(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動基板と対向基板と両者の間に保持された電気光学物質とを備えたパネル構造を有し、該駆動基板には画素電極とスイッチング用の薄膜トランジスタが集積形成されている一方該対向基板には透明な対向電極が形成されているアクティブマトリクス型表示装置であって、
前記薄膜トランジスタは、チャネル領域と、その一端側に位置するソース領域と、その他端側に位置し且つ画素電極に接続するドレイン領域と、金属膜からなり該ソース領域に接続する配線電極と、該チャネル領域に重なるゲート電極と、該配線電極と同層の金属膜からなり該薄膜トランジスタの一部を被覆する遮光パタンとを有し、
前記遮光パタンは、チャネル領域とドレイン領域との接合部のみを被覆するとともに、
前記薄膜トランジスタはＬＤＤ構造を有しており該接合部にはドレイン領域より不純物濃度の低いＬＤＤ領域が介在し、前記遮光パタンは該ＬＤＤ領域を被覆する事を特徴とするアクティブマトリクス型表示装置。
【請求項２】
前記薄膜トランジスタはマルチゲート構造を有しており直列配置した複数のチャネル領域及び対応する複数のゲート電極を備え、前記遮光パタンは少なくとも一個のチャネル領域に属する接合部を被覆する事を特徴とする請求項１記載のアクティブマトリクス型表示装置。
【請求項３】
前記電気光学物質は液晶からなる事を特徴とする請求項１記載のアクティブマトリクス型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアクティブマトリクス型の表示装置に関する。より詳しくは、表示装置の駆動基板に集積形成されたスイッチング用薄膜トランジスタの遮光構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アクティブマトリクス型の表示装置はその応用範囲が拡大されており、例えば投射型のプロジェクタに応用されている。図１１を参照してプロジェクタ用表示装置の構造を簡潔に説明する。この表示装置は入射側の透明対向板１０１と、出射側の透明駆動板１０２と、両基板の間に保持された液晶等の電気光学物質１０３とからなるパネル構造を有する。駆動基板１０２の内表面には透明な画素電極１０４とスイッチング用の薄膜トランジスタＴＦＴとが集積的に形成されている。ＴＦＴのドレイン領域Ｄには前述した画素電極１０４が接続され、ソース領域Ｓには配線電極１０５が接続している。一方対向基板１０１の内表面にはブラックマスク１０６が形成されており、開口部１０７と遮閉部１０８とを有する。開口部１０７は駆動基板１０２側の画素電極１０４に整合する一方、遮閉部１０８はＴＦＴを入射光から遮閉している。ブラックマスク１０６の上には絶縁膜１０９を介して透明な対向電極１１０が形成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
投射型プロジェクタでは十分に輝度の高い投影画像を得る為、光源は例えば百万ＬＵＸ  程度の光量を放射する。ここで表示装置がスイッチング素子としてＴＦＴを使用している場合、強度の極めて高い入射光により光リーク電流が発生し、クロストークやコントラストの低下が生じるという課題がある。ＴＦＴは光に対して敏感な多結晶シリコン等の半導体薄膜１１１を素子領域として用いている。従来の表示装置ではＴＦＴを遮閉する為、入射側に位置する対向基板１０１の内表面にブラックマスク１０６を設けている。しかしながら、開口部１０７の端部近傍を斜めに通過する入射光１１２ａは半導体薄膜１１１を直接照射する惧れがある。例えば斜め入射光１１２ａが半導体薄膜１１１のドレイン領域Ｄ端部を照射した場合には光励起によるキャリアが発生し、ＴＦＴの光リークが起り画像品位に悪影響を及ぼす。又、入射光の中には直接的ばかりでなく間接的に半導体薄膜１１１を照射する光束も含まれる。例えば開口部１０７の中央部を通過した入射光１１２ｂは駆動基板１０２の内表面や外表面及び対向基板１０１の内表面で反射を繰り返し、間接的に半導体薄膜１１１を照射する可能性がある。