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JP2010206154A - 表示装置 - Google Patents

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JP2010206154A
JP2010206154A JP2009107252A JP2009107252A JP2010206154A JP 2010206154 A JP2010206154 A JP 2010206154A JP 2009107252 A JP2009107252 A JP 2009107252A JP 2009107252 A JP2009107252 A JP 2009107252A JP 2010206154 A JP2010206154 A JP 2010206154A
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insulating film
film
interlayer insulating
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pair
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Yoshiaki Toyoda
善章 豊田
Mieko Matsumura
三江子 松村
Masatoshi Wakagi
政利 若木
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Japan Display Inc
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Hitachi Displays Ltd
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Publication date
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Priority to TW099103716A priority patent/TWI418038B/zh
Priority to CN2010101257503A priority patent/CN101800229B/zh
Priority to US12/702,900 priority patent/US8309960B2/en
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Abstract

【課題】オフ電流の低減とともにオフリーク電流の低減が図れ、製造工数の増大をもたらすことなく回路の集積化が図れる薄膜トランジスタを備えた表示装置の提供。
【解決手段】表示部が形成された基板上に複数の薄膜トランジスタが形成されている表示装置であって、
前記薄膜トランジスタは、
ゲート電極と、
前記ゲート電極を跨って形成されたゲート絶縁膜と、
このゲート絶縁膜の上面に形成され、平面的に観て前記ゲート電極の形成領域内に開口が形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜の表面に前記開口を間にして配置された一対の高濃度半導体膜と、
前記層間絶縁膜の前記開口を跨いで形成され、平面的に観て、前記ゲート電極の形成領域内に形成されるとともに前記一対の高濃度半導体膜に電気的に接続された多結晶半導体層と、
前記一対の高濃度半導体膜のそれぞれに重ねられ前記多結晶半導体膜に重ねられることなく形成された一対の電極と、
を備えたものを含む。
【選択図】 図1

Description

本発明は表示装置に係り、特に、表示部が形成された基板上に複数の薄膜トランジスタが形成されている表示装置に関する。
表示装置の表示部には多数の画素がマトリックス状に配置されて形成され、これら各画素はいわゆるアクティブ・マトリックス方式によって駆動されるのが通常となっている。
すなわち、行方向に配置される複数の画素からなる画素群を順次選択し、その選択のタイミングに合わせ、列方向に配置される各画素に共通に接続されたドレイン信号線を通して映像信号を供給するようになっている。この場合、画素群のそれぞれの選択は、当該画素群を構成する各画素に形成される薄膜トランジスタを共通に接続されたゲート信号線を通して供給する走査信号によってオンさせることによって行っている。
また、このような表示装置は、表示部が形成された基板上において、該表示部の周辺に、各ドレイン信号線に映像信号を供給するためのドレインドライバや、各ゲート信号線に走査信号を供給するためのゲートドライバが形成され、それぞれのドライバには、画素内に形成される前記薄膜トランジスタと並行して形成される多数の薄膜トランジスタを備えるものが広く知られている。
この場合の薄膜トランジスタとして、いわゆるボトムゲート型のものであって、ゲート絶縁膜の上面に開口を備える層間絶縁膜が形成され、該開口を被うようにしてポリシリコン層が形成されたものが知られている(下記特許文献1、2参照)。このように構成された薄膜トランジスタは、該ポリシリコン層において、開口の底面に形成された部分がチャネル領域として機能し、前記開口の側壁面に形成された部分がオフセット領域となるため、ドレイン端において電界緩和がなされ、オフ電流を低減させる効果を奏するようになる。
なお、特許文献1に記載された薄膜トランジスタの構成の詳細は次の通りである。すなわち、ゲート電極を下層に形成したゲート絶縁膜の上面に層間絶縁膜が形成され、この層間絶縁膜には平面的に観て前記ゲート電極と重なる領域のほぼ中央に開口が設けられている。層間絶縁膜の上面には前記開口を間にしてドレイン電極およびソース電極が形成されている。このドレイン電極およびソース電極のそれぞれは高濃度アモルファスシリコン層と金属層の順次積層体によって形成されている。そして、層間絶縁膜の前記開口を被うようにしてポリシリコン層が形成され、その辺部は前記ドレイン電極およびソース電極のそれぞれの一部に重ねられて形成されている。
また、特許文献2に記載された薄膜トランジスタの構成の詳細は次の通りである。すなわち、ゲート電極を下層に形成したゲート絶縁膜の上面に層間絶縁膜が形成され、この層間絶縁膜には平面的に観て前記ゲート電極と重なる領域に開口が設けられている。層間絶縁膜の前記開口を被うとともに前記層間絶縁膜の上面にドレイン領域およびソース領域として形成される部分を有するポリシリコン層が形成されている。ドレイン領域およびソース領域は前記半導体層に高濃度不純物をイオン打ち込みすることによって形成されている。ソース電極はゲート絶縁膜と層間絶縁膜との間に形成され、このソース電極と前記ポリシリコン層のソース領域との接続は層間絶縁膜に形成されたコンタクトホールを通してなされている。
特開2004−193248号公報 特開平11−186558号公報
しかし、特許文献1に記載された薄膜トランジスタは、そのドレイン電極およびソース電極が、それぞれ、ポリシリコン層と直接に接触された構成となっており、該接触部においていわゆるオフリーク電流が増大するという不都合が生じる。
また、ポリシリコン層と高濃度アモルファスシリコン層とのコンタクト面積を大きく確保するため、ドレイン電極およびソース電極の形成において、それらのサイドエッチング量を多くする必要が生じる。このため、ドレイン電極およびソース電極のレイアウト幅を大きくとらなくてはならず、回路の集積化の妨げとなる不都合が生じる。
特許文献2に記載のされた薄膜トランジスタは、高濃度のポリシリコン層を形成するのに不純物打ち込みを必要とする構成となっており、製造工数の増大をもたらす不都合が生じる。
本発明は、オフ電流の低減とともにオフリーク電流の低減が図れ、製造工数の増大をもたらすことなく回路の集積化が図れる薄膜トランジスタを備えた表示装置を提供することにある。
本発明の構成は、たとえば、以下のようなものとすることができる。
(1)本発明の表示装置は、表示部が形成された基板上に複数の薄膜トランジスタが形成されている表示装置であって、
前記薄膜トランジスタは、
ゲート電極と、
前記ゲート電極を被って形成されたゲート絶縁膜と、
このゲート絶縁膜の上面に形成され、平面的に観て前記ゲート電極の形成領域内に開口が形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜の上面に前記開口を間にして配置された一対の高濃度非晶質半導体膜と、
前記層間絶縁膜の前記開口を跨いで形成され、平面的に観て、前記ゲート電極の形成領域内に形成されるとともに前記一対の高濃度非晶質半導体膜に電気的に接続された多結晶半導体層と、
前記一対の高濃度非晶質半導体膜のそれぞれに重ねられ前記多結晶半導体膜に重ねられることなく形成された一対の電極と、
を備えたものを含むことを特徴とする。
(2)本発明の表示装置は、(1)において、前記一対の高濃度非晶質半導体膜のそれぞれと前記多結晶半導体膜との電気的な接続は、前記一対の高濃度非晶質半導体膜のそれぞれの一部に前記多結晶半導体膜が重ねられることによってなされていることを特徴とする。
(3)本発明の表示装置は、(2)において、前記一対の高濃度非晶質半導体膜は、前記多結晶半導体膜が重ねられている部分において前記多結晶半導体膜が重ねられていない部分よりも膜厚が大きくなっていることを特徴とする。
(4)本発明の表示装置は、(1)において、前記一対の高濃度非晶質半導体膜のそれぞれと前記多結晶半導体膜との電気的な接続は、前記一対の高濃度非晶質半導体膜のそれぞれの側壁面と前記多結晶半導体層の側壁面が当接してなされていることを特徴とする。
