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CN1573844A - 图像显示装置 - Google Patents

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CN1573844A
CN1573844A CNA2004100055246A CN200410005524A CN1573844A CN 1573844 A CN1573844 A CN 1573844A CN A2004100055246 A CNA2004100055246 A CN A2004100055246A CN 200410005524 A CN200410005524 A CN 200410005524A CN 1573844 A CN1573844 A CN 1573844A
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CNA2004100055246A
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寺尾元康
松冈秀行
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Panasonic Intellectual Property Corp of America
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Hitachi Ltd
Hitachi Displays Ltd
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Abstract

提供一种图像显示装置，可同时兼顾图像显示装置的功耗的降低、存储器面积的缩小和多位的图像数据的高画质显示。该图像显示装置具有由多个像素构成的显示部和对该显示部进行控制的控制部，其中，设置有由在各像素中将显示数据存储一定时间以上的至少一个开关和利用硫属化物材料的可变电阻存储元件组成的非易失性相变像素存储器，或是由在控制部中保持1帧显示数据的至少一个开关和利用硫属化物材料的可变电阻存储元件组成的非易失性相变帧存储器。

Description

图像显示装置
技术领域
本发明涉及容易高画质化的图像显示装置，特别涉及利用TFT构成图像显示用存储器的可进行低电力化的图像显示装置。
背景技术
作为第一现有技术，存在在使用薄膜晶体管(以下称其为TFT)的有源矩阵型显示装置中，将利用同一制造工序的TFT构成的非易失性存储器内置于同一基板上的显示装置，例如公开于专利文献1、专利文献2。在图16中示出这些显示装置的构成。在显示部100中像素104配置成为矩阵状(为简化图面，只描述一个像素104)。在任何公知例中，作为非易失性半导体存储器采用的都是具有电荷存储层和浮动栅的EEPROM(电可擦可编程只读存储器)，在显示部100的外围，配置信号系统电路101、扫描系统电路102、由TFT-EEPROM组成的非易失性半导体存储器103而构成。这样一来，就可以不使用LSI而在显示装置中内置非易失性存储功能。
另外，作为第二现有技术，存在将利用同一制造工序的TFT构成的半导体存储器内置于同一基板上，应用于帧存储器的液晶显示装置，例如在专利文献3等中有详细的描述。在图17中示出这一显示装置的构成。在显示区域110中像素115配置成为矩阵状，像素115经栅线117、信号线116及栅线117与DA变换电路113及扫描系统电路114相连接，在DA变换电路113上连接有帧存储器112及信号系统电路111。此帧存储器112，存储器单元是由一个晶体管和由一电容构成的DRAM(动态随机存储器)，由于存储一帧的显示信息，即使是停止来自外部的显示数据的写入，也可以继续显示。
作为另一第三现有技术，存在将利用同一制造工序的TFT构成的半导体存储器内置于同一基板上，应用于一位像素存储器中的液晶显示装置，例如在专利文献4等之中有详细的描述。在图18中示出这一显示装置的构成。在显示部120中像素123配置成为矩阵状，像素123经栅线126和交流驱动信号线127与扫描系统电路122相连接，以及经正信号线124和负信号线125与信号系统电路121相连接。在像素123上设置一位的SRAM(静态随机存储器)。因此，本液晶显示板，即使是停止对显示部的数据输出，一位的图像显示也可以继续。
另外，这些现有技术的存储器电路，是利用Si半导体-TFT构成的。利用以上的现有技术，可利用Si半导体TFT内置多种多样的存储器功能，可以使显示装置高功能化，且可削减功耗。
[专利文献1]日本专利特开2000-252373号公报。
[专利文献2]日本专利特开2001-326289号公报。
[专利文献3]日本专利特开平11-85065号公报。
[专利文献4]日本专利特开平8-286170号公报。
发明内容
今后，作为将显示功能及显示系统内置于同一基板上的平面显示装置的方向，由LSI及TFT电路分担内置的功能及系统，像素存储器及帧存储器等像素显示用存储器由TFT构成。另外，作为该显示装置的特征，由于像素数增大引起的高精细化和显示区域以外的外围区域面积的缩小和低功耗化变为必需，与其相伴存储器容量增加，就出现了存储器面积和功耗降低的必要。此外，作为该制造加工的问题，与LSI比较，必须在相当低的加工温度下，制造显示装置。但是，在上述现有技术的延长上，要同时满足这些问题，充分兼顾存储图像数据的多位化是困难的。
就是说，在采用利用电荷存储的Si半导体EEPROM的第一现有例中，由于加工温度低，绝缘膜及多晶硅Si中的电荷俘获水平多，基于此的存储信息的散差大，并且由于TFT特性的散差与LSI相比也大，存储器的高容量化和低电压化困难的问题。
