专利名称：半导体装置、有源矩阵基板以及显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及具备薄膜晶体管的半导体装置、使用该半导体装置的有源矩阵基板以及显示装置。
背景技术：
近年来，例如液晶显示装置作为与以往的布劳恩管相比具有薄型、轻量等特长的平板显示器被广泛利用于液晶电视、监视器、便携电话等。在这样的液晶显示装置中， 已知将如下有源矩阵基板使用于作为显示面板的液晶面板在该有源矩阵基板中，将多条数据配线(源极配线)和多条扫描配线(栅极配线)配线成矩阵状，并且将像素配置成矩阵状，像素在数据配线和扫描配线的交叉部的附近具有薄膜晶体管(TFT =Thin-Film Transistor，下面简称为“TFT”。)等开关元件和连接到该开关元件的像素电极。另外，在如上述的有源矩阵基板中，一般除了作为上述开关元件的像素驱动用的薄膜晶体管以外，还一体地设有周边电路用的薄膜晶体管。而且，提出在有源矩阵基板中， 在该有源矩阵基板使用于带触摸面板的液晶显示装置、带照度传感器(环境传感器)的液晶显示装置等的情况下，除了上述像素驱动用和周边电路用的薄膜晶体管之外，还一体地设有作为光传感器的光电二极管(薄膜二极管；TFD)。这样，有源矩阵基板采用具备多个薄膜晶体管、光电二极管的半导体装置。另外，在如上述的半导体装置中，近年来，在例如上述的内置光传感器的液晶面板、内置像素存储器的液晶面板等中，为了与低消耗电力化的要求对应，要求薄膜晶体管的漏电流的降低。因此，在现有的半导体装置中，例如特开2000-91581号公报所记载的那样， 提出利用具有遮光性的设于数据配线、薄膜晶体管的下方的遮光膜等覆盖薄膜晶体管的沟道区域和沟道相邻区域。由此，对外界光进行遮光，实现漏电流的降低。
发明内容
但是，在如上述的现有的半导体装置中，具有不能根据周围温度进行漏电流的降低的问题。具体地说，薄膜晶体管的漏电流除了外界光的照射以外也根据周围温度的上升而增大。因此，在现有的半导体装置中，当周围温度上升时，漏电流由于在薄膜晶体管中产生的热激发而增大，不能实现该漏电流的降低。此外，在薄膜晶体管中，为了抑制漏电流，考虑到在沟道区域与源极区域以及漏极区域之间的至少一方设置电阻值比源极区域和漏极区域高的低浓度杂质区域(LDD区域 Lightly Doped Drain)。但是，在设置这样的低浓度杂质区域的情况下，产生薄膜晶体管的电流驱动力(即，导通电流)下降的其它问题。即，在现有的半导体装置中，不能摆脱当进行漏电流的抑制时导致导通电流的不足、当使导通电流升高时漏电流也增大的折衷关系。其结果是，不能防止基于上述热激发的漏电流的增大。鉴于上述问题，本发明的目的在于提供能与周围温度无关地实现漏电流的降低的半导体装置、使用该半导体装置的有源矩阵基板以及显示装置。
为了达成上述目的，本发明的半导体装置的特征在于，具备串联连接的多个薄膜晶体管；栅极电极，其分别设于上述多个薄膜晶体管；半导体层，其设于多个上述栅极电极的下方；沟道区域，其形成于该半导体层，分别设于上述多个薄膜晶体管；低浓度杂质区域，其形成于上述半导体层，与上述沟道区域相邻；底栅电极，其设于上述沟道区域的下方； 以及遮光膜，其对上述沟道区域和上述低浓度杂质区域进行遮光，以对上述栅极电极施加电压的状态对上述底栅电极施加电压。根据本发明，能提供能与周围温度无关地实现漏电流的降低的半导体装置、使用该半导体装置的有源矩阵基板以及显示装置。