(5)本発明の表示装置は、(4)において、前記一対の高濃度非晶質半導体膜のそれぞれの膜厚は、前記層間絶縁膜の前記開口を被って形成される前記多結晶半導体膜の厚さよりも大きいことを特徴とする。
(6)本発明の表示装置は、(1)において、前記薄膜トランジスタは、その一対の電極のうちの一方の電極が、前記層間絶縁膜およびゲート絶縁膜に形成されたスルーホールを通して前記ゲート電極に電気的に接続されているものを含むことを特徴とする。
(7)本発明の表示装置は、(1)において、平面的に観て、前記多結晶半導体層のチャネル長方向の各辺からは、前記層間絶縁膜の前記開口が露出されていることを特徴とする。
(8)本発明の表示装置は、表示部が形成された基板上に複数の薄膜トランジスタが形成されている表示装置であって、
前記薄膜トランジスタは、
ゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成され、平面的に観て前記ゲート電極の形成領域内に開口が形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜の前記開口を跨いで形成され、平面的に観て、前記ゲート電極の形成領域内に順次積層されて形成された島状のゲート絶縁膜と多結晶半導体層と、
前記層間絶縁膜の上面に前記開口を間にして配置された一対の電極と、
を備え、
前記一対の電極のそれぞれは、高濃度非晶質半導体膜および金属膜の順次積層体から構成されるとともに、その一部が、前記多結晶半導体層に重ねられて形成されているものを含むことを特徴とする。
(9)本発明の表示装置は、(8)において、前記薄膜トランジスタは、その一対の電極のうちの一方の電極が、前記層間絶縁膜に形成されたスルーホールを通して前記ゲート電極に電気的に接続されているものを含むことを特徴とする。
(10)本発明の表示装置は、(8)において、平面的に観て、前記ゲート絶縁膜と多結晶半導体層の順次積層体のチャネル長方向の各辺からは、前記層間絶縁膜の前記開口が露出されていることを特徴とする。
(11)本発明の表示装置は、表示部が形成された基板上に複数の薄膜トランジスタが形成されている表示装置であって、
前記薄膜トランジスタは、
ゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成され、平面的に観て前記ゲート電極の形成領域内に開口が形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜の前記開口を跨いで形成され、平面的に観て、前記ゲート電極の形成領域内に順次積層されて形成された島状のゲート絶縁膜、多結晶半導体層、および非晶質半導体層と、
前記層間絶縁膜の上面に前記開口を間にして配置された一対の電極と、
を備え、
前記一対の電極のそれぞれは、高濃度非晶質半導体膜および金属膜の順次積層体から構成されるとともに、その一部が、前記非晶質半導体層に重ねられて形成されているものを含むことを特徴とする。
(12)本発明の表示装置は、(11)において、前記薄膜トランジスタは、その一対の電極のうちの一方の電極が、前記層間絶縁膜に形成されたスルーホールを通して前記ゲート電極に電気的に接続されているものを含むことを特徴とする。
(13)本発明の表示装置は、(11)において、平面的に観て、前記ゲート絶縁膜、多結晶半導体層、および非晶質半導体層の順次積層体のチャネル長方向の各辺からは、前記層間絶縁膜の前記開口が露出されていることを特徴とする請求項11に記載の表示装置。
(14)本発明の表示装置は、表示部が形成された基板上に複数の薄膜トランジスタが形成されている表示装置であって、
前記薄膜トランジスタは、
ゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成され、平面的に観て前記ゲート電極の形成領域内に開口が形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜の前記開口を跨いで形成され、平面的に観て、前記ゲート電極の形成領域内に順次積層されて形成された島状のゲート絶縁膜、多結晶半導体層、および無機絶縁膜と、
前記層間絶縁膜の上面に前記開口を間にして配置された一対の電極と、
を備え、
平面的に観て、前記ゲート絶縁膜と多結晶半導体層は前記無機絶縁膜からはみ出すように形成され、
前記一対の電極のそれぞれは、高濃度非晶質半導体膜および金属膜の順次積層体から構成されるとともに、それらの対向する端部が、前記多結晶半導体層に重ねられるとともに、前記無機絶縁膜にも重ねられて形成されているものを含むことを特徴とする。
(15)本発明の表示装置は、(14)において、前記薄膜トランジスタは、その一対の電極のうちの一方の電極が、前記層間絶縁膜に形成されたスルーホールを通して前記ゲート電極に電気的に接続されているものを含むことを特徴とする。
(16)本発明の表示装置は、(14)において、平面的に観て、前記ゲート絶縁膜、多結晶半導体層、および無機絶縁膜の順次積層体のチャネル長方向の各辺からは、前記層間絶縁膜の前記開口が露出されていることを特徴とする。
(17)本発明の表示装置は、表示部が形成された基板上に複数の薄膜トランジスタが形成されている表示装置であって、
前記薄膜トランジスタは、
ゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成され、平面的に観て前記ゲート電極の形成領域内に開口が形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜を被って形成されたゲート絶縁膜と、
前記層間絶縁膜の前記開口を跨いで形成され、平面的に観て、前記ゲート電極の形成領域内に順次積層されて形成された島状の半導体層と高濃度半導体層と、
前記層間絶縁膜の上面に前記開口を間にして配置された一対の電極と、
を備え、
前記一対の電極のそれぞれは、その一部が、前記高濃度半導体層に重ねられて形成されているものを含むことを特徴とする。
(18)本発明の表示装置は、(17)において、前記薄膜トランジスタは、前記ゲート電極の形成領域内において前記ゲート絶縁膜が島状に加工されており、前記一対の電極のうちの一方の電極が、前記層間絶縁膜に形成されたスルーホールを通して前記ゲート電極に電気的に接続されているものを含むことを特徴とする。
(19)本発明の表示装置は、(17)において、平面的に観て、前記半導体層のチャネル長方向の各辺からは、前記層間絶縁膜の前記開口が露出されていることを特徴とする。
(20)本発明の表示装置は、(17)において、前記一対の電極の少なくとも一方が、前記開口の内側にも形成されており、前記層間絶縁膜の上面において、前記島状の半導体層の側面部と前記一対の電極とが接触していることを特徴とする。
なお、上記した構成はあくまで一例であり、本発明は、技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。また、上記した構成以外の本発明の構成の例は、本願明細書全体の記載または図面から明らかにされる。
上述した表示装置によれば、オフ電流の低減とともにオフリーク電流の低減が図れ、製造工数の増大をもたらすことなく回路の集積化が図れる薄膜トランジスタを備えたものを得ることができる。
本発明のその他の効果については、明細書全体の記載から明らかにされる。
本発明の表示装置の実施例1を示す要部構成図で、薄膜トランジスタを示している。 本発明の表示装置の実施例1を示す表示部の等価回路図である。 本発明の表示装置の実施例1を示す画素の平面図である。 本発明の表示装置の実施例1を示すブーストラップ回路の平面図である。 本発明の表示装置の製造方法の実施例1を示す工程図で、図6、図7とともに一連の工程を示している。 本発明の表示装置の製造方法の実施例1を示す工程図で、図5、図7とともに一連の工程を示している。 本発明の表示装置の製造方法の実施例1を示す工程図で、図5、図6とともに一連の工程を示している。 本発明の表示装置の実施例2を示す要部構成図で、薄膜トランジスタを示している。 本発明の表示装置の製造方法の実施例2を示す工程図である。 本発明の表示装置の実施例3を示す要部構成図で、薄膜トランジスタを示している。 本発明の表示装置の実施例3を示す画素の平面図である。 本発明の表示装置の実施例3を示すブーストラップ回路の平面図である。 本発明の表示装置の製造方法の実施例3を示す工程図である。 本発明の表示装置の実施例4を示す要部構成図で、薄膜トランジスタを示している。 本発明の表示装置の実施例5を示す要部構成図で、薄膜トランジスタを示している。 本発明が適用された液晶表示パネルが備えられる液晶表示装置の一実施例を示す分解斜視図である。 液晶表示パネルを、薄膜トランジスタが形成されている箇所で断面をとった図である。 有機EL表示装置の表示領域における等価回路を示した図である。 有機EL表示装置の基板上に形成された画素の一実施例の構成を示す平面図である。 有機EL表示装置の基板上に形成された画素の他の実施例の構成を示す平面図である。 本発明が適用された有機EL表示パネルが備えられる有機EL表示装置の一実施例を示す分解斜視図である。 有機EL表示パネルを、薄膜トランジスタが形成されている箇所で断面をとった図である。 本発明の表示装置の実施例8を示す画素の平面図である。 本発明の表示装置の実施例8を示すブーストラップ回路の平面図である。 本発明の表示装置の実施例8の薄膜トランジスタの断面を示す図である。 本発明の表示装置の実施例8の製造方法を示す行程図である。 本発明の表示装置の実施例9の薄膜トランジスタの断面を示す図である。 本発明の表示装置の実施例9の製造方法を示す行程図である。 本発明の表示装置の実施例10の薄膜トランジスタの断面を示す図である。
