專利名稱：有源矩陣顯示器和電光元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有源矩陣顯示器的結(jié)構(gòu)，具體地說(shuō)涉及改善觀察屏上顯示的圖像質(zhì)量的電路和器件的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
圖2A示意地表示出一個(gè)常規(guī)的有源矩陣顯示器。圖2A，虛線包圍的區(qū)204是一個(gè)顯示區(qū)。在區(qū)204中，薄膜晶體管201(圖中只示出一個(gè))按行和列排列。圖像信號(hào)線工數(shù)據(jù)信號(hào)線206與薄膜晶體管201的源極相互連通。選通信號(hào)線205(圖中只示出了一個(gè))與薄膜晶體管201的柵極相互連通。
現(xiàn)在，我們來(lái)看驅(qū)動(dòng)器裝置。薄膜晶體管201的作用是轉(zhuǎn)接數(shù)據(jù)并驅(qū)動(dòng)液晶盒203。用附加電容器202(僅示出了其中的一個(gè))來(lái)增大液晶盒的電容，并用于保持圖像數(shù)據(jù)。使用薄膜晶體管201來(lái)轉(zhuǎn)接用加在液晶盒兩端的電壓表示的圖像數(shù)據(jù)。今VGS是每個(gè)薄膜晶體管的柵極電壓。令I(lǐng)D是漏極電流。具體來(lái)說(shuō)，若柵極電壓VGS處在薄膜晶體管的截止區(qū)，則漏極電流ID增加，并稱之為截上電流。
對(duì)于N溝道薄膜晶體管，通過(guò)流過(guò)在P型層和N型層間形成的PN結(jié)的電流來(lái)規(guī)定柵極電壓VGS負(fù)偏置時(shí)流過(guò)的截止電流。P型層是在薄膜半導(dǎo)體的表面上形成的。N型層是在源極和漏極區(qū)形成的。因?yàn)樵诒∧ぞw管中存在許多陷阱，所以這種PN結(jié)是不完整的，因此PN結(jié)有產(chǎn)生漏電流的趨勢(shì)。隨著柵極偏置更負(fù)，截止電流也隨之增加，其理由如下在薄膜半導(dǎo)體表面上形成的P型層中的載流子濃度增加了，因此減小了PN結(jié)中能量位壘的寬度。結(jié)果，使電場(chǎng)集中，因而增大了從PN結(jié)漏出的電流。
按這種方式產(chǎn)生的截止電流在很大程度上取決于源/漏電壓。例如，眾所周知，當(dāng)加在薄膜晶體管的源極和漏極之間的電壓增加時(shí)，截止電流急驟地增大。即，加10伏電壓時(shí)的截止電流不僅僅是源極和漏極間加5伏電壓時(shí)的截止電流的兩倍。這種非線性還取決于柵極電壓。一般而言，只要加到柵極的反向偏置很大(對(duì)于N溝道類型，為一個(gè)很大的負(fù)壓)，這個(gè)比例是很大的。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，提出了一種多柵極方法，如在日本專利出版物No.44195/1993和No.44196/1993所述。按此方法，薄膜晶體管是串聯(lián)連接的。這種方法旨在通過(guò)減小加在每個(gè)薄膜晶體管的源極和漏極之間的電壓來(lái)減小每個(gè)薄膜晶體管的截止電流。如，兩個(gè)薄膜晶體管如該專利的圖2(b)所示串聯(lián)連接，加在每個(gè)薄膜晶體管的源極和漏極之間的電壓減半。由于上述的原理，這將使截止電流減小10倍，甚至100倍。
TFT(薄膜晶體管)、源極接線、以及柵極接線都是在一個(gè)有源矩陣電路中形成的，這些元件阻礙光的透射?？捎脕?lái)顯示圖像的區(qū)域的面積與整個(gè)面積的比(孔徑比)很小?？讖浇?jīng)的典型數(shù)值是30-60％。特別是在包括有源矩陣電路的用強(qiáng)光背照明的背照明顯示器件中，若孔徑比很小，則入射光的大部分都被TFT和液晶材料吸收，因此使TFT和液晶材料發(fā)熱。結(jié)果使它們的特性變壞。
但由于對(duì)在液晶顯示器上顯示的圖像的特性的要求較為嚴(yán)格，因此通過(guò)上述多柵極方法將截止電流減小到要求的數(shù)量是比較困難的。具體而論，如果將柵極的數(shù)目(或者，薄膜晶體管的數(shù)目)增至3、4和5個(gè)時(shí)，則加在每個(gè)TFT的源極和漏極間的電壓就可應(yīng)減小到1/3、1/4、和1/5。按這種方式減小電壓不會(huì)很迅速。因此，若將源極和漏極間的電壓減小100倍，則需要高達(dá)100個(gè)柵極。這就是說(shuō)，按這種方法，在柵極數(shù)量為2時(shí)的優(yōu)點(diǎn)是最明顯的。
圖21和22表示在有源矩陣電路中TFT的常規(guī)布置。柵極接線19(只示出一個(gè))和源極接線21(只示出一個(gè))彼此交叉，基本上成直角。分支線20(只示出一個(gè))自柵極接線伸出并和薄膜半導(dǎo)體區(qū)重疊。因此，用分支線20作TFT的柵極。在每個(gè)薄膜半導(dǎo)體區(qū)的一端形成象素電極22和接觸點(diǎn)25。在另一端，形成源極接線和接觸點(diǎn)24。
每個(gè)薄膜半導(dǎo)體區(qū)與柵極接線大致重疊的那個(gè)部分是溝道23。如圖21和22所示，溝道23和源極接線21隔開(kāi)得很寬。從柵極接線引出的分支線20增大了TFT占據(jù)的面積，從而使孔徑比變壞。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問(wèn)題，特提出本發(fā)明。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種象素電路，該電路將加在與象素電極相連的每個(gè)TFT(薄膜晶體管)的源極和漏極之間的電壓降低到小于在正常情況下獲得的電平的1/10左右，并且最好為1/100左右，從而減小了截止電流。這個(gè)象素電極的特征在于用于上述目的的TFT的數(shù)目得以充分減小。TFT的數(shù)目最好小于5，小于3則更好。
本發(fā)明的另一目的是提供包括TFT的有源矩顯示器，它能在不降低孔徑比的情況下防止TFT受到光的照射。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種有源矩陣顯示器，包括一個(gè)表面絕緣的襯底；在所述絕緣表面上形成的一個(gè)半導(dǎo)體層，所述半導(dǎo)體層包括至少第一和第二溝道、在所述第一和第二溝道之間的第一摻雜區(qū)、和一對(duì)第二摻雜區(qū)，其中所述第一和第二溝道位于所述一對(duì)第二摻雜區(qū)之間；形成在所述半導(dǎo)體層上的第一絕緣層；形成在所述絕緣層上的一個(gè)柵線，其中所述柵線在所述第一和第二溝道之上延伸；形成在所述柵線之上的第二絕緣層；形成在所述第二絕緣層之上的一個(gè)源線，其中所述源線電連接到所述一對(duì)第二摻雜區(qū)中的一個(gè)摻雜區(qū)上；形成在所述源線之上的第三絕緣層；和形成在所述第三絕緣層之上的一個(gè)像素電極，其中所述像素電極電連接到所述一對(duì)第二摻雜區(qū)的另一個(gè)摻雜區(qū)上；其中所述第一和第二溝道中的一個(gè)溝道被所述源線覆蓋，而另一個(gè)溝道不被所述源線覆蓋。
其中，所述半導(dǎo)體層可以是多晶硅。
所述半導(dǎo)體層可以是U形的。
所述源線可以與所述一對(duì)第二摻雜區(qū)中的一個(gè)摻雜區(qū)直接接觸。
所述像素電極可以與所述一對(duì)第二摻雜區(qū)的另一個(gè)摻雜區(qū)直接接觸。
所述有源矩陣顯示器可以是液晶顯示器。
用圖2(C)來(lái)說(shuō)明本發(fā)明構(gòu)思所依據(jù)的理論，其中的TFT221和222是串聯(lián)連接的。電容器223插在TFT221和222之間，以防低TFT222(尤其是位于象素電極一側(cè)的TFT222)的源極和漏極之間產(chǎn)生的電壓。這樣就降低了TFT222的截止電流。圖中所示的電容器224并非總是必要的。相反，電容器224增加了寫(xiě)入期間的負(fù)荷。因此，如果象素盒225的電容和電容器223的電容之比適當(dāng)，則可望省去電容器224。
