JP2009200371A - Thin film transistor, and display - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄膜トランジスタに関する。また薄膜トランジスタを画素の駆動用トランジスタとして集積形成したアクティブマトリクス型の表示装置に関する。 The present invention relates to a thin film transistor. The present invention also relates to an active matrix display device in which thin film transistors are integrated and formed as pixel driving transistors.
薄膜トランジスタは、基板上に形成された半導体薄膜と、ゲート電極と、半導体薄膜とゲート電極との間に配されたゲート絶縁膜とからなる。半導体薄膜は、入力側領域と、出力側領域と、その間にあるチャネル領域とに分かれている。チャネル領域はゲート絶縁膜を介してゲート電極と重なる部分である。薄膜トランジスタは、ゲート電極を制御端とし、入力側領域及び出力側領域を一対の電流端とする三端子型能動素子である。 The thin film transistor includes a semiconductor thin film formed on a substrate, a gate electrode, and a gate insulating film disposed between the semiconductor thin film and the gate electrode. The semiconductor thin film is divided into an input side region, an output side region, and a channel region therebetween. The channel region is a portion overlapping with the gate electrode through the gate insulating film. The thin film transistor is a three-terminal active element having a gate electrode as a control end and an input side region and an output side region as a pair of current ends.
従来の薄膜トランジスタは、基本的に入力側領域と出力側領域がチャネル領域を間にして対称的な構造となっている。場合によっては薄膜トランジスタの用途に応じて必要な特性を出すため、入力側領域と出力側領域を非対称に形成した構造も知られており、例えば以下の特許文献1及び特許文献2に開示されている。
ところで、薄膜トランジスタをアクティブマトリクス型表示装置の画素駆動用トランジスタに用いる場合、実用レベルの表示画像品質を確保するため、個々の薄膜トランジスタのリーク電流を抑制することが重要である。しかしながら、従来の非対称型の薄膜トランジスタは、種々の特性の改善に寄与するものの、特にリーク電流の抑制を目的とした非対称構造は提案されていない。 By the way, when a thin film transistor is used as a pixel driving transistor of an active matrix display device, it is important to suppress a leakage current of each thin film transistor in order to ensure a display image quality at a practical level. However, although the conventional asymmetric thin film transistor contributes to the improvement of various characteristics, an asymmetric structure especially for the purpose of suppressing leakage current has not been proposed.
上述した従来の技術の課題に鑑み、本発明はリーク電流を抑制可能な薄膜トランジスタ及びかかる薄膜トランジスタを画素駆動用トランジスタに用いた表示装置を提供することを目的とする。かかる目的を達成するために以下の手段を講じた。即ち本発明にかかる薄膜トランジスタは、基板上に配された半導体薄膜と、ゲート電極と、該半導体薄膜と該ゲート電極との間に配された絶縁膜とからなり、前記半導体薄膜は、入力側領域と出力側領域とに分かれており、両者の境界から入力側領域にある半導体薄膜の厚みに比べ、境界から出力側領域にある半導体薄膜の厚みが少なくとも部分的に薄くなっており、前記ゲート電極は、該境界にかかる様に配されており、該ゲート電極に重なる半導体薄膜の部分がチャネル領域になることを特徴とする。 In view of the above-described problems of the conventional technology, an object of the present invention is to provide a thin film transistor capable of suppressing leakage current and a display device using the thin film transistor as a pixel driving transistor. In order to achieve this purpose, the following measures were taken. That is, a thin film transistor according to the present invention includes a semiconductor thin film disposed on a substrate, a gate electrode, and an insulating film disposed between the semiconductor thin film and the gate electrode. And the output side region, the thickness of the semiconductor thin film from the boundary to the output side region is at least partially thinner than the thickness of the semiconductor thin film from the boundary to the input side region, the gate electrode Are arranged so as to extend over the boundary, and a portion of the semiconductor thin film overlapping the gate electrode becomes a channel region.
好ましくは、前記半導体薄膜の入力側領域は、所定濃度で不純物が注入された導電性領域と、該導電性領域と該チャネル領域との間にあり該導電性領域より不純物濃度が低い低濃度不純物領域とに分かれており、前記半導体薄膜の出力側領域も導電性領域と低濃度不純物領域に分かれており、且つ該低濃度不純物領域は該半導体薄膜の厚みが薄くなった部分に形成されている。又前記入力側領域の低濃度不純物領域に比べ、前記出力側領域の低濃度不純物領域の不純物濃度が高い。 Preferably, the input side region of the semiconductor thin film is a conductive region into which impurities are implanted at a predetermined concentration, and a low concentration impurity between the conductive region and the channel region and having a lower impurity concentration than the conductive region. The output region of the semiconductor thin film is also divided into a conductive region and a low concentration impurity region, and the low concentration impurity region is formed in a portion where the thickness of the semiconductor thin film is reduced. . Further, the impurity concentration of the low concentration impurity region in the output side region is higher than that of the low concentration impurity region in the input side region.
