JP2019050323A - アクティブマトリクス基板およびデマルチプレクサ回路 - Google Patents

アクティブマトリクス基板およびデマルチプレクサ回路 Download PDF

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tft
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宮本 忠芳
Tadayoshi Miyamoto
忠芳 宮本
中村 好伸
Yoshinobu Nakamura
好伸 中村
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Abstract

【課題】アクティブマトリクス基板に形成されたデマルチプレクサ回路のTFTのサイズを低減する。【解決手段】デマルチプレクサ回路における各単位回路は、少なくともn個のTFT30と、1つのビデオ信号線に接続されたn本の分岐配線とを有し、各TFT30は、酸化物半導体層7と、酸化物半導体層上にゲート絶縁層9を介して配置された上部ゲート電極11と、第1電極13および第2電極15を有し、酸化物半導体層および上部ゲート電極を覆う第1層間絶縁層21と、第1層間絶縁層上に配置された第2層間絶縁層23とをさらに備え、第1電極13は、第1層間絶縁層21と第2層間絶縁層23との間に配置され且つ第1層間絶縁層に形成された第1コンタクトホールCH1内で酸化物半導体層と接し、第2電極15は、第2層間絶縁層23上に配置され且つ第1および第2層間絶縁層に形成された第2コンタクトホールCH2内で酸化物半導体層と接している。【選択図】図3

Description

本発明は、デマルチプレクサ回路を備えたアクティブマトリクス基板、およびデマルチプレクサ回路に関する。
液晶表示装置等に用いられるアクティブマトリクス基板は、複数の画素を有する表示領域と、表示領域以外の領域(非表示領域または額縁領域)とを有している。表示領域において、複数の画素は行方向および列方向に2次元に配列されている。各画素は、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor;以下、「TFT」)などのスイッチング素子を備えている。このようなスイッチング素子としては、従来から、アモルファスシリコン膜を活性層とするTFT(以下、「アモルファスシリコンTFT」)や多結晶シリコン膜を活性層とするTFT(以下、「多結晶シリコンTFT」)が広く用いられている。
TFTの活性層の材料として、アモルファスシリコンや多結晶シリコンに代わって、酸化物半導体を用いることが提案されている。このようなTFTを「酸化物半導体TFT」と称する。酸化物半導体は、アモルファスシリコンよりも高い移動度を有している。このため、酸化物半導体TFTは、アモルファスシリコンTFTよりも高速で動作することが可能である。
アクティブマトリクス基板の非表示領域に、駆動回路などの周辺回路をモノリシック(一体的)に形成される場合がある。駆動回路をモノリシックに形成することによって、非表示領域の狭小化や、実装工程簡略化によるコストダウンが実現される。例えば、非表示領域において、ゲートドライバ回路がモノリシックに形成され、ソースドライバ回路がCOG(Chip on Glass)方式で実装される場合がある。
スマートフォンなどの狭額縁化の要求の高いデバイスでは、ゲートドライバに加えて、ソース切替(Source Shared Driving:SSD)回路などのデマルチプレクサ回路をモノリシックに形成することが提案されている(例えば特許文献1)。SSD回路は、ソースドライバの各端子からのビデオ信号線1本から、複数本のソースバスラインへビデオデータを振り分ける回路である。SSD回路の搭載により、非表示領域における端子部が配置される領域(端子部形成領域)をさらに狭くできる。また、ソースドライバからの出力数が減り、回路規模を小さくできるので、ドライバICのコストを低減できる。
駆動回路やSSD回路などの周辺回路はTFTを含んでいる。本明細書では、表示領域の各画素にスイッチング素子として配置されるTFTを「画素TFT」、周辺回路を構成するTFTを「回路TFT」と呼ぶ。また、回路TFTのうちデマルチプレクサ回路(またはSSD回路)においてスイッチング素子として用いられるTFTを「DMX回路用TFT」(または「SSD回路用TFT」)と呼ぶ。画素TFTとして酸化物半導体TFTを用いたアクティブマトリクス基板では、製造プロセスの観点から、回路TFTとして、画素TFTと同じ酸化物半導体膜を用いた酸化物半導体TFTを形成することが好ましい。
国際公開第2011/118079号
SSD回路用TFTなどのDMX回路用TFTには比較的大電流を流すため、TFTサイズ(チャネル幅)が大きくなる。特に、DMX回路用TFTとして酸化物半導体TFTを用いる場合、酸化物半導体は多結晶シリコンよりも移動度が約1桁小さいことから、多結晶シリコンTFTを用いる場合よりもチャネル幅が大きい。これは、デマルチプレクサ回路の面積(または額縁領域)を増大させる要因となる。このため、DMX回路用TFTのサイズ(例えばチャネル長方向の幅)をさらに低減することが求められる。
本発明の実施形態は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、デマルチプレクサ回路がモノリシックに形成されたアクティブマトリクス基板において、デマルチプレクサ回路を構成するTFTのサイズを低減することにある。
本発明による一実施形態のアクティブマトリクス基板は、複数の画素を含む表示領域と、前記表示領域の周辺に設けられた非表示領域とを有し、基板と、前記非表示領域に配置され、かつ、前記基板に支持されたデマルチプレクサ回路と、前記表示領域において、第1方向に延びる複数のソースバスラインおよび前記第1方向と交差する第2方向に延びる複数のゲートバスラインとを備えたアクティブマトリクス基板であって、前記デマルチプレクサ回路は、それぞれが、複数のビデオ信号線のうちの1つのビデオ信号線から、複数のソースバスラインのうちのn本(nは2以上の整数)のソースバスラインへビデオ信号を分配する複数の単位回路を有し、前記複数の単位回路のそれぞれは、少なくともn個のTFTと、前記1つのビデオ信号線に接続されたn本の分岐配線とを有し、前記少なくともn個のTFTのそれぞれは、酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層上にゲート絶縁層を介して配置された上部ゲート電極と、前記酸化物半導体層に電気的に接続された第1電極および第2電極を有し、前記第1電極および前記第2電極の一方は、前記n本のソースバスラインの1つに電気的に接続されたドレイン電極であり、他方は、前記n本の分岐配線の1つに電気的に接続されたソース電極であり、前記酸化物半導体層および前記上部ゲート電極を覆う第1層間絶縁層と、前記第1層間絶縁層上に配置された第2層間絶縁層とをさらに備え、前記第1電極は、前記第1層間絶縁層と前記第2層間絶縁層との間に配置され、かつ、前記第1層間絶縁層に形成された第1コンタクトホール内で前記酸化物半導体層と接し、前記第2電極は、前記第2層間絶縁層上に配置され、かつ、前記第2層間絶縁層および前記第1層間絶縁層に形成された第2コンタクトホール内で前記酸化物半導体層と接している。
ある実施形態において、前記少なくともn個のTFTのそれぞれにおいて、前記第1電極は、前記第1層間絶縁層を介して前記上部ゲート電極と部分的に重なっており、前記第2電極は、前記第1層間絶縁層および前記第2層間絶縁層を介して前記上部ゲート電極と部分的に重なっている。
ある実施形態において、前記少なくともn個のTFTのチャネル長方向は前記第1方向であり、チャネル幅方向は前記第2方向である。
ある実施形態において、前記少なくともn個のTFTのそれぞれは、前記酸化物半導体層の前記基板側に配置された下部電極をさらに有する。
ある実施形態において、前記下部電極は接地されている。
ある実施形態において、前記下部電極は前記上部ゲート電極に電気的に接続されている。
ある実施形態において、前記下部電極は、前記上部ゲート電極と異なる電位に設定される。
ある実施形態において、前記デマルチプレクサ回路は、前記第1電極がソース電極、前記第2電極がドレイン電極である第1TFTと、前記第1電極がドレイン電極、前記第2電極がソース電極である第2TFTとを含む。
ある実施形態において、前記デマルチプレクサ回路は、複数のサブ回路を含み、各サブ回路は、前記複数の単位回路のうちの少なくとも第1単位回路および第2単位回路を含み、前記各サブ回路において、前記第1単位回路の前記n本のソースバスラインと、前記第2単位回路の前記n本のソースバスラインとは、前記第2方向に1本ずつ交互に配列されている。
ある実施形態において、前記第1単位回路および前記第2単位回路のそれぞれにおいて、前記少なくともn個のTFTは前記第1方向に配列されており、前記各サブ回路において、前記第1単位回路の前記少なくともn個のTFTが配置された第1単位回路形成領域は、前記第2単位回路の前記少なくともn個のTFTが配置された第2単位回路形成領域と前記表示領域との間に位置している。
ある実施形態において、前記第1単位回路および前記第2単位回路のそれぞれの前記少なくともn個のTFTは、前記第1電極がソース電極、前記第2電極がドレイン電極である第1TFTと、前記第1電極がドレイン電極、前記第2電極がソース電極である第2TFTとを含む。
