(57)【要約】【課題】  高く安定したトランジスタ特性を有する薄膜トランジスタを提供する。【解決手段】  ソース領域１２及びドレイン領域１３のいずれか一方のみに対応して、ゲート絶縁層に比して高い熱伝導率を有する伝熱部材３ａが、ゲート電極３に少なくとも熱的に連結して設けられた構成とする。【選択図】        図１
2007035964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート電極上に、ゲート絶縁層を介してチャネル領域が設けられ、該チャネル領域を挟んで前記ゲート電極の両端部上に一部延長して、ソース領域及びドレイン領域が設けられ、
前記ソース領域及び前記ドレイン領域のうちのいずれか一方のみに対応して、前記ゲート絶縁層に比して高い熱伝導率を有する伝熱部材が、前記ゲート電極に少なくとも熱的に連結して設けられた
ことを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記伝熱部材が、前記ソース領域のみに対応して設けられた
ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項３】
前記伝熱部材が、前記ゲート電極に電気的に連結して設けられた
ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項４】
前記伝熱部材が、前記ゲート電極の側縁部を構成する
ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項５】
前記伝熱部材の熱伝導率が、前記ゲート電極の熱伝導率以上である
ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項６】
前記伝熱部材が、前記ソース領域及び前記ドレイン領域のうち、より近い一方の領域の、前記チャネル領域に接する端部から、１．５μｍ以上離れた位置まで延在された幅を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項７】
前記ソース領域及び前記ドレイン領域のうち、前記伝熱部材に対応する一方の領域に接合される容量が、他方の領域に接合される容量に比して、スイッチング時の電位変動を大とされる構成を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項８】
薄膜トランジスタを有する表示装置であって、
前記薄膜トランジスタが、
ゲート電極上に、ゲート絶縁層を介してチャネル領域が設けられ、該チャネル領域を挟んで前記ゲート電極の両端部上に一部延長する、ソース領域及びドレイン領域が設けられ、
前記ソース領域及び前記ドレイン領域のうちのいずれか一方のみに対応して、前記ゲート絶縁層に比して高い熱伝導率を有する伝熱部材が、前記ゲート電極に少なくとも熱的に連結して設けられた
ことを特徴とする表示装置。
【請求項９】
前記薄膜トランジスタによる単位領域が２次元マトリックス状に多数設けられ、
互いに隣り合う第１及び第２の単位領域内が、前記基板の主面に直交する仮想面について、少なくとも一部を対称な配置形状とされた
ことを特徴とする請求項８に記載の表示装置。
【請求項１０】
前記第１及び第２の単位領域を構成する、前記仮想面に隣接する各隣接部が、同時にレーザー光照射されて構成される
ことを特徴とする請求項８に記載の表示装置。
【請求項１１】
基板上にゲート電極を形成する第１工程と、
少なくとも前記ゲート電極を覆うゲート絶縁層を形成する第２工程と、
前記ゲート絶縁層上にチャネル領域、ソース領域及びドレイン領域となる非晶質領域を形成する第３工程と、
前記非晶質領域の少なくとも一部を、レーザー光照射によって結晶性のチャネル領域とする第４工程とを有し、
前記第２工程に先立って、前記ゲート電極に少なくとも熱的に連結される伝熱部材を、前記ソース領域及び前記ドレイン領域のいずれか一方のみに対応して形成する
ことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１２】
前記伝熱部材を、前記ゲート電極と同時に形成する
ことを特徴とする請求項１１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１３】
前記レーザー光照射を、固体レーザーによって行う
ことを特徴とする請求項１１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１４】
前記レーザー光照射を、連続的またはステップ状のスキャン照射によって行い、
前記ゲート電極に比して前記スキャン照射の上流側に、前記伝熱部材を形成する
