JP2008153351A - 電気光学装置の製造方法、電気光学装置、及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】電気光学装置を構成する基板上に直接不揮発性メモリを形成することができ、しかも良好に動作する高信頼性のものを得る、電気光学装置の製造方法、電気光学装置、及び電子機器を提供する。
【解決手段】不揮発性メモリ110a,110bを構成する半導体層を形成するとともに、画素部及び駆動回路の少なくとも一方のスイッチング素子を構成する半導体層を形成する。半導体層を覆って第1の絶縁膜35とフローティングゲート電極36とを順に形成し、フローティングゲート電極36を覆って第2の絶縁膜37を形成する。第2の絶縁膜37上にゲート電極38を形成する。ゲート電極38及びフローティングゲート電極36をマスクにして絶縁膜18をエッチングした後、第3の絶縁膜40を形成する。そして、第3の絶縁膜40を介し、フローティングゲート電極36上にコントロールゲート電極60を形成し、電気光学装置を製造する。
【選択図】図3
【解決手段】不揮発性メモリ110a,110bを構成する半導体層を形成するとともに、画素部及び駆動回路の少なくとも一方のスイッチング素子を構成する半導体層を形成する。半導体層を覆って第1の絶縁膜35とフローティングゲート電極36とを順に形成し、フローティングゲート電極36を覆って第2の絶縁膜37を形成する。第2の絶縁膜37上にゲート電極38を形成する。ゲート電極38及びフローティングゲート電極36をマスクにして絶縁膜18をエッチングした後、第3の絶縁膜40を形成する。そして、第3の絶縁膜40を介し、フローティングゲート電極36上にコントロールゲート電極60を形成し、電気光学装置を製造する。
【選択図】図3
Description
本発明は、電気光学装置の製造方法、電気光学装置、及び電子機器に関するものである。
例えば、液晶装置等の電気光学装置は、複数の画素がマトリクス状に配置され、薄膜トランジスタ(TFT)で構成された画素部と、該画素部を駆動する、走査ドライバやデータドライバ等の駆動回路とを備えたものである。また、近年では、電気光学装置の多機能化、高機能化に伴い、電気光学装置に記憶装置としてのメモリが搭載されるようになってきている。このようなメモリとして、電気的なデータの読み出し、書き込み及び消去を可能とする不揮発性メモリ、例えばEEPROMがある。
上記EEPROMは、第1の絶縁膜を介して、半導体層上に設けられたフローティングゲート電極と、該フローティングゲート電極を覆って設けられる第2の絶縁膜と、該第2の絶縁膜上に設けられたコントロールゲートと、を具備したメモリセルを複数備え、選択トランジスタにより前記各メモリセルが選択されることで、データの書き込み、読み出し、消去を可能としている。前記第1の絶縁膜は、トンネル絶縁膜と呼ばれるもので、該トンネル絶縁膜中を電流が流れることで前記フローティングゲート電極に電子を蓄積させることができる。
従来、メモリは電気光学パネルに外付けされており、メモリが搭載された電気光学装置の十分な小型化を図ることができなかった。そこで、SOI技術を用いてTFTを形成することにより、同一基板内に、画素部、駆動回路、及びメモリを形成し、装置の小型化を図った技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2001−326289号公報
ところで、トンネル絶縁膜として機能する第1の絶縁膜は、トンネル電流が良好に流れる膜厚に設定する必要がある。しかしながら、上記特許文献1に開示された工程では、メモリセルを構成するトンネル絶縁膜と、画素部、及び駆動回路に含まれるTFTを構成するゲート絶縁膜とが同一の工程で形成されるため、その膜厚が等しくなる。そのため、画素部のTFTにおいても、ゲート絶縁膜を透過するトンネル電流が流れてしまい、これによって動作不良が生じるおそれがあり、信頼性のあるものを得ることができなかった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、電気光学装置を構成する基板上に直接不揮発性メモリを形成することができ、しかも良好に動作する信頼性の高いものを得る、電気光学装置の製造方法、電気光学装置、及び電子機器を提供することを目的としている。
本発明の電気光学装置の製造方法によれば、複数の画素がマトリクス状に配置された画素部と、該画素部を駆動させる駆動回路と、不揮発性メモリと、を同一基板上に備える電気光学装置の製造方法において、前記基板上に半導体膜を形成する工程と、該半導体膜をパターニングし、前記不揮発性メモリを構成する半導体層を形成するとともに、前記画素部、及び前記駆動回路の少なくとも一方のスイッチング素子を構成する半導体層を形成する工程と、該半導体層を覆う第1の絶縁膜を前記基板上に形成する工程と、該第1の絶縁膜上にフローティングゲート電極を形成し、該フローティングゲート電極を覆うように前記基板上に前記第1の絶縁膜よりも膜厚の大きい第2の絶縁膜を形成する工程と、前記第2の絶縁膜上に前記画素部及び前記駆動回路の少なくとも一方におけるゲート電極を形成する工程と、該ゲート電極、及び前記フローティングゲート電極をマスクに用いて、前記絶縁膜をエッチングする工程と、前記フローティングゲート電極及び前記ゲート電極を覆って、第3の絶縁膜を形成する工程と、前記第3の絶縁膜を介し、前記フローティングゲート電極上にコントロールゲート電極を形成する工程と、を有することを特徴とする。
本発明の電気光学装置の製造方法によれば、不揮発性メモリのトンネル絶縁膜が第1の絶縁膜によって構成され、前記画素部及び前記駆動回路の少なくとも一方におけるスイッチング素子のゲート絶縁膜が前記第2の絶縁膜によって形成されるようになる。よって、ゲート絶縁膜は前記トンネル絶縁膜の膜厚に比べて大きいので、ゲート絶縁膜中にトンネル電流が流れることに起因する不具合が生じることがなくなる。このように画素部、及び駆動回路の少なくとも一方、並びに不揮発性メモリを同一基板上に確実に形成することにより、良好な動作を得る信頼性の高い電気光学装置を提供できる。