本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。なお、各図および各実施例において、同一または類似の構成要素には同じ符号を付し、説明を省略する。
本発明の表示装置の実施例1を液晶表示装置を例に挙げて説明する。
(等価回路)
図2は、本発明による液晶表示装置の等価回路を示した図である。図2は、液晶を挟持して対向配置される一対の基板のうちの一方の基板の液晶側の面に形成される回路を示している。図2は、等価回路であるが、実際の液晶表示装置の回路と幾何学的にほぼ同様となっている。
図2において、図中x方向に延在しy方向に並設されるゲート信号線GLと、図中y方向に延在しx方向に並設されるドレイン信号線GLがある。 ゲート信号線GLのそれぞれのたとえば図中左端はゲートドライバGDRに接続され、各ゲート信号線GLには該ゲートドライバGDRによって走査信号が供給されるようになっている。ドレイン信号線DLのそれぞれのたとえば図中上端はドレインドライバDDRに接続され、各ドレイン信号線DLには該ドレインドライバDDRによって映像信号が供給されるようになっている。
隣接する一対のゲート信号線GLと隣接する一対のドレイン信号線DLによって囲まれる領域は画素領域(図中点線枠A内の領域)となり、この領域は、ゲート信号線GLからの走査信号によってオンされる薄膜トランジスタTFT(図中符号TFTpで示す)と、オンされた薄膜トランジスタTFTpを通してドレイン信号線DLからの映像信号が供給される画素電極PXと、この画素電極PXとコモン信号線CLとの間に形成される容量Cとを備えて形成されている。コモン信号線CLは隣接するゲート信号線GLの間に該ゲート信号線GLと平行に形成されている。容量Cは画素電極PXに供給された映像信号を比較的長く蓄積させるために設けられている。画素電極PXは、液晶LCを介して対向配置される他方の基板側に形成された対向電極(図示せず)との間に電界を生じさせるようになっており、この電界によって当該画素の領域の液晶LCの分子を挙動させるようになっている。このような画素を備える液晶表示装置は、たとえば縦電界方式と称されるものであるが、本発明は、たとえば横電界方式と称されるものにも適用できる。
なお、ここで、ゲートドライバGDRは、たとえばブートストラップ回路によって形成され、このブートストラップ回路は複数の薄膜トランジスタTFT(図中符号TFTcで示す)によって形成されている。この薄膜トランジスタTFTcは、各画素内に形成される薄膜トランジスタTFTpと同一の基板上に形成され、該薄膜トランジスタTFTpの形成の際に、該薄膜トランジスタTFTpと並行して形成されるようになっている。
(画素の構成)
図3は、前記画素の領域(図1の点線枠A内の領域)における構成を示した平面図である。また、図3のIa−Ia線における断面図を図1(a)に示している。
図3において、まず基板SUB1(図1(a)参照)があり、この基板SUB1の表面には、ゲート信号線GLが形成され、このゲート信号線GLはその一部に突起部からなるゲート電極GTが一体化されて形成されている。また、基板SUB1の表面には、ゲート信号線GLに近接し、該ゲート信号線と平行にコモン信号線CLが形成されている。
基板SUB1の上面には、ゲート信号線GL(ゲート電極GT)、コモン信号線CLをも被って絶縁膜GI(図1(a)参照)が形成されている。この絶縁膜GIは薄膜トランジスタTFTpの形成領域においてゲート絶縁膜として機能するようになっている。
絶縁膜GIの上面には層間絶縁膜IN(図1(a)参照)が形成されている。この層間絶縁膜INは前記ゲート線GLと後述のドレイン線DLとの交差部において絶縁を図る機能を有する。また、この層間絶縁膜INは、平面的に観て、前記ゲート電極GTの形成領域内に、絶縁膜GIの表面を露出させる開口OPが形成されている。この開口OPはその側壁面にテーパが形成された形状となっている。
層間絶縁膜INの上面(開口OPの側壁面を除いた上面)には前記開口OPを間にして配置された一対の高濃度非晶質半導体膜HASが形成されている。これら高濃度非晶質半導体層HASはアモルファスシリコン等にたとえばn型の不純物が高濃度にドープされたものとなっている。これら高濃度非晶質半導体膜HASは、それぞれ、後述のドレイン電極DTおよびソース電極STが形成される側に配置されるように形成される。なお、ドレイン電極DTおよびソース電極STはバイアスの印加状態によって入れ替わるものであるが、この明細書では、便宜上、図中左側に示される電極をドレイン電極、右側に示される電極をソース電極として説明する。前記高濃度非晶質半導体膜HASは、ドレイン電極DTおよびソース電極STのそれぞれと後述の多結晶半導体膜PSの接続の際のコンタクト層として機能するようになっている。
層間絶縁膜IN上には、前記開口OPを跨いで、たとえば前記開口OPを被ってたとえばポリシリコンからなる島状の多結晶半導体膜PSが形成され、この多結晶半導体膜PSは、その辺部において、前記一対の高濃度非晶質半導体膜HASのそれぞれの一部に重ねて形成されることにより、前記一対の高濃度非晶質半導体膜HASのそれぞれに電気的に接続されるようになっている。このように形成された多結晶半導体層PSは薄膜トランジスタTFTpの半導体層として機能するようになっている。この場合、多結晶半導体層PSは、層間絶縁膜INの開口OPの側壁面に形成された部分がオフセット領域OFSとして形成され、ドレイン端において電界緩和を図ることができ、オフ電流を低減させる効果を奏する。また、前記多結晶半導体膜PSは、平面的に観て、前記ゲート電極GTの形成領域内においてはみ出すことなく形成されるようになっている。このようにしたのは、基板SUB1の背面に配置されたバックライトからの光を前記ゲート電極GTによって遮光させ、光の照射によって多結晶半導体膜PSに発生してしまうリーク電流を回避させるようにするためである。
そして、層間絶縁膜INの上面には、ドレイン線DLに接続されたドレイン電極DT、このドレイン電極DTと前記多結晶半導体膜PSを間にして対向配置されたソース電極STが形成されている。ドレイン電極DTおよびソース電極STは、それぞれ、前記一対の高濃度非晶質半導体膜HASのそれぞれに重ねられ前記多結晶半導体膜PSに重ねられることなく形成されている。このため、ドレイン電極DTおよびソース電極STの多結晶半導体膜PSとの直接の接触部において発生するオフリーク電流の増大を回避できる構成となっている。
図3に示すように、ソース電極STはコモン信号線CLと重畳するように延在され、その端部は後述の画素電極PXと電気的に接続されるようになっている。ソース電極STとコモン信号線CLとの重畳部には容量Cが形成されるようになっている。
基板SUB1の上面には、ドレイン信号線DL、ドレイン電極DT、ソース電極STをも被って保護膜(図示せず)が形成され、この保護膜の上面にはITO(Indium Tin Oxide)等の透明導電膜からなる画素電極PXが形成されている。画素電極PXは保護膜に予め形成されたコンタクトホールCH1を通して薄膜トランジスタTFTpのソース電極STと接続されている。
このように構成された薄膜トランジスタTFTpは、層間絶縁膜INに形成した開口OPを被うようにして形成された多結晶半導体膜PSのうち、前記開口OPの側壁面に形成された部分においてオフセット領域となるため、ドレイン端での電界の緩和を行うことができ、オフ電流を低減できるようになる。
また、このように構成された薄膜トランジスタTFTpにおいて、多結晶半導体膜PSとドレイン電極DTとの接続、および多結晶半導体膜PSとソース電極STとの接続は、それぞれ、高濃度非晶質半導体膜HASを介してなされ、多結晶半導体膜PSとドレイン電極DTおよびソース電極STの直接の接触を回避していることから、オフリーク電流を低減させることができ、液晶表示装置の高コントラスト化を実現できるようになる。
また、このように構成された薄膜トランジスタTFTpは、ゲート電極GTとドレイン電極DTとの間、ゲート電極GTとソース電極STとの間に、比較的膜厚の大きな層間絶縁膜が形成されているため、ゲート線GLとドレイン線DLとの交差部における寄生容量を低減できるようになる。
さらに、このように構成された薄膜トランジスタTFTは、多結晶半導体膜PSの平面的に観た面積を小さく構成でき、ゲート電極GTの領域内に容易に配置させることができる。このため、基板SUB1を通して照射されるバックライトからの光を前記ゲート電極GTによって遮光でき、多結晶半導体膜PSに照射されることを回避できる。したがって、光リーク電流の低減を図ることができる。
(ゲートドライバGDRの一部の構成)
図4は、前記ゲートドライバGDRの一部を構成するブートストラップ回路の平面図である。図4は、図2に示したブートストラップ回路(等価回路)と幾何学的に対応して示されている。図4のIa−Ia線における断面図を図1(a)に、図4のIb−Ib線における断面図を図1(b)に示している。
図4において、薄膜トランジスタTFTcは3個形成されている(それぞれ図中符号TFTc(1)、TFTc(2)、TFTc(3)で示している)。これら薄膜トランジスタTFTc(1)、TFTc(2)、TFTc(3)は、画素内の前記薄膜トランジスタTFTpの形成の際に、前記薄膜トランジスタTFTpと並行して形成されるようになっている。このため、薄膜トランジスタTFTc(1)、TFTc(2)、TFTc(3)は、いずれも、図1(a)に示すように、ボトムゲート型として構成され、その多結晶半導体層PSは、予め形成されている絶縁膜GIに形成された開口OPを被うように形成され、ドレイン電極DTおよびソース電極STのそれぞれと高濃度非晶質半導体膜HASを介して接続されるようになっている。
