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Die Erfindung betrifft Dünnfilmtransistoren, die anwendbar sind auf Flüssigkristallanzeigen vom
aktiven Matrixtyp, auf Bildsensoren und auf dreidimensionale integrierte Schalt- kreise.
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Herkömmlich haben Dünnfilmtransistoren eine Struktur, wie es in JAPAN DISPLAY '86, 1986,
S. 196 - 199 offenbart ist. Fig. 2 zeigt einen verallgemeinerten Umriß dieser Struktur, wobei
Fig. 2(a) eine Draufsicht von oben und Fig. 2(b) eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A'
in Fig. 2(a) ist.
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Auf einem isolierenden Substrat 201 aus Glas, Quarz oder Saphir sind ein Source-Bereich 202
und ein Drain-Bereich 203 ausgebildet, die jeweils einen polykristallinen Dünnfilm aus Silizium
aufweisen, der mit Fremdatomen vom Donator- oder Akzeptor-Typ dotiert ist. Eine
Source-Elektrode 204 und eine Drain-Elektrode 205 sind zum Kontaktieren des Source-Bereichs 202 bzw.
des Drain-Bereichs 203 angeordnet, und ein Kanalbereich 206 aus einem Dünnfilm aus
polykristallinem Silizium ist darauf angeordnet, um beide Bereiche jeweils auf ihrer oberen Seite zu
kontaktieren. Diese Elemente sind durch einen Gate- Isolierfilm 207 bedeckt. Auf dem
Isolierfilm 207 ist eine Gate-Elektrode 208 ausgebildet.
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Die beschriebene Struktur herkömmlicher Dünnfilmtransistoren hat Nachteile, die unter
Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 erklärt werden.
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Fig. 3 ist eine Draufsicht von oben, die einem Teil der Fig. 2(a) entspricht, und Fig. 4 zeigt ein
Ersatzschaltbild davon. Wie es in Fig. 3(a) und Fig. 4 gezeigt ist, ist durch die Gate-Elektrode
304 und den schraffierten Abschnitt S1 zwischen Gate G und Source S mit dem
Gate-Isolierfilm als ein Dielektrikum dazwischen ein parasitärer Kondensator 401 ausgebildet. Ähnlich dazu
ist durch die Gate-Elektrode 304 und den schraffierten Abschnitt 52 zwischen Gate G und
Drain D ein parasitärer Kondensator 402 ausgebildet.
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Wenn das Muster der Gate-Elektrode 304 in der Richtung des Pfeils 305 in bezug auf den
Source-Bereich 301 und den Drain-Bereich 302 verschoben oder versetzt wird, wie es in Fig.
3(b) gezeigt ist, wird die Kapazität des parasitären Kondensators 401 erniedrigt während die
Kapazität des parasitären Kondensators 402 erhöht wird. Gegenteilig dazu wird die Kapazität
des Kondensators 401 erhöht und jene des Kondensators 402 wird erniedrigt, wenn das
Muster der Gate-Elektrode 304 in der Richtung des Pfeils 306 versetzt wird, wie es in Fig. 3(c)
gezeigt ist. Die parasitäre Kapazität des Dünnfilmtransistors verändert sich somit abhängig von
dem Ort der Gate-Elektrode 304 in bezug zu jenem der Source-Elektrode 301 und der Drain-
Elektrode 302 in einem weiten Bereich. Haupffaktoren für einen derartigen Musterversatz sind
ein Ausrichtungsfehler der Gate-Elektrode 304 und einer Abstandsverschiebung (pitch slippage)
zwischen Photomasken. Demgemäß verändert sich die parasitäre Kapazität innerhalb desselben
Substrats oder zwischen Substraten, was es nahezu unmöglich macht, die
Schaltkreiskonstanten auf vorbestimmten Werten zu halten, und was in einer Streuung der Anzeigequalität
resultiert, wenn derartige Dünnfilmtransistoren bei einer Flüssigkristallanzeige angewendet werden,
wodurch die Bildqualität verschlechtert wird. Weiterhin wird der Musterversatz bei einer großen
Flüssigkristallanzeige größer und ist somit ein großes Hindernis gewesen,
Flüssigkristallanzeigevorrichtungen größer zu machen, und zwar aufgrund einer extremen Verschlechterung der
Anzeigequalität.
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Aus demselben Grund ist es dann, wenn diese herkömmlichen Dünnfilmtransistoren auf einen
Bildsensor oder einen dreidimensionalen integrierten Schaltkreis angewendet werden,
schwierig, die Schaltkreiskonstanten auf vorbestimmten Werten zu halten. Dies ist ein großes
Hindernis bei der praktischen Anwendung gewesen.