又本発明は、行状の走査線と、列状の信号線と、両者の交差部に位置する画素とが基板上に集積形成されており、前記画素は、電気光学素子と、該走査線と該信号線に接続して該電気光学素子を駆動する薄膜トランジスタとを含む表示装置において、前記薄膜トランジスタは、半導体薄膜と、ゲート電極と、該半導体薄膜と該ゲート電極との間に配された絶縁膜とからなり、前記半導体薄膜は、信号線に接続する入力側領域と電気光学素子に接続する出力側領域とに分かれており、両者の境界から入力側領域にある半導体薄膜の厚みに比べ、境界から出力側領域にある半導体薄膜の厚みが薄くなっており、前記ゲート電極は、該走査線に接続すると共に該境界にかかる様に配されており、該ゲート電極に重なる半導体薄膜の部分がチャネル領域になることを特徴とする。 According to the present invention, a row-shaped scanning line, a column-shaped signal line, and a pixel located at the intersection of both are integrally formed on a substrate. The pixel includes an electro-optic element, the scanning line, In the display device including a thin film transistor connected to the signal line and driving the electro-optic element, the thin film transistor includes a semiconductor thin film, a gate electrode, and an insulating film disposed between the semiconductor thin film and the gate electrode The semiconductor thin film is divided into an input side region connected to the signal line and an output side region connected to the electro-optic element, and the boundary between the two is smaller than the thickness of the semiconductor thin film in the input side region. The thickness of the semiconductor thin film in the output side region is reduced, and the gate electrode is connected to the scanning line and is arranged so as to cover the boundary, and the portion of the semiconductor thin film overlapping the gate electrode is a channel Territory And wherein the made thing.
本発明によれば、入力側領域にある半導体薄膜の厚みに比べ、出力側領域にある半導体薄膜の厚みが薄くなっている。かかる構成により、入力側領域の不純物濃度に比べ、出力側領域の不純物濃度を高くすることができる。薄膜トランジスタの入力側領域と出力側領域を半導体薄膜の厚み及び不純物濃度に関して非対称構造とすることにより、薄膜トランジスタのオン電流を低減させることなく、リーク電流を低減することができる。この様に十分なオン電流の供給能力を有する一方リーク電流の抑制された薄膜トランジスタは、アクティブマトリクス型表示装置の画素駆動用トランジスタとして好適であり、実用価値が高い。 According to the present invention, the semiconductor thin film in the output side region is thinner than the semiconductor thin film in the input side region. With this configuration, the impurity concentration in the output side region can be made higher than the impurity concentration in the input side region. By making the input side region and the output side region of the thin film transistor an asymmetric structure with respect to the thickness and impurity concentration of the semiconductor thin film, the leakage current can be reduced without reducing the on current of the thin film transistor. Such a thin film transistor that has a sufficient on-current supply capability and has a suppressed leakage current is suitable as a pixel driving transistor of an active matrix display device and has high practical value.
以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図1は、薄膜トランジスタの参考例を表す模式図である。この参考例は対称構造の薄膜トランジスタである。本発明の背景を明らかにするため、まずこの対称構造の薄膜トランジスタを簡潔に説明する。図示するようにこの薄膜トランジスタは、基板上に配された半導体薄膜1と、ゲート電極Gと、半導体薄膜1とゲート電極Gとの間に配されたゲート絶縁膜からなる。半導体薄膜1はゲート電極Gを間にして、入力側領域と出力側領域とに分かれている。ゲート電極Gに重なる半導体薄膜1の部分がチャネル領域CHになる。半導体薄膜1の入力側領域は、所定濃度で不純物が注入された導電性領域(ソースS)と、導電性領域(ソースS)とチャネル領域CHとの間にありソース領域Sより不純物濃度が低い低濃度不純物領域LDDとに別れている。半導体薄膜1の出力側領域も導電性領域(ドレインD)と低濃度不純物領域LDDに別れている。説明の都合上、入力側領域の導電性領域をソースSとし、出力側領域の導電性領域をドレインDとしているが、場合によっては薄膜トランジスタに入力する信号の極性などにより、ソースSとドレインDの役割は入れ替わる場合もある。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a reference example of a thin film transistor. This reference example is a thin film transistor having a symmetrical structure. In order to clarify the background of the present invention, this symmetrical thin film transistor will be briefly described first. As shown in the figure, this thin film transistor comprises a semiconductor
この薄膜トランジスタは、ソース領域Sとチャネル領域CHの間にLDD領域が介在し、チャネル領域CHとドレイン領域Dの間にもLDD領域が介在する。このLDD領域は不純物濃度が低く、ソース領域Sやドレイン領域Dに比べて電気抵抗が高く、リーク電流を抑制する効果がある。図1の左側のグラフは、LDD領域の不純物ドーズ量とリーク電流との関係を示すグラフである。ドーズ量は単位面積当たりの不純物注入量を表している。カーブAはソース領域Sからドレイン領域Dに向かうリーク電流を表し、カーブBは逆にドレイン領域Dからソース領域Sに流れるリーク電流を表している。いずれの場合もLDD領域に対するドーズ量が大きくなるほど(即ちLDD領域の電気抵抗が低くなるほど)リーク電流が増えている。従って一般的なLDD構造の薄膜トランジスタでは、リーク電流を抑制するためにLDD領域の電気抵抗は高いことが望ましい。しかしながらドーズ量を下げると、グラフに示すようにリーク電流が逆に増加してしまう。電気抵抗を上げるためLDD領域に対する不純物ドーズ量を過剰に下げると、ドレイン端部の電界が増加し、トンネル電流成分が増える。これによりグラフに示すようにリーク電流が逆に増加する部分が生じる。従って、適切なLDDドーズ量を設定するためには、LDD抵抗とドレイン端部の電界集中のバランスを考える必要がある。 In this thin film transistor, an LDD region is interposed between the source region S and the channel region CH, and an LDD region is also interposed between the channel region CH and the drain region D. This LDD region has a low impurity concentration, has a higher electric resistance than the source region S and the drain region D, and has an effect of suppressing leakage current. The graph on the left side of FIG. 1 is a graph showing the relationship between the impurity dose in the LDD region and the leakage current. The dose amount represents the impurity implantation amount per unit area. Curve A represents a leakage current from the source region S to the drain region D, and curve B represents a leakage current flowing from the drain region D to the source region S. In any case, the leakage current increases as the dose amount with respect to the LDD region increases (that is, as the electrical resistance of the LDD region decreases). Therefore, it is desirable that a general LDD-structured thin film transistor has a high electric resistance in the LDD region in order to suppress leakage current. However, when the dose amount is lowered, the leakage current increases conversely as shown in the graph. If the impurity dose with respect to the LDD region is excessively decreased in order to increase the electric resistance, the electric field at the drain end increases and the tunnel current component increases. As a result, as shown in the graph, a portion where the leakage current increases conversely occurs. Therefore, in order to set an appropriate LDD dose, it is necessary to consider the balance between the LDD resistance and the electric field concentration at the drain end.
