JP4531194B2 - Electro-optical device and electronic apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本願発明は半導体素子(半導体薄膜を用いた素子)を基板上に作り込んで形成された電気光学装置及びその電気光学装置を有する電子機器(電子デバイス)に関する。典型的には基板上に薄膜トランジスタ(以下、TFTという)を形成してなる液晶表示装置若しくはEL表示装置並びにそのような表示装置をディスプレイ(表示部)として有する電子機器に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、基板上にTFTを形成する技術が大幅に進歩し、アクティブマトリクス型表示装置への応用開発が進められている。特に、ポリシリコン膜を用いたTFTは、従来のアモルファスシリコン膜を用いたTFTよりも電界効果移動度(モビリティともいう)が高いので、高速動作が可能である。そのため、従来、基板外の駆動回路で行っていた画素の制御を、画素と同一の基板上に形成した駆動回路で行うことが可能となっている。
【0003】
このようなアクティブマトリクス型表示装置は、同一基板上に様々な回路や素子を作り込むことで製造コストの低減、表示装置の小型化、歩留まりの上昇、スループットの低減など、様々な利点が得られるとして注目されている。
【0004】
しかし、アクティブマトリクス型表示装置の基板上には様々な機能を有する回路や素子部が形成される。従って、回路又は素子をTFTで形成するにあたって、それぞれの回路又は素子が必要とするTFTの性能も異なってくる。例えば、シフトレジスタ回路などの駆動回路には動作速度の早いTFTが求められ、画素部のスイッチング素子にはオフ電流値(TFTがオフ動作にある時に流れるドレイン電流値)の十分に低いTFTが求められる。
【0005】
このような場合、同一構造のTFTだけでは全ての回路又は素子が求める性能を確保することが困難となり、アクティブマトリクス型表示装置の性能を向上させる上で大きな弊害となる。
【0006】
さらに、アクティブマトリクス型表示装置を電子機器の一部として用いる場合、先の画素や駆動回路以外にも様々な回路を必要とする。特に、画像情報を一時記憶させるためのメモリ部を同一基板上に形成することは、アクティブマトリクス型表示装置の用途を拡大する上で重要である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明は同一基板上に画素部と駆動回路部とを有するアクティブマトリクス型の電気光学装置において、TFTで形成される回路又は素子が求める性能に応じて適切な構造のTFTを用い、動作性能及び信頼性の高い電気光学装置を提供することを課題とする。
【0008】
具体的には、同一基板上に画素部、駆動回路部及びメモリ部をそれぞれ適切な構造のTFTでもって形成した動作性能及び信頼性の高い電気光学装置を提供することを課題とする。
【0009】
そして、アクティブマトリクス型の電気光学装置にメモリ機能を付加することでその性能を向上させ、表示装置の画質を向上させることを課題とする。さらに、本願発明の電気光学装置をディスプレイとして用いた電子機器の品質を向上させることを課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本願発明の構成は、
LDD領域の一部又は全部がゲート絶縁膜を挟んでゲート電極と重なるように形成されたnチャネル型TFTを有する駆動回路部と、
LDD領域がゲート絶縁膜を挟んでゲート電極と重ならないように形成された画素TFTを有する画素部と、
メモリトランジスタを有するメモリ部と、
を同一の絶縁体上に有することを特徴とする。
【0011】
また、他の発明の構成は、
LDD領域の一部又は全部が第2ゲート絶縁膜を挟んでゲート電極と重なるように形成されたnチャネル型TFTを有する駆動回路部と、
LDD領域が第2ゲート絶縁膜を挟んでゲート電極と重ならないように形成された画素TFTを有する画素部と、
活性層、第1ゲート絶縁膜、浮遊ゲート電極、第3ゲート絶縁膜及び制御ゲート電極を含むメモリトランジスタを有するメモリ部と、
を同一の絶縁体上に有することを特徴とする。
【0012】
また、他の発明の構成は、
LDD領域の一部又は全部が第2ゲート絶縁膜を挟んでゲート電極と重なるように形成されたnチャネル型TFTを有する駆動回路部と、
LDD領域が第2ゲート絶縁膜を挟んでゲート電極と重ならないように形成された画素TFTを有する画素部と、
活性層、第1ゲート絶縁膜、浮遊ゲート電極、第3ゲート絶縁膜及び制御ゲート電極を含むメモリトランジスタを有するメモリ部と、
を同一の絶縁体上に有し、
前記第3ゲート絶縁膜は前記nチャネル型TFTのゲート電極及び前記画素TFTのゲート電極を覆っていることを特徴とする。
【0013】
また、他の発明の構成は、
LDD領域の一部又は全部が第2ゲート絶縁膜を挟んでゲート電極と重なるように形成されたnチャネル型TFTを有する駆動回路部と、
LDD領域が第2ゲート絶縁膜を挟んでゲート電極と重ならないように形成された画素TFTを有する画素部と、
活性層、第1ゲート絶縁膜、浮遊ゲート電極、第3ゲート絶縁膜及び制御ゲート電極を含むメモリトランジスタを有するメモリ部と、
を同一の絶縁体上に有し、
前記浮遊ゲート電極、前記nチャネル型TFTのゲート電極及び前記画素TFTのゲート電極は同一材料からなり、且つ、前記第3ゲート絶縁膜に覆われていることを特徴とする。
【0014】
また、他の発明の構成は、
LDD領域の一部又は全部が第2ゲート絶縁膜を挟んでゲート電極と重なるように形成されたnチャネル型TFTを有する駆動回路部と、
LDD領域が第2ゲート絶縁膜を挟んでゲート電極と重ならないように形成された画素TFTを有する画素部と、
活性層、第1ゲート絶縁膜、浮遊ゲート電極、第3ゲート絶縁膜及び制御ゲート電極を含むメモリトランジスタを有するメモリ部と、
を同一の絶縁体上に有し、
前記第3ゲート絶縁膜は前記浮遊ゲート電極を形成する材料の酸化物であることを特徴とする。
【0015】
また、他の発明の構成は、
LDD領域の一部又は全部が第2ゲート絶縁膜を挟んでゲート電極と重なるように形成されたnチャネル型TFTを有する駆動回路部と、
LDD領域が第2ゲート絶縁膜を挟んでゲート電極と重ならないように形成された画素TFTを有する画素部と、
活性層、第1ゲート絶縁膜、浮遊ゲート電極、第3ゲート絶縁膜及び制御ゲート電極を含むメモリトランジスタを有するメモリ部と、
を同一の絶縁体上に有し、
前記浮遊ゲート電極、前記nチャネル型TFTのゲート電極及び前記画素TFTのゲート電極は同一材料からなり、且つ、前記第3ゲート絶縁膜は前記浮遊ゲート電極を形成する材料の酸化物であることを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
本願発明の実施形態について図1を用いて説明する。図1は同一基板上(同一の絶縁表面上もしくは同一の絶縁体上)にメモリ部、駆動回路部及び画素部を一体形成したアクティブマトリクス基板(液晶又はEL層を形成する前のTFT形成側基板)の断面図を示している。
【0017】
なお、メモリ部は不揮発性メモリ、ここではEEPROM(Electric Erasable Programmable Read Only Memory)で形成され、図1ではそのメモリセルに形成される一つのメモリトランジスタ(メモリセルトランジスタともいう)を例示する。実際には複数のメモリセルが集積化されてメモリ部を形成する。
【0018】
本願発明には集積度の高いフラッシュメモリ(フラッシュEEPROM)を用いるのが望ましい。従って、本明細書中では特に断りのない限り、不揮発性メモリとしてフラッシュメモリを扱う。また、フラッシュメモリはセクター毎にデータ消去を行う不揮発性メモリであるが、各メモリトランジスタのソース配線は共通化されているので本明細書中では共通ソース配線という。
【0019】
また、駆動回路部を形成する具体例としてCMOS回路を示す。実際には、CMOS回路を基本回路としてシフトレジスタ、レベルシフタ、ラッチ、バッファ等が形成され、それらが集積化されて駆動回路部を形成する。
【0020】
また、画素部を形成する具体例として画素TFT及び保持容量を示す。実際にはマトリクス状に配列された複数の画素のそれぞれに画素TFTと保持容量とが形成される。
【0021】
図1において、101は絶縁表面を有し耐熱性の高い基板であり、石英基板、シリコン基板、セラミックス基板もしくは金属基板を用いれば良い。どの基板を用いる場合においても、必要に応じて下地膜(好ましくは珪素(シリコン)を含む絶縁膜)を設けて絶縁表面を形成すれば良い。なお、本明細書において「珪素を含む絶縁膜」とは、具体的には酸化珪素膜、窒化珪素膜若しくは窒化酸化珪素膜(SiOxNyで示される)など珪素、酸素若しくは窒素を所定の割合で含む絶縁膜を指す。
【0022】
そして、基板101上に各半導体素子301〜304が形成される。ここで各区半導体素子301〜304のそれぞれについて図1を用いて説明を行う。
【0023】
まずメモリトランジスタ301はソース領域102、ドレイン領域103、低濃度不純物領域(LDD領域ともいう)104及びチャネル形成領域105を含む活性層、第1ゲート絶縁膜106、浮遊ゲート電極107、第3ゲート絶縁膜11、制御ゲート電極108、そして第1層間絶縁膜12を介して形成された共通ソース配線109、ビット配線(ドレイン配線)110を有して形成される。
【0024】
ソース領域102は浮遊ゲート電極107に捕獲されたキャリア(電子)を共通ソース配線109に引き抜くための領域であり消去領域とも言える。なお、図1ではチャネル形成領域105との間にLDD領域104を設けているが、形成しなくても良い。また、ドレイン領域103は電気的に孤立した浮遊ゲート電極107にキャリアを注入するための領域であり書き込み領域とも言える。さらに、ドレイン領域103はメモリトランジスタ301に記憶されたデータをビット配線110に読み出すための読み出し領域としても機能する。
【0025】
このドレイン領域103は第1ゲート絶縁膜106を介して浮遊ゲート電極107と重なるように設けられる。重なりの距離は0.1〜0.5μm(好ましくは0.1〜0.2μm)でよく、これ以上重ねてしまうと寄生容量が大きくなりすぎるので好ましくない。また、浮遊ゲート電極107にキャリアを捕獲する際、その制御は第3ゲート絶縁膜11を介して浮遊ゲート電極107上に設けられた制御ゲート電極108で行われる。
【0026】
なお、第1ゲート絶縁膜106としてはトンネル電流(ファウラノルドハイム電流)が流れる程度に薄い絶縁膜(膜厚が3〜20nm、好ましくは5〜10nm)を用いる必要があるため、活性層を酸化して得られた酸化膜(活性層が珪素ならば酸化珪素膜)を用いることが好ましい。勿論、膜厚の均一性と膜質さえ良ければ、CVD法やスパッタ法等の気相法で第1ゲート絶縁膜を形成することもできる。
【0027】
また、第3ゲート絶縁膜11としては比誘電率の高い絶縁膜を用いるのが好ましく、図1では図示されていないが酸化珪素膜/窒化珪素膜/酸化珪素膜の積層構造でなる絶縁膜を用いている。この場合、第3ゲート絶縁膜11の一部に窒化珪素膜が含まれているので、他の半導体素子302〜304に対しては外部からの可動イオンや水分の侵入を防ぐパッシベーション膜としても効果も得られる。また、浮遊ゲート電極107を酸化して得られた酸化膜(浮遊ゲート電極がタンタル膜ならば酸化タンタル膜)を用いることも可能である。
【0028】
次に、CMOS回路を形成するNチャネル型TFT302は、ソース領域112、ドレイン領域113、LDD領域114及びチャネル形成領域115を含む活性層、第2ゲート絶縁膜13、ゲート電極116、ソース配線117、ドレイン配線118を有して形成される。この時、第2ゲート絶縁膜13の膜厚は50〜150nm(好ましくは80〜120nm)とし、メモリトランジスタ301に用いた第1ゲート絶縁膜106の膜厚よりも厚いものを用いる。
【0029】
このNチャネル型TFTの特徴は、ドレイン領域113とチャネル形成領域115との間にLDD領域114が設けられ、且つ、LDD領域114が第2ゲート絶縁膜13を介してゲート電極116に重なっている点である。このような構造はホットキャリア注入による劣化を防ぐ上で非常に効果的である。但し、LDD領域とゲート電極との間で寄生容量を形成してしまうので、ソース領域112とチャネル形成領域115との間には設けない方が好ましい。
【0030】
また、この時LDD領域114の長さは0.1〜2μm(好ましくは0.3〜0.5μm)にすれば良い。長すぎては寄生容量を大きくしてしまい、短すぎてはホットキャリア注入による劣化を防止する効果が弱くなってしまう。
【0031】
次に、CMOS回路を形成するPチャネル型TFT303は、ソース領域120、ドレイン領域121及びチャネル形成領域122を含む活性層、第2ゲート絶縁膜13、ゲート電極123、ソース配線124、ドレイン配線118を有して形成される。この時、第2ゲート絶縁膜はNチャネル型TFT302と同一の絶縁膜を用い、ドレイン配線はNチャネル型TFT302と共通である。
【0032】
次に、画素部を形成する画素TFT304は、ソース領域126、ドレイン領域127、LDD領域128a〜128d、チャネル形成領域129a、129b及び不純物領域130を含む活性層、第2ゲート絶縁膜13、ゲート電極131a、131b、ソース配線132、ドレイン配線133を有して形成される。
【0033】
この時、画素TFT304においては、LDD領域128a〜128dは、第2ゲート絶縁膜13を介してゲート電極131a、131bと重ならないように設けることが好ましい。なお、チャネル形成領域とLDD領域との間にオフセット領域(チャネル形成領域と同一組成の半導体層でなり、ゲート電圧が印加されない領域)を設けることはさらに好ましい。
【0034】
前述のNチャネル型TFT302に用いた構造は確かにホットキャリア対策として効果があるが、その反面、オフ電流値(TFTがオフ動作にある時に流れるドレイン電流値)が大きくなってしまうという現象が見られる。この現象は駆動回路(サンプリング回路は除く)ではさほど問題にならないが、画素TFTでは致命的な欠点となってしまう。そのため、本願発明では図1のような構造の画素TFTを用いてオフ電流値を低減している。また、不純物領域130もオフ電流値を低減する上で非常に効果がある。
【0035】
また、画素TFT上には全素子共通のパッシベーション膜14が設けられ、その上に樹脂膜など平坦性の高い絶縁膜(第2層間絶縁膜)15が形成される。そして、第2層間絶縁膜15の上には金属膜でなる遮蔽膜134、遮蔽膜134を酸化して得られた酸化物135及び第2層間絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して画素TFT304に接続された画素電極136が形成される。
【0036】
なお、137が隣接する他の画素の画素電極であり、画素電極136は酸化物135を介して遮蔽膜135と重なることによって保持容量138を形成している。即ち、図1に示した構造の特徴の一つとして、保持容量138が光遮蔽膜及び電界遮蔽膜として機能しうる点が挙げられる。ただし、本願発明は図1に示した保持容量の構造に限定されるものではない。
【0037】
以上のように、メモリトランジスタ301、CMOS回路を形成するNチャネル型TFT302、CMOS回路を形成するPチャネル型TFT303、画素TFT304をそれぞれ求める性能に応じて適切な構造とすることで、アクティブマトリクス型表示装置の動作性能及び信頼性が大幅に向上する。
【0038】
さらに、複雑な工程を追加することなく、駆動回路部や画素部とともにメモリ部を同一基板上に形成することが可能であるため、従来のアクティブマトリクス型表示装置よりもさらに高性能なアクティブマトリクス型表示装置を形成することが可能となる。
【0039】
また、上記メモリ部、駆動回路部若しくは画素部以外に、その他の信号処理回路をも形成しうる。その他の信号処理回路としては、信号分割回路、D/Aコンバータ、γ補正回路、昇圧回路、差動増幅回路などが挙げられる。
【0040】
以上の構成でなる本願発明について、以下に示す実施例でもってさらに詳細な説明を行うこととする。
【0041】
〔実施例1〕
本発明の実施例について図2〜図5を用いて説明する。本実施例では同一基板上に画素部、画素部を駆動するための駆動回路部及び画素部への信号情報を一時的に記憶するメモリ部とを同時に作製する方法について説明する。最終的には図1に示した構造のアクティブマトリクス基板を作製する。
【0042】
図2(A)において、基板201には、石英基板やシリコン基板を使用することが望ましい。本実施例では石英基板を用いた。その他にも金属基板の表面に絶縁膜を形成したものを基板としても良い。本実施例の場合、800℃以上の温度に耐えうる耐熱性を要求されるので、それを満たす基板であればどのような基板を用いても構わない。
【0043】
そして、基板201のTFTが形成される表面には、20〜100nm(好ましくは40〜80nm)の厚さの非晶質構造を含む半導体膜202を減圧熱CVD方、プラズマCVD法またはスパッタ法で形成する。なお、本実施例では60nm厚の非晶質珪素膜を形成するが、後に熱酸化工程があるのでこの膜厚が最終的なTFTの活性層の膜厚になるわけではない。
【0044】
また、非晶質構造を含む半導体膜としては、非晶質半導体膜、微結晶半導体膜があり、さらに非晶質シリコンゲルマニウム膜などの非晶質構造を含む化合物半導体膜を用いても良い。さらに、基板上に下地膜と非晶質珪素膜とを大気解放しないで連続的に形成することも有効である。そうすることにより基板表面の汚染が非晶質珪素膜に影響を与えないようにすることが可能となり、作製されるTFTの特性バラツキを低減させることができる。
【0045】
次に、非晶質珪素膜202上に珪素(シリコン)を含む絶縁膜でなるマスク膜203を形成し、パターニングによって開口部204a、204bを形成する。この開口部は、次の結晶化工程の際に結晶化を助長する触媒元素を添加するための添加領域となる。(図2(A))
【0046】
なお、珪素を含む絶縁膜としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜を用いることができる。窒化酸化珪素膜は、珪素、窒素及び酸素を所定の量で含む絶縁膜であり、SiOxNyで表される絶縁膜である。窒化酸化珪素膜はSiH4、N2O、NH3等を原料ガスとして作製することが可能であり、含有する窒素濃度を5〜50atomic%の範囲で変えることができる。
【0047】
また、このマスク膜203のパターニングを行うと同時に、後のパターニング工程の基準となるマーカーパターンを形成しておく。マスク膜203をエッチングする際に非晶質シリコン膜202も僅かにエッチングされるが、この段差が後にマスク合わせの時にマーカーパターンとして用いることができる。
【0048】
次に、特開平10−247735号公報に記載された技術に従って、結晶構造を含む半導体膜を形成する。同公報記載の技術は、非晶質構造を含む半導体膜の結晶化に際して、結晶化を助長する触媒元素(ニッケル、コバルト、ゲルマニウム、錫、鉛、パラジウム、鉄、銅から選ばれた一種または複数種の元素)を用いる結晶化手段である。
【0049】
具体的には、非晶質構造を含む半導体膜の表面に触媒元素を保持させた状態で加熱処理を行い、非晶質構造を含む半導体膜を、結晶構造を含む半導体膜に変化させるものである。なお、結晶化手段としては、特開平7−130652号公報の実施例1に記載された技術を用いても良い。また、結晶質構造を含む半導体膜には、いわゆる単結晶半導体膜も多結晶半導体膜も含まれるが、同公報で形成される結晶構造を含む半導体膜は結晶粒界を有している。
【0050】
なお、同公報では触媒元素を含む層をマスク膜上に形成する際にスピンコート法を用いているが、触媒元素を含む薄膜をスパッタ法や蒸着法といった気相法を用いて成膜する手段をとっても良い。
【0051】
また、非晶質シリコン膜は含有水素量にもよるが、好ましくは400〜550℃で1時間程度の加熱処理を行い、水素を十分に脱離させてから結晶化させることが望ましい。その場合、含有水素量を5atom%以下とすることが好ましい。
【0052】
結晶化工程は、まず400〜500℃で1時間程度の熱処理工程を行い、水素を膜中から脱離させた後、500〜650℃(好ましくは550〜600℃)で6〜16時間(好ましくは8〜14時間)の熱処理を行う。
【0053】
本実施例では、触媒元素としてニッケルを用い、570℃で14時間の熱処理を行う。その結果、開口部204a、204bを起点として概略基板と平行な方向(矢印で示した方向)に結晶化が進行し、巨視的な結晶成長方向が揃った結晶構造を含む半導体膜(本実施例では結晶質珪素膜)205a〜205dが形成される。(図2(B))
【0054】
次に、結晶化の工程で用いたニッケルを結晶質珪素膜から除去するゲッタリング工程を行う。本実施例では、先ほど形成したマスク膜203をそのままマスクとして15族に属する元素(本実施例ではリン)を添加する工程を行い、開口部204a、204bで露出した結晶質珪素膜に1×1019〜1×1020atoms/cm3の濃度でリンを含むリン添加領域(以下、ゲッタリング領域という)206a、206bを形成する。(図2(C))
【0055】
次に、窒素雰囲気中で450〜650℃(好ましくは500〜550℃)、4〜24時間(好ましくは6〜12時間)の熱処理工程を行う。この熱処理工程により結晶質珪素膜中のニッケルは矢印の方向に移動し、リンのゲッタリング作用によってゲッタリング領域206a、206bに捕獲される。即ち、結晶質珪素膜中からニッケルが除去されるため、ゲッタリング後の結晶質珪素膜207a〜207dに含まれるニッケル濃度は、1×1017atms/cm3以下、好ましくは1×1016atms/cm3以下にまで低減することができる。
【0056】
次に、マスク膜203を除去し、結晶質珪素膜207a〜207d上に後の不純物添加時のために保護膜208を形成する。保護膜208は100〜200nm(好ましくは130〜170nm)の厚さの窒化酸化珪素膜または酸化珪素膜を用いると良い。この保護膜208は不純物添加時に結晶質珪素膜が直接プラズマに曝されないようにするためと、微妙な濃度制御を可能にするための意味がある。
【0057】
そして、その上にレジストマスク209a、209bを形成し、保護膜208を介してp型を付与する不純物元素(以下、p型不純物元素という)を添加する。p型不純物元素としては、代表的には13族に属する元素、典型的にはボロンまたはガリウムを用いることができる。この工程(チャネルドープ工程という)はTFTのしきい値電圧を制御するための工程である。なお、ここではジボラン(B2H6)を質量分離しないでプラズマ励起したイオンドープ法でボロンを添加する。勿論、質量分離を行うイオンインプランテーション法を用いても良い。
