JP4860058B2 - D / A conversion circuit and semiconductor device - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体を用いて形成される容量に関する。また該容量を用いたD/A変換(デジタル/アナログ変換)回路(DAC)に関する。また、このDACを用いた半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、ガラス基板上に形成された多結晶シリコン膜を活性層に用いた、薄膜トランジスタ(TFT)の研究開発が活発に行われている。多結晶シリコン膜を用いたTFTは、非晶質シリコン膜を用いたTFTと比べて移動度が2桁以上高いため、TFTのゲート幅を小さく微細化しても回路の動作に必要な電流値を十分確保できる。よって、マトリクス型のフラットパネルディスプレイの画素部とその駆動回路を同一基板上に一体形成した、システム・オン・パネルの実現が可能である。
【0003】
システム・オン・パネルの実現は、ディスプレイの組立工程や検査工程の削減によるコストダウンを可能にし、また、フラットパネルディスプレイの小型化、高精細化をも可能にする。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
フラットパネルディスプレイの更なる小型化、高精細化を進める上で課題となるのは、高速動作が可能で、かつ基板上の占有面積の小さいDACの実現である。
【0005】
DACには様々な種類のものが存在するが、代表的なものとして容量分割型と、抵抗分割型とが挙げられる。容量分割型のDACは、抵抗分割型に比べて比較的少ない面積での高速動作が可能である。
【0006】
図16に、一般的な容量分割型のDACの一例を、回路図で示す。図16に示す容量分割型のDACは、nビットのデジタル信号D0〜Dn-1の各ビットが制御するn個のスイッチSW0〜SWn-1と、各スイッチに接続されたn個の容量C、2C、…、2n-1C(Cは定数)と、リセット用スイッチSWRとを有している。
【0007】
また、この図16に示したDACには、電源A(電圧VA)、電源B(電圧VB)から電圧が与えられている。電源Aと電源Bは異なる電圧に保たれている。なお本明細書において電圧とは、特に断りがない限り、グラウンドの電位との電位差を意味している。DACから出力されるアナログ信号の電圧VOUTは、出力線に与えられる。
【0008】
なお、容量CLは出力VOUTに接続された信号線の負荷容量である。
【0009】
スイッチSW0〜SWn-1のそれぞれに、対応するビットのデジタル信号が入力される。そして入力されたデジタル信号の有する0または1の情報によって、各容量の一方の電極(第1電極)に、電源Aから電圧が与えられるか、電源Bから電圧が与えられるかが選択される。
【0010】
この図16示したDACの動作を、順を追って説明する。図16示したDACの動作は、リセット期間TRと書き込み期間TAとに分けて説明される。図17を用いて、図16に示したDACの、各期間における動作を示す。
【0011】
まず、リセット期間TR中、リセット用スイッチSWRによって、電源Bの電圧VBが、全ての容量の一方の電極(第2電極)に与えられる。また、デジタル信号によってスイッチSW0〜SWn-1が制御され、全ての容量のもう一方の電極(第1電極)に、同じ電源から電圧が与えられる。ここでは仮に、電源Bから電圧VBが与えられたとする。このリセット期間終了直前における、DACの等価回路図を、図12(A)に示す。なおCTは全ての容量の合成容量を意味する。
【0012】
リセット期間TR終了後、書き込み期間TAが開始される。書き込み期間TAでは、各ビットのデジタル信号が有する情報にしたがって、スイッチSW0〜SWn-1が制御され、各容量の第1電極に、電源Aまたは電源Bから電圧VAまたは電圧VBが与えられる。そして、電荷がn個の容量へ充電され、その後定常状態になる。この時の等価回路図を図12(B)に示す。なおCAは電圧VAが与えられた容量の合成容量を意味し、CBは電圧VBが与えられた容量の合成容量を意味する。
【0013】
上述したリセット期間TRと書き込み期間TAの動作を繰り返すことで、デジタル信号をアナログ信号に変換することが可能である。
【0014】
しかし、フラットパネルディスプレイをより高精細化するために、扱うデジタル信号のビット数を増やすと、容量分割型のDACの場合でも、基板の占有面積を抑えることが難しくなる。
【0015】
占有面積を抑えるために、容量分割型のDACの容量を単純に縮小して設計すると、最下位ビットに対応する容量の面積及び容量値が小さくなる。容量は、形成する際のマスク等のずれ、パターニングのなまり、予測しなかった寄生容量等によって、容量値に多少のずれが生じる。そのため、容量を縮小して設計すると、最下位ビットに対応する容量の容量値に占めるずれの割合が大きくなり、線形性の良い容量分割型のDACを形成するのが難しくなる。
【0016】
また、抵抗分割型のDACは、対応するデジタル信号のビット数が増加すると、面積が抑えられないばかりではなく、出力抵抗が高くなって高速動作が難しくなる。
【0017】
上述した問題に鑑み、フラットパネルディスプレイの更なる小型化、高精細化を進めるために、デジタル信号のビット数が増加しても面積を抑えることが可能で、なおかつ高速動作が可能な線形性の良いDACの作製を課題とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、間に誘電体となる絶縁膜を挟んで積層された、第1電極、第2電極及び第3電極の3つの電極を有する容量を形成し、該容量をDACに用いた。
【0019】
具体的には、D/A変換回路が有する複数の容量は、第1電極と、前記第1電極に接している第1誘電体と、前記第1誘電体に接している第2電極と、前記第2電極に接している第2誘電体と、前記第2誘電体に接している第3電極とをそれぞれ有している。そして、前記第2電極は、前記第1電極及び前記第3電極と重なっており、前記第2電極は、前記第1電極及び前記第3電極と重なっている部分において開口部を有しており、前記第2電極が有する開口部において、前記第1誘電体及び前記第2誘電体にコンタクトホールが形成されており、前記コンタクトホールを介して前記第1電極と前記第3電極が接続されている。
【0020】
上記構成により、容量の基板に占める面積を抑えつつ、容量値を増加させることができる。そのため、容量全体に占める、パターニングのなまり、予測しなかった寄生容量等によって生じる容量値のずれの割合が小さくなり、容量分割型のDACの線形性を良好に保つことができる。
【0021】
また、第1電極と第3電極を電気的に接続し、第2電極をDACの出力側に接続する。上記構成により、第1電極と第3電極の間に第2電極が挟まれるので、出力線に接続された第2電極が寄生容量の影響を受けにくくなり、DACの線形性を良好に保つことができる。
【0022】
本発明は上記構成により、高速駆動が可能で、かつ基板上の占有面積が比較的抑えられ、また、線形性を崩さず高いビット数のデジタル信号に対応するDACを形成することができる。
【0023】
また上記構成を有する容量(単位セル)を複数形成し、該複数の単位セルの第1電極もしくは第3電極を互いに電気的に接続し、かつ第2電極を互いに電気的に接続することで、所望の容量値を有する1つの容量を、容易に形成することができる。そのため、本発明の容量を有するDACは、設計が比較的容易である。
【0024】
以下に、本発明の構成を示す。
【0025】
【発明の実施の形態】
図1に本発明の単位セルの構成を示す。図1(A)は単位セルの上面図であり、図1(B)は図1(A)のA−A’における断面図、図1(C)は図1(A)のB−B’における断面図を示している。
【0026】
本発明の容量は、導電性を有する第1電極101に接して第1誘電体102が形成されており、第1誘電体102に接して導電性を有する第2電極103が形成されている。そして、第2電極103に接して第2誘電体104が形成されており、第2誘電体104に接して導電性を有する第3電極105が形成されている。
【0027】
第2電極103には開口部106が形成されており、該開口部106において、第1誘電体102及び第2誘電体104に形成されたコンタクトホールを介して、第1電極101と第3電極105が接続されている。このとき、第1電極101及び第3電極105は、第2電極103とは接触せず、互いに電気的に分離している。
【0028】
第1誘電体102と第2誘電体105は絶縁材料で形成されている。また第1電極101、第2電極103及び第3電極105は導電性を有する材料で形成されている。
【0029】
なお、本発明の容量は、第1電極101と、第1誘電体102と、第2電極103とが重なり合うことで形成される容量と、第2電極103と、第2誘電体105と及び第3電極105が重なり合うことで形成される容量とを併せて用いることができる。
【0030】
上記構成により、容量の基板に占める面積を抑えつつ容量値を増加させることができる。また、第1電極と第3電極を電気的に接続し、第1電極及び第3電極を信号の入力側に、第2電極を出力側に接続することで、第1電極と第3電極の間に第2電極が挟まれるので、出力側に接続された第2電極が、他の配線または回路素子との間の寄生容量の影響を受けにくくなる。
【0031】
次に、図2を用いて、本発明の単位セルを複数用いて形成される容量について説明する。図2(A)は複数の単位セルで形成される容量の上面図であり、図2(B)は図2(A)のC−C’における断面図、図2(C)は図2(A)のD−D’における断面図を示している。
【0032】
図2に示す容量が有する単位セルの構造は、図1に示したものと同じであり、導電性を有する第1電極201に接して第1誘電体202が形成されている。そして、第1誘電体202に接して第2電極203が形成されている。また、第2電極203に接して第2誘電体204が形成されており、第2誘電体204に接して導電性を有する第3電極205が形成されている。
【0033】
第2電極203には開口部206が形成されており、該開口部206において第1誘電体202と第2誘電体204とに形成されたコンタクトホールを介して、第1電極201と第3電極205が接続されている。なお、第1電極201及び第3電極205は、第2電極203とは接触せず、互いに電気的に分離している。
【0034】
第1誘電体202と第2誘電体205は絶縁材料で形成されている。また第1電極201、第2電極203及び第3電極205は導電性を有する材料で形成されている。
【0035】
そして、各単位容量が有する第2電極203は、互いに電気的に接続されている。具体的には、各単位容量が有する第2電極203は、全て1つの導電膜に含まれており、電気的に等価である。
【0036】
そして、図2においては、複数の単位セルがそれぞれ有する第3電極205が、ノード207において互いに電気的に接続され、1つの容量を形成している。
【0037】
なお、ノード207と、第2誘電体204と、第2電極203を含む膜とで容量が形成されることが予想されるが、この容量値を計算に入れて、容量を設計するようにしても良い。
【0038】
図1及び図2に示した容量を有するDACは、容量の基板に占める面積を抑えつつ容量値を増加させることができるため、容量全体に占める、パターニングのなまり、予測しなかった寄生容量等によって生じる容量値のずれの割合が小さくなり、線形性を良好に保つことができる。
【0039】
また、第1電極と第3電極を電気的に接続し、第1電極及び第3電極を信号の入力側に、第2電極をDACの出力側に接続しているので、第1電極と第3電極の間に第2電極が挟まれるので、出力線に接続された第2電極が寄生容量の影響を受けにくくなり、DACの線形性を良好に保つことができる。
【0040】
本発明は上記構成により、高速駆動が可能で、かつ基板上の占有面積が比較的抑えられ、また、線形性を崩さず高いビット数のデジタル信号に対応するDACを形成することができる。
【0041】
また上記構成を有する容量(単位セル)を複数形成し、該複数の単位セルの第1電極もしくは第3電極を互いに電気的に接続し、かつ第2電極を互いに電気的に接続することで、所望の容量値を有する1つの容量を、容易に形成することができる。そのため、本発明の容量を有するDACは、設計が比較的容易である。
【0042】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について説明する。
【0043】
(実施例1)
本実施例では、本発明の容量を用いて形成されるDACの構成について説明する。
【0044】
図3に本実施例のDACの回路図を示す。本実施例のDACは8ビットのデジタル信号をアナログ信号に変換することが可能である。
【0045】
図3に示す容量分割型のDACは、8ビットのデジタル信号の各ビットD0〜D7によって動作が制御される8個のスイッチSW0〜SW7と、各スイッチによって与えられる電圧が制御されている8個の容量C0、C1、…、C7と、リセット用スイッチSWRとを有している。また、この図3に示したDACは、電源A、電源B、電源Rによって、それぞれ電圧VA、電圧VB、電圧VRが与えられている。電圧VAと電圧VBの値は異なっている。また、DACから出力されるアナログ信号の電圧VOUTは出力線に与えられる。
【0046】
容量C0、C1、…、C7の容量値はそれぞれ、C0=C、C1=2C、…、C7=27Cで表される。