另外，在采用Si半导体DRAM的第二现有例中，由于在像素数增大时，存储器单元的数目增大而使信号电压的变化量变得极小，必须利用高性能的电路将比较低的S/N的信号电压放大。可是，由于TFT与LSI相比加工过程温度低，加工尺寸也大，TFT电路的性能低，利用其将低S/N的信号电压以高精度放大是困难的。另外，还存在由于电路复杂及功耗增加，归根结底存储器单元的数目受到限制，像素数的增加受限制的问题。
另外，在像素内设置SRAM的第三现有例中，存在由于SRAM的晶体管数目多而像素构造必然变得复杂的问题。如果像素构造复杂化，会由于像素的数值孔径降低引起亮度降低，在液晶显示装置的场合，不能兼容在反射模式中使用时的低功耗和在透射模式中使用时的高亮度。此外，还存在使利用面积色调等的方法的多位的像素数据显示及高精细化变得困难的问题。
上述问题，可以利用以下的方式解决。就是说，根据第一及第二实施形态，在将具有保持像素数据的存储器的像素在矩阵上配置的显示部、用来将显示信号输入到像素的信号系统电路及具有对像素进行扫描的扫描系统电路的图像显示装置中，各像素存储器的数字图像数据保持单元，是利用用来以电阻的形式存储超过规定的时间的至少一个开关和存储元件所组成的一位的数据可以得到保持的存储器电路进行的。此存储元件，可以利用低温的制造方法形成。这样一来，用低温加工工艺形成存储器电路和存储器功能部分的面积缩小成为可能，上述问题可以解决。
另外，根据第三及第四实施形态，在将像素在矩阵上配置的显示部、用来将显示信号输入到像素的信号系统电路、保持图像数据的帧存储器、DA变换电路及具有对像素进行扫描的扫描系统电路的图像显示装置中，帧存储器的数字图像数据保持单元，是利用用来以电阻的形式存储超过规定的时间的至少一个开关和存储元件所组成的一位的数据可以得到保持的多个存储器单元进行的。此存储元件，可以利用低温的制造方法形成。这样一来，用低温加工工艺形成存储器电路和存储器单元的面积缩小成为可能，上述问题可以解决。
除此之外，显示多位的图像数据的上述问题，可利用以下的方式更有效地解决。就是说，在保持上述数字图像数据的存储器单元和各个像素内，设置可用来将n位的显示信号以电阻形式存储超过规定的时间的以多值电阻的形式进行存储的一个存储元件。此存储元件，可以利用低温的制造方法形成。这样一来，用低温加工工艺形成存储器电路和存储器电路及存储器单元的面积缩小成为可能，上述问题可以解决。
附图说明
图1为实施例1的显示装置的构成图。
图2为实施例1的显示装置的像素的平面构造图。
图3为实施例1的显示装置的像素的制造工序剖面图。
图4为实施例2的显示装置的像素的平面构造图。
图5为实施例2的显示装置的像素的平面构造图。
图6为实施例3的显示装置的构成图。
图7为实施例3的显示装置的存储装置的构成图。
图8为实施例3的显示装置的存储装置的平面构造图。
图9为实施例3的显示装置的存储装置的剖面构造图。
图10为实施例3的显示装置的存储装置的平面构造图。
图11为实施例4的显示装置的存储装置的平面构造图。
图12为实施例4的显示装置的存储装置的制造工序剖面图。
图13为实施例4的显示装置的存储装置的平面构造图。
图14为实施例5的显示装置的构成图。
图15为实施例6的显示装置的构成图。
图16为现有技术的显示装置的构成图。
图17为现有技术的显示装置的构成图。
图18为现有技术的显示装置的构成图。
具体实施方式
(实施例1)
下面利用图1～图5对本发明的实施例1予以说明。
首先，叙述关于本实施例的整体构成的情况。图1为多晶硅Si-TFT显示板的构成图，具有由采用硫属化物材料的非易失性相变存储器组成的像素存储器。本实施例，是以兼备利用背照光的透射模式显示和利用外光的反射模式显示两种功能的部分透射型液晶显示装置为例，但在透射型液晶显示装置及反射型液晶显示装置中，在实施本发明的场合，也可以根据需要改变反射区域的配置。另外，在其他TFT显示装置，例如，有机EL(场致发光)显示装置中实施本发明的场合，也可以将图1的液晶显示元件10改变为发光二极管，TFT及存储器电路的制造方法及配置可以与本实施例完全一样。
在图1中，具有以存储器TFT8和存储元件9和等效电容10表示的液晶显示部的像素2，由于是配置成为矩阵状(为使图面简明起见，在图1中像素2只画出9个)，存储元件9的另一端与信号线SL相连接，像素2经栅线GL和像素线PL与扫描系统电路5相连接，并且信号线SL经写入电路7与信号系统电路4相连接。利用由存储器TFT8和存储元件9构成的非易失性存储器，可以在各个像素中保持一位的图像数据。本实施例，是一种以显示红绿蓝的像素由各自面积不同的三个像素构成，合计以9个像素表示各个彩色的色调的面积色调方式的液晶显示装置。
图2为表示图1的像素2的平面构造的平面图，示出两个像素的一部分。存储器TFT8由多晶硅Si层PS和栅电极GE和接触孔CN组成，漏电极利用局部布线LC连接到用来对存储元件9和液晶施加电压的像素电极PE。此局部布线LC可根据需要将面积做大而兼具反射板的功能。通孔VC是用来连接局部布线LC和像素电极PE的开口部。存储器TFT8的还有一个源电极，经局部布线LC与像素线PL相连接。栅电极GE，与在同一金属层中形成的栅线GL相连接。
存储元件9，是包含Te、Se、S中的至少一种元素的膜厚100nm左右的硫属化物膜CH组成的可变电阻，一个电极经局部布线LC与存储器TFT8相连接，而另一个电极与信号线SL相连接。此存储元件，可根据脉冲电压的施加使硫属化物膜结晶化及非晶化，通常利用高电压短脉冲(例如20ns)使其变成高阻的非晶态，而利用低电压长脉冲(例如50ns)使其变成低阻结晶态，也可以使脉冲宽度或者电压一样。在图2的平面图中，为了纸面方便起见，示出的只是存储元件9的一部分，但实际上存储元件9是沿着像素区域的横边配置。在本实施例的场合，存储元件9的长度大致为20μm左右，存储元件9的电阻值，在结晶态时大致为100kΩ左右，在非晶态时大致为100MΩ左右。
