JP2835580B2

JP2835580B2 - 平板型光弁駆動用半導体装置

Info

Publication number: JP2835580B2
Application number: JP2434395A
Authority: JP
Inventors: 豊林; 昌明神谷; 芳和小島; 博昭鷹巣
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology; Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1995-02-13
Filing date: 1995-02-13
Publication date: 1998-12-14
Anticipated expiration: 2013-12-14
Also published as: JPH09102610A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は直視型表示装置や投影型
表示装置等に用いられる平板型光弁装置例えばアクティ
ブマトリクス液晶パネルに関する。より詳しくは、液晶
パネルの基板として組込まれ液晶を直接駆動する為の電
極及びスイッチング素子が形成された半導体装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】アクティブマトリクス装置の原理は簡単
であり、各画素にスイッチング素子を設け、特定の画素
を選択する場合には対応するスイッチング素子を導通さ
せ、非選択時においてはスイッチング素子を非導通状態
にしておくものである。このスイッチング素子は液晶パ
ネルを構成するガラス基板上に形成されている。従って
スイッチング素子の薄膜化技術が重要である。このスイ
ッチング素子として通常薄膜トランジスタが用いられ
る。

【０００３】従来、アクティブマトリクス装置において
は薄膜トランジスタはガラス基板上に堆積されたシリコ
ン薄膜の表面に形成されていた。かかるトランジスタは
一般に電界効果絶縁ゲート型のものが用いられる。この
型のトランジスタは、シリコン薄膜中に形成されたチャ
ネル領域と、前記チャネル領域を覆う様に形成されたゲ
ート電極とから構成されている。ゲート電極に所定の電
圧を印加する事により、チャネル領域のコンダクタンス
を制御しスイッチング動作を行うものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
絶縁ゲート型薄膜トランジスタにおいては、ゲート電圧
を制御してチャネル領域を非導通状態にしても、薄膜の
裏面側を通ってチャネル領域にリーク電流が流れてしま
うという問題点があった。所謂バックチャネルであり、
アクティブマトリクス装置の正常な動作が阻害されると
いう問題点があった。即ち、各画素を線順次で高速に動
作する為には、各スイッチング素子の導通状態と非導通
状態におけるコンダクタンス比が１０⁶以上必要である
が、このバックチャネルの為に必要なスイッチング性能
を得る事ができない。

【０００５】一方、バックチャネルを消滅させることが
できたとしても、本半導体装置は光照射下で用いるもの
であるから、薄膜トランジスタのチャネル領域に外部か
ら光が入射がするとそのコンダクタンスが増加し、非導
通状態におけるドレイン・ソース内のリーク電流とな
る。このリーク電流と光を照射しないときのリーク電流
の比はチャネル領域を形成する半導体薄膜が単結晶の様
に高品質であるほど大きくなるという問題点もあった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した従来の問題点に
鑑み、本発明はバックチャネルを有効に防止する事がで
き且つ入射光を遮断することのできる構造を有する薄膜
トランジスタを備えた平板型光弁駆動用半導体装置を提
供する事を目的とする。

【０００７】上記目的を達成する為に、本発明にかかる
半導体装置は、透光性材料からなる絶縁性支持基板と、
前記支持基板の上に配置された遮光性薄膜と、前記遮光
性薄膜の上に絶縁膜を介して配置された半導体薄膜とを
含む積層構造を有する基板を用いて形成される。前記支
持基板の上には光弁駆動用透明電極即ち画素電極が配置
されている。さらに、前記画素電極を選択的に励起する
為のスイッチング素子が形成されている。このスイッチ
ング素子は、チャネル領域及び前記チャネル領域の導通
を制御する為の主ゲート電極を有する電界効果絶縁ゲー
ト型トランジスタからなる。チャネル領域は前記半導体
薄膜中に形成されており、主ゲート電極は前記チャネル
領域を覆う様に形成されている。この主ゲート電極とは
別に、遮光層が形成されている。この遮光層は、前記遮
光性薄膜から構成されており、前記チャネル領域に対し
て主ゲート電極の反対側に配置されている。即ち、トラ
ンジスタのチャネル領域は上下から主ゲート電極と遮光
層とによって挟持された構造となっている。