【0047】
スイッチSW0〜SW7のそれぞれに、対応するビットのデジタル信号が入力される。そして入力されたデジタル信号の有する0または1の情報によって、各容量の電極に、電源Aによって電圧VAが与えられるか、電源Bによって電圧VBが与えられるかが選択される。
【0048】
図4に、図3の回路図で示したDACを、本発明の単位セルを用いて形成した場合の、8個の容量C0、C1、…、C7の上面図を示す。なお図4では、第2電極が設けられている位置を明らかにするために、敢えて第1誘電体302及び第2誘電体304を示さなかった。
【0049】
容量C2、…、C7は、それぞれ単位セルを1、2、…、25個づつ有している。そして容量C2、…、C7のそれぞれにおいて、各単位セルの第3電極は、互いにノードを介して接続されている。
【0050】
容量C0は、単位セルの1/4の容量値を有しており、容量C1は、単位セルの1/2の容量値を有している。容量C0と容量C1の拡大図を、図5に示す。
【0051】
図5(A)は、容量C0及びC1の上面図であり、図5(B)は図5(A)のE−E’における断面図であり、図5(C)は図5(A)のF−F’における断面図である。
【0052】
図5に示す容量C0及びC1は、導電性を有する第1電極301に接して第1誘電体302が形成されている。そして、第1誘電体302に接して第2電極303が形成されている。また、第2電極303に接して第2誘電体304が形成されており、第2誘電体304に接して導電性を有する第3電極305が形成されている。
【0053】
第1電極301と第3電極305は、コンタクトホール308において接続されている。なお、図5において、第1電極と第3電極とが重なる面積は、容量C0の場合単位セルの1/4、容量C1の場合単位セルの1/2になっている。
【0054】
第1誘電体302と第2誘電体305は絶縁材料で形成されている。また第1電極301、第2電極303及び第3電極305は導電性を有する材料で形成されている。
【0055】
図6に、図3に示した本実施例のDACの、スイッチの上面図を示す。なお、図6では図4と同様に、配線の配置及びTFTの位置を明らかにするために、第1誘電体302及び第2誘電体304は示さなかった。
【0056】
本実施例では、図6に示すように、スイッチSW4〜スイッチSW7は、nチャネル型TFTとpチャネル型TFTを有するトランスミッションゲートを用いている。
【0057】
さらに本実施例では、図6に示すように、スイッチSW4〜スイッチSW7が有するTFTのチャネル幅を、スイッチSW0〜スイッチSW3が有するTFTのチャネル幅よりも大きくしている。そして、スイッチSW4〜スイッチSW7は、対応する容量の容量値が大きければ大きいほど、チャネル幅が大きくなっている。チャネル幅を大きくすることによりTFTの電流能力が大きくなり、電荷のチャージのスピードが高くなる。容量値の大きい容量ほど、チャージする電荷の量が大きくなるので、電荷のチャージのスピードが高い方が好ましい。
【0058】
なお、本実施例では、8ビットのデジタル信号をアナログ信号に変換するDACについて説明したが、本発明はこれに限定されず、ビット数は任意に設定することができる。
【0059】
(実施例2)
本実施例では、本発明のDACに用いられる容量及びTFTと、液晶ディスプレイの画素部のTFT及び保持容量とを、同一基板上に形成する場合の作成工程の一例について説明する。なお図7〜図10には、DACのリセット用スイッチが有するpチャネル型TFTとnチャネル型TFTを作成する工程についてのみ示したが、本発明で用いられる全てのトランジスタは図7〜図10に示した工程に基づいて作成することが可能である。
【0060】
図7(A)において、基板901にはコーニング社の#7059ガラスや#1737ガラスなどに代表されるバリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板の他に、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルサルフォン(PES)など光学的異方性を有しないプラスチック基板を用いることができる。また、石英基板を用いても良い。ガラス基板を用いる場合には、ガラス歪み点よりも10〜20℃程度低い温度であらかじめ熱処理しておくとその後の工程で基板が変形することを防ぐことができる。
【0061】
基板901のTFTを形成する表面に、基板901からの不純物拡散を防ぐために、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの絶縁膜から成る下地膜902を10〜200nmの厚さで形成する。下地膜は前記絶縁膜の一層で形成しても良いし、複数の層で形成しても良い。
【0062】
半導体層903〜906は、非晶質構造を有する半導体膜をレーザーアニール法や熱アニール法、またはラピットサーマルアニール法(RTA法)などで結晶化させた結晶性を有する半導体膜から形成する。また、スパッタ法、プラズマCVD法、熱CVD法などで形成した結晶性を有する半導体膜から形成しても良い。或いは特開平7−130652号公報で開示された技術に従って、触媒元素を用いる結晶化法で結晶性を有する半導体層903〜906を形成することもできる。結晶化の工程ではまず、非晶質の半導体膜が含有する水素を放出させておくことが好ましく、400〜500℃で1時間程度の熱処理を行い含有する水素量を5atom%以下にしてから結晶化させると膜表面の荒れを防ぐことができる。いずれにしても、このように形成した結晶性を有する半導体膜を選択的にエッチングして所定の場所に結晶性を有する半導体層903〜906を形成する。(図7(A))
【0063】
または、基板901上に単結晶シリコン層を形成したSOI(Silicon On Insulators)基板としても良い。SOI基板にはその構造や作製方法によっていくつかの種類が知られているが、代表的には、SIMOX(Separation by Implanted Oxygen)、ELTRAN(Epitaxial Layer Transfer:キャノン社の登録商標)基板、Smart-Cut(SOITEC社の登録商標)などを使用することができる。勿論、その他のSOI基板を使用することも可能である。
【0064】
次いで、DACの容量及び画素の保持容量を形成するため、マスク907を形成して、半導体層903と、半導体層906の一部(保持容量とする領域)にリンをドーピングし、不純物領域908、909を形成する(図7(B))。この不純物領域908、909のリンの濃度は、1×1013〜1×1015atoms/cm3(代表的には5×1013〜5×1014atoms/cm3)となるように調整する。
【0065】
次いで、マスク907を除去し、半導体層を覆う絶縁膜910を形成した後、パターニングにより画素の保持容量とする領域909上に位置する絶縁膜910の一部を除去する。(図7(C))
【0066】
次いで、熱酸化を行ってゲート絶縁膜911を形成する。この熱酸化によって最終的なゲート絶縁膜の膜厚は80nmとなった。なお、ゲート絶縁膜911の、保持容量とする不純物領域909上に位置する部分は、他の領域より膜厚が薄く形成される。(図7(D))
【0067】
次いで、TFTのチャネル領域となる領域にp型またはn型の不純物元素を低濃度に添加するチャネルドープ工程を全面または選択的に行った。このチャネルドープ工程は、TFT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(B26)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した。もちろん、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よい。
【0068】
次いで、導電膜を形成し、パターニングを行ってゲート電極912〜914および容量配線915、916を形成する(図8(A))。ここでは、リンがドープされたシリコン膜(膜厚150nm)とタングステンシリサイド(膜厚150nm)との積層構造を用いた。
【0069】
なお、ゲート電極912〜914及び容量配線915、916は、単層で形成しても良いし、必要に応じて二層以上の複数の層から成る積層構造としても良い。例えば、タングステン(W)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)から選ばれた元素、または前記元素を成分とする合金か、前記元素を組み合わせた合金膜で形成する。また、これらの元素の窒化物である窒化タングステン(WN)、窒化タンタル(TaN)、窒化チタン(TiN)、窒化モリブデン(MoN)やシリサイド化物であるタングステンシリサイド、タンタルシリサイド、チタンシリサイド、モリブデンシリサイドなどとの積層構造を形成しても良い。
【0070】
次いで、ゲート電極912〜914をマスクとして、半導体層904〜906に自己整合的にリンを低濃度に添加する(図8(B))。この低濃度に添加された領域のリンの濃度が、1×1016〜5×1018atoms/cm3、代表的には3×1017〜3×1018atoms/cm3となるように調整する。なお、この工程において、先の図7(B)の工程でリンを添加した不純物領域908、909の一部にもリンが添加される。上記工程によって、不純物領域921〜927が形成される。
【0071】
次いで、マスク931を形成してリンを高濃度に添加し、高濃度不純物領域934〜939を形成する(図8(C))。この高濃度不純物領域のリンの濃度が1×1020〜1×1021atoms/cm3(代表的には2×1020〜5×1020atoms/cm3)の範囲内に納まるように調整する。なお、不純物領域938と939は、先の図7(A)及び図8(B)の工程によって、不純物濃度が均一ではないが、図8(C)の工程において添加される不純物の濃度が図7(A)及び図8(B)の工程によって添加される不純物の濃度よりも高いので、最終的な不純物濃度は上記範囲内に納まる。なお、不純物領域921〜927のうち、マスク931で覆われた領域は不純物濃度が低く、LDD領域として機能する。
そして、不純物元素の添加後、マスク931を除去する。
【0072】
次に、半導体層903、904、906を覆ってマスク943を形成し、半導体層905にゲート電極913をマスクとしてボロンを高濃度に添加する(図9(A))。ここで形成される不純物領域944、945はジボラン(B26)を用いたイオンドープ法で形成する。不純物領域944、945のp型を付与する不純物元素の濃度は、2×1020〜2×1021atoms/cm3となるようにする。
【0073】
しかしながら、この不純物領域944、945は、詳細にはn型を付与する不純物元素を含有している。しかし、これらの不純物領域944、945におけるp型を付与する不純物元素の濃度を、n型を付与する不純物元素の濃度の1.5から3倍となるようにすることにより、pチャネル型TFTのソース領域およびドレイン領域として機能するために何ら問題は生じない。
【0074】
次いで、マスク943を除去した後、ゲート電極912〜914および容量配線915、916を覆うパッシベーション膜946を形成する。ここでは、酸化シリコン膜を70nmの膜厚で形成した。次いで、半導体層にそれぞれの濃度で添加されたn型またはp型不純物元素を活性化するための熱処理工程を行う。ここでは850℃、30分の加熱処理を行った。
【0075】
次いで、有機樹脂材料からなる第1層間絶縁膜947を形成する。ここでは膜厚400nmのアクリル樹脂膜を用いた(図9(B))。次いで、半導体層に達するコンタクトホールを形成した後、容量電極950、接続配線951、ソース配線952〜954及びドレイン配線955、956を形成する。本実施例では容量電極950、接続配線951、ソース配線952〜954及びドレイン配線955、956を、Ti膜を100nm、Tiを含むアルミニウム膜を300nm、Ti膜150nmをスパッタ法で連続して形成した3層構造の積層膜とした(図9(C))。
【0076】
次いで、水素化処理をおこなった後、アクリルからなる第2層間絶縁膜957を形成する。そして、第2層間絶縁膜957に、容量電極950、接続配線951、ドレイン配線955に達するようにコンタクトホールを形成し、第2層間絶縁膜957を覆うように、遮光性を有する導電膜を100nmの厚さで成膜する。そしてパターニングにより、容量電極950に接続されるリセット用配線958と、接続配線951とドレイン配線955とを電気的に接続する接続配線959と、画素部のTFTのチャネル形成領域に重なる遮光層960を形成する(図10(A))。
【0077】
次いで、第3層間絶縁膜961を形成する。そして、第2層間絶縁膜957及び第3層間絶縁膜961に、ドレイン配線956に達するコンタクトホールを形成する。次いで、100nmの透明導電膜(ここでは酸化インジウム・スズ(ITO)膜)を形成した後、パターニングして、ドレイン配線956に接する画素電極962を形成する(図10(B))。
【0078】
以上の工程の後、配向膜、カラーフィルター等を形成し、対向基板との間に液晶を封じることで、液晶ディスプレイが完成する。
【0079】
なお、本実施例は一例であって本実施例の工程に限定されないことはいうまでもない。例えば、各絶縁膜として、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜や有機樹脂材料(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)膜を用いることができる。
