JP3702096B2 - 薄膜トランジスタ及び表示装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁膜を備えた薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：以下、「ＴＦＴ」と称する。）及びそのＴＦＴをスイッチング素子として用いた表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種表示装置、例えばアクティブマトリクス方式の液晶表示装置（Liquid Crystal Display：以下、「ＬＣＤ」と称する。）の駆動ドライバ素子あるいは画素駆動素子として多結晶シリコン膜を能動層として用いたＴＦＴの開発が進められている。
【０００３】
以下に従来のＴＦＴを備えたＬＣＤについて説明する。
【０００４】
図８に従来の表示画素部のＴＦＴ平面図を示し、図９に図８中のＥ−Ｅ線に沿ったＴＦＴを用いたＬＣＤの断面図を示す。
【０００５】
図８に示すように、画素部のＴＦＴは、ゲート信号を供給するゲート信号線Ｇと映像信号を供給するドレイン信号線Ｄとの交差点付近に設けられており、そのソースは表示電極に接続されている。
【０００６】
図９に従ってＴＦＴの構造について説明する。
【０００７】
石英ガラス、無アルカリガラス等からなる絶縁性基板１上に、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）などの高融点金属からなるゲート電極２、ゲート絶縁膜３、及び多結晶シリコン膜からなる能動層４を順に形成する。
【０００８】
その能動層４には、ゲート電極２上方のチャネル７と、チャネル７の両側に、チャネル７上のストッパ絶縁膜８をマスクにしてイオン注入されて形成されるソース５及びドレイン６が設けられている。
【０００９】
そして、ゲート絶縁膜３、能動層４及びストッパ絶縁膜８上の全面に、ＳｉＯ2膜、ＳｉＮ膜及びＳｉＯ2膜が積層された層間絶縁膜９を形成し、ドレイン６に対応して設けたコンタクトホールにＡｌ等の金属を充填してドレイン電極１０を形成する。更に全面に例えば有機樹脂から成り表面を平坦にする平坦化膜１２を形成する。そして、その平坦化膜１２のソース５に対応した位置にコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールを介してソース５とコンタクトしたＩＴＯ（Indium Thin Oxide）から成りソース電極を兼ねた透明電極である表示電極１３を平坦化膜１２上に形成する。そしてその表示電極１３上にポリイミド等の有機樹脂からなり液晶２４を配向させる配向膜１４を形成する。
【００１０】
こうして作成されたＴＦＴを備えた絶縁性基板１と、この基板１に対向した対向電極２１及び配向膜２２を備えた対向基板２０とを周辺をシール接着剤２３により接着し、形成された空隙に液晶２４を充填する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、こうした従来のＴＦＴの構造においては、硬化時に発生するシール接着剤からの不純物あるいは不純物イオン、又は液晶２４中の水分あるいは不純物イオン、又はシール接着剤２３の剥がれて浮いた箇所２５を介して外部から進入する水分、あるいは平坦化膜１２が大気に触れることにより付着する大気中の水分等が平坦化膜１２表面に付着しその平坦化膜１２表面に電荷を帯びてしまい、平坦化膜１２又は層間絶縁膜９のそれぞれの膜の上下で分極が発生する。
【００１２】
そのため、ＴＦＴにバックチャネルが形成されてしまい、ＴＦＴの閾値電圧が変化してしまうという欠点があった。
【００１３】
また、このＴＦＴをＬＣＤに用いた場合においても、ＴＦＴの閾値電圧が増加する方向に変化するとＴＦＴのオン電流が低下し、逆に閾値電圧が減少する方向に変化するとオフ電流が増加し、ともに画素が常に輝く輝点欠陥が発生することになり良好な表示が得られないとともに、また各ＴＦＴにおいて閾値電圧がばらつくことになると面内で均一な明るさの表示を得ることができないという欠点があった。
【００１４】
そこで本発明は、上記の従来の欠点に鑑みて為されたものであり、ＴＦＴ上の平坦化膜又は層間絶縁膜の分極を抑制させることによって、閾値電圧の安定したＴＦＴ、及び輝点等の欠陥を低減し面内で均一な明るさの表示を得ることができるＬＣＤを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明のＴＦＴは、絶縁性基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁膜、前記ゲート電極の上方のチャネル及び該チャネルの両側に低濃度不純物領域を備えた能動層、層間絶縁膜、及び平坦化絶縁膜を備えており、前記層間絶縁膜上で且つ前記チャネル上方に導電層を備え、前記チャネル上方における前記導電層のチャネル長方向の幅は前記チャネルのチャネル長よりも狭く、且つ前記導電層は前記ゲート電極の端部、前記チャネルのチャネル長方向の端部及び前記低濃度不純物領域と非重畳であるとともに、前記導電層は、前記ゲート電極電位または定電位であり、更に、前記導電層と前記能動層との間に設ける前記層間絶縁膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜若しくは有機膜各単体または該各膜の積層体からなっており、且つ前記層間絶縁膜の膜厚は５０００Å以上である薄膜トランジスタである。
