JP2967126B2 - Semiconductor integrated circuit device for flat light valve substrate - Google Patents
Semiconductor integrated circuit device for flat light valve substrateInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔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
れる平板型光弁の駆動用基板装置に関する。より詳しく
は、基板表面に被覆された半導体薄膜に画素電極群、ス
イッチ素子群、及び駆動回路素子群が形成された半導体
集積回路基板装置に関する。この基板装置は例えば液晶
パネルに一体的に組み込まれいわゆるアクテイブマトリ
クス装置を構成する。The present invention relates to a substrate device for driving a flat light valve used in a direct-view display device, a projection display device, or the like. More specifically, the present invention relates to a semiconductor integrated circuit board device in which a pixel electrode group, a switch element group, and a drive circuit element group are formed on a semiconductor thin film coated on a substrate surface. This substrate device is integrated with a liquid crystal panel, for example, to constitute a so-called active matrix device.
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素子を導通させ、非選択時において
はスイッチ素子を非導通状態にしておくものである。加
えて、各スイッチ素子は駆動回路を構成する周辺回路素
子によって駆動される。このスイッチ素子及び周辺回路
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。従ってスイッチ素子及び周辺回路素子の薄膜化技
術が重要である。この素子として通常薄膜トランジスタ
が用いられている。The principle of an active matrix device is simple: a switching element is provided for each pixel, the corresponding switching element is turned on when a specific pixel is selected, and the switching element is turned off when not selected. It is. In addition, each switch element is driven by a peripheral circuit element forming a drive circuit. These switch elements and peripheral circuit elements are formed on a glass substrate constituting a liquid crystal panel. Therefore, a technique for thinning the switch element and the peripheral circuit element is important. Usually, a thin film transistor is used as this element.
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非晶質シリコン薄
膜あるいは多結晶シリコン薄膜の表面に形成されてい
た。これら非晶質シリコン薄膜及び多結晶シリコン薄膜
は真空蒸着法や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のに適している。従って直視型表示
装置等に好適である。Conventionally, in an active matrix device, a thin film transistor is formed on the surface of an amorphous silicon thin film or a polycrystalline silicon thin film deposited on a glass substrate. Since these amorphous silicon thin films and polycrystalline silicon thin films can be easily deposited on a glass substrate by using a vacuum evaporation method or a chemical vapor deposition method, they are suitable for manufacturing an active matrix device having a relatively large screen. Therefore, it is suitable for a direct-view display device and the like.
ところで、近年直視型表示装置とは別に、微細化され
た高密度の画素を有する高速の超小型表示装置あるいは
光弁装置に対する要求が高まって来ている。かかる超小
型光弁装置は例えば投影型画像装置の一次画像形成面と
して利用され、投影型のハイビジョンテレビとして応用
可能である。この為には、微細半導体製造技術を用いて
1μmオーダの画素寸法を有し全体としても数cm程度の
寸法を有する高速の超小型光弁用の半導体集積基板装置
が望まれる。In recent years, apart from the direct-view display device, there has been an increasing demand for a high-speed microminiature display device or a light valve device having miniaturized high-density pixels. Such a micro light valve device is used, for example, as a primary image forming surface of a projection type image device, and can be applied as a projection type high vision television. For this purpose, a semiconductor integrated substrate device for a high-speed microminiature light valve having a pixel size of the order of 1 μm and a size of several cm as a whole by using a fine semiconductor manufacturing technology is desired.
しかしながら、従来の非晶質あるいは多結晶シリコン
薄膜を用いた場合には、材料が単結晶でない為に電流駆
動が低く高速動作が困難であり、さらに、微細半導体加
工技術を適用してサブミクロンオーダのトランジスタ素
子を形成する事がでない。例えば、非晶質シリコン薄膜
の場合にはその成膜温度が300℃程度である為微細化技
術に必要な高温処理を実施する事ができない。又、多結
晶シリコン薄膜の場合には、結晶粒子の大きさが数μm
程度である為、必然適にトランジスタ素子の微細化が制
限される。又、多結晶シリコン薄膜の成膜温度は600℃
程度であり、1000℃以上の高温処理を要する微細化技術
を十分に適用する事は不可能である。以上に述べた様
に、従来の非晶質又は多結晶シリコン薄膜を用いたアク
ティブマトリクス表示装置用半導体集積回路基板装置に
おいては、通常の半導体集積回路素子と同程度の集積密
度、高速動作及びチップ寸法を実現する事が極めて困難
であるという問題点があった。However, when a conventional amorphous or polycrystalline silicon thin film is used, the current drive is low and the high-speed operation is difficult because the material is not single crystal. Is not formed. For example, in the case of an amorphous silicon thin film, the film formation temperature is about 300 ° C., so that high-temperature processing required for a miniaturization technique cannot be performed. In the case of a polycrystalline silicon thin film, the size of crystal grains is several μm.
Therefore, miniaturization of the transistor element is inevitably limited. The deposition temperature of the polycrystalline silicon thin film is 600 ° C.
Therefore, it is impossible to sufficiently apply a miniaturization technique that requires a high-temperature treatment of 1000 ° C. or more. As described above, in a conventional semiconductor integrated circuit substrate device for an active matrix display device using an amorphous or polycrystalline silicon thin film, the integration density, the high-speed operation, and the chip are almost the same as those of a normal semiconductor integrated circuit element. There is a problem that it is extremely difficult to realize the dimensions.
特に、半導体集積回路基板装置の小型化の為に、スイ
ッチ素子群に加えて周辺回路素子群を極めて高密度に集
積形成する必要がある。しかしながら、より高度の微細
化技術を要する周辺回路素子群を超高密度で多結晶シリ
コン薄膜あるいは非晶質シリコン薄膜に形成する事は困
難であった。この為、通常のLSIチップと同程度のサイ
ズを有するアクティブマトリクス装置用半導体集積回路
基板装置を実現する事ができなかった。In particular, in order to reduce the size of a semiconductor integrated circuit substrate device, it is necessary to integrate a peripheral circuit element group at a very high density in addition to the switch element group. However, it has been difficult to form a peripheral circuit element group requiring a higher level of miniaturization technology on a polycrystalline silicon thin film or an amorphous silicon thin film at an ultra high density. For this reason, it has not been possible to realize a semiconductor integrated circuit substrate device for an active matrix device having the same size as a normal LSI chip.
上述した従来の技術の問題点に鑑み、本発明は画素に
選択給電する為のスイッチ素子群に加えて、より高速高
密度集積を要する周辺回路素子群を同一基板表面上に形
成する事のできる半導体基板装置の構造及び製造方法を
提供する事を目的とする。In view of the above-mentioned problems of the prior art, the present invention can form, on the same substrate surface, a group of peripheral circuit elements requiring higher-speed and higher-density integration, in addition to a group of switch elements for selectively supplying power to pixels. An object of the present invention is to provide a structure and a manufacturing method of a semiconductor substrate device.
上述した本発明の目的を達成する為に、本発明にかか
る光弁基板用半導体装置は、少くとも一部電気絶縁性の
基板と、該基板表面の少くとも一部分に配置され周辺回
路区域を規定する半導体単結晶薄膜とを具備している。
該周辺回路区域に隣接して画素アレイ区域が設けられて
おり、画素電極群及び各画素電極を選択給電する為のス
イッチ素子群が形成されている。本発明の特徴事項とし
て、該周辺回路区域を規定する半導体単結晶薄膜に回路
素子群が例えば超LSI製造技術を用いて集積的に形成さ
れている。この回路素子群は種々多様な機能を有する周
辺回路を構成し、例えば該スイッチ素子群を駆動する為
の駆動回路を含んでいる。In order to achieve the above-mentioned object of the present invention, a semiconductor device for a light valve substrate according to the present invention defines at least a part of an electrically insulating substrate and a peripheral circuit area arranged at least on a part of the substrate surface. Semiconductor single crystal thin film.
A pixel array area is provided adjacent to the peripheral circuit area, and a pixel electrode group and a switch element group for selectively supplying power to each pixel electrode are formed. As a feature of the present invention, a circuit element group is formed in an integrated manner on the semiconductor single crystal thin film defining the peripheral circuit area by using, for example, an VLSI manufacturing technique. This circuit element group constitutes a peripheral circuit having various functions, and includes, for example, a drive circuit for driving the switch element group.
かかる構造を有する光弁基板用半導体装置を製造する
為に、先ず少くとも一部電気絶縁性膜を上部に設けた基
板表面に半導体単結晶板例えば超LSIを形成する為に通
常用いられる高品質のシリコン単結晶ウェハを接着し、
このウェハを機械的あるいは化学的に研摩する事により
半導体単結晶薄膜を全面的に形成する。次に、該半導体
単結晶薄膜を選択的に加工し、該半導体単結晶薄膜から
なる周辺回路区域及びこれと隣接する画素アレイ区域を
形成する。例えば、半導体単結晶薄膜を部分的に除去し
残された部分で周辺回路区域を構成するとともに、該半
導体単結晶薄膜が除去された基板表面部分に半導体多結
晶又は半導体非晶質からなる薄膜を被覆する事により画
素アレイ区域を形成する。続いて、該画素アレイ区域に
画素電極群及び各画素電極群を選択給電する為のスイッ
チ素子群を形成する。さらに、該スイッチ素子群の形成
工程と同時的に又は前後して、周辺回路区域に超LSI技
術あるいばLSI技術を用いて回路素子群を高密度に集積
し周辺回路を形成する。この周辺回路は例えばスイッチ
素子群を駆動する為の駆動回路を含む。In order to manufacture a semiconductor device for a light valve substrate having such a structure, first, a high-quality material generally used for forming a semiconductor single crystal plate, for example, a super LSI, on a substrate surface on which at least a part of an electrically insulating film is provided. Bonding the silicon single crystal wafer
The wafer is mechanically or chemically polished to entirely form a semiconductor single crystal thin film. Next, the semiconductor single crystal thin film is selectively processed to form a peripheral circuit area made of the semiconductor single crystal thin film and a pixel array area adjacent thereto. For example, a peripheral circuit area is constituted by a portion where the semiconductor single crystal thin film is partially removed, and a thin film made of semiconductor polycrystal or semiconductor amorphous is formed on a substrate surface portion where the semiconductor single crystal thin film is removed. The pixel array area is formed by coating. Subsequently, a pixel electrode group and a switch element group for selectively supplying power to each pixel electrode group are formed in the pixel array area. Further, at the same time as or before or after the step of forming the switch element group, the circuit element groups are densely integrated in the peripheral circuit area using the super LSI technology or the LSI technology to form a peripheral circuit. This peripheral circuit includes, for example, a drive circuit for driving the switch element group.