ここで、薄膜トランジスタTFTc(1)は、ダイオードの機能を有するように構成され、そのドレイン電極DTがゲート電極GTと電気的接続がなされるようになっている。図1(b)に示すように、層間絶縁膜INおよびその下層の絶縁膜GIにコンタクトホールCH2が形成され、このコンタクトホールCH2からはゲート電極GT'(薄膜トランジスタTFTcのゲート電極GTを延在させて形成した部分の電極)の一部が露出するようになっている。そして、ドレイン電極DTが前記コンタクトホールCH2を被うようして形成されることにより、ゲート電極GT'と電気的接続がなされるようになっている。
なお、ゲートドライバGDRに形成される薄膜トランジスタTFTcは、それぞれ、多結晶半導体層PSが平面的に観てゲート電極GTからはみ出すことなく形成された構成となっている。基板SUB1の背面に配置されたバックライトからの光をゲート電極GTによって遮光させ、光の照射によって多結晶半導体層PSに発生してしまうリーク電流を回避させるようにするためである。
なお、上述した薄膜トランジスタTFTcは、ゲートドライバGDR内に形成される薄膜トランジスタについて説明したものである。しかし、このような薄膜トランジスタの構成はドレインドライバDDR内に形成される薄膜トランジスタにも適用することができる。要は、表示部の周辺に形成される回路(周辺回路)を構成する薄膜トランジスタに適用することができる。
このように形成された薄膜トランジスタTFTc(1)は、そのゲート電極GT'とドレイン電極DTとの接続部において、他の導電層を介在させることなく直接に接続された構成となっているため、コンタクトホールCH2の径を小さく構成でき、該薄膜トランジスタTFTc(1)の集積化の向上が図れるようになる。
(製造方法)
図5ないし図7は、本発明の表示装置に備えられる薄膜トランジスタの製造方法を示す工程図で、図1(a)、(b)に対応した図となっている。以下、行程順に説明する。
行程1.(図5(a))
たとえばガラスからなる基板SUB1を用意し、この基板SUB1の表面にたとえばアルミニウムからなる金属膜(膜厚約150nm)を形成し、フォトリソグラフィ技術による選択エッチングによって、ゲート電極GT、GT'を形成する。
行程2.(図5(b))
基板SUB1の表面に、ゲート電極GT、GT'をも被って、たとえば酸化シリコン膜(膜厚約100nm)からなるゲート絶縁膜GI、たとえば窒化シリコン膜(膜厚約500nm)からなる層間絶縁膜IN、たとえば高濃度アモルファスシリコン膜(100nm)からなる高濃度非晶質半導体膜HASを順次形成する。ゲート絶縁膜GI、層間絶縁膜IN、および高濃度非晶質半導体膜HASは、たとえばCVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いて連続成膜する。
行程3.(図5(c))
高濃度非晶質半導体層HASの上面にフォトレジスト膜を形成し、いわゆるハーフトーン露光によるフォトリソグラフィ技術を用いて、2種の膜厚を有するフォトマスクPMK1を形成する。このフォトマスクPMK1は、平面的に観て、薄膜トランジスタTFTのチャネル領域に相当する箇所、および薄膜トランジスタTFTのゲート電極GTとドレイン電極DTと接続する箇所において開口が形成され、薄膜トランジスタTFTのチャネル領域に相当する箇所の周囲において膜厚が厚く、それ以外の部分において膜厚が薄く形成されるようになっている。
行程4.(図6(a))
フォトマスクPMK1から露出した高濃度非晶質半導体膜HASをドライエッチングによって除去する。次に高濃度非晶質半導体膜HASから露出された層間絶縁膜INをウェットエッチングによって除去する。層間絶縁膜INの前記ウェットエッチングによって形成される開口はその側壁面においてテーパを有するようにして形成される。このウェットエッチングにおいて、該層間絶縁膜INの下層のゲート絶縁膜GIはあまり除去されないようになっている。ゲート絶縁膜GIを構成する酸化シリコン膜と層間絶縁膜INを構成する窒化シリコン膜はそれぞれエッチングレートが異なるためである。
行程5.(図6(b))
前記フォトマスクPMK1をハーフアッシングすることにより、平面的に観て、薄膜トランジスタTFTのチャネル領域の周囲の箇所のフォトレジスト膜のみを残存させる。この残存されたフォトレジスト膜(以下、フォトマスクPNK1'と称する)は、前記行程3において形成したフォトマスクPMK1のうち、膜厚が厚く形成された部分に相当する。次に、フォトマスクPNK1'から露出された高濃度非晶質半導体膜HASをたとえばドライエッチング法によって除去し、フォトマスクPNK1'下の高濃度非晶質半導体膜HASを残存させる。
行程6.(図6(c))
前記フォトマスクPNK1'を除去した後に、たとえばCVD法により、アモルファスシリコン膜(膜厚約50nm)からなる非晶質半導体膜を形成する。次に、該非晶質半導体膜をレーザアニールすることにより結晶化させ、ポリシリコン膜からなる多結晶半導体膜PSを形成する。
そして、多結晶半導体膜PSの上面にフォトレジスト膜を形成し、フォトリソグラフィ技術によって、フォトマスクPMK2を形成する。このフォトマスクPMK2は、平面的に観て、薄膜トランジスタTFTのチャネル領域に相当する箇所に形成され、該箇所の両脇に形成された各高濃度非晶質半導体膜HASに一部重畳されパターンとなっている。
次に、フォトマスクPMK2から露出された多結晶半導体膜PAを除去し、該フォトマスクPMK2下の多結晶半導体膜PAを残存させる。この場合、多結晶半導体膜PA下の高濃度非晶質半導体膜HASの表面も若干エッチングされてしまう。このことから、行程2の際において形成する高濃度非晶質半導体膜HASはその膜厚を約50nm以上としておくことが好ましい。
行程7.(図7(a))
フォトマスクPMK2を残存させたままで、薄膜トランジスタTFTのゲート電極GTとソース電極STとの接続部において、層間絶縁膜INに形成された孔から露出されたゲート絶縁膜GIをドライエッチングによって除去する。これにより、ゲート電極GTの一部を露出させたコンタクトホールCH2が形成される。
行程8.(図7(b))
フォトマスクPMK2を除去する。そして、たとえばアルミニウムからなる金属膜を形成し、この金属膜をフォトリソグラフィ技術による選択エッチングを用いて、ドレイン電極DTおよびソース電極STを形成する。ドレイン電極DTおよびソース電極STは、それぞれ、平面的に観て、薄膜トランジスタTFTのチャネル領域側の端辺において高濃度非晶質半導体膜HASに重畳して形成されることにより、多結晶半導体層PSと電気的に接続されるようになっている。また、ドレイン電極DTはコンタクトホールCH2を通して薄膜トランジスタTFTのゲート電極GT'と電気的に接続されるようになっている。
このように構成された薄膜トランジスタTFTの製造方法によれば、ゲート電極GTとソース電極STの接続部となるコンタクトホールCH2の形成において、多結晶半導体膜PSをパターン化する際のフォトマスクを兼用させているので、フォト行程の増大を回避させることができる。
また、このように構成された薄膜トランジスタTFTの製造方法によれば、コンタクトホールCH2におけるゲート電極GTおよびドレイン電極DTの電気的接続は、たとえば透明導電膜等の他の導電膜を介在させることなく直接になされているのでコンタクトホールの平面的に観た面積を小さく構成できる効果を奏する。このため、周辺回路の面積を小さくでき、液晶表示装置のいわゆる狭額縁化を達成することができる。さらに、ドレイン電極DTおよびソース電極STのサイドエッチング量を大きくする必要がないため、周辺回路の面積を小さくでき、液晶表示装置のいわゆる狭額縁化を達成することができる。
図8は、本発明の表示装置に備えられる薄膜トランジスタTFTの実施例2を示す構成図で、図1に対応した図となっている。
図8において、図1の場合と比較して異なる構成は、コンタクト層として機能する層が高濃度多結晶半導体層HPSとなっているとともに、多結晶半導体層PSと高濃度多結晶半導体層HPSとの電気的接続は、多結晶半導体層PSの側壁面と高濃度多結晶半導体層HPSの側壁面が互いに当接することによってなされている。そして、このような構成において、その製造法における特異性から、高濃度多結晶半導体膜HPSの膜厚は、層間絶縁膜INの開口OP上を跨って形成される多結晶半導体膜PSの厚さよりも大きく構成されている。
図8に示した薄膜トランジスタTFTの製造方法の実施例を図9に示す。以下、行程順に説明する。
行程1. (図9(a))
この行程は、実施例1に示した製造方法において図6(b)にまで至った行程を示している。ただし、この実施例2では、図6(b)において形成する高濃度非晶質半導体膜HASはその膜厚を比較的薄く(膜厚約25nm)形成するようにしている。このため、この行程で示す図9(a)では、高濃度非晶質半導体膜HASの膜厚は図6(b)に示す高濃度非晶質半導体膜HASの膜厚よりも薄く描画されている。
行程2. (図9(b))
図9(a)に示したフォトマスクPMK1'を除去する。次に、たとえばCVD法を用いてアモルファスシリコン膜(膜厚約50nm)からなる非晶質半導体膜ASを形成する。そして該非晶質半導体膜ASをたとえばレーザアニールすることにより結晶化させ、ポリシリコン膜からなる多結晶半導体膜PSを形成する。この場合、レーザパワーを強くすることにより、前記高濃度非晶質半導体膜HASに重なって形成された多結晶半導体層PSには前記高濃度非晶質半導体膜HASから不純物が拡散され高濃度ポリシリコン膜からなる高濃度多結晶半導体膜HPAが形成されるようになる。
行程3. (図9(c))
フォトリソグラフィ技術による選択エッチング法により、上述のように形成された多結晶半導体膜PSのうち、層間絶縁膜INの溝内に形成された多結晶半導体膜PS、およびこの多結晶半導体膜PSの外方に形成された高濃度多結晶半導体層HPSを残存させ、該高濃度多結晶半導体層HPSの外方の多結晶半導体膜PSを除去する。
