JP4123537B2 - Electronic equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明が属する技術分野】
本明細書で開示する発明は、基板上に薄膜トランジスタ(以下、TFTという)を用いてアクティブマトリクス回路を構成した液晶ディスプレー等の非発光型ディスプレーを有する電子装置に関する。特に本発明におけるアクティブマトリクス回路は、同じく同一基板上に形成されたTFTを用いた駆動回路(周辺回路)によって制御されることを特徴とする電子装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、液晶ディスプレーが薄型・軽量であることを利用して、携帯型の各種電子装置(例えば、パーソナルコンピュータ、ワードプロセッサー、電子手帳)のディスプレーとして用いられるようになった。液晶ディスプレーの中でも、TFTを用いて、画素を1つ1つ制御する、いわゆるアクティブマトリクス型の液晶ディスプレーは表示特性に優れ、より多くの電子装置に用いられつつある。
【0003】
アクティブマトリクス型の液晶ディスプレーにはいくつか種類がある。第1のものは、TFTでアクティブマトリクス回路のみを形成し、それを駆動するための回路を外付けの単結晶半導体集積回路チップによって構成する形式のものである。この場合には、ガラス基板の周囲に半導体チップや半導体パッケージをTAB法等の手段で接続する必要があり、装置は比較的大きくなった。また、アクティブマトリクス回路から延びている配線は、開口率を向上させるために細くなり、また、その配線の総数は1000本を越えるため、それらの接続において、技術的な問題があった。
【0004】
また、この接続部分にかなりの面積が必要とされ、ガラス基板上の配線と外付けのチップの配線やTAB法の場合のテープとの熱膨張率のずれにより、合わせ精度がせいぜい60μmであり、画素ピッチがそれ以下の高精細ディスプレーには適用できなかった。そして、このことが装置の小型化の障害となった。この種のものでは、TFTとして、それほど高い特性が得られない代わりに、低温でも作製できる非晶質シリコンを用いたTFTが使用されている。
【0005】
第2のものは、アクティブマトリクス回路ばかりでなく、その駆動のためのゲイト線ドライバ回路、ソース線ドライバー回路等の回路までも同一基板上に形成されたTFTを用いた薄膜集積回路によって構成するもの(以下、モノリシック型アクティブマトリクスディスプレーという)である。ゲイト線およびソース線ドライバー回路は、シフトレジスタやバッファ、あるいはデコーダー等の回路を有する。
【0006】
この種のものでは、上述のような外付けの半導体チップを用いないので、装置は比較的小さくなった。また、多数の配線を接続する必要もないので、その面でも装置の小型化に有利であった。この種のものは、駆動回路(ドライバー回路)に、より特性の優れた結晶性シリコンのTFTが用いられる必要があった。
このように装置の小型化を推進するには第2の方法(モノリシック型アクティブマトリクスディスプレー)が有利であった。
【0007】
しかしながら、需要の拡がりとともに、さらなる小型化、軽量化、薄型化が要求されるようになった。パーソナルコンピュータを例にとれば、ディスプレー以外にも、中央演算処理回路(CPU)、メインメモリー、画像信号処理装置、画像メモリー等のさまざまな半導体チップが、液晶ディスプレー以外の主基板(メインボード)上に形成され、液晶ディスプレーとメインボードという少なくとも2枚の基板が必要である。
【0008】
また、より機能の低い電子装置においても、装置全体の小型化は有効である。例えば、近年、カーナビゲーション・システムや電子手帳においては、ディスプレー以外に通信装置や記憶装置は必要不可欠であり、そのため、従来はディスプレーと本体の2つの部分からなっていた。より装置を小型、薄型、軽量のものとするには、ディスプレーと本体を一体とすることが必要である。
【0009】
すなわち、1枚の基板上に様々な半導体回路を搭載した装置である。このような要求に応えるために、いくつかの技術が提案されている。例えば、特開平7−209672には、図3にそのブロック図を示すように、モノリシック型アクティブマトリクスディスプレーの基板5上に、CPUや各種メモリー等の半導体チップをワイヤボンディング法やFCOG(フリップ・チップ・オン・グラス)法によって取付ける技術が開示されている。
【0010】
ここで、基板上のゲイト線およびソース線ドライバー回路と、アクティブマトリクス回路4(各画素は、スイッチングトランジスタ1、画素電極2、補助容量3を有する)がTFTによって形成される。場合によっては、信号処理回路(一般のビデオ信号をディスプレーで用いる信号に変換する回路)もTFTで構成してもよい。一方、CPU、メモリー、補正メモリー、入力ポートは半導体チップで構成される。(図3)
【0011】
入力ポートとは、外部から入力された信号を読み取り、画像用信号に変換する回路である。補正メモリーは、アクティブマトリクスパネルの特性に合わせて入力信号等を補正するためのパネルに固有のメモリーのことである。特に、この補正メモリーは、各画素固有の情報を不揮発性メモリーとして有し、個別に補正するためのものである。すなわち、電気光学装置の画素に点欠陥のある場合には、その点の周囲の画素にそれに合わせて補正した信号を送り、点欠陥をカバーし、欠陥を目立たなくする。
【0012】
または、画素が周囲の画素に比べて暗い場合には、その画素により大きな信号を送って、周囲の画素と同じ明るさとなるようにするものである。画素の欠陥情報はパネルごとに異なるので、補正メモリーに蓄積されている情報はパネルごとに異なる。
CPUとメモリーは通常のコンピュータのものとその機能は同様で、特にメモリーは各画素に対応した画像メモリーをRAMとして持っている。この他にも必要に応じて、様々なチップを取り付けてもよい。
【0013】
ワイヤボンディング法を採用する場合は、図4に示される断面形状となる。すなわち、回路21が形成されたガラス基板20上にチップ22が端子部を上向きにしてマウントされ、回路の端子電極21とチップの端子部23とを金属のボンディングワイヤ24によって接続する。そして、この部分を樹脂25によって封止することによって、外的衝撃から接続部を守る。端子接触性・密着性を安定に保つために、端子21の表面はアルミニウム等の金属であることが好ましい。
【0014】
ワイヤボンディング法の場合には、このように端子接続部で樹脂が大きく盛り上がるため、厚くなるという欠点がある。一方、FCOG法は図6に示されるように、回路41が形成されたガラス基板40上にチップ42が端子部を下向きにしてマウントされ、回路の端子電極41とチップの端子部43とをバンプ(導電性突起物)44(図6(A))あるいは金属粒子46(図6(B))によって接続する。そして、この部分を樹脂45によって封止することによって、基板40上にチップを固定する。
【0015】
FCOG法の場合には端子接続部の厚さは実質的にチップの厚さであるので、薄型化が可能である。また、FCOG法では、ガラス基板側の端子はアルミニウム以外の材料を採用することも可能で、例えば、透明導電性酸化物被膜(ITO等)も採用することができる。一般に、ガラス基板上に液晶ディスプレー用のアクティブマトリクス回路を形成する場合には、最上層の配線は透明導電性被膜を用いて構成されることが多いので、FCOG法はこの点で特に好ましい。
【0016】
FCOG法によって作製される装置の外観は図5に示すようになる。基板30に対向して基板29が設けられ、その間には液晶が挟持されている。また、基板30には、アクティブマトリクス回路31と、それを駆動するための周辺駆動回路32、33、34がTFTを用いて構成されている。そして、これらの回路の形成された面に、メインメモリーチップ36、MPU(マイクロ演算回路)37、補正メモリー38を接着し、各チップを基板30上の回路と接続した。
【0017】
基板30上には、図5の39(図6の41に相当)に示すようなITO(インディウム錫酸化物)の配線端子部(配線接続パッド)が、固定部分35に形成される。
これに対し、図10に示すように、アクティブマトリクス基板上にCPUや各種メモリーをもTFTによって、周辺回路やマトリクス回路と同時に形成する方法(以下、完全モノリシック型ディスプレー、という)も提案されている(特開平7−135327、図10)
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
これらの従来の技術に関しては、以下のような問題がある。まず、ガラス基板上にチップを付ける技術(上記のようなワイヤボンディング法やFCOG法を総称して、COG(チップ・オン・グラス)法と称する)では、チップの実装コストが大きい上、チップの厚さが無視できないという問題がある。
【0019】
また、完全モノリシック型ディスプレーに関しても、CPUに必要とされるトランジスタの特性は、アクティブマトリクス回路のスイッチングトランジスタに要求される特性とは比較にならないほど高いものであり、また、素子のデザインルールも異なるので、同一基板上に同時に形成することは容易でない。また、別に半導体回路を形成するために、表示部分以外の面積が増加する。
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、新たな構造の非発光型ディスプレーを有する電子装置を提案するものである。
【0020】
【課題を解決するための手段】