上述した様に、本発明によれば半導体基板は周辺回路
区域と画素アレイ区域に区分されており、少くとも周辺
回路区域には半導体単結晶薄膜が被覆されている。そし
て、周辺回路素子群はこの半導体単結晶薄膜に超高密度
で集積形成されている。この為、本発明にかかる半導体
集積回路基板装置は全体として極めて小型のチップサイ
ズを実現する事ができる。この回路素子群は、例えばシ
リコン単結晶薄膜に形成された相補型絶縁ゲート電界効
果トランジスタを含む。かかるCMOSトランジスタは低消
費電力で高速動作が可能である。CMOSトランジスタはシ
リコン単結晶薄膜に対して高密度で形成する事ができる
が、シリコン多結晶薄膜あるいはシリコン非晶質薄膜に
対して十分な性能(特に速度)及び小さなサイズを有す
るCMOSトランジスタを形成する事は実際上困難である。As described above, according to the present invention, the semiconductor substrate is divided into the peripheral circuit area and the pixel array area, and at least the peripheral circuit area is coated with the semiconductor single crystal thin film. The peripheral circuit element group is integrated on the semiconductor single crystal thin film at an extremely high density. Therefore, the semiconductor integrated circuit board device according to the present invention can realize an extremely small chip size as a whole. This circuit element group includes, for example, a complementary insulated gate field effect transistor formed on a silicon single crystal thin film. Such a CMOS transistor can operate at high speed with low power consumption. Although CMOS transistors can be formed at a high density with respect to a silicon single crystal thin film, a CMOS transistor having sufficient performance (especially speed) and small size can be formed with respect to a silicon polycrystalline thin film or a silicon amorphous thin film. Things are difficult in practice.
周辺回路区域に形成された回路素子群は種々多様な機
能を有する周辺回路を構成する。例えば、周辺回路は画
素アレイ区域に形成されたスイッチ素子群を駆動する為
の駆動回路を含んでいる。さらに、外部から入力される
画像信号等に従って駆動回路を制御する為の制御回路を
含んでいる。あるいは、画素アレイ区域に形成された各
画素電極に一時的に蓄えられた電荷を記憶情報として検
出する為のDRAMセンサアンプ回路を含んでいる。さらに
は、周囲温度を検出する為の温度センサ、入射光強度を
検出する為の光センサあるいは電源供給の為のソーラセ
ル等を含んでいる。これらの付加的回路はシリコン単結
晶薄膜に対して通常の半導体製造技術を用いて極めて容
易に製造する事ができる。The circuit elements formed in the peripheral circuit area constitute a peripheral circuit having various functions. For example, the peripheral circuit includes a driving circuit for driving a switch element group formed in the pixel array area. Further, it includes a control circuit for controlling the drive circuit according to an image signal or the like input from the outside. Alternatively, it includes a DRAM sensor amplifier circuit for detecting the charge temporarily stored in each pixel electrode formed in the pixel array area as storage information. Further, it includes a temperature sensor for detecting the ambient temperature, an optical sensor for detecting the intensity of incident light, a solar cell for supplying power, and the like. These additional circuits can be manufactured very easily on silicon single crystal thin films using conventional semiconductor manufacturing techniques.
ところで、周辺回路区域に隣接する画素アレイ区域は
半導体単結晶薄膜を用いて形成しても良いがこの区域の
み半導体多結晶薄膜あるいは半導体非晶質薄膜を利用し
ても良い。これらの薄膜は、半導体単結晶薄膜に比べて
回路素子の高密度集積には適していないが、入射光に対
して比較的感応しない。従って、入射光の悪影響を受け
ないスイッチ素子を形成する事ができる。このスイッチ
素子群の集積密度は、周辺回路素子群の集積密度に比べ
て低いものである。かかるスイッチ素子としては絶縁ゲ
ート電界効果型の薄膜トランジスタを利用する事ができ
るが、より素子寸法の小さな薄膜ダイオードを利用して
も良い。Incidentally, the pixel array area adjacent to the peripheral circuit area may be formed using a semiconductor single crystal thin film, but only a semiconductor polycrystalline thin film or a semiconductor amorphous thin film may be used in this area. These thin films are less suitable for high-density integration of circuit elements than semiconductor single-crystal thin films, but are relatively insensitive to incident light. Therefore, it is possible to form a switch element that is not adversely affected by the incident light. The integration density of the switch element group is lower than the integration density of the peripheral circuit element group. As such a switch element, an insulated gate field effect type thin film transistor can be used, but a thin film diode having a smaller element size may be used.
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。第1図は、本発明にかかる平板型光弁基板用半
導体集積回路装置の典型的な構造例を示す模式適部分断
面図である。この典型例においては、電気絶縁性の透明
基板1が用いられている。図示する様に、基板1の表面
は、周辺回路区域とこれに隣接する画素アレイ区域に分
割されている。周辺回路区域には半導体単結晶薄膜2が
被覆されている。この半導体単結晶薄膜2は選択的にエ
ッチングされており複数の島状の素子領域を形成してい
る。図においては、簡単の為に一対の素子領域のみが示
されている。これら素子領域には周辺回路を構成する回
路素子が各々形成されている。一方の素子領域にはN型
の絶縁ゲート電界効果トランジスタ3が形成されてお
り、他方の素子領域にはP型の絶縁ゲート電界効果トラ
ンジスタ4が形成されている。一対のN型トランジスタ
3とP型トランジスタ4はいわゆるCMOSトランジスタの
組を構成する。CMOSトランジスタは極めて高性能な回路
素子であり、高速動作及び低消費電力を特徴としてい
る。N型MOSトランジスタ3は、P-型の素子領域表面に
離間して形成された一対のN+型ドレイン領域D及びソー
ス量居Sと絶縁膜5を介して積層配置されたゲート電極
Gとから構成されている。一方、P型トランジスタ4
は、N-型の素子領域の表面に離間して形成されたP+型の
一対のドレイン領域D及びソース領域Sと絶縁膜5を介
して積層配置されたゲート電極Gとから構成されてい
る。Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic partial sectional view showing a typical example of a structure of a semiconductor integrated circuit device for a flat light valve substrate according to the present invention. In this typical example, an electrically insulating transparent substrate 1 is used. As shown, the surface of the substrate 1 is divided into a peripheral circuit area and a pixel array area adjacent thereto. The peripheral circuit area is covered with a semiconductor single crystal thin film 2. The semiconductor single crystal thin film 2 is selectively etched to form a plurality of island-shaped element regions. In the figure, only a pair of element regions are shown for simplicity. In each of these element regions, a circuit element constituting a peripheral circuit is formed. In one element region, an N-type insulated gate field effect transistor 3 is formed, and in the other element region, a P-type insulated gate field effect transistor 4 is formed. The pair of the N-type transistor 3 and the P-type transistor 4 constitute a set of so-called CMOS transistors. CMOS transistors are extremely high-performance circuit elements, and are characterized by high-speed operation and low power consumption. The N-type MOS transistor 3 is composed of a pair of N + -type drain regions D and source layers S formed separately on the surface of a P − -type element region and a gate electrode G laminated and arranged via an insulating film 5. It is configured. On the other hand, the P-type transistor 4
Is composed of a pair of P + -type drain regions D and source regions S formed separately on the surface of the N − -type device region, and a gate electrode G stacked with the insulating film 5 interposed therebetween. .
他方、画素アレイ区域には画素電極及びスイッチ素子
群が形成されている。図においては、1個の画素電極6
と対応する1個のスイッチ素子のみが簡単の為示されて
いる。スイッチ素子は絶縁ゲート電界効果型薄膜トラン
ジスタ7から構成されている。薄膜トランジスタ7は、
基板1の表面に形成されたゲート電極Gと、ゲート絶縁
膜5′を介して積層された半導体多結晶薄膜8に形成さ
れた一対のドレイン領域D及びソース領域Sとから構成
されている。ソース領域Sを構成する半導体多結晶薄膜
8は延設されており画素電極6を構成する。半導体多結
晶薄膜8の膜厚を数100Åとする事により実質的に透明
な画素電極6を構成する事ができる。On the other hand, a pixel electrode and a switch element group are formed in the pixel array area. In the figure, one pixel electrode 6
Only one switch element corresponding to is shown for simplicity. The switch element is constituted by an insulated gate field effect thin film transistor 7. The thin film transistor 7
It comprises a gate electrode G formed on the surface of the substrate 1 and a pair of drain region D and source region S formed on a semiconductor polycrystalline thin film 8 laminated via a gate insulating film 5 '. The semiconductor polycrystalline thin film 8 forming the source region S extends and forms the pixel electrode 6. By setting the thickness of the semiconductor polycrystalline thin film 8 to several hundred degrees, a substantially transparent pixel electrode 6 can be formed.
次に、第2図に平板型光弁基板用半導体集積回路装置
の模式的平面装置構造を示す。図示する様に、基板1は
半導体単結晶薄膜2によって被覆された周辺回路区域
と、半導体多結晶薄膜8によって被覆された画素アレイ
区域に分割されている。その境界は点線で示されてい
る。Next, FIG. 2 shows a schematic planar device structure of a semiconductor integrated circuit device for a flat light valve substrate. As shown, the substrate 1 is divided into a peripheral circuit area covered by a semiconductor single crystal thin film 2 and a pixel array area covered by a semiconductor polycrystalline thin film 8. Its boundaries are indicated by dotted lines.
画素アレイ区域8にはマトリクス状に配置された画素
電極6の群と同じくマトリクス状に配置された薄膜トラ
ンジスタ7の群が形成されている。薄膜トランジスタ7
のソース電極は対応する画素電極6に接続されており、
同じくゲート電極は走査線9に接続されており、同じく
ドレイン電極は信号線10に接続されている。In the pixel array area 8, a group of thin film transistors 7 arranged in a matrix is formed similarly to a group of pixel electrodes 6 arranged in a matrix. Thin film transistor 7
Are connected to the corresponding pixel electrodes 6, and
Similarly, the gate electrode is connected to the scanning line 9, and the drain electrode is also connected to the signal line 10.
一方周辺回路区域には、第1図に示すCMOSトランジス
タ等からなるXドライバ回路11が形成されている。この
Xドライバ回路11には、列状の信号線10が接続されてい
る。さらに、Yドライバ回路12を含み行状の走査線9が
接続されている。これらのXドライバ回路11及びYドラ
イバ回路12は薄膜トランジスタ7からなるスイッチ素子
群を駆動する為のものである。Yドライバ回路12は各走
査線9を介してスイッチ素子群を線順次で選択するもの
であり、Xドライバ回路11は信号線10を介して、選択さ
れたスイッチ素子に画像信号を供給するものである。X
ドライバ回路11及びYドライバ回路12は共に類似した回
路構成を有する。On the other hand, in the peripheral circuit area, an X driver circuit 11 composed of a CMOS transistor or the like shown in FIG. 1 is formed. The X driver circuit 11 is connected to a column-shaped signal line 10. Further, a row-shaped scanning line 9 including the Y driver circuit 12 is connected. The X driver circuit 11 and the Y driver circuit 12 drive a switch element group including the thin film transistor 7. The Y driver circuit 12 is for sequentially selecting a switch element group via each scanning line 9, and the X driver circuit 11 is for supplying an image signal to the selected switch element via a signal line 10. is there. X
The driver circuit 11 and the Y driver circuit 12 both have similar circuit configurations.
