JP2002134753A - 薄膜トランジスタ及びそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】画素スイッチトランジスタとしてＬＤＤ構造Ｔ
ＦＴを用いるライトバルブ用アクティブマトリックス型
液晶表示装置では、装置に強力な光を入射させる際、Ｔ
ＦＴの半導体活性層への入射光、レンズ等の光学系から
の反射光によってＴＦＴ部のチャネル領域及びＬＤＤ領
域において光励起により発生する光リーク電流が問題と
なり、プロジェクタの小型化、高輝度化が進むとともに
ライトバルブへの入射輝度が大きく増加しており加速度
的に問題となってきている。 【解決手段】ＬＤＤ構造ＴＦＴのＬＤＤ領域５に、ＬＤ
Ｄ領域５と同じ導電型で不純物濃度の高い高濃度不純物
領域７を形成することにより、光の侵入によりチャネル
領域６又はＬＤＤ領域５で生成したキャリアを高濃度不
純物領域７で再結合させ、キャリアがドレインあるいは
ソースに達しないようにすることにより実質上光リーク
電流の低減が実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＤＤ構造ＴＦＴ
及びそれを用いた液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、壁掛けＴＶや投射型ＴＶあるいは
ＯＡ機器用ディスプレイとして液晶パネルを用いた各種
液晶表示装置の開発が行われている。液晶パネルの中で
もアクティブ素子である薄膜トランジスタを液晶表示装
置に組み込んだアクティブマトリックス型液晶ディスプ
レイは、走査線数が増加してもコントラストや応答速度
が低下しない等の利点から、高品位のＯＡ機器用表示装
置やハイビジョン用表示装置を実現する上で有力であ
り、液晶プロジェクション等の投射型液晶ディスプレイ
においては大画面表示が容易に得られる利点を有してい
る。

【０００３】通常液晶プロジェクション用途に使用され
るライトバルブ用アクティブマトリックス型液晶表示装
置は、小さな素子に強力な光を入射し、ＴＦＴにより液
晶をスイッチングすることにより画素毎のＯＮ／ＯＦＦ
を行って、透過する光を画像情報に応じて制御し、透過
した光をレンズなどの光学素子を介してスクリーンに拡
大投影している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、液晶表
示装置に強力な光を入射させる際、ＴＦＴの半導体活性
層への入射光による影響はもちろんのこと、レンズ等の
光学系からの反射光によってもＴＦＴ部のチャネル領域
及びＬＤＤ領域において光励起により発生する光リーク
電流が問題となっている。この問題はプロジェクタの小
型化、高輝度化が進むとともにライトバルブへの入射輝
度が大きく増加しており加速度的に問題となってきてい
る。従来、このようなライトバルブ用アクティブマトリ
ックス型液晶表示装置では、画素スイッチトランジスタ
としてＬＤＤ構造ＴＦＴをもちいている。

【０００５】光リーク電流の原因は、チャネル領域及び
ＬＤＤ領域に光が入射したときに生成するキャリアが、
ドレインもしくはソースに到達してリーク電流となる。
このため単純にＬＤＤ領域の面積を縮小しても光リーク
電流は低減できるが、この場合、ＬＤＤ領域による電界
緩和能力が低下し、電界エミッションによるリーク電流
が増大する、或いは、ドレイン耐圧が低下するといった
問題が発生する。このため、ＬＤＤ領域を縮小するには
限界がある。

