JP2014038911A - 薄膜トランジスタおよびその製造方法、並びに表示装置および電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】薄膜トランジスタ10は、ゲート電極12と、ゲート電極12に対向してチャネル領域14Cを有する半導体膜14と、半導体膜14の側壁の少なくともゲート電極側の端部近傍に設けられた絶縁膜16と、一対のソース・ドレイン電極(ソース電極15A,ドレイン電極15B)を備える。また、半導体膜14の面積はゲート電極12よりも小さく、換言すると基板11側から見て半導体膜14はゲート電極12に完全に覆われた状態となっている。即ち、この薄膜トランジスタ10を、液晶表示装置に用いる場合にはバックライト等の背面から照射される光はゲート電極12によって完全に遮蔽される。
【選択図】図1B
Description
1.第1の実施の形態(サイドウォール・完全遮光構造を有する例)
1−1.全体構成
1−2.製造方法
1−3.表示装置
1−4.作用・効果
2.第2の実施の形態(矩形状絶縁膜・完全遮光構造を有する例)
3.変形例1(サイドウォール・部分遮光構造を有する例)
4.変形例2(矩形状絶縁膜・部分遮光構造を有する例)
5.変形例3(半導体膜上にチャネル保護膜を有する例)
6.適用例
(1−1.全体構成)
図1Aは、本開示の第1の実施の形態に係るボトムゲート型(逆スタガ型)の薄膜トランジスタ(薄膜トランジスタ10)の平面構成を表したものであり、図1Bは図1Aに示したI−I一点破線における薄膜トランジスタ10の断面構成を模式的に表したものである。この薄膜トランジスタ10は、半導体膜14として例えばポリシリコン等を用いたTFTであり、例えば有機ELディスプレイ等の駆動素子として用いられるものである。この薄膜トランジスタ10では、基板11上にゲート電極12,ゲート絶縁膜13,チャネル領域14Cを形成する半導体膜14および一対のソース・ドレイン電極(ソース電極15A,ドレイン電極15B)がこの順に設けられている。本実施の形態では、半導体膜14の側面14Aには絶縁膜16が設けられている。また、半導体膜14の面積はゲート電極12よりも小さく、換言すると基板11側から見て半導体膜14はゲート電極12に完全に覆われた状態となっている。即ち、この薄膜トランジスタ10を、液晶表示装置に用いるは会いにはバックライト等の背面から照射される光はゲート電極12によって完全に遮蔽される(完全遮光構造)。
まず、図2Aに示したように、基板11の全面に例えばスパッタリング法や真空蒸着法を用いて、ゲート電極12となる金属膜を形成する。次いで、この金属膜を例えばフォトリソグラフィおよびエッチングを用いてパターニングすることにより、ゲート電極12を形成する。
図3は、上記薄膜トランジスタ10を駆動素子として備えた半導体装置(ここでは、表示装置1)の断面構成を表したものである。この表示装置1は、発光素子として複数の有機発光素子20R,20G,20B(素子)を備えた自発光型の表示装置であり、基板11の上に、画素駆動回路形成層L1、有機発光素子20R,20G,20Bを含む発光素子形成層L2および対向基板(図示せず)をこの順に有している。表示装置1は、対向基板側から光が取り出されるトップエミッション型の表示装置であり、画素駆動回路形成層L1に薄膜トランジスタ10が含まれている。
前述したように、表示装置の駆動素子として用いられる薄膜トランジスタにおいて、ゲートオフ(0Vまたはゲート負バイアス)時にソース・ドレイン電極間に流れるリーク電流(オフ電流)が増大すると、画素の滅点や輝点の不良、ザラ等の画質の低下あるいは焼きつき等が起こる。また、リーク電流のばらつきにより所望の設計値よりも大きなリーク電流が流れる薄膜トランジスタが増大すると、それにより不良画素数も増大し、表示装置の製造歩留まりを低下させる要因にもなる。更に、画素内だけでなく、周辺回路部の薄膜トランジスタにおいてもゲートオフ時のソース・ドレイン電極間のリーク電流の増加は、消費電力が増大する原因となる。このリーク電流は、主にソース・ドレイン−チャネル間における強電界領域でのキャリア生成に起因しており、これはゲート負バイアス時に顕著に見られる。
図7は、本開示の第2の実施の形態に係るボトムゲート型の薄膜トランジスタ(薄膜トランジスタ30)の断面構成を表したものである。この薄膜トランジスタ30は、半導体膜14の側面に設ける絶縁膜36を半導体膜14の側面に沿って平行に設けた点が第1の実施の形態と異なる。
図9Aは、上記第1の実施の形態の変形例(変形例1)に係る薄膜トランジスタ(薄膜トランジスタ40)の平面構成を表したものであり、図9Bは図9Aに示したII−II一点破線における薄膜トランジスタ40の断面構成を表したものである。この薄膜トランジスタ40は、半導体膜14の面積がゲート電極12よりも大きい。換言すると基板11側から見て半導体膜14がゲート電極12からはみ出している状態となっており、背面からの光照射による半導体膜14への入射光を完全には遮蔽しない構造(部分遮光構造)である点が第1の実施の形態とは異なる。
図10は、上記第2の実施の形態の変形例(変形例2)に係る薄膜トランジスタ(薄膜トランジスタ50)の断面構成を表したものである。この薄膜トランジスタ50は、上記変形例1における薄膜トランジスタ40と同様に部分遮光構造である点が第2の実施の形態とは異なる。