行程4. (図9(d))
たとえばアルミニウムからなる金属膜を形成し、この金属膜をフォトリソグラフィ技術による選択エッチングをすることにより、ドレイン電極DTおよびソース電極STを形成する。ドレイン電極DTおよびソース電極STは、それぞれ、平面的に観て、薄膜トランジスタTFTのチャネル領域側の端辺において高濃度非晶質半導体膜HASに重畳して形成されることにより、多結晶半導体層PSと電気的に接続されるようになっている。また、ドレイン電極DTはコンタクトホールCH2を通して薄膜トランジスタTFTのゲート電極GTと電気的に接続されるようになっている。
このように構成された製造方法によれば、非晶質半導体膜PSの結晶化の前記行程2において、高濃度非晶質半導体膜HASの膜厚を厚くすることなく、チャネル部の多結晶半導体膜PSとコンタクト部の高濃度多結晶半導体膜HASを形成することができる。このため、該高濃度非晶質半導体膜HASの成膜時におけるガス使用量を低減でき、CVDの生産性が向上する効果を奏する。
また、このように構成された薄膜トランジスタTFTの製造方法によれば、多結晶半導体膜PSのレイアウトパターンと、ドレイン電極DTおよびソース電極STのレイアウトパターンとを重ねることができ、薄膜トランジスタTFTの面積を小さくできることができる。このため、画素の開口率の向上、あるいは周辺回路の面積を小さくできる効果を奏する。
図10は、本発明の表示装置に備えられる薄膜トランジスタTFTの実施例3における断面図を示し、図1と対応した図となっている。
この場合の画素の構成は図11において図3と対応させて示し、ブーストラップ回路の構成は図12において図4と対応させて示している。
図10において、図1と比較した場合に異なる構成は、まず、層間絶縁膜INはゲート電極GT、GT'の上層に形成され、この層間絶縁膜INにはゲート電極GT、GT'のそれぞれの一部を露出させるようにして開口が形成されている。そして、島状からなる絶縁膜GIと多結晶半導体層PSとの順次積層体が、前記層間絶縁膜INに形成された開口のうちゲート電極GTを露出させる側の開口を被うように形成されている。この場合においても、前記多結晶半導体層PSは、前記開口の底部においてチャネル領域を構成し、前記開口の側壁面においてオフセット領域OFSを構成するようになっている。また、ドレイン電極DTおよびソース電極STは、それぞれ、たとえば高濃度アモルファスシリコンからなる高濃度非晶質半導体層HASとたとえばアルミニゥムからなる金属膜MTLの同パターンからなる順次積層体から構成されている。このことから、図11に示す薄膜トランジスタTFTpおよび図12に示す薄膜トランジスタTFTcは、それぞれ、前記コンタクト層である高濃度非晶質半導体層HASがドレイン電極DTおよびソース電極STからはみ出して形成されることなく描画されている。ドレイン電極DTは、前記層間絶縁膜INの開口からはみ出して形成された絶縁膜GIおよび多結晶半導体層PSの一部に重ねられるようにして形成され、ソース電極STは、前記層間絶縁膜INの開口からはみ出して形成された絶縁膜GIおよび多結晶半導体層PSの一部に重ねられるようにして形成されている。これにより、ドレイン電極DTと多結晶半導体層PSとの電気的接続、およびソース電極DTと多結晶半導体層PSとの電気的接続は、それぞれ、コンタクト層となる高濃度非晶質半導体層HASを介してなされるようになっている。
また、前記層間絶縁膜INに形成された開口のうちゲート電極GT'を露出させる側の開口はスルーホールCH2として構成され、このスルーホールCH2において前記ソース電極STと前記ゲート電極GT'が電気的に接続されている。
(製造方法)
図13(a)ないし(d)は、図10に示した薄膜トランジスタの製造方法の一実施例を示す行程図である。以下、行程順に説明する。
行程1.(図13(a))
たとえばガラスからなる基板SUB1を用意し、この基板SUB1の表面にたとえばアルミニウムからなる金属膜(膜厚約150nm)を形成し、フォトリソグラフィ技術による選択エッチングによって、ゲート電極GT、GT'を形成する。
行程2.(図13(b))
基板SUB1の表面に、ゲート電極GT、GT'をも被って、たとえば酸化シリコン膜(膜厚約500nm)からなる層間絶縁膜INを形成する。次に、層間絶縁膜INに、薄膜トランジスタTFTのチャネル領域に相当する部分、および薄膜トランジスタTFTのゲート電極GT'とソース電極STの接続部に相当する部分に開口を形成する。後者の開口はコンタクトホールCH2となる。
行程3.(図13(c))
層間絶縁膜INの表面に、前記開口を跨って、酸化シリコン膜(100nm)からなるゲート絶縁膜GI、アモルファスシリコン膜(100nm)からなる非晶質半導体膜ASをたとえばCVD法を用いて順次形成する。そして、非晶質半導体膜ASをたとえばレーザアニール法によって結晶化し多結晶半導体膜PSにする。
そして、フォトリソグラフィ技術による選択エッチング法を用いて、前記多結晶半導体膜PSおよびその下層のゲート絶縁膜GIを、薄膜トランジスタ形成領域において残存させ、島状に加工する。この場合のエッチングはたとえばドライエッチングとすることが好ましい。また、島状のゲート絶縁膜GIおよび多結晶半導体膜PSの順次積層膜は、層間絶縁膜INに形成された開口を被うとともに、その辺部は層間絶縁膜INの上面に至るようにして形成される。
行程4.(図13(d))
高濃度アモルファスシリコン(膜厚約25nm)からなる高濃度非晶質半導体膜HAS、たとえばアルミニウム(膜厚約500nm)からなる金属膜MTLの順次積層膜を形成し、この積層膜をフォトリソグラフィ技術による選択エッチングすることにより、ドレイン電極DTおよびソース電極STを形成する。これにより、ドレイン電極DTおよびソース電極STは、いずれも、高濃度非晶質半導体膜HASと金属膜MTの同パターンからなる順次積層膜から構成される。ドレイン電極DTおよびソース電極STは、それぞれ、その一部が多結晶半導体膜PSの層間絶縁膜INの上面に形成された部分(多結晶半導体膜PSの辺部)に重ねられるようにして層間絶縁膜IN上に形成されるにようになる。また、ソース電極STはコンタクトホールCH2を通して薄膜トランジスタTFTのゲート電極GTと電気的に接続されるようになる。
なお、ドレイン電極DTおよびソース電極STのエッチングによる形成の際に、多結晶半導体膜PSの表面も若干エッチングされることから、図 ()に示す行程において、多結晶半導体膜PSは膜厚を比較的厚く形成(100nm以上)しておくことが必要となる。
このように構成された製造方法によれば、層間絶縁膜INとゲート絶縁膜GIは積層されて形成されるようになる。この場合、層間絶縁膜INをゲート絶縁膜GIと同様の酸化シリコン膜を用いることによって、ゲート電極GTとドレイン電極DTとの重なり部分における寄生容量を低減させることができる。酸化シリコン膜は窒化シリコン膜よりも比誘電率が小さいからである。
図14は、本発明の表示装置に備えられる薄膜トランジスタTFTの実施例4における断面図を示している。
図14は、図10と対応づけて描いた図である。図14において、図10と比較して異なる構成は、多結晶半導体膜PSの表面にアモルファスシリコン膜からなる非晶質半導体膜ASが積層され、ドレイン電極DTおよびソース電極STは、その一部において、該非晶質半導体膜AS上に重ねられて形成されていることにある。
このように構成された薄膜トランジスタTFTは、ドレイン電極DTおよびソース電極STのエッチングによる形成の際の、該ドレイン電極DTおよびソース電極STから露出される半導体層の表面エッチングを前記非晶質半導体膜ASにおいてのみ発生せしめ、その下層においてチャネル層として機能する多結晶半導体層PSへのエッチングダメージを回避できる構成となっている。
図15は、本発明の表示装置に備えられる薄膜トランジスタTFTの実施例5における断面図を示している。
図15は、図10と対応づけて描いた図である。図15において、図10と比較して異なる構成は、多結晶半導体膜PSの表面にたとえば酸化シリコン膜(膜厚約100nm)からなる無機絶縁膜INRが積層されている。この無機絶縁膜INRは、ドレイン電極DTおよびソース電極STの形成される領域において、該無機絶縁膜INRから絶縁膜GIと多結晶半導体層PSが充分にはみ出すように形成されている。そして、ドレイン電極DTおよびソース電極STは、前記多結晶半導体層PSに重ねられるとともに、該酸化シリコン膜にも重ねられて形成されていることにある。
このように構成された薄膜トランジスタTFTにおいて、前記無機絶縁膜INRは、ドレイン電極DTおよびソース電極STのエッチングによる形成の際の、該エッチングのストッパとしての機能を有するようになっている。このため、該無機絶縁膜INRの下層においてチャネル層として機能する多結晶半導体膜PSへのエッチングダメージを回避できる構成となっている。
図16は、本発明が適用された液晶表示パネルPNLが備えられる液晶表示装置の一実施例を示す分解斜視図である。液晶表示装置は、互いに対向配置される液晶表示パネルPNLおよびバックライトユニットBLUが、上ベゼルUVSおよび下ベゼルDVSによってモジュール化されて構成されている。
