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JP2008112926A - THIN FILM TRANSISTOR, ITS MANUFACTURING METHOD, LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE, AND OLED LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE - Google Patents

THIN FILM TRANSISTOR, ITS MANUFACTURING METHOD, LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE, AND OLED LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE Download PDF

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JP2008112926A
JP2008112926A JP2006296205A JP2006296205A JP2008112926A JP 2008112926 A JP2008112926 A JP 2008112926A JP 2006296205 A JP2006296205 A JP 2006296205A JP 2006296205 A JP2006296205 A JP 2006296205A JP 2008112926 A JP2008112926 A JP 2008112926A
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Abstract

【課題】小さなドレイン電圧でも良好なドレイン電流が流れるTFT構造を実現した薄膜トランジスタおよびその製造方法を得る。
【解決手段】ガラス基板10上に形成されたゲート電極1と、ゲート電極1上にゲート絶縁膜11を介して配置されたa−Si層2と、a−Si層2上にオーミックコンタクト層12Aを介して配置されたソース電極3Aおよびドレイン電極4Aと、を有し、ソース電極3Aとドレイン電極4Aとの対向部にチャネル領域を形成する薄膜トランジスタであって、オーミックコンタクト層12Aは、a−Si層2の周辺端部の側面を覆うように形成され、ソース電極3Aおよびドレイン電極4Aは、オーミックコンタクト層12Aを介してa−Si層2のチャネル層2aが形成される部分に直接接続されるように構成されている。
【選択図】図1
A thin film transistor realizing a TFT structure in which a good drain current flows even with a small drain voltage and a method for manufacturing the same are obtained.
A gate electrode is formed on a glass substrate, an a-Si layer is disposed on the gate electrode via a gate insulating film, and an ohmic contact layer is formed on the a-Si layer. A thin film transistor that has a source electrode 3A and a drain electrode 4A arranged via each other, and forms a channel region in a facing portion between the source electrode 3A and the drain electrode 4A, and the ohmic contact layer 12A includes an a-Si The source electrode 3A and the drain electrode 4A are directly connected to the portion of the a-Si layer 2 where the channel layer 2a is formed via the ohmic contact layer 12A. It is configured as follows.
[Selection] Figure 1

Description

この発明は、ボトムゲート構造の薄膜トランジスタ(TFT:thin−film transistor)およびその製造方法ならびに薄膜トランジスタを用いた液晶表示装置およびOLED表示装置に関し、特に、ソース電極とチャネル層との間、ならびにドレイン電極とチャネル層との間の抵抗成分を低減してドレイン電流を確保した薄膜トランジスタおよびその製造方法ならびに液晶表示装置およびOLED表示装置に関するものである。   The present invention relates to a thin-film transistor (TFT) having a bottom gate structure and a method for manufacturing the same, and a liquid crystal display device and an OLED display device using the thin film transistor, and in particular, between a source electrode and a channel layer, and a drain electrode The present invention relates to a thin film transistor in which a resistance component between a channel layer is reduced and a drain current is secured, a manufacturing method thereof, a liquid crystal display device, and an OLED display device.

従来から、たとえば液晶表示装置などの駆動回路には、ボトムゲート構造の薄膜トランジスタが用いられている。
この種の薄膜トランジスは、まず、絶縁基板(ガラス基板)上にゲート電極およびゲート絶縁膜を形成し、続いて、ゲート電極上に、ゲート絶縁膜を介して真性半導体層(i・a−Si層)およびオーミックコンタクト層(低抵抗半導体層:na−Si層)を同時にパターニング形成し、真性半導体層および低抵抗半導体層からなる半導体層上に、オーミックコンタクト層を介してソース電極およびドレイン電極を形成し、最後に、ソース電極およびドレイン電極を除く領域のオーミックコンタクト層を除去することにより構成される(たとえば、特許文献1参照)。
Conventionally, for example, a thin film transistor having a bottom gate structure is used in a driving circuit such as a liquid crystal display device.
In this type of thin film transistor, first, a gate electrode and a gate insulating film are formed on an insulating substrate (glass substrate), and then an intrinsic semiconductor layer (i · a-Si) is formed on the gate electrode via the gate insulating film. Layer) and an ohmic contact layer (low resistance semiconductor layer: n + a-Si layer) are simultaneously patterned and formed on the semiconductor layer composed of the intrinsic semiconductor layer and the low resistance semiconductor layer via the ohmic contact layer. An electrode is formed, and finally, an ohmic contact layer in a region excluding the source electrode and the drain electrode is removed (see, for example, Patent Document 1).

図12は特許文献1に示された従来の薄膜トランジスタを簡略化して模式的に示す平面図である。
図12において、薄膜トランジスタ(TFT)は、チャネル幅Wおよびチャネル長さLのチャネル領域に対応するように形成されたゲート電極1と、ゲート電極1上にゲート絶縁膜を介して形成されたアモルファスシリコン層(以下、「a−Si層」と記す)2と、a−Si層(半導体層)2上に対向配置されたソース電極3およびドレイン電極4とにより構成されている。
FIG. 12 is a plan view schematically showing the conventional thin film transistor disclosed in Patent Document 1 in a simplified manner.
In FIG. 12, a thin film transistor (TFT) includes a gate electrode 1 formed so as to correspond to a channel region having a channel width W and a channel length L, and amorphous silicon formed on the gate electrode 1 via a gate insulating film. A layer (hereinafter referred to as “a-Si layer”) 2, and a source electrode 3 and a drain electrode 4 disposed on the a-Si layer (semiconductor layer) 2 so as to face each other.