図11A〜図11Dは、上記第1,第2の実施の形態および変形例1,2の変形例(変形例3)に係る薄膜トランジスタ(薄膜トランジスタ60A〜60D)の断面構成を表したものである。この薄膜トランジスタ60A〜60Dは、半導体膜14上のチャネル領域14Cに対応する位置にチャネル保護膜69を設けた点が上記実施の形態および変形例とは異なる。なお、薄膜トランジスタ60A〜60Dはそれぞれ薄膜トランジスタ10,30,40,50に対応している。
上記第1、第2の実施の形態および変形例1〜3で説明した薄膜トランジスタ10,30(30A,30B,30C),40,50,60A〜60Dを備えた半導体装置は、表示装置として好適に用いることができる。表示装置としては、例えば液晶表示装置、有機EL表示装置、電子ペーパーディスプレイ等が挙げられる。図12に、表示駆動回路の一例について模式的に示す。
図12は、適用例1に係るテレビジョン装置の外観を表したものである。このテレビジョン装置は、例えば、フロントパネル310およびフィルターガラス320を含む映像表示画面部300を有しており、映像表示画面部300が、上記表示装置に相当する。
図13Aは、適用例2に係るデジタルカメラの外観を表側から、図13Bは裏側から表したものである。このデジタルカメラは、例えば、フラッシュ用の発光部410、上記表示装置としての表示部420、メニュースイッチ430およびシャッターボタン440を有している。
図14は、適用例3に係るノート型パーソナルコンピュータの外観を表したものである。このノート型パーソナルコンピュータは、例えば、本体510,文字等の入力操作のためのキーボード520および上記表示装置としての表示部530を有している。
図15は、適用例4に係るビデオカメラの外観を表したものである。このビデオカメラは、例えば、本体部610,この本体部610の前方側面に設けられた被写体撮影用のレンズ620,撮影時のスタート/ストップスイッチ630および上記表示装置としての表示部640を有している。
図16Aは、適用例5に係る携帯電話機の閉じた状態における正面図、左側面図、右側面図、上面図および下面図を表したものである。図16Bは、携帯電話機の開いた状態における正面図および側面図を表したものである。この携帯電話機は、例えば、上側筐体710と下側筐体720とを連結部(ヒンジ部)730で連結したものであり、ディスプレイ740,サブディスプレイ750,ピクチャーライト760およびカメラ770を有している。ディスプレイ740またはサブディスプレイ750が、上記表示装置に相当する。
(1)ゲート電極と、前記ゲート電極に対向してチャネル領域を有する半導体膜と、前記半導体膜の側壁の少なくとも前記ゲート電極側の端部近傍に設けられた絶縁膜とを備えた薄膜トランジスタ。
(2)前記ゲート電極と、前記半導体膜との間にゲート絶縁膜を備え、前記絶縁膜は、前記半導体膜の側壁から前記ゲート絶縁膜の表面にかけて設けられている、前記(1)記載の薄膜トランジスタ。
(3)前記絶縁膜は、少なくとも前記ゲート電極の延在方向と同一方向に設けられている、(1)または(2)記載の薄膜トランジスタ。
(4)前記半導体膜に電気的に接続された一対のソース・ドレイン電極を備え、前記半導体膜のゲート絶縁膜との界面と、前記ソース・ドレイン電極とゲート絶縁膜との界面との間に前記絶縁膜が介在している、前記(1)乃至(3)のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
(5)前記絶縁膜は前記半導体膜の側面にサイドウォール状に設けられている、前記(1)乃至(4)のうちいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
(6)前記絶縁膜は前記半導体膜の側面に沿って平行に設けられている、前記(1)乃至(4)のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
(7)前記絶縁膜は前記半導体膜の側面に矩形状に設けられている、前記(1)乃至(4)のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
(8)前記絶縁膜の幅方向の膜厚は2nm以上300nm以下である、前記(1)乃至(7)のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
(9)前記半導体膜の面積は前記ゲート電極の面積より小さく、前記ゲート電極側からの入射光を完全に遮光する、前記(1)乃至(8)のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
(10)前記半導体膜の面積は前記ゲート電極の面積よりも大きく、前記ゲート電極側からの入射光を部分的に遮光する、前記(1)乃至(8)のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
(11)前記半導体膜は前記チャネル領域上にチャネル保護膜を有する、前記(1)乃至(10)のうちいずれか1つに記載の薄膜トランジスタ。