この場合にもドレイン領域近傍で光励起によるキャリアが発生しＴＦＴの光リークが起り画像品位に悪影響を及ぼす。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上述した従来の技術の課題に鑑み、本発明はアクティブマトリクス型表示装置のスイッチング用薄膜トランジスタに直接的もしくは間接的に入射する外光を効率的に除去する遮光構造を提供する事を目的とする。かかる目的を達成する為に以下の手段を講じた。即ち、本発明にかかるアクティブマトリクス型表示装置は基本的な構成として駆動基板と対向基板と両者の間に保持された電気光学物質とを備えたパネル構造を有する。駆動基板には画素電極とスイッチング用の薄膜トランジスタが集積形成されている一方、対向基板には透明な対向電極が形成されている。前記薄膜トランジスタは、チャネル領域と、その一端側に位置するソース領域と、その他端側に位置し且つ画素電極に接続するドレイン領域と、金属膜からなり該ソース領域に接続する配線電極と、該チャネル領域に重なるゲート電極とを備えている。特徴事項として、該配線電極と同層の金属膜からなる遮光パタンが形成されており、チャネル領域とドレイン領域の接合部のみを被覆する。前記薄膜トランジスタはＬＤＤ構造を有しており該接合部にはソース領域及びドレイン領域より不純物濃度の低いＬＤＤ領域が介在している。前記遮光パタンは該ＬＤＤ領域を被覆する。
【０００５】
一態様によれば、前記薄膜トランジスタはマルチゲート構造を有しており直列配置した複数のチャネル領域及び対応する複数のゲート電極を備えている。この場合、前記遮光パタンは少なくとも一個のチャネル領域に属する接合部を被覆する。
【０００６】
なお、本発明では前記電気光学物質は例えば液晶等を用いる事ができる。
【０００７】
本発明によれば、配線電極と同層の金属膜からなる遮光パタンを薄膜トランジスタ上に設けチャネル領域とドレイン領域の接合部のみを被覆している。従って、開口部を斜めに進入した入射光が薄膜トランジスタに到達しても、遮光パタンが介在する為接合部は光照射を受けない。この為光励起によるキャリアが発生せず、薄膜トランジスタに光リークが起きない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の好適な実施例を詳細に説明する。図１は本発明にかかるアクティブマトリクス型表示装置の基本的な構成を示す模式的な平面図である。本表示装置は駆動基板と対向基板と両者の間に保持された電気光学物質とを備えたパネル構造を有する。駆動基板にはマトリクス状の画素電極１とスイッチング用の薄膜トランジスタＴＦＴが集積形成されている。一方対向基板には透明な対向電極が形成されている。薄膜トランジスタはチャネル領域と、その一端側に位置するソース領域Ｓと、その他端側に位置し且つ画素電極１に電気接続するドレイン領域Ｄとを有する。又金属膜からなる配線電極（図示せず）がソース領域Ｓに接続している。さらに、チャネル領域に重なるゲート電極を備えており、図１では説明の都合上チャネル領域とゲート電極の重なった部分をゲート領域Ｇとして表わしている。
【０００９】
第一の特徴事項として、配線電極と同層の金属膜からなる遮光パタン２が形成されており、チャネル領域（即ちゲート領域Ｇ）とソース領域Ｓの接合部及びゲート領域Ｇとドレイン領域Ｄの接合部の少なくとも一方を被覆する。本例ではゲート領域Ｇとソース領域Ｓの接合部及びゲート領域Ｇとドレイン領域Ｄの接合部の両方を被覆している。又、本例では薄膜トランジスタＴＦＴはＬＤＤ構造を有しており、上述した接合部にはソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄより不純物濃度の低いＬＤＤ領域が介在している。従って、本例では遮光パタン２はＬＤＤ領域を被覆する事になる。
【００１０】