ことを特徴とする請求項１１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタとその製造方法、及びこの薄膜トランジスタを有した表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、フラットパネルディスプレイの１つとして、有機ＥＬ（Electro Luminescence）現象を利用して映像を表示する表示装置が注目されている。この表示装置、すなわち有機ＥＬディスプレイは、有機発光素子自体の発光現象を利用しているために視野角が広く、消費電力が低いなどの優れた特徴を備えている。更に、高精細度の高速ビデオ信号に対しても高い応答性を示すことから、特に映像分野等において、実用化に向けた開発が進められている。
【０００３】
有機ＥＬディスプレイの駆動方式のうち、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；Thin Film Transistor）による駆動素子が用いられるアクティブマトリックス方式は、従来のパッシブマトリックス方式に比べて応答時間や解像度の点で優れており、前述した特長を有する有機ＥＬディスプレイには、特に適した駆動方式と考えられている。
アクティブマトリックス型の有機ＥＬディスプレイは、少なくとも有機発光材料を有する有機発光素子（有機ＥＬ素子）及び有機発光素子を駆動させるための駆動素子（薄膜トランジスタ）が設けられた駆動パネルを有し、この駆動パネルと封止パネルとが、有機発光素子を挟むように接着層を介して貼り合わされた構成を有している。
【０００４】
アクティブマトリックス型の有機ＥＬディスプレイを構成する薄膜トランジスタは、少なくとも画素の明暗を制御するスイッチングトランジスタと、有機ＥＬ素子の発光を制御する駆動トランジスタが必要である。
薄膜トランジスタにおいては、そのゲート電極に電圧が印加された状態が続くと閾値電圧がシフトしてしまうことが知られている。しかし、有機ＥＬディスプレイの薄膜トランジスタの中には、有機ＥＬ素子を発光させている限り通電した状態を維持することが必要なものもあり、閾値シフトが起きやすい。駆動トランジスタの閾値電圧がシフトすると、駆動トランジスタを流れる電流量が変動してしまい、結果として各画素を構成する発光素子の輝度が変化してしまう。
【０００５】
近年では、この薄膜トランジスタの閾値シフトを軽減するために、チャネル領域を多結晶シリコン（ポリシリコン；ｐ−Ｓｉ）による半導体層で構成した薄膜トランジスタを用いた有機ＥＬディスプレイが開発されている。
多結晶シリコンによる薄膜トランジスタの形成は、一般に、ガラス基板上にアモルファスシリコン（α−Ｓｉ）層を成膜した後、このアモルファスシリコン層に対してエキシマレーザー等によるアニールを行って多結晶化する方法が一般的である。この薄膜トランジスタの形成プロセスは、液晶ディスプレイにおいて、既に実用化されている技術である。
【０００６】
しかしながら、このようなシリコンの結晶化プロセスによる場合、チャネル内に存在する結晶粒の大きさが不均一となるため、トランジスタ特性が不均一となる。このために、結果として有機ＥＬディスプレイの発光輝度が画素単位で異なるという、深刻な問題が生じていた。
これに対して、各トランジスタの役割に応じて、チャネル領域を構成する材料をα―Ｓｉ層とｐ−Ｓｉ層のいずれかに選定することにより、特性のばらつきを軽減する構造が考案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００７】
図５Ａ，Ｂに、従来の逆スタガ型の薄膜トランジスタを示す。この薄膜トランジスタ１０１は、絶縁性の基板１０２の上に、ゲート電極１０３が配置形成される。このゲート電極１０３上には、例えば、ＳｉＮ層及びＳｉＯ２層によるゲート絶縁層１０４を介して、結晶性のＳｉ層１０５が形成される。
この結晶性Ｓｉ層１０５上にアモルファスＳｉ層１０６が形成され、この上のＳｉＮによるエッチングストップ層１０７の直下部分がチャネル領域１１５とされ、このチャネル領域１１５を挟んで両側に延長するソース領域１１２及びドレイン領域１１３とが形成される。
【０００８】
アモルファスＳｉ層１０６のうち、エッチングストップ層１０７に被覆されない周辺部上、すなわちソース領域１１２及びドレイン領域１１３上には、ｎ＋アモルファスＳｉ層１０８が形成され、この上に、第１〜第３の金属層１０９〜１１１によるソース電極１１６及びドレイン電極１１７が形成される。更にこれら積層構造とエッチングストップ層１０７とに渡る上面にパッシベーション膜となるＳｉＮ層１１４が形成されて、エッチングストッパータイプの逆スタガ型トランジスタ１０１が形成される。
ここで、ゲート電極１０３は、一部ソース領域１１２とドレイン領域１１３とにそれぞれ同じ幅ΔＬ、通常１μｍだけ延長して形成される。
【０００９】