ある実施形態において、前記少なくともn個のTFTのそれぞれのチャネル長方向の幅は、前記複数のソースバスラインの配列ピッチよりも小さい。
ある実施形態において、上記のアクティブマトリクス基板は、前記複数の画素のそれぞれに配置された画素TFTをさらに備え、前記画素TFTは、他の酸化物半導体層、他のソース電極、他のドレイン電極、および前記他の酸化物半導体層の前記基板と反対側に絶縁膜を介して配置された他の上部ゲート電極を有し、前記他のソース電極は、前記複数のソースバスラインと同じ導電層内に形成され、前記他のドレイン電極は、前記導電層よりも上に位置する他の導電層内に形成されている。
ある実施形態において、前記酸化物半導体層は、In−Ga−Zn−O系半導体を含む。
ある実施形態において、前記In−Ga−Zn−O系半導体は結晶質部分を含む。
本発明による一実施形態のデマルチプレクサ回路は、それぞれが、複数のビデオ信号線のうちの1つのビデオ信号線から、複数のソースバスラインのうちのn本(nは2以上の整数)のソースバスラインへビデオ信号を分配する複数の単位回路を有し、前記複数の単位回路のそれぞれは、少なくともn個のTFTと、前記1つのビデオ信号線に接続されたn本の分岐配線とを有し、前記少なくともn個のTFTのそれぞれは、酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層上にゲート絶縁層を介して配置された上部ゲート電極と、前記酸化物半導体層に電気的に接続された第1電極および第2電極を有し、前記第1電極および前記第2電極の一方は、前記n本のソースバスラインの1つに電気的に接続されたドレイン電極であり、他方は、前記n本の分岐配線の1つに電気的に接続されたソース電極であり、前記酸化物半導体層および前記上部ゲート電極を覆う第1層間絶縁層と、前記第1層間絶縁層上に配置された第2層間絶縁層とをさらに備え、前記第1電極は、前記第1層間絶縁層と前記第2層間絶縁層との間に配置され、かつ、前記第1層間絶縁層に形成された第1コンタクトホール内で前記酸化物半導体層と接し、前記第2電極は、前記第2層間絶縁層上に配置され、かつ、前記第2層間絶縁層および前記第1層間絶縁層に形成された第2コンタクトホール内で前記酸化物半導体層と接している。
本発明の一実施形態によると、デマルチプレクサ回路がモノリシックに形成されたアクティブマトリクス基板において、デマルチプレクサ回路を構成するTFTのサイズを低減することが可能になる。
第1の実施形態のアクティブマトリクス基板1000の平面構造の一例を示す概略図である。 第1の実施形態のアクティブマトリクス基板1000におけるデマルチプレクサ回路DMX_Aを示す図である。 (a)および(b)は、それぞれ、第1の実施形態におけるDMX回路用TFT30を例示する平面図および断面図である。 (a)および(b)は、それぞれ、第1の実施形態における他のDMX回路用TFT31を例示する平面図および断面図である。 TFT31のVg−Id特性の下部電極−ソース電極間電圧Vbg依存性を例示する図である。 デマルチプレクサ回路DMX_Aにおける単位回路100のレイアウトを例示する平面図である。 第1の実施形態における他のデマルチプレクサ回路DMX_Bのサブ回路200を示す図である。 デマルチプレクサ回路DMX_Bのレイアウトの概略を例示する平面図である。 デマルチプレクサ回路DMX_Bにおけるサブ回路200Aのレイアウトの一例を示す平面図である。 デマルチプレクサ回路DMX_Bにおけるサブ回路200Bのレイアウトの他の例を示す平面図である。 (a)および(b)は、それぞれ、アクティブマトリクス基板1000における画素領域Pの平面図およびIV−IV’線に沿った断面図である。 (a)および(b)は、参考例のDMX回路用TFT130を示す平面図および断面図である。 画素領域の比較例を示す平面図である。
(第1の実施形態)
以下、図面を参照しながら、第1の実施形態のアクティブマトリクス基板を説明する。以下では、デマルチプレクサ回路(SSD回路)およびゲートドライバがモノリシックに形成され、ソースドライバが実装されたアクティブマトリクス基板を例に説明する。なお、本実施形態のアクティブマトリクス基板は、少なくともSSD回路がモノリシックに形成されていればよい。
<アクティブマトリクス基板の構造>
図1は、本実施形態のアクティブマトリクス基板1000の平面構造の一例を示す概略図である。
アクティブマトリクス基板1000は、表示領域DRと、表示領域DR以外の領域(非表示領域または額縁領域)FRとを有している。表示領域DRは、マトリクス状に配列された画素領域Pによって構成されている。画素領域P(単に「画素」と呼ぶこともある)は、表示装置の画素に対応する領域である。非表示領域FRは、表示領域DRの周辺に位置し、表示に寄与しない領域である。
非表示領域FRは、端子部が形成される端子部形成領域、駆動回路が一体的(モノリシック)に設けられる駆動回路形成領域などを含んでいる。駆動回路形成領域には、例えばゲートドライバGD、デマルチプレクサ回路DMXなどがモノリシックに設けられている。ソースドライバSDは、例えば、アクティブマトリクス基板1000に実装されている。図示する例では、ゲートドライバGDは表示領域DRを挟んで両側に位置する領域FRaに配置され、ソースドライバSDは表示領域DRの下側に位置する領域FRbに実装されている。デマルチプレクサ回路DMXは、領域FRbにおいて、非表示領域FRとソースドライバSDとの間に配置されており、SSD回路として機能する。
表示領域DRには、行方向(x方向)に延びる複数のゲートバスラインGLと、列方向(y方向)に延びる複数のソースバスラインSLとが形成されている。各画素領域Pは、例えばゲートバスラインGLおよびソースバスラインSLで規定されている。ゲートバスラインGLは、それぞれ、ゲートドライバGDの各端子に接続されている。ソースバスラインSLは、それぞれ、ソースドライバSDの各端子に接続されている。
各画素領域Pは、TFT(以下、「画素TFT」)10と、画素電極PEとを有している。画素TFT10のゲート電極は、対応するゲートバスラインGLに電気的に接続され、ソース電極は、対応するソースバスラインSLに電気的に接続されている。ドレイン電極は画素電極PEに電気的に接続されている。アクティブマトリクス基板1000を、FFS(Fringe Field Switching)モードなどの横電界モードの表示装置に適用する場合には、図示しないが、アクティブマトリクス基板1000に、複数の画素に対して共通の電極(共通電極)が設けられる。
<デマルチプレクサ回路DMXの構成>
図2は、本実施形態のアクティブマトリクス基板1000におけるデマルチプレクサ回路DMX_Aの構成および動作を説明するための図である。
ソースドライバSDと表示領域DRとの間には、デマルチプレクサ回路DMX_Aが配置されている。
デマルチプレクサ回路DMX_Aは、複数の単位回路100(1)〜100(i)(iは2以上の整数)(以下、「単位回路100」と総称することがある)と、n本(ここでは3本)の制御信号幹線ASW〜CSWとを含んでいる。制御信号幹線ASW〜CSWは制御回路150に接続されている。
ソースドライバSDの出力ピンPINのそれぞれには、複数のビデオ信号線DO(1)〜DO(i)(「ビデオ信号線DO」と総称することがある)のいずれかが接続されている。1本のビデオ信号線DOには、グループ化されたn本(nは2以上の整数、ここではn=3)のソースバスラインSLが対応付けられている。ビデオ信号線DOとグループ化されたソースバスラインSLとの間には、単位回路100がビデオ信号線単位で設けられている。単位回路100は、1つのビデオ信号線DOから、n本ソースバスラインSLへビデオデータを分配する。
ここでは、複数のビデオ信号線DO(1)〜DO(i)のうちN番目のビデオ信号線をDO(N)(Nは1からiまでの整数)、ビデオ信号線DO(N)に対応付けられた単位回路100およびソースバスラインSLを、それぞれ、100(N)、SL(N−1)〜SL(N−n)とする。ソースバスラインSL(N−1)〜SL(N−n)は、例えば、R、G、B画素に対応付けられていてもよい(すなわちn=3)。
単位回路100(N)は、ビデオ信号線DO(N)に接続されたn本の分岐配線B1〜Bnと、n個のDMX回路用TFT30(1)〜30(n)(以下、「TFT30」と総称することがある)とを備える。
TFT30は選択スイッチとして機能する。TFT30のゲート電極は、n本の制御信号幹線ASW、BSW、CSWのうちの対応する1つに電気的に接続されている。TFT30のソース電極は、分岐配線B1〜Bnのうちの対応する1つに電気的に接続されている。TFT30のドレイン電極は、ソースバスラインSL(N−1)〜SL(N−3)のうちの対応する1つのソースバスラインに接続されている。
TFT30のゲート電極には、制御信号幹線ASW〜CSWの1つから選択信号が供給される。選択信号は、同一のグループ内における選択スイッチのオン期間を規定しており、ソースドライバSDからの時系列的な信号出力と同期している。単位回路100(N)は、ビデオ信号線DO(N)の出力を時分割することで得られるデータ電位を複数のソースバスラインSL(N−1)〜ソースバスラインSL(N−n)に時系列的に書き込む(時分割駆動)。これにより、ソースドライバSDの出力ピンPINの数を削減できることができるので、非表示領域FRの面積をさらに低減できる(狭額縁化)。