本発明は、従来の方法では顧みられることのなかった対向基板(対向電極を有する基板、図5の基板29に相当)に着目することにより、上記の問題を解決する。従来の対向基板には対向電極のみが設けられていた。これに対し、本発明においては、TFTを用いた半導体集積回路をも対向基板に設け、かつ、この半導体集積回路は、アクティブマトリクス回路の設けられた基板(TFT側基板、もしくはマトリクス基板という)のゲイト線ドライバー回路やソース線ドライバー回路(周辺回路領域)と可能な限り重なるように設けるものである。
【0021】
対向基板に形成される半導体集積回路は、その面積の少なくとも70%がマトリクス基板の周辺回路領域と重なるように設計する。これは、半導体集積回路を2段に重ねたこととと同じであり、表示部分以外の面積を極力低減する上で効果がある。
【0022】
例えば、図1に示すように、対向基板6にCPUやメモリー等の回路を形成する。一方、マトリクス基板5には、アクティブマトリクス回路とゲイト線およびソース線ドライバー回路を設け、必要に応じて、その他の回路(例えば、信号処理回路)も設ける。しかし、表示部分以外の面積を低減するという目的のためには、アクティブマトリクス回路とゲイト線およびソース線ドライバー回路のみを設けると効果が大きい。図1の電子装置の回路は、図3もしくは図10に示されるものと実質的に同じである。(図1)
【0023】
上記の基板間の接続には、従来のように、各基板に設けられた端子を配線によって接続する方法でもよい。しかし、図2に示すように、基板間を導電性の突起様端子(インターコネクション、バンプ))7によって接続してもよい。図2は、本発明の1つを示す液晶ディスプレーを有する電子装置の断面の概略を示すものである。図2に関して、簡単に説明する。マトリクス基板5には周辺駆動回路の領域9とマトリクスの領域10が設けられる。
【0024】
また、対向基板6には、対向電極11に加えて、TFTの半導体集積回路の領域8が設けられる。回路を保護し、絶縁性を高める目的には、半導体集積回路領域8を有機樹脂(例えば、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド、アクリル、エポキシ等)もしくは、無機材料(酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素(オキシ・ナイトライド)等)の絶縁被膜12で被覆し、バンプを設ける部分のみに開孔を形成するとよい。
【0025】
対向基板6に金(Au)等の導電性材料によって、バンプ7を設け、対向基板6とマトリクス基板5を重ねて、液晶14を注入し、また、バンプ7をマトリクス基板5の周辺駆動回路領域9に設けられた端子に圧着させる。最後に、封止剤13によって、液晶14が漏れないようにする。実際には基板間の厚さを一定に保持する目的でスペーサーも封入される。
【0026】
一般に従来の方法では、封止剤は周辺駆動回路の内側に設けられることが多かったが、表示部分以外の面積を少なくするという目的には、図2(A)に示されるように、周辺駆動回路の外側(例えば、特開平8−220560)、あるいは、図2(B)に示されるように、周辺駆動回路の全部もしくは一部に重ねて(例えば、特開平4−324826)に封止剤を設けてもよい。(図2)
【0027】
本発明においては、対向基板のTFTと、マトリクス基板のTFTの特性、作製工程、作製条件、構造、材料等を異なるものとすることによって、それぞれの半導体集積回路だけでは実施できない特性をも相互に補完でき、より大きな効果を得ることができる。詳細については実施例で説明するが、一般に対向基板の半導体集積回路はマトリクス基板の周辺駆動回路よりも高速動作の要求される回路とし、それに応じた特性、構造を有するTFTとするとよい。
【0028】
従来の完全モノリシック型アクティブマトリクスディスプレー(図10)では、マトリクス基板上に同時にTFTを作製する必要から異なる特性の要求されるTFTを得ることが困難であったが、上記のごとく、対向基板とマトリクス基板で別々にTFTを作製できるので、TFTの特性を異なるものとできる。例えば、デザインルール、ドーピング量(ドーズ量)、プロセス最高温度、ゲイト絶縁膜の厚さ等を対向基板とマトリクス基板で変更することは有効である。
【0029】
本発明においては、TFTの作製方法については特別な制約はなく、公知のSOI(シリコン・オン・インシュレータ)技術を用いればよい。例えば、特開平8−153677や同8−250745、J. P. Salemo他 (SID International Symposium, DIgest of Technical Papers, May 1992, pp63-66) 等に開示される他の基板に形成したTFTの半導体集積回路を剥離し、別の基板に転写する方法を用いてもよい。
もちろん、特定の構造、作製方法のTFTと本発明を組み合わせることにより、相乗的な効果が得られる場合もあることは言うまでもない。以下には、その例を示す。
【0030】
【実施例】
〔実施例1〕
図7〜図9を用いて本実施例のディスプレーについて説明する。本ディスプレーは2枚の基板5および6よりなる。基板5は、いわゆるマトリクス基板であり、アクティブマトリクスと、それを駆動するためのゲイト線およびソース線ドライバー回路を有する。ここで、ゲイト線ドライバー回路は、シフトレジスタやバッファ等で構成され、また、ソース線ドライバー回路は、それらに加えてサンプル・ホールド回路を有する。
【0031】
なお、上記のドライバー回路においては、シフトレジスタを同等な機能を有するカウンター及びデコーダで代用してもよい。また、本実施例ではソース線ドライバー回路は2系統のシフトレジスタ(シフトレジスタ1および2)で構成し、半周期の位相差で駆動する。
【0032】
一方、基板6は、対向電極の他に信号処理回路を有し、入力されたビデオ信号を処理して、3系統のクロックパルスと4分割されたビデオ信号を出力する。クロックパルスは、3本のインターコネクション7aにより、また、ビデオ信号は4本のインターコネクション7bにより、マトリクス基板に送られる。
【0033】
また、信号処理装置は、対向電極に電位を供給する。本電子装置では、本発明の基本的な思想を説明するには煩雑であり、かつ、不必要であるという理由により、いわゆるCPUに相当する回路は搭載されていないが、もちろんそのような回路を搭載することも可能である。
ビデオ入力端子、電源端子はマトリクス基板5に設け、それらはインターコネクション7cにより対向基板6に送られる。(図7)
【0034】
本実施例のディスプレーで、上記のようにビデオ信号を分割するのは、主としてソース線ドライバー回路の動作速度を低減し、その負担を減らすためである。例えば、画素数が5万のディスプレーでは、1秒間に30フレームの画像情報を処理するためには、ソース線ドライバー回路の処理速度は、
5万(画素)×30(フレーム/秒)=1.5MHz
であればよい。
【0035】
これは公知の10μm程度のデザインルールのポリシリコンを用いたTFT(例えば、特公平5−9794、同2−61032等)においても処理可能である。しかしながら、画素数がより多くなると処理が追いつかなくなる。例えば、VGA仕様のディスプレーでは、画素数が、
640(列)×480(行)×3(原色)=921600(画素)
であり、ソース線ドライバー回路の処理速度は、28MHzにもなる。
【0036】
これを解決する第1の方法は、シフトレジスタを複数系統設ける方法である。例えば、シフトレジスタを2系列、並列に設け、それぞれに位相を半周期ずらしたパルスを伝送させる。こうすることによりソース線ドライバー回路の処理速度を半分にできる。
第2の方法は、ビデオ信号を分割し、同時に複数の信号をソース線ドライバー回路から出力させて処理する方法である。例えば、ビデオ信号を4分割し、これを1つのシフトレジスタでサンプリングすることにより動作速度を1/4とできる。
【0037】
本ディスプレーでは、ビデオ信号4分割、シフトレジスタ2系統であるので、動作速度は1/8に低減できる。
これらの技術は公知の技術であるので、これ以上、詳細には説明しないが、上記の方法により、適切な信号を入力すれば、ソース線ドライバー回路の負担を十分に低減できる。とはいえ、ビデオ信号の処理回路をも内蔵する場合には、ソース線ドライバー回路に入力する信号を処理する回路において、上記の速度で処理する回路が絶対必要である。すなわち、信号処理回路は高速動作の要求される回路である。また、ソース線ドライバー回路は、それより低速動作の回路である。なお、一般にゲイト線ドライバー回路は、ソース線ドライバー回路よりも低速動作である。
【0038】
本発明は、ディスプレーを構成する2枚の基板のうち対向基板に設けられる回路は、マトリクス基板のものより高速動作が要求されるものを設けることにより効果を発揮できる。本ディスプレーでは、対向基板の信号処理回路は、マトリクス基板よりも8倍高速で動作することが必要である。その対策の一つはデザインルールを変更することで、信号処理回路のデザインルールをマトリクス基板の0.35以下にすればよい。本ディスプレーでは、信号処理回路のデザインルールを2μm、マトリクス基板のデザインルールを8μmとする。
【0039】
マトリクス基板の回路においては、アクティブマトリクスの拡がりと同程度の面積においてパターン形成する必要があり、2μmのデザインルールで回路を刻むことは困難である。しかしながら、対向基板の回路においては、そのような制約は少なく、ごく限られた面積において2μmのデザインルールの回路を形成することも容易である。
【0040】
