(57)【要約】【課題】擬似単結晶膜を用いた薄膜トランジスタにおいて、粒界の方向設定に起因して低下する性能と耐圧を向上させる。【解決手段】この薄膜トランジスタにあっては、例えば、ｎチャネル型の場合には正孔、ｐチャネル型の場合には電子がチャネル領域２３の長さ方向に移動するのだが、粒界がチャネル領域２３の長さ方向に沿うように配置されているので、以下の不都合、つまり正孔や電子がその移動を粒界に妨げられ、局所的に蓄積することを防止する作用が働く。これにより、正孔や電子の移動度を高めるとともに、耐圧を高めてキンク効果やシングルラッチアップを発生しにくくすることができる。【選択図】図１
2007300056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャネル領域を構成する擬似単結晶膜の粒界を当該チャネル領域の長さ方向に沿うように配置したことを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記チャネル領域に配置されたＴ字型のゲート電極を備えることを特徴とする請求項１記載の薄膜トランジスタ。
【請求項３】
前記Ｔ字型のゲート電極は、前記チャネル領域の幅方向に長い線状部分を有し、該線状部分における擬似単結晶膜の粒界を当該線状部分の長さ方向に沿うように配置したことを特徴とする請求項２記載の薄膜トランジスタ。
【請求項４】
格子状に並ぶ擬似単結晶膜であって粒界が一方の並び方向に沿った擬似単結晶膜の中にあって他方の並び方向に並ぶ擬似単結晶膜で前記チャネル領域が構成されていることを特徴とする請求項１記載の薄膜トランジスタ。
【請求項５】
格子状に並ぶ擬似単結晶膜であって粒界が一方の並び方向に沿った擬似単結晶膜の中にあって他方の並び方向に並ぶ擬似単結晶膜と、その端のものに対して前記一方の並び方向に並ぶ擬似単結晶膜とを交互に備えるスパイラルで前記チャネル領域が構成されていることを特徴とする請求項１記載の薄膜トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャネル領域を擬似単結晶膜で構成した薄膜トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の液晶表示装置では、液晶パネル上に周辺回路が搭載されるようになってきた。いわゆるシステム・オン・ディスプレイである。システム・オン・ディスプレイ用の薄膜トランジスタには、特許文献１に示すような多結晶薄膜を用いるものもあるが、一方向に成長した結晶からなる擬似単結晶膜を用いた場合には電気的特性を高めることができる。
【特許文献１】特開２００４−２７３８２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、擬似単結晶膜を用いた場合でも、その粒界の方向設定によっては、正孔や電子がその移動を粒界に妨げられ、移動度が低下する場合がある。また、図８に示すように、例えば、高電圧で用いる薄膜トランジスタ（高電圧側ＴＦＴ）においてキンク効果の生じる可能性が高まる場合がある。また、薄膜トランジスタはＭＯＳトランジスタなので、そのバイポーラアクションであるシングルラッチアップの生じる可能性が高まる場合がある。つまり、例えばソース電極に与えられる電圧が閾値電圧（以下、耐圧）を超えたときにキンク効果やシングルラッチアップが生じるとすると、その耐圧が低下してしまうのである。
【０００４】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、擬似単結晶膜を用いた薄膜トランジスタにおいて、粒界の方向設定に起因して低下する性能と耐圧の向上を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１記載の薄膜トランジスタは、チャネル領域を構成する擬似単結晶膜の粒界を当該チャネル領域の長さ方向に沿うように配置したことを特徴とする。
【０００６】
この薄膜トランジスタにあっては、粒界をチャネル領域の長さ方向に沿うように配置したことで、正孔や電子が局所的に蓄積することを防止する作用が働き、もって、性能および耐圧を高めることができる。
【０００７】
請求項２記載の薄膜トランジスタは、請求項１記載の薄膜トランジスタにおいて、前記チャネル領域に配置されたＴ字型のゲート電極を備えることを特徴とする。
【０００８】
この薄膜トランジスタにあっては、Ｔ字型のゲート電極により、基板電位の安定化を図ることができる。
【０００９】
請求項３記載の薄膜トランジスタは、請求項２記載の薄膜トランジスタにおいて、前記Ｔ字型のゲート電極は、前記チャネル領域の幅方向に長い線状部分を有し、該線状部分における擬似単結晶膜の粒界を当該線状部分の長さ方向に沿うように配置したことを特徴とする。