【0058】
この工程により1×1015〜1×1018atoms/cm3(代表的には5×1016〜5×1017atoms/cm3)の濃度でp型不純物元素(本実施例ではボロン)を含む不純物領域210a〜210cを形成する。なお、本明細書中では上記濃度範囲でp型不純物元素を含む不純物領域(但し、リンは含まれていない領域)をp型不純物領域(b)と定義する。(図2(D))
【0059】
次に、レジストマスク209a、209bを除去し、結晶質珪素膜をパターニングして島状の半導体層(以下、活性層という)211〜214を形成する。なお、活性層211〜214は、ニッケルを選択的に添加して結晶化することによって、非常に結晶性の良い結晶質シリコン膜で形成されている。具体的には、棒状または柱状の結晶が、特定の方向性を持って並んだ結晶構造を有している。また、結晶化後、ニッケルをリンのゲッタリング作用により除去又は低減しており、活性層211〜214中に残存する触媒元素の濃度は、1×1017atms/cm3以下、好ましくは1×1016atms/cm3以下である。(図2(E))
【0060】
また、pチャネル型TFTの活性層213は意図的に添加された不純物元素を含まない領域であり、nチャネル型TFTの活性層211、212、214はp型不純物領域(b)となっている。本明細書中では、この状態の活性層211〜214は全て真性または実質的に真性であると定義する。即ち、TFTの動作に支障をきたさない程度に不純物元素が意図的に添加されている領域が実質的に真性な領域と考えて良い。
【0061】
次に、プラズマCVD法またはスパッタ法により10〜100nm厚の珪素を含む絶縁膜を形成する。本実施例では、30nm厚の窒化酸化珪素膜を形成する。この珪素を含む絶縁膜は積層構造で用いても構わない。そして、パターニングを行い、駆動回路部及び画素部となる領域のみ残して他の領域は除去し、活性層211を露呈させる。
【0062】
次に、800〜1150℃(好ましくは900〜1000℃)の温度で15分〜8時間(好ましくは30分〜2時間)の熱処理工程を、酸化性雰囲気下で行う(熱酸化工程)。本実施例では酸素雰囲気中に3体積%の塩化水素を添加した雰囲気中で950℃80分の熱処理工程を行う。なお、図2(D)の工程で添加されたボロンはこの熱酸化工程の間に活性化される。(図3(A))
【0063】
なお、酸化性雰囲気としては、ドライ酸素雰囲気でもウェット酸素雰囲気でも良いが、半導体層中の結晶欠陥の低減にはドライ酸素雰囲気が適している。また、本実施例では酸素雰囲気中にハロゲン元素を含ませた雰囲気としたが、100%酸素雰囲気で行っても構わない。
【0064】
こうして露呈された活性層211の表面には熱酸化膜(酸化珪素膜)215が3〜20nm(好ましくは5〜10nm)の膜厚で形成される。この熱酸化膜215は最終的にメモリトランジスタのチャネル形成領域と浮遊ゲート電極との間に形成される第1ゲート絶縁膜となる。
【0065】
また、同時に珪素を含む絶縁膜116とその下の活性層211〜214との界面においても酸化反応が進行する。本願発明ではそれを考慮して最終的に形成される絶縁膜216の膜厚が50〜150nm(好ましくは80〜120nm)となるように調節する。この珪素を含む絶縁膜216は最終的に駆動回路部及び画素部を形成するTFTのゲート絶縁膜であり、第2ゲート絶縁膜と呼ぶ。
【0066】
また、本実施例の熱酸化工程では、60nm厚の活性層のうち25nmが酸化されて活性層211〜214の膜厚は45nmとなる。これが最終的に完成したTFTの活性層の膜厚となる。また、30nm厚の珪素を含む絶縁膜に対して50nm厚の熱酸化膜が加わるので、最終的に第2ゲート絶縁膜216の膜厚は110nmとなる。
【0067】
次に、新たにレジストマスク217a〜217cを形成する。そして、n型を付与する不純物元素(以下、n型不純物元素という)を添加してn型を呈する不純物領域218、219を形成する。なお、n型不純物元素としては、代表的には15族に属する元素、典型的にはリンまたは砒素を用いることができる。(図3(B))
【0068】
この不純物領域218、219は、後にメモリトランジスタ及びCMOS回路のNチャネル型TFTにおいて、LDD領域として機能させるための不純物領域である。なお、ここで形成された不純物領域にはn型不純物元素が2×1016〜5×1019atoms/cm3(代表的には5×1017〜5×1018atoms/cm3)の濃度で含まれている。本明細書中では上記濃度範囲でn型不純物元素を含む不純物領域をn型不純物領域(b)と定義する。
【0069】
なお、ここではフォスフィン(PH3)を質量分離しないでプラズマ励起したイオンドープ法でリンを1×1018atoms/cm3の濃度で添加する。勿論、質量分離を行うイオンインプランテーション法を用いても良い。
【0070】
また、この工程ではメモリトランジスタとなる領域とCMOS回路のnチャネル型TFTとなる領域とでゲート絶縁膜の膜厚が異なる。従って、両者を2回の添加工程に分けて行っても良いし、不純物添加時の深さ方向の濃度プロファイルを調節して、218及び219で示される領域にほぼ同濃度でリンが添加されるようにすることが望ましい。
【0071】
次に、レジストマスク217a〜217cを除去し、新たにレジストマスク220a〜220cを形成する。そして、n型不純物元素を添加してn型を呈する不純物領域221、222を形成する。なお、n型不純物元素としては、代表的には15族に属する元素、典型的にはリンまたは砒素を用いることができる。(図3(C))
【0072】
この不純物領域221、222は、後にメモリトランジスタにおいて、ソース領域及びドレイン領域として機能させるための不純物領域である。なお、ここで形成された不純物領域にはn型不純物元素が1×1020〜1×1021atoms/cm3(代表的には2×1020〜5×1021atoms/cm3)の濃度で含まれている。本明細書中では上記濃度範囲でn型不純物元素を含む不純物領域をn型不純物領域(a)と定義する。
【0073】
なお、ここではフォスフィン(PH3)を質量分離しないでプラズマ励起したイオンドープ法でリンを3×1020atoms/cm3の濃度で添加する。勿論、質量分離を行うイオンインプランテーション法を用いても良い。
【0074】
次に、600〜1000℃(好ましくは700〜800℃)の不活性雰囲気中で熱処理を行い、図3(B)の工程で添加されたリンを活性化する。本実施例では800℃1時間の熱処理を窒素雰囲気中で行う。(図3(D))
【0075】
この時、同時にリンの添加時に損傷した活性層の結晶性及び活性層とゲート絶縁膜との界面を修復することが可能である。この活性化工程は電熱炉を用いたファーネスアニールが好ましいが、ランプアニールやレーザーアニールといった光アニールでも良いし、ファーネスアニールと併用しても良い。
【0076】
この工程によりn型不純物領域(a)222、n型不純物領域(b)218、219の境界部、即ち、n型不純物領域(a)又はn型不純物領域(b)の周囲に存在する真性又は実質的に真性な領域(勿論、p型不純物領域(b)も含む)との接合部が明確になる。このことは、後にTFTが完成した時点において、LDD領域とチャネル形成領域とが非常に良好な接合部を形成しうることを意味する。
【0077】
次に、200〜400nm(好ましくは250〜350nm)の厚さで第1ゲート電極223〜225、226a、226bを形成する。第1ゲート電極223〜225、226a、226bを形成する際は、同時に第1ゲート電極同士を電気的に接続する第1ゲート配線も形成される。但し、第1ゲート電極223はどのゲート電極とも電気的に接続されず、後にメモリトランジスタの浮遊ゲート電極として機能する。(図3(E)
【0078】
実際にはメモリ部に形成される複数のメモリトランジスタ全てに浮遊ゲート電極が形成されるが、個々に電気的に孤立した状態、即ちフローティング状態としてある。こうすることで電荷蓄積層として機能するのである。
【0079】
ゲート電極223〜225、226a、226bの材料としては、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、または前記元素を主成分とする導電膜(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合金膜、Mo−Ta合金膜、タングステンシリサイド膜等)を用いることができる。
【0080】
なお、本実施例では50nm厚の窒化タンタル(TaN)膜と、350nm厚のタンタル(Ta)膜を積層して用いる。また、第1ゲート電極の下に珪素膜を2〜20nm程度の厚さで形成しておくことは有効である。これによりその上に形成されるゲート電極の密着性の向上と酸化防止とを図ることができる。
【0081】
この時、メモリトランジスタに形成されるゲート電極223はn型不純物領域(a)221、222及びn型不純物領域(b)218の一部とゲート絶縁膜215を介して重なるように形成する。また、CMOS回路のNチャネル型TFTに形成されるゲート電極224はn型不純物領域(b)219の一部とゲート絶縁膜216を介して重なるように形成する。なお、ゲート電極226a、226bは断面では二つに見えるが実際は電気的に接続されている。
【0082】
次に、レジストマスク227a、227bを形成し、p型不純物元素(本実施例ではボロン)を添加して高濃度にボロンを含む不純物領域228、229を形成する。本実施例ではジボラン(B2H6)を用いたイオンドープ法(勿論、イオンインプランテーション法でも良い)により3×1020〜3×1021atoms/cm3(代表的には5×1020〜1×1021atoms/cm3)濃度でボロンを添加する。なお、本明細書中では上記濃度範囲でp型不純物元素を含む不純物領域をp型不純物領域(a)と定義する。(図4(A))
【0083】
なお、ここでp型不純物元素を添加する前に、レジストマスク227a、227b及びゲート電極225をマスクとして、ゲート絶縁膜をエッチングして活性層を露呈させておいても良い。こうすることで加速電圧とドーズ量を小さくすることができ、工程のスループットを上げることができる。
【0084】
次に、レジストマスク227a、227bを除去し、レジストマスク230a〜230dを形成する。そして、n型不純物元素(本実施例ではリン)を添加して高濃度にリンを含む不純物領域231〜235を形成する。この工程は図3(C)の工程と同様に行えば良く、添加するリン濃度は1×1020〜1×1021atoms/cm3(代表的には2×1020〜5×1021atoms/cm3)とすれば良い。従って、不純物領域231〜235をn型不純物領域(a)と呼んでも構わない。(図4(B))
【0085】
また、不純物領域231〜235が形成された領域には既に前工程で添加されたリンまたはボロンが含まれるが、十分に高い濃度でリンが添加されることになるので、前工程で添加されたリンまたはボロンの影響は考えなくて良い。
【0086】
なお、ここでn型不純物元素を添加する前に、レジストマスク230a〜230d及びゲート電極224をマスクとして、ゲート絶縁膜をエッチングして活性層を露呈させておいても良い。こうすることで加速電圧とドーズ量を小さくすることができ、工程のスループットを上げることができる。
【0087】
次に、レジストマスク230a〜230dを除去し、ゲート電極223〜225、226a、226bをマスクとして自己整合的にn型不純物元素(本実施例ではリン)を添加する。こうして形成された不純物領域236〜239には前記n型不純物領域(b)の1/2〜1/10(代表的には1/3〜1/4)の濃度(但し、前述のチャネルドープ工程で添加されたボロン濃度よりも5〜10倍高い濃度、代表的には1×1016〜5×1018atoms/cm3、典型的には3×1017〜3×1018atoms/cm3、)でリンが添加されるように調節する。なお、本明細書中では上記濃度範囲でn型不純物元素を含む不純物領域(但し、p型不純物領域を除く)をn型不純物領域(c)と定義する。(図4(C))
【0088】
なお、この工程ではゲート電極で隠された部分を除いて全ての不純物領域にも1×1016〜5×1018atoms/cm3の濃度でリンが添加されているが、非常に低濃度であるため各不純物領域の機能には影響を与えない。また、n型不純物領域(b)236〜239には既にチャネルドープ工程で1×1015〜1×1018atoms/cm3の濃度のボロンが添加されているが、この工程ではp型不純物領域(b)に含まれるボロンの5〜10倍の濃度でリンが添加されるので、この場合もボロンはn型不純物領域(b)の機能には影響を与えないと考えて良い。
【0089】
次に、それぞれの濃度で添加されたn型又はp型不純物元素を活性化するために熱処理工程を行った。この工程はファーネスアニール法、レーザーアニール法、ランプアニール法のいずれか又はそれらを併用して行うことができる。ファーネスアニール法で行う場合は、不活性雰囲気中において500〜800℃、好ましくは550〜600℃で行えば良い。本実施例では550℃、4時間の熱処理を行い、不純物元素を活性化する。(図4(D))
【0090】
なお、本実施例では窒化タンタル膜とタンタル膜でなる積層膜をゲート電極材料として用いているが、タンタル膜は非常に酸化に弱い。従って、この活性化工程は極力酸素を含まない不活性雰囲気中で行う必要がある。具体的には、酸素が1ppm以下(好ましくは0.1ppm以下)の不活性雰囲気中が好ましい。
【0091】
本実施例では、100%窒素雰囲気で550℃4時間の熱処理を行うが、その際、酸化が進行しない程度に十分に低い温度(100〜200℃)で基板を炉内へ投入し、十分に長い時間(30分〜1時間)の窒素パージ期間をおいた後に熱処理を行う。そして、基板を取り出す際にも上記十分に低い温度まで炉内温度が下がった後で大気解放するよう注意する。
【0092】
こうして細心の注意を払って熱処理(活性化工程)を行えば、ゲート電極の表面は僅かに窒化するものの酸化反応は防ぐことができ、大幅に抵抗が増加するような不具合は生じない。
【0093】
次に、第1ゲート電極223〜225、226a、226bを覆って第3ゲート絶縁膜240を形成する。なお、実際にゲート絶縁膜として機能するのは第1ゲート電極223の上にあたる部分だけであるが、説明の便宜上、特に区別しないで呼ぶことにする。
【0094】
この第3ゲート絶縁膜240は公知の気相法で形成すれば良いが、膜質の良い薄膜を得るために本実施例では減圧熱CVD法により形成する。また、本実施例では酸化珪素膜で窒化珪素膜を挟んだ三層構造の積層膜を第3ゲート絶縁膜として用いる。膜厚はトータルで15〜50nm(好ましくは20〜40nm)とすれば良い。本実施例では酸化珪素膜(膜厚:10nm)/窒化珪素膜(膜厚:20nm)/酸化珪素膜(膜厚:10nm)とするが、これに限定する必要はなく、カップリング比を考慮して決定すれば良い。
【0095】
そして、第3ゲート絶縁膜240を介して、第1ゲート電極223と重なる位置に第2ゲート電極241を形成する。この第2ゲート電極241は後にメモリトランジスタの制御ゲート電極として機能する。膜厚は200〜400nmの範囲で選択すれば良い。(図5(A))
【0096】
第2ゲート電極(制御ゲート電極)241の材料としては、第1ゲート電極と同様の材料を用いることができるが、これ以降の工程では高い450℃以上に温度が上がることがないので、その温度に耐えうる耐熱性を有する導電膜であれば、いかなる材料を用いても良い。特に、低抵抗なアルミニウム又は銅を含む金属膜が好ましい。
【0097】
次に、第1層間絶縁膜242を形成する。第1層間絶縁膜242としては、珪素を含む絶縁膜、具体的には窒化珪素膜、酸化珪素膜、窒化酸化珪素膜またはそれらを組み合わせた積層膜で形成すれば良い。また、膜厚は400nm〜1.5μmとすれば良い。本実施例では、プラズマCVD法を用いて1μm厚の酸化珪素膜を形成する。
【0098】
次に、3〜100%の水素を含む雰囲気中で、300〜450℃で1〜4時間の熱処理を行い、活性層の水素化を行う。この工程は熱的に励起された水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。水素化の他の手段として、プラズマ水素化(プラズマにより励起された水素を用いる水素化処理)を行っても良い。
【0099】
次に、それぞれのTFTのソース領域又はドレイン領域に達するコンタクトホールが形成され、共通ソース配線243、ビット配線244、ソース配線245〜247、ドレイン配線248、249を形成する。なお、CMOS回路を形成するためにドレイン配線248はNチャネル型TFTとPチャネル型TFTとの間で共通である。また、図示していないが、本実施例ではこの配線を、Ti膜を200nm、Tiを含むアルミニウム膜500nm、TiN膜100nmをスパッタ法で連続して形成した三層構造の積層膜とする。(図5(B))
【0100】
さらに、TFTを外部汚染から保護する保護膜(パッシベーション膜ともいう)250として、珪素を含む絶縁膜を50〜500nm(代表的には200〜300nm)の厚さで形成する。本実施例では300nm厚の窒化酸化珪素膜を用い、パッシベーション膜の形成に先立ってH2、NH3等水素を含むガスを用いてプラズマ処理を行った後に成膜する。
【0101】
この前処理によりプラズマで励起された水素が第1層間絶縁膜中に供給される。この状態で熱処理(300〜420℃の温度)を行うことで、パッシベーション膜250おの膜質を改善するとともに、第1層間絶縁膜中に添加された水素が下層側に拡散するため、効果的に活性層を水素化することができる。
【0102】
なお、この熱処理工程のあと、後に画素電極とドレイン配線を接続するためのコンタクトホールを形成する位置において、パッシベーション膜250に開口部(図示せず)を形成しておいても良い。また、この工程を行う際、画素内の画像表示領域のパッシベーション膜を除去しておくと透過型液晶表示装置においては透過光量が増加して明るい画像が得られる。
【0103】
次に、有機樹脂からなる第2層間絶縁膜251を約1μmの厚さに形成する。有機樹脂としては、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、BCB(ベンゾシクロブテン)等を使用することができる。有機樹脂膜を用いることの利点は、成膜方法が簡単である点や、比誘電率が低いので、寄生容量を低減できる点、平坦性に優れる点などが上げられる。なお上述した以外の有機樹脂膜や有機系SiO化合物などを用いることもできる。ここでは、基板に塗布後、熱重合するタイプのポリイミドを用い、300℃で焼成して形成する。
【0104】
次に、画素部となる領域において、第2層間絶縁膜251上に遮蔽膜252を形成する。なお、本明細書中では光と電磁波を遮るという意味で遮蔽膜という文言を用いる。遮蔽膜252はアルミニウム(Al)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)から選ばれた元素でなる導電膜またはいずれかの元素を主成分とする導電膜で100〜300nmの厚さに形成する。本実施例では1wt%のチタンを含有させたアルミニウム膜を125nmの厚さに形成する。
【0105】
なお、第2層間絶縁膜251上に酸化珪素膜等の絶縁膜を5〜50nm形成しておくと、この上に形成する遮蔽膜の密着性を高めることができる。この効果は窒化チタン膜等の導電膜を用いても得られる。また、有機樹脂で形成した第2層間絶縁膜251の表面にCF4ガスを用いたプラズマ処理を施すと、表面改質により膜上に形成する遮蔽膜の密着性を向上させることができる。
【0106】
また、このチタンを含有させたアルミニウム膜を用いて、遮蔽膜だけでなく他の接続配線を形成することも可能である。例えば、駆動回路内で回路間をつなぐ接続配線を形成できる。但し、その場合は遮蔽膜または接続配線を形成する材料を成膜する前に、予め第2層間絶縁膜にコンタクトホールを形成しておく必要がある。
【0107】
次に、遮蔽膜252の表面に陽極酸化法またはプラズマ酸化法(本実施例では陽極酸化法)により20〜100nm(好ましくは30〜50nm)の厚さの酸化物(陽極酸化物)253を形成する。本実施例では遮蔽膜252としてアルミニウムを主成分とする膜を用いたため、酸化物253として酸化アルミニウム膜(アルミナ膜)が形成される。
【0108】
この陽極酸化処理に際して、まず酒石酸エチレングリコール溶液を作製する。これは15%の酒石酸アンモニウム水溶液とエチレングリコールとを2:8で混合した溶液であり、これにアンモニア水を加え、pHが7±0.5となるように調節する。そして、この溶液中に陰極となる白金電極を設け、遮蔽膜252が形成されている基板を溶液に浸し、遮蔽膜252を陽極として、一定(数mA〜数十mA)の直流電流を流す。
【0109】
溶液中の陰極と陽極との間の電圧は陽極酸化物の成長に従い時間と共に変化するが、定電流のまま100V/minの昇圧レートで電圧を上昇させて、到達電圧45Vに達したところで陽極酸化処理を終了させる。このようにして遮蔽膜252の表面には厚さ約50nmの酸化物253を形成することができる。また、その結果、遮蔽膜252の膜厚は90nmとなる。
【0110】
なお、ここで示した陽極酸化法に係わる数値は一例にすぎず、作製する素子の大きさ等によって当然最適値は変化しうるものである。
【0111】
また、ここでは陽極酸化法を用いて遮蔽膜表面のみに絶縁膜を設ける構成としたが、絶縁膜をプラズマCVD法、熱CVD法またはスパッタ法などの気相法によって形成しても良い。その場合も膜厚は20〜100nm(好ましくは30〜50nm)とすることが好ましい。また、酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、DLC等の炭素膜、酸化タンタル膜若しくは有機樹脂膜を用いても良い。又は、これらを組み合わせた積層膜を用いても良い。
【0112】
次に、第2層間絶縁膜251、パッシベーション膜250にドレイン配線249に達するコンタクトホールを形成し、画素電極254を形成する。なお、画素電極255は隣接する他の画素の画素電極である。画素電極254、255は、透過型液晶表示装置とする場合には透明導電膜を用い、反射型の液晶表示装置とする場合には金属膜を用いれば良い。ここでは透過型の液晶表示装置とするために、酸化インジウムと酸化スズとの化合物膜(ITO膜)を110nmの厚さにスパッタ法で形成する。
【0113】
また、この時、画素電極254と遮蔽膜252とが酸化物253を介して重なり、保持容量(キャパシタンス・ストレージ)256を形成する。なお、この場合、遮蔽膜252をフローティング状態(電気的に孤立した状態)か固定電位、好ましくはコモン電位(データとして送られる画像信号の中間電位)に設定しておくことが望ましい。
