[发明专利]薄膜晶体管和图像显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜晶体管和将该薄膜晶体管应用于像素电路或驱动电路等的图像显示装置，尤其涉及具有高清晰且高速显示性能的液晶显示装置和有机EL显示装置等平板图像显示装置。

背景技术

在液晶显示装置和有机EL显示装置等有源矩阵式平板图像显示装置中，薄膜晶体管被应用于包括像素电路的开关元件和驱动电路的外围电路。薄膜晶体管的沟道多是由无定形硅薄膜或多晶硅薄膜构成的。

若区别薄膜晶体管的结构，则具有栅电极位于沟道的下层(基板侧)的底层栅极型和栅电极位于沟道的上层的顶层栅极型这2种类型。在无定形硅薄膜晶体管中，底层栅极型较多，而在多晶硅薄膜晶体管中，具有底层栅极型和顶层栅极型。

顶层栅极型结构具有如下等优点：由于在通过激光照射进行硅膜的多结晶化时热量的散失少，所以能够有效地进行多结晶化；相对栅电极能够自匹配地形成源极、漏极。

在顶层栅极型薄膜晶体管中，将半导体薄膜加工成岛状(island)，在其上部淀积栅极绝缘膜和金属膜，并将金属膜加工成与岛状半导体薄膜交叉的形状，而形成栅电极。因此，一般如图1所示那样，栅电极GT成为在岛状半导体薄膜SEMI-L的端部P1-P2和P3-P4跨越的形状。

在岛状半导体薄膜的端部(跨越部)P1-P2和P3-P4中，因栅极绝缘膜形成为台阶状而容易薄膜化，由于制造过程中的带电导致的损伤等而容易产生固定电荷。因此，端部P1-P2和P3-P4处局部的阈值容易变得比半导体薄膜中央部的阈值低。图2示出不能够忽视端部电流成分情况下的电流电压特性的示意图。在图2中，曲线A是在半导体薄膜中央部的电流电压特性，曲线B是在半导体薄膜端部的电流电压特性。

即便是要使薄膜晶体管截止的电压，若流过该端部电流，也会导致图像显示混乱和功耗增大。作为其对策，也能够通过离子注入来调整阈值以提高平坦部和端部的阈值。但是，该情况下会降低导通状态的电流，而必须提高需要电流的外围电路的驱动电压，结果会使图像显示装置的功耗增加。因此，为了使图像显示装置的功耗降低，需要充分地抑制半导体薄膜端部的电流成分。

在专利文献1中，提出了将该半导体薄膜端部的电流成分称为边缘电流的、如下所述那样的解决方案。即，通过使在与栅电极的岛状半导体薄膜的轮廓重合的部分的栅极长度比在与岛状半导体薄膜的轮廓重合的部分的内侧的栅极长度长，来抑制边缘传导。该解决方案具有仅通过布局的改变就能够使边缘传导降低的优点。

专利文献1：日本特开平7-326764号公报

发明内容

但是，在上述现有技术中，虽然能够降低边缘电流，但是不具有消除边缘电流的效果。对其理由进行说明。图3是使用二维器件仿真器计算出的薄膜晶体管的漏极电流-栅极电压特性的沟道长度依赖性。在图3中，横轴表示栅极电压(V)，纵轴用指数表示漏极电流(A/μm)。这里，将硅薄膜的膜厚取为50纳米(nm)、将栅极氧化膜的膜厚取为100nm来进行计算。由图3可知，当使沟道长度CHL从4微米(μm)增加一倍变为8μm时，漏极电流变为1/2。但是，引起电流上升的电压并未发生多大变化。

为了通过减少电流来修正半导体薄膜端部的阈值偏差，需要将电流抑制在不同数量级。为此，必须按不同的数量级延长沟道长度，从而在电路布局上产生困难。因此，在端部电流成分的阈值发生偏差的情况下，难以通过延长端部沟道长度来消除该成分。

另外，若将延长端部沟道长度的方法应用于像素开关薄膜晶体管，则栅电极部分不透过光，因此开口率下降，从而导致图像显示性能下降。

本发明的第1目的在于，提供一种薄膜晶体管，消除在顶层栅极型薄膜晶体管的岛状半导体端部流过的电流成分来抑制驱动电压的上升。

本发明的第2目的在于，通过不使开口率降低地使外围电路的驱动电压降低，来实现图像显示性能优异且功耗低的平板式图像显示装置。