第3図に、一例としてYドライバ回路12の回路ブロッ
ク構成を示す。この例においては、Y1ないしY55で示す
合計55本の走査線を線順次で選択する様にしている。基
本的構成として、55段に接続されたシフトレジスタF1な
いしF55を具備している。これらシフトレジスタには、
クロック信号YC、駆動信号YD、フレーム信号FSY及び同
期信号YSTB等が入力されており、走査線Y1ないしY55の
選択タイミングを制御する為のタイミング信号をANDゲ
ート回路を介して出力している。各ゲート回路の出力端
には、レベルシフタLU1ないしLU55が個々に接続されて
いる。各レベルシフタは、タイミング信号の電圧レベル
を変換して出力する為のものであって、走査線Y1ないし
Y55を介して各スイッチ素子のゲート電極に高電圧を印
加する様にしている。通常、画素アレイを駆動する為
に、15V程度の電圧が必要であるのに対して、ドライバ
回路を含めた周辺回路を動作する為には4.5V程度の電圧
で十分である。その為、レベルシフタLU1ないしLU55を
用いて、一次電圧VDD−VGND=4.5Vを、二次電圧VDD−V
SS=15Vに昇圧しているのである。かかる構成とする事
により、全体として周辺回路の低消費電力化が図られ
る。FIG. 3 shows a circuit block configuration of the Y driver circuit 12 as an example. In this example, a total of 55 scanning lines indicated by Y1 to Y55 are selected in a line-sequential manner. As a basic configuration, it has shift registers F1 to F55 connected in 55 stages. These shift registers include:
A clock signal YC, a drive signal YD, a frame signal FSY, a synchronizing signal YSTB, and the like are input, and a timing signal for controlling the selection timing of the scanning lines Y1 to Y55 is output via an AND gate circuit. Level shifters LU1 to LU55 are individually connected to the output terminals of the respective gate circuits. Each level shifter converts the voltage level of the timing signal and outputs the converted signal.
A high voltage is applied to the gate electrode of each switch element via Y55. Normally, a voltage of about 15 V is required to drive a pixel array, whereas a voltage of about 4.5 V is sufficient to operate peripheral circuits including a driver circuit. Therefore, using the level shifters LU1 to LU55, the primary voltage V DD −V GND = 4.5V and the secondary voltage V DD −V
The voltage has been boosted to SS = 15V. With this configuration, power consumption of peripheral circuits can be reduced as a whole.
次に第4図に個々のシフトレジスタFnの詳細回路構成
例を示す。図示する様に、シフトレジスタは複数のイン
バータを含んでいる。このインバータは第1図に示すN
型MOSトランジスタ3及びP型MOSトランジスタ4の組み
合わせからなるCMOSトランジスタ対で簡単に構成する事
ができる。Next, FIG. 4 shows a detailed circuit configuration example of each shift register Fn. As shown, the shift register includes a plurality of inverters. This inverter has the N
It can be easily configured by a CMOS transistor pair formed of a combination of the type MOS transistor 3 and the P-type MOS transistor 4.
さらに、第5図に個々のレベルシフタLUnの詳細回路
構成例を示す。図示する様に、レベルシフタは複数のイ
ンバータ及び複数のN型MOSトランジスタやP型MOSトラ
ンジスタ等から構成されている。従って、レベルシフタ
もシフトレジスタと同様に半導体単結晶薄膜2の上に高
密度で集積形成する事ができる。FIG. 5 shows a detailed circuit configuration example of each level shifter LUN. As shown, the level shifter includes a plurality of inverters, a plurality of N-type MOS transistors, P-type MOS transistors, and the like. Therefore, the level shifter can be integrated and formed on the semiconductor single crystal thin film 2 at a high density similarly to the shift register.
第6図は本にかかる半導体集積回路基板装置を用いて
構成された光弁装置の一例を示す模式的分解斜視図であ
る。図示する様に、光弁装置は基板1と、該基板1に対
向配置された対向基板61と、基板1と対向基板61の間に
配置された電気光学物質例えば液晶62とから構成されて
いる。前述した様に、基板1の表面には画素アレイ区域
と周辺回路区域が規定されている。画素アレイ区域を被
覆する半導体他結晶薄膜8の表面には、複数の画素電極
6と対応する複数のスイッチ素子7とが形成されてい
る。又、周辺回路区域を被覆するシリコン単結晶薄膜2
の表面には、Xドライバ回路11及びYドライ回路12とが
形成されている。これら両区域の表面は液晶配向膜63に
よって被覆されている。又、基板1の裏面側には偏光板
64が接着されている。FIG. 6 is a schematic exploded perspective view showing an example of a light valve device configured using the semiconductor integrated circuit board device according to the present invention. As shown in the drawing, the light valve device includes a substrate 1, an opposing substrate 61 disposed opposite to the substrate 1, and an electro-optical material such as a liquid crystal 62 disposed between the substrate 1 and the opposing substrate 61. . As described above, the pixel array area and the peripheral circuit area are defined on the surface of the substrate 1. On the surface of the semiconductor polycrystalline thin film 8 covering the pixel array area, a plurality of pixel electrodes 6 and a plurality of switch elements 7 corresponding to the plurality of pixel electrodes 6 are formed. Also, a silicon single crystal thin film 2 covering the peripheral circuit area
An X driver circuit 11 and a Y dry circuit 12 are formed on the surface of the device. The surfaces of these two areas are covered with a liquid crystal alignment film 63. A polarizing plate is provided on the back side of the substrate 1.
64 are glued.
一方配向基板61はガラス担体65と、ガラス担体65の外
側面に接着された偏光板66と、ガラス担体65の内側面に
形成された対向電極67とから構成されている。さらに、
対向電極67の表面は液晶配向層68によって被覆されてい
る。On the other hand, the alignment substrate 61 includes a glass carrier 65, a polarizing plate 66 adhered to the outer surface of the glass carrier 65, and a counter electrode 67 formed on the inner surface of the glass carrier 65. further,
The surface of the counter electrode 67 is covered with a liquid crystal alignment layer 68.
かかる構成を有する光弁装置の動作を簡潔に説明す
る。多結晶薄膜トランジスタからなる個々のスイッチ素
子7のゲート電極は走査線9に接続されており、Yドラ
イバ回路12によって走査信号が印加され線順次で個々の
スイッチ素子7の導通及び遮断を制御する。Xドライバ
回路11から出力される画像信号は信号線10を介して導通
状態にある選択されたスイッチ素子7に印加される。印
加された画像信号は対応する画素電極6に伝えられ、画
素電極を励起し液晶62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素子
7は非導通状態となり画素電極6に書き込まれた画像信
号を電荷として維持する。なお液晶62は比抵抗が高く通
常は容量性として動作する。液晶62は例えばネマティッ
ク層を呈するものが用いられ、上下一対の配向膜63及び
68によっていわゆるツイスト配向されている。ツイスト
配向されているマネティック液晶は入射光に対して旋光
性を有する。液晶に対して電圧が印加されるとこの旋光
性は失われる。この変化を、一対の偏光板64及び66を介
して光の強度変化に変換し光弁機能を行なうものであ
る。The operation of the light valve device having such a configuration will be briefly described. The gate electrode of each switch element 7 composed of a polycrystalline thin film transistor is connected to a scanning line 9, and a scanning signal is applied by a Y driver circuit 12 to control conduction and cutoff of each switch element 7 in line order. An image signal output from the X driver circuit 11 is applied to a selected switch element 7 in a conductive state via a signal line 10. The applied image signal is transmitted to the corresponding pixel electrode 6, which excites the pixel electrode and acts on the liquid crystal 62 to substantially reduce its transmittance.
100%. On the other hand, at the time of non-selection, the switch element 7 is turned off, and the image signal written to the pixel electrode 6 is maintained as electric charge. The liquid crystal 62 has a high specific resistance and normally operates as a capacitive element. As the liquid crystal 62, for example, a liquid crystal exhibiting a nematic layer is used, and a pair of upper and lower alignment films 63 and
68, so-called twisted orientation. The twist-aligned monetic liquid crystal has optical rotation with respect to incident light. This optical rotation is lost when a voltage is applied to the liquid crystal. This change is converted into a change in light intensity through a pair of polarizing plates 64 and 66 to perform a light valve function.
次に第7図(A)ないし第7図(J)を参照して、第
1図に示す半導体集積回路装置の製造方法を詳細に説明
する。先ず、第7図(A)に示す工程において、石英ガ
ラス等からなる透明な電気絶縁性基板71と、シリコンか
らなる単結晶半導体基板72とが用意される。単結晶シリ
コン基板72はLSI製造に用いられる高品質のシリコンウ
ェハを用いる事が好ましく、その結晶方位は<100>0.0
±01.0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。用意された例えば石英ガラス
基板71の表面及びシリコンウェハ72の表面を先ず精密に
平滑仕上げする。続いて、平滑仕上げされた両面を重ね
合わせ加熱する事により両基板を熱圧着する。この熱圧
着処理により、両基板71及び72は互いに強固に固着され
る。Next, a method of manufacturing the semiconductor integrated circuit device shown in FIG. 1 will be described in detail with reference to FIGS. 7 (A) to 7 (J). First, in the step shown in FIG. 7A, a transparent electrically insulating substrate 71 made of quartz glass or the like and a single crystal semiconductor substrate 72 made of silicon are prepared. The single crystal silicon substrate 72 is preferably a high quality silicon wafer used for LSI manufacturing, and its crystal orientation is <100> 0.0
It has a uniformity in the range of ± 01.0, and its single crystal lattice defect density is not more than 500 / cm 2 . First, the surface of the prepared quartz glass substrate 71 and the surface of the silicon wafer 72 are precisely smoothed. Then, both substrates are thermocompression-bonded by overlapping and heating both surfaces which have been smoothed. By this thermocompression bonding, the two substrates 71 and 72 are firmly fixed to each other.
第7図(B)に示す工程において、シリコンウェハ72
の表面を研摩する。この結果、石英ガラス基板71の表面
には数μm程度の所望の厚さまで研摩された単結晶シリ
コン薄膜73が形成される。なお、シリコンウェハ基板72
を薄膜化する為に機械的な研摩処理に代えて化学的なエ
ッチング処理を用いても良い。この様にして得られた単
結晶シリコン薄膜73はシリコンウェハ72の品質が実質に
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複合基板材料を得る事ができ
る。In the step shown in FIG.
Polish the surface of. As a result, a single-crystal silicon thin film 73 polished to a desired thickness of about several μm is formed on the surface of the quartz glass substrate 71. The silicon wafer substrate 72
A chemical etching process may be used instead of a mechanical polishing process in order to make the film thinner. Since the quality of the silicon wafer 72 is substantially preserved in the single-crystal silicon thin film 73 obtained in this way, a composite substrate material with excellent crystal orientation uniformity and lattice defect density can be obtained.