【0114】
こうして同一基板上に、メモリ部、駆動回路部及び画素部を有するアクティブマトリクス基板が完成する。図5(C)に示すアクティブマトリクス基板は図1で説明したアクティブマトリクス基板と同じ構造である。
【0115】
本願発明では、メモリ部、駆動回路部及び画素部が要求する性能に応じて各回路又は素子を形成するTFTの構造を最適化し、電気光学装置の動作性能及び信頼性を向上させることができる。具体的には、駆動回路部には動作速度若しくはホットキャリア対策を重視したTFT構造を用い、画素部にはオフ電流値動作の低減を重視したTFT構造を用いる。また、メモリ部には工程数の増加を最小限に抑えつつ、メモリトランジスタを形成する。
【0116】
ここでアクティブマトリクス型液晶表示装置の場合について図1を参照して説明する。
【0117】
まず、メモリトランジスタ301は浮遊ゲート電極107と制御ゲート電極108とを有する二層ゲート構造のTFTをメモリトランジスタとして用いる。このメモリトランジスタの書き込み動作は、チャネル形成領域105とドレイン領域103との接合部に発生したホットキャリアが浮遊ゲート電極107に注入されて行われる。そして、消去動作は、浮遊ゲート電極107とソース領域102との間に流れるFN(ファウラノルドハイム)電流によって行われる。
【0118】
また、LDD領域104はソース領域102とチャネル形成領域105との間のバンド間トンネル電流を防止するための緩衝領域であり、信頼性向上と消費電流低減の効果がある。このLDD領域104の長さ(幅)は0.1〜2.0μm、代表的には0.5〜1.5μmとすれば良い。
【0119】
また、nチャネル型TFT302は高速動作を重視するシフトレジスタ、レベルシフタ、バッファなどの駆動回路に適している。即ち、チャネル形成領域115とドレイン領域113との間のみにゲート電極に重なったLDD領域114を形成することで、できるだけ抵抗成分を低減させつつホットキャリア対策を講じた構造となっている。
【0120】
ドレイン領域側のみにLDD領域を設ければ足りるのは、上記駆動回路の場合、ソース領域とドレイン領域の機能が変わらず、キャリア(電子)の移動する方向が一定だからである。但し、必要に応じてチャネル形成領域を挟んでLDD領域を形成することもできる。即ち、ソース領域とチャネル形成領域の間、及びドレイン領域とチャネル形成領域との間に形成することも可能である。なお、このLDD領域114の長さ(幅)は0.1〜2.0μm、好ましくは0.5〜1.5μmとすれば良い。
【0121】
また、画素TFT304は低オフ電流動作を重視した画素部に適している。即ち、LDD領域128a〜128dをゲート電極131a、131bに重ならないように形成することで低オフ電流動作を実現している。また、メモリ部や駆動回路部に形成されるLDD領域よりも低い不純物濃度のLDD領域を用いることで、さらに低いオフ電流値とする構造となっている。さらに、不純物領域130がオフ電流値の低減に大きく寄与している。
【0122】
なお、画素TFT304に設けられるLDD領域128a〜128bの長さ(幅)は0.5〜3.5μm、代表的には2.0〜2.5μmとすれば良い。
【0123】
また、本実施例では保持容量の誘電体として比誘電率が7〜9と高い酸化アルミニウム膜を用いたことで、所望の容量を形成するために必要な保持容量の専有面積を少なくすることができる。さらに、本実施例のように画素TFT上に形成される遮蔽膜を保持容量の一方の電極とすることで、アクティブマトリクス型液晶表示装置の画像表示部の開口率を向上させることができる。
【0124】
なお、本発明は本実施例に示した保持容量の構造に限定される必要はない。例えば、本出願人による特願平9−316567号出願、特願平9−273444号出願または特願平10−254097号出願に記載された構造の保持容量を用いることもできる。
【0125】
〔実施例2〕
本実施例では、実施例1で形成したアクティブマトリクス基板(図5(C)に示される)に対してセル組み工程を行い、アクティブマトリクス型液晶表示装置を作製する場合について図6を用いて説明する。
【0126】
図6に示すように、図5(C)の状態の基板に対し、配向膜601を形成する。本実施例では配向膜としてポリイミド膜を用いる。また、対向基板602には、透明導電膜からなる対向電極603と、配向膜604とを形成する。なお、対向基板には必要に応じてカラーフィルターや遮蔽膜を形成しても良い。
【0127】
次に、配向膜を形成した後、ラビング処理を施して液晶分子がある一定のプレチルト角を持って配向するように調節する。そして、画素部と、駆動回路部が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とを、公知のセル組み工程によってシール材やスペーサ(共に図示せず)などを介して貼りあわせる。その後、両基板の間に液晶605を注入し、封止剤(図示せず)によって完全に封止する。液晶には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図6に示すアクティブマトリクス型液晶表示装置が完成する。
【0128】
次に、このアクティブマトリクス型液晶表示装置の構成を、図7の斜視図を用いて説明する。本願発明の液晶表示装置はアクティブマトリクス基板701に形成された画素部702と、ソース配線駆動回路(画像信号伝送用回路)703と、ゲート配線駆動回路(走査信号伝送用回路)704とを有する。なお、707はアクティブマトリクス基板に対向して設けられた対向基板である。
【0129】
画素部702には、図1に示した画素TFT304を含む複数の画素がマトリクス状に配列されている。また、前記画素TFTはソース配線駆動回路703から延長されるソース配線と、ゲート配線駆動回路704から延長されるゲート配線との交点に接続されている。
【0130】
また、アクティブマトリクス基板701にはFPC(フレキシブルプリントサーキット)705が接続され、画像信号やクロック信号等の情報を含む信号が液晶表示装置に入力される。
【0131】
さらに、アクティブマトリクス基板701には図1に示したメモリトランジスタ301を集積化したメモリ部706が形成される。メモリ部706は選択トランジスタとメモリトランジスタとを一つのセルに含むメモリセルを集積化させた不揮発性メモリとしても良いが、複数のメモリトランジスタのビット線を共通化させたフラッシュメモリの方が高集積化には適している。
【0132】
〔実施例3〕
実施例2に示したアクティブマトリクス型液晶表示装置において、ソース配線駆動回路703には代表的にはシフトレジスタ、レベルシフタ、バッファ、サンプリング回路(サンプル及びホールド回路)が含まれる。これはアナログ信号を処理する場合の例であるが、デジタル信号を処理する場合には、サンプリング回路に代わってラッチ、D/Aコンバータが含まれる。また、ゲート配線駆動回路の場合はシフトレジスタ、レベルシフタ、バッファを含む。
【0133】
ここでシフトレジスタは駆動電圧が3.5〜16V(代表的には5V又は10V)であり、回路を形成するCMOS回路に使われるNチャネル型TFTは図1において302で示した構造が適している。また、レベルシフタやバッファは駆動電圧が14〜16Vと高くなるが、シフトレジスタと同様に図1に示したNチャネル型TFT302を含むCMOS回路が適している。なお、レベルシフタやバッファの場合、ゲート電極をダブルゲート構造、トリプルゲート構造といったマルチゲート構造とすることは回路の信頼性を向上させる上で有効である。
【0134】
ところが、ソース配線駆動回路に含まれるサンプリング回路は、駆動電圧は14〜16Vであるが、ソース領域とドレイン領域が反転する上、オフ電流値を低減する必要があるのでホットキャリア対策と低オフ電流値対策の両方を講じなければならない。
【0135】
そこで本実施例ではサンプリング回路として図8に示した構造のNチャネル型TFT205を用いる。なお、図8ではnチャネル型TFTしか図示されていないが、実際にサンプリング回路を形成する時はnチャネル型TFTとpチャネル型TFTとを組み合わせて形成すると大電流を流しやすくなり好ましい。
【0136】
本実施例でサンプリング回路として用いるnチャネル型TFTの構造は、ソース領域21、ドレイン領域22、LDD領域23a、23b及びチャネル形成領域24を含む活性層、第2ゲート絶縁膜13、ゲート電極25、ソース配線26、ドレイン配線27を有してなる。なお、ソース領域とドレイン領域(若しくはソース配線とドレイン配線)は動作によって反転する。
【0137】
このnチャネル型TFT205の最も大きな特徴は、LDD領域23a、23bがチャネル形成領域24を挟んで設けられ、且つ、そのLDD領域が第2ゲート絶縁膜13を介してゲート電極25に重なる領域と重ならない領域とを有する点にある。
【0138】
即ち、LDD領域23a、23bのうちゲート電極25に重なっている領域は、図1に示したnチャネル型TFT302のLDD領域114と同様に、ホットキャリア注入による劣化を低減する。また、LDD領域23a、23bのうちゲート電極25に重ならない領域は、図1に示した画素TFT304のLDD領域128a〜128dと同様に、オフ電流値を低減する。
【0139】
以上のような構造を有するnチャネル型TFTをサンプリング回路に用いることでホットキャリアによる劣化が少なく、オフ電流値の低いスイッチング動作を行うことができる。なお、この時、ゲート電極に重なったLDD領域の長さ(幅)は0.3〜3.0μm、代表的には0,5〜1.5μm、ゲート電極に重ならないLDD領域の長さ(幅)は1.0〜3.5μm、代表的には1.5〜2.0μmとすれば良い。
【0140】
なお、本実施例に示したnチャネル型TFT205の構造は、図2〜5に示した工程に従えば特別な工程を付加することなく形成することができる。また、実施例2に示したアクティブマトリクス型液晶表示装置のサンプリング回路に本実施例の構造を用いることは有効である。
【0141】
〔実施例4〕
本実施例1に従って作製したTFTの活性層(特にチャネル形成領域)は結晶格子に連続性を持つ特異な結晶構造の結晶質珪素膜で形成される。このような結晶質珪素膜に関する詳細は、本出願人による特願平10−044659号、特願平10−152316号、特願平10−152308号または特願平10−152305号の出願を参照すれば良い。以下、本出願人が実験的に調べた結晶構造の特徴について概略を説明する。なお、この特徴は、本実施例によって完成されたTFTの活性層を形成する半導体膜の特徴と一致する。
【0142】
上記結晶質珪素膜は、微視的に見れば複数の針状又は棒状の結晶(以下、棒状結晶という)が集まって並んだ結晶構造を有する。このことはTEM(透過型電子顕微鏡法)による観察で容易に確認できる。
【0143】
また、電子線回折法を利用すると結晶質珪素膜の表面(チャネルを形成する部分)に多くの{110}面を確認することができる。このことは、電子線回折写真で分析を行えば{110}面に対応する回折斑点がきれいに現れるので容易に確認することができる。また、各斑点は同心円上に±1°程度の分布(広がり)を持っていることも確認できる。
【0144】
また、X線回折法(厳密にはθ−2θ法を用いたX線回折法)を用いて配向比率を算出してみると{220}面の配向比率が0.7以上(典型的には0.85以上)であることが確認されている。なお、配向比率の算出方法は特開平7−321339号公報に記載された手法を用いる。
【0145】
また、個々の棒状結晶が接して形成する結晶粒界をHR−TEM(高分解能透過型電子顕微鏡法)により観察すると、結晶粒界において結晶格子に連続性があることを確認できる。これは観察される格子縞が結晶粒界において連続的に繋がっていることから容易に確認することができる。
【0146】
なお、結晶粒界における結晶格子の連続性は、その結晶粒界が「平面状粒界」と呼ばれる粒界であることに起因する。本明細書における平面状粒界の定義は、「Characterization of High-Efficiency Cast-Si Solar Cell Wafers by MBIC Measurement ;Ryuichi Shimokawa and Yutaka Hayashi,Japanese Journal of Applied Physics vol.27,No.5,pp.751-758,1988」に記載された「Planar boundary 」である。
【0147】
上記論文によれば、平面状粒界には双晶粒界、特殊な積層欠陥、特殊なtwist 粒界などが含まれる。この平面状粒界は電気的に不活性であるという特徴を持つ。即ち、結晶粒界でありながらキャリアの移動を阻害するトラップとして機能しないため、実質的に存在しないと見なすことができる。
【0148】
特に結晶軸(結晶面に垂直な軸)が〈110〉軸である場合、{211}双晶粒界はΣ3の対応粒界とも呼ばれる。Σ値は対応粒界の整合性の程度を示す指針となるパラメータであり、Σ値が小さいほど整合性の良い粒界であることが知られている。例えば、二つの結晶粒の間に形成された結晶粒界では、両方の結晶の面方位が{110}である場合、{111}面に対応する格子縞がなす角をθとするとθ=70.5°の時にΣ3の対応粒界となることが知られている。
【0149】
本実施例を実施して得た結晶質珪素膜において、結晶軸が〈110〉である二つの結晶粒の間に形成された結晶粒界をHR−TEMで観察すると、隣接する結晶粒の各格子縞が約70.5°の角度で連続しているものが多い。従って、その結晶粒界はΣ3の対応粒界、即ち{211}双晶粒界であると推測できる。
【0150】
実際に本実施例の結晶質珪素膜を詳細にTEMを用いて観察すれば、結晶粒界の殆ど(90%以上、典型的には95%以上)がΣ3の対応粒界、典型的には{211}双晶粒界であると推測される。
【0151】
この様な結晶構造(正確には結晶粒界の構造)は、結晶粒界において異なる二つの結晶粒が極めて整合性よく接合していることを示している。即ち、結晶粒界において結晶格子が連続的に連なり、結晶欠陥等に起因するトラップ準位を非常に作りにくい構成となっている。従って、この様な結晶構造を有する半導体薄膜は実質的に結晶粒界が存在しない見なすことができる。
【0152】
またさらに、800〜1150℃という高い温度での熱処理工程(実施例1における熱酸化工程に相当する)によって結晶粒内に存在する欠陥(スタッキングフォールト)が殆ど消滅していることがTEM観察によって確認されている。これはこの熱処理工程の前後で積層欠陥等の数が大幅に低減していることからも明らかである。
【0153】
この欠陥数の差は電子スピン共鳴分析(Electron Spin Resonance :ESR)によってスピン密度の差となって現れる。現状では本実施例の結晶質珪素膜のスピン密度は少なくとも 5×1017spins/cm3以下(典型的には 3×1017spins/cm3以下)であることが判明している。ただし、この測定値は現存する測定装置の検出限界に近いので、実際のスピン密度はさらに低いと予想される。
【0154】
以上の事から、実施例1に従って作製した結晶質珪素膜は結晶粒内の欠陥が極端に少なく、結晶粒界が実質的に存在しないと見なせるため、単結晶珪素膜又は実質的な単結晶珪素膜と考えて良い。
【0155】
〔実施例5〕
画素部の各画素に設けられる保持容量は画素電極に接続されていない方の電極(本願発明の場合は遮蔽膜)を固定電位としておくことで保持容量を形成することができる。その場合、遮蔽膜をフローティング状態(電気的に孤立した状態)かコモン電位(データとして送られる画像信号の中間電位)に設定しておくことが望ましい。
【0156】
そこで本実施例では遮蔽膜を固定電位とする場合の接続方法について図9を用いて説明する。なお、基本構造は図1で説明した画素部と同様であるので、同一部位には同じ符号を用いて説明する。
【0157】
図9(A)において、304は実施例1と同様にして作製された画素TFT(nチャネル型TFT)であり、134は保持容量の一方の電極として機能する遮蔽膜である。画素部の外側に延長された遮蔽膜901は第2層間絶縁膜15、パッシベーション膜14に設けられたコンタクトホール902を介してコモン電位を与える電流供給線903と接続している。従って、この場合には遮蔽膜901を形成する前に第2層間絶縁膜159、パッシベーション膜158をエッチングしてコンタクトホールを形成しておく工程が必要となる。この電流供給線903はソース配線またはドレイン配線と同時に形成しておけば良い。
【0158】
このように画素部の外側において、遮蔽膜901とコモン電位を与える電流供給線903とを電気的に接続することで、遮蔽膜134をコモン電位に保持することができる。
【0159】
次に、図9(B)において、304は実施例1と同様にして作製された画素TFTであり、134は保持容量の一方の電極として機能する遮蔽膜である。画素部の外側まで延在した遮蔽膜904は、905で示される領域において導電膜906と酸化物907を介して重なる。この導電膜906は画素電極136と同時に、酸化物907は酸化物135と同時に形成される。
【0160】
そして、この導電膜906は第3層間絶縁膜15、パッシベーション膜14に設けられたコンタクトホール908を介してコモン電位を与える電流供給線909と接続している。この時、領域905では遮蔽膜904、酸化物907、導電膜906でなるコンデンサが形成される。このコンデンサの容量が十分に大きい場合(1走査ライン分の全画素に接続された全保持容量の合計容量の10倍程度の場合)、領域905で形成された静電結合によって遮蔽膜904及び134の電位変動を低減することができる。
【0161】
また、図9(B)の構造を採用する場合は、アクティブマトリクス型液晶表示装置の駆動方法としてはソースライン反転駆動を採用することが好ましい。ソースライン反転駆動ならば画素電極に印加される電圧極性が1フレーム毎に反転するので、時間的に平均化すれば遮蔽膜134に蓄積される電荷量は殆どゼロとなる。即ち、非常に電位変動の小さい状態を維持できるので、安定した保持容量を形成することができる。
【0162】
このように図9(B)の構造を採用することで、工程数を増やすことなく遮蔽膜をコモン電位に保持することが可能となる。
【0163】
なお、本実施例の構成は、実施例1の作製工程を一部変更するだけで実現可能であり、その他の工程は実施例1と同様の工程で良い。従って、実施例2に示したアクティブマトリクス型液晶表示装置に適用することは可能である。また、実施例3、4に示したいずれの構成とも自由に組み合わせることが可能である。
【0164】
〔実施例6〕
本実施例では図1とは異なる構造のアクティブマトリクス基板を作製した場合について説明する。説明には図10を用いる。なお、本実施例は図1に示した構造の一部を変更した例であるので、同一箇所には図1と同じ符号を用いる。また、変更のない部分に関しては図1に対応するので説明は省略する。
【0165】
まず、図10(A)に示したアクティブマトリクス基板は、第3ゲート絶縁膜として酸化物31を用いる。この酸化物31は浮遊ゲート電極107を酸化して得られた酸化膜であり、本実施例では酸化タンタル膜である。酸化方法は、熱酸化法、陽極酸化法若しくはプラズマ酸化法のいずれかの手段によれば良いが、膜質を良くするためには熱酸化法が好ましい。また、形成する膜厚は、実施例1と同様に3〜20nm(好ましくは5〜10nm)とすれば良い。
【0166】
なお、この時同時に駆動回路部及び画素部に形成されるTFTのゲート電極116、123、131a、131bのそれぞれの表面にも酸化物32、33、34a、34bが形成される。但し、駆動回路部若しくは画素部をマスキングして酸化工程を行うことによりメモリトランジスタの浮遊ゲート電極のみに酸化物を形成することも可能である。勿論、陽極酸化法を用いる場合には、浮遊ゲート電極のみに選択的に電流を流すことで選択的に酸化物を形成することもできる。
【0167】
また、この酸化工程は実施例1において、図4(B)の工程と図4(C)の工程の間に行うことが望ましい。なぜならばゲート電極131a、131bの表面が酸化物34a、34bで覆われた状態で図4(C)の工程を行うことにより、図11に示すようなオフセット領域35a〜35dが形成されるからである。なお、図11は図10(A)に示した画素TFTの一部(ドレイン領域付近)を拡大した断面図である。
【0168】
この場合、図11に示すように、チャネル形成領域129a、129bとn型不純物領域(c)でなるLDD領域128a〜128dの間にオフセット領域35a〜35bが存在する。このオフセット領域35a〜35bの長さは、ほぼ酸化物34a、34bの膜厚(ここでいう膜厚は厳密にはゲート電極の側壁に形成されている部分の膜厚)に一致する。
【0169】
但し、リンを添加する際の回り込みによってオフセット領域35a〜35bの長さは酸化物34a、34bの膜厚よりも短くなることは言うまでもない。
【0170】
本願発明では、このオフセット領域35a〜35bの長さがゼロ若しくは1〜200nm(好ましくは20〜100nm、さらに好ましくは30〜70nm)とする。この長さは酸化物34a、34bの膜厚で制御できる。
【0171】
図10(A)に示したような構造の画素TFTは、オフ電流値を極めて低い値にすることが可能である。即ち、ソース−ドレイン間の電圧が14V、ゲート電圧が−17.5VといったようにTFTが完全にオフ動作にある時、5pA以下(好ましくは1pA以下)といったオフ電流値を達成しうる。
【0172】
また、図10(B)の構造は、図10(A)と似ているが制御ゲート電極36をソース配線109やドレイン配線110と同時に形成する点に特徴がある。このような構造は、ソース配線とソース領域(若しくはドレイン配線とドレイン領域)とを接続するためのコンタクトホールを形成する際に、浮遊ゲート電極107の上方にも開口部を設けておけば実現できる。
【0173】
なお、この開口部の形成は第1層間絶縁膜12と第3ゲート絶縁膜31とのエッチングの選択比が大きいほど良い。
【0174】
また、図10(A)と同様に画素TFTはチャネル形成領域129a、129bとn型不純物領域(c)でなるLDD領域128a〜128dの間にオフセット領域35a〜35bが存在する。効果については図10(A)の説明で既に行ったのでここでは省略する。
【0175】
なお、本実施例の構成は実施例1において第3ゲート絶縁膜240の成膜工程を、熱酸化工程、陽極酸化工程若しくはプラズマ酸化工程に置き換えるだけで実施可能であり、実施例2〜5に記載されたいずれの構成とも自由に組み合わせることが可能である。
【0176】
〔実施例7〕
