので、結晶粒の位置、形の制御が難しくなる場合がある。   In this description, the phase shift mask 510 is described as having a plurality of linearly parallel phase shift portions as shown in FIGS. 17A and 17B, but is not limited thereto. . For example, it is possible to make the phase shift lines orthogonal and to arrange the portions of the phases 0 and π in a checkered pattern (not shown). In this case, a lattice-like region having a light intensity of 0 is formed along the phase shift line. For this reason, crystal nuclei are generated at an arbitrary position on this line, and it may be difficult to control the position and shape of the crystal grains.

結晶核の発生を制御するためには、光強度が0となる領域は所定の周期で点状に分布して形成されることが望ましい。このための1方法として、例えば直交する位相シフト線の各位相シフト量はそれぞれ180°未満にする。この場合、各位相シフト線に対応する位置においては光強度は減少するものの完全には0にはならない。しかし、以下に述べるようにシフト量の適切な選択により、位相シフト線の交点の周囲の複素透過率の和を0にすることが可能である。この場合はこの交点に対応する位置の光強度を0にすることができる。   In order to control the generation of crystal nuclei, it is desirable that the region where the light intensity is zero is formed in a dot-like manner with a predetermined period. As one method for this purpose, for example, each phase shift amount of orthogonal phase shift lines is less than 180 °. In this case, although the light intensity is reduced at the position corresponding to each phase shift line, it is not completely zero. However, as described below, the sum of complex transmittances around the intersection of the phase shift lines can be made zero by appropriately selecting the shift amount. In this case, the light intensity at the position corresponding to this intersection can be made zero.

この一例を図17Cを参照して説明する。位相シフトマスク570は、各組が図17に示されるような厚さの異なる4つの正方形の領域550e、550f、550g、550hにより構成されている正方形のパターン552からなる複数の組を有する。各組においては、図17Cに示されるように、第1の領域550eが一番薄く、位相が0となっている。第4の領域550hは一番厚く、位相が第1の領域550eとは3π/2ずれている。これら領域550e,550hの厚さとの間の厚さを有する第2、第3の領域550f,550gは、第1の領域に対して位相がπ/2、πと夫々ずれている。   An example of this will be described with reference to FIG. 17C. The phase shift mask 570 has a plurality of sets each formed of a square pattern 552 including four square regions 550e, 550f, 550g, and 550h having different thicknesses as shown in FIG. In each set, as shown in FIG. 17C, the first region 550e is the thinnest and the phase is zero. The fourth region 550h is the thickest and the phase is shifted by 3π / 2 from the first region 550e. The second and third regions 550f and 550g having a thickness between the thicknesses of the regions 550e and 550h are shifted from the first region by π / 2 and π, respectively.

このようなマスクにおいては、第1ないし第4の領域が隣り合う部分、即ち、正方形のパターンの中心点551が、強度0の領域となる。従って、この点が結晶成長の核となる。図17Cにおいてパターンの中心点即ち各格子点551を強度0の領域とすることができる。このため結晶粒の発生位置を容易に制御できる。このような位相シフトマスクを使用した技術は、特願2002−120312号を基礎出願とし、本願人と同じ出願人による2003年3月19日出願の国際出願PCT/JP03/03366の明細書に記載されている。   In such a mask, a portion where the first to fourth regions are adjacent to each other, that is, a center point 551 of a square pattern is a region having zero intensity. Therefore, this point becomes the nucleus of crystal growth. In FIG. 17C, the center point of the pattern, that is, each lattice point 551 can be set as a zero intensity region. For this reason, the generation | occurrence | production position of a crystal grain can be controlled easily. The technology using such a phase shift mask is described in the specification of international application PCT / JP03 / 03366 filed on March 19, 2003 by the same applicant as the basic application of Japanese Patent Application No. 2002-12312. Has been.

(実施の形態3)
図18は単結晶Si膜を形成するために用いた他の位相シフとマスク560の断面図と光強度分布の模式図である。この位相シフトマスク560は例えば石英板561上にSiOで構成された所定のサイズの複数の凸パターン562が所定の密度で配置された構造を有する。この位相シフタ560に空間的に均一化されたレーザ光563を通過させることにより、多層基板(図示せず)の照射面に、鋸歯状の繰り返しパターンの光強度分布564を形成することができる。
(Embodiment 3)
FIG. 18 is a cross-sectional view of another phase shift used for forming a single crystal Si film, a mask 560, and a schematic diagram of a light intensity distribution. The phase shift mask 560 has a structure in which, for example, a plurality of convex patterns 562 of a predetermined size made of SiO 2 are arranged at a predetermined density on a quartz plate 561. By passing the spatially uniform laser beam 563 through the phase shifter 560, a light intensity distribution 564 having a sawtooth repetitive pattern can be formed on the irradiation surface of a multilayer substrate (not shown).

この実施の形態では、凸パターン562の繰り返しのピッチLxは10μmとしたが、この値は設計により所望の値に設定可能である。図18の光強度分布564は傾斜の異なる一対の直線部565、566により各鋸の歯の部分が形成されている。なお、光度分布はかかる鋸歯状の分布に限定されるものではなく、結晶化に適する任意の光度分布を採用
することができる。
In this embodiment, the repeated pitch Lx of the convex pattern 562 is 10 μm, but this value can be set to a desired value by design. In the light intensity distribution 564 of FIG. 18, each saw tooth portion is formed by a pair of linear portions 565 and 566 having different inclinations. The luminous intensity distribution is not limited to such a sawtooth distribution, and any luminous intensity distribution suitable for crystallization can be adopted.

図19は本発明により形成された結晶化されたSi膜の表面SEM像である。かかるレーザ光の照射により多層基板を加熱し半導体膜を溶融した後、レーザ光の照射を停止して降温することにより、半導体膜を結晶化させる。この際に、溶融再結晶化はレーザ強度の低い領域から高い領域向かって(図19の上から下に)起こる。その結果、結晶化開始部570では多結晶状態であるが、基板水平方向に結晶成長が進むに従い結晶化容易な方向性を有する結晶粒が次第に大きくなる。このため、後に形成されるTFTの寸法を超える単結晶粒の集合とすることが可能である。結晶化が進み、隣接する結晶化領域と衝突する結晶化終了部571近傍では多結晶となる。   FIG. 19 is a surface SEM image of the crystallized Si film formed according to the present invention. After the multilayer substrate is heated by such laser light irradiation to melt the semiconductor film, the laser light irradiation is stopped and the temperature is lowered to crystallize the semiconductor film. At this time, melt recrystallization occurs from a low laser intensity region to a high region (from the top to the bottom in FIG. 19). As a result, the crystallization start portion 570 is in a polycrystalline state, but as crystal growth proceeds in the horizontal direction of the substrate, crystal grains having directivity that facilitates crystallization gradually increase. For this reason, it is possible to make a collection of single crystal grains exceeding the dimensions of the TFT formed later. In the vicinity of the crystallization end portion 571 where crystallization progresses and collides with an adjacent crystallization region, it becomes polycrystalline.