引き続き図１を参照して本発明の第二の特徴を説明する。前述した様に、駆動基板にはマトリクス状の画素電極１と、個々の画素電極に接続するドレイン領域Ｄ及び信号入力側となるソース領域Ｓを備えた薄膜トランジスタＴＦＴとが集積形成され、対向基板には透明な対向電極が形成されている。さらに、両基板の片側（例えば対向基板側）にはブラックマスク３が形成されており、画素電極１に整合する開口部４とＴＦＴを外光から遮閉する遮閉部５とを有する。特徴事項として、個々のＴＦＴは、ソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄが周囲の開口部４から最も遠く離間する様に最適配置されている。図示の例では、一個のＴＦＴが上下に位置する一対の開口部４から等距離に配置されており、ソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄは上下何れの開口部４から最も遠く離間している事になる。なお前述した様に本例ではＴＦＴがＬＤＤ構造を有しており、ソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄの一部分に不純物濃度の低いＬＤＤ領域を備えている。この場合、ＬＤＤ領域を基準にしてＴＦＴを最適配置する。換言すると、光に対して敏感なＬＤＤ領域を周囲の開口部４から最も遠く離間する様にＴＦＴを最適配置する。
【００１１】
図２は参考として最適配置から外れたＴＦＴのレイアウトを表わしている。理解を容易にする為、図１と対応する部分には対応する参照番号を付するとともに、ＴＦＴのレイアウトと直接関連しない部分については図示を省略している。この参考例ではＴＦＴが上下に位置する一対の開口部４に対して偏って配置されている。従って最適配置とはならず、ＴＦＴのソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄが下側の開口部４に接近している。この為、開口部４から入射した光の照射を受けやすい構造となっている。
【００１２】
図３は、図１に示したアクティブマトリクス型表示装置に含まれる画素一個に相当する等価回路図である。図示する様にＴＦＴのゲート電極はゲート線に接続されている。ソース領域は上述した配線電極を介して信号線に接続している。ドレイン領域は画素電極に接続している。画素電極と対向電極との間に電気光学物質として液晶が保持され、微小な液晶セルＬＣを構成する。ブラックマスク３に形成された開口部４から液晶セルＬＣが露出する事になる。なお、液晶セルＬＣと並列に保持容量Ｃｓも形成されている。保持容量Ｃｓの一端はＴＦＴのドレイン領域に接続され、他端は補助ラインを介して対向電極に接続している。液晶セルＬＣを構成する画素電極を除いてＴＦＴを含む全ての構成要素がブラックマスク３の遮閉部５により外光から遮閉されている。
【００１３】
図４は、図１に示す様に最適配置したＴＦＴの光リーク電流と、図２に示した様に最適配置されていないＴＦＴの光リーク電流を測定して比較表示したグラフである。なお、この測定に当たっては純粋にＴＦＴの配置関係に依存する効果のみを抽出する為、遮光パタンを除いたサンプルを対象にしている。図４のグラフはＴＦＴのオフ状態で所定量の入射光を照射した時、ソース／ドレイン間に流れる光リーク電流ＩＤＳとソース／ドレイン間電圧ＶＤＳとの関係を示している。カーブＡはＴＦＴを最適配置した場合であり、カーブＢは最適配置から外れた場合を表わしている。グラフから明らかな様に、ＴＦＴをブラックマスク３に対して最適配置する事により光リーク電流を激減させる事が可能になる。換言すると、周囲の開口部に対してＴＦＴを略中央に配置する事により、何れの開口部からも遠く離間してソース領域及びドレイン領域をレイアウトできる。従って、開口部から進入した入射光がパネル内で反射を繰り返し横方向に拡散してもソース領域及びドレイン領域に到達する確率が低くなる。
【００１４】