また、上記電気光学装置の製造方法においては、前記基板上に形成したアモルファスシリコン膜を加熱して、前記アモルファスシリコン膜を結晶化することで得たポリシリコン膜を前記半導体膜として用いるのが好ましい。
この構成によれば、例えば低温プロセスによる低温ポリシリコン膜が半導体層として形成されるので、安価で耐熱性の低いガラス等を電気光学装置用基板として用いることができ、基板材料の選択幅が拡がるとともに低コスト化を図ることができる。
この構成によれば、例えば低温プロセスによる低温ポリシリコン膜が半導体層として形成されるので、安価で耐熱性の低いガラス等を電気光学装置用基板として用いることができ、基板材料の選択幅が拡がるとともに低コスト化を図ることができる。
また、上記電気光学装置の製造方法においては、前記第2の絶縁膜を形成するに際し、前記フローティングゲート電極をマスクに用いて、該フローティングゲートの下部以外に形成されている前記第1の絶縁膜を除去するのが好ましい。
この構成によれば、前記画素部及び前記駆動回路におけるゲート絶縁膜を前記第2の絶縁膜のみで構成することができ、従来のゲート絶縁膜を形成する際の成膜条件を適用することができる。
この構成によれば、前記画素部及び前記駆動回路におけるゲート絶縁膜を前記第2の絶縁膜のみで構成することができ、従来のゲート絶縁膜を形成する際の成膜条件を適用することができる。
また、上記電気光学装置の製造方法においては、前記不揮発性メモリが選択トランジスタを有する場合、前記画素部及び前記駆動回路の少なくとも一方のゲート電極を形成するとともに、前記選択トランジスタを構成するゲート電極を形成するのが好ましい。
この構成によれば、選択トランジスタを備えた、所謂EEPROMと呼ばれる不揮発性メモリを同一基板上に良好に形成することができる。
この構成によれば、選択トランジスタを備えた、所謂EEPROMと呼ばれる不揮発性メモリを同一基板上に良好に形成することができる。
本発明の電気光学装置は、複数の画素がマトリクス状に配置された画素部と、該画素部を駆動させる駆動回路と、不揮発性メモリと、を備えた電気光学装置において、前記画素部、及び前記駆動回路の少なくとも一方におけるスイッチング素子は、前記不揮発性メモリとともに前記基板上に形成されてなり、前記不揮発性メモリは、第1の絶縁膜を介して半導体層上に設けられたフローティングゲート電極と、前記フローティングゲート電極を覆い、かつ前記第1の絶縁膜よりも膜厚の大きい第2の絶縁膜と、該第2の絶縁膜上に設けられたコントロールゲート電極と、を有するメモリセルを備え、前記画素部、及び前記駆動回路の少なくとも一方におけるスイッチング素子のゲート絶縁膜は、前記第1の絶縁膜及び前記第2の絶縁膜の積層構造、或いは前記第2の絶縁膜の単層構造からなることを特徴とする。
本発明の電気光学装置によれば、不揮発性メモリは第1の絶縁膜からトンネル絶縁膜が構成され、前記画素部及び前記駆動回路の少なくとも一方におけるスイッチング素子のゲート絶縁膜が前記第2の絶縁膜あるいは第1、第2の積層構造から構成される。すなわち、ゲート絶縁膜は前記トンネル絶縁膜の膜厚に比べて大きいので、ゲート絶縁膜中にトンネル電流が流れることに起因する不具合が生じることがない。このように、画素部、及び駆動回路の少なくとも一方におけるスイッチング素子、並びに不揮発性メモリが同一基板上に形成されることで、良好な動作が得られる信頼性の高いものとなる。
また、上記電気光学装置においては、前記半導体層は、前記基板上に形成したアモルファスシリコン膜を低温プロセスにより結晶化させた低温ポリシリコン膜からなるのが好ましい。
この構成によれば、例えば低温プロセスによる低温ポリシリコン膜が半導体層として形成できるので、安価で耐熱性の低いガラス等を電気光学装置用基板として採用でき、基板材料の選択幅が拡がるとともに低コスト化が図られたものとなる。
この構成によれば、例えば低温プロセスによる低温ポリシリコン膜が半導体層として形成できるので、安価で耐熱性の低いガラス等を電気光学装置用基板として採用でき、基板材料の選択幅が拡がるとともに低コスト化が図られたものとなる。
本発明の電子機器は、上記の電気光学装置を備えることを特徴とする。
本発明の電子機器によれば、信頼性が高く、同一基板上に不揮発性メモリが形成された電気光学装置を備えているので、電子機器自体も高信頼性かつ高性能なものとなる。
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明の一部の態様を示すものであり、本発明を限定するものではない。また、以下の説明に用いる各図面では、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとする。
(電気光学装置)
次に、本発明の電気光学装置の一実施形態として、液晶装置の例を挙げて説明する。本実施形態の液晶装置はアクティブマトリクス方式の液晶パネルであって、TFTアレイ基板と対向基板との間に液晶層を挟持したものである。そして、前記TFTアレイ基板に設けられたスイッチング素子(TFT素子)は、本発明の電気光学装置の製造方法を用いることで構成されたものである。
次に、本発明の電気光学装置の一実施形態として、液晶装置の例を挙げて説明する。本実施形態の液晶装置はアクティブマトリクス方式の液晶パネルであって、TFTアレイ基板と対向基板との間に液晶層を挟持したものである。そして、前記TFTアレイ基板に設けられたスイッチング素子(TFT素子)は、本発明の電気光学装置の製造方法を用いることで構成されたものである。
図1は本発明の電気光学装置の一例である液晶装置の概略構成平面図、図2は液晶装置を構成するマトリクス状に形成された複数の画素部の等価回路図である。
(液晶装置の全体構成)
