專利名稱：有源矩陣光電器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種用于改善有源矩陣顯示單元內(nèi)顯示屏幕上圖象質(zhì)量的電路和元件，特別是涉及到一種電路和器件，其中，具有薄膜晶體管(TFT)的電路被用作一個開關(guān)元件，并且TFT的有源層由硅半導(dǎo)體組成，所述的硅半導(dǎo)體是使用催化元素結(jié)晶而成的，所述催化元件用于促進非晶硅的晶化。
有源矩陣顯示單元被用于以下列方式構(gòu)成的顯示單元，即對每個象素提供一個開關(guān)元件，通過所述開關(guān)元件將通過視頻信號線提供的信號提供給每個象素，借此以允許執(zhí)行容量大于簡單矩陣顯示單元的不同顯示。到目前為止，使用非晶硅半導(dǎo)體的TFT被用作開關(guān)元件。但是，使用結(jié)晶硅的TFT的工作速度至少是使用慣常非晶硅半導(dǎo)體的TFT的工作速度的10倍，從這個觀點來看，對于大容量顯示而言，使用結(jié)晶硅半導(dǎo)體的TFT是適合的，并且近來對這種TFT進行了開發(fā)。但是結(jié)晶硅半導(dǎo)體也有很多的缺點。
第一個問題存在于硅的晶化過程之中。結(jié)晶硅是通過將非晶硅晶化而獲得的。已知兩種將非晶硅晶化的傳統(tǒng)方法，其一是利用激光束或類似物對非晶硅進行瞬間照射而使其晶化的方法，這是一種被稱之為光退火處理的方法。這種方法存在下述問題。即由于不能獲得具有穩(wěn)定的大能量激光振蕩器，所以其再現(xiàn)性和批量生產(chǎn)性很差。
另一種方法被稱之為熱退火處理技術(shù)或固態(tài)相位生長技術(shù)，該技術(shù)通常在600℃或更高的溫度下執(zhí)行熱退火處理，以生成固態(tài)相位的非晶硅，借此以使非晶硅晶化。在這種方法中，晶化所需的時間周期取決于退火處理的溫度，且在1000℃的高溫下，晶化是在一個小時之內(nèi)完成的。但是能夠承受這種高溫的基底只能用石英制造，這導(dǎo)致了基底成本的增加。另外，所獲得的硅片的晶化也不是很好。
相反，在可以使用大量硼硅酸鹽玻璃的約600℃下進行退火處理的過程中，可以獲得具有良好結(jié)晶的硅片，然而，晶化所需的時間周期是24小時或更多，這就導(dǎo)致了批量生產(chǎn)困難的問題。
第二個問題是當(dāng)在使用結(jié)晶硅的TFT中的一個柵極被施加有一個反向偏置電壓時，漏電流(斷態(tài)電流)變得較大。這被認(rèn)為是由于晶粒邊界引起的，并被認(rèn)為是在制造使用結(jié)晶硅的有源矩陣顯示單元過程中存在的最重要問題。
在N溝道TFT的情況下，利用流經(jīng)在半導(dǎo)體薄膜表面上引入的P型層和在源區(qū)和漏區(qū)內(nèi)n型層之間形成的p-n結(jié)的電流對VGS是負(fù)向偏壓時的斷態(tài)電流進行調(diào)節(jié)。由于在半導(dǎo)體薄膜(特別是在晶粒邊界)中存在有大量的陷井，所以p-n結(jié)的完善程度很差，因而易于使結(jié)漏電流流入。當(dāng)柵極被負(fù)向偏置時，斷態(tài)電流增加。這是由于在半導(dǎo)體薄膜表面上形成的p型層的載流子的密度增加，從而使得p-n結(jié)的能量勢壘的寬度變得很窄，其結(jié)果是使電場集中，結(jié)漏電流增加。
由此所產(chǎn)生的斷態(tài)電流很大程度上取決于源-漏電壓。例如，已知當(dāng)在TFT的源極和漏極之間施加較大電壓時，斷態(tài)電流就會明顯增加。換言之，拿在源和漏極之間施加5V電壓的情況和在其間施加10V電壓的情況相比較，后一情況的斷態(tài)電流不可能是前一情況斷態(tài)電流的兩倍，而可能是它的10倍或100倍那么大。另外，這樣一種非線性取決于柵極電壓。通常，當(dāng)柵極的反向偏置值較大(在n溝道型中是較大的負(fù)電壓)時，前者和后者之間的差是很驚人的。
關(guān)于上述第一個問題，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)可以通過加入少量的鎳、白金、鐵、鈷、鈀等促進非晶硅的晶化(日本未審查專利公開NoHei6-244104)。這些被加入的元素稱之為催化元素，其結(jié)果是可以通過通常在550℃下進行4個小時或更低溫度更少時間周期地?zé)嵬嘶鹛幚韥韴?zhí)行晶化過程。另外，在一般的熱退火處理技術(shù)中，很難使厚度小于1000的非晶硅晶化。但是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用催化元素也可以使其厚度小于1000，通常為300到800的非晶硅令人滿意的晶化。
作為本發(fā)明人研究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在使用已經(jīng)利用這些催化元素使其結(jié)晶化的硅制造TFT的情況下，從晶化處理、特性及可靠性的角度來看，硅中催化元素的剩余密度最好被設(shè)置成1×1015到1×1019原子/厘米3。
所述的第一個問題可以利用這種方式加以解決。但是，第二個問題沒有得到解決。相反，已經(jīng)使用催化元素進行了結(jié)晶的晶體進一步以針狀結(jié)晶體的形式發(fā)展(在一般的熱退火處理技術(shù)中，它處于晶粒形式)并且晶體的長度大于n個微米或更大(在一般的熱退火處理技術(shù)中，它是1個微米或更小)。由于這個原因，會出現(xiàn)如下的新問題，即TFT的特性要受到晶粒邊界的極大影響，且斷態(tài)電流的泄漏會更大。斷態(tài)電流通常以從1000PA到1PA的三位數(shù)字泄漏。
圖2A簡要示出了一個有源矩陣顯示單元的例子。圖中由虛線所包圍的區(qū)域204代表一個顯示區(qū)域，在該區(qū)域中，以矩陣形式排列有TFT201。連接到TFT201源極的導(dǎo)線表示一個圖象數(shù)據(jù)信號線206，連接到TFT201柵極的導(dǎo)線表示一個行選擇信號線205。
該電路的驅(qū)動原理是在逐位移動輸入脈沖定時的同時，通過將輸入脈沖提供給第N行，第(N＋1)行，和第(N＋2)行等各相應(yīng)行選擇信號線來選擇一個行。其原理如

圖12所示。
在圖2A所示的電路中，開關(guān)元件包括TFT201，它根據(jù)來自行選擇信號線205的信號執(zhí)行數(shù)據(jù)的開關(guān)操作，借以驅(qū)動液晶單元203。輔助電容202由一個用于增強液晶單元容量的電容構(gòu)成，該電容用于保持圖象數(shù)據(jù)。為了在矩陣整個表面上進行均勻的顯示，必須使所有TFT的特性相互一致。特別是，斷態(tài)電流必須是10PA或更小，最好是1PA或更小。若TFT具有1000PA的斷態(tài)電流，則不能保持足夠的充電，就會出現(xiàn)瞬間丟失視頻信號的情況。
若上述有缺陷的TFT的數(shù)量總共只涉及到了n個象素，那不會出現(xiàn)問題，但是若有缺陷的TFT的數(shù)量占所有象素的百分之幾，那么觀看所顯示圖象就非常困難了。特別是，在使用催化元素如上述獲得的結(jié)晶硅的TFT中，這種現(xiàn)象更為明顯。
為了解決這個問題，例如在日本專利未審查公開號Hei5-44195和日本專利審查公開號Hei-44196中所公開的陸續(xù)建議了一種(串聯(lián)連接TFT的方法(多柵極技術(shù))。這種方法試圖通過減少施加給各TFT的源極和漏極的電壓來減少各TFT的斷態(tài)電流。例如，在如圖2B所示的串聯(lián)連接兩個TFT的情況下，施加給各TFT的源極和漏極的電壓變成原來的一半。如果施加給源極和漏極的電壓是原來的一半，那么斷態(tài)電流就會如上所述變成原來的1/10、1/100等。
但是，由于液晶顯示單元的圖象顯示所需的特性變得更加嚴(yán)格，因此，降低即使是在上述多柵極技術(shù)中所需的斷態(tài)電流也非常困難。換言之，即使是柵極的數(shù)量(晶體管的數(shù)量)被增加到3、4和5，施加給相應(yīng)TFT的源極和漏極的電壓也只能逐位地減少到1/3、1/4和1/5。為了能使加到柵極和漏極的電壓減少到1/100，則需要100個柵極。
