説明

アクティブマトリクス回路

【課題】 薄膜トランジスタ(TFT)をスイッチング素子として用いたアクティブマトリクス回路において、表示電極の面積比率(開口率)を向上させ、また、TFTに光が当たることによってTFTの特性が低下することを防止する。
【解決手段】 TFTのチャネルをソース線の下に設けることにより、光を遮る面積を低減する。また、このようにTFTのチャネル上にソース線が重ねられているために、TFTの上方から入射する光はソース線で遮られて、TFTには達しないので、TFT特性が外光によって低下することが防止できる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、液晶ディスプレー等の電気光学装置に用いられる薄膜トランジスタ(TFT)をスイッチング素子として有するアクティブマトリクス回路もしくは該アクティブマトリクス回路を用いた電気光学装置に関する。
【背景技術】
【0002】
アクティブマトリクス回路は、各画素電極への信号の伝達をトランジスタやダイオード等のアクティブ素子を用いてスイッチングして、画像を表示するという方法で、画像表示能力に優れるため、フラット・パネル・ディスプレー(FPD)の中心技術として注目されている。中でも、スイッチング素子としてTFTをもちいたものにおいては、極めて良好な画像が表示でき、パソコンや投影(プロジェクター)表示装置に使用して市販されている。
【0003】
TFTを用いたアクティブマトリクス回路は、1枚の基板の上に、TFTのゲイト電極を制御するための複数のゲイト線(ゲイトバスラインともいう)とTFTのソースに接続して、画像情報を伝達するための複数のソース線(ソースバスラインともいう)とを概略直交して形成せしめたものである。各ゲイト線とソース線との交点には1つ以上の画素電極が設けられ、画素電極はTFTのドレインと接続されている。
【0004】
一方、アクティブマトリクス回路と対向する基板にも電極が形成され、これには通常、一様な電圧が印加される。そして、アクティブマトリクス回路と対向基板の間には適当な電気光学応答性を有する材料、例えば、液晶が挟持される。アクティブマトリクス回路において、ゲイト線に信号を印加して、TFTをON状態として、ソース線に何らかの信号を送るとTFTを通った信号(電荷)が画素電極に印加される。この状態で、ゲイト線の信号をOFFにすると、画素電極に保持された電荷はTFTを通って戻ることができないので、次にゲイト線にONの信号が印加されるまで保持されることとなる。(厳密には、さまざまなルートを通って、電荷は漏出する。)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上述のようにアクティブマトリクス回路には、TFTやソース線、ゲイト線が形成されているため、これらが光を透過するのを妨げていた。すなわち、全面積のうち、画像表示に使用できる面積比(開口率という)は小さいものであった。典型的には30〜60%であった。特に、強力な光源をアクティブマトリクス回路に照射する投影型表示装置においては、開口率が小さいということは、入射された光の多くがTFTや液晶材料等に吸収されて、これらが発熱し、その特性の劣化をもたらす原因となった。本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、開口率の向上を図るものである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、TFTのチャネルを覆って、ソース線を設けたことを特徴とする。本発明においては、TFTは、基板上に薄膜半導体領域、ゲイト線(ゲイト電極)、層間絶縁物、ソース線の順に積層されたトップゲイト型のものでも、基板上にゲイト線(ゲイト電極)、薄膜半導体領域、層間絶縁物、ソース線の順に積層されたボトムゲイト型のものでもよい。ただし、通常のアクティブマトリクス回路においてボトムゲイト型TFTを用いる場合には、層間絶縁物を設けないのであるが、本発明においては、チャネルとソース線との絶縁をおこなうために、層間絶縁物が必要である。
【発明の効果】
【0007】
図9、図10には従来のアクティブマトリクス回路におけるTFTの配置例を示す。ゲイト線19とソース線21は概略直交して配置されているが、ゲイト線から支線20をだして、これを薄膜半導体領域に重ねることにより、TFTのゲイト電極として利用する。薄膜半導体領域の一端では画素電極22とコンタクト25を形成し、他の一端ではソース線とコンタクト24を形成する。
薄膜半導体領域のうちゲイト線と概略重なる部分がチャネル23であり、これは、図9、図10に示されるようにソース線21からは離れて形成されていた。このようにゲイト線の支線20を形成することはTFTの専有面積を増大させ、開口率を低下させる一因であった。
【0008】
本発明では、このような支線20に相当するものは設けず、また、チャネルをソース線の下に設けることにより、TFTの専有面積を低下させ、開口率を向上させることができる。また、TFTのチャネルは光の影響を受けやすく、通常はTFT素子全体を覆って、さらに遮光膜を形成するため、より開口率が低下するのであるが、本発明においてはチャネルを覆ってソース線が設けられて、これが外光を遮蔽するため、特に遮光膜を形成する必要もなく、開口率の向上には極めて有効であった。
