JP2014165310A - 表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】表示性能の低下を抑制することが可能な表示装置を提供する。
【解決手段】ポリシリコンによって形成された半導体層であって、第1チャネル領域、第2チャネル領域、ソース領域、ドレイン領域、ソース領域と第1チャネル領域との間に位置し不純物濃度がソース領域より低く第1チャネル領域より高い第1領域、第1チャネル領域と第2チャネル領域との間に5μm以上の長さに亘って形成され不純物濃度が第1領域と同等の第2領域、及び、ドレイン領域と第2チャネル領域との間に位置し不純物濃度がドレイン領域より低く第2チャネル領域より高い第3領域を有する半導体層と、半導体層を覆う絶縁膜と、絶縁膜上に形成され第1チャネル領域の上方に位置する第1ゲート電極、及び、第1ゲート電極と電気的に接続され第2チャネル領域の上方に位置する第2ゲート電極と、ソース領域にコンタクトしたソース電極と、ドレイン領域にコンタクトしたドレイン電極と、を備えた表示装置。
【選択図】図2

Description

本発明の実施形態は、表示装置に関する。
近年、薄膜トランジスタを備えた表示装置が実用化されている。表示装置の一例として、液晶表示装置や有機エレクトロルミネッセンス表示装置等が挙げられる。表示装置の高精細化の要求が高まるのに伴い、表示に寄与する画素開口部の面積も小さくなりつつある。各画素に配置される薄膜トランジスタは、画素開口部の面積低下を抑制するために、そのサイズが小さくなる傾向にある。しかしながら、薄膜トランジスタのサイズの縮小は、リーク電流の増加を招く一因となっている。
一般に、薄膜トランジスタにおけるリーク電流が大きい場合には、画素が輝点となるなどの表示不良を招く。リーク電流を抑制する薄膜トランジスタとして、チャネル領域と高濃度不純物領域との間に低濃度不純物領域、いわゆるLightly Doped Drain(以下LDDと称する)領域を有する構造が種々提案されている。例えば、2つのゲート電極を有する薄膜トランジスタにおいて、第1チャネル領域と第2チャネル領域との間にLDD領域を有する構造が提案されている。また、第1チャネル領域及び第2チャネル領域のそれぞれの両側にLDD領域を有する構造なども提案されている。
特開平05−289103号公報 特開2000−12866号公報 特開平07−263705号公報
本実施形態の目的は、表示性能の低下を抑制することが可能な表示装置を提供することにある。
本実施形態によれば、
絶縁基板と、前記絶縁基板の上に位置しポリシリコンによって形成された半導体層であって、第1チャネル領域、第2チャネル領域、ソース領域、ドレイン領域、前記ソース領域と前記第1チャネル領域との間に位置し不純物濃度が前記ソース領域より低く前記第1チャネル領域より高い第1領域、前記第1チャネル領域と前記第2チャネル領域との間に5μm以上の長さに亘って形成され不純物濃度が前記第1領域と同等の第2領域、及び、前記ドレイン領域と前記第2チャネル領域との間に位置し不純物濃度が前記ドレイン領域より低く前記第2チャネル領域より高い第3領域を有する半導体層と、前記半導体層を覆う絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成され前記第1チャネル領域の上方に位置する第1ゲート電極、及び、前記第1ゲート電極と電気的に接続され前記第2チャネル領域の上方に位置する第2ゲート電極と、前記ソース領域にコンタクトしたソース電極と、前記ドレイン領域にコンタクトしたドレイン電極と、前記ソース電極と電気的に接続され、映像信号が供給されるソース配線と、前記ドレイン電極と電気的に接続され、映像信号に応じた画素電位が書き込まれる画素電極と、を備えた表示装置が提供される。
図1は、本実施形態の表示装置の一構成例を概略的に示す図である。 図2は、図1に示した薄膜トランジスタTRの等価回路を示す図である。 図3は、図1に示した薄膜トランジスタTRの構造例を概略的に示す平面図である。 図4は、図3に示した薄膜トランジスタTRをA−B線で切断した断面構造を概略的に示す断面図である。 図5は、本実施形態の薄膜トランジスタTRのサンプル1について、第2領域LDD2の長さに対するリーク電流のシミュレーション結果を示す図である。 図6は、本実施形態の薄膜トランジスタTRのサンプル2について、第2領域LDD2の長さに対するリーク電流のシミュレーション結果を示す図である。 図7は、本実施形態の薄膜トランジスタTRのサンプル3について、第2領域LDD2の長さに対するリーク電流のシミュレーション結果を示す図である。 図8は、図1に示した薄膜トランジスタTRの他の構造例を概略的に示す平面図である。