下面詳細(xì)描述其工作過(guò)程。當(dāng)將一個(gè)選擇信號(hào)送到柵極信號(hào)線226時(shí)，兩個(gè)TFT(221和222)都導(dǎo)通。電容器223、224和象素盒225依據(jù)圖像信號(hào)線227上的信號(hào)被充電。當(dāng)它們充完電時(shí)，即獲得了平衡態(tài)時(shí)，加在TFT222源極的電壓就基本上等于加在TFT222漏極上的電壓。
在這種情況下，若讓選擇信號(hào)中止，則兩個(gè)TFT221和222都截止。然后將另一個(gè)象素的信號(hào)加到圖像信號(hào)線227上。TFT221只產(chǎn)生數(shù)量有限的漏電流。因此，使存貯在電容器223中的電荷釋放掉，引起電壓下降，但電壓下降的速率大致等于如圖2(A)所示的普通的有源矩陣電路的電容器202兩端電壓下降的速率。
另一方面，就TFT222而論，源極和漏極間的電壓開(kāi)始時(shí)幾乎為零。由于這一原因，截止電流相當(dāng)小。然后，使電容器223兩端電壓下降。因此，源極和漏極間的電壓逐漸增大。這又使截止電流增大。顯然，截止電流的這種增大又使象素盒225兩端的電壓下降，但這種下降卻比圖2(A)所示的普通的有源矩陣電路的情況下的電壓下降緩和得多。
例如，假定TFT201和222的特性類似，并且假定加在電容器202兩端的電壓在一幀期間從10伏變到9伏，或變化到90％。在圖2(A)所示的情況下，加在象素盒203兩端的電壓在一幀期間下降到9伏。但在圖2(C)所示的情況下，即使回電容器223兩端的電壓降到9伏，截止電流也相當(dāng)小，這是因?yàn)門FT222的源極和漏極間的電壓是1伏的緣故。在一幀結(jié)束時(shí)就是這種情況。因此，從象素盒225和從電容器224釋放的電荷的累積數(shù)量相當(dāng)小。因而，使象素盒225兩端的電壓基本上維持在10伏。
比較圖2(A)所示的情況和圖2(B)所示的情況是不容易的。在圖2(B)中，加在一個(gè)TFT的源極和漏極之間的電壓是在圖2(A)情況下所加電壓(10伏)的一半(或5伏)。和圖2(C)所示的TFT222的情況不同，源極和漏極間的電壓不太可能是1伏。這是本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)之一。
如果在TFT221和222的溝道中插入LDD區(qū)或偏置區(qū)，則這些區(qū)就分別形成漏極電阻和源極電阻。這就減小了漏極結(jié)的電場(chǎng)強(qiáng)度。顯然這進(jìn)一步減小了截止電流。
如果如圖2(D)所示將TFT和電容器的組合疊加起來(lái)，則可產(chǎn)生更好的效果。但效果改善的速率不如用圖2(C)所示的結(jié)構(gòu)代替圖2(A)所示的結(jié)構(gòu)。
在上述結(jié)構(gòu)中，電容器223和224可以是普通的電容器。若其中的一個(gè)或兩個(gè)電容器是MOS型電容器，則實(shí)現(xiàn)集成會(huì)更加有效。如前所述，電容器224并非總是必要的。如果在TFT221和222之間形成一個(gè)輕度攙雜區(qū)以形成其中插有并聯(lián)電阻的電路結(jié)構(gòu)，那么還可能進(jìn)一步減小截止電流。
每個(gè)電容器都由一個(gè)固定電容器組成，包括兩個(gè)相對(duì)的金屬電極。另外，每個(gè)電容器還可以由一個(gè)MOS型電容器組成，該MOS型電容器是通過(guò)在一個(gè)基本上本征半導(dǎo)體膜上疊層一個(gè)柵絕緣膜和一個(gè)柵極而形成的。MOS型電容器的特征是電容隨柵極上的電位而變。
按MOS型電容器的一個(gè)實(shí)例，三個(gè)或更多個(gè)TFT與每個(gè)象素電極串聯(lián)連接。除了位于相對(duì)兩端的那些串聯(lián)連接的TFT以外，至少有一個(gè)TFT保持在導(dǎo)電狀態(tài)并用作一個(gè)電容器。在另外一個(gè)實(shí)例中，MOS型電容器連接到串聯(lián)連接的一個(gè)TFT的漏極和另一個(gè)TFT的源極的結(jié)合點(diǎn)上。通過(guò)將MOS電容器的柵極保持在適當(dāng)?shù)碾娢簧暇涂梢缘玫揭粋€(gè)穩(wěn)定的靜電電容。
本發(fā)明的特征在于所形成的源極接線能覆蓋TFT中的溝道。TFT可以是上柵型TFT，它是通過(guò)依次形成薄膜半導(dǎo)體區(qū)、柵極接線(柵極)、層間絕緣體、以及源極接線得到的。另外，TFT也可以是下柵型TFT，它是通過(guò)依次形成柵極接線(柵極)、薄膜半導(dǎo)體區(qū)、層間絕緣體、和源極線得到的。值得注意的是，使用下柵型TFT的普通有源矩陣電路是沒(méi)有層間絕緣體的。但在本發(fā)明中，需要有層間絕緣體來(lái)提供溝道和源極接線間的絕緣。
在本發(fā)明中，不形成與圖21和22中的分支線20對(duì)應(yīng)的任何結(jié)構(gòu)。在源極接線下方形成一個(gè)溝道。這就減小了TFT占用的面積。孔徑比也加大了。借助于光很容易影響TFT中的溝道。因此，可以按常規(guī)方式封閉整個(gè)TFT。另外，還形成一個(gè)遮光膜。這就進(jìn)一步減小了孔徑比。在本發(fā)明中，使源極接線覆蓋溝道，因此可屏蔽溝道，不受外界光的影響。因此，形成遮光膜不是必要的。這對(duì)加大孔徑比是十分有效的。
這種結(jié)構(gòu)的有源矩陣電路用于背照明顯示器件是十分有益的。如以上所述，對(duì)于背照明顯示器件，要求有高的孔徑比。此外，該顯示器件是用強(qiáng)光照明的。因此，強(qiáng)制要求TFT避光。在本發(fā)明中，光從上面的源極接線上投射出去。這就保證了源極接線可為TFT中的溝道擋光。
在下面對(duì)本發(fā)明的描述中將會(huì)出現(xiàn)本發(fā)明的其它目的和特點(diǎn)。


圖1(A)-1(E)是本發(fā)明的有源矩陣電路的分解發(fā)電路圖；
圖2(A)是現(xiàn)有技術(shù)有源矩陣電路的分解示意電路圖；圖2(B)-2(D)是本發(fā)明的有源矩陣電路的分散示意電路圖；圖3(A)-3(D)是說(shuō)明本發(fā)明的半導(dǎo)體區(qū)和柵極的布局的視圖；圖4(A)-4(F)是本發(fā)明的有源矩陣電路器件的剖面圖，說(shuō)明制造電路器件的一種方法的工藝順序；圖5(A)-5(E)是本發(fā)明的有源矩陣電路器件的剖面圖，說(shuō)明制造電路器件的另一種方法的工藝順序；圖6是說(shuō)明驅(qū)動(dòng)本發(fā)明的有源矩陣電路器件的方式的曲線圖；圖7(A)-7(D)是包括本發(fā)明的半導(dǎo)體區(qū)和柵極的布局視圖和電路圖；圖8(A)-8(C)是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體區(qū)和柵極的布局的視圖；圖9(A)-9(F)是表示本發(fā)明的象素電極和其它元件的布局的視圖；圖10(A)-10(E)是有源矩陣電路器件的剖面圖，說(shuō)明制造本發(fā)明的電路器件的第三種方法的工藝順序；圖10(F)是按本發(fā)明的有源矩陣電路的電路圖；圖11(A)-11(C)是表示本發(fā)明的象素電極和其它元件的布局的視圖；圖12是本發(fā)明的有源矩陣電路器件的剖面圖；圖13是一個(gè)TFT的頂視圖和剖面圖，說(shuō)明制造本發(fā)明的TFT制造步步驟；圖14是另一個(gè)TFT的頂視圖和剖面圖，說(shuō)明制造本發(fā)明的TFT的制造步驟；圖15是第三種TFT的頂視圖和剖面圖，說(shuō)明制造本發(fā)明的TFT的制造步驟；圖16是第四種TFT的頂視圖和剖面圖，說(shuō)明制造本發(fā)明的TFT的制造步驟；圖17是第五種TFT的頂視圖和剖面圖，說(shuō)明制造本發(fā)明的TFT的制造步驟；圖18是第六種TFT的頂視圖和剖面圖，說(shuō)明制造本發(fā)明的TFT的制造步驟；圖19是第七種TFT的頂視圖和電路圖，說(shuō)明制造本發(fā)明的TFT的制造步驟；