【0009】
このような構造のアクティブマトリクス回路は投影型表示装置には極めて有効であった。すなわち、投影型表示装置では、前述の通り、高い開口率が要求されることに加えて、強力な光源が照射されるためにTFTの遮光対策が絶対に必要であったからである。本発明においては、ソース線の情報より投影用光源が照射される構造とすれば、TFTのチャネルがソース線によって確実に遮光されるので問題はなかった。
本発明によって、アクティブマトリクス回路の開口率を向上させることができ、よって、これを用いた電気光学装置の表示特性を向上させることができた。このように、本発明は工業上有益である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
本発明を実施をするための最良の形態について、以下に実施例を示し、さらに詳細に本発明を説明する。
【実施例1】
【0011】
図1〜図7に本実施例を示す。まず、基板もしくは、基板上に適当な下地絶縁膜を形成した絶縁表面1の上に、図1に示すようなコンタクト形成用パッド部3、5とその間のチャネル形成部4を有する厚さ100〜1500Å、例えば、800Åの島状薄膜シリコン領域2を形成した。シリコン領域はアモルファスシリコンでも多結晶シリコンでもよい。(図1)
【0012】
次に厚さ1200Åの酸化珪素によってゲイト絶縁膜6を成膜した。さらに、燐を適量混入させて、導電性を良くした多結晶シリコン膜を3000Åの厚さに減圧CVD法で成膜し、これをエッチングして、ゲイト線7を形成した。ゲイト線には、多結晶シリコン以外にもアルミニウムやタンタル等の金属材料を用いてもよい。特にアルミニウムを用いるとゲイト線のシート抵抗を下げる上で有効であった。(図2)
【0013】
そして、イオンドーピング法によって、島状シリコン領域2に、ゲイト線7をマスクとして自己整合的に不純物(ここでは燐)を注入し、不純物領域8(ソース)、9(ドレイン)を形成した。この際には、ゲイト電極の下部には不純物領域が形成されず、チャネル4となる。ドーピング後は適切な手段(例えば、熱アニールやレーザーアニール等)によって、ドーピングされた不純物の活性化をおこなってもよかった。(図3)
【0014】
その後、プラズマCVD法により酸化珪素膜もしくは窒化珪素膜10を2000〜10000Å、例えば、5000Åの膜厚で成膜した。このようにして第1の層間絶縁物を形
成した。そして、これにシリコン領域のコンタクト用パッド3に達するコンタクトホール11を形成した。(図4)
【0015】
その後、アルミニウム膜を5000Åの厚さにスパッタリング法によって成膜し、これをエッチングして、ソース線12を形成した。先の工程によって形成されたコンタクトホール11においてソース線12はソース8とコンタクトを形成した。(図5)
【0016】
さらに、厚さ2000〜5000Å、例えば、000Åの窒化珪素膜もしくは酸化珪素膜によって第2の層間絶縁物13を形成し、これに、島状シリコン領域のコンタクト用パッド5に達するコンタクトホールを形成した。そして、スパッタ方によって厚さ1000ÅのITO膜を堆積し、これをエッチングして、画素電極14を形成した。(図6)
本実施例では、図7に示すように、TFTのチャネルの方向(ソースからドレインへ向かう方向)はソース線と平行である。これは、図10に示される従来のTFTに比較して特徴的である。
【0017】
本実施例に限らず、本発明では、チャネル4がソース線12の下に位置するため、従来のTFTとは異なり、チャネル4に隣接するソースやドレインの一部がソース線と重なって寄生容量が生じる。このうち、アクティブマトリクス回路の動作において問題となるのは、ドレイン9とソース線12との間に形成される寄生容量15である。しかしながら、図6から明らかなように、ドレイン9とソース線12とは第1の層間絶縁物10によって隔てられていること、および、重なりの生じる部分の島状シリコン領域の幅を十分に狭くできること、さらには、当該重なりは画素電極14の面積に比較して十分に小さいこと、等の理由から画像表示に大きな影響を及ぼすことはない。
【実施例2】
【0018】
図8に本実施例を示す。作製工程については、実施例1と同様とした。本実施例では、島状シリコン領域を概略コの字型もしくはU字型に形成し、これを横断してゲイト線を形成した。このため、2つのチャネル(すなわち、TFT)16、17が形成された。そして、島状シリコン領域の一端をソース線とコンタクトさせるとともにチャネル16上にソースせん形成した。他の一端は画素電極とコンタクトさせた。
【0019】