上記実施形態では、結晶化のためのレーザ光としてパルス状の紫外レーザ光の例について説明したが、レーザ光は、非晶質半導体(シリコン)薄膜が溶融するエネルギーのレーザ光を出射すればよく、連続発振型レーザ光を使用してもよい。連続発振型レーザ光を使用した結晶化装置は、レーザ光源と非晶質半導体(シリコン)薄膜とを相対的に移動させた状態で連続発振型レーザ光を出射することにより大粒径の結晶化領域を形成することができる。   In the above embodiment, an example of a pulsed ultraviolet laser beam as a laser beam for crystallization has been described. However, the laser beam only needs to emit a laser beam having an energy for melting an amorphous semiconductor (silicon) thin film. Alternatively, continuous wave laser light may be used. Crystallizers using continuous wave laser light crystallize large grains by emitting continuous wave laser light with the laser light source and the amorphous semiconductor (silicon) thin film relatively moved. Regions can be formed.

上記実施形態においては結晶化領域の大きさは、少なくとも各トランジスタのチャネル領域(活性層)が一つの結晶化領域内に形成される大きさである。   In the above embodiment, the size of the crystallization region is such that at least the channel region (active layer) of each transistor is formed in one crystallization region.

図19にはこの膜上に配置したバイポーラトランジスタのパターンイメージを示す。トランジスタは電流が流れるコレクタ、エミッタ方向と結晶成長方向を平行となるように配置してある。このようにすることにより、キャリアの流れが結晶粒界によって妨げられることがないのでより良好な特性が得られる。また、本配置ではコレクタを結晶成長開始点に近く、エミッタを結晶成長終了点に近くなるように配置した。このような配置を以下Forward配置と定義する、コレクタとエミッタの位置を交換した配置をReverse配置と定義する。   FIG. 19 shows a pattern image of a bipolar transistor arranged on this film. The transistors are arranged so that the collector and emitter directions through which current flows are parallel to the crystal growth direction. By doing so, the carrier flow is not hindered by the crystal grain boundaries, so that better characteristics can be obtained. In this arrangement, the collector is arranged close to the crystal growth start point and the emitter is arranged close to the crystal growth end point. Hereinafter, such an arrangement is defined as a forward arrangement, and an arrangement in which the positions of the collector and the emitter are exchanged is defined as a reverse arrangement.

図20は、図19のトランジスタのForward配置とReverse配置におけるGummelプロットである。Forward配置(図20a)の方がReverse配置(図20b)に比べ、電流増幅率が大きい。図21はそれぞれの配置での電流増幅率βをベースーエミッタ間電圧Vbsに対してプロットした図である。Forward配置ではβは30近い値となっているのに対し、Reverse配置ではβは6程度にとどまる。この結果から、コレクタを結晶成長開始点に近く、エミッタを結晶成長終了点に近くなるように配置した方がより良好なトランジスタ特性が得られ望ましい。このような特性の非対称性はベース-コレクタ接合とベース-エミッタ接合で電気特性が異なることに起因すると考えられる。   FIG. 20 is a Gummel plot in the Forward arrangement and the Reverse arrangement of the transistor of FIG. The forward arrangement (FIG. 20a) has a larger current amplification factor than the reverse arrangement (FIG. 20b). FIG. 21 is a diagram in which the current amplification factor β in each arrangement is plotted against the base-emitter voltage Vbs. In the Forward arrangement, β is a value close to 30, whereas in the Reverse arrangement, β is only about 6. From this result, it is desirable that better transistor characteristics can be obtained by arranging the collector close to the crystal growth start point and the emitter close to the crystal growth end point. This asymmetry of characteristics is thought to be due to the difference in electrical characteristics between the base-collector junction and the base-emitter junction.

図22は同じ素子でベース-コレクタ接合とベース-エミッタ接合のダイオード特性を示す。べース-コレクタ接合の方が、逆方向リーク電流が大きく、順方向特性のn値も大きく、再結合中心としてはたらく欠陥密度がべース-コレクタ接合の方が大きいことが分かる。これは、図19のSEM像から分かるように、横方向結晶成長の進行に伴い結晶粒の幅が大きくなるため結晶成長終了点に近づくに従って結晶粒界の密度が小さくなるためと考えられる。以上のように、一方向に成長させた結晶上にバイポーラトランジスタを形成する場合はコレクタを結晶成長開始点に近く、エミッタを結晶成長終了点に近くなるように形成することでより大きな電流増幅率を得ることが出来る。   FIG. 22 shows the diode characteristics of the base-collector junction and the base-emitter junction of the same element. It can be seen that the base-collector junction has a larger reverse leakage current and a larger forward characteristic n value, and the base-collector junction has a higher defect density acting as a recombination center. As can be seen from the SEM image in FIG. 19, the width of the crystal grain increases with the progress of the lateral crystal growth, so the density of the crystal grain boundary decreases as the crystal growth end point is approached. As described above, when a bipolar transistor is formed on a crystal grown in one direction, a larger current amplification factor can be obtained by forming the collector close to the crystal growth start point and the emitter close to the crystal growth end point. Can be obtained.

図23は図19と同じ形態を持つ結晶上に配置したMОSトランジスタの平面模式図である。トランジスタは電流が流れるソース−ドレイン方向と結晶成長方向を平行となるように配置してある。このようにすることにより、キャリアの流れが結晶粒界によって妨げられることがないのでより良好な特性が得られる。また、本配置ではドレインを結晶成長開始点に近く、ソースを結晶成長終了点に近くなるように配置した。このような配置をバイポーラトランジスタの場合と同様に以下Forward配置と定義する、ドレインとソースの位置を交換した配置を同様にReverse配置と定義する。図24はこのように配置されたMОSトランジスタの断面透過電子顕微鏡像である。   FIG. 23 is a schematic plan view of a MOS transistor arranged on a crystal having the same form as FIG. The transistors are arranged so that the source-drain direction in which current flows and the crystal growth direction are parallel. By doing so, the carrier flow is not hindered by the crystal grain boundaries, so that better characteristics can be obtained. In this arrangement, the drain is arranged close to the crystal growth start point and the source is arranged close to the crystal growth end point. Similar to the bipolar transistor, such an arrangement is hereinafter defined as a forward arrangement, and an arrangement in which the drain and source positions are exchanged is similarly defined as a reverse arrangement. FIG. 24 is a cross-sectional transmission electron microscope image of the MOS transistor thus arranged.

図25はこのように作製されたMОSトランジスタのID−VG特性をソース、ドレイン電圧を0.1Vから5,1Vの間で変化させながらForward配置およびReverse配置で測定した結果である。図26は図25の結果からトランジスタのしきい電圧Vthをドレイン電圧の関数としてプロットした結果である。   FIG. 25 shows the results of measurement in the forward arrangement and the reverse arrangement while changing the ID-VG characteristics of the MOS transistor fabricated in this way while changing the source and drain voltages between 0.1V and 5,1V. FIG. 26 is a result of plotting the threshold voltage Vth of the transistor as a function of the drain voltage from the result of FIG.

Reverse配置ではVthのドレイン電圧依存性は小さいが、Forward配置ではドレイン電圧の増大と共にVthは低下し、ドレイン電圧0,5V以上ではVthは負の値となっている。また、ゲート電圧を負の領域でのリーク電流のドレイン電圧依存性がForward配置の方が大きいことが分かる。   In the Reverse arrangement, the dependency of Vth on the drain voltage is small, but in the Forward arrangement, Vth decreases as the drain voltage increases, and when the drain voltage is 0.5 V or more, Vth is a negative value. It can also be seen that the drain voltage dependency of the leakage current in the negative region of the gate voltage is larger in the forward arrangement.