これに対して、従来より基板とシリコン単結晶薄膜の
二層構造よりなるSOI基板が知られている。SOI基板は例
えば絶縁物質からなる担体表面に化学気相成長法等を用
いて多結晶シリコン薄膜を堆積させた後、レーザビーム
照射等により加熱処理を施こし多結晶膜を再結晶化して
単結晶構造に変換して得られていた。しかしながら、一
般に多結晶の再結晶化により得られた単結晶は必ずしも
一様な結晶方位を有しておらず又格子欠陥密度が大きか
った。従って、キャリアのライフタイムも短く、DRAMを
形成する事は困難である。これらの理由により、従来の
方法により製造されSOI基板に対してシリコンウェハと
同様に微細化技術を適用する事は困難である。さらに、
高速な品質を得る事も困難であった。これに対して、本
発明に用いられる複合基板は基板と高品質のシリコンウ
ェハ単結晶薄膜からなる二層構造を有するので、通常の
LSI製造技術を直接に適用する事ができる。また、性能
もバルクシリコンと同様に得る事ができる。On the other hand, an SOI substrate having a two-layer structure of a substrate and a silicon single crystal thin film is conventionally known. For example, an SOI substrate is formed by depositing a polycrystalline silicon thin film on a carrier surface made of an insulating material by chemical vapor deposition, etc. It was obtained by converting it to a structure. However, in general, a single crystal obtained by recrystallization of a polycrystal does not always have a uniform crystal orientation and has a large lattice defect density. Therefore, the carrier lifetime is short, and it is difficult to form a DRAM. For these reasons, it is difficult to apply the miniaturization technology to a SOI substrate manufactured by a conventional method, like a silicon wafer. further,
It was also difficult to obtain high-speed quality. On the other hand, the composite substrate used in the present invention has a two-layer structure consisting of the substrate and a high-quality silicon wafer single-crystal thin film.
LSI manufacturing technology can be applied directly. In addition, performance can be obtained similarly to bulk silicon.
続いて、第7図(C)に示す工程において、基板71の
表面全体を被覆する単結晶シリコン薄膜73の加工を行な
い、周辺回路区域及び画素アレイ区域を設定する。図に
おいては、両区域の境界部分のみが部分的に示されてい
る。この例においては、画素アレイ区域に存在するシリ
コン単結晶薄膜をエッチングにより全面的に除去し、基
板71の表面を露出させる。一方、周辺回路区域において
は所定の形状にパタニングされたマスク74を介して、プ
ラズマイオンエッチング等により選択的除去処理を行な
い、シリコン単結晶薄膜73からなる複数の島状素子領域
75を形成する。図においては、簡単の為に1個の素子領
域のみが示されている。Subsequently, in the step shown in FIG. 7 (C), the single crystal silicon thin film 73 covering the entire surface of the substrate 71 is processed to set a peripheral circuit area and a pixel array area. In the figure, only the boundary between the two areas is partially shown. In this example, the silicon single crystal thin film existing in the pixel array area is entirely removed by etching to expose the surface of the substrate 71. On the other hand, in the peripheral circuit area, a plurality of island-like element regions made of a silicon single crystal thin film 73 are selectively removed by plasma ion etching or the like through a mask 74 patterned in a predetermined shape.
Form 75. In the figure, only one element region is shown for simplicity.
第7図(D)に示す工程において、熱酸化処理を行な
い、島状にパタニングされたシリコン単結晶薄膜73の表
面及び側面に二酸化シリコンからなるゲート絶縁膜76を
形成する。In the step shown in FIG. 7D, a thermal oxidation process is performed to form a gate insulating film 76 made of silicon dioxide on the surface and side surfaces of the silicon single crystal thin film 73 patterned in an island shape.
第7図(E)に示す工程において、化学気相成長法に
より基板71の全面を覆う様に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
れたレジストマスク(図示せず)を用いて選択的にエッ
チングしゲート絶縁膜76の表面に第1のゲート電極G1を
形成する。この時、画素アレイ区域においても同時に多
結晶シリコン膜の選択的エッチングを行ない第2のゲー
ト電極G2を形成する。In the step shown in FIG. 7E, a polycrystalline silicon film is deposited so as to cover the entire surface of the substrate 71 by a chemical vapor deposition method. The polycrystalline silicon film is selectively etched using a resist mask (not shown) patterned in a predetermined shape to form a first gate electrode G1 on the surface of the gate insulating film. At this time, also in the pixel array area, the polycrystalline silicon film is simultaneously selectively etched to form the second gate electrode G2.
続いて第7図(F)に示す工程において、ゲート電極
G1をマスクとしてゲート絶縁膜76を介して不純物のイオ
ン注入を行ない、シリコン単結晶薄膜73の表面に第1の
ドレイン領域D1及び第1のソース領域S1を形成する。こ
の結果、ゲート電極G1の下方においてドレイン領域D1と
ソース領域S1の間に不純物の注入されていないトランジ
スタチャネル形成領域が設けられる。従って、島状の素
子領域75に絶縁ゲート電界効果型の単結晶薄膜トランジ
スタが形成される。このトランジスタは、前述した様に
周辺回路素子を構成する。Subsequently, in a step shown in FIG.
Impurity ions are implanted through the gate insulating film 76 using G1 as a mask to form a first drain region D1 and a first source region S1 on the surface of the silicon single crystal thin film 73. As a result, a transistor channel formation region where impurities are not implanted is provided below the gate electrode G1 between the drain region D1 and the source region S1. Accordingly, an insulated gate field effect type single crystal thin film transistor is formed in the island-shaped element region 75. This transistor constitutes a peripheral circuit element as described above.
次に、基板71の表面全体を化学気相成長法等により二
酸化シリコン被膜77で被覆する。この二酸化シリコン被
膜77は第2のゲート電極G2に対してゲート絶縁膜を構成
する。Next, the entire surface of the substrate 71 is covered with a silicon dioxide film 77 by a chemical vapor deposition method or the like. The silicon dioxide film 77 forms a gate insulating film for the second gate electrode G2.
続いて、第7図(H)に示す工程において、化学気相
成長法等を用い、二酸化シリコン被膜77の表面全体に多
結晶シリコン薄膜78を形成する。この多結晶シリコン薄
膜78の膜厚は好ましくは数100Å程度に設定され実質的
に透明である。所定の形状にパタニングされたマスク
(図示せず)を介して、選択的エッチングを行ない多結
晶シリコン薄膜78を部分的に除去する。Subsequently, in a step shown in FIG. 7H, a polycrystalline silicon thin film 78 is formed on the entire surface of the silicon dioxide film 77 by using a chemical vapor deposition method or the like. The thickness of the polycrystalline silicon thin film 78 is preferably set to about several hundred degrees and is substantially transparent. Through a mask (not shown) patterned in a predetermined shape, selective etching is performed to partially remove the polycrystalline silicon thin film 78.
さらに、第7図(I)に示す工程において、パタニン
グされた多結晶シリコン薄膜78に対して選択的な不純物
注入を行ない、第2のゲート電極G2の両側に第2のドレ
イン領域D2及び第2のソース領域S2を形成する。この不
純物注入は、不純物イオン打ち込みあるいは不純物拡散
により行なわれる。この結果、画素アレイ区域には第2
のゲート電極G2と第2のドレイン領域D2及び第2のソー
ス領域S2とから構成される絶縁ゲート電界効果型の多結
晶薄膜トランジスタが形成される。同時に、ソース領域
S2から延設された多結晶シリコン薄膜78の部分は透明画
素電極79を構成する。Further, in the step shown in FIG. 7 (I), an impurity is selectively implanted into the patterned polycrystalline silicon thin film 78 to form a second drain region D2 and a second drain region D2 on both sides of the second gate electrode G2. The source region S2 is formed. This impurity implantation is performed by impurity ion implantation or impurity diffusion. As a result, the second
The gate electrode G2, the second drain region D2, and the second source region S2 form an insulated gate field effect type polycrystalline thin film transistor. At the same time, the source area
The portion of the polycrystalline silicon thin film 78 extending from S2 forms a transparent pixel electrode 79.
最後に、第7図(J)に示す工程において、所定の電
気的結線の為の金属配線工程が行なわれた後、基板71の
表面全体を透明な保護膜80で被覆する。この結果、画素
アレイ区域には、多結晶薄膜トランジスタからなるスイ
ッチ素子と、同じく多結晶シリコン薄膜からなる画素電
極が形成される。Finally, in a step shown in FIG. 7 (J), after a metal wiring step for predetermined electrical connection is performed, the entire surface of the substrate 71 is covered with a transparent protective film 80. As a result, in the pixel array area, a switch element composed of a polycrystalline thin film transistor and a pixel electrode also composed of a polycrystalline silicon thin film are formed.
上述した実施例においては、画素アレイ区域は多結晶
シリコン薄膜で被覆されている。しかしながら、これに
限られるものではなく画素アレイ区域をシリコン非晶質
薄膜で被覆し、この非晶質薄膜にスイッチ素子等を形成
しても良い。あるいは、画素アレイ区域にも、シリコン
単結晶薄膜を残しておき、ここにスイッチ素子等を形成
しても良い。しかしながら、シリコン単結晶薄膜は前述
した様にシリコンウェハの研摩により得られるので膜厚
は数μm程度である。従って、実質的に不透明でありこ
の部分を直接透明画素電極として利用する事ができな
い。その為、画素電極が形成される部分のシリコン単結
晶薄膜を選択熱酸化によりフィールド酸化膜に変換する
等の処理が必要である。これに対して、シリコン多結晶
薄膜あるいはシリコン非晶質薄膜は真空蒸着法又は化学
気相成長法等により極めて薄く形成する事ができるの
で、透明画素電極としてもそのまま利用する事ができ
る。又、シリコン単結晶薄膜トランジスタは、シリコン
多結晶薄膜トランジスタあるいはシリコン非晶質薄膜ト
ランジスタに比べて入射光に起因するリーク電流が大き
い。この為、スイッチ素子としてはむしろ単結晶よりも
多結晶あるいは非晶質によって構成される絶縁ゲート電
界効果型の薄膜トランジスタの方が好ましい。さらに、
前述した様にシリコン多結晶薄膜あるいはシリコン非晶
質薄膜は極めて薄く堆積できるので表面の段差寸法が小
さくて済み配線パタン等の段切れを有効に防止する事が
可能となる。In the embodiment described above, the pixel array area is covered with a polycrystalline silicon thin film. However, the present invention is not limited to this. The pixel array area may be covered with a silicon amorphous thin film, and a switching element or the like may be formed on the amorphous thin film. Alternatively, a silicon single crystal thin film may be left in the pixel array area, and a switch element or the like may be formed here. However, since the silicon single crystal thin film is obtained by polishing a silicon wafer as described above, the film thickness is about several μm. Therefore, it is substantially opaque and cannot be used directly as a transparent pixel electrode. Therefore, it is necessary to perform a process such as converting a silicon single crystal thin film in a portion where a pixel electrode is formed into a field oxide film by selective thermal oxidation. On the other hand, since a silicon polycrystalline thin film or a silicon amorphous thin film can be formed extremely thin by a vacuum deposition method or a chemical vapor deposition method, it can be used as a transparent pixel electrode as it is. Further, a silicon single crystal thin film transistor has a larger leakage current due to incident light than a silicon polycrystal thin film transistor or a silicon amorphous thin film transistor. For this reason, an insulated gate field effect type thin film transistor composed of polycrystal or amorphous is preferable to a switch element rather than a single crystal. further,
As described above, since the silicon polycrystalline thin film or the silicon amorphous thin film can be deposited very thinly, the step size on the surface is small, and the disconnection of the wiring pattern or the like can be effectively prevented.