下面对本实施例的动作概要予以说明。通过经扫描系统电路5的栅线GL使规定的像素行的存储器TFT开闭，信号系统电路4将信号线SL输出的图像数据每个一位输入到由存储器TFT8及存储元件9构成的存储器，利用写入电路7以电阻的形式写入。利用写入到此存储元件中的图像数据，通过控制施加于液晶10上的电压可以控制图像的显示，即光的透射或非透射。此时，利用面积不同的三个像素的显示组合，通过使其与各色显示的色调相对应，就可以进行全色显示。
下面利用图3的制造工序剖面图对图2中以AA’和点划线表示的存储器TFT和存储元件的一部分的制造方法和剖面构造予以说明。
首先，如图3(a)所示，在玻璃基板20上，利用等离子体CVD(化学汽相淀积)法进行淀积，利用激光退火法和固相生长法，通过使该非晶Si膜结晶而形成多晶Si膜PS。此处，作为形成多晶Si膜PS的另外的方法，也可以是利用低温CVD法直接将多晶Si膜PS淀积到Si氧化膜22之上。其后，通过对多晶Si膜PS进行选择刻蚀，在TFT形成区域保留岛状的多晶Si膜PS，利用等离子体CVD法淀积栅氧化硅膜23，例如，淀积以Mo为主要成分的栅膜，再进行选择刻蚀而形成栅电极GE的栅线GL。
之后，如图3(b)所示，利用离子注入法及离子掺杂法等进行杂质离子导入和用于激活的热处理，并在形成源扩散层24及漏扩散层25之后，利用CVD法淀积包含氮化硅膜及P掺杂的氧化硅膜等的第二钝化膜26。另外，此处，为了纸面方便起见，只示出n型沟道的存储器TFT的剖面图，但实际上，根据需要，可在外围电路上形成p型沟道的存储器TFT及LDD(轻掺杂漏)构造的TFT。其后，利用，例如，室温或接近室温的低温溅射法淀积由包含Te、Se、S中的至少一种元素的硫属化物材料组成的膜厚100nm上下的硫属化物膜CH。在本实施例中，硫属化物材料，例如，是采用以Zn和Te作为主要成分的材料。其后，在硫属化物膜CH上，淀积氧化硅膜27。此时，在氧化硅膜27上，也可以利用溅射法淀积用来防止非晶化时的硫属化物膜的蒸发及变形的膜厚超过50nm的Cr2O3膜及其他介电体和金属的积层膜。并且，也可以根据需要，例如，利用激光退火或RTA(快速热退火)使硫属化物膜CH结晶化。此外，这些热处理，也可兼用作上述杂质离子激活用的热处理。
之后，如图3(c)所示，利用光刻法，在形成存储元件的区域有选择地保留抗蚀膜28，将此抗蚀膜28用作掩模，利用干刻蚀法有选择地除去硫属化物膜CH，接着利用同一抗蚀膜28，利用湿刻蚀法选择地除去氧化硅膜27。此时，氧化硅膜27，由于侧向刻蚀比抗蚀膜28向里缩进。
之后，如图3(d)所示，除去抗蚀膜，淀积与栅电极材料相同，例如以Mo为主要成分的阻挡金属膜BM和用作局部布线LC及信号线SL及反射板的Al膜，或是，例如，Al和Ti的积层膜那样的以Al膜为主材的金属积层膜。此阻挡金属膜BM，也可以是其他材料，例如，W及TiN等。其后，例如，利用干刻蚀法或湿刻蚀法，选择地除去用作布线和反射板的区域以外的金属积层膜和阻挡金属膜BM。此时，硫属化物膜CH的未被氧化硅膜27和布线LC中的任何一个所覆盖的区域29，同时受到刻蚀。如果利用图2的存储元件的平面图说明此氧化硅膜27和布线，氧化硅膜保留部是以波状线表示的区域11，布线是以波状线表示的区域LC及SL。因此，通过同时除去以斜线表示的区域12的硫属化物膜，就可形成八字形状的存储元件。由于这一制造方法，可以不受电阻的长度及宽度光刻印刷套版偏离的影响，通过自匹配确定电阻值。
之后，如图3(e)所示，根据需要，在经过由与金属积层膜LC同一膜组成的反射板形成工序之后，淀积由氮化硅膜及P掺杂氧化硅膜组成的第三钝化膜30和由例如有机材料组成的低介电常数的第四钝化膜31。其后，进行利用氢气退火及等离子体处理的氢化处理。
最后，开口形成图2所示的通孔VC(图3中未示出)，淀积透明电极膜，形成具有所要求的形状的透明电极PE(图3中未示出)，将布线层LC与透明电极PE连接。进入其后的液晶工序，完成兼备透射模式显示和反射模式显示两种功能的液晶显示装置。
在以上的制造工序中，由于采用耐热性低的玻璃基板作为基板，制造中的温度全在基板的耐热温度以下(例如600℃以下)，或者即使是温度比该温度高，为了不对制造产生麻烦，进行的处理的时间非常短。另外，由于采用自自匹配过程，只要添加一次光刻印刷工序，就可以在显示装置上附加相变像素存储器，并且可以不受光刻印刷套版偏离的影响，确定存储元件9的电阻值。另外，由于采用的是以阻挡金属膜BM及氧化硅膜27覆盖硫属化物膜CH与Al不接触的构造，硫属化物膜材料不受Al材料的影响。另外，硫属化物膜CH，由于是具有由氮化硅膜及P掺杂氧化硅膜这样的可排除可动离子影响的膜组成的第一钝化膜21和第二钝化膜26以及第三钝化膜30上下夹持的构造，可以形成不受可动离子的影响的具有稳定的电阻值的存储元件。其结果，与存储器TFT的导通电阻为～500kΩ上下相对，作为存储元件的相变可变电阻，在非晶状态下变为大约为100MΩ左右的高电阻，可以实现稳定的存储器动作。
通过采用以上的构成及动作，即使是在外围电路的动作停止使图像数据的输入输出停止时，根据保持于各像素的存储器中的图像数据也可以继续显示。另外，由于此存储器是非易失性存储器，不需要称为刷新的将信息定期重新写入的动作。此外，本方式，因为按照保持数据是一直不断地在液晶上施加电压，就不需要用来保持液晶显示用的附加电容。另外，因为是利用一个存储器TFT8和一个存储元件9来保持数据，该存储元件9是在称为黑矩阵的遮光区域及栅线GL区域上形成的，可以缩小附加存储器所必需的面积。因此，在缩小像素面积的同时，各像素的数值孔径可取得大，可降低透射模式的显示所必需的背照光源的功耗。由于这些发明效果，不仅可以在各色下进行具有色调的全色高精细显示，并且在反射模式显示和透射模式显示的任何一种模式中都可以大幅度地降低功耗。
