JP6445111B2 - 電子機器 - Google Patents
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Description
、アモルファスシリコン、多結晶シリコンによって作製されている。アモルファスシリコ
ンを用いた薄膜トランジスタは、電界効果移動度が低いもののガラス基板の大面積化に対
応することができ、一方、結晶シリコンを用いた薄膜トランジスタは電界効果移動度が高
いものの、レーザアニール等の結晶化工程が必要であり、ガラス基板の大面積化には必ず
しも適応しないといった特性を有している。
スに応用する技術が注目されている。例えば、酸化物半導体膜として酸化亜鉛、In−G
a−Zn−O系酸化物半導体を用いて薄膜トランジスタを作製し、画像表示装置のスイッ
チング素子などに用いる技術が特許文献1及び特許文献2で開示されている。
用いた薄膜トランジスタよりも高い電界効果移動度が得られている。酸化物半導体膜はス
パッタリング法などによって300℃以下の温度で膜形成が可能であり、多結晶シリコン
を用いた薄膜トランジスタよりも製造工程が簡単である。
形成し、液晶ディスプレイ、エレクトロルミネセンスディスプレイ又は電子ペーパ等への
応用が期待されている。
ート線数、及び信号線数が増加すると、それらを駆動するための駆動回路を有するICチ
ップをボンディング等により実装することが困難となり、製造コストが増大するという問
題がある。
低減することも課題の一とする。例えば、ゲート配線と上層配線との接触抵抗が高いと、
入力された信号が歪む恐れがある。
構造を提供することも課題の一とする。
の回路を、酸化物半導体を用い、かつゲート電極層と重なる酸化物半導体層上にチャネル
保護層が設けられたた逆スタガ型薄膜トランジスタで構成する。同一基板上に画素部に加
え、駆動回路を設けることによって製造コストを低減する。
膜を形成し、その薄膜を半導体層として用いた薄膜トランジスタを作製する。なお、Mは
、ガリウム(Ga)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)及びコバルト(
Co)から選ばれた一の金属元素又は複数の金属元素を示す。例えばMとして、Gaの場
合があることの他、GaとNi又はGaとFeなど、Ga以外の上記金属元素が含まれる
場合がある。また、上記酸化物半導体において、Mとして含まれる金属元素の他に、不純
物元素としてFe、Niその他の遷移金属元素、又は該遷移金属の酸化物が含まれている
ものがある。本明細書においてはこの薄膜をIn−Ga−Zn−O系非単結晶膜とも呼ぶ
。
Mass Spectrometry:ICP−MS分析法)により代表的な測定例を
表1に示す。In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1としたターゲット(In:G
a:Zn=1:1:0.5)を用い、スパッタ法でのアルゴンガス流量を40sccmと
した条件1で得られる酸化物半導体膜は、InGa0.95Zn0.41O3.33であ
る。また、スパッタ法でのアルゴンガス流量を10sccm、酸素を5sccmとした条
件2で得られる酸化物半導体膜は、InGa0.94Zn0.40O3.31である。
ttering Spectrometry:RBS分析法)に変えて定量化した結果を
表2に示す。
.44O3.49である。また、条件2の試料をRBS分析で測定した結果、酸化物半導
体膜は、InGa0.92Zn0.45O3.86である。
500℃、代表的には300〜400℃で10分〜100分行っているため、アモルファ
ス構造がXRD(X線回析)の分析では観察される。また、薄膜トランジスタの電気特性
もゲート電圧±20Vにおいて、オンオフ比が109以上、移動度が10以上のものを作
製することができる。
えば、ゲート線駆動回路は、ゲート信号を順次転送するシフトレジスタ回路と、バッファ
回路などで構成され、ソース線駆動回路は、ゲート信号を順次転送するシフトレジスタ回
路と、バッファ回路と、画素への映像信号の転送のオンオフを切り替えるアナログスイッ
チなどにより構成される。アモルファスシリコンを用いたTFTに比べ高い移動度を有す
る酸化物半導体膜を用いたTFTは、シフトレジスタ回路を高速駆動させることができる
。
ランジスタで構成する場合、全てnチャネル型TFTで形成され、図1(B)に示した回
路を基本単位として形成する。また、駆動回路において、ゲート電極とソース配線、或い
はドレイン配線を直接接続させることにより、良好なコンタクトを得ることができ、接触
抵抗を低減することができる。駆動回路において、ゲート電極とソース配線、或いはドレ
イン配線を他の導電膜、例えば透明導電膜を介して接続する場合、コンタクトホールの数
の増加、コンタクトホールの数の増加による占有面積の増大、または接触抵抗及び配線抵
抗の増大、さらには工程の複雑化を招く恐れがある。
くとも第1の酸化物半導体層、及び第1の酸化物半導体層に接する第1のチャネル保護層
を有する第1の薄膜トランジスタを有し、駆動回路は、少なくとも第2の酸化物半導体層
、及び第2の酸化物半導体層に接する第2のチャネル保護層を有する第2の薄膜トランジ
スタと、第3の酸化物半導体層、及び第3の酸化物半導体層に接する第3のチャネル保護
層を有する第3の薄膜トランジスタとを有する表示装置である。第2の酸化物半導体層の
下方に設けられた第2の薄膜トランジスタのゲート電極と直接接する配線が、第3の酸化
物半導体層の上方に設けられ、配線は、第3の酸化物半導体層と電気的に接続する第3の
薄膜トランジスタのソース配線又はドレイン配線である。
域となる酸化物半導体層(上記構成においては第3の酸化物半導体層)の間、ドレイン配
線とチャネル形成領域となる酸化物半導体層(上記構成においては第3の酸化物半導体層
)の間に、第3の酸化物半導体層の膜厚よりも薄く、且つ、第3の酸化物半導体層の導電
率よりも高い導電率を有する第4の酸化物半導体層を有する構成としてもよい。
する。
に結晶粒(ナノクリスタル)を含む場合がある。この第4の酸化物半導体層中の結晶粒(
ナノクリスタル)は直径1nm〜10nm、代表的には2nm〜4nm程度である。
てIn−Ga−Zn−O系非単結晶膜を用いることができる。また、In、Ga、及びZ
nのいずれか一をタングステン、モリブデン、チタン、ニッケル、又はアルミニウムと置
換してもよい。
トランジスタを覆い、かつ第1のチャネル保護層、第2のチャネル保護層、及び第3のチ
ャネル保護層に接する絶縁層を有する構成としてもよい。
線に対して、駆動回路保護用の保護回路を同一基板上に設けることが好ましい。保護回路
は、酸化物半導体を用いた非線形素子を用いて構成することが好ましい。
示すものではない。また、本明細書において発明を特定するための事項として固有の名称
を示すものではない。
表示装置や、電気泳動表示素子を用いた電子ペーパーとも称される表示装置が挙げられる
。
素部においてもある薄膜トランジスタのゲート電極と他のトランジスタのソース配線、或
いはドレイン配線を直接接続させる箇所を有している。また、発光素子を用いた発光表示
装置の駆動回路においては、薄膜トランジスタのゲート電極とその薄膜トランジスタのソ
ース配線、或いはドレイン配線を直接接続させる箇所を有している。
全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
成することにより、製造コストを低減する。そして駆動回路に用いる薄膜トランジスタの
ゲート電極とソース配線、或いはドレイン配線を直接接続させることでコンタクトホール
の数を少なくし、駆動回路の占有面積を縮小化できる表示装置を提供することができる。
することができる。
れず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し
得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の
記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の一形態の構
成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通
して用い、その繰り返しの説明は省略する。
ここでは、2つのnチャネル型の薄膜トランジスタを用いてインバータ回路を構成する例
を基に本発明の一形態を以下に説明する。
。2つのnチャネル型TFTを組み合わせてインバータ回路を形成する場合、エンハンス
メント型トランジスタとデプレッション型トランジスタとを組み合わせて形成する場合(
以下、EDMOS回路という)と、エンハンスメント型TFT同士で形成する場合(以下
、EEMOS回路という)がある。なお、nチャネル型TFTのしきい値電圧が正の場合
は、エンハンスメント型トランジスタと定義し、nチャネル型TFTのしきい値電圧が負
の場合は、デプレッション型トランジスタと定義し、本明細書を通してこの定義に従うも
のとする。
エンハンスメント型トランジスタを用いて画素電極への電圧印加のオンオフを切り替える
。この画素部に配置するエンハンスメント型トランジスタは、酸化物半導体を用いており
、その電気特性は、ゲート電圧±20Vにおいて、オンオフ比が109以上であるため、
リーク電流が少なく、低消費電力駆動を実現することができる。
トランジスタ430、第2の薄膜トランジスタ431は、チャネル保護層を有する逆スタ
ガ型薄膜トランジスタであり、半導体層上にソース領域又はドレイン領域を介して配線が
設けられている薄膜トランジスタの例である。
2を設ける。第1のゲート電極401及び第2のゲート電極402の材料は、モリブデン
、チタン、クロム、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウ
ム等の金属材料又はこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層で又は積層して形成す
ることができる。
、アルミニウム層上にモリブデン層が積層された二層の積層構造、または銅層上にモリブ
デン層を積層した二層構造、または銅層上に窒化チタン層若しくは窒化タンタルを積層し
た二層構造、窒化チタン層とモリブデン層とを積層した二層構造とすることが好ましい。
3層の積層構造としては、タングステン層または窒化タングステンと、アルミニウムとシ
リコンの合金またはアルミニウムとチタンの合金と、窒化チタンまたはチタン層とを積層
した積層とすることが好ましい。
には、第1の酸化物半導体層405と、第2の酸化物半導体層407とを設ける。
層418を接して設け、第2のゲート電極402と重なる第2の酸化物半導体層407上
には第2のチャネル保護層419を接して設ける。
、第2の酸化物半導体層407のチャネル形成領域上に第2のチャネル保護層419を設
ける構造であるため、第1の酸化物半導体層405及び第2の酸化物半導体層407のチ
ャネル形成領域に対する工程時におけるダメージ(エッチング時のプラズマやエッチング
剤による膜減りや、酸化など)を防ぐことができる。従って第1の薄膜トランジスタ43
0、第2の薄膜トランジスタ431の信頼性を向上させることができる。
配線410は、ゲート絶縁層403に形成されたコンタクトホール404を介して第2の
ゲート電極402と直接接続する。また、第2の酸化物半導体層407上には第3配線4
11を設ける。
して第1のゲート電極401と重なる第1の酸化物半導体層405とを有し、第1配線4
09は、接地電位の電源線(接地電源線)である。この接地電位の電源線は、負の電圧V
DLが印加される電源線(負電源線)としてもよい。
3を介して第2のゲート電極402と重なる第2の酸化物半導体層407とを有し、第3
配線411は、正の電圧VDDが印加される電源線(正電源線)である。
第1の酸化物半導体層405と第2配線410との間にはn+層406bを設ける。また
、第2の酸化物半導体層407と第2配線410との間にはn+層408aを設け、第2
の酸化物半導体層407と第3配線411との間にはn+層408bを設ける。
b、408a、408bは、In−Ga−Zn−O系非単結晶膜であり、第1の酸化物半
導体層405、第2の酸化物半導体層407の成膜条件とは異なる成膜条件で形成され、
より低抵抗な酸化物半導体層である。例えば上記表1に記載の、スパッタ法でのアルゴン
ガス流量を40sccmとした条件1で得られる酸化物半導体膜で形成したn+層406
a、406b、408a、408bは、n型の導電型を有し、活性化エネルギー(ΔE)
が0.01eV以上0.1eV以下である。なお、本実施の形態では、n+層406a、
406b、408a、408bは、In−Ga−Zn−O系非単結晶膜であり、少なくと
もアモルファス成分を含んでいるものとする。n+層406a、406b、408a、4
08bは非晶質構造の中に結晶粒(ナノクリスタル)を含む場合がある。このn+層40
6a、406b、408a、408b中の結晶粒(ナノクリスタル)は直径1nm〜10