なお、デマルチプレクサ回路DMXを用いた表示装置の動作、時分割駆動のタイミングチャートなどは、例えば特開2008−225036号公報、特開2006−119404号公報、国際公開2011/118079号(特許文献1)などに開示されている。本明細書では、参考のため、特開2008−225036号公報、特開2006−119404号および国際公開2011/118079号公報の開示内容の全てを援用する。
<DMX回路用TFTの構造>
図3(a)および(b)は、それぞれ、デマルチプレクサ回路DMXにおけるTFT30を例示する平面図および断面図である。
本実施形態におけるTFT30は、活性層として酸化物半導体層7を含む酸化物半導体TFTである。TFT30は、例えばトップゲート構造を有する。
TFT30は、基板1に支持されており、酸化物半導体層7、ゲート絶縁層9、上部ゲート電極11、第1電極13および第2電極15を有する。
酸化物半導体層7は、基板1上に形成されている。酸化物半導体層7は、基板1に形成された絶縁層5の上に配置されていてもよい。酸化物半導体層7は、例えばIn−Ga−Zn−O系半導体を含む。
ゲート絶縁層9は、酸化物半導体層7の一部上に設けられている。ゲート絶縁層9は、上部ゲート電極11に重なる領域にのみ島状に形成されていてもよい。
上部ゲート電極11は、ゲート絶縁層9上に設けられている。上部ゲート電極11は、ゲート絶縁層9を介して酸化物半導体層7に対向する。
酸化物半導体層7、ゲート絶縁層9および上部ゲート電極11は、第1層間絶縁層21および第2層間絶縁層23で覆われている。第2層間絶縁層23は第1層間絶縁層21上に配置されている。
第1電極13および第2電極15は、それぞれ、酸化物半導体層7に電気的に接続されている。第1電極13および第2電極15のうちの一方がソース電極、他方がドレイン電極として機能する。
本実施形態では、第1電極13および第2電極15は、それぞれ、異なる導電層に形成されている。この例では、第1電極13は、第1層間絶縁層21と第2層間絶縁層23との間に配置されており、第1層間絶縁層21に形成された第1コンタクトホールCH1内で酸化物半導体層7に接続されている。第2電極15は、第2層間絶縁層23上に配置されている。第2電極15は、第1層間絶縁層21および第2層間絶縁層23に形成された第2コンタクトホールCH2内で酸化物半導体層7に接続されている。これにより、後で詳述するように、第1電極13と第2電極15との間隔(ソース−ドレイン間距離)wSを小さくできるので、TFT30のチャネル長方向の幅wTを低減できる。
本明細書では、上部ゲート電極11上に絶縁膜を介して配置され、第1電極13を含む導電層を「下部導電層」と呼ぶ。また、下部導電層上に絶縁膜を介して配置され、第2電極15を含む導電層を「上部導電層」と呼ぶ。下部導電層は、ソースバスラインSL(図1)と同一の導電膜を用いて形成された(すなわち、ソースバスラインSLを含む)ソースメタル層であってもよい。上部導電層は、画素電極または共通電極と同じ透明導電膜を用いて形成された透明導電層であってもよい。あるいは、表示領域において、共通電極と接するように、共通電極よりも低抵抗な金属補助配線を設ける場合には、上部導電層は、金属補助配線と同じ金属膜を用いて形成された金属層であってもよい。
また、本明細書では、酸化物半導体層7のうち、第1電極13と接する部分を第1コンタクト領域7a、第2電極15と接する部分を第2コンタクト領域7bと呼ぶ。基板1の法線方向から見たとき、第1コンタクト領域7aおよび第2コンタクト領域7bの間に位置し、上部ゲート電極11と重なっている領域が「チャネル領域7c」となる。酸化物半導体層7は、チャネル領域7cと、第1コンタクト領域7aおよび/または第2コンタクト領域7bとの間に位置するオフセット領域7offをさらに含んでいてもよい。また、本明細書では、基板1に平行な面内において、チャネル領域7cにおいて電流が流れる方向に平行な方向DLを「チャネル長方向」、チャネル長方向DLに直交する方向DWを「チャネル幅方向」と呼ぶ。チャネル領域7cにおけるチャネル長方向DLに沿った長さがチャネル長L、チャネル幅方向DWに沿った長さがチャネル幅Wとなる。この例では、チャネル長方向DLは、第1電極13のチャネル領域7c側の端部p1と、第2電極15のチャネル領域7c側の端部p2とを(最短距離で)結ぶ方向である。
基板1の法線方向から見て、酸化物半導体層7のうち上部ゲート電極11と重なっていない部分、すなわち第1コンタクト領域7a、第2コンタクト領域7bおよびオフセット領域7offは、いずれも、チャネル領域7cよりも低い電気抵抗を有していてもよい。このような構成は、第1層間絶縁層21として、第1コンタクト領域7a、第2コンタクト領域7bおよびオフセット領域7offと接するように、酸化物半導体を還元させる絶縁膜を形成することで得られる。あるいは、上部ゲート電極11をマスクとして、酸化物半導体層7にプラズマ処理などの低抵抗化処理を行ってもよい。
ゲート絶縁層9は、酸化物半導体層7と上部ゲート電極11との間にのみ形成されていてもよい。これにより、酸化物半導体層7のチャネル領域7cと、チャネル領域以外の領域(オフセット領域7off、コンタクト領域7a、7b)とを異なる絶縁膜と接触させることができる。一例として、ゲート絶縁層9を酸化シリコン膜などの酸化物膜を用いて形成すると、酸化物半導体層7のチャネル領域7cに生じた酸化欠損を酸化物膜によって低減できるので、所望のTFT特性を確保できる。また、第1層間絶縁層21を窒化シリコン膜などの酸化物半導体を還元させる絶縁膜を用いて形成すると、酸化物半導体層7のうち第1層間絶縁層21と接するオフセット領域7offの酸化物半導体が還元され、酸素欠損が増加する。この結果、キャリア濃度が高くなって低抵抗化されるので、オン抵抗の低下を抑制できる。
上部ゲート電極11およびゲート絶縁層9は、例えば、同一のマスクを用いてパターニングされていてもよい。この場合、基板1の法線方向から見たとき、ゲートバスラインGLまたは上部ゲート電極11の周縁とゲート絶縁層9の周縁とは整合していてもよい。また、上部ゲート電極11の下面の略全体はゲート絶縁層9と接していてもよい。
<TFT構造による効果>
図3に示したように、本実施形態のデマルチプレクサ回路DMXでは、TFT30のソース電極とドレイン電極とが別層に形成される。この効果を、ソースおよびドレイン電極が同じ層に形成されたTFT(参考例のTFT)と比較して説明する。
図12(a)および(b)は、参考例のTFT130を示す平面図および断面図である。図12では、図3と同様の構成要素には同じ参照符号を付している。
参考例のTFT130では、酸化物半導体層7、ゲート絶縁層9および上部ゲート電極11を覆うように層間絶縁層22が設けられている。層間絶縁層22上に、ソース電極SEおよびドレイン電極DEが配置されている。ソース電極SEおよびドレイン電極DEは、同じ導電層内に形成されている。例えば、ソース電極SEおよびドレイン電極DEは、ソースバスラインSLと同じ導電膜をパターニングすることで形成される。ソース電極SEとドレイン電極DEとは、間隔(以下、「ソースードレイン間距離」)wSを空けて配置される。
参考例のTFT130では、ソース電極SEおよびドレイン電極DEの幅(配線幅)、ソースードレイン間距離wSなどの下限値(設計値)は、プロセス加工上の制約(ラインおよびスペース制約)によって決まる。例えば、ソースードレイン間距離wSを狭くしすぎると、位置合わせズレによって、ソース電極SEとドレイン電極DEとが接触し、動作不良を生じるおそれがある。また、ソース電極SEおよびドレイン電極DEと上部ゲート電極11との重なり容量が増大するおそれがある。このため、通常は、基板1の法線方向から見たとき、ソース電極SEおよびドレイン電極DEは、それぞれ、ゲート電極11(すなわちチャネル領域7c)と重ならないように配置される。従って、TFT130のチャネル長方向の幅wTを小さくすることが難しい。
本発明者が検討したところ、デマルチプレクサ回路DMXにおいて、例えば、隣接する2本のソースバスラインの間に、ソースバスラインSLの延びる方向とチャネル幅方向とが平行になるようにDMX回路用TFTを配置すると、回路面積の増大を抑えつつ、チャネル幅の大きいDMX回路用TFTを配置できると考えられる。しかしながら、参考例のTFT130を用いると、特にソースバスラインSLの配列ピッチの狭い(例えば10μm以下)高精細なアクティブマトリクス基板では、ソースバスラインSLの間隔に配置することが困難な場合がある。
これに対し、本実施形態におけるTFT30では、第1電極13と第2電極15とを、第2層間絶縁層23で分離された別々の導電層内に形成するので、ソースードレイン間距離(第1電極13の端部p1と第2電極15の端部p2との距離)wSをより狭く設計することが可能である(例えばwS<2μm)。このため、参考例のTFT130よりも、チャネル長方向の幅wTを小さくできる。なお、本実施形態では、基板1の法線方向から見たとき、第1電極13と第2電極15とが部分的に重なっていてもよい(すなわち、wS=0)。その場合でも、第1電極13の端部p1がコンタクトホールCH2内の第2電極15と接しなければ、ソース・ドレインの導通による不良は生じない。