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Als einen Versuch zum Verringern des Einflusses derartiger Musterversätze auf die parasitäre
Kapazität offenbart das Dokument FR-A 2 599 559 einen Dünnfilmtransistor, der bei einem
Ausführungsbeispiel Source- und Drain-Elektroden und eine Gate-Elektrode in der Form
verlängerter Streifen aufweist, die sich parallel zueinander erstrecken. Die Dimensionen dieser
parallelen Streifen sind derart, daß ein Musterversatz in einer Richtung, nämlich rechtwinklig zu den
Streifen, die parasitären Kondensatoren nicht beeinflussen würde. Bei einem weiteren
Ausführungsbeispiel dieses bekannten Dünnfilmtransistors erstrecken sich Source-Elektrodenstreifen
und Drain-Elektro- denstreifen rechtwinklig und von gegenüberliegenden Seiten über eine Gate-
Elektrode. Die Source-Elektrodenstreifen und die Drain-Elektrodenstreifen kreuzen den Gate-
Elektrodenstreifen nicht vollständig, so daß ein Versatzfehler nur in einer Richtung rechtwinklig
zu den Source- und Drain-Elektrodenstreifen unkritisch wäre.
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Das Dokument EP-A-0 200 138 offenbart einen Dünnfilmtran-sistor mit einer Gate-Elektrode,
einer oder mehreren Drain-Elektroden, die mit einer Bildelektrode verbunden sind, und einer
Source-Busleitung, die an eine oder mehrere daran angeschlossene Source-Elektroden eine
Spannung anlegt, wobei die eine Drain-Elektrode zwischen der Source-Busleitung, die selbst als
eine Source-Elektrode wirkt, und der einen Source-Elektrode, die mit der Source-Busleitung
verbunden ist, oder zwischen den zueinander benachbarten Source-Elektroden ausgebildet ist,
wobei die Source-Busleitung, die Source-Elektrode und die Drain-Elektrode parallel zueinander
und rechtwinklig zu der Gate-Elektrode ausgebildet sind. Bei diesem Transistor bei dem jede
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Drain-Elektrode zwischen zwei Source-Elektroden positioniert ist, ist die effektive Kanallänge
zum Erhöhen des Verhältnisses der Kanalbreite zur Kanallänge halbiert.
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Das Dokument EP-A-0 216 673 offenbart einen Dünnfilmtransistor mit einer Drain-Elektrode in
der Form eines langgestreckten Streifens, der sich parallel zu einer Source-Busleitung erstreckt,
wobei die Anordnung dieser zwei Elektroden von einer Gate-Leitungsstruktur mit einer
Halbleiterschicht, einer Gate-Isolierschicht und einer Gate-Elektrodenschicht rechtwinklig gekreuzt
wird.
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Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben genannten Nachteile des
Standes der Technik zu beheben und einen verbesserten Dünnfilmtransistor zu schaffen,
dessen parasitäre Kapazität im wesentlichen nicht durch einen derartigen Musterversatz beeinflußt
wird.
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Diese Aufgabe wird mit einem Dünnfilmtransistor gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Ein spezifisches Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in dem abhängigen Anspruch
beansprucht.
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Die vorliegende Erfindung hat die folgenden vorteilhaften Effekte:
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As erstes kann die parasitäre Kapazität des Dünnfilmtransistors konstant und durch einen
Musterversatz unbeeinflußt gehalten werden. Als ein Ergebnis werden, wenn
Dünnfilmtransistoren gemäß der Erfindung für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung verwendet werden, ihre
einzelnen Source-Leitungen dieselbe konstante Kapazität haben. Somit kann eine
Flüssigkristallanzeige mit einheitlicher Anzeigequalität und hoher Bildqualität über ein großes Bild ohne
Veränderung der Verzögerungszeit eines Signals zwischen einzelnen Source-Leitungen realisiert
werden.
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Als zweites kann die parasitäre Kapazität zwischen der Source-Elektrode und der
Gate-Elektrode des Dünnfilmtransistors verglichen mit jener eines herkömmlichen Dünnfilmtransistors
reduziert werden. Daher kann, wenn dieser Transistor für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung
verwendet wird, die Ansteuerschaltkreislast reduziert werden, so daß billige Ansteuer-ICs mit
kleinen Chips verwendet werden können. Wenn andererseits ein Ansteuer-IC mit einer relativ
hohen Ansteuerkapazität verwendet wird, kann eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit einer
größeren Anzahl von Abtastleitungen angesteuert werden.