なお、図12の平面図では認識できないが、ソース電極3およびドレイン電極4とa−Si層(後述する真性半導体層、i・a−Si層)2との間には、オーミックコンタクト層(低抵抗半導体層、n型のa−Si層)が介在している。これにより、ソース電極3とドレイン電極4との間のチャネル領域は、正電荷のゲート電圧Vgs(図13とともに後述する)の印加によってnチャネル動作するTFT構造を形成する。
図12においては、図面の煩雑さを回避するために、ゲート電極1が形成される絶縁基板(ガラス基板)と、ゲート電極1の上面を覆うゲート絶縁膜との図示を省略している。また、ソース電極3およびドレイン電極4の各形状は、ここでは簡略化して示している。
Although not recognized in the plan view of FIG. 12, an ohmic contact layer (low level) is provided between the source electrode 3 and the drain electrode 4 and the a-Si layer (an intrinsic semiconductor layer, i · a-Si layer described later) 2. A resistive semiconductor layer, an n + -type a-Si layer) is interposed. As a result, the channel region between the source electrode 3 and the drain electrode 4 forms a TFT structure that operates as an n - channel by applying a positively charged gate voltage Vgs (described later with reference to FIG. 13).
In FIG. 12, illustration of an insulating substrate (glass substrate) on which the gate electrode 1 is formed and a gate insulating film covering the upper surface of the gate electrode 1 is omitted in order to avoid the complexity of the drawing. In addition, the shapes of the source electrode 3 and the drain electrode 4 are simplified here.

図13は図12内のA−A’線による断面図である。
図13において、薄膜トランジスタは、ガラス基板(絶縁基板)10と、チャネル領域に対応するようにガラス基板10上に形成されたゲート電極1と、ゲート電極1を覆うようにガラス基板10上に形成されたゲート絶縁膜11と、TFTのチャネル領域に位置するようにゲート絶縁膜11を介してゲート電極1上に形成されたa−Si層2と、a−Si層2上に互いに対向配置されたソース電極3およびドレイン電極4と、a−Si層2と各電極3、4との接触面に形成されたオーミックコンタクト層12と、により構成されている。
13 is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG.
In FIG. 13, the thin film transistor is formed on the glass substrate (insulating substrate) 10, the gate electrode 1 formed on the glass substrate 10 so as to correspond to the channel region, and the glass substrate 10 so as to cover the gate electrode 1. The gate insulating film 11, the a-Si layer 2 formed on the gate electrode 1 through the gate insulating film 11 so as to be positioned in the channel region of the TFT, and the a-Si layer 2 are opposed to each other. The source electrode 3 and the drain electrode 4, and the ohmic contact layer 12 formed in the contact surface of the a-Si layer 2 and each electrode 3 and 4 are comprised.

a−Si層2の上面には、オーミックコンタクト層12が形成される。ソース電極3およびドレイン電極4は、オーミックコンタクト層12を介して、a−Si層2上に互いに対向配置され、TFT構造を形成する。a−Si層2とオーミックコンタクト層12との接触部には、コンタクト部13(点線参照)が形成される。
a−Si層2は、正電荷のゲート電圧Vgsの印加時において、ゲート電圧Vgsに応じた厚さのチャネルを形成するチャネル層2aと、チャネルが形成されずに抵抗成分として作用する抵抗層2b(抵抗成分)とに分けて考慮することができる。
An ohmic contact layer 12 is formed on the upper surface of the a-Si layer 2. The source electrode 3 and the drain electrode 4 are disposed opposite to each other on the a-Si layer 2 via the ohmic contact layer 12 to form a TFT structure. A contact portion 13 (see dotted line) is formed at the contact portion between the a-Si layer 2 and the ohmic contact layer 12.
The a-Si layer 2 includes a channel layer 2a that forms a channel having a thickness corresponding to the gate voltage Vgs when a positively charged gate voltage Vgs is applied, and a resistance layer 2b that functions as a resistance component without forming a channel. (Resistance component) can be considered separately.

次に、図12および図13に示した従来の薄膜トランジスタの製造工程について、概略的に説明する。
まず、ガラス基板10上にTFTのゲート電極1を形成し、P(プラズマ)−CVD法により、ゲート電極1上にゲート絶縁層11を形成する。
続いて、ゲート電極1上に、ゲート絶縁膜11を介してi(真性:intrinsic)・a−Si層を形成し、連続して、i・a−Si層の上面に、P−CVD法によりna−Si層からなるオーミックコンタクト層12を形成する。
Next, a manufacturing process of the conventional thin film transistor shown in FIGS. 12 and 13 will be schematically described.
First, the gate electrode 1 of the TFT is formed on the glass substrate 10, and the gate insulating layer 11 is formed on the gate electrode 1 by P (plasma) -CVD.
Subsequently, an i (intrinsic) · a-Si layer is formed on the gate electrode 1 via the gate insulating film 11, and is continuously formed on the upper surface of the i · a-Si layer by a P-CVD method. An ohmic contact layer 12 made of an n + a-Si layer is formed.

次に、フォトリソグラフィおよびエッチング法により、a−Si層2およびオーミックコンタクト層12からなるa−Si島を形成し、スパッタリング(Sputtering)法により、a−Si島の上にソース・ドレーン電極材料を成膜する。続いて、フォトリソグラフィおよびエッチング法により、図12のようにパターニング形成されたソース電極3およびドレイン電極4を形成する。
最後に、ドライエッチング法により、ソース電極3およびドレイン電極4をマスクとして、両電極の下以外のオーミックコンタクト層(na−Si層)12を除去し、図13に示すような薄膜トランジスタが完成する。
Next, an a-Si island composed of the a-Si layer 2 and the ohmic contact layer 12 is formed by photolithography and etching, and a source / drain electrode material is formed on the a-Si island by sputtering. Form a film. Subsequently, the source electrode 3 and the drain electrode 4 patterned as shown in FIG. 12 are formed by photolithography and etching.
Finally, by dry etching, the ohmic contact layer (n + a-Si layer) 12 other than both electrodes is removed using the source electrode 3 and the drain electrode 4 as a mask, and a thin film transistor as shown in FIG. 13 is completed. To do.

