JP2007189218A - トランジスタとそのトランジスタの製造方法及びこれを適用する有機発光ディスプレイ - Google Patents
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Abstract
【課題】トランジスタとそのトランジスタの製造方法及びこれを適用する有機発光ディスプレイを提供する。
【解決手段】相互に平行して配置され、チャンネル領域とチャンネル領域の両側にドーピングされた二つの高伝導領域とを有する二つの多結晶シリコン層10a、10bと、二つの多結晶シリコン層10a、10bのチャンネル領域に対応して配置され、二つの多結晶シリコン層10a、10bと交差するように形成されたゲート12と、ゲート12と多結晶シリコン層10a、10bとの間に介在されるゲート絶縁層と、を備え、ゲート12の一側端部に隣接して形成され、ニつの多結晶シリコン層10a、10bのチャンネル領域と一側の高伝導領域との間に低伝導領域が形成されている構造を有している。
【選択図】図1
【解決手段】相互に平行して配置され、チャンネル領域とチャンネル領域の両側にドーピングされた二つの高伝導領域とを有する二つの多結晶シリコン層10a、10bと、二つの多結晶シリコン層10a、10bのチャンネル領域に対応して配置され、二つの多結晶シリコン層10a、10bと交差するように形成されたゲート12と、ゲート12と多結晶シリコン層10a、10bとの間に介在されるゲート絶縁層と、を備え、ゲート12の一側端部に隣接して形成され、ニつの多結晶シリコン層10a、10bのチャンネル領域と一側の高伝導領域との間に低伝導領域が形成されている構造を有している。
【選択図】図1
Description
本発明は、多結晶シリコンTFT(Thin Film Transistor)を持つ有機発光ディスプレイ及びその製造方法に関する。
有機発光ダイオード(Organic Light Emitting Diode:OLED)を利用する能動型カラー画像表示装置には、各画素がアナログ画像信号をサンプリングするスイッチング(Sampling)トランジスタと、画像信号を維持するメモリキャパシタと、メモリキャパシタに蓄積された画像信号電圧によってOLEDに供給される電流を制御する駆動トランジスタとで構成する、2個のトランジスタと1個のキャパシタとから形成された回路が最も一般的に利用されている。これは、いわゆる、2T(two transistors)−1C(one capacitor)の構造であり、このような回路構成は、例えば、特許文献1に開示されている。このような2T−1C構造の画素は、単結晶シリコンであるウェーハから得られるCMOSで具現が可能であり、例えば、TFT構造では実現することが難しい。
ガラスまたはプラスチック基板にOLEDを構成する時には、nチャンネル多結晶シリコンTFTが利用される。多結晶シリコンの利点は、非晶質シリコンに比べて非常に高い移動度を得ることができるという点であるが、一方、オフカレント時に高い漏れ電流を有するという欠点がある。
このような多結晶シリコンTFTで、電流の漏れがドレインの空乏領域で結晶境界トラップにより発生すると知られている(下記、非特許文献1参照)。
より効果的な電流漏れの減少のために、オフセット構造が提案されている(下記、非特許文献2参照)。オフセット領域は、チャンネルとゲート/ドレインとの間にそれぞれ位置する。このようなオフセットは、ドレインの電界を弱化させてゲート電圧とドレイン電圧とによる電界放出を減少させる。しかしながら、従来の方法によれば、オフセット構造を形成するために追加的なマスクを利用した局所的に異なるドーピング工程が要求される。このドーピング工程において、マスクを利用してオフセット領域にドーピングを成功させるためには、マスクを基板に対して精密に整列させねばならない。しかしながら、この方法は別途のマスクを利用するため、ドーピング工程が難しいだけでなく、収率も低くて生産性が落ちるという問題点がある。
したがって、オフセット構造を適用しつつも製造工程が単純であり、特にLDD(Lowly Doped Drain)型のためのマスクの数を最小化することが望まれている。