【０００６】本発明の目的は、光が入射しても光リーク
電流を最小限に抑えることのできる薄膜トランジスタ及
びそれを用いた液晶表示装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】次に、本発明の薄膜トラ
ンジスタは、透明基板と、前記透明基板の上方に設けら
れた半導体領域と、前記半導体領域にチャネル長方向に
互いに対向する形に設けられたソース層及びドレイン層
と、前記ソース層及び前記ドレイン層の内側に互いに対
向する形に設けられ前記ソース層及び前記ドレイン層よ
りも不純物濃度が低く、同じ導電型の低濃度不純物領域
と、前記半導体領域を覆うゲート絶縁膜と、前記ゲート
絶縁膜の上に設けられ前記低濃度不純物領域に挟まれた
前記半導体領域のチャネル領域を覆うゲート電極とを有
する薄膜トランジスタであって、前記低濃度不純物領域
に、前記低濃度不純物領域よりも不純物濃度が高く、同
じ導電型の高濃度不純物領域が含まれ、前記高濃度不純
物領域は、前記低濃度不純物領域にあって、前記低濃度
不純物領域をチャネル長方向に複数の低濃度不純物領域
に分断する形状に設けられる、或いは、前記低濃度不純
物領域の中にドット状に複数設けられ、前記ゲート電極
は、前記低濃度不純物領域と一部重なって設けられる、
というものである。

【０００８】次に、本発明の液晶表示装置は、透明基板
と、前記透明基板の表面に設けられた下部遮光膜と、前
記下部遮光膜の上に下地絶縁膜を介して設けられた半導
体領域と、前記半導体領域にチャネル長方向に互いに対
向する形に設けられたソース層及びドレイン層と、前記
ソース層及び前記ドレイン層の内側に互いに対向する形
に設けられ前記ソース層及び前記ドレイン層よりも不純
物濃度が低く、同じ導電型の低濃度不純物領域と、前記
半導体領域を覆うゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の
上に設けられ前記低濃度不純物領域に挟まれた半導体領
域を覆うゲート電極とを有する薄膜トランジスタを含
み、前記半導体領域の上方にあって前記ソース層と接続
するデータ線と、前記半導体領域の上方にあって前記低
濃度不純物領域に挟まれた前記半導体領域のチャネル領
域を少なくとも覆う上部遮光膜と、前記半導体領域の上
方にあって前記ドレイン層と接続する画素電極とを有す
る液晶表示装置であって、前記薄膜トランジスタにおい
て、前記低濃度不純物領域は、前記低濃度不純物領域よ
りも不純物濃度が高く、同じ導電型の高濃度不純物領域
を含むことを特徴とし、前記データ線は、前記低濃度不
純物領域及び前記チャネル領域を少なくともチャネル長
方向及びチャネル幅方向に覆う、というものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明は、ＬＤＤ構造ＴＦＴを上
述した構造とすることにより、チャネル及びＬＤＤ領域
で光により発生したキャリアをソースあるいはドレイン
に到達するまえにＬＤＤ領域中に設けた高濃度不純物領
域で捕獲し、実質上光リークを低減できる特徴を有す
る。

【００１０】次に、本発明の第１の実施形態について図
１を参照して説明する。本実施形態は、ＬＤＤ構造ＴＦ
Ｔの構造に関するものであり、図１（ａ）は、ＬＤＤ構
造ＴＦＴの平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の
切断線Ａ−Ａ’における断面図である。下から順に構成
要素を説明していく。

【００１１】まず、ガラス基板１の上にガラス基板１を
カバーする下地絶縁膜２を形成する。これはガラス基板
１からの不純物の拡散を防ぐためである。この上に薄膜
トランジスタのチャネル領域となる薄膜半導体層３を形
成する。薄膜半導体層３は、下地絶縁膜２の上にＣＶＤ
等の方法でアモルファスシリコン膜（以下、ａ−Ｓｉ膜
と記載する）を成膜したのちに、熱処理あるいはレーザ
結晶化等の方法を用いてａ−Ｓｉ膜を成膜良質の多結晶
シリコン膜とし、この後、多結晶シリコン膜をパターニ
ングして薄膜トランジスタの島状領域とすることにより
形成される。