また、TFT30の第1電極13および/または第2電極15は、基板1の法線方向から見たとき、上部ゲート電極11と重なるように設計されていてもよい。これにより、TFT30のチャネル長方向の幅wTをさらに小さくできる。本実施形態によると、第2電極15と上部ゲート電極11との間に位置する絶縁膜を厚くできるので、第2電極15を第1層間絶縁層21上に設ける場合よりも、第2電極15と上部ゲート電極11との重なりによる寄生容量(第2電極15がドレイン電極の場合には容量Cgd)を減少させることができる。従って、寄生容量の増大を抑えつつ、TFT30のチャネル長方向の幅wTを低減することが可能になる。
第1電極13および第2電極15と上部ゲート電極11とが重なる部分のチャネル長方向DLの長さxa、xbは、第1電極13または第2電極15と上部ゲート電極11とそれらの間の絶縁層とで構成される容量の大きさ、加工精度などを考慮して設定され得る。
TFT30のドレイン側では、ソース側よりも重なり容量(寄生容量)が小さいことが好ましい。この観点から、第1電極13はソース電極であり、第2電極15はドレイン電極であってもよい。これにより、上部ゲート電極11−ドレイン電極間の寄生容量Cdgを、上部ゲート電極11−ソース電極間の寄生容量Csgよりも小さくできる。
このように、本実施形態によると、設計の自由度が高くなり、TFT30のチャネル長方向の幅wTを従来よりも低減できる。チャネル長方向の幅wTを低減することで、例えば、高精細なアクティブマトリクス基板においても、隣接するソースバスラインSLの間にTFT30を配置したり、後述する2段構成のデマルチプレクサ回路にTFT30を適用することが可能になる。従って、デマルチプレクサ回路DMXの面積を小さく抑え、狭額縁化を実現できる。
また、酸化物半導体TFTでは、一般に、酸化物半導体層に光が入射することにより、閾値がシフトし、劣化が生じ得るという問題がある。参考例のTFT130では、酸化物半導体層7のオフセット領域7offの一部は、上部ゲート電極11、ソース電極SEおよびドレイン電極DEのいずれにも覆われていないため、上方からオフセット領域7offに光が入射し、劣化を生じるおそれがある。
これに対し、本実施形態によると、TFT30の酸化物半導体層7のオフセット領域7offは、第1電極13または第2電極15で覆われているので、光が上方から酸化物半導体層7に入射し難い。従って、酸化物半導体層7の光劣化を抑制できる。なお、基板1側から酸化物半導体層7に向かう光については、例えば、基板1と酸化物半導体層7との間に遮光層または下部電極を設けることで、酸化物半導体層7への入射を抑制できる。
<TFT30の製造方法>
図3に示すTFT30は、例えば次のようにして製造され得る。
まず、基板1を用意する。基板1としては、例えばガラス基板、シリコン基板、耐熱性を有するプラスチック基板(樹脂基板)などを用いることができる。プラスチック基板又は樹脂基板として、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルサルフォン(PES)、アクリル、ポリイミド等を用いることができる。
次いで、基板1上に、下地絶縁膜として絶縁層5を形成する。絶縁層5として、酸化珪素(SiOx)、窒化珪素(SiNx)、酸化窒化珪素(SiOxNy)(x>y)、窒化酸化珪素(SiNxOy)(x>y)等を適宜用いることができる。ここでは、絶縁層5として、SiO膜(厚さ:375nm)をCVD法で形成する。
続いて、絶縁層5上に、例えばスパッタリング法で酸化物半導体膜(厚さ:例えば30nm以上100nm以下)を形成する。酸化物半導体膜は、特に限定しないが、例えばIn−Ga−Zn−O系半導体膜であってもよい。この後、公知のフォトリソグラフィ工程で酸化物半導体膜のパターニングを行うことにより、島状の酸化物半導体層7を形成する。
この後、酸化物半導体層7を覆うように、ゲート絶縁膜および上部ゲート用導電膜を形成する。
ゲート絶縁膜として、酸化珪素(SiO)層、窒化珪素(SiNx)層、酸化窒化珪素(SiOxNy;x>y)層、窒化酸化珪素(SiNxOy;x>y)層、酸化アルミニウム層または酸化タンタル層等を適宜用いることができる。ゲート絶縁層9は、積層構造を有していてもよい。ここでは、ゲート絶縁膜として、CVD法を用いて、酸化シリコン(SiOx)層(厚さ:80nm以上250nm以下、例えば150nm)を形成する。
上部ゲート用導電膜として、例えばアルミニウム(Al)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)、チタン(Ti)、銅(Cu)から選ばれた元素を含む金属膜、またはこれらの元素を成分とする合金膜などを用いることができる。また、これらのうち複数の膜を含む積層膜を用いてもよい。ここでは、上部ゲート用導電膜として、Al膜(厚さ:350nm)を下層、MoN膜(厚さ:50nm)を上層とする積層膜をスパッタリング法で形成する。
次いで、上部ゲート用導電膜およびゲート絶縁膜のエッチングを行い、上部ゲート電極11およびゲート絶縁層9を得る。ここでは、上部ゲート用導電膜上にレジストマスクを形成し、レジストマスクを用いて、上部ゲート用導電膜およびゲート絶縁膜のエッチング(ここではドライエッチング)を同時に行う。従って、ゲート絶縁膜のうち上部ゲート電極11で覆われていない部分は除去される。
この後、上部ゲート電極11の上方から、基板1の全面にプラズマ処理を施す。例えば、水素プラズマ処理やHeプラズマ処理などが挙げられる。この場合、上部ゲート電極11がマスクとして機能するので、酸化物半導体層7のうち上部ゲート電極11で覆われていない領域のみがプラズマ処理によって低抵抗化される。
続いて、酸化物半導体層7、ゲート絶縁層9および上部ゲート電極11を覆うように、第1層間絶縁層21(厚さ:例えば100nm以上500nm以下)を形成する。第1層間絶縁層21として、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜を単層又は積層させて形成することができる。ここでは、第1層間絶縁層21として、SiNx(厚さ:100nm)およびSiO膜(厚さ:300nm)をCVD法で連続して形成する。
なお、上部ゲート電極11およびゲート絶縁層9のパターニング後に、酸化物半導体層7の上面のうち上部ゲート電極11から露出している部分と接するように、酸化物半導体を還元させる絶縁膜(例えばSiNxなどの窒化膜)を第1層間絶縁層21として形成してもよい。これにより、酸化物半導体層7の露出部分が還元されて低抵抗化される(セルフアライメント構造)。この場合には、上述したプラズマ処理を行わなくてもよい。
この後、公知のフォトリソグラフィ工程により、第1層間絶縁層21に、酸化物半導体層7の一部を露出するコンタクトホールCH1を形成する。
続いて、第1層間絶縁層21上およびコンタクトホールCH1内に、第1電極用導電膜を形成し、パターニングを行うことで、第1電極13を得る。第1電極用導電膜として、上部ゲート電極用導電膜として例示した導電膜を用いることができる。ここでは、Ti膜(厚さ:30nm)を下層、Al膜(厚さ:300nm)を主層およびTi膜(厚さ:50nm)を上層とする積層膜を用いる。
次いで、第1電極13を覆うように第2層間絶縁層23(厚さ:例えば100nm以上500nm以下)を形成する。第2層間絶縁層23として、第1層間絶縁層21と同様の絶縁膜を用いることができる。ここでは、第2層間絶縁層23として、SiNx(厚さ:100nm)およびSiO膜(厚さ:300nm)をCVD法で連続して形成する。
この後、第2層間絶縁層23に酸化物半導体層7の一部を露出するコンタクトホールCH2を設ける。
続いて、第2層間絶縁層23上およびコンタクトホールCH2内に、第2電極用導電膜を形成し、パターニングを行うことで、第2電極15を得る。第2電極用導電膜として、上部ゲート電極用導電膜として例示した導電膜を用いることができる。ここでは、Ti膜(厚さ:30nm)を下層、Al膜(厚さ:300nm)を主層およびTi膜(厚さ:50nm)を上層とする積層膜を用いる。このようにして、TFT30が製造される。なお、TFT30を覆うように、保護膜または平坦化膜を形成してもよい。
図4(a)および(b)は、それぞれ、本実施形態におけるDMX回路用TFTの他の例を示す平面図および断面図である。
図4に示すTFT31は、基板1と絶縁層5との間に下部電極(シールド電極ともいう。)3をさらに備える点で、図3に示すTFT30と異なる。
下部電極3は、基板1の法線方向から見たとき、少なくともチャネル領域7cと重なるように配置されている。下部電極3は金属層であってもよい。これにより、下部電極3は、TFT31の遮光層としても機能し得る。例えば、下部電極3は、ゲートバスラインGL(図1)と同じ導電膜から形成されていてもよい。
下部電極3は、例えば、GND電位(0V)に固定されていてもよい。これにより、TFT31の特性の安定性を確保できる。
あるいは、下部電極3の電位を調整することで、TFT31の閾値電圧Vthを制御することも可能である。例えば、図5に例示するように、下部電極3−ソース電極間電圧Vbgをプラス方向に大きくすると、閾値電圧Vthは実効的にマイナス方向にシフトする。従って、同じゲート電圧Vgsでオン電流を増加させることができ、表示パネルの消費電力を低く抑えることが可能になる。