nm、代表的には2nm〜4nm程度である。
配線409、第2配線410、第3配線411と、第1の酸化物半導体層405、第2の
酸化物半導体層407との間を良好な接合としてショットキー接合に比べて熱的にも安定
動作を有せしめる。また、チャネルのキャリアを供給する(ソース側)、またはチャネル
のキャリアを安定して吸収する(ドレイン側)、または抵抗成分を配線との界面に作らな
いためにも積極的にn+層を設けると効果的である。また低抵抗化により、高いドレイン
電圧でも良好な移動度を保持することができる。
両方に電気的に接続する第2の配線410は、ゲート絶縁層403に形成されたコンタク
トホール404を介して第2の薄膜トランジスタ431の第2のゲート電極402と直接
接続する。直接接続させることにより、良好なコンタクトを得ることができ、接触抵抗を
低減することができる。第2のゲート電極402と第2配線410を他の導電膜、例えば
透明導電膜を介して接続する場合に比べて、コンタクトホールの数の低減、コンタクトホ
ールの数の低減による占有面積の縮小を図ることができる。
線Z1−Z2で切断した断面が図1(A)に相当する。
路接続は、図1(B)に相当し、第1の薄膜トランジスタ430をエンハンスメント型の
nチャネル型トランジスタとし、第2の薄膜トランジスタ431をデプレッション型のn
チャネル型トランジスタとする例である。
ャネル型トランジスタとを作製する方法は、例えば、第1の酸化物半導体層405と第2
の酸化物半導体層407とを異なる材料や異なる成膜条件を用いて作製する。また、酸化
物半導体層の上下にゲート電極を設けてしきい値制御を行い、一方のTFTがノーマリー
オンとなるようにゲート電極に電圧をかけ、もう一方のTFTがノーマリーオフとなるよ
うにしてEDMOS回路を構成してもよい。
実施の形態1は、EDMOS回路の例を示したが、本実施の形態では、EEMOS回路の
等価回路を図2(A)に示す。図2(A)の等価回路においては、どちらもエンハンスメ
ント型のnチャネル型トランジスタとする組み合わせを用いた駆動回路である。
きる図2(A)の回路構成を駆動回路に用いることは、画素部に用いるトランジスタも同
じエンハンスメント型のnチャネル型トランジスタとするため作製工程が増大せず、好ま
しいと言える。また、平面図を図2(B)に示す。図2(B)において、鎖線Y1−Y2
で切断した断面が図3(C)に相当する。
ャネル保護層を有する逆スタガ型薄膜トランジスタであり、半導体層上にソース領域又は
ドレイン領域を介して配線が設けられている薄膜トランジスタの例である。
す。
選択的に第1の導電膜のエッチングを行い、第1のゲート電極441及び第2のゲート電
極442を形成する。次いで、第1のゲート電極441及び第2のゲート電極442を覆
うゲート絶縁層443をプラズマCVD法またはスパッタ法を用いて形成する。ゲート絶
縁層443は、CVD法又はスパッタリング法等を用いて、酸化シリコン層、窒化シリコ
ン層、酸化窒化シリコン層又は窒化酸化シリコン層を単層で又は積層して形成することが
できる。また、ゲート絶縁層443として、有機シランガスを用いたCVD法により酸化
シリコン層を形成することも可能である。有機シランガスとしては、珪酸エチル(TEO
S:化学式Si(OC2H5)4)、テトラメチルシラン(TMS:化学式Si(CH3
)4)、テトラメチルシクロテトラシロキサン(TMCTS)、オクタメチルシクロテト
ラシロキサン(OMCTS)、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)、トリエトキシシラ
ン(SiH(OC2H5)3)、トリスジメチルアミノシラン(SiH(N(CH3)2
)3)等のシリコン含有化合物を用いることができる。
のゲート電極442に達するコンタクトホール444を形成する。ここまでの段階での断
面図が図3(A)に相当する。
層458、第2のチャネル保護層459を形成する。第1のチャネル保護層458、第2
のチャネル保護層459は、酸化物半導体膜上に絶縁層を形成し、第3のフォトマスクを
用いて選択的に、エッチングを行って形成する。
マを発生させる逆スパッタを行い、ゲート絶縁層443の表面及びコンタクトホール44
4の底面に付着しているゴミを除去することが好ましい。逆スパッタとは、ターゲット側
に電圧を印加せずに、アルゴン雰囲気下で基板側にRF電源を用いて電圧を印加して基板
にプラズマを形成して表面を改質する方法である。なお、アルゴン雰囲気に代えて窒素、
ヘリウムなどを用いてもよい。また、アルゴン雰囲気に酸素、水素、N2Oなどを加えた
雰囲気で行ってもよい。また、アルゴン雰囲気にCl2、CF4などを加えた雰囲気で行
ってもよい。
9上にn+層を成膜する。
を行い、第1の酸化物半導体層445、第2の酸化物半導体層447を形成する。次いで
、スパッタ法により第2の導電膜を形成し、第5のフォトマスクを用いて選択的に第2の
導電膜のエッチングを行い、第1配線449、第2配線450、及び第3配線451を形
成する。第3配線451は、コンタクトホール444を介して第2のゲート電極442と
直接接する。なお、第2の導電膜をスパッタ法により成膜する前に、アルゴンガスを導入
してプラズマを発生させる逆スパッタを行い、ゲート絶縁層443の表面、n+層の表面
、及びコンタクトホール444の底面に付着しているゴミを除去することが好ましい。逆
スパッタとは、ターゲット側に電圧を印加せずに、アルゴン雰囲気下で基板側にRF電源
を用いて電圧を印加して基板にプラズマを形成して表面を改質する方法である。なお、ア
ルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウムなどを用いてもよい。また、アルゴン雰囲気に酸素
、水素、N2Oなどを加えた雰囲気で行ってもよい。また、アルゴン雰囲気にCl2、C
F4などを加えた雰囲気で行ってもよい。
層446a、446b、448a、448bを形成する。このエッチングが終了した段階
で、第1の薄膜トランジスタ460と第2の薄膜トランジスタ461が完成する。ここま
での段階での断面図が図3(B)に相当する。
この加熱処理を行うタイミングは限定されず、酸化物半導体膜の成膜後であればいつ行っ
てもよい。
ッチングしてコンタクトホールを形成した後、第3の導電膜を形成する。最後に第7のフ
ォトマスクを用いて第3の導電膜を選択的にエッチングして第2配線410と電気的に接
続する接続配線453を形成する。ここまでの段階での断面図が図3(C)に相当する。
素部においても、ある一つの薄膜トランジスタのゲート電極と他のトランジスタのソース
配線、或いはドレイン配線を直接接続させるためのコンタクトホールを有している。この
コンタクト部は、第2のフォトマスクを用いてゲート絶縁膜にコンタクトホールを形成す
る際に同じマスクを用いて形成することができる。
端子部において、ゲート配線に達するコンタクトホールを形成する際、第2のフォトマス
クを用いてゲート絶縁膜にコンタクトホールを形成する際に同じマスクを用いて形成する
ことができる。
枚増えるが、第2の導電膜をエッチングするフォトマスクと、n+層の一部をエッチング
するフォトマスクを別々に用いてエッチングを行ってもよい。
本実施の形態では、インバータ回路の作製において、実施の形態2とは異なる作製工程の
例を図4(A)、図4(B)、図4(C)、及び図4(D)を用いて説明する。
選択的に第1の導電膜のエッチングを行い、第1のゲート電極441及び第2のゲート電
極442を形成する。次いで、第1のゲート電極441及び第2のゲート電極442を覆
うゲート絶縁層443をプラズマCVD法またはスパッタ法を用いて形成する。
層458、第2のチャネル保護層459を形成する。第1のチャネル保護層458、第2
のチャネル保護層459は、酸化物半導体膜上に絶縁層を形成し、第2のフォトマスクを
用いて選択的に、エッチングを行って形成する。
9上にn+層を成膜する。
を行い、第1の酸化物半導体層445、第2の酸化物半導体層447、n+層455、4
57を形成する。こうして、第1のゲート電極441とゲート絶縁層443を介して重な
る第1の酸化物半導体層445、第1のチャネル保護層458、及びn+層455が形成
され、第2のゲート電極442とゲート絶縁層443を介して重なる第2の酸化物半導体
層447、第2のチャネル保護層459、及びn+層457が形成される。ここまでの段
階での断面図が図4(A)に相当する。
のゲート電極442に達するコンタクトホール444を形成する。ここまでの段階での断
面図が図4(B)に相当する。
第2の導電膜のエッチングを行い、第1配線449、第2配線450、及び第3配線45
1を形成する。なお、第2の導電膜をスパッタ法により成膜する前に、アルゴンガスを導
入してプラズマを発生させる逆スパッタを行い、ゲート絶縁層443の表面、n+層45
5、457の表面、及びコンタクトホール444の底面に付着しているゴミを除去するこ
とが好ましい。逆スパッタとは、ターゲット側に電圧を印加せずに、アルゴン雰囲気下で
基板側にRF電源を用いて電圧を印加して基板にプラズマを形成して表面を改質する方法
である。なお、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウムなどを用いてもよい。また、アル
ゴン雰囲気に酸素、水素、N2Oなどを加えた雰囲気で行ってもよい。また、アルゴン雰
囲気にCl2、CF4などを加えた雰囲気で行ってもよい。
ことなく第2の導電膜を形成することができるため、実施の形態2に比べてコンタクトホ
ールの底面が曝される工程数が少ないため、ゲート電極の材料の材料選択の自由度が広が
る。実施の形態2においては、コンタクトホール444で露出しているゲート電極面に接
して酸化物半導体膜が成膜されるため、酸化物半導体膜のエッチング工程でゲート電極の
材料がエッチングされないエッチング条件またはゲート電極の材料を選択する必要がある
。
446a、446b、448a、448bを形成する。このエッチングが終了した段階で
第1の薄膜トランジスタ460と第2の薄膜トランジスタ461が完成する。
して第1のゲート電極441と重なる第1の酸化物半導体層445とを有し、第1配線4
49は、接地電位の電源線(接地電源線)である。この接地電位の電源線は、負の電圧V
DLが印加される電源線(負電源線)としてもよい。
3を介して第2のゲート電極442と重なる第2の酸化物半導体層447とを有し、第3
配線451は、正の電圧VDDが印加される電源線(正電源線)である。
第1の酸化物半導体層445と第2配線450との間にはn+層446bを設ける。また
、第2の酸化物半導体層447と第2配線450との間にはn+層448aを設け、第2
の酸化物半導体層447と第3配線451との間にはn+層448bを設ける。
この加熱処理を行うタイミングは限定されず、酸化物半導体膜の成膜後であればいつ行っ
てもよい。
ッチングしてコンタクトホールを形成した後、第3の導電膜を形成する。最後に第7のフ
ォトマスクを用いて第3の導電膜を選択的にエッチングして第2配線450と電気的に接
続する接続配線453を形成する。ここまでの段階での断面図が図4(D)に相当する。
素部においてもある薄膜トランジスタのゲート電極と他のトランジスタのソース配線、或
いはドレイン配線を直接接続させるためのコンタクトホールを有している。このコンタク
ト部は、第4のフォトマスクを用いてゲート絶縁膜にコンタクトホールを形成する際に同
じマスクを用いて形成することができる。
端子部において、ゲート配線に達するコンタクトホールを形成する際、第4のフォトマス
クを用いてゲート絶縁膜にコンタクトホールを形成する際に同じマスクを用いて形成する
ことができる。
枚増えるが、第2の導電膜をエッチングするフォトマスクと、n+層の一部をエッチング
するフォトマスクを別々に用いてエッチングを行ってもよい。
本実施の形態では、本発明の一形態の薄膜トランジスタを含む表示装置の作製工程につい
て、図5乃至図12を用いて説明する。
ノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板を用いることができる。
、レジストマスクを形成し、エッチングにより不要な部分を除去して配線及び電極(ゲー
ト電極層101を含むゲート配線、容量配線108、及び第1の端子121)を形成する
。このとき少なくともゲート電極層101の端部にテーパー形状が形成されるようにエッ
チングする。この段階での断面図を図5(A)に示した。なお、この段階での平面図が図
7に相当する。
アルミニウム(Al)や銅(Cu)などの低抵抗導電性材料で形成することが望ましいが
、Al単体では耐熱性が劣り、また腐蝕しやすい等の問題点があるので耐熱性導電性材料
と組み合わせて形成する。耐熱性導電性材料としては、チタン(Ti)、タンタル(Ta
)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、Nd(ネオジム)、ス