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Als drittes kann, da die parasitäre Kapazität zwischen der Drain-Elektrode und der
Gate-Elektrode konstant und unbeeinflußt durch einen Musterversatz gehalten wird, und verglichen mit
dem herkömmlichen Dünnfilmtransistor reduziert ist, die Haltecharakteristik der Signalspannung
in der Flüssigknstallschicht verbessert werden, und ein Bild hoher Qualität mit einem hohen
Kontrastverhältnis ohne Flimmern kann erreicht werden.
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Als viertes wird es leichter, einen Schaltkreis auf einem Substrat vom aktiven Matrixtyp und
einen Halteschaltkreis zu entwickeln, weil die Schaltkreiskonstante auf einem bestimmten Wert
gehalten wird.
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Als fünftes kann, da die Toleranz für einen Musterversatz auf einen vergleichsweise großen
Wert eingestellt werden kann, die genaue Prozeßsteuerung, die für den herkömmlichen
Dünnfilmtransistor erforderlich ist, gelockert werden, wodurch das Produktionsausbeute merklich
verbessert wird.
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Als sechstes können, da die parasitäre Kapazität ungeachtet eines Musterversatzes konstant
gehalten werden kann, Veränderungen innerhalb eines Substrats oder zwischen Substraten
eliminiert werden, wodurch die Qualität deutlich verbessert wird. Als Ergebnis können die
Dünnfilmtransistoren auf großen Substraten verwendet werden.
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Als siebtes ist die Charakteristik des Dünnfilmtransistors gemäß der Erfindung genau dieselbe
wie jene eines herkömmlichen, so daß der kleine Strom im Ausschaltzustand und der große
Strom im Einschaltzustand beibehalten werden können.
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Als achtes kann, wenn ein Halbleiter wie beispielsweise polykristallines Silizium, der bei einer
vergleichsweise hohen Temperatur von 500ºC und höher ausgebildet wird, für die
Halbleiterschicht verwendet wird, die parasitäre Kapazität unbeeinflußt durch einen auf einem
Schrumpfen des Substrats beruhenden Musterversatz konstant gehalten werden, wodurch eine
Schaltkreiskonstante auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird.
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Wie es oben beschrieben ist, hat der Dünnfilmtransistor, der gemäß der Erfindung aufgebaut
ist, verschiedene ausgezeichnete Effekte und kann auf verschiedenen Gebieten verwendet
werden, nämlich bei einem Substrat vom aktiven Matrixtyp für Anzeigen und den peripheren
Schaltkreisen davon, einem Bildsensor, einem dreidimensionalen integrierten Schaltkreis oder
ähnlichem.
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Wege zum Ausführen der Erfindung werden nachfolgend im einzelnen unter Bezugnahme auf
die Zeichnung beschrieben, die nur spezifische Ausführungsbeispiele zeigt, und wobei:
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Fig. 1(a) eine Draufsicht von oben auf einen Dünnfilmtran-sistor gemäß der Erfindung ist,
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Fig. 1(b) eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B' der Fig. 1(a) ist,
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Fig. 2(a) eine Draufsicht von oben auf einen herkömmlichen Dünnfilmtransistor ist,
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Fig. 2(b) eine Querschnittsansicht entlang cier Linie A-A' in Fig. 2 (a) ist,
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Fig. 3(a) bis 3(b) Draufsichten von oben sind, die zum Erklären von Problemen bei dem
herkömmlichen Dünnfilmtransistor benutzt werden,
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Fig. 4 ein Ersatzschaltbild des herkömmlichen Dünnfilmtransistors ist,
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Fig. 5(a) bis (e) und Fig. 8 Draufsichten von oben auf einen Dünnfilmtransistor gemäß der
Erfindung sind,
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Fig. 6 ein Ersatzschaltbild davon ist,
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Fig. 7 eine Kurve ist, die das Schrumpfen eines Substrats zeigt,
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Fig. 9(a) und 9(b) Draufsichten von oben auf einen Dünnfilmtransistor gemäß der Erfindung
bzw. einen herkömmlichen Dünnfilmtransistor sind,
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Fig. 10 ein Ersatzschaltbild einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung unter Verwendung von
Dünnfilmtransistoren ist,
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Fig. 11(a) bis (c) Ansteuerwellenformen der Flüssigkristallanzeigevorrichtung der Fig. 10 sind,
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Fig. 12 eine Kurve ist, die elektrische Eigenschaften des Dünnfilmtransistors gemäß der
Erfindung zeigt,
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Fig. 13(a) eine Draufsicht von oben auf einen Dünnfilmtran-sistor gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist,
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Fig. 13(b) eine Querschnittsansicht entlang der Linie C-C' der Fig. 13 (a) ist, und
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Fig. 14(a) bis (c) Draufsichten von oben auf einen Dünnfilmtransistor gemäß der Erfindung sind.