以下、本実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
図1は、本実施形態の表示装置の一構成例を概略的に示す図である。ここでは、表示装置として、液晶表示装置を例に説明する。
すなわち、液晶表示装置1は、画像を表示する表示部(アクティブエリア)ACTを備えている。この表示部ACTは、マトリクス状に配置された複数の画素PXによって構成されている。
表示部ACTには、ゲート配線G(G1〜Gn)、容量線C(C1〜Cn)、ソース配線S(S1〜Sm)などが形成されている。各ゲート配線Gは、表示部ACTの外側に引き出され、ゲートドライバGDに接続されている。各ソース配線Sは、表示部ACTの外側に引き出され、ソースドライバSDに接続されている。容量線Cは、補助容量電圧が印加される電圧印加部VCSと電気的に接続されている。
各画素PXは、液晶容量CLC、薄膜トランジスタ(TFT)TR、液晶容量CLCと並列の蓄積容量CSなどで構成されている。液晶容量CLCは、薄膜トランジスタTRに接続された画素電極と、コモン電位の給電部VCOMと電気的に接続された共通電極と、画素電極と共通電極との間に介在する液晶層とで構成されている。
薄膜トランジスタTRは、ゲート配線G及びソース配線Sに電気的に接続されている。ゲート配線Gには、薄膜トランジスタTRをオンオフ制御するための制御信号が供給される。ソース配線Sには、映像信号が供給される。薄膜トランジスタTRは、ゲート配線Gに供給された制御信号に基づいてオンした際に、ソース配線Sに供給された映像信号に応じた画素電位を画素電極に書き込む。コモン電位の共通電極と画素電位の画素電極との間の電位差により、液晶層に印加される電圧が制御される。
蓄積容量CSは、液晶層に印加される電圧を一定期間保持するものであって、絶縁膜を介して対向する一対の電極で構成されている。例えば、蓄積容量CSは、画素電極と同電位の第1電極と、容量線Cの一部あるいは容量線Cと電気的に接続された第2電極と、第1電極と第2電極との間に介在する絶縁膜と、で構成されている。
図2は、図1に示した薄膜トランジスタTRの等価回路を示す図である。
図示した薄膜トランジスタTRは、2つのゲート電極すなわち第1ゲート電極GE1及び第2ゲート電極GE2を有するダブルゲート構造である。なお、薄膜トランジスタTRの一端側端子の電位をVsとし、他端側端子の電位をVdとしたとき、例えば、Vd>Vsの関係にあるものとする。電位Vsの一端側端子(低電位側端子)がソース配線Sと接続され、電位Vdの他端側端子(高電位側端子)が画素電極と接続されている場合もあり得るし、一端側端子が画素電極と接続され、他端側端子がソース配線Sと接続されている場合もあり得る。
薄膜トランジスタTRは、一端側端子と他端側端子との間に半導体層SCを備えている。この半導体層SCは、例えば、一端側端子から他端側端子に向かって順に、ソース領域SCS、第1領域LDD1、第1チャネル領域CH1、第2領域LDD2、第2チャネル領域CH2、第3領域LDD3、及び、ドレイン領域SCDを有している。
図3は、図1に示した薄膜トランジスタTRの構造例を概略的に示す平面図である。図4は、図3に示した薄膜トランジスタTRをA−B線で切断した断面構造を概略的に示す断面図である。
絶縁基板10は、ガラス基板や樹脂基板などである。薄膜トランジスタTRは、例えばn型であり、絶縁基板10の上に形成されている。半導体層SCは、絶縁基板10の上に位置している。なお、絶縁基板10と半導体層SCとの間には、他の絶縁膜が介在していても良い。この半導体層SCは、ポリシリコンによって形成されている。半導体層SCは、第1チャネル領域CH1及び第2チャネル領域CH2と、高濃度不純物領域であるソース領域SCS及びドレイン領域SCDと、低濃度不純物領域である第1領域LDD1、第2領域LDD2、及び、第3領域LDD3を有している。これらの高濃度不純物領域及び低濃度不純物領域には、不純物としてリン(P)などが注入されている。低濃度不純物領域の不純物濃度(ドーズ量)は、例えば、(1.0〜2.0)×1013/cm程度である。