本実施例においては、第1のゲート電極G1と第2のゲ
ート電極G2は同一のシリコン多結晶薄膜を同時にパタニ
ングして得ていた。しかしながら、これに限られるもの
ではなく、第2のゲート電極G2は例えばシリコン単結晶
薄膜73を選択的にエッチングして島状の素子領域を形成
する際、同時にこの膜を用いて形成する事も可能であ
る。In this embodiment, the first gate electrode G1 and the second gate electrode G2 are obtained by patterning the same polycrystalline silicon thin film at the same time. However, the present invention is not limited to this, and the second gate electrode G2 may be formed using this film at the same time as, for example, selectively etching the silicon single crystal thin film 73 to form an island-shaped element region. It is possible.
次に、第8図を参照して本発明にかかる平板型光弁基
板用半導体集積回路装置の他の実施例を説明する。本実
施例においても、基板1は点線で示す様に、画素アレイ
区域と周辺回路区域に分割されている。画素アレイ区域
にはマトリクス状に配置された画素電極群及びスイッチ
素子群が形成されている。又、周辺回路区域はシリコン
単結晶薄膜により被覆されている。この薄膜には、先の
実施例と同様にXドライバ回路11及びYドライバ回路12
が形成されている他、さらに種々の機能を有する付加回
路81も同時に形成されている。この付加回路も高品質の
シリコン単結晶薄膜に形成できるので、多様な付加回路
素子群を通常のLSI技術を用いて高密度に集積する事が
できる。例えば、この付加回路81としてはXドライバ回
路及びYドライバ回路を制御する為の制御回路が含まれ
る。この制御回路はビデオ信号処理回路から構成されて
おり、外部の信号源から入力された画像信号あるいはビ
デオ信号を処理しXドライバ回路11に転送する為のもの
である。この様に、半導体集積回路基板装置の上に、ビ
デオ信号処理回路を付加する事により、該基板装置を直
接外部の画像信号源に隣接する事ができる。従って、極
めて汎用性に優れた超小型の高速画像装置を得る事がで
きる。付加的に組み込まれる回路としては、ビデオ信号
処理回路の他に様々な機能を有するものが考えられる。Next, another embodiment of the semiconductor integrated circuit device for a flat light valve substrate according to the present invention will be described with reference to FIG. Also in this embodiment, the substrate 1 is divided into a pixel array area and a peripheral circuit area as shown by a dotted line. Pixel electrode groups and switch element groups arranged in a matrix are formed in the pixel array area. The peripheral circuit area is covered with a silicon single crystal thin film. This thin film has an X driver circuit 11 and a Y driver circuit 12 as in the previous embodiment.
Are formed, and additional circuits 81 having various functions are also formed at the same time. Since this additional circuit can also be formed on a high-quality silicon single crystal thin film, various additional circuit element groups can be integrated at a high density using ordinary LSI technology. For example, the additional circuit 81 includes a control circuit for controlling the X driver circuit and the Y driver circuit. The control circuit comprises a video signal processing circuit, which processes an image signal or a video signal input from an external signal source and transfers the processed signal to the X driver circuit 11. In this manner, by adding a video signal processing circuit on a semiconductor integrated circuit board device, the board device can be directly adjacent to an external image signal source. Therefore, it is possible to obtain an ultra-compact, high-speed image apparatus that is extremely versatile. A circuit having various functions in addition to the video signal processing circuit can be considered as a circuit additionally incorporated.
付加回路の一例として例えばDRAMセンスアンプ回路が
含まれる。このDRAMセンスアンプ回路は、各画素電極に
一時的に蓄えられた電荷を記憶情報として検出する為の
ものであり、各画素の欠陥検出等に利用できる。先ず、
第9図を参照してその原理を簡潔に説明する。第9図
は、ある信号線Xiとある走査線Yjとの交点に存在する1
個の画素の等価回路を示している。画素は、トランジス
タからなるスイッチ素子91と、液晶92と、容量素子93等
から形成されている。スイッチ素子91は半導体基板装置
の表面に形成されており、液晶92は半導体基板装置の表
面に形成された画素電極94と対向基板に形成された対向
電極95の間に挟持されている。加えて、容量素子93は画
素電極94と他の電極例えば信号線用電極あるいは走査線
用電極との間に形成されている。あるいは、単結晶シリ
コン上に設ける事もできる。スイッチトランジスタ91の
ゲート電極は走査線Yjに接続されており、同じくドレイ
ン領域は信号線Xiに接続されており、同じくソース領域
は画素電極94に接続されている。走査線Yjを介してスイ
ッチトランジスタ91を導通させると信号線Xiを介して所
定の電荷が容量素子93に充電される。その後、直ちにス
イッチトランジスタ91は走査線Yjを介して非導通状態と
なり、充電電荷が容量素子93に蓄積される。この容量素
子の両端に現われる電圧により液晶92が駆動され光弁機
能を行なう。従って、第9図に示す等価回路は実質的に
DRAMの1個のメモリセルと同等である。即ち、容量素子
93は信号線Xiを介して供給される画像信号を電荷として
一時記憶する機能を有する。本発明においては、この一
時記憶の時間を従来のバルクシリコンを用いたDRAMと同
程度に長く保つ事ができる。なぜならば、材質が同じで
あるからである。各画素に欠陥がない限り、メモリセル
には正常に動作する。従って、容量素子に保持された電
荷を、記憶情報として読み出す事により各画素の欠陥の
有無を極めて簡単且つ高速に検査する事ができる。この
為に、付加回路81には、メモリセルに記憶された情報を
読み出す為のDRAMセンスアンプ回路が含まれている。DR
AMの容量及びトランジスタとして、多結晶シリコンを用
いた場合には、情報保持時間が短くDRAM動作させる事は
困難である。An example of the additional circuit includes, for example, a DRAM sense amplifier circuit. This DRAM sense amplifier circuit is for detecting electric charge temporarily stored in each pixel electrode as storage information, and can be used for detecting a defect of each pixel. First,
The principle will be briefly described with reference to FIG. FIG. 9 is a diagram showing a case where a signal line Xi and a scanning line Yj exist at an intersection.
2 shows an equivalent circuit of the pixels. Each pixel includes a switch element 91 including a transistor, a liquid crystal 92, a capacitor 93, and the like. The switch element 91 is formed on the surface of the semiconductor substrate device, and the liquid crystal 92 is sandwiched between a pixel electrode 94 formed on the surface of the semiconductor substrate device and a counter electrode 95 formed on the counter substrate. In addition, the capacitor 93 is formed between the pixel electrode 94 and another electrode, for example, a signal line electrode or a scanning line electrode. Alternatively, it can be provided on single crystal silicon. The gate electrode of the switch transistor 91 is connected to the scanning line Yj, the drain region is connected to the signal line Xi, and the source region is also connected to the pixel electrode 94. When the switch transistor 91 is turned on via the scanning line Yj, a predetermined charge is charged in the capacitor 93 via the signal line Xi. Thereafter, the switch transistor 91 immediately becomes non-conductive via the scanning line Yj, and the charge is accumulated in the capacitor 93. The liquid crystal 92 is driven by a voltage appearing at both ends of the capacitive element to perform a light valve function. Therefore, the equivalent circuit shown in FIG.
It is equivalent to one memory cell of DRAM. That is, the capacitive element
Reference numeral 93 has a function of temporarily storing an image signal supplied via the signal line Xi as electric charge. In the present invention, the temporary storage time can be maintained as long as that of a conventional DRAM using bulk silicon. This is because the materials are the same. As long as each pixel has no defect, the memory cell operates normally. Therefore, by reading out the charge held in the capacitor as stored information, it is possible to inspect each pixel for the presence of a defect very simply and at high speed. For this reason, the additional circuit 81 includes a DRAM sense amplifier circuit for reading information stored in a memory cell. DR
When polycrystalline silicon is used as the AM capacitor and transistor, it is difficult to operate the DRAM because the information retention time is short.
第10図に、かかるDRAMセンスアンプ回路の詳細回路構
成例を示す。第10図においては、マトリクス画素アレイ
の各列成分に対応する1個のDRAMセンスアンプ回路が示
されている。この回路は第8図に示すXドライバ回路11
及びYドライバ回路12に接続されている。3段構造を有
し、第1段101及び第2段102は読み出し信号に応じて動
作可能状態となる。即ち、等価的にメモリアレイと見做
される画素アレイに蓄積された情報を読み出す時に、読
み出し信号が出力されるDRAMセンスメモリ回路が読み取
り可能状態におかれる。第1段101の一対の入力端子に
は、Xドライバ回路11を介して信号線Xi上に読み出され
るデータDXiとその反転情報である▲▼iが供給さ
れる。第1段101はこの供給されたデータを増幅する。
さらに、第2段102の入力端子にはYドライバ回路12を
介して走査線上に表われる走査信号SYi及びその反転信
号である▲▼jが供給される。この第2段102は、
走査信号に同期して、第1段から供給されるデータをさ
らに増幅する。最後に、第3段103はバッファであり、
その出力端子に読み出されたデータが逐次供給される。
図示しないが、この読み出されたデータは逐次基準デー
タと比較評価され、各画素の欠陥の有無を検出する。図
から明らかな様に、DRAMセンスアンプ回路は多数のトラ
ンスミッションゲート、インバータ及びN型とP型のト
ランジスタ等から構成されている。これらの回路素子は
全て、絶縁ゲート電界効果型のトランジスタで構成する
事ができる。シリコン単結晶薄膜はかかるトランジスタ
素子群を高密度で低リーフ電流、高速動作で集積するの
に最も適している。特に、高速動作及び低消費電力を保
証する為に、単結晶シリコンCMOSトランジスタを利用す
る事が可能となる。単結晶の場合、多結晶と比べライフ
タイムが一桁以上大きい為にDRAM機能を容易に持たす事
が可能になった。FIG. 10 shows a detailed circuit configuration example of such a DRAM sense amplifier circuit. FIG. 10 shows one DRAM sense amplifier circuit corresponding to each column component of the matrix pixel array. This circuit corresponds to the X driver circuit 11 shown in FIG.
