JP4977927B2

JP4977927B2 - 薄膜トランジスタ及びそれを用いた液晶表示装置

Info

Publication number: JP4977927B2
Application number: JP2000322497A
Authority: JP
Inventors: 賢二世良
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2000-10-23
Filing date: 2000-10-23
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2020-10-23
Also published as: JP2002134753A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＤＤ構造ＴＦＴ及びそれを用いた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、壁掛けＴＶや投射型ＴＶあるいはＯＡ機器用ディスプレイとして液晶パネルを用いた各種液晶表示装置の開発が行われている。液晶パネルの中でもアクティブ素子である薄膜トランジスタを液晶表示装置に組み込んだアクティブマトリックス型液晶ディスプレイは、走査線数が増加してもコントラストや応答速度が低下しない等の利点から、高品位のＯＡ機器用表示装置やハイビジョン用表示装置を実現する上で有力であり、液晶プロジェクション等の投射型液晶ディスプレイにおいては大画面表示が容易に得られる利点を有している。
【０００３】
通常液晶プロジェクション用途に使用されるライトバルブ用アクティブマトリックス型液晶表示装置は、小さな素子に強力な光を入射し、ＴＦＴにより液晶をスイッチングすることにより画素毎のＯＮ／ＯＦＦを行って、透過する光を画像情報に応じて制御し、透過した光をレンズなどの光学素子を介してスクリーンに拡大投影している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、液晶表示装置に強力な光を入射させる際、ＴＦＴの半導体活性層への入射光による影響はもちろんのこと、レンズ等の光学系からの反射光によってもＴＦＴ部のチャネル領域及びＬＤＤ領域において光励起により発生する光リーク電流が問題となっている。この問題はプロジェクタの小型化、高輝度化が進むとともにライトバルブへの入射輝度が大きく増加しており加速度的に問題となってきている。従来、このようなライトバルブ用アクティブマトリックス型液晶表示装置では、画素スイッチトランジスタとしてＬＤＤ構造ＴＦＴをもちいている。
【０００５】
光リーク電流の原因は、チャネル領域及びＬＤＤ領域に光が入射したときに生成するキャリアが、ドレインもしくはソースに到達してリーク電流となる。このため単純にＬＤＤ領域の面積を縮小しても光リーク電流は低減できるが、この場合、ＬＤＤ領域による電界緩和能力が低下し、電界エミッションによるリーク電流が増大する、或いは、ドレイン耐圧が低下するといった問題が発生する。このため、ＬＤＤ領域を縮小するには限界がある。
【０００６】
本発明の目的は、光が入射しても光リーク電流を最小限に抑えることのできる薄膜トランジスタ及びそれを用いた液晶表示装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
次に、本発明の薄膜トランジスタは、透明基板と、前記透明基板の上方に設けられた半導体領域と、前記半導体領域にチャネル長方向に互いに対向する形に設けられたソース層及びドレイン層と、前記ソース層及び前記ドレイン層の内側に互いに対向する形に設けられ前記ソース層及び前記ドレイン層よりも不純物濃度が低く、同じ導電型の低濃度不純物領域と、前記半導体領域を覆うゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の上に設けられ前記低濃度不純物領域に挟まれた前記半導体領域のチャネル領域を覆うゲート電極とを有する薄膜トランジスタであって、前記低濃度不純物領域に、前記低濃度不純物領域よりも不純物濃度が高く、同じ導電型の高濃度不純物領域が含まれ、前記高濃度不純物領域は、前記低濃度不純物領域にあって、前記低濃度不純物領域をチャネル長方向に複数の低濃度不純物領域に分断する形状に設けられる、或いは、前記低濃度不純物領域の中にドット状に複数設けられ、前記ゲート電極は、前記低濃度不純物領域と一部重なって設けられる、というものである。
【０００８】