次に、従来の薄膜トランジスタの動作について説明する。
図13において、ゲート電極1に正電荷のゲート電圧Vgsを印加すると、a−Si層2のチャネル層2aには、電子の通り道となるチャネルが形成される。このとき、ドレイン電極4に正電荷のドレイン電圧Vdsを印加してソース電極3を接地すると、両電極間の電位差により、a−Si層2のチャネル層2aにおいて、ドレイン電極4からソース電極3に向かって、ゲート電圧Vgsおよびドレイン電圧Vdsの大きさに依存したドレイン電流Ids(破線矢印参照)が流れる。
Next, the operation of the conventional thin film transistor will be described.
In FIG. 13, when a positively charged gate voltage Vgs is applied to the gate electrode 1, a channel serving as an electron path is formed in the channel layer 2 a of the a-Si layer 2. At this time, when a positive drain voltage Vds is applied to the drain electrode 4 and the source electrode 3 is grounded, the drain electrode 4 changes from the drain electrode 4 to the source electrode 3 in the channel layer 2a of the a-Si layer 2 due to the potential difference between the two electrodes. On the other hand, a drain current Ids (see a broken line arrow) depending on the magnitudes of the gate voltage Vgs and the drain voltage Vds flows.

ところで、一般に、液晶表示装置(LCD)に使用されているボトムゲート型のTFT構造においては、図13のように、a−Si層2とソース電極3およびドレイン電極4とは、a−Si層2の表面に形成されたオーミックコンタクト層12(na−Si層)を介して接続されている。
したがって、a−Si層2内のチャネル層2aにドレイン電流Idsが流れる場合には、ドレイン電極4とチャネル層2aとの間の抵抗層2bと、チャネル層2aとソース電極3との間の抵抗層2bとを介して、ドレイン電流Idsが流れることになる。
By the way, in a bottom gate type TFT structure generally used in a liquid crystal display device (LCD), as shown in FIG. 13, the a-Si layer 2, the source electrode 3, and the drain electrode 4 are composed of an a-Si layer. 2 are connected via an ohmic contact layer 12 (n + a-Si layer) formed on the surface of 2.
Therefore, when the drain current Ids flows through the channel layer 2a in the a-Si layer 2, the resistance layer 2b between the drain electrode 4 and the channel layer 2a and the resistance between the channel layer 2a and the source electrode 3 are used. The drain current Ids flows through the layer 2b.

この結果、たとえばドレイン電圧Vdsが低下した場合には、a−Si層2内の抵抗層2bの厚さに依存して、ドレイン電流Idsが減少する。
ここで、TFT/LCDにおいて、TFTによる各液晶セルへの書き込み動作を考慮した場合、ドレイン電流Idsの減少により、画像の書き込み不足が発生し、直流バイアスが液晶に印加されることによる残像現象など、画質に悪影響を与える現象が発生する。
As a result, for example, when the drain voltage Vds decreases, the drain current Ids decreases depending on the thickness of the resistance layer 2b in the a-Si layer 2.
Here, in the TFT / LCD, when writing operation to each liquid crystal cell by the TFT is taken into account, an insufficient image writing occurs due to a decrease in the drain current Ids, and an afterimage phenomenon caused by applying a DC bias to the liquid crystal. A phenomenon that adversely affects image quality occurs.

特開2004−356646号公報JP 2004-356646 A

従来の薄膜トランジスタは、製造時にa−Si層2およびオーミックコンタクト層12を同時に形成してa−Si島を形成しているので、オーミックコンタクト層12がa−Si層2のチャネル層2aに直接接続されることがなく、ゲート電圧Vgsの印加時に、a−Si層2の抵抗層2bを介してドレイン電流Idsが流れることから、ドレイン電流Idsが減少するという課題があった。
特に、液晶表示装置に用いた場合には、ドレイン電流Idsの減少により、画像の書き込み不足が発生して、画質に悪影響を与えるという課題があった。
In the conventional thin film transistor, the a-Si layer 2 and the ohmic contact layer 12 are simultaneously formed at the time of manufacture to form an a-Si island, so that the ohmic contact layer 12 is directly connected to the channel layer 2a of the a-Si layer 2. In other words, when the gate voltage Vgs is applied, the drain current Ids flows through the resistance layer 2b of the a-Si layer 2, so that the drain current Ids is reduced.
In particular, when it is used in a liquid crystal display device, there is a problem in that an insufficient image writing occurs due to a decrease in the drain current Ids, which adversely affects image quality.

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ソース電極およびドレイン電極を、オーミックコンタクト層(低抵抗半導体層)を介して、i・a−Si層(真性半導体層)に形成されるチャネル層に直接接続されるように構成することにより、小さなドレイン電圧でも良好なドレイン電流が流れるTFT構造を実現することのできる薄膜トランジスタおよびその製造方法ならびにその薄膜トランジスタを用いた液晶表示装置およびOLED表示装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems. The source electrode and the drain electrode are connected to the i.a-Si layer (intrinsic semiconductor layer) through the ohmic contact layer (low resistance semiconductor layer). A thin film transistor capable of realizing a TFT structure in which a good drain current flows even with a small drain voltage, a manufacturing method thereof, a liquid crystal display device using the thin film transistor, and a liquid crystal display device using the thin film transistor An object is to obtain an OLED display device.

この発明に係る薄膜トランジスタは、絶縁基板上に形成されたゲート電極と、ゲート電極上にゲート絶縁膜を介して配置された真性半導体層と、真性半導体層上に低抵抗半導体層を介して配置されたソース電極およびドレイン電極と、を有し、ソース電極とドレイン電極との対向部にチャネル領域を形成する薄膜トランジスタであって、低抵抗半導体層は、真性半導体層のチャネル層が形成される部分(a−Si層の島の側面)の一部を覆うように形成され、ソース電極およびドレイン電極は、低抵抗半導体層を介して真性半導体層のチャネル層に接続されるように構成されたものである。   A thin film transistor according to the present invention includes a gate electrode formed on an insulating substrate, an intrinsic semiconductor layer disposed on the gate electrode via a gate insulating film, and a low resistance semiconductor layer disposed on the intrinsic semiconductor layer. A low-resistance semiconductor layer is a portion where a channel layer of an intrinsic semiconductor layer is formed (a thin film transistor having a source electrode and a drain electrode), and forming a channel region in a facing portion between the source electrode and the drain electrode ( the source electrode and the drain electrode are configured to be connected to the channel layer of the intrinsic semiconductor layer through the low-resistance semiconductor layer. is there.