本実施例では図1とは異なる構造のアクティブマトリクス基板を作製した場合について説明する。説明には図12を用いる。なお、本実施例は図1に示した構造の一部を変更した例であるので、同一箇所には図1と同じ符号を用いる。また、変更のない部分に関しては図1に対応するので説明は省略する。
【0177】
図12に示したアクティブマトリクス基板は、第1ゲート絶縁膜として減圧熱CVD法により形成された絶縁膜1201を用いる。本実施例では成膜ガスとしてSiH4ガス(流量0.3×10-6m3/s)とN2Oガス(流量1.5×10-5m3/s)を用い、成膜温度を800℃、成膜圧力を40Paとして成膜すれば良い。また、膜厚は、実施例1と同様に3〜20nm(好ましくは5〜10nm)とすれば良い。勿論、第1ゲート絶縁膜1201を成膜した後、実施例1と同様の熱酸化工程を行っても良い。
【0178】
本実施例を実施した場合、画素部では第2ゲート絶縁膜13と第1ゲート絶縁膜1201との積層膜(上記熱酸化工程を行った場合は熱酸化膜も含む)がゲート絶縁膜として機能することになる。
【0179】
なお、本実施例は実施例1において第1ゲート絶縁膜1201の成膜工程を加える以外は特に変更すべき工程はないので、実施例1を参考にすれば容易に実施することが可能である。また、実施例2〜実施例6のいずれの構成とも自由に組み合わせて実施することが可能である。
【0180】
〔実施例8〕
本発明は基板としてガラスもしくはプラスチックを用いた場合においても実施することは可能である。勿論、この場合はガラスもしくはプラスチックからなる基板の耐熱性を考慮してTFTを形成しなくてはならない。
【0181】
活性層となる結晶質珪素膜を形成するには、レーザー結晶化技術もしくは固相成長技術(熱結晶化技術)とレーザー結晶化技術との併用により非晶質珪素膜の結晶化を行うことが好ましい。レーザー結晶化技術を用いればプラスチック基板もしくはプラスチックフィルムの上にも結晶質珪素膜を形成しうる。
【0182】
また、第1ゲート絶縁膜、第2ゲート絶縁膜及び第3ゲート絶縁膜はプラズマCVD法もしくはスパッタ法で形成する。特に、ECR(Electron Cyclotron Resonance)プラズマCVD法やリモートプラズマCVD法は活性層に与えるダメージを抑えつつ高品質な絶縁膜を形成することができるため好ましい。
【0183】
なお、本実施例は実施例1において第1ゲート絶縁膜、第2ゲート絶縁膜及び第3ゲート絶縁膜の成膜工程を変更する以外は特に変更すべき工程はないので、実施例1を参考にすれば容易に実施することが可能である。また、実施例2〜実施例6のいずれの構成とも自由に組み合わせて実施することが可能である。
【0184】
〔実施例9〕
本実施例では本願発明においてメモリ部を形成しうる不揮発性メモリの回路構成について説明する。具体的には、図7に示した液晶表示装置(液晶モジュール)において、メモリ部706をNOR型フラッシュメモリとした場合について図13を用いて説明する。なお、図13には四つのメモリトランジスタを並列につなげたセクターを二つ図示しているが、この構成に限定する必要はない。
【0185】
図13(A)において、B1で示されるビット配線41には四つのメモリトランジスタ42〜45が接続されている。B2も同様である。また、メモリトランジスタ42〜45のそれぞれはW1〜W4で示されるワード配線47〜50を制御ゲート電極として制御される。
【0186】
なお、本明細書ではワード配線のうちTFTの活性層と重なる領域を特に制御ゲート電極と呼んでいる。また、図示されていないが、実際には制御ゲート電極の下には浮遊ゲート電極が存在する。
【0187】
図13(A)の回路図で示したNOR型フラッシュメモリを実際に素子パターンとして表すと図13(B)のようになる。使用した各符号は図13(A)のものと対応している。
【0188】
本実施例の構成は、実施例1〜8に示したいずれの構成とも自由に組み合わせて実施することが可能である。
【0189】
〔実施例10〕
本実施例では本願発明においてメモリ部を形成しうる不揮発性メモリの回路構成について説明する。具体的には、図7に示した液晶表示装置(液晶モジュール)において、メモリ部706をNAND型フラッシュメモリとした場合について図14を用いて説明する。なお、図14には八つのメモリトランジスタを直列につなげたセクターを二つ図示しているが、この構成に限定する必要はない。
【0190】
図14(A)において、B1で示されるビット配線55には二つの選択トランジスタ51、52及び八つのメモリトランジスタ56〜63が接続されている。B2も同様である。また、選択トランジスタ51、52はそれぞれS1、S2で示される選択用ゲート配線53、54で制御され、メモリトランジスタ56〜63のそれぞれはW1〜W8で示されるワード配線64〜71を制御ゲート電極として制御される。
【0191】
なお、本明細書ではワード配線のうちTFTの活性層と重なる領域を特に制御ゲート電極と呼んでいる。また、図示されていないが、実際には制御ゲート電極の下には浮遊ゲート電極が存在する。
【0192】
図14(A)の回路図で示したNAND型フラッシュメモリを実際に素子パターンとして表すと図14(B)のようになる。使用した各符号は図14(A)のものと対応している。
【0193】
本実施例の構成は、実施例1〜8に示したいずれの構成とも自由に組み合わせて実施することが可能である。また、実施例9に示したNOR型フラッシュメモリと組み合わせてメモリ部を形成することもできる。
【0194】
〔実施例11〕
本実施例では、本願発明の電気光学装置においてメモリ部、駆動回路部又は画素部以外のその他の信号処理回路として、γ(ガンマ)補正回路を加えた場合について説明する。
【0195】
なお、γ補正回路とはγ補正を行うための回路である。γ補正とは画像信号に適切な電圧を付加することによって、画素電極に印加される電圧とその上の液晶又はEL層の透過光強度との間に線形関係を作るための補正である。
【0196】
図15は本実施例の液晶表示装置(EL表示装置であっても良い)に用いるアクティブマトリクス基板のブロック図である。画素部75の周辺にソース配線駆動回路76、ゲート配線駆動回路77が設けられ、さらにγ補正回路78、不揮発性メモリ(本実施例ではフラッシュメモリ)79が設けられている。また、画像信号、クロック信号若しくは同期信号等は、FPC(フレキシブルプリントサーキット)80を経由して送られてくる。
【0197】
不揮発性メモリ79には、パソコン本体やテレビ受信アンテナ等から送られてきた画像信号にγ補正をかけるための補正データが格納(記憶)されており、その補正データを参照してγ補正回路78が画像信号に対してγ補正を行う。
【0198】
γ補正のためのデータは液晶表示装置を出荷する前に一度格納しておけば良いが、定期的に補正データを書き換えることも可能である。また、同じように作成した液晶表示装置であっても、微妙に液晶の光学応答特性(先の透過光強度と印加電圧の関係など)が異なる場合がある。その場合も、本実施例では液晶表示装置毎に異なるγ補正データを格納しておくことが可能なので、常に同じ画質を得ることが可能である。
【0199】
なお、不揮発性メモリ79に対してγ補正の補正データを格納する際、本出願人による特願平10−156696号に記載された手段を用いることは好ましい。また、γ補正に関する説明も同出願になされている。
【0200】
また、不揮発性メモリに格納する補正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コンバータを同一基板上に形成することが望ましい。
【0201】
なお、本実施例の構成は、実施例1〜10のいずれの構成とも自由に組み合わせて実施することができる。
【0202】
〔実施例12〕
本実施例では、本願発明の電気光学装置においてメモリ部、駆動回路部又は画素部以外のその他の信号処理回路として、メモリコントローラ回路を加えた場合について説明する。なお、ここでいうメモリコントローラ回路とは不揮発性メモリ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。
【0203】
図16は本実施例の液晶表示装置(EL表示装置であっても良い)に用いるアクティブマトリクス基板のブロック図である。画素部81の周辺にソース配線駆動回路82、ゲート配線駆動回路83が設けられ、さらにメモリコントローラ回路84、不揮発性メモリ(本実施例ではフラッシュメモリ)85が設けられている。また、画像信号、クロック信号若しくは同期信号等は、FPC(フレキシブルプリントサーキット)86を経由して送られてくる。
【0204】
不揮発性メモリ85には、パソコン本体やテレビ受信アンテナ等から送られてきた画像信号が1フレーム毎に格納(記憶)されており、その画像信号を順次画素部に入力して表示を行う。不揮発性メモリ85には画素部81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、画素数×6ビットに相当するメモリ容量を必要とする。
【0205】
なお、不揮発性メモリに格納する補正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コンバータを同一基板上に形成することが望ましい。
【0206】
このように本実施例の構成とすることで、画素部81に表示された画像を常に不揮発性メモリ85に記憶しており、画像の一時停止などの動作を容易に行うことができる。即ち、メモリコントローラ回路84により不揮発性メモリ85に格納された画像信号を常に画素部81へ送るようにすることで、ビデオデッキ等に録画することなくテレビ放送を自由に一時停止することが可能となる。
【0207】
また、本実施例では1フレーム分を格納する例を示したが、さらに数百フレーム、数千フレーム分といった画像情報を格納しうる程度まで不揮発性メモリ85のメモリ容量を増やすことができたならば、一時停止だけでなく、数秒若しくは数分前の画像を再生(リプレイ)することも可能となる。
【0208】
なお、本実施例の構成は、実施例1〜10のいずれの構成とも自由に組み合わせて実施することができる。
【0209】
〔実施例13〕
実施例1に示した作製工程例では、nチャネル型TFTのゲート電極を形成する前に、前もってn型不純物領域(b)を形成することが前提となっている。そして、p型不純物領域(a)、n型不純物領域(c)はともに自己整合的に形成されることが特徴となっている。
【0210】
しかしながら、本発明の効果を得るためには最終的な構造が図5(C)のような構造となっていれば良く、そこに至るプロセスに限定されるものではない。従って、不純物領域の形成順序は実施者が適宜変更して構わない。また、場合によってはp型不純物領域(a)やn型不純物領域(c)を、レジストマスクを用いて形成することも可能である。即ち、最終的に図5(C)に示したように、各回路に応じて異なる構造TFTが形成されるのであれば、あらゆる組み合わせの工程順序を採用しても構わない。
【0211】
〔実施例14〕
本発明は従来のMOSFET上に層間絶縁膜を形成し、その上にTFTを形成する際に用いることも可能である。即ち、三次元構造の半導体装置を実現することも可能である。
【0212】
また、基板としてSIMOX、Smart−Cut(SOITEC社の登録商標)、ELTRAN(キャノン株式会社の登録商標)などのSOI基板を用い、単結晶半導体薄膜を活性層として用いることも可能である。
【0213】
なお、本実施例の構成は、実施例1〜13のいずれの構成とも自由に組み合わせることが可能である。
【0214】
〔実施例15〕
本発明によって作製された液晶表示装置は様々な液晶材料を用いることが可能である。そのような材料として、TN液晶、PDLC(ポリマー分散型液晶)、FLC(強誘電性液晶)、AFLC(反強誘性電液晶)、またはFLCとAFLCの混合物(反強誘電性混合液晶)が挙げられる。
【0215】
例えば、「H.Furue et al.;Charakteristics and Drivng Scheme of Polymer-Stabilized Monostable FLCD Exhibiting Fast Response Time and High Contrast Ratio with Gray-Scale Capability,SID,1998」、「T.Yoshida et al.;A Full-Color Thresholdless Antiferroelectric LCD Exhibiting Wide Viewing Angle with Fast Response Time,841,SID97DIGEST,1997」、「S.Inui et al.;Thresholdless antiferroelectricity in liquid crystals and its application to displays,671-673,J.Mater.Chem.6(4),1996」、または米国特許第5,594,569号に開示された材料を用いることができる。
【0216】
特に、電場に対して透過率が連続的に変化する電気光学応答特性を示す無しきい値反強誘電性混合液晶(Thresholdless Antiferroelectric LCD:TL−AFLCと略記する)にはV字型(またはU字型)の電気光学応答特性を示すものがあり、その駆動電圧が約±2.5V程度(セル厚約1μm〜2μm)のものも見出されている。そのため、画素回路用の電源電圧が5〜8V程度で済む場合があり、制御回路と画素回路を同じ電源電圧で動作させる可能性が示唆されている。即ち、液晶表示装置全体の低消費電力化を図ることができる。
【0217】
また、強誘電性液晶や反強誘電性液晶はTN液晶に比べて応答速度が速いという利点をもつ。本発明で用いるようなTFTは非常に動作速度の速いTFTを実現しうるため、強誘電性液晶や反強誘電性液晶の応答速度の速さを十分に生かした画像応答速度の速い液晶表示装置を実現することが可能である。
【0218】
また、一般に、無しきい値反強誘電性混合液晶は自発分極が大きく、液晶自体の誘電率が高い。このため、無しきい値反強誘電性混合液晶を液晶表示装置に用いる場合には、画素に比較的大きな保持容量が必要となってくる。よって、自発分極が小さな無しきい値反強誘電性混合液晶を用いるのが好ましい。そういった意味で実施例1の図1で示した保持容量は小さい面積で大きな容量を蓄積することができるので好ましい。
【0219】
なお、本実施例の液晶表示装置をパーソナルコンピュータ等の電子機器の表示ディスプレイとして用いることが有効であることは言うまでもない。
【0220】
また、本実施例の構成は、実施例1〜14のいずれの構成とも自由に組み合わせることが可能である。
【0221】
〔実施例16〕
本発明はアクティブマトリクス型EL(エレクトロルミネッセンス)ディスプレイ(EL表示装置ともいう)に適用することも可能である。その例を図17に示す。
【0222】
図17は本実施例のアクティブマトリクス型ELディスプレイの回路図である。91は表示領域を表しており、その周辺にはX方向(ソース側)駆動回路92、Y方向(ゲート側)駆動回路93が設けられている。また、表示領域91の各画素は、スイッチング用TFT94、コンデンサ95、電流制御用TFT96、EL素子97を有し、スイッチング用TFT94にX方向信号線(ソース信号線)98a(または98b)、Y方向信号線(ゲート信号線)99a(または99b、99c)が接続される。また、電流制御用TFT96には、電源線100a、100bが接続される。
【0223】
なお、本実施例のアクティブマトリクス型ELディスプレイに対して、実施例1、4、6〜13のいずれの構成を組み合わせても良い。
【0224】
〔実施例17〕
本実施例では、本願発明を用いてEL(エレクトロルミネセンス)表示装置を作製した例について説明する。なお、図18(A)は本願発明のEL表示装置の上面図であり、図18(B)はその断面図である。
【0225】
図18(A)において、4001は基板、4002は画素部、4003はソース側駆動回路、4004はゲート側駆動回路であり、それぞれの駆動回路は配線4005を経てFPC(フレキシブルプリントサーキット)4006に至り、外部機器へと接続される。
【0226】
このとき、画素部4002、ソース側駆動回路4003及びゲート側駆動回路4004を囲むようにして第1シール材4101、カバー材4102、充填材4103及び第2シール材4104が設けられている。
【0227】
また、図18(B)は図18(A)をA−A’で切断した断面図に相当し、基板4001の上にソース側駆動回路4003に含まれる駆動TFT(但し、ここではnチャネル型TFTとpチャネル型TFTを図示している。)4201及び画素部4002に含まれる電流制御用TFT(EL素子への電流を制御するTFT)4202が形成されている。
【0228】
本実施例では、駆動TFT4201には図1のnチャネル型TFT302とpチャネル型TFT303と同じ構造のTFTが用いられ、電流制御用TFT4202には図1のpチャネル型TFT303と同じ構造のTFTが用いられる。また、同一基板上にはメモリ部が形成され、図1のメモリトランジスタ301と同じ構造のTFTが用いられる。また、画素部4002には電流制御用TFT4202のゲートに接続された保持容量(図示せず)が設けられる。
【0229】
駆動TFT4201及び画素TFT4202の上には樹脂材料でなる層間絶縁膜(平坦化膜)4301が形成され、その上に画素TFT4202のドレインと電気的に接続する画素電極(陽極)4302が形成される。画素電極4302としては仕事関数の大きい透明導電膜が用いられる。透明導電膜としては、酸化インジウムと酸化スズとの化合物または酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物を用いることができる。
【0230】
そして、画素電極4302の上には絶縁膜4303が形成され、絶縁膜4303は画素電極4302の上に開口部が形成されている。この開口部において、画素電極4302の上にはEL(エレクトロルミネッセンス)層4304が形成される。EL層4304は公知の有機EL材料または無機EL材料を用いることができる。また、有機EL材料には低分子系(モノマー系)材料と高分子系(ポリマー系)材料があるがどちらを用いても良い。
【0231】
EL層4304の形成方法は公知の蒸着技術もしくは塗布法技術を用いれば良い。また、EL層の構造は正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層または電子注入層を自由に組み合わせて積層構造または単層構造とすれば良い。
【0232】
EL層4304の上には遮光性を有する導電膜(代表的にはアルミニウム、銅もしくは銀を主成分とする導電膜またはそれらと他の導電膜との積層膜)からなる陰極4305が形成される。また、陰極4305とEL層4304の界面に存在する水分や酸素は極力排除しておくことが望ましい。従って、真空中で両者を連続成膜するか、EL層4304を窒素または希ガス雰囲気で形成し、酸素や水分に触れさせないまま陰極4305を形成するといった工夫が必要である。本実施例ではマルチチャンバー方式(クラスターツール方式)の成膜装置を用いることで上述のような成膜を可能とする。
【0233】
そして陰極4305は4306で示される領域において配線4005に電気的に接続される。配線4005は陰極4305に所定の電圧を与えるための配線であり、異方導電性フィルム4307を介してFPC4006に電気的に接続される。
【0234】
以上のようにして、画素電極(陽極)4302、EL層4304及び陰極4305からなるEL素子が形成される。このEL素子は、第1シール材4101及び第1シール材4101によって基板4001に貼り合わされたカバー材4102で囲まれ、充填材4103により封入されている。
【0235】
カバー材4102としては、ガラス材、金属材(代表的にはステンレス材)、セラミックス材、プラスチック材(プラスチックフィルムも含む)を用いることができる。プラスチック材としては、FRP(Fiberglass−Reinforced Plastics)板、PVF(ポリビニルフルオライド)フィルム、マイラーフィルム、ポリエステルフィルムまたはアクリル樹脂フィルムを用いることができる。また、アルミニウムホイルをPVFフィルムやマイラーフィルムで挟んだ構造のシートを用いることもできる。
【0236】
但し、EL素子からの光の放射方向がカバー材側に向かう場合にはカバー材は透明でなければならない。その場合には、ガラス板、プラスチック板、ポリエステルフィルムまたはアクリルフィルムのような透明物質を用いる。
【0237】
また、充填材4103としては紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂を用いることができ、PVC(ポリビニルクロライド)、アクリル、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)またはEVA(エチレンビニルアセテート)を用いることができる。この充填材4103の内部に吸湿性物質(好ましくは酸化バリウム)を設けておくとEL素子の劣化を抑制できる。
【0238】
また、充填材4103の中にスペーサを含有させてもよい。このとき、スペーサを酸化バリウムで形成すればスペーサ自体に吸湿性をもたせることが可能である。また、スペーサを設けた場合、スペーサからの圧力を緩和するバッファ層として陰極4305上に樹脂膜を設けることも有効である。
【0239】
また、配線4005は異方導電性フィルム4307を介してFPC4006に電気的に接続される。配線4005は画素部4002、ソース側駆動回路4003及びゲート側駆動回路4004に送られる信号をFPC4006に伝え、FPC4006により外部機器と電気的に接続される。
【0240】
また、本実施例では第1シール材4101の露呈部及びFPC4006の一部を覆うように第2シール材4104を設け、EL素子を徹底的に外気から遮断する構造となっている。こうして図18(B)の断面構造を有するEL表示装置となる。なお、本実施例のEL表示装置は実施例1、4、6〜13、16のいずれの構成を組み合わせて作製しても構わない。
【0241】
ここで画素部のさらに詳細な断面構造を図19に、上面構造を図20(A)に、回路図を図20(B)に示す。図19、図20(A)及び図20(B)では共通の符号を用いるので互いに参照すれば良い。
【0242】
図19において、基板4401上に設けられたスイッチング用TFT4402は図1の画素部に設けられたnチャネル型TFT304を用いて形成される。従って、構造の説明はnチャネル型TFT304の説明を参照すれば良い。また、4403で示される配線は、スイッチング用TFT4402のゲート電極4404a、4404bを電気的に接続するゲート配線である。
【0243】