【０００８】好ましくは、トランジスタチャネル領域の
両側に配置された主ゲート電極は遮光性材料からなって
おり、前記遮光層とともにチャネル領域を外部入射光か
ら略完全に遮断している。さらに好ましくは前記遮光層
は導電性材料からなっており、バックチャネルをなくし
ている。又バックチャネルを制御するために遮光層へ電
流を与える事もできる。さらに好ましくはトランジスタ
のチャネル領域は、シリコン単結晶からなる半導体薄膜
に形成されており、通常のＬＳＩ技術を用いてサブミク
ロンのオーダで加工する事が可能である。

【０００９】

【作用】かかる構成を有する平板型光弁駆動用半導体装
置においては、スイッチング素子を構成するトランジス
タのチャネル領域のコンダクタンスは半導体薄膜の両面
から各々絶縁膜を介して主副一対のゲート電極によって
制御される。従って、従来の薄膜トランジスタの様に片
面からのみ１個のゲート電極によって制御される構造と
異なり、バックチャネルが生じない。換言すると、本発
明にかかる副ゲート電極はバックチャネルを抑制する為
に設けられているものである。

【００１０】加えて、チャネル領域は上下から一対の遮
光性ゲート電極によって覆われているので、光弁装置に
入射する光は画素電極を通過するとともに、チャネル領
域においては略完全に遮断され、光電流の発生を有効に
防止している。

【００１１】

【実施例】以下図面を参照して、本発明の好適な実施例
を詳細に説明する。図１は、平板型光弁駆動用半導体装
置の模式的部分断面図である。図示する様に、本装置は
支持基板１の上に形成された積層構造２を有している。
積層構造２は、遮光性薄膜と、前記遮光性薄膜の上に絶
縁膜を介して配置された半導体薄膜とを含んでいる。積
層構造２である複合基板の表面には光弁駆動用透明電極
即ち画素電極３が形成されている。そして、積層構造２
には画素電極３を選択的に励起する為のスイッチング素
子４が対応的に形成されている。スイッチング素子４
は、半導体薄膜中い互いに離間して形成されたドレイン
領域５及びソース領域６を具備している。ドレイン領域
５は信号線７と結線しており、ソース領域６は対応する
画素電極３に結線されている。又、ドレイン領域５とソ
ース領域６の間にはチャネル領域７が設けられている。
チャネル領域７の表面側にはゲート絶縁膜８を介して主
ゲート電極９が形成されている。主ゲート電極９は図示
しない走査線に結線されているとともに、チャネル領域
７のコンダクタンスを制御しスイッチング素子４のオン
オフ動作を実行する。前記チャネル領域７の裏面側に
は、絶縁膜１０を介して遮光層１１が配置されている。
即ち、遮光層１１はチャネル領域７に対して主ゲート電
極９の反対側に配置されている。この遮光層１１は前述
した遮光性薄膜から構成されている。この遮光性薄膜が
同時に導電性である場合は、遮光層１１はバックチャネ
ルを制御する副ゲート電極ともなる。

【００１２】チャネル領域７の両側に配置された一対の
主副ゲート電極９及び１１は遮光性材料から構成されて
いるので、チャネル領域７に入射する光を完全に遮断し
ている。又本実施例においては、チャネル領域７はシリ
コン単結晶からなる半導体薄膜に形成されており、通常
のＬＳＩ加工技術が直接適用できるのでそのチャネル長
をサブミクロンのオーダにまで微細化する事が可能であ
る。

【００１３】図２は本発明にかかる平板型光弁駆動用半
導体装置の製造に用いられる複合基板の模式的部分断面
図である。図示する様に、複合基板は支持基板１とその
上に形成された積層構造２とからなっている。先ず、支
持基板１は透光性の絶縁材料例えば酸化シリコンを主成
分とする耐熱性の石英あるいは、酸化アルミニウムから
構成されている。酸化アルミニウムは熱膨張係数がシリ
コンに近く、応力が発生しにくい点で優れている。又、
単結晶も形成できる為、その上に単結晶半導体膜をヘテ
ロエピタキシャル成長する事もできる。次に、積層構造
２は、支持基板１の上に配置された遮光性薄膜２１と、
前記遮光性薄膜２１の上に配置された絶縁膜２２と、前
記絶縁膜２２の上に配置されているとともに支持基板１
に対して接着された単結晶材料からなる半導体薄膜２３
とを含んでいる。前記遮光性薄膜２１は導電性材料から
なり、例えばポリシリコンが用いられる。あるいは、ポ
リシリコンの単層膜に代えて、ゲルマニウム又はシリコ
ンゲルマニウム又はシリコンの単層膜あるいは少なくと
も１層のゲルマニウム又はシリコンゲルマニウムを含む
シリコンの多層膜を用いる事もできる。さらには、これ
ら半導体材料に代えてシリサイド、アルミニウム等の金
属膜を用いる事もできる。又、支持基板として酸化アル
ミニウム、即ちサファイヤを用いた場合には、その上に
ヘテロエピタキシャル成長したシリコン単結晶を遮光膜
として用いる事もできる。