圖20是第八種TFT的頂視圖和電路圖，說(shuō)明制造本發(fā)明的TFT的制造步驟；圖21是表示一個(gè)TFT的常規(guī)布局的電路圖；以及圖22是說(shuō)明另一個(gè)TFT的常規(guī)布局的電路圖。
具體實(shí)施例方式
圖1(a)表示一個(gè)有源矩陣顯示器件，其中三個(gè)TFT與一個(gè)象素盒105的一個(gè)電極相連。所有這些TFT都是溝道型的TFT。TFT也可以是P溝道型的。在每個(gè)TFT都是使用由低溫工藝形成的結(jié)晶硅半導(dǎo)體的情況下，和N溝道型TFT相比，P溝道型TFT產(chǎn)生的截止電流較小，并且不太容易變壞。
兩個(gè)TFT101和102的柵極相互連接，并和柵極信號(hào)線相連。TFT101的源極與圖像信號(hào)線相連。第三個(gè)TFT103保持導(dǎo)通并連接在兩個(gè)TFT101和102之間。若使TFT103保持導(dǎo)通狀態(tài)，需要給TFT103的柵極加上一個(gè)足夠高的正電位，使TFT103幾乎不受圖像信號(hào)和其它信號(hào)的影響。
例如，圖像信號(hào)從-10伏變到+10伏，則TFT103的柵極要保持在+15伏以上，最好是+20鈦以上。例如，若TFT103的柵極電位為+11伏，則柵極和源極間的電位差是閾電壓附近變化，即從+1伏變化到+11伏。還使TFT103得到的電容量發(fā)生很大的變化。另一方面，若TFT103的柵極電位是+20伏，則柵極和源極間電位差從+10伏變到+30伏，離開(kāi)閾電壓足夠遠(yuǎn)。因此，TFT103得到的電容幾乎不變。
液晶盒105和附加電容器104與TFT102的漏極相連。液晶盒105和附加電容器104的另一個(gè)電極接地。如果液晶盒105的電容足夠大，可省去附加電容器104。用光學(xué)方法確定MOS型電容器103的電容和附加電容器104的電容再加上淮晶盒105的電容之和的比。
現(xiàn)在描述圖1(a)所示結(jié)構(gòu)的工作過(guò)程。在兩個(gè)TFT101和102的柵極上加上一個(gè)高電平的電壓，使TFT101和102導(dǎo)通。和圖像信號(hào)對(duì)應(yīng)的一個(gè)電流流過(guò)TFT101的源極。保持導(dǎo)通狀態(tài)并和TFT101的漏接相連的TFT103起一個(gè)電容器的作用并且開(kāi)始充電。由于TFT103保持導(dǎo)通狀態(tài)，所以電流從TFT102的源極流到它的漏極，從而對(duì)附加電容104和液晶盒105充電。
然后，如果在TFT101和102上加上一個(gè)低電平的電壓，則TFT101和102被偏置成截止。加在TFT101源極上的電壓下降，使截止電流流過(guò)保持導(dǎo)通狀態(tài)的TFT103。于是，開(kāi)始放電。但一直導(dǎo)通的TFT103的電容使與該象素相連的TFT的漏極和源極間的電壓下降推遲。因此，使從附加電容器104和從液晶盒105釋放出來(lái)的電荷數(shù)量減小。從液晶盒105放出的電荷數(shù)量得以抑制，直到下一幀圖像期間該TFT被驅(qū)動(dòng)，變成導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)為止。圖6中的曲線(a)表示按這種方式變化的漏極電壓。
再次參照?qǐng)D1(a)，我們現(xiàn)在討論一個(gè)電路，其中沒(méi)有一直導(dǎo)通的N溝道TFT103。兩個(gè)N溝道TFT101和102的柵極相互連通。液晶盒105和附加電容104都連到TFT102的漏極。這就是圖2(B)所示的電路，并稱之為所謂的多柵極電路。
在兩個(gè)TFT101和102的柵極上先加上一個(gè)高電平電壓，使它們導(dǎo)通。電流流過(guò)TFT101和102的源極，使附加電容器104和液晶盒105充電。
然后，在TFT101和102的柵極上加上一個(gè)低電平電壓。結(jié)果，將TFT101和102偏置成截止。TFT101上的電壓下降。這就使TFT102的漏極電壓降低。因此，附加電容器104和液晶盒105開(kāi)始放電。圖6中的曲線(b)表示按此方式變化的漏極電壓。釋放的電荷數(shù)量大于在圖6曲線(a)所示的情況。電壓降也較大。
本例體現(xiàn)了本發(fā)明的實(shí)用特性。顯然，如果將一個(gè)和TFT102和103類似的TFT按照和圖2(D)所示相同的方式插在TFT102和104之間，則可以得到更大的好處。
例2圖1(b)表增一個(gè)有源矩陣電路的象素的實(shí)例，其中的兩個(gè)TFT與一個(gè)象素電極相連。所有的TFT都是N溝道型的。若它們都是P溝道的，也可得到類似的優(yōu)點(diǎn)。
兩個(gè)TFT111和112的柵極相互連接，并且連到一個(gè)柵極信號(hào)線上。MOS型電容器113連在每個(gè)TFT的源極和漏極之間?？赏ㄟ^(guò)短路一個(gè)普通的TFT的源極和漏極來(lái)形成MOS型電容器113。由于MOS型電容器使用了N溝道的TFT，所以若將柵極保持在適當(dāng)?shù)恼娢簧希琈OS型電容器就能起一個(gè)電容器的用作。為使MOS型電容器的功能穩(wěn)定，最好將柵極電位維持在一個(gè)足夠高的電位上，這和例1的TFT103的柵極的情況相同。
為了實(shí)施本發(fā)明，必須在所說(shuō)的象素未被選擇的絕大部分的時(shí)間內(nèi)保持MOS型電容器113的柵極處在前述的電位上。當(dāng)該象素被選中時(shí)，即，將圖像信號(hào)線上出現(xiàn)的信號(hào)寫(xiě)入到該象素上時(shí)，最好將MOS型電容器113保持在以上所述的電位上。電容器114和MOS型電容器113的柵極和平行于柵極信號(hào)線延伸的一個(gè)電容器接線相連，并且保持在用于上述目的的電位上。
液晶盒115和附加電容器114連到TFT112的漏極上。TFT111的源極與圖像信號(hào)線相連。如果液晶盒115的電容足夠大，附加電容器114則是不必要的了。
現(xiàn)在描述圖1(b)所示結(jié)構(gòu)的工作過(guò)程。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，假定MOS型電容器113保持在足夠高的正電位上。首先，在兩個(gè)TFT111和112的柵極上加上一個(gè)高電平的電壓，使它們偏置成導(dǎo)通狀態(tài)。
結(jié)果，電流流過(guò)TFT111的源極。使與TFT111的漏極相連的MOS型電容器113開(kāi)始充電。電流從TFT112的源極流向漏極，對(duì)附加電容114和液晶盒115充電。
在此之后，對(duì)TFT111和112的柵極加上一個(gè)低電平的電壓，使TFT111和112截止。TFTTFT的源極電壓降低。來(lái)自該TFT的截止電流開(kāi)始給MOS型電容器113充電。但MOS型電容器113將與該象素相連的TFT的漏極和源極間的電壓下降推遲了。減小了從附加電容114和從液晶盒115釋放的電荷的數(shù)量。從液晶盒115釋放的電荷的數(shù)量得以抑制。一直到下一幀圖像期間該TFT被驅(qū)動(dòng)，變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)時(shí)為止。在該工作過(guò)程期間產(chǎn)生的信號(hào)的波形與例1中產(chǎn)生的波形相同。
例3圖1(c)表示一個(gè)有源矩陣電路的象素的一個(gè)實(shí)例，其中的兩個(gè)TFT與一個(gè)象素電極相連。所有TFT都是N溝道型的。若它們都是P溝道型的，則可得到類似的優(yōu)點(diǎn)。
兩個(gè)TFT121和122的柵極相互連接，并且連到一個(gè)柵極信號(hào)線上。在每個(gè)TFT的源極和漏極之間連接一個(gè)電容器123。
利用一個(gè)MOS型電容器來(lái)形成附加電容124。具體來(lái)說(shuō)，附加電容124是通過(guò)短路一個(gè)普通的TFT的源極和漏極型成的，和例2的MOS型電容器113形成的方式相同。由于這種MOS型電容器是由一個(gè)N溝道TFT組成的，所以若將其柵極保持在一個(gè)適當(dāng)?shù)恼娢簧?，則N溝道TFT就起一個(gè)電容器的作用。為使N溝道TFT作為電容器穩(wěn)定工作，最好將柵極保持在一個(gè)足夠高的正電位上，和例2的MOS型電容器113的柵極的工作方式相同。