【００１２】続いて、薄膜半導体層３にソース・ドレイ
ン領域４及びＬＤＤ領域５を形成してチャネル領域６を
画定するが、図１に示すように、ＬＤＤ領域５内にソー
ス・ドレイン領域４と同じ高濃度不純物領域７を形成す
る。ここでは最もシンプルな方法により、ＬＤＤ領域５
を２分するように高濃度不純物領域７を設けた。この
後、ゲート絶縁膜８、ゲート電極９、第１層間絶縁膜１
０を順次形成し、ゲート絶縁膜８及び第１層間絶縁膜１
０を貫通するコンタクトホール１１を形成した後、アル
ミニウムからなるデータ線１２及びドレイン電極１３を
形成する。

【００１３】以上のようにして形成された薄膜トランジ
スタのＬＤＤ領域５及びチャネル領域６に光を照射する
と、ＬＤＤ領域５及びチャネル領域６に光によるキャリ
アが生成され、これがリーク電流となり薄膜トランジス
タのスイッチ特性を悪化させる。この現象は、特に、薄
膜トランジスタが画素のスイッチトランジスタとして用
いられる場合に問題となる。

【００１４】そこで、画素のスイッチトランジスタを構
成する薄膜トランジスタの、特に、ＬＤＤ領域、チャネ
ル領域への照射光を極力低減する必要がある。強力な照
射光下で使用される液晶ライトバルブ用ＴＦＴ基板等で
はＴＦＴの上下を遮光し、直接光の照射は遮光される方
法が採られているが、遮光パターン側面からの多重反射
により侵入する光でＴＦＴに生じるリーク電流が問題と
なり、遮光対策だけでなく、光が侵入してきたときの薄
膜トランジスタのリーク電流の低減自体が重要となる。

【００１５】ここでは、薄膜トランジスタのＬＤＤ領域
内に光で生成したキャリアを捕獲する構造を形成する。
この構造は、ソース・ドレイン領域を形成するために用
いる不純物ドーピングをリソグラフィ技術を用いてＬＤ
Ｄ領域内にも形成することにより得られる。

【００１６】光により生成するキャリアは、チャネル領
域およびＬＤＤ領域で発生し、電界によりドレイン領域
に流れ込んでリーク電流となるが、チャネル領域及びＬ
ＤＤ領域中に形成された高濃度不純物領域より、チャネ
ル領域で生成したキャリアは、ＬＤＤ領域中の高濃度不
純物領域により捕獲され、結合するため、トランジスタ
のリーク電流としては寄与しない。従って、高濃度不純
物領域よりソース、或いは、ドレイン側に位置するＬＤ
Ｄ領域中に発生したキャリアのみがリーク電流となる。
また、通常の動作においてはＬＤＤ領域中の高濃度不純
物領域はフローティングとなるためオン特性に影響は与
えない。

【００１７】次に、本発明の第２の実施形態について図
２を参照して説明する。図２（ａ）は、ＬＤＤ構造ＴＦ
Ｔの平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の切断線
Ａ−Ａ’における断面図である。

【００１８】この実施形態においては、ＬＤＤ領域５中
の高濃度不純物領域２７は複数のドット状に形成され
る。高濃度不純物領域２７は、ＬＤＤ領域５の厚さ方向
全体に渡って形成されていても良いが、図２（ｂ）に示
すように、ＬＤＤ領域５の厚さ方向の一部に形成されて
いても、光がＴＦＴに侵入した際の光リーク電流を低減
させることができる。

【００１９】次に、本発明の第３の実施形態について図
３を参照して説明する。図３（ａ）は、ＬＤＤ構造ＴＦ
Ｔの平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の切断線
Ａ−Ａ’における断面図である。

【００２０】この実施形態においては、第１の実施形態
の高濃度不純物領域７が形成されたＬＤＤ領域５に、ゲ
ート電極２９がオーバーラップして形成される。この構
造により、ゲート電極２９による遮光効果が大きくな
り、高濃度不純物領域７の光リーク電流低減効果と併せ
て、光リーク電流をさらに低減することができる。ま
た、第２の実施形態の構造に本実施形態のゲート電極構
造を適用できることは言うまでもない。