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Der in den Fig. 1(a) und (b) gezeigte Dünnfilmtransistor weist zwei Source-Elektroden 103 auf,
die parallel zueinander auf einem isolierenden Substrat 101 aus Glas, Quarz Saphir oder
ähnlichem angeordnet sind. Die zwei Source-Elektroden 103 sind aus Dünnfilmen aus Silizium wie
beispielsweise polykristallinem Silizium oder amorphem Silizium, das mit Fremdatomen vom
Donator- oder Akzeptor-Typ dotiert sind, hergestellt. Eine Drain-Elektrode 102 ist zwischen den
zwei Source-Elektroden 103 parallel dazu angeordnet. Eine gewünschte Breite der
Source-Elektroden 103 und der Drain-Elektrode 102 ist 20um oder weniger und ihre Dicke ist vorzugsweise
zwischen 50 und 500 nm. Eine Halbleiterschicht 104 ist auf und zwischen den
Source-Elektroden 103 und der Drain-Elektrode 102 ausgebildet und kontaktiert diese jeweils auf deren oberer
Seite. Die Dicke der Halbleiterschicht 104 beträgt vorzugsweise 200nm oder weniger. Eine
Source-Leitung 108 aus Metall oder einem transparenten leitenden Film kontaktiert die zwei
Source-Elektroden 103, und eine Dran-Leitung 107 kontaktiert ähnlich dazu die Drain-Elektrode
102. Diese Elemente sind vollständig mit einem Gate-Isolierfilm 105 wie beispielsweise einem
SiO&sub2;- oder einem SiON-(Siliziumoxynitrid)-Film bedeckt. Die Halbleiterschicht 104 ist mit einer
Gate-Elektrode 106 aus Metall oder einem transparenten leitenden Film bedeckt wobei der
Gate-Isolierfilm 105 dazwischen angeordnet ist. Der Gate-Isolierfilm 105 dient auch als
Zwischenschichtisolierung.
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Ein derart aufgebauter Dünnfilmtransistor entspricht einer Parallelschaltung aus zwei
Dünnfilmtransistoren. Die Kanallänge des Dünnfilmtransistors ist L (Fig. 1 (a)) und der Raum zwischen
den zwei Source-Elektroden 103 entspricht zweimal der Kanallänge L plus der Leitungsbreite
der Drain-Elektrode 102. Die Kanalbreite W (Fig. 1(a)) entspricht dem Zweifachen der Breite der
Halbleiterschicht 104.
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Fig. 5 sind Draufsichten von oben auf diesen Dünnfilmtransistor und Fig. 6 ist sein
Ersatzschaltbild.
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Wie es in Fig. 5(a) und in Fig. 6 gezeigt ist, sind durch die Gate-Elektrode 506 und die
schraffierten Abschnitte S3 und S5 mit dem Gate-Isolierfilm als Dielektrikum parasitäre
Kondensatoren 601 und 602 zwischen Gate G und Source S in Fig. 6 ausgebildet. Ähnlich dazu ist durch
die Gate-Elektrode 506 und den schraffierten Abschnitt 54 ein parasitärer Kondensator 603
zwischen Gate G und Drain D ausgebildet. Wie es in Fig. 5(b) gezeigt ist werden die Flächen
S3, S4 und S5 konstant gehalten, wenn das Muster der Gate-Elektrode 506 in bezug auf die
Source- und die Drain-Elektrode in der Richtung des Pfeils 511 verschoben wird. Dies bedeutet,
daß die Kapazität der Kondensatoren 601, 602 und 603 konstant und durch den Musterversatz
unbeeinflußt bleibt. Wenn das Muster der Gate-Elektrode 506 in der Richtung des Pfeils 512
verschoben wird, wie es in Fig. 5(c) gezeigt ist, werden die parasitären Kapazitäten auf
dieselbe Weise konstant gehalten. Wenn das Muster der Gate-Elektrode 506 in der Richtung des
Pfeils 513 gemäß der Fig. 5(d) verschoben wird, ändert sich die Fläche des Abschnitts S4
verglichen mit der Situation der Fig. 5(a) zwar nicht, aber die Flächen der Abschnitte S3 und
S5 werden verändert. Aber selbst wenn die Kapazität des parasitären Kondensators 601
aufgrund dieser Veränderung erhöht wird und jene des parasitären Kondensators 602 erniedrigt
wird, hat die gesamte parasitäre Kapazität auf der Source-Seite denselben Wert wie in dem
Fall, in dem keine Musterverschiebung stattfindet (S6 + S7 = S3 + S5), und zwar aufgrund
der Parallelschaltung der parasitären Kondensatoren 601 und 602, die in dem Ersatzschaltbild
der Fig. 6 gezeigt ist. Eine Musterverschiebung in der Richtung des Pfeils 514 gemäß der Fig.