Vthの低下はドレイン接合漏洩電流に起因するボディの電位変調によると考えられる。Forward配置における中程度のVd領域における緩やかに低下するVthはドレイン漏洩およびインパクトイオン化の双方によるボディ電位変調に関連していると考えられる。Forward配置およびReverse配置間のVthの低下の程度の相違は2つの配列間のボディ電位変調の強さが異なることを示している。   It is considered that the decrease in Vth is due to the body potential modulation caused by the drain junction leakage current. The slowly decreasing Vth in the medium Vd region in the Forward arrangement is considered to be related to body potential modulation due to both drain leakage and impact ionization. The difference in the degree of decrease in Vth between the Forward arrangement and the Reverse arrangement indicates that the intensity of body potential modulation between the two arrangements is different.

Vthがドレイン電圧の増大と共に低下すると、実際に回路内で使用するドレイン電圧で大きな貫通電流が流れることになり望ましくない。このようなVthのドレイン電圧依存性の非対称性は、図21や図22に示したドレイン接合とソース接合でのリーク電流や電流増幅率βの非対称性によることが詳細な解析により判明している。図21はVbsに対するβの変化について示す。βはForward配置およびReverse配置の間で約5倍異なることに注目願いたい。接合の漏洩電流およびバイポーラ利得の双方が相異するため、ソースとドレインを交代した場合においてVthの低下について非対称性をもたらすものと考えられる。   When Vth decreases as the drain voltage increases, a large through current flows at the drain voltage actually used in the circuit, which is not desirable. Detailed analysis reveals that this asymmetry of the Vth drain voltage dependency is due to the leakage current and the current amplification factor β asymmetry in the drain junction and the source junction shown in FIGS. . FIG. 21 shows changes in β with respect to Vbs. Note that β differs about 5 times between the Forward and Reverse configurations. Since both the leakage current of the junction and the bipolar gain are different, it is considered that when the source and the drain are changed, an asymmetry is caused with respect to a decrease in Vth.

この結果から、一方向に成長させた結晶上にMОSトランジスタを形成する場合は、ソースを結晶成長開始点に近く、ドレインを結晶成長終了点に近くなるように形成することでVthのドレイン電圧依存性やドレインリーク電流より小さく出来るため望ましい。   From this result, when a MOS transistor is formed on a crystal grown in one direction, the source is close to the crystal growth start point and the drain is close to the crystal growth end point, so that Vth depends on the drain voltage. It is desirable because it can be smaller than the drainage current and drainage current.

(実施の形態4)
図1Aや図6に示したガラス基板上のラテラルバイポーラトランジスタ100あるいはハイブリッドトランジスタ200は、前述したように、通常のバイポーラトランジスタとは違い、大きな駆動電流が必要な回路で用いるのではなく、比較的小さい電流を増幅するのに適したものである。そのような特徴を利用したディスプレイデバイス600への応用として、電流駆動型のシリアルインターフェイスが考えられる。図27にそのような電流駆動型インターフェイスのフロントエンド回路601の一例を示す。
(Embodiment 4)
As described above, the lateral bipolar transistor 100 or the hybrid transistor 200 on the glass substrate shown in FIGS. 1A and 6 is not used in a circuit that requires a large drive current, unlike a normal bipolar transistor. It is suitable for amplifying a small current. As an application to the display device 600 using such features, a current-driven serial interface can be considered. FIG. 27 shows an example of the front-end circuit 601 of such a current drive type interface.

画像の精細度や色数が増大すると、それだけ伝送すべきデータ量も増大する。しかし、一方で画像表示のリフレッシュ速度は一定であるため、データ量が増えれば、伝送路602のクロック周波数を高くする必要がある。このように、伝送路602の周波数が高くなると、不要な電磁輻射が伝送路から放射され電磁干渉(EMI)により外部機器にノイズをもたらすという問題が生ずる。こために、LVDS(Low Voltage Differential Signaling)等で知られる、低電圧の差動駆動によりEMIを低下させる手法が採用されている。そのような技術の一例は例えば特開2002−176350号に開示されている。   As the image definition and the number of colors increase, the amount of data to be transmitted increases accordingly. However, since the refresh rate of the image display is constant, the clock frequency of the transmission line 602 needs to be increased as the amount of data increases. Thus, when the frequency of the transmission line 602 increases, there arises a problem that unnecessary electromagnetic radiation is radiated from the transmission line and causes noise to an external device due to electromagnetic interference (EMI). For this purpose, a technique known as LVDS (Low Voltage Differential Signaling) or the like is used to reduce EMI by low voltage differential driving. An example of such a technique is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-176350.

また、EMIをさらに効果的に低減できる伝送方式として近年、電流駆動によるシリアルインターフェイスが提案されている。一例が特開2003−76345号に開示されている。図27に示した回路はシステム側から2値の電流信号Isigが供給されることを想定し、これを入力インタフェース回路(IF)603で受け電圧信号に変換し、レベルシフト回路604で電圧増幅を行い、これを以降のシリアルパラレル変換回路605に送り出す構成となっている。ここで、入力インターフェイス回路の入力部にラテラルバイポーラトランジスタを用いている点に特徴がある。 In recent years, a current-driven serial interface has been proposed as a transmission method that can more effectively reduce EMI. An example is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-76345. The circuit shown in FIG. 27 assumes that a binary current signal Isig is supplied from the system side, converts this into a received voltage signal by an input interface circuit (IF) 603, and performs voltage amplification by a level shift circuit 604. This is sent to the subsequent serial-parallel conversion circuit 605. Here, a feature is that a lateral bipolar transistor is used in the input portion of the input interface circuit.

図28に入力インタフェース回路(IF)603、レベルシフト回路604の回路構成例を示す。入力部はエミッタ接地のラテラルバイポーラトランジスタQ1とゲート接地のMOSトランジスタM1をカスコード接続した構成となってる。Q1において入力信号Isigを電流増幅する。M1と負荷抵抗Rdにより電圧信号に変換する。その後この電圧信号はCMOSインバータからなるレベルシフト回路604に入力される。入力に電流を直接増幅できるバイポーラトランジスタQ1を用いることにより、入力される信号電流Isigのレベルをより小さくできる。このため、信号送信システム側での消費電力を低減できる。   FIG. 28 shows a circuit configuration example of the input interface circuit (IF) 603 and the level shift circuit 604. The input section has a configuration in which a grounded lateral bipolar transistor Q1 and a grounded MOS transistor M1 are cascode-connected. In Q1, the input signal Isig is amplified. The voltage signal is converted by M1 and the load resistance Rd. Thereafter, this voltage signal is input to a level shift circuit 604 composed of a CMOS inverter. By using the bipolar transistor Q1 capable of directly amplifying the current at the input, the level of the input signal current Isig can be further reduced. For this reason, the power consumption on the signal transmission system side can be reduced.

図29は図28の回路における、入力電流信号Isig、ラテラルバイポーラトランジスタQ1に流れるコレクタ電流Icおよびレベルシフト回路604の出力電圧Voutの信号波形と示す。Isigのレベルは0〜70μAと非常に小さいため、EMIは極小化されている。また、4トランジスタからなる極めて簡単な回路で0〜70μAの電流信号を0〜3Vの電圧信号に変換できる。   FIG. 29 shows signal waveforms of the input current signal Isig, the collector current Ic flowing through the lateral bipolar transistor Q1, and the output voltage Vout of the level shift circuit 604 in the circuit of FIG. Since the level of Isig is as very small as 0 to 70 μA, EMI is minimized. In addition, a current signal of 0 to 70 μA can be converted into a voltage signal of 0 to 3 V with a very simple circuit comprising four transistors.

