JP2002141509A - 薄膜トランジスタ及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ゲートとソース間及びゲートとドレイン間の
容量を増大させることなく、バックライトからの光によ
るトランジスタ特性の劣化を防ぐことにより、画質の向
上した液晶表示装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 チャネル層を形成する半導体層と同一層
から成る遮光領域をチャネル領域近傍に形成することに
より、ゲートとソース間及びゲートとドレイン間の容量
を増加させることなく、バックライト光によるトランジ
スタ特性の劣化を防ぐことができ、画質の向上した液晶
表示装置が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は薄膜トランジスタ及
び液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、アクティブマトリックス型の液晶
ディスプレイの開発が盛んに行われている。アクティブ
マトリックス型の液晶ディスプレイは、ＳＴＮ型の液晶
ディスプレイとは異なり、画素一つ一つにスイッチング
用薄膜トランジスタがあるため、応答速度が速く、現
在、ＴＶ、モニター、ノートパソコン、ビデオカメラな
ど広く用いられ、非常に大きい市場に成長している。開
発においては、現在、特に、高精細、大画面化の開発に
力が注がれており、大画面高精細の液晶ＴＶやモニター
の開発が行われている。大画面化や高精細化の課題とし
て、薄膜トランジスタの移動度向上や、配線抵抗の低
下、そして、リーク電流の低減が挙げられるが、中で
も、リーク電流の低減は最も大きな課題のひとつであ
る。リーク電流は、デバイス構造、半導体膜の膜質、そ
して、半導体膜厚などによって決まるが、透過型液晶デ
ィスプレイにおいては、バックライト光が直接または、
間接的にチャネルを形成する半導体膜に照射されること
によって大きく変化する。バックライト光がチャネルを
形成する半導体膜に照射されると、光によってキャリア
が発生してリーク電流が増加し、また、サブスレッショ
ルド領域の特性が劣化する。このような薄膜トランジス
タ特性の劣化によって、クロストークやフリッカーとい
った画質不良を生じることになる。そこで、従来は、図
２のように、走査線２０（ゲート電極）をチャネル領域
３０に対して広くとり、チャネル領域３０に照射される
光を極力少なくすることにより、画質の劣化を防いでい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、チャネル領域
に光が入らないようにゲート電極を広くすると、チャネ
ル領域に光が照射されるのは防ぐことができるが、ゲー
トとソース、そして、ゲートとドレイン間の容量が増大
するという問題が生じる。ゲートとソース間の容量が大
きくなると、ゲート波形やソース波形のなまりが大きく
なり、充電不足やフリッカーを生じるし、また、ゲート
とドレイン間の容量が大きくなると、設計マージンが狭
くなり、結果として歩留まり低下を招く。

【０００４】そこで、本発明の課題は、ゲートとソース
間、そして、ゲートとドレイン間の容量を増大させるこ
となく、バックライトからの光によるトランジスタ特性
の劣化を防ぐことにより、画質の向上した液晶表示装置
を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明では、チャネル層を形成する半導体層と同一
層から成る遮光領域をチャネル領域近傍に形成する。こ
れによって、バックライトからの光を遮光領域の半導体
層が反射、そして吸収し、チャネル領域に照射される光
をなくすことができる。従って、光によるトランジスタ
特性の劣化を防ぐことができ、画質の向上した液晶表示
装置を得ることができる。

【０００６】以下、それぞれの薄膜トランジスタ及び液
晶表示装置について説明する。

【０００７】本発明の液晶表示装置では、チャネル領域
を形成する半導体層と同一層から成る遮光領域をチャネ
ル領域とは分離し、且つ、チャネル領域に隣接して形成
する。これによって、バックライトからの光を遮光領域
で反射及び吸収し、チャネル領域に光は照射されるのを
防ぐことができる。また、チャネル領域と遮光領域を分
離させることによって、遮光領域で発生したキャリアに
よるオフ電流を無くすことができ、保持特性が劣化する
ことはない。

【０００８】また、ゲート電極端部とソース電極、もし
くはゲート電極端部とドレイン電極との交差領域を含む
ように遮光領域を形成することが好ましい。これによっ
て、ゲート電極端部とソース電極との間に半導体層が挟
まることになり、ゲートとソース間の絶縁破壊を防ぐこ
とができ、歩留まりを落とすことなく、高画質化を実現
できる。