図8には、本ディスプレーの各回路の配置の概要を示す。マトリクス基板5(図8下)においては、中央部にアクティブマトリクス領域10と、その左と上に周辺回路領域9を設ける。ここにソース線ドライバー回路とゲイト線ドライバー回路が設けられる。また、基板5の左端には、外部と接続するための差込み型の端子15を設ける。また、そのために、マトリクス基板5は対向基板6よりもxだけ横長にする。
【0041】
一方、対向基板6(図8上)には、マトリクス基板のアクティブマトリクス領域に対応する領域に対向電極11を設ける。また、その左上の部分で、マトリクス基板の周辺回路と重なるように半導体集積回路領域8を設ける。ここには信号処理回路が設けられる。このように半導体集積回路領域8は、アクティブマトリクス領域10に比べると限られた面積であるので、この部分だけにより小さなデザインルールで回路を形成することは困難でない。
【0042】
本ディスプレーでは周辺回路領域9やアクティブマトリクス領域10の外側に封止領域13を設ける。また、インターコネクション7(図7の7a、7b、7cに相当)はアクティブマトリクス領域10の左上に形成する。ただし、周辺回路9や半導体集積回路8と重ならないように設ける。これは、インターコネクションの周囲では大きな圧力が加わるため、それによって回路が破壊されることを防止するためである。
【0043】
本実施例では、TFTの作製には、公知の熱固相成長法によるポリシリコンを用いた技術を採用し、マトリクス基板5に形成するTFTの作製工程と、対向基板6に形成するTFTの作製工程は同じとする。
図8のディスプレーにおいては、外部との接続端子(ビデオ端子、電源端子等)15を対向基板側に設けてもよい。図7の回路ブロック図から明らかなように、かくするとインターコネクション端子数を1つ減らせる。
【0044】
また、インターコネクション7は封止領域13に設けてもよい。インターコネクションは機械的な接続であるので、不安定である。封止領域では、封止剤により固定されるのでより安定になる。
外部との接続端子15を対向基板側に、また、インターコネクション7を封止領域に設けた例を図9に示す。
【0045】
〔実施例2〕
図11には、本実施例のディスプレーの断面の模式図を示す。本ディスプレーの回路構成等は図7、図8に示されるものと同じであるが、本実施例では、TFTの作製工程をマトリクス基板と対向基板で異なるものとし、また、その他のパラメータもそれに応じて変更する。
【0046】
図11を説明する。マトリクス基板5上には、Nチャネル型TFT53とPチャネル型TFT54を含む半導体回路が構成されており、また、対向基板6上には、Nチャネル型TFT51とPチャネル型TFT52を含む半導体回路が構成されている。両基板上の半導体回路は互いに対向しており、インターコネクション7によって電気的に接続されている。
【0047】
インターコネクションは金のバンプであり、また、その端子部分には、インディウム錫酸化物被膜(ITO)等の導電性酸化物の被膜55、56を用いると安定してコンタクトが形成できる。
本ディスプレーでは、マトリクス基板は、公知の低温ポリシリコンTFT技術を用いる。これは、基板として安価な無アルカリガラス基板を用い、最高プロセス温度を600℃程度とするものである。非晶質シリコンは、600℃程度の熱固相成長法により結晶化する。結晶化を促進するために、ニッケル等の結晶化を促進せしめる触媒材料を用いてもよい(例えば、特開平6−296020)。
【0048】
しかし、通常の半導体プロセスで使用されているような熱酸化法によるゲイト絶縁膜の形成は不可能である。そのため、ゲイト絶縁膜は気相成長法によって堆積した被膜を用いる。気相成長法による絶縁膜は欠陥が多く、耐圧性を高めるために1000Å以上の厚さが必要である。本実施例では、1000Åとする。
【0049】
一方、対向基板は、公知の高温ポリシリコンTFT技術を用いる。これは、基板として高価な石英基板を用い、最高プロセス温度を600℃以上、例えば1000℃とするものである。このため、非晶質シリコンの結晶化も熱酸化法によるゲイト絶縁膜の形成も可能である。熱酸化法により得られた酸化珪素膜は優れた電気特性を有する。本実施例では、その厚さは500Åとする。このように、ゲイト絶縁膜を薄膜化できるので、高速動作の可能なTFTが得られる。
【0050】
また、デザインルールに関しては、マトリクス基板を8μm、対向基板を2μmとする。図からも明かなように、マトリクス基板のゲイト幅は対向基板のものより大きく、したがって、後者のデザインルールが前者よりも小さいことを示している。また、ゲイト絶縁膜の厚さに関しても、前者の方が後者より厚いことを示している。(図11)
【0051】
なお、デザインルールを縮小するにしたがって、ドーピング濃度を高めることや電源電圧を低下させることが、スケーリング則より要求されることもある。この点に関しても、本発明においては、マトリクス基板と対向基板の半導体回路が独立に作製されるので、何ら障害とならない。本実施例においても、対向基板のドーズ量を、マトリクス基板のものより高めてもよい。また、対向基板の電源電圧を、マトリクス基板のものより低くしてもよい。
【0052】
〔実施例3〕
図12〜図15を用いて本実施例のディスプレーの構造、作製工程等を説明する。本ディスプレーの回路構成等は実施例1と同等であり、図7、図8に示される。本ディスプレーはマトリクス基板側のTFT回路は低温ポリシリコン技術を用いて形成し、一方、対向基板のTFT回路は単結晶シリコンウェハー上に形成した半導体回路を剥離して、ガラス基板上に転写したものである。
【0053】
本実施例では、マトリクス基板、対向基板とも無アルカリガラスを用いた。ガラス基板は石英基板に比較して低コストであるが、耐熱性が劣り、高特性のTFTを作製する上で大いなる困難がある。しかしながら、特開平8−153677や同8−250745、J. P. Salemo他 (SID International Symposium, DIgest of Technical Papers, May 1992, pp63-66) 等に開示されるごとき、特殊なSOI技術、すなわち、他の基板に形成したTFTの半導体集積回路を剥離し、別の基板に転写する方法においては、TFTが転写される基板に関する制約は著しく少なくなる。
【0054】
本ディスプレーの対向基板の半導体回路近辺の断面は図12のようになる。図12(A)は、比較的、小さな倍率で見たものである。図の左側は、半導体集積回路の設けられた部分107(図2の8に相当)を、また、右側は、インターコネクション(図2の7に相当)の設けられる端子部分である。基板101上には導電性酸化物等の材料でできた電気配線104のパターンを形成し、さらに、金のような材料で突起物(バンプ)106を設ける。これは、対向基板101に半導体集積回路102を固定するためのものである。
【0055】
一方、半導体集積回路102は、実質的にTFTと同程度の厚さのもので、これには、接続部分の表面に導電性酸化物のように、酸化によって接触抵抗の変動しない材料によって、電極105を設けておき、これをバンプ106に接触させる。そして、機械的に固定するために、半導体集積回路102と基板101の間には、樹脂103を封入する。(図12(A))
【0056】
図12(A)のうち、点線で囲まれた接触部を拡大したのが、図12(B)である。符号は、図12(A)と同じ物を示す。さらに、図12(B)の点線で囲まれた部分を拡大したのが、図12(C)である。すなわち、半導体集積回路は、Nチャネル型TFT(112)とPチャネル型TFT(113)が、下地絶縁膜111、層間絶縁物114、あるいは、窒化珪素等のパッシベーション膜115で挟まれた構造となる。(図12(B)、図12(C))
【0057】
通常、半導体集積回路を形成する際の下地膜111としては酸化珪素を用いるが、それだけでは、耐湿性等が劣るので、別途、パッシベーション膜をその上に設けなければならないが、本発明のディスプレーにおいては、図13に示すように、半導体回路102は、マトリクス基板と対向基板の隙間(液晶材料により異なるが、概ね数μm〜10数μm)に入る程度の厚さであることが要求される。通常は0.5〜5μmであり、その条件を満たす。
【0058】
もし、図2(A)もしくは図2(B)に示すように、半導体集積回路部8の外側もしくはそれに重ねて、エポキシ樹脂等の封止剤13によって液晶封止(シール)処理をおこなえば、基板5と6の間には、液晶材料14を満たすので、外部から可動イオン等が侵入することが無く、特別にパッシベーション膜を設ける必要はない。
【0059】
また、接触部分に関しては、バンプを用いる方法の他に、図12(D)に示すように、金の粒108のような導電性粒子を接着部分に拡散させ、これによって、電気的な接触を得るようにしてもよい。粒子の直径は、半導体集積回路102と基板101の間隔よりやや大きくするとよい。(図12(D))
【0060】
図13は、図12に示されたTFT半導体集積回路を有する対向基板とマトリクス基板を重ねて、インターコネクション7によって接続した様子を示す。図の上側の基板101(図2の6に相当)が対向基板であり、これには、半導体集積回路102と、インターコネクション7を設ける端子部分104、対向電極11が設けられる。端子部分を透明導電膜(例えば、インディウム錫酸化物)によって形成すれば、画素電極11と端子部分104を同時に形成できる。
【0061】
一方、マトリクス基板5には、周辺回路領域116とアクティブマトリクス領域10が設けられるが、これらのTFT回路は、実施例2に示された低温ポリシリコン技術によって形成される。また、インターコネクション7の端子部分117は、導電性酸化物等の材料により形成する。そして、端子部分104と117の間にインターコネクション7を形成する。(図13)
