專利名稱：液晶顯示器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于改進(jìn)有源矩陣型顯示器的顯示屏的圖像質(zhì)量的電路和元件，這類顯示器件例如為液晶顯示器件、等離子體顯示器件或EL(電發(fā)光)顯示器件。
背景技術(shù)：
圖2A示意表示一種常規(guī)的有源矩陣顯示器件。用虛線表示的區(qū)域104是一個(gè)顯示區(qū)。各薄膜晶體管(TFT)101以矩陣形式分布在區(qū)域104、連接到TFT101的源極上的引線是圖像(數(shù)據(jù))信號(hào)線106，連接到TFT101的柵極上的引線是柵極(選擇)信號(hào)線105。多條柵極信號(hào)線和圖像信號(hào)線彼此垂直配置。
輔助電容102用于保證像素單元103的電容，存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)。TFT101用于響應(yīng)于施加到像素單元103上的電壓轉(zhuǎn)換圖像數(shù)據(jù)。
通常，假如將反向偏置電壓加到TFT的柵極，所發(fā)生的一種公知現(xiàn)象是在源極和漏極之間沒(méi)有工作電流流動(dòng)(OFF(關(guān)斷)狀態(tài))，但是有漏電流(OFF(關(guān)斷)電流)存在。這一漏電流改變了像素單元的電壓(電位)。
在N溝道型TFT中，當(dāng)柵極被反向偏置時(shí)，在形成在半導(dǎo)體薄膜表面的P-型層和源極區(qū)和漏極區(qū)的N型層之間形成PN結(jié)。然而，由于在半導(dǎo)體薄膜內(nèi)部存在大量的陷阱，使這種PN結(jié)不佳。易于產(chǎn)生結(jié)漏電流。實(shí)際上當(dāng)柵極被反向偏置時(shí)(OFF)關(guān)斷電流增加的原因是在形成在半導(dǎo)體薄膜表面中的P-型層中的載流子密度增加以及在PN結(jié)處的能量墊壘的寬度變窄，因此導(dǎo)致電場(chǎng)的集中和結(jié)漏電流增加。
以這種方式產(chǎn)生的關(guān)斷(OFF)電流很大程度上取決于源極/漏極電壓。例如，眾所周知，關(guān)斷(OFF)電流隨在源極和漏極間施加的電壓增加而快速增加。即有這樣一種情況，如在源極和漏極之間施加電壓為5V，以及在其間施加電壓為10V的情況下，后者的關(guān)斷(OFF)電流并不是前者的2倍，而是可能為前者的10倍甚至100倍大。這種非線性還取決于柵極電壓。假如柵極的反向偏置電壓大(對(duì)N溝道型為大的負(fù)電壓)，這兩種情況之間存在明顯的差別。
為了克服這一難題，已經(jīng)提出一種用于將各TFT串聯(lián)的方法(多柵極法)，如在序號(hào)為5-44195和5-44196的KoKoKu日本專利(已審查)中。當(dāng)將兩個(gè)TFT111和112串聯(lián)，如圖2B中所示時(shí)，施加在每個(gè)TFT的源極/漏極上的電壓被減半。根據(jù)上述，假如施加到源極/漏極上的電壓被減半，則關(guān)斷(OFF)電流被降到1/10。甚至到1/100。在圖2B中，數(shù)碼113代表一輔助電容器，數(shù)碼114是一像素單元，數(shù)碼115是一柵極信號(hào)線，數(shù)據(jù)116是一圖像信號(hào)線。
然而，由于對(duì)液晶顯示器件的圖像顯示所需特性要求變得更為嚴(yán)格，即使利用上述多柵極法也難于充分地降低關(guān)斷(OFF)電流。這是因?yàn)榧词箤艠O的數(shù)量(即TFT數(shù)量)增加到3、4或5，施加到每個(gè)TFT的源極/漏極電壓僅稍降低到1/3、1/4或1/5。而另外帶來(lái)的問(wèn)題是電路變得復(fù)雜，占用面積大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種像素控制電路，其結(jié)構(gòu)能保證通過(guò)將施加到該連接到像素電極的TFT的漏極/源極的電壓降低到它們的常規(guī)數(shù)值的1/10以下，最好1/100以下，使關(guān)斷(OFF)電流降低。
在說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的本發(fā)明其特征在于，其結(jié)構(gòu)包括呈矩陣形式配置的柵極信號(hào)線和圖像信號(hào)線，像素電極分布在由柵極信號(hào)線和圖像信號(hào)線環(huán)繞的區(qū)域內(nèi)，以及鄰近每個(gè)像素電極的具有相同導(dǎo)電類型的薄膜晶體管(TFT)(TFT的數(shù)量為n)彼此串聯(lián)，其中第一TFT(n＝1)的源極區(qū)或漏極區(qū)連接到其中一條圖像信號(hào)線，第nTFT的源極區(qū)域或漏極區(qū)域連接到其中一個(gè)像素電極上，鄰近每個(gè)TFT的溝道形成區(qū)的兩個(gè)區(qū)域的至少其中一個(gè)區(qū)域(TFT的數(shù)量為n-m(n＞m))是一低濃度的摻雜區(qū)，用于形成導(dǎo)電類型的摻雜濃度低于源極區(qū)或漏極區(qū)，將每個(gè)TFT(TFT的數(shù)量為m)的柵極電壓維持在某一電壓，以使溝道形成區(qū)變?yōu)榕c源極和漏極區(qū)的導(dǎo)電類型相同的導(dǎo)電類型區(qū)。在上述結(jié)構(gòu)中，n和m是除0以外的自然數(shù)。為了得到所希望的效果，最好n為5或大于5。