图1是说明本发明的第1实施方式的液晶显示装置的图。图2是说明图1所示的液晶面板的构成的图。图3是示出图2所示的开关部的等价电路的电路图。图4是示出栅极电极用信号和底栅电极用信号相同的情况的时序图。图5是示出栅极电极用信号的下降时间和底栅电极用信号的下降时间不同的情况的时序图。图6是示出上述开关部的具体的构成的截面图。图7是示出薄膜晶体管的源极/漏极间电压和漏电流的关系的坐标图。图8是示出向上述开关部的底栅电极的施加电压和低浓度杂质区域的电阻值的关系的坐标图。图9是示出本发明的第2实施方式的开关部的具体的构成的截面图。图10是示出本发明的第3实施方式的开关部的具体的构成的截面图。图11是示出本发明的第4实施方式的开关部的具体的构成的截面图。图12是示出本发明的第1实施方式的开关部的变形例的具体的构成的截面图。图13是示出本发明的第1实施方式的开关部的变形例的具体的构成的截面图。
具体实施例方式本发明的一实施方式的半导体装置的特征在于，具备串联连接的多个薄膜晶体管；栅极电极，其分别设于上述多个薄膜晶体管；半导体层，其设于多个上述栅极电极的下方；沟道区域，其形成于该半导体层，分别设于上述多个薄膜晶体管；低浓度杂质区域，其形成于上述半导体层，与上述沟道区域相邻；底栅电极，其设于上述沟道区域的下方；以及遮光膜，其对上述沟道区域和上述低浓度杂质区域进行遮光，以对上述栅极电极施加电压的状态对上述底栅电极施加电压(第1构成)。在第1构成中，通过以对栅极电极施加栅极电压的状态对底栅电极施加底栅电压，能使低浓度杂质区域的电阻值大大下降。由此，能使串联连接的薄膜晶体管的数量增力口，使每1个晶体管的源极/漏极间电压下降。其结果是，即使周围温度上升时，也能利用遮光膜可靠地降低漏电流。另外，在第1构成中，优选向上述栅极电极施加电压的起始时刻和向上述底栅电极施加电压的起始时刻相同(第2构成)。
另外，第1或者第2构成中，期望向上述栅极电极施加电压的结束时刻和向上述底栅电极施加电压的结束时刻不同(第3构成)。根据第3构成，能防止基于所谓馈通现象的不良情况。另外，在第1 第3构成中的任一个中，优选上述底栅电极兼作上述遮光膜(第4 构成)。根据第4构成，能防止半导体装置的结构复杂、大型化。另外，能容易地构成制造上简单的半导体装置。另外，在第1 第4构成中的任一个中，期望上述遮光膜是设于上述半导体层的下方的对上述沟道区域和上述低浓度杂质区域进行遮光的下部遮光膜(第5构成)。根据第 5构成，能对来自沟道区域和低浓度杂质区域的下方的光进行遮光。其结果是，能防止基于该光的漏电流的增大。另外，在第1 第5构成中的任一个中，优选上述遮光膜是设于上述半导体层的上方的对上述沟道区域和上述低浓度杂质区域进行遮光的上部遮光膜(第6构成)。根据第 6构成，能利用上部遮光膜对来自沟道区域和低浓度杂质区域的上方的光进行遮光。由此， 能防止基于该光的漏电流的增大。另外，在第6构成中，优选以对上述栅极电极施加电压的状态对上述上部遮光膜施加电压(第7构成)。根据第7构成，能使薄膜晶体管为导通状态的上述低浓度杂质区域的电阻值进一步下降。由此，能容易使薄膜晶体管的串联连接数量增加。其结果是，能更加降低漏电流。另外，能容易使薄膜晶体管的电流驱动力(导通电流)增大。另外，在第7构成中，优选向上述栅极电极施加电压的起始时刻和向上述上部遮光膜施加电压的起始时刻相同(第8构成)。另外，在第7或者第8构成中，优选向上述栅极电极施加电压的结束时刻和向上述上部遮光膜施加电压的结束时刻不同(第9构成)。根据第9构成，能防止基于所谓馈通现象的不良情况。另外，在第6 第9构成中的任一个中，优选具备源极电极，其设于上述半导体层的一端侧；以及漏极电极，其设于上述半导体层的另一端侧，上述上部遮光膜由与上述源极电极和上述漏极电极相同的材料在同层形成(第10的构成)。