特開第2002−156923号公報
Ferry G.Fossum,et al.,IEEE Trans.Electron Devices,vol.ED−32,pp.1878−1884,1985
M.Rodder et al.,IEEE Electron Device Letters,Vol.EDL−6,No.11,November 1985
本発明は、前記従来の問題点を解決するために成されたものであり、マスクなしにオフセット構造を形成できるTFT及びその製造方法、そのTFTを備えた有機発光ディスプレイを提供することを目的とする。
前記目的を達成するための本発明に係るトランジスタは、相互に平行して配置され、チャンネル領域とチャンネル領域の両側にドーピングされた二つの高伝導領域とを有する二つの多結晶シリコン層と、前記二つの多結晶シリコン層のチャンネル領域に対応して配置され、前記二つの多結晶シリコン層と交差するように形成されたゲートと、前記ゲートと前記多結晶シリコン層との間に介在されるゲート絶縁層と、を備え、前記ゲートの一側端部に隣接して形成され、前記二つの多結晶シリコン層のチャンネル領域と一側の高伝導領域との間に低伝導領域が形成されている構造を有することを特徴とする。
前記低伝導領域は、前記高伝導領域に比べて低い濃度の不純物がドーピングされている。本発明の望ましい実施形態によれば、前記両多結晶シリコン層は一体に形成され、さらに望ましくは、前記両多結晶シリコン層の低伝導領域は、高伝導領域により相互連結されている。
また、前記目的を達成するための本発明に係る有機発光ディスプレイは、基板上に垂直走査信号が入力されるXラインと水平駆動信号が入力されるYラインとが相互に直交するマトリックス状に配置され、前記Xラインと前記Yラインとにより定義される画素領域ごとにOLEDが形成され、OLEDを駆動するスイッチングトランジスタと駆動トランジスタとを備える半導体回路部と、前記半導体回路部にOLED駆動用電源を供給するZラインと、を備える有機発光ディスプレイであって、前記スイッチングトランジスタは、相互に平行して配置され、チャンネル領域とチャンネル領域の両側にドーピングされた二つの高伝導領域とを持つ二つの多結晶シリコン層と、前記二つの多結晶シリコン層のチャンネル領域に対応して配置され、前記二つの多結晶シリコン層と交差するように形成されたゲートと、前記ゲートと前記多結晶シリコン層との間に介在されるゲート絶縁層と、を備え、前記ゲートの一側端部に隣接して形成され、前記2つの多結晶シリコン層のチャンネル領域と一側の高伝導領域との間に低伝導領域が形成されている構造を有することを特徴とする。
また、前記目的を達成するための本発明に係るトランジスタの製造方法は、基板上に相互に平行し、一端が相互連結された二つの多結晶シリコン層を形成する工程と、前記多結晶シリコン層上にゲート絶縁層を形成する工程と、前記ゲート絶縁層上にゲート物質層を形成する工程と、前記ゲート物質層とゲート絶縁層とを同一のパターンでパターニングして、前記二つの多結晶シリコン層と交差するようにゲートを形成する工程と、前記ゲートに覆われていない前記二つの多結晶シリコン層の両側部分に不純物を注入する工程と、を含み、前記前記ゲートに覆われていない前記二つの多結晶シリコン層の両側部分に不純物を注入する工程は、前記ゲート及びゲート絶縁層の一側端部により、前記多結晶シリコン層の一側部分に不純物が直接到達しない陰影部分が形成されるように、前記不純物の注入方向を傾斜して配向させることを特徴とする。
本発明によれば、電流の漏れを効果的に低減することができ、特に、マスクなしにオフセット構造を形成することができ、トランジスタ及びこれを利用するディスプレイのコストダウンだけでなく収率も向上させることができる。
以下、添付された図面を参照しながら本発明に係るトランジスタ及びこれを適用する本発明に係る有機発光ディスプレイについて説明する。
図1は本発明に係るトランジスタの主要部レイアウトを、図2は図1のA−A線の断面図を、図3は図1に示されたトランジスタの等価回路図を示したものである。
