專利名稱：有源矩陣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)有源矩陣型顯示器件的顯示屏的圖像質(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。
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))信號線106，連接到TFT101的門極上的引線是門極(選擇)信號線105。多條門板信號線和圖像信號線彼此垂直配置。
輔助電容102用于保證像元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施加到TFT的門極，所發(fā)生的一種公知現(xiàn)象是在原極和漏極之間沒有工作電流流動(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元的電壓(電位)。
在N-溝道型TFT中，當(dāng)門極被反向偏置時(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)門極被反向偏置時(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)處的能量勢壘的寬度變窄，因此導(dǎo)致電場的集中和結(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迅速增加。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門極電壓。假如門極的反向偏置電壓大(對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(多門極法)，如在序號為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是一像元，數(shù)碼115是一門極信號線，數(shù)碼116是一圖像信號線。
然而，由于對液晶顯示器件的圖像顯示所需特性要求變得更為嚴(yán)格，即使利用上述多門極法也難于充分地降低關(guān)斷(OFF)電流。這是因?yàn)榧词箤㈤T極的數(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。而另外帶來的問題是電路變得復(fù)雜，占用面積大。
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。
在說明書中公開的本發(fā)明其特征在于，其結(jié)構(gòu)包括呈矩陣形式配置的門極信號線和圖像信號線，像素電極分布在由門極信號線和圖像信號線環(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)的門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)連接到圖像信號線129。TFT123(n＝5)的漏極區(qū)連接到像元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))的門極連接到一公共的門極信號線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的門極(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的門極連接到門極信號線128，另外的TFT124和125的門極連接到電容線130。因此，在維持像素電壓的時(shí)間階段內(nèi)，通過將電容線維持在適當(dāng)?shù)碾妷合?，在TFT124和125的每個(gè)TFT的溝道和門極之間形成電容器。
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必需的。相反由于在數(shù)據(jù)寫入的過程中增加了負(fù)載，假如像元的電容和在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)選擇信號施加到門極信號線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。因此，像元127按照圖像信號線129上的信號被充電，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，選擇信號沒有施加或被斷開，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)像素信號順序施加到圖像信號線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，由于各TFT的關(guān)斷(OFF)電流增加，像元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)處的電場強(qiáng)度和降低關(guān)斷(OFF)電流。
通過按照

圖1A的電路配置，可以增加這種電路的集成度，使門極信號線128和電容線129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與門極信號線128和電容線130的交叉處(與門極信號線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)摻入由門極信號線和電容線所分隔(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，對于點(diǎn)a和b可能并沒有被電容線130所復(fù)蓋。這是因?yàn)閷τ赥FT124和125僅起電容器的作用，這樣就足夠了。
在圖1D中，通過與半導(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被簡單地代換。在圖2D中數(shù)碼137為一像元，數(shù)碼138是門極信號線，數(shù)碼139是圖像信號線，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)、門極信號線、電容線的配置；圖2A到2D表示有源矩陣電路的概圖3A到3F表示在實(shí)施例1中的轉(zhuǎn)換元件的制造過程(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)、門極信號線和電容線的配置；圖9表示在第三實(shí)施例中的門極信號線、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；[實(shí)施例1]在該實(shí)施例中，通過使門極進(jìn)行陽極化處理構(gòu)成偏移門極區(qū)和LDD(輕微摻雜漏極)區(qū)，以便降低關(guān)斷(OFF)電流。用于對門極進(jìn)行陽極化處理的方法公開在序號為5-267667的日本專利申請公開文件上。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是制造過程的橫斷面圖。在這些圖中，左側(cè)表示由圖1A中的點(diǎn)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)過程也可以通過濺射完成。