5(e) hat dasselbe Ergebnis, nämlich S8 S9 = S3 + S5. Wie es oben beschrieben ist, bleibt
die parasitäre Kapazität des Dünnfilmtransistors gemäß der Erfindung konstant, auch wenn ein
Musterversatz in irgendeiner Richtung verursacht wird. Somit kann eine Veränderung der
parasitären Kapazitäten auf demselben Substrat oder zwischen verschiedenen Substraten eliminiert
werden.
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Ein Glassubstrat wird weit verbreitet als isolierendes Substrat für Dünnfilmtransistoren
verwendet. Im allgemeinen wird, wenn ein Glassubstrat wärmebehandelt und danach auf
Zimmertemperatur gekühlt wird, die äußere Dimension kleiner verglichen mit der vor der
Wärmebehandlung (dies wird nachfolgend als Schrumpfen des Substrats bezeichnet). Fig. 7 ist eine Kurve,
die das Schrumpfen des Substrats #7059 (hergestellt von Corning Glass Works) als Beispiel
zeigt. Die Abszisse zeigt die Temperatur einer Wärmebehandlung an, und die Ordinate den
Betrag des Schrumpfens pro 10cm des Substrats. Wie es in Fig. 7 gezeigt ist, wird ein
wesentliches Schrumpfen des Substrats durch eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von
500ºC oder höher verursacht. Wenn ein Halbleiter, wie beispielsweise polykristallines Silizium,
der bei einer vergleichsweise hohen Temperatur von 500ºC oder höher ausgebildet wird, als
die Halbleiterschicht 504 verwendet wird, wird ein Schrumpfen des Substrats nach der
Ausbildung des Halbleiters verursacht, und daher wird der Musterversatz der Halbleiterschicht 504
und der Gate-Elektrode 506 in bezug auf die Source-Elektroden 503 und die Drain-Elektrode
502 größer.
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Dies wird genauer unter Bezugnahme auf die Fig. 8 beschrieben.
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Source-Elektroden 801 und eine Drain-Elektrode 802 sind ausgebildet und haben ein Muster
wie es in Fig. 8 gezeigt ist, und zwar vor einem Ausbilden einer Halbleiterschicht 803. Ein
Schrumpfen des Substrats wird verursacht, während die Halbleiterschicht 803 ausgebildet
wird. Demgemäß sollte der Musterversatz der Halbleiterschicht 803, der Gate-Elektrode 804,
der Source-Leitung 805 und der Drain-Leitung 806 unter besonderer Beachtung des
Schrumpfens des Substrats betrachtet werden. Ein Musterversatz aufgrund eines Ausrichtungsfehlers
und einer Abstandsverschiebung einer Photomaske wird d1 genannt werden, und jener
aufgrund eines Schrumpfens des Substrats d2. Der zulässige Wert des Musterversatzes 808 der
Halbleiterschicht 803 in bezug auf die Source-Elektroden 801 und die Drain-Elektrode 802 ist
2d1 + d2 oder größer. Weiterhin sind zulässige Werte von Musterversätzen 807, 809, 810
und 811 von jeweils der Gate-Elektrode 804, der Source-Leitung 805, der Drain-Leitung 806
und der Halbleiterschicht 803 in bezug auf die Source-Elektroden 801 und die Drain-Elektrode
802 d1 + d2 oder größer. Wenn ein Musterversatz in irgendeiner Richtung innerhalb dieser
zulässigen Werte liegt, wird die parasitäre Kapazität verglichen mit dem Fall, bei dem kein
Musterversatz auftritt, nicht verändert. Dies ist insbesondere dann wirksam, wenn ein
Halbleiter, der bei einer Temperatur von 500ºC oder höher auszubilden ist, wie beispielsweise
polykristallines Silizium oder ähnliches, für die Halbleiterschicht 803 verwendet wird.