本実施形態の液晶装置1の構成は、図1に示すように、TFTアレイ基板10上に、シール材52が対向基板20の縁に沿うように設けられており、その内側に並行して額縁としての遮光膜53(周辺見切り)が設けられている。シール材52の外側の領域には、データ線駆動回路(駆動回路)201および外部回路接続端子202がTFTアレイ基板10の一辺に沿って設けられており、走査線駆動回路(駆動回路)104がこの一辺に隣接する1辺に沿って設けられている。
本実施形態の液晶装置1の構成は、図1に示すように、TFTアレイ基板10上に、シール材52が対向基板20の縁に沿うように設けられており、その内側に並行して額縁としての遮光膜53(周辺見切り)が設けられている。シール材52の外側の領域には、データ線駆動回路(駆動回路)201および外部回路接続端子202がTFTアレイ基板10の一辺に沿って設けられており、走査線駆動回路(駆動回路)104がこの一辺に隣接する1辺に沿って設けられている。
前記遮光膜53に囲まれた領域には、画素部が構成されている。この画素部は、複数の画素Gがマトリクス状に配置されることで構成されており、後述するように各画素Gには画素電極と当該画素電極をスイッチング制御するための画素TFT(スイッチング素子)30とが形成されている(図2参照)。そして、この画素TFT30は前記データ線駆動回路201、及び前記走査線駆動回路104によって駆動されるようになっている。
また、対向基板20のコーナー部の少なくとも1箇所においては、TFTアレイ基板10と対向基板20との間で電気的導通をとるための上下導通材106が設けられている。そして、図1に示したシール材52とほぼ同じ輪郭を持つ対向基板20がシール材52によりTFTアレイ基板10に固着されており、TFTアレイ基板10と対向基板20との間に液晶層が封入されている。また、図1に示すシール材52に設けられた開口部は液晶注入口52aであり、封止材25によって封止されている。
(TFTアレイ基板の構成)
図2に示すように、各画素Gには夫々、画素電極9と当該画素電極9をスイッチング制御するための画素TFT30とが形成されている。画素TFT30のソース領域には、前記データ線駆動回路201からの画像信号を供給するデータ線6aが電気的に接続され、前記画素TFT30のドレイン領域に前記画素電極9が電気的に接続されている。画素電極9は、スイッチング素子である画素TFT30を一定期間だけオン状態とすることにより、データ線6aから供給される画像信号が所定のタイミングで書き込まれる。画素電極9を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号は、対向基板20に形成された共通電極(後述する)との間で一定期間保持される。ここで、保持された画像信号がリークするのを防ぐために、画素電極9と共通電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量70が設けられている。
図2に示すように、各画素Gには夫々、画素電極9と当該画素電極9をスイッチング制御するための画素TFT30とが形成されている。画素TFT30のソース領域には、前記データ線駆動回路201からの画像信号を供給するデータ線6aが電気的に接続され、前記画素TFT30のドレイン領域に前記画素電極9が電気的に接続されている。画素電極9は、スイッチング素子である画素TFT30を一定期間だけオン状態とすることにより、データ線6aから供給される画像信号が所定のタイミングで書き込まれる。画素電極9を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号は、対向基板20に形成された共通電極(後述する)との間で一定期間保持される。ここで、保持された画像信号がリークするのを防ぐために、画素電極9と共通電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量70が設けられている。
ところで、本実施形態に係る液晶装置1は、図1に示したようにデータ線駆動回路(駆動回路)201および外部回路接続端子202が設けられたTFTアレイ基板10の一辺に対向する辺にメモリコントローラ回路112、SRAM113、及び不揮発性メモリ110が設けられている。なお、本実施形態においてメモリコントローラ回路112とは、SRAM113および不揮発性メモリ110に画像データを格納したり読み出したりという動作を制御するための制御回路である。SRAM113は高速なデータの書き込みを行うために設けられている。なお、SRAM113の代わりにDRAMを設けてもよく、また、高速な書き込みが可能な不揮発性メモリであれば、特にSRAM113を設けなくてもよい。
本実施形態に係る液晶装置1は、後述する製造方法により、前記画素Gに設けられた画素TFT30とともに、前記不揮発性メモリ110の一部を構成するスイッチング素子がTFTアレイ基板10上に直接形成されたものとなっている。
この画素TFT30は、後述する本発明の一実施形態に係る製造方法により形成されたもので、前記不揮発性メモリ110の一部を構成するメモリセルを形成するとともにTFTアレイ基板10上に形成されたものである。
この画素TFT30は、後述する本発明の一実施形態に係る製造方法により形成されたもので、前記不揮発性メモリ110の一部を構成するメモリセルを形成するとともにTFTアレイ基板10上に形成されたものである。
(不揮発性メモリ)
図3(a)は不揮発性メモリ110の等価回路を示す図であり、図3(b)は、前記不揮発性メモリ110の概略構成を示す図である。なお、不揮発性メモリ110は複数のメモリセルによって構成されているが、図3(a)においては簡単のため、2つのメモリセルのみを図示している。また、図3(b)においては、図3(a)中に示される一つのメモリセルの概略構成を示している。本実施形態では、前記不揮発性メモリ110として、例えばEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)を採用した。EEPROMの特徴は、書き込み、読み出し、および消去が全て1ビット毎に可能である点にある。