為了實(shí)施本發(fā)明，必須至少在所說(shuō)象素未被選中的絕大部分時(shí)間內(nèi)將MOS型電容器124的柵極保持在前述的電平上。該象素被選中時(shí)，即將在圖像信號(hào)線上出現(xiàn)的信號(hào)寫(xiě)向該象素時(shí)，最好將附加電容器124的柵極保持在上述的電平上。電容器123、和MOS型電容器124的柵極都與平行于柵極信號(hào)線的一個(gè)電容器連線相連，并且都被保持在用于上述目的的電位上。
液晶盒125和附加電容器124都與TFT122的漏極相連。TFT121的源極與圖像信號(hào)線相連。按此方式構(gòu)成的電路器件的工作方式與例1和例2相同。
例4圖1(d)表示一個(gè)有源矩陣電路的象素的一個(gè)實(shí)例，其中的兩個(gè)TFT與一個(gè)象素電極連接。所有的TFT都是N溝道型的。如果它們是P溝道型的，也可得到類似的優(yōu)點(diǎn)。
兩個(gè)TFT131和132的柵極相互連接，并且都連到一個(gè)柵極信號(hào)線上。在每個(gè)TFT的源極和柵極之間連接一個(gè)電容器133。這個(gè)附加電容器133是通過(guò)短路一個(gè)普通的TFT的源極和漏極形成的，和例2的MOS型電容器113的情況相同。
在本例中，附加電容器134也是使用一個(gè)MOS型電容器形成的。由于這些MOS型電容器是N溝道的TFT，所以若將柵極保持在適當(dāng)?shù)恼娢?，則N溝道TFT就將起電容器的作用。為使N溝道的TFT穩(wěn)定地起電容器的作用。最好將柵極保持在足夠高的正電位上，和例2的MOS型電容器113的柵極的工作方式相同。為了實(shí)施本發(fā)明，必須至少在所說(shuō)的象素未被選中的絕大部分時(shí)間內(nèi)將這些MOS型的電容器的柵極保持在前述的電位上。
當(dāng)該象素被選中時(shí)，即在圖像信號(hào)線上出現(xiàn)的信號(hào)正要被寫(xiě)到該象素上時(shí)，最好將附加電容器的柵極保持在上述的電位上。MOS型電容器133和134的柵極與一個(gè)平行于柵極信號(hào)線延伸的電容器接線相連，并被保持在用于上述目的的電位上。
液晶盒135和附加電容134與TFT132的漏極相連。TFT131的源極與圖像信號(hào)線相連。按此方式構(gòu)成的電路器件的工作過(guò)程與例1-3相同。
例5
圖1(e)表示一個(gè)有源矩陣電路的象素的一個(gè)實(shí)例，其中的兩個(gè)TFT與一個(gè)象素電極相連。所有的TFT都是N溝道型的。如果它們都是P溝道型的，也有類似的優(yōu)點(diǎn)。
兩個(gè)TFT141和142的柵極相互連接，并且都連接到一個(gè)柵極信號(hào)線上。在每個(gè)TFT的源極和漏極之間連接一個(gè)電容器143。為了進(jìn)一步減小截止電流，在TFT141和142之間直接插進(jìn)一個(gè)電阻器146。電阻器146是通過(guò)在構(gòu)成TFT141和142的半導(dǎo)體膜中形成一個(gè)輕度攙雜的區(qū)域而形成的。
按照和例3相同的方式，使用一個(gè)MOS型電容器來(lái)形成附加電容器144。由于MOS型電容器是由溝道TFT組成的，和例3所述方式相同，所以若將柵極保持在一個(gè)適當(dāng)?shù)恼娢簧?，則N溝道的TFT就起電容器的作用。為使N溝道的TFT穩(wěn)定地起電容器作用，最好將該電位保持在足夠高的正電位上，和例3的MOS型電容器123的柵極的情況相同。為了實(shí)施本發(fā)明，必須至少在所說(shuō)象素未被選中的絕大部分時(shí)間內(nèi)將MOS型電容器144的柵極保持在前述的電位上。
當(dāng)該象素被選中時(shí)，即在圖像信號(hào)線上出現(xiàn)的信號(hào)正被寫(xiě)到該象素上時(shí)，最好將附加電容器144的柵極保持在上述的電位上。MOS型電容器143和144的柵極和平行于柵極信號(hào)線延伸的一個(gè)電容器接線相連，并被保持在用于上述目的電位上。
液晶盒145和附加電容器144與TFT142的漏極相連。TFT141的源極與圖像信號(hào)線相連。按此方式構(gòu)成的電路器件的工作過(guò)程與例1-4相同。
例6本例涉及制造例1-4的電路的工藝順序。在本例中，對(duì)柵極進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理以形成一個(gè)偏置柵極。這樣做就減小了截止電流。在日本公開(kāi)的專利No.267667/1993中公開(kāi)了對(duì)柵電極進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理的技術(shù)。
圖4(A)-4(D)說(shuō)明了本例的工藝順序。首先，在由康寧7059玻璃構(gòu)成的基片401上沉一個(gè)氧化硅緩沖膜402，膜厚為1000到3000埃，例如為3000埃?；?01的尺寸為100mm×100mm。為了沉積氧化硅膜，通過(guò)等離子體輔助的CVD法(化學(xué)汽相淀積法)來(lái)分解和沉積TEOS。這一制造步驟也可通過(guò)濺射技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
通過(guò)等離子體輔助的CVD法或通過(guò)LPCVD法形成厚度為300-1500埃(如500埃)的非晶體膜。讓該疊層處在550℃-600℃的環(huán)境中24小時(shí)，以合非晶體膜結(jié)晶。這時(shí)，可加入痕量的鎳以促進(jìn)該結(jié)晶過(guò)程。在日本公開(kāi)的專利No.244104/1994中公開(kāi)了降低結(jié)晶溫度和縮短結(jié)晶時(shí)間的技術(shù)。
這一制造步驟也可利用依靠激光照射的光退火方法實(shí)現(xiàn)。還可利用熱退火和光退火的組合。對(duì)按此方式結(jié)晶的硅膜進(jìn)行蝕刻，以形成島區(qū)403。在這些島區(qū)403上形成柵極絕緣膜404。在本例中，通過(guò)等離子體輔助的CVD法形成了厚度為700-1500埃(如，1200埃)的氧化硅膜。這一步驟也可通過(guò)濺射技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
在此之后，通過(guò)濺射形成含1％硅(按重量計(jì))或含0.1-0.3％鈧(按重量計(jì))的并且厚度為1000埃至3μ(如，5000埃)的鋁膜。對(duì)該鋁膜進(jìn)行蝕刻以形成柵極405、406、和407(圖4(A))。
隨后，在電解液內(nèi)讓一個(gè)電流流過(guò)柵極以對(duì)柵極進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理，按此方式形成厚度為500-2500埃(如，2000埃)的陽(yáng)極氧化的膜。用乙二醇將L-酒石酸稀釋到濃度為5％，并用氨水調(diào)節(jié)pH值到7.0±0.2，從而得到所用的電解液。將疊層浸入該電解液中。將可調(diào)電流源的正端連到基片上的柵極上。將一個(gè)鉑電極與電流源的負(fù)端相連。加上電壓，保持電流為20mA。氧化過(guò)程一直繼續(xù)到電壓達(dá)到150伏時(shí)為止。然后，氧化過(guò)程在電壓保持為150伏時(shí)繼續(xù)進(jìn)行，一直到電流降到0.1mA以下時(shí)為止。結(jié)果，得到了厚度為2000埃的鋁氧化膜408、409和410。
然后，使用柵極部分(即柵極和外圍的陽(yáng)極氧化膜部分)作為掩膜，通過(guò)自取向離子攙雜技術(shù)，將一種雜質(zhì)(如，磷)植入島403中。用磷化氫(PH3)作為摻雜氣體。在這種情況下，劑量為1×1014-5×1015個(gè)原子/cm2，而加速電壓為60-90生動(dòng)活千伏。當(dāng)劑量為1×1015個(gè)原子/cm2時(shí)，加速電子為80千伏。結(jié)果，形成了N型攙雜區(qū)411-414(圖4(B))。