図17は、液晶表示パネルPNLを、薄膜トランジスタTFTpが形成されている箇所で断面をとった断面図を示している。図17において、液晶LCを挟持して基板SUB1と基板SUB2が対向して配置されている。基板SUB1の液晶LC側の面には、たとえば図1で示した構成の薄膜トランジスタTFTpが形成され、保護絶縁膜PASおよび平坦化膜OC1を介して透明電極からなる画素電極PXが形成されている。さらに、該画素電極PXをも被って配向膜ORI1が配置されている。また、基板SUB1の液晶LCと反対側の面には偏光板POL1が形成されている。基板SUB2の液晶LC側の面には、ブラックマトリックス(遮光膜)BM、カラーフィルタFILが形成され、平坦化膜OC2を介して対向電極CTが形成されている。さらに、該対向電極CTをも被って配向膜ORI2が形成されている。また、基板SUB2の液晶LCと反対側の面には偏光板POL2が形成されている。
なお、図17では、薄膜トランジスタTFTpは図1に示した構成のものを示したものであるが、他の実施例に示した薄膜トランジスタTFTpであってもよい。
上述した実施例は、それぞれ、液晶表示装置を例に挙げて示したものである。しかし、本発明は、液晶表示装置に限らず、たとえば、有機EL表示装置にも適用できる。
図18は、有機EL表示装置の表示領域における等価回路を示した図である。図18において、図中x方向に延在するゲート信号線GLが図中y方向に並設されて形成されている。これらゲート信号線GLは、その一端側においてゲートドライバGDRに接続され、走査信号が順次供給されるようになっている。また、図中y方向に延在する電力供給線PWLが図中x方向に並設されて形成されている。そして、図中y方向に延在するドレイン信号線DLが図中x方向に並設されて形成されている。これらドレイン線DLは、その一端側においてドレインドライバDDRに接続され、映像信号が供給されるようになっている。
図中点線枠Bで囲まれる領域を画素の領域とし、表示領域はマトリックス状に配置される複数の画素の集合体で構成されるようになっている。画素の領域には、スイッチング素子110a、補助容量111、電流制御素子110b、有機EL素子112が形成されている。ゲート信号線GLからの走査信号の供給によってスイッチング素子110aがオンし、補助容量111に電荷が蓄積され、その電荷が電流制御素子110bに流れる電流を制御する。そして、この電流は電力供給線PWL、有機EL素子112、電流制御素子110bを通して流れ、この電流の値に対応した輝度で有機EL素子112が発光するようになっている。
図19は、基板上に形成された前記画素の構成を示す平面図である。図18に示したスイッチング素子110a、電流制御素子110bは、それぞれ、薄膜トランジスタによって形成され、その構成は、液晶表示装置の画素(図3参照)に形成された薄膜トランジスタTFTpと同様となっている。
また、図示していないが、ゲートドライバGDR内に形成される薄膜トランジスタにおいても、上述した各実施例で示した薄膜トランジスタTFTcと同様の構成となっている。
図19において、有機EL素子112は、図中省略して示しているが、電流制御素子110bに接続される電極(陽極)の表面に、有機EL層、電極(陰極)が積層されて構成されている。この場合、前記各電極のうち少なくとも一方は透明導電膜で形成されている。有機EL層からの発光を前記透明導電膜を通して照射させるためである。
また、図20は、前記画素の構成の他の実施例を示す図であり、図19の場合と比較して異なる構成は、薄膜トランジスタTFTにあり、図11に示した薄膜トランジスタTFTと同様の構成となっている。
図21は、本発明が適用された有機EL表示パネルPNL'が備えられる有機EL表示装置の一実施例を示す分解斜視図である。有機EL表示装置は、有機EL表示パネルPNL'が、上ベゼルUVSおよび下ベゼルDVSによってモジュール化されて構成されている。有機EL表示パネルPNL'は有機EL素子の発光によって画像表示できることから、液晶表示装置のようにバックライトを備えない構成となっている。
図22は、有機EL表示パネルを、薄膜トランジスタTFTが形成されている箇所で断面をとった断面図を示している。図21において、基板SUBの主面には、たとえば図1で示した構成の薄膜トランジスタTFTが形成され、保護絶縁膜PASおよび平坦化膜OCを介して各画素に共通に接続されたアノード電極AXが形成されている。アノード電極AX上には開口OPが設けられたバンク絶縁膜BNKが形成され、有機EL膜ELLが前記開口OPを被うとともに該開口OPの周辺にまで至って形成されている。有機EL膜の上面にはカソード電極KXが形成され、これにより、有機EL膜ELLは前記アノード電極AXとカソード電極KXに挟持された構成となっている。このように構成された基板SUBは、その有機EL膜ELLが形成された面側にスペーサSPを介して封止基板SSBが対向配置されている。そして、封止基板SSBの有機EL膜ELL側の面には乾燥剤DSCが配置され、該有機EL膜ELLの湿気による特性劣化を防止するようになっている。有機EL膜ELLは、アノード電極AXおよびカソード電極KXを介して流れる電流によって発光するようになっており、この発光は、たとえば、封止基板SSBを通して外部に照射されるようになっている。この場合、カソード電極KXは透明導電膜によって形成されている。
なお、図22では、薄膜トランジスタTFTは図1に示した構成のものを示したものであるが、他の実施例に示した薄膜トランジスタTFTであってもよい。
図23は、本発明のたとえば液晶表示装置の実施例8を示す構成図で、該液晶表示装置の画素における構成を示した図である。図23は、たとえば実施例3における図11に対応づけて描画している。
図23において、図11と比較して異なる構成は、薄膜トランジスタTFTpの形成領域において、層間絶縁膜INに形成した開口OPにある。すなわち、前記開口OPは、この開口OPを跨いで形成される多結晶半導体層PSの幅(チャネル幅と同方向の幅)よりも大きな幅を有し、平面的に観て前記多結晶半導体層PSの両脇からそれぞれはみ出したパターンで形成されている。換言すれば、平面的に観て、多結晶半導体層PSのチャネル長方向の各辺からは、層間絶縁膜INの前記開口OPが露出されて構成されるようになっている。
同様に、図24に示すように、ゲートドライバGDR(ブートストラップ回路)を構成する各薄膜トランジスタTFTc(1)、TFTc(2)、およびTFTc(3)においても、層間絶縁膜INに形成した開口OPは、上述したように、多結晶半導体層PSのチャネル長方向の各辺から露出されるように構成されている。
図23のIIXVa−IIXVa線における断面図、図24のIIXVa−IIXVa線における断面図を図25(a)に、図24のIIXVb−IIXVb線における断面図を図25(b)に示し、さらに、図23のIIXVc−IIXVc線における断面図を図25(c)に示している。ここで、図25(c)は、層間絶縁膜INに形成した開口OPの幅は、該開口OPを跨いで形成される多結晶半導体層OPの幅(チャネル幅と同方向の幅)よりも大きく形成されていることを明示している。
このように構成した薄膜トランジスタTFTは、多結晶半導体層PSのチャネル幅方向の全領域において、ゲート電極GTによるチャネル内のキャリアの制御性を向上させることができる。このため、オフ電流をさらに低減できるという効果を奏する。
なお、この図23では、絶縁膜GIは層間絶縁膜INの上層に形成されたものである。しかし、たとえば実施例1における図1に示すように、層間絶縁膜INの下層に形成させるように構成しても、同様の効果が得られる。
(製造方法)
図26は、上述した薄膜トランジスタTFTの製造方法の一実施例を示した行程図を示している。以下、行程順に説明をする。図26の各行程図は、図25に対応づけて描画している。
行程1.(図26(a))
たとえばガラスからなる基板SUB1を用意し、この基板SUB1の表面にたとえばアルミニウムからなる金属膜(膜厚約150nm)を形成し、フォトリソグラフィ技術による選択エッチングによって、ゲート電極GT、GT'を形成する。
行程2.(図26(b))
基板SUB1の表面に、ゲート電極GT、GT'をも被って、たとえば酸化シリコン膜(膜厚約500nm)からなる層間絶縁膜INを形成する。次に、層間絶縁膜INに、薄膜トランジスタTFTのチャネル領域に相当する部分、および薄膜トランジスタTFTのゲート電極GT'とソース電極STの接続部に相当する部分に開口を形成する。
薄膜トランジスタTFTのチャネル領域に相当する部分に形成する開口OPは、後の行程で形成する多結晶半導体層PSに対して、その幅(チャネル幅の方向における幅)よりも大きな幅で形成する。また、薄膜トランジスタTFTのゲート電極GT'とソース電極STの接続部に相当する部分の開口はコンタクトホールCH2となる。
行程3.(図26(c))
層間絶縁膜INの表面に、前記開口を跨って、酸化シリコン膜(100nm)からなるゲート絶縁膜GI、アモルファスシリコン膜(100nm)からなる非晶質半導体膜ASをたとえばCVD法を用いて順次形成する。そして、非晶質半導体膜ASをたとえばレーザアニール法によって結晶化し多結晶半導体膜PSにする。
そして、フォトリソグラフィ技術による選択エッチング法を用いて、前記多結晶半導体膜PSを、薄膜トランジスタ形成領域において残存させ、島状に加工する。この場合のエッチングはたとえばドライエッチングとすることが好ましい。
行程4.(図26(d))
薄膜トランジスタTFTのゲート電極GT'とソース電極STの接続部に相当する部分の前記ゲート絶縁膜を、フォトリソグラフィ技術による選択エッチング法を用いて除去し、前記コンタクトホールCH2を通してゲート電極GT'を露出させる