図3(a)は不揮発性メモリ110の等価回路を示す図であり、図3(b)は、前記不揮発性メモリ110の概略構成を示す図である。なお、不揮発性メモリ110は複数のメモリセルによって構成されているが、図3(a)においては簡単のため、2つのメモリセルのみを図示している。また、図3(b)においては、図3(a)中に示される一つのメモリセルの概略構成を示している。本実施形態では、前記不揮発性メモリ110として、例えばEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)を採用した。EEPROMの特徴は、書き込み、読み出し、および消去が全て1ビット毎に可能である点にある。
本実施形態に係る不揮発性メモリ110は、図3(a)に示すように、各メモリセル110a,110bに選択TFT111a、111bが直列に配置された回路構成となっている。このような構造を有する不揮発性メモリはNOR型フル機能EEPROMと呼ばれる。なお、本実施形態では、メモリセル110a,110bおよび選択TFT111a、111bがいずれもnチャネル型TFTの場合について説明する。
図3(b)に示すように、メモリセル110aは、半導体層33上に、第1の絶縁膜35、フローティングゲート電極36、第2の絶縁膜40、及びコントロールゲート電極60が順に積層されたトランジスタ構造からなるものである。また、低温ポリシリコンから構成される半導体層33には、高濃度n型不純物領域33a,33d33e,33h、及び低濃度n型不純物領域33b,33c,33f,33gが形成されている。そして、同図中右側の領域には選択TFT111aが形成されている。この選択TFT111aは前記第1の絶縁膜35、及び第2の絶縁膜37の積層構造からなるゲート絶縁膜18上にゲート電極308が設けられた従来の薄膜トランジスタ構造からなるものである。
(不揮発性メモリの動作方法)
続いて、本実施形態に係る液晶装置1の動作方法について説明する。なお、以下では、本実施形態に係る液晶装置1が備える不揮発性メモリ110の動作方法を主体に説明する。メモリセル110aは、フローティングゲート電極36への電荷(主に電子)の注入と放出によってメモリ機能を実現する。つまり、フローティングゲート電極36に電荷が蓄積された場合と、蓄積されていない場合におけるしきい値電圧の違いを利用して、1ビットのデータを記憶する。
メモリセル110aへのデータの書き込みと読み出しは、図3(a)に示したように、選択TFT111aについてオン状態となるように選択線Vの電位を設定する。データの書き込みを行う場合、ソース線SaをGNDに落し、ビット線Ba、ワード線W、および選択線Vにそれぞれ正の高電圧(例えば20V)を印加する。その結果、インパクトイオン化によるホットエレクトロンがフローティングゲート電極36に蓄積され書き込みが行われる。
続いて、本実施形態に係る液晶装置1の動作方法について説明する。なお、以下では、本実施形態に係る液晶装置1が備える不揮発性メモリ110の動作方法を主体に説明する。メモリセル110aは、フローティングゲート電極36への電荷(主に電子)の注入と放出によってメモリ機能を実現する。つまり、フローティングゲート電極36に電荷が蓄積された場合と、蓄積されていない場合におけるしきい値電圧の違いを利用して、1ビットのデータを記憶する。
メモリセル110aへのデータの書き込みと読み出しは、図3(a)に示したように、選択TFT111aについてオン状態となるように選択線Vの電位を設定する。データの書き込みを行う場合、ソース線SaをGNDに落し、ビット線Ba、ワード線W、および選択線Vにそれぞれ正の高電圧(例えば20V)を印加する。その結果、インパクトイオン化によるホットエレクトロンがフローティングゲート電極36に蓄積され書き込みが行われる。
また、データの読み出しを行う場合、ソース線SaをGNDに落し、ワード線Wに所定の電圧(例えば5V)を印加する。また、選択TFT111aをオンの状態にするために、選択線Vに正の電圧(例えば5V)を印加する。その結果、メモリセル110aの状態に応じて、メモリセルに記憶されているデータをビット線Baから読み出すことが可能となる。
一方、データの消去を行う場合、ソース線Saおよびワード線WをGNDに落す。そして、選択線Vおよびビット線Baに正の高電圧(例えば20V)を印加すると、メモリセル110aのフローティングゲート電極36に蓄積されている電子がトンネル電流によってドレイン領域へ放出され、記憶されていたデータが消去される。なお、同じ列の他のメモリセル110bについては、選択TFT111bをオフ状態とすることにより、データの消去が行われない。その結果、メモリセル110aにおいてのみデータの消去が行われる。なお、上述した動作において、非選択の選択線Vは全て0Vとすればよい。また、上述した動作電圧の値は一例であって、その値に限られるわけではない。
図4は、液晶装置1のブロック図を示すものである。図4に示すように、液晶装置1は、画像信号、クロック信号若しくは同期信号等がFPC(フレキシブルプリント基板)117を経由して入力されるようになっている。なお、前記FPC117は、上記外部回路接続端子202に接続される。また、外部回路接続端子202は、図示されない配線によってメモリコントローラ回路112に電気的に接続され、これによって画像信号、クロック信号若しくは同期信号等をメモリコントローラ回路112に入力することができる。
本実施形態の液晶装置1において、例えばパソコン本体やテレビ受信アンテナ等の外部入力装置から送られてきた画像信号は、1フレーム毎にSRAM113に格納(記憶)され、その画像信号はメモリコントローラ回路112によって順次画素Gに入力され表示される。SRAM113には少なくとも画素Gに表示される画像1フレーム分の画像情報が記憶される。例えば、6ビットのデジタル信号が画像信号として送られてくる場合、少なくとも画素数×6ビットに相当するメモリ容量を必要とする。また、メモリコントローラ回路112により、必要に応じて、SRAM113に格納された画像信号を不揮発性メモリ110へ格納し、あるいは不揮発性メモリ110に格納された画像信号を画素TFT30に入力し、これによって画素電極9と対向電極との間に電圧を印加し、液晶層50を配向させることにより、画像表示を行うことが可能となる。