カンジウム(Sc)から選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金か、上述し
た元素を組み合わせた合金、または上述した元素を成分とする窒化物で形成する。
02はスパッタ法などを用い、膜厚を50〜250nmとする。
の厚さで形成する。勿論、ゲート絶縁層102はこのような酸化シリコン膜に限定される
ものでなく、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化タンタル
膜などの他の絶縁膜を用い、これらの材料から成る単層または積層構造として形成しても
良い。
スパッタを行い、ゲート絶縁層の表面に付着しているゴミを除去することが好ましい。な
お、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウムなどを用いてもよい。また、アルゴン雰囲気
に酸素、水素、N2Oなどを加えた雰囲気で行ってもよい。また、アルゴン雰囲気にCl
2、CF4などを加えた雰囲気で行ってもよい。
Ga−Zn−O系非単結晶膜)を成膜する。プラズマ処理後、大気に曝すことなく第1の
In−Ga−Zn−O系非単結晶膜を成膜することは、ゲート絶縁層と半導体膜の界面に
ゴミや水分を付着させない点で有用である。ここでは、直径8インチのIn、Ga、及び
Znを含む酸化物半導体ターゲット(In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1)を
用いて、基板とターゲットの間との距離を170mm、圧力0.4Pa、直流(DC)電
源0.5kW、アルゴン又は酸素雰囲気下で成膜する。なお、パルス直流(DC)電源を
用いると、ごみが軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。第1のIn−Ga−
Zn−O系非単結晶膜の膜厚は、5nm〜200nmとする。本実施の形態では第1のI
n−Ga−Zn−O系非単結晶膜の膜厚は、100nmとする。
があり、さらにパルス的にバイアスを与えるパルスDCスパッタ法もある。RFスパッタ
法は主に絶縁膜を成膜する場合に用いられ、DCスパッタ法は主に金属膜を成膜する場合
に用いられる。
装置は、同一チャンバーで異なる材料膜を積層成膜することも、同一チャンバーで複数種
類の材料を同時に放電させて成膜することもできる。
や、グロー放電を使わずマイクロ波を用いて発生させたプラズマを用いるECRスパッタ
法を用いるスパッタ装置がある。
とを化学反応させてそれらの化合物薄膜を形成するリアクティブスパッタ法や、成膜中に
基板にも電圧をかけるバイアススパッタ法もある。
ネル保護層133を形成する。チャネル保護層133も第1のIn−Ga−Zn−O系非
単結晶膜と大気に触れさせずに連続成膜することによって形成してもよい。積層する薄膜
を大気に曝さずに連続的に成膜すると生産性が向上する。
化珪素など)を用いることができる。作製法としては、プラズマCVD法や熱CVD法な
どの気相成長法やスパッタリング法を用いることができる。チャネル保護層133は成膜
後にエッチングにより形状を加工する。ここでは、スパッタ法により酸化シリコン膜を形
成し、フォトリソグラフィーによるマスクを用いてエッチング加工することでチャネル保
護層133を形成する。
の酸化物半導体膜(本実施の形態では第2のIn−Ga−Zn−O系非単結晶膜)をスパ
ッタ法で成膜する。ここでは、In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1としたター
ゲットを用い、成膜条件は、圧力を0.4Paとし、電力を500Wとし、成膜温度を室
温とし、アルゴンガス流量40sccmを導入してスパッタ成膜を行う。In2O3:G
a2O3:ZnO=1:1:1としたターゲットを意図的に用いているにも関わらず、成
膜直後で大きさ1nm〜10nmの結晶粒を含むIn−Ga−Zn−O系非単結晶膜が形
成されることがある。なお、ターゲットの成分比、成膜圧力(0.1Pa〜2.0Pa)
、電力(250W〜3000W:8インチφ)、温度(室温〜100℃)、反応性スパッ
タの成膜条件などを適宜調節することで結晶粒の有無や、結晶粒の密度や、直径サイズは
、1nm〜10nmの範囲で調節されうると言える。第2のIn−Ga−Zn−O系非単
結晶膜の膜厚は、5nm〜20nmとする。勿論、膜中に結晶粒が含まれる場合、含まれ
る結晶粒のサイズが膜厚を超える大きさとならない。本実施の形態では第2のIn−Ga
−Zn−O系非単結晶膜の膜厚は、5nmとする。
の成膜条件と異ならせる。例えば、第2のIn−Ga−Zn−O系非単結晶膜の成膜条件
における酸素ガス流量とアルゴンガス流量の比よりも第1のIn−Ga−Zn−O系非単
結晶膜の成膜条件における酸素ガス流量の占める比率が多い条件とする。具体的には、第
2のIn−Ga−Zn−O系非単結晶膜の成膜条件は、希ガス(アルゴン、又はヘリウム
など)雰囲気下(または酸素ガス10%以下、アルゴンガス90%以上)とし、第1のI
n−Ga−Zn−O系非単結晶膜の成膜条件は、酸素雰囲気下(又は酸素ガス流量がアル
ゴンガス流量と同量か、それ以上)とする。
と同一チャンバーを用いてもよいし、先に逆スパッタを行ったチャンバーと異なるチャン
バーで成膜してもよい。
Ga−Zn−O系非単結晶膜及び第2のIn−Ga−Zn−O系非単結晶膜をエッチング
する。ここではITO07N(関東化学社製)を用いたウェットエッチングにより、不要
な部分を除去して第1のIn−Ga−Zn−O系非単結晶膜である半導体層103、第2
のIn−Ga−Zn−O系非単結晶膜である酸化物半導体膜111を形成する。なお、こ
こでのエッチングは、ウェットエッチングに限定されずドライエッチングを用いてもよい
。この段階での断面図を図5(B)に示した。なお、この段階での平面図が図8に相当す
る。
により不要な部分を除去してゲート電極層と同じ材料の配線や電極層に達するコンタクト
ホールを形成する。このコンタクトホールは後に形成する導電膜と直接接続するために設
ける。例えば、駆動回路において、ゲート電極層とソース電極層或いはドレイン電極層と
直接接する薄膜トランジスタや、端子部のゲート配線と電気的に接続する端子を形成する
場合にコンタクトホールを形成する。
パッタ法や真空蒸着法で形成する。この段階での断面図を図5(C)に示した。
たは上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金膜等が挙げられ
る。また、200℃〜600℃の熱処理を行う場合には、この熱処理に耐える耐熱性を導
電膜に持たせることが好ましい。Al単体では耐熱性が劣り、また腐蝕しやすい等の問題
点があるので耐熱性導電性材料と組み合わせて形成する。Alと組み合わせる耐熱性導電
性材料としては、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、モリブデン
(Mo)、クロム(Cr)、Nd(ネオジム)、Sc(スカンジウム)から選ばれた元素
、または上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金膜、または
上述した元素を成分とする窒化物で形成する。
構造としてもよく、アルミニウム膜上にチタン膜を積層してもよい。また、導電膜132
としてTi膜と、そのTi膜上に重ねてNdを含むアルミニウム(Al−Nd)膜を積層
し、さらにその上にTi膜を成膜する3層構造としてもよい。導電膜132は、シリコン
を含むアルミニウム膜の単層構造としてもよい。
ングにより不要な部分を除去してソース電極層又はドレイン電極層105a、105b、
及びソース領域又はドレイン領域104a、104bを形成する。この際のエッチング方
法としてウェットエッチングまたはドライエッチングを用いる。例えば導電膜132とし
てアルミニウム膜、又はアルミニウム合金膜を用いる場合は、燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた
溶液を用いたウェットエッチングを行うことができる。ここでは、アンモニア過水(過酸
化水素:アンモニア:水=5:2:2)を用いたウェットエッチングにより、Ti膜の導
電膜132をエッチングしてソース電極層又はドレイン電極層105a、105bを、酸
化物半導体膜111をエッチングしてソース領域又はドレイン領域104a、104bを
形成する。このエッチング工程において、チャネル保護層133は半導体層103のエッ
チングストッパーとして機能するため、半導体層103はエッチングされない。図6(A
)においては、ソース電極層又はドレイン電極層105a、105b、ソース領域又はド
レイン領域104a、104bのエッチングをアンモニア過水のエッチング材によって一
度に行うため、ソース電極層又はドレイン電極層105a、105b及びソース領域又は
ドレイン領域104a、104bの端部は一致し、連続的な構造となっている。またウェ
ットエッチングを用いるために、エッチングが等方的に行われ、ソース電極層又はドレイ
ン電極層105a、105bの端部はレジストマスク131より後退している。以上の工
程で半導体層103をチャネル形成領域とし、かつ該チャネル形成領域上にチャネル保護
層133を有する薄膜トランジスタ170が作製できる。この段階での断面図を図6(A
)に示した。なお、この段階での平面図が図9に相当する。
半導体層103のチャネル形成領域に対する工程時におけるダメージ(エッチング時のプ
ラズマやエッチング剤による膜減りや、酸化など)を防ぐことができる。従って薄膜トラ
ンジスタ170の信頼性を向上させることができる。
しい。ここでは炉に入れ、窒素雰囲気下で350℃、1時間の熱処理を行う。この熱処理
によりIn−Ga−Zn−O系非単結晶膜の原子レベルの再配列が行われる。この熱処理
によりキャリアの移動を阻害する歪が解放されるため、ここでの熱処理(光アニールも含
む)は重要である。なお、熱処理を行うタイミングは、第2のIn−Ga−Zn−O系非
単結晶膜の成膜後であれば特に限定されず、例えば画素電極形成後に行ってもよい。
105a、105bと同じ材料である第2の端子122を端子部に残す。なお、第2の端
子122はソース配線(ソース電極層又はドレイン電極層105a、105bを含むソー
ス配線)と電気的に接続されている。
を介して端子部の第1の端子121と直接接続される。なお、ここでは図示しないが、上
述した工程と同じ工程を経て駆動回路の薄膜トランジスタのソース配線あるいはドレイン
配線とゲート電極が直接接続される。
ストマスクを用いると、レジストマスクの数を減らすことができるため、工程簡略化、低
コスト化が図れる。
7を形成する。保護絶縁層107はスパッタ法などを用いて得られる窒化シリコン膜、酸
化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化タンタル膜などを用いる
ことができる。
07のエッチングによりドレイン電極層105bに達するコンタクトホール125を形成
する。また、ここでのエッチングにより第2の端子122に達するコンタクトホール12
7、接続電極120に達するコンタクトホール126も同じレジストマスクで形成するこ
とが好ましい。この段階での断面図を図6(B)に示す。
は、酸化インジウム(In2O3)や酸化インジウム酸化スズ合金(In2O3―SnO
2、ITOと略記する)などをスパッタ法や真空蒸着法などを用いて形成する。このよう
な材料のエッチング処理は塩酸系の溶液により行う。しかし、特にITOのエッチングは
残渣が発生しやすいので、エッチング加工性を改善するために酸化インジウム酸化亜鉛合
金(In2O3―ZnO)を用いても良い。
より不要な部分を除去して画素電極層110を形成する。
2及び保護絶縁層107を誘電体として、容量配線108と画素電極層110とで保持容
量が形成される。
ストマスクで覆い端子部に形成された透明導電膜128、129を残す。透明導電膜12
8、129はFPCとの接続に用いられる電極または配線となる。第1の端子121と直
接接続された接続電極120上に形成された透明導電膜128は、ゲート配線の入力端子
として機能する接続用の端子電極となる。第2の端子122上に形成された透明導電膜1
29は、ソース配線の入力端子として機能する接続用の端子電極である。
段階での平面図が図10に相当する。
平面図をそれぞれ図示している。図11(A1)は図11(A2)中のC1−C2線に沿
った断面図に相当する。図11(A1)において、保護絶縁膜154上に形成される透明
導電膜155は、入力端子として機能する接続用の端子電極である。また、図11(A1
)において、端子部では、ゲート配線と同じ材料で形成される第1の端子151と、ソー
ス配線と同じ材料で形成される接続電極153とがゲート絶縁層152を介して重なり直
接接して導通させている。また、接続電極153と透明導電膜155が保護絶縁膜154
