JP4420242B2 - 薄膜トランジスタおよびその製造方法ならびに液晶表示装置およびoled液晶表示装置 - Google Patents
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Description
この種の薄膜トランジスは、まず、絶縁基板(ガラス基板)上にゲート電極およびゲート絶縁膜を形成し、続いて、ゲート電極上に、ゲート絶縁膜を介して真性半導体層(i・a−Si層)およびオーミックコンタクト層(低抵抗半導体層:n+a−Si層)を同時にパターニング形成し、真性半導体層および低抵抗半導体層からなる半導体層上に、オーミックコンタクト層を介してソース電極およびドレイン電極を形成し、最後に、ソース電極およびドレイン電極を除く領域のオーミックコンタクト層を除去することにより構成される(たとえば、特許文献1参照)。
図12において、薄膜トランジスタ(TFT)は、チャネル幅Wおよびチャネル長さLのチャネル領域に対応するように形成されたゲート電極1と、ゲート電極1上にゲート絶縁膜を介して形成されたアモルファスシリコン層(以下、「a−Si層」と記す)2と、a−Si層(半導体層)2上に対向配置されたソース電極3およびドレイン電極4とにより構成されている。
図12においては、図面の煩雑さを回避するために、ゲート電極1が形成される絶縁基板(ガラス基板)と、ゲート電極1の上面を覆うゲート絶縁膜との図示を省略している。また、ソース電極3およびドレイン電極4の各形状は、ここでは簡略化して示している。
図13において、薄膜トランジスタは、ガラス基板(絶縁基板)10と、チャネル領域に対応するようにガラス基板10上に形成されたゲート電極1と、ゲート電極1を覆うようにガラス基板10上に形成されたゲート絶縁膜11と、TFTのチャネル領域に位置するようにゲート絶縁膜11を介してゲート電極1上に形成されたa−Si層2と、a−Si層2上に互いに対向配置されたソース電極3およびドレイン電極4と、a−Si層2と各電極3、4との接触面に形成されたオーミックコンタクト層12と、により構成されている。
a−Si層2は、正電荷のゲート電圧Vgsの印加時において、ゲート電圧Vgsに応じた厚さのチャネルを形成するチャネル層2aと、チャネルが形成されずに抵抗成分として作用する抵抗層2b(抵抗成分)とに分けて考慮することができる。
まず、ガラス基板10上にTFTのゲート電極1を形成し、P(プラズマ)−CVD法により、ゲート電極1上にゲート絶縁層11を形成する。
続いて、ゲート電極1上に、ゲート絶縁膜11を介してi(真性:intrinsic)・a−Si層を形成し、連続して、i・a−Si層の上面に、P−CVD法によりn+a−Si層からなるオーミックコンタクト層12を形成する。
最後に、ドライエッチング法により、ソース電極3およびドレイン電極4をマスクとして、両電極の下以外のオーミックコンタクト層(n+a−Si層)12を除去し、図13に示すような薄膜トランジスタが完成する。
図13において、ゲート電極1に正電荷のゲート電圧Vgsを印加すると、a−Si層2のチャネル層2aには、電子の通り道となるチャネルが形成される。このとき、ドレイン電極4に正電荷のドレイン電圧Vdsを印加してソース電極3を接地すると、両電極間の電位差により、a−Si層2のチャネル層2aにおいて、ドレイン電極4からソース電極3に向かって、ゲート電圧Vgsおよびドレイン電圧Vdsの大きさに依存したドレイン電流Ids(破線矢印参照)が流れる。
したがって、a−Si層2内のチャネル層2aにドレイン電流Idsが流れる場合には、ドレイン電極4とチャネル層2aとの間の抵抗層2bと、チャネル層2aとソース電極3との間の抵抗層2bとを介して、ドレイン電流Idsが流れることになる。
ここで、TFT/LCDにおいて、TFTによる各液晶セルへの書き込み動作を考慮した場合、ドレイン電流Idsの減少により、画像の書き込み不足が発生し、直流バイアスが液晶に印加されることによる残像現象など、画質に悪影響を与える現象が発生する。
特に、液晶表示装置に用いた場合には、ドレイン電流Idsの減少により、画像の書き込み不足が発生して、画質に悪影響を与えるという課題があった。
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態1に係る薄膜トランジスタについて詳細に説明する。
ここでは、前述と同様に、真性半導体層および低抵抗半導体層としてa−Si層(アモルファスシリコン層)を用いた場合を例にとって説明する。
図1において、ソース電極3Aおよびドレイン電極4Aは、a−Si層2のチャネル層2aが形成される部分の一部に直接接続されるように形成されている。また、図1の平面図では認識できないが、ソース電極3Aおよびドレイン電極4Aの下面の全体には、オーミックコンタクト層12Aが介在されている。
図2において、参考例1に係る薄膜トランジスタは、チャネル領域に対応するようにガラス基板10上に形成されたゲート電極1と、ゲート電極1を覆うようにガラス基板10上に形成されたゲート絶縁膜11と、チャネル領域に位置するようにゲート絶縁膜11上に形成されたa−Si層2と、a−Si層2上に対向配置されたソース電極3Aおよびドレイン電極4Aと、a−Si層2とソース電極3Aおよびドレイン電極4Aとの間に形成されたオーミックコンタクト層12Aと、を備えている。
これにより、チャネル層2aの側面においても、オーミックコンタクト層12Aとのコンタクト部13Aが形成される。したがって、正電荷のゲート電圧Vgsの印加時において、ソース電極3Aおよびドレイン電極4Aは、オーミックコンタクト層12Aのコンタクト部13Aを介して、チャネル層2aと直接接続されるので、ドレイン電流Ids(破線矢印参照)は、抵抗層2bを介さずに流れる。
まず、図3(第1ステップ)において、チャネル領域に対応するようにガラス基板10上にゲート電極1を形成する。
すなわち、ソース電極3Aおよびドレイン電極4Aの直下には、a−Si層2の周辺端部の側面と接触するオーミックコンタクト層12Aが必ず存在し、ソース電極3Aおよびドレイン電極4Aは、a−Si層2の島の端部とオーバーラップする形で必ず重なる構成となる。
