JPH0955510A

JPH0955510A - 薄膜トランジスタ回路およびアクティブマトリクス型画像表示装置

Info

Publication number: JPH0955510A
Application number: JP20720595A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Kubota; 靖久保田; Osamu Sasaki; 修佐々木
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-08-14
Filing date: 1995-08-14
Publication date: 1997-02-25

Abstract

(57)【要約】【課題】多結晶シリコンからなる薄膜トランジスタ回
路において、動作速度と保持性能を両立させ、表示性能
に優れた画像表示装置を得る。【解決手段】薄膜トランジスタ回路１０において、高
速動作が要求されるスタティック回路１２を、結晶化を
助長する金属元素が添加された多結晶シリコン膜からな
るチャネル領域を有するトランジスタを用いて構成し、
低リーク電流が要求されるダイナミック回路１１を、結
晶化を助長する金属元素を含まない多結晶シリコン膜か
らなるチャネル領域を有するトランジスタを用いて構成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多結晶シリコン薄
膜を用いたトランジスタ回路、及びそれを用いた表示品
位の高いアクティブマトリクス型画像表示装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】現在、液晶表示装置や密着型イメージセ
ンサー、フラッシュメモリーなど様々な分野において、
多結晶シリコン薄膜を用いた薄膜トランジスタ回路が開
発されている。従来の多結晶シリコン薄膜トランジスタ
は、石英基板上に１０００℃程度の比較的高温のプロセ
スを用いて形成されていた。しかし、近年では、多結晶
シリコン薄膜トランジスタを組み込む回路やシステムを
大型化したり、低コストでトランジスタ回路を製造する
ために、６００℃程度のガラス歪み点温度をもつガラス
基板上に６００℃以下のプロセス温度で薄膜トランジス
タ回路を形成することが試みられている。

【０００３】以下に、多結晶シリコン薄膜トランジスタ
の応用の一例として、液晶表示装置に用いられている背
景および課題について詳述する。他の幾つかの技術分野
においても同様の課題が存在する。

【０００４】従来の液晶表示装置の一つとして、アクテ
ィブマトリクス駆動方式の表示装置が知られている。図
９（ａ）に示すように、液晶表示装置１００は、画素ア
レイ１０２と、走査信号線駆動回路１０４と、データ信
号線駆動回路１０６とからなる。画素アレイ１０２に
は、複数の走査信号線１０８と複数のデータ信号線１１
０とがそれぞれ交差するように配列されており、隣接す
る２つの走査信号線１０８と隣接する２つのデータ信号
線１１０とによって囲まれる領域に、画素１１２がマト
リクス状に設けられている。

【０００５】データ信号線駆動回路１０６は、クロック
信号ＣＫＳ等のタイミング信号に同期して入力された映
像信号ＤＡＴをサンプリングし、必要に応じて増幅し
て、各データ信号線１１０に書き込む。走査信号線駆動
回路１０４は、クロック信号ＣＫＧ等のタイミング信号
に同期して走査信号線１０８を順次選択し、画素１１２
内に設けられたスイッチング素子を制御する。スイッチ
ング素子の動作により各データ信号線１１０に書き込ま
れた映像信号ＤＡＴが各画素１１２に書き込まれ、映像
信号ＤＡＴが各画素１１２に保持される。

【０００６】各画素１１２は、図９（ｂ）に示すように
スイッチング素子である電界効果トランジスタ１１４
と、液晶容量ＣＬおよび必要によって付加される補助容
量ＣＳよりなる画素容量１１６とを含んでいる。トラン
ジスタ１１４のドレイン及びソースを介してデータ信号
線１１０と画素容量１１６の一方の電極とが接続され、
トランジスタ１１４のゲートは走査信号線１０８に接続
される。画素容量１１６の他方の電極は全画素に共通の
共通電極線（図示せず）に接続されている。これによ
り、各液晶容量ＣＬに電圧が印加され、液晶の透過率ま
たは反射率が変調されることによって、画素ごとに情報
が表示される。

【０００７】この様なアクティブマトリクス型液晶表示
装置において、従来、トランジスタ１１４には液晶を保
持する透明基板上に形成された非晶質シリコン薄膜が用
いられ、一方、走査信号線駆動回路１０４やデータ信号
線駆動回路１０６は、従来、それぞれ外付けＩＣで構成
されていた。これに対して、近年、大画面化に伴う画素
トランジスタの駆動力向上、駆動ＩＣの実装コストの低
減、あるいは、実装における信頼性の向上等の要求か
ら、多結晶シリコン薄膜を用いて、モノリシックに画素
アレイと駆動回路とを透明基板上に形成する技術が報告
されている。更に、前述のように、より大画面化および
低コスト化をめざして、ガラスの歪み点（約６００℃）
以下のプロセス温度で、素子をガラス基板上の多結晶シ
リコン薄膜で形成することも試みられている。