まず、図1を参照すれば、各一側端部(図面で左側)に、ソース10sとドレイン10dとがそれぞれ設けられる二つの多結晶シリコン層10a、10bが相互に平行して配置されており、これらの他端部(図面で右側)は、ブリッジ10cにより連結されている。多結晶シリコン層10a、10b上には、これらを交差するように形成された(多結晶シリコン層10a、10bを共に横切る方向に延長されるゲート12)が配置されている。ゲート12の下には、ゲート12と同じパターンを持つゲート絶縁層11(図9F参照)が位置する。一方、ゲート12の一側端部に隣接する領域に、多結晶シリコン10a、10bの低伝導性領域10e(低移動度領域)が設けられている。低伝導性領域10eは、ドーピングが非常に低い濃度に行われた領域であり、電気的抵抗の高い高抵抗性領域である。このような高抵抗性の低伝導性領域10e間に位置するブリッジ10cは、高い濃度でドーピングされた高伝導性領域(高移動度領域)である。前記多結晶シリコンによる活性層10は、前記のような相互に平行してブリッジ10cにより連結された二つの多結晶シリコン層10a、10bを有しており、その形状は図に示すように‘U’型の形状を呈している。
図2を参照すれば、本発明に係るトランジスタは、あたかもデュアルゲートトランジスタの形態を有している。すなわち、二つの多結晶シリコン層10a、10bによるシリコン活性層10上に所定間隔をおいた二つの単位ゲート12a、12bが設けられ、単位ゲート12a、12b間の領域に高伝導性ブリッジ10cとこの両側の低伝導領域10e、10eとが設けられている。図3は、図1及び図2に図示された本発明に係るトランジスタの等価回路を示す。示したように、形態としてはデュアルゲートトランジスタと類似しているが、単位ゲート12a、12bが一つに連結されているという点で異なる。図2で参照符号30は、ILD(InterLayer Dielectric)層であり、参照符号20sはソース電極、参照符号20dはドレイン電極である。
前記のような本発明に係るトランジスタは、制限された面積内でチャンネルの有効長を拡張し、これによる漏れ電流の減少を期待することができる。また、二つの単位ゲート12a、12bの間に設けられる二つの低伝導領域10e、10eによりキャリア移動度が減少することによって、オフカレント時に漏れ電流がさらに減少する。
このような本発明に係るトランジスタは、スイッチングトランジスタと駆動トランジスタとが要求される有機発光ディスプレイで、スイッチングトランジスタとして使われ、一方、アクティブマトリックス液晶ディスプレイの画素スイッチング素子として適用することができる。
以下では、本発明の望ましい一実施形態として、前記トランジスタをスイッチング素子として適用した有機発光ディスプレイを説明する。
図4は本発明に係る有機発光ディスプレイ装置の概略的構造を示す等価回路図を、図5は各画素の概略的な回路図を示したものである。
まず、全体構造を説明すれば、ディスプレイ素子1は、複数の平行したXラインXsとやはり複数の平行したYラインYsとが相互に直交する方向に配置されてマトリックス状の構造を有する。ZラインZdは、YラインYsに所定間隔をおいてこれと平行して配置される。XラインXs、YラインYd、及びZラインZdにより取り囲まれた領域に画素が形成される。
XラインXsは、垂直走査信号が印加されるラインであり、YラインYsは、映像信号である水平駆動信号が印加されるラインである。XラインXsは、垂直走査回路に連結され、YラインYsは、水平駆動回路に連結される。ZラインZdは、OLED作動のための電源回路に連結される。
各画素は、2つのトランジスタQ1、Q2と一つのキャパシタCmとを備える。各画素で、XラインXsとYラインYsとにスイッチングトランジスタQ1のソースとゲートとが連結され、ドレインは、駆動トランジスタQ2のゲートに接続される。スイッチングトランジスタQ1の作動により印加される電荷を蓄積して、各画素別イメージ情報をメモリするメモリキャパシタCmは、駆動トランジスタQ2のゲートとソースとに並列接続される。
駆動トランジスタQ2のドレインは、OLEDのアノードが連結される。そして、OLEDのカソードKは、全体画素が共有する共通電極に該当する。ここで、前記スイッチングトランジスタは、n型TFTであり、図1〜図3のように説明された形態の構造を有し、そして、駆動トランジスタQ2は、一般的なp型TFTである。