【００２１】次に、本発明の第４の実施形態について図
４を参照して説明する。図３（ａ）は、第１の実施形態
のＬＤＤ構造ＴＦＴをスイッチトランジスタとして用い
た液晶表示装置の１画素分の平面図であり、図４（ｂ）
は、図４（ａ）の切断線Ｂ−Ｂ’における断面図であ
る。

【００２２】まず、図４（ａ）に示すように、ガラス基
板１の上に遮光膜２２が形成され、遮光膜２２は、ゲー
ト電極９（ゲート配線を含む）の下方に下地絶縁膜３及
びゲート絶縁膜８を挟んで敷かれる形となる。薄膜半導
体層３は、遮光膜２２とゲート電極９との間にあって、
その一部がゲート電極９と交差している。薄膜半導体層
３の上は下から順にゲート絶縁膜８及び第１層間絶縁膜
１０が覆い、ゲート絶縁膜８及び第１層間絶縁膜１０を
貫通してソース・ドレイン領域４に達するコンタクトホ
ール１１が設けられる。コンタクトホール１１にはアル
ミニウムからなるデータ線１２及びドレイン電極１３が
形成され、データ線１２及びドレイン電極１３を第２層
間絶縁膜２０が覆う。この第２層間絶縁膜２０の上に、
所定の電位にバイアスされ、図において、太い破線で示
されるブラックマトリクス１４を形成してＴＦＴの上方
からの光を遮光する。図に示す１画素には、他に、画素
電極、補助容量等が形成されるが、この図においては省
略している。

【００２３】本実施形態では、薄膜トランジスタの上下
に遮光層を有する液晶表示装置において、薄膜トランジ
スタが、ＬＤＤ領域中、即ち、ソース・ドレイン領域及
びチャネル領域を分断するＬＤＤ領域中に高濃度不純物
領域を有することを特徴とする。光リーク電流の原因は
チャネル領域及びＬＤＤ領域に光が入射したときに生成
するキャリアがドレインもしくはソースに到達してリー
ク電流となる。このため、ＬＤＤ領域の中間に高濃度不
純物領域を設け、光の侵入により生成したキャリアがこ
の部分で再結合し、ドレインあるいはソースに達しない
ようにすることにより実質上光リーク電流の低減が実現
できる。この実施形態においては、ＬＤＤ長の総和が等
しい従来の薄膜トランジスタと比較して、約１／２に光
リーク電流を低減することができた。

【００２４】また、本実施形態においては、ゲート電極
９とブラックマトリクス１４との間にさらに遮光性のデ
ータ線１２を挟むことにより、ＴＦＴの活性領域への上
方からの光の侵入に対する遮光効果を一層強化すること
ができる。

【００２５】また、本実施形態の液晶表示装置では、第
１の実施形態の構造の薄膜トランジスタを用いたが、こ
れに代えて、第２、第３の実施形態の構造の薄膜トラン
ジスタを適用できることは言うまでもない。

【００２６】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、ＬＤＤ領域を有するＬＤＤ構造ＴＦＴのＬＤＤ領域
に、ＬＤＤ領域と同じ導電型で不純物濃度の高い高濃度
不純物領域を形成することにより、光の侵入によりチャ
ネル領域又はＬＤＤ領域で生成したキャリアが高濃度不
純物領域で再結合し、キャリアがドレインあるいはソー
スに達しないようにすることにより実質上光リーク電流
の低減が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態としての薄膜トランジ
スタの平面図及び断面図である。