【0080】
なお図10(B)において、971は本発明のDACの容量、972はリセット用スイッチ、973が画素部のTFT(画素TFT)、974は画素部の保持容量である。容量971において、不純物領域908及び高濃度不純物領域934を含む半導体層903が第1電極、ゲート絶縁膜911が第1誘電体、容量配線915が第2電極、パッシベーション膜946及び第1層間絶縁膜947が第2誘電体、容量電極950が第3電極に相当する。
【0081】
リセット用スイッチ972はnチャネル型TFT975とpチャネル型TFT976とを有している。nチャネル型TFT975は活性層904と、ゲート絶縁膜911と、ゲート電極912とを有している。活性層904はソース領域977と、ドレイン領域978と、LDD領域979、980と、チャネル形成領域981とを有している。pチャネル型TFT976は活性層905と、ゲート絶縁膜911と、ゲート電極913とを有している。活性層905はソース領域982と、ドレイン領域983と、チャネル形成領域984とを有している。
【0082】
画素TFT973は活性層906と、ゲート絶縁膜911と、ゲート電極914とを有している。活性層906はソース領域985と、ドレイン領域986と、LDD領域987、988と、チャネル形成領域989とを有している。
【0083】
なお、画素の保持容量974は、ゲート絶縁膜911の厚さが他の部分に比べて薄い部分を誘電体とし、容量配線916と半導体層906の一部である不純物領域909とで構成されている。
【0084】
なお、本発明の容量は、本実施例に示した構成に限定されない。また本発明の容量は液晶ディスプレイにのみ用いられるわけではなく、あらゆる種類の半導体装置に用いることが可能である。
【0085】
本実施例は、実施例1と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【0086】
(実施例3)
本実施例では、本発明の容量を用いて形成されるDACの一例について、回路図を用いて説明する。
【0087】
図11に示すDACは、nビット(D0〜Dn-1)のデジタル信号を扱うことができる。なお、D0をLSBとし、Dn-1をMSBとする。また、nビットのデジタル信号を、下位mビット(D0〜Dm-1)と上位(n−m)ビット(Dm〜Dn-1)とに分割して考える。
【0088】
図11に示す様に本発明のDACは、nビットのデジタル信号(D0〜Dn-1)の各ビットが制御するn個のスイッチ(SW0〜SWn-1)と、各スイッチ(SW0〜SWn-1)に接続された容量(C、2C、…、2m-1C、C、2C、…、2n-m-1C)と、2つのリセットスイッチ(SWR1およびSWR2)とを有している。これらの容量は単位容量Cの整数倍となっている。
【0089】
また、本発明のDACは、上記容量の他に、もう1つ容量(C)を有している。もう1つの容量(C)は、下位mビットに対応する各容量の一方の電極と電気的に等価である電極と、上位(n−m)ビットに対応する各容量の一方の電極と電気的に等価である電極を用いて形成される。
【0090】
なお、容量CLは出力VOUTに接続された信号線の負荷容量である。また、グランド電源をVGとする。ただし、VGは任意の定電源でもよい。
【0091】
図11のDACには、電源H(電圧VH)、電源L(電圧VL)、オフセット電源(電圧VB)、電源A(電圧VA)が接続されている。なお、VH>VLの場合と、VH<VLの場合とでは、出力VOUTには逆相のアナログ信号が出力される。なお、ここでは、VH>VLの場合の出力を正相とし、VH<VLの場合の出力を反転相とする。
【0092】
スイッチ(SW0〜SWn-1)は、それぞれ、入力されるデジタル信号(D0〜Dn-1)が0(Lo)の時、電源Lに接続され、入力デジタル信号が1(Hi)の時、電源Hに接続されるようになっている。リセットスイッチSWR1は、上位(n−m)ビットに対応する容量(C、2C、…、2n-m-1C)へのVBからの電荷の充電を制御している。また、リセットスイッチSWR2は、下位mビットに対応する容量(C、2C、…、2m-1C)へのVAからの電荷の充電を制御している。
【0093】
なお、リセットスイッチSWR2の一端を電源Lに接続し、電源Aからの電圧の供給を行わないようにしても良い。
【0094】
次に、図11とは異なる構成を有するDACの回路図を、図12に示す。図12の従来のDACは、nビットのデジタル信号(D0〜Dn-1)の各ビットが制御するn個のスイッチ(SW0〜SWn-1)と、各スイッチ(SW0〜SWn-1)に接続された容量(C、2C、…、2m-1C、C、2C、…、2n-m-1C)と、2つのリセットスイッチ(SWR1およびSWR2)とを有している。また、図12のDACには下位ビット側の回路に容量Cが接続されている点と、下位ビットに対応する回路と上位ビットに対応する回路とを接続する容量の容量値が異なる点とが、図11のDACとは異なっている。
【0095】
図12のDACにおいても、スイッチ(SW0〜SWn-1)は、それぞれ、入力されるデジタル信号(D0〜Dn-1)が0(Lo)の時、電源Lに接続され、入力デジタル信号が1(Hi)の時、電源Hに接続されるようになっている。
【0096】
本実施例は、実施例1または実施例2と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【0097】
(実施例4)
次に、本発明のDACを用いた液晶ディスプレイの構造について、図13及び図14を用いて説明する。
【0098】
図13に、液晶ディスプレイの構成をブロック図で示す。図13に示した液晶ディスプレイは、画素部9003と、ソース信号線駆動回路9001と、ゲート信号線駆動回路9002とを有している。
【0099】
画素部9003は、複数の画素9004を有している。ソース信号線駆動回路9001は、シフトレジスタ回路9001−1、ラッチ回路A9001−2、ラッチ回路B9001−3、D/A変換回路9001−4を有している。またゲート信号線駆動回路9002は、シフトレジスタ回路9002−1、バッファ回路9002−1を有している。
【0100】
本発明の容量は、D/A変換回路9001−4に用いることが可能である。
【0101】
図14に画素9004の回路図を示す。画素9004は、ソース信号線9005の1つと、ゲート信号線9006の1つとを有している。また画素9004は画素TFT9007と、対向電極と画素電極の間に液晶を挟んだ液晶セル9008と、コンデンサ9009とが設けられている。
【0102】
画素TFT9004のゲート電極は、ゲート信号線9006に接続されている。また、画素TFT9004のソース領域とドレイン領域は、一方はソース信号線9005に、もう一方は液晶セル9008が有する画素電極及びコンデンサ9009に接続されている。
【0103】
コンデンサ9009は画素TFT9007が非選択状態(オフ状態)にある時、画素電極の電位を保持するために設けられている。
【0104】
液晶セル9008の対向電極には対向電位が与えられている。
【0105】
ソース信号線駆動回路9001が有するシフトレジスタ回路9001−1にクロック信号(CK)、スタートパルス(SP)が入力される。シフトレジスタ回路9001−1は、これらのクロック信号(CK)およびスタートパルス(SP)に基づきタイミング信号を順に発生させ、ラッチ回路A9001−2へタイミング信号を順次供給する。
【0106】
ラッチ回路A9001−2は、デジタル信号を記憶する複数のラッチを有している。ラッチ回路A9001−2は、前記タイミング信号が入力されると、デジタル信号を各ラッチに順次取り込み、保持する。
【0107】
ラッチ回路A9001−2の全てのラッチにデジタル信号の書き込みが一通り終了するまでの時間は、ライン期間と呼ばれる。実際には、上記ライン期間に水平帰線期間が加えられた期間をライン期間と呼ぶこともある。
【0108】
1ライン期間の終了後、ラッチ回路B9001−3にラッチシグナル(Latch Signal)が供給される。この瞬間、ラッチ回路A9001−2に書き込まれ保持されているデジタル信号は、ラッチ回路B9001−3に一斉に送出され、ラッチ回路B9001−3の全てのラッチに書き込まれ、保持される。
【0109】
デジタル信号をラッチ回路B9001−3に送出し終えたラッチ回路A9001−2に、シフトレジスタ回路9001−1からのタイミング信号に基づき、再びデジタル信号が順次書き込まれる。
【0110】
この2順目の1ライン期間中には、ラッチ回路B9001−3に書き込まれ、保持されているデジタル信号が、順次D/A変換回路9001−4に入力される。
【0111】
D/A変換回路9001−4においてデジタル信号がアナログのビデオ信号(アナログ信号)に変換され、ソース信号線9005に供給される。
【0112】
一方ゲート信号線駆動回路9002内のシフトレジスタ回路9002−1にクロック信号(CLK)、スタートパルス信号(SP)が入力されると、画素TFT9007のスイッチングを制御する選択信号が生成される。選択信号はバッファ回路9002−2において緩衝増幅され、ゲート信号線9006に入力される。
【0113】
ゲート信号線9006に入力された選択信号によって、画素TFT9004がオンの状態になり、ソース信号線に入力されたアナログ信号が画素TFTを介して液晶セル9008が有する画素電極に入力される。
【0114】
画素電極に入力されたアナログ信号の電位により液晶が駆動し、透過光量が制御されて、画素に画像の一部(該画素に相当する画像)が表示される。
【0115】
全ての画素において画像の一部が表示されると、画素部9003に1つの画像が表示される。
【0116】
各画素において上記動作が行われることで1つの画像が表示される。
【0117】
本実施例は、実施例1〜3と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【0118】
(実施例5)
本発明のDACを有する半導体装置は、様々な電子機器に用いることができる。
【0119】
本発明のDACを用いた電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、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(カーオーディオ、オーディオコンポ等)、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(具体的にはDigital Versatile Disc(DVD)等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置)などが挙げられる。それら電子機器の具体例を図15に示す。
【0120】
図15(A)は表示装置であり、筐体2001、支持台2002、表示部2003、スピーカー部2004、ビデオ入力端子2005等を含む。本発明のDACは表示部2003またはその他制御回路に用いることができる。なお、表示装置は、パソコン用、TV放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。
【0121】
図15(B)はデジタルスチルカメラであり、本体2101、表示部2102、受像部2103、操作キー2104、外部接続ポート2105、シャッター2106等を含む。本発明のDACは表示部2102またはその他制御回路に用いることができる。
【0122】
図15(C)はノート型パーソナルコンピュータであり、本体2201、筐体2202、表示部2203、キーボード2204、外部接続ポート2205、ポインティングマウス2206等を含む。本発明のDACは表示部2203またはその他制御回路に用いることができる。
【0123】
図15(D)はモバイルコンピュータであり、本体2301、表示部2302、スイッチ2303、操作キー2304、赤外線ポート2305等を含む。本発明のDACは表示部2302またはその他制御回路に用いることができる。
【0124】
図15(E)は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置(具体的にはDVD再生装置)であり、本体2401、筐体2402、表示部A2403、表示部B2404、記録媒体(DVD等)読み込み部2405、操作キー2406、スピーカー部2407等を含む。表示部A2403は主として画像情報を表示し、表示部B2404は主として文字情報を表示するが、本発明のDACはこれら表示部A、B2403、2404またはその他制御回路に用いることができる。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。
【0125】
図15(F)はゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)であり、本体2501、表示部2502、アーム部2503を含む。本発明のDACは表示部2502またはその他制御回路に用いることができる。
【0126】
図15(G)はビデオカメラであり、本体2601、表示部2602、筐体2603、外部接続ポート2604、リモコン受信部2605、受像部2606、バッテリー2607、音声入力部2608、操作キー2609等を含む。本発明のDACは表示部2602またはその他制御回路に用いることができる。