図1の薄膜トランジスタの模式的な平面図の下に、エネルギーバンドを表してある。このエネルギーバンドは、図1に示したグラフの丸印で示したドーズ量に対応している。即ちLDDドーズ量を過剰に下げたため、ドレイン領域Dの端部で電界集中が生じ、エネルギーバンドが急峻に落ち込んでいる。実際の薄膜トランジスタの動作ではエネルギーバンドが急峻に落ち込んだ部分のトンネル電流が無視できなくなる。この様な薄膜トランジスタをアクティブマトリクス型表示装置の画素駆動用トランジスタに用いると、リーク電流によりフリッカやクロストーク等の画質不具合が生じる。従って画素トランジスタに用いる場合はオン電流を確保しつつトンネル電流を含むリーク電流を可能な限り抑制することが重要である。LDD構造の薄膜トランジスタでは、基本的にLDD領域の電気抵抗が高いことが望ましい反面、抵抗を上げるため過剰にLDD領域に対する不純物ドーズ量を下げると、ドレイン端部のトンネル電流成分が増加する。従ってLDD抵抗とドレイン端部電界のバランスを考え不純物濃度を決定する必要がある。 An energy band is represented below the schematic plan view of the thin film transistor of FIG. This energy band corresponds to the dose indicated by the circle in the graph shown in FIG. That is, since the LDD dose is excessively reduced, electric field concentration occurs at the end of the drain region D, and the energy band drops sharply. In the actual operation of the thin film transistor, the tunnel current where the energy band sharply drops cannot be ignored. When such a thin film transistor is used as a pixel driving transistor of an active matrix display device, image quality defects such as flicker and crosstalk occur due to leakage current. Therefore, when used for a pixel transistor, it is important to suppress leakage current including tunnel current as much as possible while securing on-current. In the thin film transistor having the LDD structure, it is basically desirable that the electric resistance of the LDD region is high. However, if the impurity dose with respect to the LDD region is excessively decreased in order to increase the resistance, the tunnel current component at the drain end increases. Therefore, it is necessary to determine the impurity concentration in consideration of the balance between the LDD resistance and the drain end electric field.
図2は、薄膜トランジスタの別の参考例を示す模式的な平面図である。この薄膜トランジスタはアクティブマトリクス型表示装置の画素駆動用トランジスタとして形成されたものである。高密度で微細な画素を効率よく集積形成するため、薄膜トランジスタのレイアウトは図1に示した参考例と異なり非対称となっている。図示の参考例では、ゲート電極Gを間にして左側の領域(入力側領域)と右側の領域(出力側領域)ではレイアウトが非対称である。駆動用薄膜トランジスタの場合、入力側領域のソースSが信号線に接続する一方、出力側領域のドレインDが画素電極に接続する。ソース領域Sとチャネル領域CHの間にリーク電流抑制用のLDD領域が介在する。またチャネル領域CHとドレイン領域Dの間にもLDD領域が介在する。本参考例の場合、特に光リーク電流を抑制するなどの目的で、ソースS側のLDD領域よりもドレインD側のLDD領域の配線幅が狭くなっている。この様に実際に画素のスイッチングに使用する薄膜トランジスタでは、ソースS側とドレインD側のレイアウトに非対称性があるため、周辺の配線から受ける電界の影響が異なり、左右のLDD領域で最適不純物濃度が異なる。現状では、この点のバランスも考慮する必要がある。 FIG. 2 is a schematic plan view showing another reference example of the thin film transistor. This thin film transistor is formed as a pixel driving transistor of an active matrix display device. Unlike the reference example shown in FIG. 1, the layout of the thin film transistors is asymmetric in order to efficiently integrate high-density and fine pixels. In the illustrated reference example, the layout is asymmetric in the left region (input side region) and the right region (output side region) with the gate electrode G in between. In the case of the driving thin film transistor, the source S in the input side region is connected to the signal line, while the drain D in the output side region is connected to the pixel electrode. An LDD region for suppressing leakage current is interposed between the source region S and the channel region CH. An LDD region is also interposed between the channel region CH and the drain region D. In the case of this reference example, the wiring width of the LDD region on the drain D side is narrower than the LDD region on the source S side, particularly for the purpose of suppressing the light leakage current. In such a thin film transistor actually used for pixel switching, the layout on the source S side and the drain D side is asymmetrical, so the influence of the electric field received from the peripheral wiring is different, and the optimum impurity concentration is different in the left and right LDD regions. Different. At present, it is necessary to consider this balance.