その後は、図25に示すように、高濃度アモルファスシリコン(膜厚約25nm)からなる高濃度非晶質半導体膜HAS、たとえばアルミニウム(膜厚約500nm)からなる金属膜MTLの順次積層膜を形成し、この積層膜をフォトリソグラフィ技術による選択エッチングすることにより、ドレイン電極DTおよびソース電極STを形成する。これにより、ドレイン電極DTおよびソース電極STは、いずれも、高濃度非晶質半導体膜HASと金属膜MTの同パターンからなる順次積層膜から構成される。ドレイン電極DTおよびソース電極STは、それぞれ、その一部が多結晶半導体膜PSの層間絶縁膜INの上面に形成された部分(多結晶半導体膜PSの辺部)に重ねられるようにして層間絶縁膜IN上に形成されるにようになる。また、ソース電極STはコンタクトホールCH2を通して薄膜トランジスタTFTのゲート電極GTと電気的に接続されるようになる。なお、ドレイン電極DTおよびソース電極STのエッチングによる形成の際に、多結晶半導体膜PSの表面も若干エッチングされる。
上述した薄膜トランジスタTFTの構成は、たとえば図1あるいは図8に示したように、多結晶半導体層PSとドレイン電極DTおよびソース電極STのそれぞれの電気的接続が、平面的に観て、それらの間に配置される高濃度非晶質半導体膜HASを介して行うようにした構成のものにも適用できる。また、図14に示したように、半導体層を多結晶半導体層PSと非晶質半導体層ASの積層体によって構成した薄膜トランジスタTFTにも適用できる。また、図15に示したように、多結晶半導体層PSの上面に無機絶縁膜INRを形成した構成の薄膜トランジスタTFTにも適用できる。さらには、液晶表示装置の薄膜トランジスタTFTに限定されることはなく、たとえば有機EL表示装置の薄膜トランジスタTFTにも適用できる。
図27は、本発明の表示装置に備えられる薄膜トランジスタTFTの実施例9における断面図を示している。
図27は、図25と対応づけて描いた図である。図27において、図25と比較して異なる構成は、チャネル層が非晶質半導体膜ASによって形成されていることと、高濃度非晶質半導体膜HASが非晶質半導体膜ASの上部のみに形成されていることにある。従って画素の平面図は、図23において多結晶半導体層PSの部分が、非晶質半導体膜ASによって形成された構成となる。
このように構成された薄膜トランジスタTFTは、ゲート絶縁膜GI、非晶質半導体膜AS、高濃度非晶質半導体膜HASを連続して成膜することができ、製造工数を低減できる。また、このように構成された薄膜トランジスタTFTは、ゲート電極GTとドレイン電極DTとの間、ゲート電極GTとソース電極STとの間に、比較的膜厚の大きな層間絶縁膜が形成されているため、ゲート線GLとドレイン線DLとの交差部における寄生容量を低減できるだけでなく、ゲート絶縁膜をたとえば100nm程度に薄くできるため薄膜トランジスタの性能が向上し、薄膜トランジスタを高速動作させることが可能になる。
なお、本実施例では、非晶質半導体膜ASはその側面部においてドレイン電極DTおよびソース電極STと直接に接触された構成となっているが、ドレイン電極DTおよびソース電極STとの接触領域は、非晶質半導体膜ASの膜厚(約200nm)程度であり高濃度非晶質半導体膜HASとの接触領域(1μm以上)と比べ十分小さいこと、さらにゲート電極GTと非晶質半導体膜ASとの間に層間絶縁膜(約500nm)が形成されており、非晶質半導体膜ASの側面部とゲート電極GTとが十分に離間して形成されていることから表示品質が低下するほどオフリーク電流が増加することはない。非晶質半導体膜ASの側面部とゲート電極GTとの間を離す方法としては、ゲート電極GTの形成領域よりも非晶質半導体膜ASをはみ出して形成することが考えられるが、この方法では非晶質半導体膜ASにバックライトからの光が照射されるためオフ電流が増加してしまう。従って本発明は、ドレイン電極DTおよびソース電極STと非晶質半導体膜ASとが、非晶質半導体膜ASの側面部において接触する構成においてオフリーク電流と光照射時のオフ電流の両方を低減することができるという効果を有する。
(製造方法)
図28は、上述した薄膜トランジスタTFTの製造方法の一実施例を示した行程図を示している。以下、行程順に説明をする。図28の各行程図は、図27に対応づけて描画している。
行程1.(図28(a))
たとえばガラスからなる基板SUB1を用意し、この基板SUB1の表面にたとえばアルミニウムからなる金属膜(膜厚約150nm)を形成し、フォトリソグラフィ技術による選択エッチングによって、ゲート電極GT、GT'を形成する。
行程2.(図28(b))
基板SUB1の表面に、ゲート電極GT、GT'をも被って、たとえば窒化シリコン膜(膜厚約500nm)からなる層間絶縁膜INを形成する。次に、層間絶縁膜INに、薄膜トランジスタTFTのチャネル領域に相当する部分、および薄膜トランジスタTFTのゲート電極GT'とソース電極STの接続部に相当する部分に開口を形成する。
薄膜トランジスタTFTのチャネル領域に相当する部分に形成する開口OPは、後の行程で形成する非晶質半導体膜ASに対して、その幅(チャネル幅方向における幅)よりも大きな幅で形成する。また、薄膜トランジスタTFTのゲート電極GT'とソース電極STの接続部に相当する部分の開口はコンタクトホールCH2となる。
行程3.(図28(c))
層間絶縁膜INの表面に、前記開口を跨って、窒化シリコン膜(膜厚約100nm)からなるゲート絶縁膜GI、アモルファスシリコン(膜厚約200nm)からなる非晶質半導体膜AS、高濃度アモルファスシリコン(膜厚約25nm)からなる高濃度非晶質半導体膜HASをたとえばCVD法を用いて順次形成する。
そして、フォトリソグラフィ技術による選択エッチング法を用いて、前記非晶質半導体膜ASおよび高濃度非晶質半導体膜HASを、薄膜トランジスタ形成領域において残存させ、島状に加工する。この場合のエッチングはたとえばドライエッチングとすることが好ましく、レジストを残した状態でたとえばプラズマ酸化法により非晶質半導体膜ASの側面部を酸化させることが好ましい。
行程4.(図28(d))
薄膜トランジスタTFTのゲート電極GT'とソース電極STの接続部に相当する部分の前記ゲート絶縁膜を、フォトリソグラフィ技術による選択エッチング法を用いて除去し、前記コンタクトホールCH2を通してゲート電極GT'を露出させる
その後は、図27に示すように、たとえばアルミニウム(膜厚約500nm)からなる金属膜MTLを形成し、この金属膜をフォトリソグラフィ技術による選択エッチングすることにより、ドレイン電極DTおよびソース電極STを形成する。さらに、ドレイン電極DTおよびソース電極STをマスクとして高濃度非晶質半導体膜HASをエッチング除去する。ドレイン電極DTおよびソース電極STは、それぞれ、その一部が非晶質半導体膜ASの層間絶縁膜INの上面に形成された部分(非晶質半導体膜ASの辺部)に重ねられるようにして層間絶縁膜IN上に形成されるにようになる。また、ソース電極STはコンタクトホールCH2を通して薄膜トランジスタTFTのゲート電極GTと電気的に接続されるようになる。なお、高濃度非晶質半導体膜HASのエッチングによる形成の際に、非晶質半導体膜ASの表面も若干エッチングされる。
上述したゲート絶縁膜GI、非晶質半導体膜AS、高濃度非晶質半導体膜HASを連続して順次形成する製造方法は、たとえば図10に示したように、ゲート絶縁膜GIが非晶質半導体膜ASと同じ島状に加工された構成のものにも適用できる。この場合、図13に示したように、非晶質半導体膜ASの島状加工と、コンタクトホールCH2の形成を同一工程で行うことができ、製造工数を低減できる。また、上述した薄膜トランジスタTFTの構成は、ゲートドライバおよびドレインドライバをLSIで構成した画像表示装置にも適用できる。この場合、図28(d)に示すコンタクトホールCH2を形成する工程を削減できる。さらには、液晶表示装置の薄膜トランジスタTFTに限定されることはなく、たとえば有機EL表示装置の薄膜トランジスタTFTにも適用できる。
図29は、本発明の表示装置に備えられる薄膜トランジスタTFTの実施例10における断面図を示している。
図29は、図27と対応づけて描いた図である。図29において、図27と比較して異なる構成は、ソース電極STが層間絶縁膜の開口部OPの内側にも形成されていることにある。
このような構成においても、非晶質半導体膜ASの側面部とソース電極STとの接触部は層間絶縁膜INの上面にあり、ゲート電極GTとは十分に離間されているため、オフリーク電流が増加することはない。さらに、非晶質半導体膜ASはゲート電極GTからはみ出すことなく形成されているため、バックライトからの光照射によりオフ電流が増加することもない。また、本実施例では、ドレイン電極DTとソース電極STとの間の距離、すなわちチャネル長を小さくすることができ、回路の集積化を図ることができる。
なお、ドレイン電極DTが層間絶縁膜の開口部OPの内側に形成されている場合についても同様な効果が得られるが、特に画素領域の薄膜トランジスタTFTpにおいては、容量Cに接続される方の電極を層間絶縁膜の開口部OPの内側に形成する方が好ましい。ドレイン線DLに接続される電極とゲート電極GTとの間の容量は、ドレイン線DLとゲート線GL間の寄生容量として働くため、上記の構造とする方が、ドレイン線DLとゲート線GL間の寄生容量を低減でき、液晶を高速で駆動させることができるからである。また、ドレイン電極DTとソース電極STの両方が層間絶縁膜の開口部OPの内側に形成されていてもよい。この場合、薄膜トランジスタの性能がさらに向上するため、液晶の高速駆動および回路の高集積化を図ることができる。
上述したそれぞれの実施例では、基板としてたとえばガラスを用いたものである。しかし、これに限らず、石英ガラスあるいは樹脂を用いるようにしてもよい。石英ガラスを基板とすることによって、プロセス温度を高くして、たとえばゲート絶縁膜を緻密化でき、これにより薄膜トランジスタの特性の信頼性を向上させることができる。また、樹脂を基板とすることによって、軽量で耐衝撃性に優れた液晶表示装置を得ることができる。