【0127】
ここで図15(H)は携帯電話であり、本体2701、筐体2702、表示部2703、音声入力部2704、音声出力部2705、操作キー2706、外部接続ポート2707、アンテナ2708等を含む。本発明のDACは表示部2703またはその他制御回路に用いることができる。
【0128】
また、上記電子機器はインターネットやCATV(ケーブルテレビ)などの電子通信回線を通じて配信された情報を表示することが多くなり、特に動画を表示する機会が増してきている。本発明のDACは、高速動作が可能で、かつ高いビット数のデジタル信号をアナログ信号に変換することが可能であり、出力するアナログ信号の線形性も確保することができるので、有用である。
【0129】
以上の様に、本発明のDACの適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。また、本実施例の電子機器は実施例1〜4に示したいずれの構成のDACを用いても良い。
【0130】
【発明の効果】
本発明は上記構成により、高速駆動が可能で、かつ基板上の占有面積が比較的抑えられ、また、線形性を崩さず高いビット数のデジタル信号に対応するDACを形成することができる。
【0131】
また上記構成を有する容量(単位セル)を複数形成し、該複数の単位セルの第1電極もしくは第3電極を互いに電気的に接続し、かつ第2電極を互いに電気的に接続することで、所望の容量値を有する1つの容量を、容易に形成することができる。そのため、本発明の容量を有するDACは、設計が比較的容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の容量の上面図及び断面図。
【図2】 本発明の容量の上面図及び断面図。
【図3】 本発明の容量を用いたDACの回路図。
【図4】 本発明のDACが有する容量の上図面。
【図5】 本発明のDACが有する容量の上図面。
【図6】 本発明のDACが有するスイッチの上図面。
【図7】 本発明の容量と、TFTの作成工程を示す図。
【図8】 本発明の容量と、TFTの作成工程を示す図。
【図9】 本発明の容量と、TFTの作成工程を示す図。
【図10】 本発明の容量と、TFTの作成工程を示す図。
【図11】 本発明の容量を用いたDACの回路図。
【図12】 本発明の容量を用いたDACの回路図。
【図13】 本発明のDACを用いた液晶ディスプレイの構造を示すブロック図。
【図14】 液晶ディスプレイの画素の回路図。
【図15】 本発明のDACを用いた半導体装置の図。
【図16】 一般的な容量分割型のDACの回路図。
【図17】 一般的な容量分割型のDACの動作を示す図。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a capacitor formed using a semiconductor. The present invention also relates to a D / A conversion (digital / analog conversion) circuit (DAC) using the capacitor. The present invention also relates to a semiconductor device using this DAC.
[0002]
[Prior art]
In recent years, research and development of thin film transistors (TFTs) using a polycrystalline silicon film formed on a glass substrate as an active layer has been actively conducted. A TFT using a polycrystalline silicon film has a mobility that is two orders of magnitude higher than that of a TFT using an amorphous silicon film. Therefore, even if the gate width of the TFT is reduced to a small size, the current value necessary for circuit operation can be obtained. Enough can be secured. Therefore, it is possible to realize a system-on-panel in which a pixel portion of a matrix type flat panel display and a driving circuit thereof are integrally formed on the same substrate.
[0003]
Realization of the system-on-panel enables cost reduction by reducing the assembly process and inspection process of the display, and also enables miniaturization and high definition of the flat panel display.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The challenge for further miniaturization and higher definition of flat panel displays is the realization of a DAC capable of high-speed operation and having a small occupied area on the substrate.
[0005]
There are various types of DACs. Typical examples include a capacitive division type and a resistance division type. The capacitive division type DAC can operate at a high speed in a relatively small area as compared with the resistance division type.
[0006]
FIG. 16 is a circuit diagram illustrating an example of a general capacity division type DAC. 16 is an n-bit digital signal D. 0 ~ D n-1 N switches SW controlled by each bit of 0 ~ SW n-1 And n capacitors C, 2C,..., 2 connected to each switch n-1 C (C is a constant) and reset switch SW R And have.
[0007]
In addition, the DAC shown in FIG. A ), Power supply B (voltage V B ) Is given voltage. The power sources A and B are kept at different voltages. Note that the voltage in this specification means a potential difference from a ground potential unless otherwise specified. Voltage V of analog signal output from DAC OUT Is given to the output line.
[0008]
Capacity C L Is the output V OUT Is the load capacity of the signal line connected to.
[0009]
Switch SW 0 ~ SW n-1 A digital signal of a corresponding bit is input to each of the above. Then, based on 0 or 1 information of the input digital signal, it is selected whether a voltage is applied from the power source A or a voltage from the power source B to one electrode (first electrode) of each capacitor.
[0010]
The operation of the DAC shown in FIG. 16 will be described step by step. The operation of the DAC shown in FIG. R And writing period T A It is divided and explained. The operation in each period of the DAC shown in FIG. 16 will be described with reference to FIG.
[0011]
First, the reset period T R Middle, reset switch SW R By means of the voltage V of the power supply B B Is applied to one electrode (second electrode) of all capacitors. Also, the switch SW is switched by a digital signal. 0 ~ SW n-1 And the other electrode (first electrode) of all capacitors is supplied with voltage from the same power source. Here, it is assumed that the voltage V from the power source B B Is given. An equivalent circuit diagram of the DAC immediately before the end of the reset period is shown in FIG. C T Means the combined capacity of all capacities.
[0012]
Reset period T R After completion, writing period T A Is started. Writing period T A Then, according to the information that the digital signal of each bit has, the switch SW 0 ~ SW n-1 And the voltage V from the power source A or the power source B is applied to the first electrode of each capacitor. A Or voltage V B Is given. Then, the electric charge is charged to n capacitors, and then enters a steady state. An equivalent circuit diagram at this time is shown in FIG. C A Is the voltage V A Means the combined capacity of the given capacity, C B Is the voltage V B Means the combined capacity of the given capacity.
[0013]
The reset period T described above R And writing period T A By repeating this operation, it is possible to convert a digital signal into an analog signal.
[0014]
However, if the number of bits of a digital signal to be handled is increased in order to increase the definition of the flat panel display, it becomes difficult to suppress the area occupied by the substrate even in the case of a capacitive division type DAC.