以上、本発明の第二の特徴事項を先に詳細に説明したが、次に図５を参照して第一の特徴事項につき詳細な説明を加える。図５はＴＦＴの表面に形成される遮光パタン２の具体例を示す模式的な平面図である。具体例（Ａ）ではＴＦＴが通常の構造を有しており、ソース領域Ｓとゲート領域Ｇが直接接するとともに、ゲート領域Ｇとドレイン領域Ｄも直接接触している。本例ではゲート領域Ｇとドレイン領域Ｄとの接合部のみに遮光パタン２を設けている。ＴＦＴではドレイン近傍で光励起によるキャリアが発生しやすく、ここを入射光から遮閉する事は光リーク電流の抑制に効果的である。遮光パタン２を設ける事により開口部を斜めに進入した入射光が直接ＴＦＴを照射しても接合部を保護する事が可能になる。次の具体例（Ｂ）は遮光パタン２がドレイン領域Ｄ側の接合部のみならずゲート領域Ｇにまで及んで被覆している。例えば遮光パタン２としてアルミニウム又はアルミニウム合金を採用した場合、パタニングの微細化に限度がある為、場合によっては接合部のみならずゲート領域も被覆する事になる。
【００１５】
次の具体例（Ｃ）は先の具体例（Ａ）と逆に、ソース領域Ｓ側の接合部に遮光パタン２を設けたものである。電気光学物質として液晶を採用した場合一般に交流反転駆動が行なわれ、ソース領域Ｓとドレイン領域Ｄは極性反転に応じて交互に役割が交換する。従って、ソース領域Ｓ側の接合部に遮光パタン２を設けると光リーク電流を抑制できる。但し、構造的にはドレイン領域Ｄ側の接合部がソース領域Ｓ側の接合部に比べ画素電極に近くなる為相対的に開口部に接近し光照射を受ける確率が高い。次の具体例（Ｄ）は具体例（Ｃ）に比べさらに遮光パタン２をゲート領域Ｇ側に延設したものである。次の具体例（Ｅ）はソース領域Ｓ側の接合部とドレイン領域Ｄ側の接合部の両者に整合して遮光パタン２を設けている。具体例（Ｆ）は具体例（Ｅ）に比べさらに遮光パタン２をゲート領域Ｇにまで拡大し連続化したものである。具体例（Ｅ）に比べパタニングが容易になる。
【００１６】
具体例（Ｇ）では、ＴＦＴがＬＤＤ構造を有しており、接合部にはソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄより不純物濃度の低いＬＤＤ領域が介在している。このＬＤＤ領域は一般にＴＦＴの電気的リークを抑制する為に設けられている。具体例（Ｇ）ではドレイン領域Ｄ側のＬＤＤ領域と整合する様に遮光パタン２を設けており、上述した電気的リークに加え光リークも抑制する様にしている。次の具体例（Ｈ）は具体例（Ｇ）に比べ遮光パタン２をさらにゲート領域Ｇまで拡大した例である。次の具体例（Ｉ）は具体例（Ｇ）と逆に、ソース領域Ｓ側のＬＤＤ領域を遮閉する様に遮光パタン２が形成されている。次の具体例（Ｊ）は具体例（Ｉ）に比べ、遮光パタン２をゲート領域Ｇ側まで延長したものである。具体例（Ｋ）はソース領域Ｓ側のＬＤＤ領域とドレイン領域Ｄ側のＬＤＤ領域の両者を２本の遮光パタン２で被覆したものである。この具体例（Ｋ）は図１に示した構造と対応している。最後の具体例（Ｌ）は具体例（Ｋ）の構造からさらに遮光パタン２をゲート領域Ｇ上に拡大し連続化したものである。
【００１７】
図６は通常構造のＴＦＴにつき遮光パタンの効果を測定したグラフである。横軸にＶＤＳをとり縦軸にＩＤＳをとってある。カーブａは遮光パタンを設けないＴＦＴのリーク電流を表わしており、カーブｂはドレイン領域側接合部又はソース領域側接合部の一方にのみ遮光パタン２を設けたＴＦＴのリーク電流を表わしており、カーブｃは両方の接合部に遮光パタンを被覆したＴＦＴのリーク電流を表わしている。遮光する部位により効果は異なるものの、本発明が光リークに対して効果的である事が図６のグラフより明らかである。
【００１８】
図７はＬＤＤ構造を有するＴＦＴについて本発明の効果を測定したグラフである。図６のグラフと同様に横軸にＶＤＳをとり縦軸にＩＤＳをとってある。カーブｄは遮光パタンを形成しないＴＦＴのリーク電流を表わし、カーブｅはソース端のＬＤＤ領域又はドレイン端のＬＤＤ領域の一方を遮光パタンで被覆したＴＦＴのリーク電流を表わし、カーブｆは両方のＬＤＤ領域を遮光パタンで被覆したＴＦＴのリーク電流を表わしている。図６のグラフと同様に、遮光パタンを設ける事によりリーク電流のうち光リークに起因する部分が顕著に低減化できる。さらに、ＬＤＤ構造とした事により図６の通常構造に比べ、電気的リークも低減化されている。