すなわち、図8に示されるように、本実施例では、1画素に2つの直列のTFTが形成された構造となる。この構造では画素からの漏洩電流が低減できることが知られている(特公平3−38755)が、本実施例では、従来のようなゲイト線から支線を設ける必要がないので、よりTFTの専有面積を小さく、開口率を向上させることができる。本実施例でも、左側のTFTのドレイン(右側のTFTのソースでもある)とソース線との間に重なり(寄生容量)18が生じるが、本実施例では、実施例1の場合と比較して、寄生容量18と画素電極の間にTFTが1つ挿入されているので、さらに、その影響は限定されたものとなる。(図8)
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】実施例1におけるTFTの作製工程を示す。
【図2】実施例1におけるTFTの作製工程を示す。
【図3】実施例1におけるTFTの作製工程を示す。
【図4】実施例1におけるTFTの作製工程を示す。
【図5】実施例1におけるTFTの作製工程を示す。
【図6】実施例1におけるTFTの作製工程を示す。
【図7】実施例1におけるTFTの回路配置を示す。
【図8】実施例2におけるTFTの回路配置を示す。
【図9】従来例におけるTFTの回路配置を示す。
【図10】従来例におけるTFTの回路配置を示す。
【符号の説明】
【0021】
1・・・・・絶縁表面
2・・・・・島状シリコン領域
3、5・・・コンタクト形成用パッド
4・・・・・チャネル
6・・・・・ゲイト絶縁膜
7・・・・・ゲイト線
8・・・・・ソース
9・・・・・ドレイン
10・・・・・第1の層間絶縁物
11・・・・・コンタクトホール
12・・・・・ソース線
13・・・・・第2の層間絶縁物
14・・・・・画素電極
15・・・・・寄生容量
16、17・・チャネル
18・・・・・寄生容量
19・・・・・ゲイト線
20・・・・・ゲイト線の支線(ゲイト電極)
21・・・・・ソース線
22・・・・・画素電極
23・・・・・チャネル
24、25・・コンタクト

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ソース線と、ゲイト線と、画素電極と、第1の薄膜トランジスタと、第2の薄膜トランジスタとを有するアクティブマトリクス回路であって、
該第1の薄膜トランジスタのソース領域は、該ソース線に接続され、
該第1の薄膜トランジスタのチャネル形成領域は、該ソース線によって全て覆われ遮光されており、
該第1の薄膜トランジスタのドレイン領域は、該第2の薄膜トランジスタのソース領域であり、
該第2の薄膜トランジスタのドレイン領域は、該画素電極に接続され、
該第2の薄膜トランジスタのチャネル形成領域、ドレイン領域は、該ソース線と重なっておらず、
該第1の薄膜トランジスタのチャネル形成領域と該第2の薄膜トランジスタのチャネル形成領域は、U字型に形成された同一の半導体膜に設けられ、
該第1の薄膜トランジスタのチャネル形成領域、該第2の薄膜トランジスタのチャネル形成領域、該ソース線は、該画素電極と重なっておらず、
該第1の薄膜トランジスタのチャネル形成領域及び該第2の薄膜トランジスタのチャネル形成領域は、該ゲイト線と重なっていることを特徴とするアクティブマトリクス回路。
【請求項2】
ソース線と、ゲイト線と、画素電極と、第1の薄膜トランジスタと、第2の薄膜トランジスタとを有するアクティブマトリクス回路であって、
該第1の薄膜トランジスタのソース領域は、該ソース線に接続され、
該第1の薄膜トランジスタのチャネル形成領域は、該ソース線によって全て覆われ遮光されており、
該第1の薄膜トランジスタのドレイン領域は、該第2の薄膜トランジスタのソース領域であり、
該第2の薄膜トランジスタのドレイン領域は、該画素電極に接続され、
該第2の薄膜トランジスタのチャネル形成領域、ドレイン領域は、該ソース線と重なっておらず、
該第1の薄膜トランジスタのチャネル形成領域と該第2の薄膜トランジスタのチャネル形成領域は、U字型に形成された同一の半導体膜に設けられ、
該第1の薄膜トランジスタのチャネル形成領域、該第2の薄膜トランジスタのチャネル形成領域、該ソース線は、該画素電極と重なっておらず、
該第1の薄膜トランジスタのチャネル形成領域及び該第2の薄膜トランジスタのチャネル形成領域は、該ゲイト線と重なっており、
該ゲイト線上には第1の層間絶縁膜が設けられ、
該第1の層間絶縁膜上には該ソース線が設けられ、
該第1の層間絶縁膜及び該ソース線上には第2の層間絶縁膜が設けられ、
該画素電極が該第2の層間絶縁膜上に設けられていることを特徴とするアクティブマトリクス回路。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【公開番号】特開2007−241315(P2007−241315A)
【公開日】平成19年9月20日(2007.9.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−152354(P2007−152354)
【出願日】平成19年6月8日(2007.6.8)
【分割の表示】特願2003−319819(P2003−319819)の分割
【原出願日】平成7年1月20日(1995.1.20)
【出願人】(000153878)株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Fターム(参考)】