[0015]
In order to suppress the occupied area, when the capacity of the capacitive division type DAC is designed to be simply reduced, the area and the capacity value of the capacity corresponding to the least significant bit are reduced. The capacitance is slightly shifted due to a shift of a mask or the like at the time of formation, a rounding of patterning, an unexpected parasitic capacitance, or the like. Therefore, if the capacity is designed to be reduced, the ratio of the deviation corresponding to the capacity value of the capacity corresponding to the least significant bit increases, and it becomes difficult to form a capacity-divided DAC with good linearity.
[0016]
In addition, when the number of bits of the corresponding digital signal is increased, the resistance division type DAC is not only suppressed in area but also has a high output resistance, which makes high-speed operation difficult.
[0017]
In view of the problems described above, in order to further reduce the size and increase the definition of flat panel displays, it is possible to reduce the area even when the number of bits of a digital signal is increased, and the linearity is capable of high-speed operation. The production of a good DAC is an issue.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The inventor formed a capacitor having three electrodes, a first electrode, a second electrode, and a third electrode, which were stacked with an insulating film serving as a dielectric interposed therebetween, and used the capacitor for the DAC.
[0019]
Specifically, the plurality of capacitors included in the D / A conversion circuit includes a first electrode, a first dielectric in contact with the first electrode, a second electrode in contact with the first dielectric, A second dielectric in contact with the second electrode; and a third electrode in contact with the second dielectric. The second electrode overlaps with the first electrode and the third electrode, and the second electrode has an opening in a portion overlapping with the first electrode and the third electrode. In the opening of the second electrode, a contact hole is formed in the first dielectric and the second dielectric, and the first electrode and the third electrode are connected via the contact hole. Yes.
[0020]
With the above configuration, the capacitance value can be increased while suppressing the area occupied by the capacitor on the substrate. Therefore, the ratio of the deviation of the capacitance value caused by the rounding of patterning, the unexpected parasitic capacitance, etc. in the entire capacitance is reduced, and the linearity of the capacitive division type DAC can be kept good.
[0021]
Further, the first electrode and the third electrode are electrically connected, and the second electrode is connected to the output side of the DAC. With the above configuration, since the second electrode is sandwiched between the first electrode and the third electrode, the second electrode connected to the output line is not easily affected by the parasitic capacitance, and the linearity of the DAC is kept good. Can do.
[0022]
According to the above configuration, the present invention can be driven at high speed, can occupy a relatively small area on the substrate, and can form a DAC corresponding to a digital signal having a high number of bits without losing linearity.
[0023]
Further, by forming a plurality of capacitors (unit cells) having the above-described configuration, electrically connecting the first electrode or the third electrode of the plurality of unit cells to each other, and electrically connecting the second electrodes to each other, One capacitor having a desired capacitance value can be easily formed. Therefore, the DAC having the capacity of the present invention is relatively easy to design.
[0024]
The configuration of the present invention is shown below.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows the configuration of a unit cell of the present invention. 1A is a top view of a unit cell, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 1A, and FIG. 1C is BB ′ of FIG. 1A. FIG.
[0026]
In the capacitor of the present invention, the first dielectric 102 is formed in contact with the first electrode 101 having conductivity, and the second electrode 103 having conductivity is formed in contact with the first dielectric 102. A second dielectric 104 is formed in contact with the second electrode 103, and a conductive third electrode 105 is formed in contact with the second dielectric 104.
[0027]
An opening 106 is formed in the second electrode 103, and the first electrode 101 and the third electrode are formed in the opening 106 through contact holes formed in the first dielectric 102 and the second dielectric 104. 105 is connected. At this time, the first electrode 101 and the third electrode 105 are not in contact with the second electrode 103 and are electrically separated from each other.
[0028]
The first dielectric 102 and the second dielectric 105 are made of an insulating material. The first electrode 101, the second electrode 103, and the third electrode 105 are made of a conductive material.
[0029]
Note that the capacitor of the present invention includes a capacitor formed by overlapping the first electrode 101, the first dielectric 102, and the second electrode 103, the second electrode 103, the second dielectric 105, and the first electrode. A capacitor formed by overlapping of the three electrodes 105 can be used together.
[0030]
With the above configuration, the capacitance value can be increased while suppressing the area occupied by the capacitor on the substrate. Further, the first electrode and the third electrode are electrically connected, the first electrode and the third electrode are connected to the signal input side, and the second electrode is connected to the output side, so that the first electrode and the third electrode are connected. Since the second electrode is sandwiched between the second electrodes, the second electrode connected to the output side is not easily affected by the parasitic capacitance between the second electrode and the circuit element.
[0031]
Next, a capacitor formed using a plurality of unit cells of the present invention will be described with reference to FIG. 2A is a top view of a capacitor formed of a plurality of unit cells, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG. 2A, and FIG. Sectional drawing in DD 'of A) is shown.
[0032]
The unit cell structure of the capacitor shown in FIG. 2 is the same as that shown in FIG. 1, and a first dielectric 202 is formed in contact with the first electrode 201 having conductivity. A second electrode 203 is formed in contact with the first dielectric 202. A second dielectric 204 is formed in contact with the second electrode 203, and a conductive third electrode 205 is formed in contact with the second dielectric 204.
[0033]
An opening 206 is formed in the second electrode 203, and the first electrode 201 and the third electrode are connected through contact holes formed in the first dielectric 202 and the second dielectric 204 in the opening 206. 205 is connected. Note that the first electrode 201 and the third electrode 205 are not in contact with the second electrode 203 and are electrically separated from each other.
[0034]
The first dielectric 202 and the second dielectric 205 are made of an insulating material. The first electrode 201, the second electrode 203, and the third electrode 205 are made of a conductive material.
[0035]
And the 2nd electrode 203 which each unit capacity has is electrically connected mutually. Specifically, the second electrodes 203 included in each unit capacitor are all included in one conductive film and are electrically equivalent.
[0036]
In FIG. 2, the third electrodes 205 included in each of the plurality of unit cells are electrically connected to each other at a node 207 to form one capacitor.
[0037]
Note that a capacitance is expected to be formed by the node 207, the second dielectric 204, and the film including the second electrode 203, and the capacitance value is taken into account to design the capacitance. Also good.
[0038]
The DAC having the capacitance shown in FIGS. 1 and 2 can increase the capacitance value while suppressing the area occupied by the substrate of the capacitance. The ratio of the generated capacitance value deviation is reduced, and the linearity can be kept good.
[0039]
In addition, the first electrode and the third electrode are electrically connected, the first electrode and the third electrode are connected to the signal input side, and the second electrode is connected to the DAC output side. Since the second electrode is sandwiched between the three electrodes, the second electrode connected to the output line is hardly affected by the parasitic capacitance, and the linearity of the DAC can be kept good.
[0040]
According to the above configuration, the present invention can be driven at high speed, can occupy a relatively small area on the substrate, and can form a DAC corresponding to a digital signal having a high number of bits without losing linearity.
[0041]
Further, by forming a plurality of capacitors (unit cells) having the above-described configuration, electrically connecting the first electrode or the third electrode of the plurality of unit cells to each other, and electrically connecting the second electrodes to each other, One capacitor having a desired capacitance value can be easily formed. Therefore, the DAC having the capacity of the present invention is relatively easy to design.
[0042]
【Example】
Examples of the present invention will be described below.
[0043]
Example 1
In this embodiment, a structure of a DAC formed using the capacitor of the present invention will be described.
[0044]
FIG. 3 shows a circuit diagram of the DAC of this embodiment. The DAC of this embodiment can convert an 8-bit digital signal into an analog signal.
[0045]
The capacitive division type DAC shown in FIG. 3 has each bit D of an 8-bit digital signal. 0 ~ D 7 8 switches SW whose operation is controlled by 0 ~ SW 7 And eight capacitors C in which the voltage applied by each switch is controlled 0 , C 1 ..., C 7 And reset switch SW R And have. Further, the DAC shown in FIG. 3 is supplied with the voltage V by the power source A, the power source B and the power source R, respectively. A , Voltage V B , Voltage V R Is given. Voltage V A And voltage V B The value of is different. In addition, the voltage V of the analog signal output from the DAC OUT Is given to the output line.
[0046]
Capacity C 0 , C 1 ..., C 7 The capacitance values of C are 0 = C, C 1 = 2C, ..., C 7 = 2 7 Represented by C.
[0047]
Switch SW 0 ~ SW 7 A digital signal of a corresponding bit is input to each of the above. Then, according to 0 or 1 information of the input digital signal, the voltage V is applied to the electrode of each capacitor by the power source A. A Or the voltage V by the power source B B Is selected.
[0048]
FIG. 4 shows eight capacitors C when the DAC shown in the circuit diagram of FIG. 3 is formed using the unit cell of the present invention. 0 , C 1 ..., C 7 The top view of is shown. FIG. 4 does not show the first dielectric 302 and the second dielectric 304 in order to clarify the position where the second electrode is provided.
[0049]
Capacity C 2 ..., C 7 Are unit cells 1, 2, ... 2 Five It has one by one. And capacity C 2 ..., C 7 In each of the above, the third electrodes of the unit cells are connected to each other via nodes.
[0050]
Capacity C 0 Has a capacity value of ¼ of the unit cell, and the capacity C 1 Has a capacity value that is 1/2 that of a unit cell. Capacity C 0 And capacity C 1 An enlarged view of is shown in FIG.
[0051]
FIG. 5A shows the capacity C 0 And C 1 5B is a cross-sectional view taken along the line EE ′ of FIG. 5A, and FIG. 5C is a cross-sectional view taken along the line FF ′ of FIG. 5A.
[0052]
Capacitance C shown in FIG. 0 And C 1 The first dielectric 302 is formed in contact with the first electrode 301 having conductivity. A second electrode 303 is formed in contact with the first dielectric 302. A second dielectric 304 is formed in contact with the second electrode 303, and a conductive third electrode 305 is formed in contact with the second dielectric 304.
[0053]
The first electrode 301 and the third electrode 305 are connected at the contact hole 308. In FIG. 5, the area where the first electrode and the third electrode overlap is the capacitance C 0 ¼ of unit cell, capacity C 1 In this case, it is ½ of the unit cell.
[0054]
The first dielectric 302 and the second dielectric 305 are made of an insulating material. The first electrode 301, the second electrode 303, and the third electrode 305 are made of a conductive material.
[0055]
FIG. 6 shows a top view of the switch of the DAC of the present embodiment shown in FIG. In FIG. 6, as in FIG. 4, the first dielectric 302 and the second dielectric 304 are not shown in order to clarify the wiring arrangement and the TFT position.