なお、SRAM113および不揮発性メモリ110に格納する画像データはデジタル信号であるので、必要に応じてD/Aコンバータ若しくはA/DコンバータをTFTアレイ基板10上に形成することが望ましい。
本実施形態に係る液晶装置1では、画素Gに表示された画像を常にSRAM113に記憶しており、画像の一時停止を容易に行うことができる。さらにSRAM113に記憶された画像信号を不揮発性メモリ110へ格納し、あるいは不揮発性メモリ110に記憶された画像信号を画素Gへ入力することによって、例えば画像の録画および再生といった動作を容易に行うことができる。
(液晶装置の製造方法)
次に、本発明の電気光学装置の製造方法の一実施形態として、上記液晶装置1を製造する工程について図面を参照して説明する。なお、本実施形態に係る製造方法では、低温プロセスによって形成したポリシリコンを能動層として用い、前記TFTアレイ基板10上に設けられた不揮発性メモリ110を構成するTFT(メモリセル、選択TFT)及び画素Gを構成する画素TFT30を同一基板上に形成する。以下の図面中において、メモリセルTFT形成領域とは、上記液晶装置1におけるメモリセル110aが形成される領域に対応する断面図であり、選択トランジスタ形成領域(選択TFT形成領域)とは、前記メモリセル110aに直列に接続された選択TFT111aが形成される領域に対応する断面図である。
次に、本発明の電気光学装置の製造方法の一実施形態として、上記液晶装置1を製造する工程について図面を参照して説明する。なお、本実施形態に係る製造方法では、低温プロセスによって形成したポリシリコンを能動層として用い、前記TFTアレイ基板10上に設けられた不揮発性メモリ110を構成するTFT(メモリセル、選択TFT)及び画素Gを構成する画素TFT30を同一基板上に形成する。以下の図面中において、メモリセルTFT形成領域とは、上記液晶装置1におけるメモリセル110aが形成される領域に対応する断面図であり、選択トランジスタ形成領域(選択TFT形成領域)とは、前記メモリセル110aに直列に接続された選択TFT111aが形成される領域に対応する断面図である。
はじめに、図5(a)に示すように、TFTアレイ基板10を構成する基板本体10Aとして、ガラス基板を用意し、硫酸洗浄を行う。そして、基板温度が約150℃から約450℃の温度条件下で、基板本体10Aの表面にプラズマCVD法によりシリコン酸化膜(SiO2)からなる下地保護膜31を形成する。このときの原料ガスとしては、例えばTEOS(テトラエトキシシラン)と酸素、あるいはジシランとアンモニアとを用いることができる。
次に、基板本体10Aを外気に曝すことなく、基板温度が約150℃から約450℃の温度条件下で、同じくプラズマCVD法により基板本体10Aの全面に厚さが50nm〜75nmのアモルファスシリコン膜32aを形成する。このときの原料ガスとしては、たとえばジシランやモノシランを用いることができる。さらに前記アモルファスシリコン膜32a上に酸化シリコン膜を形成し、前記アモルファスシリコン膜32aにチャネルドープを行った後、ウエットエッチングにより前記酸化シリコン膜を剥離する。
そして、図5(b)に示すように、前記基板本体10Aをレーザーアニール装置のチャンバー内へ移し、アモルファスシリコン膜32aにレーザ光を照射し、アモルファスシリコン膜32aを結晶化することでポリシリコン膜(半導体膜)32に変える。
次に、図5(c)に示すように、ポリシリコン膜32の表面にフォトリソグラフィー法を用いてレジストマスクMを形成し、このレジストマスクMを用いてポリシリコン膜32をパターニングし、図5(d)に示すようにポリシリコン膜32を島状(パターン状)にする。そして、レジストマスクMを除去し、前記不揮発性メモリ110、及び液晶装置1の画素Gにおけるスイッチング素子(画素TFT30)における半導体層33,34が形成される。
続いて、図5(e)に示すように、例えばTEOS−CVD法、CVD法、プラズマCVD法などにより、前記各半導体層33,34を覆って、酸化シリコンからなる第1の絶縁膜35を基板本体10A上に形成する。この第1の絶縁膜35は、不揮発性メモリ110においてトンネル絶縁膜をなすものであり、その膜厚としては10〜20nm程度に設定するのが好ましい。
次に、例えばTEOS−CVD法、CVD法、プラズマCVD法、スパッタ法などにより、前記第1の絶縁膜35上にフローティングゲート形成材料としてAlを成膜する。膜厚としては、100nm以下、特に50nm程度に設定するのが望ましい。なお、ゲート電極は単層の導電膜で形成しても良いが、必要に応じて二層、三層といった積層膜とすることが好ましい。フローティングゲート形成材料としては上記Al以外にも公知の導電膜を用いることができる。具体的には、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、クロム(Cr)、シリコン(Si)から選ばれた元素でなる膜、または前記元素の窒化物でなる膜(代表的には窒化タンタル膜、窒化タングステン膜、窒化チタン膜)、または前記元素を組み合わせた合金膜(代表的にはMo−W合金、Mo−Ta合金)、または前記元素のシリサイド膜(代表的にはタングステンシリサイド膜、チタンシリサイド膜)を用いることができる。また、前記フローティングゲート形成材料を成膜するに際し、ブラシによる洗浄(スクラブ洗浄)工程を設けてもよい。そして、フォトリソグラフィ法を用いて前記フローティングゲート形成材料をパターニングすることで、図6(a)に示すように、前記第1の絶縁膜35上にフローティングゲート電極36が形成される。
