JP2622661B2 - 液晶表示パネル - Google Patents

液晶表示パネル

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JP2622661B2
JP2622661B2 JP5197509A JP19750993A JP2622661B2 JP 2622661 B2 JP2622661 B2 JP 2622661B2 JP 5197509 A JP5197509 A JP 5197509A JP 19750993 A JP19750993 A JP 19750993A JP 2622661 B2 JP2622661 B2 JP 2622661B2
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polycrystalline silicon
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、多結晶シリコン薄膜ト
ランジスタ(以下、「TFT]と略す。)を用いた液晶
表示パネルに関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、絶縁基板上にTFTを形成する研
究が活発に行なわれている。この技術は安価な絶縁基板
を用いて薄形ディスプレイを実現するアクティブマトリ
ックスパネル、通常の半導体集積回路上にトランジスタ
等の能動素子を形成する、いわゆる三次元集積回路等、
多くの応用が期待できる。本発明では、TFTを用いた
液晶表示パネルにおいて、本質的な特性の向上を図った
ものである。以下に、多結晶シリコン薄膜を用いたTF
Tの製造方法の1例を示して説明する。
【0003】図1(a)で絶縁性基板101に多結晶シ
リコン薄膜102を形成、所定のパターンに加工する。
その後熱酸化、あるいはCVD法によりゲート酸化膜1
03を形成する。次に、ゲート電極としてN型を有する
不純物を含む多結晶シリコン104を形成加工する。次
に、ゲート電極104をマスクとして、N型不純物10
5をイオン注入し、ソース・ドレイン領域106を設け
たのが同図(b)である。その後、同図(c)のように
層間絶縁膜107を形成し、各配線を引き出すための窓
108を開ける。最後に、Al等の配線用金属109で
配線形成したものが同図(d)である。
【0004】このような多結晶シリコン薄膜トランジス
タを交差するデータ線とタイミング線に接続して用い
て、スイッチング作用を行なわせる液晶表示パネルにお
いては、オフ電流が大きいという問題がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的とすると
ころは、多結晶シリコン薄膜トランジスタを用いた液晶
表示パネルにおける薄膜トランジスタのオフ状態でのリ
ーク電流を、液晶の等価抵抗によるリーク電流より小さ
く、かつ、1/10以下に低減させ、ON/OFF比の
大きな特性を持つ液晶表示パネルを提供することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、一対の基板間
に液晶が挟持され、該基板の一方の基板上には複数のデ
ータ線と、該複数のデータ線と交差して形成された複数
のタイミング線と、前記データ線と前記タイミング線に
接続された多結晶シリコン薄膜トランジスタとを有し、
該データ線からのデータ信号が該多結晶シリコン薄膜ト
ランジスタを介して液晶およびコンデンサに供給されて
なる液晶表示パネルにおいて、前記多結晶シリコン薄膜
トランジスタのオフ状態でのリーク電流が前記液晶の等
価抵抗によるリーク電流より小さく、かつ、1/10以
下であり、前記薄膜トランジスタの多結晶シリコン薄膜
からなるチャンネル領域の膜厚を2500Å以下とした
ことを特徴とするものである。
【0007】
【作用】多結晶シリコンよりなるTFTについて、チャ
ンネル領域の厚さを変えたものを製造し、ゲート−ソー
ス間電圧に対するドレイン電流を測定した結果を図2,
図3に示す。
【0008】図2で、横軸は、ソースに対するゲート電
圧VGSであり、縦軸は、ドレイン電流ID である。ま
た、ソースに対するドレイン電圧は4Vである。
(A),(B),(C)の3種は、多結晶シリコンの膜
厚T(図1(d)におけるTに相当する。)を変えたも
のであり、(A)がTA =4000Å、(B)がTB
3000Å、(C)がTC =2000Åである。
【0009】図3において、横軸は上記多結晶シリコン
の膜厚Tであり、横軸はゲート電圧VGS=0(V)の時
のドレイン電流ID である。
【0010】図2,図3の結果から分かるように、トラ
ンジスタがOFF状態の時のリーク電流は、多結晶シリ
コンの膜厚Tに依存し、Tが小さい程リーク電流が小さ
くなる傾向にある。その場合、図3からわかるように、
T>2500Åの時は、リーク電流の値はほとんど変わ
らないが、T<2500Åになると、リーク電流の値は
急激に低減する傾向がある。したがって、多結晶シリコ
