(57)【要約】【課題】チャネル領域を複数に分割することなく、発熱による特性の劣化を防止することができる薄膜トランジスタ、半導体装置及び電気光学装置を提供する。【解決手段】基板１上に金属層３が形成され、金属層３上に絶縁層４を介して半導体層５が形成され、金属層３の半導体層４に対向する領域の少なくとも一部に凸部３ａにより凹凸が形成されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に金属層が形成され、前記金属層上に絶縁層を介して半導体層が形成され、
前記金属層の前記半導体層に対向する領域の少なくとも一部に凹凸が形成されていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記凹凸は、前記半導体層のチャネル領域に対向する領域に形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３】
前記凹凸を形成する凸部は、前記チャネル領域を流れる電流の方向に沿って延びるように形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項４】
前記金属層は、前記薄膜トランジスタのソース電極と電気的に接続された下部電極であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項５】
前記金属層は、前記チャネル領域を遮光する遮光層であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項６】
前記金属層は、前記薄膜トランジスタのゲート電極であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタを備えた半導体装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタを備えた電気光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、薄膜トランジスタ、半導体装置及び電気光学装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、特性が劣化しにくい薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）が知られている。このＴＦＴは、動作時の発熱によりチャネルのダングリングボンドをターミネイトしていた水素が離脱して特性が劣化するのを防止するため、ＴＦＴのチャネル領域を複数に分割して発熱を防止するものである（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−９７７０１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、上記従来のＴＦＴは、発熱を防止するためにチャネル領域を複数に分割しなくてはならないという課題がある。そのため、ＴＦＴの設置面積が拡大したり、製造工程が複雑化したりするという問題がある。
【０００４】
そこで、この発明は、チャネル領域を複数に分割することなく、発熱による特性の劣化を防止することができる薄膜トランジスタ、半導体装置及び電気光学装置を提供するものである。
【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、本発明の薄膜トランジスタは、基板上に金属層が形成され、前記金属層上に絶縁層を介して半導体層が形成され、前記金属層の前記半導体層に対向する領域の少なくとも一部に凹凸が形成されていることを特徴とする。
【０００６】
このように構成することで、金属層の半導体層に対向する面の表面積が増加する。そのため、金属層に凹凸が形成されていない場合と比較して、半導体層で発生した熱を金属層へ放熱させやすくなり、半導体層の放熱性が向上する。これにより、半導体層の温度上昇を抑制して、薄膜トランジスタの特性の劣化を防止することができる。
【０００７】
また、本発明の薄膜トランジスタは、前記凹凸は、前記半導体層のチャネル領域に対向する領域に形成されていることを特徴とする
【０００８】
このように構成することで、チャネル領域で発生した熱を金属層に放熱させやすくなり、チャネル領域の温度上昇をより効果的に防止することができる。
【０００９】
また、本発明の薄膜トランジスタは、前記凹凸を形成する凸部は、前記チャネル領域を流れる電流の方向に沿って延びるように形成されていることを特徴とする。
【００１０】
このように構成することで、金属層の凹凸により絶縁層に凹凸が形成され、半導体層が絶縁層の凹凸の凸部の角で部分的に不連続になった場合であっても、半導体層が電気的に不連続になることを防止でき、半導体層に電流を流すことができる。
【００１１】
また、本発明の薄膜トランジスタは、前記金属層は、前記薄膜トランジスタのソース電極と電気的に接続された下部電極であることを特徴とする。
【００１２】