上述結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例表示在圖2C中。在圖2C中，5個(gè)TFT121至125串聯(lián)分布，即n＝5，m＝2。TFT121(n＝1)的源極區(qū)連接到圖像信號(hào)線129。TFT123(n＝5)的漏極區(qū)連接到像素單元127的像素電極和輔助電容器126。
TFT121到123(TFT的數(shù)量為n-m(n＞m))的柵極連接到一公共的柵極信號(hào)線128上，以及每個(gè)TFT具有-LDD(輕微摻雜漏極)結(jié)構(gòu)和/或偏移(offset)結(jié)構(gòu)。另外的TFT124和125的柵極(TFT的數(shù)量為m)連接到公用的電容線130。電容線130維持在預(yù)期的電壓上。
在圖2C中，本發(fā)明的基本特征是TFT121到125串聯(lián)，其中TFT121到123的柵極連接到柵極信號(hào)線128，另外的TFT124和125的柵極連接到電容線130。因此，在維持像素電壓的時(shí)間階段內(nèi)，通過(guò)將電容線維持在適當(dāng)?shù)碾妷合拢赥FT124和125的每個(gè)TFT的溝道和柵極之間形成電容器。
因此，使在TFT122和123中的每一個(gè)TFT的源極和漏極之間的電壓降低了，因此降低了TFT的關(guān)斷(OFF)電流。輔助電容并不是絕對(duì)必需的。相反由于在數(shù)據(jù)寫(xiě)入的過(guò)程中增加了負(fù)載，假如像素單元的電容和在TFT124和125中產(chǎn)生的電容間的比率已達(dá)最佳的情況下則最好不包括該電容。
為了利用圖2C詳細(xì)地介紹其工作，當(dāng)選擇信號(hào)施加到柵極信號(hào)線128上時(shí)，121到123的所有TFT設(shè)都導(dǎo)通。為了使TFT124和125也導(dǎo)通(ON)，需要向電容線130施加一信號(hào)。因此，像素單元127按照?qǐng)D像信號(hào)線129上的信號(hào)被充電，同時(shí)TFT124和125也被充電。在該(均衡)階段，當(dāng)已經(jīng)進(jìn)行充分充電時(shí)，TFT122和123的源極和漏極之間的電壓近于相同。
假如在這種狀況下，選擇信號(hào)沒(méi)有施加或被斷開(kāi)，則TFT121到123被關(guān)斷。在這個(gè)階段，TFT124和125仍然維持通路(ON)狀態(tài)。將另一個(gè)像素信號(hào)順序施加到圖像信號(hào)線129。由于TFT121具有一限定的關(guān)斷(OFF)電流，存儲(chǔ)在TFT124中的電荷被放電，使得電壓降低。然而，其速度與在圖2A中的常規(guī)有源矩陣電路中的電容器102電壓下降速度相同。
在TFT122中，由于源極和漏極間的電壓起始接近于零，關(guān)斷(OFF)電流極小，不過(guò)TFT124的電壓其后會(huì)降低，因此，TFT的源極和漏極之間的電壓逐漸增加，因而關(guān)斷(OFF)電流也增加。在TFT123中，關(guān)斷(OFF)電流也以相同的方式逐漸增加，但是其速率比TFT122的速率更小。由上述可見(jiàn)，由于各TFT的關(guān)斷(OFF)電流增加，像素單元127的電壓降遠(yuǎn)低于圖2A中所示常規(guī)有源矩陣電路的情況。
假如LDD區(qū)和偏移區(qū)形成在TFT121到125的各溝道中，那么這些區(qū)域就變?yōu)槁O電阻和源極電阻。因此，能夠削弱在漏極結(jié)處的電場(chǎng)強(qiáng)度和降低關(guān)斷(OFF)電流。
通過(guò)按照?qǐng)D1A的電路配置，可以增加這種電路的集成度，使柵極信號(hào)線128和電容線130重疊在近似M形的半導(dǎo)體區(qū)100上。圖1B到1D表示這時(shí)的可能的組合配置，無(wú)論采用哪一個(gè)都能得到相同的效果。
圖1B是最傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。TFT121到125形成在半導(dǎo)體區(qū)100與柵極信號(hào)線128和電容線130的交叉處(與柵極信號(hào)線3個(gè)交叉以及與電容線2個(gè)交叉總的5個(gè)交叉。將N型或P型雜質(zhì)摻入由柵極信號(hào)線和電容線所分隔(封閉)的半導(dǎo)體區(qū)的各個(gè)區(qū)域中(在圖1B中為4個(gè)區(qū))以及在半導(dǎo)體區(qū)的兩端的各個(gè)區(qū)域中，則這些區(qū)域就變成TFT的源極和漏極。應(yīng)當(dāng)這樣形成圖像信號(hào)線和像素電極，即將它們連接到半導(dǎo)體區(qū)的兩端中的每一個(gè)區(qū)域上。(圖1B)在圖1C中，對(duì)于點(diǎn)a和b可能并沒(méi)有被電容線130所復(fù)蓋。這是因?yàn)閷?duì)于TFT124和125僅起電容器的作用，這樣就足夠了。