根据第10构成，能同时形成上部遮光膜和源极电极以及漏极电极。其结果是，能更容易地构成制造上简单的半导体装置。另外，在第6 第10构成中的任一个中，可以是上述栅极电极和上述上部遮光膜形成为在上下方向相互重合，从而进行电容耦合(第11构成)。根据第11构成，能降低多个栅极电极各自的负载电容。另外，在第1 第11构成中的任一个中，优选在上述半导体层中，上述多个薄膜晶体管的连接方向上的上述低浓度杂质区域的尺寸设定为规定的尺寸以下(第12构成)。根据第12构成，即使将低浓度杂质区域36的电阻值设定得高，使串联连接的薄膜晶体管的数量增加，也能防止导通电流的下降。即使增加薄膜晶体管的串联连接的数量，也能抑制低浓度杂质区域的电阻值的总和增加。能减小薄膜晶体管在半导体装置中占的比例。另外，在第1 第12构成中的任一个中，可以是上述底栅电极以位于各上述沟道区域的下方的方式分割为多个(第13构成)。根据第13构成，能降低上述多个栅极电极各自的负载电容。
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另外，本发明的一实施方式的有源矩阵基板的特征在于，其使用了上述任一半导体装置(第14构成)。在第14构成中，使用能与周围温度无关地实现漏电流的降低的半导体装置。其结果是，能容易地构成低消耗电力化的有源矩阵基板。另外，本发明的一实施方式的显示装置的特征在于，其使用了上述任一半导体装置(第15构成)。在第15构成中，使用能与周围温度无关地实现漏电流的降低的半导体装置。其结果是，能容易地构成低消耗电力化的显示装置。下面，一边参照附图一边对本发明的半导体装置、有源矩阵基板以及显示装置的优选实施方式进行说明。此外，在下面的说明中，例示将本发明应用于液晶显示装置的有源矩阵基板所使用的像素电极用的开关部的情况进行说明。另外，各图中的构成部件的尺寸并非如实地表示实际的构成部件的尺寸和各构成部件的尺寸比率等。[第1实施方式]图1是说明本发明的第1实施方式的液晶显示装置的图。在图1中，本实施方式的液晶显示装置1具备液晶面板2，其将图1的上侧设置为视觉识别侧(显示面侧)；以及背光源装置3，其配置于液晶面板2的非显示面侧(图1的下侧)，产生对该液晶面板2进行照明的照明光。液晶面板2具备彩色滤光片基板4和有源矩阵基板5，其构成一对基板；偏振板 6、7，其分别配置于彩色滤光片基板4和有源矩阵基板5的各外侧表面。在彩色滤光片基板 4与有源矩阵基板5之间夹持省略图示的液晶层。彩色滤光片基板4和有源矩阵基板5使用平板状的透明的玻璃材料或者丙烯酸树脂等透明的合成树脂。偏振板6、7使用TAC(三醋酸纤维素)或者PVA(聚乙烯醇)等树脂膜。并且，这些偏振板6、7以至少覆盖设于液晶面板2的显示面的有效显示区域的方式贴合于彩色滤光片基板4或者有源矩阵基板5。另外，有源矩阵基板5构成上述一对基板的一方基板。在该有源矩阵基板5中，根据液晶面板2的显示面所包含的多个像素，在与上述液晶层之间形成有像素电极、薄膜晶体管(TFT =Thin Film Transistor)等(详细后述。)。另外，在该有源矩阵基板5中，如后详述，包含上述薄膜晶体管的本发明的开关部(半导体装置)按像素单位设置。另一方面， 彩色滤光片基板4构成一对基板的另一方基板。在该彩色滤光片基板4上，在与上述液晶层之间形成有彩色滤光片、相对电极等(未图示)。另外，在液晶面板2中设有FPC(Flexible Printed Circuit 柔性印刷电路)8， FPC 8连接到进行该液晶面板2的驱动控制的控制装置(未图示)。