【００１４】積層構造２は、支持基板１と遮光性薄膜２
１の間に介在する下地膜２４を含んでいても良い。この
下地膜２４は支持基板１と積層構造２の間の密着性を向
上させる為に設けられている。例えば、支持基板１が酸
化シリコンを主成分とする石英で構成されている場合に
は、下地膜２４として酸化シリコンを用いる事ができ
る。又、支持基板１からの不純物を阻止する機能も下地
膜にもたせる場合は窒化シリコン又はオキシナイトライ
ド、又はそのうちの少なくとも１つと酸化シリコンとの
多層膜とする。特にオキシナイトライドは応力の調節が
できるので有用である。

【００１５】次に、絶縁膜２２は後に遮光性薄膜２１か
ら構成される副ゲート電極に対するゲート絶縁膜として
用いられるものであり、例えば酸化シリコン又は窒化シ
リコンから構成される。あるいは、絶縁膜２２は窒化シ
リコンと酸化シリコンの多層膜から構成する事もでき
る。

【００１６】積層構造２の上部に位置する半導体薄膜２
３は例えばシリコンから構成される。このシリコンは単
結晶、多結晶あるいは非晶質の材料を用いることができ
る。非晶質シリコン薄膜あるいは多結晶シリコン薄膜は
化学気相成長法を用いてガラス基板上に容易に堆積でき
るので比較的大画面のアクティブマトリクス装置を製造
する場合に適している。非晶質シリコン薄膜を用いれ
ば、３インチから１０インチ程度の面積を有するアクテ
ィブマトリクス液晶装置を製造することができる。特
に、非晶質シリコン薄膜は３５０℃以下の低温で形成で
きる為、大面積液晶パネルに適している。又、多結晶シ
リコン薄膜を用いた場合には２インチ程度の小型液晶パ
ネルを製造する事ができる。

【００１７】しかしながら、多結晶シリコン薄膜を用い
た場合には、微細半導体加工技術を適用してサブミクロ
ンのオーダのチャネル長を有するトランジスタを形成す
ると素子定数の再現性が悪く、バラツキも大きくなる。
更に、非晶質シリコンの場合は、サブミクロン加工技術
を用いても高速スイッチは期待できない。これに対し
て、シリコン単結晶からなる半導体薄膜を用いた場合に
は、微細半導体加工技術を直接適用する事ができスイッ
チング素子の集積密度を著しく向上でき、超微細な光弁
装置を得る事ができる。

【００１８】たとえスイッチング素子がミクロンオーダ
ーのチャネル長でもチャネル移動度が大きいので、高速
動作を可能とする。さらにこれらのスイッチング素子を
制御する周辺回路を同一支持基板上に高感度に集積可能
となり、高速でスイッチング素子アレーを制御できるの
で、高精細動画像表示には不可欠となる。

【００１９】次に図３および図４を参照して、本発明の
平板型光弁駆動用半導体装置の製造方法を詳細に説明す
る。先ず、図３（Ａ）に示す工程において、複合基板が
準備される。即ち、研磨した石英板からなる支持基板１
の上に、先ず化学気相成長法あるいはスパッタリングを
用いて酸化シリコンからなる下地膜２４を形成する。下
地膜２４の上に、化学気相成長法を用いてポリシリコン
からなる遮光性薄膜２１を堆積する。続いて遮光性薄膜
２１の上に熱酸化法あるいは化学気相成長法を用いて酸
化シリコンからなる絶縁膜２２を形成する。最後に、絶
縁膜２２の上にシリコン単結晶からなる半導体薄膜２３
を形成する。この半導体薄膜２３は単結晶シリコン半導
体基板を絶縁膜２２に対して接着した後数μｍの厚さま
で研磨する事により得られる。