在圖1D中，通過(guò)與半導(dǎo)體區(qū)100形成6個(gè)交叉，能夠形成TFT131到136。這一電路表示在圖2D中，在圖2C中的TFT122利用2個(gè)串聯(lián)的TFT被簡(jiǎn)單地代換。在圖2D中數(shù)碼137為一像素單元，數(shù)碼138是柵極信號(hào)線，數(shù)碼139是圖像信號(hào)線，數(shù)碼140是電容線。因此，與圖2C比較能夠降低OFF電流。


圖1A到1D表示在本發(fā)明中的半導(dǎo)體區(qū)、柵極信號(hào)線、電容線的配置；圖2A-2B示意了現(xiàn)有技術(shù)的情況；圖2C到2D表示有源矩陣電路的概圖；圖3A到3F表示在實(shí)施例1中的轉(zhuǎn)換元件的制造過(guò)程(橫斷面)；圖4A到4F表示在第二實(shí)施例中的轉(zhuǎn)換元件的制造過(guò)程(橫斷面)；圖5A到5F表示在第三實(shí)施例中的轉(zhuǎn)換元件的制造過(guò)程(上部視圖)；圖6是第三實(shí)施例中的轉(zhuǎn)換元件的橫斷面圖；圖7是第三實(shí)施例中的轉(zhuǎn)換元件的電路圖；圖8A和8B表示在第三實(shí)施例中的半導(dǎo)體區(qū)、柵極信號(hào)線和電容線的配置；圖9表示在第三實(shí)施例中的柵極信號(hào)線、電容線、外圍電路等的配置；圖10是第四實(shí)施例中的像素區(qū)的上部視圖；圖11表示圖10所示結(jié)構(gòu)的等效電路圖；圖12是第五實(shí)施例中的像素區(qū)的上部視圖；
圖13是第六實(shí)施例中的像素區(qū)的上部視圖；具體實(shí)施方式
[實(shí)施例1]在該實(shí)施例中，通過(guò)使柵極進(jìn)行陽(yáng)極化處理構(gòu)成偏移柵極區(qū)和LDD(輕微摻雜漏極)區(qū)，以便降低關(guān)斷(OFF)電流。用于對(duì)柵極進(jìn)行陽(yáng)極化處理的方法公開(kāi)在序號(hào)為5-267667的日本專利申請(qǐng)公開(kāi)文件上。圖1A到1D表示由上方看時(shí)該實(shí)施例的線路圖，以及圖3A到3F是制造過(guò)程的橫斷面圖。在這些圖中，左側(cè)表示由圖1A中的占劃線X-Y表示的部分的橫斷面，右側(cè)表示由X’-Y’表示的部分的橫斷面圖。它們被畫(huà)成是鄰近的，但應(yīng)當(dāng)指出，很顯然X-Y與X’-Y’并不是處在相同的直線上。
厚度為1000到5000(埃)之間例如3000的氧化硅膜302作為基膜形成在基片(科爾寧7059玻璃，100mm×100mm)301上。利用等離子體CVD(化學(xué)蒸汽沉積)使TEOS(四乙氧硅烷)分解和沉積，以便形成氧化硅膜302。這個(gè)過(guò)程也可以通過(guò)濺射完成。
利用等離子體CVD或低壓CVD(LPCVD)沉積一厚度為300到1500之間例如500的非晶形硅膜，然后在空氣環(huán)境中在500到600℃下擱置8到24小時(shí)，以便使其結(jié)晶。通過(guò)添加少量的鎳可以促進(jìn)結(jié)晶。用于通過(guò)添加鎳之類促進(jìn)結(jié)晶的方法，降低了結(jié)晶溫度和縮短了結(jié)晶時(shí)間，這種方法提供在序號(hào)為6-244104的日本專利申請(qǐng)公開(kāi)文件中。這個(gè)過(guò)程還可以利用激光照射通過(guò)光-熱處理或?qū)崽幚砗凸?熱處理結(jié)合來(lái)完成。
結(jié)晶的硅膜被蝕刻，以便形成一近于M形島狀區(qū)100。利用等離子體CVD或?yàn)R射在區(qū)域100上形成厚度為700到1500之間例如為1200的氧化硅膜303(圖1A和3A)。
通過(guò)濺射形成厚度為1000到3μm之間例如為5000的鋁膜(按重量計(jì)含1％Si，或0.1～0.3％的Sc)。然后，在含3％的酒石酸的乙二醇溶液中，利用鋁膜作為陽(yáng)極，施加10到30V的電壓，通過(guò)陽(yáng)極化處理，以便形成本實(shí)施例中的由厚度約為幾個(gè)100、200的精細(xì)氧化鋁構(gòu)成的陽(yáng)極氧化層304。陽(yáng)極氧化層304用于粘附處于高度粘度的光敏抗蝕劑。
在形成光敏抗蝕劑掩膜305之后，利用光敏抗蝕劑掩膜305蝕刻鋁膜，以便形成柵極306到309。柵極306和307對(duì)應(yīng)于柵極信號(hào)線，柵極308和309對(duì)應(yīng)于電容線130(圖3A)在這個(gè)階段，如圖9所示，可以進(jìn)行蝕刻，以便在基片806上環(huán)繞有源矩陣區(qū)805形成鋁膜區(qū)802，以及將所有的柵極信號(hào)線和電容線(鋁引線)801連接到鋁膜區(qū)802上。假如將柵極或外圍電路(柵極驅(qū)動(dòng)器803和源極驅(qū)動(dòng)器804)之類的鋁引線設(shè)計(jì)成與鋁膜區(qū)802相隔離，則在外圍電路的鋁引線中就不能發(fā)生陽(yáng)極化，因此改進(jìn)了集成度。(圖9)不除去光敏抗蝕劑305，只有柵極306和307，即只有柵極信號(hào)線被陽(yáng)極化，形成微孔的陽(yáng)極氧化物310。