本実施例では入力インタフェイス回路603にラテラルバイポーラトランジスタとMOSトランジスタのカスコード接続回路を、レベルシフト回路604にはCMOSインバータを用いた。しかし、回路構成はこれらに限定されるものではなく、一般的な差動増幅回路等も用いることができる。   In this embodiment, a cascode connection circuit of a lateral bipolar transistor and a MOS transistor is used for the input interface circuit 603, and a CMOS inverter is used for the level shift circuit 604. However, the circuit configuration is not limited to these, and a general differential amplifier circuit or the like can also be used.

図30は図27に示すインターフェイス回路603を具備した液晶表示装置全体の構成図である。インターフェイス回路603は、映像信号だけでなく、クロック信号Iclk、制御信号等を電流信号として受け、電圧信号に変換する。レベルシフト回路604を経て適正な電圧レベルに調整された後、映像信号はシリアルパラレル変換回路605によりパラレル信号化される。またクロック信号Iclkはパラレル化の程度に応じて分周回路612により分周され、タイミングコントローラ606に送られる。またパラレル化された映像信号はバッファメモリ607を経て分周されたクロック信号とともに水平ドライバ回路608に送られる、水平ドライバ回路608で適切なタイミングで映像信号をラッチし、これを信号線毎に設けたDA変換回路609に送りアナログ信号に変換して表示部に供給される。表示部では垂直走査回路610から供給される走査信号によって各画素に設けられたスイッチトランジスタ611がオン、オフされ水平ドライバ回路からのアナログ電圧を液晶層に供給しアクティブマトリクス表示部614により画像表示が行われる。   FIG. 30 is a block diagram of the entire liquid crystal display device including the interface circuit 603 shown in FIG. The interface circuit 603 receives not only a video signal but also a clock signal Iclk, a control signal, and the like as a current signal and converts it into a voltage signal. After being adjusted to an appropriate voltage level via the level shift circuit 604, the video signal is converted into a parallel signal by the serial / parallel conversion circuit 605. The clock signal Iclk is frequency-divided by the frequency dividing circuit 612 according to the degree of parallelization and sent to the timing controller 606. The parallelized video signal is sent to the horizontal driver circuit 608 together with the clock signal divided through the buffer memory 607. The horizontal driver circuit 608 latches the video signal at an appropriate timing, and this is provided for each signal line. The analog signal is sent to the DA converter circuit 609 and supplied to the display unit. In the display unit, the switch transistor 611 provided in each pixel is turned on and off by the scanning signal supplied from the vertical scanning circuit 610, the analog voltage from the horizontal driver circuit is supplied to the liquid crystal layer, and the active matrix display unit 614 displays an image. Done.

図30は液晶表示装置620の全体鳥瞰図である。図31は液晶表示装置620の断面図を示す。透明絶縁基板621および622の間に液晶材料623が配置される。透明絶縁基板621には、図27のアクティブマトリクス回路によりそれぞれ駆動されるマトリクス状に配置された複数の画素電極624が形成されている。透明絶縁基板622には対向電極625が配置されている。図27のスイッチトランジスタ611によって各画素電極624の電位が制御される。対向電極625と各画素電極624の間に配置された液晶材料623にかかる電位が制御されることにより、液晶材料623の光学特性が制御される。   FIG. 30 is a bird's-eye view of the entire liquid crystal display device 620. FIG. 31 is a cross-sectional view of the liquid crystal display device 620. A liquid crystal material 623 is disposed between the transparent insulating substrates 621 and 622. On the transparent insulating substrate 621, a plurality of pixel electrodes 624 arranged in a matrix driven by the active matrix circuit of FIG. 27 are formed. A counter electrode 625 is disposed on the transparent insulating substrate 622. The potential of each pixel electrode 624 is controlled by the switch transistor 611 in FIG. By controlling the potential applied to the liquid crystal material 623 disposed between the counter electrode 625 and each pixel electrode 624, the optical characteristics of the liquid crystal material 623 are controlled.

電流駆動型入力インターフェイスを採用し、さらに表示装置側の入力回路にラテラルバイポーラトランジスタQ1を用いることで、従来より低い信号レベルで信号伝送できるためEMIの低減およびシステム全体の消費電力を低減できる。また、本方式は電流インターフェイスの低EMI性から伝送周波数を高くできるためより、高精細、多階調の液晶表示装置に好適である。   By adopting a current drive type input interface and using the lateral bipolar transistor Q1 in the input circuit on the display device side, signal transmission can be performed at a signal level lower than that of the prior art, so that EMI can be reduced and the power consumption of the entire system can be reduced. Further, since this method can increase the transmission frequency due to the low EMI property of the current interface, it is more suitable for a high-definition, multi-gradation liquid crystal display device.

また、本実施の形態においては、電流駆動による信号伝送をディスプレイ外部システムとディスプレイ基板の間の伝送路に適用した例を説明したが、本発明はこれに限定されず、アクティブマトリクス基板内の回路ブロック内での信号伝送にも用いることが可能である。例えば、水平ドライバ回路が複数のブロックに分けて構成される場合、各ブロック間の信号伝送に用いることもできる。   In the present embodiment, the example in which the signal transmission by current drive is applied to the transmission path between the display external system and the display substrate is described. However, the present invention is not limited to this, and the circuit in the active matrix substrate is used. It can also be used for signal transmission within a block. For example, when the horizontal driver circuit is divided into a plurality of blocks, it can be used for signal transmission between the blocks.

(実施の形態5)
図32は、本発明の第5の実施の形態にかかるアクティブマトリクス型表示装置の構成図である。無アルカリガラス基板701上に複数の走査配線702と複数の映像信号配線703とがマトリクスを構成するように配置され、それらの配線で規定される矩形の画素領域内に2個のP型薄膜トランジスタと容量素子が配置されてなるTFTアクティブマトリクス表示部707と、これを駆動するために、TFTで構成された走査回路704および信号供給回路705が配置される。本実施の形態は、有機LED素子に電流を供給し発光させることによって表示動作を行うものであり、有機LED素子への電流供給源706が同一基板上に形成されTFTアクティブマトリクス表示部707内のトランジスタに電流供給配線708によって電流が供給される構成を持つ。
(Embodiment 5)
FIG. 32 is a configuration diagram of an active matrix display device according to the fifth embodiment of the present invention. A plurality of scanning wirings 702 and a plurality of video signal wirings 703 are arranged on an alkali-free glass substrate 701 so as to form a matrix, and two P-type thin film transistors are arranged in a rectangular pixel region defined by these wirings. A TFT active matrix display unit 707 in which capacitive elements are arranged, and a scanning circuit 704 and a signal supply circuit 705 made up of TFTs are arranged to drive the TFT active matrix display unit 707. In the present embodiment, a display operation is performed by supplying a current to an organic LED element to emit light, and a current supply source 706 to the organic LED element is formed on the same substrate, and the TFT active matrix display unit 707 is provided. A current is supplied to the transistor by a current supply wiring 708.