に設けられたコンタクトホールを介して直接接して導通させている。
それぞれ図示している。また、図11(B1)は図11(B2)中のD1−D2線に沿っ
た断面図に相当する。図11(B1)において、保護絶縁膜154上に形成される透明導
電膜155は、入力端子として機能する接続用の端子電極である。また、図11(B1)
において、端子部では、ゲート配線と同じ材料で形成される電極156が、ソース配線と
電気的に接続される第2の端子150の下方にゲート絶縁層152を介して重なる。電極
156は第2の端子150とは電気的に接続しておらず、電極156を第2の端子150
と異なる電位、例えばフローティング、GND、0Vなどに設定すれば、ノイズ対策のた
めの容量または静電気対策のための容量を形成することができる。また、第2の端子15
0は、保護絶縁膜154を介して透明導電膜155と電気的に接続している。
。また、端子部においては、ゲート配線と同電位の第1の端子、ソース配線と同電位の第
2の端子、容量配線と同電位の第3の端子などが複数並べられて配置される。それぞれの
端子の数は、それぞれ任意な数で設ければ良いものとし、実施者が適宣決定すれば良い。
ムゲート型のnチャネル型薄膜トランジスタである薄膜トランジスタ170を有する画素
薄膜トランジスタ部、保持容量を完成させることができる。そして、これらを個々の画素
に対応してマトリクス状に配置して画素部を構成することによりアクティブマトリクス型
の表示装置を作製するための一方の基板とすることができる。本明細書では便宜上このよ
うな基板をアクティブマトリクス基板と呼ぶ。
と、対向電極が設けられた対向基板との間に液晶層を設け、アクティブマトリクス基板と
対向基板とを固定する。なお、対向基板に設けられた対向電極と電気的に接続する共通電
極をアクティブマトリクス基板上に設け、共通電極と電気的に接続する第4の端子を端子
部に設ける。この第4の端子は、共通電極を固定電位、例えばGND、0Vなどに設定す
るための端子である。
を図12に示す。図12では容量配線を設けず、画素電極層を隣り合う画素のゲート配線
と保護絶縁膜及びゲート絶縁層を介して重ねて保持容量を形成する例であり、この場合、
容量配線及び容量配線と接続する第3の端子は省略することができる。なお、図12にお
いて、図10と同じ部分には同じ符号を用いて説明する。
を駆動することによって、画面上に表示パターンが形成される。詳しくは選択された画素
電極と該画素電極に対応する対向電極との間に電圧が印加されることによって、画素電極
と対向電極との間に配置された液晶層の光学変調が行われ、この光学変調が表示パターン
として観察者に認識される。
は動画のぼけが生じるという問題がある。液晶表示装置の動画特性を改善するため、全面
黒表示を1フレームおきに行う、所謂、黒挿入と呼ばれる駆動技術がある。
謂、倍速駆動と呼ばれる駆動技術もある。
ダイオード)光源または複数のEL光源などを用いて面光源を構成し、面光源を構成して
いる各光源を独立して1フレーム間内で間欠点灯駆動する駆動技術もある。面光源として
、3種類以上のLEDを用いてもよいし、白色発光のLEDを用いてもよい。独立して複
数のLEDを制御できるため、液晶層の光学変調の切り替えタイミングに合わせてLED
の発光タイミングを同期させることもできる。この駆動技術は、LEDを部分的に消灯す
ることができるため、特に一画面を占める黒い表示領域の割合が多い映像表示の場合には
、消費電力の低減効果が図れる。
を従来よりも改善することができる。
晶膜をチャネル形成領域に用いており、良好な動特性を有するため、これらの駆動技術を
組み合わせることができる。
、低電源電位、例えばGND、0Vなどに設定するため、端子部に、カソードを低電源電
位、例えばGND、0Vなどに設定するための第4の端子が設けられる。また、発光表示
装置を作製する場合には、ソース配線、及びゲート配線に加えて電源供給線を設ける。従
って、端子部には、電源供給線と電気的に接続する第5の端子を設ける。
成することにより、製造コストを低減する。そして駆動回路に用いる薄膜トランジスタの
ゲート電極とソース配線、或いはドレイン配線を直接接続させることでコンタクトホール
の数を少なくし、駆動回路の占有面積を縮小化できる表示装置を提供することができる。
ることができる。
ここでは、実施の形態1において、配線と半導体層とが接する構成の薄膜トランジスタを
有する表示装置の例を図30に示す。
ランジスタ430、第2の薄膜トランジスタ431は、チャネル保護層を有する逆スタガ
型薄膜トランジスタであり、第1の酸化物半導体層405に接して第1のチャネル保護層
418、第1配線409、第2配線410が設けられ、第2の酸化物半導体層407に接
して第2のチャネル保護層419、第2配線410、第3配線411が設けられている例
である。
半導体層405と、第1配線409、第2配線410との接触領域、及び第2の酸化物半
導体層407と、第2配線410、第3配線411との接触領域はプラズマ処理によって
改質されていることが好ましい。本実施の形態では、配線となる導電膜を形成する前に、
酸化物半導体層(本実施の形態ではIn−Ga−Zn−O系非単結晶膜)にアルゴン雰囲
気下でプラズマ処理を行う。
ルゴン雰囲気に酸素、水素、N2Oなどを加えた雰囲気で行ってもよい。また、アルゴン
雰囲気にCl2、CF4などを加えた雰囲気で行ってもよい。
7に接して導電膜を形成し、第1配線409、第2配線410、第3配線411を形成す
ることによって、第1の酸化物半導体層405、第2の酸化物半導体層407と第1配線
409、第2配線410、第3配線411とのコンタクト抵抗を低減することができる。
である。
本実施の形態では、本発明の半導体装置の一例である表示装置において、同一基板上に少
なくとも駆動回路の一部と、画素部に配置する薄膜トランジスタを作製する例について以
下に説明する。
。また、実施の形態4又は実施の形態5に示す薄膜トランジスタはnチャネル型TFTで
あるため、駆動回路のうち、nチャネル型TFTで構成することができる駆動回路の一部
を画素部の薄膜トランジスタと同一基板上に形成する。
例を図14(A)に示す。図14(A)に示す表示装置は、基板5300上に表示素子を
備えた画素を複数有する画素部5301と、各画素を選択する走査線駆動回路5302と
、選択された画素へのビデオ信号の入力を制御する信号線駆動回路5303とを有する。
線S1〜Sm(図示せず。)により信号線駆動回路5303と接続され、走査線駆動回路
5302から行方向に伸張して配置された複数の走査線G1〜Gn(図示せず。)により
走査線駆動回路5302と接続され、信号線S1〜Sm並びに走査線G1〜Gnに対応し
てマトリクス状に配置された複数の画素(図示せず。)を有する。そして、各画素は、信
号線Sj(信号線S1〜Smのうちいずれか一)、走査線Gi(走査線G1〜Gnのうち
いずれか一)と接続される。
あり、nチャネル型TFTで構成する信号線駆動回路について図15を用いて説明する。
02_M、第1の配線5611、第2の配線5612、第3の配線5613及び配線56
21_1〜5621_Mを有する。スイッチ群5602_1〜5602_Mそれぞれは、
第1の薄膜トランジスタ5603a、第2の薄膜トランジスタ5603b及び第3の薄膜
トランジスタ5603cを有する。
及び配線5621_1〜5621_Mに接続される。そして、スイッチ群5602_1〜
5602_Mそれぞれは、第1の配線5611、第2の配線5612、第3の配線561
3及びスイッチ群5602_1〜5602_Mそれぞれに対応した配線5621_1〜5
621_Mに接続される。そして、配線5621_1〜5621_Mそれぞれは、第1の
薄膜トランジスタ5603a、第2の薄膜トランジスタ5603b及び第3の薄膜トラン
ジスタ5603cを介して、3つの信号線に接続される。例えば、J列目の配線5621
_J(配線5621_1〜配線5621_Mのうちいずれか一)は、スイッチ群5602
_Jが有する第1の薄膜トランジスタ5603a、第2の薄膜トランジスタ5603b及
び第3の薄膜トランジスタ5603cを介して、信号線Sj−1、信号線Sj、信号線S
j+1に接続される。
号が入力される。
、スイッチ群5602_1〜5602_Mは、画素部と同一基板上に形成されていること
が望ましい。したがって、ドライバIC5601とスイッチ群5602_1〜5602_
MとはFPCなどを介して接続するとよい。
照して説明する。なお、図16のタイミングチャートは、i行目の走査線Giが選択され
ている場合のタイミングチャートを示している。さらに、i行目の走査線Giの選択期間
は、第1のサブ選択期間T1、第2のサブ選択期間T2及び第3のサブ選択期間T3に分
割されている。さらに、図15の信号線駆動回路は、他の行の走査線が選択されている場
合でも図16と同様の動作をする。
スタ5603a、第2の薄膜トランジスタ5603b及び第3の薄膜トランジスタ560
3cを介して、信号線Sj−1、信号線Sj、信号線Sj+1に接続される場合について
示している。
1の薄膜トランジスタ5603aのオン・オフのタイミング5703a、第2の薄膜トラ
ンジスタ5603bのオン・オフのタイミング5703b、第3の薄膜トランジスタ56
03cのオン・オフのタイミング5703c及びJ列目の配線5621_Jに入力される
信号5721_Jを示している。
択期間T2及び第3のサブ選択期間T3において、それぞれ別のビデオ信号が入力される
。例えば、第1のサブ選択期間T1において配線5621_Jに入力されるビデオ信号は
信号線Sj−1に入力され、第2のサブ選択期間T2において配線5621_Jに入力さ
れるビデオ信号は信号線Sjに入力され、第3のサブ選択期間T3において配線5621
_Jに入力されるビデオ信号は信号線Sj+1に入力される。さらに、第1のサブ選択期
間T1、第2のサブ選択期間T2及び第3のサブ選択期間T3において、配線5621_
Jに入力されるビデオ信号をそれぞれData_j−1、Data_j、Data_j+
1とする。
aがオンし、第2の薄膜トランジスタ5603b及び第3の薄膜トランジスタ5603c
がオフする。このとき、配線5621_Jに入力されるData_j−1が、第1の薄膜
トランジスタ5603aを介して信号線Sj−1に入力される。第2のサブ選択期間T2
では、第2の薄膜トランジスタ5603bがオンし、第1の薄膜トランジスタ5603a
及び第3の薄膜トランジスタ5603cがオフする。このとき、配線5621_Jに入力
されるData_jが、第2の薄膜トランジスタ5603bを介して信号線Sjに入力さ
れる。第3のサブ選択期間T3では、第3の薄膜トランジスタ5603cがオンし、第1
の薄膜トランジスタ5603a及び第2の薄膜トランジスタ5603bがオフする。この
とき、配線5621_Jに入力されるData_j+1が、第3の薄膜トランジスタ56
03cを介して信号線Sj+1に入力される。
、1ゲート選択期間中に1つの配線5621から3つの信号線にビデオ信号を入力するこ
とができる。したがって、図15の信号線駆動回路は、ドライバIC5601が形成され
る基板と、画素部が形成されている基板との接続数を信号線の数に比べて約1/3にする
ことができる。接続数が約1/3になることによって、図15の信号線駆動回路は、信頼
性、歩留まりなどを向上できる。
択期間それぞれにおいて、ある1つの配線から複数の信号線それぞれにビデオ信号を入力
することができれば、薄膜トランジスタの配置や数、駆動方法などは限定されない。
ぞれにビデオ信号を入力する場合は、薄膜トランジスタ及び薄膜トランジスタを制御する
ための配線を追加すればよい。ただし、1ゲート選択期間を4つ以上のサブ選択期間に分
割すると、1つのサブ選択期間が短くなる。したがって、1ゲート選択期間は、2つ又は
3つのサブ選択期間に分割されることが望ましい。
ージ期間Tp、第1のサブ選択期間T1、第2のサブ選択期間T2、第3の選択期間T3
に分割してもよい。さらに、図17のタイミングチャートは、i行目の走査線Giが選択
されるタイミング、第1の薄膜トランジスタ5603aのオン・オフのタイミング580
3a、第2の薄膜トランジスタ5603bのオン・オフのタイミング5803b、第3の
薄膜トランジスタ5603cのオン・オフのタイミング5803c及びJ列目の配線56
21_Jに入力される信号5821_Jを示している。図17に示すように、プリチャー
ジ期間Tpにおいて第1の薄膜トランジスタ5603a、第2の薄膜トランジスタ560
3b及び第3の薄膜トランジスタ5603cがオンする。このとき、配線5621_Jに
入力されるプリチャージ電圧Vpが第1の薄膜トランジスタ5603a、第2の薄膜トラ
ンジスタ5603b及び第3の薄膜トランジスタ5603cを介してそれぞれ信号線Sj
−1、信号線Sj、信号線Sj+1に入力される。第1のサブ選択期間T1において第1
の薄膜トランジスタ5603aがオンし、第2の薄膜トランジスタ5603b及び第3の
薄膜トランジスタ5603cがオフする。このとき、配線5621_Jに入力されるDa