在這個(gè)過(guò)程中，僅向柵極306和307即向在酸溶液例如含3％的檸檬酸、草酸、磷酸、鉻酸和硫酸的溶液中的柵極信號(hào)線128施加10至30V的電壓。在該實(shí)施例中，在草酸溶液中(30℃)施加10V電壓持續(xù)20到40分。在這種狀態(tài)下，由于光敏抗蝕劑掩膜305與陽(yáng)極氧化層304粘附，可以防止來(lái)自光敏抗蝕劑掩膜305的漏電流，使得極為有效地僅在柵極306和307的側(cè)表面中形成微形的陽(yáng)極氧化物310。微孔的陽(yáng)極氧化物310的厚度可以根據(jù)陽(yáng)極化時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便根據(jù)微孔的陽(yáng)極氧化物310的厚度確定LDD區(qū)的長(zhǎng)度。
在除去光敏抗蝕劑掩膜305后，電流再次通過(guò)柵極306到309，即通過(guò)在電解液中的柵極信號(hào)線138(圖1B)進(jìn)行陽(yáng)極化，從而形成厚度為500到2500的陽(yáng)極氧化物。通過(guò)利用乙二醇稀釋酒石酸得到該電解液，其濃度為5％，并利用氨將pH值調(diào)節(jié)到7.0±0.2。將基片浸入到該溶液中。將恒流源的正端連接到基片上的柵極，將其負(fù)端連接到鉑電極。在20mA的恒流下施加電壓，持續(xù)進(jìn)行氧化，直到電壓達(dá)到150V為止。此外在150V的恒壓下持續(xù)進(jìn)行氧化，直到電流下降到0.1mA為止。因此在柵極信號(hào)線128(柵極306和307)和電容線130(柵極300和309)的上表面和側(cè)表面上得到厚度為2000的鋁氧化膜311和312，它們具有精細(xì)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。氧化鋁膜311和312的厚度可以由偏移的長(zhǎng)度確定并與施加的電壓成正比。(圖3C)利用環(huán)繞柵極306到309作為掩膜形成的陽(yáng)極氧化物311和312蝕刻氧化硅膜303，形成柵極絕緣膜313和314。在這種狀態(tài)下，需要利用侵蝕氣體或侵蝕溶液使在硅和氧化硅之間的選擇比率變得足夠大。(圖3D)在除去微孔的陽(yáng)極氧化物310后，利用柵極部分(柵極和在其周邊的陽(yáng)極氧化物)和作為掩膜的柵極隔離膜313，通過(guò)進(jìn)行離子摻雜以自調(diào)節(jié)方式將一種雜質(zhì)(磷)摻入到島狀區(qū)100中，以便形成N型雜質(zhì)區(qū)。摻雜氣體是磷化氫(PH3)。劑量為5×1014～5×1015原子/cm2，例如1×1015/cm2，加速電壓為60～90kv，例如80kv。因此，由于使用柵極隔離膜313作為半透明掩膜，可得到高濃度摻雜區(qū)(源極和漏極區(qū))317到320以及低濃度摻雜區(qū)321到324。(圖3E)照射KrF準(zhǔn)分子激光(波長(zhǎng)248nm(毫微米)，脈沖寬度20ns)，以便激活摻雜的高濃度摻雜區(qū)317到320以及低濃度的摻雜區(qū)321到324。適宜的激光能量密度為200～400毫焦?fàn)?cm2，最好為250～300毫焦?fàn)?cm2。這種過(guò)程可以通過(guò)熱處理進(jìn)行。特別是，通過(guò)在常規(guī)情況低的溫度下在含有催化元素(鎳)的情況下進(jìn)行激活(序號(hào)為6-267989的日本專利申請(qǐng)公開(kāi)文件)。
利用等離子體CVD形成厚度為5000的氧化硅膜325作為中間的絕緣膜。一種未經(jīng)處理的氣體是TEOS和氧的混合氣體。然后對(duì)中間絕緣膜325進(jìn)行蝕刻，以便在N型雜質(zhì)區(qū)317中形成連接孔。通過(guò)濺射形成鋁膜，然后蝕刻形成源極引線32。其是圖像信號(hào)線129的延伸(圖3E)
然后利用NH3/SiH4/H2混合氣體通過(guò)等離子體CVD形成厚度為2000～8000例如4000的氮化硅膜作為鈍化膜327。蝕刻該鈍化膜327和中間絕緣膜325，形成一用于在高濃度摻雜區(qū)320中的像素電極的連接孔。
通過(guò)濺射形成銦錫氧化物(ITO)，然后蝕刻形成像素電極328。像素電極328是像素單元127的一個(gè)電極(圖3F)經(jīng)過(guò)上述過(guò)程，制成具有N溝道型TFT121～125的轉(zhuǎn)換電路。這種轉(zhuǎn)換電路與由圖2C中的電路除去輔助電容126得到的電路相對(duì)應(yīng)。注意在圖3F上沒(méi)有表示TFT122。
利用具有一定厚度的微孔陽(yáng)極鋁箔311將低濃度摻雜區(qū)和門(mén)電極306和307相隔離，每個(gè)低濃度摻雜區(qū)321～324形成在溝道形成區(qū)與源極和漏極區(qū)之間，使TFT121～123具有所謂的偏移柵極結(jié)構(gòu)和LDD結(jié)構(gòu)，借此降低關(guān)斷(OFF)電流。因此，這些TFT適合于用作按像素矩陣排列的元件。由于假若采用TFT124和125僅作為電容這樣就足夠了，故可以不形成LDD結(jié)構(gòu)。