ンを用いたTFTを液晶表示パネルに用いる場合は、T
FTがOFF状態の時に流れるリーク電流が上述した特
性を持つため、上記多結晶シリコンの膜厚の最適値があ
るということが分かった。以上の結果を考慮して、多結
晶シリコンによるTFTをアクティブマトリックスパネ
ルに応用した本発明の実施例を説明する。
【0011】本発明に用いる液晶表示パネルにおいて、
0.1mm平方〜0.3mm平方の画素では、液晶の抵
抗値は、ほぼ1010Ω近辺である。したがって、TFT
のリーク電流は、等価抵抗で液晶の1/10以下、すな
わち、10-11 A以下にする必要がある。本出願人の実
験結果から、この時の多結晶シリコンの膜厚は、T<2
500Åでなければならない。
【0012】
【実施例】以下に本発明による実施例を述べる。TFT
をアクティブマトリックスパネルに用いた場合の液晶表
示装置は、一般に、上側のガラス基板と、下側のTFT
基板と、その間に封入された液晶とから構成されてお
り、前記TFT基板上にマトリックス状に配置された液
晶駆動素子を外部選択回路により選択し、前記液晶駆動
素子に接続された液晶駆動電極に電圧を印加することに
より、任意の文字、図形、あるいは画像の表示を行なう
ものである。前記TFT基板の一般的な回路図を図4に
示す。
【0013】図4(a)は、TFT基板上に液晶駆動素
子をマトリックス状に配置した配置図である。図中の1
で囲まれた領域が表示領域であり、その中に液晶駆動素
子2がマトリックス状に配置されている。3は液晶駆動
素子2へのデータ信号ラインであり、4は液晶駆動素子
2へのタイミング信号ラインである。液晶駆動素子2の
回路図を液晶駆動素子2の回路図を図4(b)に示す。
5はTFTであり、データのスイッチングを行なう。6
はコンデンサであり、データ信号の保持用として用いら
れる。7は液晶パネルであり、7−1は各液晶駆動素子
に対応して形成された液晶駆動電極であり、7−2は上
側ガラスパネルである。
【0014】以上の説明から分かるように、TFTは、
液晶に印加する電圧のデータをスイッチングするために
用いられ、このときTFTに要求される特性は大きく次
の2種類に分類される。
【0015】(1)TFTをON状態にした時コンデン
サを充電させるために充分な電流を流すことができるこ
と。(2)TFTをOFF状態にした時、極力、電流が
流れないこと。
【0016】(1)は、コンデンサへのデータの書き込
み特性に関するものである。液晶の表示は、コンデンサ
の電位により決定されるため、短時間にデータを完璧に
書き込むことができるように、TFTは充分大きい電流
を流すことができなくてはならない。この時の電流(以
下、「ON電流」という。)は、コンデンサの容量と、
書き込み時間とから定まり、そのON電流をクリアでき
るようにTFTを製造しなくてはならない。TFTの流
すことができるON電流は、トランジスタのサイズ(チ
ャンネル長とチャンネル幅),構造,製造プロセス,ゲ
ート電圧などに大きく依存する。多結晶シリコンを用い
てTFTを形成した場合、一般にON電流は充分大きい
値を得ることが可能であり、したがって(1)の要求事
項は満足されている。これは、非晶質半導体などと異な
り、多結晶シリコンではかなり大きいキャリア移動度が
得られるためである。
【0017】(2)は、コンデンサに書き込まれたデー
タの保持特性に関するものである。一般に、書き込まれ
たデータは、書き込み時間よりもはるかに長い時間保持
されなくてはならない。コンデンサの静電容量は、通常
1pF程度の小さい値であるため、TFTがOFF状態
のときにわずかでもリーク電流が流れると、ドレインの
電位(すなわち、コンデンサの電位)は急激にソースの
電位に近づき、書き込まれたデータは正しく保持されな
くなってしまう。多結晶シリコンを用いてTFTを形成
した場合、多結晶シリコン膜中の結晶粒界に多くのトラ
ップ単位が局在しているため、このトラップを介してか
なり多くのリーク電流が流れてしまう。
【0018】以上述べた内容からわかるように、液晶表
示パネルにおいて、多結晶シリコンを用いたTFTで
は、ON電流は比較的大きな値が得られるが、リーク電
流の値も大きくなりデータの保持特性を悪化させてい
る。したがって、リーク電流を小さく抑えることが急務
となっている。
【0019】次に、本実施例において用いたTFTの製
造プロセス図を図5に示す。製造方法は、図1で説明し
たものと同様であるので省略する。なお、図5に示した
番号は、図1で示した番号と以下のように対応する。
(101−201、102−202、109−209)
【0020】また、本発明による実施例では、多結晶シ
リコン薄膜トランジスタのリーク電流が液晶の等価抵抗
によるリーク電流の1/10以下であり、多結晶シリコ
ンの膜厚、(図5のT’に相当する。)T’をT’<2
500Åの範囲において選定することにより、充分満足
のできる特性を持つ製品を得ることができた。
【0021】以上のように、多結晶シリコン202の膜
厚T’を小さくしてゆけばそれに伴ってリーク電流を低