換言之，在上述系統(tǒng)中，當(dāng)柵極的數(shù)量為2時，效果最明顯。但是即使是柵極的數(shù)量增加得大于2，也不能指望有更好的效果。特別是，在使用已經(jīng)利用催化元素進行晶化的硅膜的TFT中，就會如上所述以非常高的頻率出現(xiàn)非常大的斷態(tài)電流。然而，上述TFT對于充份地消除那種影響是毫無用處的。
本發(fā)明是針對上述問題而作出的。本發(fā)明的目的就是要提供一種具有某種結(jié)構(gòu)的象素電路，這種電路能夠通過將施加給連接到一個象素電極的TFT的源極和漏極上的電壓設(shè)定成通常電壓的1/10或更少、最好是1/100或更少來減少斷態(tài)電流。在這種情況下，其特性在于充分地減少了TFT的數(shù)量。TFT的數(shù)量最好是5或更少，更好為3，借此以實現(xiàn)上述目的。
換言之，為了解決上述問題，本發(fā)明是通過提供一個有源矩陣電路而實現(xiàn)的。在所述的有源矩陣電路中，至少包含有3個TFT的電路被串聯(lián)連接到一個象素電極上，并且除了連接到圖象信號線上的TFT以外的至少一個串聯(lián)連接的TFT總是或幾乎總是處于導(dǎo)通狀態(tài)并被用作開關(guān)元件。在本發(fā)明中，TFT的有源層是由結(jié)晶硅構(gòu)成的，并且包含有促使硅以1×1015到1×1019原子/厘米3結(jié)晶的催化元素，或者，TFT的有源層是使用催化元素進行晶化的。
在上述的有源矩陣電路中，串聯(lián)連接的TFT的另一端被連接到一個象素元件上。另外，除了總是處于通態(tài)的TFT以外，通?？梢允褂么?lián)連接的TFT的柵極。另外，各柵極可以單獨驅(qū)動，從集成度的角度來看，前者是一個優(yōu)點。另外，對于連接到上述TFT中象素電極上的TFT的溝道兩端可以提供有LDD區(qū)或偏置區(qū)。
本發(fā)明基本概念的特征在于連接三個或更多的TFT，并且通過向柵極施加一個恒定電壓使得至少有一個TFT被置位于其中心位置并總是處于通態(tài)，或者在其它TFT處于斷態(tài)的幾乎所有時間內(nèi)至少有一個TFT處于通態(tài)。
在圖1A所示的例子中串聯(lián)連接有TFT103，104和105。TFT103的源極被連接到圖象信號線101上，TFT104的漏極被連接到象素電極106上。通過行選擇信號線102來控制TFT103和104的柵極。
然后，位于電源107中心的TFT105的柵極總是被提供有一個適當(dāng)?shù)恼妷阂蕴峁┮粋€通態(tài)，必要情況下，可將輔助電容108并聯(lián)加到象素單元106上。
在圖1A所示的電路中，在TFT103、104和105柵極附近的安排如圖1D所示。由于制造這種電路的方法將借助參考圖4所示的實施例加以描述，所以這里只描述其回路。在該電路中，在一個硅半導(dǎo)體膜(有源層)上形成有三個TFT103、104和105(它們概念上的區(qū)域由虛示線示出)，并且各TFT都被設(shè)置有相對于對應(yīng)TFT橫向放置的柵極405、407和406。這樣，在所述半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)，一個圖象信號線被連接到左端區(qū)411(＝TFT103的源極)，一個象素電極被連接到右端區(qū)414(＝TFT104的漏極)。
圖1A所示電路之等效電流示于圖2C。與圖1C所示之相同符號用以指出類似構(gòu)件，且TFT105被等效地表示成一個基本上是靜態(tài)的電容成份223到一個電阻成份225的耦合。這結(jié)電容和電阻成份223和225是根據(jù)TFT105的源極和漏極電位的起伏而精確浮動的。就所述柵極電位被保持在一個適當(dāng)?shù)闹刀?，這種浮動是可以忽略的。電容元件223和電阻元件225精確地具有一個分布參數(shù)電路結(jié)構(gòu)。由于沒有實質(zhì)問題，此后將描述如圖2C所示的一個電路結(jié)構(gòu)。
下面將描述一個特定的操作。當(dāng)一個選擇信號被傳送行選擇信號線102時，在圖象信號線101一側(cè)的TFT103和在象素單元106一側(cè)的TFT104被導(dǎo)通。另一方面，在中央TFT105中，根據(jù)來自圖象信號線101的信號對電容元件223和象素單元226進行充電。在充電被充分進行(平衡)的一級，在象素單元106一側(cè)的TFT104的源極和漏極間的電壓變成近乎相等的狀態(tài)。
在這種狀態(tài)下，當(dāng)中斷行選擇信號線102的選擇信號時，在圖象信號線一側(cè)的TFT103和在象素單元106一側(cè)的TFT104被截止。此后，將其它的象素信號提供給圖象信號線101，且由于在圖象信號線101一側(cè)的TFT103具有一個限定的斷態(tài)電流，所以，在中央TFT105內(nèi)形成的電容成份223中所充電荷被放電，借以降低電壓。但是，這個速度以與圖2A所示一般有源矩陣電路的電容202電壓降的相同速度發(fā)展。
另一方面，由于在象素電極一側(cè)的TFT104源極和漏極之間的電壓基本上等于零，所以它的最初斷態(tài)電流非常小，但是由于中央TFT105電容成份223的電壓下降使得源極和漏極之間的電壓逐漸增加，從而使得斷態(tài)電流增加。但是由于斷態(tài)電流的增加所引起的象素單元106的壓降慢于如圖2A所示的一般有源矩陣電路的這種壓降。另外，由于電阻成份225存在于中央TFT105之中，所以使得斷態(tài)電流被進一步減小。
利用這種方式，可以產(chǎn)生使斷態(tài)電流平均值減小的結(jié)果。但是，根據(jù)本發(fā)明，可以大大減少產(chǎn)生具有大斷態(tài)電流的開關(guān)元件的比率。例如在圖1A中，即使TFT103和104中的一個具有很大的斷態(tài)電流，但只要另外一個的斷態(tài)電流是正常的，那么在總體上也會呈現(xiàn)出對斷態(tài)電流的抑制效果。換言之，TFT103和104都具有很大斷態(tài)電流，那二者都有故障的可能性是很低的。其結(jié)果是對于99％的開關(guān)元件TFT來講，其斷態(tài)電流為1PA或更少，而對于99.99％的開關(guān)元件TFT來講，其斷態(tài)電流為10A或更小。由此，產(chǎn)生將會給出錯誤圖象的具有10PA或更大斷態(tài)電流的開關(guān)元件的比率將會是1ppm或更小。
特別是當(dāng)TFT104的斷態(tài)電流較大時，TFT105的電容呈現(xiàn)與圖2A中輔助電路202相同的操作，從而可以保持一個象素的電荷保持能力。
應(yīng)當(dāng)注意，如果在TFT103和104中的溝道中形成有一個LDD區(qū)偏置區(qū)，那么這些區(qū)域構(gòu)成了漏極電阻和源極電阻，其結(jié)果是漏極結(jié)的電場強度被降低，從而進一步減小了斷態(tài)電流。特別是在象素電極一側(cè)TFT104溝道兩端上形成LDD(低密度攙雜)區(qū)偏置區(qū)是非常有效的。
例如，假定圖2A所示TFT201和圖2C所示TFT103具有相同特性，并且電容202和108兩端的電壓對于一個幀的99％來講分別從最初的10V變到9V。在圖2A所示的情況下，象素單元203兩端的電壓下降到用于一個幀的9V。但是，在圖2C的情況下，即使電容223兩端的電壓下降到9V，在TFT103源極和漏極之間的電壓也是1V。因此，斷態(tài)電流非常小，并且由于一個幀的結(jié)束時間使得由象素單元206和電容106釋放的累積電荷量也非常小，其結(jié)果是象素單元106兩端的電壓幾乎沒有變化并保持為10V。