この薄膜トランジスタの製造においては、結晶性Ｓｉ層１０５はアモルファスＳｉを形成した後にアモルファスＳｉが吸収する波長のパルス状のエキシマレーザーによって直接アニールして結晶化する手法が一般的だが、このアニールに用いられるレーザーには、エネルギーばらつきなどの問題によって均一な結晶化を図ることが難しく、したがって特性のトランジスタが得られないという問題がある。
そのような場合、アモルファスＳｉ上にバッファー層としてのＳｉＯ２層と、光吸収層としてのＭｏ層を形成した後に光吸収層が吸収する波長のレーザーによってアニールし、光吸収層の発する熱によって間接的にアモルファスＳｉを結晶化させる手法が有効である。バッファー層としてのＳｉＯ２層と光吸収層としてのＭｏ層は、結晶化の後にエッチングし除去している。
【００１０】
しかし、このような結晶化の手法は、レーザー光照射に基づく熱でアモルファスシリコンを結晶化させるものであることから、例えば図５Ａ及び図５Ｂに示すような逆スタガー型の薄膜トランジスタの製造に適用した場合には不都合が生じる。すなわち、シリコンや絶縁膜に比して高い熱伝導率の材料によるゲート電極が予め形成されているので、本来アモルファスシリコンの結晶化に要されるはずの熱がゲート電極によって吸収、伝播されてしまい、アモルファスシリコンが十分に結晶化されずに結晶性の低下や不均一化といった問題が生じる。
【００１１】
例えば、結晶化をエキシマレーザーなどによって行う場合には、図６Ａに示すように、薄膜トランジスタの形成部を含む、最終的に単位画素を構成する単位領域２０２に対し、その全域に渡るような幅でライン状に整形したパルス状のレーザー光２０３を、レーザー光２０３の長軸方向（幅方向）と垂直な方向にステップ状にスキャンさせて、アモルファスシリコンに対して連続的に照射する。図６Ａ中、２０４は、レーザー照射領域を示す。
【００１２】
この手法による場合、パルスレーザー光２０３は、各パルス毎に５％程度のエネルギーばらつきを持っていることに加え、レーザー光２０３の短軸方向（移動方向ａ）にもエネルギーの分布を持っており、レーザー照射端に図６Ｂに示すようなエネルギー強大点（破線図示）が生じることがある。
このような、パルス間やパルス内のばらつき等によるエネルギー的な不均一性を有するレーザー光の照射においては、照射される単位領域２０２における照射エネルギーを平均化するために、短軸方向（スキャン方向）への微小区間のステップ移動とレーザー光照射とを繰り返し、各パルスの照射範囲を互いに一部重複させることによって、単位領域２０２内の各部における積算照射エネルギー量の差が低減するようにレーザーパルス照射を行っている。
【００１３】
しかし、このような平均化の手法を用いても十分な平均化を図ることは難しく、少なくとも現状のエキシマレーザーによる限り、スキャン方向ａに沿って結晶化の程度に差が生じてしまう。そして、この結晶性の差によって、各部の薄膜トランジスタにおける抵抗の不均一化が生じ、結果として、トランジスタを流れる電流量の差となって、レーザースキャン方向とは垂直な方向に幅広で、かつレーザースキャン方向についてステップ状となるスジ状の特性ムラが発生する。有機ＥＬディスプレイのような薄膜トランジスタの電流量で輝度が決定するデバイスでは、この特性ムラが輝度ムラとなって認識され、色斑を生じるなど、デバイス全体に影響を生じる。
【００１４】
これに対して、ゲートメタルの膜厚を低下させるとか、ゲート電極の近接領域、すなわちチャネル近傍にダミーゲートパターンを配置してからアニールを行うなどの提案がなされている（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特許第2814319号公報
【特許文献２】特開平10-242052号公報
【特許文献３】特開2003-218362号公報
【特許文献４】特開2002-124677号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
前述したように、レーザー光の照射はスキャンを伴って順次なされるものであることから、薄膜トランジスタの形成部におけるアモルファスシリコンの充分な結晶化を図るためには、その形成部にレーザー光が到達する前に、ゲート電極を熱的に飽和させた状態にすることが好ましい。
しかしながら、特許文献２に記載の手法によって、例えばゲート電極と同程度の熱容量を有する材料による伝熱部材を単にゲート電極の近傍に配置するというのみでは、この伝熱部材をレーザー光照射によるアニールに充分寄与させることは難しい。したがって、例えば伝熱部材中に前述の結晶化に対して充分に有効とならない部分が生じ、単位領域中で必要以上の面積が占有されることになり、最終的に得る薄膜トランジスタ及び表示装置の実装密度が低下してしまう。
【００１６】