次に、図6(b)に示すように、フローティングゲート電極36を覆うように前記基板本体10A上に例えばTEOS−CVD法、CVD法、プラズマCVD法などにより、酸化シリコンからなる第2の絶縁膜37を形成する。ここで、本実施形態では、前記フローティングゲート電極36を除く領域に第1の絶縁膜35と第2の絶縁膜37とが積層されたものとなっている。なお、前記第2の絶縁膜37の膜厚としては、第1の絶縁膜35及び第2の絶縁膜37の積層体の膜厚が750Å(75nm)程度になるように設定するのが好ましい。すなわち、例えば前記第1の絶縁膜35を10nmの膜厚で形成した場合には、第2の絶縁膜37の膜厚を650Åに設定するのが望ましい。
次に、図6(c)に示すように、前記半導体層33,34に不純物注入を行い、メモリセル110aのNチャネル高濃度ソース領域33a、Nチャネル高濃度ドレイン領域33d、メモリスイッチング用のNチャネル高濃度ソース領域33e、Nチャネル高濃度ドレイン領域33h、及び画素TFTのNチャンネル高濃度ソース領域34a、Nチャンネル高濃度ドレイン領域34dを形成する。具体的には、前記フローティングゲート電極36及び後述する工程により形成される画素TFT30のゲート電極よりも幅の広いレジストマスクM1を用い、PなどのV族元素のドーパントを高濃度で(例えば、Pイオンを70keVの加速電圧、4×1015/cm2のドーズ量にて)ドープする。そして、アッシングによりレジストマスクM1を剥離し、スクラブ洗浄(ブラシ洗浄)を行う。
次に、図6(d)に示すように、例えばTEOS−CVD法、CVD法、プラズマCVD法、スパッタ法などにより、ゲート電極の形成材料を成膜する。本実施形態では、TiNとAlとTiとを順に積層することによりゲート電極を形成する。そして、前記形成材料をパターニングすることで、前記第2の絶縁膜37上に画素TFT30を構成するゲート電極39が形成される。本実施形態に係る不揮発性メモリは、上述したようにメモリセル110aに直列に選択TFT111aが設けられた構成となっている。そこで、前記画素部における画素TFT30のゲート電極39を形成するとともに、前記選択TFT111aを構成するゲート電極38も同一工程にて基板上に形成している。
次に、図6(e)に示すように、前記半導体層33,34に不純物注入を行い、メモリセル110aのNチャネル低濃度ソース領域33b、Nチャネル低濃度ドレイン領域33c、メモリスイッチング用のNチャネル低濃度ソース領域33f、Nチャネル低濃度ドレイン領域33g、及び画素TFT30のNチャンネル低濃度ソース領域34b、Nチャンネル低濃度ドレイン領域34cを形成する。具体的には、PなどのV族元素のドーパントを低濃度で(例えば、Pイオンを70keVの加速電圧、6×1012/cm2のドーズ量にて)ドープする。
次に、図7(a)に示すように、前記ゲート電極38,39、及び前記フローティングゲート電極36をマスクに用いて、前記絶縁膜(第1の絶縁膜35、第2の絶縁膜37)をエッチングする。このとき、前記ゲート電極38,39、及び前記フローティングゲート電極36の下部以外の絶縁膜が除去され、半導体層33,34が露出する。これにより、前記フローティングゲート電極36の下部には、第1の絶縁膜35によりトンネル絶縁膜が構成される。また、前記ゲート電極38,39の下部には、第1の絶縁膜35及び第2の絶縁膜37の積層構造からなるゲート絶縁膜18が構成される。
次に、図7(b)に示すように、例えばTEOS−CVD法、CVD法、プラズマCVD法、スパッタ法などを用いて、SiO2、SiN等からなる第3の絶縁膜40を形成する。この第3の絶縁膜40は、前記メモリセル110aにおけるゲート絶縁膜をなすものであり、その膜厚としては数十nm程度とするのが好ましい。なお、前記第3の絶縁膜40としては、酸化膜、窒化膜、酸化膜の3積層構造からなるものを採用してもよい。
次に、例えばTEOS−CVD法、CVD法、プラズマCVD法、スパッタ法などにより、前記第3の絶縁膜40上にコントロールゲート電極の形成材料として前記フローティングゲート電極36の形成材料と同じAlを成膜する。なお、コントロールゲート電極は単層の導電膜で形成しても良いが、必要に応じて二層、三層といった積層膜とすることが好ましい。フローティングゲート形成材料としては上記Al以外にも上記フローティングゲート電極36と同様に公知の導電膜を用いることができる。また、前記コントロールゲート電極の形成材料を成膜するに際し、ブラシによる洗浄(スクラブ洗浄)工程を設けてもよい。そして、フォトリソグラフィ法を用いて前記コントロールゲート電極の形成材料をパターニングすることで、図7(c)に示すように、前記第3の絶縁膜40上にコントロールゲート電極60が形成される。続いて、前記コントロールゲート電極60を覆うPチャネル領域不純物注入の為のカバー絶縁膜61を前記第3の絶縁膜40上に形成する。
続いて、図7(e)に示すように、前記カバー絶縁膜61を覆うように、例えば常圧又は減圧CVD法によってNSG、PSG、BSG、BPSGなどのシリケートガラス膜、窒化シリコン膜や酸化シリコン膜等からなる層間絶縁膜62を形成する。この層間絶縁膜62の膜厚としては、約500〜1500nmとするのが好ましく、800nmとするのがより好ましい。この後、ポリシリコン膜安定化のための水素化処理を行う(ダングリングボンド低減)。
続いて、図8(a)に示すように、前記層間絶縁膜62の所定領域にコンタクトホールを設け、該コンタクトホールを介して、前記不揮発性メモリ110の選択TFT111aにおける高濃度ソース領域に接続するソース電極63、及び前記画素TFT30の高濃度ドレイン領域に接続するドレイン電極64を形成する。なお、ソース電極63及びドレイン電極64は、TiNとAlとTiが順に積層された積層構造から構成される。
続いて、図8(b)に示すように、前記ソース電極63及び前記ドレイン電極64を覆うように例えばCVD法により、SiO2からなるパッシベーション膜65を形成する。
次に、図8(c)に示すように、前記パッシベーション膜65を覆って、アクリルからなる平坦化膜66を形成し、前記パッシベーション膜65に前記ドレイン電極64を露出するコンタクトホールをドライエッチングによって形成する。そして、コンタクトホールを介して、前記ドレイン電極64に接続するITOからなる画素電極9を形成する。なお、画素TFT30を構成するその他の配線、前記不揮発性メモリを構成する、選択線、ビット線、ワード線等を製造する工程については従来と同様の手法によって形成できることから、その詳細な説明については省略する。