さらに、下部電極3が上部ゲート電極11と同電位になるように、下部電極3を上部ゲート電極11(またはゲートバスライン)に電気的に接続させてもよい。このようなダブルゲート駆動を行うことにより、オン電流を高くできるので、TFT31の駆動力を向上できる。
TFT31は、基板1上に下部電極3を形成する点以外は、上述したTFT30と同様の方法で製造され得る。
下部電極3は、基板1上に下部電極用導電膜(厚さ:例えば50nm以上500nm以下)を形成し、パターニングを行うことで形成される。下部電極用導電膜として、上部ゲート電極用導電膜と同様の膜を用いることができる。ここでは、下部電極用導電膜として、Al膜(厚さ:350nm)を下層、MoN膜(厚さ:50nm)を上層とする積層膜をスパッタリング法で形成する。下部電極用導電膜のパターニングは、例えばドライエッチングで行う。
次いで、下部電極3を覆うように、絶縁層5を形成する。この後、TFT30と同様の工程で、酸化物半導体層7、上部ゲート電極11、第1電極13および第2電極15を形成し、TFT31を得る。
<デマルチプレクサ回路DMX_Aのレイアウト例>
図6は、デマルチプレクサ回路DMX_Aの単位回路100のレイアウトを例示する平面図である。ここでは、単位回路100は、R、G、B画素に対応付けられたソースバスラインSL1〜SL3に対して配置されている(つまりn=3である)。
単位回路100は、基板1に支持された3個のTFT30(1)〜(3)(以下、「TFT30」と総称することがある)と、表示領域DRから延設されたソースバスラインSL1〜SL3(以下、「ソースバスラインSL」と総称することがある)と、1つのビデオ信号線DOと、分岐配線B1〜B3(以下、「分岐配線B」と総称することがある)と、制御信号幹線ASW〜CSW(以下、「制御信号幹線SW」と総称することがある)とを備える。ビデオ信号線DOは、分岐配線B1〜B3に電気的に接続されている。この例では、ソースバスラインSLはy方向に延びており、制御信号幹線SWはy方向に交差するx方向に延びている。
TFT30は、それぞれ、図3を参照しながら前述したTFT30と同様の構造を有している。この例では、下部導電層に形成された第1電極13はソース電極SE、上部導電層内に形成された第2電極15はドレイン電極DEである。図6では、下部導電層を実線、上部導電層を破線で示す。
なお、TFT30は、図4に示すように、酸化物半導体層7の基板1側に下部電極3をさらに備えていてもよい。
分岐配線B、ビデオ信号線DOおよびTFT30のソース電極SEは、ソースメタル層内に(つまり、ソースバスラインSLと同じ導電膜を用いて)形成されていてもよい。TFT30のドレイン電極DEは、ソースメタル層よりも上層にある導電層(例えば透明導電層)内に形成されていてもよい。
制御信号幹線SWおよび上部ゲート電極11は、同じ導電層内、例えばゲートメタル層内に形成されていてもよい。あるいは、制御信号幹線SWはゲートメタル層内に形成され、上部ゲート電極11は、ゲートメタル層とソースメタル層との間に設けられた他の導電層内に形成されていてもよい。
ソースバスラインSLは、表示領域からソースドライバSD側にy方向に延びており、TFT30は、それぞれ、隣接する2つのソースバスラインSLの間に配置されていてもよい。この例では、TFT30は、そのチャネル長方向DLがx方向に略平行となり、チャネル幅方向DWがy方向に略平行となるように配置されている。
TFT30のドレイン電極DEおよびソース電極SEは、それぞれ、基板1の法線方向から見たとき、酸化物半導体層7をy方向(チャネル幅方向DW)に横切って延びている。
ドレイン電極DEは、対応するソースバスラインSLに電気的に接続されている。この例では、ドレイン電極DE、ソースバスラインSLに向かってy方向に延設されている。延設された部分DEcを「ドレイン延設部」と称する。ドレイン延設部DEcは、第2層間絶縁層23に形成された開口部23p内でソースバスラインSLに電気的に接続されている。
ソース電極SEは、対応する分岐配線Bに電気的に接続されている。この例では、分岐配線Bは、基板1の法線方向から見たとき、ビデオ信号線DOから表示領域側にy方向に延び、TFT30のソース電極SEとして機能する部分を含む。すなわち、分岐配線Bとソース電極SEとは一体的に形成されている。
TFT30の上部ゲート電極11は、対応する制御信号幹線SWに電気的に接続されている。この例では、上部ゲート電極11は、制御信号幹線SWに向かってy方向に延設されている。延設された部分11cを「ゲート延設部」と称する。ゲート延設部11cは、ソースメタル層内に形成された接続配線25を介して、対応する制御信号幹線SWに電気的に接続されている。接続配線25は、例えば、第1層間絶縁層21に設けられた第1開口部21p内でゲート延設部11cと接し、かつ、第1層間絶縁層21(または第1層間絶縁層21および絶縁層5)に設けられた第2開口部21q内で制御信号幹線SWと接していてもよい。
本実施形態によると、ソース電極SEとドレイン電極DEとは異なる層内に形成されているので、前述したように、ソース電極SEとドレイン電極DEとの間隔wSを小さくできる。この結果、TFT30のチャネル長方向の幅wTを小さくできるので、隣接する2つのソースバスラインSL間に配置することが可能になる。本実施形態のTFT30は、高精細なアクティブマトリクス基板にデマルチプレクサ回路DMXを形成する際に好適に適用され得る。
本実施形態のデマルチプレクサ回路DMXの構成は、上記に限定されない。TFT30のドレイン電極DEが下部導電層層内に形成され、ソース電極SEが上部導電層内に形成されていてもよい。その場合、ドレイン電極DEおよびソースバスラインSLが一体的に形成され、ソース電極SEは、第1層間絶縁層21に形成された開口部内で分岐配線Bに接続されていてもよい。
(変形例)
本実施形態のデマルチプレクサ回路DMXの構成は、上記構成に限定されない。
デマルチプレクサ回路DMXは、少なくとも2つの単位回路(以下、「第1単位回路」、「第2単位回路」と呼ぶ)からなるサブ回路を含んでもよい。第1単位回路のDMX回路用TFTに接続されたn本のソースバスラインSLと、第2単位回路のDMX回路用TFTに接続されたn本のソースバスラインSLとが行方向にZ本ずつ(Zは1以上の整数、例えばZ=1)交互に配列されてもよい。
図7は、本実施形態における他のデマルチプレクサ回路DMX_Bの一部を示す図であり、第1単位回路および第2単位回路からなるサブ回路200を示している。
図7では、複数のソースバスラインSLのうち4本のソースバスラインのみを示している。これらのソースバスラインを、一方の端部(ここでは左端)から順に、それぞれ、第1ソースバスラインSL1、第2ソースバスラインSL2、第3ソースバスラインSL3および第4ソースバスラインSL4と呼ぶ。
サブ回路200は、第1単位回路および第2単位回路と、複数の制御信号幹線SW(ここでは、2本の制御信号幹線ASW、BSW)とを備える。
この例では、各単位回路は、2本のソースバスラインSLに対応付けられている(すなわちn=2)。第1単位回路は、第1ソースバスラインSL1および第3ソースバスラインSL3に対応付けられている。対応するビデオ信号線DO1からのビデオ信号V1は、第1単位回路を介して、第1ソースバスラインSL1および第3ソースバスラインSL3に分配される。第2単位回路は、第2ソースバスラインSL2および第4ソースバスラインSL4に対応付けられている。第1単位回路とは異なるビデオ信号線DO2からのビデオ信号V2は、第2単位回路を介して、第2ソースバスラインSL2および第4ソースバスラインSL4に分配される。
第1単位回路は、2つの薄膜トランジスタ(DMX回路用TFT)T1a、T1bと、2本の分岐配線B1a、B1bとを備える。第2単位回路は、2つの薄膜トランジスタT2a、T2bと、2本の分岐配線B2a、B2bとを備える。薄膜トランジスタT1a、T1b、T2a、T2bは、図3および図4を参照しながら前述した構造を有している。
第1単位回路の薄膜トランジスタT1a、T1bのドレイン電極は、それぞれ、第1ソースバスラインSL1、第3ソースバスラインSL3に接続されている。ソース電極は、それぞれ、分岐配線B1a、B1bに接続され、分岐配線B1a、B1bを介してビデオ信号線DO1に電気的に接続されている。
第2単位回路の薄膜トランジスタT2a、T2bのドレイン電極は、それぞれ、第2ソースバスラインSL2、第4ソースバスラインSL4に接続されている。ソース電極は、それぞれ、分岐配線B2a、B2bと一体的に形成されており、分岐配線B2a、B2bを介してビデオ信号線DO2に電気的に接続されている。
薄膜トランジスタT1a、T2aのゲート電極は、それぞれ、制御信号幹線ASWに接続されており、制御信号幹線ASWから制御信号が供給される。薄膜トランジスタT1b、T2bのゲート電極は、それぞれ、制御信号幹線BSWに接続されており、制御信号幹線BSWから制御信号が供給される。
図8は、本実施形態のデマルチプレクサ回路DMX_Bのレイアウトの一例を示す平面図である。デマルチプレクサ回路DMX_Bは、複数のサブ回路200を有している。各サブ回路200は、図7を参照しながら前述したように、第1単位回路および第2単位回路を有している。第1単位回路および第2単位回路は、それぞれ、2本のソースバスラインSLに対応付けられている。