在如上所述的本实施例中，可以在不损害本发明的主旨的范围内进行某些改变。例如，作为形成相变可变电阻存储元件9的材料，并不限于本实施例的以Zn和Te为主要成分的材料，也可以是包含Te、Se、S中的至少一种元素的硫属化物材料。作为例子，也可以是具有Ge5Sb2Te8的组成的材料。另外，通过在由这些材料组成的硫属化物膜CH的至少一部分上以横切电极间的方式，即以横切导电通路而进行遮断的方式，形成氧化物、氮化物、硫化物、碳化物等的介电体和硫属化物材料的混合膜，在设定最初的低电阻状态时在该区域的介电体中形成硫属化物的细丝状区域而成为细的导电通路，因为电流只在其中流过，所以可以得到高电阻值。优选的介电体材料是氧化锗、氮化锗、氧化硅、氮化硅、氧化钽、氧化钼、碳化硅、硫化锌等。作为代表例，硫属化物∶Ta2O5的混合比为3∶7的混合物可使电阻上升差不多一位。这种情况下的混合比的优选范围是从1∶9到6∶4。硫属化物超过这个范围时，电阻上升的效果不到两倍，而在硫属化物少时，细丝形成困难，电阻变化太小不到一位。此混合膜区域，可设置为与任何一个电极相连接，但在不与两电极相连接的状态下，也可以得到高电阻值。在设置为与任意一个电极相连接的场合，因为是由正离子形成细丝，设置成为与负极相连接在存储器动作的稳定性这一点上是最好的。在此场合，可在阻挡金属膜BM与图3(e)的硫属化物膜CH相连接的部分上实现上述混合膜区域的设置。
另外，在本实施例中是采用玻璃基板20作为TFT基板，但也可以将其改变为石英基板及透明塑料基板等透明绝缘基板，并且也可以专门只用于透射型液晶显示及反射型液晶显示。另外，将显示部分改变为有机发光二极管，也可以将本发明在有机EL(场致发光)显示装置中实施。或者关于TFT，在本实施例中是将n沟道型TFT应用于存储器TFT，但是也可以将其改变为p沟道型TFT，而在存储元件的电阻值更大时，也可以将非晶Si-TFT应用于存储器TFT。另外，作为TFT的构造并不限于本实施例，例如栅电极GE是位于多晶Si区域PS之下的构造的存储器TFT也可得到本发明的效果是自不待言的。
(实施例2)
下面利用图4及图5对本发明的实施例2予以说明。
本实施例，是在具有与实施例1相同的相变像素存储器的面积色调方式的部分透射型液晶显示装置中，通过改变存储元件9的平面构造及剖面构造，使存储元件的电阻值加大的实施例。图4及图5是将存储元件9的一部分扩大示出的平面图。实际的像素存储器电路，不限于实施例1，各种电路都可能，例如，也可以是由多个可变电阻存储元件和多个TFT组成的存储器电路。因为此处是以说明存储元件9的构造为目的，所以对于图4及图5予以简化而示出电路的一部分。在图4的例子中，由硫属化物膜CH组成的存储元件9，跨越栅线GL和像素线PL之上并折返配置。因此，与实施例1相比较，可使电阻的长度加长成为差不多3倍左右。并且，图5的示例，其存储器TFT的剖面构造与实施例1相同，由硫属化物膜CH组成的存储元件9也是沿着像素的外围配置。因此，与实施例1相比较，可使电阻的长度加长成为差不多3～4倍左右。这些相变电阻，任何一个都是在遮断称为黑矩阵的光的区域及栅线GL、像素线PL的区域上形成的。此外，在这些示例中，TFT及存储元件9的制造方法，与实施例1相同，但硫属化物膜CH的膜厚通过膜化而达到50nm左右，并且电阻的宽度缩小一半左右。由于这些理由，存储器附加所必需的面积无需很大，可使非晶态的电阻值加大到超过1GΩ，可以进一步降低根据像素存储器的保持数据进行显示时的功耗。
在这些实施例中，是通过改变平面构造及剖面构造增加电阻值，但也可以通过，例如，采用非晶态的电阻率更高的硫属化物材料，例如，将非晶态的电阻值增加到10GΩ以上。另外，通过在硫属化物膜CH的至少一部分上以横切电极间的方式，即以横切导电通路而进行遮断的方式，形成氧化物、氮化物、硫化物、碳化物等的介电体和硫属化物材料的混合膜，也可以得到高电阻值。此混合膜区域，优选设置为与任何一个电极相连接，但在不与两电极相连接的状态下，也可以得到高电阻值。在设置为与任意一个电极相连接的场合，设置成为与负极相连接在存储器动作的稳定性这一点上是最好的。在此场合，在图4及图5的硫属化物膜CH与局部布线LC相连接的区域(实际是阻挡金属膜BM与硫属化物膜CH相连接)上实现上述混合膜区域的设置。
此外，将由硫属化物膜组成的数据保持用电阻做成本实施例上面的高电阻，将用来改变结晶状态的焦耳热发生用电阻元件以与硫属化物膜有别的材料形成低电阻，通过在利用膜绝缘膜进行电绝缘的同时淀积数据保持用高电阻和焦耳热发生用低电阻元件，可以在进一步降低数据保持状态的功耗的同时，以更低的电压有效地进行写入动作。
(实施例3)
下面利用图4～图10对本发明的实施例3予以说明。
首先对本实施例的整体构成予以说明。图6为本实施例的多晶Si-TFT显示装置的构成图，具有由采用硫属化物材料的相变存储器组成的帧存储器。在本实施例中，是取6位色调的有机EL显示元件作为例子。另外，此处为使图面简明起见，只画出2个像素，但实际上可以根据精细度而设置多个像素。各像素41由有机发光二极管50、有机发光二极管驱动TFT51、像素TFT52构成，利用通过写入到有机发光二极管驱动TFT51的栅电容的信号电压进行控制的驱动电流，可驱动有机发光二极管50。由此，在本实施例中实现可自发光的显示装置，由于不需要背照光源，液晶显示装置可进一步薄型化。另外，此处采用的有机发光二极管就是一般公知构造的二极管，关于其构造，作为一例可参照日本专利公报特开2001-159878等。另外，在本实施例中，像素的每一列，都具有相对应的DA变换电路45及帧存储器44。在显示区域42中，像素41配置成为矩阵状，像素TFT52的栅经由栅线GL与扫描系统电路46相连接，并且像素TFT52的一端经由信号线SL与DA变换电路45相连接。DA变换电路45经由数据线DL与帧存储器44相连接，数据线DL在另一端与信号系统电路43相连接。