次に、図8(c)に示すように、前記パッシベーション膜65を覆って、アクリルからなる平坦化膜66を形成し、前記パッシベーション膜65に前記ドレイン電極64を露出するコンタクトホールをドライエッチングによって形成する。そして、コンタクトホールを介して、前記ドレイン電極64に接続するITOからなる画素電極9を形成する。なお、画素TFT30を構成するその他の配線、前記不揮発性メモリを構成する、選択線、ビット線、ワード線等を製造する工程については従来と同様の手法によって形成できることから、その詳細な説明については省略する。
(第2実施形態)
以下、上記液晶装置1を製造する方法の第2実施形態について説明する。本実施形態では、上述した第1実施形態に係る製造方法における図6以降の工程が異なっている。具体的に本実施形態では、図9(a)に示すように、フローティングゲート電極36をパターニングする際に、前記フローティングゲート電極36の下部以外の前記第1の絶縁膜35を除去している。
以下、上記液晶装置1を製造する方法の第2実施形態について説明する。本実施形態では、上述した第1実施形態に係る製造方法における図6以降の工程が異なっている。具体的に本実施形態では、図9(a)に示すように、フローティングゲート電極36をパターニングする際に、前記フローティングゲート電極36の下部以外の前記第1の絶縁膜35を除去している。
続いて、図9(b)に示すように、フローティングゲート電極36を覆うように前記基板本体10A上に例えばTEOS−CVD法、CVD法、プラズマCVD法などにより、酸化シリコンからなる第2の絶縁膜37を形成する。ここで、本実施形態では、上記実施形態と異なり、前記フローティングゲート電極36の下部にのみ第1の絶縁膜35が形成されたものとなっている。すなわち、前記第2の絶縁膜37は、フローティングゲート電極36とともに半導体層33,34、及び下地保護膜31の一部を覆った状態に形成される。前記第2の絶縁膜37の膜厚としては、750Å(75nm)程度になるように設定するのが好ましい。すなわち、上記実施形態と異なり、第2の絶縁膜37単層のみによってゲート電極38,39におけるゲート絶縁膜を構成することができ、従来のゲート絶縁膜を形成する際の成膜条件の適用が可能となる。なお、以下の工程については、上記実施形態と同様であることからその詳細な説明については省略する。
よって、本実施形態に係る製造方法により、図9(c)に示す液晶装置1´が得られる。液晶装置1´は、上記実施形態に係る液晶装置1と異なり、画素TFT30、及び選択TFT111aにおけるゲート絶縁膜が第2の絶縁膜37の1層のみによって構成される点において上記実施形態の構造と異なっている。
なお、本発明に係る製造方法を用いて、図示されない領域に前記画素TFT30を駆動させるデータ線駆動回路201、及び走査線駆動回路104を構成するCMOS回路を形成してもよい。CMOS回路はNチャンネルのトランジスタに加え、Pチャンネルのトランジスタを基板上に形成する必要がある。そのため、上記実施形態の形成工程(Nチャンネルのトランジスタ)に加え、B(ホウ素)などのIII族元素のドーパントをドープすることで、Pチャンネルのトランジスタを形成する必要がある。
なお、上記実施形態では、画素TFT30と、前記不揮発性メモリ110の一部を構成するスイッチング素子とを基板本体10A上に一体に形成したが、本発明はこれに限定されることはない。例えば、不揮発性メモリ110だけでなく、画素部を駆動する駆動回路104、201、SRAM113、およびメモリコントローラ回路112を構成するTFTについても同一工程により形成するようにしてもよい。この場合、より液晶装置1の製造コストの低減を図ることができる。
また、上記各実施形態では、電気光学装置として液晶装置(液晶パネル)を例に挙げて説明したが、これに限られることは無く、他の電気光学装置、例えば有機EL装置や、無機EL装置、プラズマディスプレイ装置、電気泳動ディスプレイ装置、フィールドエミッションディスプレイ装置等においても、本発明の適用が可能である。
(電子機器)
次に、本発明に係る電子機器について、携帯電話を例に挙げて説明する。
図10は、携帯電話600の全体構成を示す斜視図である。
携帯電話600は、筺体601、複数の操作ボタンが設けられた操作部602、画像や動画、文字等を表示する表示部603を有する。表示部603には、本発明に係る液晶装置1が搭載される。
このように、不揮発性メモリを備えた信頼性の高い液晶装置1を備えているので、高信頼性かつ高性能な電子機器(携帯電話)600を得ることができる。
次に、本発明に係る電子機器について、携帯電話を例に挙げて説明する。
図10は、携帯電話600の全体構成を示す斜視図である。
携帯電話600は、筺体601、複数の操作ボタンが設けられた操作部602、画像や動画、文字等を表示する表示部603を有する。表示部603には、本発明に係る液晶装置1が搭載される。
このように、不揮発性メモリを備えた信頼性の高い液晶装置1を備えているので、高信頼性かつ高性能な電子機器(携帯電話)600を得ることができる。
また、本発明の電子機器として、上記携帯電話の他に投射型液晶表示装置(液晶プロジェクタ)を例示することができる。図11に示すように、投射型液晶表示装置1100は、前記液晶装置1を含む液晶モジュール3個を、各々RGB用のライトバルブ100R、100G、100Bとして用いたプロジェクタとして構成されている。
この投射型液晶表示装置1100では、メタルハライドランプなどの白色光源のランプユニット1102から光が出射されると、3枚のミラー1106および2枚のダイクロイックミラー1108によって、R、G、Bの3原色に対応する光成分R、G、Bに分離され(光分離手段)、対応するライトバルブ100R、100G、100B(液晶装置1/液晶ライトバルブ)に各々導かれる。この際に、光成分Bは、光路が長いので、光損失を防ぐために入射レンズ1122、リレーレンズ1123、および出射レンズ1124からなるリレーレンズ系1121を介して導かれる。