用波長(zhǎng)為248nm、脈沖寬度為20毫微秒的KrF激發(fā)物激光照射該疊層以激活攙雜區(qū)411-414。激光的能量密度為200-400毫焦耳/cm2，最好為250-300毫焦耳/cm2。還可以利用熱退火來(lái)進(jìn)行這一制造步驟。在包含催化元素(如鎳)的情況下，可以通過(guò)在比正常工藝的溫度還低的溫度下進(jìn)行熱退火來(lái)激活這些攙雜區(qū)，如日本公開(kāi)的專利No.267989/1994所述。
將這種方式形成了N型攙雜區(qū)。在本例中，攙雜區(qū)距柵極較遠(yuǎn)，二者之間的距離等于陽(yáng)極氧化物的厚度。即，形成了一個(gè)偏置柵極。
然后，通過(guò)等離子體輔助的CVD法形成一個(gè)厚度為5000埃的氧化硅層間絕緣體415。這時(shí)，使用TEOS和氧氣作為氣態(tài)原材料對(duì)層間絕緣體415和柵極氧化膜404進(jìn)行蝕刻。在N型攙雜區(qū)411中形成接觸孔。然后，通過(guò)濺射技術(shù)形成一保鋁膜。對(duì)鋁膜進(jìn)行蝕刻以形成源電極和連接點(diǎn)416。它們都伸向圖像信號(hào)線(圖4(C))。
在此之后，形成一個(gè)鈍化膜。在本例中，利用NH3、SiH4、和H2的混合氣體，通過(guò)等離子輔助的CVD法，形成厚度為2000-8000埃(如4000埃)的一個(gè)氮化硅膜，以此作為這個(gè)鈍化膜。對(duì)鈍化膜417，層間絕緣體膜415、以及柵極絕緣膜404進(jìn)行蝕刻，從而在陽(yáng)極氧化物膜409上形成一些孔。在N型攙雜區(qū)414中形成一些接觸孔，以便和象素電極連接。然后濺射銦錫氧化物(ITO)，形成一個(gè)膜。對(duì)該ITO膜進(jìn)行蝕刻以形成象素電極418。
象素電極418位于陽(yáng)極氧化膜409的和柵極406相對(duì)的那一側(cè)。于是，產(chǎn)生了一個(gè)電容器419。如果N型攙雜區(qū)412和413保持在相同的電位，則在柵極406和下方的硅半導(dǎo)體之間就形成了一個(gè)MOS型電容器，該MOS型電容器用柵極絕緣膜404作電介質(zhì)(圖4(D))。
于是形成了一個(gè)具有N溝道TFT421、422、電容器419、420的有源矩陣電路器件。在本例中，象素電極與MOS型電容器共同作用形成了電容器，因此該電路與圖1(a)和1(b)所示的電路相同。
圖4(A)-4(F)是剖面圖。圖3(A)-3(D)是在這些剖面圖中所示結(jié)構(gòu)的頂視圖。在本例中，如果柵極如圖3(A)所示交叉穿過(guò)島區(qū)403，則通過(guò)柵極406形成TFT。另一方面，如果柵極406如圖3(B)-3(D)所示和島區(qū)403不交叉。則形成一個(gè)MOS型電容器。
在任何情況下，只要對(duì)柵極406加上足夠高的電位，就可在柵極下方的基本上本征半導(dǎo)區(qū)內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)溝道。結(jié)果，產(chǎn)生了一個(gè)電容器。對(duì)于圖3(A)所示的電路結(jié)構(gòu)，該溝道的電阻分量與溝道相對(duì)兩側(cè)的兩個(gè)TFT串聯(lián)插入。
為了更加可靠地引入一個(gè)電阻器，首先引入一種高濃度的雜質(zhì)(圖4(B))所示的步驟，而后引入低濃度的雜質(zhì)。如果輕度攙雜區(qū)480僅在靠近柵極406的區(qū)域形成，則可得到期望的結(jié)果。該輕度攙雜區(qū)的片電阻大于其它的攙雜區(qū)411-414的電阻。因此，從圖7(A)的電路得到了圖7(B)所示的電路，該電路和圖3(A)所示的在兩個(gè)TFT之間串聯(lián)插入另一個(gè)TFT的結(jié)構(gòu)一致(圖7(A)和7(B)。
在和圖3(B)所示結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的，并且在兩個(gè)TFT之間一個(gè)MOS型電容器的情況下，以類似的方式導(dǎo)出圖7(D)所示電路(圖7(C)和7(D))。
在任何情況下，電阻器480的作用都是減小截止電流。在本例中，存在多達(dá)3個(gè)柵極。但僅需要兩個(gè)接點(diǎn)。由于產(chǎn)生了一個(gè)電容器，所以如果使用多層金屬化，則所占面積很窄小。
圖3(A)表示的是標(biāo)準(zhǔn)的TFT。圖3(B)表示的是標(biāo)準(zhǔn)的電容器。因?yàn)樵谟性淳仃囯娐菲骷惺褂玫腡FT的溝道寬度一般很小，所以如果柵極406的寬度不夠大，則難以保證有足夠大的電容。在這種情況下，僅在如圖3(C)所示的MOS型電容器部分加寬島區(qū)403，另外，還可以如圖3(D)所示改變柵極406的形狀。
但如果使用這些方法都沒(méi)有得到足夠大的電容，則可將島區(qū)403改變成大致U形的，或馬蹄形的，如圖8(A)-8(C)所示。使柵極信號(hào)線和電容器線與U形島區(qū)重疊。即，半導(dǎo)體膜在兩個(gè)位置與柵極信號(hào)線或柵極405和407重疊。半導(dǎo)體膜在一個(gè)位置與電容器線或柵極406重疊，使形成的柵極信號(hào)線平行于電容器線。在這種情況下，柵極405和407可在一條直線上。這有益于設(shè)計(jì)。
在圖8(A)中，柵極406將半導(dǎo)體區(qū)分開(kāi)，因此其電路類似于圖3(A)所示的電路。圖8(A)所示結(jié)構(gòu)的特征在于半導(dǎo)體區(qū)有一個(gè)與圖像信號(hào)線相接觸的區(qū)411、一個(gè)與象素電極相接觸的區(qū)414、以及兩個(gè)N型區(qū)或P型區(qū)412和413。這兩個(gè)區(qū)412和413通過(guò)電路容器線和柵極信號(hào)線彼此分隔開(kāi)。
如果電容器線沒(méi)有完全和半導(dǎo)體膜重疊、但形成了如圖8(B)所示的一個(gè)外露的半導(dǎo)體區(qū)481，則不會(huì)發(fā)生任何問(wèn)題。要求是通過(guò)柵極信號(hào)線(即柵極405和407)和電容器線9即柵極406)將區(qū)412和413分隔開(kāi)來(lái)。
另一方面，在圖8(C)中，半導(dǎo)體區(qū)412和413沒(méi)有通過(guò)柵極406分隔開(kāi)，因此該電路類似于圖3(B)所示的電路。
按此方式，主要通過(guò)設(shè)計(jì)半導(dǎo)體膜(或有效層)的形狀就可加大器件密度。如果使用圖2(D)所示的2個(gè)TFT構(gòu)成一個(gè)開(kāi)關(guān)器件，則可將半導(dǎo)體膜的形狀確定成類似于字母N或S。讓行選擇信號(hào)和柵極信號(hào)線和這個(gè)半導(dǎo)體膜生例7在圖4(E)剖面圖中示出了本例。在本例中，在N溝道TFT452和453之間形成一個(gè)柵極454。在柵極454和下方的硅半導(dǎo)體之間形成一個(gè)MOS型電器450。電容器450使用一個(gè)柵絕緣膜作電介質(zhì)。在TFT453和象素電極457接點(diǎn)之間形成另一個(gè)柵極455，從而以類似的方式產(chǎn)生了一個(gè)MOS電容器451。金屬接點(diǎn)456是向圖像信號(hào)線的一個(gè)延長(zhǎng)部分。
在本例中，在TFT452和453之間形成第一MOS型電容器450。在象素電極457和TFT453之間形成第二MOS型電容器。因此，本例對(duì)應(yīng)于圖1(d)所示的結(jié)構(gòu)。在本例中，存在多達(dá)四個(gè)柵極，但僅有兩個(gè)接點(diǎn)是必要的。因此所占面積相當(dāng)小。