ta_j−1が、第1の薄膜トランジスタ5603aを介して信号線Sj−1に入力され
る。第2のサブ選択期間T2では、第2の薄膜トランジスタ5603bがオンし、第1の
薄膜トランジスタ5603a及び第3の薄膜トランジスタ5603cがオフする。このと
き、配線5621_Jに入力されるData_jが、第2の薄膜トランジスタ5603b
を介して信号線Sjに入力される。第3のサブ選択期間T3では、第3の薄膜トランジス
タ5603cがオンし、第1の薄膜トランジスタ5603a及び第2の薄膜トランジスタ
5603bがオフする。このとき、配線5621_Jに入力されるData_j+1が、
第3の薄膜トランジスタ5603cを介して信号線Sj+1に入力される。
ブ選択期間の前にプリチャージ期間を設けることによって、信号線をプリチャージできる
ため、画素へのビデオ信号の書き込みを高速に行うことができる。なお、図17において
、図16と同様なものに関しては共通の符号を用いて示し、同一部分又は同様な機能を有
する部分の詳細な説明は省略する。
ッファを有している。また場合によってはレベルシフタを有していても良い。走査線駆動
回路において、シフトレジスタにクロック信号(CLK)及びスタートパルス信号(SP
)が入力されることによって、選択信号が生成される。生成された選択信号はバッファに
おいて緩衝増幅され、対応する走査線に供給される。走査線には、1ライン分の画素のト
ランジスタのゲート電極が接続されている。そして、1ライン分の画素のトランジスタを
一斉にONにしなくてはならないので、バッファは大きな電流を流すことが可能なものが
用いられる。
て説明する。
ロップ5701_i〜5701_nという複数のフリップフロップで構成される。また、
第1のクロック信号、第2のクロック信号、スタートパルス信号、リセット信号が入力さ
れて動作する。
目のフリップフロップ5701_i(フリップフロップ5701_1〜5701_nのう
ちいずれか一)は、図19に示した第1の配線5501が第7の配線5717_i−1に
接続され、図19に示した第2の配線5502が第7の配線5717_i+1に接続され
、図19に示した第3の配線5503が第7の配線5717_iに接続され、図19に示
した第6の配線5506が第5の配線5715に接続される。
5712に接続され、偶数段目のフリップフロップでは第3の配線5713に接続され、
図19に示した第5の配線5505が第4の配線5714に接続される。
1の配線5711に接続され、n段目のフリップフロップ5701_nの図19に示す第
2の配線5502は第6の配線5716に接続される。
16を、それぞれ第1の信号線、第2の信号線、第3の信号線、第4の信号線と呼んでも
よい。さらに、第4の配線5714、第5の配線5715を、それぞれ第1の電源線、第
2の電源線と呼んでもよい。
ップフロップは、第1の薄膜トランジスタ5571、第2の薄膜トランジスタ5572、
第3の薄膜トランジスタ5573、第4の薄膜トランジスタ5574、第5の薄膜トラン
ジスタ5575、第6の薄膜トランジスタ5576、第7の薄膜トランジスタ5577及
び第8の薄膜トランジスタ5578を有する。なお、第1の薄膜トランジスタ5571、
第2の薄膜トランジスタ5572、第3の薄膜トランジスタ5573、第4の薄膜トラン
ジスタ5574、第5の薄膜トランジスタ5575、第6の薄膜トランジスタ5576、
第7の薄膜トランジスタ5577及び第8の薄膜トランジスタ5578は、nチャネル型
トランジスタであり、ゲート・ソース間電圧(Vgs)がしきい値電圧(Vth)を上回
ったとき導通状態になるものとする。
続されている。また、第3の薄膜トランジスタ5573と第4の薄膜トランジスタ557
4の接続させた回路(図19中鎖線で囲んだ回路)は、図2(A)に示す回路構成に相当
すると言える。ここでは全ての薄膜トランジスタは、エンハンスメント型のnチャネル型
トランジスタとする例を示すが、特に限定されず、例えば、第3の薄膜トランジスタ55
73は、デプレッション型のnチャネル型トランジスタを用いても駆動回路を駆動させる
こともできる。
が第4の配線5504に接続され、第1の薄膜トランジスタ5571の第2の電極(ソー
ス電極またはドレイン電極の他方)が第3の配線5503に接続される。
薄膜トランジスタ5572第2の電極が第3の配線5503に接続される。
薄膜トランジスタ5573の第2の電極が第2の薄膜トランジスタ5572のゲート電極
に接続され、第3の薄膜トランジスタ5573のゲート電極が第5の配線5505に接続
される。
薄膜トランジスタ5574の第2の電極が第2の薄膜トランジスタ5572のゲート電極
に接続され、第4の薄膜トランジスタ5574のゲート電極が第1の薄膜トランジスタ5
571のゲート電極に接続される。
薄膜トランジスタ5575の第2の電極が第1の薄膜トランジスタ5571のゲート電極
に接続され、第5の薄膜トランジスタ5575のゲート電極が第1の配線5501に接続
される。
薄膜トランジスタ5576の第2の電極が第1の薄膜トランジスタ5571のゲート電極
に接続され、第6の薄膜トランジスタ5576のゲート電極が第2の薄膜トランジスタ5
572のゲート電極に接続される。
薄膜トランジスタ5577の第2の電極が第1の薄膜トランジスタ5571のゲート電極
に接続され、第7の薄膜トランジスタ5577のゲート電極が第2の配線5502に接続
される。第8の薄膜トランジスタ5578の第1の電極が第6の配線5506に接続され
、第8の薄膜トランジスタ5578の第2の電極が第2の薄膜トランジスタ5572のゲ
ート電極に接続され、第8の薄膜トランジスタ5578のゲート電極が第1の配線550
1に接続される。
のゲート電極、第5の薄膜トランジスタ5575の第2の電極、第6の薄膜トランジスタ
5576の第2の電極及び第7の薄膜トランジスタ5577の第2の電極の接続箇所をノ
ード5543とする。さらに、第2の薄膜トランジスタ5572のゲート電極、第3の薄
膜トランジスタ5573の第2の電極、第4の薄膜トランジスタ5574の第2の電極、
第6の薄膜トランジスタ5576のゲート電極及び第8の薄膜トランジスタ5578の第
2の電極の接続箇所をノード5544とする。
504を、それぞれ第1の信号線、第2の信号線、第3の信号線、第4の信号線と呼んで
もよい。さらに、第5の配線5505を第1の電源線、第6の配線5506を第2の電源
線と呼んでもよい。
で作製することも可能である。実施の形態4に示すnチャネル型TFTはトランジスタの
移動度が大きいため、駆動回路の駆動周波数を高くすることが可能となる。また、実施の
形態4に示すnチャネル型TFTはIn−Ga−Zn−O系非単結晶膜であるソース領域
又はドレイン領域により寄生容量が低減されるため、周波数特性(f特性と呼ばれる)が
高い。例えば、実施の形態4に示すnチャネル型TFTを用いた走査線駆動回路は、高速
に動作させることができるため、フレーム周波数を高くすること、または、黒画面挿入を
実現することなども実現することができる。
駆動回路を配置することなどによって、さらに高いフレーム周波数を実現することができ
る。複数の走査線駆動回路を配置する場合は、偶数行の走査線を駆動する為の走査線駆動
回路を片側に配置し、奇数行の走査線を駆動するための走査線駆動回路をその反対側に配
置することにより、フレーム周波数を高くすることを実現することができる。また、複数
の走査線駆動回路により、同じ走査線に信号を出力すると、表示装置の大型化に有利であ
る。
場合、少なくとも一つの画素に複数の薄膜トランジスタを配置するため、走査線駆動回路
を複数配置することが好ましい。アクティブマトリクス型発光表示装置のブロック図の一
例を図14(B)に示す。
る画素部5401と、各画素を選択する第1の走査線駆動回路5402及び第2の走査線
駆動回路5404と、選択された画素へのビデオ信号の入力を制御する信号線駆動回路5
403とを有する。
合、画素はトランジスタのオンとオフの切り替えによって、発光もしくは非発光の状態と
なる。よって、面積階調法または時間階調法を用いて階調の表示を行うことができる。面
積階調法は、1画素を複数の副画素に分割し、各副画素を独立にビデオ信号に基づいて駆
動させることによって、階調表示を行う駆動法である。また時間階調法は、画素が発光す
る期間を制御することによって、階調表示を行う駆動法である。
している。具体的に時間階調法で表示を行なう場合、1フレーム期間を複数のサブフレー
ム期間に分割する。そしてビデオ信号に従い、各サブフレーム期間において画素の発光素
子を発光または非発光の状態にする。複数のサブフレーム期間に分割することによって、
1フレーム期間中に画素が実際に発光する期間のトータルの長さを、ビデオ信号により制
御することができ、階調を表示することができる。
を配置する場合、一方のスイッチング用TFTのゲート配線である第1の走査線に入力さ
れる信号を第1の走査線駆動回路5402で生成し、他方のスイッチング用TFTのゲー
ト配線である第2の走査線に入力される信号を第2の走査線駆動回路5404で生成して
いる例を示しているが、第1の走査線に入力される信号と、第2の走査線に入力される信
号とを、共に1つの走査線駆動回路で生成するようにしても良い。また、例えば、1つの
画素が有するスイッチング用TFTの数によって、スイッチング素子の動作を制御するの
に用いられる走査線が、各画素に複数設けられることもあり得る。この場合、複数の走査
線に入力される信号を、全て1つの走査線駆動回路で生成しても良いし、複数の各走査線
駆動回路で生成しても良い。
できる駆動回路の一部を画素部の薄膜トランジスタと同一基板上に形成することができる
。また、信号線駆動回路及び走査線駆動回路を実施の形態4又は実施の形態5に示すnチ
ャネル型TFTのみで作製することも可能である。
電気的に接続する素子を利用して電子インクを駆動させる電子ペーパーに用いてもよい。
電子ペーパーは、電気泳動表示装置(電気泳動ディスプレイ)も呼ばれており、紙と同じ
読みやすさ、他の表示装置に比べ低消費電力、薄くて軽い形状とすることが可能という利
点を有している。
子と、マイナスの電荷を有する第2の粒子とを含むマイクロカプセルが溶媒または溶質に
複数分散されたものであり、マイクロカプセルに電界を印加することによって、マイクロ
カプセル中の粒子を互いに反対方向に移動させて一方側に集合した粒子の色のみを表示す
るものである。なお、第1の粒子または第2の粒子は染料を含み、電界がない場合におい
て移動しないものである。また、第1の粒子の色と第2の粒子の色は異なるもの(無色を
含む)とする。
いわゆる誘電泳動的効果を利用したディスプレイである。電気泳動ディスプレイは、液晶
表示装置には必要な偏光板、対向基板も必要なく、厚さや重さが半減する。
の電子インクはガラス、プラスチック、布、紙などの表面に印刷することができる。また
、カラーフィルタや色素を有する粒子を用いることによってカラー表示も可能である。
ロカプセルを複数配置すればアクティブマトリクス型の表示装置が完成し、マイクロカプ
セルに電界を印加すれば表示を行うことができる。例えば、実施の形態4又は実施の形態
5の薄膜トランジスタによって得られるアクティブマトリクス基板を用いることができる
。
半導体材料、磁性材料、液晶材料、強誘電性材料、エレクトロルミネセント材料、エレク
トロクロミック材料、磁気泳動材料から選ばれた一種の材料、またはこれらの複合材料を
用いればよい。
である。
本発明の一形態の薄膜トランジスタを作製し、該薄膜トランジスタを画素部、さらには駆
動回路に用いて表示機能を有する半導体装置(表示装置ともいう)を作製することができ
る。また、本発明の一形態の薄膜トランジスタを駆動回路の一部または全体を、画素部と
同じ基板上に一体形成し、システムオンパネルを形成することができる。
素子(発光表示素子ともいう)を用いることができる。発光素子は、電流または電圧によ
って輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機EL(Electr
o Luminescence)、有機EL等が含まれる。また、電子インクなど、電気
的作用によりコントラストが変化する表示媒体も適用することができる。
を含むIC等を実装した状態にあるモジュールとを含む。さらに本発明の一形態は、該表
示装置を作製する過程における、表示素子が完成する前の一形態に相当する素子基板に関
し、該素子基板は、電流を表示素子に供給するための手段を複数の各画素に備える。素子
基板は、具体的には、表示素子の画素電極のみが形成された状態であっても良いし、画素
電極となる導電膜を成膜した後であって、エッチングして画素電極を形成する前の状態で
あっても良いし、あらゆる形態があてはまる。
源(照明装置含む)を指す。また、コネクター、例えばFPC(Flexible pr
inted circuit)もしくはTAB(Tape Automated Bon