このように構成することで、下部電極の電位がソース電極と同電位となるので、寄生バイポーラ効果を抑制することができ、薄膜トランジスタの特性を向上させることができる。
【００１３】
また、本発明の薄膜トランジスタは、前記金属層は、前記半導体層を遮光する遮光層であることを特徴とする。
【００１４】
このように構成することで、半導体層に対向する遮光層の表面積を増加させ、半導体層で発生した熱を遮光層に放熱させやすくして、半導体層の温度上昇を抑制することができる。
【００１５】
また、本発明の薄膜トランジスタは、前記金属膜は、前記薄膜トランジスタのゲート電極であることを特徴とする。
【００１６】
このように構成することで、半導体層に対向するゲート電極の表面積を増加させ、半導体層で発生した熱をゲート電極に放熱させやすくして、半導体層の温度上昇を抑制することができる。
【００１７】
また、本発明の半導体装置は、上記のいずれかの薄膜トランジスタを備えている。
上述のように、特性が向上された薄膜トランジスタ備えているので、半導体装置を高性能化させることができる。
【００１８】
また、本発明の電気光学装置は、上記のいずれかの薄膜トランジスタを備えている。
上述のように、特性が向上された薄膜トランジスタを備えているので、電気光学装置のスイッチング性能が向上され、電気光学装置の表示性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
＜第一実施形態＞
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各図面では、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材ごとに縮尺を適宜変更している。
【００２０】
（薄膜トランジスタ）
図１は、この実施の形態のＴＦＴ１０の概略構成を示す断面図である。図１に示すように、基板１上に絶縁層２が形成され、絶縁層２上には島状に下部電極（金属層）３が形成されている。ここで、基板１は、例えば、石英やガラス等の透明材料により形成され、絶縁層２はＳｉＯ２等により形成されている。また、下部電極３は、例えば、Ａｌ等の金属材料により形成されている。
【００２１】
下部電極３上には、下部電極３と絶縁層２を覆うように、絶縁層４が形成されている。絶縁層４は、例えば、ＳｉＯ２等により形成されている。絶縁層４には、絶縁層４を貫通して下部電極３に達するコンタクトホール４ａが形成されている。
【００２２】
絶縁層４上には、下部電極３に対向するように半導体層５が形成されている。半導体層５はコンタクトホール４ａの内面を含む絶縁層４の表面に沿って形成され、下部電極３に接触して電気的に接続されている。半導体層５は、例えば、多結晶シリコン等により形成され、延在方向の一方の端部がソース領域５ｓ、他方の端部がドレイン領域５ｄとなっている。ソース領域５ｓ及びドレイン領域５ｄにはそれぞれ不純物が高濃度で注入されている。また、半導体層５のソース領域５ｓとドレイン領域５ｄとの間の領域はチャネル領域５ｃとなっている。
【００２３】
半導体層５上には、半導体層５及び絶縁層４を覆うようにゲート絶縁膜６が形成されている。ゲート絶縁膜６は、例えば、ＳｉＯ２等により形成されている。
ゲート絶縁膜６上には、半導体層５のチャネル領域５ｃに対向する領域にゲート電極７が形成されている。ゲート電極７は、例えば、Ａｌ等の金属材料により形成されている。
【００２４】
ゲート電極７上には、ゲート電極７とゲート絶縁膜６を覆うように、絶縁層８が形成されている。絶縁層８には、絶縁層８及びゲート絶縁膜６を貫通し、コンタクトホール４ａに連通して半導体層５のソース領域５ｓに達するコンタクトホール８ａと、絶縁層８及びゲート絶縁膜６を貫通し、半導体層５のドレイン領域５ｄに達するコンタクトホール８ｂと、が形成されている。また、絶縁層８上には、例えば、Ａｌ等の金属材料によりソース電極１１およびドレイン電極１２が形成されている。ソース電極１１及びドレイン電極１２は、それぞれ、コンタクトホール８ａ，８ｂを介して半導体層５のソース領域５ｓ及びドレイン領域５ｄに接続されている。
【００２５】
ここで、この実施の形態では、下部電極３の半導体層５に対向する領域に、複数の凸部３ａが形成されている。また、凸部３ａはチャネル領域５ｃに対向する領域にも形成されて、下部電極３の表面に凹凸を形成している。図１に示す凸部３ａの形状及び配置は、凸部３ａの配置を解り易くするためのものであり、凸部３ａは後述するように任意の形状及び配置とすることができる。また、下部電極３のコンタクトホール４ａに対応する部分には凸部３ａは形成されず、平坦な形状となっている。
【００２６】
図２（ａ）〜図２（ｄ）は、それぞれ、下部電極３を半導体層５側から見たときの凸部３ａの配置の一例を示す平面図である。各図において、下部電極３の左端側にソース電極１１が接続され、右端側に平面的に重なるようにドレイン電極１２が配置される。したがって、図１に示すチャネル領域５ｃを流れる電流は、図２（ａ）〜図２（ｄ）において、図の左から右へ向かう方向に流れる。