和圖2B所示情況進行比較不太容易，但在圖2B中，施加給一個TFT源極和漏極之間的電壓為5V，是圖2A所示情況相應(yīng)電壓10V的一半，因此，源極和漏極之間的電壓就不可能象圖2C中TFT104情況那樣為1V。因此，本發(fā)明的優(yōu)越性是從這個角度表現(xiàn)出來的。
在圖1A所示的例子中，中央TFT105具有與在其兩端處的TFT103和104相同的導(dǎo)通類型(在這種情況下為n-溝通型)。但是，如圖1B所示，可以安排具有相反導(dǎo)通類型(即p-溝道型)的TFT115。應(yīng)當(dāng)注意，施加給中央TFT115柵極電壓的極性與圖1A所示情況相反。
另外，多個TFT被串聯(lián)連接以形成一個電路。例如如圖1C所示，5個具有相同導(dǎo)通類型的TFT121到125可以串聯(lián)連接到一起。TFT122和124的柵極與電源126和127相連，以使TFT122和124在全部時間內(nèi)保持為通態(tài)。圖1C的等效電路示于圖2D。TFT122和124分別被表示成電容成份221和223以及電阻成份222和224的連接電路。在圖1C所示情況下，由于總共使用了5個TFT，所以比起使用了TFT的情況來講，其斷態(tài)電流減少效果進一步增加。但是，若所使用的TFT的數(shù)量增加到7、9、……，那么斷態(tài)電流減少效果不會如此增加。從電路結(jié)構(gòu)的角度看，使用TFT的數(shù)量最好為5或更少。
應(yīng)當(dāng)注意，圖1A到圖1C所示之電路都具有如下的結(jié)構(gòu)。即在TFT兩端串聯(lián)連接的TFT被連接到行選擇信號線102上。其中，連接到象素電極上的TFT可以總是或幾乎總是處于通態(tài)。例如，它可以是這樣一種電路，根據(jù)該電路，可以去除圖1C所示的TFT125。這樣一個電路可以被設(shè)計成在圖1A所示電路的象素電極和TFT104之間加入一個TFT電容，并且該TFT相當(dāng)于輔加電容108。
另外，為了抑制象素單元的電壓影響，本發(fā)明的另一方面是通過提供一個有源矩陣電路加以實現(xiàn)的，在該電路中，至少有3個TFT被串聯(lián)連接到一個象素電極上，并且除了位于兩端的串聯(lián)連接的TFT以外的至少一個TFT是根據(jù)用于獨立于行選擇信號線而提供信號的信號線加以控制，而其它的TFT是根據(jù)行選擇信號線加以控制的。這樣的電路被用作一個開關(guān)元件。
這里，柵極信號線的信號獨立于行選擇信號線的信號的意思是指它與行選擇信號線的信號不同，并且該信號可以與行選擇信號線的信號處于某種同意狀態(tài)。通常，它可以是由另外一個電路提供的，所述另外電路是一個不同于用于提供行選擇信號線信號的電路，(行選擇信號電路)，且所述的電路可以對由行選擇信號電路所產(chǎn)生的信號或輸入給該行選擇信號電路的信號進行處理。
另外，根據(jù)本發(fā)明，所述TFT的有源層可以由結(jié)晶硅構(gòu)成并且包含有用以促使硅以1×1015至1×1019原子/厘米3晶化的催化元素，或者使用催化元素使TFT的有源層結(jié)晶化。
這里，串聯(lián)連接的TFT的一端可以連接到圖象信號線上，且其另一端可以連接到象素電極上。另外，可以在上述TFT中連接到象素電極的TFT溝道的兩端設(shè)置有LDD區(qū)或偏置區(qū)。
本發(fā)明基本思想的特征在于連接有三個或更多的TFT，并且置位于其中央的至少一個TFT的柵極連接到不同于所述行選擇信號線的另一個柵極信號線上，借以利用來自該信號線上的信號驅(qū)動所述TFT。
在圖10A所示的例子中，TFT153、154和155相互串聯(lián)，TFT153的源極連接到圖象信號151上，TFT154的漏極連接到象素電極156上。TFT153和154的柵極由行選擇信號線152加以控制。
由此，中央TFT155的柵極連接到柵極信號線157上，且TFT155被獨立于連接到行選擇信號線152上的TFT153和154而單獨驅(qū)動，借此使象素單元156保持一種電荷狀態(tài)，在該狀態(tài)下，TFT153和154截止。應(yīng)當(dāng)注意，可以并聯(lián)方式將輔助電容158加到象素單元156上。
在圖10A所示的電路中，在TFT153、154和155附近的電路配置構(gòu)成如圖1D所示。這與圖1A中相應(yīng)部份相同。
下面將通過結(jié)合附圖對本發(fā)明的詳細(xì)描述從而使本發(fā)明上述和其它的目的和特性變得更加明顯。
圖1A到圖1D示出的根據(jù)本發(fā)明一個有源矩陣電路中開關(guān)元件的例子；圖2A到2D示出的在現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明中一個有源矩陣電路開關(guān)元件的電路圖及其等效電路圖；圖3A到3C示出的根據(jù)本發(fā)明第三實施例一個有源矩陣電路中所述開關(guān)元件的半導(dǎo)體區(qū)及柵極的配置的例子；圖4A到4E示出了根據(jù)本發(fā)明第四實施例，為制造有源矩陣電路中一個開關(guān)元件所進行的處理；圖5A到5E示出了根據(jù)本發(fā)明第五實施例用于制造有源矩陣電路中一個開關(guān)元件所進行的處理；圖6A到6F示出了根據(jù)本發(fā)明第六實施例用于制造有源矩陣電路中一個開關(guān)元件所進行的處理；圖7示出了一個有源矩陣電路的例子；圖8示出了圖7所示有源矩陣電路的等效電路；圖9示出了一個有源矩陣電路的例子；圖10A到10C示出了根據(jù)本發(fā)明一個有源矩陣電路中開關(guān)元件的例子；圖11A和11B示出了根據(jù)本發(fā)明在一個有源矩陣電路中開關(guān)元件的電路圖及其操作例；和圖12示出了在傳統(tǒng)的有源矩陣電路中一個開關(guān)元件的操作例。
下面參照附圖給出本發(fā)明的實施例。
(第一實施例)在第一實施例中，將描述圖1A所示之操作例。所有的TFT103到TFT105都是n-溝道型，同樣它們也可以都是p-溝道型。最好使用利用催化元素獲得的結(jié)晶硅半導(dǎo)體的薄膜晶體管具有下述特性，即p-溝道型TFT的斷態(tài)電流要小于n-溝道型TFT的斷態(tài)電流，借此以使得它很難使TFT的品質(zhì)變壞。
兩個薄膜晶體管103和104使用共同的柵極連接線并被連接到行選擇信號線102上。另外，TFT103的源極被連接到圖象信號線101上。通常處于導(dǎo)通狀態(tài)的TFT105被連接在兩個TFT103和104之間。為了使TFT105總是保持在導(dǎo)通狀態(tài)，利用電源107向其柵極提供一個高得足以避免受到圖象信號影響的正電位。
例如，當(dāng)圖象信號在-5V和+5V之間波動時，TFT105的柵極電位為+8V或更高，最好使其電位保持在+10V或更高。例如，如果TFT105的柵極電位為+6V，那么在柵極和源極之間的電位差在+1V和+11V之間波動，這個波動處于所述TFT閾值電壓附近，且通過TFT105獲得的電容在圖象信號波動的基礎(chǔ)上具有更大的波動。另一方面，若TFT105的柵極電位為+10V，那么柵極和源極之間的電位差在+5V和+15V之間波動。但是，由于它根本與所述閾值電壓無關(guān)，所以在TFT105中獲得的電容基本不會產(chǎn)生波動。
液晶單元106(必要時還有輔助電容108)被連接到TFT106的漏極上。該液晶單元106(或輔助電容108)的另一端可以接到地電平。應(yīng)當(dāng)注意，TFT105MOS電容的電容值可以根據(jù)該電容值與液晶單元105(必要時還有液晶單元105的電容值與輔助電容108電容值的和)的電容值的比率被確定成一個最佳值。
下面描述圖1A所示開關(guān)元件的操作。首先，″H″電平的電壓被提供給兩個TFT103和104的柵極，從而使得TFT103和104變成導(dǎo)通狀態(tài)。然后，相當(dāng)于一個圖象信號的電流流徑TFT103的源極，且在此時刻，中央TFT105主要用作一個電容，并開始充電操作。同時，由于TFT105總是處于導(dǎo)通狀態(tài)，電流從TFT104的源極流入漏極，借此向液晶單元106充電。