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550到600℃下擱置8到24小時(shí)，以便使其結(jié)晶。通過添加少量的鎳可以促進(jìn)結(jié)晶。用于通過添加鎳之類促進(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為6-244104的日本專利申請公開文件中。這個(gè)過程還可以利用激光照射通過光-熱處理或?qū)崽幚砗凸?熱處理結(jié)合來完成。
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，利用鋁膜作為陽極，施加10到30V的電壓，通過陽極化處理，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)成的陽極氧化層304。陽極氧化層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304蝕刻鋁膜，以便形成門極306到309。門極306和307對應(yīng)于門極信號線，門極308和309對應(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，以及將所有的門極信號線和電容線(鋁引線)801連接到鋁膜區(qū)802上。假如將門極或外圍電路(門極驅(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)生陽極化，因此改進(jìn)了集成度。(圖9)不除去光敏抗蝕劑305，只有門極306和307，即只有門極信號線被陽極化，形成微孔的陽極氧化物310。在這個(gè)過程中，僅向門極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門極信號線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與陽極氧化層304粘附，可以防止來自光敏抗蝕劑掩膜305的漏電流，使得極為有效地僅在門極306和307的側(cè)表面中形成微孔的陽極氧化物310。微孔的陽極氧化物310的厚度可以根據(jù)陽極化時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便根據(jù)微孔的陽極氧化物310的厚度確定LDD區(qū)的長度。(圖3B)在除去光敏抗蝕劑掩膜305后，電流再次通過門極306到309，即通過在電解液中的門極信號線138和電容線130(圖1B)進(jìn)行陽極化，從而形成厚度為500到2500的陽極氧化物。通過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門極，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。因此在門極信號線128(門極306和307)和電容線130(門極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度確定并與施加的電壓成正比。(圖3C)利用環(huán)繞門極306到309作為掩膜形成的陽極氧化物311和312蝕刻氧化硅膜303，形成門極絕緣膜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)在除去微孔的陽極氧化物310后，利用門極部分(門極和在其周邊的陽極氧化物)和作為掩膜的門極隔離膜313，通過進(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原子/cm2，加速電壓為60～90kv，例如80kv。因此，由于使用門極隔離膜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。這種過程可以通過熱處理進(jìn)行。特別是，通過在常規(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(序號為6-267989的日本專利申請公開文件)。
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。通過濺射形成鋁膜，然后蝕刻形成源極引線326。其是圖像信號線129的延伸。(圖3E)然后利用NH3/SiH4/H2混合氣體通過等離子體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是像元127的一個(gè)電極(圖3F)經(jīng)過上述過程，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得到的電路相對應(yīng)。注意在圖3F上沒有表示TFT122。
利用具有一定厚度的微孔陽極鋁箔311將低濃度摻雜區(qū)和門電極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具有所謂的偏移門極結(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是制造過程中的橫斷面圖。在這些圖中，左側(cè)表示在圖1A中用點(diǎn)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，它們畫出來時(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302。這個(gè)過程也可以通過濺射來完成。
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550～500℃的空氣環(huán)境下擱置8到24小時(shí)，以使其結(jié)晶。通過添加少量的鎳可以促進(jìn)結(jié)晶。這種過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。