[0056]
In this embodiment, as shown in FIG. Four ~ Switch SW 7 Uses a transmission gate having an n-channel TFT and a p-channel TFT.
[0057]
Furthermore, in this embodiment, as shown in FIG. Four ~ Switch SW 7 The channel width of the TFT of the switch SW 0 ~ Switch SW Three Is larger than the channel width of the TFT of the. And switch SW Four ~ Switch SW 7 The larger the corresponding capacitance value, the larger the channel width. Increasing the channel width increases the current capability of the TFT and increases the speed of charge charge. The larger the capacitance value, the larger the amount of charge to be charged. Therefore, it is preferable that the charge charge speed is high.
[0058]
In the present embodiment, the DAC that converts an 8-bit digital signal into an analog signal has been described. However, the present invention is not limited to this, and the number of bits can be set arbitrarily.
[0059]
(Example 2)
In this embodiment, an example of a manufacturing process in the case where the capacitor and the TFT used in the DAC of the present invention and the TFT and the storage capacitor of the pixel portion of the liquid crystal display are formed over the same substrate will be described. Note that FIGS. 7 to 10 show only the process of forming the p-channel TFT and the n-channel TFT included in the reset switch of the DAC, but all the transistors used in the present invention are shown in FIGS. It can be created based on the steps shown.
[0060]
In FIG. 7A, a substrate 901 includes polyethylene terephthalate (PET), polyethylene in addition to a glass substrate such as barium borosilicate glass or aluminoborosilicate glass represented by Corning # 7059 glass or # 1737 glass. A plastic substrate having no optical anisotropy such as naphthalate (PEN) or polyethersulfone (PES) can be used. A quartz substrate may be used. In the case of using a glass substrate, it is possible to prevent the substrate from being deformed in the subsequent steps if heat treatment is performed in advance at a temperature lower by about 10 to 20 ° C. than the glass strain point.
[0061]
In order to prevent impurity diffusion from the substrate 901, a base film 902 made of an insulating film such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film is formed on the surface of the substrate 901 on which a TFT is formed with a thickness of 10 to 200 nm. To do. The base film may be formed of one layer of the insulating film or a plurality of layers.
[0062]
The semiconductor layers 903 to 906 are formed from a semiconductor film having crystallinity obtained by crystallizing a semiconductor film having an amorphous structure by a laser annealing method, a thermal annealing method, a rapid thermal annealing method (RTA method), or the like. Alternatively, a crystalline semiconductor film formed by sputtering, plasma CVD, thermal CVD, or the like may be used. Alternatively, the semiconductor layers 903 to 906 having crystallinity can be formed by a crystallization method using a catalytic element in accordance with the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-130652. In the crystallization step, it is preferable to first release hydrogen contained in the amorphous semiconductor film, and heat treatment is performed at 400 to 500 ° C. for about 1 hour to reduce the amount of contained hydrogen to 5 atom% or less. When it is made rough, the film surface can be prevented from being rough. In any case, the crystalline semiconductor film thus formed is selectively etched to form crystalline semiconductor layers 903 to 906 at predetermined positions. (Fig. 7 (A))
[0063]
Alternatively, an SOI (Silicon On Insulators) substrate in which a single crystal silicon layer is formed over the substrate 901 may be used. Several types of SOI substrates are known depending on their structures and fabrication methods. Typically, SIMOX (Separation by Implanted Oxygen), ELTRAN (Epitaxial Layer Transfer: registered trademark of Canon Inc.) substrate, Smart- Cut (registered trademark of SOITEC) or the like can be used. Of course, other SOI substrates can also be used.
[0064]
Next, in order to form a DAC capacitor and a pixel storage capacitor, a mask 907 is formed, and the semiconductor layer 903 and a part of the semiconductor layer 906 (a region to be a storage capacitor) are doped with phosphorus, an impurity region 908, 909 is formed (FIG. 7B). The concentration of phosphorus in the impurity regions 908 and 909 is 1 × 10 13 ~ 1x10 15 atoms / cm Three (Typically 5 × 10 13 ~ 5x10 14 atoms / cm Three ).
[0065]
Next, after removing the mask 907 and forming an insulating film 910 covering the semiconductor layer, a part of the insulating film 910 located over the region 909 serving as a storage capacitor of the pixel is removed by patterning. (Fig. 7 (C))
[0066]
Next, thermal oxidation is performed to form a gate insulating film 911. By this thermal oxidation, the final gate insulating film thickness was 80 nm. Note that a portion of the gate insulating film 911 located over the impurity region 909 serving as a storage capacitor is formed to be thinner than other regions. (Fig. 7 (D))
[0067]
Next, a channel doping process for adding a p-type or n-type impurity element at a low concentration to a region to be a channel region of the TFT was performed over the entire surface or selectively. This channel doping process is a process for controlling the TFT threshold voltage. Here, diborane (B 2 H 6 Boron was added by ion doping with plasma excitation without mass separation. Of course, an ion implantation method that performs mass separation may be used.
[0068]
Next, a conductive film is formed and patterned to form gate electrodes 912 to 914 and capacitor wirings 915 and 916 (FIG. 8A). Here, a stacked structure of a silicon film doped with phosphorus (film thickness 150 nm) and tungsten silicide (film thickness 150 nm) was used.
[0069]
Note that the gate electrodes 912 to 914 and the capacitor wirings 915 and 916 may be formed as a single layer, or may have a stacked structure including a plurality of layers of two or more layers as necessary. For example, an element selected from tungsten (W), tantalum (Ta), titanium (Ti), and molybdenum (Mo), an alloy containing the element, or an alloy film combining the elements is used. In addition, tungsten nitride (WN), tantalum nitride (TaN), titanium nitride (TiN), molybdenum nitride (MoN) which are nitrides of these elements, tungsten silicide which is silicide, tantalum silicide, titanium silicide, molybdenum silicide, etc. A stacked structure may be formed.
[0070]
Next, phosphorus is added to the semiconductor layers 904 to 906 at a low concentration in a self-aligning manner using the gate electrodes 912 to 914 as a mask (FIG. 8B). The concentration of phosphorus in this low concentration region is 1 × 10 16 ~ 5x10 18 atoms / cm Three , Typically 3 × 10 17 ~ 3x10 18 atoms / cm Three Adjust so that Note that in this step, phosphorus is also added to part of the impurity regions 908 and 909 to which phosphorus is added in the previous step of FIG. Through the above steps, impurity regions 921 to 927 are formed.
[0071]
Next, a mask 931 is formed and phosphorus is added at a high concentration to form high concentration impurity regions 934 to 939 (FIG. 8C). The phosphorus concentration in this high concentration impurity region is 1 × 10 20 ~ 1x10 twenty one atoms / cm Three (Typically 2 × 10 20 ~ 5x10 20 atoms / cm Three ) So that it is within the range. Note that the impurity regions 938 and 939 are not uniform in impurity concentration in the process of FIGS. 7A and 8B, but the impurity concentration added in the process of FIG. Since the concentration of the impurity added by the process of FIG. 7A and FIG. 8B is higher, the final impurity concentration falls within the above range. Note that among the impurity regions 921 to 927, a region covered with the mask 931 has a low impurity concentration and functions as an LDD region.
Then, after the impurity element is added, the mask 931 is removed.
[0072]
Next, a mask 943 is formed so as to cover the semiconductor layers 903, 904, and 906, and boron is added to the semiconductor layer 905 with a high concentration using the gate electrode 913 as a mask (FIG. 9A). The impurity regions 944 and 945 formed here are diborane (B 2 H 6 ) Using an ion doping method. The concentration of the impurity element imparting p-type in the impurity regions 944 and 945 is 2 × 10 20 ~ 2x10 twenty one atoms / cm Three To be.
[0073]
However, the impurity regions 944 and 945 contain an impurity element imparting n-type in detail. However, by making the concentration of the impurity element imparting p-type in these impurity regions 944 and 945 be 1.5 to 3 times the concentration of the impurity element imparting n-type, No problem arises because it functions as a source region and a drain region.
[0074]
Next, after the mask 943 is removed, a passivation film 946 that covers the gate electrodes 912 to 914 and the capacitor wirings 915 and 916 is formed. Here, a silicon oxide film was formed with a thickness of 70 nm. Next, a heat treatment step for activating the n-type or p-type impurity element added to the semiconductor layer at each concentration is performed. Here, heat treatment was performed at 850 ° C. for 30 minutes.
[0075]
Next, a first interlayer insulating film 947 made of an organic resin material is formed. Here, an acrylic resin film having a thickness of 400 nm was used (FIG. 9B). Next, after forming a contact hole reaching the semiconductor layer, a capacitor electrode 950, a connection wiring 951, source wirings 952 to 954, and drain wirings 955 and 956 are formed. In this embodiment, the capacitor electrode 950, the connection wiring 951, the source wirings 952 to 954, and the drain wirings 955 and 956 are continuously formed by sputtering using a Ti film of 100 nm, a Ti film containing 300 nm, and a Ti film of 150 nm. A laminated film having a three-layer structure was formed (FIG. 9C).
[0076]
Next, after performing a hydrogenation process, a second interlayer insulating film 957 made of acrylic is formed. Then, a contact hole is formed in the second interlayer insulating film 957 so as to reach the capacitor electrode 950, the connection wiring 951, and the drain wiring 955, and a light-shielding conductive film is formed so as to cover the second interlayer insulating film 957. The film is formed with a thickness of. Then, by patterning, a reset wiring 958 connected to the capacitor electrode 950, a connection wiring 959 that electrically connects the connection wiring 951 and the drain wiring 955, and a light shielding layer 960 that overlaps the channel formation region of the TFT in the pixel portion are formed. It forms (FIG. 10 (A)).
[0077]
Next, a third interlayer insulating film 961 is formed. Then, a contact hole reaching the drain wiring 956 is formed in the second interlayer insulating film 957 and the third interlayer insulating film 961. Next, after forming a 100 nm transparent conductive film (here, indium tin oxide (ITO) film), patterning is performed to form a pixel electrode 962 in contact with the drain wiring 956 (FIG. 10B).
[0078]
After the above steps, an alignment film, a color filter, and the like are formed, and the liquid crystal is sealed between the counter substrate and the liquid crystal display is completed.
[0079]
Needless to say, the present embodiment is an example and is not limited to the steps of the present embodiment. For example, as each insulating film, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or an organic resin material (polyimide, acrylic, polyamide, polyimide amide, BCB (benzocyclobutene), or the like) film can be used.