該實(shí)施例是LDD結(jié)構(gòu)改進(jìn)的實(shí)例。圖1A～1D表示由上方看的該實(shí)施例的線路圖，圖4A～4F是制造過(guò)程中的橫斷面圖。在這些圖中，左側(cè)表示在圖1A中占劃線X-Y表示的部分的橫斷面，右側(cè)表示與圖3A～3F相似的用X’-Y’表示的部分的橫斷面，它們畫(huà)出來(lái)時(shí)是鄰近的，但是應(yīng)當(dāng)指出，很明顯X-Y和X’-Y’并不處在同一直線上。
厚度為1000到5000之間例如為3000的氧化硅膜402形成在基片(科爾寧7059玻璃，100mm×100mm)401上作為一基膜。利用等離子CVD分解和沉積TEOS，以形成氧化硅膜402。這個(gè)過(guò)程也可以通過(guò)濺射來(lái)完成。
利用等離子CVD或LPCVD沉積厚度為300到1500之間例如500的非晶形硅膜，在500～500℃的空氣環(huán)境下卑鄙置8到24小時(shí)，以使其結(jié)晶。通過(guò)添加少量的鎳可以促時(shí)結(jié)晶。這種過(guò)程也可以利用激光照射進(jìn)行光-熱處理或利用熱處理和光熱處理的綜合來(lái)完成。
蝕刻結(jié)晶的硅膜，形成圖1A中所示近于M形的島狀區(qū)100。通過(guò)等離子CVD或?yàn)R射在區(qū)域100上形成厚度700～1500之間例如1200的氧化硅膜403。
通過(guò)濺射形成厚度為1000～3μm之間例如5000的鋁膜(按得量計(jì)含1％Si或0.1～0.3％Sc)。然后，在含有3％酒石酸的乙二醇溶液中，利用鋁膜作為陽(yáng)極，施加10～30V的電壓，通過(guò)進(jìn)行陽(yáng)極化處理，形成這一實(shí)施例中的厚度約幾個(gè)100、200的精細(xì)氧化鋁形成的陽(yáng)極氧化物層404。該陽(yáng)極氧化物層404用于粘附處于高粘度的光敏抗蝕劑。
在形成光敏抗蝕劑掩膜405之后，利用該光敏抗蝕劑405蝕刻鋁膜，形成柵極406到409。柵極4-6和407對(duì)應(yīng)于柵極信號(hào)線128，柵極408和409對(duì)應(yīng)于電容線130。(圖4A)沒(méi)有除去光敏抗蝕劑掩膜405，僅對(duì)柵極406和407進(jìn)行陽(yáng)極化處理，形成微孔的陽(yáng)極氧化物410。在這個(gè)過(guò)程中，僅向柵極信號(hào)線施加10V電壓，在草酸溶液(30℃)中持續(xù)20到40分之間。由于光敏抗蝕劑掩膜405粘附陽(yáng)極氧化物層404，可以防止來(lái)自光敏抗蝕劑掩膜405的電流線漏，使得僅在柵極406和407的側(cè)表面上極為有效地形成微孔的陽(yáng)極氧化物410。微孔的陽(yáng)極氧化物410的厚度可以根據(jù)陽(yáng)極化時(shí)間調(diào)節(jié)，以便能由微孔的陽(yáng)極氧化物410的厚度確定LDD區(qū)的長(zhǎng)度。(圖4B)利用光敏抗蝕劑掩膜405，蝕刻氧化硅膜403，形成柵極絕緣膜411和412。在順序除去光敏抗蝕劑掩膜405、微孔的陽(yáng)極氧化物410和精細(xì)的陽(yáng)極氧化物層404之后，利用柵極406～409以及柵極絕緣膜411作為掩膜通過(guò)摻雜以自調(diào)節(jié)方式將一種雜質(zhì)(磷)摻入到島狀區(qū)100，形成N型摻雜區(qū)。摻雜氣體是磷化氫(PH3)。劑量為5×10145×1015原子/cm2，例如為1×1015原子/cm2，加速電壓為60～90KV之間例如80KV。由于使用柵極絕緣膜411作為半透明掩膜，形成高濃度摻雜區(qū)(源極和漏極區(qū))413～416和形成低濃度摻雜區(qū)417～420。
照射KrF準(zhǔn)分子激光(波長(zhǎng)248μm，脈沖寬度20nm)，激活摻雜的高濃度摻雜區(qū)413～416以及摻雜的低濃度摻雜區(qū)417～420。適宜的激光能量密度為200～400毫焦?fàn)?cm2，最好為250～300毫焦?fàn)?2。這個(gè)過(guò)程可以利用熱處理來(lái)完成。特別是，通過(guò)在比正常情況低的溫度下在含有催化元素(鎳)的情況下進(jìn)行熱處理可以進(jìn)行激活(序號(hào)為6-267989的日本專利申請(qǐng)公開(kāi)文件)。
利用等離子CVD形成厚度5000的氧化鋁膜325作為中間絕緣膜421。未經(jīng)處理的氣體是TEOS和氧的混合氣體。然后蝕刻中介隔離膜421，形成在高濃度摻雜413中連接孔。利用濺射形成鋁膜，然后蝕刻形成源極引線422。其是圖像信號(hào)線129的延伸。(圖4E)然后利用NH3/SiH4/H2混合氣體，通過(guò)等離子體CVD形成厚度為2000～8000之間例如4000的氮化硅膜。蝕刻鈍化膜423和中介隔離膜421，形成用于在高濃度摻雜區(qū)416中的像素電極的連接孔。
利用濺射形成ITO膜，然后蝕刻形成像素電極424。像素電極424是像素單元127的一個(gè)電極。(圖4F)經(jīng)過(guò)上述過(guò)程，制成具有N溝道型TFT121～125的轉(zhuǎn)換電路。這種電路與由圖2C中電路除去輔助電容126所得到的電路相對(duì)應(yīng)。應(yīng)注意在圖4F中沒(méi)有表示TFT122。