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Der Unterschied zwischen der parasitären Kapazität des Dünnfilmtransistors, der gemäß der
Erfindung aufgebaut ist, und jener eines herkömmlichen Transistors wird nun unter
Bezugnahme auf Fig. 9 beschrieben. Fig. 9(a) ist eine Draufsicht von oben auf einen
Dünnfilmtransistor, der gemäß der Erfindung aufgebaut ist. Die parasitäre Kapazität zwischen der
Gate-Elektrode 904 und der Source-Elektrode 901 hängt von den Flächen der schraffierten Abschnitte
510 und 512 ab. Die Gesamtfläche (510 + 512) ist sogar dann konstant, wenn ein
Musterversatz in irgendeiner Richtung auftritt, und diese Gesamtfläche ist durch Gleichung (1) wie
folgt gegeben:
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S10 + S12 = {Y2 (2d1 + W/2) + W/2 x L/2 + W/2 (d1 + d2)}(um²) (1)
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Y2 ... Breite der Source-Elektrode 901 (um)
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L ... Kanallänge des Dünnfilmtransistors (um)
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W ... Kanalbreite des Dünnfilmtransistors (um)
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Andererseits hängt die parasitäre Kapazität zwischen der Gate-Elektrode 904 und der Drain-
Elektrode 902 von der Fläche des schraffierten Abschnitts S11 ab, und diese Fläche ist durch
Gleichung (2) wie folgt gegeben:
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S11 = Y1 (2d1 + W/2) + 2 x W/2 x L/2 (um²) (2)
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Y1 ... Breite der Drain-Elektrode 902 (um)
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Fig. 9(b) ist eine Draufsicht von oben auf den herkömmlichen Dünnfilmtransistor. Die parasitäre
Kapazität zwischen der Gate-Elektrode 908 und der Source-Elektrode 905 hängt von der Fläche
des schraffierten Abschnitts 513 ab. Ähnlich dazu hängt die parasitäre Kapazität zwischen der
Drain-Elektrode 906 und der Gate-Elektrode 908 von der Fläche des schraffierten Abschnitts
S14 ab. Wenn kein Musterversatz auftritt, gleicht die Fläche von 513 jener von 514 und ist
durch Gleichung (3) wie folgt gegeben:
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S13 = S14 = {2 (d1 + d2) W} (d1 + d2) LW/2 (um²) (3)
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Wenn die Gate-Isolierfilme beider Transistorarten aus demselben Material hergestellt sind und
dieselbe Dicke haben, kann von den parasitären Kapazitäten angenommen werden, daß sie
durch die Flächen 510 bis 514 bestimmt werden.
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Im allgemeinen ist der Musterversatz d1 aufgrund eines Ausrichtungsfehlers oder einer
Abstandsverschiebung einer Fhotomaske ungefähr 3um. Das Schrumpfen des Substrats d2
beträgt ungefähr 6um pro 10cm der Substratlänge bei etwa 600ºC, wie es in Fig. 7 gezeigt ist,
was eine Standardtemperatur zum Ausbilden von polykristallinem Silizium ist.
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Demgemäß ergibt sich folgendes, wenn in die Gleichungen (1), (2) und (3) 3um für d1 und
0,6X um (X ist die Länge des Substrats in der Längsrichtung in cm) für d2 eingesetzt wird:
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S10 + S12 = 2{Y2 (6 + W/2) + LW/4 + W/2 (3 + 0,6x)} (um²) (4)
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S11 = Y1 (6 + W/2) + LW/2 (um) (5)
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S13 = S14 = 2{(3 x 0,6X) + W} (3 + 0,6X) LW/2 (6)
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Zum effektiven Reduzieren der parasitären Kapazität zwischen der Source-Elektrode und der
Gate-Elektrode des Dünnfilmtransistors gemäß der Erfindung im Vergleich zu jener des
herkömmlichen Dünnfilmtransistors sollte der Ausdruck
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S10 + S12 < S13 (7)
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erfüllt werden.
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Ein Kombinieren der Gleichungen (4) und (6) mit dem Ausdruck (7) ergibt
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Y < 2(3 + 0,6X)²/(12 + W) (um) (8)
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Somit ist es möglich, die parasitäre Kapazität zwischen der Source-Elektrode und der
Gate-Elektrode im Vergleich zu jener des herkömmlichen Dünnfilmtransistors zu reduzieren, wenn die
Breite Y2 der Source-Elektrode den Ausdruck (8) erfüllt.