また、この発明に係る薄膜トランジスタの製造方法は、絶縁基板上にゲート電極を形成するステップと、ゲート電極上にゲート絶縁膜を介して真性半導体層の島を形成するステップと、真性半導体層の島を含むゲート絶縁膜上に低抵抗半導体層を形成するステップと、真性半導体層の島の周辺端部を含む上部に、低抵抗半導体層を介してソース電極およびドレイン電極を形成し、ソース電極とドレイン電極との対向部にチャネル領域を形成するステップと、ソース電極およびドレイン電極の下部を除く低抵抗半導体層を除去するステップと、を備え、真性半導体層のチャネル層が形成される部分の一部を覆うように低抵抗半導体層を形成するものである。   The thin film transistor manufacturing method according to the present invention includes a step of forming a gate electrode on an insulating substrate, a step of forming an island of an intrinsic semiconductor layer on the gate electrode via a gate insulating film, and an island of the intrinsic semiconductor layer. Forming a low-resistance semiconductor layer on the gate insulating film including, and forming a source electrode and a drain electrode through the low-resistance semiconductor layer on the upper portion including the peripheral edge of the island of the intrinsic semiconductor layer, A step of forming a channel region opposite to the drain electrode and a step of removing the low-resistance semiconductor layer excluding the lower portion of the source electrode and the drain electrode, wherein one of the portions where the channel layer of the intrinsic semiconductor layer is formed A low resistance semiconductor layer is formed so as to cover the portion.

この発明によれば、一般的なMOSトランジスタと同様に、ソース電極およびドレイン電極が真性半導体層中のチャネル層と直接コンタクト可能なTFT構造を形成することにより、ソース電極およびドレイン電極とチャネル層との間の抵抗を低減することができるので、小さなドレイン電圧でも良好なドレイン電流が流れる薄膜トランジスタおよびその製造方法ならびに薄膜トランジスタを用いた液晶表示装置およびOLED表示装置を得ることができる。   According to the present invention, as in a general MOS transistor, the source electrode and the drain electrode are formed in a TFT structure in which the source electrode and the drain electrode can be in direct contact with the channel layer in the intrinsic semiconductor layer. Therefore, a thin film transistor in which a good drain current flows even with a small drain voltage, a manufacturing method thereof, a liquid crystal display device using the thin film transistor, and an OLED display device can be obtained.

実施の形態1.
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態1に係る薄膜トランジスタについて詳細に説明する。
ここでは、前述と同様に、真性半導体層および低抵抗半導体層としてa−Si層(アモルファスシリコン層)を用いた場合を例にとって説明する。
Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, the thin film transistor according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Here, as described above, a case where an a-Si layer (amorphous silicon layer) is used as the intrinsic semiconductor layer and the low-resistance semiconductor layer will be described as an example.

図1はこの発明の実施の形態1に係る薄膜トランジスタを模式的に示す平面図であり、前述(図12参照)と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「A」を付して詳述を省略する。また、図1においても、煩雑さを回避するために、絶縁基板およびゲート絶縁膜(図2とともに後述する)の図示を省略している。
図1において、ソース電極3Aおよびドレイン電極4Aは、a−Si層2のチャネル層2aが形成される部分の一部に直接接続されるように形成されている。また、図1の平面図では認識できないが、ソース電極3Aおよびドレイン電極4Aの下面の全体には、オーミックコンタクト層12Aが介在されている。
FIG. 1 is a plan view schematically showing a thin film transistor according to the first embodiment of the present invention. The same components as those described above (see FIG. 12) are denoted by the same reference numerals as those described above or “ Detailed description is omitted with “A”. Also in FIG. 1, in order to avoid complication, illustration of an insulating substrate and a gate insulating film (described later with reference to FIG. 2) is omitted.
In FIG. 1, the source electrode 3 </ b> A and the drain electrode 4 </ b> A are formed so as to be directly connected to a part of the portion of the a-Si layer 2 where the channel layer 2 a is formed. Although not recognized in the plan view of FIG. 1, an ohmic contact layer 12A is interposed on the entire lower surface of the source electrode 3A and the drain electrode 4A.

図2は図1内のB−B’線による断面図であり、前述(図13参照)と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「A」を付して詳述を省略する。
図2において、この発明の実施の形態1に係る薄膜トランジスタは、チャネル領域に対応するようにガラス基板10上に形成されたゲート電極1と、ゲート電極1を覆うようにガラス基板10上に形成されたゲート絶縁膜11と、チャネル領域に位置するようにゲート絶縁膜11上に形成されたa−Si層2と、a−Si層2上に対向配置されたソース電極3Aおよびドレイン電極4Aと、a−Si層2とソース電極3Aおよびドレイン電極4Aとの間に形成されたオーミックコンタクト層12Aと、を備えている。
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIG. 1, and the same components as those described above (see FIG. 13) are denoted by the same reference numerals as those described above or denoted by “A” after the reference numerals. Detailed description is omitted.
In FIG. 2, the thin film transistor according to the first embodiment of the present invention is formed on the glass substrate 10 so as to cover the gate electrode 1 and the gate electrode 1 formed on the glass substrate 10 so as to correspond to the channel region. A gate insulating film 11, an a-Si layer 2 formed on the gate insulating film 11 so as to be positioned in the channel region, a source electrode 3A and a drain electrode 4A disposed on the a-Si layer 2 to face each other, and an ohmic contact layer 12A formed between the a-Si layer 2 and the source electrode 3A and the drain electrode 4A.