【００２７】
図２（ａ）に示す形状及び配置では、凸部３ａは、断面視略矩形状に形成され、チャネル領域５ｃを流れる電流ｉの方向に沿って延びるように形成されている。ここで、図１に示す凸部３ａの基板１の面方向の側面３ｂはテーパ状に傾斜させて形成することが望ましい。
また、図２（ｂ）に示す形状及び配置では、凸部３ａは、図２（ａ）に示す凸部３ａと同様の断面形状に形成され、チャネル領域５ｃを流れる電流ｉの方向に交差するように配置されている。
また、図２（ｃ）に示す形状及び配置では、凸部３ａは、図２（ｂ）に示す凸部３ａと同様の断面形状および配置とされ、平面視で延在方向にジグザクに屈曲されて形成されている。
また、図２（ｄ）に示す形状及び配置では、凸部３ａは、略半球形状に形成され、下部電極３上に複数の凸部３ａが点在している。
【００２８】
次に、この実施の形態の作用について説明する。
図１に示すソース電極１１に電流が供給され、半導体層５のチャネル領域５ｃに電流が流れると、チャネル領域５ｃの温度が上昇する。そして、チャネル領域５ｃにおいて発生した熱の一部は、下部電極３に放熱される。
【００２９】
ここで、上述のように、下部電極３の半導体層５側の面には凸部３ａにより凹凸が形成されている。そのため、凹凸が形成されていない場合と比較して、下部電極３の半導体層５に対向する面の表面積が増加する。そのため、半導体層５で発生した熱を下部電極３へ放熱させやすくなり、半導体層５の下部電極３への放熱性が向上する。これにより、半導体層５の温度上昇を抑制して、ＴＦＴ１０の特性が劣化することを防止できる。
【００３０】
また、この実施の形態では、半導体層５のチャネル領域５ｃに対向する領域にも凸部３ａが形成されて凹凸が形成されているので、チャネル領域５ｃで発生した熱をより下部電極３に放熱させやすくなり、チャネル領域５ｃの温度上昇をより効果的に抑制することができる。
【００３１】
また、凸部３ａを図２（ａ）に示す形状及び配置とした場合には、下部電極３の凹凸により絶縁層４に凹凸が形成され、半導体層５が絶縁層の凹凸の角で部分的に不連続になるいわゆる段切れが発生した場合であっても、半導体層５が電気的に不連続になることを防止でき、半導体層５に安定して電流ｉを流すことができる。したがって、ＴＦＴ１０の信頼性を向上させることができる。
また、上述のように、凸部３ａの側面３ｂをテーパ状に傾斜させて形成することで、半導体層５の段切れを防止することができる。
【００３２】
また、凸部３ａを図２（ｂ）に示す形状及び配置とした場合には、図２（ａ）に示す形状及び配置と比較して凹凸をより多く形成し、下部電極３の半導体層５側の表面積を拡大できる。また、凸部３ａを図２（ｃ）に示す形状及び配置とした場合には、図２（ｂ）に示す形状及び配置と比較して、下部電極３の半導体層５側の表面積を拡大できる。したがって、半導体層５及びチャネル領域５ｃの放熱性をより向上させることができる。
【００３３】
また、凸部３ａを図２（ｄ）に示す形状及び配置とした場合には、下部電極３の半導体層５側の表面積を拡大することができるだけでなく、凸部３ａが半球形状であることから、凹凸の角による半導体層５の段切れを防止して、ＴＦＴ１０の信頼性を向上させることができる。
【００３４】
また、下部電極３がソース電極１１と接続されて電位がソース電極１１と同電位となるので、寄生バイポーラ効果を抑制することができ、ＴＦＴ１０の特性を向上させることができる。
また、下部電極３のコンタクトホール４ａの形成箇所に対応する部分には凸部３ａは形成されず、平坦な形状となっている。これにより、コンタクトホール４ａの形成を容易にすることができる。また、ソース電極１１と半導体層５との接続部の信頼性を向上させ、ＴＦＴ１０の信頼性を向上させることができる。
【００３５】
以上説明したように、この実施の形態のＴＦＴ１０によれば、チャネル領域５ｃを複数に分割することなく、発熱によるＴＦＴ１０の特性の劣化を防止することができ、特性が良好で信頼性の高いＴＦＴ１０を提供することができる。
【００３６】
＜第二実施形態＞
次に、本発明の第二の実施の形態について、図２（ａ）〜図２（ｄ）を援用し、図３を用いて説明する。この実施の形態では、上述の実施の形態で説明したＴＦＴ１０と、基板１上に遮光層（金属層）１３が形成され、遮光層１３上にＴＦＴ２０が形成されている点で異なっている。その他の点は上述の実施の形態と同様であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明は省略する。
【００３７】
図３に示すように、基板１上には基板１を覆うように絶縁層２が形成され、絶縁層２上には島状の遮光層１３が形成されている。遮光層１３は、例えば、アルミニウム等の金属材料により形成されている。遮光層１３上には、遮光層１３及び絶縁層２を覆うように、絶縁層４が形成されている。絶縁層４上には、半導体層５が島状に形成されている。半導体層５上には、半導体層５および絶縁層４を覆うように、ゲート絶縁膜６が形成されている。ゲート絶縁膜６上には、半導体層５のチャネル領域５ｃに対向する領域にゲート電極７が形成されている。
