JP4211250B2 - トランジスタ及びそれを備える表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はトランジスタとそれを備える表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
表示装置、例えば液晶表示装置に利用されるトランジスタは一般に、ガラス基板上に薄膜の形態で形成されている。図6(a)〜(c)は、従来の薄膜タイプのトランジスタの概要を模式的に示す平面図である。この図に示すように、従来のトランジスタは、ゲート電極G上に絶縁膜を介してシリコンなどの半導体層SIを形成し、その上に平面四角形状のソース電極Sとドレイン電極Dを一定の間隔をもって対向配置している。このソース電極S、ドレイン電極Dはその形成の際に、同図(b)(c)に示すように上下もしくは左右方向に若干の位置ずれが生じる。斜線で示すゲート電極との重なり面積、すなわち寄生容量は、同図(b)の場合は殆ど変動しないが、同図(c)の場合は、一方が増加し、他方が減少するので、トランジスタの寄生容量に変動が生じやすい。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、トランジスタ(特に表示に利用する薄膜タイプのトランジスタ)の寄生容量の変動を抑制することを課題の1つとする。また、前記トランジスタの特性を安定化させることを課題の1つとする。また、表示用にトランジスタを備える表示装置の画質を均一なものとすることを課題の1つとする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明のトランジスタは請求項1に記載のように、ゲート電極に半導体層を介在してソース電極とドレイン電極を対向配置したトランジスタであって、
前記ドレイン電極の前記ソース電極と対向する側の縁の形状を角を丸めた凸曲線とする一方、
前記ソース電極の前記ドレイン電極に対向する側の縁の形状をドレイン電極の縁の形状に対応して凹曲面とし、
前記ソース電極の前記ドレイン電極に対向しない側の縁をソース電極の電極幅がほぼ一定になるようにソース電極の前記ドレイン電極に対向する側の縁に沿った凸曲面にし、
前記半導体層は一部分が前記ゲート電極からはみ出し、そのはみ出し部分は平面的に見て前記ゲート電極と重なっていない前記ソース電極及び前記ドレイン電極に位置すると共に前記ソース電極に位置するはみ出し部分と前記ドレイン電極に位置するはみ出し部分が前記ゲート電極に遮られて互いに独立状態にあり、
前記半導体層のうち平面的に見て前記ゲート電極と重なる部分は、前記ソース電極の前記ドレイン電極と対向しない側の縁にほぼ沿った形状になっていることを特徴とする。
【0005】
本発明のトランジスタは請求項2に記載のように、ゲート電極に半導体層を介在してソース電極とドレイン電極を対向配置したトランジスタであって、
前記ドレイン電極の前記ソース電極に対向する縁の形状を凸の円弧とする一方、
前記ソース電極の前記ドレイン電極に対向する側の縁をソース電極とドレイン電極の間隔がほぼ一定になるようにソース電極の縁に沿った凹の円弧にし、
前記ソース電極の前記ドレイン電極に対向しない側の縁をソース電極の電極幅がほぼ一定になるようにソース電極の前記ドレイン電極に対向する側の縁に沿った凸の円弧にし、
前記半導体層は一部分が前記ゲート電極からはみ出し、そのはみ出し部分は平面的に見て前記ゲート電極と重なっていない前記ソース電極及び前記ドレイン電極に位置すると共に前記ソース電極に位置するはみ出し部分と前記ドレイン電極に位置するはみ出し部分が前記ゲート電極に遮られて互いに独立状態にあり、
前記半導体層のうち平面的に見て前記ゲート電極と重なる部分は、前記ソース電極の前記ドレイン電極と対向しない側の縁にほぼ沿った形状になっていることを特徴とする。
【0006】
本発明のトランジスタは請求項3に記載のように、表示用のトランジスタとして請求項1または請求項2に記載のトランジスタを用いた表示装置において、ソース配線とゲート配線をマトリクス状に配置し、ソース配線とゲート配線の交差部にトランジスタを設け、トランジスタのドレイン電極がソース配線とほぼ平行な方向に存在すことを特徴とする。
【0007】