図2の左側のグラフは、LDDドーズ量とリーク電流との関係を表している。カーブAはソースSからドレインDに向かうリーク電流を表している。カーブBは逆にドレインDからソースSに向かうリーク電流を表している。カーブAとカーブBを比較すれば明らかなように、ドーズ量が同じであってもリーク電流量は異なる。従ってドレインD側とソースS側で最適な不純物濃度が異なる。従来の非対称型薄膜トランジスタはこの点の配慮がなされておらず、LDD領域の不純物濃度はソース側Sとドレイン側Dで同じであった。ところが実際の画素スイッチングトランジスタでは、入出力の各LDD領域で最適不純物濃度は異なる。入出力各々のLDDに対してリーク電流低減に最適な不純物濃度を実現することが重要であり、本発明の主要な目的となっている。 The graph on the left side of FIG. 2 represents the relationship between the LDD dose and the leakage current. A curve A represents a leakage current from the source S to the drain D. Curve B represents the leakage current from the drain D to the source S. As is clear from comparison between curve A and curve B, the amount of leakage current is different even if the dose is the same. Therefore, the optimum impurity concentration differs between the drain D side and the source S side. The conventional asymmetric thin film transistor does not take this point into consideration, and the impurity concentration of the LDD region is the same on the source side S and the drain side D. However, in an actual pixel switching transistor, the optimum impurity concentration differs in each input / output LDD region. It is important to realize an optimum impurity concentration for reducing the leakage current for each LDD of the input and output, which is a main object of the present invention.
図3は、本発明にかかる薄膜トランジスタの基本的な構成を示す模式的な断面図である。図示するように、本発明にかかる薄膜トランジスタは、基板上に配された半導体薄膜1と、ゲート電極Gと、半導体薄膜1とゲート電極Gとの間に配された絶縁膜2とからなる。このゲート絶縁膜2は例えば二酸化シリコン膜もしくはチッ化シリコン膜あるいはこれらの複合膜からなる。ゲート電極Gは高融点金属膜もしくは導電性のポリシリコン膜からなる。半導体薄膜1は本実施形態の場合ポリシリコン膜である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the basic configuration of the thin film transistor according to the present invention. As shown in the figure, the thin film transistor according to the present invention includes a semiconductor
ポリシリコンからなる半導体薄膜1は、入力側領域と出力側領域とに分かれており、両者の境界3から入力側領域にある半導体薄膜1の厚みに比べ、境界3から出力側領域にある半導体薄膜1の厚みが少なくとも部分的に薄くなっている。ゲート電極Gは、境界3にかかるように配されており、ゲート電極Gに重なる半導体薄膜1の部分がチャネル領域CHになる。
The semiconductor
半導体薄膜1の入力側領域は、所定濃度で不純物が注入された導電性領域(ソース領域S)と、導電性領域(ソース領域S)とチャネル領域CHとの間にあり導電性領域(ソース領域S)より不純物濃度が低い低濃度不純物領域(LDD領域)とに分かれている。半導体薄膜1の出力側領域も導電性領域(ドレイン領域D)と低濃度不純物領域(LDD領域)に分かれており、且この低濃度不純物領域(LDD領域)は半導体薄膜1の厚みが薄くなった部分に形成されている。かかる構成により、入力側領域の低濃度不純物領域(LDD領域)に比べ、出力側領域の低濃度不純物領域(LDD領域)の不純物濃度が高くなっている。即ち、半導体薄膜1に対してn型の不純物を注入してチャネル領域CHの両側にLDD領域を形成する際、不純物イオンの加速電圧を制御することにより、自己組織化的に左右で濃度の異なるLDD領域を形成できる。一般にn型の不純物はイオンインプランテーションにより半導体薄膜1に注入される。イオンインプランテーションは不純物イオンを加速してゲート絶縁膜2を介し半導体薄膜1に不純物を注入する。その際不純物イオンの加速電圧を調整して、例えば濃度プロファイルのピークが半導体薄膜1の上面に一致するようにプロファイルを設定する。この様にすると、ソースS側のLDD領域は厚みが大きい分不純物濃度が相対的に下がる一方、ドレイン領域D側のLDD領域は半導体薄膜1の厚みが薄いため、不純物濃度は相対的に高くなる。この様にして1回のイオンインプランテーション処理により、左右のLDD領域で不純物濃度に差をつけることが可能である。即ち半導体薄膜1の厚みを入力側領域に比べ出力側領域で薄くし且イオンインプランテーションにおける不純物イオンの加速電圧を適切に設定することで、出力側領域のLDD濃度を、入力側領域のLDD濃度に比べて自己組織的に(自動的に)高くすることができる。
The input side region of the semiconductor