なお、本実施例ではチャネル形成領域が二つ形成されるダブルゲート構造としているが、チャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造もしくは三つ形成されるトリプルゲート構造であっても良い。
【0244】
また、スイッチング用TFT4402のドレイン配線4405は電流制御用TFT4406のゲート電極4407に電気的に接続されている。なお、電流制御用TFT4406は図1のpチャネル型TFT303を用いて形成される。従って、構造の説明はpチャネル型TFT303の説明を参照すれば良い。なお、本実施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。
【0245】
スイッチング用TFT4402及び電流制御用TFT4406の上には第1パッシベーション膜4408が設けられ、その上に樹脂からなる平坦化膜4409が形成される。平坦化膜4409を用いてTFTによる段差を平坦化することは非常に重要である。後に形成されるEL層は非常に薄いため、段差が存在することによって発光不良を起こす場合がある。従って、EL層をできるだけ平坦面に形成しうるように画素電極を形成する前に平坦化しておくことが望ましい。
【0246】
また、4410は透明導電膜からなる画素電極(EL素子の陽極)であり、電流制御用TFT4406のドレイン配線4411に電気的に接続される。画素電極4410としては酸化インジウムと酸化スズとの化合物もしくは酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物からなる導電膜を用いることができる。
【0247】
画素電極4410の上にはEL層4412が形成される。なお、図19では一画素しか図示していないが、本実施例ではR(赤)、G(緑)、B(青)の各色に対応したEL層を作り分けている。また、本実施例では蒸着法により低分子系有機EL材料を形成している。具体的には、正孔注入層として20nm厚の銅フタロシアニン(CuPc)膜を設け、その上に発光層として70nm厚のトリス−8−キノリノラトアルミニウム錯体(Alq3)膜を設けた積層構造としている。Alq3に蛍光色素を添加することで発光色を制御することができる。
【0248】
但し、以上の例はEL層として用いることのできる有機EL材料の一例であって、これに限定する必要はまったくない。発光層、電荷輸送層または電荷注入層を自由に組み合わせてEL層(発光及びそのためのキャリアの移動を行わせるための層)を形成すれば良い。例えば、本実施例では低分子系有機EL材料をEL層として用いる例を示したが、高分子系有機EL材料を用いても良い。また、電荷輸送層や電荷注入層として炭化珪素等の無機材料を用いることも可能である。これらの有機EL材料や無機材料は公知の材料を用いることができる。
【0249】
次に、EL層4412の上には遮光性の導電膜からなる陰極4413が設けられる。本実施例の場合、遮光性の導電膜としてアルミニウムとリチウムとの合金膜を用いる。勿論、公知のMgAg膜(マグネシウムと銀との合金膜)を用いても良い。陰極材料としては、周期表の1族もしくは2族に属する元素からなる導電膜もしくはそれらの元素を添加した導電膜を用いれば良い。
【0250】
この陰極4413まで形成された時点でEL素子4414が完成する。なお、ここでいうEL素子4414は、画素電極(陽極)4410、EL層4412及び陰極4413で形成されたコンデンサを指す。
【0251】
次に、本実施例における画素の上面構造を図20(A)を用いて説明する。スイッチング用TFT4402のソースはソース配線4415に接続され、ドレインはドレイン配線4405に接続される。また、ドレイン配線4405は電流制御用TFT4406のゲート電極4407に電気的に接続される。また、電流制御用TFT4406のソースは電流供給線4416に電気的に接続され、ドレインはドレイン配線4417に電気的に接続される。また、ドレイン配線4417は点線で示される画素電極(陽極)4418に電気的に接続される。
【0252】
このとき、4419で示される領域には保持容量が形成される。保持容量4419は、電流供給線4416と電気的に接続された半導体膜4420、ゲート絶縁膜と同一層の絶縁膜(図示せず)及びゲート電極4407との間で形成される。また、ゲート電極4407、第1層間絶縁膜と同一の層(図示せず)及び電流供給線4416で形成される容量も保持容量として用いることが可能である。
【0253】
なお、本実施例の構成は、実施例1、4、6〜13、16のいずれの構成とも自由に組み合わせて実施することが可能である。
【0254】
〔実施例18〕
本実施例では、実施例17とは異なる画素構造を有したEL表示装置について説明する。説明には図21を用いる。なお、図19と同一の符号が付してある部分については実施例17の説明を参照すれば良い。
【0255】
図21では電流制御用TFT4501として図1のnチャネル型TFT302と同一構造のTFTを用いる。勿論、電流制御用TFT4501のゲート電極4502はスイッチング用TFT4402のドレイン配線4405に接続されている。また、電流制御用TFT4501のドレイン配線4503は画素電極4504に電気的に接続されている。
【0256】
EL素子にかかる電圧が10V以上になるとホットキャリア効果による劣化が顕著になるため、電流制御用TFT4501として図1のnチャネル型TFT302と同一構造のTFTを用いることは有効である。また、EL素子にかかる電圧が10V以下であればホットキャリア効果による劣化はさほど問題とならないのでnチャネル型TFT302からLDD領域114を省略した構造のTFTを用いても良い。
【0257】
本実施例では、画素電極4504がEL素子の陰極として機能し、遮光性の導電膜を用いて形成する。具体的には、アルミニウムとリチウムとの合金膜を用いるが、周期表の1族もしくは2族に属する元素からなる導電膜もしくはそれらの元素を添加した導電膜を用いれば良い。
【0258】
画素電極4504の上にはEL層4505が形成される。なお、図21では一画素しか図示していないが、本実施例ではG(緑)に対応したEL層を蒸着法及び塗布法(好ましくはスピンコーティング法)により形成している。具体的には、電子注入層として20nm厚のフッ化リチウム(LiF)膜を設け、その上に発光層として70nm厚のPPV(ポリパラフェニレンビニレン)膜を設けた積層構造としている。
【0259】
次に、EL層4505の上には透明導電膜からなる陽極4506が設けられる。本実施例の場合、透明導電膜として酸化インジウムと酸化スズとの化合物もしくは酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物からなる導電膜を用いる。
【0260】
この陽極4506まで形成された時点でEL素子4507が完成する。なお、ここでいうEL素子4507は、画素電極(陰極)4504、EL層4505及び陽極4506で形成されたコンデンサを指す。
【0261】
なお、本実施例の電流制御用TFT4501はゲート電極4502とLDD領域4509a、4509bとの間にゲート容量と呼ばれる寄生容量を形成する。このゲート容量を調節することで図20(A)、(B)に示した保持容量4418と同等の機能を持たせることも可能である。特に、EL表示装置をデジタル駆動方式で動作させる場合においては、保持容量のキャパシタンスがアナログ駆動方式で動作させる場合よりも小さくて済むため、ゲート容量で保持容量を代用しうる。
【0262】
なお、本実施例の構成は、実施例1、4、6〜13、16のいずれの構成とも自由に組み合わせて実施することが可能である。
【0263】
〔実施例19〕
本実施例では、実施例17もしくは実施例18に示したEL表示装置の画素構造の例を図22(A)〜(C)に示す。なお、本実施例において、4601はスイッチング用TFT4602のソース配線、4603はスイッチング用TFT4602のゲート配線、4604は電流制御用TFT、4605はコンデンサ、4606、4608は電流供給線、4607はEL素子とする。
【0264】
図22(A)は、二つの画素間で電流供給線4606を共通とした場合の例である。即ち、二つの画素が電流供給線4606を中心に線対称となるように形成されている点に特徴がある。この場合、電流供給線の本数を減らすことができるため、画素部をさらに高精細化することができる。
【0265】
また、図22(B)は、電流供給線4608をゲート配線4603と平行に設けた場合の例である。なお、図22(B)では電流供給線4608とゲート配線4603とが重ならないように設けた構造となっているが、両者が異なる層に形成される配線であれば、絶縁膜を介して重なるように設けることもできる。この場合、電流供給線4608とゲート配線4603とで専有面積を共有させることができるため、画素部をさらに高精細化することができる。
【0266】
また、図22(C)は、図22(B)の構造と同様に電流供給線4608をゲート配線4603と平行に設け、さらに、二つの画素を電流供給線4608を中心に線対称となるように形成する点に特徴がある。また、電流供給線4608をゲート配線4603のいずれか一方と重なるように設けることも有効である。この場合、電流供給線の本数を減らすことができるため、画素部をさらに高精細化することができる。
【0267】
〔実施例20〕
本実施例では、実施例17もしくは実施例18に示したEL表示装置の画素構造の例を図23(A)、(B)に示す。なお、本実施例において、4701はスイッチング用TFT4702のソース配線、4703はスイッチング用TFT4702のゲート配線、4704は電流制御用TFT、4705はコンデンサ(省略することも可能)、4706は電流供給線、、4707は電源制御用TFT、4708は電源制御用ゲート配線、4709はEL素子とする。電源制御用TFT4707の動作については特願平11−341272号を参照すると良い。
【0268】
また、本実施例では電源制御用TFT4707を電流制御用TFT4704とEL素子4708との間に設けているが、電源制御用TFT4707とEL素子4708との間に電流制御用TFT4704が設けられた構造としても良い。また、電源制御用TFT4707は電流制御用TFT4704と同一構造とするか、同一の活性層で直列させて形成するのが好ましい。
【0269】
また、図23(A)は、二つの画素間で電流供給線4706を共通とした場合の例である。即ち、二つの画素が電流供給線4706を中心に線対称となるように形成されている点に特徴がある。この場合、電流供給線の本数を減らすことができるため、画素部をさらに高精細化することができる。
【0270】
また、図23(B)は、ゲート配線4703と平行に電流供給線4710を設け、ソース配線4701と平行に電源制御用ゲート配線4711を設けた場合の例である。なお、図23(B)では電流供給線4710とゲート配線4703とが重ならないように設けた構造となっているが、両者が異なる層に形成される配線であれば、絶縁膜を介して重なるように設けることもできる。この場合、電流供給線4710とゲート配線4703とで専有面積を共有させることができるため、画素部をさらに高精細化することができる。
【0271】
〔実施例21〕
本実施例では、実施例17もしくは実施例18に示したEL表示装置の画素構造の例を図24(A)、(B)に示す。なお、本実施例において、4801はスイッチング用TFT4802のソース配線、4803はスイッチング用TFT4802のゲート配線、4804は電流制御用TFT、4805はコンデンサ(省略することも可能)、4806は電流供給線、、4807は消去用TFT、4808は消去用ゲート配線、4809はEL素子とする。消去用TFT4807の動作については特願平11−338786号を参照すると良い。
【0272】
消去用TFT4807のドレインは電流制御用TFT4804のゲートに接続され、電流制御用TFT4804のゲート電圧を強制的に変化させることができるようになっている。なお、消去用TFT4807はnチャネル型TFTとしてもpチャネル型TFTとしても良いが、オフ電流を小さくできるようにスイッチング用TFT4802と同一構造とすることが好ましい。
【0273】
また、図24(A)は、二つの画素間で電流供給線4806を共通とした場合の例である。即ち、二つの画素が電流供給線4806を中心に線対称となるように形成されている点に特徴がある。この場合、電流供給線の本数を減らすことができるため、画素部をさらに高精細化することができる。
【0274】
また、図24(B)は、ゲート配線4803と平行に電流供給線4810を設け、ソース配線4801と平行に消去用ゲート配線4811を設けた場合の例である。なお、図24(B)では電流供給線4810とゲート配線4803とが重ならないように設けた構造となっているが、両者が異なる層に形成される配線であれば、絶縁膜を介して重なるように設けることもできる。この場合、電流供給線4810とゲート配線4803とで専有面積を共有させることができるため、画素部をさらに高精細化することができる。
【0275】
〔実施例22〕
本発明のEL表示装置は画素内にいくつのTFTを設けた構造としても良い。実施例20、21ではTFTを三つ設けた例を示しているが、四つ乃至六つのTFTを設けても構わない。本発明はEL表示装置の画素構造に限定されずに実施することが可能である。
【0276】
〔実施例23〕
本願発明の電気光学装置や半導体回路は電気器具の表示部や信号処理回路として用いることができる。そのような電気器具としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター、プロジェクションTV、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲーションシステム、音響再生装置、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等)、記録媒体を備えた画像再生装置などが挙げられる。それら電気器具の具体例を図25〜27に示す。
【0277】
図25(A)は携帯電話であり、本体2001、音声出力部2002、音声入力部2003、表示部2004、操作スイッチ2005、アンテナ2006で構成される。本願発明の電気光学装置は表示部2004に、本願発明の半導体回路は音声出力部2002、音声入力部2003またはCPUやメモリ等に用いることができる。
【0278】
図25(B)はビデオカメラであり、本体2101、表示部2102、音声入力部2103、操作スイッチ2104、バッテリー2105、受像部2106で構成される。本願発明の電気光学装置は表示部2102に、本願発明の半導体回路は音声入力部2103またはCPUやメモリ等に用いることができる。
【0279】
図25(C)はモバイルコンピュータ(モービルコンピュータ)であり、本体2201、カメラ部2202、受像部2203、操作スイッチ2204、表示部2205で構成される。本願発明の電気光学装置は表示部2205に、本願発明の半導体回路はCPUやメモリ等に用いることができる。
【0280】
図25(D)はゴーグル型ディスプレイであり、本体2301、表示部2302、アーム部2303で構成される。本願発明の電気光学装置は表示部2302に、本願発明の半導体回路はCPUやメモリ等に用いることができる。
【0281】
図25(E)はリアプロジェクター(プロジェクションTV)であり、本体2401、光源2402、液晶表示装置2403、偏光ビームスプリッタ2404、リフレクター2405、2406、スクリーン2407で構成される。本発明は液晶表示装置2403に用いることができ、本願発明の半導体回路はCPUやメモリ等に用いることができる。
【0282】
図25(F)はフロントプロジェクターであり、本体2501、光源2502、液晶表示装置2503、光学系2504、スクリーン2505で構成される。本発明は液晶表示装置2503に用いることができ、本願発明の半導体回路はCPUやメモリ等に用いることができる。
【0283】
図26(A)はパーソナルコンピュータであり、本体2601、映像入力部2602、表示部2603、キーボード2604等を含む。本願発明の電気光学装置は表示部2603に、本願発明の半導体回路はCPUやメモリ等に用いることができる。
【0284】
図26(B)は電子遊戯機器(ゲーム機器)であり、本体2701、記録媒体2702、表示部2703及びコントローラー2704を含む。この電子遊技機器から出力された音声や映像は筐体2705及び表示部2706を含む表示ディスプレイにて再生される。コントローラー2704と本体2701との間の通信手段または電子遊技機器と表示ディスプレイとの間の通信手段は、有線通信、無線通信もしくは光通信が使える。本実施例では赤外線をセンサ部2707、2708で検知する構成となっている。本願発明の電気光学装置は表示部2703、2706に、本願発明の半導体回路はCPUやメモリ等に用いることができる。
【0285】
図26(C)はプログラムを記録した記録媒体(以下、記録媒体と呼ぶ)を用いるプレーヤー(画像再生装置)であり、本体2801、表示部2802、スピーカ部2803、記録媒体2804及び操作スイッチ2805を含む。なお、この画像再生装置は記録媒体としてDVD(Digital VersatileDisc)、CD等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことができる。本願発明の電気光学装置は表示部2802やCPUやメモリ等に用いることができる。
【0286】
図26(D)はデジタルカメラであり、本体2901、表示部2902、接眼部2903、操作スイッチ2904、受像部(図示せず)を含む。本願発明の電気光学装置は表示部2902やCPUやメモリ等に用いることができる。
【0287】
なお、図25(E)のリアプロジェクターや図25(F)のフロントプロジェクターに用いることのできる光学エンジンについての詳細な説明を図27に示す。なお、図27(A)は光学エンジンであり、図27(B)は光学エンジンに内蔵される光源光学系である。
【0288】
図27(A)に示す光学エンジンは、光源光学系3001、ミラー3002、3005〜3007、ダイクロイックミラー3003、3004、光学レンズ3008a〜3008c、プリズム3011、液晶表示装置3010、投射光学系3012を含む。投射光学系3012は、投射レンズを備えた光学系である。本実施例は液晶表示装置3010を三つ使用する三板式の例を示したが、単板式であってもよい。また、図27(A)中において矢印で示した光路には、光学レンズ、偏光機能を有するフィルム、位相差を調節するためのフィルムもしくはIRフィルム等を設けてもよい。
【0289】
また、図27(B)に示すように、光源光学系3001は、光源3013、3014、合成プリズム3015、コリメータレンズ3016、3020、レンズアレイ3017、3018、偏光変換素子3019を含む。なお、図27(B)に示した光源光学系は光源を2つ用いたが、一つでも良いし、三つ以上としてもよい。また、光源光学系の光路のどこかに、光学レンズ、偏光機能を有するフィルム、位相差を調節するフィルムもしくはIRフィルム等を設けてもよい。
【0290】
以上の様に、本願発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電気器具に適用することが可能である。また、本実施例の電気器具は実施例1〜22の構成を必要に応じて組み合わせることで実現できる。
【0291】
【発明の効果】
本願発明を用いることで同一基板上に、回路又は素子が要求する仕様に応じて適切な性能のTFTを配置することが可能となり、電気光学装置の動作性能や信頼性を大幅に向上させることができる。
【0292】
また、同一基板上に画素部、駆動回路部に加えてメモリ部を設けることが可能となるため、電気光学装置の性能を大幅に向上しうる。さらに、以上のような電気光学装置をディスプレイ(表示部)として有する電子機器は用途が大きく広がり、且つ、高い動作性能と高い信頼性を実現しうる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 画素部、駆動回路及びメモリ部の構成を示す図。
【図2】 画素部、駆動回路及びメモリ部の作製工程を示す図。
【図3】 画素部、駆動回路及びメモリ部の作製工程を示す図。
【図4】 画素部、駆動回路及びメモリ部の作製工程を示す図。
【図5】 画素部、駆動回路及びメモリ部の作製工程を示す図。
【図6】 アクティブマトリクス型液晶表示装置の断面構造図。
【図7】 アクティブマトリクス型液晶表示装置の斜視図。
【図8】 駆動回路を示す図。
【図9】 画素部を示す図。
【図10】 画素部、駆動回路及びメモリ部の構成を示す図。
【図11】 画素部を示す図。
【図12】 画素部、駆動回路及びメモリ部の構成を示す図。
【図13】 フラッシュメモリの構成を示す図。
【図14】 フラッシュメモリの構成を示す図。
【図15】 アクティブマトリクス基板のブロック図。
【図16】 アクティブマトリクス基板のブロック図。
【図17】 アクティブマトリクス型EL表示装置の構成を示す図。
【図18】 EL表示装置の上面構造及び断面構造を示す図。
【図19】 EL表示装置の断面構造を示す図。
【図20】 EL表示装置の画素部の上面構造を示す図。
【図21】 EL表示装置の断面構造を示す図。
【図22】 EL表示装置の画素部の回路構成を示す図。
【図23】 EL表示装置の画素部の回路構成を示す図。
【図24】 EL表示装置の回路構成を示す図。
【図25】 電気器具の一例を示す図。
【図26】 電気器具の一例を示す図。
【図27】 光学エンジンの構成を示す図。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electro-optical device formed by fabricating a semiconductor element (an element using a semiconductor thin film) on a substrate and an electronic apparatus (electronic device) having the electro-optical device. The present invention relates to a liquid crystal display device or an EL display device in which a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT) is typically formed on a substrate, and an electronic apparatus having such a display device as a display (display unit).