【００２０】用いられる単結晶シリコン半導体基板はＬ
ＳＩ製造に用いられる高品質のシリコンウエハを用いる
事が好ましく、その結晶方位は「１００」０．０±１．
０°の範囲の一様性を有し、その単結晶格子欠陥密度は
５００個／ｃｍ²以下である。かかる物理特性を有する
シリコンウエハの表面を先ず精密に平滑仕上げする。続
いて、平滑仕上げされた面を絶縁膜２２に対して重ね合
わせ加熱する事によりシリコンウエハと支持基板１を互
いに熱圧着する。この熱圧着処理によりシリコンウエハ
と支持基板１は互いに強固に固着される。この状態で、
シリコンウエハを所望の厚みになるまで研磨加工するの
である。尚研磨処理に代えてエッチング処理を行っても
良い。この様にして得られたシリコン単結晶半導体薄膜
２３はシリコンウエハの品質が実質的にそのまま保存さ
れるので結晶方位の一様性や格子欠陥密度に関して極め
て優れた半導体基板材料を得る事ができる。

【００２１】なおシリコンウエハの熱圧着した面は現状
の技術では電気的な欠陥が多少残るので、次の様な工程
が更に好ましい。すなわち単結晶ウエハに熱酸化又はＣ
ＶＤによりＳｉＯ₂を形成する。続いてＣＶＤによりポ
リシリコンを形成し、必要ならば表面研磨を行う。続い
て順に熱酸化又はＣＶＤによるＳｉＯ₂、ＣＶＤによる
シリコン窒化膜及び熱酸化又はＣＶＤによるＳｉＯ₂を
形成する。このシリコンウエハを石英支持基板又はＣＶ
Ｄ、ＳｉＯ₂のコートされた石英支持基板上に熱圧着
し、シリコンウエハの研磨を行なう。

【００２２】次に図３（Ｂ）に示す工程において、下地
層２４を除く積層構造２を逐次エッチングし、最下層即
ち下地層２４の上に遮光性薄膜２１からなる遮光層１１
を形成する。この時同時に、遮光層１１の上には絶縁膜
２２からなるゲート酸化膜１０も形成される。この遮光
層１１の形成は複合基板の全面に感光膜２６を被覆した
後所望の形状にパタニングし、パタニングされた感光膜
２６をマスクとして選択的にエッチングを行う事により
得られる。

【００２３】続いて図３（Ｃ）に示す工程において、パ
タニングされた遮光層１１及びゲート酸化膜１０の２層
構造の上に、素子領域２５が形成される。素子領域２５
は、半導体薄膜２３のみを所望の形状に選択的にエッチ
ングする事により得られる。このエッチングは、素子領
域の形状に合わせてパタニングされた感光膜２６をマス
クとして半導体薄膜２３を選択的にエッチングする事に
より行われる。

【００２４】さらに図３（Ｄ）に示す工程において、感
光膜２６を除去した後露出された半導体薄膜２３の表面
を含めて全体的に熱酸化膜形成処理を施す。この結果、
半導体薄膜２３の表面にはゲート酸化膜８が形成され
る。続いて図４（Ｅ）に示す工程において、素子領域２
５を覆う様に化学気相成長法により多結晶シリコン膜を
堆積する。この多結晶シリコン膜を所定の形状にパタニ
ングされた感光膜（図示せず）を用いて選択的にエッチ
ングし主ゲート電極９を形成する。この主ゲート電極９
はゲート酸化膜８を介して半導体薄膜２３の上に配置さ
れる。

【００２５】図４（Ｆ）に示す工程において、主ゲート
電極９をマスクとしてゲート酸化膜８を介して不純物の
イオン注入を行い、半導体薄膜２３の中にドレイン領域
５及びソース領域６を形成する。この結果、主ゲート電
極９の下方においてドレイン領域５とソース領域６の間
に不純物の注入されていないトランジスタチャネル領域
７が設けられる。