【０００８】次に、データ信号線駆動回路について、更
に詳しく説明する。データ信号線の駆動方式としては、
点順次駆動方式と線順次駆動方式とがある。

【０００９】点順次駆動方式では、図１０に示すよう
に、サンプリング信号ＳＰＳをシフトレジスタ等からな
る走査回路１１６に入力し、走査回路１１６各段から得
られる出力パルスをバッファ回路１１８に入力する。バ
ッファ回路１１８は走査回路１１６から受け取った出力
パルスを保持、増幅するとともに、必要に応じて反転信
号を生成し、サンプルホールド回路１２０へ信号を出力
する。これにより、走査回路１１６の各段から得られる
出力パルスに同期してサンプルホールド回路１２０が開
閉され、映像信号線１１４に入力された映像信号ＤＡＴ
がデータ信号線１１０に書き込まれる。

【００１０】この方式では、映像信号ＤＡＴをデータ信
号線１１０に書き込む時間が、有効水平走査期間（水平
走査期間の約８０％）のデータ線本数分の１しかないた
め、大画面化に伴いデータ信号線の時定数（容量と抵抗
の積）が大きくなる場合や、高精細化に伴いサンプリン
グ時間が短くなる場合には、十分な書き込みができなく
なり、表示品位を損なうおそれがある。特に、前述のよ
うに、多結晶シリコン薄膜トランジスタのような駆動能
力の小さいトランジスタでサンプルホールド回路を構成
した場合には、この影響が大きい。このため、サンプル
ホールド回路を構成するトランジスタのチャネル幅を大
きくすることによって、書き込み能力を確保している。

【００１１】このとき、データ信号線１１０に書き込ま
れた映像信号ＤＡＴは、走査信号によって画素電極への
書き込みが終了するまでの期間、すなわち最大で１水平
走査期間程度、保持されなければならない。

【００１２】これに対し、線順次駆動方式では、図１１
に示すように、サンプルホールド回路１２０の出力は転
送信号１２４に接続されたサンプルホールド回路１２６
に接続され、更に信号増幅器１３０を介してデータ信号
線１１０に接続される。サンプルホールド回路１２０と
サンプルホールド回路１２６との間、及びサンプルホー
ルド回路１２６と信号増幅器１３０との間にはそれぞれ
サンプリング容量１２２及びホールド容量１２８が接続
されている。この様な構成によって、サンプルホールド
回路１２０から出力される映像信号ＤＡＴはサンプリン
グ容量１２２にいったん蓄えられる。これを次の水平走
査期間において、サンプルホールド回路１２６を介して
ホールド容量１２８に転送し、更に信号増幅器１３０を
介してデータ信号線１１０に出力される。

【００１３】一般に、サンプリング容量１２２はデータ
信号線１１０の容量よりも小さいので、点順次駆動方式
において発生しやすい書き込みが不十分になるという問
題は少なくなる。

【００１４】しかし、サンプリング容量１２２に保持さ
れた電荷がサンプルホールド回路１２０または１２６へ
リークするのを防止し、また、ホールド容量１２８へデ
ータ信号ＤＡＴを転送することにより、容量が分割さ
れ、電荷が減少するのを防ぐためには、サンプリング容
量１２２の容量を増加させる必要がある。この場合に
は、点順次駆動方式の場合と同様の問題が発生してしま
う。従って、サンプリングホールド回路１２０を構成す
るトランジスタのチャネル幅を大きくすることによって
書き込み能力を確保することになる。

【００１５】この場合にも、サンプリング容量に書き込
まれたデータ信号は、転送信号によってホールド容量へ
の書き込みが終了するまでの期間、すなわち最大で１水
平走査期間程度、保持されなければならない。更に、ホ
ールド容量に転送されたデータ信号も、信号増幅器を介
してデータ信号線への書き込みが終了するまでの期間、
すなわち最大で１水平期間程度保持されなければならな
い。

【００１６】この様な薄膜トランジスタ回路を構成する
多結晶シリコンを用いた薄膜トランジスタは従来、以下
に示す方法により製造されていた。

【００１７】図１２（ａ）に示すように、無アルカリガ
ラス基板（例えばコーニング７０５９ガラス）などの絶
縁性基板１５０上に汚染防止膜としてシリコン酸化膜１
５２を堆積し、その上に非晶質シリコン薄膜１５４を堆
積する。次に、非晶質シリコン膜１５４を長時間熱処理
（例えば６００℃で２０時間程度）する。あるいはＸｅ
ＣｌやＫｒＦなどのエキシマレーザを照射してもよく、
両者を併用することもできる。これにより、結晶化を促
進し、多結晶シリコン薄膜１５６を得る（図１２
（ｂ））。

【００１８】次に、図１２（ｃ）に示すように、多結晶
シリコン薄膜１５６を所望の形状に加工し、シリコン酸
化膜やシリコン窒化膜などからなるゲート絶縁膜１５８
を多結晶シリコン薄膜１５６上に形成する。図１２
（ｄ）に示すように、アルミニウム、タンタル、チタ
ン、あるいはタングステンなどからなるゲート電極１６
０をゲート絶縁膜１５８上に形成した後、ゲート電極１
６０をマスクとして不純物（ホウ素やリンなど）を多結
晶シリコン薄膜１５６に注入し、自己整合的にソース／
ドレイン領域１６２を多結晶シリコン薄膜１５６内に形
成する。