[0002]
[Prior art]
In recent years, a technology for forming a TFT on a substrate has greatly advanced, and application development to an active matrix display device has been advanced. In particular, a TFT using a polysilicon film has a higher field effect mobility (also referred to as mobility) than a TFT using a conventional amorphous silicon film, and thus can operate at high speed. For this reason, it is possible to control a pixel, which has been conventionally performed by a drive circuit outside the substrate, with a drive circuit formed on the same substrate as the pixel.
[0003]
Such an active matrix display device has various advantages such as a reduction in manufacturing cost, a reduction in size of the display device, an increase in yield, and a reduction in throughput by forming various circuits and elements on the same substrate. It is attracting attention as.
[0004]
However, circuits and element portions having various functions are formed on the substrate of the active matrix display device. Accordingly, when forming a circuit or element with TFTs, the performance of the TFT required for each circuit or element also differs. For example, a driving circuit such as a shift register circuit requires a TFT having a high operating speed, and a switching element in the pixel portion requires a TFT having a sufficiently low off-current value (a drain current value that flows when the TFT is in an off operation). It is done.
[0005]
In such a case, it is difficult to ensure the performance required by all circuits or elements with only the TFTs having the same structure, which is a great adverse effect on improving the performance of the active matrix display device.
[0006]
Further, when an active matrix display device is used as part of an electronic device, various circuits are required in addition to the pixels and the driver circuit. In particular, forming a memory portion for temporarily storing image information on the same substrate is important in expanding the application of an active matrix display device.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the active matrix electro-optical device having a pixel portion and a drive circuit portion on the same substrate, the present invention uses a TFT having an appropriate structure according to the performance required by the circuit or element formed by the TFT, An object is to provide a highly reliable electro-optical device.
[0008]
Specifically, it is an object of the present invention to provide an electro-optical device with high operation performance and high reliability in which a pixel portion, a driver circuit portion, and a memory portion are formed using TFTs having appropriate structures on the same substrate.
[0009]
It is another object of the present invention to improve the performance by adding a memory function to an active matrix electro-optical device and improve the image quality of the display device. It is another object of the present invention to improve the quality of electronic equipment using the electro-optical device of the present invention as a display.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The configuration of the present invention is as follows:
A drive circuit portion having an n-channel TFT formed so that part or all of the LDD region overlaps the gate electrode with the gate insulating film interposed therebetween;
A pixel portion having a pixel TFT formed so that the LDD region does not overlap the gate electrode with the gate insulating film interposed therebetween;
A memory unit having a memory transistor;
On the same insulator.
[0011]
In addition, the configuration of other inventions is as follows:
A drive circuit portion having an n-channel TFT formed so that part or all of the LDD region overlaps the gate electrode with the second gate insulating film interposed therebetween;
A pixel portion having a pixel TFT formed so that the LDD region does not overlap the gate electrode with the second gate insulating film interposed therebetween;
A memory unit having a memory transistor including an active layer, a first gate insulating film, a floating gate electrode, a third gate insulating film, and a control gate electrode;
On the same insulator.
[0012]
In addition, the configuration of other inventions is as follows:
A drive circuit portion having an n-channel TFT formed so that part or all of the LDD region overlaps the gate electrode with the second gate insulating film interposed therebetween;
A pixel portion having a pixel TFT formed so that the LDD region does not overlap the gate electrode with the second gate insulating film interposed therebetween;
A memory unit having a memory transistor including an active layer, a first gate insulating film, a floating gate electrode, a third gate insulating film, and a control gate electrode;
On the same insulator,
The third gate insulating film covers the gate electrode of the n-channel TFT and the gate electrode of the pixel TFT.
[0013]
In addition, the configuration of other inventions is as follows:
A drive circuit portion having an n-channel TFT formed so that part or all of the LDD region overlaps the gate electrode with the second gate insulating film interposed therebetween;
A pixel portion having a pixel TFT formed so that the LDD region does not overlap the gate electrode with the second gate insulating film interposed therebetween;
A memory unit having a memory transistor including an active layer, a first gate insulating film, a floating gate electrode, a third gate insulating film, and a control gate electrode;
On the same insulator,
The floating gate electrode, the gate electrode of the n-channel TFT, and the gate electrode of the pixel TFT are made of the same material and covered with the third gate insulating film.
[0014]
In addition, the configuration of other inventions is as follows:
A drive circuit portion having an n-channel TFT formed so that part or all of the LDD region overlaps the gate electrode with the second gate insulating film interposed therebetween;
A pixel portion having a pixel TFT formed so that the LDD region does not overlap the gate electrode with the second gate insulating film interposed therebetween;
A memory unit having a memory transistor including an active layer, a first gate insulating film, a floating gate electrode, a third gate insulating film, and a control gate electrode;
On the same insulator,
The third gate insulating film is an oxide of a material forming the floating gate electrode.
[0015]
In addition, the configuration of other inventions is as follows:
A drive circuit portion having an n-channel TFT formed so that part or all of the LDD region overlaps the gate electrode with the second gate insulating film interposed therebetween;
A pixel portion having a pixel TFT formed so that the LDD region does not overlap the gate electrode with the second gate insulating film interposed therebetween;
A memory unit having a memory transistor including an active layer, a first gate insulating film, a floating gate electrode, a third gate insulating film, and a control gate electrode;
On the same insulator,
The floating gate electrode, the gate electrode of the n-channel TFT, and the gate electrode of the pixel TFT are made of the same material, and the third gate insulating film is an oxide of a material forming the floating gate electrode. Features.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows an active matrix substrate in which a memory portion, a drive circuit portion, and a pixel portion are integrally formed on the same substrate (on the same insulating surface or on the same insulator) (TFT formation side substrate before forming a liquid crystal or EL layer) ).
[0017]
Note that the memory portion is formed of a nonvolatile memory, here, an EEPROM (Electric Erasable Programmable Read Only Memory), and FIG. 1 illustrates one memory transistor (also referred to as a memory cell transistor) formed in the memory cell. Actually, a plurality of memory cells are integrated to form a memory portion.
[0018]
It is desirable to use a highly integrated flash memory (flash EEPROM) in the present invention. Therefore, unless otherwise specified in this specification, a flash memory is treated as a nonvolatile memory. The flash memory is a non-volatile memory that erases data for each sector. However, since the source wiring of each memory transistor is shared, it is called a common source wiring in this specification.
[0019]
A CMOS circuit is shown as a specific example of forming the driver circuit portion. In practice, shift registers, level shifters, latches, buffers, and the like are formed using a CMOS circuit as a basic circuit, and these are integrated to form a drive circuit portion.
[0020]
In addition, a pixel TFT and a storage capacitor are shown as specific examples for forming the pixel portion. Actually, a pixel TFT and a storage capacitor are formed in each of a plurality of pixels arranged in a matrix.
[0021]
In FIG. 1,
[0022]
Then, the
[0023]
First, the
[0024]
The
[0025]
The
[0026]
As the first
[0027]
The third
[0028]
Next, an N-
[0029]
The N-channel TFT is characterized in that an
[0030]
At this time, the length of the
[0031]
Next, a P-
[0032]
Next, the
[0033]
At this time, in the
[0034]
The structure used for the N-
[0035]
Further, a
[0036]
Note that
[0037]
As described above, the
[0038]
In addition, the memory part can be formed on the same substrate together with the driver circuit part and the pixel part without adding a complicated process, so that the active matrix type has higher performance than the conventional active matrix type display device. A display device can be formed.
[0039]
In addition to the memory portion, the drive circuit portion, or the pixel portion, other signal processing circuits can be formed. Other signal processing circuits include a signal dividing circuit, a D / A converter, a γ correction circuit, a booster circuit, a differential amplifier circuit, and the like.
[0040]
The present invention having the above-described configuration will be described in more detail with the following examples.
[0041]
[Example 1]
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, a method for simultaneously manufacturing a pixel portion, a driver circuit portion for driving the pixel portion, and a memory portion for temporarily storing signal information to the pixel portion on the same substrate will be described. Finally, an active matrix substrate having the structure shown in FIG. 1 is manufactured.
[0042]
In FIG. 2A, it is preferable to use a quartz substrate or a silicon substrate for the
[0043]
Then, a
[0044]
As the semiconductor film including an amorphous structure, there are an amorphous semiconductor film and a microcrystalline semiconductor film, and a compound semiconductor film including an amorphous structure such as an amorphous silicon germanium film may be used. Further, it is also effective to continuously form the base film and the amorphous silicon film on the substrate without releasing to the atmosphere. By doing so, it becomes possible to prevent the contamination of the substrate surface from affecting the amorphous silicon film and to reduce the characteristic variation of the manufactured TFT.
[0045]
Next, a
[0046]
Note that as the insulating film containing silicon, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon nitride oxide film can be used. The silicon nitride oxide film is an insulating film containing silicon, nitrogen, and oxygen in a predetermined amount, and is an insulating film represented by SiOxNy. The silicon nitride oxide film can be produced using SiH4, N2O, NH3, or the like as a source gas, and the concentration of nitrogen contained can be changed in the range of 5 to 50 atomic%.
[0047]
Further, at the same time as patterning of the
[0048]
Next, a semiconductor film including a crystal structure is formed according to the technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 10-247735. The technology described in this publication is a catalyst element (one or more selected from nickel, cobalt, germanium, tin, lead, palladium, iron, copper) that promotes crystallization when a semiconductor film including an amorphous structure is crystallized. Crystallization means using seed elements).
[0049]
Specifically, heat treatment is performed with the catalytic element held on the surface of a semiconductor film including an amorphous structure, and the semiconductor film including the amorphous structure is changed to a semiconductor film including a crystalline structure. is there. In addition, as a crystallization means, you may use the technique described in Example 1 of Unexamined-Japanese-Patent No. 7-130652. In addition, a semiconductor film including a crystalline structure includes a so-called single crystal semiconductor film and a polycrystalline semiconductor film, but the semiconductor film including a crystal structure formed in this publication has a crystal grain boundary.
[0050]
In this publication, the spin coating method is used when forming the layer containing the catalytic element on the mask film, but means for forming the thin film containing the catalytic element using a vapor phase method such as sputtering or vapor deposition. You may take.
[0051]
Further, although the amorphous silicon film depends on the amount of hydrogen contained, it is preferable to perform heat treatment at 400 to 550 ° C. for about 1 hour to crystallize after sufficiently desorbing hydrogen. In that case, the hydrogen content is preferably 5 atom% or less.
[0052]
In the crystallization step, first, a heat treatment step is performed at 400 to 500 ° C. for about 1 hour to desorb hydrogen from the film, and then 500 to 650 ° C. (preferably 550 to 600 ° C.) for 6 to 16 hours (preferably For 8-14 hours).
[0053]
In this embodiment, nickel is used as a catalyst element and heat treatment is performed at 570 ° C. for 14 hours. As a result, a semiconductor film including a crystal structure in which crystallization progresses in a direction substantially parallel to the substrate (direction indicated by an arrow) starting from the
[0054]
Next, a gettering step for removing nickel used in the crystallization step from the crystalline silicon film is performed. In this embodiment, an element belonging to Group 15 (phosphorus in this embodiment) is added using the
[0055]
Next, a heat treatment step of 450 to 650 ° C. (preferably 500 to 550 ° C.) and 4 to 24 hours (preferably 6 to 12 hours) is performed in a nitrogen atmosphere. By this heat treatment process, nickel in the crystalline silicon film moves in the direction of the arrow and is captured in the
[0056]
Next, the
[0057]
Then, resist
[0058]
1x10 by this process 15 ~ 1x10 18 atoms / cm Three (Typically 5 × 10 16 ~ 5x10 17 atoms / cm Three ) Impurity
[0059]
Next, the resist
[0060]
The
[0061]
Next, an insulating film containing silicon having a thickness of 10 to 100 nm is formed by plasma CVD or sputtering. In this embodiment, a silicon nitride oxide film having a thickness of 30 nm is formed. This insulating film containing silicon may be used in a stacked structure. Then, patterning is performed, and the other regions are removed except for the regions to be the driver circuit portion and the pixel portion, and the
[0062]
Next, a heat treatment step at a temperature of 800 to 1150 ° C. (preferably 900 to 1000 ° C.) for 15 minutes to 8 hours (preferably 30 minutes to 2 hours) is performed in an oxidizing atmosphere (thermal oxidation step). In this embodiment, a heat treatment step is performed at 950 ° C. for 80 minutes in an atmosphere in which 3% by volume of hydrogen chloride is added to an oxygen atmosphere. Note that boron added in the step of FIG. 2D is activated during this thermal oxidation step. (Fig. 3 (A))
[0063]
Note that the oxidizing atmosphere may be either a dry oxygen atmosphere or a wet oxygen atmosphere, but a dry oxygen atmosphere is suitable for reducing crystal defects in the semiconductor layer. In this embodiment, an atmosphere in which a halogen element is included in an oxygen atmosphere is used. However, a 100% oxygen atmosphere may be used.
[0064]
A thermal oxide film (silicon oxide film) 215 having a thickness of 3 to 20 nm (preferably 5 to 10 nm) is formed on the surface of the
[0065]
At the same time, an oxidation reaction also proceeds at the interface between the insulating
[0066]
In the thermal oxidation process of the present embodiment, 25 nm of the 60 nm thick active layer is oxidized, and the thickness of the
[0067]
Next, resist
[0068]
The
[0069]
Here, phosphine (PH Three ) By mass-separated plasma-excited ion doping method with 1 × 10 phosphorus 18 atoms / cm Three Add at a concentration of Of course, an ion implantation method for performing mass separation may be used.
[0070]
Further, in this step, the thickness of the gate insulating film differs between the region to be the memory transistor and the region to be the n-channel TFT of the CMOS circuit. Therefore, both may be performed in two addition steps, or the concentration profile in the depth direction at the time of impurity addition is adjusted, and phosphorus is added to the region indicated by 218 and 219 at substantially the same concentration. It is desirable to do so.
[0071]
Next, the resist
[0072]
The
[0073]
Here, phosphine (PH Three ) 3 × 10 3 by phosphorous ion-excited without plasma separation 20 atoms / cm Three Add at a concentration of Of course, an ion implantation method for performing mass separation may be used.
[0074]
Next, heat treatment is performed in an inert atmosphere at 600 to 1000 ° C. (preferably 700 to 800 ° C.) to activate phosphorus added in the step of FIG. In this embodiment, heat treatment at 800 ° C. for 1 hour is performed in a nitrogen atmosphere. (Fig. 3 (D))
[0075]
At the same time, it is possible to repair the crystallinity of the active layer damaged during the addition of phosphorus and the interface between the active layer and the gate insulating film. This activation step is preferably furnace annealing using an electric furnace, but may be light annealing such as lamp annealing or laser annealing, or may be used in combination with furnace annealing.
[0076]
By this step, the intrinsic region existing at the boundary between the n-type impurity region (a) 222 and the n-type impurity regions (b) 218 and 219, that is, around the n-type impurity region (a) or the n-type impurity region (b) A junction with a substantially intrinsic region (of course, including the p-type impurity region (b)) becomes clear. This means that when the TFT is later completed, the LDD region and the channel formation region can form a very good junction.
[0077]
Next,
[0078]
Actually, floating gate electrodes are formed in all of the plurality of memory transistors formed in the memory portion, but they are in an electrically isolated state, that is, in a floating state. By doing so, it functions as a charge storage layer.
[0079]
As a material of the
[0080]
In this embodiment, a tantalum nitride (TaN) film having a thickness of 50 nm and a tantalum (Ta) film having a thickness of 350 nm are stacked. It is also effective to form a silicon film with a thickness of about 2 to 20 nm under the first gate electrode. As a result, it is possible to improve adhesion and prevent oxidation of the gate electrode formed thereon.
[0081]
At this time, the
[0082]
Next, resist
[0083]
Note that before adding the p-type impurity element, the active layer may be exposed by etching the gate insulating film using the resist
[0084]
Next, the resist
[0085]
In addition, the region where the
[0086]
Note that before adding the n-type impurity element, the active layer may be exposed by etching the gate insulating film using the resist
[0087]
Next, the resist
[0088]
In this step, all impurity regions except for the portion hidden by the gate electrode are also 1 × 10 6. 16 ~ 5x10 18 atoms / cm Three However, since the concentration is very low, the function of each impurity region is not affected. In addition, the n-type impurity regions (b) 236 to 239 are already 1 × 10 3 in the channel doping process. 15 ~ 1x10 18 atoms / cm Three In this step, phosphorus is added at a concentration 5 to 10 times that of boron contained in the p-type impurity region (b). In this case as well, boron is added to the n-type impurity region ( It may be considered that the function of b) is not affected.
[0089]
Next, a heat treatment step was performed to activate the n-type or p-type impurity element added at each concentration. This step can be performed by any one of furnace annealing, laser annealing, lamp annealing, or a combination thereof. In the case of performing the furnace annealing method, it may be performed at 500 to 800 ° C., preferably 550 to 600 ° C. in an inert atmosphere. In this embodiment, heat treatment is performed at 550 ° C. for 4 hours to activate the impurity element. (Fig. 4 (D))
[0090]
In this embodiment, a laminated film made of a tantalum nitride film and a tantalum film is used as the gate electrode material. However, the tantalum film is very vulnerable to oxidation. Therefore, this activation process needs to be performed in an inert atmosphere containing as little oxygen as possible. Specifically, an inert atmosphere in which oxygen is 1 ppm or less (preferably 0.1 ppm or less) is preferable.
[0091]
In this embodiment, heat treatment is performed at 550 ° C. for 4 hours in a 100% nitrogen atmosphere. At that time, the substrate is put into the furnace at a temperature sufficiently low (100 to 200 ° C.) so that oxidation does not proceed. Heat treatment is performed after a long period (30 minutes to 1 hour) of a nitrogen purge period. When taking out the substrate, care should be taken to release the air to the atmosphere after the furnace temperature has dropped to the sufficiently low temperature.
[0092]
If the heat treatment (activation step) is performed with great care in this way, the surface of the gate electrode is slightly nitrided, but the oxidation reaction can be prevented, and there is no problem that the resistance is greatly increased.
[0093]
Next, a third
[0094]
The third
[0095]
Then, the
[0096]
As the material of the second gate electrode (control gate electrode) 241, the same material as that of the first gate electrode can be used. However, since the temperature does not rise to 450 ° C. or higher in the subsequent steps, the temperature Any material may be used as long as it is a heat-resistant conductive film that can withstand heat. In particular, a metal film containing low resistance aluminum or copper is preferable.
[0097]
Next, a first
[0098]
Next, heat treatment is performed at 300 to 450 ° C. for 1 to 4 hours in an atmosphere containing 3 to 100% hydrogen to hydrogenate the active layer. This step is a step of terminating dangling bonds in the semiconductor layer with thermally excited hydrogen. As another means of hydrogenation, plasma hydrogenation (hydrogenation treatment using hydrogen excited by plasma) may be performed.
[0099]
Next, contact holes reaching the source region or the drain region of each TFT are formed, and
[0100]
Further, an insulating film containing silicon is formed to a thickness of 50 to 500 nm (typically 200 to 300 nm) as a protective film (also referred to as a passivation film) 250 that protects the TFT from external contamination. In this embodiment, a silicon nitride oxide film having a thickness of 300 nm is used, and H is formed prior to the formation of the passivation film. 2 , NH Three A film is formed after plasma treatment is performed using a gas containing hydrogen.