每個(gè)低濃度摻雜區(qū)417～420形成在溝道形成區(qū)與源極和漏極區(qū)之間，使TFT121～123具有LDD結(jié)構(gòu)，因降低了關(guān)斷(OFF)電流。所以，這些TFT適合于作為在像素矩陣中排列的元件。由于假如TFT124和125僅用作電容器，這樣就足夠了，可以不形成LDD結(jié)構(gòu)。

圖5A到5F表示形成該實(shí)施例中的電路的過(guò)程。由于使用一種已知的方法(或在實(shí)施例1中的方法)，不再對(duì)具體的過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)的介紹。
形成一種如在實(shí)施例1中(或圖1A中)所示的近于M形的半導(dǎo)體區(qū)(有效層)201和202。在柵極絕緣膜(未表示)形成之后，形成柵極信號(hào)線203～205和電容線206～208。在柵極信號(hào)線、電容線和有效層之間的位置相互關(guān)系與實(shí)施例1相同。(圖5A)在對(duì)有效層201～204進(jìn)行摻雜之后，形成中間絕緣層，然后在有效層的左端形成連接孔210和211，借此形成圖象信號(hào)線209。(圖5B)在由柵極信號(hào)線和圖像信號(hào)線環(huán)繞的區(qū)域內(nèi)形成像素電極212～214。經(jīng)過(guò)上述過(guò)程，形成用于有源矩陣電路的轉(zhuǎn)換元件。電容線206不是與對(duì)應(yīng)行的像素電極213重疊，而是較高的一行的象素電極212相重疊。因此，與輔助電容126對(duì)應(yīng)的電容215形成在電容線207和像素電極213之間。對(duì)于其它各行，形成相同的配置。(圖5C)利用這種配置方式，即對(duì)應(yīng)行的像素電極與較高一行(或較低)的柵極信號(hào)線相重疊，構(gòu)成圖7所示的電路。由于電容215形成在電容線上，可以不降低孔徑比形成電容器。因此有效地提高了電路的集成度。
為了加大電容215，可以蝕刻在重疊部分中介隔離層。由此，縮短了電極間的距離，因此提高了電容。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，如在實(shí)施例1中一樣，最好形成用陽(yáng)極氧化物覆蓋其表面的電容線。在這種狀態(tài)下，陽(yáng)極氧化物是絕緣的。其橫斷面如圖6所示。
通過(guò)蝕刻對(duì)應(yīng)的部分，沒(méi)有增加過(guò)程的步驟數(shù)，就可形成電容215。即當(dāng)蝕刻中間絕緣層以便形成用于像素電極的連接孔或連接孔210和211時(shí)，各孔可以同時(shí)形成在電容線上。圖6表示后者實(shí)例。在適宜的蝕刻條件下，由于鋁的陽(yáng)極氧化物之類并不是完全在用于蝕刻氧化硅的干燥蝕刻條件下進(jìn)行蝕刻，蝕刻要持續(xù)進(jìn)行，直到形成連接孔為止。
為了增加孔徑比，如圖5D到5F所示，將半導(dǎo)體區(qū)216即TFT的一部分與圖像信號(hào)線219相重疊也是有效的。此外，一島狀的半導(dǎo)體區(qū)221具有如在圖8A中所示的復(fù)雜的彎曲部分，然后將柵極信號(hào)線222和電容線223重疊在區(qū)域221上(圖8B)，從而可形成大量的TFT。因此，可以進(jìn)一步降低關(guān)斷(OFF)電流。
該實(shí)施例是對(duì)利用圖5A～5C所示過(guò)程得到的結(jié)構(gòu)的改進(jìn)的實(shí)例。圖10是該實(shí)施例的示意圖。圖11表示圖10所示結(jié)構(gòu)的等效電路。圖10所示結(jié)構(gòu)其特征在于，沿著柵極信號(hào)線方向在相鄰兩個(gè)像素中配置的各TFT組連接到一公共的電容線上。柵極信號(hào)線902和904配置在相鄰像素電極905和906之間，電容線903配置在柵極信號(hào)線902和904之間。M形島狀半導(dǎo)體區(qū)907和908的一端分別連接到像素電極905和906上。
M形島狀半導(dǎo)體區(qū)907和908由結(jié)晶硅膜構(gòu)成，利用這些區(qū)域作為T(mén)FT的有效層。在半導(dǎo)體區(qū)907和908，各TFT形成在與柵極信號(hào)線902和904重疊的三個(gè)部分上，以及偏移區(qū)域和LDD區(qū)域可以形成在這些TFT中，如在實(shí)施例1和2中所述。與電容線903重疊的兩個(gè)部分用作電容器。
由于一條(單獨(dú))電容線903以公用方式用于一對(duì)像素電極905和906，故電容線的數(shù)量可以減法，借此增加了像素的孔徑比。在圖10中僅表示了一個(gè)最少的結(jié)構(gòu)。在實(shí)用的液晶顯示器件中，綜合了幾百×幾百的這種結(jié)構(gòu)(每一個(gè)為圖10所示的結(jié)構(gòu))。
該實(shí)施例為對(duì)圖10所示結(jié)構(gòu)的改進(jìn)結(jié)構(gòu)。務(wù)12是該實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的平面圖。圖12中的結(jié)構(gòu)的特征在于對(duì)兩個(gè)橡素使用一公用的電容線903的方式。假如將圖12的結(jié)構(gòu)與圖10相比較這一點(diǎn)是很明顯的。