[0080]
In FIG. 10B, 971 is a DAC capacitor of the present invention, 972 is a reset switch, 973 is a pixel TFT (pixel TFT), and 974 is a pixel storage capacitor. In the capacitor 971, the semiconductor layer 903 including the impurity region 908 and the high concentration impurity region 934 is the first electrode, the gate insulating film 911 is the first dielectric, the capacitor wiring 915 is the second electrode, the passivation film 946, and the first interlayer insulating film. 947 corresponds to the second dielectric, and the capacitor electrode 950 corresponds to the third electrode.
[0081]
The reset switch 972 includes an n-channel TFT 975 and a p-channel TFT 976. The n-channel TFT 975 includes an active layer 904, a gate insulating film 911, and a gate electrode 912. The active layer 904 includes a source region 977, a drain region 978, LDD regions 979 and 980, and a channel formation region 981. The p-channel TFT 976 includes an active layer 905, a gate insulating film 911, and a gate electrode 913. The active layer 905 includes a source region 982, a drain region 983, and a channel formation region 984.
[0082]
The pixel TFT 973 includes an active layer 906, a gate insulating film 911, and a gate electrode 914. The active layer 906 includes a source region 985, a drain region 986, LDD regions 987 and 988, and a channel formation region 989.
[0083]
Note that the pixel storage capacitor 974 includes a capacitor wiring 916 and an impurity region 909 which is a part of the semiconductor layer 906, where the gate insulating film 911 is thinner than the other portions. Yes.
[0084]
Note that the capacity of the present invention is not limited to the configuration shown in this embodiment. Further, the capacitor of the present invention is not used only for a liquid crystal display, but can be used for any kind of semiconductor device.
[0085]
This embodiment can be implemented by freely combining with the first embodiment.
[0086]
(Example 3)
In this embodiment, an example of a DAC formed using the capacitor of the present invention will be described with reference to circuit diagrams.
[0087]
The DAC shown in FIG. 11 has n bits (D 0 ~ D n-1 ) Digital signals. D 0 Is LSB and D n-1 Is the MSB. In addition, an n-bit digital signal is converted into the lower m bits (D 0 ~ D m-1 ) And upper (nm) bits (D m ~ D n-1 ) And think.
[0088]
As shown in FIG. 11, the DAC of the present invention has an n-bit digital signal (D 0 ~ D n-1 N switches (SW) controlled by each bit of 0 ~ SW n-1 ) And each switch (SW 0 ~ SW n-1 ) Connected to capacitors (C, 2C,..., 2 m-1 C, C, 2C, ... 2 nm-1 C) and two reset switches (SW R 1 and SW R 2). These capacities are integral multiples of the unit capacity C.
[0089]
Further, the DAC of the present invention has another capacity (C) in addition to the above capacity. The other capacitor (C) is electrically connected to one electrode of each capacitor corresponding to the lower m bits and one electrode of each capacitor corresponding to the upper (nm) bits. Is formed using an electrode that is equivalent to.
[0090]
Capacity C L Is the output V OUT Is the load capacity of the signal line connected to. In addition, the ground power supply is V G And However, V G May be any constant power source.
[0091]
The DAC in FIG. 11 includes a power supply H (voltage V H ), Power supply L (voltage V L ), Offset power supply (voltage V B ), Power source A (voltage V A ) Is connected. V H > V L And V H <V L In the case of OUT Outputs an analog signal of opposite phase. Here, V H > V L The output in the case of H <V L In this case, the output is the inverted phase.
[0092]
Switch (SW 0 ~ SW n-1 ) Is an input digital signal (D 0 ~ D n-1 ) Is 0 (Lo), it is connected to the power supply L, and when the input digital signal is 1 (Hi), it is connected to the power supply H. Reset switch SW R 1 is a capacity (C, 2C,..., 2) corresponding to the upper (nm) bits. nm-1 V to C) B Controls the charging of charges from. Also, reset switch SW R 2 is a capacity corresponding to the lower m bits (C, 2C,..., 2 m-1 V to C) A Controls the charging of charges from.
[0093]
Reset switch SW R One end of 2 may be connected to the power source L so that the voltage from the power source A is not supplied.
[0094]
Next, a circuit diagram of a DAC having a configuration different from that in FIG. 11 is shown in FIG. The conventional DAC of FIG. 12 has an n-bit digital signal (D 0 ~ D n-1 N switches (SW) controlled by each bit of 0 ~ SW n-1 ) And each switch (SW 0 ~ SW n-1 ) Connected to capacitors (C, 2C,..., 2 m-1 C, C, 2C, ... 2 nm-1 C) and two reset switches (SW R 1 and SW R 2). In the DAC of FIG. 12, the capacitor C is connected to the circuit on the lower bit side, and the capacitance value of the capacitor connecting the circuit corresponding to the lower bit and the circuit corresponding to the upper bit is different. 11 is different from the DAC of FIG.
[0095]
Also in the DAC of FIG. 0 ~ SW n-1 ) Is an input digital signal (D 0 ~ D n-1 ) Is 0 (Lo), it is connected to the power supply L, and when the input digital signal is 1 (Hi), it is connected to the power supply H.
[0096]
This embodiment can be implemented by being freely combined with Embodiment 1 or Embodiment 2.
[0097]
Example 4
Next, the structure of a liquid crystal display using the DAC of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0098]
FIG. 13 is a block diagram showing the configuration of the liquid crystal display. The liquid crystal display illustrated in FIG. 13 includes a pixel portion 9003, a source signal line driver circuit 9001, and a gate signal line driver circuit 9002.
[0099]
The pixel portion 9003 has a plurality of pixels 9004. The source signal line driver circuit 9001 includes a shift register circuit 9001-1, a latch circuit A 9001-2, a latch circuit B 9001-3, and a D / A conversion circuit 9001-4. The gate signal line driver circuit 9002 includes a shift register circuit 9002-1 and a buffer circuit 9002-1.
[0100]
The capacitor of the present invention can be used for the D / A conversion circuit 9001-4.
[0101]
FIG. 14 shows a circuit diagram of the pixel 9004. The pixel 9004 includes one source signal line 9005 and one gate signal line 9006. The pixel 9004 is provided with a pixel TFT 9007, a liquid crystal cell 9008 in which liquid crystal is sandwiched between the counter electrode and the pixel electrode, and a capacitor 9009.
[0102]
A gate electrode of the pixel TFT 9004 is connected to the gate signal line 9006. One of a source region and a drain region of the pixel TFT 9004 is connected to the source signal line 9005, and the other is connected to a pixel electrode and a capacitor 9009 included in the liquid crystal cell 9008.
[0103]
The capacitor 9009 is provided to hold the potential of the pixel electrode when the pixel TFT 9007 is in a non-selected state (off state).
[0104]
A counter potential is applied to the counter electrode of the liquid crystal cell 9008.
[0105]
A clock signal (CK) and a start pulse (SP) are input to the shift register circuit 9001-1 included in the source signal line driver circuit 9001. The shift register circuit 9001-1 sequentially generates timing signals based on the clock signal (CK) and the start pulse (SP), and sequentially supplies the timing signals to the latch circuit A 9001-2.
[0106]
The latch circuit A9001-2 has a plurality of latches that store digital signals. When the timing signal is input, the latch circuit A 9001-2 sequentially captures and holds the digital signal in each latch.
[0107]
The time until the writing of digital signals to all the latches of the latch circuit A9001-2 is completed is called a line period. Actually, a period obtained by adding a horizontal blanking period to the line period may be called a line period.
[0108]
After the end of one line period, a latch signal (Latch Signal) is supplied to the latch circuit B9001-3. At this moment, digital signals written and held in the latch circuit A 9001-2 are sent all at once to the latch circuit B 9001-3, and are written and held in all the latches of the latch circuit B 9001-3.
[0109]
Based on the timing signal from the shift register circuit 9001-1, the digital signal is sequentially written again to the latch circuit A9001-2 that has finished sending the digital signal to the latch circuit B9001-3.
[0110]
During the second line period, the digital signals written and held in the latch circuit B9001-3 are sequentially input to the D / A conversion circuit 9001-4.
[0111]
In the D / A conversion circuit 9001-4, the digital signal is converted into an analog video signal (analog signal) and supplied to the source signal line 9005.
[0112]
On the other hand, when a clock signal (CLK) and a start pulse signal (SP) are input to the shift register circuit 9002-1 in the gate signal line driver circuit 9002, a selection signal for controlling switching of the pixel TFT 9007 is generated. The selection signal is buffered and amplified in the buffer circuit 9002-2 and input to the gate signal line 9006.
[0113]
The pixel TFT 9004 is turned on by a selection signal input to the gate signal line 9006, and an analog signal input to the source signal line is input to the pixel electrode included in the liquid crystal cell 9008 through the pixel TFT.
[0114]
The liquid crystal is driven by the potential of the analog signal input to the pixel electrode, the amount of transmitted light is controlled, and a part of the image (an image corresponding to the pixel) is displayed on the pixel.
[0115]
When a part of the image is displayed in all the pixels, one image is displayed in the pixel portion 9003.
[0116]
One image is displayed by performing the above operation in each pixel.
[0117]
This embodiment can be implemented by freely combining with the first to third embodiments.
[0118]
(Example 5)
The semiconductor device having a DAC of the present invention can be used for various electronic devices.
[0119]
As an electronic device using the DAC of the present invention, a video camera, a digital camera, a goggle type display (head mounted display), a navigation system, a sound reproduction device (car audio, audio component, etc.), a notebook personal computer, a game machine, a mobile phone An information terminal (mobile computer, cellular phone, portable game machine, electronic book, etc.), an image playback device equipped with a recording medium (specifically, a recording medium such as a Digital Versatile Disc (DVD) is played back and the image is displayed. And a device equipped with a display that can be used. Specific examples of these electronic devices are shown in FIGS.
[0120]
FIG. 15A illustrates a display device, which includes a housing 2001, a support base 2002, a display portion 2003, a speaker portion 2004, a video input terminal 2005, and the like. The DAC of the present invention can be used for the display portion 2003 or other control circuits. The display devices include all information display devices for personal computers, for receiving TV broadcasts, for displaying advertisements, and the like.
[0121]
FIG. 15B illustrates a digital still camera, which includes a main body 2101, a display portion 2102, an image receiving portion 2103, operation keys 2104, an external connection port 2105, a shutter 2106, and the like. The DAC of the present invention can be used for the display portion 2102 or other control circuits.