【００１０】
この薄膜トランジスタにあっては、線状部分の長さ方向に沿うように粒界を配置したことで、ボディ抵抗がさらに低下して、正孔や電子の移動度がさらに高まる。その結果、さらに耐圧を高めてキンク効果やシングルラッチアップを発生しにくくすることができる。
【００１１】
請求項４記載の薄膜トランジスタは、請求項１記載の薄膜トランジスタにおいて、格子状に並ぶ擬似単結晶膜であって粒界が一方の並び方向に沿った擬似単結晶膜の中にあって他方の並び方向に並ぶ擬似単結晶膜で前記チャネル領域が構成されていることを特徴とする。
【００１２】
この薄膜トランジスタにあっては、他方の並び方向つまり粒界に交わる方向に並ぶ擬似単結晶膜でチャネル領域を構成したことで、チャネル領域の面積が広くなり、これにより、正孔や電子の局所的な蓄積を防止する作用が高まり、もって、性能および耐圧をさらに高めることができる。
【００１３】
請求項５記載の薄膜トランジスタは、請求項１記載の薄膜トランジスタにおいて、格子状に並ぶ擬似単結晶膜であって粒界が一方の並び方向に沿った擬似単結晶膜の中にあって他方の並び方向に並ぶ擬似単結晶膜と、その端のものに対して前記一方の並び方向に並ぶ擬似単結晶膜とを交互に備えるスパイラルで前記チャネル領域が構成されていることを特徴とする。
【００１４】
この薄膜トランジスタにあっては、上記スパイラルでチャネル領域を構成したことで、チャネル領域の面積が一層広くなり、これにより、正孔や電子の局所的な蓄積を防止する作用が一層高まり、もって、性能および耐圧をさらに高めることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、粒界をチャネル領域の長さ方向に沿うように配置したことで、正孔や電子が局所的に蓄積することを防止する作用が働き、もって、性能および耐圧を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
［第１の実施の形態］
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る液晶表示装置に用いられる薄膜トランジスタのチャネル領域等を構成する擬似単結晶膜の平面図である。図１（ｂ）は、その薄膜トランジスタの概略構成を示す平面図である。
【００１８】
本薄膜トランジスタを製造する際には、まず、非結晶半導体薄膜を堆積したガラスなどの絶縁基板上に、２ｓｔｅｐ−ＳＬＳ、ＰＭ−ＥＭＡ法と称される方法により、格子状に並ぶ擬似単結晶膜１が生成される。各擬似単結晶膜１は、一方向に成長した結晶からなる結晶膜であり、その粒界（結晶粒界またはグレインバウンダリともいう）は一方の並び方向（図１（ａ）における横方向）に沿うように配置されている。いわば、粒界の方向と横方向とが平行になるように配置されている。なお、擬似単結晶膜１は正方形だが、長方形でもよく、以下の実施の形態でも同じである。
【００１９】
次に、例えば、１つの擬似単結晶膜１がパターニングされ、その上にシリコン酸化膜などを介してゲート電極３が形成される。ここでは、パターニングされた擬似単結晶膜１の粒界が、後に形成されるソース領域２１およびドレイン領域２２に挟まれるチャネル領域２３の長さ方向に沿うように（理想的には粒界の方向とチャネル領域２３の長さ方向とが平行になるように）ゲート電極３を配置する。つまり、このようなチャネル領域２３の上にゲート電極３を配置する。そして、ゲート電極３をマスクとして、ｐ型またはｎ型の高濃度の不純物を注入することで、ソース領域２１およびドレイン領域２２が形成され、アニールにより不純物が活性化される。
【００２０】
さらに層間絶縁膜が形成され、そのソース領域２１およびドレイン領域２２の部分にコンタクトホールが形成される。そして、そのコンタクトホールを介してソース電極およびドレイン電極が形成される。
【００２１】
この薄膜トランジスタにあっては、例えば、ｎチャネル型の場合には正孔、ｐチャネル型の場合には電子がチャネル領域２３の長さ方向に移動するのだが、粒界がチャネル領域２３の長さ方向に沿うように配置されているので、以下の不都合、つまり正孔や電子がその移動を粒界に妨げられ、局所的に蓄積することを防止する作用が働く。これにより、正孔や電子の移動度を高めるとともに、耐圧を高めてキンク効果やシングルラッチアップを発生しにくくすることができる。
【００２２】
より詳しくは、シリコンのゾーンメルトの原理により、粒界にはシリコン溶融時にボロン等の不純物が集中してボディ抵抗が低下することとなり、また、粒界は他の横方向成長に比べて粒界トラップ準位密度が著しく大きくなるので、本実施の形態では、このボディ抵抗の低下や粒界トラップ準位密度の増大をもたらす粒界を積極的に利用しているのである。