(12)基板上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極上に前記ゲート電極に対向してチャネル領域を有する半導体膜を形成する工程と、前記半導体膜の側壁の少なくとも前記ゲート電極側の端部近傍に絶縁膜を形成する工程とを含む薄膜トランジスタの製造方法。
(13)前記絶縁膜をCVD法およびエッチバック法を用いて形成する、前記(12)に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
(14)前記絶縁膜を前記半導体膜を酸化することによって形成する、前記(12)記載の薄膜トランジスタの製造方法。
(15)複数の素子と、前記複数の素子を駆動するための薄膜トランジスタとを有し、前記薄膜トランジスタは、基板上にゲート電極と、前記ゲート電極に対向してチャネル領域を有する半導体膜と、前記半導体膜の側壁の少なくとも前記ゲート電極側の端部近傍に設けられた絶縁膜とを備えた表示装置。
(16)複数の素子と、前記複数の素子を駆動するための薄膜トランジスタとを含む表示装置を有し、前記薄膜トランジスタは、基板上にゲート電極と、前記ゲート電極に対向してチャネル領域を有する半導体膜と、前記半導体膜の側壁の少なくとも前記ゲート電極側の端部近傍に設けられた絶縁膜とを有する電子機器。
Claims (16)
- ゲート電極と、
前記ゲート電極に対向してチャネル領域を有する半導体膜と、
前記半導体膜の側壁の少なくとも前記ゲート電極側の端部近傍に設けられた絶縁膜と
を備えた薄膜トランジスタ。 - 前記ゲート電極と、前記半導体膜との間にゲート絶縁膜を備え、
前記絶縁膜は、前記半導体膜の側壁から前記ゲート絶縁膜の表面にかけて設けられている、請求項1に記載の薄膜トランジスタ。 - 前記絶縁膜は、少なくとも前記ゲート電極の延在方向と同一方向に設けられている、請求項1に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記半導体膜に電気的に接続された一対のソース・ドレイン電極を備え、
前記半導体膜のゲート絶縁膜との界面と、前記ソース・ドレイン電極とゲート絶縁膜との界面との間に前記絶縁膜が介在している、請求項1に記載の薄膜トランジスタ。 - 前記絶縁膜は前記半導体膜の側面にサイドウォール状に設けられている、請求項1に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記絶縁膜は前記半導体膜の側面に沿って平行に設けられている、請求項1に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記絶縁膜は前記半導体膜の側面に矩形状に設けられている、請求項1に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記絶縁膜の幅方向の膜厚は2nm以上300nm以下である、請求項1に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記半導体膜の面積は前記ゲート電極の面積より小さく、前記ゲート電極側からの入射光を完全に遮光する、請求項1に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記半導体膜の面積は前記ゲート電極の面積よりも大きく、前記ゲート電極側からの入射光を部分的に遮光する、請求項1に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記半導体膜は前記チャネル領域上にチャネル保護膜を有する、請求項1に記載の薄膜トランジスタ。
- 基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上に前記ゲート電極に対向してチャネル領域を有する半導体膜を形成する工程と、
前記半導体膜の側壁の少なくとも前記ゲート電極側の端部近傍に絶縁膜を形成する工程と
を含む薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記絶縁膜をCVD法およびエッチバック法を用いて形成する、請求項12に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記絶縁膜を前記半導体膜を酸化することによって形成する、請求項12に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 複数の素子と、前記複数の素子を駆動するための薄膜トランジスタとを有し、
前記薄膜トランジスタは、
基板上にゲート電極と、
前記ゲート電極に対向してチャネル領域を有する半導体膜と、
前記半導体膜の側壁の少なくとも前記ゲート電極側の端部近傍に設けられた絶縁膜と
を備えた表示装置。 - 複数の素子と、前記複数の素子を駆動するための薄膜トランジスタとを含む表示装置を有し、
前記薄膜トランジスタは、
基板上にゲート電極と、
前記ゲート電極に対向してチャネル領域を有する半導体膜と、
前記半導体膜の側壁の少なくとも前記ゲート電極側の端部近傍に設けられた絶縁膜と
を備えた電子機器。
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