また、特に結晶化を固体レーザーなどによって行う場合、前述のエキシマレーザーによる場合とは異なる問題が生じる。固体レーザーによる手法の場合、レーザーの出力パワーが小さいため、アニールに適したエネルギー密度を維持したまま照射面積を大きくすることが難しい。このため、図７に示すように、薄膜トランジスタの形成部を含む、最終的に単位画素を構成する単位領域２０２に対し、その一部にのみ渡るような幅で、ライン状あるいは方形状に整形した連続レーザー光２０５を、アモルファスシリコンに対して一列ごとにスキャンし、次の列にスライドさせた後、前の列におけるのと同方向または逆方向のスキャンを開始する動作を繰り返すことによって、全域に渡る照射を図ることが必要となる（矢印a図示）。
【００１７】
この固体レーザーによる手法においては、レーザー光照射が連続照射となることから、エキシマレーザーで問題となるような、レーザースキャン方向と垂直な方向に幅広なスジ状の特性ムラを回避できるものの、図８（E Express 2005.2.1号  p.33より加工転載）にアニール時間と熱拡散長の関係を示すように、結晶化に必要な熱量を供給した場合の熱拡散長がエキシマレーザーの場合より長くなるため、ゲートメタルによる熱伝導の影響がより顕著になり、結晶化が不十分となって特性の劣化や不均一化が生じる。
したがって、特に固体レーザーによる場合には、レーザー光によるアニールにおける熱拡散に基づく結晶化の不足及び不均一が生じやすく、問題はより深刻となる。
【００１８】
本発明は、上記のような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、特性劣化ならびに特性ムラの低減が図られた薄膜トランジスタとその製造方法、及びこの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。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明に係る薄膜トランジスタは、ゲート電極上に、ゲート絶縁層を介してチャネル領域が設けられ、このチャネル領域を挟んで前記ゲート電極の両端部上に一部延長して、ソース領域及びドレイン領域が設けられ、ソース領域及びドレイン領域のうちのいずれか一方のみに対応して、ゲート絶縁層に比して高い熱伝導率を有する伝熱部材が、ゲート電極に少なくとも熱的に連結して設けられたことを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る表示装置は、薄膜トランジスタを有する表示装置であって、前記薄膜トランジスタが、ゲート電極上に、ゲート絶縁層を介してチャネル領域が設けられ、このチャネル領域を挟んで前記ゲート電極の両端部上に一部延長する、ソース領域及びドレイン領域が設けられ、ソース領域及びドレイン領域のうちのいずれか一方のみに対応して、ゲート絶縁層に比して高い熱伝導率を有する伝熱部材が、ゲート電極に少なくとも熱的に連結して設けられたことを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法は、基板上にゲート電極を形成する第１工程と、少なくともゲート電極を覆うゲート絶縁層を形成する第２工程と、ゲート絶縁層上にチャネル領域、ソース領域及びドレイン領域となる非晶質領域を形成する第３工程と、この非晶質領域の少なくとも一部を、レーザー光照射によって結晶性のチャネル領域とする第４工程とを有し、前述の第２工程に先立って、ゲート電極に少なくとも熱的に連結される伝熱部材を、ソース領域及びドレイン領域のいずれか一方のみに対応して形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る薄膜トランジスタは、ソース領域及びドレイン領域のうちのいずれか一方のみに対応して、ゲート電極に少なくとも熱的に連結した伝熱部材が設けられるので、レーザー光照射によるチャネル領域の結晶化において均一な結晶化が図られ、高く安定したトランジスタ特性による薄膜トランジスタを構成することができる。
【００２３】
また、本発明に係る表示装置によれば、このような薄膜トランジスタにより構成されることから、例えば有機ＥＬディスプレイなどのアクティブマトリックス型の表示装置を、高い表示特性をもって構成することができる。
【００２４】
本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法によれば、ゲート電極に少なくとも熱的に連結される伝熱部材を、ソース領域及びドレイン領域のいずれか一方のみに対応して形成した後に、レーザー光照射によってチャネル領域に対応する非晶質領域を結晶化するので、単位画素の面積増大を抑制しながらも、最終的に得る薄膜トランジスタの例えばチャネル領域に相当する部分の結晶化を安定的に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２６】