この場合、オーミックコンタクト層12Aは、a−Si層2の周辺端部の側面を覆うように形成されており、チャネル層2aの側面に接触している。
これにより、チャネル層2aの側面においても、オーミックコンタクト層12Aとのコンタクト部13Aが形成される。したがって、正電荷のゲート電圧Vgsの印加時において、ソース電極3Aおよびドレイン電極4Aは、オーミックコンタクト層12Aのコンタクト部13Aを介して、チャネル層2aと直接接続されるので、ドレイン電流Ids(破線矢印参照)は、抵抗層2bを介さずに流れる。
In this case, the ohmic contact layer 12A is formed so as to cover the side surface of the peripheral end portion of the a-Si layer 2, and is in contact with the side surface of the channel layer 2a.
Thereby, the contact portion 13A with the ohmic contact layer 12A is also formed on the side surface of the channel layer 2a. Therefore, when the positively charged gate voltage Vgs is applied, the source electrode 3A and the drain electrode 4A are directly connected to the channel layer 2a via the contact portion 13A of the ohmic contact layer 12A, so that the drain current Ids (broken arrow) Flows without going through the resistance layer 2b.

次に、TFT製造工程を示す図3〜図6の平面図を参照しながら、図1および図2に示したこの発明の実施の形態1に係る薄膜トランジスタの製造方法について説明する。
まず、図3(第1ステップ)において、チャネル領域に対応するようにガラス基板10上にゲート電極1を形成する。
Next, a method for manufacturing the thin film transistor according to the first embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 and 2 will be described with reference to the plan views of FIGS.
First, in FIG. 3 (first step), the gate electrode 1 is formed on the glass substrate 10 so as to correspond to the channel region.

続いて、図4(第2ステップ)において、P−CVD法により、ゲート電極1の上面を含めてガラス基板10の全体を覆うように、ガラス基板10上にゲート絶縁膜11形成するとともに、連続して、チャネル領域に位置するようにゲート絶縁膜11上にi・a−Si層を形成し、続いて、フォトリソグラフィおよびエッチング法により、a−Si層2の島を形成する。   Subsequently, in FIG. 4 (second step), the gate insulating film 11 is formed on the glass substrate 10 by the P-CVD method so as to cover the entire glass substrate 10 including the upper surface of the gate electrode 1 and continuously. Then, an i · a-Si layer is formed on the gate insulating film 11 so as to be located in the channel region, and then an island of the a-Si layer 2 is formed by photolithography and etching.

次に、図5(第3ステップ)において、P−CVD法により、ゲート電極1、ゲート絶縁膜11およびa−Si層2を含むガラス基板10の上面全体に、na−Si層からなるオーミックコンタクト層12Aを形成し、続いて、スパッタリング法により、オーミックコンタクト層12A上にソース・ドレーン電極材料を成膜し、フォトリソグラフィおよびエッチング法により、オーミックコンタクト層12Aを介したa−Si層2上で互いに対向するようにソース電極3Aおよびドレイン電極4Aを形成する。 Next, in FIG. 5 (third step), the entire upper surface of the glass substrate 10 including the gate electrode 1, the gate insulating film 11, and the a-Si layer 2 is made of an n + a-Si layer by P-CVD. The ohmic contact layer 12A is formed, and then a source / drain electrode material is formed on the ohmic contact layer 12A by sputtering, and the a-Si layer 2 via the ohmic contact layer 12A is formed by photolithography and etching. A source electrode 3A and a drain electrode 4A are formed so as to face each other.

なお、図5(第3ステップ)においては、代表的にa−Si層2上のオーミックコンタクト層12A(na−Si層)のみを示しているが、この段階では、オーミックコンタクト層12Aは、ゲート絶縁膜11を含むガラス基板10上にも形成されている。 In FIG. 5 (third step), only the ohmic contact layer 12A (n + a-Si layer) on the a-Si layer 2 is typically shown, but at this stage, the ohmic contact layer 12A is The glass substrate 10 including the gate insulating film 11 is also formed.

最後に、図6(第4ステップ)において、ドライエッチング法により、ソース電極3Aおよびドレイン電極4Aの下部を除くすべてのオーミックコンタクト層12Aを除去し、ソース電極3Aとドレイン電極4Aとの間のオーミックコンタクト層12Aを除去する。これにより、図1および図2に示した薄膜トランジスタが構成される。
すなわち、ソース電極3Aおよびドレイン電極4Aの直下には、a−Si層2の周辺端部の側面と接触するオーミックコンタクト層12Aが必ず存在し、ソース電極3Aおよびドレイン電極4Aは、a−Si層2の島の端部とオーバーラップする形で必ず重なる構成となる。
Finally, in FIG. 6 (fourth step), all the ohmic contact layers 12A except for the lower portions of the source electrode 3A and the drain electrode 4A are removed by dry etching, and the ohmic contact between the source electrode 3A and the drain electrode 4A is removed. The contact layer 12A is removed. Thereby, the thin film transistor shown in FIGS. 1 and 2 is formed.
That is, there is always an ohmic contact layer 12A in contact with the side surface of the peripheral edge of the a-Si layer 2 immediately below the source electrode 3A and the drain electrode 4A. The source electrode 3A and the drain electrode 4A It will always overlap with the end of the two islands.

以上のように、この発明の実施の形態1によれば、ゲート絶縁膜11およびi・a−Si層をP−CVD形成した後、フォトリソグラフィおよびエッチング技術を用いて、トランジスタが形成されるゲート電極1上の内側にa−Si層2の島を形成した後、オーミックコンタクト層12A(na−Si層)をP−CVD形成することにより、a−Si層2の島の側面部分でもオーミックコンタクト層12Aとの接続が取れるようにし、その後、ゲート絶縁膜11およびオーミックコンタクト層12Aを介して、ゲート電極1上にソース電極3Aおよびドレイン電極4Aを形成し、余分なオーミックコンタクト層12Aを除去してTFT構造を得る。 As described above, according to the first embodiment of the present invention, after the gate insulating film 11 and the i.a-Si layer are formed by P-CVD, the gate in which the transistor is formed using photolithography and etching techniques. After the island of the a-Si layer 2 is formed on the inner side of the electrode 1, the ohmic contact layer 12A (n + a-Si layer) is formed by P-CVD so that the side surface portion of the island of the a-Si layer 2 is also formed. Then, the source electrode 3A and the drain electrode 4A are formed on the gate electrode 1 through the gate insulating film 11 and the ohmic contact layer 12A, and the extra ohmic contact layer 12A is formed. The TFT structure is obtained by removing.