在图7中示出帧存储器44的构成图。在存储器单元阵列区域存储器单元MC配置成为矩阵状。在图7中，为简化图面，只画出一部分，实际上在帧存储器44中设置有与像素行数相对应的数目和与像素列数和色调位数相对应的数目的存储器单元MC。存储器单元MC，是利用由硫属化物材料制成的相变可变电阻存储元件56和存储器单元TFT55所组成的1个晶体管+1个存储元件构成的相变存储器。同一行的存储器单元MC，经由字线WL连接到字线扫描电路。存储元件56的一端与数据线DL相连接，存储器单元TFT55的源电极与公用线CM相连接。上述存储器单元TFT55、DA变换电路45、信号系统电路43、扫描系统电路46、显示控制电路47，利用多晶Si-TFT设置于玻璃基板40之上。
下面对本实施例的动作予以说明。选择的字线WL上的TFT55导通，从数据线DL输入的显示数据，利用写入电路WC以电阻的形式写入到存储器单元MC的存储元件56。此时，脉冲状的电流从写入电路WC流到存储元件56，使硫属化物膜结晶化或使其非晶化。通常，利用高电压短脉冲(例如20ns)形成高电阻非晶态，而利用低电压长(例如50ns)脉冲形成低电阻的结晶状态，写入1位显示数据。此处也可以使脉冲宽度或电压相同。以上就是写入帧存储器44的动作。
之后，随着位于帧存储器44之中的字线扫描电路，经由字线WL对存储器单元MC进行的扫描，在选择的存储器单元MC内形成电流电路。此时，因为存储元件56的电阻值，由于保持信息而存在差值，所以输出到数据线DL的电压由于保持信息而出现差值。通过由读出电路判别这一差值，读出保持的显示数据，顺序输出到数据线DL。此时，显示数据输入到DA变换电路45，而DA变换电路45将与显示数据相对应的显示电压信号输出到信号线SL。此处扫描系统电路46，与字线扫描电路同步，经由栅线GL对像素41进行扫描。开闭由此选择的像素41的像素TFT52，可使所选择的有机发光二极管50以相应于显示电压信号的色调发光。此存储器，因为是即使电源不供电时也可以保持信息的非易失性存储器，所以在显示数据不变化期间，不需要称为所谓刷新的重写的动作。由此，本有机EL显示装置，即使是在外部提供的显示数据的写入停止，显示也可以继续。
下面利用图8及图9对实施例3的帧存储器44的构造予以更详细的说明。图8为示出帧存储器单元阵列的一部分的平面构造图。图9为示出图8以AA’和点划线表示的存储器TFT和存储元件的一部分的剖面构造图。存储器TFT，与由多晶Si膜PS和与字线WL相连接的栅电极GE及接触孔CN组成，漏电极利用局部布线LC连接到用来形成存储元件的硫属化物膜CH，并且一个源电极与公用线CM相连接而与邻接的存储单元的TFT相通。存储元件，配置于字线WL，一个电极与数据线DL相连接。形成可变电阻存储元件的硫属化物膜CH，是包含Te、Se、S中的至少一种元素的膜厚100nm左右的膜。在本实施例中，硫属化物膜材料是由Ge5Sb2Te8组成的。另外，作为存储元件56的电阻动作的部分的长度大致为2μm左右，电阻值在结晶状态下大致为10kΩ左右，而在非晶状态下大致为1MΩ左右。
由于TFT和存储元件的制造方法与实施例1大致相同，剖面构造也相同，所以可以得到与实施例1相同的效果。就是说，由于采用自匹配过程，可以不受光刻印刷套版偏离的影响，确定存储元件的电阻值。另外，由于采用的是以阻挡金属膜BM及氧化硅膜27覆盖硫属化物膜CH的构造，不受Al材料的影响。另外，硫属化物膜CH，由于是具有由氮化硅膜及P掺杂氧化硅膜这样的可排除可动离子影响的膜组成的第一钝化膜21和第二钝化膜26以及第三钝化膜30上下夹持的构造，可以形成不受可动离子的影响的具有稳定的电阻值的存储元件。其结果，与存储器TFT的导通电阻为大约100kΩ上下相对，在存储元件中，在非晶状态下变为大约为1MΩ左右的电阻，可以实现稳定的存储器动作。
通过采用以上的构成及动作，即使是在外围电路的动作停止使图像数据的输入输出停止时，根据保持于帧存储器中的图像数据也可以继续显示。另外，由于此存储器是非易失性存储器，不需要称为刷新的将信息定期重新写入的动作。此外，本方式，因为是利用一个存储器单元TFT和一个存储元件来保持数据，该存储元件是在字线WL区域上形成的，可以缩小存储器单元阵列的面积。由于这些发明效果，不仅可以在各色下进行具有色调的全色高精细显示，并且可以降低功耗及实现由于缩小外围电路面积而获得的狭额缘的显示装置。
在如上所述的本实施例中，可以在不损害本发明的主旨的范围内进行某些改变。例如，在图10的平面图中示出与图8的剖面构造不同的平面构造。在此示例中，相变可变电阻存储元件配置于存储单元TFT的多晶Si膜PS之上。利用这种配置，也可以缩小存储器单元阵列的面积，可以得到同样的效果。
另外，作为形成相变可变电阻存储元件9的材料，并不限于具有本实施例的Ge5Sb2Te8的组成的材料，也可以是包含Te、Se、S中的至少一种元素的硫属化物材料。也可以是GeTe或Sb2Te3的混合组成的任何一种或与其接近的组成。作为另一示例，可以是以Zn和Te为主要成分的材料。在采用以Zn和Te为主要成分的材料时，由于采用包含Ge或Sb、40原子％以上的Te、20原子％以上50原子％以下的从2b族、1b族、3a至7a族以及8族元素之中选择的至少一种元素的材料，可以得到优选的特性。特别是，虽然优选采用Zn，但使用Cd也可得到与其接近的效果。此处，包含40原子％以上的Te，并且还包含20原子％以上50原子％以下的从2b族、1b族、3a至7a族以及8族元素之中选择的至少一种元素的理由是，要保持高结晶温度和高电阻率。此处的说明是以Zn作为2b族、1b族、3a至7a族以及8族元素的代表，以Ge作为Ge或Sb的代表。在包含大量Zn的组成的场合，是在结合力强的Zn-Te的非晶网络中引入Ge-Te的形式，由于稳定的结晶系也互相不同，可以认为作为整体可保持高结晶化温度。此处，通过添加Ge，共价键性质与离子性强的ZnTe相比增加，从而使非晶网络(网格构造)不容易变形，另一方面，可以认为，一旦结晶化开始，就会像多米诺骨牌倒下一样发生高速结晶化。如果对于Zn-Te，保持Zn和Te的比率，添加的Ge或Sb的添加量为5原子％以上40原子％以下时，添加量越多，融点、结晶温度越低，如果是40原子％以下的添加剂，非晶状态比Ge5Sb2Te8稳定。利用5原子％以上的添加，可得到提高耐氧化性的效果。如果添加量为25原子％以上35原子％以下，尤其可提高耐氧化性。除此之外，作为第4构成元素，优选的是包含Au、Ag、Cu中的至少一个，周期表的3族以上的元素占10原子％以下。