＜薄膜トランジスタ及び表示装置の実施形態＞
まず、本発明に係る、薄膜トランジスタ及び表示装置の実施形態を説明する。
図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ、本実施形態に係る薄膜トランジスタの構成を示す概略断面図及び概略上面図である。
【００２７】
図１Ａに示すように、本実施形態に係る薄膜トランジスタ１は、絶縁性の基板２の表面にＭｏから成るゲート電極３が配置形成される。このゲート電極３上には、例えば、ＳｉＮ及びＳｉＯ２によるゲート絶縁層４を介して、結晶性のＳｉ層５が形成される。
この結晶性Ｓｉ層５上にアモルファスＳｉ層６が形成され、この上のＳｉＮによるエッチングストップ層７の直下部分がチャネル領域１５とされ、このチャネル領域１５を挟んで両側に延長するソース領域１２及びドレイン領域１３とが形成される。
【００２８】
アモルファスＳｉ層６のうち、エッチングストップ層７に被覆されない周辺部上、すなわちソース領域１２及びドレイン領域１３上には、ｎ＋アモルファスＳｉ層８が形成され、この上に、第１〜第３の金属層９〜１１によるソース電極１６及びドレイン電極１７が積層される。更にこれら積層構造とエッチングストップ層７とに渡る上面にパッシベーション膜となるＳｉＮ層１４が形成されて、エッチングストッパータイプの逆スタガ型トランジスタ１が形成される。
【００２９】
そして、本実施形態においては、ゲート電極３が、ソース領域１２及びドレイン領域１３のいずれか一方のみ、本例ではソース領域１２側にのみ一部延在されて伝熱部３ａとされ、この電気的及び熱的に連結された伝熱部３ａが、伝熱部材として電極３の側縁部を構成している。
なお、本実施形態においてはゲート電極３と伝熱部材が一体とされた例を説明するが、必ずしも一体とされていなくとも良く、例えば電気的には連結されていなくとも良い。
すなわち、図示しないが、例えばエッチングストップ層７下のチャネル領域の直下にのみゲート電極３が形成され、このゲート電極３とは分離されながらも熱的に連結される程度の近傍に、例えばＳｉＮ層４の一部を介した隣に別途伝熱部材が配置された構成とすることもでき、更にこの伝熱部材を、特にゲート電極に比して高い熱伝導率を有する材料によって構成することもできる。
【００３０】
また、本実施形態においては、ソース領域１２のチャネル領域に接する端部から、伝熱部３ａを含むゲート電極３のソース領域側の片端までの幅ΔＬ１が、ドレイン領域１３のチャネル領域に接する端部からゲート電極３のドレイン領域側の片端までの幅ΔＬ２に比して大とされている。
このように、一方の幅ΔＬ１を他方の幅ΔＬ２に比して大とする構成により、後述の製法で明らかなように、レーザー光照射によるチャネル領域の結晶化も均一になる。
なお、ΔＬ１の値について検討した結果、〔表１〕に示すように、ΔＬ１を１．５μｍ以上（特に２．０μｍ以上）とすることによって、トランジスタの特性を示す移動度について、レーザー照射方向の上流側に伝熱部材を別途配置するなどしてゲート電極の熱伝導による冷却を極力抑制した場合と同等以上の特性を得ることができることが確認できた。なお、ΔＬ２は従来と同様に１．０μｍとした。
【００３１】
【表１】
2007035964.tif 000003
【００３２】
この検討結果からも、ゲート電極３と少なくとも熱的に連結される伝熱部材を、後述する薄膜トランジスタの製造過程におけるレーザー光照射に応じて、特にソース領域１２のみに対応させて設けた構成により、チャネル領域の結晶性が安定化され、高く安定したトランジスタ特性を有する薄膜トランジスタを構成することができると考えられる。
【００３３】
続いて、本実施形態に係る薄膜トランジスタを備えたアクティブマトリックス方式の有機ＥＬディスプレイ（表示装置）における、単位画素の駆動について、図２に示す単位画素の等価回路を用いて説明する。なお、信号線をＹ１、電流供給線をＹ２、走査線をＸ１及びＸ２とし、本実施形態に係る薄膜トランジスタをスイッチングトランジスタＴｒ２として説明する。
この等価回路は、有機ＥＬの発光部ＥＬと、第１のＴＦＴトランジスタ（ＭＯＳトランジスタ）Ｔｒ１と、第２のＴＦＴトランジスタ（ＭＯＳトランジスタ）Ｔｒ２と、容量Ｃとを有して成る。第２のＴＦＴトランジスタＴｒ２の一方の主電極（例えばソース）が信号線Ｙ１に接続され、他方の主電極（例えばドレイン）が蓄積容量Ｃを介して電流供給線Ｙ２に接続され、ゲート電極が走査線Ｘ１に接続される。一方、発光部ＥＬの陽極が第１のＴＦＴトランジスタＴｒ１を介して電流供給線Ｙ２に接続され、第１のＴＦＴトランジスタＴｒ１のゲート電極が第２のＴＦＴトランジスタＴｒ２と容量Ｃの接続中点に接続される。
【００３４】
この等価回路の動作は次の通りである。