この様にLDD領域部の半導体膜厚を入出力領域で作り分けることにより、LDD構造部の不純物濃度を非対称に形成する。半導体膜厚及び不純物濃度の非対称性の効果によりオン電流を低減させることなくリーク電流を低減できる。但し本発明は必ずしもLDD構造を有する薄膜トランジスタに限る必要なない。LDD構造を有さない薄膜トランジスタにおいてもドレイン領域側をソース領域側に比べて薄膜化することにより、薄膜化自体の効果でリーク電流低減が見込まれる。またこのときドレイン領域への不純物注入時の加速電圧を制御することで、ドレイン領域中薄膜化した箇所は、厚い膜でそのまま残っている箇所よりも濃度が薄く形成されるため、LDD構造と同じ機能を持つことができる。出力側薄膜部の段差は2箇所以上形成しても良い。2箇所以上段差を形成することで、LDD領域もしくはドレイン領域の濃度勾配はより緩やかになり、電界集中を緩和することができる。 In this way, the semiconductor film thickness in the LDD region is made different in the input / output region, so that the impurity concentration in the LDD structure is formed asymmetrically. Leakage current can be reduced without reducing the on-current due to the asymmetry of the semiconductor film thickness and impurity concentration. However, the present invention is not necessarily limited to the thin film transistor having the LDD structure. Even in a thin film transistor that does not have an LDD structure, by reducing the thickness of the drain region compared to the source region, leakage current can be reduced due to the effect of thinning itself. Also, at this time, by controlling the acceleration voltage at the time of impurity implantation into the drain region, the thinned portion in the drain region is formed with a lower concentration than the portion remaining as it is in the thick film. Can have functions. Two or more steps on the output side thin film portion may be formed. By forming two or more steps, the concentration gradient in the LDD region or the drain region becomes gentler and the electric field concentration can be reduced.
図4は、図3に示した画素スイッチング用薄膜トランジスタのレイアウトを示す模式的な平面図である。図示するように、薄膜トランジスタは、基板上に形成された遮光膜4の上に素子領域となる半導体薄膜1が形成されている。半導体薄膜1は所定の形状にパタニングされており、ゲート絶縁膜を介してその上にゲート電極Gが配されている。ゲート電極Gと入力側領域(ソースS)との間にLDD領域が介在している。また出力側領域(ドレインD)とゲート電極Gの間にもLDD領域が介在している。入力側のソースSは信号線(図示せず)に接続する一方、出力側のドレインDは画素電極に接続している。ソースS側のLDD領域とドレインD側のLDD領域は非対称となっている。本発明ではチャネル中央よりポリシリコンの膜厚を作り分けると同時に、LDD領域に対するn型不純物の注入時濃度プロファイルを制御することにより、入出力の各LDD部で不純物濃度の作り分けを行い、出力側のポリシリコン薄膜化と入出力各LDD部での不純物濃度最適化の効果により、オン電流を低減することなく、リーク電流を抑制することが可能である。本発明を採用することで画素スイッチング用トランジスタの入出力各LDD部の不純物濃度の最適化が可能となり、オフ電流を抑制し電流リークに起因する輝点欠陥を除くことができ、フリッカなどの画質不良も防ぐことができる。また本発明を用いることで画素スイッチング用薄膜トランジスタの出力側のポリシリコン薄膜化の効果として、オン電流を下げることなくオフ電流を下げることができ、電流リークに起因する輝点欠陥やフリッカを改善することが可能である。
4 is a schematic plan view showing the layout of the pixel switching thin film transistor shown in FIG. As shown in the drawing, in the thin film transistor, a semiconductor
図5は、LDD領域のポリシリコン膜厚と不純物濃度との関係を示すグラフである。パラメータとして不純物イオンの加速電圧を取ってある。例えば不純物イオン注入(イオンインプランテーション)における不純物イオンの加速電圧が50kevの場合、膜厚が薄い方が、LDD領域の不純物濃度が高くなっている。この様に最適な加速電圧を選択することにより、膜中不純物濃度と膜厚が負の線形性を持つように制御することが可能である。よって1回のイオン注入処理により、入力側と出力側でLDDの不純物濃度に差をつけることが可能である。 FIG. 5 is a graph showing the relationship between the polysilicon film thickness in the LDD region and the impurity concentration. The acceleration voltage of impurity ions is taken as a parameter. For example, when the acceleration voltage of impurity ions in impurity ion implantation (ion implantation) is 50 kev, the thinner the film thickness, the higher the impurity concentration in the LDD region. By selecting the optimum acceleration voltage in this way, it is possible to control the impurity concentration in the film and the film thickness to have negative linearity. Therefore, it is possible to make a difference in the impurity concentration of the LDD between the input side and the output side by one ion implantation process.