通過濺射形成厚度為1000A～3μm之間例如5000的鋁膜(按重量計(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，利用鋁膜作為陽極，施加10～30V的電壓，通過進(jìn)行陽極化處理，形成這一實(shí)施例中的厚度約幾個(gè)100、200的精細(xì)氧化鋁形成的陽極氧化物層404。該陽極氧化物層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，形成門極406到409。門極406和407對應(yīng)于門極信號線128，門極408和409對應(yīng)于電容線130。(圖4A)沒有除去光敏抗蝕劑掩膜405，僅對門極406和407進(jìn)行陽極化處理，形成微孔的陽極氧化物410。在這個(gè)過程中，僅向門極信號線施加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粘附陽極氧化物層404，可以防止來自光敏抗蝕劑掩膜405的電流線漏，使得僅在門極406和407的側(cè)表面上極為有效地形成微孔的陽極氧化物410。微孔的陽極氧化物410的厚度可以根據(jù)陽極化時(shí)間調(diào)節(jié)，以便能由微孔的陽極氧化物410的厚度確定LDD區(qū)的長度。(圖4B)利用光敏抗蝕劑掩膜405，蝕刻氧化硅膜403，形成門極絕緣膜411和412。在順序除去光敏抗蝕劑掩膜405、微孔的陽極氧化物410和精細(xì)的陽極氧化物層404之后，利用門極406～409以及門極絕緣膜411作為掩膜通過摻雜以自調(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5×1014～5×1015原子/cm2，例如為1×1015原子/cm2，加速電壓為60～90KV之間例如80KV。由于使用門極絕緣膜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。(圖3D)照射KrF準(zhǔn)分子激光(波長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)?cm2。這個(gè)過程可以利用熱處理來完成。特別是，通過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(序號為6-267989的日本專利申請公開文件)。
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中的連接孔。利用濺射形成鋁膜，然后蝕刻形成源極引線422。其是圖像信號線129的延伸。(圖4E)然后利用NH3/SiH4/H2混合氣體，通過等離子體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是像元127的一個(gè)電極。(圖4F)經(jīng)過上述過程，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所得到的電路相對應(yīng)。應(yīng)注意在圖4F中沒有表示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57表示形成該實(shí)施例中的電路的過程。由于使用一種已知的方法(或在實(shí)施例1中的方法)，不再對具體的過程進(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。在門極絕緣膜(未表示)形成之后，形成門極信號線203～205和電容線206～208。在門極信號線、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，借此形成圖象信號線209。(圖5B)在由門極信號線和圖像信號線環(huán)繞的區(qū)域內(nèi)形成像素電極212～214。經(jīng)過上述過程，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對應(yīng)的電容215形成在電容線207和像素電極213之間。對于其它各行，形成相同的配置。(圖5C)利用這種配置方式，即對應(yīng)行的像素電極與較高一行(或較低)的門極信號線相重疊，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的中介隔離層。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，最好形成用陽極氧化物覆蓋其表面的電容線。在這種狀態(tài)下，陽極氧化物是絕緣的。其橫斷面如圖6所示。
通過蝕刻對應(yīng)的部分，沒有增加過程的步驟數(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，如在圖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，然后將門極信號線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)施例是對利用圖5A～5C所示過程得到的結(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，沿著門極信號線方向在相鄰兩個(gè)像素中配置的各TFT組連接到一公共的電容線上。門極信號線902和904配置在相鄰像素電極905和906之間，電容線903配置在門極信號線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TFT的有效層。在半導(dǎo)體區(qū)907和908中，各TFT形成在與門極信號線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像素電極905和906，故電容線的數(shù)量可以減半，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)施例為對圖10所示結(jié)構(gòu)的改進(jìn)結(jié)構(gòu)。圖12是該實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的平面圖。圖12中的結(jié)構(gòu)的特征在于對兩個(gè)像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，通過將多個(gè)TFT的門極連接到一門極信號線和一電容線，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。