電流供給線Ｙ２には常時電流が供給されている。走査線Ｘ１に走査パルスが印加され、信号線Ｙ１に所要の信号が供給されると、第２のＴＦＴトランジスタＴｒ２がオン状態になり、蓄積容量Ｃに所要の信号が書き込まれる。この書き込まれた信号に基づいて第１のＴＦＴトランジスタＴｒ１がオン状態になり、信号量に応じた電流が電流供給部Ｙ２を通して発光部ＥＬに供給されて、発光部ＥＬが発光表示される。
この単位画素が複数個、２次元マトリックス状に配列されて表示装置が構成される。
【００３５】
なお、このような蓄積容量Ｃに書き込み動作を行うトランジスタにおいて、蓄積容量Ｃに接続するドレイン側のΔＬ２を従来どおりの１μｍに、それとは逆のソース側はΔＬ１を２μｍで設計した構成について検討したところ、この設計により作成したトランジスタは、アモルファスシリコンＴＦＴと比較しても閾値電圧ばらつきが小さく、これを用いて１２インチ対角の有機ＥＬディスプレイを作製した結果、第２のトランジスタＴｒ２の閾値電圧が揃うことによってトランジスタのオフ電流が抑制され、輝度均一性に優れたパネルを製作できることが確認できた。
なお、本実施形態に係る薄膜トランジスタによって第１のトランジスタＴｒ１を構成した場合にも、移動度や閾値電圧のばらつきが抑制され、トランジスタ及び表示装置の特性向上が図られる。
【００３６】
また、ソース領域１２のチャネル領域に接する端部から、伝熱部３ａを含むゲート電極３のソース領域側の片端までの幅ΔＬ１や、ドレイン領域１３のチャネル領域に接する端部から、伝熱部３ａを含むゲート電極３のドレイン領域側の片端までの幅ΔＬ２を大きくすると、単位画素に占める駆動素子の面積が増大するばかりではなく、ゲート電極３とソース領域１２との間の寄生容量（Gate to Source Capacitance；Ｃｇｓ）やゲート電極３とドレイン領域１３との間の寄生容量（Gate to Drain Capacitance；Ｃｇｄ）が増加し、表示特性や歩留まりが低下したり、消費電力が上昇したりするおそれがある。
【００３７】
図５の等価回路の場合、特に問題となるのはスイッチングトランジスタの寄生容量Ｃｇｄによるフィードスルー電圧である。スイッチングトランジスタにパルス電圧が与えられると容量Ｃに電荷が書き込まれるが、トランジスタがオフ状態になる瞬間に寄生容量Ｃｇｄの影響でフィードスルーと呼ばれる容量Ｃの電位の低下が発生する。このフィードスルー電圧は、Ｃｇｄの値に比例することから、閾値電圧補正回路を構成する容量に直結するトランジスタのドレイン領域におけるΔＬ２の増加が問題となるため、反対側のソース領域におけるΔＬ１のみを増加させ、ゲートメタルに対してチャネル領域が非対称になるようにソース領域及びドレイン領域を形成することで改善を図ることができる。
【００３８】
すなわち、この薄膜トランジスタ１を駆動素子として備えた表示装置においては、本実施形態におけるように、画素回路中の閾値変動回路に関わる容量が、薄膜トランジスタ１のソース領域１２に接続されず、従来構造と同等のΔＬ（つまりΔＬ２）によるドレイン領域１３にのみ接続された構成とすることが好ましい。このように構成することにより、フィードスルー電圧の影響を回避することができる。
したがって、以上の検討結果からも、前述のようなソース領域及びドレイン領域のいずれか一方のみ、より好ましくはソース領域のみに対応して伝熱部材が設けられた薄膜トランジスタによる構成とすることによって、駆動素子によるアクティブマトリックス型の表示装置の表示特性を向上させることができると考えられる。
なお、熱拡散長の比較的大きい固体レーザーアニールの場合でも熱拡散長は１０μｍ程度であり、Siの融点（1400℃）からも、結晶化に影響する温度に関する熱拡散は数μｍの範囲に限られると考えられる。フラットパネルの設計ルールは一般にはLine/Space=3/3μｍであるが、3μｍの近傍に別のパターンを配置すると電気的短絡（ショート）が生じるなどのおそれがある。前述の特許文献２に記載の手法による場合には、ゲートメタルとパターンの間に3μｍの間隙があり、しかもその間には比較的熱伝導率の低いSiO2あるいはSi3N4が存在することからも、本発明による構成が好ましいと考えられる。
【００３９】
＜薄膜トランジスタの製造方法の実施形態＞
次に、図３及び図４を用いて、本発明に係る、薄膜トランジスタの製造方法の実施形態を説明する。
【００４０】
まず、図３Ａに示すように、絶縁性の基板２を用意し、その表面に例えばスパッタによってモリブデン薄膜を形成し、このモリブデン薄膜に例えばフォトリソグラフィ及びエッチングを施すことによって、ゲート電極３を、最終的に得るチャネル領域の幅に比して幅広に、熱的に連連結される伝熱部材として一体とされた伝熱部３ａとともに、つまり同時に配置形成する第１工程を行う。