【０００９】また、チャネル領域と遮光領域が、ゲート
電極とソース電極もしくは、ゲート電極とドレイン電極
との交差部でのみチャネル領域とつながっていることが
好ましい。これによって、遮光領域において発生したキ
ャリアによるオフ電流の増加を最小限にして、ゲートと
ソースもしくは、ゲートとドレイン間の絶縁破壊を防ぐ
ことができる。

【００１０】本発明の液晶表示装置は、上記した構成薄
膜トランジスタを画素トランジスタのスイッチング素子
として用いている。これによって、歩留まりを落とすこ
となく、バックライトの光によるトランジスタ特性の劣
化を防ぐことができ、画質の向上した液晶表示装置を得
ることができる。

【００１１】また本発明の薄膜トランジスタでは、チャ
ネル領域からセルギャップ以上の距離の周辺領域を遮光
領域によって遮光する。これによって、バックライトか
ら直接チャネル領域に照射される光や多重反射によって
チャネル領域に照射される光だけでなく、対向基板から
の反射光がチャネル領域に照射されるのを防ぐことがで
きる。特にボトムゲート型の薄膜トランジスタにおいて
は、対向基板からの反射光は、直接チャネル領域に照射
されるため、ＴＦＴ特性の劣化が大きい。従って、遮光
領域をセルギャップ以上にすることにより、ＴＦＴ特性
の劣化が大きく改善される。

【００１２】この場合、チャネル領域からセルギャップ
以上の距離を遮光領域によって遮光することにより、対
向基板からの反射光がチャネル領域に照射されるのを防
ぎ、トランジスタ特性の劣化をなくしている。これによ
って、画質を向上させることができる。

【００１３】またこの場合、遮光領域の半導体層の光学
的厚さを、波長４３０ｎｍ〜４９０ｎｍの青色光に対し
て、（２ｍ−１）λ／４（ｍは自然数）、にすることに
よって、遮光領域で青色光の反射率を最大にすることが
できる。これによって、エネルギーの大きな青色光を多
く反射することができ、チャネル領域へ照射される青色
光が減少する。従って、光によるトランジスタ特性の劣
化を抑制することができる。

【００１４】またこの場合、遮光領域の半導体層の光学
的厚さを、波長４９０ｎｍ〜５５０ｎｍの緑色光に対し
て、（２ｍ−１）λ／４（ｍは自然数）、あるいは、波
長５９０ｎｍ〜７７０ｎｍの赤色光に対して、（２ｍ−
１）λ／４、（ｍは自然数）にすることによって、遮光
領域で緑色または、赤色光の反射率を最大にすることが
できる。非晶質シリコンなど、青色光の吸収が大きい半
導体で遮光領域を形成する場合、エネルギーの大きい青
色光は遮光領域でほぼ吸収されるが、緑色光や赤色光は
ある程度遮光領域を透過してしまう。そこで、遮光領域
において、反射を大きくしてやることにより、透過する
光を減少させる。結果として、チャネル領域に照射され
る光が減少し、トランジスタ特性の劣化を防ぐことがで
きる。従って、画質を向上させることができる。

【００１５】また本発明の薄膜トランジスタでは、チャ
ネル領域及び遮光領域を形成する半導体層として非晶質
シリコンを用いている。非晶質シリコンは、可視光を多
く吸収するため、遮光領域としての機能に優れている。
従って、バックライトの光によるトランジスタ特性の劣
化の少ない薄膜トランジスタを得ることができる。

【００１６】また本発明の液晶表示装置は、上記の薄膜
トランジスタを用いることにより、高画質の液晶表示装
置を得ることができる。

【００１７】また本発明の薄膜トランジスタでは、チャ
ネル領域及び遮光領域を形成する半導体層として微結晶
シリコンを用いている。微結晶シリコンは、非晶質シリ
コンよりも可視光の吸収は若干小さいが、光によるトラ
ンジスタ特性を防ぎながら、非晶質シリコンに比べて移
動度の大きい薄膜トランジスタが得られる。

【００１８】また本発明の液晶表示装置は、チャネル領
域及び遮光領域を形成する半導体層として微結晶シリコ
ンを用いた薄膜トランジスタを画素のスイッチング素子
として用いることにより、光による画質の劣化のない、
大画面高精細の液晶表示装置を得ることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１から図５を用いて説明する。