雖然主要是對于具有頂式門極結(jié)構(gòu)的各實(shí)施例做了介紹，不過假如采用底式門極結(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，采用頂式門極的TFT，盡管薄膜半導(dǎo)體區(qū)(有效層)的形狀復(fù)雜3，但門極等具有極為簡單的形式，因而能夠防止上層引線的切斷(斷開)。相反，假如門極具有復(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
1.一種有源矩陣顯示器件，包含圖像信號線；門極信號線，該圖像信號線和門極信號線以矩陣方式形成；像素電極，配置在由圖像信號線和門極信號線環(huán)繞的區(qū)域內(nèi)，以及多個(gè)薄膜晶體管(TFT)，鄰近每個(gè)像素電極的各晶體管彼此串聯(lián)，每個(gè)TFT具有相同的導(dǎo)電類型，其中第一TFT的源極區(qū)或漏極區(qū)連接到其中一條圖像信號線上，第二TFT的源極區(qū)或漏極區(qū)連接到其中一個(gè)像素電極上，與至少第一和第二TFT中的每一個(gè)TFT的溝道形成區(qū)鄰近的兩個(gè)區(qū)域中的至少其中一個(gè)區(qū)域是低濃度摻雜區(qū)，即用于形成導(dǎo)電類型的雜質(zhì)濃度低于源極區(qū)域或漏極區(qū)域，至少第一和第二TFT中的門極連接到其中一條門極信號線，至少第三TFT的門極電壓維持到一預(yù)期的電壓，使第三TFT的溝道形成區(qū)變成與第三TFT的源極區(qū)和漏極區(qū)相同的導(dǎo)電類型。
2.如權(quán)利要求1所述的器件，其中第一和第二TFT具有形成在溝道形成區(qū)和低濃度摻雜區(qū)之間的偏移區(qū)。
3.一種有源矩陣顯示器件，包含多條圖像信號線；多條門極信號線，其配置近似與圖像信號線相垂直；多條電容線，其配置平行于門極信號線，每條電容線配置在門極信號線之間；像素電極，形成在由門極信號線和圖像信號線環(huán)繞的區(qū)域內(nèi)；以及轉(zhuǎn)換元件，連接到每個(gè)像素電極上，每個(gè)轉(zhuǎn)換元件包含一近似M形的半導(dǎo)體膜，其中半導(dǎo)體區(qū)包含至少三個(gè)與其中一條門極信號線重疊的部分，至少兩個(gè)與其中一條電容線重疊的部分，第一摻雜區(qū)，其不與門極信號線和電容線重疊并且具有一種用于形成導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，以及第二摻雜區(qū)，其配置在與其中一條門極信號線重疊的部分與第一摻雜區(qū)之間并且具有比第一摻雜區(qū)低的雜質(zhì)濃度。
4.如權(quán)利要求3所述的器件，其中的半導(dǎo)體膜還包含一在與其中一條門極信號線重疊的部分和第二摻雜區(qū)之間形成的偏移門極區(qū)。
5.一種有源矩陣顯示器件，包含多條圖像信號線；多條門極信號線，其配置近似垂直于圖像信號線；多條電容線，每條平行于門極信號線配置在其間，像素電極，形成在由門極信號線和圖像信號線環(huán)繞的區(qū)域內(nèi)；以及轉(zhuǎn)換元件，連接到每個(gè)像素電極，每個(gè)轉(zhuǎn)換元件包含一近似M形的半導(dǎo)體膜，其中的半導(dǎo)體膜包含第一區(qū)，其與其中一條圖像信號線接觸，第二區(qū)，其與其中一個(gè)像素電極接觸，至少四個(gè)第三區(qū)，它們由電容線和門極信號線隔離，每個(gè)第三區(qū)具有N或P導(dǎo)電類型，以及其中每個(gè)第三區(qū)具有低濃度摻雜區(qū)，其具有用于形成N或P導(dǎo)電類型的低濃度雜質(zhì)并且形成在其中一條門極信號線上。
6.如權(quán)利要求5所述的器件，其中的每個(gè)第三區(qū)具有沿門極信號線的寬度方向移動(dòng)的偏移結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求3所述的器件，其中的每條電容線不與對應(yīng)行的像素重疊，而是與該對應(yīng)行相鄰的另一行像素重疊。
8.如權(quán)利要求5所述的器件，其中的每條電容線不與對應(yīng)行的像素重疊，而是與該對應(yīng)行相鄰的另一行像素重疊。
9.一種有源矩陣顯示器件，包含一對相鄰的像素電極；一對門極信號線，配置在像素電極之間；一電容線，配置在門極信號線之間；以及一對島狀半導(dǎo)體區(qū)，每個(gè)都連接到像素電極上，其中，島狀半導(dǎo)體區(qū)的一端連接到像素電極上，每條門極信號線重疊每個(gè)島狀半導(dǎo)體區(qū)的至少三個(gè)部分，以及電容線重疊每個(gè)島狀半導(dǎo)體區(qū)的至少兩個(gè)部分，以及其中每個(gè)半導(dǎo)體區(qū)包含輕微摻雜的漏極區(qū)。
10.一種有源矩陣電路，包含各第一薄膜晶體管(TFT)；各第二TFT；第一像素電極，連接到其中一個(gè)第一TFT；第二像素電極，連接到其中一個(gè)第二TFT；一圖像信號線，連接到各第一和第二TFT中的另一TFT的源極或漏極上；一第一門極信號線，連接到至少該一個(gè)和另一個(gè)第一TFT的門極上；一第二門極信號線，連接到至少該一個(gè)和另一個(gè)第二TFT的門極上；以及一電容線，連接到不同于至少該一個(gè)和另一個(gè)第一和第二TFT的第一和第二TFT的門極上，其中不同于至少該一個(gè)和另一個(gè)第一和第二TFT的第一和第二TFT包含輕微摻雜的漏極區(qū)。
11.如權(quán)利要求10所述的電路，其中第一和第二TFT是用于第一和第二像素電極的轉(zhuǎn)換元件。
12.如權(quán)利要求10所述的電路，其中的電容線是用于施加電壓的線，以便形成作為一個(gè)電容的不同于至少該一個(gè)和另一個(gè)第一和第二TFT的第一和第二TFT。
全文摘要
在一種有源矩陣顯示器件中，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)交叉的門極線和電容線。每個(gè)TFT具有偏移區(qū)和輕微摻雜的漏極(LDD)區(qū)。然后通過向門極線施加選擇信號，TFT被控制，借此將數(shù)據(jù)寫入到像素，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)橐浑娙荨Ｒ虼?，利用該電容使像素電極的放電量被降低。
文檔編號G09G3/36GK1156298SQ9610602
公開日1997年8月6日 申請日期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, 竹村保彥 申請人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所