この結果、ゲート電圧Vgsの印加によりa−Si層2内に形成されるチャネル層2aが、オーミックコンタクト層12Aを介して、ソース電極3Aおよびドレイン電極4Aと直接接続されるので、結晶シリコンを用いた一般的なMOSトランジスタと同様に、ボトムゲート構造の薄膜トランジスタにおいても、抵抗層2bを介在させずに電流を流すことのできるTFT構造を実現することができる。
したがって、低いドレイン電圧Vdsでも、抵抗損失が低減されたドレイン電流Idsを良好に流すことができる。
また、書き込み抵抗の減少により、たとえば液晶表示装置の液晶への書き込み不足を低減することができる。
As a result, the channel layer 2a formed in the a-Si layer 2 by the application of the gate voltage Vgs is directly connected to the source electrode 3A and the drain electrode 4A through the ohmic contact layer 12A. Similar to the conventional MOS transistor, a TFT structure in which a current can flow without using the resistance layer 2b can be realized even in a bottom gate thin film transistor.
Therefore, even with a low drain voltage Vds, the drain current Ids with reduced resistance loss can be flowed satisfactorily.
Further, due to the decrease in write resistance, for example, insufficient writing to the liquid crystal of the liquid crystal display device can be reduced.

図7はこの発明の実施の形態1によるドレイン電流Idsの増加効果を示す特性図であり、各ゲート電圧Vgs(Vgs=20[V]、15[V]、10[V]、5[V])における、ドレイン電圧Vds(横軸)とドレイン電流Ids(縦軸)との関係を示している。図7において、点線曲線は、従来のTFT構造(図12、図13参照)による特性を示し、実線曲線は、この発明の実施の形態1(図1、図2参照)のTFT構造による特性を示す。   FIG. 7 is a characteristic diagram showing an increase effect of the drain current Ids according to the first embodiment of the present invention. Each gate voltage Vgs (Vgs = 20 [V], 15 [V], 10 [V], 5 [V]) ) Shows the relationship between the drain voltage Vds (horizontal axis) and the drain current Ids (vertical axis). In FIG. 7, the dotted line curve shows the characteristics of the conventional TFT structure (see FIGS. 12 and 13), and the solid line curve shows the characteristics of the TFT structure of Embodiment 1 (see FIGS. 1 and 2) of the present invention. Show.

図7から明らかなように、この発明の実施の形態1によるドレイン電流Idsの特性(実線曲線)は、いずれのゲート電圧Vgsにおいても、従来特性(点線曲線)と比べて、低いドレイン電圧Vds(<20[V])において電流増加効果が顕著であり、低いドレイン電圧Vdsであってもドレイン電流Idsが良好に流れることが分かる。   As is apparent from FIG. 7, the drain current Ids characteristics (solid curve) according to the first embodiment of the present invention are lower than the conventional characteristics (dotted curve) at any gate voltage Vgs. <20 [V]), the current increase effect is remarkable, and it can be seen that the drain current Ids flows well even at a low drain voltage Vds.

従来のTFT構造(図12、図13)では、ドレイン電流Idsの経路であるa−Si層2内の抵抗層2b(抵抗成分)の影響により、ドレイン電圧Vdsが低くなると、ドレイン電流Idsが点線曲線のように減少してしまう。また、この場合、ゲート電極1に印加されるゲート電圧Vgsが低くなると、a−Si層2内のチャネル層2aの厚さも小さくなり、逆に抵抗層2bが大きくなるので、ドレイン電流Idsはさらに小さくなる。   In the conventional TFT structure (FIGS. 12 and 13), when the drain voltage Vds is lowered due to the influence of the resistance layer 2b (resistance component) in the a-Si layer 2 which is the path of the drain current Ids, the drain current Ids becomes a dotted line. It will decrease like a curve. Further, in this case, when the gate voltage Vgs applied to the gate electrode 1 is lowered, the thickness of the channel layer 2a in the a-Si layer 2 is also reduced, and conversely, the resistance layer 2b is increased, so that the drain current Ids is further increased. Get smaller.

一方、この発明の実施の形態1のTFT構造(図1、図2)では、ゲート電極1に印加されるゲート電圧Vgsによりa−Si層2内に形成されるチャネル層2aと、ソース電極3Aおよびドレイン電極4Aとがオーミックコンタクト層12A(大きな抵抗成分を有していない)を介して直接接続されるので、抵抗層2bによる電流減少の影響を受けることなく、ドレイン電圧Vdsが低い領域においても良好にドレイン電流Idsを流すことができる。   On the other hand, in the TFT structure (FIGS. 1 and 2) according to the first embodiment of the present invention, the channel layer 2a formed in the a-Si layer 2 by the gate voltage Vgs applied to the gate electrode 1 and the source electrode 3A And the drain electrode 4A are directly connected to each other through the ohmic contact layer 12A (not having a large resistance component), so that even in a region where the drain voltage Vds is low without being affected by the current decrease due to the resistance layer 2b. The drain current Ids can be made to flow satisfactorily.

実施の形態2.
なお、上記実施の形態1では、チャネル保護膜について言及しなかったが、チャネル保護膜を有するチャネル保護型TFT構造に対しても適用可能なことは言うまでもない。
図8はチャネル保護型TFTの場合を例にとったこの発明の実施の形態2に係る薄膜トランジスタを示す平面図であり、図9は図8内のC−C’線による断面図である。図8、図9において、前述(図1、図2参照)と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
この場合、ソース電極3Aとドレイン電極4Aとの間に位置するa−Si層2の上面にチャネル保護膜14が形成された点を除けば、前述の実施の形態1と同様である。
Embodiment 2. FIG.
Although the channel protective film is not mentioned in the first embodiment, it is needless to say that the present invention can be applied to a channel protective TFT structure having a channel protective film.
FIG. 8 is a plan view showing a thin film transistor according to Embodiment 2 of the present invention, taking the case of a channel protection TFT as an example, and FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line CC ′ in FIG. 8 and 9, the same parts as those described above (see FIGS. 1 and 2) are denoted by the same reference numerals as those described above, and detailed description thereof is omitted.
In this case, the second embodiment is the same as the first embodiment except that the channel protective film 14 is formed on the upper surface of the a-Si layer 2 located between the source electrode 3A and the drain electrode 4A.