And the Y driver circuit 12. It has a three-stage structure, and the first stage 101 and the second stage 102 become operable according to a read signal. That is, when reading information stored in a pixel array equivalently regarded as a memory array, the DRAM sense memory circuit to which a read signal is output is placed in a readable state. A pair of input terminals of the first stage 101 are supplied with data DXi read out on the signal line Xi via the X driver circuit 11 and ▲ i which is inverted information thereof. The first stage 101 amplifies the supplied data.
Further, the input signal of the second stage 102 is supplied with the scanning signal SYi appearing on the scanning line via the Y driver circuit 12 and the inverted signal ▲ ▼ j. This second stage 102
The data supplied from the first stage is further amplified in synchronization with the scanning signal. Finally, the third stage 103 is a buffer,
The read data is sequentially supplied to the output terminal.
Although not shown, the read data is successively compared and evaluated with reference data to detect the presence or absence of a defect in each pixel. As is apparent from the figure, the DRAM sense amplifier circuit includes a number of transmission gates, inverters, N-type and P-type transistors, and the like. All of these circuit elements can be constituted by insulated gate field effect transistors. The silicon single crystal thin film is most suitable for integrating such a transistor element group with high density, low leaf current and high speed operation. In particular, in order to guarantee high-speed operation and low power consumption, it is possible to use a single crystal silicon CMOS transistor. In the case of a single crystal, the lifetime is more than one order of magnitude longer than that of a polycrystal, so that the DRAM function can be easily provided.
第11図に付加回路に含まれる周辺回路の他の例として
光センサ回路を示す。この光センサ回路は、半導体集積
回路基板装置に照射される入射光の強度を検出する為の
ものである。一般に、光弁装置は光源を具備している。
この光源には寿命があり、発光強度は徐々に低下する。
この発光強度の低下を常時モニタすることにより、光源
の保守点検あるいは交換を容易ならしめるものである。
図示する様に、光センサ回路は電源電圧VDDと接地端子
との間に接続されたフォトダイオード111を含む。この
フォトダイオードは、一導電型の単結晶シリコン薄膜に
対して、反対導電型の不純物を導入する事によりPN接合
を形成して容易に得る事ができる。フォトダイオードの
一端は電流電圧変換用抵抗112に接続されている。この
抵抗112はシリコン単結晶薄膜に対する不純物導入によ
り簡単に形成できる。抵抗112の一端は差動増幅器113の
正入力端子に接続されている。又、差動増幅器113の負
入力端子は差動増幅器113の出力端子に結線されてい
る。この結果、差動増幅器113はバッファを形成する。
本光センサ回路はさらに他の差動増幅器114を含んでい
る。その正入力端子には、拡散抵抗115を介してバッフ
ァ113の出力端子が接続されており、その負入力端子に
は基準電圧Vrefが供給されている。この差動増幅器114
はフォトダイオード111によって検出された入射光強度
に比例した検出電圧と基準電圧を比較する事により、検
出電圧が基準電圧を下回った時に警告信号を出力する。
即ち、入射光の強度が一定レベルとなった時に、光弁装
置の光源の保守点検あるいは交換を促す為である。第11
図に示す光センサ回路の各構成要素は全て、シリコン単
結晶薄膜の上に集積適に形成する事が可能である。FIG. 11 shows an optical sensor circuit as another example of the peripheral circuit included in the additional circuit. This optical sensor circuit is for detecting the intensity of incident light applied to a semiconductor integrated circuit board device. Generally, a light valve device includes a light source.
This light source has a lifetime, and the emission intensity gradually decreases.
By constantly monitoring the decrease in the light emission intensity, maintenance and inspection or replacement of the light source can be facilitated.
As shown, the light sensor circuit includes a photodiode 111 connected between a power supply voltage VDD and a ground terminal. This photodiode can be easily obtained by forming a PN junction by introducing an impurity of the opposite conductivity type into a single-crystal silicon thin film of one conductivity type. One end of the photodiode is connected to the current-voltage conversion resistor 112. This resistor 112 can be easily formed by introducing impurities into the silicon single crystal thin film. One end of the resistor 112 is connected to the positive input terminal of the differential amplifier 113. The negative input terminal of the differential amplifier 113 is connected to the output terminal of the differential amplifier 113. As a result, the differential amplifier 113 forms a buffer.
The optical sensor circuit further includes another differential amplifier 114. The positive input terminal is connected to the output terminal of the buffer 113 via the diffusion resistor 115, and the negative input terminal is supplied with the reference voltage Vref. This differential amplifier 114
Compares a detection voltage proportional to the intensity of incident light detected by the photodiode 111 with a reference voltage, and outputs a warning signal when the detection voltage falls below the reference voltage.
That is, when the intensity of the incident light reaches a certain level, the maintenance or inspection or replacement of the light source of the light valve device is prompted. Eleventh
All the components of the optical sensor circuit shown in the figure can be formed on a silicon single crystal thin film in a suitable manner.
次に第12図(A)を参照して、付加回路に含まれる周
辺回路の一例として温度センサ回路を説明する。この温
度センサ回路は、半導体基板装置を光弁に組み込んだ場
合に電気光学物質例えば液晶に面接触しその温度変化を
モニタする。液晶のオーバヒート等によりその動作範囲
を超える惧れがある時、警告信号を発し正常な光弁の動
作を維持する為のものである。本例においては、光セン
サ回路は、電源VDDと接地VSSとの間に直列接続された1
個のNPNトランジスタ121と定電流回路122とから構成さ
れている。周知の様に、NPNトランジスタのベースエミ
ッタ間電圧Zfには電圧依存性がある。従って、ベースエ
ミッタ間に定電流源122を用いて定電流Ifを流す事によ
り、定電流源122の一端に温度に依存した出力電圧Vfが
表われる。この出力電圧Vfを所定の基準電圧と比較する
事により、光弁装置に利用される液晶のオーバヒートを
検出する事が可能となる。このNPNトランジスタ121はCM
OSプロセス中において容易に製造する事が可能である。
又、定電流回路122も複数の絶縁ゲート電界効果トラン
ジスタを用いて簡単に構成する事ができる。Next, a temperature sensor circuit will be described as an example of a peripheral circuit included in the additional circuit with reference to FIG. When the semiconductor substrate device is incorporated in a light valve, the temperature sensor circuit comes into surface contact with an electro-optical material, for example, a liquid crystal, and monitors a temperature change thereof. When there is a possibility that the operating range is exceeded due to overheating of the liquid crystal or the like, a warning signal is issued to maintain the normal operation of the light valve. In this example, the optical sensor circuit includes a series connection between a power supply V DD and a ground V SS.
It is composed of NPN transistors 121 and a constant current circuit 122. As is well known, the base-emitter voltage Zf of an NPN transistor has voltage dependency. Therefore, by supplying a constant current If between the base and the emitter by using the constant current source 122, an output voltage Vf depending on the temperature appears at one end of the constant current source 122. By comparing the output voltage Vf with a predetermined reference voltage, it is possible to detect overheating of the liquid crystal used in the light valve device. This NPN transistor 121 is CM
It can be easily manufactured during the OS process.
Also, the constant current circuit 122 can be easily configured using a plurality of insulated gate field effect transistors.
第12図(B)に、さらに高感度の温度特性を有する光
センサ回路を示す。第12図(A)に示す例と異なる点
は、2個のNPNトランジスタがダーリントン接続されて
いる点である。この温度センサ回路もCMOSICに内蔵で
き、例えば1.5V動作でサーミスタと同程度の感度を有す
る温度センサ回路が得られる。この温度センサ回路は、
−10℃から+60℃の温度範囲で−6mV/℃の温度感度を保
証でき、直線性に優れバラツキの小さな量産に適したも
のである。図示する様に、NPNトランジスタ121及び123
を、ベースエミッタ間電圧が加算される様に複数個接続
すると、コレクタが共通の為必然的にダーリントン接続
になる。これに定電流源122を介して定電流Ifを供給し
センサ出力電圧Vfを得る。FIG. 12 (B) shows an optical sensor circuit having higher sensitivity temperature characteristics. The difference from the example shown in FIG. 12 (A) is that two NPN transistors are Darlington connected. This temperature sensor circuit can also be built in a CMOS IC, and a temperature sensor circuit having the same sensitivity as a thermistor at 1.5 V operation can be obtained. This temperature sensor circuit
It can guarantee a temperature sensitivity of -6mV / ° C in the temperature range of -10 ° C to + 60 ° C, and has excellent linearity and is suitable for mass production with small variations. As shown, NPN transistors 121 and 123
Are connected so that the voltage between the base and the emitter is added, the collector is common, so that the connection is inevitably Darlington. A constant current If is supplied to this through a constant current source 122 to obtain a sensor output voltage Vf.
第13図は、温度センサ素子として用いられるNPNトラ
ンジスタが形成された半導体集積回路基板装置の断面構
造を示す模式図である。図示する様に、電気絶縁性の石
英ガラス基板1の表面には単結晶シリコン薄膜2が形成
されており、前述の複合基板を構成している。この複合
基板の左半分には、NPNトランジスタが形成されてお
り、右半分にはN型のMOSトランジスタが形成されてい
る。図から明らかな様に、NPNトランジスタとN型MOSト
ランジスタは同時に形成する事ができる。NPNトランジ
スタは温度センサ素子として用いられ、N型MOSトラン
ジスタは例えば定電流回路を構成する素子として用いら
れる。N-型の単結晶シリコン薄膜層2にP-型のベース拡
散層を設ける。このベース拡散層内にN+型のエミッタ領
域を形成する。P-型のベース拡散層はCMOSプロセスでN
型MOSトランジスタのPウェルと同時に拡散され、N+型
のエミッタ領域はN型MOSトランジスタのN+型ソース領
域及びドレイン領域と同時に形成できる。FIG. 13 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a semiconductor integrated circuit substrate device on which an NPN transistor used as a temperature sensor element is formed. As shown in the figure, a single-crystal silicon thin film 2 is formed on the surface of an electrically insulating quartz glass substrate 1 to constitute the above-described composite substrate. An NPN transistor is formed in the left half of the composite substrate, and an N-type MOS transistor is formed in the right half. As is clear from the figure, the NPN transistor and the N-type MOS transistor can be formed simultaneously. The NPN transistor is used as a temperature sensor element, and the N-type MOS transistor is used as an element forming a constant current circuit, for example. A P − type base diffusion layer is provided on the N − type single crystal silicon thin film layer 2. An N + -type emitter region is formed in the base diffusion layer. P - type base diffusion layer is N in CMOS process
The N + type emitter region can be formed simultaneously with the N + type source region and the drain region of the N type MOS transistor.
