JP4596070B2 - メモリ素子及びメモリ素子の製造方法、並びに表示装置及び表示装置の製造方法 - Google Patents
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Description
第一実施形態
第二実施形態
応用形態
第三実施形態
〈第一実施形態〉
[全体構成]
図1は、本発明にかかるメモリ素子及び表示装置の実施形態を示す模式図である。この模式図は、アクティブマトリクス型の表示装置の1画素分を示す回路図である。画素10にメモリ素子1が含まれている。
図2は、ReRAMの具体的な構成例を示す模式図である。ReRAMの低抵抗状態LRSを左側に示し、高抵抗状態HRSを右側に示してある。図示するように、抵抗変化素子ReRAMは、一対の導電層とその間に配された少なくとも1個の酸化膜層とからなる。図示の例では、一対の導電層はいずれも金属Ptからなり、その間に2層の金属酸化膜PCMO、YBCOが形成されている。即ち本例では酸化膜層が金属酸化物からなる。下側のPt層を基準にして上側のPt層に例えば+18Vの正極性の電圧を印加すると、ReRAMはLRSとなる。逆に下側のPt層を基準として上側のPt層に負極性の電圧を印加すると、ReRAMは状態がLRSからHRSに切換る。
図3−1〜図3−3を参照して、本発明にかかるメモリ素子の製造方法を詳細に説明する。図3−1はメモリ素子の製造工程図であり、左側にTFTの製造プロセスを表し、右側にReRAMの製造プロセスを表している。TFT及びReRAMは薄膜プロセスを用いて基板101の上に同時に集積形成されていく。なお本実施形態では、TFTはボトムゲート構造である。
[製造工程]
図4−1〜図4−3を参照して本発明にかかる表示装置の製造方法の第二実施形態を説明する。本実施形態は、画素側にメモリ素子を形成すると共に、画素を駆動する周辺回路側にもメモリ素子を形成している。図4−1〜図4−3の工程図では、左側に画素部の形成工程を現し、右側に周辺回路部の作成工程を表してある。但し画素部及び周辺回路部は絶縁基板上で同時に半導体プロセスを用いて形成されていく。なお図3−1〜図3−3に示した先の実施形態と異なり、本実施形態ではトップゲート構造のTFTを形成している。
図6は本発明が適用されたテレビであり、フロントパネル12、フィルターガラス13等から構成される映像表示画面11を含み、本発明の表示装置をその映像表示画面11に用いることにより作製される。
[抵抗変化素子の構成例2]
図11−1は、抵抗変化素子ReRAMの他の構成例を示す模式図である。図示するように、抵抗変化素子ReRAMは、一対の導電層とその間に配された少なくとも1個の酸化膜層とからなる。本例では、上側の導電層が、Ti/Al/Ti/CuTeの四層構造になっている。このうち、Ti/Al/Tiの三層は、通常の薄膜半導体装置などで配線層として多用されている複合金属膜である、四層目のCuTe合金層が抵抗変化素子の機能層となる。
図11−2は、抵抗変化素子ReRAMの別の構成例を示す模式図である。基本的には図11−1に示した例に類似しているが、中間の酸化膜層と下側の導電層の構成が異なる。本例では、中間の酸化膜層はGdOxに代えてSiOxを用いている。SiOxは、薄膜トランジスタTFTのゲート絶縁膜やパシベーション膜として広く使われている。また下側の導電層は、高融点金属Moに代えて不純物を高濃度にドーピングして導電性を持たせたシリコンSi(ドープトSi)を用いている。ドープトSiは、TFTのソース/ドレイン電極や配線材料として広く用いられている。
図11−3は、本発明にかかるメモリ素子の第三実施形態を示す模式的な断面図である。基本的には、図4−3に示した第二実施形態と類似している。異なる点は、抵抗変化素子207の構成である。本実施形態は、抵抗変化素子207として図11−2に示した構成を採用している。すなわち、抵抗変化素子207は、上側導電層として、Ti/Al/Tiの三層構造からなる金属膜208とCuTeの合金層とを重ねた積層となっている。ここで、Ti/Al/Tiの三層構造からなる金属膜208は、TFT205の配線として使われており、TFTプロセスでは多用されている。
Claims (15)
- 薄膜トランジスタと抵抗変化素子とが電気的に並列接続されてなり、
前記薄膜トランジスタは、チャネル領域と入力端と出力端とが形成された半導体薄膜、及び、絶縁膜を介して前記チャネル領域に重なるゲート電極を有し、
前記抵抗変化素子は、前記入力端側に電気的に接続された一方の導電層、前記出力端側に電気的に接続された他方の導電層、及び、前記一方の導電層と前記他方の導電層の間に配された少なくとも一層の酸化膜層からなり、