【００１９】
図８は、本発明にかかるアクティブマトリクス型表示装置の一実施例を示す模式的な断面図である。本表示装置は透過型であり、入射側の透明対向基板１１と、出射側の透明駆動基板１２と、両者の間に保持された液晶１３とからなるパネル構造を有する。透明駆動基板１２の内表面には透明画素電極１４と、入射光に対し遮光されたスイッチング用の薄膜トランジスタＴＦＴとが集積的に形成されている。ＴＦＴは多結晶シリコン等の半導体薄膜１６を素子領域として用いている。半導体薄膜１６の上にはゲート絶縁膜１７を介してゲート電極１５がパタニング形成されている。ゲート電極１５の直下にはチャネル領域Ｃｈが設けられ、その両側にはドレイン領域Ｄとソース領域Ｓが設けられる。かかる構成を有するＴＦＴは第一層間絶縁膜１８により被覆されている。第一層間絶縁膜１８の上にはアルミニウム又はアルミニウム合金等からなる配線電極１９がパタニング形成されており、ＴＦＴのソース領域Ｓと電気接続している。又、配線電極１９と同一層のアルミニウム膜又はアルミニウム合金膜により遮光パタン３０が形成されており、ＴＦＴの素子領域を入射光から遮閉している。配線電極１９及び遮光パタン３０の表面は第二層間絶縁膜２０により被覆されている。前述した透明画素電極１４は第二層間絶縁膜２０の上に形成されており、コンタクトホールを介してＴＦＴのドレイン領域Ｄに電気接続している。透明画素電極１４の表面は配向膜２１により被覆されている。
【００２０】
一方透明対向基板１１の内表面にはブラックマスク２２が形成されており、透明画素電極１４と整合する開口２３を有している。この開口２３からドレイン領域Ｄ及びソース領域Ｓが最も遠ざかる様にＴＦＴが最適配置されている。ブラックマスク２２は金属材料からなる。その表面には絶縁膜２５を介して対向電極２４が全面的に形成されている。場合によってはカラーフィルタ膜が設けられておりカラー表示が可能になっている。対向電極２４は配向膜２１により被覆されている。
【００２１】
図９は本発明をマルチゲート構造のＴＦＴに適用した実施例を表わす模式的な断面図である。図示するＴＦＴはｎチャネル型であり画素駆動用スイッチング素子を構成する。石英基板５１の上にはパタニングされた多結晶半導体薄膜が形成されている。この薄膜にはソース領域５３とソース／ドレイン領域５４とドレイン領域５５と、この三者の間に位置する一対のチャネル領域５２とが形成されている。ソース領域５３、ソース／ドレイン領域５４及びドレイン領域５５と、各チャネル領域５２との間には夫々ソース領域及びドレイン領域と同一導電型の低濃度不純物領域即ちＬＤＤ領域５６が合計四箇所形成されている。各チャネル領域５２の上方には夫々ゲート絶縁膜を介して対応するゲート電極５９が形成されている。ゲート絶縁膜は二層構造を有しゲート酸化膜５７とゲート窒化膜５８とからなる。石英基板５１はＰＳＧ等からなる第一層間絶縁膜６０により被覆されている。第一層間絶縁膜６０に形成されたコンタクトホールを介して、アルミニウム等からなる配線電極６１がソース領域５３に電気接続されている。同じくコンタクトホールを介してＩＴＯ等の透明導電材料からなる画素電極６３がドレイン領域５５に電気接続されている。この画素電極６３はＰＳＧ等からなる第二層間絶縁膜６２の上に成膜されている。本発明の特徴事項として、配線電極６１と同層のアルミニウム膜からなる遮光パタン７０が形成されており、前述したＬＤＤ領域５６を上方から被覆している。本例では合計四個の遮光パタン７０が設けられており、全てのＬＤＤ領域５６に対応している。この遮光パタン７０は配線電極６０と電気的に接続していても良く、あるいは電気的に分離したパタンであっても良い。
【００２２】