本発明のトランジスタは請求項4に記載のように、表示用のトランジスタとして請求項1または請求項2に記載のトランジスタを用いた表示装置において、ソース配線とゲート配線をマトリクス状に配置し、ソース配線とゲート配線の交差部にトランジスタを設け、トランジスタのドレイン電極がソース配線とほぼ直交する方向に存在すことを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態について、逆スタガ型の薄膜トランジスタ(以下TFT)1をマトリックス状に配列した薄膜トランジスタアレイ(以下TFTアレイ)2を例にとって説明する。図1は、TFTアレイ2の概略的な平面図である。図2は図1のA−Aに沿った断面図で、要部(TFT1)の概略的な断面図である。図3はTFT1の概略構造を模式的に示す平面図である。
【0012】
TFTアレイ2は、無アルカリガラスなどの基板3の上に、左右方向に延びる複数のゲート配線4、並びに、このゲート配線4に接続したゲート電極5を形成している。前記ゲート電極5の上には、窒化シリコン(SiNx)などのゲート絶縁膜6を介して半導体アイランド7を形成している。この半導体アイランド7は、後述するソース電極9やドレイン電極10に接続されてチャンネル領域を形成する半導体層としてのアモルファスタイプのシリコン層によって形成している。半導体アイランド7の形成後、ゲート配線4と直交する方向(縦方向に延びる)の複数のソース配線8、これに接続したソース電極9、並びにこのソース電極9と一定の距離を置いて対向配置したドレイン電極10、このドレイン電極10の基端部と接続した画素電極とのコンタクト用電極11が形成される。
【0013】
半導体アイランド7、ソース電極9、ドレイン電極10などを含むTFTアレイ2上面は、保護膜(SiNxなど)12によって覆っている。この保護膜12に前記コンタクト用電極11に至るコンタクトホール13を形成した後、このホール13を介してTFT1に接続されるITO,IZOなどの透明な画素電極14をTFT1に隣接して形成している。この画素電極14は、TFT1と同様にマトリクス状に配列される。画素電極14は、表示装置を反射形とする場合には、反射性のある金属膜などによって構成することもできる。
【0014】
前記ソース電極9は、前記ソース配線8と直交する方向に細長い横長形状であり、ゲート電極5並びに半導体アイランド7と平面的に重なる位置に形成している。ソース電極9の途中のドレイン電極10と対向する側には、ドレイン電極10の先端部10aを受け入れる凹部9aを形成している。ゲート電極5並びに半導体アイランド7と平面的に重なるように配置したドレイン電極10は、ソース配線8の延長方向と同方向に延びる棒状である縦長形状をしており、ソース電極9を基準にソース配線8の延長方向と同方向に配置している。ドレイン電極10の先端部10aがソース電極9の凹部9aに嵌まり込むことにより、ドレイン電極10の先端周囲とソース電極9間が一定の間隔(チャンネル幅)を保った状態にされる。
【0015】
ソース電極9、ドレイン電極10がゲート絶縁膜6や半導体アイランド7を介在して平面的にゲート電極5と重なる部分が主にTFT1の寄生容量を構成するが、なかでも画素電圧の変動に大きな影響を与えるのは、ドレイン電極10とゲート電極5の重なりによって形成される寄生容量である。図3に示す構造は、このゲート・ドレイン間の寄生容量の変動を抑制する構造となっている。
【0016】
まず、同一金属によって同時に形成されるソース電極9とドレイン電極10を縦方向に配列しているので、その電極配置が横方向に多少ずれてもゲート・ドレイン間の寄生容量に変動はない。また、縦方向にずれると、ドレイン電極10とゲート電極5の重なり面積が大小変動するが、ドレイン電極10が縦長であるので、コンタクト電極11のように横長部分をゲート電極5上に重ねる場合に比べて、変動する面積を非常に小さくすることができる。ここで、ドレイン電極10が縦長であるのでチャンネル幅が短くなる恐れが有るが、ソース電極9に凹部9aを設けてドレイン電極10先端部10aの周囲を一定の間隔を保ってソース電極9が囲む形状としているので、チャンネル幅も比較的広く確保することができる。
【0017】
このようにドレイン電極10の先端部10aをソース電極9の凹部9aに配置しているので、TFT1の寄生容量の変動を抑制することができる。
【0018】