[0101]
Hydrogen excited by plasma by this pretreatment is supplied into the first interlayer insulating film. By performing heat treatment (temperature of 300 to 420 ° C.) in this state, the film quality of the
[0102]
After this heat treatment step, an opening (not shown) may be formed in the
[0103]
Next, a second
[0104]
Next, a
[0105]
If an insulating film such as a silicon oxide film is formed on the second
[0106]
Further, it is possible to form not only the shielding film but also other connection wirings by using the aluminum film containing titanium. For example, it is possible to form a connection wiring that connects circuits in the drive circuit. In this case, however, it is necessary to form a contact hole in the second interlayer insulating film in advance before forming a material for forming the shielding film or the connection wiring.
[0107]
Next, an oxide (anodic oxide) 253 having a thickness of 20 to 100 nm (preferably 30 to 50 nm) is formed on the surface of the
[0108]
In this anodizing treatment, an ethylene glycol tartrate solution is first prepared. This is a solution of 15% ammonium tartrate aqueous solution and ethylene glycol mixed at 2: 8, and ammonia water is added to this to adjust the pH to 7 ± 0.5. Then, a platinum electrode serving as a cathode is provided in the solution, the substrate on which the
[0109]
The voltage between the cathode and the anode in the solution changes with time according to the growth of the anodic oxide, but the voltage is increased at a step-up rate of 100 V / min with a constant current, and when the voltage reaches 45 V, anodization is performed. End the process. In this manner, the
[0110]
The numerical values related to the anodic oxidation method shown here are only examples, and the optimum values can naturally vary depending on the size of the element to be manufactured.
[0111]
Here, the insulating film is provided only on the surface of the shielding film by using the anodic oxidation method, but the insulating film may be formed by a vapor phase method such as a plasma CVD method, a thermal CVD method, or a sputtering method. Also in that case, the film thickness is preferably 20 to 100 nm (preferably 30 to 50 nm). Alternatively, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon nitride oxide film, a carbon film such as DLC, a tantalum oxide film, or an organic resin film may be used. Or you may use the laminated film which combined these.
[0112]
Next, a contact hole reaching the
[0113]
At this time, the
[0114]
Thus, an active matrix substrate having a memory portion, a drive circuit portion, and a pixel portion is completed on the same substrate. The active matrix substrate shown in FIG. 5C has the same structure as the active matrix substrate described in FIG.
[0115]
In the present invention, the structure of the TFT forming each circuit or element can be optimized according to the performance required by the memory unit, the drive circuit unit, and the pixel unit, and the operation performance and reliability of the electro-optical device can be improved. Specifically, a TFT structure that emphasizes operation speed or hot carrier countermeasures is used for the driver circuit portion, and a TFT structure that emphasizes reduction of off-current value operation is used for the pixel portion. In addition, a memory transistor is formed in the memory portion while minimizing an increase in the number of processes.
[0116]
Here, the case of an active matrix liquid crystal display device will be described with reference to FIG.
[0117]
First, the
[0118]
The
[0119]
The n-
[0120]
The reason why it is sufficient to provide the LDD region only on the drain region side is that the function of the source region and the drain region is not changed and the direction of movement of carriers (electrons) is constant in the above driving circuit. However, the LDD region can also be formed with the channel formation region interposed as necessary. In other words, it can be formed between the source region and the channel formation region and between the drain region and the channel formation region. Note that the length (width) of the
[0121]
In addition, the
[0122]
Note that the length (width) of the
[0123]
Further, in this embodiment, by using an aluminum oxide film having a high relative dielectric constant of 7 to 9 as the dielectric of the storage capacitor, it is possible to reduce the exclusive area of the storage capacitor necessary for forming a desired capacitance. it can. Furthermore, by using the shielding film formed on the pixel TFT as one electrode of the storage capacitor as in this embodiment, the aperture ratio of the image display portion of the active matrix liquid crystal display device can be improved.
[0124]
Note that the present invention is not necessarily limited to the structure of the storage capacitor shown in this embodiment. For example, the storage capacity of the structure described in Japanese Patent Application No. 9-316567, Japanese Patent Application No. 9-273444, or Japanese Patent Application No. 10-254097 by the present applicant can be used.
[0125]
[Example 2]
In this embodiment, a case where a cell assembling process is performed on the active matrix substrate (shown in FIG. 5C) formed in
[0126]
As shown in FIG. 6, an alignment film 601 is formed on the substrate in the state of FIG. In this embodiment, a polyimide film is used as the alignment film. In addition, a counter electrode 603 made of a transparent conductive film and an alignment film 604 are formed on the counter substrate 602. Note that a color filter or a shielding film may be formed on the counter substrate as necessary.
[0127]
Next, after forming an alignment film, a rubbing process is performed to adjust the liquid crystal molecules so that they are aligned with a certain pretilt angle. Then, the active matrix substrate on which the pixel portion, the drive circuit portion are formed, and the counter substrate are bonded to each other through a sealing material, a spacer (both not shown), or the like by a known cell assembling process. Thereafter, liquid crystal 605 is injected between both substrates and completely sealed with a sealant (not shown). A known liquid crystal material may be used for the liquid crystal. Thus, the active matrix type liquid crystal display device shown in FIG. 6 is completed.
[0128]
Next, the configuration of the active matrix liquid crystal display device will be described with reference to the perspective view of FIG. The liquid crystal display device of the present invention includes a
[0129]
In the
[0130]
Further, an FPC (flexible printed circuit) 705 is connected to the
[0131]
Further, a
[0132]
Example 3
In the active matrix liquid crystal display device shown in
[0133]
Here, the shift register has a driving voltage of 3.5 to 16 V (typically 5 V or 10 V), and the structure indicated by 302 in FIG. 1 is suitable for the N-channel TFT used in the CMOS circuit forming the circuit. Yes. Further, although the level shifter and the buffer have a drive voltage as high as 14 to 16 V, a CMOS circuit including the N-
[0134]
However, the sampling circuit included in the source wiring driving circuit has a driving voltage of 14 to 16 V. However, since the source region and the drain region are inverted, it is necessary to reduce the off-current value. Both value measures must be taken.
[0135]
Therefore, in this embodiment, the N-channel TFT 205 having the structure shown in FIG. 8 is used as the sampling circuit. Note that although only an n-channel TFT is shown in FIG. 8, it is preferable to form a combination of an n-channel TFT and a p-channel TFT when actually forming a sampling circuit because a large current can easily flow.
[0136]
The structure of the n-channel TFT used as a sampling circuit in this embodiment is an active layer including a
[0137]
The most significant feature of the n-channel TFT 205 is that the
[0138]
That is, in the
[0139]
By using the n-channel TFT having the above structure in the sampling circuit, a switching operation with a low off-current value can be performed with little deterioration due to hot carriers. At this time, the length (width) of the LDD region overlapping with the gate electrode is 0.3 to 3.0 μm, typically 0.5 to 1.5 μm, and the length of the LDD region not overlapping with the gate electrode ( The width) may be 1.0 to 3.5 μm, typically 1.5 to 2.0 μm.
[0140]
Note that the structure of the n-channel TFT 205 shown in this embodiment can be formed without adding a special process according to the process shown in FIGS. In addition, it is effective to use the structure of this embodiment for the sampling circuit of the active matrix liquid crystal display device shown in
[0141]
Example 4
An active layer (especially a channel formation region) of a TFT manufactured according to the first embodiment is formed of a crystalline silicon film having a unique crystal structure having continuity in the crystal lattice. For details on such a crystalline silicon film, see the applications of Japanese Patent Application No. 10-044659, Japanese Patent Application No. 10-152316, Japanese Patent Application No. 10-152308 or Japanese Patent Application No. 10-152305 filed by the present applicant. Just do it. Hereinafter, an outline of the characteristics of the crystal structure experimentally investigated by the applicant will be described. This feature coincides with the feature of the semiconductor film forming the active layer of the TFT completed by this embodiment.
[0142]
The crystalline silicon film has a crystal structure in which a plurality of needle-like or rod-like crystals (hereinafter referred to as rod-like crystals) are gathered and arranged in a microscopic view. This can be easily confirmed by observation with TEM (transmission electron microscopy).
[0143]
Further, when the electron diffraction method is used, many {110} planes can be confirmed on the surface (portion forming portion) of the crystalline silicon film. This can be easily confirmed because the diffraction spots corresponding to the {110} plane appear neatly if analysis is performed with an electron diffraction photograph. It can also be confirmed that each spot has a distribution (spread) of about ± 1 ° on a concentric circle.
[0144]
When the orientation ratio is calculated using an X-ray diffraction method (strictly, an X-ray diffraction method using the θ-2θ method), the orientation ratio of the {220} plane is 0.7 or more (typically 0.85 or more). In addition, the method described in Unexamined-Japanese-Patent No. 7-321339 is used for the calculation method of orientation ratio.
[0145]
Further, when a crystal grain boundary formed by contact of individual rod-like crystals is observed by HR-TEM (high resolution transmission electron microscopy), it can be confirmed that the crystal lattice has continuity at the crystal grain boundary. This can be easily confirmed because the observed lattice fringes are continuously connected at the grain boundaries.
[0146]
Note that the continuity of the crystal lattice at the crystal grain boundary results from the fact that the crystal grain boundary is a grain boundary called a “planar grain boundary”. The definition of the planar grain boundary in this specification is “Characterization of High-Efficiency Cast-Si Solar Cell Wafers by MBIC Measurement; Ryuichi Shimokawa and Yutaka Hayashi, Japanese Journal of Applied Physics vol.27, No.5, pp.751”. -758, 1988 ”is the“ Planar boundary ”.
[0147]
According to the above paper, planar grain boundaries include twin grain boundaries, special stacking faults, and special twist grain boundaries. This planar grain boundary is characterized by being electrically inactive. That is, although it is a crystal grain boundary, it does not function as a trap that inhibits the movement of carriers, and thus can be regarded as substantially nonexistent.
[0148]
In particular, when the crystal axis (axis perpendicular to the crystal plane) is the <110> axis, the {211} twin grain boundary is also called a corresponding grain boundary of Σ3. The Σ value is a parameter that serves as a guideline indicating the degree of consistency of the corresponding grain boundary. It is known that the smaller the Σ value, the better the grain boundary. For example, in a crystal grain boundary formed between two crystal grains, if the plane orientation of both crystals is {110}, θ = 70.5 °, where θ is the angle formed by lattice fringes corresponding to the {111} plane. It is known that it becomes a corresponding grain boundary of Σ3.
[0149]
In the crystalline silicon film obtained by carrying out this example, when a crystal grain boundary formed between two crystal grains having a crystal axis <110> is observed by HR-TEM, each of adjacent crystal grains is observed. In many cases, the lattice pattern is continuous at an angle of about 70.5 °. Therefore, it can be inferred that the grain boundary is the corresponding grain boundary of Σ3, that is, the {211} twin boundary.
[0150]
Actually, when the crystalline silicon film of this example is observed in detail using TEM, most of the crystal grain boundaries (90% or more, typically 95% or more) are the corresponding grain boundaries of Σ3, typically Presumed to be {211} twin grain boundaries.
[0151]
Such a crystal structure (exactly, the structure of the crystal grain boundary) indicates that two different crystal grains are joined with extremely good consistency at the crystal grain boundary. That is, the crystal lattice is continuously connected at the crystal grain boundary, and the trap level caused by crystal defects or the like is very difficult to create. Therefore, the semiconductor thin film having such a crystal structure can be regarded as having substantially no grain boundary.
[0152]
Furthermore, it was confirmed by TEM observation that defects (stacking faults) existing in the crystal grains were almost disappeared by the heat treatment step (corresponding to the thermal oxidation step in Example 1) at a high temperature of 800 to 1150 ° C. Has been. This is also clear from the fact that the number of stacking faults and the like is greatly reduced before and after this heat treatment step.
[0153]
The difference in the number of defects appears as a difference in spin density by electron spin resonance analysis (Electron Spin Resonance: ESR). At present, the spin density of the crystalline silicon film of this example is at least 5 × 10 17 spins / cm Three The following (typically 3x10 17 spins / cm Three The following): However, since this measured value is close to the detection limit of existing measuring devices, the actual spin density is expected to be even lower.
[0154]
From the above, since the crystalline silicon film manufactured according to Example 1 has extremely few defects in crystal grains and it can be considered that there is substantially no crystal grain boundary, the single crystal silicon film or the substantially single crystal silicon film You can think of it as a membrane.
[0155]
Example 5
The storage capacitor provided in each pixel of the pixel portion can be formed by setting the electrode (shielding film in the present invention) not connected to the pixel electrode to a fixed potential. In that case, it is desirable to set the shielding film to a floating state (electrically isolated state) or a common potential (an intermediate potential of an image signal sent as data).
[0156]
Therefore, in this embodiment, a connection method when the shielding film is set to a fixed potential will be described with reference to FIG. Since the basic structure is the same as that of the pixel portion described in FIG. 1, the same portions are described using the same reference numerals.
[0157]
In FIG. 9A, 304 is a pixel TFT (n-channel TFT) manufactured in the same manner as in Example 1, and 134 is a shielding film that functions as one electrode of a storage capacitor. The
[0158]
As described above, the shielding
[0159]
Next, in FIG. 9B, 304 is a pixel TFT manufactured in the same manner as in Example 1, and 134 is a shielding film that functions as one electrode of a storage capacitor. The
[0160]
The
[0161]
In the case of employing the structure of FIG. 9B, it is preferable to employ source line inversion driving as a driving method of the active matrix liquid crystal display device. In the case of source line inversion driving, the voltage polarity applied to the pixel electrode is inverted every frame. Therefore, if the time is averaged, the amount of charge accumulated in the
[0162]
By adopting the structure of FIG. 9B in this way, the shielding film can be held at a common potential without increasing the number of steps.
[0163]
Note that the configuration of this example can be realized by only partially changing the manufacturing process of Example 1, and the other processes may be similar to those of Example 1. Therefore, the present invention can be applied to the active matrix liquid crystal display device shown in
[0164]
Example 6
In this embodiment, a case where an active matrix substrate having a structure different from that in FIG. 1 is manufactured will be described. FIG. 10 is used for the description. Since this embodiment is an example in which a part of the structure shown in FIG. 1 is changed, the same reference numerals as those in FIG. Further, the parts that are not changed correspond to FIG.
[0165]
First, the active matrix substrate illustrated in FIG. 10A uses the
[0166]
At the same time,
[0167]
Further, this oxidation step is preferably performed between the step of FIG. 4B and the step of FIG. 4C in Example 1. This is because the offset
[0168]
In this case, as shown in FIG. 11, offset
[0169]
However, it goes without saying that the lengths of the offset
[0170]
In the present invention, the length of the offset
[0171]
A pixel TFT having a structure as shown in FIG. 10A can have an extremely low off-state current value. That is, when the TFT is completely turned off such that the source-drain voltage is 14V and the gate voltage is -17.5V, an off-current value of 5 pA or less (preferably 1 pA or less) can be achieved.
[0172]
The structure of FIG. 10B is similar to that of FIG. 10A, but is characterized in that the
[0173]
It should be noted that the formation of this opening is better as the etching selectivity between the first
[0174]
Similarly to FIG. 10A, the pixel TFT has offset
[0175]
The configuration of this embodiment can be implemented only by replacing the film formation process of the third
[0176]
Example 7
In this embodiment, a case where an active matrix substrate having a structure different from that in FIG. 1 is manufactured will be described. FIG. 12 is used for the description. Since this embodiment is an example in which a part of the structure shown in FIG. 1 is changed, the same reference numerals as those in FIG. Further, the parts that are not changed correspond to FIG.
[0177]
The active matrix substrate shown in FIG. 12 uses an insulating
[0178]
In the case where this embodiment is implemented, in the pixel portion, a laminated film of the second
[0179]
In addition, since there is no particular change in the present embodiment except that the first
[0180]
Example 8
The present invention can be implemented even when glass or plastic is used as the substrate. Of course, in this case, the TFT must be formed in consideration of the heat resistance of the substrate made of glass or plastic.
[0181]
In order to form a crystalline silicon film to be an active layer, an amorphous silicon film can be crystallized by combining laser crystallization technology or solid phase growth technology (thermal crystallization technology) and laser crystallization technology. preferable. If a laser crystallization technique is used, a crystalline silicon film can be formed on a plastic substrate or plastic film.
[0182]
The first gate insulating film, the second gate insulating film, and the third gate insulating film are formed by a plasma CVD method or a sputtering method. In particular, an ECR (Electron Cyclotron Resonance) plasma CVD method or a remote plasma CVD method is preferable because a high-quality insulating film can be formed while suppressing damage to the active layer.
[0183]
In this embodiment, there is no process to be changed except for changing the film formation process of the first gate insulating film, the second gate insulating film, and the third gate insulating film in the first embodiment. If it is, it is possible to carry out easily. Moreover, it is possible to implement freely combining with any structure of Example 2-6.
[0184]
Example 9
In this embodiment, a circuit configuration of a nonvolatile memory capable of forming a memory portion in the present invention will be described. Specifically, the case where the
[0185]
In FIG. 13A, four
[0186]
In the present specification, a region of the word wiring that overlaps with the active layer of the TFT is particularly called a control gate electrode. Although not shown, there is actually a floating gate electrode under the control gate electrode.
[0187]
The NOR flash memory shown in the circuit diagram of FIG. 13A is actually represented as an element pattern as shown in FIG. 13B. Each symbol used corresponds to that in FIG.
[0188]
The configuration of the present embodiment can be implemented by freely combining with any configuration shown in the first to eighth embodiments.
[0189]
Example 10
In this embodiment, a circuit configuration of a nonvolatile memory capable of forming a memory portion in the present invention will be described. Specifically, a case where the
[0190]
In FIG. 14A, two
[0191]
In the present specification, a region of the word wiring that overlaps with the active layer of the TFT is particularly called a control gate electrode. Although not shown, there is actually a floating gate electrode under the control gate electrode.
[0192]
The NAND flash memory shown in the circuit diagram of FIG. 14A is actually represented as an element pattern as shown in FIG. 14B. Each symbol used corresponds to that in FIG.
[0193]
The configuration of the present embodiment can be implemented by freely combining with any configuration shown in the first to eighth embodiments. Further, the memory portion can be formed in combination with the NOR type flash memory shown in the ninth embodiment.
[0194]
Example 11
In this embodiment, a case where a γ (gamma) correction circuit is added as a signal processing circuit other than the memory unit, the drive circuit unit, or the pixel unit in the electro-optical device of the present invention will be described.
[0195]
The γ correction circuit is a circuit for performing γ correction. The γ correction is a correction for creating a linear relationship between the voltage applied to the pixel electrode and the transmitted light intensity of the liquid crystal or EL layer thereon by applying an appropriate voltage to the image signal.
[0196]
FIG. 15 is a block diagram of an active matrix substrate used in the liquid crystal display device (may be an EL display device) of this embodiment. A source wiring driving circuit 76 and a gate wiring driving circuit 77 are provided around the pixel portion 75, and a γ correction circuit 78 and a nonvolatile memory (flash memory in this embodiment) 79 are further provided. An image signal, a clock signal, a synchronization signal, or the like is sent via an FPC (flexible printed circuit) 80.
[0197]
The nonvolatile memory 79 stores (stores) correction data for applying γ correction to an image signal transmitted from a personal computer main body, a television receiving antenna, or the like. The γ correction circuit 78 is referred to the correction data. Performs γ correction on the image signal.
[0198]
Data for γ correction may be stored once before shipping the liquid crystal display device, but the correction data can be rewritten periodically. In addition, even in a liquid crystal display device produced in the same way, the optical response characteristics of the liquid crystal (such as the relationship between the transmitted light intensity and the applied voltage) may differ slightly. Also in this case, in this embodiment, different γ correction data can be stored for each liquid crystal display device, so that the same image quality can always be obtained.
[0199]
When storing correction data for γ correction in the non-volatile memory 79, it is preferable to use the means described in Japanese Patent Application No. 10-156696 by the present applicant. Further, the application regarding γ correction is also made in the same application.
[0200]
Since the correction data stored in the nonvolatile memory is a digital signal, it is desirable to form a D / A converter or an A / D converter on the same substrate as necessary.
[0201]
In addition, the structure of a present Example can be implemented in combination freely with any structure of Examples 1-10.
[0202]
Example 12
In this embodiment, a case where a memory controller circuit is added as another signal processing circuit other than the memory unit, the drive circuit unit, or the pixel unit in the electro-optical device of the present invention will be described. The memory controller circuit here is a control circuit for controlling operations such as storing and reading image data in a nonvolatile memory.
[0203]
FIG. 16 is a block diagram of an active matrix substrate used in the liquid crystal display device (may be an EL display device) of this embodiment. A source wiring driving circuit 82 and a gate wiring driving circuit 83 are provided around the pixel portion 81, and a memory controller circuit 84 and a nonvolatile memory (flash memory in this embodiment) 85 are further provided. In addition, an image signal, a clock signal, a synchronization signal, or the like is sent via an FPC (flexible printed circuit) 86.
[0204]
The nonvolatile memory 85 stores (stores) image signals sent from a personal computer main body, a television receiving antenna or the like for each frame, and sequentially inputs the image signals to the pixel portion for display. The nonvolatile memory 85 stores image information for one frame displayed on the pixel unit 81. For example, when a 6-bit digital signal is sent as an image signal, a memory capacity corresponding to the number of pixels × 6 bits is required.