接著，具有″L″電平的電壓被施加給TFT103和104的柵極，TFT103和104截止，從而使TFT103源極兩端的電壓下降，斷態(tài)電流流入存貯在總是處于通態(tài)的TFT105中的電荷，借此開始放電過程。但是，由于TFT105電容的作用，連接到一個象素上的薄膜晶體管的漏極和源極之間的壓降被延遲。另外，通過TFT105電阻成份的作用也使斷態(tài)電流被減小。利用上述效果，液晶單元106中的電荷被緩慢減少，且液晶單元106兩端的電壓下降，直到在下一次篩選中所述TFT變成通態(tài)為止。
在圖1A中，讓我們來考慮從所示電路中刪除一般處于通態(tài)的n-溝道TFT105的情況。兩個n-溝道TFT103和104共用一根棚極連線且液晶單元106被連接到TFT104的漏極。這就是如圖2B所示的所謂多柵極型電路。
首先，具有″H″電平的電壓被施加給兩個TFT103和104的柵極并使其導(dǎo)通。然后，電流流經(jīng)其源極，借此以向液晶單元106充電。
隨后，具有″L″電平的電壓被施加給TFT103和104的柵極，并使它們截止。TFT103源極兩端的電壓下降，其結(jié)果是使TFT104漏極兩端的電壓也下降。因此，液晶單元106開始放電操作。但是，由于在這兩個TFT之間不具有電容構(gòu)件和電阻構(gòu)件，所以壓降要比圖1A所示情況大。(第二實施例)在第二實施例中，將參照圖11來描述圖10A所示電路的特殊操作。圖11A示出了如圖12A所示本發(fā)明的整個有源矩陣電路，其中所使用的標(biāo)號與圖10A所示相同。利用行選擇信號線152通過作為慣常電路的移位寄存器Y提供信號(圖12)。根據(jù)本發(fā)明所添加的柵極信號線158通過另外一個移位寄存器2(或一個等效電路)提供信號。
施加給行選擇信號線151的信號和施加給柵極選擇信號線158的信號示于圖11B。換言之，脈沖被輸入給第N行，第(N＋1)行和第(N＋2)行的相應(yīng)行選擇信號線151，同時移動輸入脈沖的定時，這與在傳統(tǒng)電路中的操作是相同的。
另一方面，一個信號被以同樣方式施加給第N行，第(N＋1)行和第(N＋2)行的相應(yīng)柵極信號線158。采用慣常的方式將這些脈沖彼此疊加到某個程度或使這些脈沖與每個行選擇信號線的脈沖相互同步。在和TFT153和154相比較TFT155具有較大柵極電容值的情況下，如圖11B所示，其脈沖寬度最好大于行選擇信號線151的脈沖寬度。
下面參看圖11B來描述所述操作的例子。不用說還可以執(zhí)行這種操作以外的其它操作。注意力被放到第(N＋2)行上。首先，脈沖被施加給柵極信號線158上，且中央TFT155處于導(dǎo)通狀態(tài)。在這期間，用于其它行的視頻數(shù)據(jù)被施加給圖象信號線151上。但是，所述行選擇信號線被保持為負(fù)電位，且在TFT155兩側(cè)處的TFT153和154處于截止?fàn)顟B(tài)。在此期間，數(shù)據(jù)不被收入象素單元156之中(圖11B的周期a)。
在這種狀態(tài)持續(xù)一段時間之后，用于第(N＋2)行的行選擇信號線151的電位被進向正向轉(zhuǎn)換。在此期間，在第一時間內(nèi)執(zhí)行象素單元156的放電和圖象信號線151的充電。這里，利用正電壓執(zhí)行充電，且所有的TFT153到154都處于導(dǎo)通狀態(tài)(圖11B中的周期b)。
隨后，行選擇信號線151的電位進行負(fù)向轉(zhuǎn)換，從而使得TFT153和154截止。由于柵極信號線157的電位仍保持為正，所以，TFT155處于導(dǎo)通狀態(tài)。然后，由于在那個時刻所述TFT主要被用作一個靜電電容，所以，TFT155源極和漏極電位基本上與象素單元156的電位相同(圖11B之周期C)。
由此，當(dāng)柵極信號線157的電位進行負(fù)向轉(zhuǎn)換時，在TFT155內(nèi)形成的靜態(tài)電容迅速減小。這樣，為了保持存貯在TFT155中的電荷(由于TFT153和154處于截止?fàn)顟B(tài)，這些電荷很難流到其它地方去)TFT155源極和漏極間的電壓增加(它的絕對值增加)。換言之，利用TFT155的中央部份形成了一個具有極高電壓的區(qū)域，且即使由于這個區(qū)域的存在而使得圖象信號線的電位被進行負(fù)向轉(zhuǎn)換，TFT155的電位也被按序降低，充電被由象素單元156流出的電流所抑制，且所述電位根據(jù)下降而受到抑制。
相反，由于電位差電流從TFT155流向象素單元156。即使存貯在TFT155中的所有電荷全都流入象素單元，從存貯在TFT155中電荷的比例角度來看，象素單元的電位也很難浮動到所述象素單元的靜態(tài)電容。利用上述操作，可以減小斷態(tài)電流(圖11B周期d)。隨后重復(fù)相同的操作。
如上所述，本發(fā)明的一個作用就是減少斷態(tài)電流的平均值。另外，產(chǎn)生具有較大斷態(tài)電流的開關(guān)元件(有故障的開關(guān)元件)的可能性也被減少。例如，在圖10A中，即使TFT153和154中的一個具有較大的斷態(tài)電流，若另外一個是正常的，從整體上也能呈現(xiàn)出斷態(tài)電流抑制作用。換言之，TFT153和154都產(chǎn)生故障，從而使得具有很大斷態(tài)電流的可能性是很小的。其結(jié)果是對于99％的開關(guān)元件TFT而言，其斷態(tài)電流為1PA或更小，而對于99.99％的開關(guān)元件TFT來講，其斷態(tài)電流是10PA或更小。由此，產(chǎn)生能夠給出圖象故障的具有100PA或更大斷態(tài)電流的開關(guān)元件的可能性被限制到1ppm或更小。
應(yīng)當(dāng)注意，如果在TFT153和154的溝道中形成一個LDD區(qū)或偏置區(qū)，那么這些區(qū)域就被形成了一個漏極電阻和源極電阻，其結(jié)果是漏極結(jié)的電場強度下降，從而進一步減少了斷態(tài)電流。特別是，在象素電極一側(cè)的TFT104為溝道兩端上形成LDD(低強度攙雜)區(qū)或偏置區(qū)是非常有效的。
在圖10A所示的例子中，中央TFT155與位于其兩端處的TFT153和154具有相同的導(dǎo)通類型(在這種情況下，為n-溝道型)。另外如圖10B所示，它也可以是與TFT155的導(dǎo)通類型相反的導(dǎo)通類型的TFT161(即p-溝道型)。在這種情況下，施加給中央TFT111柵極的信號與圖10A所示之情況相反(圖10B)。
另外，多個TFT可以串聯(lián)連接。例如如圖10C所示，可以串聯(lián)連接五個TFT171到175以構(gòu)成一個電路。在圖10C所示的情況下，由于總共使用了五個TFT，所以，斷態(tài)電流得到進一步的減小。但是，若所使用TFT的數(shù)量增加到7，9……，斷態(tài)電流減少作用也不會如此增加。從電路結(jié)構(gòu)的角度來看，所用TFT的數(shù)量最好為5或更少。(第三實施例)根據(jù)圖1A和圖10A所示第一和第二實施例的有源矩陣中的開關(guān)元件可以如圖1D所示之構(gòu)成。但是，若能如圖3所示構(gòu)成該開關(guān)元件，則可以減少所應(yīng)用的區(qū)域。下面描述圖3所示的配置。
首先，形成一個結(jié)晶硅半導(dǎo)體膜片301，使其徑向呈U形，橫向呈U形或馬蹄鐵形。使用催化元素使半導(dǎo)體膜片晶化，并使其通常包含有1×1015到1×1019原子/厘米3的催化元素(圖3A)。
如圖3B所示，行選擇信號線302和電容線(柵極信號線)303被設(shè)置在半導(dǎo)體膜片上。換言之，半導(dǎo)體膜片301與行選擇信號線302有兩個交點，與電容線(柵極信號線)303有一個交點。電容線(柵極信號線)303形成于所述矩陣之上，從而與所述行選擇信號302平行，并被保持有一恒定電壓。其結(jié)果是由半導(dǎo)體膜片301形成的TFT和電容線(柵極信號線)303被主要用作靜態(tài)電容和電阻。這相當(dāng)于圖1A中的TFT105。