另外，通过在由这些材料组成的硫属化物膜CH的至少一部分上以横切电极间的方式，即以横切导电通路而进行遮断的方式，形成氧化物、氮化物、硫化物、碳化物等的介电体和硫属化物材料的混合膜，可以得到高电阻值。此混合膜区域，可设置为与任何一个电极相连接，但在不与两电极相连接的状态下，也可以得到高电阻值。在设置为与任意一个电极相连接的场合，因为是设置成为与负极相连接，在存储器动作的稳定性这一点上是最好的。在此场合，可在阻挡金属膜BM与图9的硫属化物膜CH相连接的部分上实现上述混合膜区域的设置。
另外，在图9中是采用玻璃基板20，但也可以将其改变为石英基板及透明塑料基板等透明绝缘基板，通过将图6的显示部42变为液晶显示方式，也可以将本发明在液晶显示装置中实施。或者关于TFT，在本实施例中是将n沟道型TFT应用于存储器TFT，但是也可以将其变为p沟道型TFT，而在存储元件的电阻值更大时，也可以将非晶Si-TFT应用于存储器TFT。另外，作为TFT的构造并不限于本实施例，例如，栅电极GE是位于多晶Si区域PS之下的构造的存储器TFT也可得到本发明的效果，这是自不待言的。此外，在本实施例中是以多晶Si-TFT电路构成各电路，但这些外围电路的一部分由单晶LSI(大规模集成)电路构成安装，也在本发明的范围内。
此外，此次是以6位表示显示信号，例如，通过增加帧存储器容量，也可以对应更多色调的显示装置。在存储器单元中，对于存储元件的结晶方向，也可以使其取多值的电阻值，使其与显示的多色调位数相对应。此时，通过使结晶脉冲的电压以更小的电压刻度变化，也可以取对应的电阻值。
(实施例4)
下面利用图11～图13对本发明的实施例4予以说明。
本实施例，是在具有与实施例3相同的帧存储器的EL显示装置中，改变存储器单元的平面构造、剖面构造以及制造方法的实施例。图6的显示装置构成及图7的帧存储器构成等、存储器单元以外的构造与实施例3相同。图11是示出存储元件阵列的一部分的平面图，图12为对图11中的以AA’和点划线表示的存储器TFT和存储元件的一部分的制造方法和剖面构造予以说明的制造工序剖面图。在实施例4中，由于由硫属化物膜CH组成的存储元件是在接触开口部CC中形成的，1位的存储器单元的面积，与1位的TFT的面积相同，可以进一步缩小存储器单元阵列的面积。
本实施例的制造方法的说明如下。首先，如图12(a)所示，在玻璃基板20上利用等离子体CVD淀积由氮化硅膜及P掺杂氧化硅膜组成的第一钝化膜21和Si氧化膜22和非晶硅膜，通过利用脉冲调制连续振荡固体激光器的激光退火法，使此非晶硅膜结晶化，形成结晶性优异的多晶Si膜PS。此处，作为形成多晶Si膜PS的其他方法，可以用固相成长法使非晶硅膜结晶化，或利用低温CVD法在Si氧化膜22之上直接淀积多晶硅膜。其后，通过对多晶Si膜PS进行选择刻蚀，在TFT形成区域保留岛状的多晶Si膜PS，利用等离子体CVD法淀积栅氧化硅膜23，例如，淀积以Mo为主材的栅膜，进行图形化，形成栅电极GE的字线WL。
之后，如图12(b)所示，利用离子注入法及离子掺杂法等进行杂质离子导入和用于激活的热处理，并在形成源扩散层24及漏扩散层25之后，利用CVD法淀积包含氮化硅膜及P掺杂的氧化硅膜等的第二钝化膜26。另外，此处，为了纸面方便起见，只示出n型沟道的存储器TFT的剖面图，但实际上，根据需要，可在其他外围电路上形成p型沟道的存储器TFT及LDD构造的TFT。其后，利用光刻法，开口形成存储元件的区域CC，利用，例如，室温或接近室温的低温溅射法，直接而不经过阻挡金属在开口部CC的多晶硅上淀积由包含Te、Se、S中的至少一种元素的硫属化物材料组成的膜厚200nm左右的硫属化物膜CH。这样，因为不经过阻挡金属，在硫属化物膜上不并联附加由阻挡金属组成的寄生低电阻，可以以更好的控制性形成存储元件的电阻值。此处，可根据需要，例如，利用激光退火或RTA使硫属化物膜CH结晶化。此外，这些热处理，也可兼用作上述杂质离子激活用的热处理。
之后，如图12(c)所示，利用光刻法对硫属化物膜CH进行选择刻蚀，在形成存储元件的区域保留硫属化物膜CH，接着利用光刻法开出TFT用接触孔CN的开口。
之后，如图12(d)所示，层积形成例如以Mo为主要成分的阻挡金属膜BM和用作数据线DL及公用线CM的Al膜，或是，例如Al和Ti的积层膜那样的以Al膜为主要成分的金属积层膜，进行图形化。此阻挡金属膜BM，也可以是其他材料，例如，W及TiN等。由于以上的制造方法，存储元件的长度及剖面面积由硫属化物膜厚和存储元件用的接触开口部CC的开口面积决定，可以不受光刻印刷套版偏离的影响，通过自匹配确定电阻值。此处，为了防止非晶化时的硫属化物膜的蒸发及变形，也可以利用溅射法淀积膜厚为50nm以上的Cr2O3膜。
之后，如图12(e)所示，淀积由氮化硅膜及P掺杂氧化硅膜组成的第三钝化膜30和，例如，由有机材料组成的低介电常数的第四钝化膜31。其后，进行利用氢气退火及等离子体处理的氢化处理。
最后，在显示区域开口形成通孔(图12中未示出)，淀积透明电极膜，形成具有所要求的形状的透明电极(图12中未示出)，将布线层与透明电极连接。其后进入有机发光二极管形成工序，完成有机EL显示装置。