また、ソース電極9とドレイン電極10は、ゲート絶縁膜6や半導体アイランド7を介在してゲート電極5と対向配置されている。ゲート電極5とソース電極9が平面的に重なる領域には必ず半導体アイランド7が位置するように、半導体アイランド7は、ソース電極9が横切るゲート電極5の縁から若干はみ出している。同様に、ゲート電極5とドレイン電極10が平面的に重なる領域には必ず半導体アイランド7が位置するように、半導体アイランドは、ドレイン電極10が横切るゲート電極5の縁から若干はみ出している。このようにすることにより、ゲート電極5とソース電極9やドレイン電極10の間に形成される寄生容量の変動を抑制することができる。また、ゲート電極5からはみ出した半導体アイランド7が、ゲート電極5によって遮光されない光等に起因した光電変換作用によって導電性を持ちソース・ドレイン間を短絡するのを防ぐために、ゲート電極5のソース電極9が横切る方向からはみ出した半導体アイランド7のはみ出し部分、並びに、ゲート電極5のドレイン電極10が横切る方向からはみ出した半導体アイランド7のはみ出し部分は、それそれが独立した島形状に形成している。
【0019】
したがって、液晶層を挟んで対向配置した基板の一方にこのTFTアレイ2を組み込んで液晶表示装置を提供する場合、TFT1の寄生容量の変動による表示ムラを抑制した表示を行なうことができる。また、寄生容量の変動による影響を抑制するための補助容量をTFT1に設ける場合は、その容量を小さく設定することができ、補助容量による遮光面積を削減して液晶表示装置の開口率を高めることができる。
【0020】
ところで、図3に示したTFT1(その電極パターン)は、以下の解決すべき新たな課題を有していることが分かった。ドレイン電極10先端部10aの形状が直線を組み合わせた角形に設定してあるので、露光時にその角が丸まり易い。特に露光解像度よりも小さな部分は設計形状と異なる形状に変形し易く、その変形度合いも相違する。そのため、ドレイン・ゲート間の寄生容量に変動が生じ易い。また。ソース電極9とドレイン電極10の間隔、すなわちTFT1のチャンネル長の一部に長短が生じ易い。
【0021】
そこで、本発明はこれらの点を解消するため、図4に示す改良構造を採用した。図3に示す実施形態と基本構成は同じであるため、相違点を中心に説明する。基本的に相違するのは、ドレイン電極10の先端部10bの形状で、その角を丸めるように予め設定したパターンを利用して形成した点である。この角の丸めは、その半径を露光装置の解像度よりも大きな値に設定することが望ましく、そうすることによって設計形状と実際の形状の差を小さくすることができる。この実施形態では、ドレイン電極10の先端部10bをソース電極9側に向けて凸で平面的に見て円弧状にした。この先端形状は当初の設計パターンと同じ形状になる。したがって、角形の場合の様に角が丸まることに起因するドレイン10電極の面積変動とそれによる寄生容量変動の問題、もしくはソース電極9とドレイン電極10の間隔変動の問題を解消することができる。
【0022】
ソース電極9もその凹部9bを円弧状とした。すなわち。ソース・ドレイン電極間の距離を一定にするために、ソース電極9のドレイン電極10と対向する側に平面的に見て凹の円弧状凹部9bを設けた。そして、凹部9bの円弧形状は、ドレイン電極10先端部10bの円弧形状と同心円状を成すように形成している。このように、凹部9bもドレイン電極先端10bと同心の円弧状としているので、ソース・ドレイン間隔、すなわちTFT1のチャンネル長を一定に保つことができ、トランジスタの特性を良好にすることができる。ソース電極9のドレイン電極10に対向する側と反対側9cは任意形状でよいが、この例では前記凹部9bと同様にドレイン電極先端10bの円弧と同心円状に形成している。このように図に示す実施形態は、ドレイン電極10のソース電極9に対向する側の先端10b、ソース電極9のドレイン電極10に対向した側9b、ソース電極9のドレイン電極10と反対の側9cを平面的に見て同心円状に、その半径を順次大きくするように形成している。ここで、同心の円弧形状としては、円以外にも楕円形状を含めることができる。
【0023】
露光解像度よりも大きな半径で事前に角丸めを行なう上述の角丸め処理は、TFT1の寄生容量やチャンネル状態に影響を与える度合いが最も高いドレイン電極10、特にそのソース電極9と対向する側の先端部10bや、この先端部と対向するソース電極9の凹部9bに適用するのが好ましいが、それ以外の部分に適用することもでき、例えば、コンタクト電極11、コンタクト電極11とドレイン電極10の接続部、ソース電極9とソース配線8の接続部、ゲート電極5、ゲート電極5とゲート配線4の接続部、画素電極14などに適用することもできる。