次に、本発明の液晶表示装置は、透明基板と、前記透明基板の表面に設けられた下部遮光膜と、前記下部遮光膜の上に下地絶縁膜を介して設けられた半導体領域と、前記半導体領域にチャネル長方向に互いに対向する形に設けられたソース層及びドレイン層と、前記ソース層及び前記ドレイン層の内側に互いに対向する形に設けられ前記ソース層及び前記ドレイン層よりも不純物濃度が低く、同じ導電型の低濃度不純物領域と、前記半導体領域を覆うゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の上に設けられ前記低濃度不純物領域に挟まれた半導体領域を覆うゲート電極とを有する薄膜トランジスタを含み、前記半導体領域の上方にあって前記ソース層と接続するデータ線と、前記半導体領域の上方にあって前記低濃度不純物領域に挟まれた前記半導体領域のチャネル領域を少なくとも覆う上部遮光膜と、前記半導体領域の上方にあって前記ドレイン層と接続する画素電極とを有する液晶表示装置であって、前記薄膜トランジスタにおいて、前記低濃度不純物領域は、前記低濃度不純物領域よりも不純物濃度が高く、同じ導電型の高濃度不純物領域を含むことを特徴とし、前記データ線は、前記低濃度不純物領域及び前記チャネル領域を少なくともチャネル長方向及びチャネル幅方向に覆う、というものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は、ＬＤＤ構造ＴＦＴを上述した構造とすることにより、チャネル及びＬＤＤ領域で光により発生したキャリアをソースあるいはドレインに到達するまえにＬＤＤ領域中に設けた高濃度不純物領域で捕獲し、実質上光リークを低減できる特徴を有する。
【００１０】
次に、本発明の第１の実施形態について図１を参照して説明する。本実施形態は、ＬＤＤ構造ＴＦＴの構造に関するものであり、図１（ａ）は、ＬＤＤ構造ＴＦＴの平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の切断線Ａ−Ａ’における断面図である。下から順に構成要素を説明していく。
【００１１】
まず、ガラス基板１の上にガラス基板１をカバーする下地絶縁膜２を形成する。これはガラス基板１からの不純物の拡散を防ぐためである。この上に薄膜トランジスタのチャネル領域となる薄膜半導体層３を形成する。薄膜半導体層３は、下地絶縁膜２の上にＣＶＤ等の方法でアモルファスシリコン膜（以下、ａ−Ｓｉ膜と記載する）を成膜したのちに、熱処理あるいはレーザ結晶化等の方法を用いてａ−Ｓｉ膜を成膜良質の多結晶シリコン膜とし、この後、多結晶シリコン膜をパターニングして薄膜トランジスタの島状領域とすることにより形成される。
【００１２】
続いて、薄膜半導体層３にソース・ドレイン領域４及びＬＤＤ領域５を形成してチャネル領域６を画定するが、図１に示すように、ＬＤＤ領域５内にソース・ドレイン領域４と同じ高濃度不純物領域７を形成する。ここでは最もシンプルな方法により、ＬＤＤ領域５を２分するように高濃度不純物領域７を設けた。この後、ゲート絶縁膜８、ゲート電極９、第１層間絶縁膜１０を順次形成し、ゲート絶縁膜８及び第１層間絶縁膜１０を貫通するコンタクトホール１１を形成した後、アルミニウムからなるデータ線１２及びドレイン電極１３を形成する。
【００１３】
以上のようにして形成された薄膜トランジスタのＬＤＤ領域５及びチャネル領域６に光を照射すると、ＬＤＤ領域５及びチャネル領域６に光によるキャリアが生成され、これがリーク電流となり薄膜トランジスタのスイッチ特性を悪化させる。この現象は、特に、薄膜トランジスタが画素のスイッチトランジスタとして用いられる場合に問題となる。
【００１４】
そこで、画素のスイッチトランジスタを構成する薄膜トランジスタの、特に、ＬＤＤ領域、チャネル領域への照射光を極力低減する必要がある。強力な照射光下で使用される液晶ライトバルブ用ＴＦＴ基板等ではＴＦＴの上下を遮光し、直接光の照射は遮光される方法が採られているが、遮光パターン側面からの多重反射により侵入する光でＴＦＴに生じるリーク電流が問題となり、遮光対策だけでなく、光が侵入してきたときの薄膜トランジスタのリーク電流の低減自体が重要となる。
【００１５】
ここでは、薄膜トランジスタのＬＤＤ領域内に光で生成したキャリアを捕獲する構造を形成する。この構造は、ソース・ドレイン領域を形成するために用いる不純物ドーピングをリソグラフィ技術を用いてＬＤＤ領域内にも形成することにより得られる。
【００１６】
光により生成するキャリアは、チャネル領域およびＬＤＤ領域で発生し、電界によりドレイン領域に流れ込んでリーク電流となるが、チャネル領域及びＬＤＤ領域中に形成された高濃度不純物領域より、チャネル領域で生成したキャリアは、ＬＤＤ領域中の高濃度不純物領域により捕獲され、結合するため、トランジスタのリーク電流としては寄与しない。従って、高濃度不純物領域よりソース、或いは、ドレイン側に位置するＬＤＤ領域中に発生したキャリアのみがリーク電流となる。また、通常の動作においてはＬＤＤ領域中の高濃度不純物領域はフローティングとなるためオン特性に影響は与えない。
【００１７】
次に、本発明の第２の実施形態について図２を参照して説明する。図２（ａ）は、ＬＤＤ構造ＴＦＴの平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の切断線Ａ−Ａ’における断面図である。