利用以上的制造方法，可以不受光刻工序的偏离的影响，通过自匹配控制性良好地确定存储元件的电阻值。另外，可以使用由于采用以阻挡金属膜BM覆盖硫属化物膜CH而不受Al影响的构造。另外，硫属化物膜CH，由于是具有由氮化硅膜及P掺杂氧化硅膜这样的可排除可动离子影响的膜组成的第一钝化膜21和第二钝化膜26以及第三钝化膜30上下左右包围的构造，可以形成不受可动离子的影响的具有稳定的电阻值的存储元件。其结果，在存储元件中，在非晶状态下可形成1MΩ以上的电阻。另一方面，在本实施例中，由于是采用结晶性优异的多晶Si膜PS形成存储器单元TFT，可以将存储器单元TFT的导通电阻下降到大致20kΩ上下。这样，由于存储元件的电阻和存储器单元TFT的导通电阻的差可以稳定地加大，可以实现更稳定的存储器动作。
通过采用以上的构成及动作，即使是在外围电路的动作停止使图像数据的输入输出停止时，根据保持于帧存储器中的图像数据也可以继续显示。另外，由于此存储器是非易失性存储器，不需要称为刷新的将信息定期重新写入的动作。此外，本方式，因为是利用一个存储器单元TFT和一个存储元件来保持数据，其面积与1个TFT的面积相同，可以缩小存储器单元阵列的面积。由于这些发明效果，不仅可以在各色下进行具有色调的全色高精细显示，并且可以降低功耗及实现由于缩小外围电路面积而获得的额缘小的显示装置。
在如上所述的本实施例中，可以在不损害本发明的主旨的范围内进行某些改变。例如，在图13的平面图中示出与图11的平面构造不同的平面构造。在此示例中，以同一金属膜形成的字线WL和栅电极GE，利用以Al为主要成分的布线层数据线DL和公用线CM。利用这种配置，也可以缩小存储器单元阵列的面积，可以得到同样的效果。
另外，作为形成相变可变电阻存储元件56的材料，并不限于本实施例的以Zn和Te为主要成分的材料，也可以是包含Te、Se、S中的至少一种元素的硫属化物材料。作为例子，也可以是具有Ge5Sb2Te8的组成的材料。另外，通过在由这些材料组成的硫属化物膜CH的至少一部分上以横切电极间的方式，即以横切导电通路而进行遮断的方式，形成氧化物、氮化物、硫化物、碳化物等的介电体和硫属化物材料的混合膜，也可以得到高电阻值。此混合膜区域，可设置为与任何一个电极相连接，但在不与两电极相连接的状态下，也可以得到高电阻值。在设置为与任意一个电极相连接的场合，设置成为与负极相连接在存储器动作的稳定性这一点上是最好的。在此场合，在图12(e)的硫属化物膜CH与阻挡金属膜BM相连接的部分上实现上述混合膜区域的设置。
另外，在图12中是采用玻璃基板20，但也可以将其变为石英基板及透明塑料基板等透明绝缘基板，通过将图6的显示部42变为液晶显示方式，也可以将本发明实施于液晶显示装置。或者关于TFT，在本实施例中是将n沟道型TFT应用于存储器TFT，但是也可以将其变为p沟道型TFT，而在存储元件的电阻值更大时，也可以将非晶Si-TFT应用于存储器TFT。另外，作为TFT的构造并不限于本实施例，例如栅电极GE是位于多晶Si区域PS之下的构造的存储器TFT也可得到本发明的效果是自不待言的。此外，在本实施例中是以多晶Si-TFT电路构成各电路，但这些外围电路的一部分由单晶LSI电路构成安装，也在本发明的范围内。
此外，此次是以6位表示显示信号，例如，通过增加帧存储器容量，也可以对应更多色调的显示装置。在存储器单元中，对于存储元件的结晶方向，也可以使其取多值的电阻值，使其与显示的多色调位数相对应。此时，通过使结晶脉冲的电压以更小的电压刻度变化，也可以取对应的电阻值。
(实施例5)
下面利用图14对本发明的实施例5予以说明。
实施例5是将本发明应用于便携式电话及数字静止相机的示例，图14为在本装置中使用的显示装置的构成图。此显示装置，具有对角线长度大致为2～3英寸左右、精细度大致为QVGA(320×240像素)的显示部61的各色6位的面积色调部分透射型液晶显示装置，兼备由非易失性相变存储器组成的像素存储器。在显示控制电路64中包含图像数据的输入电路、电源变换电路、电平移动电路、定时控制电路等图像显示必需的电路功能，由此处输出的数据发送到包含移位寄存器电路及缓冲电路等的信号系统电路62及扫描系统电路63进行图像显示。这些电路，由多晶Si-TFT构成，由于TFT与相变存储元件是在同一玻璃基板60上制造，可以将显示部周围的额缘宽度做得狭窄，可提供设计上优异的显示装置。另外，这些外围电路的一部分，也可以由LSI构成。
在使用由因特网及地上波数字广播发送的运动图像的观赏及电视电话等的功能时，主要在采用背照光源的透射模式下使用显示装置，由于本显示装置的数值孔径大，所以可以降低背照光源的功耗。另外，在待机状态及长时间观察同一静止图像时，主要在反射显示模式下使用显示装置。此时，即使是在外围电路的动作停止使图像数据的输出停止时，由于可以利用图像存储器的信息可以继续显示，可以在功耗大幅度下降到2mW上下或其以下的同时，观赏各色6位色调的全色图像。
(实施例6)
下面利用图15对本发明的实施例6予以说明。
实施例6是将本发明应用于便携式信息服务终端的示例，图15为在本终端中使用的显示装置的构成图。显示装置，具有对角线长度为5～10英寸左右、精细度大致为SVGA(800×600像素)～UXGA(1600～×1200像素)的各色6位色调的轻薄型有机EL显示装置，在信号系统电路72中兼备由非易失性相变存储器组成的像素存储器。除此之外，还装载无线通信电路RF、接口电路IF、微处理器MP、通用存储器MM、天线AN、外光检测电路LS、包含太阳能电池等的能量控制电路EC、个人认证用传感器电路FP等，可提供内藏高功能的显示装置。这些电路，由多晶Si-TFT和LSI构成，由于TFT、相变存储元件、天线、各传感器、太阳能电池是在同一基板上在600℃以下的低温过程中制作的，并且LSI是直接将芯片安装到玻璃基板上，可以将显示部周围的额缘宽度做得狭窄，可提供设计上优异的显示装置。另外，在本实施例中，通用存储器MM是由由LSI构成的，但也可以利用，例如，在帧存储器中使用的非易失性相变存储器构成通用存储器。这样，通过在同一基板70上制作TFT电路、相变存储元件、天线、传感器、太阳能电池等，极力减少搭载的LSI的数目，可提供轻薄型并且耐冲击性优异的显示装置。