【００２０】（実施の形態1）本発明にかかる実施の形
態1を図１から図４を用いて説明する。図４は、信号線
１０、チャネル領域３０、そしてドレイン電極１２０を
通る経路の断面図である。まず、ガラス基板６０上に走
査線２０（ゲート電極７０）としてＣｒ、ＭｏＷなどの
金属をスパッタリング法によって２０００Åから４００
０Å製膜し、パターニングを行う。そして、プラズマＣ
ＶＤ法によってゲート絶縁膜８０としてＳｉＮｘを２０
００Åから４０００Å程度形成し、さらに、連続して、
非晶質シリコン９０を１０００Åから２０００ÅとＮ型
非晶質シリコン１００を２００Åから８００Å程度形成
し、Ｎ型非晶質シリコン１００と非晶質シリコン９０の
パターニングを行う。その後、信号線１０（ソース電極
１１０）及びドレイン電極を形成する金属膜として、Ｃ
ｒやＭｏＷをスパッタリング法によって製膜し、パター
ニングを行う。このとき、信号線１０やドレイン電極を
形成する金属膜だけではなく、Ｎ型非晶質シリコン１０
０をエッチングし、さらに、非晶質シリコン９０を数百
Åから１５００Å程度削る。これによってチャネル部の
Ｎ＋非晶質シリコン層を分離する。以上で薄膜トランジ
スタの完成となる。図では省いているが、この後、絶縁
膜を製膜後、コンタクトホールを開け、画素電極となる
ＩＴＯ膜を成膜、パターニングし、ドレイン電極を画素
電極と電気的に接触させる。

【００２１】バックライトからの光を遮光するための遮
光領域４０は、チャネル領域３０を形成する非晶質シリ
コン層と同一層で、信号線１０及び走査線２０を形成す
る金属膜が存在しない領域を用いて形成する。図１は遮
光領域の一例を示す図であり、基板を上から見た図であ
る。図１の構成では、基板裏面側からきたバックライト
の光は走査線２０によって遮光され、チャネル領域３０
に直接照射されないが、もし、遮光領域４０が形成され
ていなければ、走査線２０で遮光できない光が、多重反
射や、対向基板からの反射によってチャネル領域へ照射
される。これによって、薄膜トランジスタのトランジス
タ特性が劣化し、画質不良を生じることとなる。それを
防ぐために、遮光領域４０が形成されているのである。
多重反射光に関しては、遮光領域４０を形成する非晶質
シリコン９０によって吸収されるため、チャネル領域３
０まで到達しない。これは、バックライトの光を吸収す
る非晶質シリコン層で遮光領域４０を形成するからであ
る。走査線などの金属で形成すると、ほとんど吸収せず
に多重反射するため、チャネル領域へ到達する光が多く
なる。また、対向基板からの反射光は、アレイ基板と対
向基板との距離、即ち、セルギャップ程度遮光領域から
チャネル側へ到達するが、遮光領域４０をチャネル領域
からセルギャップ以上の距離の領域を覆うように形成す
ることにより、対向基板からの反射光がチャネル領域３
０へ照射されるのを防ぐことができる。従来は、図２に
示すように、走査線２０によって、上記領域を遮光して
いたため、チャネル領域からセルギャップ程度の距離の
範囲まで走査線で遮光しなければならず、走査線２０と
ソース電極１１０及びドレイン電極１２０との間の容量
が大きくなり、充電不足やフリッカーなどの画質不良を
生じてしまう。また金属による遮光なので反射が大き
く、多重反射光の阻止が不十分である。一方、本発明の
ように、非晶質シリコンで遮光する場合は、走査線２０
でチャネル領域３０を幅広く覆う必要がなくなり、走査
線２０とソース電極及びドレイン電極との重なり部分を
小さく、即ち、容量を小さくする事ができ、画質を向上
させることができる。また多重反射光も十分に阻止され
る。

【００２２】図３はもうひとつの遮光パターン例を示し
た図である。図１の状態からチャネル領域の非晶質シリ
コンと遮光領域の非晶質シリコンを分離した構造になっ
ている。このような構造にすると、遮光領域がわずかに
小さくなるというデメリットがあるが、遮光領域で発生
したキャリアによるリーク電流を減少させることができ
るというメリットがある。