図6は、LDDドーズ量とリーク電流との関係を示すグラフである。カーブAは出力側領域から入力側領域に向かって流れるリーク電流の場合を表している。カーブAは入力側と出力側でLDD濃度に差を付けなかった場合である。一方カーブA´は本発明に従って入力側LDD濃度に比べ出力側LDD濃度を高くした場合である。なお入力側LDD領域の膜厚に比べ出力側LDD領域の膜厚は15nmだけ薄くしてある。カーブAとカーブA´を比較すれば明らかなように、出力側LDDの膜厚を薄くし且不純物濃度を高くすることで、リーク電流を抑制することができる。グラフ上で読み取ると、出力側LDDの薄膜化の効果は、LDDドーズ量にして6×1012/cm2の変化に相当している。結果として、出力側LDD領域の膜厚を入力側LDD領域に比べ15nm薄くすることで、リーク電流を20%ほど低減することができる。一方カーブBに示すように入力側領域から出力側領域に向かうリーク電流に変化は生じない。 FIG. 6 is a graph showing the relationship between the LDD dose and the leakage current. A curve A represents a case of leakage current flowing from the output side region toward the input side region. Curve A is the case where there is no difference in LDD density between the input side and the output side. On the other hand, a curve A ′ is a case where the output side LDD concentration is made higher than the input side LDD concentration according to the present invention. The film thickness of the output side LDD region is reduced by 15 nm compared to the film thickness of the input side LDD region. As is clear from the curve A and the curve A ′, the leakage current can be suppressed by reducing the film thickness of the output side LDD and increasing the impurity concentration. When read on the graph, the effect of thinning the output side LDD corresponds to a change of 6 × 10 12 / cm 2 in terms of the LDD dose. As a result, the leakage current can be reduced by about 20% by reducing the film thickness of the output side LDD region by 15 nm compared to the input side LDD region. On the other hand, as shown by curve B, there is no change in the leakage current from the input side region to the output side region.
図7は、本発明にかかる表示装置の製造方法を示す工程図である。本製造方法では、絶縁性の基板の上に画素部のトランジスタと周辺回路部のトランジスタ同時に形成している。本実施例では絶縁基板として石英を用いている。前処理として、この石英基板の上に裏面遮光膜を形成している。本実施例ではWSiを200nm成膜して、裏面遮光膜としている。さらにこの裏面遮光膜の上に下地膜としてCVDによりSiO2を600nmの厚みで成膜している。 FIG. 7 is a process diagram showing a method for manufacturing a display device according to the present invention. In this manufacturing method, the transistor in the pixel portion and the transistor in the peripheral circuit portion are formed simultaneously on the insulating substrate. In this embodiment, quartz is used as the insulating substrate. As a pretreatment, a back surface light shielding film is formed on the quartz substrate. In this embodiment, WSi is formed to a thickness of 200 nm to form a back light shielding film. Further, a SiO 2 film having a thickness of 600 nm is formed on this backside light-shielding film by CVD as a base film.
まず工程(1)で、予め準備した基板(図示せず)の上に多結晶シリコン膜1を例えば75nmの厚みで成膜する。本例ではLP−CVDまたはエピタピシャル成長によりチャネル領域の厚みが75nmとなるようにポリシリコン膜1を成膜している。但し本発明はこれに限られるものではなく、ポリシリコン膜に代えてアモルファスシリコン膜を用いてもよく、膜厚は10nm〜50nmぐらいが最適である。また場合によっては半導体薄膜としてGaAs膜もしくはGe膜を形成しても良い。
First, in step (1), a
工程(2)に進み、ポリシリコン膜1の表面を全面ダミー酸化し、例えば厚みが60nmの酸化被膜を形成する。
Proceeding to step (2), the entire surface of the
工程(3)に進み、ダミー酸化膜50の上に、フォトレジスト51を全面的に成膜する。フォトリソグラフィによりレジスト51をパタニングして、画素トランジスタの素子領域となる部分に開口を設ける。
Proceeding to step (3), a
工程(4)に進み、フォトレジスト51をマスクとして酸化膜50をウェットエッチングし、画素トランジスタの素子領域に相当する部分から除去する。酸化膜50のエッチング処理はドライエッチングまたはウェットエッチングのどちらでも良いが、選択比を考慮して本実施例ではウェットエッチングを用いている。酸化膜50をエッチングしたあと不要になったフォトレジストは除去する。
Proceeding to step (4), the
工程(5)に進み、2回目の全面ダミー酸化処理を行うことにより、画素トランジスタの素子領域に相当する部分を酸化する。これにより素子領域の部分のポリシリコン膜1が薄膜化する。なお2回目のダミー酸化膜52は、その厚みが20nmとなるように酸化処理している。
Proceeding to the step (5), the second whole-surface dummy oxidation treatment is performed to oxidize the portion corresponding to the element region of the pixel transistor. As a result, the
工程(6)に進み、ダミー酸化膜52をウェットエッチングにて除去する。これによりポリシリコン膜1の所定の部分を薄膜化することができる。薄膜化された領域は、後工程で出力側のチャネル領域及びLDD領域となる。
Proceeding to step (6), the