下面对图像数据的显示方法予以简单说明。在无线通信电路RF中，包含低噪声放大电路、高输出放大电路、电感、电容等，图像数据等从外部作为无线数据输入。此图像数据，经过接口电路IF送到微处理器MP。在此处对图像数据根据需要施加处理之后，发送到包含电源变换电路、电平移动电路、定时控制电路等图像显示必需的电路功能的显示控制电路74、具有帧存储器的信号系统电路72以及扫描系统电路73，进行图像显示。
利用此终端，可观赏由因特网及发送服务点等提供的图像及利用图像信息。特别是在利用照片及新闻、各种指南、购物信息、地图信息、地域信息等静止图像及文字信息时，即使是外围电路及微处理器MP、无线通信电路RF等的动作停止，由于利用保持于帧存储器中的图像信息可继续进行显示，可在降低功耗的同时观赏各色6位色调的全色图像。另外，利用外光检测电路LS感知周围的亮度，通过将显示亮度控制为最优，可以削减用于显示的功耗。此外，通过利用个人认证用传感器电路FP确定使用者，可以利用各种预约及购物、银行等的服务。另外，通过使本终端的显示部的至少一部分具有触摸屏的功能，可显示键盘并以笔、指等触摸进行输入。此时，键盘的显示，至少要适当考虑键的排列或键盘的大小、或单手输入用及双手输入用的至少2种，可根据用户的喜好选择。另外，在本实施例中，是以有机EL显示装置为例进行说明，但在透射型液晶显示装置和反射型液晶显示装置中也可获得本发明的效果，这是自不待言的。
根据本发明，可同时兼顾图像显示装置的像素数目的增大和显示区域以外的周围区域面积的缩小和低功耗化。另外，也可显示多位的图像数据。

Claims (25)

1.一种图像显示装置，具有：由多个像素构成的显示部、和对该显示部进行控制的控制部，其特征在于：上述图像显示装置具有由TFT构成图像显示用存储器的非易失性相变存储装置。
2.如权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于：上述各像素具有保持显示数据的功能。
3.如权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于：上述显示部是由液晶构成的。
4.如权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于：上述显示部是由有机发光二极管构成的。
5.一种图像显示装置，具有：由多个像素构成的显示部、和对该显示部进行控制的控制部，其特征在于：上述图像显示装置具有由TFT构成图像显示用存储器的非易失性相变存储装置，该非易失性相变存储装置由一个以上的可变电阻存储元件和一个以上的TFT构成。
6.如权利要求5所述的图像显示装置，其特征在于：上述可变电阻存储元件是由包含Te、Se、S中的至少一种元素的硫属化物材料构成的。
7.如权利要求5所述的图像显示装置，其特征在于：上述可变电阻存储元件是利用光刻法制作的，且没有因掩模对准的偏差导致的电阻值波动。
8.如权利要求5所述的图像显示装置，其特征在于：上述可变电阻存储元件由Al以外的材料覆盖，不与Al材料直接相接。
9.如权利要求5所述的图像显示装置，其特征在于：上述可变电阻存储元件由可以抑制可动离子的影响的多个保护膜从上下进行保护。
10.如权利要求5所述的图像显示装置，其特征在于：上述各像素具有保持显示数据的功能。
11.如权利要求5所述的图像显示装置，其特征在于：上述非易失性相变存储装置包含在控制部中，是保持1帧显示数据的帧存储器。
12.如权利要求5所述的图像显示装置，其特征在于：上述显示部是由液晶构成的。
13.如权利要求5所述的图像显示装置，其特征在于：上述显示部是由有机发光二极管构成的。
14.如权利要求5所述的图像显示装置，其特征在于：上述TFT导通时的电阻在10kΩ至1000kΩ之间，上述可变电阻的高电阻状态为大于等于1000kΩ。
15.如权利要求5所述的图像显示装置，其特征在于：上述存储元件配置在构成电路的布线区域及遮蔽显示光的区域中。
16.一种图像显示装置，具有：由多个像素构成的显示部、和对该显示部进行控制的控制部，其特征在于：上述图像显示装置具有由TFT构成图像显示用存储器的非易失性相变存储装置，该非易失性相变存储装置由存储单元的组合构成，该存储单元由一个可变电阻存储元件和一个TFT构成，且一个存储单元保持1位以上的显示数据。
17.如权利要求16所述的图像显示装置，其特征在于：上述可变电阻存储元件是由包含Te、Se、S中的至少一种元素的硫属化物材料构成的。
18.如权利要求16所述的图像显示装置，其特征在于：上述可变电阻存储元件是利用光刻法制作的，且没有因掩模对准的偏差导致的电阻值波动。
19.如权利要求16所述的图像显示装置，其特征在于：上述可变电阻存储元件由Al以外的材料覆盖，不与Al材料直接相接。
20.如权利要求16所述的图像显示装置，其特征在于：上述可变电阻存储元件由可以抑制可动离子的影响的多个保护膜从上下进行保护。
21.如权利要求16所述的图像显示装置，其特征在于：上述非易失性相变存储装置包含在控制部中，是保持1帧显示数据的帧存储器。
22.如权利要求16所述的图像显示装置，其特征在于：上述显示部是由液晶构成的。
23.如权利要求16所述的图像显示装置，其特征在于：上述显示部是由有机发光二极管构成的。
24.如权利要求16所述的图像显示装置，其特征在于：上述TFT导通时的电阻在10kΩ至1000kΩ之间，上述可变电阻的高电阻状态为大于等于1000kΩ。
25.如权利要求16所述的图像显示装置，其特征在于：上述存储元件配置在构成电路的布线区域及遮蔽显示光的区域中。
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