【0062】
以下には、対向基板に半導体集積回路を形成し、図12に示されるような対向基板を得る工程を、図14および図15を用いて説明する。図14には、単結晶シリコンウェハー上に半導体集積回路を形成する工程の概略を示す。また、図15には、上記で得られた半導体集積回路を液晶ディスプレーの基板に転写・実装する工程の概略を示す。
【0063】
まず、単結晶シリコンウェハー(厚さ0.3μm)121上に厚さ2000Å〜5μmの酸化珪素層122を設け、さらに結晶性のシリコン層を形成する。シリコン層の厚さは、必要とする半導体回路の特性を大きく左右するが、一般には、薄いほうが好ましかった。本実施例では400〜600Åとする。
【0064】
ここに至るまでの工程としては、酸化珪素層122上にシリコン層を堆積して形成してもよいが、例えば、SIMOX(Separation by implanted oxygen) 基板を用いてもよい。SIMOX基板とは、単結晶シリコンウェハーにある加速度で酸素イオンを打ち込み、表面に単結晶シリコン層を残したまま、その下に酸化珪素層を形成したものである。SIMOX基板では、単結晶シリコン層を用いてTFTを形成できるので有利である。
【0065】
また、堆積法により結晶性シリコンを得るには、非晶質シリコンにレーザー等の強光を照射する方法(レーザーアニール法)や、熱アニールによって固相成長させる方法(固相成長法)が用いられる。固相成長法を採用する場合にも、ストリップヒーターによって、加熱部分を移動させることにより、単結晶シリコンウェハーとの接触部分をシード(種結晶)として単結晶成長させる方法(シード成長法)を用いてもよい。
【0066】
また、固相成長法を用いる際には、特開平6−244104に開示されるように、ニッケル等の触媒元素をシリコンに添加すると、結晶化温度を下げ、アニール時間を短縮できる。さらには、特開平6−318701のように、一度、固相成長法によって結晶化せしめたシリコンを、レーザーアニールしてもよい。いずれの方法を採用するかは、必要とされる半導体回路の特性や基板の耐熱性等によって決定すればよい。
【0067】
このようにして形成したシリコン層をエッチングして、島状シリコン領域123、124を形成する。
その後、プラズマCVD法もしくは熱CVD法によって、厚さ1200Åの酸化珪素のゲイト絶縁膜125を堆積し、さらに、950〜1050℃の酸化雰囲気中で加熱処理することにより絶縁膜とシリコン層との界面特性を改善する。
【0068】
次に、厚さ5000Åの結晶性シリコンによって、ゲイト電極・配線126、127を形成する。ゲイト配線は、アルミニウムやタングステン、チタン等の金属や、あるいはそれらの珪化物でもよい。
さらに、金属のゲイト電極を形成する場合には、特開平5−267667もしくは同6−338612に開示されるように、その上面もしくは側面を陽極酸化物で被覆してもよい。ゲイト電極をどのような材料で構成するかは、必要とされる半導体回路の特性や基板の耐熱性等によって決定すればよい。(図14(A))
【0069】
その後、セルフアライン的に、イオンドーピング法等の手段によりN型およびP型の不純物を島状シリコン領域に導入し、N型領域128、P型領域129を形成する。そして、公知の手段で、層間絶縁物(厚さ5000Åの酸化珪素膜)130を堆積する。そして、これにコンタクトホールを開孔し、アルミニウム合金配線131〜133を形成する。(図14(B))
【0070】
さらに、これらの上に、パッシベーション膜として、厚さ2000Åの窒化珪素膜134をプラズマCVD法によって堆積し、これに、出力端子の配線133に通じるコンタクトホールを開孔する。そして、スパッタ法によって、インディウム錫酸化物被膜(ITO、厚さ1000Å)の電極105を形成する。
その後、直径約10μm、高さ約1μmの金のバンプ106をITO電極105の上に形成する。このようにして半導体集積回路が、単結晶シリコンウェハー上に得られる。(図14(C))
【0071】
一方、対向基板101にも、厚さ1000ÅのITOによって電極104を形成する。図には示さないが、同時にITOにより、対向電極も形成する。本実施例では、対向基板としては、厚さ1.1mmのコーニング7059を用いる。他にコーニング1737、NHテクノグラスNA45、同35、日本電気硝子OA2等の無アルカリもしくは低アルカリガラスが用いられる。そして、この基板101に、半導体集積回路の形成された単結晶シリコンウェハー基板121を圧力を加えて接着する。このとき、電極104と電極105はバンプ106によって、電気的に接続される。(図15(A))
【0072】
次に熱硬化性の有機樹脂を混合した接着剤103を単結晶シリコンウェハー基板121と対向基板101の隙間に注入する。なお、接着剤は、両基板を圧着する前に、いずれかの表面に塗布しておいてもよい。
そして、120℃の窒素雰囲気のオーブンて、15分間処理することにより、両基板101と121との電気的な接続と機械的な接着を完了した。なお、完全な接着の前に、電気的な接続が不十分であるか否かを、特開平7−14880に開示される方法によってテストした後、本接着する方法を採用してもよい。(図15(B))
【0073】
次に、シリコンウェハー基板121を薄片化する。その工程は、機械的研磨、化学的機械的研磨によってもよいが、素子に対するダメージを低減するためには化学的エッチングが好ましい。例えば、フッ化ハロゲン(三フッ化塩素等)は珪素をエッチングするが、酸化珪素やITO等の酸化物はエッチングしないという選択性を有するので上記の目的に好ましい。
【0074】
具体的には、シリコンウェハー基板121を10〜100μmの厚さまで研磨して薄片化し、次にこれをフッ化ハロゲン雰囲気中(例えば、三塩化フッ素(ClF3 )と窒素の混合ガスの気流中。三塩化フッ素と窒素の流量は、共に500sccm。反応圧力は1〜10Torr。温度は室温)に置くことによりシリコンウェハーをエッチングする。(図15(C))
【0075】
フッ化ハロゲンによるエッチングは、光(紫外光もしくはレーザー光)が照射されている面ではより進行するという特徴を有するので、単結晶シリコンウェハー基板121の裏面(TFTが形成されていない面)に光を照射してもよい。同様な効果はイオンや電子線を照射しても得られる。
さらに、経過すると剥離層は完全にエッチングされ、下地の酸化珪素層122の底面が露出する。フッ化ハロゲンよるエッチングでは、下地酸化珪素層の底面でエッチングが停止するので、該底面は極めて平坦である。(図15(D))
【0076】
このようにして、対向基板101への半導体集積回路の形成が終了する。このような回路の転写技術は、大面積では困難なものであるが、限られた面積においては比較的、容易に実施できる。本発明では、対向基板の半導体集積回路の面積は、アクティブマトリクスの面積に比較するとはるかに小さく、小さなリスクで大きな特性を享受できる。
【0077】
【発明の効果】
以上に示したごとく、対向基板にも、半導体集積回路を形成し、これをマトリクス基板の周辺回路等と重なるように配置することにより、表示部分の面積を向上させることができる。このようなディスプレーもしくはディスプレーを有する電子装置は小型化において有利であり、産業上の需要の見込めるものである。このように本発明は産業上、有益である。
【0078】
なお、本明細書においては、TFTの作製工程もしくは構造については特に言及することはなかったが、これは、本発明が、特定の構造のTFTにおいてのみ効果を有するという発明でないからである。本発明は、様々な構造のTFTにおいて、効果を有し、特に、マトリクス基板と対向基板のTFTの構造、作製工程、サイズ等を互いに異なるものとすることにより、相互に補えるという利点があることは実施例の記述から明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の電子装置の構成の例を説明する図。
【図2】 本発明の電子装置の断面構造の例を説明する図。
【図3】 従来の電子装置の構成を説明する図。
【図4】 従来の電子装置の構成を説明する図。
【図5】 従来の電子装置の構成を説明する図。
【図6】 従来の電子装置の構成を説明する図。
【図7】 実施例のディスプレーの構成を説明する図。
【図8】 実施例のディスプレーの構成を説明する図。
【図9】 実施例のディスプレーの構成を説明する図。
【図10】従来の電子装置の構成を説明する図。
【図11】実施例のディスプレーの断面の様子を示す図。
【図12】実施例のディスプレーの対向基板の断面の様子を示す図。
【図13】実施例のディスプレーの断面の様子を示す図。
【図14】実施例のディスプレーの対向基板の半導体集積回路の作製工程断面を説明する図。
【図15】実施例のディスプレーの対向基板の半導体集積回路の実装工程断面を説明する図。
【符号の説明】
1 スイッチングトランジスタ
2 画素電極
3 補助容量
4 アクティブマトリクス領域
5 マトリクス基板
6 対向基板
7 バンプ
8 半導体集積回路領域
9 周辺駆動回路領域
10 アクティブマトリクス領域
11 対向電極
12 保護絶縁膜
13 封止剤
14 液晶材料
20、40 ガラス基板(マトリクス基板)
21、41 TFT回路配線端子
22、42 半導体チップ(ICチップ)
23、43 半導体チップ端子
24 ボンディングワイヤ
25、45 樹脂
29 対向基板
30 マトリクス基板
31 アクティブマトリクス回路領域
32〜34 周辺駆動回路領域
35 チップ接着領域
36 メインメモリー
37 MPU
38 補助メモリー
39 配線接続パッド
44 バンプ