前記薄膜トランジスタと前記抵抗変化素子とは、前記ゲート電極と同層の配線を介して互いに接続されており、
前記酸化膜層は、前記入力端から印加される電圧に応じて低抵抗状態と高抵抗状態とに変化する材料からなるメモリ素子。 - 前記薄膜トランジスタと前記抵抗変化素子との並列接続が電気的に、複数、直列接続されており、
各薄膜トランジスタの前記ゲート電極に印加する電圧を制御して、前記薄膜トランジスタと並列接続された抵抗変化素子に書込まれた二値データの読出しを行う請求項1に記載のメモリ素子。 - 前記酸化膜層はSiO x からなる請求項1または請求項2に記載のメモリ素子。
- 前記一方の導電層と前記他方の導電層の何れか一方は、不純物がドープされたSiからなる請求項3に記載のメモリ素子。
- 前記一方の導電層と前記他方の導電層の何れか一方には不純物がドープされており、
前記不純物がドープされた導電層の不純物濃度は、前記酸化膜層の不純物濃度よりも高い請求項1から請求項3の何れか1項に記載のメモリ素子。 - 行状のゲート線と、列状のデータ線と、両者が交差する部分に配された画素とを備え、
各画素は、メモリ素子と電気光学素子とを含み、
前記メモリ素子は、前記データ線から供給されたデータを記憶するとともに、前記ゲート線から供給された信号に応じてデータを読出し、
前記電気光学素子は、記憶されたデータに応じた輝度を呈し、
前記メモリ素子は、薄膜トランジスタと抵抗変化素子との電気的な並列接続からなり、
前記薄膜トランジスタは、チャネル領域と入力端と出力端とが形成された半導体薄膜、及び、絶縁膜を介して前記チャネル領域に重なるゲート電極を有し、
前記抵抗変化素子は、前記入力端側に電気的に接続された一方の導電層、前記出力端側に電気的に接続された他方の導電層、及び、前記一方の導電層と前記他方の導電層の間に配された少なくとも一層の酸化膜層からなり、
前記薄膜トランジスタと前記抵抗変化素子とは、前記ゲート電極と同層の配線を介して互いに接続されており、
前記酸化膜層は、前記入力端に印加されるデータに応じて低抵抗状態と高抵抗状態とで変化する材料からなる表示装置。 - 前記画素は、複数の前記メモリ素子を含み、
前記複数のメモリ素子は、前記データ線と前記電気光学素子との間に電気的に直列接続されており、
各メモリ素子に対応した複数の前記ゲート線により各メモリ素子を時分割的に制御して多階調に対応した多ビットデータを書き込み、
書き込まれた多ビットデータに応じて前記電気光学素子を時分割駆動し、以て、前記電気光学素子の輝度を多階調制御する請求項6に記載の表示装置。 - 第2のメモリ素子を含み、前記データ線を駆動する駆動回路を更に備え、
前記第2のメモリ素子は、第2の薄膜トランジスタと第2の抵抗変化素子との電気的な並列接続からなり、
前記第2の薄膜トランジスタは、第2のチャネル領域と第2の入力端と第2の出力端とが形成された第2の半導体薄膜、及び、第2の絶縁膜を介して前記第2のチャネル領域に重なる第2のゲート電極を有し、
前記第2の抵抗変化素子は、前記第2の入力端側に電気的に接続された第2の一方の導電層、前記第2の出力端側に電気的に接続された第2の他方の導電層、及び、前記第2の一方の導電層と前記第2の他方の導電層の間に配された少なくとも一層の第2の酸化膜層からなり、
前記第2の薄膜トランジスタと前記第2の抵抗変化素子とは、前記第2のゲート電極と同層の第2の配線を介して互いに接続されており、
前記第2の酸化膜層は、前記第2の入力端から印加される電圧に応じて低抵抗状態と高抵抗状態とに変化する材料からなる請求項6または請求項7に記載の表示装置。 - 前記メモリ素子を構成する酸化膜層はSiO x からなる請求項6または請求項7に記載の表示装置。
- 前記一方の導電層と前記他方の導電層の何れか一方は、不純物がドープされたSiからなる請求項9に記載の表示装置。
- 前記一方の導電層と前記他方の導電層の何れか一方には不純物がドープされており、
前記不純物がドープされた導電層の不純物濃度は、前記酸化膜層の不純物濃度よりも高い請求項6、請求項7、請求項9の何れか1項に記載の表示装置。 - 薄膜トランジスタと抵抗変化素子とが電気的に並列接続されてなり、
前記薄膜トランジスタは、チャネル領域と入力端と出力端とが形成された半導体薄膜、絶縁膜、及び、前記チャネル領域に重なるゲート電極を有し、
前記抵抗変化素子は、前記入力端側に電気的に接続された一方の導電層、前記出力端側に電気的に接続された他方の導電層、及び、前記一方の導電層と前記他方の導電層の間に配された少なくとも一層の酸化膜層を有し、