続いて、このゲート電極３上に、例えばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition；化学気相成長）法によって、ＳｉＮ及びＳｉＯ２によるゲート絶縁層４と、アモルファスシリコンによるＳｉ層５とを形成して、第２工程及び第３工程を行う。
【００４１】
続いて、図３Ｂに示すように、固体レーザーなどによるレーザー光Ｌを、最終的に得る薄膜トランジスタにおけるソース領域側からスキャン照射して、Ｓｉ層５の結晶化を開始する。
【００４２】
続いて、図３Ｃに示すように、引き続きＳｉ層６に対するレーザー光のスキャン照射を行い、少なくともゲート電極３上全域のＳｉ層５を結晶化して第４工程を行う。
本実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法によれば、チャネル領域に相当する部分にレーザー光Ｌが到達する前にゲート電極３を熱的に飽和させたプリアニール状態とすることができ、最終的に得るチャネル領域に相当する部分の結晶化を均一に行うことができる。
【００４３】
ここで、レーザーとしてアモルファスＳｉ層が吸収しない波長のものを用いる場合には、レーザー照射の前にアモルファスＳｉ上にバッファー層として３０ｎｍのＳｉＯ２層と、光吸収層として２００ｎｍのＭｏ層を形成し、その後にレーザー照射を行うことにより結晶化を行っても良い。この場合、バッファー層としてのＳｉＯ２層と光吸収層としてのＭｏ層は、結晶化の後にエッチングし除去する。具体的には、光吸収層の発する熱によって間接的にアモルファスＳｉを結晶化させて形成した後、バッファー層としてのＳｉＯ２層と光吸収層としてのＭｏ層をエッチング除去する。
なお、バッファー層となるＳｉＯ２層は、Ｓｉ層５への金属拡散を防止するためのもので極めて薄い層で形成される。バッファー層としては、ＳｉＯ２層で無くとも光吸収層として用いる金属のＳｉ層５への拡散やＳｉ層５界面での熱反応を抑制できる材料であれば構わず、極めて薄い層で形成される。また、光吸収層として用いる金属としてはＭｏでなくともレーザー光を吸収し熱に変換できる材料であれば構わない。
【００４４】
レーザー光Ｌのスキャン照射に続いて、図４Ａに示すように、結晶化されたＳｉ層５の上にアモルファスＳｉ層６を形成する。
【００４５】
続いて、図４Ｂに示すように、このアモルファスＳｉ層６上の、最終的にチャネル領域となる部分に対応させて、例えばＳｉＮによるエッチングストップ層７を形成する。エッチングストップ層７の形成に際しては、前述のようにソース側のΔＬ１とドレイン側のΔＬ２の関係がΔＬ１＞ΔＬ２となるように形成する。Ｓｉ層５及びアモルファスＳｉ層６では、エッチングストップ層７の直下にチャネル領域１５が形成され、その両側にソース領域１２及びドレイン領域１３が形成される。
【００４６】
続いて、このエッチングストップ層７と周辺のアモルファスＳｉ層６の露出部とに渡って、ｎ＋アモルファスＳｉ層８を形成する。
その後、図４Ｃに示すように、ｎ＋アモルファスＳｉ層８及びエッチングストップ層７にわたって、第１〜第３の金属層９〜１１を形成し、エッチングストップ層７上の第１〜第３の金属層９〜１１、及びチャネル部のｎ＋アモルファスＳｉ層８をエッチングする。これによって、ソース領域１２及びドレイン領域１３上に、第１〜第３の金属層９〜１１によるソース電極１６とドレイン電極１７とが形成される。さらに、全面にパッシベーション膜となるＳｉＮ層１４を形成して、逆スタガ型トランジスタを得る。
【００４７】
なお、従来、ゲート電極と伝熱部材に対応してレーザー光の照射条件を選定する提案もなされてきたが、レーザー光の照射によるアモルファスシリコンの結晶化に対応して伝熱部材の配置条件を選定する方が好ましく、本発明によればそれが可能となる。
また、従来技術における非対称なトランジスタ構造としては、ラテラル結晶化におけるグレインバウンダリーをチャネル領域外に形成させる非対称構造や、ソース側に形成する低濃度注入領域を減らすことでソース側の寄生抵抗を減少させる非対称ＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造が提案されている（例えば特許文献３及び４参照）。しかしながら、本実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法は、レーザー光のスキャン照射におけるスキャン上流側に、ゲート電極３に少なくとも熱的に連結された伝熱部材を設けることによって、熱拡散に基づくアモルファスシリコンの結晶化における不均一性を改善することを可能とするものであり、これら特許文献３及び４に記載の非対称構造とは目的や効果に大きな差異を有するものである。
【００４８】
以上、本発明に係る実施の形態を説明したが、本実施形態の説明で挙げた使用材料及びその量、処理時間及び寸法などの数値的条件は好適例に過ぎず、説明に用いた各図における寸法形状及び配置関係も概略的なものである。すなわち、本発明は、この実施の形態に限られるものではない。