46 金属粒子[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The invention disclosed in this specification relates to an electronic device having a non-light-emitting display such as a liquid crystal display in which an active matrix circuit is formed using a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT) on a substrate. In particular, the active matrix circuit according to the present invention relates to an electronic device which is controlled by a drive circuit (peripheral circuit) using TFTs which are also formed on the same substrate.
[0002]
[Prior art]
In recent years, it has come to be used as a display for various portable electronic devices (for example, personal computers, word processors, electronic notebooks) by utilizing the thin and light liquid crystal display. Among liquid crystal displays, a so-called active matrix type liquid crystal display in which pixels are controlled one by one using TFTs has excellent display characteristics and is being used in more electronic devices.
[0003]
There are several types of active matrix liquid crystal displays. In the first type, only an active matrix circuit is formed by TFTs, and a circuit for driving the active matrix circuit is configured by an external single crystal semiconductor integrated circuit chip. In this case, it is necessary to connect a semiconductor chip or a semiconductor package around the glass substrate by means of the TAB method or the like, and the apparatus becomes relatively large. Further, the wiring extending from the active matrix circuit is thinned in order to improve the aperture ratio, and the total number of the wiring exceeds 1000, so that there is a technical problem in the connection.
[0004]
In addition, a considerable area is required for this connecting portion, and the alignment accuracy is at most 60 μm due to the difference in thermal expansion coefficient between the wiring on the glass substrate and the wiring of the external chip or the tape in the case of the TAB method. It could not be applied to a high-definition display with a pixel pitch smaller than that. This has become an obstacle to miniaturization of the apparatus. In this type of TFT, a TFT using amorphous silicon that can be manufactured even at a low temperature is used as a TFT instead of obtaining a very high characteristic.
[0005]
The second one is not only an active matrix circuit but also a gate line driver circuit and a source line driver circuit for driving the thin film integrated circuit using TFTs formed on the same substrate. (Hereinafter referred to as a monolithic active matrix display). The gate line and source line driver circuits have circuits such as a shift register, a buffer, or a decoder.
[0006]
This type of device does not use an external semiconductor chip as described above, so that the device is relatively small. Further, since it is not necessary to connect a large number of wirings, this is also advantageous for downsizing the apparatus. In this type, a crystalline silicon TFT having better characteristics has to be used for a drive circuit (driver circuit).
Thus, the second method (monolithic active matrix display) is advantageous for promoting the downsizing of the apparatus.
[0007]
However, with the expansion of demand, further miniaturization, lightening, and thinning have been required. Taking a personal computer as an example, in addition to the display, various semiconductor chips such as a central processing circuit (CPU), main memory, image signal processing device, and image memory are mounted on a main board (main board) other than the liquid crystal display. And at least two substrates of a liquid crystal display and a main board are required.
[0008]
Even in an electronic device having a lower function, downsizing of the entire device is effective. For example, in recent years, in a car navigation system and an electronic notebook, a communication device and a storage device are indispensable in addition to a display. Therefore, conventionally, the communication device and the storage device consisted of two parts, a display and a main body. In order to make the device smaller, thinner and lighter, it is necessary to integrate the display and the main body.