另一方面，由行選擇信號線302和半導(dǎo)體膜片301形成的兩個交叉部份對應(yīng)于圖1A中的TFT103和104。通過向具有行選擇信號線302和電容線(柵極信號線)303的掩膜的半導(dǎo)體膜片301攙入n-型(或p-型)雜質(zhì)以形成與TFT103的源極相對應(yīng)的區(qū)域304和與TFT104的漏極相對應(yīng)的區(qū)域307。這些區(qū)域304和307被連接到圖象信號線和象素電極上。
另外，還形成了相當(dāng)于TFT103漏極的區(qū)域305和相當(dāng)于TFT104源極的區(qū)域306。
換言之，利用一個與所述圖象信號線相接觸的區(qū)域，一個與象素電極相接觸的區(qū)域，且該兩個區(qū)利用行選擇信號線和電容線(柵極信號線所分開，如此形成了一個半導(dǎo)體區(qū)域，且該區(qū)域呈現(xiàn)出n-型(或p-型)導(dǎo)通型，應(yīng)當(dāng)注意，盡管電容線(柵極信號線)303和半導(dǎo)體薄膜301沒有如圖3C所示那樣以如下方式，即使半導(dǎo)體薄膜301的區(qū)域308精確地從電容線303中部份伸出而彼此相互精確重疊，那也不會產(chǎn)生任何問題。所需要的僅是利用電容線(柵極信號線)303和線選擇信號線302把區(qū)域305和306彼此完全分隔開來。
如上所述，通過設(shè)計半導(dǎo)體膜片(有源層)的形狀可以改善電路的集成度。假如形成了一個如圖1C所示的具有五個TFT的開關(guān)元件，那么半導(dǎo)體膜片的形狀基本上可以是N形或S形的。這樣，電容線或行選擇信號線在所述半導(dǎo)體膜片是就可以相互交叉。(第四實施例)第四實施例的目的在于上述第一和第二實施例電路的制造處理。在該實施例中，所述柵極被進行陽極氧化處理以形成一個偏置柵極，其結(jié)果是使斷態(tài)電流被進一步減小。應(yīng)注意，用于對所述柵極進行陽極氧化處理的技術(shù)見日本專利未審查公開號Hei5-267667。
圖4A到4D示出對根據(jù)該實施例的開關(guān)元件進行的制造處理。首先形成一個具有1000到5000。例如是3000的氧化硅薄膜402(制成粒7059，100mm×100mm)作為基體401上的襯底膜片。利用等離子體CVD技術(shù)通過熔解和淀積TEOS形成氧化硅薄膜402。這種處理可以利用濺射技術(shù)加以執(zhí)行。
此后，通過等離子體CVD技術(shù)或LPCVD技術(shù)使具有300至1500，例如是500的非晶硅膜片被淀積起來，然后再利用熱退火技術(shù)使其結(jié)晶。在此期間，根據(jù)日本專利未審查公開Hei6-144204所公開的技術(shù)加入作為晶化催化元素的少量的鎳。作為一種加入鎳的方法，1ppm的鎳醋酸鹽溶液被涂覆在非晶硅膜上并在其上形成了一層薄氧化硅膜，而后進行干燥。此后它被置于550℃的環(huán)境中達(dá)四個小時。
應(yīng)當(dāng)注意，在執(zhí)行了上述的熱退火處理之后，還可以加上諸如是激光照射的光退火處理以進一步改善結(jié)晶性能。然后，對如此結(jié)晶的硅膜進行蝕刻以形成島狀的區(qū)域403。另外，在其上還要形成一個柵極絕緣膜404。在這個例子中，利用等離子體CVD技術(shù)形成了其厚度為700到1500例如1200的氧化硅薄膜。這種處理還可以利用濺射技術(shù)加以執(zhí)行。
然后，利用濺射技術(shù)形成厚度為1000到3μm例如5000并包含有1％重量的鋁(或包含有0.1-0.3％重量的Sc)的硅膜。然后對所形成的硅膜進行蝕刻以形成柵極405、406和407(圖4A)。
隨后，通過使一個電流流過在電解液中的柵極使柵極405、406和407被進行陽極氧化，借此以形成一個其厚度為500到2500，例如是2000的陽極氧化物。所使用的電解液是通過利用乙二醇將L-酒石酸稀釋到5％的濃度，并利用氨將PH調(diào)節(jié)到7.0±0.2而獲得的。所述基底被浸入到電解液中，且恒流源的進側(cè)被連接到基底上的柵極上，其負(fù)側(cè)被連接到鉑電極上。以20mA的恒流狀態(tài)施加電壓，且氧化作用一直持續(xù)下去，直到電壓變成150V為止。另外，在150V的恒壓情況下氧化作用持續(xù)進行，直到電流變成0.1mA或更小。其結(jié)果是得到了具有厚度為2000的氧化鋁膜408，409和410。
隨后，通過離子攙雜技術(shù)，以自匹配方式將雜質(zhì)(在這個例子中是磷)引入具有柵極部份(即柵極405到407和陽極氧化膜408到410)的掩膜的島狀區(qū)403，借此以形成一個n-型雜質(zhì)區(qū)。磷化氫(PH3)用作攙雜氣。在該例中劑量為1×1014到5×1015原子/厘米2，加速電壓為60到90KV。例如，劑量為1×1015原子/厘米2，而加速電壓為80KV。其結(jié)果是形成了n-型雜質(zhì)區(qū)411到414。從上向下看這一級中元素的狀態(tài)如圖1D所示(圖4B)。
接著利用KrF激發(fā)物激光束(波長248nm，脈寬20nsec)的照射使被如此攙雜的雜質(zhì)區(qū)411到414被激活。適當(dāng)?shù)募す馐芰繌姸葹?00-400mj/cm2，最好250到300mj/cm2。這種處理也可以使用熱退火處理加以執(zhí)行。特別是由于在雜質(zhì)區(qū)中包含有催化元素(鎳)，所以它們可以在比一般情況下更低的溫度下通過熱退火處理被激活(參看日本專利未審查公開Hei6-267989)。利用這種方式形成了n-型雜質(zhì)區(qū)。在這個實施例中，可以發(fā)現(xiàn)雜質(zhì)區(qū)411到414距離柵極404到407具有一個陽極氧化膜408到410的厚度，即形成了一個偏置柵極。
然后，作為夾層絕緣膜，厚度為5000的氧化硅薄膜415通過等離子體CVD技術(shù)來形成。在這種情況下，TEOS和Oxygen被用作原始?xì)怏w。然后對夾層絕緣膜415和柵極絕緣膜404進行蝕刻，以在n-型雜質(zhì)區(qū)411內(nèi)形成接觸孔。此后，利用濺射技術(shù)形成一個鋁膜并對其進行蝕刻以形成源極和導(dǎo)線416。這是一個圖象信號線的延伸(圖4C)。
再后，形成一個鈍化膜417。在這個例子中，利用等離子體CVD技術(shù)，使用NH3/SiH4/H2的混合氣體形成厚度為2000到8000，例如是4000的氮化硅膜。接著對夾層絕緣膜415，柵極絕緣膜404和鈍化膜417進行蝕刻，以在n-型雜質(zhì)區(qū)414中形成象素電極的接觸孔。接著利用濺射技術(shù)形成銦錫氧化物(ITO)膜并對其進行蝕刻，借此形成象素電極418。
利用這種方式，形成了串聯(lián)連接的三個TFT421，420和422。一個恒定的正電壓被施加給TF1420的柵極406，從而使得TFT420可以被與圖1A所示第一實施例TFT105同樣地被用作一個靜態(tài)電容和電阻。
另外，若TFT421和422的柵極405和407被指定為提供有來自行選擇信號線的信號，并且TFT420的柵極406被指定提供有來自柵極信號線的信號，那么它就可以用作第二實施例中的開關(guān)元件(圖4D)。
應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)對在柵極406上的鈍化膜417，夾層絕緣器418和柵極絕緣膜404進行蝕刻以在n-型雜質(zhì)區(qū)414中形成象素電極的接觸孔時，可以同時在柵極406內(nèi)形成接觸孔，如圖4E所示。由于在對氧化硅進行蝕刻的氫氟酸基蝕刻中對陽極氧化物(氧化鋁)的蝕刻速度非常低，所以蝕刻基本上被陽極氧化物409所停止。