そして、ライトバルブ100R、100G、100Bによって各々変調された3原色に対応する光成分R、G、Bは、ダイクロイックプリズム1112(光合成手段)に3方向から入射され、再度合成された後、投射レンズ1114を介してスクリーン1120などにカラー画像として投射される。
そして、ライトバルブ100R、100G、100Bによって各々変調された3原色に対応する光成分R、G、Bは、ダイクロイックプリズム1112(光合成手段)に3方向から入射され、再度合成された後、投射レンズ1114を介してスクリーン1120などにカラー画像として投射される。
上記投射型液晶表示装置によれば、ライトバルブ100R、100G、100Bとして上記本発明の液晶装置1が用いられているので、高信頼性でかつ高機能なものとなる。
なお、電子機器としては、上記携帯電話600、投射型液晶表示装置1100以外にも、マルチメディア対応のパーソナルコンピュータ(PC)、およびエンジニアリング・ワークステーション(EWS)、ページャ、あるいは携帯電話、ワードプロセッサ、テレビ、ビューファインダ型またはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、電子手帳、電子卓上計算機、カーナビゲーション装置、POS端末、タッチパネルなどを挙げることができる。
G…画素、1…液晶装置(電気光学装置)、10A…基板本体(基板)、18…絶縁膜、30…画素TFT(スイッチング素子)、32…ポリシリコン膜、32a…アモルファスシリコン膜、33…半導体層、34…半導体層、35…第1の絶縁膜、36…フローティングゲート電極、37…第2の絶縁膜、38…ゲート電極、39…ゲート電極、40…、第3の絶縁膜、60…コントロールゲート電極、104…走査線駆動回路(駆動回路)、110…不揮発性メモリ、111a,111b…選択TFT(選択トランジスタ)、202…データ線駆動回路(駆動回路)、600…携帯電話(電子機器)、1100…投射型液晶表示装置(電子機器)
Claims (7)
- 複数の画素がマトリクス状に配置された画素部と、該画素部を駆動させる駆動回路と、不揮発性メモリと、を同一基板上に備える電気光学装置の製造方法において、
前記基板上に半導体膜を形成する工程と、
該半導体膜をパターニングし、前記不揮発性メモリを構成する半導体層を形成するとともに、前記画素部、及び前記駆動回路の少なくとも一方のスイッチング素子を構成する半導体層を形成する工程と、
該半導体層を覆う第1の絶縁膜を前記基板上に形成する工程と、
該第1の絶縁膜上にフローティングゲート電極を形成し、該フローティングゲート電極を覆うように前記基板上に前記第1の絶縁膜よりも膜厚の大きい第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜上に前記画素部及び前記駆動回路の少なくとも一方におけるゲート電極を形成する工程と、
該ゲート電極、及び前記フローティングゲート電極をマスクに用いて、前記絶縁膜をエッチングする工程と、
前記フローティングゲート電極及び前記ゲート電極を覆って、第3の絶縁膜を形成する工程と、
前記第3の絶縁膜を介し、前記フローティングゲート電極上にコントロールゲート電極を形成する工程と、を有することを特徴とする電気光学装置の製造方法。 - 前記基板上に形成したアモルファスシリコン膜を加熱して、前記アモルファスシリコン膜を結晶化することで得たポリシリコン膜を前記半導体膜として用いることを特徴とする請求項1に記載の電気光学装置の製造方法。
- 前記第2の絶縁膜を形成するに際し、前記フローティングゲート電極をマスクに用いて、該フローティングゲートの下部以外に形成されている前記第1の絶縁膜を除去することを特徴とする請求項1又は2に記載の電気光学装置の製造方法。
- 前記不揮発性メモリが選択トランジスタを有する場合、前記画素部及び前記駆動回路の少なくとも一方のゲート電極を形成するとともに、前記選択トランジスタを構成するゲート電極を形成することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の電気光学装置の製造方法。
- 複数の画素がマトリクス状に配置された画素部と、該画素部を駆動させる駆動回路と、不揮発性メモリと、を備えた電気光学装置において、
前記画素部、及び前記駆動回路の少なくとも一方におけるスイッチング素子は、前記不揮発性メモリとともに前記基板上に形成されてなり、
前記不揮発性メモリは、第1の絶縁膜を介して半導体層上に設けられたフローティングゲート電極と、前記フローティングゲート電極を覆い、かつ前記第1の絶縁膜よりも膜厚の大きい第2の絶縁膜と、該第2の絶縁膜上に設けられたコントロールゲート電極と、を有するメモリセルを備え、
前記画素部、及び前記駆動回路の少なくとも一方におけるスイッチング素子のゲート絶縁膜は、前記第1の絶縁膜及び前記第2の絶縁膜の積層構造、或いは前記第2の絶縁膜の単層構造からなることを特徴とする電気光学装置。 - 前記半導体層は、前記基板上に形成したアモルファスシリコン膜を低温プロセスにより結晶化させた低温ポリシリコン膜からなることを特徴とする請求項5に記載の電気光学装置。
- 請求項5又は6に記載の電気光学装置を備えることを特徴とする電子機器。
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JP2010245485A (ja) * | 2009-04-03 | 2010-10-28 | Acer Inc | 薄膜トランジスタを利用して不揮発性メモリとする方法およびその装置 |
WO2018043425A1 (ja) * | 2016-09-05 | 2018-03-08 | シャープ株式会社 | 半導体装置 |
-
2006
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