【００１８】
この実施形態においては、ＬＤＤ領域５中の高濃度不純物領域２７は複数のドット状に形成される。高濃度不純物領域２７は、ＬＤＤ領域５の厚さ方向全体に渡って形成されていても良いが、図２（ｂ）に示すように、ＬＤＤ領域５の厚さ方向の一部に形成されていても、光がＴＦＴに侵入した際の光リーク電流を低減させることができる。
【００１９】
次に、本発明の第３の実施形態について図３を参照して説明する。図３（ａ）は、ＬＤＤ構造ＴＦＴの平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の切断線Ａ−Ａ’における断面図である。
【００２０】
この実施形態においては、第１の実施形態の高濃度不純物領域７が形成されたＬＤＤ領域５に、ゲート電極２９がオーバーラップして形成される。この構造により、ゲート電極２９による遮光効果が大きくなり、高濃度不純物領域７の光リーク電流低減効果と併せて、光リーク電流をさらに低減することができる。また、第２の実施形態の構造に本実施形態のゲート電極構造を適用できることは言うまでもない。
【００２１】
次に、本発明の第４の実施形態について図４を参照して説明する。図３（ａ）は、第１の実施形態のＬＤＤ構造ＴＦＴをスイッチトランジスタとして用いた液晶表示装置の１画素分の平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の切断線Ｂ−Ｂ’における断面図である。
【００２２】
まず、図４（ａ）に示すように、ガラス基板１の上に遮光膜２２が形成され、遮光膜２２は、ゲート電極９（ゲート配線を含む）の下方に下地絶縁膜３及びゲート絶縁膜８を挟んで敷かれる形となる。薄膜半導体層３は、遮光膜２２とゲート電極９との間にあって、その一部がゲート電極９と交差している。薄膜半導体層３の上は下から順にゲート絶縁膜８及び第１層間絶縁膜１０が覆い、ゲート絶縁膜８及び第１層間絶縁膜１０を貫通してソース・ドレイン領域４に達するコンタクトホール１１が設けられる。コンタクトホール１１にはアルミニウムからなるデータ線１２及びドレイン電極１３が形成され、データ線１２及びドレイン電極１３を第２層間絶縁膜２０が覆う。この第２層間絶縁膜２０の上に、所定の電位にバイアスされ、図において、太い破線で示されるブラックマトリクス１４を形成してＴＦＴの上方からの光を遮光する。図に示す１画素には、他に、画素電極、補助容量等が形成されるが、この図においては省略している。
【００２３】
本実施形態では、薄膜トランジスタの上下に遮光層を有する液晶表示装置において、薄膜トランジスタが、ＬＤＤ領域中、即ち、ソース・ドレイン領域及びチャネル領域を分断するＬＤＤ領域中に高濃度不純物領域を有することを特徴とする。光リーク電流の原因はチャネル領域及びＬＤＤ領域に光が入射したときに生成するキャリアがドレインもしくはソースに到達してリーク電流となる。このため、ＬＤＤ領域の中間に高濃度不純物領域を設け、光の侵入により生成したキャリアがこの部分で再結合し、ドレインあるいはソースに達しないようにすることにより実質上光リーク電流の低減が実現できる。この実施形態においては、ＬＤＤ長の総和が等しい従来の薄膜トランジスタと比較して、約１／２に光リーク電流を低減することができた。
【００２４】
また、本実施形態においては、ゲート電極９とブラックマトリクス１４との間にさらに遮光性のデータ線１２を挟むことにより、ＴＦＴの活性領域への上方からの光の侵入に対する遮光効果を一層強化することができる。
【００２５】
また、本実施形態の液晶表示装置では、第１の実施形態の構造の薄膜トランジスタを用いたが、これに代えて、第２、第３の実施形態の構造の薄膜トランジスタを適用できることは言うまでもない。
【００２６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、ＬＤＤ領域を有するＬＤＤ構造ＴＦＴのＬＤＤ領域に、ＬＤＤ領域と同じ導電型で不純物濃度の高い高濃度不純物領域を形成することにより、光の侵入によりチャネル領域又はＬＤＤ領域で生成したキャリアが高濃度不純物領域で再結合し、キャリアがドレインあるいはソースに達しないようにすることにより実質上光リーク電流の低減が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態としての薄膜トランジスタの平面図及び断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態としての薄膜トランジスタの平面図及び断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態としての薄膜トランジスタの平面図及び断面図である。
【図４】本発明の第４の実施形態としての液晶表示装置の平面図及び断面図である。