隨后，形成一個象素電極418以覆蓋如此形成的孔，且所述的象素電極418通過陽極氧化膜409與柵極406相對設(shè)置以便形成電容419。該電容相當(dāng)于圖1A中的輔助電容108，并且可以加上該電容而不會增加象素電極的不傳導(dǎo)部份(即不降低孔徑化)(圖4E)(第五實施例)圖5示出了第五實施例的處理。首先，如同在第四實施例中一樣，在基底150上淀積襯底氧化硅膜502(厚度為2000)，并使用鎳作為催化元素。然后，利用在550℃進行4個小時熱退火處理而晶化的結(jié)晶硅膜形成島狀區(qū)域503。接著在其上形成柵極絕緣膜504。
然后，利用濺射技術(shù)形成一個厚度為5000的鋁膜。接著，為了改善在以后將要執(zhí)行的形成多孔陽極氧化膜的處理過程中光刻膠的粘著力，在所述鋁膜的表面上可以形成一個其厚度為100到400的薄陽極氧化膜。再后，利用自轉(zhuǎn)涂覆技術(shù)將厚度為1μm級的光刻膠涂覆到所述膜上，借此以形成光刻膠的掩膜508，509和510。然后利用公知的光刻技術(shù)進行蝕刻以形成柵極505、506和507。在棚極505到507上保留有所述光刻膠的掩膜509和510(圖5A)。
隨后，將所述基底浸入10％的草酸水溶液中，且恒流源的正側(cè)被連接到所述基底上的柵極505和507上，而該恒流源的負(fù)側(cè)被連接到鉑電極上借此以執(zhí)行陽極氧化。這種技術(shù)公開于日本專利未審查公開Hei6-338612。換言之，通過在5V到50V，例如是8V的恒壓下執(zhí)行陽極氧化10到500分鐘，例如200分鐘執(zhí)行陽極氧化在柵極505和507的側(cè)表面上形成厚度為5000的多孔陽極氧化物511和512。如此而獲得的陽極氧化物511和510是多孔的。由于存在有掩膜508和512，所以，在柵極505和507的上表面上執(zhí)行陽極氧化是十分困難的。另外，由于電流沒有流入柵極506，所以不能形成陽極氧化物(圖5B)。
接著，通過從其上去除掩膜材料而使柵極505到507的上表面暴露出來，然后，如在第四實施例一樣，通過利用乙二醇將L-酒石酸稀釋成5％的濃度并使用氨將PH調(diào)節(jié)到7.0±0.2以獲得電解液。電流流入電解液中的柵極505、506和507，從而使其被陽極氧化，借此以形成其厚度為500-2500，例如是2000的陽極氧化物。其結(jié)果是可以獲得厚度為2000的好的(或密致的)氧化鋁膜513，514和515。
再后，通過離子攙雜技術(shù)，以自匹配方式將雜質(zhì)(在這個例子中是磷)引入到具有柵極部份掩膜的島狀區(qū)域503，借此以形成一個p-型雜質(zhì)區(qū)域。乙硼烷(B2H6)用作攙雜氣。在這種情況下，其劑量為1×1014到5×1015原子/厘米2，加速電壓為40KV到90KV，例如，劑量是1×1015原子/厘米2，加速電壓是65KV。其結(jié)果是形成了p-型雜質(zhì)區(qū)516到519(圖5C)。
隨后，通過一個KrF激發(fā)物的激光束(波長為248nm，脈寬為20nsec)使如此攙雜的雜質(zhì)區(qū)域516到519被激活。如在第四實施例中所述，所述處理也可以由熱退火處理加以執(zhí)行。
再后，通過等離子體CVD技術(shù)形成厚度為3000的夾層絕緣膜，即，硅氧化膜520。對夾層絕緣膜520和柵極絕緣膜504進行蝕刻，以在p-型雜質(zhì)區(qū)域516內(nèi)形成一個接觸孔。再往后，利用濺射技術(shù)形成一個鋁膜，并對該鋁膜進行蝕刻以形成圖象信號線521(圖5D)。
然后形成一個鈍化膜522，并對鈍化膜522、夾層絕緣膜520和柵極絕緣膜504進行蝕刻，以在陽極氧化膜514上形成一個開口并在p-型雜質(zhì)區(qū)519內(nèi)形成一個象素電極的接觸孔。再后，通過濺射技術(shù)形成一個ITO膜，并對其進行蝕刻，借此以形成一個象素電極523。象素電極523通過作為解電體的氧化膜514和柵極506(相對設(shè)置，借此以形成輔助電容524，如圖4E所示(圖5E)。
利用上述的處理，形成具有p溝道薄膜晶體管526，527和525以及輔助電容524的所述有源矩陣電路的開關(guān)元件。在這個實施例中，晶體管的導(dǎo)通類型是相反的，但在圖1A或圖10A所示的電路中是相同的。
在這個實施例中，關(guān)于抑制斷態(tài)電流所需的薄膜晶體管526和527，它們的偏置寬度從第四實施例作的要大。另一方面，由于在MOS電容中不需要偏置，所以偏置作的很小。(第六實施例)圖6示出了根據(jù)本發(fā)明形成一個電路的狀態(tài)。規(guī)定處理是使用公知技術(shù)(或在第三和第四實施例中描述的技術(shù))執(zhí)行的，因此不再加以詳述。
首先，借助于在第四實施例中所描述的技術(shù)使用催化元素使非結(jié)晶硅膜片結(jié)晶化，并對其進行蝕刻，借此形成基本成U形(或橫向U形或馬蹄鐵形)半導(dǎo)體區(qū)域(有源層)601到604。在這個例子中，當(dāng)有源層601被作為參照基準(zhǔn)時，有源層602表示同一列下一行，有源層603表示下一列同一行，和有源層604表示下一列下一行(圖6A)。
然后，形成一個柵極絕緣膜(未示出)并對該膜進行蝕刻，借此以形成行選擇信號線604、606及電容線(柵極信號線(607、608。在這個例子中，行選擇信號線605、606、電容線(柵極信號線)607、608和有源層601到604的位置關(guān)系與圖3所示相同(圖6B)。
此后，在對有源層進行攙雜以后，在各有源層的左端處形成接觸孔(例如由標(biāo)號611所表示的)，并進一步形成圖象信號線609和610(圖6C)。
再后，在由行選擇信號線605、606和圖象信號線609、610所環(huán)繞的一個區(qū)域內(nèi)形成象素電極612、613。利用這種方式，在電容線(柵極信號線)607和有源層601內(nèi)形成了TFT614(＝一個靜態(tài)電容和電阻)。在此期間，電容線(柵極信號線)被設(shè)計得不與所討論行的象素電極613相重疊，而是與比所討論行高一行的行處的象素電極612相重疊。就是說，從象素電極613的角度來看，一個較低的線(柵極信號線)608與象素電極603相重疊，借此以形成電容605。在使用該實施例的電路作為第一實施例的電路的情況下，電容線607和608可以被保持有一個恒定的電位。另外，在使用該實施例的電路作為第二實施例電路的情況下，電容線(柵極信號線)607和608被提供有一個脈沖信號，該信號與行選擇信號線605、606同步，并幾乎在整個時間內(nèi)保持恒定電壓(圖6D)。
利用這種方式，電容線(柵極信號線)被設(shè)計得與比所討論行高(或低)一行的行的象素電極相重疊，借此以形成圖6E所示的電路。電容615相當(dāng)于圖1A中的電容158，可以加上該電容而基本上不會降低開口程度(孔徑比)，這對于改善所述電路的集成度是很有效的。圖6F示出了一個傳統(tǒng)的單元象素(參看圖12A)，該單元象素形成于由行選擇信號線和圖象信號線以相等間隔所環(huán)繞的一個區(qū)域之中。以輔助電容625所中斷的區(qū)域與該實施例的相應(yīng)區(qū)域相同(圖6D)。在這個實施例中，由于半導(dǎo)體區(qū)域601被結(jié)構(gòu)得幾乎為行選擇信號線605和607所覆蓋，所以開口程度(孔徑比)不會減少。相反，在傳統(tǒng)的電路中(圖6F)，利用和行選擇信號線分開的柵極來識別開口程度(孔徑比)的降低。(第七實施例)第七實施例的特征在于一個有源矩陣光電顯示器件，該器件包括一對象素電極707和708；設(shè)置在所述一對象素電極之間的一對行選擇信號線702和706；設(shè)置在所述行選擇信號線之間的一個電容線703；和為一對象素電極中的每一個設(shè)置的兩個薄膜晶體管；其中，所述薄膜晶體管的有源層705和706具有一個縱向和橫向基本上都呈U形或馬蹄鐵形的結(jié)晶硅半導(dǎo)體膜片；其中，設(shè)置有所述的行選擇信號線702和704，以和薄膜晶體管的有源層相對應(yīng)；和其中，通常利用所述相應(yīng)薄膜晶體管的有源層705和706來設(shè)置所述電容線703。