例8本例示于圖4(F)的剖面圖中。在本例中，金屬接點(diǎn)474自N溝道TFT472和473之間的界面伸出。在TFT473和象素電極476之間形成一個(gè)柵極477。金屬接點(diǎn)474伸向柵極477的上表面。使用一種陽(yáng)極氧化物作電介質(zhì)來(lái)形成電容器470。使用柵極絕緣膜作電介質(zhì)來(lái)形成另一個(gè)MOS型電容器471，該柵極絕級(jí)膜位于柵極477和下方的硅半導(dǎo)體層之間。金屬接點(diǎn)475是向圖像信號(hào)線的一個(gè)延長(zhǎng)部分。
在本例中，在MOS型電容器的柵極471和從TFT472及473伸出的電接點(diǎn)474之間產(chǎn)生一個(gè)電容器，其結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于圖1(C)所示的結(jié)構(gòu)。
例9圖5(A)-5(E)說(shuō)明本例的方法步驟順序。首先，在基片501上沉積厚度為2000埃的氧化硅緩沖層502。在結(jié)晶硅膜外形成一個(gè)島區(qū)503。在島區(qū)503上形成柵極絕緣膜504。
然后，通過(guò)濺射技術(shù)形成厚度為5000埃的鋁膜。為了改善在下面要完成的形成多孔陽(yáng)極氧化膜步驟中對(duì)光刻胼的粘結(jié)性，在該鋁膜表面上形成厚度為100-400埃的陽(yáng)極氧化薄膜。
隨后，通過(guò)旋涂法形成厚度約為1μm的光刻膠膜。通過(guò)公知的光刻法蝕刻?hào)艠O505、506、和507、在柵極上放置光刻膠掩膜508、509、和510(圖5(A))。
接下去，將該疊層浸入10％草酸的水性溶液中。將可調(diào)電流源的正端連接到疊層上的柵極505和507上。在負(fù)端上連接一個(gè)鉑電極，在這種條件下完成陽(yáng)極氧化過(guò)程。在日本公開(kāi)專利338612/1994中公開(kāi)了這一技術(shù)。這時(shí)，在5-50伏的一個(gè)恒壓下(如8伏10到500分鐘，例如200分鐘)完成該陽(yáng)極氧化過(guò)程。結(jié)果，在柵極505和507的側(cè)面上形成厚度為5000埃的多孔陽(yáng)極氧化物511和512。所得的陽(yáng)極氧化物是多孔的。由于在柵極上表面上存在掩膜材料508和510，所以幾乎不能進(jìn)行陽(yáng)極氧化過(guò)程。因?yàn)闆](méi)有電流流過(guò)柵極506，所以在柵極506上沒(méi)有發(fā)出陽(yáng)極氧化過(guò)程(圖5(B))。
隨后，除掉掩膜材料，露出柵極的上表面。按照和例6相同的方式，用乙二醇稀釋L-酒石酸，使其濃度為5％。用氨水將pH值調(diào)到7.0±0.2。在該電解液中給柵極505、506和507通上一個(gè)電流以便進(jìn)行陽(yáng)極氧化過(guò)程。一起是，形成了厚度500-2500埃(如，2000埃)的陽(yáng)極氧化物。結(jié)果，形成了厚度為2000埃的致密的鋁涂層513、514和515。
然后，使用柵極部分作為掩膜，通過(guò)自取向技術(shù)將一種雜質(zhì)(在本例中為硼)值入硅的島區(qū)503，形成一個(gè)P型攙雜區(qū)。在本例中，使用乙硼烷(B2H6)作攙雜氣體。劑是為1×1014到5×1015個(gè)原子/cm2。加速電壓為40到90千伏。例如，劑是為1×1015個(gè)原子/cm2，加速電壓為65千伏。結(jié)果，形成了P型攙雜區(qū)516-519(圖5(C))。
用波長(zhǎng)為248nm、脈沖寬度為20毫微秒的KrF激發(fā)物激光照射該疊層，以激活攙雜區(qū)516-519。而后，通過(guò)等離子體輔助的CVD法形成厚度為3000埃的氧化硅層間絕緣膜520。蝕刻層間絕緣膜520和柵極絕緣膜504。在P型攙雜區(qū)516中產(chǎn)生接觸孔。在此之后，通過(guò)濺射技術(shù)形成一個(gè)鋁膜。對(duì)鋁膜進(jìn)行蝕刻以形成一個(gè)圖像信號(hào)線521(圖5(D))。
然后，形成一個(gè)鈍化膜522。蝕刻鈍化膜522、層間絕緣膜520、和柵極絕緣膜504，以便在陽(yáng)極氧化膜514上形成孔并在P型攙雜區(qū)519內(nèi)形成接觸孔，使用這些接觸孔和象素電極接觸。沉積ITO，使其成為一個(gè)膜。蝕刻該ITO膜以形成象素電極523。象素電極523在柵極506的對(duì)面。于是產(chǎn)生了用陽(yáng)極氧化物膜514作電介質(zhì)的一個(gè)電容器。如果使P型攙雜區(qū)517和518保持在相同的電位上，則在柵極506和下方的硅半導(dǎo)體層之間就產(chǎn)生了一個(gè)MOS型電容器。該MOS型電容器用柵極絕緣膜504作電介質(zhì)(圖5(E))。
通過(guò)上述制造步驟形成了一種有源矩陣電路器件，它包含P溝道TFT526、527、電容器524、和MOS型電容器525。在本例中，每個(gè)象素電極都和MOS型電容器的柵極一起形成了一個(gè)電容器。因此，該電路類似于圖1(a)和1(b)所示的電路，只是晶體管導(dǎo)電類型相反。
在本例中，要求抑制TFT526和527的截止電流。這些TFT和例6的TFT相比有較大的偏置寬度。另一方面，MOS型電容器勿需偏置結(jié)構(gòu)，因此將MOS型電容器的偏置寬度調(diào)到一個(gè)很小的數(shù)值上。
例10圖9(A)-9(F)表示按本發(fā)明產(chǎn)生電路的方式。為此可使用公知的工藝技術(shù)或例6、或例9所述的工藝技術(shù)，因此下面將不對(duì)這些技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的描述。
首先，形成大致呈U形的或馬蹄形的半導(dǎo)體區(qū)或有效層601-604。在將有效層601用作基準(zhǔn)層的情況下，有效層602在同一列和下一行。有效層603在下一列和同一行。有效層604在下一例和下一行(圖9(A))。
然后，形成一個(gè)柵極絕緣膜(未示出0。在柵極絕級(jí)膜之外形成柵極信號(hào)605、606、和電容器接線607、608。在柵有信號(hào)線、電容器接線、和有效層之間的位置關(guān)系和圖8所示的位置關(guān)系相同(圖9(B))。
在將一種雜質(zhì)引入有效層中以后，在有效層左端形成接觸孔(如，611)。然后，產(chǎn)生圖像信號(hào)線609和610(圖9(C))。
然后，在由柵極信號(hào)線和圖像信號(hào)線包圍的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生象素電極612和613。以此方式，通過(guò)電容器接線607和有效層601形成一個(gè)TFT614。此時(shí)，電容器接線607和同一行的象素電極613不重疊，但和前一行的象素電極612重疊。這就是說(shuō)，就象素電極613而論，下一行的電容器接線608和象素電極613重疊，于是形成了電容器615。按照和其它一些實(shí)例中所用的相同的方式，將足以使TFT614成為另一個(gè)MOS型電容器的恒定電壓加到電容器接線607和608上(圖9(D))。
借此方式，使柵極信號(hào)線和前一行或下一行的象素電極重疊。于是，產(chǎn)生了如圖9(E)所示的電路。電容器615對(duì)應(yīng)于圖1(A)所示的電容器104。在基本上不降低孔徑比的條件下可以加上一個(gè)電容器。這對(duì)加大器件密度是有效的。
為了進(jìn)行參考，圖9(F)表示出現(xiàn)有技術(shù)的單位象素(見(jiàn)圖2(A))，它是在由行選擇信號(hào)線和圖像信號(hào)線(二者有規(guī)則地彼此間隔開(kāi))包圍的一個(gè)區(qū)內(nèi)形成的。由附加電容器202擋住的這個(gè)區(qū)和本例(圖9(D))的這個(gè)區(qū)相同。在本例中，半導(dǎo)體601幾乎完全由信號(hào)線605和607覆蓋。因此，孔徑比不下降。另一方面，面現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)中(圖9((F))，從行選擇信號(hào)線中分支出來(lái)的柵極使孔徑比變差。
本發(fā)明的電路配置和其它一些特征如下所述。