第1領域LDD1は、ソース領域SCSと第1チャネル領域CH1との間に位置し、これらのソース領域SCS及び第1チャネル領域CH1と繋がっている。第1領域LDD1の不純物濃度は、ソース領域SCSよりも低く、第1チャネル領域CH1よりも高い。
第2領域LDD2は、第1チャネル領域CH1と第2チャネル領域CH2との間に位置し、これらの第1チャネル領域CH1及び第2チャネル領域CH2と繋がっている。第2領域LDD2の不純物濃度は、第1領域LDD1と同等である。
第3領域LDD3は、ドレイン領域SCDと第2チャネル領域CH2との間に位置し、これらのドレイン領域SCD及び第2チャネル領域CH2と繋がっている。第3領域LDD3の不純物濃度は、第1領域LDD1と同等であり、ドレイン領域SCDよりも低く、第2チャネル領域CH2よりも高い。このような半導体層SCは、第1絶縁膜11によって覆われている。また、第1絶縁膜11は、絶縁基板10の上にも配置されている。
第1領域LDD1の長さL1、第2領域LDD2の長さL2、及び、第3領域LDD3の長さL3は、図示した例では、半導体層SCが略直線状のパターンであるため、半導体層SCの延出方向に沿った長さに相当する。つまり、長さL1はソース領域SCSと第1チャネル領域CH1との間の長さであり、長さL2は第1チャネル領域CH1と第2チャネル領域CH2との間の長さであり、長さL3は第2チャネル領域CH2とドレイン領域SCDとの間の長さである。
なお、図示した例では、半導体層SCは、略直線状のパターンを有するように形成されているが、例えばL字形状、クランク形状、コの字形状などに屈曲あるいは蛇行したパターンを有するように形成されていても良い。半導体層SCが屈曲あるいは蛇行したパターンの場合、長さL1乃至L3は、それぞれのパターンに基づいて算定される長さとなる。
第1ゲート電極GE1及び第2ゲート電極GE2は、間隔をおいて第1絶縁膜11の上に形成されている。第1チャネル領域CH1は第1ゲート電極GE1と重なる位置にあり、第2チャネル領域CH2は第2ゲート電極GE2と重なる位置にある。つまり、第1チャネル領域CH1と第1ゲート電極GE1とは第1絶縁膜11を介して対向し、第2チャネル領域CH2と第2ゲート電極GE2とは第1絶縁膜11を介して対向している。第2領域LDD2は、第1ゲート電極GE1と第2ゲート電極GE2との間に位置している。第1ゲート電極GE1及び第2ゲート電極GE2は、第2絶縁膜12によって覆われている。また、第2絶縁膜12は、第1絶縁膜11の上にも配置されている。
薄膜トランジスタTRは、一端側端子及び他端側端子として、ソース電極SE及びドレイン電極DEを備えている。これらのソース電極SE及びドレイン電極DEは、第2絶縁膜12の上に形成されている。ソース電極SEは、第1絶縁膜11及び第2絶縁膜12を貫通するコンタクトホールCH1を介してソース領域SCSにコンタクトしている。ドレイン電極DEは、第1絶縁膜11及び第2絶縁膜12を貫通するコンタクトホールCH2を介してドレイン領域SCDにコンタクトしている。なお、ソース電極SEは図示しないソース配線と電気的に接続され、ドレイン電極DEは図示しない画素電極と電気的に接続されている。
上記構造の薄膜トランジスタTRの製造方法の一例について以下に簡単に説明する。
すなわち、島状のポリシリコンからなる半導体層SCを形成した後、第1絶縁膜11を形成し、第1ゲート電極GE1及び第2ゲート電極GE2を形成する。その後、第1不純物注入工程として、第1ゲート電極GE1及び第2ゲート電極GE2をマスクとして、半導体層SCに例えば少量リンなどの不純物を注入する。その後、第2不純物注入工程として、第1領域LDD1、第2領域LDD2、第3領域LDD3、第1ゲート電極GE1及び第2ゲート電極GE2となる領域をレジストで覆いソース領域SCS及びドレイン領域SCDのみレジストの開口部とし、半導体層SCに例えばリンなどの不純物を注入する。第1不純物注入工程のみで不純物を注入された領域は、低濃度不純物領域(第1領域LDD1、第2領域LDD2、及び、第3領域LDD3)となり、第1不純物注入工程及び第2不純物注入工程に亘って不純物を注入された領域は、高濃度不純物領域(ソース領域SCS及びドレイン領域SCD)となる。
次に、第1領域LDD1、第2領域LDD2、および第3領域LDD3の長さと薄膜トランジスタTRにおけるリーク電流との関係について説明する。