【図２】本発明の第２の実施形態としての薄膜トランジ
スタの平面図及び断面図である。

【図３】本発明の第３の実施形態としての薄膜トランジ
スタの平面図及び断面図である。

【図４】本発明の第４の実施形態としての液晶表示装置
の平面図及び断面図である。

【符号の説明】

１ ガラス基板 ２ 下地絶縁膜 ３ 薄膜半導体層 ４ ソース・ドレイン領域 ５ ＬＤＤ領域 ６ チャネル領域 ７、２７ 高濃度不純物領域 ８ ゲート絶縁膜 ９、２９ ゲート電極 １０ 第１層間絶縁膜 １１ コンタクトホール １２ データ線 １３ ドレイン電極 １４ ブラックマトリクス ２０ 第２層間絶縁膜 ２２ 遮光膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H091 FA34Y FA35Y GA01 GA13 LA30 2H092 GA29 JA24 JA34 JA37 JA46 NA26 PA01 PA09 5F110 AA06 BB01 CC02 DD02 DD17 DD30 GG02 GG13 GG44 HJ07 HL03 HM15 NN02 NN41 NN44 PP01 PP03

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明基板と、前記透明基板の上方に設け
   られた半導体領域と、前記半導体領域にチャネル長方向
   に互いに対向する形に設けられたソース層及びドレイン
   層と、前記ソース層及び前記ドレイン層の内側に互いに
   対向する形に設けられ前記ソース層及び前記ドレイン層
   よりも不純物濃度が低く、同じ導電型の低濃度不純物領
   域と、前記半導体領域を覆うゲート絶縁膜と、前記ゲー
   ト絶縁膜の上に設けられ前記低濃度不純物領域に挟まれ
   た前記半導体領域のチャネル領域を覆うゲート電極とを
   有する薄膜トランジスタであって、前記低濃度不純物領
   域に、前記低濃度不純物領域よりも不純物濃度が高く、
   同じ導電型の高濃度不純物領域が含まれることを特徴と
   する薄膜トランジスタ。
2. 【請求項２】 前記高濃度不純物領域は、前記低濃度不
   純物領域にあって、前記低濃度不純物領域をチャネル長
   方向に複数の低濃度不純物領域に分断する形状に設けら
   れる請求項１記載の薄膜トランジスタ。
3. 【請求項３】 前記高濃度不純物領域は、前記低濃度不
   純物領域の中にドット状に複数設けられる請求項１記載
   の薄膜トランジスタ。
4. 【請求項４】 前記ゲート電極は、前記低濃度不純物領
   域と一部重なって設けられる請求項１、２又は３記載の
   薄膜トランジスタ。
5. 【請求項５】 透明基板と、前記透明基板の表面に設け
   られた下部遮光膜と、前記下部遮光膜の上に下地絶縁膜
   を介して設けられた半導体領域と、前記半導体領域にチ
   ャネル長方向に互いに対向する形に設けられたソース層
   及びドレイン層と、前記ソース層及び前記ドレイン層の
   内側に互いに対向する形に設けられ前記ソース層及び前
   記ドレイン層よりも不純物濃度が低く、同じ導電型の低
   濃度不純物領域と、前記半導体領域を覆うゲート絶縁膜
   と、前記ゲート絶縁膜の上に設けられ前記低濃度不純物
   領域に挟まれた半導体領域を覆うゲート電極とを有する
   薄膜トランジスタを含み、前記半導体領域の上方にあっ
   て前記ソース層と接続するデータ線と、前記半導体領域
   の上方にあって前記低濃度不純物領域に挟まれた前記半
   導体領域のチャネル領域を少なくとも覆う上部遮光膜
   と、前記半導体領域の上方にあって前記ドレイン層と接
   続する画素電極とを有する液晶表示装置であって、前記
   薄膜トランジスタにおいて、前記低濃度不純物領域は、
   前記低濃度不純物領域よりも不純物濃度が高く、同じ導
   電型の高濃度不純物領域を含むことを特徴とする液晶表
   示装置。
6. 【請求項６】 前記データ線は、前記低濃度不純物領域
   及び前記チャネル領域を少なくともチャネル長方向及び
   チャネル幅方向に覆う請求項５記載の液晶表示装置。