工程(7)に進み、ポリシリコン膜1をフォトリソグラフィ技術により島状にパタニングする。ポリシリコン膜1のパタニングにはウェットエッチング又はドライエッチングのどちらでも採用できるが、画素部トランジスタの微細化を考慮して本例ではドライエッチングを採用している。
Proceeding to step (7), the
工程(8)に進み、島状にパタニングされたポリシリコン膜1をゲート絶縁膜2で被覆する。本例ではSiO2をCVD法にて成膜し、ゲート絶縁膜2としている。
Proceeding to step (8), the island-patterned
工程(9)に進み、島状にパタニングされたポリシリコン膜1の上に、ゲート絶縁膜2を介してゲート電極Gを形成する。この場合画素トランジスタ側では、ゲート電極Gの一部が予めポリシリコン膜1に形成した薄膜化部分にかかるようにしている。
Proceeding to step (9), the gate electrode G is formed on the island-patterned
工程(10)に進み、n型の不純物をイオンインプランテーションにより注入し、LDD領域を形成する。ここでは不純物Pをゲート電極Gをマスクとしてポリシリコン膜1に注入している。この際ゲート電極Gを間にして出力側のLDD領域と入力側のLDD領域とで膜厚に差があることを利用して、自己組織的に、出力側LDDと入力側LDDで不純物濃度が異なるようにしている。具体的には不純物のイオンインプランテーションの条件(特に加速電圧)を制御することにより、出力側のLDD不純物濃度を高くし、入力側LDDの不純物濃度を低くすることができる。
Proceeding to step (10), an n-type impurity is implanted by ion implantation to form an LDD region. Here, the impurity P is implanted into the
工程(11)に進み、工程(10)で形成したLDD領域及びゲート電極G直下のチャネル領域を被覆するようにフォトレジスト53をパタニングする。このパタニングされたフォトレジストをマスクとしてn型の不純物を高濃度で注入し、ソース領域S及びドレイン領域を形成する。本例ではn型の不純物としてPを用いている。この様にして画素トランジスタを作成するのと同時に周辺回路用のトランジスタも形成される。このあと図示しないがコンタクトなどを作成して、トランジスタが完成する。
Proceeding to the step (11), the
図8は、図7に示した製造方法によって作成された表示装置の全体構成を示す模式的な斜視図である。図示するように、本表示装置は一対の絶縁基板101,102と両者の間に保持された液晶103とを備えたパネル構造を有する。下側の絶縁基板101には画素アレイ部104と駆動回路部とが集積形成されている。駆動回路部は垂直駆動回路105と水平駆動回路106とに分かれている。また、絶縁基板101の周辺部上端には外部接続用の端子部107が形成されている。端子部107は配線108を介して垂直駆動回路105及び水平駆動回路106に接続している。画素アレイ部104には行状のゲート配線109と列状の信号配線110が形成されている。両配線の交差部には光反射性の画素電極111とこれを駆動する薄膜トランジスタ112が形成されている。薄膜トランジスタ112のゲート電極は対応するゲート配線109に接続され、ドレイン領域は対応する画素電極111に接続され、ソース領域は対応する信号配線110に接続している。ゲート配線109は垂直駆動回路105に接続する一方、信号配線110は水平駆動回路106に接続している。
FIG. 8 is a schematic perspective view showing the overall configuration of the display device created by the manufacturing method shown in FIG. As shown in the figure, the display device has a panel structure including a pair of insulating
図9は、画像表示部として図8に示した液晶パネルを用いた反射型プロジェクタ装置の一例を示す構成図である。図7に図解した反射型プロジェクタ装置は、3原色光、すなわち、青色、緑色、赤色を提供する光源として、白色光を出力するランプ201と、コリメータレンズ202と、フライアイ(蠅の目)レンズ203、204と、入射光の例えばP偏光成分の光をS偏光に変換して出力するPS変換手段205と、メインコンデンサレンズ206と、青色反射ダイクロッイクミラー207と、緑赤色反射ダイクロイックミラー208と、全反射ミラー209、210と、緑反射ダイクロイックミラー211とを有する。
FIG. 9 is a configuration diagram showing an example of a reflective projector apparatus using the liquid crystal panel shown in FIG. 8 as an image display unit. The reflective projector apparatus illustrated in FIG. 7 has a
反射型プロジェクタ装置はさらに、クロスプリズム224と、このクロスプリズム224の周囲に配設された、3個の偏光ビームスプリッタ(PBS)、すなわち、第1偏光ビームスプリッタ(PBS)218、第2PBS219、第3PBS223を有する。反射型プロジェクタ装置は、クロスプリズム224を挟んで、第2PBS219と対向する側に投射レンズ225を有する。第2PBS219の一方の面側には、コンデンサレンズ212が配設され、他方の面に緑色用液晶反射パネル213と1/4波長板214とが配設されている。第1PBS218の一方の面側には、コンデンサレンズ215が配設され、他方の面に赤色用液晶反射パネル217と1/4波長板216とが配設されている。第3PBS223の一方の面側には、コンデンサレンズ220が配設され、他方の面に緑色用液晶反射パネル222と1/4波長板221とが配設されている。
The reflective projector device further includes a
光源からは3原色光、すなわち、青色光、緑色光、赤色光が下記のごとく出力される。赤色光は、メインコンデンサレンズ206から出力された白色光が緑赤色反射ダイクロイックミラー208で反射され、全反射ミラー209で反射され、緑反射ダイクロイックミラー211を透過し、コンデンサレンズ215に入射する。緑色光は、メインコンデンサレンズ206から出力された白色光が緑赤色反射ダイクロイックミラー208で反射され、全反射ミラー209で反射され、緑反射ダイクロックミラー211で反射され、コンデンサレンズ212に入射する。青色光は、メインコンデンサレンズ206から出力された白色光が青色反射ダイクロックミラー207で反射され、全反射ミラー210で反射され、コンデンサレンズ220に入射する。
The light source outputs three primary color lights, that is, blue light, green light, and red light as follows. For the red light, white light output from the
コンデンサレンズ212に入射された緑色光は、第2PBS219で反射されて1/4波長板214を透過して緑色用液晶反射パネル213に入射し、そこで変調されると第2PBS219を透過してクロスプリズム224に入射して投射レンズ225から、その前方に位置するスクリーン(図示せず)に投射される。コンデンサレンズ215に入射された赤色光は、第1PBS218で反射されて1/4波長板216を透過して赤色用液晶反射パネル217に入射し、そこで変調されると第1PBS218を透過してクロスプリズム224に入射して投射レンズ225から、その前方に位置するスクリーン(図示せず)に投射される。コンデンサレンズ220に入射された緑色光は、第3PBS223で反射されて1/4波長板221を透過して緑色用液晶反射パネル222に入射し、そこで変調されると第3PBS223を透過してクロスプリズム224に入射して投射レンズ225から、その前方に位置するスクリーン(図示せず)に投射される。