次に第14図を参照して、周辺回路としてソーラセルを
内蔵する平板型光弁基板様半導体集積回路装置を示す。
図示する様に、基板1は2つの区域に分割されている。
点線で囲まれた区域が画素アレイ区域であり、画素電極
群及びスイッチ素子群が集積的に形成されている。点線
で囲まれた範囲以外が周辺回路区域であり、Xドライバ
回路11及びYドライバ回路12が形成されている。同時
に、周辺回路区域の周端部に沿ってソーラセル141が形
成されている。このソーラセル141は、光弁装置に照射
される入射光を電気エネルギーに変換し、画素アレイや
Xドライバ回路11及びYドライバ回路12に駆動電力を供
給している。なお、先に述べた種々の例と同様に周辺回
路区域は高品質のシリコン単結晶薄膜により被覆されて
いる。このシリコン単結晶薄膜は、基板の表面にシリコ
ンウェハを接着した後研摩する事により得られる。ソー
ラセル141は、PN接合を利用して入射光の光エネルギー
を電気エネルギーに変換する半導体素子である。現在で
は、このソーラセルはシリコン単結晶を用いて、最も変
換効率の高いものが得られている。従って、本発明にか
かる半導体集積回路基板装置の周辺部にソーラセル素子
を形成する事は極めて有効である。Next, with reference to FIG. 14, a flat-type light valve substrate-like semiconductor integrated circuit device incorporating a solar cell as a peripheral circuit is shown.
As shown, the substrate 1 is divided into two sections.
An area surrounded by a dotted line is a pixel array area, and a pixel electrode group and a switch element group are formed integrally. The area other than the area surrounded by the dotted line is the peripheral circuit area, in which the X driver circuit 11 and the Y driver circuit 12 are formed. At the same time, solar cells 141 are formed along the peripheral edge of the peripheral circuit area. The solar cell 141 converts incident light applied to the light valve device into electric energy, and supplies driving power to the pixel array, the X driver circuit 11, and the Y driver circuit 12. As in the various examples described above, the peripheral circuit area is covered with a high quality silicon single crystal thin film. This silicon single crystal thin film is obtained by bonding a silicon wafer to the surface of a substrate and polishing the silicon wafer. The solar cell 141 is a semiconductor element that converts light energy of incident light into electric energy using a PN junction. At present, a solar cell having the highest conversion efficiency is obtained using a silicon single crystal. Therefore, it is extremely effective to form a solar cell element on the periphery of the semiconductor integrated circuit substrate device according to the present invention.
第15図に、かかるソーラセルの断面構造を模式的に示
す。基板1の表面に接着された単結晶シリコン薄膜2は
あらかじめN型の不純物により拡散処理を施こされてお
り、0.1ないし1Ωcmの抵抗率を有する。その表面部分
に対して、P型の不純物例えばボランを拡散しP型層14
2を形成する。この結果、光起電力を有するPN接合が得
られる。さらに、基板1の表面を一酸化シリコンなどか
らなる反射防止膜143で保護する。この反射防止膜は真
空蒸着により形成できる。続いて、反射防止膜143の一
部分にコンタクトホールを形成し、N型のシリコン単結
晶薄膜2に金属からなる負極端子144を接続する。又、
反射防止膜143の他の部分にもコンタクトホールを開
け、P型拡散層142に対して金属からなる正極端子145を
接続する。これらの電極端子144及び145は周辺回路に対
する電源供給端子として用いられる。FIG. 15 schematically shows a cross-sectional structure of such a solar cell. The single-crystal silicon thin film 2 adhered to the surface of the substrate 1 has been subjected to diffusion treatment with N-type impurities in advance, and has a resistivity of 0.1 to 1 Ωcm. A P-type impurity such as borane is diffused into the surface portion to
Form 2. As a result, a PN junction having photovoltaic power is obtained. Further, the surface of the substrate 1 is protected by an antireflection film 143 made of silicon monoxide or the like. This antireflection film can be formed by vacuum evaporation. Subsequently, a contact hole is formed in a part of the antireflection film 143, and a negative electrode terminal 144 made of metal is connected to the N-type silicon single crystal thin film 2. or,
Contact holes are also opened in other portions of the antireflection film 143, and a positive electrode terminal 145 made of metal is connected to the P-type diffusion layer 142. These electrode terminals 144 and 145 are used as power supply terminals for peripheral circuits.
第16図は、Xドライバ回路11及びYドライバ回路12か
ら引き出される外部接続端子のパタン例を示す模式的平
面図である。図示する様に、外部接続用端子配線群161
は基板1の表面の一周辺部に集中的に形成されている。
この結果、外部回路との電気的接続が極めて容易にな
る。例えば、基板1と図示しない対向基板を重ねてヒー
トシールを行ない光弁装置を製造する時、同時に外部接
続用端子配線161に対する電気接続処理を行なう事がで
きる。この時、外部接用端子配線161は基板1の周辺角
部に形成されているので、ヒートシールを行なう為の加
熱部材はXドライバ回路11やYドライバ回路12に直接当
設する事がない。従って、光弁装置組み立て中におい
て、半導体集積回路基板装置の上に形成された回路素子
を熱的に破壊する惧れがない。FIG. 16 is a schematic plan view showing an example of patterns of external connection terminals drawn from the X driver circuit 11 and the Y driver circuit 12. As shown in FIG.
Are formed intensively at one peripheral portion of the surface of the substrate 1.
As a result, electrical connection with an external circuit becomes extremely easy. For example, when the light valve device is manufactured by stacking the substrate 1 and the opposing substrate (not shown) and performing heat sealing, the electrical connection processing to the external connection terminal wiring 161 can be performed at the same time. At this time, since the external connection terminal wiring 161 is formed at the peripheral corner of the substrate 1, a heating member for performing heat sealing does not directly contact the X driver circuit 11 or the Y driver circuit 12. Therefore, there is no fear that the circuit element formed on the semiconductor integrated circuit board device is thermally destroyed during the assembly of the light valve device.
最後に、第17図及び第18図を参照して、画素電極を選
択給電する為のスイッチ素子の例を示す。第17図はある
信号線Xiとある走査線Yjの交点に存在する1個の画素電
極及び1個のスイッチ素子を示す模式的部分平面図であ
る。図示する様に、画素電極171の一辺と対応する信号
線Xiとの間には一方のダイオード172が接続されてい
る。又、画素電極171の他の辺と対応する走査線Yjとの
間には他方のダイオード173が接続されている。これら
一対のダイオード172及び173が、画素電極171を選択給
電する為のスイッチ素子を構成する。先に述べた実施例
においてはスイッチ素子として絶縁ゲート電界効果型の
トランジスタが用いられていた。このトランジスタに比
べてダイオードはその素子面積が小さく従って1画素当
たりの開口率を大きくとる事ができる。即ち、1画素当
たりにおける透明画素電極171の占める面積割合が大き
くなり、それだけ画像表示性能に優れた透過型の光弁装
置を得る事ができる。図示する様に、走査線Yjに印加さ
れる選択信号に同期して、信号線Xiに画像信号を供給す
る事により、一対のダイオード172及び173を介して画素
電極171に電荷を供給し蓄積する事が可能となる。第18
図は第17図に示す1画素部分の断面構造を示す。本実施
例においては、基板1の表面に接着形成されたシリコン
単結晶薄膜2をそのまま利用してダイオード172及び173
を形成している。しかしながら、シリコン単結晶薄膜を
画素アレイ区域から除去した後シリコン他結晶薄膜ある
いは非晶質薄膜を形成し、この薄膜にダイオードを形成
しても良い事は勿論である、この例においては、シリコ
ン単結晶薄膜2を選択的にエッチングし一対の島状素子
領域を形成している。各々の島状素子領域に異なる導電
型の不純物を導入してP+領域及びN領域からなるPN接合
を形成しダイオードを得ている。そして、一対のダイオ
ード172及び173の間に、透明材料からなる画素電極171
を真空蒸着等により形成する。図から明らかな様に、ダ
イオードを形成する為の島状素子領域の寸法は極めて小
さくて済みその分各画素の開口率を大きくとれる。因み
に、絶縁ゲート電界効果型薄膜トランジスタを用いた場
合には開口率が50%ないし60%であるのに対して、一対
のダイオードを用いた場合には開口率を80%程度に向上
する事ができる。Finally, an example of a switch element for selectively supplying power to a pixel electrode will be described with reference to FIGS. 17 and 18. FIG. 17 is a schematic partial plan view showing one pixel electrode and one switch element existing at the intersection of a certain signal line Xi and a certain scanning line Yj. As illustrated, one diode 172 is connected between one side of the pixel electrode 171 and the corresponding signal line Xi. The other diode 173 is connected between the other side of the pixel electrode 171 and the corresponding scanning line Yj. The pair of diodes 172 and 173 constitute a switch element for selectively supplying power to the pixel electrode 171. In the embodiment described above, an insulated gate field effect transistor is used as a switch element. The diode has a smaller element area than the transistor, so that the aperture ratio per pixel can be increased. That is, the ratio of the area occupied by the transparent pixel electrode 171 per pixel is increased, and a transmission type light valve device excellent in image display performance can be obtained. As shown, by supplying an image signal to the signal line Xi in synchronization with a selection signal applied to the scanning line Yj, a charge is supplied to the pixel electrode 171 via a pair of diodes 172 and 173 and stored. Things become possible. 18th
The figure shows a cross-sectional structure of one pixel portion shown in FIG. In this embodiment, the diodes 172 and 173 are used by using the silicon single crystal thin film 2 bonded and formed on the surface of the substrate 1 as it is.
Is formed. However, after removing the silicon single crystal thin film from the pixel array area, a silicon other crystal thin film or an amorphous thin film may be formed, and a diode may be formed on this thin film. The crystal thin film 2 is selectively etched to form a pair of island-shaped element regions. Diodes are obtained by introducing impurities of different conductivity types into each island-shaped element region to form a PN junction composed of a P + region and an N region. A pixel electrode 171 made of a transparent material is provided between the pair of diodes 172 and 173.
Is formed by vacuum evaporation or the like. As is apparent from the figure, the size of the island-shaped element region for forming the diode is extremely small, and the aperture ratio of each pixel can be increased accordingly. Incidentally, when the insulated gate field-effect thin film transistor is used, the aperture ratio is 50% to 60%, whereas when a pair of diodes is used, the aperture ratio can be improved to about 80%. .