【００３８】
ゲート電極７上には、ゲート電極７およびゲート絶縁膜６を覆うように、絶縁層８が形成されている。絶縁層８上には、ソース電極１１及びドレイン電極１２が島状に形成されている。絶縁層８には、絶縁層８を貫通し、それぞれ半導体層５のソース領域５ｓ及びドレイン領域５ｄに達するコンタクトホール８ａが形成されている。ソース電極１１及びドレイン電極１２は、それぞれ、コンタクトホール８ａ，８ｂを介してソース領域５ｓ及びドレイン領域５ｄに接続されている。
【００３９】
ここで、この実施の形態では、遮光層１３の半導体層５側の面に、上述の実施の形態で説明した下部電極３の凸部３ａと同様の凸部１３ａが形成され、凸部１３ａにより凹凸形状が形成されている。したがって、この実施の形態によれば、半導体層５に対向する遮光層１３の表面積を増加させ、半導体層５で発生した熱を遮光層１３に放熱させやすくして、上述の実施の形態と同様に半導体層５の温度上昇を抑制することができる。
したがって、この実施の形態のＴＦＴによれば、チャネル領域５ｃを複数に分割することなく、発熱によるＴＦＴ２０の特性の劣化を防止することができ、特性が良好で信頼性の高いＴＦＴ２０を提供することができる。
【００４０】
＜第三実施形態＞
次に、本発明の第三の実施の形態について、図２（ａ）〜図２（ｄ）を援用し、図４を用いて説明する。この実施の形態では上述の実施の形態で説明したＴＦＴ１０，２０と、基板１上にゲート電極（金属層）７が形成され、ゲート電極７上にゲート絶縁膜６を介して半導体層５が形成されている点で異なっている。その他の点は上述の実施の形態と同様であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明は省略する。
【００４１】
図４に示すように、基板１上には基板１を覆うように絶縁層２が形成され、絶縁層２上には島状のゲート電極７が形成されている。ゲート電極７上には、ゲート電極７及び絶縁層２を覆うように、ゲート絶縁膜６が形成されている。ゲート絶縁膜６上には、半導体層５が島状に形成されている。半導体層５上には半導体層５およびゲート絶縁膜６を覆うように、絶縁層８が形成されている。
【００４２】
絶縁層８上には、ソース電極１１及びドレイン電極１２が島状に形成されている。絶縁層８には、絶縁層８を貫通し、それぞれ半導体層５のソース領域５ｓ及びドレイン領域５ｄに達するコンタクトホール８ａ，８ｂが形成されている。ソース電極１１及びドレイン電極１２は、それぞれ、コンタクトホール８ａ，８ｂを介してソース領域５ｓ及びドレイン領域５ｄに接続されている。
【００４３】
ここで、この実施の形態では、ゲート電極７の半導体層５側の面に、上述の実施の形態で説明した凸部３ａ,１３ａと同様の凸部７ａが形成され、凸部７ａにより凹凸形状が形成されている。したがって、この実施の形態によれば、半導体層５に対向するゲート電極７の表面積を増加させ、半導体層５で発生した熱をゲート電極７に放熱させやすくして、上述の実施の形態と同様に半導体層５及びチャネル領域５ｃの温度上昇を抑制することができる。
したがって、この実施の形態のＴＦＴ３０によれば、チャネル領域５ｃを複数に分割することなく、発熱によるＴＦＴ３０の特性の劣化を防止することができ、特性が良好で信頼性の高いＴＦＴ３０を提供することができる。
【００４４】
（半導体装置、電気光学装置）
次に、上述の実施の形態で説明したＴＦＴ１０，２０，３０のうち、例えば、ＴＦＴ３０を備えた半導体装置及び電気光学装置について説明する。
図５は、この実施の形態の液晶装置（電気光学装置）１００を構成する画素２００（半導体装置）の回路構成図である。図５に示すように、画素２００はマトリックス状に多数配置されており、それぞれの画素２００には、画素電極９とＴＦＴ３０とが形成されている。ＴＦＴ３０は、画素２００のスイッチング制御を行うスイッチング素子である。ＴＦＴ３０のソースには、データ線駆動回路（図示略）から延びるデータ線６０が電気的に接続されており、ＴＦＴ３０のドレインには画素電極９が電気的に接続されている。データ線駆動回路は、データ線６０を介して画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを各画素２００に供給する。
なお、フルカラー表示の電気光学装置の場合には、フルカラー表示の最小単位が複数の単色表示単位、例えば赤、青、緑からなっている。この場合には、単色表示単位と対応する画素がサブ画素と称される。すなわち、フルカラー表示の液晶装置である場合には、画素２００はサブ画素と称される。
【００４５】