【0024】
次に他の実施形態を図5に基づいて説明する。図4に示す実施形態と基本構成は同じであるため、相違点を中心に説明する。基本的に相違するのはドレイン電極10とソース電極9の先端部分の向きである。
【0025】
ドレイン電極10はソース配線8の延長方向と直交する方向に延びる細長い横長形状をしており、画素電極14と平面的に重なる位置からゲート電極5並びに半導体アイランド7と重なる位置まで延びている。先端部10cは図4の実施形態と同様にソース電極9側に向けて凸で平面的に見て円弧状である。
【0026】
ソース電極9はソース配線8からその延長方向と直交する方向に延び、ゲート電極5並びに半導体アイランド7と重なる位置に形成される。ソース電極9の先端部はソース配線8に平行な方向に形成され、ドレイン電極10の先端部10cを受け入れる凹部9dになっている。ソース電極9の凹部9dも図4の実施形態と同様にドレイン電極10の先端部10cの円弧形状と同心円状を成すような円弧状に形成され、TFT1のチャンネル長を一定に保つことができる。ソース電極9のドレイン電極10に対向する側と反対側9eは、凹部9dと同様にドレイン電極10の先端部10cの円弧形状と同心円状に形成されている。そしてドレイン電極10の延長方向と同一方向であってドレイン電極10の中央部分を通過する軸を基準にしたときに、ドレイン電極10とソース電極9はその軸に対して対称に形成されているため、特にソース電極9は設計通りの形状に成形しやすい。
【0027】
この形態では、ソース電極9とドレイン電極10を横方向に配列しているので、その電極配置が縦方向に多少ずれてもゲート・ドレイン間の寄生容量に変動はないが、横方向にずれるとゲート・ドレイン間の寄生容量が変動する。したがって横方向については高精度の位置合わせが求められ、縦方向については位置合わせの精度がそれほど高くなくてもよい。一方、画素電極14とソース配線8が接近しすぎると、例え画素電極14とソース電極9の間に保護膜12が存在してもソース配線8に印加される電圧が画素電極14に飛び移り、表示不良の原因になる。従って画素電極14とソース配線8の間隔が設計通りになるように、画素電極14やソース配線8を形成するときは横方向の位置合わに高い精度が求められる。この実施形態では、TFT1のソース電極9とドレイン電極10を横方向に配列することで、TFT1の形成と画素電極14、ソース配線8の形成のときに横方向に対する位置合わせを高い精度にすればよいため、高精度が求められる方向を一方向にでき、縦横方向のニ方向に高精度が求められる場合と比べて製造工程が容易になる。
【0028】
この発明では、ドレイン電極10のゲート電極5並びに半導体アイランド7と重なる部分をできるだけ小さくすることで、寄生容量の影響を小さくすることができる。そしてソース電極9もドレイン電極10と同様にゲート電極5並びに半導体アイランド7と重なる部分を小さくした方が寄生容量の影響を小さくできる。従って、ソース電極9のドレイン電極10に対向する側と反対側をソース電極9の凹部の形状に対応して凹部とほぼ同じ形状にし、ソース電極9の電極幅(ドレイン電極10に対向する側と反対側との間隔)をほぼ等間隔でできるだけ小さくするとよい。
【0029】
また、半導体アイランド7はチャンネル領域やソース電極9、ドレイン電極10と重なる領域に存在すればよく、それ以外の領域にはあまり存在しない方がよい。半導体アイランド7に光が当たると光電効果作用によってリーク電流が生じる。ゲート電極5と重なっている領域の半導体アイランド7には、ゲート電極5によってバックライトからの光は遮光されて当たらないが、TFTアレイと対向配置したカラーフィルタアレイなどで反射した光が当たることがある。そのため半導体アイランド7はゲート電極5と重なっている領域であっても不要な部分はできるだけ省いた方がよく、上記の実施形態では半導体アイランド7をソース電極9やドレイン電極10の形状に沿った形状にして、できるだけ不要な部分を取除く。従ってTFT1の各種特性の変動が少ない。
【0030】
上記TFTアレイ2は、表示画素の駆動用にトランジスタを用いる表示装置、例えば、2枚の基板間に液晶を挟み込んだ液晶表示装置や、有機もしくは無機タイプのEL表示装置の一方の基板に利用することができる。また、上記実施形態はアモルファスシリコンを利用した逆スタガ型のTFTを例にとって説明したが、本発明はそれ以外のトランジスタにも適用することができ、順スタガ型のTFTや多結晶シリコンを半導体アイランドに採用したトランジスタ、並びにそれを利用したものなどにも適用することができる。