圖11表示該實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的等效電路。即圖12中的結(jié)構(gòu)的等效電路與圖10的等效電路相同。利用該實(shí)施例的這種結(jié)構(gòu)，可以增加孔徑比。
該實(shí)施例是圖10所示結(jié)構(gòu)的一種改進(jìn)結(jié)構(gòu)。圖13表示該實(shí)施例的示意結(jié)構(gòu)。該實(shí)施例的等效電路如圖10所示。當(dāng)采用該實(shí)施例的結(jié)構(gòu)時(shí)，可以得到高孔徑比。
在本發(fā)明中，通過(guò)將多個(gè)TFT的柵極連接到一柵極信號(hào)線和一電容線，可以抑制在液晶盒中的電壓降。通常，TFT的特性惡化與在源極和漏極間施加的電壓有關(guān)。然而，根據(jù)本發(fā)明，由于圖2C中的TFT122和123的源極和漏極間的電壓在所有驅(qū)動(dòng)過(guò)程中是低的，以及TFT122～124具有一LDD區(qū)，利用本發(fā)明能防止特性惡化。
本發(fā)明可以有效地應(yīng)用在需要高分辨率的圖像顯示設(shè)備中。即為了顯示256或更多的極為細(xì)微的明暗層次，在一幀顯示過(guò)程中，液晶盒的放電必須抑制到1％或其以下。利用常規(guī)的系統(tǒng)，無(wú)論是圖2A或是圖2B，都不適于達(dá)到這一目標(biāo)。
本發(fā)明適用于采用結(jié)晶硅半導(dǎo)體TFT的有源矩陣顯示器件，該器件適于矩陣方式顯示，以及具有大量的行、列。通常對(duì)具有大量行列的矩陣，每行(列)的選擇周期短，因此不適于使用非晶形硅半導(dǎo)體TFT。然而，利用結(jié)晶硅半導(dǎo)體的TFT存在的問(wèn)題是關(guān)斷(OFF)電流大。因此本發(fā)明不僅能降低關(guān)斷(OFF)電流，還能在這個(gè)領(lǐng)域有顯著的貢獻(xiàn)。采用非晶形硅半導(dǎo)體的TFT也是有利的。
雖然主要是對(duì)于具有頂式柵極結(jié)構(gòu)的各實(shí)施例做了介紹，不過(guò)假如采用底式柵極結(jié)構(gòu)或其它結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的各優(yōu)點(diǎn)仍然不變。
利用本發(fā)明，能夠以最少的變化得到最大的效益。特別是，采用頂式柵極的TFT，盡管薄膜半導(dǎo)體區(qū)(有源層)的形狀復(fù)雜，但柵極等具有極為簡(jiǎn)單的形式，因而能夠防止上層引線的切線(斷開(kāi))。相反，假如柵極具有復(fù)雜的形狀，則會(huì)引起孔徑比的降低。因此本發(fā)明有利于工業(yè)實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種顯示器件，包括在襯底上的一條柵極線；在所述襯底上并跨所述柵極線延伸的一條圖像信號(hào)線；與所述柵極線和所述圖像信號(hào)線交叉的一個(gè)像素電極；以及位于所述圖像信號(hào)線和所述像素電極之間的至少第一、第二和第三薄膜晶體管，其中所述第一、第二和第三薄膜晶體管的每個(gè)柵極電極都與所述柵極線相連，其中所述第一薄膜晶體管的雜質(zhì)區(qū)與所述圖像信號(hào)線相連，所述第三薄膜晶體管的雜質(zhì)區(qū)與所述像素電極電連接，以及其中所述第二和第三薄膜晶體管串聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中第一、第二和第三薄膜晶體管中的每一個(gè)包括基本上是M形狀的半導(dǎo)體膜。
3.一種顯示器件，包括在襯底上的一條柵極線；在所述襯底上并跨所述柵極線延伸的一條圖像信號(hào)線；與所述柵極線和所述圖像信號(hào)線交叉的一個(gè)像素電極；以及位于所述圖像信號(hào)線和所述像素電極之間的至少第一、第二、第三和第四薄膜晶體管，其中所述第一薄膜晶體管的雜質(zhì)區(qū)與所述圖像信號(hào)線相連，所述第四薄膜晶體管的柵極電極與一條電容線電連接，其中所述第二和第三薄膜晶體管串聯(lián)，以及其中在所述像素電極和所述電容線之間提供了一個(gè)存儲(chǔ)電容器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的器件，其中第一、第二、第三和第四薄膜晶體管中的每一個(gè)包括基本上是M形狀的半導(dǎo)體膜。
5.一種顯示器件，包括在襯底上的一條柵極線；在所述襯底上并跨所述柵極線延伸的一條圖像信號(hào)線；與所述柵極線和所述圖像信號(hào)線交叉的一個(gè)像素電極；以及位于所述圖像信號(hào)線和所述像素電極之間的至少第一、第二和第三薄膜晶體管，其中所述第一薄膜晶體管的雜質(zhì)區(qū)與所述圖像信號(hào)線相連，所述第三薄膜晶體管的雜質(zhì)區(qū)與所述像素電極電連接，其中所述第二薄膜晶體管的柵極電極與一條電容線電連接，以及其中在所述像素電極和所述電容線之間提供了一個(gè)存儲(chǔ)電容器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的器件，其中第一、第二和第三薄膜晶體管中的每一個(gè)包括基本上是M形狀的半導(dǎo)體膜。