ＴＦＴ３０のゲートには、走査線駆動回路（図示略）から延びる走査線５０が電気的に接続されている。走査線駆動回路から所定のタイミングで走査線５０にパルス的に供給される走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍは、この順に線順次でＴＦＴ３０のゲートに印加されるようになっている。ＴＦＴ３０のゲートに走査信号Ｇ１〜Ｇｍが印加されると、ＴＦＴ３０のゲートとソースの間が一定期間オンとなり、データ線６０から供給される画像信号Ｓ１〜Ｓｎが、所定のタイミングで画素電極９に書き込まれるようになっている。
【００４６】
画素電極９は、共通電極（図示略）と対向しており、画素電極９と共通電極との間には液晶容量が形成される。また、画素２００には、走査線５０に平行して設けられた容量線４０に接続されるとともに、ＴＦＴ３０のドレインと画素電極９との間に接続された蓄積容量７０が設けられている。上記の液晶容量と蓄積容量７０は並列接続となっており、画素電極９に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１〜Ｓｎは、液晶容量と蓄積容量７０とに一定期間保持される。蓄積容量７０が併設されていることにより、液晶容量に保持された画像信号がリークしないようになっている。
【００４７】
このように、画素２００および液晶装置１００は、上述のように、特性が向上され、信頼性が向上されたＴＦＴ３０を備えている。したがって、画素２００におけるスイッチング性能が向上され、液晶装置１００の表示性能を向上させることができる。
【００４８】
尚、この発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、凸部の形状及び配置は、上述の実施の形態で説明した形状及び配置に限定されない。例えば、凸部を渦巻き形状にしたり、格子状に配置したり、複数のパターンを組み合わせたりしても良い。
また、上述の第一実施形態では、下部電極に凹凸を形成する場合について説明したが、下部電極の代わりにバックゲートを用い、バックゲートに凸部を形成し、バックゲートの半導体層側の面に凹凸を形成するようにしても良い。これにより、半導体層及びチャネル部に発生した熱をバックゲートに放熱しやすくして、第一実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、凸部は、金属層のチャネル領域に対向する領域のみに形成して、その領域のみに凹凸を形成しても良い。これにより、チャネル領域の放熱性を確保しつつ、チャネル領域に対向する領域以外の領域の金属層を平坦にすることができる。
また、凸部は、ゲート電極に対向する領域には形成せずに、それ以外の領域のみに凸部を形成して凹凸を形成しても良い。これにより、ゲート電極を平坦にしてスイッチング特性を向上させることができる。
また、金属層の半導体層側の面に凹凸を形成することができれば、金属層に形成するのは凸部ではなく凹部であってもよい。
また、各部材の材料は、上述の実施の形態で説明した材料に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第一実施形態に係るＴＦＴの構成を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第一実施形態に係る凸部を示す平面図である。
【図３】本発明の第二実施形態に係るＴＦＴの構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第三実施形態に係るＴＦＴの構成を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る液晶装置の等価回路図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  基板、３  下部電極（金属層）、３ａ  凸部（凹凸）、４  絶縁層、５  半導体層、５ｃ  チャネル領域、６  ゲート絶縁膜（絶縁層）、７  ゲート電極（金属層）、７ａ  凸部（凹凸）、１０  ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、１１  ソース電極、１３  遮光層（金属層）、１３ａ  凸部（凹凸）、２０  ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、３０  ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、１００  液晶装置（電気光学装置）、２００  画素（半導体装置）、i  電流
【図１】
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【図２】
2009152487.tif 000004
【図３】
2009152487.tif 000005
【図４】
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【図５】
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