図示するように、基板1の法線方向から見たとき、デマルチプレクサ回路DMX_Bにおける複数のサブ回路200は、x方向に配列されていてもよい。各サブ回路200は、y方向に延伸された形状を有していてもよい。また、各サブ回路200において、第1単位回路のDMX回路用TFTが配置されている第1単位回路形成領域u1は、第2単位回路のDMX回路用TFTが配置されている第2単位回路形成領域u2の表示領域側に位置していてもよい。つまり、第1単位回路は、第2単位回路と表示領域との間に位置していてもよい。本明細書では、このような構成を「2段構成」と呼ぶ。
デマルチプレクサ回路DMX_Bの各サブ回路200は、n本(ここでは2本)の制御信号枝線C1、C2を備える。制御信号枝線C1、C2は、それぞれ、制御信号幹線ASW、BSWに電気的に接続されている。各サブ回路200において、第1単位回路と第2単位回路とで、制御信号枝線C1、C2を共有している。
図示していないが、デマルチプレクサ回路DMX_Bと非表示領域FRの周縁との間には、COG実装されたソースドライバが設けられている。制御信号幹線SWおよびビデオ信号線DOは、例えば、デマルチプレクサ回路DMX_Bとソースドライバとの間に配置されている。制御信号幹線ASW、BSWはx方向に延びていてもよい。
このように、本変形例によると、2以上の単位回路に共通の制御信号枝線Cを設けることが可能である。これにより、デマルチプレクサ回路DMXに要する面積をより効果的に低減できる。また、チャネル幅Wをy方向に大きくすることで、電流駆動力をさらに高くできる。なお、ここでは、2段構成の例を示しているが、3段以上の構成も採用し得る。
<サブ回路200のレイアウト例1>
図9は、デマルチプレクサ回路DMX_Bにおけるサブ回路200Aのレイアウトを例示する拡大平面図である。この例では、各薄膜トランジスタのソース電極SEは下部導電層(例えばソースメタル層)、ドレイン電極DEは上部導電層(例えば透明導電層)内に形成されている。図9では、下部導電層を実線、上部導電層を破線で示す。
第1単位回路は、第1単位回路形成領域u1に配置された薄膜トランジスタT1a、T1bと、分岐配線B1a、B1bとを有する。第2単位回路は、第2単位回路形成領域u2に配置された薄膜トランジスタT2a、T2bと、分岐配線B2a、B2bとを有する。第1および第2単位回路は、共通の制御信号枝線C1、C2をさらに有している。ここでは、y方向に隣接する薄膜トランジスタT1a、T2aが制御信号枝線C1を共有し、y方向に隣接する薄膜トランジスタT1b、T2bが制御信号枝線C2を共有している。制御信号枝線C1、C2は、それぞれ、制御信号幹線ASW、BSWに電気的に接続されている。
第1単位回路および第2単位回路の分岐配線B1a、B2a、B1b、B2b(「分岐配線B」と総称することがある。)、制御信号枝線C1、C2およびソースバスラインSL1〜SL4は、いずれも、y方向に延びている。この例では、各薄膜トランジスタのチャネル長方向DLがx方向に略平行となり、チャネル幅方向DWがy方向に略平行である。
制御信号枝線C1、C2は、それぞれ、対応するDMX回路用TFTのゲート電極として機能する部分を含む。例えば、制御信号枝線C1は、基板1の法線方向から見たとき、分岐配線B1aと分岐配線B2aとの間に位置している。制御信号枝線C1は、分岐配線B2a側にx方向に突出し、薄膜トランジスタT2aのゲート電極として機能する凸部と、分岐配線B2a側にx方向に突出し、薄膜トランジスタT1aのゲート電極として機能する凸部とを有している。薄膜トランジスタT1aおよび薄膜トランジスタT2aの酸化物半導体層7は、それぞれ、制御信号枝線C1のこれらの凸部上に配置されている。このように、第1単位回路におけるDMX回路用TFTの1つと、第2単位回路におけるDMX回路用TFTの1つとは、同一の制御信号枝線Cに一体的に形成されたゲート電極を有しており、同一の制御信号枝線Cの上に間隔を空けて配置されている(2段構成)。
この例では、各薄膜トランジスタのソース電極、分岐配線Bおよびビデオ信号線DOは、ソースメタル層内に形成されている。ソース電極は、対応する分岐配線Bと一体的に形成されている。各薄膜トランジスタのドレイン電極は、ソースメタル層よりも上層にある導電層(例えば透明導電層)に形成されている。ドレイン電極から延設されたドレイン延設部DEcは、デマルチプレクサ回路DMX_Bと表示領域との間で、ソースメタル層内に形成された対応するソースバスラインSLに接続されている。上部ゲート電極11および制御信号幹線SWは、同じ導電層内(例えばゲートメタル層内)に形成されていてもよい。あるいは、制御信号幹線SWはゲートメタル層内に形成され、上部ゲート電極11はゲートメタル層とソースメタル層との間の他の導電層内に形成されていてもよい。
基板1の法線方向から見たとき、第1単位回路のDMX回路用TFTは、第2単位回路に対応付けられたN番目および(N+2)番目のソースバスラインSLの間に配置されている(Nは自然数)。例えば、薄膜トランジスタT1bは、第2ソースバスラインSL2および第4ソースバスラインSL4の間に配置されている。また、第2単位回路のDMX回路用TFTは、第1単位回路における隣接する2つの分岐配線Bの間に配置されている。例えば、薄膜トランジスタT2aは、第1単位回路の分岐配線B1a、B2aの間に配置されている。
<サブ回路200のレイアウト例2>
デマルチプレクサ回路DMXを構成する複数のDMX回路用TFTのうち一部のDMX回路用TFTは、ソース電極がドレイン電極よりも下層にある第1TFTであり、他の一部のTFTは、ソース電極がドレイン電極よりも上層にある第2TFTであってもよい。例えば、2つのDMX回路用TFTの間に他の電極配線を配置させる場合、一方のDMX回路用TFTを第1TFTとし、他方を第2TFTとしてもよい。このように、第1TFTと第2TFTとを他の電極・配線を間に挟んで隣接して配置すると、各TFTの内側の電極と他の電極・配線とを別層に形成できるので、これらのTFTの間隔をさらに狭くできる。
図10は、デマルチプレクサ回路DMX_Bにおけるサブ回路200Bのレイアウトの他の例を示す平面図である。図10では、下部導電層を実線、上部導電層を破線で示す。
この例では、各単位回路は、第1TFTと、第2TFTとを含んでいる。第1TFTのソース電極は下部導電層(例えばソースメタル層)、ドレイン電極は上部導電層(例えば透明導電層)内に形成されている。第2TFTのソース電極は上部導電層、ドレイン電極は下部導電層内に形成されている、以下、図9に示すサブ回路200Aのレイアウトと異なる点を主に説明し、同様の構成については適宜説明を省略する。
各サブ回路200Bにおいて、y方向に隣接する2つのTFTは互いに異なる構造を有し、x方向に隣接する2つのTFTは互いに異なる構造を有してもよい。この例では、第1単位回路における薄膜トランジスタT1a、T1bは、それぞれ、第1TFTおよび第2TFTである。また、第2単位回路における薄膜トランジスタT2a、T2bは、それぞれ、第2TFTおよび第1TFTである。
分岐配線B、ビデオ信号線DO、第1TFTのソース電極および第2TFTのドレイン電極は、例えば、ソースメタル層内に形成されている。また、第1TFTのドレイン電極および第2TFTのソース電極はソースメタル層よりも上層にある導電層(例えば透明導電層)内に形成されている。
第1TFTのソース電極は、対応する分岐配線Bと一体的に形成されていてもよい。第1TFTのドレイン電極は、y方向に延びるドレイン延設部DEcを有する。ドレイン延設部DEcは、デマルチプレクサ回路DMX_Bと表示領域との間で、ソースメタル層内に形成された対応するソースバスラインSLに接続されてもよい。
第2TFTのソース電極は、y方向に延びるソース延設部SEcを有する。ソース延設部SEcは、デマルチプレクサ回路DMX_Bとソースドライバとの間で、対応する分岐配線Bに接続されていてもよい。第2TFTのドレイン電極は、対応するソースバスラインSLと一体的に形成されていてもよい。
このようなレイアウトによると、デマルチプレクサ回路DMX_Bにおいて、上部導電層内に形成された電極・配線と、下部導電層内に形成された電極・配線とを交互に配列させることができる。このため、隣接する電極・配線の間隔をより狭くすることが可能になり、回路面積をさらに縮小できる。
例えば、第1単位回路領域において、左側から、下部導電層内の薄膜トランジスタT1aのソース電極、上部導電層内の薄膜トランジスタT1aのドレイン電極、下部導電層内の第2ソースバスラインSL2、上部導電層内の薄膜トランジスタT1bのソース電極、下部導電層内の薄膜トランジスタT1bのドレイン電極、および上部導電層内の薄膜トランジスタT2bのドレイン延設部DEcがこの順で配列されている。このため、各薄膜トランジスタのソース−ドレイン間距離wSだけでなく、隣接する2つの薄膜トランジスタの間隔も小さくすることができる。
なお、第1単位回路の薄膜トランジスタT1a、T1bが第2TFTであり、第2単位回路の薄膜トランジスタT2a、T2bが第1TFTであってもよい。また、ここでは、2段構成の例を示したが、3段以上の構成も採用し得る。
(画素領域Pの構成)