[0009]
That is, it is an apparatus in which various semiconductor circuits are mounted on a single substrate. In order to meet such a demand, several techniques have been proposed. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-209672, as shown in the block diagram of FIG. A technique for mounting by the on-glass method is disclosed.
[0010]
Here, gate line and source line driver circuits on the substrate and an active matrix circuit 4 (each pixel has a
[0011]
The input port is a circuit that reads an externally input signal and converts it into an image signal. The correction memory is a memory unique to the panel for correcting an input signal or the like in accordance with the characteristics of the active matrix panel. In particular, this correction memory has information specific to each pixel as a non-volatile memory, and is used for individual correction. That is, if a pixel of the electro-optical device has a point defect, a signal corrected accordingly is sent to the pixels around the point to cover the point defect and make the defect inconspicuous.
[0012]
Alternatively, when the pixel is darker than the surrounding pixels, a larger signal is sent to the pixel so that the brightness is the same as that of the surrounding pixels. Since the pixel defect information varies from panel to panel, the information stored in the correction memory varies from panel to panel.
The CPU and the memory have the same functions as those of a normal computer. In particular, the memory has an image memory corresponding to each pixel as a RAM. In addition to this, various chips may be attached as necessary.
[0013]
When the wire bonding method is employed, the cross-sectional shape shown in FIG. 4 is obtained. That is, the
[0014]
In the case of the wire bonding method, since the resin swells at the terminal connection portion in this way, there is a disadvantage that it becomes thick. On the other hand, in the FCOG method, as shown in FIG. 6, the
[0015]
In the case of the FCOG method, since the thickness of the terminal connection portion is substantially the thickness of the chip, the thickness can be reduced. In the FCOG method, a terminal other than aluminum can be used for the terminal on the glass substrate side. For example, a transparent conductive oxide film (ITO or the like) can also be used. In general, when an active matrix circuit for a liquid crystal display is formed on a glass substrate, the uppermost wiring is often configured using a transparent conductive film, and therefore the FCOG method is particularly preferable in this respect.
[0016]
The appearance of the device manufactured by the FCOG method is as shown in FIG. A
[0017]
On the
On the other hand, as shown in FIG. 10, a method of forming a CPU and various memories on an active matrix substrate simultaneously with peripheral circuits and matrix circuits using TFTs (hereinafter referred to as a complete monolithic display) has also been proposed. (Japanese Patent Laid-Open No. 7-135327, FIG. 10)
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
These conventional techniques have the following problems. First, in the technique of attaching a chip on a glass substrate (the wire bonding method and the FCOG method as described above are collectively referred to as a COG (chip on glass) method), the chip mounting cost is high, There is a problem that the thickness cannot be ignored.
[0019]
In addition, with respect to a fully monolithic display, the characteristics of the transistors required for the CPU are so high that the characteristics required for the switching transistors of the active matrix circuit are incomparable, and the element design rules are different. Therefore, it is not easy to form simultaneously on the same substrate. In addition, since a semiconductor circuit is formed separately, the area other than the display portion increases.
The present invention has been made in view of the above problems, and proposes an electronic device having a non-light emitting display with a new structure.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
The present invention solves the above problem by paying attention to a counter substrate (a substrate having a counter electrode, which corresponds to the
[0021]
The semiconductor integrated circuit formed on the counter substrate is designed so that at least 70% of its area overlaps with the peripheral circuit region of the matrix substrate. This is the same as stacking semiconductor integrated circuits in two stages, and is effective in reducing the area other than the display portion as much as possible.
[0022]
For example, as shown in FIG. 1, circuits such as a CPU and a memory are formed on the
[0023]
The connection between the substrates may be a method of connecting terminals provided on each substrate by wiring as in the prior art. However, as shown in FIG. 2, the substrates may be connected by conductive projection-like terminals (interconnections, bumps) 7. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an electronic device having a liquid crystal display according to one embodiment of the present invention. A brief description will be given with reference to FIG. The
[0024]
The
[0025]
[0026]
In general, in the conventional method, the sealant is often provided inside the peripheral drive circuit. However, for the purpose of reducing the area other than the display portion, as shown in FIG. Sealing agent outside the circuit (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 8-220560), or as shown in FIG. 2B, overlaps all or part of the peripheral drive circuit (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-324826). May be provided. (Figure 2)
[0027]
In the present invention, the characteristics, fabrication process, fabrication conditions, structure, material, and the like of the TFT of the counter substrate and the TFT of the matrix substrate are different from each other, so that characteristics that cannot be implemented only by the respective semiconductor integrated circuits can be obtained. It can be complemented and a greater effect can be obtained. Although details will be described in the embodiments, it is generally preferable that the semiconductor integrated circuit on the counter substrate is a circuit that requires a higher speed operation than the peripheral drive circuit on the matrix substrate, and that the TFT has characteristics and structure corresponding to the circuit.
[0028]
In the conventional complete monolithic active matrix display (FIG. 10), it is difficult to obtain TFTs having different characteristics because it is necessary to simultaneously produce TFTs on the matrix substrate. Since TFTs can be manufactured separately on the substrate, the TFT characteristics can be different. For example, it is effective to change the design rule, doping amount (dose amount), process maximum temperature, gate insulating film thickness, and the like between the counter substrate and the matrix substrate.
[0029]
In the present invention, the TFT manufacturing method is not particularly limited, and a known SOI (silicon on insulator) technique may be used. For example, a TFT semiconductor integrated circuit formed on another substrate as disclosed in JP-A-8-153777, JP-A-8-250745, JP Salemo et al. (SID International Symposium, DIgest of Technical Papers, May 1992, pp63-66), etc. A method of peeling and transferring to another substrate may be used.
Of course, it is needless to say that a synergistic effect may be obtained by combining a TFT having a specific structure and manufacturing method with the present invention. An example is shown below.
[0030]
【Example】
[Example 1]
The display of this embodiment will be described with reference to FIGS. This display consists of two
[0031]
In the above driver circuit, the shift register may be replaced with a counter and a decoder having equivalent functions. In this embodiment, the source line driver circuit is constituted by two systems of shift registers (
[0032]
On the other hand, the
[0033]
Further, the signal processing device supplies a potential to the counter electrode. In this electronic apparatus, a circuit corresponding to a so-called CPU is not mounted because it is complicated and unnecessary for explaining the basic idea of the present invention. It can also be installed.
The video input terminal and the power supply terminal are provided on the
[0034]
The reason why the video signal is divided as described above in the display of this embodiment is mainly to reduce the operation speed of the source line driver circuit and reduce the burden. For example, in a display with 50,000 pixels, in order to process 30 frames of image information per second, the processing speed of the source line driver circuit is:
50,000 (pixels) x 30 (frames / second) = 1.5 MHz
If it is.
[0035]
This can also be processed in a known TFT (for example, Japanese Patent Publication Nos. 5-9794 and 2-61032) using polysilicon having a design rule of about 10 μm. However, as the number of pixels increases, processing cannot catch up. For example, on a VGA display, the number of pixels is
640 (columns) × 480 (rows) × 3 (primary colors) = 921600 (pixels)
The processing speed of the source line driver circuit is as high as 28 MHz.
[0036]
A first method for solving this is a method of providing a plurality of shift registers. For example, two shift registers are provided in parallel, and each of them transmits a pulse whose phase is shifted by a half cycle. By doing so, the processing speed of the source line driver circuit can be halved.
The second method is a method in which a video signal is divided and a plurality of signals are simultaneously output from a source line driver circuit and processed. For example, the operation speed can be reduced to ¼ by dividing the video signal into four and sampling it with one shift register.
[0037]
In this display, since the video signal is divided into four and has two shift registers, the operation speed can be reduced to 1/8.