一般的に第1領域LDD1、第2領域LDD2、および第3領域LDD3の長さを長くするほど薄膜トランジスタのリーク電流を削減することが知られており、特に薄膜トランジスタの低電位側のLDDを長くするとその効果は大きい。図2乃至図4のトランジスタにおいては理想的には第1領域LDD1あるいは第3領域LDD3の長さを長くすればリーク電流の削減効果は大きくなると想定される。しかし、実際にはソース領域SCS及びドレイン領域SCDのみ開口部とするレジスト形成におけるマスクずれにより第2不純物注入工程において第1領域LDD1あるいは第3領域において例えばリンなどの不純物が注入され高濃度不純物領域がこの領域においても形成され、長さL1およびL3のばらつきは大きくなり、第1領域LDD1あるいは第3領域LDD3の長さを長くしたときのリーク電流削減効果のサンプル間のばらつきは大きくなる。また、ばらつきを考慮して、第1領域LDD1あるいは第3領域LDD3の長さを長くした場合、上記の薄膜トランジスタのオン抵抗にも影響を及ぼしてくる。
上記のとおり発明者が種々検討したところによると、上記の構造の薄膜トランジスタTRにおいて、その製造工程のばらつきに依存せず、オン抵抗にも大きな影響を与えず、リーク電流を抑制するために、第1領域LDD1、第2領域LDD2、および第3領域LDD3の長さを最適化することを見出した。
図5乃至図7は、上記した構造の薄膜トランジスタTRの各サンプルについて、第2領域LDD2の長さに対するリーク電流の評価結果を示す図である。なお、ここでのサンプルでは、第1チャネル領域CH1及び第2チャネル領域CH2のそれぞれの長さの設計値は3μmとし、第1領域LDD1の長さL1及び第3領域LDD3の長さL3の設計値はそれぞれ3μmとした。
図5に示したサンプル1の評価結果によれば、設計上第2領域LDD2の長さL2が第1領域LDD1の長さL1及び第3領域LDD3の長さL3と同等の3μmである場合と比較して、長さL2を長さL1及びL3よりも長くすることで、リーク電流を抑制できることが確認された。特に、図示したように、長さL2を5μm以上とすることにより、長さL2が3μmの場合と比較して、約1/3にリーク電流を低減できることが確認できた。
図6に示したサンプル2の評価結果によれば、設計上第2領域LDD2の長さL2が3μmである場合と比較して、長さL2を長さL1及びL3よりも長くすることで、リーク電流を抑制できることが確認された。特に、図示したように、長さL2を5μm以上とすることにより、長さL2が3μmの場合と比較して、約1/2にリーク電流を低減できることが確認できた。したがって、このようなサンプル2についても、サンプル1と同様の効果が得られる。
図7に示したサンプル3の評価結果によれば、第2領域LDD2の長さL2が3μmである場合と比較して、長さL2を長さL1及びL3よりも長くすることで、リーク電流を抑制できることが確認された。特に、図示したように、長さL2を5μm以上とすることにより、長さL2が3μmの場合と比較して、約1/4にリーク電流を低減できることが確認できた。したがって、このようなサンプル3についても、サンプル1と同様の効果が得られる。
このように、第1チャネル領域CH1と第2チャネル領域CH2との間に位置する第2領域LDD2の長さL2を拡張し、特に、5μm以上とすることにより、製造ばらつきに大きく依存することなく第2領域LDD2を高抵抗化することが可能となり、薄膜トランジスタTRにおけるリーク電流を低減することが可能となる。
また、第2領域LDD2は、第1ゲート電極GE1と第2ゲート電極GE2との間に位置するため、第2不純物注入工程では第1ゲート電極GE1及び第2ゲート電極GE2とともに確実にレジストによって覆われる領域である。つまり、第2領域LDD2の長さL2は、第1ゲート電極GE1と第2ゲート電極GE2との間隔で決まるため、設計値がほぼ実際に形成された長さとなり、第1領域LDD1の長さL1及び第3領域LDD3の長さL3と比較して、製造プロセスの影響、例えばレジストのパターニング精度の影響を受けにくい。したがって、長さL2の製造上のばらつきは小さく薄膜トランジスタTRの性能のバラツキを抑制することが可能となり、上記薄膜トランジスタのリーク電流およびオン抵抗を最適な値に設計することが可能となる。