次いで、アクティブマトリクス基板1000における各画素領域Pの構成を説明する。ここでは、FFSモードのLCDパネルに適用されるアクティブマトリクス基板を例に説明する。
図11(a)および(b)は、それぞれ、アクティブマトリクス基板1000における1つの画素領域Pの平面図およびIV−IV’線に沿った断面図である。
画素領域Pは、y方向に延びるソースバスラインSL、および、ソースバスラインSLと交差するx方向に延びるゲートバスラインGLに包囲された領域である。画素領域Pは、基板1と、基板1に支持されたTFT(以下、「画素TFT」)10と、下部透明電極115と、上部透明電極119とを有している。図示していないが、上部透明電極119は、画素ごとにスリットまたは切り欠き部を有する。この例では、下部透明電極115は共通電極CEであり、上部透明電極119は画素電極PEである。
画素TFT10は、DMX回路用TFTと同様に、ソース電極SEおよびドレイン電極DEが異なる導電層内に形成された構造を有するトップゲート構造TFTまたはダブルゲート構造TFTである。画素TFT10のソース電極SEおよびドレイン電極DEを異なる導電層に形成することで、画素電極PEとソースバスラインSLとの間隔を小さくできる。また、基板1の法線方向から見たとき、上部ゲート電極111と画素電極PEおよびソースバスラインSLとを部分的に重ならせてもよい。これにより、ソースバスラインSLとゲートバスラインGLとの交差部分の下方に画素TFT10を配置できるので、ソースおよびドレイン電極が同層で形成されたトップゲート構造TFT110を画素TFTとして用いた比較例(図13)と比べて、画素開口率を高めることができる。
次いで、画素TFT10の構造をより詳細に説明する。
画素TFT10は、酸化物半導体層107、ソース電極SE、ドレイン電極DEおよび上部ゲート電極111を備える。上部ゲート電極111は、酸化物半導体層107の一部上に、ゲート絶縁層109を介して配置されている。上部ゲート電極111は層間絶縁層121で覆われている。層間絶縁層121上には、層間絶縁層123が形成されている。ソース電極SEは、層間絶縁層121上に配置され、層間絶縁層121に形成されたコンタクトホールCH3内で酸化物半導体層107と接する。ドレイン電極DEは、例えば層間絶縁層123上に配置され、層間絶縁層121、123に形成されたコンタクトホールCH4内で酸化物半導体層107と接する。画素TFT10は、酸化物半導体層107の基板1側にシールド電極103をさらに備えてもよい。
画素TFT10の上部ゲート電極111は対応するゲートバスラインGLに接続され、ソース電極SEは対応するソースバスラインSLに接続されている。ドレイン電極DEは画素電極PEと電気的に接続されている。この例では、上部ゲート電極111およびゲートバスラインGLは、ゲートメタル層内において一体的に形成されている。また、ソース電極SEおよびソースバスラインSLは、ソースメタル層内において一体的に形成され、ドレイン電極DEは、画素電極PEと一体的に形成されている。
層間絶縁層123は、絶縁層116と、絶縁層116上に形成された誘電体層117とを含む。絶縁層116上には、画素電極PEおよび共通電極CEが、誘電体層117を介して部分的に重なるように配置されている。画素電極PEは、画素毎に分離されている。共通電極CEは、画素毎に分離されていなくても構わない。この例では、共通電極CEは、絶縁層116上に形成されている。共通電極CEは、画素TFT10が形成されている領域上に開口部を有し、この領域を除く画素領域P全体に亘って形成されていてもよい。画素電極PEは、誘電体層117上およびコンタクトホールCH4内に形成され、コンタクトホールCH4内で酸化物半導体層107と接している。
画素TFT10のソース電極SEと、DMX回路用TFTであるTFT30(図2)の第1電極13とは同じ導電層内(例えばソースメタル層内)に形成されていてもよい。同様に、画素TFT10のドレイン電極DEとTFT30の第2電極15とは同じ導電層内に形成されていてもよい。あるいは、画素TFT10のドレイン電極DEは画素電極PEと一体的に形成され、TFT30の第2電極15は共通電極CEと同じ導電層内に形成されていてもよい。
このようなアクティブマトリクス基板1000は、例えばFFSモードの表示装置に適用され得る。FFSモードは、一方の基板に一対の電極を設けて、液晶分子に、基板面に平行な方向(横方向)に電界を印加する横方向電界方式のモードである。この例では、画素電極PEから出て液晶層(図示せず)を通り、さらに画素電極PEのスリット状の開口を通って共通電極CEに出る電気力線で表される電界が生成される。この電界は、液晶層に対して横方向の成分を有している。その結果、横方向の電界を液晶層に印加することができる。横方向電界方式では、基板から液晶分子が立ち上がらないため、縦方向電界方式よりも広視野角を実現できるという利点がある。
なお、図示していないが、共通電極CEと接するように、共通電極CEよりも低抵抗な金属補助配線を設ける場合には、TFT110のドレイン電極DEを、金属補助配線と同じ金属膜を用いて形成してもよい。
共通電極CE上に誘電体層117を介して画素電極PEが配置される電極構造は、例えば国際公開第2012/086513号に記載されている。なお、画素電極PE上に誘電体層117を介して共通電極CEが配置されていてもよい。すなわち、下部透明電極115が画素電極PEであり、上部透明電極119が共通電極CEであってもよい。このような電極構造は、例えば特開2008−032899号公報、特開2010−008758号公報に記載されている。参考のため、国際公開第2012/086513号、特開2008−032899号公報および特開2010−008758号公報の開示内容の全てを本明細書に援用する。
<酸化物半導体について>
酸化物半導体層に含まれる酸化物半導体は、アモルファス酸化物半導体であってもよいし、結晶質部分を有する結晶質酸化物半導体であってもよい。結晶質酸化物半導体としては、多結晶酸化物半導体、微結晶酸化物半導体、c軸が層面に概ね垂直に配向した結晶質酸化物半導体などが挙げられる。
酸化物半導体層は、2層以上の積層構造を有していてもよい。酸化物半導体層が積層構造を有する場合には、酸化物半導体層は、非晶質酸化物半導体層と結晶質酸化物半導体層とを含んでいてもよい。あるいは、結晶構造の異なる複数の結晶質酸化物半導体層を含んでいてもよい。また、複数の非晶質酸化物半導体層を含んでいてもよい。酸化物半導体層が上層と下層とを含む2層構造を有する場合、上層に含まれる酸化物半導体のエネルギーギャップは、下層に含まれる酸化物半導体のエネルギーギャップよりも大きいことが好ましい。ただし、これらの層のエネルギーギャップの差が比較的小さい場合には、下層の酸化物半導体のエネルギーギャップが上層の酸化物半導体のエネルギーギャップよりも大きくてもよい。
非晶質酸化物半導体および上記の各結晶質酸化物半導体の材料、構造、成膜方法、積層構造を有する酸化物半導体層の構成などは、例えば特開2014−007399号公報に記載されている。参考のために、特開2014−007399号公報の開示内容の全てを本明細書に援用する。
酸化物半導体層は、例えば、In、GaおよびZnのうち少なくとも1種の金属元素を含んでもよい。本実施形態では、酸化物半導体層は、例えば、In−Ga−Zn−O系の半導体(例えば酸化インジウムガリウム亜鉛)を含む。ここで、In−Ga−Zn−O系の半導体は、In(インジウム)、Ga(ガリウム)、Zn(亜鉛)の三元系酸化物であって、In、GaおよびZnの割合(組成比)は特に限定されず、例えばIn:Ga:Zn=2:2:1、In:Ga:Zn=1:1:1、In:Ga:Zn=1:1:2等を含む。このような酸化物半導体層は、In−Ga−Zn−O系の半導体を含む酸化物半導体膜から形成され得る。
In−Ga−Zn−O系の半導体は、アモルファスでもよいし、結晶質でもよい。結晶質In−Ga−Zn−O系の半導体としては、c軸が層面に概ね垂直に配向した結晶質In−Ga−Zn−O系の半導体が好ましい。
なお、結晶質In−Ga−Zn−O系の半導体の結晶構造は、例えば、上述した特開2014−007399号公報、特開2012−134475号公報、特開2014−209727号公報などに開示されている。参考のために、特開2012−134475号公報および特開2014−209727号公報の開示内容の全てを本明細書に援用する。In−Ga−Zn−O系半導体層を有するTFTは、高い移動度(a−SiTFTに比べ20倍超)および低いリーク電流(a−SiTFTに比べ100分の1未満)を有しているので、駆動TFT(例えば、複数の画素を含む表示領域の周辺に、表示領域と同じ基板上に設けられる駆動回路に含まれるTFT)および画素TFT(画素に設けられるTFT)として好適に用いられる。
酸化物半導体層は、In−Ga−Zn−O系半導体の代わりに、他の酸化物半導体を含んでいてもよい。例えばIn−Sn−Zn−O系半導体(例えばIn−SnO−ZnO;InSnZnO)を含んでもよい。In−Sn−Zn−O系半導体は、In(インジウム)、Sn(スズ)およびZn(亜鉛)の三元系酸化物である。あるいは、酸化物半導体層は、In−Al−Zn−O系半導体、In−Al−Sn−Zn−O系半導体、Zn−O系半導体、In−Zn−O系半導体、Zn−Ti−O系半導体、Cd−Ge−O系半導体、Cd−Pb−O系半導体、CdO(酸化カドミウム)、Mg−Zn−O系半導体、In−Ga−Sn−O系半導体、In−Ga−O系半導体、Zr−In−Zn−O系半導体、Hf−In−Zn−O系半導体、Al−Ga−Zn−O系半導体、Ga−Zn−O系半導体などを含んでいてもよい。