Since these techniques are known techniques, they will not be described in detail any more. However, if an appropriate signal is input by the above method, the burden on the source line driver circuit can be sufficiently reduced. However, when a video signal processing circuit is also built in, a circuit for processing at the above speed is absolutely necessary in a circuit for processing a signal input to the source line driver circuit. That is, the signal processing circuit is a circuit that requires high-speed operation. The source line driver circuit is a circuit that operates at a lower speed. In general, the gate line driver circuit operates at a lower speed than the source line driver circuit.
[0038]
According to the present invention, the circuit provided on the counter substrate among the two substrates constituting the display can exhibit an effect by providing a circuit that requires higher speed operation than that of the matrix substrate. In this display, the signal processing circuit on the counter substrate needs to operate at a speed eight times faster than that of the matrix substrate. One countermeasure is to change the design rule of the signal processing circuit to 0.35 or less of the matrix substrate. In this display, the design rule of the signal processing circuit is 2 μm, and the design rule of the matrix substrate is 8 μm.
[0039]
In the circuit of the matrix substrate, it is necessary to form a pattern in an area equivalent to the expansion of the active matrix, and it is difficult to engrave the circuit with a design rule of 2 μm. However, the counter substrate circuit has few such restrictions, and it is easy to form a circuit with a design rule of 2 μm in a very limited area.
[0040]
FIG. 8 shows an outline of the arrangement of each circuit of the display. In the matrix substrate 5 (bottom of FIG. 8), an
[0041]
On the other hand, the counter substrate 11 (upper in FIG. 8) is provided with a
[0042]
In this display, a sealing
[0043]
In this embodiment, the TFT is manufactured using a technique using polysilicon by a known thermal solid phase growth method, and a TFT manufacturing process formed on the
In the display of FIG. 8, connection terminals (video terminals, power supply terminals, etc.) 15 to the outside may be provided on the counter substrate side. As is apparent from the circuit block diagram of FIG. 7, the number of interconnection terminals can be reduced by one.
[0044]
Further, the
FIG. 9 shows an example in which the
[0045]
[Example 2]
In FIG. 11, the schematic diagram of the cross section of the display of a present Example is shown. The circuit configuration of this display is the same as that shown in FIGS. 7 and 8, but in this embodiment, the TFT manufacturing process is different between the matrix substrate and the counter substrate, and other parameters are set accordingly. To change.
[0046]
FIG. 11 will be described. A semiconductor circuit including an N-
[0047]
The interconnection is a gold bump, and a contact can be stably formed by using
In this display, the matrix substrate uses a known low-temperature polysilicon TFT technology. In this method, an inexpensive alkali-free glass substrate is used as the substrate, and the maximum process temperature is set to about 600 ° C. Amorphous silicon is crystallized by a thermal solid phase growth method at about 600 ° C. In order to promote crystallization, a catalyst material that promotes crystallization, such as nickel, may be used (for example, JP-A-6-296020).
[0048]
However, it is impossible to form a gate insulating film by a thermal oxidation method used in a normal semiconductor process. For this reason, the gate insulating film uses a film deposited by a vapor deposition method. The insulating film formed by the vapor deposition method has many defects, and a thickness of 1000 mm or more is necessary in order to improve the pressure resistance. In this embodiment, it is 1000 mm.
[0049]
On the other hand, a known high-temperature polysilicon TFT technology is used for the counter substrate. In this method, an expensive quartz substrate is used as the substrate, and the maximum process temperature is set to 600 ° C. or higher, for example, 1000 ° C. Therefore, it is possible to crystallize amorphous silicon and to form a gate insulating film by a thermal oxidation method. A silicon oxide film obtained by a thermal oxidation method has excellent electrical characteristics. In this embodiment, the thickness is 500 mm. Thus, since the gate insulating film can be thinned, a TFT capable of high speed operation can be obtained.
[0050]
Regarding the design rule, the matrix substrate is 8 μm and the counter substrate is 2 μm. As is apparent from the figure, the gate width of the matrix substrate is larger than that of the counter substrate, and thus the latter design rule is smaller than the former. Also, regarding the thickness of the gate insulating film, the former is thicker than the latter. (Fig. 11)
[0051]
As the design rule is reduced, the scaling rule may require increasing the doping concentration or lowering the power supply voltage. Also in this regard, in the present invention, since the semiconductor circuits of the matrix substrate and the counter substrate are independently manufactured, there is no obstacle. Also in this embodiment, the dose amount of the counter substrate may be higher than that of the matrix substrate. Further, the power supply voltage of the counter substrate may be lower than that of the matrix substrate.
[0052]
Example 3
The structure and manufacturing process of the display of this embodiment will be described with reference to FIGS. The circuit configuration of this display is the same as that of the first embodiment, and is shown in FIGS. In this display, the TFT circuit on the matrix substrate side is formed by using low-temperature polysilicon technology, while the TFT circuit on the counter substrate is a semiconductor circuit formed on a single crystal silicon wafer and peeled off and transferred onto a glass substrate. It is.
[0053]
In this example, alkali-free glass was used for both the matrix substrate and the counter substrate. A glass substrate is less expensive than a quartz substrate, but its heat resistance is inferior, and there is a great difficulty in manufacturing a high-performance TFT. However, as disclosed in JP-A-8-153777, JP-A-8-250745, JP Salemo et al. (SID International Symposium, DIgest of Technical Papers, May 1992, pp63-66), etc., special SOI technology, that is, other substrates. In the method of peeling the semiconductor integrated circuit of the TFT formed in this way and transferring it to another substrate, the restrictions on the substrate to which the TFT is transferred are remarkably reduced.
[0054]
The cross section of the counter substrate near the semiconductor circuit of this display is as shown in FIG. FIG. 12A is a view at a relatively small magnification. The left side of the drawing is a portion 107 (corresponding to 8 in FIG. 2) provided with a semiconductor integrated circuit, and the right side is a terminal portion provided with an interconnection (corresponding to 7 in FIG. 2). A pattern of
[0055]
On the other hand, the semiconductor integrated
[0056]
FIG. 12B is an enlarged view of the contact portion surrounded by the dotted line in FIG. Reference numerals indicate the same as those in FIG. Further, FIG. 12C is an enlarged view of a portion surrounded by a dotted line in FIG. That is, the semiconductor integrated circuit has a structure in which an N-channel TFT (112) and a P-channel TFT (113) are sandwiched between a base
[0057]
Usually, silicon oxide is used as the
[0058]
If a liquid crystal sealing (sealing) process is performed with a sealing
[0059]
As for the contact portion, in addition to the method using bumps, as shown in FIG. 12D, conductive particles such as
[0060]
FIG. 13 shows a state in which the counter substrate having the TFT semiconductor integrated circuit shown in FIG. A substrate 101 (corresponding to 6 in FIG. 2) on the upper side of the figure is a counter substrate, which is provided with a semiconductor integrated
[0061]
On the other hand, the
[0062]
Hereinafter, a process of forming a semiconductor integrated circuit on the counter substrate and obtaining the counter substrate as shown in FIG. 12 will be described with reference to FIGS. FIG. 14 shows an outline of a process for forming a semiconductor integrated circuit on a single crystal silicon wafer. FIG. 15 shows an outline of a process for transferring and mounting the semiconductor integrated circuit obtained above on a substrate of a liquid crystal display.
[0063]
First, a
[0064]
As a process up to this point, a silicon layer may be deposited on the
[0065]
In order to obtain crystalline silicon by a deposition method, a method of irradiating amorphous silicon with intense light such as a laser (laser annealing method) or a method of solid phase growth by thermal annealing (solid phase growth method) is used. It is done. Even in the case of adopting the solid phase growth method, a method (seed growth method) in which a single crystal is grown using a contact portion with a single crystal silicon wafer as a seed (seed crystal) by moving the heated portion with a strip heater is used. May be.