単位画素の等価回路である図5を参照すれば、スイッチングトランジスタが内部的には二つの単位トランジスタUnitTRを有する構造のために、スイッチングトランジスタのソースとドレインとの間の電圧が、2個の単位トランジスタで2分割される。すなわち、スイッチングトランジスタのソースとドレインとの間の電圧がVswである時、単位トランジスタUnitTRのソースとドレインとの間の電圧は1/2Vswになる。したがって、スイッチングトランジスタのソースとドレインとの間の総漏れ電流が減少し、特に単位トランジスタ間に設けられる低導電領域10e、10eの抵抗により、ソースとドレインとの間の漏れ電流がさらに減少する。
実際的な画素構造を示す図6を参照すれば、図6の左右にYラインとZラインとが平行して配置され、これに直交する方向にXラインが配置される。XラインXsとYラインYdとの交差部分にスイッチングトランジスタQ1が位置し、XラインとZラインとの交差部の近くには駆動トランジスタQ2が配置される。スイッチングトランジスタQ1と駆動トランジスタQ2との間にはメモリキャパシタCmが配置される。メモリキャパシタCmの一側電極Cmaは、ZラインZdから延びる部分であり、他側電極Cmbは、スイッチングトランジスタQ1のドレイン電極20dと駆動トランジスタQ2のゲートQ2gと一体的に形成される。スイッチングトランジスタQ1のゲート12は、SラインXsから延びる部分である。
図6のB−B線の断面を示す図7を参照すれば、基板14にSiO2などの絶縁物質からなるバッファ層14aが形成され、この上に本発明を特徴付けるスイッチングトランジスタQ1が形成される。スイッチングトランジスタQ1は、前述したように2個の単位トランジスタを有する。スイッチングトランジスタQ1上にはSiO2ILD30(ILD30)が形成され、この上に金属から形成されるソース電極20s、ドレイン電極20dが形成される。これら電極20s、20dの下部は、ILD30に形成される貫通孔を通じて下部のソース10sとドレイン10dとに電気的に接続される。これら電極及びメモリキャパシタの上部電極Cmb、前記ZラインZdは、ITOの積層構造を有することができる。スイッチングトランジスタQ1のゲート12a、12aは、前述したXラインXsから延びるものであり、アルミニウムなどにより形成される。
メモリキャパシタCmの誘電層は、ILD30の一部であり、上部電極Cmaは、前述したように駆動トランジスタQ2のゲートと一体的にアルミニウムで形成される。
ZラインZdと、これと一体に形成される上部電極Cmb、ソース及びドレイン電極20s、20dの上には第2、3絶縁層17、18が形成され、この上には正孔輸送層(Hole Transport Layer:HTL)、OLEDのカソードとしての共通電極K、そして第4絶縁層19が設けられる。第4絶縁層19は、OLEDを保護するパッシベーション層である。
図8は、図6のC−C線の断面図を示すものであり、具体的には駆動トランジスタQ2とOLEDとの全体積層構造を示したものである。
プラスチック基板14上にバッファ層14aが形成され、この上にスイッチングトランジスタQ1と同時に形成される駆動トランジスタQ2が形成される。駆動トランジスタQ2のシリコン層は、スイッチングトランジスタQsの製作時に利用されたシリコン層と同一物質層から得られる。多結晶シリコンは、ソースQ2s、チャンネルQ2c及びドレインQ2dを含み、その上のSiO2から形成される第1絶縁層13及びゲートQ2gを備える。ゲートQ2gは、前述したようにメモリキャパシタCmの上部電極Cmbとアルミニウムで一体に形成される。
駆動トランジスタQ2上には、スイッチングトランジスタQ1を覆うSiO2ILD30が形成され、この上に金属から形成されるソース電極Q2se、ドレイン電極Q2deが形成される。これら電極Q2se、Q2deの下部は、IMD30に形成される貫通孔を通じて下部のソースQ2sとドレインQ2dとに電気的に接続され、その上には第2、3絶縁層17、18が形成される。