したがって、低いドレイン電圧Vdsでも、抵抗損失が低減されたドレイン電流Idsを良好に流すことができる。
また、書き込み抵抗の減少により、たとえば液晶表示装置の液晶への書き込み不足を低減することができる。
図8はチャネル保護型TFTの場合を例にとった参考例2に係る薄膜トランジスタを示す平面図であり、図9は図8内のC−C’線による断面図である。図8、図9において、前述(図1、図2参照)と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
この場合、ソース電極3Aとドレイン電極4Aとの間に位置するa−Si層2の上面にチャネル保護膜14が形成された点を除けば、前述の参考例1と同様である。
一方、ポジ型レジストを利用して、ガラス基板10の裏面からバックサイド露光を行うことによりチャネル保護膜14を形成する場合には、a−Si層2によって光が吸収されて露光強度が減衰するので、a−Si層2の厚さは、最大100nm前後に制限される。
図10はU字型TFTの場合を例にとったこの発明の実施の形態1に係る薄膜トランジスタを示す平面図であり、図11は図10内のD−D’線による断面図である。図10、図11において、前述(図1、図2参照)と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「B」を付して詳述を省略する。
これにより、前述と同様に、a−Si層2Bの抵抗層2bを介在させることなく、ドレイン電極4Bとチャネル層2aとを直接接続することができる。
また、真性半導体層および低抵抗半導体層としてa−Si層を用いたが、他の半導体層を用いてもよい。
また、上記薄膜トランジスタを、液晶表示装置の周辺回路部または画素部に適用してもよい。
さらに、上記薄膜トランジスタは、表示装置の周辺回路部に用いられてもよく、大電流が要求されない画素部に用いられてもよい。
Claims (7)
- 絶縁基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極上に前記ゲート絶縁膜を介して配置された真性半導体層と、前記真性半導体層上に低抵抗半導体層を介して配置されたソース電極およびドレイン電極と、を有し、前記ソース電極と前記ドレイン電極との対向部にチャネル領域を形成する薄膜トランジスタであって、
前記真性半導体層は、下部のチャネル層と上部の抵抗層とを含み、
前記ソース電極はU字状に形成され、前記ドレイン電極は、前記ソース電極のU字状の中央部に配置され、
前記低抵抗半導体層は、前記ソース電極および前記ドレイン電極が、前記低抵抗半導体層を介して前記真性半導体層の下部のチャネル層と接続されるように、前記ソース電極およびドレイン電極と重畳された前記真性半導体層の上面および側面に直接接続され、
前記真性半導体層は、前記ドレイン電極の下部に位置するように形成されたスリットを有し、
前記真性半導体層のチャネル層と前記低抵抗半導体層とは、前記スリットにより露出した前記真性半導体層の側壁に沿って直接接続されるように構成されたことを特徴とする薄膜トランジスタ。 - 前記真性半導体層および前記低抵抗半導体層は、アモルファスシリコン層からなることを特徴とする請求項1に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記ソース電極と前記ドレイン電極との間のチャネル領域の上面に形成されたチャネル保護膜を備え、
前記真性半導体層の厚さは、100nm以下に設定されたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の薄膜トランジスタ。 - 絶縁基板上にゲート電極を形成するステップと、
前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を介して真性半導体層の島を形成するステップと、
前記真性半導体層の島を含む前記ゲート絶縁膜上に低抵抗半導体層を形成するステップと、
前記真性半導体層の島の周辺端部を含む上部に、前記低抵抗半導体層を介してソース電極およびドレイン電極を形成し、前記ソース電極と前記ドレイン電極との対向部にチャネル領域を形成するステップと、
前記ソース電極および前記ドレイン電極の下部を除く前記低抵抗半導体層を除去するステップと、
を備えた薄膜トランジスタの製造方法であって、
前記真性半導体層に、下部のチャネル層と上部の抵抗層とを設け、
前記ソース電極をU字状に形成し、前記ドレイン電極を、前記ソース電極のU字状の中央部に配置し、
前記ソース電極および前記ドレイン電極が、前記低抵抗半導体層を介して前記真性半導体層の下部のチャネル層と接続されるように、前記ソース電極およびドレイン電極と重畳された前記真性半導体層の上面および側面に、前記低抵抗半導体層を直接接続し、
前記ドレイン電極の下部に位置するように、前記真性半導体層にスリットを形成し、
前記スリットにより露出した前記真性半導体層の側壁に沿って、前記真性半導体層のチャネル層と前記低抵抗半導体層とが直接接続されるように形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。 - ポジ型レジストを利用して、前記絶縁基板の裏面からバックサイド露光を行うことにより、前記真性半導体層の上部にチャネル保護膜を形成するステップをさらに備え、
前記真性半導体層の厚さは100nm以下に設定されたことを特徴にする請求項 4記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - 請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の薄膜トランジスタを画素部または周辺回路部に用いたことを特徴とする液晶表示装置。
- 請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の薄膜トランジスタを画素部または周辺駆動部に用いたことを特徴とするOLED表示装置。
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