【００１６】
また、本発明のＴＦＴは、絶縁性基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁膜、前記ゲート電極の上方のチャネル及び該チャネルの両側に低濃度不純物領域を備えた能動層、層間絶縁膜、及び平坦化絶縁膜を備えており、前記平坦化絶縁膜上で且つ前記チャネル上方に導電層を備え、前記チャネル上方における前記導電層のチャネル長方向の幅は前記チャネルのチャネル長よりも狭く、且つ前記導電層は前記ゲート電極の端部、前記チャネルのチャネル長方向の端部及び前記低濃度不純物領域と非重畳であるとともに、前記導電層は、前記ゲート電極電位または定電位であり、前記導電層と前記能動層との間に設ける前記層間絶縁膜及び前記平坦化絶縁膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜若しくは有機膜各単体または該各膜の積層体からなっており、且つ前記層間絶縁膜及び前記平坦化絶縁膜の膜厚合計は５０００Å以上である薄膜トランジスタである。
【００１９】
更にまた、本発明は、上述の薄膜トランジスタを備えた表示装置である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明のＴＦＴについて説明する。
【００２１】
図１に本発明の表示画素部のＴＦＴ平面図を示し、図２に図１中のＡ−Ａ線に沿ったＬＣＤの断面図を示し、図３に図１中のＢ−Ｂ線に沿ったＴＦＴの断面図を示す。
【００２２】
図１に示すように、ゲート電極２を一部に有するゲート信号線Ｇとドレイン電極１０を一部に有するドレイン信号線Ｄとの交差点付近に、表示電極１３を接続したＴＦＴが設けられている。
【００２３】
図２に示すように、石英ガラス、無アルカリガラス等からなる絶縁性基板１上に、Ｃｒ、Ｍｏ等の高融点金属からなるゲート電極２、ＳｉＮ膜及びＳｉＯ2膜から成るゲート絶縁膜３及び多結晶シリコン膜からなる能動層４を順に形成する。
【００２４】
その能動層４には、ゲート電極２上方のチャネル７と、そのチャネル７の両側にイオン注入されて形成されたソース５及びドレイン６とが設けられている。
【００２５】
チャネル７の上には、ソース５及びドレイン６を形成する際のイオン注入時にチャネル７にイオンが入らないようにチャネル７を覆うマスクとして機能するＳｉＯ2膜から成るストッパ絶縁膜８が設けられる。
【００２６】
そして、ゲート絶縁膜３、能動層４及びストッパ絶縁膜８上の全面に、ＳｉＯ2膜、ＳｉＮ膜及びＳｉＯ2膜が積層された層間絶縁膜９を形成する。この層間絶縁膜９は、ＳｉＯ、ＳｉＮ、またはアクリル等の有機材料からなる有機膜の各単体、またはこれらのいずれかの組み合わせの多層体からなる。
【００２７】
次に、その層間絶縁膜９に設けたコンタクトホールにドレイン６に対応した位置にＡｌ単体、あるいはＭｏ及びＡｌを順に積層するなどした金属を充填してドレイン電極１０を形成する。このときドレイン電極１０の形成と同時にチャネル７の上方であって層間絶縁膜９の上に導電層１１を形成する。即ち、Ａｌ単体、あるいはＭｏ及びＡｌを順に積層するなどした金属からなる導電層１１を形成する。
【００２８】
図３に示すように、層間絶縁膜９上に設けた導電層１１は、ゲート絶縁膜３及び層間絶縁膜９に設けられたコンタクトホール１４を介して、絶縁性基板１上のゲート信号配線Ｇと接続されている。ドレイン信号線Ｄは層間絶縁膜９の上に設けられている。そして全面に例えば有機樹脂からなる平坦化膜１２を形成する。この平坦化膜１２のソース５に対応した位置にコンタクトホールを形成し、ソース５にコンタクトしたＩＴＯ等の透明導電材料から成りソース電極を兼ねた透明電極である表示電極１３を形成する。その上には液晶２４を配向させる配向膜１５を形成する。
【００２９】
なお、導電層１１と能動層４との間の絶縁膜、即ち本実施形態においてはストッパ絶縁膜８及び層間絶縁膜９の膜厚合計は５０００オングストローム以上とする。そうすることにより、導電層１１と能動層４との距離が大きくなるため互いの影響を抑制することができるとともに、絶縁膜のピンホール発生の確率も極めて小さくなりＴＦＴの特性向上が図れる。