【００１９】その後、図１２（ｅ）に示すように、ゲー
ト絶縁膜１５８及びゲート電極１６０上に層間絶縁膜１
６４（シリコン酸化膜やシリコン窒化膜など）を形成
し、図１２（ｆ）に示すように、ソース／ドレイン領域
１６２の一部が露出するように層間絶縁膜１６４にコン
タクトホールを設け、金属配線１６６をコンタクトホー
ル内及び層間絶縁膜１６４上に形成する。これにより薄
膜トランジスタが完成する。必要に応じて上記工程の途
中に多結晶シリコン薄膜１５６に対して水素化処理を行
い、トランジスタの特性を向上させることもある。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】上述の多結晶シリコン
を用いた薄膜トランジスタは、様々なプロセスの改善が
試みられ、トランジスタの特性が改善されてはいるが、
単結晶シリコンを用いたトランジスタに比べると、素子
特性はかなり劣る。例えば、多結晶シリコンを用いた薄
膜トランジスタは、単結晶シリコンを用いたトランジス
タに比べて、素子寸法が大きく、キャリア移動度が小さ
く、リーク電流が大きくなっている。

【００２１】したがって、従来、単結晶シリコンを用い
たトランジスタにより構成していた回路を、多結晶シリ
コンを用いた薄膜トランジスタによって構成しようとす
る場合、単結晶シリコンを用いたトランジスタと同程度
の駆動力を得るためにチャネル幅の大きな薄膜トランジ
スタを形成する必要がある。しかし、チャネル幅を大き
くするとリーク電流が増大するという問題が生じる。

【００２２】また、キャリア移動度を向上させるために
ニッケルや鉄、パラジウム、白金などの金属元素を非晶
質シリコン薄膜に導入して触媒作用により結晶化を促進
させる方法（特開平６−２４４１０３号公報など）が知
られているが、この場合、キャリア移動度は向上するも
のの同時にリーク電流も上昇するという問題がある。上
述のようなデータ信号線駆動回路において、走査回路に
は高い駆動能力のトランジスタが要求されるのに対し
て、サンプルホールド回路にはリーク電流の低いトラン
ジスタが要求される。しかし、上述したように、従来技
術による薄膜トランジスタではこれら２つの要求を満た
すことは困難であり、従って、良好な画像表示を実現す
るデータ信号駆動回路を得ることも困難であった。

【００２３】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、高い駆動能
力により高速動作を実現し、かつ低リーク電流により電
荷保持性能を高めることにより良好な特性を有する薄膜
トランジスタ回路、および、そのような薄膜トランジス
タ回路を有する画像表示装置を提供することにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明の薄膜トランジス
タ回路は、絶縁性基板上に形成され、結晶化を助長する
金属元素が添加された多結晶シリコン膜からなるチャネ
ル領域を有する第１のトランジスタと、絶縁性基板上に
形成され、結晶化を助長する金属元素を含まない多結晶
シリコン膜からなるチャネル領域を有する第２のトラン
ジスタとを含んでおり、そのことにより、上記目的が達
成される。

【００２５】前記薄膜トランジスタ回路は、スタティッ
ク回路部とダイナミック回路部とを含み、該スタティッ
ク回路部は少なくとも１つ以上の前記第１のトランジス
タから構成され、該ダイナミック回路部は少なくとも１
つ以上の前記第２のトランジスタから構成されているこ
とが好ましい。

【００２６】前記薄膜トランジスタ回路は、画像表示装
置の表示部に画像データを供給するためのデータ信号線
駆動回路であって、該データ信号線駆動回路は、少なく
とも１つ以上の前記第２のトランジスタから構成される
サンプルホールド回路と、少なくとも１つ以上の前記第
１のトランジスタから構成される該サンプルホールド回
路以外の回路とから構成されていてもよい。

【００２７】本発明のアクティブマトリクス型画像表示
装置は、絶縁性基板と、該絶縁性基板上にマトリクス状
に配置された複数の画素と、該絶縁性基板上に形成さ
れ、該画素を駆動するためのデータ信号線駆動回路とを
備え、該データ信号線駆動回路は、絶縁性基板上に形成
され、結晶化を助長する金属元素が添加された多結晶シ
リコン膜からなるチャネル領域を有する第１のトランジ
スタから構成されるサンプルホールド回路と、絶縁性基
板上に形成され、結晶化を助長する金属元素を含まない
多結晶シリコン膜からなるチャネル領域を有する第２の
トランジスタから構成される該サンプルホールド回路以
外の回路とを含んでおり、そのことにより、上記目的が
達成される。

【００２８】本発明の別なアクティブマトリクス型画像
表示装置は、絶縁性基板と、該絶縁性基板上にマトリク
ス状に配置された複数の画素と、該絶縁性基板上に形成
され、該画素を駆動するためのデータ信号線駆動回路と
走査信号線回路との少なくとも一方を備え、該データ信
号線駆動回路と該走査信号線回路との少なくとも一方の
回路の一部は、絶縁性基板上に形成され、結晶化を助長
する金属元素が添加された多結晶シリコン膜からなるチ
ャネル領域を有する第１のトランジスタから構成されて
おり、該複数の画素のそれぞれは結晶化を助長する金属
元素を含まない多結晶シリコン膜からなるチャネル領域
を有する第２のトランジスタを含んでおり、そのことに
より、上記目的が達成される。