【００２３】
図２は、他の例に係る薄膜トランジスタの概略構成を示す平面図である。この薄膜トランジスタのゲート電極３はＴ字型に形成される。これにより、基板電位の安定化を図ることができる。なお、ここでは粒界をチャネル領域２３の幅方向に沿うようにも配置している。
【００２４】
図３は、さらに他の例に係る薄膜トランジスタの概略構成を示す平面図である。この薄膜トランジスタは、図２の薄膜トランジスタと同様にＴ字型のゲート電極３を備える。粒界はチャネル領域２３の幅方向に沿うようにも配置されている。このゲート電極３は、チャネル領域２３の幅方向に長い線状部分３ａを有しているのだが、チャネル領域２３の幅方向に沿う粒界は、この線状部分３ａに配置されている。つまり、線状部分３ａの長さ方向に沿うように粒界が配置されている。これにより、ボディ抵抗がさらに低下して、正孔や電子の移動度がさらに高まる。その結果、さらに耐圧を高めてキンク効果やシングルラッチアップを発生しにくくすることができる。
【００２５】
図４は、インパクトイオン化が生じた際の電子と正孔の動きを示す図である。電子の衝突によるインパクトイオン化で正孔が生じるのだが、その正孔はソース領域２１側に溜まる傾向がある。図１〜図３の薄膜トランジスタでは、チャネル領域２３の長さ方向に沿うように粒界を配置することで、正孔が滞留せずソース領域２１へと流れるようになる。特に、図３の薄膜トランジスタでは、ボディ抵抗のさらなる低下により、この効果が一層高まる。
【００２６】
図５は、第１の実施の形態に係る液晶表示装置の基本構成を示す回路構成図である。
【００２７】
液晶パネル１００では、複数の信号線Ｓ１〜Ｓｍ（以下、総称Ｓ）と複数の走査線Ｇ１〜Ｇｎ（以下、総称Ｇ）とが、図示しない絶縁層を介してマトリクス状に配線されている。信号線Ｓ及び走査線Ｇの各交差部には、図１で説明した薄膜トランジスタからなるスイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷｎｍ（以下、総称ＳＷ）がアレイ基板１０１上に配置されている。
【００２８】
各スイッチング素子ＳＷのソース電極１１は信号線Ｓに接続され、ゲート電極１２は走査線Ｇに接続され、更にドレイン電極１３には画素電極１４及び補助容量（Ｃｓ）１５がそれぞれ接続されている。
【００２９】
画素電極１４と相対して配置された共通電極１６は、図示しない対向基板上に形成されている。そして、画素電極１４と共通電極１６との間には液晶層１７が挟持され、液晶容量Ｃｌｃを形成している。
【００３０】
液晶パネル１００には、図１で説明した薄膜トランジスタを含むＸドライバ１８（信号線駆動回路）およびＹドライバ１９（走査線駆動回路）が備えられており、Ｙドライバ１９から各走査線Ｇに供給される走査信号により、スイッチング素子ＳＷがオン／オフされるタイミングに同期して、Ｘドライバ１８から各信号線Ｓに画素信号が供給されることで、画像表示がなされる。
【００３１】
したがって、図５の液晶表示装置にあっては、図１〜図３の薄膜トランジスタを使用したことで、その性能向上を図ることができる。
【００３２】
［第２の実施の形態］
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る液晶表示装置に用いられる薄膜トランジスタの概略構成を示す平面図である。
【００３３】
本薄膜トランジスタを製造する際には、まず、図１（ａ）のものと同様の、格子状に並ぶ擬似単結晶膜１が生成される。各擬似単結晶膜１の粒界は一方の並び方向に沿うように配置されている。
【００３４】
次に、例えば、図６に示すように、３列を構成する１８個の擬似単結晶膜１がパターニングされ、その上にシリコン酸化膜などを介してゲート電極３が形成される。ここでは、図６に示した擬似単結晶膜１における一方の並び方向（粒界が沿う横方向）ではない並び方向（縦方向）に並んでいる擬似単結晶膜１でチャネル領域２３が構成されるようにゲート電極３を配置する。つまり、このようなチャネル領域２３の上にゲート電極３を配置する。
【００３５】
以降の工程については、第１の実施の形態と同様であるから、説明を省略する。
【００３６】
図６では、１列を構成する６個の擬似単結晶膜１でチャネル領域２３が構成されているが、この列数や個数に限らなくてもよい。
【００３７】
この薄膜トランジスタにあっては、やはり、粒界がチャネル領域２３の長さ方向に沿うように配置されているので、移動度を高めるとともに、耐圧を高めてキンク効果やシングルラッチアップを発生しにくくすることができる。
【００３８】