第3絶縁層18上に正孔輸送層(HTL)が設けられ、この上の所定領域に発光層(EM)、電子輸送層(ETL)が形成され、この上にカソードの共通電極Kが形成される。共通電極K上には、前述した第4絶縁層19が形成される。一方、第2、3電極の間には、ドレイン電極Q2deに連結されて前記OLEDの下部に位置するアノードAnが設けられる。アノードAnは、第3絶縁層18に形成されたウィンドウ18aにより前記正孔輸送層(HTL)に物理的に接触されて電気的に連結される。
前述した構造の電界発光ディスプレイのレイアウトは、本発明を例示したものであり、このようなレイアウト及びその修正は、本発明の技術的範囲を制限するものではない。
このような本発明の電界発光ディスプレイは、構造的に低漏れ電流を有するスイッチングトランジスタを適用することによって、低消費電力、クロストークが減少する。
一方、前記のトランジスタで低伝導領域は、既存とは異なり、マスクなしに形成されることによって、トランジスタだけでなくこれを適用するディスプレイの製作コストを削減し、特に収率を高めることができる。
以下、本発明の一実施形態における多結晶シリコントランジスタの製造方法を説明する。本発明による多結晶シリコントランジスタの製造方法は、ディスプレイ、例えば、有機発光ディスプレイの製造過程中にそれぞれ異なる要素、例えば、スイッチングトランジスタと駆動トランジスタとの製造が並行して実行され、本実施形態では一つのトランジスタの製造についてのみ説明する。
図9Aに示したように、既存の方法によりガラスまたはプラスチック基板14に多結晶シリコン(p−Si)を形成する。多結晶シリコン(p−Si)は、非晶質シリコンの蒸着及び非晶質シリコンの結晶化過程を通じて得る。
図9Bに示したように、多結晶シリコン(p−Si)をパターニングして本発明における平行した二つの多結晶シリコン10a、10bを‘U’状活性層10を得る。活性層10に覆われない部分のSiO2は、基板14の表面にあらかじめ形成されていたバッファ層14aである。パターニングは、既存のフォトリソグラフィ法などの公知のパターニング法を利用することができる。
図9Cに示したように、活性層10及びバッファ層14a上にCVD法などによりゲート絶縁層(SiO2)11(図9F参照)を蒸着する。
図9Dに示したように、モリブデンまたはタングステンなどの金属層(MまたはW)を蒸着法またはスパッタリング法でゲート絶縁層11上に蒸着して、ゲート物質層12’を形成する。
図9Eに示したように、ゲート物質層12’とその下部のゲート絶縁層11とをパターニングして、目的とする形状のゲート12とその下部のゲート絶縁層11とを得る。パターニングには、マスクを利用したドライエッチング法を利用することが望ましい。
図9Fに示したように、P+イオン注入を実施する。イオン注入方向は、基板に対して所定角度傾斜し、したがって、ゲート12及びゲート絶縁層11の端部に識別された陰影領域が形成される。この部分は、イオン注入がなされない部分であり、したがって、ドレインジャンクションがゲート下部から所定距離(陰影領域の幅)ほどオフセットされる。このようなオフセット領域は、活性層10の両側多結晶シリコン層10a、10bに共に形成される。次いで、ドーピングされたシリコン層を活性化するために熱処理を実施する。このような熱処理過程によれば、陰影領域にドーパントが広がって低い伝導度、すなわち、低い移動度を持つ。図9Gは、図9EのD−D線の断面に対応する図面である。
図9Gに示したように、構造物上にSiO2ILD層30を形成し、後続するILD層に対するソースドレインコンタクトホールの形成及び金属層の蒸着及びパターニング過程を経て、図9Hに示したような目的とするトランジスタを得る。
前記のような本発明は、基本的に制限された面積内でチャンネルの長さを拡大し、かつマスクなしに低移動度領域、すなわち、いわゆるオフセット構造を形成することができる方法を開示する。
以上、本発明の理解を容易なものとするために、添付した図面を参照して本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これは本発明を単に例示したものであって、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解することができる。