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Fig. 10 stellt einen Ersatzschaltung einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung unter Verwendung
von Dünnfilmtransistoren dar. Für eine einzelne Source-Leitung 1003 gibt es soviele parasitäre
Kondensatoren 1006 wie es Gate-Leitungen 1004 gibt. Da jedoch die Kapazität des parasitären
Kondensators 1006 gemäß der Erfindung klein ist, kann die Ansteuerleistung für einen
Halteschaltkreis 1001 reduziert werden, was einen kleinen und billigen LSI möglich macht.
Andererseits kann mit derselben Ansteuerleistung des Halteschaltkreises wie bei dem Stand der
Technik eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit einer größeren Anzahl von Gate-Leitungen
angesteuert werden.
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Zum Reduzieren der parasitären Kapazität zwischen der Drain-Elektrode und der Gate-Elektrode
im Vergleich mit einem herkömmlichen Dünnfilmtransistor sollte der Ausdruck
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S11 < S14 (9)
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erfüllt werden. Der folgende Ausdruck wird durch Einsetzen der Gleichungen (5) und (6) für
S11 und S14 in den Ausdruck (9) erhalten:
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Y1 < (6 + 1,2 + W) (3 + 0,6X)/(6 + W/2) (um) (10)
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Es ist somit möglich, die parasitäre Kapazität zwischen der Drain-Elektrode und der
Gate-Elektrode im Vergleich zu dem herkömmlichen Dünnfilmtransistor zu reduzieren, wenn die Breite Y1
der Drain-Elektrode den Ausdruck (10) erfüllt.
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Fig. 11 stellt allgemeine Ansteuerwellenformen für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung unter
Verwendung von Dünnfilmtransistoren dar. Fig. 11(a) zeigt ein Gate-Signal, das zum
Leitendmachen der Dünnfilmtransistoren einer Gate-Leitung an diese angelegt wird, wobei die
Transistoren verschiedener Leitungen auf einer Zeitmultiplexbasis leitend gemacht werden. Das
Datensignal, das in Fig. 11 (b) dargestellt ist, wird synchron mit dem Gate-Signal an die Source-
Leitung angelegt und wird durch die Dünnfilmtransistoren zu der Flüssigkristallschicht
übertragen. Wenn die Dünnfilmtransistoren der nächsten Leitung durch das jeweilige Gate-Signal
leitend gemacht werden, müssen die Dünnfilmtransistoren der gegenwärtigen Leitung nichtleitend
gemacht werden, um die Flüssigkristallschicht von der Source-Leitung zu isolieren. Das in der
Flüssigkristallschicht gespeicherte Datensignal muß bis zum nächsten Abtasten der
gegenwärtigen Leitung gehalten werden. Fig. 11 (c) stellt die Spannungsänderung an der
Flüssigkristallschicht eines Pixels dar, der mit einem Dünnfilmtransistor verbunden ist. Die in Fig. 11(c)
gezeigte Spannungsänderung DV wird verursacht, wenn der Dünnfilmtransistor von seinem
EIN-Zustand zu seinem AUS-Zustand geändert wird. DV wird durch das Verhältnis der
parasitären Kapazität Cp zwischen der Drain-Elektrode und der Gate-Elektrode des Dünnfilmtransistors
zu der Kapazität Clc der Flüssigkristallschicht bestimmt und wird wie folgt ausgedrückt:
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DV Cp / Cp + Clc
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Das heißt wenn die parasitäre Kapazität Cp kleiner als jene des herkömmlichen
Dünnfilmtransistors ist, wird DV reduziert. Ein reduziertes DV verbessert die Haltecharakteristik und erlaubt,
daß ein hohes Kontrastverhältnis ohne Flimmern erreicht wird, das zum Erreichen eines Bildes
hoher Qualität notwendig ist. Weiterhin kann, da eine Veränderung oder Streuung der
parasitären Kapazität aufgrund eines Musterversatzes sogar bei einer großen
Flüssigkristallanzeigevorrichtung im wesentlichen vermieden wird, eine große Flüssigkristallanzeige mit
hoher Bildqualität realisiert werden.