【００２９】前記結晶化を助長する金属元素はニッケル
（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、パラジウム
（Ｐｄ）、または白金（Ｐｔ）のうちの少なくとも１つ
以上を含んでいることが好ましい。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて説明する。

【００３１】図１は、本発明による薄膜トランジスタ回
路１０のブロック図である。この薄膜トランジスタ回路
１０は、以下に詳述するようにダイナミック回路１１と
スタティック回路１２とを含む複数の回路から構成され
ている。スタティック回路１２は、絶縁性基板上に形成
され、結晶化を助長する金属元素が添加された多結晶シ
リコン膜からなるチャネル領域を有する複数の薄膜トラ
ンジスタで構成されている。また、ダイナミック回路１
１は絶縁性基板上に形成され、結晶化を助長する金属元
素を含まない多結晶シリコン膜からなるチャネル領域を
有する薄膜トランジスタで構成されている。

【００３２】ダイナミック回路１１は、その回路に信号
が入力されない状態、すなわち、その回路中のあるノー
ドがフローティングにある状態では、その直前に入力さ
れたデータを保持するように働く。例えば、図２（ａ）
に示す２入力のＮＡＮＤ（否定論理積）回路１３はダイ
ナミック回路１１である。ＮＡＮＤ回路１３において、
端子１４に入力されるクロック信号Ｃに同期して、クロ
ック信号Ｃがハイレベルの時に端子１５及び１６に論理
信号Ｘ及びＹが入力される。

【００３３】すなわち、論理信号Ｘ及びＹが入力されな
いときは、クロック信号Ｃはハイレベルにあって、端子
１７はフローティング状態にあるので、直前の状態を保
持している。例えば、直前の状態がハイレベルを出力す
る状態であれば、その状態を保持している。そして、論
理信号Ｘ及びＹが入力される直前に、いったん、クロッ
ク信号Ｃがローレベルになって、端子１７にハイレベル
が出力され、その後、クロック信号がハイレベルに戻る
とともに端子１５及び１６に論理信号Ｘ及びＹが入力さ
れ、これに対応した出力信号Ｚが端子１７から出力され
る。例えば、Ｘ及びＹの両方がハイレベルであれば、端
子１７の信号Ｚはローレベルとなる。また、Ｘ及びＹの
少なくとも一方がローレベルであれば、端子１７はフロ
ーティングの状態が維持されるので、直前の状態がハイ
レベルを出力する状態であれば、その状態を保持してい
る。

【００３４】一方、スタティック回路１２では、常にそ
の回路に信号が入力されており、すべてのノードがハイ
レベルかローレベルかのいずれかの状態に安定してい
る。例えば図２（ｂ）に示す２入力のＮＡＮＤ（否定論
理積）回路１８はスタティック回路１８である。ＮＡＮ
Ｄ回路１８において、端子１９及び２０にはそれぞれｐ
型及びｎ型トランジスタが接続されており、入力信号Ｘ
及びＹがローレベルであるかハイレベルであるかに関わ
らず常に一方のトランジスタが動作する。従って、端子
２１は常にハイレベルかローレベルの電源線に接続され
るため、出力信号Ｚも安定したハイレベルまたはローレ
ベルとなる。

【００３５】図２（ａ）のようなダイナミック回路で
は、上述のように、入力信号ＸおよびＹの少なくとも一
方が低レベルのときには、出力ノードＺはフローティン
グ状態となって高レベルを保持することになるので、ト
ランジスタのリーク電流が大きいと出力信号が逆転する
可能性がある。従って、ダイナミック回路においては、
リーク電流（オフ電流）の小さい、すなわち、保持特性
の高いトランジスタを用いる必要がある。

【００３６】一方、図２（ｂ）のようなスタティック回
路においては、全てのノードは、常時、いずれかの電源
線に接続されているため、多少のリーク電流があっても
信号の逆転は生じない。従って、より駆動力の高いトラ
ンジスタを用いて高速動作を実現することが好ましい。
あるいは、同じ動作速度であれば、より小さなトランジ
スタを用いて回路規模の縮小をはかるほうが好ましい。

【００３７】従って、動作速度と保持特性のどちらを優
先させるかという視点から考えると、スタティック回路
においては動作速度が優先し、ダイナミック回路におい
ては、保持特性が優先すると捉えることもできる。

【００３８】このように異なる２つの特性を優先する回
路を含む薄膜トランジスタ回路に対して、本発明では異
なる２つの多結晶シリコン薄膜トランジスタを用いる。
非晶質シリコン薄膜を熱処理して多結晶シリコン薄膜を
形成する場合、非晶質シリコン薄膜にニッケルなどの結
晶化を助長する元素を添加しておくと結晶化が促進さ
れ、その結果、結晶性の高い多結晶シリコン薄膜が得ら
れる。この多結晶シリコン薄膜は高いキャリア移動度を
備えているために、金属元素が添加されていない多結晶
シリコン薄膜に比べて高速動作特性に優れ、また、駆動
能力に優れる。一方、金属元素が添加されていない多結
晶シリコン薄膜は、金属元素が添加された多結晶シリコ
ン薄膜に比べて、リーク電流が小さく、オフ電流特性に
優れる。