本発明の実施形態は、モノリシックに形成された周辺回路を有するアクティブマトリクス基板に好適に適用され得る。このようなアクティブマトリクス基板は、液晶表示装置、有機エレクトロルミネセンス(EL)表示装置および無機エレクトロルミネセンス表示装置等の表示装置、イメージセンサー装置等の撮像装置、画像入力装置、指紋読み取り装置、半導体メモリ等の種々の電子装置に適用される。
1 :基板
3 :シールド電極
5 :絶縁層
7 :酸化物半導体層
7a :第1コンタクト領域
7b :第2コンタクト領域
7c :チャネル領域
7off :オフセット領域
9 :ゲート絶縁層
11 :上部ゲート電極
11c :ゲート延設部
13 :第1電極
15 :第2電極
21 :第1層間絶縁層
23 :第2層間絶縁層
100 :単位回路
200、200A、200B :サブ回路
1000 :アクティブマトリクス基板
CH1、CH2 :コンタクトホール
DE :ドレイン電極
DEc :ドレイン延設部
SE :ソース電極
DMX :デマルチプレクサ回路
DO、DO1、DO2 :ビデオ信号線
T1a、T1b、T2a、T2b :薄膜トランジスタ
u1 :第1単位回路形成領域
u2 :第2単位回路形成領域
DL :チャネル長方向
DW :チャネル幅方向
DR :表示領域
FR :非表示領域
GD :ゲートドライバ
SD :ソースドライバ
P :画素領域
PE :画素電極
GL :ゲートバスライン
SL :ソースバスライン
B、B1〜B3、B1a、B1b、B2a、B2b :分岐配線
SW、ASW〜CSW :制御信号線

Claims (16)

  1. 複数の画素を含む表示領域と、前記表示領域の周辺に設けられた非表示領域とを有し、
    基板と、前記非表示領域に配置され、かつ、前記基板に支持されたデマルチプレクサ回路と、前記表示領域において、第1方向に延びる複数のソースバスラインおよび前記第1方向と交差する第2方向に延びる複数のゲートバスラインとを備えたアクティブマトリクス基板であって、
    前記デマルチプレクサ回路は、それぞれが、複数のビデオ信号線のうちの1つのビデオ信号線から、複数のソースバスラインのうちのn本(nは2以上の整数)のソースバスラインへビデオ信号を分配する複数の単位回路を有し、
    前記複数の単位回路のそれぞれは、少なくともn個のTFTと、前記1つのビデオ信号線に接続されたn本の分岐配線とを有し、
    前記少なくともn個のTFTのそれぞれは、酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層上にゲート絶縁層を介して配置された上部ゲート電極と、前記酸化物半導体層に電気的に接続された第1電極および第2電極を有し、前記第1電極および前記第2電極の一方は、前記n本のソースバスラインの1つに電気的に接続されたドレイン電極であり、他方は、前記n本の分岐配線の1つに電気的に接続されたソース電極であり、
    前記酸化物半導体層および前記上部ゲート電極を覆う第1層間絶縁層と、前記第1層間絶縁層上に配置された第2層間絶縁層とをさらに備え、
    前記第1電極は、前記第1層間絶縁層と前記第2層間絶縁層との間に配置され、かつ、前記第1層間絶縁層に形成された第1コンタクトホール内で前記酸化物半導体層と接し、
    前記第2電極は、前記第2層間絶縁層上に配置され、かつ、前記第2層間絶縁層および前記第1層間絶縁層に形成された第2コンタクトホール内で前記酸化物半導体層と接している、アクティブマトリクス基板。
  2. 前記少なくともn個のTFTのそれぞれにおいて、前記第1電極は、前記第1層間絶縁層を介して前記上部ゲート電極と部分的に重なっており、前記第2電極は、前記第1層間絶縁層および前記第2層間絶縁層を介して前記上部ゲート電極と部分的に重なっている、請求項1に記載のアクティブマトリクス基板。
  3. 前記少なくともn個のTFTのチャネル長方向は前記第1方向であり、チャネル幅方向は前記第2方向である、請求項1または2に記載のアクティブマトリクス基板。
  4. 前記少なくともn個のTFTのそれぞれは、前記酸化物半導体層の前記基板側に配置された下部電極をさらに有する、請求項1から3のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
  5. 前記下部電極は接地されている、請求項4に記載のアクティブマトリクス基板。
  6. 前記下部電極は前記上部ゲート電極に電気的に接続されている、請求項4に記載のアクティブマトリクス基板。
  7. 前記下部電極は、前記上部ゲート電極と異なる電位に設定される、請求項4に記載のアクティブマトリクス基板。
  8. 前記デマルチプレクサ回路は、前記第1電極がソース電極、前記第2電極がドレイン電極である第1TFTと、前記第1電極がドレイン電極、前記第2電極がソース電極である第2TFTとを含む、請求項1から7のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
  9. 前記デマルチプレクサ回路は、複数のサブ回路を含み、
    各サブ回路は、前記複数の単位回路のうちの少なくとも第1単位回路および第2単位回路を含み、
    前記各サブ回路において、前記第1単位回路の前記n本のソースバスラインと、前記第2単位回路の前記n本のソースバスラインとは、前記第2方向に1本ずつ交互に配列されている、請求項1から8のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
  10. 前記第1単位回路および前記第2単位回路のそれぞれにおいて、前記少なくともn個のTFTは前記第1方向に配列されており、
    前記各サブ回路において、前記第1単位回路の前記少なくともn個のTFTが配置された第1単位回路形成領域は、前記第2単位回路の前記少なくともn個のTFTが配置された第2単位回路形成領域と前記表示領域との間に位置している、請求項9に記載のアクティブマトリクス基板。
  11. 前記第1単位回路および前記第2単位回路のそれぞれの前記少なくともn個のTFTは、前記第1電極がソース電極、前記第2電極がドレイン電極である第1TFTと、前記第1電極がドレイン電極、前記第2電極がソース電極である第2TFTとを含む、請求項10に記載のアクティブマトリクス基板。
  12. 前記少なくともn個のTFTのそれぞれのチャネル長方向の幅は、前記複数のソースバスラインの配列ピッチよりも小さい、請求項1から11のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
  13. 前記複数の画素のそれぞれに配置された画素TFTをさらに備え、
    前記画素TFTは、他の酸化物半導体層、他のソース電極、他のドレイン電極、および前記他の酸化物半導体層の前記基板と反対側に絶縁膜を介して配置された他の上部ゲート電極を有し、
    前記他のソース電極は、前記複数のソースバスラインと同じ導電層内に形成され、前記他のドレイン電極は、前記導電層よりも上に位置する他の導電層内に形成されている、請求項1から12のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
  14. 前記酸化物半導体層は、In−Ga−Zn−O系半導体を含む、請求項1から13のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
  15. 前記In−Ga−Zn−O系半導体は結晶質部分を含む、請求項14に記載のアクティブマトリクス基板。
  16. それぞれが、複数のビデオ信号線のうちの1つのビデオ信号線から、複数のソースバスラインのうちのn本(nは2以上の整数)のソースバスラインへビデオ信号を分配する複数の単位回路を有し、
    前記複数の単位回路のそれぞれは、少なくともn個のTFTと、前記1つのビデオ信号線に接続されたn本の分岐配線とを有し、
    前記少なくともn個のTFTのそれぞれは、酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層上にゲート絶縁層を介して配置された上部ゲート電極と、前記酸化物半導体層に電気的に接続された第1電極および第2電極を有し、前記第1電極および前記第2電極の一方は、前記n本のソースバスラインの1つに電気的に接続されたドレイン電極であり、他方は、前記n本の分岐配線の1つに電気的に接続されたソース電極であり、
    前記酸化物半導体層および前記上部ゲート電極を覆う第1層間絶縁層と、前記第1層間絶縁層上に配置された第2層間絶縁層とをさらに備え、
    前記第1電極は、前記第1層間絶縁層と前記第2層間絶縁層との間に配置され、かつ、前記第1層間絶縁層に形成された第1コンタクトホール内で前記酸化物半導体層と接し、
    前記第2電極は、前記第2層間絶縁層上に配置され、かつ、前記第2層間絶縁層および前記第1層間絶縁層に形成された第2コンタクトホール内で前記酸化物半導体層と接している、デマルチプレクサ回路。
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