【００２３】また、遮光領域を形成する非晶質シリコン
膜の膜厚を、ある光の波長λに対して、（２ｍ−１）λ
／４、とすることにより、特定の波長λの光の反射を大
きくすることができる。これによって、より遮光性を助
長することができる。例えば、波長が４３０ｎｍから４
９０ｎｍの青色の光に対して膜厚を調整して反射率を大
きくすると、エネルギーが大きく、トランジスタ特性へ
の影響が大きい青色光の遮光性を助長することができ
る。また、青色よりもエネルギーの小さい緑（４９０ｎ
ｍから５５０ｎｍ）や赤（５９０ｎｍ〜７７０ｎｍ）の
光に対して膜厚を調整すると、青色に比べて吸収係数の
小さい緑や赤の光をより遮光することができる。どの波
長に対する反射率を大きくなるように遮光領域の膜厚を
調整するかは、非晶質シリコンの膜質や調整可能な膜
厚、また、バックライトのスペクトル形状などに合わせ
て決定する。

【００２４】（実施の形態２）本発明にかかる実施の形
態２を図５を用いて説明する。実施例１と同様にガラス
基板６０上に走査線２０（ゲート電極）としてＣｒ、Ｍ
ｏＷなどの金属をスパッタリング法によって２０００Å
から４０００Å製膜し、パターニングを行う。そして、
プラズマＣＶＤ法によってゲート絶縁膜８０としてＳｉ
Ｎｘを２０００Åから４０００Å程度形成し、さらに、
連続して、非晶質シリコン９０を１０００Åから２００
０ÅとＮ型非晶質シリコン１００を２００Åから８００
Å程度形成し、Ｎ型非晶質シリコン１００と非晶質シリ
コン９０のパターニングを行う。このときのパターンが
実施例１とは異なる。以降の工程は実施例１同様であ
る。また、遮光領域のパターンは、図１や図３または、
他のパターンを用いても良い。

【００２５】図５に示すように、本実施例では、チャネ
ル領域３０と遮光領域４０の間で、且つ、ソース電極１
１０及びドレイン電極１２０が形成されている部分にお
いて、少なくとも一部のＮ型非晶質シリコン１００と非
晶質シリコン９０を除去している。このような構成にす
ると、遮光領域４０でバックライト光を吸収することに
よって生じたキャリアがチャネル領域３０へ流れ込むの
を防ぐことができる。従って、トランジスタ特性の劣化
を防ぐことができ、より、画質を向上させることができ
る。このような構造にすることによって、除去部分での
走査線２０とソース電極１１０及びドレイン電極１２０
との間の耐圧は若干小さくなるが、ゲート絶縁膜７０の
耐圧が大きければ問題ない。

【００２６】なお、以上の実施例では、半導体層として
非晶質シリコンを用いて説明したが、微結晶シリコンを
非晶質シリコンの代わりに用いても同様の効果が得られ
る。Ｎ型半導体としては、Ｎ型の非晶質シリコンでも良
いし、以上の実施例と同様にＮ型非晶質シリコンを用い
ても良い。また、チャネル領域及び遮光領域を形成する
半導体層としては、可視光を吸収する半導体層であれば
同様の効果が得られる。

【００２７】また、以上の実施例では、チャネルエッチ
型の薄膜トランジスタに対して説明したが、他の構造の
ボトムゲート型薄膜トランジスタにおいても同様の効果
が得られる。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、半導体
膜で遮光領域を形成することにより、ゲートとソース間
の容量やゲートとドレイン間の容量を大きくすることな
くチャネル領域に照射される光を低減することができ
る。

【００２９】さらに、遮光領域をセルギャップ以上にす
ることにより、対向基板からの反射光がチャネル領域に
照射されるのを防ぐことができる。これによって、直
接、または、間接的にチャネル領域にバックライト光が
照射されるのを防ぐことができ、画質を向上させること
ができる。また、チャネル層と同一層の半導体膜を用い
て遮光領域を形成するため、本発明によるプロセス増加
はなく、コストアップにはならない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる第１実施例を示す図