【００３９】従って、薄膜トランジスタ回路のうち、動
作速度を優先する部分においては、結晶化を助長する金
属元素が添加された多結晶シリコン膜からなるチャネル
領域を有する薄膜トランジスタを用いることにより、回
路全体の性能を高めることができる。また、保持特性を
優先する部分においては、結晶化を助長する金属元素を
含まない多結晶シリコン膜からなるチャネル領域を有す
る薄膜トランジスタを用いることにより、保持特性に優
れた回路を得ることができる。

【００４０】このような薄膜トランジスタ回路は、例え
ば以下のようにして製造される。

【００４１】図３（ａ）に示すように、まず、ガラス等
からなる絶縁性基板３０上に、アルカリ金属等の不純物
の拡散による汚染を防ぐための汚染防止膜として、シリ
コン酸化膜３１を形成し、次いで、非晶質シリコン薄膜
３２をシリコン酸化膜３１上に堆積する。

【００４２】図３（ｂ）に示すように、保持特性を優先
させる回路のためのトランジスタが形成される領域を覆
うように非晶質シリコン膜３２上にマスク層３３を設け
る。図３（ｂ）は保持特性を優先させる回路のためのト
ランジスタが領域３４に形成され、動作速度を優先させ
る回路のためのトランジスタが領域３５に形成されるこ
とを示しているが、これらの領域は隣接している必要は
なく、離れていてもよい。また、複数の領域に分割され
ていてもよい。さらに、非晶質シリコン膜３２は連続し
ている必要はなく、領域３４及び３５はエッチング等に
より分離されていてもよい。マスク層３３のパターンの
大きさに特に制限はなく、領域３４及び３５は１つの薄
膜トランジスタを規定する程度の大きさであってもよい
し、複数のトランジスタが形成される領域を規定する大
きさであってもよい。

【００４３】マスク層３３をマスクとして、非晶質シリ
コン膜３２に結晶化を促進する触媒作用を有する金属元
素を導入する。導入方法としては、スパッタ法や、金属
錯体を溶かした溶液の塗布などを用いることができる。
また、結晶化を促進する触媒作用を有する金属元素とし
て、ニッケル、鉄、コバルト、パラジウム、白金などを
用いることができる。

【００４４】マスク層３３を除去後、非晶質シリコン薄
膜３２を、５５０〜６００℃の温度で熱アニールするか
または、エキシマレーザによるアニールを行って多結晶
化する。熱アニールとエキシマレーザによるアニールと
を同時に行ってもよい。これにより、図３（ｃ）に示す
ように、結晶化を促進する触媒作用を有する金属元素が
添加された多結晶シリコン膜３７と結晶化を促進する触
媒作用を有する金属元素を含まない多結晶シリコン膜３
６が形成される。その後、トランジスタの形状に合わせ
てそれぞれの膜をエッチングする。さらに、多結晶シリ
コン膜３７及び多結晶シリコン膜３６を覆ってシリコン
酸化膜などからなるゲート絶縁膜３８を形成する。

【００４５】図３（ｄ）に示すように、アルミニウムや
タンタルなどを材料とするゲート電極３９ａ及び３９ｂ
をゲート絶縁膜３８上に形成する。ゲート電極３９ａ及
び３９ｂをマスクとして自己整合的に多結晶シリコン膜
３６及び３７に、リン（ｎチャネル型トランジスタの場
合）またはヒ素（ｐチャネル型トランジスタの場合）を
注入して、トランジスタのソース／ドレイン領域４０及
び４１をそれぞれ多結晶シリコン膜３６及び３７に形成
する。この工程により、ゲート電極３９ａ及び３９ｂの
下方の多結晶シリコン膜３６及び３７にチャネル領域４
６及び４７が形成される。この工程の後に必要に応じ
て、水素化処理を行ってチャネル領域４６及び４７に水
素イオンを注入してもよい。

【００４６】その後、図３（ｅ）に示すように、ゲート
電極３９ａ及び３９ｂを覆って、ゲート絶縁膜３８上に
シリコン酸化膜、あるは、シリコン窒化膜などからなる
層間絶縁膜４２を堆積する。ソース／ドレイン領域４０
及び４１の一部が露出するように層間絶縁膜４２にコン
タクトホールを形成した後、ソース／ドレイン領域４０
及び４１に接続されたアルミニウムなどの金属配線４３
を形成する。これにより、結晶化を助長する金属元素が
添加された多結晶シリコン膜３７からなるチャネル領域
を有するトランジスタ４５及び結晶化を助長する金属元
素を含まない多結晶シリコン膜３６からなるチャネル領
域を有するトランジスタ４４とを含む薄膜トランジスタ
回路が完成する。

【００４７】上記製造方法では、多結晶シリコン膜３８
となる非晶質シリコン膜３２に全体に結晶化を促進する
触媒作用を有する金属元素を導入していたが、以下に示
す方法を用いてもよい。図４（ａ）に示すように、非晶
質シリコン膜５２をシリコン酸化膜５１を介して基板５
０上に形成した後、非晶質シリコン膜５２の領域５３に
のみ選択的に結晶化を促進する触媒作用を有する金属元
素を導入する。この場合には、上記方法よりも高い濃度
で金属元素を導入する方が好ましい。