【００３０】
こうして作製されたＴＦＴを備えた絶縁性基板１と、この基板１に対向した対向電極２１及び配向膜２２を備えた対向基板２０とを周辺をシール接着剤２３により接着し、形成された空隙に液晶２４を充填してＬＣＤが完成する。
【００３１】
ここで、本発明におけるチャネルについて図４乃至図６に従って説明する。
【００３２】
図４に、いわゆるオフセット構造を有するＴＦＴの図１中Ａ−Ａ線に沿った断面図を示す。
【００３３】
同図に示すように、ゲート絶縁膜３上に設けた能動層４には、ゲート電極２の両側に高濃度にイオン注入したドレイン５（図中ｄの領域）及びソース６（図中ｅの領域）が設けられている。またそのドレイン５とゲート電極２の端部との間の領域（図中ｂ１の領域）、ソース６とゲート電極２の端部との間の領域（図中ｃ１の領域）、及び両ゲート電極間の領域（図中ｂ２，ｃ２）はイオンが注入されていないいわゆるオフセット領域３５，３６，３７が設けられている。このときゲート電極２と重畳した能動層４の領域がチャネルである。即ち、図中ａ１、ａ２で示す領域が本発明におけるチャネル長である。
【００３４】
図５に、いわゆるＬＤＤ（Lightly Do ped Drain）構造を有するＴＦＴの図１中Ａ−Ａ線に沿った断面図を示す。
【００３５】
同図に示すように、能動層４には、ゲート電極２の両側に高濃度にイオン注入したドレイン５（図中ｄの領域）及びソース６（図中ｅの領域）が設けられており、さらにそのドレイン５とゲート電極２の端部との間の領域（図中ｂ１の領域）、ソース６とゲート電極２の端部との間の領域（図中ｃ１の領域）、及び両ゲート電極の間の領域（図中ｂ２，ｃ２）には低濃度のイオンが注入されているいわゆるＬＤＤ領域が設けられている。また、このＬＤＤ領域３８とＬＤＤ領域３９との間の能動層４がチャネルである。即ち、図中ａ１、ａ２で示す領域が本発明におけるチャネル長である。
【００３６】
図６に、能動層にソース及びドレインを形成したＴＦＴの図１中Ａ−Ａ線に沿った断面図を示す。
【００３７】
同図に示すように、能動層４には、ゲート電極２の両側に高濃度にイオン注入したドレイン５（図中ｄの領域）及びソース６（図中ｅの領域）が設けられている。この場合には、ドレイン５とソース６の間がチャネルである。即ち、図中のａで示す領域（図中ａ１，ａ２）が本発明におけるチャネル長である。
【００３８】
ここで、導電層１１は図１及び図２に示すように、ゲート信号線Ｇの一部であるゲート電極２及びその上方に設けたチャネル７と重畳している。しかし、導電層１１の端部は、ゲート電極２及びチャネル７の端部とは重畳しないように配置する。
【００３９】
その効果についてＬＤＤ領域を備えたＴＦＴの場合について説明する。
【００４０】
図５において、導電層１１がａ以上の幅でありその端部がＬＤＤ領域と重畳した場合には、本実施の形態のように導電層１１とゲート電極２が接続されていると、導電層１１とＬＤＤ領域の重畳部において強い電界が生じて層間絶縁膜９を介して導電層１１と能動層４との間にリーク電流や電荷発生などの劣化が生じることになる。このリーク電流を抑制するために層間絶縁膜９の緻密化など高品質のものとすることが考えられるが成膜時間の増大などスループットが低下してしまうことになる。
【００４１】
また導電層１１とＬＤＤ領域とが重畳すると、ゲートとソースとの間の容量が増大してしまうことになる。
【００４２】
ところが、本発明のように、導電層１１をチャネル７及びゲート電極２よりも小さい幅とし且つ導電層１１がチャネル７端部及びゲート電極２端部と重畳しないようにすることにより、上述の劣化、容量の増大を抑制することができる。なお、ＬＤＤ領域との重畳のみならず、オフセット領域との重畳の場合にも同様の効果を得ることができる。
【００４３】
以上のように、チャネル及びゲート電極の幅よりも小さくかつそれらの端部と重畳しないように導電層を設けることにより、層間絶縁膜表面への不純物付着の防止ができ、それによって層間絶縁膜表面への電荷の蓄積を防止できるとともに、閾値電圧の安定したＴＦＴを得ることができ、輝点等の欠陥を低減し面内で均一な明るさの表示の得られるＬＣＤを得ることができる。
【００４４】
なお、導電層１１は、図７に示すように導電層１１が第１の実施形態のようにゲート電極と接続されておらず、フローティング電位としてもゲート電極と接続した場合と同様の効果が得られる。図７のＣ−Ｃ線に沿ったＴＦＴの断面図は前述の図２と同じである。
【００４５】
なお、導電層１１は層間絶縁膜９の上に設けられており、その幅もチャネル７及びゲート電極２の幅よりも小さく且つ導電層１１はチャネル７及びゲート電極２の端部と重畳しないように設けられている。
【００４６】
なお、本発明のＴＦＴの導電層１１は、更に定電位供給配線を設けて定電位としても上述の効果が得られる。定電位は、例えば接地電位あるいは数Ｖの電位である。