[0205]
Since the correction data stored in the nonvolatile memory is a digital signal, it is desirable to form a D / A converter or an A / D converter on the same substrate as necessary.
[0206]
As described above, with the configuration of this embodiment, the image displayed on the pixel portion 81 is always stored in the nonvolatile memory 85, and operations such as temporary suspension of the image can be easily performed. That is, the image signal stored in the non-volatile memory 85 is always sent to the pixel unit 81 by the memory controller circuit 84, so that the television broadcast can be freely paused without recording on a video deck or the like. Become.
[0207]
In this embodiment, an example of storing one frame is shown. However, if the memory capacity of the non-volatile memory 85 can be increased to the extent that image information such as several hundred frames or thousands of frames can be stored. For example, it is possible to reproduce (replay) an image several seconds or several minutes ago, in addition to pausing.
[0208]
In addition, the structure of a present Example can be implemented in combination freely with any structure of Examples 1-10.
[0209]
Example 13
In the manufacturing process example shown in
[0210]
However, in order to obtain the effect of the present invention, the final structure may be a structure as shown in FIG. 5C, and the process reaching the final structure is not limited thereto. Therefore, the practitioner may appropriately change the formation order of the impurity regions. In some cases, the p-type impurity region (a) and the n-type impurity region (c) can be formed using a resist mask. That is, as shown in FIG. 5C, as long as different structure TFTs are formed depending on each circuit, any combination of process orders may be employed.
[0211]
Example 14
The present invention can also be used when an interlayer insulating film is formed on a conventional MOSFET and a TFT is formed thereon. That is, it is possible to realize a three-dimensional semiconductor device.
[0212]
Alternatively, an SOI substrate such as SIMOX, Smart-Cut (registered trademark of SOITEC) or ELTRAN (registered trademark of Canon Inc.) can be used as the substrate, and a single crystal semiconductor thin film can be used as the active layer.
[0213]
In addition, the structure of a present Example can be freely combined with any structure of Examples 1-13.
[0214]
Example 15
The liquid crystal display device manufactured according to the present invention can use various liquid crystal materials. As such materials, TN liquid crystal, PDLC (polymer dispersed liquid crystal), FLC (ferroelectric liquid crystal), AFLC (antiferroelectric liquid crystal), or a mixture of FLC and AFLC (antiferroelectric mixed liquid crystal). Can be mentioned.
[0215]
For example, `` H.Furue et al.; Characteristics and Drivng Scheme of Polymer-Stabilized Monostable FLCD Exhibiting Fast Response Time and High Contrast Ratio with Gray-Scale Capability, SID, 1998 '', `` T.Yoshida et al.; A Full- Color Thresholdless Antiferroelectric LCD Exhibiting Wide Viewing Angle with Fast Response Time, 841, SID97DIGEST, 1997 '', `` S.Inui et al.; Thresholdless antiferroelectricity in liquid crystals and its application to displays, 671-673, J.Mater.Chem.6 (4), 1996 "or the material disclosed in US Pat. No. 5,594,569 can be used.
[0216]
In particular, a threshold-less antiferroelectric mixed liquid crystal (Thresholdless Antiferroelectric LCD: abbreviated as TL-AFLC) that exhibits electro-optic response characteristics in which transmittance continuously changes with respect to an electric field is V-shaped (or U-shaped). Some have shown electro-optic response characteristics, and a drive voltage of about ± 2.5 V (cell thickness of about 1 μm to 2 μm) has been found. For this reason, the power supply voltage for the pixel circuit may be about 5 to 8 V, which suggests the possibility of operating the control circuit and the pixel circuit with the same power supply voltage. That is, the power consumption of the entire liquid crystal display device can be reduced.
[0217]
Further, the ferroelectric liquid crystal and the antiferroelectric liquid crystal have an advantage that the response speed is faster than that of the TN liquid crystal. Since the TFT as used in the present invention can realize a TFT having a very high operation speed, a liquid crystal display device having a high image response speed that makes full use of the response speed of a ferroelectric liquid crystal or an anti-ferroelectric liquid crystal. Can be realized.
[0218]
In general, the thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal has a large spontaneous polarization, and the dielectric constant of the liquid crystal itself is high. For this reason, when a thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal is used in a liquid crystal display device, a relatively large storage capacitor is required for the pixel. Therefore, it is preferable to use a thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal having a small spontaneous polarization. In this sense, the storage capacitor shown in FIG. 1 of the first embodiment is preferable because a large capacitor can be stored in a small area.
[0219]
Needless to say, it is effective to use the liquid crystal display device of this embodiment as a display for an electronic device such as a personal computer.
[0220]
Moreover, the structure of a present Example can be freely combined with any structure of Examples 1-14.
[0221]
Example 16
The present invention can also be applied to an active matrix EL (electroluminescence) display (also referred to as an EL display device). An example is shown in FIG.
[0222]
FIG. 17 is a circuit diagram of the active matrix EL display of this embodiment.
[0223]
In addition, you may combine any structure of Example 1, 4, 6-13 with respect to the active matrix type EL display of a present Example.
[0224]
Example 17
In this example, an example in which an EL (electroluminescence) display device is manufactured using the present invention will be described. 18A is a top view of the EL display device of the present invention, and FIG. 18B is a cross-sectional view thereof.
[0225]
In FIG. 18A,
[0226]
At this time, a
[0227]
FIG. 18B corresponds to a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 18A. A driving TFT included in the source
[0228]
In this embodiment, a TFT having the same structure as the n-
[0229]
An interlayer insulating film (planarization film) 4301 made of a resin material is formed on the driving
[0230]
An insulating
[0231]
As a method for forming the
[0232]
Over the
[0233]
The
[0234]
As described above, an EL element including the pixel electrode (anode) 4302, the
[0235]
As the
[0236]
However, when the emission direction of light from the EL element is directed toward the cover material, the cover material must be transparent. In that case, a transparent material such as a glass plate, a plastic plate, a polyester film or an acrylic film is used.
[0237]
Further, as the
[0238]
Further, the
[0239]
The
[0240]
In this embodiment, the
[0241]
Here, a more detailed cross-sectional structure of the pixel portion is shown in FIG. 19, a top structure is shown in FIG. 20A, and a circuit diagram is shown in FIG. 20B. 19, 20 </ b> A, and 20 </ b> B use the same reference numerals and may be referred to each other.
[0242]
In FIG. 19, a switching
[0243]
Note that although a double gate structure in which two channel formation regions are formed is used in this embodiment, a single gate structure in which one channel formation region is formed or a triple gate structure in which three channel formation regions are formed may be used.
[0244]
Further, the
[0245]
A
[0246]
[0247]
An
[0248]
However, the above example is an example of an organic EL material that can be used as an EL layer, and is not necessarily limited to this. An EL layer (a layer for emitting light and moving carriers therefor) may be formed by freely combining a light-emitting layer, a charge transport layer, or a charge injection layer. For example, in this embodiment, an example in which a low molecular weight organic EL material is used as an EL layer is shown, but a high molecular weight organic EL material may be used. It is also possible to use an inorganic material such as silicon carbide for the charge transport layer or the charge injection layer. As these organic EL materials and inorganic materials, known materials can be used.
[0249]
Next, a
[0250]
When the
[0251]
Next, the top structure of the pixel in this embodiment is described with reference to FIG. The source of the switching
[0252]
At this time, a storage capacitor is formed in the region indicated by 4419. The storage capacitor 4419 is formed between the semiconductor film 4420 electrically connected to the
[0253]
In addition, the structure of a present Example can be implemented in combination with any structure of Example 1, 4, 6-13, and 16 freely.
[0254]
Example 18
In this embodiment, an EL display device having a pixel structure different from that of Embodiment 17 will be described. FIG. 21 is used for the description. In addition, what is necessary is just to refer description of Example 17 about the part to which the code | symbol same as FIG. 19 is attached | subjected.
[0255]
In FIG. 21, a TFT having the same structure as that of the n-
[0256]
When the voltage applied to the EL element becomes 10 V or more, deterioration due to the hot carrier effect becomes remarkable. Therefore, it is effective to use a TFT having the same structure as the n-
[0257]
In this embodiment, the
[0258]
An
[0259]
Next, an
[0260]
When the
[0261]
Note that the current control TFT 4501 of this embodiment forms a parasitic capacitance called a gate capacitance between the
[0262]
In addition, the structure of a present Example can be implemented in combination with any structure of Example 1, 4, 6-13, and 16 freely.
[0263]
Example 19
In this example, examples of the pixel structure of the EL display device shown in Example 17 or Example 18 are shown in FIGS. In this embodiment, 4601 is a source wiring of the switching
[0264]
FIG. 22A illustrates an example in which the
[0265]
FIG. 22B illustrates an example in which the
[0266]
22C, the
[0267]
Example 20
In this embodiment, an example of a pixel structure of the EL display device shown in Embodiment 17 or Embodiment 18 is shown in FIGS. In this embodiment, 4701 is a source wiring of the switching
[0268]
In this embodiment, the power
[0269]
FIG. 23A illustrates an example in which the
[0270]
FIG. 23B shows an example in which a
[0271]
Example 21
In this example, examples of the pixel structure of the EL display device shown in Example 17 or Example 18 are shown in FIGS. In this embodiment, 4801 is a source wiring of the switching
[0272]
The drain of the erasing
[0273]
FIG. 24A illustrates an example in which the
[0274]
FIG. 24B shows an example in which a
[0275]
[Example 22]
The EL display device of the present invention may have a structure in which any number of TFTs are provided in a pixel. In Examples 20 and 21, three TFTs are provided, but four to six TFTs may be provided. The present invention can be practiced without being limited to the pixel structure of an EL display device.
[0276]
Example 23
The electro-optical device and the semiconductor circuit of the present invention can be used as a display unit or a signal processing circuit of an electric appliance. Such electric appliances include video cameras, digital cameras, projectors, projection TVs, goggles type displays (head mounted displays), navigation systems, sound playback devices, notebook personal computers, game machines, portable information terminals (mobile computers, Mobile phones, portable game machines, electronic books, etc.), image playback devices equipped with recording media, and the like. Specific examples of these electric appliances are shown in FIGS.
[0277]
FIG. 25A illustrates a mobile phone, which includes a main body 2001, an audio output portion 2002, an audio input portion 2003, a display portion 2004, operation switches 2005, and an antenna 2006. The electro-optical device of the present invention can be used for the display portion 2004, and the semiconductor circuit of the present invention can be used for the sound output portion 2002, the sound input portion 2003, or a CPU or memory.
[0278]
FIG. 25B illustrates a video camera, which includes a main body 2101, a display portion 2102, an
[0279]
FIG. 25C illustrates a mobile computer, which includes a main body 2201, a camera unit 2202, an
[0280]
FIG. 25D illustrates a goggle type display which includes a
[0281]
FIG. 25E shows a rear projector (projection TV), which includes a main body 2401, a light source 2402, a liquid
[0282]
FIG. 25F illustrates a front projector which includes a
[0283]
FIG. 26A shows a personal computer, which includes a main body 2601, a video input portion 2602, a display portion 2603, a
[0284]
FIG. 26B shows an electronic game machine (game machine), which includes a
[0285]
FIG. 26C shows a player (image reproduction apparatus) that uses a recording medium (hereinafter referred to as a recording medium) in which a program is recorded. A main body 2801, a
[0286]
FIG. 26D shows a digital camera, which includes a main body 2901, a
[0287]
A detailed description of an optical engine that can be used in the rear projector of FIG. 25E and the front projector of FIG. 25F is shown in FIG. FIG. 27A shows an optical engine, and FIG. 27B shows a light source optical system built in the optical engine.
[0288]
The optical engine shown in FIG. 27A includes a light source
[0289]
27B, the light source
[0290]
As described above, the application range of the present invention is extremely wide and can be applied to electric appliances in various fields. Moreover, the electric appliance of a present Example is realizable by combining the structure of Examples 1-22 as needed.
[0291]
【The invention's effect】
By using the present invention, it becomes possible to dispose TFTs with appropriate performance according to the specifications required by the circuit or element on the same substrate, which can greatly improve the operation performance and reliability of the electro-optical device. it can.
[0292]
Further, since the memory portion can be provided on the same substrate in addition to the pixel portion and the drive circuit portion, the performance of the electro-optical device can be greatly improved. Further, the electronic apparatus having the electro-optical device as described above as a display (display unit) can be widely used, and can realize high operation performance and high reliability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 illustrates a configuration of a pixel portion, a driver circuit, and a memory portion.
FIGS. 2A and 2B illustrate a manufacturing process of a pixel portion, a driver circuit, and a memory portion. FIGS.
FIGS. 3A and 3B illustrate a manufacturing process of a pixel portion, a driver circuit, and a memory portion. FIGS.
4A and 4B illustrate a manufacturing process of a pixel portion, a driver circuit, and a memory portion.
FIG. 5 illustrates a manufacturing process of a pixel portion, a driver circuit, and a memory portion.
FIG. 6 is a cross-sectional structure diagram of an active matrix liquid crystal display device.
FIG. 7 is a perspective view of an active matrix liquid crystal display device.
FIG. 8 is a diagram showing a driving circuit.
FIG. 9 illustrates a pixel portion.
FIG. 10 illustrates a structure of a pixel portion, a driver circuit, and a memory portion.
FIG. 11 illustrates a pixel portion.
FIG. 12 illustrates a structure of a pixel portion, a driver circuit, and a memory portion.
FIG. 13 shows a structure of a flash memory.
FIG. 14 shows a structure of a flash memory.
FIG. 15 is a block diagram of an active matrix substrate.
FIG. 16 is a block diagram of an active matrix substrate.
FIG. 17 illustrates a structure of an active matrix EL display device.
18A and 18B are a top view and a cross-sectional view of an EL display device.
FIG 19 illustrates a cross-sectional structure of an EL display device.
FIG. 20 is a diagram showing a top structure of a pixel portion of an EL display device.
FIG 21 illustrates a cross-sectional structure of an EL display device.
FIG 22 illustrates a circuit configuration of a pixel portion of an EL display device.
FIG 23 illustrates a circuit configuration of a pixel portion of an EL display device.
FIG 24 illustrates a circuit configuration of an EL display device.
FIG 25 illustrates an example of an electric appliance.
FIG 26 illustrates an example of an electric appliance.
FIG. 27 is a diagram showing a configuration of an optical engine.
Claims (10)
LDD領域が第2ゲート絶縁膜を挟んでゲート電極と重ならないように形成された画素TFTを有する画素部と、
活性層、第1ゲート絶縁膜、浮遊ゲート電極、第3ゲート絶縁膜及び制御ゲート電極を含むメモリトランジスタを有するメモリ部と、
を同一の絶縁体上に有し、
前記第3ゲート絶縁膜は前記nチャネル型TFTのゲート電極及び前記画素TFTのゲート電極を覆っていることを特徴とする電気光学装置。A drive circuit portion having an n-channel TFT formed so that part or all of the LDD region overlaps the gate electrode with the second gate insulating film interposed therebetween;
A pixel portion having a pixel TFT formed so that the LDD region does not overlap the gate electrode with the second gate insulating film interposed therebetween;
A memory unit having a memory transistor including an active layer, a first gate insulating film, a floating gate electrode, a third gate insulating film, and a control gate electrode;
On the same insulator,
The electro-optical device, wherein the third gate insulating film covers a gate electrode of the n-channel TFT and a gate electrode of the pixel TFT.
LDD領域が第2ゲート絶縁膜を挟んでゲート電極と重ならないように形成された画素TFTを有する画素部と、
活性層、第1ゲート絶縁膜、浮遊ゲート電極、第3ゲート絶縁膜及び制御ゲート電極を含むメモリトランジスタを有するメモリ部と、
を同一の絶縁体上に有し、
前記浮遊ゲート電極、前記nチャネル型TFTのゲート電極及び前記画素TFTのゲート電極は同一材料からなり、且つ、前記第3ゲート絶縁膜に覆われていることを特徴とする電気光学装置。A drive circuit portion having an n-channel TFT formed so that part or all of the LDD region overlaps the gate electrode with the second gate insulating film interposed therebetween;
A pixel portion having a pixel TFT formed so that the LDD region does not overlap the gate electrode with the second gate insulating film interposed therebetween;
A memory unit having a memory transistor including an active layer, a first gate insulating film, a floating gate electrode, a third gate insulating film, and a control gate electrode;
On the same insulator,
The electro-optical device, wherein the floating gate electrode, the gate electrode of the n-channel TFT, and the gate electrode of the pixel TFT are made of the same material and are covered with the third gate insulating film.
LDD領域が第2ゲート絶縁膜を挟んでゲート電極と重ならないように形成された画素TFTを有する画素部と、
活性層、第1ゲート絶縁膜、浮遊ゲート電極、第3ゲート絶縁膜及び制御ゲート電極を含むメモリトランジスタを有するメモリ部と、
を同一の絶縁体上に有し、
前記第3ゲート絶縁膜は前記浮遊ゲート電極を形成する材料の酸化物であることを特徴とする電気光学装置。A drive circuit portion having an n-channel TFT formed so that part or all of the LDD region overlaps the gate electrode with the second gate insulating film interposed therebetween;
A pixel portion having a pixel TFT formed so that the LDD region does not overlap the gate electrode with the second gate insulating film interposed therebetween;
A memory unit having a memory transistor including an active layer, a first gate insulating film, a floating gate electrode, a third gate insulating film, and a control gate electrode;
On the same insulator,
The electro-optical device, wherein the third gate insulating film is an oxide of a material forming the floating gate electrode.
LDD領域が第2ゲート絶縁膜を挟んでゲート電極と重ならないように形成された画素TFTを有する画素部と、
活性層、第1ゲート絶縁膜、浮遊ゲート電極、第3ゲート絶縁膜及び制御ゲート電極を含むメモリトランジスタを有するメモリ部と、
を同一の絶縁体上に有し、
前記浮遊ゲート電極、前記nチャネル型TFTのゲート電極及び前記画素TFTのゲート電極は同一材料からなり、且つ、前記第3ゲート絶縁膜は前記浮遊ゲート電極を形成する材料の酸化物であることを特徴とする電気光学装置。A drive circuit portion having an n-channel TFT formed so that part or all of the LDD region overlaps the gate electrode with the second gate insulating film interposed therebetween;
A pixel portion having a pixel TFT formed so that the LDD region does not overlap the gate electrode with the second gate insulating film interposed therebetween;
A memory unit having a memory transistor including an active layer, a first gate insulating film, a floating gate electrode, a third gate insulating film, and a control gate electrode;
On the same insulator,
The floating gate electrode, the gate electrode of the n-channel TFT, and the gate electrode of the pixel TFT are made of the same material, and the third gate insulating film is an oxide of a material forming the floating gate electrode. An electro-optical device.
前記メモリトランジスタの活性層は、ソース領域と、ドレイン領域と、前記ソース領域及び前記ドレイン領域に挟まれたチャネル形成領域及びLDD領域とを含み、
前記nチャネル型TFTのLDD領域及び前記メモリトランジスタの活性層に含まれるLDD領域には、同一濃度でn型不純物元素が含まれ、
前記画素TFTのLDD領域には、前記nチャネル型TFTのLDD領域及び前記メモリトランジスタの活性層に含まれるLDD領域よりも低い濃度でn型不純物元素が含まれることを特徴とする電気光学装置。In any one of Claims 1 thru | or 4 ,
The active layer of the memory transistor includes a source region, a drain region, a channel formation region and an LDD region sandwiched between the source region and the drain region,
The LDD region of the n-channel TFT and the LDD region included in the active layer of the memory transistor contain an n-type impurity element at the same concentration.
2. The electro-optical device according to claim 1, wherein the LDD region of the pixel TFT includes an n-type impurity element at a lower concentration than the LDD region of the LDD region of the n-channel TFT and the active layer of the memory transistor.
前記メモリトランジスタの活性層に含まれるLDD領域は、前記ソース領域に接して設けられていることを特徴とする電気光学装置。An electro-optical device, wherein an LDD region included in an active layer of the memory transistor is provided in contact with the source region.
前記メモリトランジスタの活性層に含まれるドレイン領域の一部が、前記第1ゲート絶縁膜を挟んで前記浮遊ゲート電極と重なるように形成されていることを特徴とする電気光学装置。An electro-optical device, wherein a part of a drain region included in an active layer of the memory transistor is formed to overlap the floating gate electrode with the first gate insulating film interposed therebetween.
前記第1ゲート絶縁膜の膜厚は前記第2ゲート絶縁膜の膜厚よりも薄いことを特徴とする電気光学装置。In any one of Claims 1 thru | or 7 ,
2. The electro-optical device according to claim 1, wherein the first gate insulating film is thinner than the second gate insulating film.
前記画素部にEL素子が設けられたことを特徴とする電気光学装置。In any one of Claims 1 thru | or 8,
An electro-optical device, wherein an EL element is provided in the pixel portion.
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