【００４８】その後、図４（ｂ）に示すように、上述の
方法と同様に熱処理することによって、多結晶シリコン
膜５４が形成される。このとき、領域５３から結晶化が
始まり、導入された金属元素は結晶の成長にともなっ
て、基板５０に対して横方向に拡散してゆく。その結
果、領域５３以外の領域５５及び５６においても金属元
素が含まれるようになる。その後、領域５５及び５６の
一部をチャネル領域とする薄膜トランジスタを形成し、
結晶化を助長する金属元素が添加された多結晶シリコン
膜３７からなるチャネル領域を有するトランジスタとし
てもよい。

【００４９】上記説明から明らかなように、本発明の薄
膜トランジスタ回路は、キャリア移動度の高いトランジ
スタとリーク電流の低いトランジスタとを備えているの
で、各ブロックごとに要求される仕様に応じて２種類の
トランジスタを使い分け、回路全体としての特性を向上
させることができる。また、２種類のトランジスタは実
質的に同時に形成されるので、種類が異なるにも関わら
ず製造工程が複雑化することがない。さらに、２種類の
トランジスタ設ける場所に特に制限はなく、異なる種類
のトランジスタが隣接してもよい。

【００５０】以下、本発明の薄膜トランジスタ回路を適
用した具体的な回路を説明する。

【００５１】図５は液晶表示装置などの画像表示装置に
用いられる点順次駆動方式のデータ信号線駆動回路６０
の一部を示している。

【００５２】データ信号線駆動回路６０は、シフトレジ
スタなどからなり、スタート信号線６５とクロック信号
線６４とに接続された走査回路６１と、走査回路６１の
各出力段に接続されたバッファ回路６２と、各バッファ
回路６２の出力に接続されたサンプルホールド回路６３
とを有している。サンプルホールド回路６３には映像信
号線６６が接続されている。

【００５３】クロック信号線６４に印加されたクロック
信号ＣＫＳ及びスタート信号線６５に印加されるスター
ト信号ＳＰＳによって、走査回路６１の各段から得られ
る出力パルスをバッファ回路６２に入力する。バッファ
回路６２は走査回路６１から受け取った出力パルス（サ
ンプリング信号）を保持、増幅するとともに、必要に応
じて反転信号を生成し、サンプルホールド回路６３へ信
号を出力する。これにより、走査回路６３の各段から得
られる出力パルスに同期してサンプルホールド回路６３
が開閉され、映像信号線６６に入力された映像信号ＤＡ
Ｔがデータ信号線６７に書き込まれる。

【００５４】この回路において、サンプルホールド回路
６３は、データ信号ＤＡＴを最大で１水平走査期間の間
だけ保持する必要があるため、高い保持特性が要求され
る。一方、シフトレジスタなどで構成される走査回路６
１は、正常なサンプリング信号を生成するために高速動
作が要求される。したがって、サンプルホールド回路６
３は、非晶質シリコンの結晶化を促進する触媒作用のあ
る金属元素を導入していない多結晶シリコン薄膜からな
るチャネル領域を有する薄膜トランジスタを用いて構成
する。また、走査回路６１及びバッファ回路６２は、非
晶質シリコンの結晶化を促進する触媒作用のある金属元
素を導入した多結晶シリコン薄膜からなるチャネル領域
を有する薄膜トランジスタを用いて構成する。

【００５５】この様に、異なる特性を備えていることが
要求される２つの回路をそれぞれに適した特性の薄膜ト
ランジスタで構成することにより、データ信号線駆動回
路６０全体の特性を高めることができ、高品位の画像表
示が可能となる。

【００５６】図６は液晶表示装置などの画像表示装置に
用いられる線順駆動方式のデータ信号線駆動回路７０の
一部を示している。

【００５７】データ信号線駆動回路７０では点順次駆動
方式のデータ信号線駆動回路６０の構成に加えて、サン
プルホールド回路６３の出力は転送信号線７２に接続さ
れたサンプリングホールド回路７３に接続され、更に信
号増幅器７５を介してデータ信号線６７に接続される。
サンプルホールド回路６３とサンプリングホールド回路
７３との間、及びサンプリングホールド回路７３と信号
増幅器７５との間にはそれぞれサンプリング容量７１及
びホールド容量７４が接続されている。この様な構成に
よって、サンプルホールド回路６３から出力される映像
信号ＤＡＴはサンプリング容量７１にいったん蓄えられ
る。これを次の水平走査期間において、サンプルホール
ド回路７３を介してホールド容量７４に転送し、更に信
号増幅器７５を介してデータ信号線６７に出力される。

【００５８】この回路において、２つのサンプルホール
ド回路６３及び７３は、データ信号ＤＡＴを最大で１水
平走査期間の間だけ保持する必要があるため、高い保持
特性が要求される。一方、シフトレジスタなどで構成さ
れる走査回路６１は、正常なサンプリング信号を生成す
るために高速動作が要求され、また、映像信号をデータ
信号線に出力する信号増幅器７５は大きな負荷容量（デ
ータ信号線）を充放電するために高い駆動力が要求され
る。したがって、サンプルホールド回路６３及び７３
は、非晶質シリコンの結晶化を促進する触媒作用のある
金属元素を導入していない多結晶シリコン薄膜からなる
チャネル領域を有する薄膜トランジスタを用いて構成す
る。また、走査回路６１、バッファ回路６２、及び信号
増幅器７５は、非晶質シリコンの結晶化を促進する触媒
作用のある金属元素を導入した多結晶シリコン薄膜から
なるチャネル領域を有する薄膜トランジスタを用いて構
成する。