図8、図9のように、a−Si層2上にチャネル保護膜14を形成する場合、マスクを利用した通常の露光使用の場合であれば、a−Si層2の厚さ(通常100nm以下)に制限を設定する必要はない。
一方、ポジ型レジストを利用して、ガラス基板10の裏面からバックサイド露光を行うことによりチャネル保護膜14を形成する場合には、a−Si層2によって光が吸収されて露光強度が減衰するので、a−Si層2の厚さは、最大100nm前後に制限される。
As shown in FIGS. 8 and 9, when the channel protective film 14 is formed on the a-Si layer 2, the thickness of the a-Si layer 2 (usually 100 nm) is used in the case of normal exposure using a mask. There is no need to set restrictions on
On the other hand, when the channel protective film 14 is formed by performing backside exposure from the back surface of the glass substrate 10 using a positive resist, light is absorbed by the a-Si layer 2 and the exposure intensity is attenuated. Therefore, the thickness of the a-Si layer 2 is limited to about 100 nm at the maximum.

実施の形態3.
また、上記実施の形態1では、a−Si層2、ソース電極3Aおよびドレイン電極4Aの平面形状について特に言及しなかったが、U字型TFT構造に対しても適用可能なことは言うまでもない。
図10はU字型TFTの場合を例にとったこの発明の実施の形態3に係る薄膜トランジスタを示す平面図であり、図11は図10内のD−D’線による断面図である。図10、図11において、前述(図1、図2参照)と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「B」を付して詳述を省略する。
Embodiment 3 FIG.
In the first embodiment, the planar shapes of the a-Si layer 2, the source electrode 3A, and the drain electrode 4A are not particularly mentioned, but it goes without saying that the present invention can also be applied to a U-shaped TFT structure.
FIG. 10 is a plan view showing a thin film transistor according to a third embodiment of the present invention, taking the case of a U-shaped TFT as an example, and FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line DD ′ in FIG. 10 and 11, the same parts as those described above (see FIGS. 1 and 2) are denoted by the same reference numerals as those described above, or “B” after the reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

この場合、ソース電極3Bは、大きなドレイン電流Idsを流せるように、ドレイン電極4Bの両側を包囲するように平面的にU字状に形成されており、ドレイン電極4Bは、ソース電極3BのU字状の中央部に配置されている。これにより、ゲート電極1、a−Si層2B、ソース電極3Bおよびドレイン電極4Bは、U字型TFT構造を実現している。   In this case, the source electrode 3B is formed in a U shape so as to surround both sides of the drain electrode 4B so that a large drain current Ids can flow, and the drain electrode 4B is formed in a U shape of the source electrode 3B. It is arranged at the center of the shape. Thus, the gate electrode 1, the a-Si layer 2B, the source electrode 3B, and the drain electrode 4B realize a U-shaped TFT structure.

図10、図11のU字型TFT構造を適用する場合、ドレイン電極4Bが形成される下部のa−Si層2Bに、a−Si島の形成時に使用するマスクを利用してスリット15を形成し、ドレイン電極4Bの下部のオーミックコンタクト層12Bとa−Si層2Bの側壁とが接触するようにコンタクト部13Bを構成する必要がある。
これにより、前述と同様に、a−Si層2Bの抵抗層2bを介在させることなく、ドレイン電極4Bとチャネル層2aとを直接接続することができる。
When the U-shaped TFT structure of FIGS. 10 and 11 is applied, a slit 15 is formed in the lower a-Si layer 2B where the drain electrode 4B is formed using a mask used when forming an a-Si island. Then, it is necessary to configure the contact portion 13B so that the ohmic contact layer 12B below the drain electrode 4B is in contact with the side wall of the a-Si layer 2B.
Thereby, similarly to the above, the drain electrode 4B and the channel layer 2a can be directly connected without interposing the resistance layer 2b of the a-Si layer 2B.

なお、上記実施の形態1〜3では、絶縁基板としてガラス基板10を用いたが、他の絶縁基板を用いてもよい。
また、真性半導体層および低抵抗半導体層としてa−Si層を用いたが、他の半導体層を用いてもよい。
また、上記薄膜トランジスタを、液晶表示装置の周辺回路部または画素部に適用してもよい。
In the first to third embodiments, the glass substrate 10 is used as the insulating substrate, but another insulating substrate may be used.
Further, although the a-Si layer is used as the intrinsic semiconductor layer and the low resistance semiconductor layer, other semiconductor layers may be used.
The thin film transistor may be applied to a peripheral circuit portion or a pixel portion of a liquid crystal display device.

同様に、O(有機:organic)LED(Light−Emitting−Diode)表示装置に適用した場合にも、a−Si−TFTを使用したOLED表示装置の電荷保持特性を向上させることができる。
さらに、上記薄膜トランジスタは、表示装置の周辺回路部に用いられてもよく、大電流が要求されない画素部に用いられてもよい。
Similarly, when applied to an O (organic) LED (Light-Emitting-Diode) display device, the charge retention characteristics of the OLED display device using an a-Si-TFT can be improved.
Further, the thin film transistor may be used in a peripheral circuit portion of a display device or may be used in a pixel portion where a large current is not required.