上記構成の薄膜トランジスタTRを適用することにより、製造上のばらつきに大きく依存しないでリーク電流を抑制し最適な値に設計することが可能となるため、各画素における表示不良の発生を抑制することが可能となる。また、各画素の薄膜トランジスタTRの性能のバラツキを抑制することが可能となるため、表示部全体に亘り、輝度のバラツキを抑制することが可能となる。したがって、表示性能の低下を抑制することが可能となる。
なお、上記の評価とは別に、長さL1及び長さL3をそれぞれ3μmよりも短くした場合について、同様の評価を行ったところ、長さL2を5μm以上とすることによって製造ばらつきに大きく依存せずにリーク電流を抑制できることが確認された。
また、半導体層SCが図3に示したような略直線状である場合に限らず、屈曲あるいは蛇行していた場合でも、長さL2が実質的に5μm以上であれば、上記した評価と同様の効果が得られることが確認された。
次に、本実施形態の他の構造例について説明する。
図8は、図1に示した薄膜トランジスタTRの他の構造例を概略的に示す平面図である。
図示した構造例は、図3に示した構造例と比較して、第2領域LDD2が第1チャネル領域CH1及び第2チャネル領域CH2のそれぞれの幅よりも細く形成された点で相違している。例えば、第1チャネル領域CH1の幅W11及び第2チャネル領域CH2の幅W12がそれぞれ3μmである場合に、第2領域LDD2の幅W2は、2.5μmに設定される。このような構造例においても、製造上のマスクずれの影響をうけずに第2領域LDD2の高抵抗化が可能となり、上記した構造例と同様の効果が得られる。
以上説明したように、本実施形態によれば、表示性能の低下を抑制することが可能な表示装置を提供することができる。
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
上記の本実施形態では、表示装置として、液晶表示装置を例に説明したが、本実施形態は、例えば、有機エレクトロルミネッセンス表示装置などの他の表示装置にも適用可能である。
1…液晶表示装置
TR…薄膜トランジスタ
SC…半導体層
SCS…ソース領域 SCD…ドレイン領域
LDD1…第1領域 LDD2…第2領域 LDD3…第3領域
CH1…第1チャネル領域 CH2…第2チャネル領域
GE1…ゲート電極 GE2…ゲート電極
SE…ソース電極 DE…ドレイン電極

Claims (5)

  1. 絶縁基板と、
    前記絶縁基板の上に位置しポリシリコンによって形成された半導体層であって、第1チャネル領域、第2チャネル領域、ソース領域、ドレイン領域、前記ソース領域と前記第1チャネル領域との間に位置し不純物濃度が前記ソース領域より低く前記第1チャネル領域より高い第1領域、前記第1チャネル領域と前記第2チャネル領域との間に5μm以上の長さに亘って形成され不純物濃度が前記第1領域と同等の第2領域、及び、前記ドレイン領域と前記第2チャネル領域との間に位置し不純物濃度が前記ドレイン領域より低く前記第2チャネル領域より高い第3領域を有する半導体層と、
    前記半導体層を覆う絶縁膜と、
    前記絶縁膜上に形成され前記第1チャネル領域の上方に位置する第1ゲート電極、及び、前記第1ゲート電極と電気的に接続され前記第2チャネル領域の上方に位置する第2ゲート電極と、
    前記ソース領域にコンタクトしたソース電極と、
    前記ドレイン領域にコンタクトしたドレイン電極と、
    前記ソース電極と電気的に接続され、映像信号が供給されるソース配線と、
    前記ドレイン電極と電気的に接続され、映像信号に応じた画素電位が書き込まれる画素電極と、
    を備えた表示装置。
  2. 前記第2領域の長さは、前記第1領域及び前記第3領域のそれぞれの長さよりも長い、請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記第1領域、前記第2領域、及び、前記第3領域のそれぞれの不純物濃度は、1.5×1013/cmである、請求項1または2に記載の表示装置。
  4. 前記第1領域及び前記第3領域のそれぞれの長さは、3μmである、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の表示装置。
  5. 前記第2領域は、前記第1チャネル領域及び前記第2チャネル領域のそれぞれの幅よりも細く形成された、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の表示装置。
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