【００５９】この様に、異なる特性を備えていることが
要求される２つの回路をそれぞれに適した特性の薄膜ト
ランジスタで構成することにより、データ信号線駆動回
路６０全体の特性を高めることができ、高品位の画像表
示が可能となる。

【００６０】図５及び図６を参照して説明したデータ信
号線駆動回路６０及び７０は液晶表示装置に好適に用い
ることができる。図７に示すように、液晶表示装置８０
において、絶縁性基板８１上に複数の画素８２がマトリ
クス状に配置されている。また、画素８２を駆動するた
めのデータ信号線駆動回路８４及び走査信号線駆動回路
８５が絶縁性基板８１上に形成されている。各画素８２
は、スイッチング素子として薄膜トランジスタ８３を含
んでおり、薄膜トランジスタ８３を介して、画素８２
は、データ信号線駆動回路８４及び走査信号線駆動回路
８５に接続されている。

【００６１】データ信号線駆動回路８４は図５あるいは
図６に示されるデータ信号線駆動回路と同様の構造を備
えている。データ信号線駆動回路８４及び走査信号線駆
動回路８５を構成する薄膜トランジスタは画素８２の薄
膜トランジスタ８３と同じ工程により、絶縁性基板８１
上に形成される。このような構成によれば、低コストで
信頼性の高い液晶表示装置が実現できる。

【００６２】図８（ａ）及び（ｂ）は、本発明による更
に別の液晶表示装置の構成を説明するブロック図であ
る。

【００６３】図８（ａ）に示される液晶表示装置９０に
おいて、画素９１をスイッチングする薄膜トランジスタ
９２は、１フレーム期間の間だけ、画像信号を保持する
必要があるため、非常に高い保持性能が要求される。一
方、データ信号線駆動回路９３及び走査信号線駆動回路
９４は、比較的大きな負荷を駆動する必要があるため、
大きな駆動力が要求される。したがって、図８（ａ）の
ように、画素９１を構成する薄膜トランジスタ９２に
は、非晶質シリコンの結晶化を促進する触媒作用がある
金属元素が添加されていない多結晶シリコン薄膜からな
るチャネル領域を有する薄膜トランジスタを用い、デー
タ信号線駆動回路９３及び走査信号線駆動回路９４に
は、非晶質シリコンの結晶化を促進する触媒作用がある
金属元素が添加された多結晶シリコン薄膜からなるチャ
ネル領域を有する薄膜トランジスタを用いることによ
り、上記要求を同時に満たすことができる。その結果、
映像信号の画素への書き込み及び保持を高精度に行うこ
とができ、高品位の画像表示が可能となる液晶表示装置
が実現される。

【００６４】また、上述したように、データ信号線駆動
回路のサンプルホールド回路は、画素の薄膜トランジス
タほどではないにしても、比較的高い保持性能が要求さ
れるので、トランジスタの特性によっては、この部分を
構成する薄膜トランジスタも非晶質シリコンの結晶化を
促進する触媒作用がある金属元素が添加されていない多
結晶シリコン薄膜からなるチャネル領域を有する薄膜ト
ランジスタを用いることが好ましい場合がある。

【００６５】その場合には図８（ｂ）に示すように、デ
ータ信号線駆動回路９５のサンプルホールド回路９６を
構成するトランジスタ及び画素の薄膜トランジスタ９２
には、非晶質シリコンの結晶化を促進する触媒作用があ
る金属元素が添加されていない多結晶シリコン薄膜から
なるチャネル領域を有する薄膜トランジスタを用いれば
よい。これにより、上記要求を同時に満たし、映像信号
の画素への書き込み及び保持を高精度に行うことができ
るので、高品位の画像表示が可能となる液晶表示装置が
実現される。

【００６６】本発明は上記説明から明らかなように、液
晶表示装置に用いられる薄膜トランジスタ回路のみなら
ず、高速動作あるいは高い駆動能力が要求される回路と
高い保持特性が要求される回路とを含む種々の用途の薄
膜トランジスタ回路に適用できる。例えば、電界放出素
子（ＦＥＤ）ディスプレイやデジタルミラーデバイス
（ＤＭＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）ティスプレイ、
ＥＬディスプレイなどの画像表示装置に用いる薄膜トラ
ンジスタ回路にも適用できる。また、密着型イメージセ
ンサーやフラッシュメモリーなど結晶シリコン薄膜トラ
ンジスタを用いた他の様々な分野に応用できる。

【００６７】

【発明の効果】本発明によれば、高速動作速度あるいは
高い駆動力を備えた回路、及び高い保持特性を備えた回
路を含む特性の優れたモノリシックな薄膜トランジスタ
回路が得られる。

【００６８】また、この多結晶シリコン薄膜トランジス
タ回路を、画像表示装置の駆動回路に適用することによ
り、表示性能の高い画像表示装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の薄膜トランジスタ回路を示すブロック
図である。