また、擬似単結晶膜１の粒界が沿う並び方向（横方向）ではない他方の並び方向（縦方向）に並ぶ擬似単結晶膜１でチャネル領域２３を構成してチャネル領域２３の幅（ゲート電極３の幅）を広くしたので、チャネル領域２３の面積が広くなる。これにより、正孔や電子の局所的な蓄積を防止する作用が高まり、その結果、移動度をさらに高めるとともに、耐圧をさらに高めてキンク効果やシングルラッチアップをさらに発生しにくくすることができる。例えば、高い耐圧が要求される入出力保護回路などに本薄膜トランジスタを使用することができる。
【００３９】
また、図５の液晶表示装置と同様の液晶表示装置に、図６の薄膜トランジスタを使用したものが第２の実施の形態の液晶表示装置であり、やはり、その性能向上を図ることができる。
【００４０】
［第３の実施の形態］
図７は、本発明の第３の実施の形態に係る液晶表示装置に用いられる薄膜トランジスタの概略構成を示す平面図である。
【００４１】
本薄膜トランジスタを製造する際には、まず、図７に示すように、図１のものと同様の擬似単結晶膜１が生成される。各擬似単結晶膜１の粒界は一方の並び方向（図７における横方向）に沿っている。
【００４２】
次に、その上にシリコン酸化膜などを介してゲート電極３が形成される。ここでは、図７に示した擬似単結晶膜１における一方の並び方向（粒界が沿う横方向）ではない並び方向（縦方向）に並ぶ擬似単結晶膜１（１ａ）と、その端のものに対して一方の並び方向（横方向）に並ぶ擬似単結晶膜１（１ｂ）とを交互に備えるスパイラルでチャネル領域２３が構成されるようにゲート電極３を配置する。つまり、このようなチャネル領域２３の上にゲート電極３を配置する。これにより、Ｓｉ（シリコン）エッジに内接する擬似単結晶膜１を出来るだけ避けてチャネル領域２３を形成することができる。なお、擬似単結晶膜１ａや１ｂの個数や配置は、図７に示すものに限らなくてもよい。
【００４３】
以降の工程については、上記実施の形態と同様であるから、説明を省略する。
【００４４】
この薄膜トランジスタにあっては、擬似単結晶膜１ａにより構成されたチャネル領域２３の部分では、粒界がチャネル領域２３の長さ方向に沿うように配置されているので、移動度を高めるとともに、耐圧を高めてキンク効果やシングルラッチアップを発生しにくくすることができる。
【００４５】
また、図７のスパイラルでチャネル領域２３を構成してチャネル領域２３の幅を一層広くしたので、チャネル領域２３の面積が一層広くなる。これにより、正孔や電子の局所的な蓄積を防止する作用が一層高まり、その結果、移動度をさらに高めるとともに、耐圧をさらに高めてキンク効果やシングルラッチアップをさらに発生しにくくすることができる。やはり、本薄膜トランジスタは、高い耐圧が要求される入出力保護回路などに使用することができる。
【００４６】
また、図５の液晶表示装置と同様の液晶表示装置に、図７の薄膜トランジスタを使用したものが第３の実施の形態の液晶表示装置であり、やはり、その性能向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る液晶表示装置に用いられる薄膜トランジスタのチャネル領域等を構成する擬似単結晶膜の平面図であり、図１（ｂ）は、その薄膜トランジスタの概略構成を示す平面図である。
【図２】図２は、他の例に係る薄膜トランジスタの概略構成を示す平面図である。
【図３】図３は、さらに他の例に係る薄膜トランジスタの概略構成を示す平面図である。
【図４】図４は、インパクトイオン化が生じた際の電子と正孔の動きを示す図である。
【図５】図５は、第１の実施の形態に係る液晶表示装置の基本構成を示す回路構成図である。
【図６】図６は、第２の実施の形態に係る液晶表示装置に用いられる薄膜トランジスタの概略構成を示す平面図である。
【図７】図７は、第３の実施の形態に係る液晶表示装置に用いられる薄膜トランジスタの概略構成を示す平面図である。
【図８】図８は、従来の薄膜トランジスタの特性を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１、１ａ、１ｂ  擬似単結晶膜
３、１２  ゲート電極
２１  ソース領域
２２  ドレイン領域
２３  チャネル領域
１００  液晶パネル
１８  Ｘドライバ
１９  Ｙドライバ
ＳＷ  スイッチング素子
【図１】
2007300056.tif 000003
【図２】
2007300056.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007300056.tif 000006
【図５】
2007300056.tif 000007
【図６】
2007300056.tif 000008
【図７】
2007300056.tif 000009
【図８】
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