[0122]
FIG. 15C illustrates a laptop personal computer, which includes a main body 2201, a housing 2202, a display portion 2203, a keyboard 2204, an external connection port 2205, a pointing mouse 2206, and the like. The DAC of the present invention can be used for the display portion 2203 or other control circuits.
[0123]
FIG. 15D illustrates a mobile computer, which includes a main body 2301, a display portion 2302, a switch 2303, operation keys 2304, an infrared port 2305, and the like. The DAC of the present invention can be used for the display portion 2302 or other control circuits.
[0124]
FIG. 15E illustrates a portable image reproducing device (specifically, a DVD reproducing device) provided with a recording medium, which includes a main body 2401, a housing 2402, a display portion A2403, a display portion B2404, and a recording medium (DVD or the like). A reading unit 2405, operation keys 2406, a speaker unit 2407, and the like are included. Although the display portion A 2403 mainly displays image information and the display portion B 2404 mainly displays character information, the DAC of the present invention can be used for these display portions A, B 2403, 2404 or other control circuits. Note that an image reproducing device provided with a recording medium includes a home game machine and the like.
[0125]
FIG. 15F illustrates a goggle type display (head mounted display), which includes a main body 2501, a display portion 2502, and an arm portion 2503. The DAC of the present invention can be used for the display portion 2502 or other control circuits.
[0126]
FIG. 15G shows a video camera, which includes a main body 2601, a display portion 2602, a housing 2603, an external connection port 2604, a remote control receiving portion 2605, an image receiving portion 2606, a battery 2607, an audio input portion 2608, operation keys 2609, and the like. . The DAC of the present invention can be used for the display portion 2602 or other control circuits.
[0127]
Here, FIG. 15H shows a mobile phone, which includes a main body 2701, a housing 2702, a display portion 2703, an audio input portion 2704, an audio output portion 2705, operation keys 2706, an external connection port 2707, an antenna 2708, and the like. The DAC of the present invention can be used for the display portion 2703 or other control circuits.
[0128]
In addition, the electronic devices often display information distributed through electronic communication lines such as the Internet and CATV (cable television), and in particular, opportunities to display moving images are increasing. The DAC of the present invention is useful because it can operate at high speed, can convert a digital signal having a high number of bits into an analog signal, and can ensure the linearity of the analog signal to be output.
[0129]
As described above, the applicable range of the DAC of the present invention is so wide that the DAC can be used for electronic devices in various fields. Moreover, the electronic device of the present embodiment may use any of the DAC configurations shown in the first to fourth embodiments.
[0130]
【Effect of the invention】
According to the above configuration, the present invention can be driven at high speed, can occupy a relatively small area on the substrate, and can form a DAC corresponding to a digital signal having a high number of bits without losing linearity.
[0131]
Further, by forming a plurality of capacitors (unit cells) having the above-described configuration, electrically connecting the first electrode or the third electrode of the plurality of unit cells to each other, and electrically connecting the second electrodes to each other, One capacitor having a desired capacitance value can be easily formed. Therefore, the DAC having the capacity of the present invention is relatively easy to design.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are a top view and a cross-sectional view of a capacitor of the present invention.
FIG. 2 is a top view and a cross-sectional view of a capacitor according to the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram of a DAC using a capacitor of the present invention.
FIG. 4 is a top view of the capacity of the DAC of the present invention.
FIG. 5 is a top view of the capacity of the DAC of the present invention.
FIG. 6 is a top view of a switch included in the DAC of the present invention.
7A and 7B are diagrams showing a capacitor of the present invention and a TFT manufacturing process.
FIG. 8 is a diagram showing a capacitor of the present invention and a process for producing a TFT.
FIGS. 9A and 9B illustrate a capacitor of the present invention and a TFT manufacturing process. FIGS.
FIGS. 10A and 10B are diagrams showing a capacitor of the present invention and a TFT manufacturing process. FIGS.
FIG. 11 is a circuit diagram of a DAC using a capacitor of the present invention.
FIG. 12 is a circuit diagram of a DAC using a capacitor of the present invention.
FIG. 13 is a block diagram showing the structure of a liquid crystal display using the DAC of the present invention.
FIG. 14 is a circuit diagram of a pixel of a liquid crystal display.
FIG. 15 is a diagram of a semiconductor device using a DAC of the present invention.
FIG. 16 is a circuit diagram of a general capacitive division type DAC.
FIG. 17 is a diagram showing an operation of a general capacity division type DAC.

Claims (4)

絶縁表面を有する基板上に複数の容量を有するD/A変換回路と薄膜トランジスタを有する半導体装置であって、
前記D/A変換回路は複数の容量を有しており、
前記複数の容量は、第1電極と、前記第1電極に接している第1誘電体と、前記第1誘電体に接している第2電極と、前記第2電極に接している第2誘電体と、前記第2誘電体に接している第3電極とをそれぞれ有しており、
前記第2電極は、前記第1電極及び前記第3電極と重なっており、
前記第2電極は、前記第1電極及び前記第3電極と重なっている部分において開口部を有しており、
前記第2電極が有する開口部において、前記第1誘電体及び前記第2誘電体にコンタクトホールが形成されており、
前記コンタクトホールを介して前記第1電極と前記第3電極が接続されており、
前記複数の容量がそれぞれ有する前記第2電極は、全て電気的に接続されており、
前記複数の容量がそれぞれ有する前記第1電極と前記第3電極の一部は、電気的に接続されており、
前記第2電極の電位が、前記D/A変換回路の後段の回路に与えられ、
前記薄膜トランジスタは、前記第極と同時に形成された半導体膜と、前記第1の誘電体と同時に形成されたゲート絶縁膜と、前記第極と同時に形成されたゲート電極と、前記第極と同時に形成されたソース電極及びドレイン電極とを有し、
前記第2誘電体と同時に形成された層間絶縁膜を有することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device having a D / A conversion circuit having a plurality of capacitors and a thin film transistor over a substrate having an insulating surface,
The D / A conversion circuit has a plurality of capacitors,
The plurality of capacitors include a first electrode, a first dielectric in contact with the first electrode, a second electrode in contact with the first dielectric, and a second dielectric in contact with the second electrode. Each having a body and a third electrode in contact with the second dielectric,
The second electrode overlaps the first electrode and the third electrode,
The second electrode has an opening in a portion overlapping the first electrode and the third electrode,
Contact holes are formed in the first dielectric and the second dielectric in the opening of the second electrode,
The first electrode and the third electrode are connected via the contact hole;
The second electrodes of the plurality of capacitors are all electrically connected,
A part of the first electrode and the third electrode respectively included in the plurality of capacitors are electrically connected,
A potential of the second electrode is applied to a circuit subsequent to the D / A conversion circuit;
The thin film transistor includes a semiconductor film which is formed simultaneously with the first electrodes, a first dielectric gate insulating formed simultaneously with the film, a gate electrode formed simultaneously with the second electrodes, the first 3 electrodes and has a source electrode and a drain electrode formed at the same time,
A semiconductor device comprising an interlayer insulating film formed simultaneously with the second dielectric.
絶縁表面を有する基板上に複数の容量を有するD/A変換回路と薄膜トランジスタを有する半導体装置であって、
前記D/A変換回路は複数の容量を有しており、
前記複数の容量は、第1電極と、前記第1電極に接している第1誘電体と、前記第1誘電体に接している第2電極と、前記第2電極に接している第2誘電体と、前記第2誘電体に接している第3電極とをそれぞれ有しており、
前記第2電極は、前記第1電極及び前記第3電極と重なっており、
前記第2電極は、前記第1電極及び前記第3電極と重なっている部分において開口部を有しており、
前記第2電極が有する開口部において、前記第1誘電体及び前記第2誘電体にコンタクトホールが形成されており、
前記コンタクトホールを介して前記第1電極と前記第3電極が接続されており、
前記複数の容量がそれぞれ有する前記第1電極と前記第3電極は電気的に接続されており、該接続により第1乃至第nの容量を形成し、
前記第1乃至第nの容量の容量値の比は、2:2:2:…:2(n−2):2(n−1)で表され、
前記複数の容量がそれぞれ有する前記第2電極は、全て電気的に接続されており、
前記第2電極の電位が、前記D/A変換回路の後段の回路に与えられ、
前記薄膜トランジスタは、前記第極と同時に形成された半導体膜と、前記第1の誘電体と同時に形成されたゲート絶縁膜と、前記第極と同時に形成されたゲート電極と、前記第極と同時に形成されたソース電極及びドレイン電極とを有し、
前記第2誘電体と同時に形成された層間絶縁膜を有することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device having a D / A conversion circuit having a plurality of capacitors and a thin film transistor over a substrate having an insulating surface,
The D / A conversion circuit has a plurality of capacitors,
The plurality of capacitors include a first electrode, a first dielectric in contact with the first electrode, a second electrode in contact with the first dielectric, and a second dielectric in contact with the second electrode. Each having a body and a third electrode in contact with the second dielectric,
The second electrode overlaps the first electrode and the third electrode,
The second electrode has an opening in a portion overlapping the first electrode and the third electrode,
Contact holes are formed in the first dielectric and the second dielectric in the opening of the second electrode,
The first electrode and the third electrode are connected via the contact hole;
The first electrode and the third electrode of each of the plurality of capacitors are electrically connected, and the first to nth capacitors are formed by the connection,
The ratio of the capacitance values of the first to n-th capacitors is represented by 2 0 : 2 1 : 2 2 :...: 2 (n−2) : 2 (n−1) ,
The second electrodes of the plurality of capacitors are all electrically connected,
A potential of the second electrode is applied to a circuit subsequent to the D / A conversion circuit;
The thin film transistor includes a semiconductor film which is formed simultaneously with the first electrodes, a first dielectric gate insulating formed simultaneously with the film, a gate electrode formed simultaneously with the second electrodes, the first 3 electrodes and has a source electrode and a drain electrode formed at the same time,
A semiconductor device comprising an interlayer insulating film formed simultaneously with the second dielectric.
請求項1又は請求項2において、
前記複数の容量の各容量値は等しいことを特徴とする半導体装置。
In claim 1 or claim 2,
Each of the plurality of capacitors has the same capacitance value.
請求項乃至請求項のいずれか一項において、
表示装置、デジタルスチルカメラ、ノートブック型パーソナルコンピュータ、モバイルコンピュータ、DVDプレーヤー、ヘッドマウントディスプレイ、ビデオカメラまたは携帯電話あることを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 3 ,
A semiconductor device comprising a display device, a digital still camera, a notebook personal computer, a mobile computer, a DVD player, a head mounted display, a video camera, or a mobile phone.
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