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Wenn der Dünnfilmtransistor gemäß der Erfindung für einen Bildsensor oder einen
dreidimensionalen integrierten Schaltkreis verwendet wird, kann die Schaltkreiskonstante einem
gewünschten Wert angenähert werden, um eine hohe Leistungsfähigkeit zu erreichen.
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Fig. 12 ist eine Kurve, die die elektrischen Charakteristiken eines Dünnfilmtransistors zeigt, der
gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Die Abszisse zeigt die Gate-Spannung VGS
und Ordinate zeigt den Logarithmus des Drain-Stroms Id. Die Drain-Spannung Vd, die
Kanallänge und die Kanalbreite sind 4V, 20um bzw. 10um. Polykristallines Silizium mit einer Dicke
von 20nm wird für die Halbleiterschicht verwendet, wie es in Fig. 12 klar gezeigt ist, der
Dünnfilmtransistor hat einen kleinen AUS-Strom und einen großen EIN-Strom, und somit hat der
Dünnfilmtransistor gemäß der Erfindung im wesentlichen dieselben Charakteristiken wie der
herkömmliche.
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Fig. 13 stellt ein alternatives Ausführungsbeispiel des Dünnfilmtransistors der vorliegenden
Erfindung dar. Fig. 13(a) ist eine Draufsicht von oben auf den Dünnfilmtransistor gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel, und Fig. 13(b) ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie C-C'
in Fig. 13(a). Auf einem isolierenden Substrat 1301 sind eine Source-Elektrode 1303 und eine
Drain-Elektrode 1302 aus einem Dünnfilm aus Silizium wie beispielsweise polykristallinem
Silizium oder amorphem Silizium, das mit Fremdatomen vom Donator- oder Akzeptor-Typ dotiert
ist, parallel zueinander angeordnet. Der Abstand zwischen beiden Elektroden ist die Kanallänge
L des Transistors, und die Dicke des Dünnfilms sollte vorzugsweise zwischen 50 und 500nm
sein. Eine Halbleiterschicht 1304 eines Dünnfilms aus Silizium wie beispielsweise
polykristallinem Silizium oder amorphem Silizium ist zum Kontaktieren beider Elektroden 1303 und 1302
jeweils auf ihrer oberen Seite ausgebildet. Die Dicke der Halbleiterschicht 1304 ist
vorzugsweise 200nm oder weniger. Eine Source-Leitung 1308 aus Metall oder einem transparenten
leitenden Film oder ähnlichem kontaktiert die Source-Elektrode 1303, und eine Drain-Leitung
1307 kontaktiert die Drain-Elektrode 1302. Diese Elemente sind vollständig mit einem Gate-
Isolierfilm 1305 aus SiO&sub2;, SiN&sub2;, SiON oder ähnlichem bedeckt. Weiterhin ist die
Halbleiterschicht 1304 durch eine Gate-Elektrode 1306 aus Metall oder einem transparenten leitenden
Film oder ähnlichem vollständig bedeckt wobei der Gate-Isolierfilm 1305 dazwischen
angeordnet ist. Der Gate-Isolierfilm 1305 dient auch ein Zwischenschicht-Isolierfilm zur Isolierung
zwischen Verdrahtungen.
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Bei einem Dünnfilmtransistor, der aufgebaut ist, wie es oben erklärt ist, bleiben, wenn ein
Musterversatz der Gate-Elektrode 1404 in der Richtung des Pfeils 1405 verursacht wird, wie es
in Fig. 14(b) gezeigt ist, die Flächen der Überlappung zwischen der Gate-Elektrode 1404
einerseits und der Source-Elektrode 1401 und der Drain-Elektrode 1402 andererseits ohne Änderung
konstant. Weiterhin ist das Ergebnis dasselbe, wenn das Muster der Gate-Elektrode 1404 in der
Richtung des Pfeils 1406 verschoben wird, wie es in Fig. 14(c) gezeigt ist. Folglich wird die
parasitäre Kapazität des Dünnfilmtransistors im wesentlichen nicht durch einen derartigen
Musterversatz beeinflußt.
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Das Ausführungsbeispiel betrifft einen Dünnfilmtransistor mit einem Aufbau, wie es in Fig. 2(b)
gezeigt ist. Es ist offensichtlich, daß ein Dünnfilmtransistor mit einem umgekehrt gestaffelten
Aufbau (wo die Gate-Elektrode unter und Drain und Source über der Halbleiterschicht
angeordnet sind) denselben Effekt zeigt. Weiterhin zeigt ein Dünnfilmtransistor mit drei oder mehr
Source-Elektroden genau denselben Effekt.