The green light incident on the
1・・・半導体薄膜、2・・・ゲート絶縁膜、3・・・境界、G・・・ゲート電極、S・・・ソース領域、D・・・ドレイン領域、LDD・・・低濃度不純物領域、CH・・・チャネル領域
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記半導体薄膜は、入力側領域と出力側領域とに分かれており、両者の境界から入力側領域にある半導体薄膜の厚みに比べ、境界から出力側領域にある半導体薄膜の厚みが少なくとも部分的に薄くなっており、
前記ゲート電極は、該境界にかかる様に配されており、該ゲート電極に重なる半導体薄膜の部分がチャネル領域になることを特徴とする薄膜トランジスタ。 A semiconductor thin film disposed on a substrate, a gate electrode, and an insulating film disposed between the semiconductor thin film and the gate electrode,
The semiconductor thin film is divided into an input side region and an output side region, and the thickness of the semiconductor thin film from the boundary to the output side region is at least partially compared to the thickness of the semiconductor thin film from the boundary to the input side region. It ’s thinner,
The thin film transistor characterized in that the gate electrode is arranged so as to extend over the boundary, and a portion of the semiconductor thin film overlapping the gate electrode becomes a channel region.
前記半導体薄膜の出力側領域も導電性領域と低濃度不純物領域に分かれており、且つ該低濃度不純物領域は該半導体薄膜の厚みが薄くなった部分に形成されていることを特徴とする請求項1記載の薄膜トランジスタ。 The input region of the semiconductor thin film includes a conductive region in which impurities are implanted at a predetermined concentration, and a low-concentration impurity region between the conductive region and the channel region and having a lower impurity concentration than the conductive region. Divided,
The output side region of the semiconductor thin film is also divided into a conductive region and a low concentration impurity region, and the low concentration impurity region is formed in a portion where the thickness of the semiconductor thin film is reduced. 1. The thin film transistor according to 1.
前記画素は、電気光学素子と、該走査線と該信号線に接続して該電気光学素子を駆動する薄膜トランジスタとを含む表示装置において、
前記薄膜トランジスタは、半導体薄膜と、ゲート電極と、該半導体薄膜と該ゲート電極との間に配された絶縁膜とからなり、
前記半導体薄膜は、信号線に接続する入力側領域と電気光学素子に接続する出力側領域とに分かれており、両者の境界から入力側領域にある半導体薄膜の厚みに比べ、境界から出力側領域にある半導体薄膜の厚みが薄くなっており、
前記ゲート電極は、該走査線に接続すると共に該境界にかかる様に配されており、該ゲート電極に重なる半導体薄膜の部分がチャネル領域になることを特徴とする表示装置。 Row-shaped scanning lines, column-shaped signal lines, and pixels located at the intersections of the two are integrated on the substrate,
In the display device, the pixel includes an electro-optical element, and a thin film transistor that is connected to the scanning line and the signal line to drive the electro-optical element.
The thin film transistor comprises a semiconductor thin film, a gate electrode, and an insulating film disposed between the semiconductor thin film and the gate electrode,
The semiconductor thin film is divided into an input side region connected to the signal line and an output side region connected to the electro-optic element, and the boundary from the boundary to the output side region compared to the thickness of the semiconductor thin film in the input side region The thickness of the semiconductor thin film in
The display device is characterized in that the gate electrode is connected to the scanning line and arranged so as to cover the boundary, and a portion of the semiconductor thin film overlapping the gate electrode becomes a channel region.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008042340A JP2009200371A (en) | 2008-02-25 | 2008-02-25 | Thin film transistor, and display |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9425251B2 (en) | 2013-11-08 | 2016-08-23 | Samsung Display Co., Ltd. | Thin film transistor substrate and organic light-emitting diode (OLED) display having the same |
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2008
- 2008-02-25 JP JP2008042340A patent/JP2009200371A/en active Pending
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