【0031】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、トランジスタの寄生容量の変動を抑制することができる。また、トランジスタの特性を安定化させることができる。また、表示装置の画質を均一なものとすることができる。TFTを利用した液晶表示装置に適用すれば、TFTの寄生容量やチャンネル状態の変動を抑制することができるので、液晶表示状態を安定させ表示品位を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を説明するためのTFTアレイの概略構造を示す平面図である。
【図2】図1のA−Aに沿った概略的な断面図である。
【図3】本発明の実施形態に関わるTFTの概略構造を模式的に示す平面図である。
【図4】本発明の実施形態に関わるTFTの別形態の概略構造を模式的に示す平面図である。
【図5】本発明の実施形態に関わるTFTの別形態の概略構造を模式的に示す平面図である。
【図6】(a)〜(c)は従来例を説明するためのTFTの模式的な平面図である。
【符号の説明】
1 TFT
2 TFTアレイ
5 ゲート電極
7 半導体アイランド
9 ソース電極
10 ドレイン電極
14 画素電極
Claims (4)
- ゲート電極に半導体層を介在してソース電極とドレイン電極を対向配置したトランジスタであって、
前記ドレイン電極の前記ソース電極と対向する側の縁の形状を角を丸めた凸曲線とする一方、
前記ソース電極の前記ドレイン電極に対向する側の縁の形状をドレイン電極の縁の形状に対応して凹曲面とし、
前記ソース電極の前記ドレイン電極に対向しない側の縁をソース電極の電極幅がほぼ一定になるようにソース電極の前記ドレイン電極に対向する側の縁に沿った凸曲面にし、
前記半導体層は一部分が前記ゲート電極からはみ出し、そのはみ出し部分は平面的に見て前記ゲート電極と重なっていない前記ソース電極及び前記ドレイン電極に位置すると共に前記ソース電極に位置するはみ出し部分と前記ドレイン電極に位置するはみ出し部分が前記ゲート電極に遮られて互いに独立状態にあり、
前記半導体層のうち平面的に見て前記ゲート電極と重なる部分は、前記ソース電極の前記ドレイン電極と対向しない側の縁にほぼ沿った形状になっている
ことを特徴とするトランジスタ。 - ゲート電極に半導体層を介在してソース電極とドレイン電極を対向配置したトランジスタであって、
前記ドレイン電極の前記ソース電極に対向する縁の形状を凸の円弧とする一方、
前記ソース電極の前記ドレイン電極に対向する側の縁をソース電極とドレイン電極の間隔がほぼ一定になるようにソース電極の縁に沿った凹の円弧にし、
前記ソース電極の前記ドレイン電極に対向しない側の縁をソース電極の電極幅がほぼ一定になるようにソース電極の前記ドレイン電極に対向する側の縁に沿った凸の円弧にし、
前記半導体層は一部分が前記ゲート電極からはみ出し、そのはみ出し部分は平面的に見て前記ゲート電極と重なっていない前記ソース電極及び前記ドレイン電極に位置すると共に前記ソース電極に位置するはみ出し部分と前記ドレイン電極に位置するはみ出し部分が前記ゲート電極に遮られて互いに独立状態にあり、
前記半導体層のうち平面的に見て前記ゲート電極と重なる部分は、前記ソース電極の前記ドレイン電極と対向しない側の縁にほぼ沿った形状になっていることを特徴とするトランジスタ。 - 表示用のトランジスタとして請求項1または請求項2に記載のトランジスタを用いた表示装置において、ソース配線とゲート配線をマトリクス状に配置し、前記ソース配線と前記ゲート配線の交差部にトランジスタを設け、前記トランジスタの前記ドレイン電極が前記ソース配線とほぼ平行な方向に存在すことを特徴とする表示装置。
- 表示用のトランジスタとして請求項1または請求項2に記載のトランジスタを用いた表示装置において、ソース配線とゲート配線をマトリクス状に配置し、前記ソース配線と前記ゲート配線の交差部に前記トランジスタを設け、前記トランジスタの前記ドレイン電極が前記ソース配線とほぼ直交する方向に存在すことを特徴とする表示装置。
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