另外，根據(jù)該實施例的有源矩陣光電顯示器件包括一對象素電極707和708；一對在所述象素電極之間設(shè)置的行選擇信號線702和704；設(shè)置在所述行選擇信號線之間的一個電容線703；和為所述一對象素電極中的每一個設(shè)置的薄膜晶體管的一對有源層705和706；其中，有源層705和706基本上縱向呈U形，橫向呈U形或馬蹄鐵形；其中，所述一對行選擇信號線中的一個702被設(shè)置的相對于所述一對有源層中的一個705橫向放置；其中，所述一對行選擇信號線中的另一個704被設(shè)置的相對于所述一對有源層中的另一個706橫向放置；和其中，所述電容線703被設(shè)置的與所述一對有源層705和706橫向放置。
在該實施例中，在連接到相鄰象素電極的薄膜晶體管組中，通常安排有所述電容線。圖7示出了根據(jù)第七實施例的簡要結(jié)構(gòu)。
在圖7的相鄰象素電極707和705中，由馬蹄鐵形有源層705所組成的薄膜晶體管組被連接到由相同馬蹄鐵形的有源層706組成的薄膜晶體管組上。然后，通常安排有重疊到有源層705和706上的電容線703。
各有源層705和706分別跨過柵極線703和704借此以形成串聯(lián)的兩個薄膜晶體管。有源層705和706的一端被連接到圖象信號線上。
圖7所示結(jié)構(gòu)的等效電路示于圖8。在應(yīng)用該實施例所示結(jié)構(gòu)的情況下，由于可以減少電容線的數(shù)量，因此可以加強象素的開口程度的(孔徑比)。應(yīng)當(dāng)注意，圖9示出的例子是圖7結(jié)構(gòu)的修改。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，通過以適當(dāng)方式連接多個TFT，可以抑制液晶單元兩端的壓降。在本發(fā)明中，在圖2C所示薄膜晶體管的源極和漏極之間的電壓在整個驅(qū)動處理期間基本上部可以保持很低。通常，由于TFT品質(zhì)的變壞取決于其源極和漏極之間的電壓，所以，通過應(yīng)用本發(fā)明可以避免這種品質(zhì)的降低。
本發(fā)明對用于需要進行高級圖象顯示的場合是非常有效的。換言之，在表示高于256灰度等極的非常好的明暗度的情況下，必須將液晶單元的放電抑制到一幀的1％或更少，而任一個傳統(tǒng)的系統(tǒng)都不能實現(xiàn)這一目標(biāo)。
應(yīng)當(dāng)注意，雖然在上面主要描述了一個液晶光電顯示器件，但本發(fā)明的有源矩陣電路并不局限于液晶光電顯示器件。很明顯，本發(fā)明還可以應(yīng)用于使用電發(fā)光(EL)的顯示單元和使用等離子發(fā)射的顯示單元，這是由于需要保持電壓的緣故。因此，從工業(yè)角度來看，本發(fā)明是非常有用的。
如展示和描述的目的對本發(fā)明的最佳實施例作了前面的描述。但并不是想最嚴(yán)密地限制本發(fā)明為所講述的精確形式。根據(jù)上述技術(shù)可以有各種修改和變化，且根據(jù)本發(fā)明的實踐也可以作出多種修改和變化。選擇和描述實施例僅僅是為了解釋本發(fā)明的原理，且它的實際應(yīng)用是可以使本專業(yè)技術(shù)人員能夠以各實施例應(yīng)用本發(fā)明，并且當(dāng)適用于特定用途時考慮其各種修改。最后，本發(fā)明的范圍是由所附權(quán)利要求及其它們的等效內(nèi)容規(guī)定的。
權(quán)利要求
1.一種有源矩陣光電器件，包括一個置于一個矩陣中的象素電極，該矩陣以圖象信號線基本上垂直于行選擇信號線的方式構(gòu)成；一個開關(guān)元件電路，包括至少3個與所述象素電極串聯(lián)連接的多個TFT，并且除了連接到所述圖象信號線上的一個以外，所述多個TFT中的至少一個總是或幾乎總是處于導(dǎo)通狀態(tài)；其中，所述多個TFT的有源層是由結(jié)晶硅制成的，且包含有促使硅以1×1015到1×1019原子/厘米3結(jié)晶的催化元素。
2.如權(quán)利要求1的器件，其中，在連接到所述象素電極的薄膜晶體管的一個溝道兩端設(shè)置有LDD區(qū)。
3.如權(quán)利要求1的器件，其中，在連接到所述象素電極的薄膜晶體管的一個溝道兩端設(shè)置有偏置區(qū)。
4.一種有源矩陣光電器件，包括一個設(shè)置于一個矩陣中的象素電極，該矩陣以圖象信號線基本上垂直于選擇信號線的方式構(gòu)成；一個開關(guān)元件電路，該電路包括至少3個與所述象素電極串聯(lián)連接的多個TFT，且除了連接到所述圖象信號線中一個上的TFT以外，所述多個TFT中的至少一個被用作基本上是靜態(tài)的電容和電阻；其中，所述多個TFT的有源層由結(jié)晶硅制成，并且包含有用于促使硅以1×1015到1×1019原子/厘米3結(jié)晶的催化元素。
5.如權(quán)利要求4的器件，其中，在連接到所述象素電極上的薄膜晶體管一個溝道的兩端設(shè)置有LDD區(qū)。
6.如權(quán)利要求4的器件，其中，在連接到所述象素電極上的薄膜晶體管一個溝道的兩端設(shè)置有偏置區(qū)。
7.一種有源矩陣光電器件，包括以矩陣形式排列的一個象素電極；和設(shè)置在為每一個象素電極提供的以一個島的形式存在的結(jié)晶硅半導(dǎo)體膜片上面的三個或更多的柵極；其中，所述半導(dǎo)體膜片包含有用于促使硅以1×1015到1×1019原子/厘米3結(jié)晶的催化元素，并具有使用所述柵極作為掩膜進行攙雜的n-型或p-型區(qū)，其中，設(shè)置在所述半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)的n-型或p-型區(qū)的兩端區(qū)中的一個被連接到所述象素電極上，而另一個被連接到圖象信號線上；和其中，與用于所述象素電極的行選擇信號線無關(guān)的一個恒壓施加給與連接到用于所述象素電極的行選擇信號線上的所述柵極中任意一個相鄰的一或二個所述柵極上。
8.如權(quán)利要求7的器件，其中，所述的結(jié)晶硅半導(dǎo)體膜基本上是U形的，橫向U形的或馬蹄鐵形的。
9.如權(quán)利要求7的器件，其中，所述的行選擇信號線是由主要包含鋁的材料制成的，且其側(cè)表面和上表面涂覆有陽極氧化物。
10.一種有源矩陣光電器件，包括以矩陣形式排列的象素電極設(shè)置在為每一個象素電極提供的以一個島的形式存在的結(jié)晶硅半導(dǎo)體膜上的三個或更多的柵極，所述的半導(dǎo)體膜包含有用以促使硅以1×1015到1×1019原子/厘米3結(jié)晶的催化元素，并具有使用所述柵極作為掩膜進行攙雜的n-型或p-型區(qū)；其中，設(shè)置在所述半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)的n-型或p-型區(qū)的兩端區(qū)中的一個連接到圖象信號線上；其中，在圖象信號線一側(cè)的第一柵極和第三柵極被連接到用于每一象素電極的行選擇信號線上；和其中，配置在第一和第三柵極之間的第二柵極被提供有一個信號，當(dāng)所述的行選擇信號線沒有被提供選擇信號時，所述信號在大多時間內(nèi)變成通態(tài)信號。
11.如權(quán)利要求10的器件，其中，所述結(jié)晶硅半導(dǎo)體膜基本上是U形的，橫向U形的或馬蹄鐵形的。
12.如權(quán)利要求10的器件，其中，所述的行選擇信號線是由主要含有鋁的材料制成的，其側(cè)表面和上表面涂覆有陽極氧化物。
13.一種有源矩陣光電器件，包括多個圖象信號線；基本上與所述圖象信號線平行配置的多個行選擇信號線；在所述行選擇信號線之間逐一平行配置的多個電容線；在由所述行選擇信號線和所述圖象信號線所環(huán)繞的區(qū)域中配置的多個象素電極；和配置得使其與每一個所述象素電極相連的開關(guān)元件，其中，所述開關(guān)元件具有一個基本上呈U形，橫向U形或馬蹄鐵形的結(jié)晶硅半導(dǎo)體膜；其中，所述的半導(dǎo)體膜含有用于促使硅以1×1015到1×1019原子/厘米3結(jié)晶的催化元素；和其中，所述半導(dǎo)體膜至少在兩個點處跨躍所述行選擇信號線，并至少在一個點處跨躍所述電容線。