上述したそれぞれの実施例では、基板の表面に形成する下地膜として酸化シリコン膜を形成したものである。しかし、これに限らず、窒化シリコン膜、あるいは酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層膜であってもよい。窒化シリコン膜を下地膜の一部あるいは全部に用いることにより、基板内の不純物がゲート絶縁膜中に拡散侵入してしまうのを効果的に防止することができる。同様の理由により、ゲート絶縁膜を、たとえば、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層膜で構成するようにしてもよい。
上述した実施例では、アモルファスシリコンを結晶化する場合、レーザアニールよって行うようにしたものである。しかし、これに限らず、熱アニールによる固相成長法を用いてもよく、熱アニールとレーザアニールを組み合わせて行うようにしてもよい。また、アモルファスシリコンを結晶化することなく、反応性熱CVDを用いてポリシリコンを直接に製膜する方法を用いるようにしてもよい。このようにした場合、結晶化行程の削減でスループットの向上が図れるようになる。ポリシリコン層として、粒径が20nmから100nm程度の微結晶シリコンであってもよい。また、シリコンとゲルマニウムの化合物であってもよく、このようにした場合、薄膜トランジスタTFTの性能を向上させることができる。
上述した実施例9および実施例10において、アモルファスシリコン膜および高濃度アモルファスシリコン膜は、それぞれポリシリコン膜および高濃度ポリシリコン膜であっても良い。また、ポリシリコンの中でも、粒径が20nmから100nm程度の微結晶シリコンであってもよい。このようにした場合、チャネル層の抵抗を低減できるだけでなく、チャネル層とソース電極およびドレイン電極とのコンタクト抵抗を低減でき、薄膜トランジスタTFTの性能を向上させることができる。
ゲート信号線、ゲート電極の材料は、上述した実施例では特に明記しなかったが、たとえば、Ti、TiW、TiN、W、Cr、Mo、Ta、Nb等からなる金属、あるいはこれらの合金を用いることができる。
以上、本発明を実施例を用いて説明してきたが、これまでの各実施例で説明した構成はあくまで一例であり、本発明は、技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。また、それぞれの実施例で説明した構成は、互いに矛盾しない限り、組み合わせて用いてもよい。
SUB1、SUB2、SUB……基板、GT、GT'……ゲート電極、GI……絶縁膜(ゲート絶縁膜)、IN……層間絶縁膜、OP……開口、PS……多結晶半導体層、OFS……オフセット領域、HAS……高濃度非晶質半導体層、HPS……高濃度多結晶半導体層、DT……ドレイン電極、ST……ソース電極、CH1、CH2……コンタクトホール、DDR……ドレインドライバ、GDR……ゲートドライバ、TFT、TFTp、TFTc……薄膜トランジスタ、DL……ドレイン信号線、GL……ゲート信号線、CL……コモン信号線、PX……画素電極、PMK1、PMK1'、PMK2……フォトマスク、MTL……金属層、INR……無機絶縁膜、PNL……液晶表示パネル、BLU……バックライトユニット、UVS……上ベセル、DVS……下ベセル、LC……液晶、PAS……保護膜、OC1、OC2、OC……平坦化膜、ORI1、ORI2……平坦化膜、BM……ブラックマトリックス、FIL……カラーフィルム、POL1、POL2……偏光板、PWL……電力供給線、110a……スイッチング素子、111……補助容量、110b……電流制御素子、112……有機EL素子、PNL'……有機EL表示パネル。

Claims (16)

  1. 表示部が形成された基板上に複数の薄膜トランジスタが形成されている表示装置であって、
    前記薄膜トランジスタは、
    ゲート電極と、
    前記ゲート電極を被って形成されたゲート絶縁膜と、
    このゲート絶縁膜の上面に形成され、平面的に観て前記ゲート電極の形成領域内に開口が形成された層間絶縁膜と、
    前記層間絶縁膜の上面に前記開口を間にして配置された一対の高濃度半導体膜と、
    前記層間絶縁膜の前記開口を跨いで形成され、平面的に観て、前記ゲート電極の形成領域内に形成されるとともに前記一対の高濃度半導体膜に電気的に接続された多結晶半導体層と、
    前記一対の高濃度半導体膜のそれぞれに重ねられ前記多結晶半導体膜に重ねられることなく形成された一対の電極と、
    を備えたものを含むことを特徴とする表示装置。
  2. 前記一対の高濃度半導体膜のそれぞれと前記多結晶半導体膜との電気的な接続は、前記一対の高濃度半導体膜のそれぞれの一部に前記多結晶半導体膜が重ねられることによってなされていることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記一対の高濃度半導体膜は、前記多結晶半導体膜が重ねられている部分において前記多結晶半導体膜が重ねられていない部分よりも膜厚が大きくなっていることを特徴とする請求項2に記載の表示装置。
  4. 前記一対の高濃度半導体膜のそれぞれと前記多結晶半導体膜との電気的な接続は、前記一対の高濃度半導体膜のそれぞれの側壁面と前記多結晶半導体層の側壁面が当接してなされていることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  5. 前記一対の高濃度半導体膜のそれぞれの膜厚は、前記層間絶縁膜の前記開口を被って形成される前記多結晶半導体膜の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項4に記載の表示装置。
  6. 前記薄膜トランジスタは、その一対の電極のうちの一方の電極が、前記層間絶縁膜およびゲート絶縁膜に形成されたスルーホールを通して前記ゲート電極に電気的に接続されているものを含むことを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  7. 平面的に観て、前記多結晶半導体層のチャネル長方向の各辺からは、前記層間絶縁膜の前記開口が露出されていることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  8. 表示部が形成された基板上に複数の薄膜トランジスタが形成されている表示装置であって、
    前記薄膜トランジスタは、
    ゲート電極と、
    前記ゲート電極上に形成され、平面的に観て前記ゲート電極の形成領域内に開口が形成された層間絶縁膜と、
    前記層間絶縁膜の前記開口を跨いで形成され、平面的に観て、前記ゲート電極の形成領域内に順次積層されて形成された島状のゲート絶縁膜と多結晶半導体層と、
    前記層間絶縁膜を被って形成されたゲート絶縁膜と、
    前記層間絶縁膜の上面に前記開口を間にして配置された一対の電極と、
    を備え、
    前記一対の電極のそれぞれは、高濃度非晶質半導体膜および金属膜の順次積層体から構成されるとともに、その一部が、前記多結晶半導体層に重ねられて形成されているものを含むことを特徴とする表示装置。
  9. 前記薄膜トランジスタは、前記ゲート電極の形成領域内において前記ゲート絶縁膜が島状に加工されており、その一対の電極のうちの一方の電極が、前記層間絶縁膜に形成されたスルーホールを通して前記ゲート電極に電気的に接続されているものを含むことを特徴とする請求項8に記載の表示装置。
  10. 平面的に観て、前記半導体層のチャネル長方向の各辺からは、前記層間絶縁膜の前記開口が露出されていることを特徴とする請求項8に記載の表示装置。
  11. 前記半導体層は、多結晶半導体層と非晶質半導体層との積層体であることを特徴とする請求項8に記載の表示装置。
  12. 前記半導体層の上面に無機絶縁膜を有しており、前記一対の電極のそれぞれは、それらの対向する端部が、前記半導体層に重ねられるとともに、前記無機絶縁膜にも重ねられて形成されているものを含むことを特徴とする請求項8に記載の表示装置。
  13. 表示部が形成された基板上に複数の薄膜トランジスタが形成されている表示装置であって、
    前記薄膜トランジスタは、
    ゲート電極と、
    前記ゲート電極上に形成され、平面的に観て前記ゲート電極の形成領域内に開口が形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜を被って形成されたゲート絶縁膜と、
    前記層間絶縁膜の前記開口を跨いで形成され、平面的に観て、前記ゲート電極の形成領域内に順次積層されて形成された島状の半導体層と高濃度半導体層と、
    前記層間絶縁膜の上面に前記開口を間にして配置された一対の電極と、
    を備え、
    前記一対の電極のそれぞれは、その一部が、前記高濃度半導体層に重ねられて形成されているものを含むことを特徴とする表示装置。
  14. 前記薄膜トランジスタは、前記ゲート電極の形成領域内において前記ゲート絶縁膜が島状に加工されており、前記一対の電極のうちの一方の電極が、前記層間絶縁膜に形成されたスルーホールを通して前記ゲート電極に電気的に接続されているものを含むことを特徴とする請求項13に記載の表示装置。
  15. 平面的に観て、前記半導体層のチャネル長方向の各辺からは、前記層間絶縁膜の前記開口が露出されていることを特徴とする請求項13に記載の表示装置。
  16. 前記一対の電極の少なくとも一方が、前記開口の内側にも形成されており、前記層間絶縁膜の上面において、前記島状の半導体層の側面部と前記一対の電極とが接触していることを特徴とする請求項13に記載の表示装置。
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