ding)テープもしくはTCP(Tape Carrier Package)が取り
付けられたモジュール、TABテープやTCPの先にプリント配線板が設けられたモジュ
ール、または表示素子にCOG(Chip On Glass)方式によりIC(集積回
路)が直接実装されたモジュールも全て表示装置に含むものとする。
面について、図22を用いて説明する。図22(A1)(A2)は、第1の基板4001
上に形成された実施の形態4で示したIn−Ga−Zn−O系非単結晶膜を半導体層とし
て含む信頼性の高い薄膜トランジスタ4010、4011、及び液晶素子4013を、第
2の基板4006との間にシール材4005によって封止した、パネルの平面図であり、
図22(B)は、図22(A1)(A2)のM−Nにおける断面図に相当する。
ようにして、シール材4005が設けられている。また画素部4002と、走査線駆動回
路4004の上に第2の基板4006が設けられている。よって画素部4002と、走査
線駆動回路4004とは、第1の基板4001とシール材4005と第2の基板4006
とによって、液晶層4008と共に封止されている。また第1の基板4001上のシール
材4005によって囲まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶
半導体膜又は多結晶半導体膜で形成された信号線駆動回路4003が実装されている。
ワイヤボンディング方法、或いはTAB方法などを用いることができる。図22(A1)
は、COG方法により信号線駆動回路4003を実装する例であり、図22(A2)は、
TAB方法により信号線駆動回路4003を実装する例である。
薄膜トランジスタを複数有しており、図22(B)では、画素部4002に含まれる薄膜
トランジスタ4010と、走査線駆動回路4004に含まれる薄膜トランジスタ4011
とを例示している。薄膜トランジスタ4010、4011上には絶縁層4020、402
1が設けられている。
として含む信頼性の高い実施の形態4に示す薄膜トランジスタを適用することができる。
また実施の形態5に示す薄膜トランジスタを適用してもよい。本実施の形態において、薄
膜トランジスタ4010、4011はnチャネル型薄膜トランジスタである。
気的に接続されている。そして液晶素子4013の対向電極層4031は第2の基板40
06上に形成されている。画素電極層4030と対向電極層4031と液晶層4008と
が重なっている部分が、液晶素子4013に相当する。なお、画素電極層4030、対向
電極層4031はそれぞれ配向膜として機能する絶縁層4032、4033が設けられ、
絶縁層4032、4033を介して液晶層4008を挟持している。
テンレス)、セラミックス、プラスチックを用いることができる。プラスチックとしては
、FRP(Fiberglass−Reinforced Plastics)板、PV
F(ポリビニルフルオライド)フィルム、ポリエステルフィルムまたはアクリル樹脂フィ
ルムを用いることができる。また、アルミニウムホイルをPVFフィルムやポリエステル
フィルムで挟んだ構造のシートを用いることもできる。
画素電極層4030と対向電極層4031との間の距離(セルギャップ)を制御するため
に設けられている。なお球状のスペーサを用いていても良い。また、対向電極層4031
は、薄膜トランジスタ4010と同一基板上に設けられる共通電位線と電気的に接続され
る。共通接続部を用いて、一対の基板間に配置される導電性粒子を介して対向電極層40
31と共通電位線とを電気的に接続させることができる。なお、導電性粒子はシール材4
005に含有させる。
あり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直
前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善
するために5重量%以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて液晶層4008に
用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が10μs〜
100μsと短く、光学的等方性であるため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さ
い。
装置でも半透過型液晶表示装置でも適用できる。
着色層、表示素子に用いる電極層という順に設ける例を示すが、偏光板は基板の内側に設
けてもよい。また、偏光板と着色層の積層構造も本実施の形態に限定されず、偏光板及び
着色層の材料や作製工程条件によって適宜設定すればよい。また、ブラックマトリクスと
して機能する遮光膜を設けてもよい。
ジスタの信頼性を向上させるため、実施の形態4で得られた薄膜トランジスタを保護膜や
平坦化絶縁膜として機能する絶縁層(絶縁層4020、絶縁層4021)で覆う構成とな
っている。なお、保護膜は、大気中に浮遊する有機物や金属物、水蒸気などの汚染不純物
の侵入を防ぐためのものであり、緻密な膜が好ましい。保護膜は、スパッタ法を用いて、
酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、酸化アルミニウム膜、窒化
アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、又は窒化酸化アルミニウム膜の単層、又は積
層で形成すればよい。本実施の形態では保護膜をスパッタ法で形成する例を示すが、特に
限定されず種々の方法で形成すればよい。
0の一層目として、スパッタ法を用いて酸化珪素膜を形成する。保護膜として酸化珪素膜
を用いると、ソース電極層及びドレイン電極層として用いるアルミニウム膜のヒロック防
止に効果がある。
て、スパッタ法を用いて窒化珪素膜を形成する。保護膜として窒化珪素膜を用いると、ナ
トリウム等の可動イオンが半導体領域中に侵入して、TFTの電気特性を変化させること
を抑制することができる。
い。
ミド、アクリル、ベンゾシクロブテン、ポリアミド、エポキシ等の、耐熱性を有する有機
材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料(low−k材料)
、シロキサン系樹脂、PSG(リンガラス)、BPSG(リンボロンガラス)等を用いる
ことができる。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、絶縁層
4021を形成してもよい。
i結合を含む樹脂に相当する。置換基としては有機基(例えばアルキル基やアリール基)
やフルオロ基を用いても良い。また、有機基はフルオロ基を有していても良い。
、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法(インクジェット法、スクリーン
印刷、オフセット印刷等)、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイ
フコーター等を用いることができる。絶縁層4021を材料液を用いて形成する場合、ベ
ークする工程で同時に、半導体層のアニール(300℃〜400℃)を行ってもよい。絶
縁層4021の焼成工程と半導体層のアニールを兼ねることで効率よく半導体装置を作製
することが可能となる。
、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、
酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物(以下、ITOと示す。)、
インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する
導電性材料を用いることができる。
ともいう)を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性組成物を用いて形
成した画素電極は、シート抵抗が10000Ω/□以下、波長550nmにおける透光率
が70%以上であることが好ましい。また、導電性組成物に含まれる導電性高分子の抵抗
率が0.1Ω・cm以下であることが好ましい。
ば、ポリアニリンまたはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンま
たはその誘導体、若しくはこれらの2種以上の共重合体などがあげられる。
002に与えられる各種信号及び電位は、FPC4018から供給されている。
30と同じ導電膜から形成され、端子電極4016は、薄膜トランジスタ4010、40
11のソース電極層及びドレイン電極層と同じ導電膜で形成されている。
て電気的に接続されている。
装している例を示しているが、本実施の形態はこの構成に限定されない。走査線駆動回路
を別途形成して実装しても良いし、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部の
みを別途形成して実装しても良い。
として液晶表示モジュールを構成する一例を示している。
ール材2602により固着され、その間にTFT等を含む画素部2603、液晶層を含む
表示素子2604、着色層2605が設けられ表示領域を形成している。着色層2605
はカラー表示を行う場合に必要であり、RGB方式の場合は、赤、緑、青の各色に対応し
た着色層が各画素に対応して設けられている。TFT基板2600と対向基板2601の
外側には偏光板2606、偏光板2607、拡散板2613が配設されている。光源は冷
陰極管2610と反射板2611により構成され、回路基板2612は、フレキシブル配
線基板2609によりTFT基板2600の配線回路部2608と接続され、コントロー
ル回路や電源回路などの外部回路が組みこまれている。また偏光板と、液晶層との間に位
相差板を有した状態で積層してもよい。
n−Plane−Switching)モード、FFS(Fringe Field S
witching)モード、MVA(Multi−domain Vertical A
lignment)モード、PVA(Patterned Vertical Alig
nment)、ASM(Axially Symmetric aligned Mic
ro−cell)モード、OCB(Optical Compensated Bire
fringence)モード、FLC(Ferroelectric Liquid C
rystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liquid
Crystal)などを用いることができる。
る。
である。
子ペーパーを示す。半導体装置に用いられる薄膜トランジスタ581としては、実施の形
態4で示す薄膜トランジスタと同様に作製でき、In−Ga−Zn−O系非単結晶膜を半
導体層として含む信頼性の高い薄膜トランジスタである。また、実施の形態5で示す薄膜
トランジスタも本実施の薄膜トランジスタ581として適用することもできる。
トボール表示方式とは、白と黒に塗り分けられた球形粒子を表示素子に用いる電極層であ
る第1の電極層及び第2の電極層の間に配置し、第1の電極層及び第2の電極層に電位差
を生じさせての球形粒子の向きを制御することにより、表示を行う方法である。
はドレイン電極層によって第1の電極層587と、絶縁層585に形成する開口で接して
おり電気的に接続している。第1の電極層587と第2の電極層588との間には黒色領
域590a及び白色領域590bを有し、周りに液体で満たされているキャビティ594
を含む球形粒子589が設けられており、球形粒子589の周囲は樹脂等の充填材595
で充填されている(図13参照。)。本実施の形態においては、第1の電極層587が画
素電極に相当し、第2の電極層588が共通電極に相当する。第2の電極層588は、薄
膜トランジスタ581と同一基板上に設けられる共通電位線と電気的に接続される。共通
接続部を用いて、一対の基板間に配置される導電性粒子を介して第2の電極層588と共
通電位線とを電気的に接続させることができる。
と、正に帯電した白い微粒子と負に帯電した黒い微粒子とを封入した直径10μm〜20
0μm程度のマイクロカプセルを用いる。第1の電極層と第2の電極層との間に設けられ
るマイクロカプセルは、第1の電極層と第2の電極層によって、電場が与えられると、白
い微粒子と、黒い微粒子が逆の方向に移動し、白または黒を表示することができる。この
原理を応用した表示素子が電気泳動表示素子であり、一般的に電子ペーパーとよばれてい
る。電気泳動表示素子は、液晶表示素子に比べて反射率が高いため、補助ライトは不要で
あり、また消費電力が小さく、薄暗い場所でも表示部を認識することが可能である。また
、表示部に電源が供給されない場合であっても、一度表示した像を保持することが可能で
あるため、電波発信源から表示機能付き半導体装置(単に表示装置、又は表示装置を具備
する半導体装置ともいう)を遠ざけた場合であっても、表示された像を保存しておくこと
が可能となる。
。
である。