外部から供給される電源電圧DCを変換してこれらの駆動回路に必要な電圧として供給するためのDC−DCコンバータ回路709および、映像データ、制御信号等を受け取り、必要な処理を行い駆動回路704、705に供給するタイミングコントロール回路710がやはりTFTにより構成されてガラス基板上に集積されている。   A DC-DC converter circuit 709 for converting the power supply voltage DC supplied from the outside and supplying it as a necessary voltage to these drive circuits, video data, control signals, and the like are received, and necessary processing is performed. , 705, the timing control circuit 710 is also constituted by TFTs and integrated on the glass substrate.

本実施の形態においては、外部からの圧縮された画像データを受信するための素子として金属薄膜で構成されたインダクタ711がTFTアクティブマトリクス表示部707の外のガラス基板上の領域に形成され、このインダクタ711は信号増幅回路712および圧縮データを展開するための展開回路とを含むデータ処理回路に接続されている。またデータ処理回路に隣接し、圧縮された画像データを一端蓄積し、かつ、データ展開処理時に利用される半導体メモリ回路713がTFTが形成されている。これらの回路、メモリ回路713は全て、ガラス基板上に形成されたTFTで構成されている。   In the present embodiment, an inductor 711 made of a metal thin film is formed in a region on the glass substrate outside the TFT active matrix display portion 707 as an element for receiving compressed image data from the outside. The inductor 711 is connected to a data processing circuit including a signal amplification circuit 712 and a decompression circuit for decompressing the compressed data. Further, a TFT is formed in the semiconductor memory circuit 713 adjacent to the data processing circuit, which once stores the compressed image data and is used at the time of data expansion processing. These circuits and the memory circuit 713 are all composed of TFTs formed on a glass substrate.

図33はディスプレイ基板上のインダクタ素子711と、データ送信側システムを構成する基板714上に形成された別のインダクタ素子TLによって構成される誘導結合性の非接触伝送路の断面模式図を示す。   FIG. 33 is a schematic cross-sectional view of an inductive coupling non-contact transmission line constituted by an inductor element 711 on the display substrate and another inductor element TL formed on the substrate 714 constituting the data transmission side system.

システム基板714上には画像データ送信回路715と自己インダクタンスL1のインダクタ716が形成され。ディスプレイ基板上の自己インダクタンスL2インダクタ711とほぼ同軸に配置される。画像データ送信回路715からの信号電圧はこれらの間の相互インダクタンスLmを介して、インダクタ716からインダクタ711へ伝送され、データ処理回路内のTFTによって増幅されメモリに蓄積される。   On the system board 714, an image data transmission circuit 715 and an inductor 716 having a self inductance L1 are formed. The self-inductance L2 inductor 711 on the display substrate is arranged substantially coaxially. The signal voltage from the image data transmission circuit 715 is transmitted from the inductor 716 to the inductor 711 via the mutual inductance Lm therebetween, amplified by the TFT in the data processing circuit, and stored in the memory.

図34は、上記のシステムにおいてインダクタRLで受信した信号の増幅回路712にラテラルバイポーラトランジスタを用いた回路構成を示す。   FIG. 34 shows a circuit configuration in which a lateral bipolar transistor is used for the amplifier circuit 712 of the signal received by the inductor RL in the above system.

本システムでは信号伝送路は2つの対向するインダクタ716と711の間の電磁結合(結合係数k)によって形成される。送信回路では信号は送信インダクタ716に供給する電流を0〜2mAの間で変化させることで生成される。受信側インダクタ711にはIsigが変化している間のみ、Isigの電流変化率と結合係数kに比例した電流が表れる。この信号は振幅が数μAと小さく、そのままMOS型TFT回路で電圧に変換することは困難である。このため、一旦ラテラルバイポーラトランジスタQ1で電流増幅したあと、カスコード接続されたM1とRdで電圧に変換し、増幅回路717に送られ電圧増幅される。同図でR1、R2はQ1にバイアス電流を供給するための抵抗である。本回路ではインダクタ711で検出される電流の振幅が小さいためQ1にはバイアス電流を流し適切な動作点に設定しておく必要がある。   In this system, the signal transmission path is formed by electromagnetic coupling (coupling coefficient k) between two opposing inductors 716 and 711. In the transmission circuit, the signal is generated by changing the current supplied to the transmission inductor 716 between 0 and 2 mA. A current proportional to the current change rate of Isig and the coupling coefficient k appears only in the receiving-side inductor 711 while Isig is changing. This signal has a small amplitude of several μA, and it is difficult to directly convert it into a voltage by a MOS type TFT circuit. For this reason, after the current is once amplified by the lateral bipolar transistor Q1, it is converted into a voltage by the cascode-connected M1 and Rd and sent to the amplifier circuit 717 for voltage amplification. In the figure, R1 and R2 are resistors for supplying a bias current to Q1. In this circuit, since the amplitude of the current detected by the inductor 711 is small, it is necessary to set a proper operating point by supplying a bias current to Q1.

図35は、同図の入力信号送信インダクタの電流Isig、受信インダクタの電流Iinおよび増幅回路の出力電圧Voutの波形を示す。適切な信号伝送が行われていることがわかる。本実施の形態のようなインダクタを用いた非接触型の信号伝送系においてラテラルバイポーラトランジスタを用いることで、より低いレベルの信号の信号検出が可能となるので、伝送時のノイズマージンの確保、伝送速度の向上が可能となる。   FIG. 35 shows waveforms of the current Isig of the input signal transmitting inductor, the current Iin of the receiving inductor, and the output voltage Vout of the amplifier circuit in FIG. It can be seen that appropriate signal transmission is performed. By using a lateral bipolar transistor in a non-contact type signal transmission system using an inductor as in this embodiment, it becomes possible to detect a signal of a lower level signal, thus ensuring a noise margin during transmission and transmission. The speed can be improved.

(実施の形態6)
図36および図37に本発明の第6の実施の形態にかかるディスプレイ基板721および光受信回路722を示す。第1の実施の形態における容量結合による信号伝送に代え、光結合により非接触の信号伝送を行うものである。この実施の形態では伝送手段として、光伝送路を用いる。容量やインダクタの代わりに光センサをディスプレイ基板721上に集積する。図37は光センサからの信号電流を受信する回路の構成例である。この例では単結晶シリコン薄膜で構成したフォトダイオード723およびインターフェイス回路724等から構成される。インターフェイス回路724の構成は前記、第5の実施の形態と同様であり、フォトダイオード723からの電流信号を電流増幅し、電圧信号に変換した後、シリアルパラレル変換回路に送出する。
(Embodiment 6)
36 and 37 show a display substrate 721 and an optical receiver circuit 722 according to the sixth embodiment of the present invention. Instead of signal transmission by capacitive coupling in the first embodiment, non-contact signal transmission is performed by optical coupling. In this embodiment, an optical transmission line is used as the transmission means. An optical sensor is integrated on the display substrate 721 instead of the capacitor and the inductor. FIG. 37 shows a configuration example of a circuit that receives a signal current from the optical sensor. In this example, it is composed of a photodiode 723, an interface circuit 724, and the like made of a single crystal silicon thin film. The configuration of the interface circuit 724 is the same as that of the fifth embodiment, and the current signal from the photodiode 723 is subjected to current amplification, converted into a voltage signal, and then sent to the serial / parallel conversion circuit.