減せしめることができるが、ある膜厚まで小さくする
と、配線用金属209として、例えば、Al、Al−S
iを用いた場合、拡散層を突き抜けてしまって、コンタ
クトをとることが不可能となることがある。したがっ
て、リーク電流を減らすための多結晶シリコンの膜厚
は、よりリーク電流を低減できる可能性を持ちながら、
結局のところコンタクトが安定してとれるかどうかに制
限されてしまう。この問題を改善するため、以下に述べ
るTFT構造を提供する。すなわち、チャンネルが形成
される領域の多結晶シリコンの膜厚のみを薄くすること
によって、リーク電流を減らすと共に、ソース・ドレイ
ン領域と配線用金属とのコンタクトを確実にとる構造で
ある。
【0022】図6にしたがって、本発明の他の実施例を
説明する。図6(a)のように、絶縁基板301上に、
確実にコンタクトをとることのできる膜厚を有する多結
晶シリコン302を形成し、所定のパターンに加工す
る。次に、チャンネル領域のみを所定の膜厚(2500
Å以下)までエッチングし、凹部300を形成する。そ
の後、熱酸化、あるいはCVD法によりゲート酸化膜3
03を形成したのが同図(b)である。次に、同図
(c)のように、凹部300に多結晶シリコン等のゲー
ト電極304を設け、該ゲート電極をマスクとしてN型
の不純物305をイオン注入し、ソース・ドレイン領域
306を形成する。その後、層間絶縁膜307を形成し
た後、配線用金属とのコンタクトをとるための窓308
を開けたのが同図(d)である。最後に、Al等の配線
用金属309を蒸着後、配線形成したものが同図(e)
である。このような構造によれば、チャンネルが形成さ
れる領域の多結晶シリコンのみを薄くすることができる
ため、配線用金属とソース・ドレイン領域とのコンタク
トが確実にとれ、さらにリーク電流を減らす方向へ持っ
ていくことができる。
【0023】
【発明の効果】以上述べたように、本発朗によれば、液
晶表示パネルにおいて、多結晶シリコン薄膜トランジス
タのオフ状態でのリーク電流が液晶の等価抵抗によるリ
ーク電流より小さく、かつ、1/10以下であり、前記
薄膜トランジスタのシリコン薄膜からなるチャンネル領
域の膜厚を2500Å以下としたことにより、ON/O
FF比が大きく、高コントラストで保持特性のよい液晶
表示パネルを提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の説明に用いたTFTの構造及びその
製造方法を示す概略図である。
【図2】 図1の特性を示すグラフである。
【図3】 図1の特性を示すグラフである。
【図4】 本発明の実施例として用いた液晶駆動素子の
マトリックス状配置図、及び液晶駆動素子の回路図であ
る。
【図5】 用いられたTFTの構造及びその製造方法を
示す概略図である。
【図6】 図5におけるTFTの特性をさらに改善する
TFT構造とその製造方法を示す概略図である。
【符号の説明】
101、201、301・・・絶縁基板 102、202、302・・・多結晶シリコン薄膜 103、203、303・・・ゲート酸化膜 104、204、304・・・ゲート電極 105、205、305・・・N型不純物 106、206、306・・・ソース、ドレイン領域 107、207、307・・・層間絶縁膜 108、208、308・・・コンタクトホール 109、209、309・・・配線用金属
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大島 弘之 長野県諏訪市大和3丁目3番5号株式会 社諏訪精工舎内 (56)参考文献 特開 昭54−152894(JP,A) 特開 昭57−10266(JP,A) 特開 昭55−50664(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一対の基板間に液晶が挟持され、該基板
    の一方の基板上には複数のデータ線と、該複数のデータ
    線と交差して形成された複数のタイミング線と、前記デ
    ータ線と前記タイミング線に接続された多結晶シリコン
    薄膜トランジスタとを有し、該データ線からのデータ信
    号が該多結晶シリコン薄膜トランジスタを介して液晶お
    よびコンデンサに供給されてなる液晶表示パネルにおい
    て、前記多結晶シリコン薄膜トランジスタのオフ状態で
    のリーク電流が前記液晶の等価抵抗によるリーク電流よ
    り小さく、かつ、1/10以下であり、前記薄膜トラン
    ジスタの多結晶シリコン薄膜からなるチャンネル領域の
    膜厚を2500Å以下としたことを特徴とする液晶表示
    パネル。
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KR101032940B1 (ko) * 2003-12-01 2011-05-06 삼성전자주식회사 박막 트랜지스터 표시판
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