[0066]
Further, when using the solid phase growth method, as disclosed in JP-A-6-244104, when a catalyst element such as nickel is added to silicon, the crystallization temperature can be lowered and the annealing time can be shortened. Further, as described in JP-A-6-318701, silicon crystallized once by the solid phase growth method may be laser-annealed. Which method should be adopted may be determined depending on the required characteristics of the semiconductor circuit, the heat resistance of the substrate, and the like.
[0067]
The silicon layer thus formed is etched to form island-
Thereafter, a silicon oxide
[0068]
Next, gate electrodes and
Further, when forming a metal gate electrode, as disclosed in JP-A-5-267667 or 6-338612, the upper surface or side surface thereof may be coated with an anodic oxide. What kind of material the gate electrode is made of may be determined depending on required characteristics of the semiconductor circuit, heat resistance of the substrate, and the like. (Fig. 14 (A))
[0069]
Thereafter, N-type and P-type impurities are introduced into the island-like silicon region by means of ion doping or the like in a self-aligned manner to form the N-
[0070]
Further, a
Thereafter, a
[0071]
On the other hand, the
[0072]
Next, an adhesive 103 mixed with a thermosetting organic resin is injected into the gap between the single crystal
Then, the electrical connection and mechanical bonding between the
[0073]
Next, the
[0074]
Specifically, the
[0075]
Etching with halogen fluoride has a feature that it proceeds more on the surface irradiated with light (ultraviolet light or laser light), so that light is applied to the back surface (surface on which no TFT is formed) of the single crystal
Further, after the lapse, the peeling layer is completely etched, and the bottom surface of the underlying
[0076]
In this way, the formation of the semiconductor integrated circuit on the
[0077]
【The invention's effect】
As described above, the area of the display portion can be improved by forming a semiconductor integrated circuit on the counter substrate so as to overlap with a peripheral circuit of the matrix substrate. Such a display or an electronic device having a display is advantageous in downsizing, and is expected to meet industrial demand. Thus, the present invention is industrially beneficial.
[0078]
Note that in this specification, the TFT manufacturing process or structure is not particularly referred to, but this is because the present invention is not an invention having an effect only on a TFT having a specific structure. The present invention is effective in TFTs having various structures, and in particular, has an advantage that the TFTs of the matrix substrate and the counter substrate can be compensated for each other by making the structure, manufacturing process, size and the like different from each other. Will be apparent from the description of the examples.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 illustrates an example of a structure of an electronic device of the invention.
FIG. 2 illustrates an example of a cross-sectional structure of an electronic device of the invention.
FIG. 3 illustrates a configuration of a conventional electronic device.
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a conventional electronic device.
FIG. 5 illustrates a structure of a conventional electronic device.
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a conventional electronic device.
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a display according to an embodiment.
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a display according to an embodiment.
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of a display according to an embodiment.
FIG. 10 illustrates a structure of a conventional electronic device.
FIG. 11 is a diagram showing a cross section of a display according to an embodiment.
FIG. 12 is a diagram showing a cross-sectional state of the counter substrate of the display of the example.
FIG. 13 is a diagram showing a cross section of a display according to an embodiment.
14A and 14B illustrate a cross-sectional view of a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit on a counter substrate of a display according to an embodiment.
FIG. 15 is a diagram illustrating a cross-section of a mounting process of a semiconductor integrated circuit on a counter substrate of a display according to an embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Switching transistor
2 Pixel electrode
3 Auxiliary capacity
4 Active matrix area
5 Matrix substrate
6 Counter substrate
7 Bump
8 Semiconductor integrated circuit area
9 Peripheral drive circuit area
10 Active matrix area
11 Counter electrode
12 Protective insulating film
13 Sealant
14 Liquid crystal materials
20, 40 Glass substrate (matrix substrate)
21, 41 TFT circuit wiring terminals
22, 42 Semiconductor chip (IC chip)
23, 43 Semiconductor chip terminal
24 Bonding wire
25, 45 resin
29 Counter substrate
30 Matrix substrate
31 Active matrix circuit area
32-34 Peripheral drive circuit area
35 Chip bonding area
36 Main memory
37 MPU
38 Auxiliary memory
39 Wiring connection pads
44 Bump
46 metal particles
Claims (4)
対向電極を有する第2の基板と、を有し、
前記第2の基板には、TFTを用いた半導体集積回路が形成され、
前記第1の基板に形成された前記半導体集積回路と、前記第2の基板に形成された前記半導体集積回路は、導電性材料によって電気的に接続され、
前記導電性材料は、バンプまたは導電性粒子であり、
前記導電性材料は、前記第1の基板および前記第2の基板を封止する封止材中に、前記第2の基板に形成された前記半導体集積回路および前記第1の基板に形成された前記半導体集積回路と重ならないように設けられ、
前記第2の基板に形成された前記半導体集積回路は、前記第1の基板に形成された前記半導体集積回路と重なることを特徴とする電子装置。A first substrate having a semiconductor integrated circuit associated with the active matrix circuit and before Symbol active matrix circuit,
A second substrate having a counter electrode,
A semiconductor integrated circuit using TFT is formed on the second substrate,
The semiconductor integrated circuit formed on the first substrate and the semiconductor integrated circuit formed on the second substrate are electrically connected by a conductive material,
Wherein the conductive material is a bus amplifier or conductive particles,
The conductive material in the sealing material for sealing the first substrate and the second substrate, formed in said semiconductor integrated circuit is formed on the second substrate and the first substrate provided so as not to overlap with the semiconductor integrated circuit,
Wherein said semiconductor integrated circuit formed on a second substrate, an electronic device, characterized in that overlaps the formed on the first substrate the semiconductor integrated circuit.
対向電極を有する第2の基板と、を有し、
前記第2の基板には、TFTを用いた半導体集積回路が形成され、
前記第1の基板に形成された前記半導体集積回路と、前記第2の基板に形成された前記半導体集積回路は、導電性材料によって電気的に接続され、
前記導電性材料は、バンプまたは導電性粒子であり、
前記導電性材料は、前記第1の基板および前記第2の基板を封止する封止材中に、前記第2の基板に形成された前記半導体集積回路および前記第1の基板に形成された前記半導体集積回路と重ならないように設けられ、
前記第2の基板に形成された前記半導体集積回路は、前記第1の基板に形成された前記半導体集積回路と重なり、
前記第2の基板に形成された前記半導体集積回路は、転写により形成されたものであることを特徴とする電子装置。A first substrate having a semiconductor integrated circuit associated with the active matrix circuit and before Symbol active matrix circuit,
A second substrate having a counter electrode,
A semiconductor integrated circuit using TFT is formed on the second substrate,
The semiconductor integrated circuit formed on the first substrate and the semiconductor integrated circuit formed on the second substrate are electrically connected by a conductive material,
Wherein the conductive material is a bus amplifier or conductive particles,
The conductive material in the sealing material for sealing the first substrate and the second substrate, formed in said semiconductor integrated circuit is formed on the second substrate and the first substrate provided so as not to overlap with the semiconductor integrated circuit,
Wherein said semiconductor integrated circuit formed on the second substrate overlaps with the formed first substrate the semiconductor integrated circuit,
The electronic device, wherein the semiconductor integrated circuit formed on the second substrate is formed by transfer.
前記第2の基板に形成された前記半導体集積回路は、その面積の少なくとも70%が前記第1の基板に形成された前記半導体集積回路と重なることを特徴とする電子装置。In claim 1 or claim 2,
Wherein said semiconductor integrated circuit formed on a second substrate, an electronic device, characterized in that overlap with the semiconductor integrated circuit in which at least 70% is formed on the first substrate of the area.
前記第1の基板に形成された前記半導体集積回路は、TFTを備えており、
当該TFTと、前記第2の基板上に形成された前記半導体集積回路に用いられたTFTは、特性、構造、材料のいずれかにおいて異なることを特徴とする電子装置。In any one of Claims 1 thru | or 3,
The semiconductor integrated circuit formed on the first substrate includes a TFT,
The electronic device, wherein the TFT and the TFT used for the semiconductor integrated circuit formed over the second substrate are different in any of characteristics, structures, and materials.
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