例えば、バッファー層となるＳｉＯ２層の厚さは１〜１００ｎｍの間を中心として、光吸収層となるＭｏ層の厚さは５０〜３００ｎｍの間を中心として、それぞれ好適な厚さを選定することができる。
また、例えば、前述の実施の形態において、アモルファスＳｉ層６は結晶性Ｓｉ層５とｎ＋アモルファスシリコン層８の緩衝層であることから、アモルファスＳｉ層６が結晶性Ｓｉ層５の直上に配置された構成に限られず、ｎ＋アモルファスＳｉ層８の直下に配置した構成とすることも可能である。
【００４９】
また、例えば、本実施形態では逆スタガ型のトランジスタにおける例を説明したが、他のボトムゲート型の構成とすることもできるし、必ずしもボトムゲート型でなくとも、ゲート電極形成後にゲート電極による熱拡散が問題となる構成に適用可能である。
また、例えば、本実施形態ではエッチングストッパータイプの薄膜トランジスタを例として本発明に係る薄膜トランジスタ及びその製造方法の実施形態について説明したが、エッチングストッパを用いないバックチャネルタイプのトランジスタを用いても構わない。
また、前述の結晶化は、所謂多結晶化に限られず、微結晶化でも良い。
【００５０】
また、例えば、本実施形態に係る表示装置において、単位画素に相当する単位領域のうち、互いに隣り合う第１及び第２の単位領域内が、基板の主面に直交する仮想面について少なくとも一部を対称な配置形状とされた２次元マトリックス状の配置構成とすることができる。この場合、各単位領域の薄膜トランジスタを本発明に係る薄膜トランジスタによる構成し、表示装置の製造を、例えばこれら第１及び第２の単位領域の、仮想面に隣接する各隣接部に同時にレーザー光照射することによって行うこともできる。
【００５１】
また、上例では、本発明を有機ＥＬディスプレイ及びこれに用いられる薄膜トランジスタに適用した。その他、本発明は、薄膜トランジスタの閾値変動抑制、移動度向上、面内での特性均一性などが要求されるものであれば、液晶ディスプレイなど、他のフラットパネルディスプレイ及びそれに用いる薄膜トランジスタにて適用できるなど、本発明は、種々の変形及び変更をなされうる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】Ａ，Ｂ  それぞれ、本発明に係る薄膜トランジスタの、一例の構成を示す概略断面図、及び概略上面図である。
【図２】本発明に係る表示装置の、一例の構成における単位画素の駆動の説明に供する等価回路図である。
【図３】Ａ〜Ｃ  それぞれ、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法の一例を示す製造工程図（その１）である。
【図４】Ａ〜Ｃ  それぞれ、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法の一例を示す製造工程図（その２）である。
【図５】Ａ，Ｂ  それぞれ、従来の薄膜トランジスタの構成を示す概略断面図、及び概略上面図である。
【図６】Ａ，Ｂ  それぞれ、レーザー光照射によるアニールの一例の説明に供する模式図と、レーザー光のエネルギー強度の一例を示す模式図である。
【図７】アニール手法ごとの、アニール時間と熱拡散長の関係を示す模式図である。
【図８】レーザー光照射によるアニールの他の例の説明に供する模式図である。
【符号の説明】
【００５３】
１・・・薄膜トランジスタ、２・・・基板、３・・・ゲート電極、３ａ・・・伝熱部（伝熱部材）、４・・・ゲート絶縁層、５・・・Ｓｉ層、６・・・アモルファスＳｉ層、７・・・エッチングストップ層、８・・・ｎ＋アモルファスＳｉ層、９・・・第１金属層、１０・・・第２金属層、１１・・・第３金属層、１２・・・ソース領域、１３・・・ドレイン領域、１４・・・ＳｉＮ層、１５・・・チャネル領域、１６・・・ソース電極、１７・・・ドレイン電極、１０１・・・従来の薄膜トランジスタ、１０２・・・基板、１０３・・・ゲート電極、１０４・・・ゲート絶縁層、１０５・・・Ｓｉ層、１０６・・・アモルファスＳｉ層、１０７・・・エッチングストップ層、１０８・・・ｎ＋アモルファスＳｉ層、１０９・・・第１金属層、１１０・・・第２金属層、１１１・・・第３金属層、１１２・・・ソース領域、１１３・・・ドレイン領域、１１４・・・ＳｉＮ層、１１５・・・チャネル領域、１１６・・・ソース電極、１１７・・・ドレイン電極、２０２・・・単位領域、２０３・・・パルスレーザー光、２０４・・・レーザー照射領域、２０５・・・連続レーザー光
【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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