(1)與圖像信號(hào)線相連并且與象素電極相連的半導(dǎo)體區(qū)601的那些部分的位置和柵極信號(hào)線605在同一側(cè)。
(2)電容器接線607在和柵極信號(hào)線605相對(duì)的那一側(cè)。
(3)相鄰的象素電板612和同一行的電容器接線607重疊，但和圖像信號(hào)線609和610不重疊。
就一個(gè)有源矩陣電路的開(kāi)關(guān)器件和象素電極的關(guān)系而論，象素電極不應(yīng)和加有圖像信號(hào)的任何區(qū)域重疊。由于有上述特征，這一要求得以滿足。此外，還加大了孔徑比。
例11圖10(A)-10(F)表示本例的方法步驟順序。首先，在基片701上沉積厚度為2000埃的硅氧化物緩沖層702。在一個(gè)結(jié)晶的硅膜之外形成島區(qū)703。在島區(qū)上形成柵極絕緣膜704。
然后，使用和例9中使用的類似的技術(shù)，形成柵極705-707，柵極705-707主要由鋁構(gòu)成并涂有膜型陽(yáng)極氧化物。在本例中，將多孔的陽(yáng)極氧化物708只沉積在中央柵極的側(cè)表面上(圖10(A))。
通過(guò)干蝕刻方法對(duì)柵極絕緣膜704進(jìn)行蝕刻。結(jié)果，柵極絕緣膜留在了柵極705-70的下方以及柵極705-707的相應(yīng)的陽(yáng)極氧化物部分的下方的那些部分709-711上(圖10(B))。
在此之后，有選擇地除去多孔的陽(yáng)極氧化物708。在以前引用過(guò)的日本公開(kāi)專利No.338612/1994中公開(kāi)了用于這一制造步驟的技術(shù)(圖10(C))。
隨后，用該柵極部分和柵極絕緣膜710作掩膜，通過(guò)自取向技術(shù)將一種雜質(zhì)(在本例中為磷)植入硅島區(qū)703中，形成N型攙雜區(qū)。在本例中，這個(gè)離子植入方法主要包括兩個(gè)步驟。第一步，在高加速電壓和低劑量下植入雜質(zhì)。第二步，在低加速電壓和高劑量下植入雜質(zhì)。在第一步的實(shí)例中，加速電壓為80千伏，劑量為1×1013個(gè)原子/cm2。在第二步的實(shí)例中，加速電壓為20千伏，劑量為5×1014個(gè)原子/cm2。
在第一步中，離子得到很大的加速能量。因此，離子可穿過(guò)柵極絕緣膜710植入。此時(shí)形成的攙雜區(qū)是輕度攙雜的。在第二步中，可以形成重度攙雜區(qū)，但離子不可能穿過(guò)柵極絕緣膜710引入。結(jié)果，可分開(kāi)形成N型重度攙雜區(qū)712-715和N型輕度攙雜區(qū)716、717(圖10(D))。
在激活了按此方式形成的攙雜區(qū)712-717后，通過(guò)等離子輔助的CVD法形成厚度為3000埃的硅氧化物膜718，即層間絕緣膜。蝕刻層間絕緣膜718并在N型重度攙雜區(qū)712內(nèi)形成接觸孔。然后通過(guò)濺射技術(shù)形成一個(gè)鋁膜。蝕刻鋁膜以形成圖像信號(hào)線。
然后，形成鈍化膜720。蝕刻鈍化膜720和層間絕緣膜718，以在N型重度攙雜區(qū)71 5中形成接觸孔，用這些接觸孔和象素電極連接。形成一個(gè)ITO膜并對(duì)其進(jìn)行蝕刻以形成象素電極721(圖10(E))。
通過(guò)上述這些制造步驟可獲得圖10(F)所示的電路。將柵極706保持在適當(dāng)?shù)碾娢簧?，就可將該電路作為電容器使用。N型輕度攙雜區(qū)718和717的作用是與TFT串聯(lián)插入的電阻器，并且區(qū)716和717在減小截止電流方面是有效的(圖10(E))。
例12圖11(A)-11(C)表示按照本發(fā)明建立電路的方式。為此，可以使用公知的工藝技術(shù)或使用例6、或例9中所述的工藝技術(shù)，這里不對(duì)這些技術(shù)做詳細(xì)描述。本發(fā)明的這個(gè)電路配置的構(gòu)思和例10(圖9(A)-9(F))大致相同。但在本例中，通過(guò)可靠地利用在屏蔽膜之外形成的電容器接線和圖象信號(hào)線的屏蔽作用，保護(hù)TFT不受外部光的影響。由TFT建立一個(gè)黑色矩陣電路，以便清晰地區(qū)分開(kāi)象素的顏色。
本例的方法步驟順序與例10所用的相同。首先，形成大致U形的有效層801。然后，在有效層801上沉積柵極絕緣膜(未示出)。形成柵極信號(hào)線802和電容器接線803。按排該電容器接線，使其包圍形成象素電極的部分，如圖11(A)所示。
在將雜質(zhì)植入有效層后，在有效層的左端形成接觸孔。還要形成圖像信號(hào)線804。還要安排該圖像信號(hào)線，使其覆蓋象素電極的周圍(尤其是TFT的周圍)(圖11(B))。
由圖可見(jiàn)，透明部分僅僅是形成象素電極的中央部分和位于每個(gè)象素右上端的兩個(gè)點(diǎn)狀部分。在這些點(diǎn)狀部分中，在柵極信號(hào)線和電容器接線之間的間隙沒(méi)有用圖像信號(hào)線填滿。其它部分是通過(guò)柵極信號(hào)線、電容器接線、和圖像信號(hào)線遮光的。尤其是在本例中，將圖像信號(hào)線安線排在TFT之上。這些圖像信號(hào)線能阻止外界的光進(jìn)入TFT中。這在穩(wěn)定TFT特性方面是很有效的。
然后，在上述中央部分內(nèi)形成一個(gè)象素電極805。除了象素電極外的透明區(qū)僅為在象素電極805和圖像信號(hào)線804之間的間隙807、以及在柵極信號(hào)線802、電容器接線803、和圖像信號(hào)線804之間的間隙806。間隙807對(duì)于防止圖像信號(hào)線和象素電極重疊是必不可少的。需要用間隙806來(lái)分開(kāi)相鄰的圖像信號(hào)線。但這些間隙807和806所占面積足夠小。
在不形成黑色矩陣的條件下利用現(xiàn)存的導(dǎo)電接點(diǎn)也可以得到等效于黑色矩陣的一種結(jié)構(gòu)(圖11(C))。
在圖12中從概念上表示出本例的TFT部分的剖面。如圖所示，在圖像信號(hào)線804一側(cè)上的TFT完全由圖像信號(hào)線804覆蓋。在中央的TFT部分地由圖像信號(hào)線覆蓋。在本例中，電容器接線通常與象素電極和圖像信號(hào)線重疊。因此，必須充分注意金屬化層之間提供的絕緣。通過(guò)至少在電容器接線的上表面上形成一個(gè)陽(yáng)極氧化物膜，就能有效地加強(qiáng)這種絕緣(圖12)。
例13本例示于圖13和14中?？梢栽诨囊粋€(gè)電介質(zhì)表面1上形成一個(gè)適當(dāng)?shù)慕^緣膜作為緩沖膜，也可以不形成這個(gè)膜。首先，或者在基片上，或者在電介質(zhì)表面1上，形成一個(gè)厚度為100-1500埃(例如800埃)的島形薄膜硅區(qū)2。如圖13所示，硅區(qū)2具有用來(lái)形成接點(diǎn)的凸緣3、5和居中溝道形成部分4。該硅區(qū)2或由非晶硅構(gòu)成，或由多晶硅構(gòu)成(圖13)。
然后，硅氧化物之外形成厚度為1200埃的柵極絕緣膜6。將適當(dāng)數(shù)量的磷加到多晶硅膜上以改進(jìn)它的電導(dǎo)性。通過(guò)LPCVD法形成厚度為3000埃的這個(gè)多晶硅膜。蝕刻這個(gè)多晶硅膜以形成柵極線7。柵極線的材料不限于多晶硅。例如還可使用金屬材料，如鋁、鉭。帛別是在使用鋁的情況下，可能有效地降低柵極線的片電阻(圖14)。
在此之后，使用柵極線7作掩膜，通過(guò)自取向離子植入技術(shù)，將一種雜質(zhì)(在本例中為磷)引入島形硅區(qū)2中。以此方式產(chǎn)生攙雜區(qū)8(源極)和9(漏極)。在柵極下方此時(shí)沒(méi)形成任何攙雜區(qū)。在離子植入后，通過(guò)適當(dāng)措施(例如熱退火或激光退火)可激活引入的攙雜劑(圖15)。
然后，通過(guò)等離子體輔助的CVD法形成厚度為2000-10000埃(如5000埃)的硅氧化物膜或氮化硅膜10。以此方式形成一個(gè)第一層間絕緣層。形成伸向凸緣3的一個(gè)接觸孔11，凸緣3用于和硅區(qū)相接觸(圖16)。