前記酸化膜層は、前記入力端から印加される電圧に応じて低抵抗状態と高抵抗状態とに変化する材料からなり、
前記ゲート電極と前記絶縁膜と前記半導体薄膜とは、基板上に積層されており、
前記ゲート電極と同層であって前記ゲート電極と離間した配線が前記基板上に設けられており、
前記配線上に、前記一方の導電層と前記酸化膜層と前記他方の導電層とが積層されているメモリ素子。 - チャネル領域と入力端と出力端とが形成された半導体薄膜、絶縁膜、及び、前記チャネル領域に重なるゲート電極を有する薄膜トランジスタ、並びに、
前記入力端側に電気的に接続された一方の導電層、前記出力端側に電気的に接続された他方の導電層、及び、前記一方の導電層と前記他方の導電層の間に配された少なくとも一層の酸化膜層を有する抵抗変化素子、
が電気的に並列接続されてなり、
前記酸化膜層は、前記入力端から印加される電圧に応じて低抵抗状態と高抵抗状態とに変化する材料からなるメモリ素子の製造方法であって、
前記薄膜トランジスタを形成すべき領域には前記ゲート電極をなし前記抵抗変化素子を形成すべき領域には前記ゲート電極と離間した配線をなす層を基板上に形成し、次いで、前記層をパターニングすることで前記ゲート電極及び前記配線を形成し、
前記薄膜トランジスタを形成すべき領域において、前記絶縁膜及び前記半導体薄膜を形成し、以て、前記薄膜トランジスタを得た後、前記薄膜トランジスタ及び前記配線を覆う層間絶縁膜を形成し、
前記配線に達する開口を前記層間絶縁膜に形成した後、前記開口内の前記配線上に、前記一方の導電層と前記酸化膜層と前記他方の導電層とを積層することで前記抵抗変化素子を形成するメモリ素子の製造方法。 - 行状のゲート線と、列状のデータ線と、両者が交差する部分に配された画素とを備え、
各画素は、メモリ素子と電気光学素子とを含み、
前記メモリ素子は、データ線から供給されたデータを記憶するとともに、ゲート線から供給された信号に応じてデータを読出し、
前記電気光学素子は、記憶されたデータに応じた輝度を呈し、
前記メモリ素子は、薄膜トランジスタと抵抗変化素子とが電気的に並列接続されてなり、
前記薄膜トランジスタは、チャネル領域と入力端と出力端とが形成された半導体薄膜、絶縁膜、及び、前記チャネル領域に重なるゲート電極を有し、
前記抵抗変化素子は、前記入力端側に電気的に接続された一方の導電層、前記出力端側に電気的に接続された他方の導電層、及び、前記一方の導電層と前記他方の導電層の間に配された少なくとも一層の酸化膜層を有し、
前記酸化膜層は、前記入力端から印加される電圧に応じて低抵抗状態と高抵抗状態とに変化する材料からなり、
前記ゲート電極と前記絶縁膜と前記半導体薄膜とは、基板上に積層されており、
前記ゲート電極と同層であって前記ゲート電極と離間した配線が前記基板上に設けられており、
前記配線上に、前記一方の導電層と前記酸化膜層と前記他方の導電層とが積層されている表示装置。 - 行状のゲート線と、列状のデータ線と、両者が交差する部分に配された画素とを備え、
各画素は、メモリ素子と電気光学素子とを含み、
前記メモリ素子は、データ線から供給されたデータを記憶するとともに、ゲート線から供給された信号に応じてデータを読出し、
前記電気光学素子は、記憶されたデータに応じた輝度を呈し、
前記メモリ素子は、薄膜トランジスタと抵抗変化素子とが電気的に並列接続されてなり、
前記薄膜トランジスタは、チャネル領域と入力端と出力端とが形成された半導体薄膜、絶縁膜、及び、前記チャネル領域に重なるゲート電極を有し、
前記抵抗変化素子は、前記入力端側に電気的に接続された一方の導電層、前記出力端側に電気的に接続された他方の導電層、及び、前記一方の導電層と前記他方の導電層の間に配された少なくとも一層の酸化膜層を有し、
前記酸化膜層は、前記入力端から印加される電圧に応じて低抵抗状態と高抵抗状態とに変化する材料からなる表示装置の製造方法であって、
前記薄膜トランジスタを形成すべき領域には前記ゲート電極をなし前記抵抗変化素子を形成すべき領域には前記ゲート電極と離間した配線をなす層を基板上に形成し、次いで、前記層をパターニングすることで前記ゲート電極及び前記配線を形成し、
前記薄膜トランジスタを形成すべき領域において、前記絶縁膜及び前記半導体薄膜を形成し、以て、前記薄膜トランジスタを得た後、前記薄膜トランジスタ及び前記配線を覆う層間絶縁膜を形成し、
前記配線に達する開口を前記層間絶縁膜に形成した後、前記開口内の前記配線上に、前記一方の導電層と前記酸化膜層と前記他方の導電層とを積層することで前記抵抗変化素子を形成する表示装置の製造方法。
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