在液晶面板2中，使上述液晶层按像素单位进行动作。由此，显示面按像素单位进行驱动。其结果是，在该显示面上显示期望图像。此外，液晶面板2的液晶模式、像素结构是任意的。另外，液晶面板2的驱动模式也是任意的。即，作为液晶面板2，能使用能显示信息的任意的液晶面板。因此，在图1中未图示液晶面板2的详细结构，也省略其说明。背光源装置3具备作为光源的发光二极管9和与发光二极管9相对配置的导光板 10。另外，在背光源装置3中，利用截面为L字状的外框14，以在导光板10的上方设置有液晶面板2的状态夹持着发光二极管9和导光板10。另外，在彩色滤光片基板4上载置着外壳11。由此将背光源装置3组装于液晶面板2，与液晶面板2 —体化。并且，构成来自背光源装置3的照明光入射到液晶面板2的透射型的液晶显示装置1。导光板10使用例如透明的丙烯酸树脂等的合成树脂。来自发光二极管9的光入射到导光板10。在导光板10的与液晶面板2相反的一侧(相对面侧)设置有反射片12。 另外，在导光板10的液晶面板2侧(发光面侧)设置有透镜片、扩散片等光学片13。由此， 在导光板10的内部被引导向规定的导光方向(从图1的左侧向右侧的方向)的来自发光二极管9的光转换为具有均勻亮度的平面状的上述照明光而赋予液晶面板2。此外，在上述说明中，对使用具有导光板10的边光型的背光源装置3的构成进行说明，但本实施方式不限于此。可以使用直下型的背光源装置。另外，也能使用具有发光二极管以外的冷阴极荧光管、热阴极荧光管等其它光源的背光源装置。接着，也参照图2和图3，对本实施方式的液晶面板2具体地进行说明。图2是说明图1所示的液晶面板的构成的图。图3是示出图2所示的开关部的等价电路的电路图。在图2中，在液晶显示装置1 (图1)中设有面板控制部15、源极驱动器16以及栅极驱动器17。面板控制部15进行作为显示字符、图像等信息的上述显示部的液晶面板2(图 1)的驱动控制。源极驱动器16和栅极驱动器17基于来自面板控制部15的指示信号进行动作。面板控制部15设于上述控制装置内。面板控制部15中输入来自液晶显示装置1 的外部的视频信号。另外，面板控制部15具备图像处理部15a和帧缓冲器15b。图像处理部15a针对所输入的视频信号进行规定的图像处理，生成对源极驱动器16和栅极驱动器17 的各指示信号。帧缓冲器15b能存储包含于所输入的视频信号中的1帧的显示数据。并且， 面板控制部15根据所输入的视频信号进行源极驱动器16和栅极驱动器17的驱动控制。由此，与输入的视频信号相应的信息显示于液晶面板2。源极驱动器16和栅极驱动器17设置于有源矩阵基板5上。具体地，源极驱动器 16在有源矩阵基板5的表面上以在作为显示面板的液晶面板2的有效显示区域A的外侧区域沿着该液晶面板2的横方向的方式设置。另外，栅极驱动器17在有源矩阵基板5的表面上以在上述有效显示区域A的外侧区域沿着该液晶面板2的纵方向的方式设置。另外，源极驱动器16和栅极驱动器17是按像素单位驱动设于液晶面板2侧的多个像素P的驱动电路。在源极驱动器16和栅极驱动器17上分别连接着多条源极配线Sl SM(M为2以上的整数，下面用“S”总称。)和多条栅极配线Gl GN(N为2以上的整数，下面用“G”总称。)。这些源极配线S和栅极配线G分别构成数据配线和扫描配线。这些源极配线S和栅极配线G以在有源矩阵基板5所包含的透明的玻璃材料或者透明的合成树脂制的基材(未图示)上相互交叉的方式排列成矩阵状。即，源极配线S以与矩阵状的列方向(液晶面板2的纵方向)平行的方式设于上述基材上。栅极配线G以与矩阵状的行方向 (液晶面板2的横方向)平行的方式设于上述基材上。而且，在有源矩阵基板5中，多条底栅配线G1’ GN，(N’是2以上的整数，下面用“G’”总称。)以与多条栅极配线Gl GN平行的方式设置。该底栅配线G’与栅极配线 G同样，连接到栅极驱动器17。另外，底栅配线G’针对后述的底栅电极提供与连接到栅极配线G的后述栅极电极相同的扫描信号(栅极信号)。