本発明は、低漏れ電流が要求されるトランジスタやこれを適用するディスプレイ、例えば、有機発光ディスプレイ及び液晶ディスプレイなどに有用である。
10 活性層
10a、10b 多結晶シリコン層、
10c ブリッジ、
10d ドレイン、
10e 伝導性領域、
10s ソース、
11 ゲート絶縁層、
12 ゲート、
12a、12b 単位ゲート、
20s ソース電極、
20d ドレイン電極、
30 ILD層。
10a、10b 多結晶シリコン層、
10c ブリッジ、
10d ドレイン、
10e 伝導性領域、
10s ソース、
11 ゲート絶縁層、
12 ゲート、
12a、12b 単位ゲート、
20s ソース電極、
20d ドレイン電極、
30 ILD層。
Claims (9)
- 相互に平行して配置され、チャンネル領域とチャンネル領域の両側にドーピングされた二つの高伝導領域とを有する二つの多結晶シリコン層と、
前記二つの多結晶シリコン層のチャンネル領域に対応して配置され、前記二つの多結晶シリコン層と交差するように形成されたゲートと、
前記ゲートと前記多結晶シリコン層との間に介在されるゲート絶縁層と、を備え、
前記ゲートの一側端部に隣接して形成され、前記ニつの多結晶シリコン層のチャンネル領域と一側の高伝導領域との間に低伝導領域が形成されている構造を有することを特徴とするトランジスタ。 - 前記低伝導領域は、前記高伝導領域に比べて低い濃度の不純物がドーピングされていることを特徴とする請求項1に記載のトランジスタ。
- 前記ニつの多結晶シリコン層は、一体的に形成されていることを特徴とする請求項1に記載のトランジスタ。
- 前記低伝導領域は、相互に対向することを特徴とする請求項3に記載のトランジスタ。
- 基板上に垂直走査信号が入力されるXラインと水平駆動信号が入力されるYラインとが相互に直交するマトリックス状に配置され、前記Xラインと前記Yラインとにより定義される画素領域ごとにOLEDが形成され、OLEDを駆動するスイッチングトランジスタと駆動トランジスタとを備える半導体回路部と、前記半導体回路部にOLED駆動用電源を供給するZラインと、を備える有機発光ディスプレイにであって、
前記スイッチングトランジスタは、
相互に平行して配置され、チャンネル領域とチャンネル領域の両側にドーピングされた二つの高伝導領域とを持つ二つの多結晶シリコン層と、
前記二つの多結晶シリコン層のチャンネル領域に対応して配置され、前記二つの多結晶シリコン層と交差するように形成されたゲートと、
前記ゲートと前記多結晶シリコン層との間に介在されるゲート絶縁層と、を備え、
前記ゲートの一側端部に隣接して形成され、前記2つの多結晶シリコン層のチャンネル領域と一側の高伝導領域との間に低伝導領域が形成されている構造を有することを特徴とする有機発光ディスプレイ。 - 前記低伝導領域は、前記高伝導領域に比べて低い濃度の不純物がドーピングされていることを特徴とする請求項5に記載の有機発光ディスプレイ。
- 前記両多結晶シリコン層は、一体的に形成されていることを特徴とする請求項5に記載の有機発光ディスプレイ。
- 前記低伝導領域は、相互に対向することを特徴とする請求項7に記載の有機発光ディスプレイ。
- 基板上に相互に平行し、一端が相互に連結された二つの多結晶シリコン層を形成する工程と、
前記多結晶シリコン層上にゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層上にゲート物質層を形成する工程と、
前記ゲート物質層とゲート絶縁層とを同一のパターンでパターニングして、前記二つの多結晶シリコン層と交差するようにゲートを形成する工程と、
前記ゲートに覆われていない前記二つの多結晶シリコン層の両側部分に不純物を注入する工程と、を含み、
前記前記ゲートに覆われていない前記二つの多結晶シリコン層の両側部分に不純物を注入する工程は、前記ゲート及び前記ゲート絶縁層の一側端部により、前記多結晶シリコン層の一側部分に不純物が直接到達しない陰影部分が形成されるように、前記不純物の注入方向を傾斜して配向させることを特徴とするトランジスタの製造方法。
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