図１０は、マルチゲート構造のＴＦＴを採用したアクティブマトリクス型液晶表示装置の一画素分を切り取って示した等価回路図である。スイッチング素子はＴＦＴ１〜ＴＦＴｎの直列接続からなり、各々のゲート電極は夫々共通にゲート線に接続されている。ＴＦＴ１のソース領域端部は信号線に接続されている一方、ＴＦＴｎのドレイン領域端部は画素電極を介して液晶セルＬＣを駆動する。なお、液晶セルＬＣと並列に保持容量Ｃｓも接続されている。
【００２３】
最後に、図９に示したマルチゲート構造とＬＤＤ構造を併せ持つＴＦＴの利点を参考の為説明する。一般に、ＴＦＴの活性領域となる多結晶シリコン薄膜は単結晶シリコンに比し欠陥密度が大きいので電気的なリーク電流が増大する傾向にある。この為、通常水素拡散処理を施し欠陥密度を減少させてＴＦＴのリーク電流を下げる様にしている。水素化が進むと多結晶シリコンの欠陥準位が減少し、結晶粒界のエネルギー障壁が小さくなるのでＬＤＤ抵抗が減少する。ＬＤＤ抵抗は水素化の程度に大きく左右されるので、水素化の状態によってはウェハ内での個々のＴＦＴのＬＤＤ抵抗が大きくばらつく。この結果、従来ある統計的な確率でリーク電流の大きい異常ＴＦＴが出現していた。これに対しマルチゲート構造で且つＬＤＤ構造のＴＦＴでは、図１０に示した様に等価回路的に直列接続された複数のＴＦＴのうち最もオフ電流の小さいＴＦＴでリーク電流の実効値が決定される。この為、水素化の程度の相違によるリーク電流のバラツキを激減できる。これに加え、本発明によればＬＤＤ領域に整合して遮光パタンを設けており、光照射に起因するリーク電流も顕著に抑制している。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明によれば、配線電極と同層の金属膜からなる遮光パタンを設け、チャネル領域とドレイン領域の接合部のみを被覆している。この遮光パタンは配線電極用フォトマスクの一部を変更するだけで形成でき、プロセスの増加なしに画素スイッチング用薄膜トランジスタの光リークを低減する事ができるという効果がある。以上により、アクティブマトリクス型表示装置の画像品位が向上し、輝点欠陥やクロストーク等の不良が低減する為、製造歩留りが向上するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるアクティブマトリクス型表示装置の基本的な構成を示す模式的な平面図である。
【図２】アクティブマトリクス型表示装置の参考例を示す模式的な平面図である。
【図３】一画素分の等価回路図である。
【図４】薄膜トランジスタの光リーク電流特性を示すグラフである。
【図５】薄膜トランジスタに形成される遮光パタンの具体例を示す模式的な平面図である。
【図６】薄膜トランジスタのリーク電流特性を示すグラフである。
【図７】同じく薄膜トランジスタのリーク電流特性を示すグラフである。
【図８】本発明にかかるアクティブマトリクス型表示装置の一実施例を示す模式的な部分断面図である。
【図９】本発明にかかるアクティブマトリクス型表示装置の他の実施例を示す模式的な部分断面図である。
【図１０】マルチゲート構造を有する薄膜トランジスタの等価回路図である。
【図１１】従来のアクティブマトリクス型表示装置の一例を示す模式的な部分断面図である。
【符号の説明】
１      画素電極
２      遮光パタン
３      ブラックマスク
４      開口部
５      遮閉部
Ｓ      ソース領域
Ｄ      ドレイン領域
Ｇ      ゲート領域
ＴＦＴ  薄膜トランジスタ
【図１】
0003551952.tif 000002
【図２】
0003551952.tif 000003
【図３】
0003551952.tif 000004
【図４】
0003551952.tif 000005
【図５】
0003551952.tif 000006
【図６】
0003551952.tif 000007
【図７】
0003551952.tif 000008
【図８】
0003551952.tif 000009
【図９】
0003551952.tif 000010
【図１０】
0003551952.tif 000011
【図１１】
0003551952.tif 000012