隨后，通過(guò)濺射技術(shù)形成厚度為5000埃的一個(gè)鋁膜。蝕刻鋁膜以形成源極線12。在前一制造步驟形成的接觸孔11中源極線12形成和源極8的一個(gè)接點(diǎn)(圖17)。
然后，沉積厚度為2000-5000埃(如，000埃)氮化硅或氧化硅第二層間絕緣層13。在第二層間絕緣層13中形成伸向凸緣5的一個(gè)接觸孔，凸緣5用于同硅島區(qū)相接觸。通過(guò)濺射技術(shù)形成厚度為1000埃ITO膜。對(duì)ITO膜進(jìn)行蝕刻以形成一個(gè)象素電極14(圖18)。
在本例中，TFT中的溝道方向(從源極到漏極的方向)平行于圖19所示的源極接線。與圖22所示的現(xiàn)有技術(shù)TFT相比，這是一個(gè)特征)。
在本發(fā)明的本例和其它例中，溝道4都位于源極線的下方?？拷鼫系?的源極和漏極與源極線重疊，形成了一個(gè)寄生電容器，這和現(xiàn)有技術(shù)的TFT是不同的。在漏極9和源極線12之間形成的寄生電容器15在操作有源矩陣電路期間會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。但由圖18可以看出，漏極9和源極線12彼此之間由第一層間絕緣層10隔離開(kāi)。可使產(chǎn)生重疊的硅島區(qū)的寬度足夠小。這個(gè)重疊區(qū)域比象素電極14的面積小得多。由于這些理由以及春它的一些理由，對(duì)顯示的圖像不會(huì)有很大的影響。
例14本例示于圖20中。其方法步驟順序與例1相同。在本例中，使每個(gè)硅島區(qū)的形狀都為大致U形。形成柵極線，使其與硅區(qū)相交。因此，形成了兩個(gè)溝道(或兩個(gè)TFT)16和17。使硅島區(qū)的一端與源極線相接觸。在溝道16上方形成源極線。使另一端與一個(gè)象素電極接觸。
具體來(lái)說(shuō)，在本例中，為每一個(gè)象素形成兩個(gè)串聯(lián)連接的TFT，如圖20所示。在該結(jié)構(gòu)中可以減小象素的漏電流，這是公知的，如日本專利申請(qǐng)No.38755/1991所公開(kāi)的那樣。在本例中，不必形成從柵極線伸出的分支線，這和現(xiàn)有技術(shù)是不相同的。因此，可減小TFT所占的面積。此外，還可加大孔徑比。
在本例中，用作右邊TFT的源極的左邊TFT的漏極還和源極線重疊，從而形成一個(gè)寄生電容器18。與例1相比較，在本例中將一個(gè)TFT加在寄生電容器18和象素電極之間。因此，限制了這一經(jīng)果(圖20)。
如以上所述，通過(guò)連接多個(gè)TFT和/或適當(dāng)?shù)碾娙萜?，成功地抑制了液晶盒兩端的電壓降。在本發(fā)明中，尤其是在圖2(C)所示的TFT222中，在整個(gè)驅(qū)動(dòng)過(guò)程中都將源極和漏極間的電壓保持在一個(gè)低電平上。一般來(lái)說(shuō)，TFT的變劣性取決于加在源極和漏極之間的電壓。通過(guò)使用本發(fā)明的可防止TFT的性能下降。
在要求圖像顯示質(zhì)量較高的應(yīng)用中使用本發(fā)明是有益的。即，在要顯示大于256個(gè)灰度等級(jí)的相當(dāng)大數(shù)目的色調(diào)的情況下，必須將液晶盒在一幀期間的放電量抑制在1％以內(nèi)。分別在圖2(A)和2(B)中表示的常規(guī)系統(tǒng)都不適合于這一目的。
本發(fā)明特別適合于使用由結(jié)晶硅半導(dǎo)體構(gòu)成的TFT的有源矩陣顯示器，有源矩陣顯示器適合于有源矩陣尋址操作，尤其是畫(huà)面要素的行數(shù)很大的場(chǎng)合。在有大數(shù)目的行的矩陣顯示器中，激勵(lì)每一行的時(shí)間一般來(lái)說(shuō)都很短。因此，由結(jié)晶硅半導(dǎo)體構(gòu)成的TFT不適用于這種矩陣顯示器。而使用結(jié)晶硅半導(dǎo)體的TFT有很大的截止電流。為此，因?yàn)楸景l(fā)明可抑制截止電流，所以本發(fā)明可以為這一技術(shù)領(lǐng)域作出貢獻(xiàn)。當(dāng)然，使用由非晶體的硅半導(dǎo)體構(gòu)成的TFT是有益的。
在所示的例中，TFT和MOS電容器主要都是上柵極型的。本發(fā)明可應(yīng)用下柵極或其佗的一些結(jié)構(gòu)上，也有類似的實(shí)用性。此外，還可以使用由上柵極型和下柵極型的組合構(gòu)成的開(kāi)關(guān)裝置。
本發(fā)明可加大有源矩陣電路的孔徑比。因此可以改進(jìn)使用這種有源矩陣電路的電光器件的顯示特性。因此，本發(fā)明在工業(yè)應(yīng)用上是有益的。
權(quán)利要求
1.一種有源矩陣顯示器，包括一個(gè)表面絕緣的襯底；在所述絕緣表面上形成的一個(gè)半導(dǎo)體層，所述半導(dǎo)體層包括至少第一和第二溝道、在所述第一和第二溝道之間的第一摻雜區(qū)、和一對(duì)第二摻雜區(qū)，其中所述第一和第二溝道位于所述一對(duì)第二摻雜區(qū)之間；形成在所述半導(dǎo)體層上的第一絕緣層；形成在所述絕緣層上的一個(gè)柵線，其中所述柵線在所述第一和第二溝道之上延伸；形成在所述柵線之上的第二絕緣層；形成在所述第二絕緣層之上的一個(gè)源線，其中所述源線電連接到所述一對(duì)第二摻雜區(qū)中的一個(gè)摻雜區(qū)上；形成在所述源線之上的第三絕緣層；和形成在所述第三絕緣層之上的一個(gè)像素電極，其中所述像素電極電連接到所述一對(duì)第二摻雜區(qū)的另一個(gè)摻雜區(qū)上；其中所述第一和第二溝道中的一個(gè)溝道被所述源線覆蓋，而另一個(gè)溝道不被所述源線覆蓋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的有源矩陣顯示器，其特征在于所述半導(dǎo)體層是多晶硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的有源矩陣顯示器，其特征在于所述半導(dǎo)體層是U形的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的有源矩陣顯示器，其特征在于所述源線與所述一對(duì)第二摻雜區(qū)中的一個(gè)摻雜區(qū)直接接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的有源矩陣顯示器，其特征在于所述像素電極與所述一對(duì)第二摻雜區(qū)的另一個(gè)摻雜區(qū)直接接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的有源矩陣顯示器，其特征在于所述有源矩陣顯示器是液晶顯示器。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種有源矩陣顯示器，包括一個(gè)表面絕緣的襯底；在所述絕緣表面上形成的一個(gè)半導(dǎo)體層，所述半導(dǎo)體層包括至少第一和第二溝道、在所述第一和第二溝道之間的第一摻雜區(qū)、和一對(duì)第二摻雜區(qū)，其中所述溝道位于所述第二摻雜區(qū)之間；形成在所述半導(dǎo)體層上的第一絕緣層；形成在所述絕緣層上的一個(gè)柵線，其中所述柵線在所述溝道之上延伸；形成在所述柵線之上的第二絕緣層；形成在所述第二絕緣層之上的一個(gè)源線，其中所述源線電連接到所述第二摻雜區(qū)中的一個(gè)上；形成在所述源線之上的第三絕緣層；和形成在所述第三絕緣層之上的一個(gè)像素電極，它電連接到所述第二摻雜區(qū)的另一個(gè)上；其中所述第一和第二溝道中的一個(gè)被所述源線覆蓋，而另一個(gè)不被所述源線覆蓋。
文檔編號(hào)G02F1/1362GK1638141SQ20041010199
公開(kāi)日2005年7月13日 申請(qǐng)日期1995年6月1日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月2日
發(fā)明者竹村保彥, 濱谷敏次, 小沼利光, 小山潤(rùn), 河崎祐司, 張宏勇, 山崎舜平 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所