【符号の説明】
１ガラス基板
２下地絶縁膜
３薄膜半導体層
４ソース・ドレイン領域
５ＬＤＤ領域
６チャネル領域
７、２７高濃度不純物領域
８ゲート絶縁膜
９、２９ゲート電極
１０第１層間絶縁膜
１１コンタクトホール
１２データ線
１３ドレイン電極
１４ブラックマトリクス
２０第２層間絶縁膜
２２遮光膜

Claims

透明基板と、前記透明基板の上方に設けられた半導体領域と、前記半導体領域にチャネル長方向に互いに対向する形に設けられたソース層及びドレイン層と、前記ソース層及び前記ドレイン層の内側に互いに対向する形に設けられ前記ソース層及び前記ドレイン層よりも不純物濃度が低く、同じ導電型の低濃度不純物領域と、前記半導体領域を覆うゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の上に設けられ前記低濃度不純物領域に挟まれた前記半導体領域のチャネル領域を覆うゲート電極とを有する薄膜トランジスタであって、
前記低濃度不純物領域はチャネル長方向に複数の領域を有し、前記複数の領域の間に前記低濃度不純物領域よりも不純物濃度が高く、同じ導電型の高濃度不純物領域が設けられることを特徴とする薄膜トランジスタ。
透明基板と、前記透明基板の上方に設けられた半導体領域と、前記半導体領域にチャネル長方向に互いに対向する形に設けられたソース層及びドレイン層と、前記ソース層及び前記ドレイン層の内側に互いに対向する形に設けられ前記ソース層及び前記ドレイン層よりも不純物濃度が低く、同じ導電型の低濃度不純物領域と、前記半導体領域を覆うゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の上に設けられ前記低濃度不純物領域に挟まれた前記半導体領域のチャネル領域を覆うゲート電極とを有する薄膜トランジスタであって、前記低濃度不純物領域に、前記低濃度不純物領域よりも不純物濃度が高く、同じ導電型の高濃度不純物領域が含まれ、
前記高濃度不純物領域は、前記低濃度不純物領域の中にドット状に複数設けられることを特徴とする薄膜トランジスタ。
前記ゲート電極は、前記低濃度不純物領域と一部重なって設けられる請求項１又は２記載の薄膜トランジスタ。
透明基板と、前記透明基板の表面に設けられた下部遮光膜と、前記下部遮光膜の上に下地絶縁膜を介して設けられた半導体領域と、前記半導体領域にチャネル長方向に互いに対向する形に設けられたソース層及びドレイン層と、前記ソース層及び前記ドレイン層の内側に互いに対向する形に設けられ前記ソース層及び前記ドレイン層よりも不純物濃度が低く、同じ導電型の低濃度不純物領域と、前記半導体領域を覆うゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の上に設けられ前記低濃度不純物領域に挟まれた半導体領域を覆うゲート電極とを有する薄膜トランジスタを含み、前記半導体領域の上方にあって前記ソース層と接続するデータ線と、前記半導体領域の上方にあって前記低濃度不純物領域に挟まれた前記半導体領域のチャネル領域を少なくとも覆う上部遮光膜と、前記半導体領域の上方にあって前記ドレイン層と接続する画素電極とを有する液晶表示装置であって、
前記薄膜トランジスタにおいて、前記低濃度不純物領域はチャネル長方向に複数の領域を有し、前記複数の領域の間に前記低濃度不純物領域よりも不純物濃度が高く、同じ導電型の高濃度不純物領域が設けられることを特徴とする液晶表示装置。
透明基板と、前記透明基板の表面に設けられた下部遮光膜と、前記下部遮光膜の上に下地絶縁膜を介して設けられた半導体領域と、前記半導体領域にチャネル長方向に互いに対向する形に設けられたソース層及びドレイン層と、前記ソース層及び前記ドレイン層の内側に互いに対向する形に設けられ前記ソース層及び前記ドレイン層よりも不純物濃度が低く、同じ導電型の低濃度不純物領域と、前記半導体領域を覆うゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の上に設けられ前記低濃度不純物領域に挟まれた半導体領域を覆うゲート電極とを有する薄膜トランジスタを含み、前記半導体領域の上方にあって前記ソース層と接続するデータ線と、前記半導体領域の上方にあって前記低濃度不純物領域に挟まれた前記半導体領域のチャネル領域を少なくとも覆う上部遮光膜と、前記半導体領域の上方にあって前記ドレイン層と接続する画素電極とを有する液晶表示装置であって、前記薄膜トランジスタにおいて、前記低濃度不純物領域は、前記低濃度不純物領域よりも不純物濃度が高く、同じ導電型の高濃度不純物領域を含み、
前記高濃度不純物領域は、前記低濃度不純物領域の中にドット状に複数設けられることを特徴とする液晶表示装置。
前記データ線は、前記低濃度不純物領域及び前記チャネル領域を少なくともチャネル長方向及びチャネル幅方向に覆う請求項４又は５記載の液晶表示装置。