另外，在这些源极配线S和栅极配线G以及底栅配线G’的交叉部的附近设有上述像素P，上述像素P具有使用本发明的半导体装置的像素电极用的开关部18和连接到开关部18的像素电极19。另外，在各像素P中，以在中间隔着设于液晶面板2的液晶层的状态与像素电极19相对的方式设置有共用电极20。即，在有源矩阵基板5中，开关部18、像素电极19以及共用电极20按像素单位设置。如图3所示，在开关部18串联连接着多个、例如4个薄膜晶体管Trl、Tr2、Tr3、 Tr4。另外，在开关部18中，各薄膜晶体管Trl Tr4的栅极电极gl、g2、g3、g4连接到栅极配线G。另外，开关部18的源极电极和漏极电极分别连接到源极配线S和像素电极19。 而且，在开关部18中，底栅电极21连接到底栅配线G’。另外，在本实施方式的开关部18中，使用底栅电极21相对于4个栅极电极gl g4—体构成的1个开关部。而且，底栅电极21也作为对来自背光源装置3的照明光进行遮光的遮光膜执行功能(详细后述。)。返回图2，在有源矩阵基板5中，在由源极配线S、栅极配线G以及底栅配线G’划分成矩阵状的各区域中形成有像素P的区域。这些多个像素P包含红色(R)、绿色(G)以及蓝色(B)的像素。另外，这些RGB的像素例如按照该顺序与各栅极配线Gl GN平行地依次配设。而且，这些RGB的像素利用设于彩色滤光片基板4侧的后述的彩色滤光片层进行对应颜色的显示。另外，在有源矩阵基板5中，栅极驱动器17基于来自图像处理部15a的指示信号， 针对栅极配线Gl GN依次输出使对应的开关部18的栅极电极Gl G4为导通状态的扫描信号(栅极信号)。而且，如图4所示，栅极驱动器17与相对于底栅配线G1’ GN’成对的栅极配线Gl GN同时将相同的栅极信号依次输出到对应的开关部18的底栅电极21。在图4中，输出到栅极电极gl g4的栅极信号(栅极电极用信号)和输出到底栅电极21的栅极信号(底栅电极用信号)设为在驱动电压的大小、上升时间以及下降时间方面均相同，但在开关部18中，只要在输出栅极电极用信号的状态下输出底栅电极用信号即可。因此，栅极电极用信号和底栅电极用信号的驱动电压的大小、上升时间以及下降时间中的至少一个可以不同。在此，优选底栅电极用信号的下降时间与栅极电极用信号的下降时间不同。具体地，例如，如图5所示，在栅极电极用信号下降后使得底栅电极用信号下降。 当然也可以在底栅电极用信号下降后使得栅极电极用信号下降。另外，源极驱动器16基于来自图像处理部15a的指示信号，将与显示图像的亮度 (灰度级)相应的数据信号(电压信号(灰度级电压))输出到对应的源极配线Si SM。下面，参照图6对开关部18具体地进行说明。图6是示出上述开关部的具体的构成的截面图。如图6所示，在有源矩阵基板5中，在包括玻璃基板的基板主体5a上按像素单位设有开关部18。开关部18具备上述栅极电极gl g4 ；作为半导体层的硅层SL，其设于这些栅极电极gl g4的下方；以及底栅电极21，其设于该硅层SL的下方。另外，在开关部18中，栅极绝缘膜32设于栅极电极gl g4与硅层SL之间。由此，栅极绝缘膜32使这些栅极电极gl g4和硅层SL电绝缘。另外，在开关部18中，基底绝缘膜22设于硅层SL 与底栅电极21之间。由此，基底绝缘膜22使这些硅层SL和底栅电极21电绝缘。另外，在开关部18中，上述源极电极23和上述漏极电极24形成于以覆盖栅极电