信号伝送手段として、光を用いることにより、電磁ノイズの影響を排除できる。また入力部にバイポーラトランジスタを用いることで良好なSN比を達成できる。このことにより、伝送速度を向上させることが できる。特に透明なガラス基板上に単結晶シリコン薄膜で構成したフォトダイオードを用いることにより、ガラス基板の表裏どちら側に送信回路を配置しても信 号を受信できるため、実装の自由度が大きくなる。   By using light as the signal transmission means, the influence of electromagnetic noise can be eliminated. Moreover, a favorable SN ratio can be achieved by using a bipolar transistor for the input section. As a result, the transmission rate can be improved. In particular, by using a photodiode composed of a single crystal silicon thin film on a transparent glass substrate, signals can be received regardless of whether the transmitter circuit is placed on the front or back side of the glass substrate, so that the degree of freedom in mounting is increased.

[産業上の利用可能性]
本発明は、携帯情報端末や携帯電話用の画像表示デバイスやパ-ソナルコンピュータ等の情報機器の画像表示装置として利用可能である。
[Industrial applicability]
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as an image display device for information equipment such as an image display device for a portable information terminal, a mobile phone, or a personal computer.

本発明の第1の実施の形態にかかる薄膜トランジスタの平面図。1 is a plan view of a thin film transistor according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態にかかる薄膜トランジスタのX−X´断面図。XX 'sectional drawing of the thin-film transistor concerning the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態にかかる薄膜トランジスタのY−Y´断面図。FIG. 4 is a YY ′ cross-sectional view of the thin film transistor according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態にかかる半導体薄膜のパターン図。1 is a pattern diagram of a semiconductor thin film according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態においてベース電極をベース層の両側から取り出した薄膜トランジスタの平面図。FIG. 3 is a plan view of the thin film transistor in which the base electrode is taken out from both sides of the base layer in the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態において、実質的なベース領域に直接ベース電極を形成した薄膜トランジスタの平面図。1 is a plan view of a thin film transistor in which a base electrode is directly formed in a substantial base region in the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態の薄膜トランジスタの入出力特性。The input / output characteristics of the thin film transistor of the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態の薄膜トランジスタのGummelプロット。4 is a Gummel plot of the thin film transistor according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に用いられる結晶アレイパターンの電子顕微鏡像。The electron microscope image of the crystal array pattern used for embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態にかかる薄膜トランジスタの平面図。The top view of the thin-film transistor concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態にかかる薄膜トランジスタのZ−Z´断面図。ZZ 'sectional drawing of the thin-film transistor concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態にかかる薄膜トランジスタのA−A´断面図。AA 'sectional view of the thin-film transistor concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態にかかる薄膜トランジスタを20個並列に接続したベース幅100ミクロンのトランジスタの一部を示す平面図。FIG. 6 is a plan view showing a part of a transistor having a base width of 100 microns in which 20 thin film transistors according to a second embodiment of the present invention are connected in parallel. 本発明の第2の実施の形態の薄膜トランジスタの入出力特性。Input / output characteristics of the thin film transistor according to the second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施の形態の薄膜トランジスタのGummelプロット。The Gummel plot of the thin-film transistor of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態の薄膜トランジスタの電流増幅率のコレクタ電流依存性。The collector current dependence of the current amplification factor of the thin film transistor of the second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施の形態の薄膜トランジスタの電流増幅率と電界効果移動度の関係。The relationship between the current gain of the thin-film transistor of the 2nd Embodiment of this invention, and field effect mobility. 本発明の第2の実施の形態の薄膜トランジスタにおける、ベース長に対する固有のキャリア通過時間を示す。The characteristic carrier transit time with respect to the base length in the thin film transistor according to the second embodiment of the present invention is shown. 本発明の第1または第2の実施の形態のトランジスタと共に形成可能なMOS型薄膜トランジスタの断面図。Sectional drawing of the MOS thin-film transistor which can be formed with the transistor of the 1st or 2nd Embodiment of this invention. 図14AのMOS型薄膜トランジスタの平面図。The top view of the MOS type thin-film transistor of FIG. 14A. N−チャネル ポリーSiMOS型薄膜トランジスタおよびSOIMOS型薄膜トランジスタのゲート長に対するソース−ドレイン間のブレークダウン電圧(VBD)。Breakdown voltage (V BD ) between the source and drain with respect to the gate length of the N-channel poly-SiMOS thin film transistor and SOIMOS thin film transistor. 本発明の第1および第2の実施の形態において用いることのできる結晶アレイパターンの電子顕微鏡像。The electron microscope image of the crystal array pattern which can be used in the 1st and 2nd embodiment of this invention. 本発明の実施の形態において用いられる結晶アレイパターンの電子顕微鏡像の拡大図である。It is an enlarged view of the electron microscope image of the crystal array pattern used in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態において単結晶アレイを得るために用いられる位相シフトマスクおよび単結晶アレイを得るために用いられる位相シフト結晶化法におけるレーザ光の光度分布および温度分布を示す図である。It is a figure which shows the luminous intensity distribution and temperature distribution of the laser beam in the phase shift crystallization method used in order to obtain the phase shift mask used for obtaining a single crystal array and the single crystal array in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態において単結晶アレイを得るために用いられる位相シフトマスクを示す図である。It is a figure which shows the phase shift mask used in order to obtain a single-crystal array in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態において位相シフトマスクの断面およびレーザ光の光度分布および温度分布を示す図である。It is a figure which shows the cross section of a phase shift mask, the luminous intensity distribution of a laser beam, and temperature distribution in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態において単結晶アレイを得るために用いられる位相シフトマスクの他の例示す図である。It is a figure which shows the other example of the phase shift mask used in order to obtain a single-crystal array in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態において単結晶アレイを得るために用いられる位相シフトマスクの他の例示す図である。It is a figure which shows the other example of the phase shift mask used in order to obtain a single-crystal array in embodiment of this invention. 結晶化されたSi膜の表面SEM像である。It is a surface SEM image of the crystallized Si film. 本発明の第3の実施の形態にかかるバイポーラ薄膜トランジスタのGummelプロットである。It is a Gummel plot of the bipolar thin-film transistor concerning the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態にかかるバイポーラ薄膜トランジスタの電流増幅率βのベース電圧依存性である。It is the base voltage dependence of the current amplification factor β of the bipolar thin film transistor according to the third embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施の形態にかかるバイポーラ薄膜トランジスタのベース-エミッタ間およびベース-コレクタ間の接合特性図である。It is a junction characteristic figure between the base-emitter and the base-collector of the bipolar thin-film transistor concerning the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態にかかるSi結晶膜の電子顕微鏡像およびその上に配置されたMOS型薄膜トランジスタの模式図である。It is a schematic diagram of the electron microscope image of the Si crystal film concerning the 3rd Embodiment of this invention, and the MOS type thin-film transistor arrange | positioned on it. 本発明の第3の実施の形態にかかるMOS型薄膜トランジスタの断面透過電子顕微鏡像である。It is a cross-sectional transmission electron microscope image of the MOS type thin-film transistor concerning the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態にかかるMOS型薄膜トランジスタのID-VG特性図である。It is an ID-VG characteristic view of a MOS thin film transistor according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施の形態にかかるMOS型薄膜トランジスタのしきい電圧Vthのドレイン電圧依存性である。It is the drain voltage dependency of the threshold voltage Vth of the MOS type thin film transistor according to the third embodiment of the present invention. 本発明の第4の実施の形態にかかる液晶表示装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the liquid crystal display device concerning the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態にかかる信号インターフェイス回路構成図である。It is a signal interface circuit block diagram concerning the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態にかかる信号インターフェイス回路の入力電流、コレクタ電流、出力電圧波形である。It is the input current of the signal interface circuit concerning the 4th Embodiment of this invention, a collector current, and an output voltage waveform. 本発明の第4の実施の形態にかかる液晶表示装置の斜視図である。It is a perspective view of the liquid crystal display device concerning the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態にかかる液晶表示装置の断面図である。It is sectional drawing of the liquid crystal display device concerning the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施の形態にかかる液晶表示装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the liquid crystal display device concerning the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施の形態にかかる誘導結合性の非接触伝送路の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the inductive coupling non-contact transmission line concerning the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施の形態にかかる信号インターフェイス回路構成図である。It is a signal interface circuit block diagram concerning the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施の形態にかかる信号インターフェイス回路の信号電流、検出電流、出力電圧波形である。It is the signal current of the signal interface circuit concerning the 5th Embodiment of this invention, a detection current, and an output voltage waveform. 本発明の第6の実施の形態にかかる液晶表示装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the liquid crystal display device concerning the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施の形態にかかる信号インターフェイス回路構成図である。It is a signal interface circuit block diagram concerning the 6th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