【００２６】続いて、図４（Ｇ）に示す工程において、
素子領域を覆う様に保護膜２７を形成する。この結果、
遮光層１１及び主ゲート電極９を含むスイッチング素子
は保護膜２７の中に埋設される。最後に図４（Ｈ）に示
す工程において、ソース領域６の上にあるゲート酸化膜
８の一部を除去してコンタクトホールを形成しこの部分
を覆う様に透明画素電極３を形成する。画素電極３は例
えばＩＴＯ等からなる透明材料から構成される。加えて
画素電極３の下側に配置されている保護膜２７も例えば
酸化シリコンから構成できるので透明であり、さらにそ
の下側に配置されている石英ガラスからなる支持基板１
も透明である。従って、画素電極３、保護膜２７及び石
英ガラス支持基板１からなる３層構造は光学的に透明で
あり透過型の光弁装置に利用可能である。

【００２７】逆にチャネル領域７を上下から挟む一対の
主副ゲート電極９及び１１はポリシリコンから構成され
ており光学的に不透明である為入射光を遮断できチャネ
ル領域に流れるリーク電流を防止している。完全に遮断
する為にはシリコン、ゲルマニウム等低バンドギャップ
の材料を使う。

【００２８】上述した様に、図３および図４に示す製造
方法においては、高品質の単結晶シリコンからなる半導
体薄膜２３に対して６００℃以上の高温を用いた成膜処
理、高解像度のフォチリソエッチング及びイオン注入処
理等を施す事によりミクロンオーダあるいはサブミクロ
ンオーダのサイズを有する電界効果型絶縁ゲートトラン
ジスタを形成する事が可能である。用いるシリコン単結
晶膜は極めて高品質であるので得られた絶縁ゲート型ト
ランジスタの電気特性も優れている。同時に、画素電極
３も微細化技術によりミクロンオーダの寸法で形成する
ことができるので高密度且つ微細な構造を有するアクテ
ィブマトリクス液晶用半導体装置を製造することができ
る。

【００２９】図３および図４の場合は、単結晶半導体膜
２３を熱圧着方法により形成した例についての実施例で
あった。単結晶半導体膜を熱圧着でなく、エピタキシャ
ル方法によって形成する場合の実施例を図５および図６
を用いて説明する。

【００３０】先ず、サファイヤの様な透明な酸化アルミ
ニウム１０１を図５（Ａ）の様に支持基板として用い
る。次に、図５（Ｂ）の如く、酸化アルミニウム１０１
の結晶を種としてシリコン単結晶膜１０２をヘテロエピ
タキシャル成長する。酸化アルミニウムは、多結晶の場
合にはその熱膨張係数が石英に比べシリコンの値に近
い。従って、図３に示した実施例の支持基板に多結晶酸
化アルミニウムを用いた場合には、熱応力が小さく、そ
の上に形成されている単結晶シリコン膜の結晶性を半導
体プロセスの高温処理を介しても維持できる。

【００３１】図５においては、単結晶酸化アルミニウム
を用いている為、図５（Ｂ）の様に単結晶シリコン膜１
０２をヘテロエピタキシャル成長する事ができる。次
に、成長した単結晶シリコン膜１０２を図５（Ｃ）の様
にパタニングして遮光膜１１１を形成する。

【００３２】次に図５（Ｄ）の様に絶縁膜１１０を形成
し、さらに、その一部に穴１１２をあけ、図５（Ｅ）の
様に単結晶シリコン膜１１１の表面を出す。次に、非晶
質あるいは多結晶の半導体膜１２３を図６（Ｆ）の様に
形成する。穴１１２では、単結晶シリコン膜１１１と半
導体膜１２３が接している。この状態で高温熱処理を行
うと、穴の部分の単結晶シリコン膜１１１を種として半
導体膜１２３がラテラルエピ成長する。従って、図６
（Ｇ）の用にその穴の近い領域１２３Ａは単結晶化す
る。単結晶化されない領域１２３Ｂは多結晶状態になっ
ている。このエピタキシャル成長は、図６（Ｆ）におい
ては先ず多結晶半導体膜１２３を形成し、熱処理によっ
てラテラルエピ成長した例を示したが、図５（Ｅ）の状
態からガスソースエピタキシャル成長、あるいは、液相
エピタキシャル成長しても図６（Ｇ）の様に単結晶半導
体膜を形成できる。半導体膜としては、シリコン、Ｇａ
Ａｓ膜が可能である。