上述した様に、本発明によれば光弁装置用基板の表面
を画素アレイ区域とそれに隣接する周辺回路区域に分割
している。そして、少くとも周辺回路区域には基板に接
着形成された高品位の半導体単結晶薄膜が被覆されてい
る。画素アレイ区域に画素電極群及びスイッチ素子群を
形成するとともに、周辺回路区域の半導体単結晶薄膜に
対して種々多様な機能を有する周辺回路を構成する回路
素子群を集積的に形成する事ができる。即ち、単結晶シ
リコンを用いたトランジスタは、チップ内で例えば閾値
電圧を約100mV以下のバラツキで形成できる為に、高精
度の周辺回路を容易に形成できる。この半導体単結晶薄
膜に対しては集積回路技術を用いて、超LSIに匹敵する
種々の機能を有する周辺回路を単結晶であるが為に容易
に付加する事ができる。従って、高速の超小型且つ多機
能の光弁用半導体集積回路基板を得る事ができるという
効果がある。周辺回路としては、例えばスイッチ素子群
駆動用のXドライバ介を及びYドライバ回路や、DRAMセ
ンスアンプ回路や、光検出回路や、温度検出回路や、ソ
ーラセル等を自由自在に形成する事ができる。As described above, according to the present invention, the surface of the light valve device substrate is divided into the pixel array area and the peripheral circuit area adjacent thereto. At least the peripheral circuit area is covered with a high-quality semiconductor single crystal thin film adhered to the substrate. A pixel electrode group and a switch element group can be formed in a pixel array area, and a circuit element group constituting a peripheral circuit having various functions can be integrally formed on a semiconductor single crystal thin film in a peripheral circuit area. . That is, since a transistor using single crystal silicon can be formed within a chip with a threshold voltage of, for example, about 100 mV or less, a highly accurate peripheral circuit can be easily formed. Peripheral circuits having various functions comparable to the VLSI can be easily added to this semiconductor single crystal thin film because it is a single crystal using an integrated circuit technology. Therefore, there is an effect that a high-speed, ultra-compact and multifunctional semiconductor integrated circuit substrate for a light valve can be obtained. As the peripheral circuit, for example, an X driver for driving a switch element group and a Y driver circuit, a DRAM sense amplifier circuit, a light detection circuit, a temperature detection circuit, a solar cell, and the like can be freely formed.
第1図は光弁基板用半導体装置の典型的な構造を示す部
分断面図、第2図は同じく光弁基板用半導体装置の全体
平面図、第3図は光弁基板用半導体装置の周辺回路区域
に形成されるYドライバ回路の回路構成を示すブロック
図、第4図は第3図に示すYドライバ回路の部品を構成
するシフトレジスタの詳細回路構成を示す回路図、第5
図は同じくYドライバ回路の構成部品の1つであるレベ
ルシフタの詳細回路構成を示す回路図、第6図(A)な
いし第6図(J)は第1図に示す光弁基板用半導体装置
の製造方法を示す工程図、第7図は光弁基板用半導体装
置の他の実施例を示す模式的平面図、第8図は第7図に
示す付加回路に含まれるDRAMセンスアンプ回路の動作を
説明する為の画素等価回路図、第9図は第7図に示す付
加回路に含まれるDRAMセンスアンプ回路の詳細回路構成
を示す回路ブロック図、第10図は第7図に示す付加回路
に含まれる光センサ回路の具体的構成例を示す回路図、
第11図(A)は第7図に示す付加回路に含まれる温度セ
ンサ回路の具体的構成を示す回路図、第11図(B)は同
じく温度センサの改良された例を示す回路図、第12図は
第11図(A)に示されるNPNトランジスタの構造を示す
模式的部分断面図、第13図は光弁基板用半導体装置のさ
らに他の実施例を示す模式的平面図、第14図は第13図に
示されたソーラセルの構造を示す模式的部分断面図、第
15図は光弁基板用半導体装置の別の一実施例を示す模式
的平面図、第16図は光弁基板用半導体装置の画素アレイ
区域に形成されるスイッチ素子群の例を示す模式図、及
び第17図は第16図に示されるスイッチ素子の断面構造を
示す模式図である。 1……基板、2……半導体単結晶薄膜 3……N型MOSトランジスタ 4……P型MOSトランジスタ 5……第1絶縁膜、5′……第2絶縁膜 6……画素電極、7……薄膜トランジスタ 8……半導体多結晶薄膜、D……ドレイン領域 S……ソース領域、G……ゲート電極1 is a partial sectional view showing a typical structure of a semiconductor device for a light valve substrate, FIG. 2 is an overall plan view of the semiconductor device for a light valve substrate, and FIG. 3 is a peripheral circuit of the semiconductor device for a light valve substrate. FIG. 4 is a block diagram showing a circuit configuration of a Y driver circuit formed in a section; FIG. 4 is a circuit diagram showing a detailed circuit configuration of a shift register forming parts of the Y driver circuit shown in FIG. 3;
FIG. 6 is a circuit diagram showing a detailed circuit configuration of a level shifter, which is one of the components of the Y driver circuit. FIGS. 6A to 6J are diagrams of the light valve substrate semiconductor device shown in FIG. FIG. 7 is a process diagram showing a manufacturing method, FIG. 7 is a schematic plan view showing another embodiment of the semiconductor device for a light valve substrate, and FIG. 8 shows the operation of the DRAM sense amplifier circuit included in the additional circuit shown in FIG. 9 is a circuit block diagram showing a detailed circuit configuration of the DRAM sense amplifier circuit included in the additional circuit shown in FIG. 7, and FIG. 10 is included in the additional circuit shown in FIG. Circuit diagram showing a specific configuration example of an optical sensor circuit,
FIG. 11 (A) is a circuit diagram showing a specific configuration of a temperature sensor circuit included in the additional circuit shown in FIG. 7, and FIG. 11 (B) is a circuit diagram showing an improved example of the temperature sensor. 12 is a schematic partial cross-sectional view showing the structure of the NPN transistor shown in FIG. 11 (A), FIG. 13 is a schematic plan view showing still another embodiment of the semiconductor device for a light valve substrate, FIG. Is a schematic partial cross-sectional view showing the structure of the solar cell shown in FIG. 13,
15 is a schematic plan view showing another embodiment of the light valve substrate semiconductor device, FIG. 16 is a schematic diagram showing an example of a switch element group formed in the pixel array area of the light valve substrate semiconductor device, 17 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of the switch element shown in FIG. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate 2 ... Semiconductor single crystal thin film 3 ... N-type MOS transistor 4 ... P-type MOS transistor 5 ... 1st insulating film, 5 '... 2nd insulating film 6 ... Pixel electrode, 7 ... ... Thin film transistor 8 ... Semiconductor polycrystalline thin film, D ... Drain region S ... Source region, G ... Gate electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 恒夫 東京都江東区亀戸6丁目31番1号 セイ コー電子工業株式会社内 (72)発明者 鈴木 宏 東京都江東区亀戸6丁目31番1号 セイ コー電子工業株式会社内 (72)発明者 田口 雅明 東京都江東区亀戸6丁目31番1号 セイ コー電子工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−45486(JP,A) 特開 昭58−117584(JP,A) 特開 昭58−85478(JP,A) 特開 昭64−6927(JP,A) 特開 昭57−97582(JP,A) 実開 昭58−128475(JP,U) 実開 昭58−54679(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/136 G02F 1/1345 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Tsuneo Yamazaki 6-31-1, Kameido, Koto-ku, Tokyo Inside Seiko Electronics Corporation (72) Inventor Hiroshi Suzuki 6-31, Kameido, Koto-ku, Tokyo Seiko Electronics Co., Ltd. (72) Inventor Masaaki Taguchi 6-31-1, Kameido, Koto-ku, Tokyo Seiko Electronics Co., Ltd. (56) References JP-A-59-45486 (JP, A) JP-A-58-117584 (JP, A) JP-A-58-85478 (JP, A) JP-A-64-6927 (JP, A) JP-A-57-97582 (JP, A) JP-A-58-128475 (JP, A) , U) Actually open 58-54679 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G02F 1/136 G02F 1/1345
Claims (6)
と、 該基板表面の少くとも一部分に配置され周辺回路区域を
規定し、所望の厚さに研磨された半導体単結晶薄膜と、 該周辺回路区域に隣接する画素アレイ区域に形成された
画素電極群及び各画索電極を選択給電する為のスイッチ
素子群と、 該周辺回路区域において半導体単結晶薄膜に集積的に形
成された回路素子群からなり該スイッチ素子群を駆動す
る為の駆動回路を含む周辺回路とから構成され、 前記半導体単結晶薄膜に集積的に形成された回路素子群
はDRAM機能を有することを特徴とする平板型光弁基板用
半導体集積回路装置。A substrate including at least a portion of an electrically insulating film, a semiconductor single crystal thin film disposed on at least a portion of a surface of the substrate, defining a peripheral circuit area, and polished to a desired thickness; A pixel element group formed in a pixel array area adjacent to the peripheral circuit area and a switch element group for selectively supplying power to each search electrode; and a circuit integratedly formed on a semiconductor single crystal thin film in the peripheral circuit area And a peripheral circuit including a drive circuit for driving the switch element group. The circuit element group formed integrally on the semiconductor single crystal thin film has a DRAM function. -Type light valve substrate semiconductor integrated circuit device.
薄膜に形成された相補型絶縁ゲート電界効果トランジス
タを含む請求項1に記載の平板型光弁基板用半導体集積
回路装置。2. The semiconductor integrated circuit device for a flat light valve substrate according to claim 1, wherein said circuit element group includes a complementary insulated gate field effect transistor formed on a single crystal thin film made of silicon.
御回路を含んでいる請求項1に記載の平板型光弁基板用
半導体集積回路装置。3. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein said peripheral circuit includes a control circuit for controlling a driving circuit.
と、 該基板表面の少くとも一部分に配置され周辺回路区域を
規定し、所望の厚さに研磨された半導体単結晶薄膜と、 該周辺回路区域に隣接する画素アレイ区域に形成された
画素電極群及び各画索電極を選択給電する為のスイッチ
素子群と、 該周辺回路区域において半導体単結晶薄膜に集積的に形
成された回路素子群からなり該スイッチ素子群を駆動す
る為の駆動回略を含む周辺回路とから構成され、 該周辺回路は、各画素電極に一時的に蓄えられた電荷を
記憶情報と検出する為のDRAMセンスアンプ回路を含むこ
とを特徴とする平板型光弁基板用半導体集積回路装置。A substrate including at least a portion of an electrically insulating film, a semiconductor single crystal thin film disposed on at least a portion of the substrate surface, defining a peripheral circuit area, and polished to a desired thickness; A pixel element group formed in a pixel array area adjacent to the peripheral circuit area and a switch element group for selectively supplying power to each search electrode; and a circuit integratedly formed on a semiconductor single crystal thin film in the peripheral circuit area And a peripheral circuit including a driving circuit for driving the switch element group. The peripheral circuit includes a DRAM for detecting electric charge temporarily stored in each pixel electrode as stored information. A semiconductor integrated circuit device for a flat light valve substrate, comprising a sense amplifier circuit.
薄膜に形成された相補型絶縁ゲート電界効果トランジス
タを含む請求項4に記載の平板型光弁基板用半導体集積
回路装置。5. The semiconductor integrated circuit device for a flat light valve substrate according to claim 4, wherein said circuit element group includes a complementary insulated gate field effect transistor formed on a single crystal thin film made of silicon.
御回路を含んでいる請求項4に記載の平板型光弁基板用
半導体集積回路装置。6. The semiconductor integrated circuit device according to claim 4, wherein said peripheral circuit includes a control circuit for controlling a driving circuit.
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