本実施の形態では、本発明の一形態の半導体装置として発光表示装置の例を示す。表示装
置の有する表示素子としては、ここではエレクトロルミネッセンスを利用する発光素子を
用いて示す。エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料が有機化合物で
あるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機EL素子、後者は
無機EL素子と呼ばれている。
がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、それらキャ
リア(電子および正孔)が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成
し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このよう
な発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
類される。分散型無機EL素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有
するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−ア
クセプター再結合型発光である。薄膜型無機EL素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、
さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利
用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機EL素子を用いて説明す
る。
可能な画素構成の一例を示す図である。
は酸化物半導体層(In−Ga−Zn−O系非単結晶膜)をチャネル形成領域に用いるn
チャネル型のトランジスタを1つの画素に2つ用いる例を示す。
発光素子6404及び容量素子6403を有している。スイッチング用トランジスタ64
01はゲートが走査線6406に接続され、第1電極(ソース電極及びドレイン電極の一
方)が信号線6405に接続され、第2電極(ソース電極及びドレイン電極の他方)が駆
動用トランジスタ6402のゲートに接続されている。駆動用トランジスタ6402は、
ゲートが容量素子6403を介して電源線6407に接続され、第1電極が電源線640
7に接続され、第2電極が発光素子6404の第1電極(画素電極)に接続されている。
発光素子6404の第2電極は共通電極6408に相当する。共通電極6408は、同一
基板上に形成される共通電位線と電気的に接続され、その接続部分を共通接続部として、
図1(A)、図2(A)、或いは図3(A)に示す構造とすればよい。
る。なお、低電源電位とは、電源線6407に設定される高電源電位を基準にして低電源
電位<高電源電位を満たす電位であり、低電源電位としては例えばGND、0Vなどが設
定されていても良い。この高電源電位と低電源電位との電位差を発光素子6404に印加
して、発光素子6404に電流を流して発光素子6404を発光させるため、高電源電位
と低電源電位との電位差が発光素子6404の順方向しきい値電圧以上となるようにそれ
ぞれの電位を設定する。
ことも可能である。駆動用トランジスタ6402のゲート容量については、チャネル領域
とゲート電極との間で容量が形成されていてもよい。
駆動用トランジスタ6402が十分にオンするか、オフするかの二つの状態となるような
ビデオ信号を入力する。つまり、駆動用トランジスタ6402は線形領域で動作させる。
駆動用トランジスタ6402は線形領域で動作させるため、電源線6407の電圧よりも
高い電圧を駆動用トランジスタ6402のゲートにかける。なお、信号線6405には、
(電源線電圧+駆動用トランジスタ6402のVth)以上の電圧をかける。
らせることで、図20と同じ画素構成を用いることができる。
の順方向電圧+駆動用トランジスタ6402のVth以上の電圧をかける。発光素子64
04の順方向電圧とは、所望の輝度とする場合の電圧を指しており、少なくとも順方向し
きい値電圧を含む。なお、駆動用トランジスタ6402が飽和領域で動作するようなビデ
オ信号を入力することで、発光素子6404に電流を流すことができる。駆動用トランジ
スタ6402を飽和領域で動作させるため、電源線6407の電位は、駆動用トランジス
タ6402のゲート電位よりも高くする。ビデオ信号をアナログとすることで、発光素子
6404にビデオ信号に応じた電流を流し、アナログ階調駆動を行うことができる。
にスイッチ、抵抗素子、容量素子、トランジスタ又は論理回路などを追加してもよい。
型の場合を例に挙げて、画素の断面構造について説明する。図21(A)(B)(C)の
半導体装置に用いられる駆動用TFTであるTFT7001、7011、7021は、実
施の形態4で示す薄膜トランジスタと同様に作製でき、In−Ga−Zn−O系非単結晶
膜を半導体層として含む信頼性の高い薄膜トランジスタである。また、実施の形態5で示
す薄膜トランジスタをTFT7001、7011、7021として適用することもできる
。
して、基板上に薄膜トランジスタ及び発光素子を形成し、基板とは逆側の面から発光を取
り出す上面射出や、基板側の面から発光を取り出す下面射出や、基板側及び基板とは反対
側の面から発光を取り出す両面射出構造の発光素子があり、本発明の一形態の画素構成は
どの射出構造の発光素子にも適用することができる。
せられる光が陽極7005側に抜ける場合の、画素の断面図を示す。図21(A)では、
発光素子7002の陰極7003と駆動用TFTであるTFT7001が電気的に接続さ
れており、陰極7003上に発光層7004、陽極7005が順に積層されている。陰極
7003は仕事関数が小さく、なおかつ光を反射する導電膜であれば様々の材料を用いる
ことができる。例えば、Ca、Al、CaF、MgAg、AlLi等が望ましい。そして
発光層7004は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成され
ていてもどちらでも良い。複数の層で構成されている場合、陰極7003上に電子注入層
、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層する。なおこれらの層を
全て設ける必要はない。陽極7005は光を透過する透光性を有する導電性材料を用いて
形成し、例えば酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むイン
ジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫
酸化物、インジウム錫酸化物(以下、ITOと示す。)、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケ
イ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電膜を用いても良い。
相当する。図21(A)に示した画素の場合、発光素子7002から発せられる光は、矢
印で示すように陽極7005側に射出する。
011がn型で、発光素子7012から発せられる光が陰極7013側に射出する場合の
、画素の断面図を示す。図21(B)では、駆動用TFT7011と電気的に接続された
透光性を有する導電膜7017上に、発光素子7012の陰極7013が成膜されており
、陰極7013上に発光層7014、陽極7015が順に積層されている。なお、陽極7
015が透光性を有する場合、陽極上を覆うように、光を反射または遮蔽するための遮蔽
膜7016が成膜されていてもよい。陰極7013は、図21(A)の場合と同様に、仕
事関数が小さい導電性材料であれば様々な材料を用いることができる。ただしその膜厚は
、光を透過する程度(好ましくは、5nm〜30nm程度)とする。例えば20nmの膜
厚を有するアルミニウム膜を、陰極7013として用いることができる。そして発光層7
014は、図21(A)と同様に、単数の層で構成されていても、複数の層が積層される
ように構成されていてもどちらでも良い。陽極7015は光を透過する必要はないが、図
21(A)と同様に、透光性を有する導電性材料を用いて形成することができる。そして
遮蔽膜7016は、例えば光を反射する金属等を用いることができるが、金属膜に限定さ
れない。例えば黒の顔料を添加した樹脂等を用いることもできる。
に相当する。図21(B)に示した画素の場合、発光素子7012から発せられる光は、
矢印で示すように陰極7013側に射出する。
では、駆動用TFT7021と電気的に接続された透光性を有する導電膜7027上に、
発光素子7022の陰極7023が成膜されており、陰極7023上に発光層7024、
陽極7025が順に積層されている。陰極7023は、図21(A)の場合と同様に、仕
事関数が小さい導電性材料であれば様々な材料を用いることができる。ただしその膜厚は
、光を透過する程度とする。例えば20nmの膜厚を有するAlを、陰極7023として
用いることができる。そして発光層7024は、図21(A)と同様に、単数の層で構成
されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。陽極70
25は、図21(A)と同様に、光を透過する透光性を有する導電性材料を用いて形成す
ることができる。
22に相当する。図21(C)に示した画素の場合、発光素子7022から発せられる光
は、矢印で示すように陽極7025側と陰極7023側の両方に射出する。
L素子を設けることも可能である。
発光素子が電気的に接続されている例を示したが、駆動用TFTと発光素子との間に電流
制御用TFTが接続されている構成であってもよい。
本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
外観及び断面について、図24を用いて説明する。図24(A)は、第1の基板上に形成
された薄膜トランジスタ及び発光素子を、第2の基板との間にシール材によって封止した
、パネルの平面図であり、図24(B)は、図24(A)のH−Iにおける断面図に相当
する。
3b、及び走査線駆動回路4504a、4504bを囲むようにして、シール材4505
が設けられている。また画素部4502、信号線駆動回路4503a、4503b、及び
走査線駆動回路4504a、4504bの上に第2の基板4506が設けられている。よ
って画素部4502、信号線駆動回路4503a、4503b、及び走査線駆動回路45
04a、4504bは、第1の基板4501とシール材4505と第2の基板4506と
によって、充填材4507と共に密封されている。このように外気に曝されないように気
密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム(貼り合わせフィルム、紫外線硬化樹脂フィル
ム等)やカバー材でパッケージング(封入)することが好ましい。
503b、及び走査線駆動回路4504a、4504bは、薄膜トランジスタを複数有し
ており、図24(B)では、画素部4502に含まれる薄膜トランジスタ4510と、信
号線駆動回路4503aに含まれる薄膜トランジスタ4509とを例示している。
として含む信頼性の高い実施の形態4に示す薄膜トランジスタを適用することができる。
また実施の形態5に示す薄膜トランジスタを適用してもよい。本実施の形態において、薄
膜トランジスタ4509、4510はnチャネル型薄膜トランジスタである。
層4517は、薄膜トランジスタ4510のソース電極層またはドレイン電極層と電気的
に接続されている。なお発光素子4511の構成は、第1の電極層4517、電界発光層
4512、第2の電極層4513の積層構造であるが、本実施の形態に示した構成に限定
されない。発光素子4511から取り出す光の方向などに合わせて、発光素子4511の
構成は適宜変えることができる。
特に感光性の材料を用い、第1の電極層4517上に開口部を形成し、その開口部の側壁
が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。
されていてもどちらでも良い。
4513及び隔壁4520上に保護膜を形成してもよい。保護膜としては、窒化珪素膜、
窒化酸化珪素膜、DLC膜等を形成することができる。
、または画素部4502に与えられる各種信号及び電位は、FPC4518a、4518
bから供給されている。
517と同じ導電膜から形成され、端子電極4516は、薄膜トランジスタ4509、4
510が有するソース電極層及びドレイン電極層と同じ導電膜から形成されている。
して電気的に接続されている。
ればならない。その場合には、ガラス板、プラスチック板、ポリエステルフィルムまたは
アクリルフィルムのような透光性を有する材料を用いる。
脂または熱硬化樹脂を用いることができ、PVC(ポリビニルクロライド)、アクリル、
ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)またはEV
A(エチレンビニルアセテート)を用いることができる。本実施の形態は充填材として窒
素を用いた。
位相差板(λ/4板、λ/2板)、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けてもよ
い。また、偏光板又は円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により
反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。
、別途用意された基板上に単結晶半導体膜又は多結晶半導体膜によって形成された駆動回
路で実装されていてもよい。また、信号線駆動回路のみ、或いは一部、又は走査線駆動回
路のみ、或いは一部のみを別途形成して実装しても良く、本実施の形態は図24の構成に
限定されない。
ることができる。
である。
本発明の一形態の半導体装置は、電子ペーパーとして適用することができる。電子ペーパ
ーは、情報を表示するものであればあらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。
例えば、電子ペーパーを用いて、電子書籍(電子ブック)、ポスター、電車などの乗り物
の車内広告、クレジットカード等の各種カードにおける表示等に適用することができる。
電子機器の一例を図25、図26に示す。
の印刷物である場合には、広告の交換は人手によって行われるが、本発明の一形態を適用
した電子ペーパーを用いれば短時間で広告の表示を変えることができる。また、表示も崩
れることなく安定した画像が得られる。なお、ポスターは無線で情報を送受信できる構成
としてもよい。
紙の印刷物である場合には、広告の交換は人手によって行われるが、本発明の一形態を適
用した電子ペーパーを用いれば人手を多くかけることなく短時間で広告の表示を変えるこ
とができる。また表示も崩れることなく安定した画像が得られる。なお、車内広告は無線
で情報を送受信できる構成としてもよい。
筐体2701および筐体2703の2つの筐体で構成されている。筐体2701および筐
体2703は、軸部2711により一体とされており、該軸部2711を軸として開閉動
作を行うことができる。このような構成により、紙の書籍のような動作を行うことが可能
となる。
込まれている。表示部2705および表示部2707は、続き画面を表示する構成として
もよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とするこ
とで、例えば右側の表示部(図26では表示部2705)に文章を表示し、左側の表示部
(図26では表示部2707)に画像を表示することができる。
701において、電源2721、操作キー2723、スピーカ2725などを備えている
。操作キー2723により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面にキー
ボードやポインティングディバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や
側面に、外部接続用端子(イヤホン端子、USB端子、またはACアダプタおよびUSB
ケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など)、記録媒体挿入部などを備える構成
としてもよい。さらに、電子書籍2700は、電子辞書としての機能を持たせた構成とし
てもよい。
電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすること
も可能である。
本発明の一形態の半導体装置は、さまざまな電子機器(遊技機も含む)に適用することが
できる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置(テレビ、またはテレビジョン受
信機ともいう)、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ
、デジタルフォトフレーム、携帯電話機(携帯電話、携帯電話装置ともいう)、携帯型ゲ
ーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる
。
00は、筐体9601に表示部9603が組み込まれている。表示部9603により、映
像を表示することが可能である。また、ここでは、スタンド9605により筐体9601
を支持した構成を示している。
コン操作機9610により行うことができる。リモコン操作機9610が備える操作キー
9609により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部9603に表示され
る映像を操作することができる。また、リモコン操作機9610に、当該リモコン操作機
9610から出力する情報を表示する表示部9607を設ける構成としてもよい。
より一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線に
よる通信ネットワークに接続することにより、一方向(送信者から受信者)または双方向
(送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など)の情報通信を行うことも可能である。
ルフォトフレーム9700は、筐体9701に表示部9703が組み込まれている。表示
部9703は、各種画像を表示することが可能であり、例えばデジタルカメラなどで撮影
した画像データを表示させることで、通常の写真立てと同様に機能させることができる。
Bケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など)、記録媒体挿入部などを備える構
成とする。これらの構成は、表示部と同一面に組み込まれていてもよいが、側面や裏面に
備えるとデザイン性が向上するため好ましい。例えば、デジタルフォトフレームの記録媒
体挿入部に、デジタルカメラで撮影した画像データを記憶したメモリを挿入して画像デー
タを取り込み、取り込んだ画像データを表示部9703に表示させることができる。
。無線により、所望の画像データを取り込み、表示させる構成とすることもできる。
れており、連結部9893により、開閉可能に連結されている。筐体9881には表示部
9882が組み込まれ、筐体9891には表示部9883が組み込まれている。また、図
28(A)に示す携帯型遊技機は、その他、スピーカ部9884、記録媒体挿入部988
6、LEDランプ9890、入力手段(操作キー9885、接続端子9887、センサ9
888(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、
化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振
動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの)、マイクロフォン9889)等を備え
ている。もちろん、携帯型遊技機の構成は上述のものに限定されず、少なくとも本発明の
一形態の半導体装置を備えた構成であればよく、その他付属設備が適宜設けられた構成と
することができる。図28(A)に示す携帯型遊技機は、記録媒体に記録されているプロ
グラム又はデータを読み出して表示部に表示する機能や、他の携帯型遊技機と無線通信を
行って情報を共有する機能を有する。なお、図28(A)に示す携帯型遊技機が有する機
能はこれに限定されず、様々な機能を有することができる。
マシン9900は、筐体9901に表示部9903が組み込まれている。また、スロット
マシン9900は、その他、スタートレバーやストップスイッチなどの操作手段、コイン
投入口、スピーカなどを備えている。もちろん、スロットマシン9900の構成は上述の
ものに限定されず、少なくとも本発明の一形態の半導体装置を備えた構成であればよく、
その他付属設備が適宜設けられた構成とすることができる。
1001に組み込まれた表示部1002の他、操作ボタン1003、外部接続ポート10
04、スピーカ1005、マイク1006などを備えている。
報を入力ことができる。また、電話を掛ける、或いはメールを打つなどの操作は、表示部
1002を指などで触れることにより行うことができる。
示モードであり、第2は、文字等の情報の入力を主とする入力モードである。第3は表示
モードと入力モードの2つのモードが混合した表示+入力モードである。
主とする文字入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。この場合
、表示部1002の画面のほとんどにキーボードまたは番号ボタンを表示させることが好
ましい。
有する検出装置を設けることで、携帯電話機1000の向き(縦か横か)を判断して、表
示部1002の画面表示を自動的に切り替えるようにすることができる。
ボタン1003の操作により行われる。また、表示部1002に表示される画像の種類に
よって切り替えるようにすることもできる。例えば、表示部に表示する画像信号が動画の
データであれば表示モード、テキストデータであれば入力モードに切り替える。
部1002のタッチ操作による入力が一定期間ない場合には、画面のモードを入力モード
から表示モードに切り替えるように制御してもよい。
02に掌や指を触れることで、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことがで
きる。また、表示部に近赤外光を発光するバックライトまたは近赤外光を発光するセンシ
ング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。
、表示部9412、及び操作ボタン9413を含む表示装置9410と、筐体9401に
操作ボタン9402、外部入力端子9403、マイク9404、スピーカ9405、及び
着信時に発光する発光部9406を含む通信装置9400とを有しており、表示機能を有
する表示装置9410は電話機能を有する通信装置9400と矢印の2方向に脱着可能で
ある。よって、表示装置9410と通信装置9400の短軸同士を取り付けることも、表
示装置9410と通信装置9400の長軸同士を取り付けることもできる。また、表示機
能のみを必要とする場合、通信装置9400より表示装置9410を取り外し、表示装置
9410を単独で用いることもできる。通信装置9400と表示装置9410とは無線通
信又は有線通信により画像又は入力情報を授受することができ、それぞれ充電可能なバッ
テリーを有する。
Claims (4)
- 第1のバッテリーと操作ボタンとを有する第1の装置と、
第2のバッテリーと表示装置とを有する第2の装置と、を有し、
前記第2の装置は、前記第1の装置と脱着可能であり、
前記表示装置は、画素部と、駆動回路とを有し、
前記画素部は、第1のゲート電極と、第1の酸化物半導体層とを有する第1のトランジスタを有し、
前記駆動回路部は、第2のトランジスタと、第3のトランジスタとを有し、
前記第2のトランジスタは、第2のゲート電極と、前記第2のゲート電極上方の第2の酸化物半導体層とを有し、
前記第3のトランジスタは、第3のゲート電極と、前記第3のゲート電極上方の第3の酸化物半導体層とを有し、
前記第2のゲート電極と電気的に接続する導電層は、前記第3の酸化物半導体層の上方に設けられ、且つ前記第3のゲート電極と重なる領域を有し、
前記導電層は、前記第3の酸化物半導体層と電気的に接続することを特徴とする電子機器。 - 第1のバッテリーと操作ボタンとを有する第1の装置と、
第2のバッテリーと表示装置とを有する第2の装置と、を有し、
前記第2の装置は、前記第1の装置と脱着可能であり、
前記表示装置は、画素部と、駆動回路とを有し、
前記画素部は、第1のゲート電極と、第1の酸化物半導体層とを有する第1のトランジスタを有し、
前記駆動回路部は、第2のトランジスタと、第3のトランジスタとを有し、
前記第2のトランジスタは、第2のゲート電極と、前記第2のゲート電極上方の第2の酸化物半導体層とを有し、
前記第3のトランジスタは、第3のゲート電極と、前記第3のゲート電極上方の第3の酸化物半導体層とを有し、
前記第2の酸化物半導体層は、第1の導電層を介して、前記第3の酸化物半導体層と電気的に接続され、
前記第3のゲート電極は、第2の導電層を介して、前記第3の酸化物半導体層と電気的に接続されることを特徴とする電子機器。 - 請求項1又は2において、
前記第1の装置は、無線通信により、前記第2の装置へ入力情報を受け渡すことができる機能を有することを特徴とする電子機器。 - 請求項1乃至3のいずれか一において、
前記第1の装置は電話機能を有し、前記第2の装置は表示機能を有することを特徴とする電子機器。
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