【００３３】次に、図６（Ｈ）に示す様に、トランジス
タの基板になる領域１２４をパタニングする。次に、図
６（Ｉ）の様にゲート絶縁膜１０８を形成し、最終的
に、図６（Ｊ）の様に透明電極１０３をドレイン領域１
０６に接続したトランジスタを形成する。ソース領域１
０５とドレイン領域１０６との間のチャネル領域１０７
のコンダクタンスは、ゲート電極１２５と遮光膜１１１
によって制御できる。図６（Ｊ）においては、遮光膜１
１１がソース領域１０５と接続した例を示したが、その
必要はない。図６（Ｇ）においてラテラルエピ成長は、
３〜５μｍと充分長く単結晶領域を形成するので、図６
（Ｊ）の様に単結晶のトランジスタを絶縁膜の上に形成
できる。

【００３４】最後に図７を参照して本発明にかかる平板
型光弁駆動用半導体装置を用いて組立てられた光弁装置
の例を説明する。図示する様に、光弁装置は半導体装置
２８と、前記半導体装置２８に対向配置された対向基板
２９と、半導体装置２８と対向基板２９の間に配置され
た電気光学物質層例えば液晶層３０等から構成されてい
る。半導体装置２８には画素を規定する画素電極あるい
は駆動電極３と、所定の信号に応じて前記駆動電極３を
励起する為のスイッチング素子４とが形成されている。

【００３５】半導体装置２８は例えば石英ガラスからな
る支持基板１と支持基板１の上に形成された積層構造２
とからなっている。加えて、支持基板１の裏面側には偏
光板３１が接着されている。そして、スイッチング素子
４は積層構造２に含まれる単結晶シリコン半導体薄膜に
形成されている。このスイッチング素子４はマトリクス
状に配置された複数の電界効果型絶縁ゲートトランジス
タから構成されている。トランジスタのソース領域は対
応する画素電極３に接続されており、同じく主ゲート電
極は走査線３２に接続されており、同じくドレイン電極
は信号線７に接続されている。半導体装置２８はさらに
Ｘドライバ３３を含み列状の信号線７に接続されてい
る。さらに、Ｙドライバ３４を含み行状の走査線３２に
接続されている。又、対向基板２９はガラス基板３５
と、ガラス基板３５の外側面に接着された偏光板３６
と、ガラス基板３５の内側面に形成された対向電極ある
いは共通電極３７とから構成されている。

【００３６】図示しないが、各スイッチング素子４に含
まれる遮光層又は副ゲート電極も好ましくは主ゲート電
極と共通に走査線３２に接続されている。かかる結線に
より、スイッチング素子を構成するトランジスタのチャ
ネル領域に流れるリーク電流を有効に防止する事ができ
る。あるいは、遮光層は対応するトランジスタのソース
領域又はドレイン領域に結線する事もできる。何れにし
ても、遮光層に所定の電圧を印加する事によりバックチ
ャネルに基づくリーク電流を有効に防止することができ
る。さらには、遮光層に印加される電圧を制御する事に
よりチャネル領域の閾値電圧を所望の値に設定する事も
可能である。

【００３７】次に図７を参照して上述した構成を有する
光弁装置の動作を詳細に説明する。個々のスイッチング
素子４の主副ゲート電極は共通に走査線３２に接続され
ており、Ｙドライバ３４によって走査信号が印加され線
順次で個々のスイッチング素子４の導通及び遮断を制御
する。Ｘドライバ３３から出力されるデータ信号は信号
線７を介して導通状態にある選択されたスイッチング素
子４に印加される。印加されたデータ信号は対応する画
素電極３に伝えられ、画素電極を励起し液晶層３０に作
用してその透過率を実質的に１００％とする。一方、非
選択時においてはスイッチング素子４は非導通状態とな
り画素電極に書込まれたデータ信号を電荷として維持す
る。尚液晶層３０は比抵抗が高く通常は容量性として動
作する。

【００３８】これらスイッチング素子４のスイッチング
性能を表すためにオン／オフ電流比が用いられる。液晶
動作に必要な電流比は書込み時間と保持時間から簡単に
求められる。例えばデータ信号がテレビジョン信号であ
る場合には、１走査線期間の約６０μｓｅｃの間にデー
タ信号の９０％以上を書込まねばならない。一方、１フ
ィールド期間である約１６ｍｓｅｃで電荷の９０％以上
を保持しなければならない。その結果、電流比は５桁以
上必要となる。この点、本発明によればチャネル領域は
主副ゲート電極によって両面からそのコンダクタンスが
制御される構造となっているので、オフ時におけるリー
ク電流は実質的に完全に除去されている。かかる構造を
有するスイッチング素子のオン／オフ比は６桁以上を十
分に確保する事ができる。従って、極めて高速な信号応
答性を有するアクティブマトリクスタイプの光弁装置を
得る事ができる。