7.一種顯示器件，包括在襯底上的一條柵極線；在所述襯底上并跨所述柵極線延伸的一條圖像信號(hào)線；在所述襯底上與所述柵極線平行延伸的一條電容線；與所述柵極線和所述圖像信號(hào)線交叉的一個(gè)像素電極；以及位于所述圖像信號(hào)線和所述像素電極之間的至少第一、第二、第三和第四薄膜晶體管，其中所述第一薄膜晶體管的雜質(zhì)區(qū)與所述圖像信號(hào)線相連，所述第三薄膜晶體管的雜質(zhì)區(qū)與所述像素電極電連接，以及其中所述第二和第四薄膜晶體管的柵極電極與所述電容線相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的器件，其中第一、第二、第三和第四薄膜晶體管中的每一個(gè)包括基本上是M形狀的半導(dǎo)體膜。
9.一種顯示器件，包括在襯底上的一條柵極線；在所述襯底上并跨所述柵極線延伸的一條圖像信號(hào)線；與所述柵極線和所述圖像信號(hào)線交叉的一個(gè)像素電極；以及串聯(lián)位于所述圖像信號(hào)線和所述像素電極之間的至少第一、第二和第三薄膜晶體管，其中所述第一薄膜晶體管的雜質(zhì)區(qū)與所述圖像信號(hào)線相連，所述第三薄膜晶體管的雜質(zhì)區(qū)與所述像素電極電連接，以及其中所述第一、第二和第三薄膜晶體管的每個(gè)柵極電極都與所述柵極線相連。
10.一種顯示器件，包括在襯底上的一條柵極線；在所述襯底上并跨所述柵極線延伸的一條圖像信號(hào)線；與所述柵極線和所述圖像信號(hào)線交叉的一個(gè)像素電極；以及串聯(lián)位于所述圖像信號(hào)線和所述像素電極之間的至少第一、第二和第三薄膜晶體管，其中所述第一薄膜晶體管的雜質(zhì)區(qū)與所述圖像信號(hào)線相連，所述第三薄膜晶體管的雜質(zhì)區(qū)與所述像素電極電連接，其中所述第一、第二和第三薄膜晶體管的每個(gè)柵極電極都與所述柵極線相連，以及其中所述第一、第二和第三薄膜晶體管的每個(gè)溝道區(qū)包括在同一半導(dǎo)體層中。
11.一種顯示器件，包括在襯底上的一條柵極線；在所述襯底上并跨所述柵極線延伸的一條圖像信號(hào)線；與所述柵極線和所述圖像信號(hào)線交叉的一個(gè)像素電極；串聯(lián)位于所述圖像信號(hào)線和所述像素電極之間的至少第一、第二和第三薄膜晶體管；以及與所述像素電極電連接的一個(gè)存儲(chǔ)電容器，其中所述第一薄膜晶體管的雜質(zhì)區(qū)與所述圖像信號(hào)線相連，所述第三薄膜晶體管的雜質(zhì)區(qū)與所述像素電極電連接，以及其中所述第一、第二和第三薄膜晶體管的每個(gè)柵極電極都與所述柵極線相連。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的器件，其中所述存儲(chǔ)電容器包括所述像素電極和一條電容線。
13.一種顯示器件，包括在襯底上的一條柵極線；在所述襯底上并跨所述柵極線延伸的一條圖像信號(hào)線；與所述柵極線和所述圖像信號(hào)線交叉的一個(gè)像素電極；串聯(lián)位于所述圖像信號(hào)線和所述像素電極之間的至少第一、第二和第三薄膜晶體管；以及與所述像素電極電連接的一個(gè)存儲(chǔ)電容器，其中所述第一薄膜晶體管的雜質(zhì)區(qū)與所述圖像信號(hào)線相連，所述第三薄膜晶體管的雜質(zhì)區(qū)與所述像素電極電連接，其中所述第一、第二和第三薄膜晶體管的每個(gè)柵極電極都與所述柵極線相連，以及其中所述第一、第二和第三薄膜晶體管的每個(gè)溝道區(qū)包括在同一半導(dǎo)體層中。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的器件，其中所述存儲(chǔ)電容器包括所述像素電極和一條電容線。
全文摘要
一種液晶顯示器件，其電路包括至少五個(gè)用作轉(zhuǎn)換元件的薄膜晶體管(TFT)，這些晶體管沒(méi)有用于單個(gè)像素電極的近似M形半導(dǎo)體區(qū)以及與該M形半導(dǎo)體區(qū)交叉的柵極線和電容線。每個(gè)TFT具有偏移區(qū)和輕微摻雜的漏極(LDD)區(qū)。然后通過(guò)向柵極線施加選擇信號(hào)，TFT被控制，借此將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到像素，同時(shí)將適當(dāng)?shù)碾妷菏┘拥诫娙菥€上，在其作用下形成溝道，并變?yōu)橐浑娙?。因此，利用該電容使像素電極的放電量被降低。
文檔編號(hào)G09F9/00GK1881057SQ20061009974
公開(kāi)日2006年12月20日 申請(qǐng)日期1996年2月15日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月15日
發(fā)明者山崎舜平, 小山潤(rùn), 竹村保彥 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所