14.如權(quán)利要求13的器件，其中，所述行選擇信號線是由主要含有鋁的材料制成的，且其側(cè)表面和上表面涂覆有陽極氧化物。
15.如權(quán)利要求13的器件，其中，所述電容線不重疊在所討論行的象素上，而是重疊在與所討論行相鄰的行的象素上。
16.一種有源光電器件，包括多個圖象信號線；多個基本上與所述圖象信號線平行設(shè)置的行選擇信號線；在所述行選擇信號線之間逐一平行設(shè)置的多個電容線；在由所述行選擇信號線和所述圖象信號線所環(huán)繞的區(qū)域內(nèi)設(shè)置的多個象素電極；和被設(shè)置得與每個象素電極相連的開關(guān)元件，其中，所述開關(guān)元件具有一個結(jié)晶硅半導(dǎo)體膜，其中，所述半導(dǎo)體膜包含用于促使硅以1×1015到1×1019原子/厘米3結(jié)晶的催化元素；和其中，與所述圖象信號線相接觸的區(qū)域，與所述象素電極相接觸的區(qū)域、由所述行選擇信號線和所述電容線隔開的兩個或多個區(qū)域呈現(xiàn)n-型或p-型導(dǎo)通類型。
17.如權(quán)利要求16的器件，其中，所述行選擇信號線由主要含有鋁的材料制成，且其側(cè)表面和上表面被涂覆有陽極氧化物。
18.如權(quán)利要求16的器件，其中，所述電容線不與上述行的象素相重疊，而與上述行相鄰的行的象素相重疊。
19.一種有源矩陣光電器件，包括一對象素電極；一對配置于所述一對象素電極之間的行選擇信號線；配置在所述行選擇信號之間的電容線；和為一對象素電極中的每一個配置的兩個薄膜晶體管，其中，所述薄膜晶體管的每一個有源層具有一個結(jié)晶硅半導(dǎo)體膜，該膜基本上呈U形，橫向U形或馬蹄鐵形；其中，配置了所述一對行選擇信號線以與所述薄膜晶體管的有源層相對應(yīng)，和其中，通常利用所述薄膜晶體管的有源層來設(shè)置所述電容線。
20.一種有源矩陣光電器件，包括一對象素電極，一對設(shè)置于所述一對象素電極之間的行選擇信號線；一個設(shè)置于所述選擇信號線之間的電容線；和一對為所述一對象素電極中的每一個設(shè)置的薄膜晶體管的有源層；其中，所述有源層基本上呈U形，橫向U形或馬蹄鐵形，其中，所述一對行選擇信號線中的一個被設(shè)置得與一對有源層中的一個橫向放置，其中，所述一對行選擇信號線中的另一個被設(shè)置的與所述有源層中的另一個橫向放置；和其中，所述電容線被設(shè)置得與所述一對有源層的兩個都橫向放置。
21.一種有源矩陣光電器件，包括以矩陣形式排列的多個象素電極和多個圖象信號線；和開關(guān)元件電路，在該電路中，至少有三個薄膜晶體管被串聯(lián)連接以用于所述多個象素電極中的一個，并且除了連接到所述圖象信號線上的薄膜晶體管以外，至少有一個所述薄膜晶體管由獨立于行選擇信號線而提供信號的柵極信號線控制。
22.如權(quán)利要求21的器件，其中，所述薄膜晶體管的有源層是由結(jié)晶硅制成的，并且包含有用于促使硅以1×1015到1×1019原子/厘米3結(jié)晶的催化元素。
23.如權(quán)利要求21的器件，其中，所述柵極信號線與行選擇信號線平行配置，并設(shè)置在行選擇信號線之間。
24.如權(quán)利要求21的器件，其中，在連接到所述多個象素電極的所述一個上的薄膜晶體管的一個溝道的兩端設(shè)置有LDD區(qū)。
25.如權(quán)利要求21的器件，其中，在連接到所述多個象素電極的所述一個上的薄膜晶體管的一個溝道的兩端設(shè)置有偏置區(qū)。
26.一種有源矩陣光電器件，包括以矩陣形式設(shè)置的多個象素電極；在為每個所述象素電極提供的一個島狀結(jié)晶硅半導(dǎo)體膜上的三個或更多的柵極；和設(shè)置在所述半導(dǎo)體膜內(nèi)的使用所述柵極作為掩膜進行攙雜的n-型或p-型區(qū)域，其中，設(shè)置在所述半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)的所述n-型或p-型區(qū)域的兩端區(qū)域中的一個被連接到所述多個象素電極中的一個上，而另一個被連接到一個圖象信號線上，和其中，與連接到用于所討論象素的行選擇信號線上的所述多個柵極中任一個相鄰的一個或15個柵極由獨立于用于所討論象素的行選擇信號線的柵極信號線控制。
27.如權(quán)利要求26的器件，其中，所述半導(dǎo)體膜包含有用于促使硅以1×1015到1×1019原子/厘米3結(jié)晶的催化元素。
28.如權(quán)利要求26的器件，其中，所述的結(jié)晶硅半導(dǎo)體膜基本上呈U形，橫向U形或馬蹄鐵形。
29.一種有源矩陣光電器件，包括多個圖象信號線；基本上與所述圖象信號線平行設(shè)置的多個行選擇信號線；在所述多個行選擇信號之間逐一平行設(shè)置的多個柵極信號線；設(shè)置在由所述多個行選擇信號線和多個圖象信號線所回繞的區(qū)域內(nèi)的多個象素電極；和設(shè)置得與所述多個象素電極中的每一個相連接的多個開關(guān)元件，其中，所述多個開關(guān)元件中的每一個具有一個基本上呈U形，橫向U形或馬蹄鐵形的結(jié)晶硅半導(dǎo)體膜；和其中，所述多個開關(guān)元件中的每一個具有至少兩個與所述行選擇信號線相交的交點和至少一個與所述柵極信號線相交的交點。
30.如權(quán)利要求29的器件，其中，所述半導(dǎo)體膜含有用于促使硅以1×1015到1×1019原子/厘米3結(jié)晶的催化元素。
31.如權(quán)利要求29的器件，其中，所述行選擇信號線是由主要含有鋁的材料制成的，且其側(cè)表面和上表面被涂敷有陽極氧化物。
32.如權(quán)利要求29的器件，其中，所述柵極信號線不與所討論行的象素相重疊，而是與所討論行相鄰行的象素相重疊。
33.一種有源矩陣光電器件，包括多個象素信號線；基本上與所述多個象素信號線平行設(shè)置的多個行選擇信號線；在所述行選擇信號線之間逐一平行設(shè)置的柵極信號線；在所述行選擇信號線和圖象信號線所圍繞的區(qū)域內(nèi)設(shè)置的多個象素電極；和被設(shè)置得與所述多個象素電極中的每一個相連的多個開關(guān)元件，其中，所述多個開關(guān)元件中的每一個都具有一個結(jié)晶硅半導(dǎo)體膜，和其中，與所述圖象信號線接觸的區(qū)域，與所述象素電極接觸的區(qū)域以及由所述行選擇信號線和柵極信號線隔開的兩個或更多區(qū)域呈現(xiàn)n-型或p-型導(dǎo)通類型。
34.如權(quán)利要求33的器件，其中，所述的半導(dǎo)體膜含有用于促使硅以1×1015到1×1019原子/厘米3結(jié)晶的催化元素。
35.如權(quán)利要求33的器件，其中，所述行選擇信號線是由主要含有鋁的材料制成的，且其側(cè)表面和上表面涂敷有陽極氧化物。
36.如權(quán)利要求33的器件，其中，所述柵極信號線不與所討論行的象素相重疊，而是與所討論行相鄰行的象素相重疊。
全文摘要
在一個有源矩陣顯示單元中，多個薄膜晶體管被串聯(lián)連接以作為一個開關(guān)元件而用于一個象素電極，并且，除了其兩端處的薄膜晶體管以外，至少有一個串聯(lián)的薄膜晶體管總是處于導(dǎo)通狀態(tài)，借此以在串聯(lián)的薄膜晶體管之間形成一個電阻成分和一個電容成分，其結(jié)果是當(dāng)開關(guān)元件截止時，漏電流被減少。
文檔編號H01L21/84GK1140337SQ96105568
公開日1997年1月15日 申請日期1996年1月20日 優(yōu)先權(quán)日1995年1月20日
發(fā)明者山崎舜平, 小山潤, 竹村保彥 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所