【００３９】

【発明の効果】上述した様に、本発明によればトランジ
スタチャネル領域の両側に配置された一対の主副ゲート
電極をポリシリコン等の遮光性材料で構成する事により
チャネル領域を外部入射光から有効に遮断する事ができ
光電効果に基づくリーク電流の発生を有効に防止する事
ができるという効果がある。さらに、半導体薄膜に形成
されたトランジスタチャネル領域を上下から主ゲート電
極及び導電性材料からなる遮光層すなわち副ゲート電極
により制御する構造としたので、所謂バックチャネルを
有効に防止する事ができ、極めてオン／オフ比の優れた
薄膜トランジスタを得る事ができる。この結果、非常に
高速応答性に優れた且つ誤動作のない平板型光弁駆動用
半導体装置を得る事ができるという効果がある。加え
て、電界効果絶縁ゲート型トランジスタからなるスイッ
チング素子をシリコン単結晶より構成される半導体薄膜
に形成する事により、超微細且つ超高密度の平板型光弁
駆動用半導体装置を得る事ができるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】平板型光弁駆動用半導体装置の構造を示す模式
的部分断面図である。

【図２】かかる半導体装置の製造に用いられる複合基板
の構造を示す模式的部分断面図である。

【図３】平板型光弁駆動用半導体装置の製造工程を示す
模式的工程図である。

【図４】平板型光弁駆動用半導体装置の製造工程を示す
模式的工程図である。

【図５】平板型光弁駆動用半導体装置の製造工程を示す
別の模式的工程図である。

【図６】平板型光弁駆動用半導体装置の製造工程を示す
別の模式的工程図である。

【図７】平板型光弁駆動用半導体装置を用いて構成され
た光弁装置の構造を示す模式的分解斜視図である。

【符号の説明】

１支持基板２積層構造３画素電極４スイッチング素子５ドレイン領域６ソース領域７チャネル領域８ゲート酸化膜９主ゲート電極１０ゲート酸化膜１１遮光層２１遮光性薄膜２２絶縁膜２３半導体薄膜２４下地膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小島芳和千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地セイコー電子工業株式会社内 (72)発明者鷹巣博昭千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地セイコー電子工業株式会社内審査官河本充雄 (56)参考文献特開昭58−88783（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−79256（ＪＰ，Ａ) 特開平４−133033（ＪＰ，Ａ) 米国特許4751196（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 29/786 H01L 21/336 H01L 27/12 G02F 1/136 500

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】透明支持基板と、前記透明支持基板の上
に配置された遮光性薄膜と、前記遮光性薄膜の上に絶縁
膜を介して配置された半導体薄膜とを含む積層構造を有
する複合基板と、前記複合基板の上の少なくとも前記遮光性薄膜を有しな
い部分の上部に配置された光弁駆動用透明電極と、前記半導体薄膜にチャネル領域と前記チャネル領域と接
するドレイン領域及びソース領域を有し、前記チャネル
領域の導通を制御する主ゲート電極を有するトランジス
タからなり前記透明電極を選択的に励起する為のスイッ
チング素子を有し、前記遮光性薄膜を前記チャネル領域に対して前記主ゲー
ト電極の反対側に有し、前記スイッチング素子はアレイ状に複数配置され、前記
各スイッチング素子のチャネル領域は、結晶方位「１０
０」０．０±１．０°の範囲の一様性を有する単結晶シ
リコン薄膜からなる平板型光弁駆動用半導体装置。
【請求項２】前記遮光性薄膜と前記透明支持基板の間
にオキシナイトライドからなる下地層を有する請求項１
記載の平板型光弁駆動用半導体装置。
【請求項３】前記透明支持基板が酸化シリコンを主成
分とする石英からなり、前記遮光性薄膜と前記透明支持
基板の間に酸化シリコンからなる下地層を有する請求項
１記載の平板型光弁駆動用半導体装置。