この発明の実施の形態1に係る薄膜トランジスタを模式的に示す平面図である。1 is a plan view schematically showing a thin film transistor according to Embodiment 1 of the present invention. 図1内のB−B’線による断面図である。It is sectional drawing by the B-B 'line in FIG. この発明の実施の形態1に係る薄膜トランジスタの製造方法の第1ステップを示す平面図である。It is a top view which shows the 1st step of the manufacturing method of the thin-film transistor which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る薄膜トランジスタの製造方法の第2ステップを示す平面図である。It is a top view which shows the 2nd step of the manufacturing method of the thin-film transistor which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る薄膜トランジスタの製造方法の第3ステップを示す平面図である。It is a top view which shows the 3rd step of the manufacturing method of the thin-film transistor which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る薄膜トランジスタの製造方法の第4ステップを示す平面図である。It is a top view which shows the 4th step of the manufacturing method of the thin-film transistor which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る薄膜トランジスタの効果を説明するための特性図である。It is a characteristic view for demonstrating the effect of the thin-film transistor which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態2に係る薄膜トランジスタを模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the thin-film transistor which concerns on Embodiment 2 of this invention. 図8内のC−C’線による断面図である。It is sectional drawing by the C-C 'line | wire in FIG. この発明の実施の形態3に係る薄膜トランジスタを模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the thin-film transistor which concerns on Embodiment 3 of this invention. 図10内のD−D’線による断面図である。It is sectional drawing by the D-D 'line | wire in FIG. 従来の薄膜トランジスタを模式的に示す平面図である。It is a top view which shows the conventional thin-film transistor typically. 図12内のA−A’線による断面図である。It is sectional drawing by the A-A 'line in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 ゲート電極、2、2B a−Si(アモルファスシリコン層、真性半導体層、i・a−Si層)、2a チャネル層、3b 抵抗層、3A、3B ソース電極、4A、4B ドレイン電極、10 ガラス基板(絶縁基板)、11 ゲート絶縁層、12 オーミックコンタクト層(低抵抗半導体層、na−Si層)、13A、13B コンタクト部、14 チャネル保護膜、15 スリット、Ids ドレイン電流、Vds ドレイン電圧、Vgs ゲート電圧。 1 gate electrode, 2, 2B a-Si (amorphous silicon layer, intrinsic semiconductor layer, i · a-Si layer), 2a channel layer, 3b resistance layer, 3A, 3B source electrode, 4A, 4B drain electrode, 10 glass substrate (Insulating substrate), 11 gate insulating layer, 12 ohmic contact layer (low resistance semiconductor layer, n + a-Si layer), 13A, 13B contact portion, 14 channel protective film, 15 slit, Ids drain current, Vds drain voltage, Vgs Gate voltage.

Claims (7)

絶縁基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極上に前記ゲート絶縁膜を介して配置された真性半導体層と、前記真性半導体層上に低抵抗半導体層を介して配置されたソース電極およびドレイン電極と、を有し、前記ソース電極と前記ドレイン電極との対向部にチャネル領域を形成する薄膜トランジスタであって、
前記ソース電極および前記ドレイン電極は、前記低抵抗半導体層を介して前記真性半導体層のチャネル層が形成される部分に直接接続されるように構成されたことを特徴とする薄膜トランジスタ。
A gate electrode formed on an insulating substrate; an intrinsic semiconductor layer disposed on the gate electrode via the gate insulating film; a source electrode disposed on the intrinsic semiconductor layer via a low-resistance semiconductor layer; and A thin film transistor having a drain electrode and forming a channel region in a facing portion between the source electrode and the drain electrode,
The thin film transistor according to claim 1, wherein the source electrode and the drain electrode are directly connected to a portion of the intrinsic semiconductor layer where the channel layer is formed via the low-resistance semiconductor layer.
前記真性半導体層および前記低抵抗半導体層は、アモルファスシリコン層からな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。   The thin film transistor according to claim 1, wherein the intrinsic semiconductor layer and the low-resistance semiconductor layer are made of an amorphous silicon layer. 前記ソース電極と前記ドレイン電極との間のチャネル領域の上面に形成されたチャネル保護膜を備え、
前記真性半導体層の厚さは、100nm以下に設定されたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の薄膜トランジスタ。
A channel protective film formed on the upper surface of the channel region between the source electrode and the drain electrode;
3. The thin film transistor according to claim 1, wherein a thickness of the intrinsic semiconductor layer is set to 100 nm or less.
前記ソース電極はU字状に形成され、前記ドレイン電極は、前記ソース電極のU字状の中央部に配置されたことを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。   The said source electrode is formed in U shape, and the said drain electrode is arrange | positioned in the U-shaped center part of the said source electrode, The any one of Claim 1 to 3 characterized by the above-mentioned. Thin film transistor. 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法であって、
前記絶縁基板上に前記ゲート電極を形成するステップと、
前記ゲート電極上に前記ゲート絶縁膜を介して真性半導体層の島を形成するステップと、
前記真性半導体層の島を含む前記ゲート絶縁膜上に前記低抵抗半導体層を形成するステップと、
前記真性半導体層の島の周辺端部を含む上部に、前記低抵抗半導体層を介して前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成し、前記ソース電極と前記ドレイン電極との対向部に前記チャネル領域を形成するステップと、
前記ソース電極および前記ドレイン電極の下部を除く前記低抵抗半導体層を除去するステップと、を備え、
前記真性半導体層のチャネル層が形成される部分の一部を覆うように前記低抵抗半導体層を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。
It is a manufacturing method of the thin-film transistor of any one of Claim 1- Claim 4, Comprising:
Forming the gate electrode on the insulating substrate;
Forming an intrinsic semiconductor layer island on the gate electrode through the gate insulating film;
Forming the low-resistance semiconductor layer on the gate insulating film including the island of the intrinsic semiconductor layer;
The source electrode and the drain electrode are formed on the upper part including the peripheral edge of the island of the intrinsic semiconductor layer via the low-resistance semiconductor layer, and the channel region is formed at a portion facing the source electrode and the drain electrode. Forming step;
Removing the low-resistance semiconductor layer excluding the lower part of the source electrode and the drain electrode,
A method of manufacturing a thin film transistor, wherein the low-resistance semiconductor layer is formed so as to cover a part of a portion of the intrinsic semiconductor layer where a channel layer is formed.
請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の薄膜トランジスタを画素部または周辺回路部に用いたことを特徴とする液晶表示装置。   5. A liquid crystal display device using the thin film transistor according to claim 1 in a pixel portion or a peripheral circuit portion. 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の薄膜トランジスタを画素部または周辺駆動部に用いたことを特徴とするOLED表示装置。   An OLED display device comprising the thin film transistor according to any one of claims 1 to 4 in a pixel portion or a peripheral drive portion.
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