100 … バイポーラトランジスタ、 101 … 無アルカリガラス、 102 … エミッタ、 103 … ベース、 104 … コレクタ、 105 … 半導体薄膜(Si膜)、 106 … エミッタ電極、 107 … ベース電極、 108 … コレクタ電極、 109 … SiNx膜、 110 … SiО2膜、 111 … バッファ絶縁膜、 112… パターン、 113 … コレクタコンタクト部、 114 … ベースコンタクト部、 115 … 第1の層間絶縁膜、 116 コンタクトスルーホール… 、 117 … 第2の層間絶縁膜、 118 … ベース動作領域、 200 … MOS−バイポーラハイブリッドトランジスタ、 201 … ガラス基板、 202 … SiNx膜、 203 … SiO2膜、 204 … バッファ絶縁膜、 205 … 半導体薄膜(Si膜)、 206 … エミッタ(ソース)、 207 … コレクタ(ドレインの一部)、 208 … コレクタコンタクト(ドレインの一部)、 209 … ベース(チャネル)、 210 … ベース(チャネル)コンタクト、 211 … ゲート電極、 212 … ベース(チャネル)コンタクト、 213 … 電極配線パターン、 214 … ゲート絶縁膜、 215 … 第1の層間絶縁膜、 216 … コンタクトホール、 217 … 第2の層間絶縁膜、 219 … Siパターン、 220 … ゲート(ベース)電極、 221 … エミッタ(ソース)電極221、 222… ドレイン(コレクタ)電極、 300 … MOS型TFT、 301 … ガラス基板、 321 … SiNx膜、 322 … SiO膜、 323 … シリコン単結晶領域、 324 … ソースまたはドレイン、 325 … ゲート絶縁膜、 326 … ゲート電極、 327 … 層間絶縁膜、 328 … コンタクトスルーホール、 329 … 電極配線、 330 … チャネル、 400 … 基板、 401 … 単結晶領域、 402 … 多結晶領域、 403 … 結晶粒界、 510 … 位相シフトマスク、 510a … 段差部、 510b … 第1のストリップ領域、 510c … 第2のストリップ領域、 530 … 光強度分布、 540 … 温度分布、 541 … 温度最小部分、 542 … 温度傾斜部、 550 … 位相シフトマスク、 550e、550f、550g、550h … 正方形領域、 560 … 位相シフトマスク、 561 … 石英基板、 562 … 凸パターン、 563 … レーザ光、 564 … 光強度分布、 565、566 … 直線部、 570 … 結晶化開始部、 571 … 結晶化終了部、 600 … ディスプレイデバイス、 601 … フロントエンド回路、 602 … 伝送路、 603 … 入力インタフェース回路、 604 … レベルシフト回路、 605 … シリアルパラレル変換回路、 606 … タイミングコントローラ、 607 … バッファメモリ、 608 … 水平ドライバ回路、 609 … DA変換回路、 610 … 垂直走査回路、 611 … スイッチングトランジスタ、 612 … 分周回路、 613 … バッファ分周回路、 614 … アクティブマトリクス表示部、615 … 走査配線、 616 … 映像信号配線、 617 … 基板、 618 … ラッチ回路、620 … 液晶表示装置、621,622 … 透明絶縁基板、623 … 液晶材料、624 … 画素電極、625 … 対向電極、 701 … 無アルカリガラス基板、 702 … 走査配線、 703 … 映像信号配線、 704 … 走査回路、 705 … 信号供給回路、 706 … 電流供給源、 707 … TFTアクティブマトリクス表示部、 708 … 電流供給配線、 709 … DC−DCコンバータ回路、 710 … タイミングコントロール回路、 711 … インダクタ、 712 … 信号増幅回路、 713 … 半導体メモリ回路、 714 … システム基板、 715 … 画像データ送信回路、 716 … インダクタ、 717 … 増幅回路、 721 … ディスプレイ基板、 722 …光受信回路 、 723 … フォトダイオード、 724 … インターフェイス回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Bipolar transistor, 101 ... Alkali glass, 102 ... Emitter, 103 ... Base, 104 ... Collector, 105 ... Semiconductor thin film (Si film), 106 ... Emitter electrode, 107 ... Base electrode, 108 ... Collector electrode, 109 ... SiNx 110: SiO 2 film, 111: Buffer insulating film, 112: Pattern, 113 ... Collector contact part, 114 ... Base contact part, 115 ... First interlayer insulating film, 116 Contact through hole ..., 117 ... Second interlayer Insulating film, 118 ... base operating region, 200 ... MOS-bipolar hybrid transistor, 201 ... glass substrate, 202 ... SiNx film, 203 ... SiO2 film, 204 ... buffer insulating film, 205 ... semiconductor thin film (Si film), 206 ... Emitter (source), 207 ... Collector (part of drain), 208 ... Collector contact (part of drain), 209 ... Base (channel), 210 ... Base (channel) contact, 211 ... Gate electrode, 212 ... Base (channel) contact, 213 ... electrode wiring pattern, 214 ... gate insulating film, 215 ... first interlayer insulating film, 216 ... contact hole, 217 ... second interlayer insulating film, 219 ... Si pattern, 220 ... gate ( Base) electrode 221 Emitter (source) electrode 221 222 Drain (collector) electrode 300 MOS TFT 301 Glass substrate 321 SiNx film 322 SiO 2 film 323 Silicon single crystal region 324 ... source or drain, 3 25 ... Gate insulating film, 326 ... Gate electrode, 327 ... Interlayer insulating film, 328 ... Contact through hole, 329 ... Electrode wiring, 330 ... Channel, 400 ... Substrate, 401 ... Single crystal region, 402 ... Polycrystalline region, 403 ... Grain boundary, 510 ... Phase shift mask, 510 a ... Stepped part, 510 b ... First strip area, 510 c ... Second strip area, 530 ... Light intensity distribution, 540 ... Temperature distribution, 541 ... Temperature minimum part, 542 ... Temperature gradient portion, 550 ... phase shift mask, 550e, 550f, 550g, 550h ... square region, 560 ... phase shift mask, 561 ... quartz substrate, 562 ... convex pattern, 563 ... laser light, 564 ... light intensity distribution, 565, 566 ... Straight line part, 570 ... Crystallization start part 571 ... Crystallization end part, 600 ... Display device, 601 ... Front end circuit, 602 ... Transmission path, 603 ... Input interface circuit, 604 ... Level shift circuit, 605 ... Serial / parallel conversion circuit, 606 ... Timing controller, 607 ... Buffer Memory, 608 ... Horizontal driver circuit, 609 ... DA converter circuit, 610 ... Vertical scanning circuit, 611 ... Switching transistor, 612 ... Frequency divider circuit, 613 ... Buffer frequency divider circuit, 614 ... Active matrix display unit, 615 ... Scanning wiring, 616 ... Video signal wiring, 617 ... Substrate, 618 ... Latch circuit, 620 ... Liquid crystal display device, 621, 622 ... Transparent insulating substrate, 623 ... Liquid crystal material, 624 ... Pixel electrode, 625 ... Counter electrode, 701 ... None Alkali glass substrate, 702 ... scanning wiring, 703 ... video signal wiring, 704 ... scanning circuit, 705 ... signal supply circuit, 706 ... current supply source, 707 ... TFT active matrix display section, 708 ... current supply wiring, 709 ... DC- DC converter circuit, 710 ... Timing control circuit, 711 ... Inductor, 712 ... Signal amplification circuit, 713 ... Semiconductor memory circuit, 714 ... System board, 715 ... Image data transmission circuit, 716 ... Inductor, 717 ... Amplification circuit, 721 ... Display Substrate, 722 ... Optical receiver circuit, 723 ... Photodiode, 724 ... Interface circuit