【００４７】
また、導電層はゲート電極を２つ備えたいわゆるダブルゲート構造において、いずれか一方のゲート電極上に設けてもよい。
【００４８】
さらに、導電層は層間絶縁膜上のみならず、平坦化絶縁膜上に設けても層間絶縁膜上に設けた場合と同様の効果を得ることができる。
【００４９】
更にまた、導電層と能動層との間に設ける絶縁膜、例えば各実施形態の場合のストッパ絶縁膜、層間絶縁膜及び平坦化絶縁膜が、ＳｉＯ膜、ＳｉＮ膜若しくは有機膜の各単体からなっていても良く、または各膜を積層させた積層体からなっていても良い。
【００５１】
また、上述の各実施の形態においては、本発明のＴＦＴをＬＣＤに用いた場合について示したが、本発明はそれに限定されるものではなく、例えば有機ＥＬ（Electro Luminescence）表示装置にも採用が可能であり、上述の効果と同様の効果が得られる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、層間絶縁膜の上下で分極するのを防止できるため、バックチャネル発生を抑制し閾値電圧の安定したＴＦＴを得ることができ、輝点等の欠陥を低減し面内で均一な明るさの表示の得られる表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示すＴＦＴの平面図である。
【図２】本発明の第１実施形態を示すＬＣＤの断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態を示すＬＣＤの断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態を示すＴＦＴの断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態を示すＴＦＴの断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態を示すＴＦＴの断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態を示すＴＦＴの平面図である。
【図８】従来のＴＦＴの平面図である。
【図９】従来のＬＣＤの断面図である。
【符号の説明】
１ 絶縁性基板
２ ゲート電極
４ 能動層
５ ソース
６ ドレイン
７ チャネル
８ ストッパ絶縁膜
９ 層間絶縁膜
１１ 導電層
１２ 平坦化絶縁膜
１３ 表示電極
２４ 液晶
３５，３６ オフセット領域
３８，３９ ＬＤＤ領域

Claims (3)

  1. 絶縁性基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁膜、前記ゲート電極の上方のチャネル及び該チャネルの両側に低濃度不純物領域を備えた能動層、層間絶縁膜、及び平坦化絶縁膜を備えており、前記層間絶縁膜上で且つ前記チャネル上方に導電層を備え、前記チャネル上方における前記導電層のチャネル長方向の幅は前記チャネルのチャネル長よりも狭く、且つ前記導電層は前記ゲート電極の端部、前記チャネルのチャネル長方向の端部及び前記低濃度不純物領域と非重畳であるとともに、前記導電層は、前記ゲート電極電位または定電位であり、更に、前記導電層と前記能動層との間に設ける前記層間絶縁膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜若しくは有機膜各単体または該各膜の積層体からなっており、且つ前記層間絶縁膜の膜厚は５０００Å以上であることを特徴とする薄膜トランジスタ。
  2. 絶縁性基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁膜、前記ゲート電極の上方のチャネル及び該チャネルの両側に低濃度不純物領域を備えた能動層、層間絶縁膜、及び平坦化絶縁膜を備えており、前記平坦化絶縁膜上で且つ前記チャネル上方に導電層を備え、前記チャネル上方における前記導電層のチャネル長方向の幅は前記チャネルのチャネル長よりも狭く、且つ前記導電層は前記ゲート電極の端部、前記チャネルのチャネル長方向の端部及び前記低濃度不純物領域と非重畳であるとともに、前記導電層は、前記ゲート電極電位または定電位であり、前記導電層と前記能動層との間に設ける前記層間絶縁膜及び前記平坦化絶縁膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜若しくは有機膜各単体または該各膜の積層体からなっており、且つ前記層間絶縁膜及び前記平坦化絶縁膜の膜厚合計は５０００Å以上であることを特徴とする薄膜トランジスタ。
  3. 請求項１又は請求項２に記載の薄膜トランジスタを備えたことを特徴とする表示装置。
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