【図２】（ａ）はダイナミック回路の一例を示す回路図
であり、（ｂ）はスタティック回路の一例を示す回路図
である。

【図３】（ａ）から（ｆ）は本発明の薄膜トランジスタ
回路を構成する薄膜トランジスタの製造方法を説明する
断面図である。

【図４】（ａ）及び（ｂ）は本発明の薄膜トランジスタ
回路を構成する薄膜トランジスタの別な製造方法を説明
する断面図である。

【図５】本発明の薄膜トランジスタ回路の一例であるデ
ータ信号線駆動回路のブロック図である。

【図６】本発明の薄膜トランジスタ回路の別な一例であ
るデータ信号線駆動回路のブロック図である。

【図７】本発明の画像表示装置の一例を示す液晶表示装
置の構成を概略的に説明する図である。

【図８】（ａ）及び（ｂ）は本発明の画像表示装置の別
な一例を示す液晶表示装置のブロック図である。

【図９】（ａ）は従来の液晶表示装置のブロック図であ
り、（ｂ）はその画素部分の等価回路図である。

【図１０】従来の画像表示装置のデータ信号線駆動回路
のブロック図である。

【図１１】従来の画像表示装置の別なデータ信号線駆動
回路のブロック図である。

【図１２】（ａ）から（ｆ）は従来の薄膜トランジスタ
回路を構成する薄膜トランジスタの製造方法を説明する
断面図である。

【符号の説明】

１０薄膜トランジスタ回路１１ダイナミック回路１２スタティック回路６０、７０、８４、９３、９５データ信号線駆動回路６１走査回路６２バッファ回路６３、７３、９６サンプルホールド回路７１サンプリング容量７４ホールド容量７５信号増幅器８０、９０液晶表示装置８１絶縁性基板８２、９１画素８３、９２薄膜トランジスタ８５、９４走査信号線駆動回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性基板上に形成され、結晶化を助長
する金属元素が添加された多結晶シリコン膜からなるチ
ャネル領域を有する第１のトランジスタと、絶縁性基板
上に形成され、結晶化を助長する金属元素を含まない多
結晶シリコン膜からなるチャネル領域を有する第２のト
ランジスタとを含む薄膜トランジスタ回路。
【請求項２】前記薄膜トランジスタ回路は、スタティ
ック回路部とダイナミック回路部とを含み、該スタティ
ック回路部は少なくとも１つ以上の前記第１のトランジ
スタから構成され、該ダイナミック回路部は少なくとも
１つ以上の前記第２のトランジスタから構成される請求
項１に記載の薄膜トランジスタ回路。
【請求項３】前記薄膜トランジスタ回路は、画像表示
装置の表示部に画像データを供給するためのデータ信号
線駆動回路であって、該データ信号線駆動回路は、少な
くとも１つ以上の前記第２のトランジスタから構成され
るサンプルホールド回路と、少なくとも１つ以上の前記
第１のトランジスタから構成される該サンプルホールド
回路以外の回路とからなる請求項２に記載の薄膜トラン
ジスタ回路。
【請求項４】前記結晶化を助長する金属元素はニッケ
ル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、パラジウ
ム（Ｐｄ）、または白金（Ｐｔ）のうちの少なくとも１
つ以上を含む請求項１から３のいずれかに記載の薄膜ト
ランジスタ回路。
【請求項５】絶縁性基板と、該絶縁性基板上にマトリクス状に配置された複数の画素
と、該絶縁性基板上に形成され、該画素を駆動するためのデ
ータ信号線駆動回路とを備えたアクティブマトリクス型
画像表示装置であって、該データ信号線駆動回路は、該絶縁性基板上に形成さ
れ、結晶化を助長する金属元素が添加された多結晶シリ
コン膜からなるチャネル領域を有する第１のトランジス
タから構成されるサンプルホールド回路と、該絶縁性基板上に形成され、結晶化を助長する金属元素
を含まない多結晶シリコン膜からなるチャネル領域を有
する第２のトランジスタから構成される該サンプルホー
ルド回路以外の回路とを含むアクティブマトリクス型画
像表示装置。
【請求項６】絶縁性基板と、該絶縁性基板上にマトリクス状に配置された複数の画素
と、該絶縁性基板上に形成され、該画素を駆動するためのデ
ータ信号線駆動回路と走査信号線回路との少なくとも一
方を備えたアクティブマトリクス型画像表示装置であっ
て、該データ信号線駆動回路と該走査信号線回路との少なく
とも一方の回路の一部は、該絶縁性基板上に形成され、
結晶化を助長する金属元素が添加された多結晶シリコン
膜からなるチャネル領域を有する第１のトランジスタか
ら構成されており、該複数の画素のそれぞれは結晶化を
助長する金属元素を含まない多結晶シリコン膜からなる
チャネル領域を有する第２のトランジスタを含むアクテ
ィブマトリクス型画像表示装置。
【請求項７】前記結晶化を助長する金属元素はニッケ
ル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、パラジウ
ム（Ｐｄ）、または白金（Ｐｔ）のうちの少なくとも１
つ以上を含む請求項５または６のいずれかに記載のアク
ティブマトリクス型画像表示装置。