Claims (9)

絶縁基板上に形成された半導体薄膜に形成されたソース、チャネル及びドレイン領域を有し、前記チャネル領域表面には絶縁膜を介してゲート電極が形成されたMOSトランジスタと、前記MOSトランジスタと同一の絶縁基板上に形成された半導体薄膜に形成されたエミッタ、ベース、コレクタを有するラテラルバイポーラトランジスタとを少なくとも1個以上含むことを特徴とする薄膜半導体装置。 A MOS transistor having a source, a channel and a drain region formed in a semiconductor thin film formed on an insulating substrate, and a gate electrode formed on the surface of the channel region via an insulating film; and the same as the MOS transistor A thin film semiconductor device comprising at least one lateral bipolar transistor having an emitter, a base, and a collector formed on a semiconductor thin film formed on an insulating substrate. 絶縁基板上に非単結晶半導体薄膜を形成する工程と、
この非単結晶半導体薄膜に逆ピークパターン状のパルスレーザ光を照射して結晶化領域を形成する工程と、
前記結晶化領域にラテラルバイポーラ薄膜トランジスタ、MOS薄膜トランジスタの少なくとも1種の薄膜トランジスタを形成する工程と、
を具備することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
Forming a non-single crystal semiconductor thin film on an insulating substrate;
Irradiating the non-single-crystal semiconductor thin film with a pulse laser beam having a reverse peak pattern to form a crystallization region;
Forming at least one thin film transistor of a lateral bipolar thin film transistor and a MOS thin film transistor in the crystallized region;
A method for producing a thin film transistor, comprising:
絶縁基板上に形成された半導体薄膜に形成されたエミッタ、ベース、およびコレクタを有するラテラルバイポーラトランジスタにおいて、前記半導体薄膜が所定方向に結晶化された半導体薄膜であるラテラルバイポーラ薄膜トランジスタ。 A lateral bipolar thin film transistor having an emitter, a base, and a collector formed on a semiconductor thin film formed on an insulating substrate, wherein the semiconductor thin film is a semiconductor thin film crystallized in a predetermined direction. 前記ラテラルバイポーラトランジスタのキャリアの移動方向が前記半導体薄膜の結晶化の方向である請求項3記載のラテラルバイポーラ薄膜トランジスタ。 4. The lateral bipolar thin film transistor according to claim 3, wherein a carrier moving direction of the lateral bipolar transistor is a crystallization direction of the semiconductor thin film. 前記コレクタを結晶化された半導体薄膜の結晶成長開始点側に、そして前記エミッタを結晶成長終了点側に配置した請求項4項記載のラテラルバイポーラ薄膜トランジスタ。 5. The lateral bipolar thin film transistor according to claim 4, wherein the collector is disposed on a crystal growth start point side of the crystallized semiconductor thin film, and the emitter is disposed on a crystal growth end point side. 絶縁基板上に形成された半導体薄膜に形成されたエミッタ、ベース、コレクタ及び前記ベースに接続された引き出し電極を有し、ベース領域の表面には絶縁膜を介してゲート電極が形成されており、前記ベース引き出し電極と前記ゲート電極は同電位となるように接続されており、前記エミッタはMOSトランジスタのソースとして、前記ベースはMOSトランジスタのチャネルとして、そして前記コレクタはMOSトランジスタのドレインとしても動作するMOS−バイポーラハイブリッド薄膜トランジスタにおいて、前記半導体薄膜は所定の方向に結晶化された半導体薄膜であるハイブリッド薄膜トランジスタ。 An emitter, a base, a collector formed on a semiconductor thin film formed on an insulating substrate, and an extraction electrode connected to the base, and a gate electrode is formed on the surface of the base region via an insulating film, The base lead electrode and the gate electrode are connected to have the same potential, the emitter operates as a source of a MOS transistor, the base operates as a channel of the MOS transistor, and the collector operates as a drain of the MOS transistor. A MOS-bipolar hybrid thin film transistor, wherein the semiconductor thin film is a semiconductor thin film crystallized in a predetermined direction. それぞれがトランジスタを形成する複数のエミッタ(ソース)、ベース(チャネル)およびコレクタ(ドレイン)を含み、各エミッタ(ソース)は共通のエミッタ(ソース)電極に接続され、各ベース(チャネル)は共通のベース(ゲート)電極に接続され、各コレクタ(ドレイン)は共通のコレクタ(ドレイン)電極に接続されている請求項6記載のハイブリッドトランジスタ。 Each includes a plurality of emitters (sources), bases (channels) and collectors (drains) forming a transistor, each emitter (source) being connected to a common emitter (source) electrode, and each base (channel) being a common The hybrid transistor according to claim 6, wherein the hybrid transistor is connected to a base (gate) electrode, and each collector (drain) is connected to a common collector (drain) electrode. 前記MOS−バイポーラハイブリッドトランジスタにおけるキャリアの移動方向が前記半導体薄膜の結晶化の方向である請求項6または7記載のハイブリッドトランジスタ。 8. The hybrid transistor according to claim 6, wherein a carrier movement direction in the MOS-bipolar hybrid transistor is a crystallization direction of the semiconductor thin film. 絶縁基板上に形成された半導体薄膜に形成されたソース、チャネル、およびドレイン領域を有し、前記チャネル領域の表面には絶縁膜を介してゲート電極が形成されたMOS薄膜トランジスタにおいて、前記半導体薄膜が所定の方向に結晶化された半導体薄膜であり、前記ソースを結晶成長開始点側に、前記ドレインを結晶成長終了点側になるように配置したMOS薄膜トランジスタ。 In a MOS thin film transistor having a source, a channel, and a drain region formed in a semiconductor thin film formed on an insulating substrate, and a gate electrode is formed on the surface of the channel region via an insulating film, the semiconductor thin film is A MOS thin film transistor which is a semiconductor thin film crystallized in a predetermined direction, and is arranged such that the source is on the crystal growth start point side and the drain is on the crystal growth end point side.
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