【図２】従来例を示す図

【図３】本発明にかかる第１実施例を示す図

【図４】本発明にかかる第１実施例を示す図

【図５】本発明にかかる第２実施例を示す図

【符号の説明】

10 信号線 20 走査線 30 チャネル領域 40 遮光領域 50 画素電極 60 ガラス基板 70 ゲート電極 80 ゲート絶縁膜 90 非晶質シリコン 100 Ｎ型非晶質シリコン 110 ソース電極 120 ドレイン電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H092 JA24 JA31 JA34 JA37 JA41 JB54 KA05 NA21 NA25 PA13 5C094 AA02 AA16 BA03 BA43 CA19 CA24 DA14 DA15 EA04 EA05 EA07 EB02 ED15 5F110 AA02 AA06 BB01 CC07 DD02 EE04 EE44 FF03 FF30 GG02 GG14 GG15 GG22 GG23 GG24 GG45 HK04 HK09 HK15 HK16 HK33 HL07 NN44 NN48 NN73

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】薄膜トランジスタを備えたアクティブマト
   リクス型の液晶表示装置において、前記薄膜トランジス
   タのチャネル領域を形成する半導体層と同一層から成
   り、前記チャネル領域とは分離し、前記チャネル領域に
   隣接するゲート電極端部を含み、且つ、前記チャネル領
   域に隣接する半導体薄膜島を持つことを特徴とする液晶
   表示装置。
2. 【請求項２】前記半導体薄膜島が、ゲート電極端部とソ
   ース電極、もしくはゲート電極端部とドレイン電極、の
   少なくとも一方との交差領域を含むことを特徴とする請
   求項１記載の液晶表示装置。
3. 【請求項３】チャネル領域を形成する半導体層と同一層
   から成り、ソース電極もしくはドレイン電極とゲート電
   極との交差部でのみ前記チャネル領域とつながり、且
   つ、前記チャネル領域に隣接するゲート電極端部を含
   み、且つ前記チャネル領域に隣接する遮光領域を持つこ
   とを特徴とする薄膜トランジスタ。
4. 【請求項４】請求項３記載の薄膜トランジスタを画素の
   スイッチング素子として用いることを特徴とする液晶表
   示装置。
5. 【請求項５】半導体薄膜による遮光領域の境界線で、ゲ
   ート電極と交差していない境界線から、チャネル領域ま
   での最短距離がセルギャップ以上であることを特徴とす
   る請求項３記載の薄膜トランジスタ。
6. 【請求項６】半導体薄膜による遮光領域の境界線で、ゲ
   ート電極と交差していない境界線から、チャネル領域ま
   での最短距離がセルギャップ以上であることを特徴とす
   る請求項１、２、４のいずれかに記載の液晶表示装置。
7. 【請求項７】遮光部の半導体薄膜の光学的厚さが、波長
   λが４３０ｎｍ〜４９０ｎｍの青色光に対して、（２ｍ
   −１）λ／４、（ｍは自然数）、であることを特徴とす
   る液晶表示装置。
8. 【請求項８】遮光部の半導体薄膜の光学的厚さが、波長
   λが４９０ｎｍ〜５５０ｎｍの緑色光に対して、（２ｍ
   −１）λ／４、（ｍは自然数）、であることを特徴とす
   る液晶表示装置。
9. 【請求項９】遮光部の半導体薄膜の光学的厚さが、波長
   λが５９０ｎｍ〜７７０ｎｍの赤色光に対して、（２ｍ
   −１）λ／４、（ｍは自然数）、であることを特徴とす
   る液晶表示装置。
10. 【請求項１０】チャネル領域及び遮光部を形成する半導
    体薄膜が、非晶質シリコンであることを特徴とする請求
    項３あるいは請求項５記載の薄膜トランジスタ。
11. 【請求項１１】チャネル領域及び遮光部を形成する半導
    体薄膜が、非晶質シリコンであることを特徴とする請求
    項１、２、４、６〜９のいずれかに記載の液晶表示装
    置。
12. 【請求項１２】チャネル領域及び遮光部を形成する半導
    体薄膜が、微結晶シリコンであることを特徴とする請求
    項３あるいは請求項５記載の薄膜トランジスタ。
13. 【請求項１３】チャネル領域及び遮光部を形成する半導
    体薄膜が、微結晶シリコンであることを特徴とする請求
    項１、２、４、６〜９のいずれかに記載の液晶表示装
    置。