9极gl g4的方式形成的第1层间膜33上。源极电极23通过接触孔25连接到设于硅层 SL的源极区域27。漏极电极24通过接触孔26连接到设于硅层SL的漏极区域28。另外，在开关部18中，上述薄膜晶体管Trl Tr4使用N型的晶体管。S卩，在硅层 SL设有以高浓度注入例如磷等N型杂质的高浓度区域(在图6中用网状线图示)27、28、31、 以低浓度注入N型杂质的低浓度杂质区域(LDD区域Lightly Doped Drain区域，在图6中用点图示)29、以及沟道区域30。具体地说，在硅层SL中，在源极区域27与漏极区域28之间设有按每个薄膜晶体管Trl Tr4而设置并且形成于各栅极电极gl g4的正下方的沟道区域30和与沟道区域30相邻的低浓度杂质区域29。另外，在硅层SL中，在各个相邻的薄膜晶体管Trl Tr4之间形成有高浓度区域31和夹着该高浓度区域31的低浓度杂质区域29。另外，在开关部18中，如图6所示，底栅电极21形成于源极区域27的端部与漏极区域28的端部之间的硅层SL的下方。如后详述，该底栅电极21使用不透明的电极材料。 由此，底栅电极21构成为兼作防止来自图6的下侧的光、例如来自背光源装置3的照明光入射到低浓度杂质区域29和沟道区域30的遮光膜。因此，在开关部18中，能抑制基于上述照明光的漏电流。另外，在开关部18中，如后详述，能与周围温度无关地利用底栅电极21 实现漏电流的降低。 而且，在开关部18中，上部遮光膜35设于第2层间膜34的表面上，第2层间膜34 形成于第1层间膜33上。如图6所示，该上部遮光膜35在源极电极23与漏极电极24之间设于栅极电极gl g4的上方，对低浓度杂质区域29和沟道区域30进行遮光。S卩，上部遮光膜35能防止来自图6的上侧的光入射到低浓度杂质区域29和沟道区域30。在此，对开关部18的制造方法具体地进行说明。在图6中，将钼或者钨等金属通过溅射而在基板主体5a上成膜。然后利用光刻进行图案化，由此形成底栅电极21。该底栅电极21的具体的膜厚为大约100 200nm。接着，作为基底绝缘膜22，例如利用CVD (Chemical Vapor Deposition 化学气相沉积)分别以IOOnm的膜厚依次形成SiN膜和SiO2膜。然后，在基底绝缘膜22的上方以 50nm的膜厚形成非晶硅膜后，利用激光结晶化形成为多晶硅。并且，在该多晶硅中作为调整阈值用的沟道掺杂而掺杂硼。接着，在多晶硅的上方，以SOnm的膜厚形成SiO2膜作为栅极绝缘膜32。然后，在栅极绝缘膜32的上方形成钼或者钨等的金属膜，对其进行图案化，由此形成栅极电极gl g4。并且，以这些栅极电极gl g4作为掩模，为了形成低浓度杂质区域29，以低浓度掺杂 N型杂质、例如磷。然后，在形成用于确保低浓度杂质区域29的长度尺寸(LDD长度)的光致抗蚀剂后，为了形成源极区域27、漏极区域28以及高浓度区域31而掺杂磷。在此，在低浓度杂质区域29中，以其片电阻值为50ΚΩ至150ΚΩ程度的方式调整掺杂量(例如，IX IO13 IO1Vcm2)。该掺杂量以能消除预先掺杂的沟道掺杂用的P型杂质 (硼)的方式掺杂，形成N型的低浓度杂质区域29。另外，在源极区域27、漏极区域28以及高浓度区域31中，以其片电阻值为1ΚΩ以下的方式进行lX1015/cm2程度的磷的掺杂。然后，为了使杂质活性化，以500°C至600°C进行1小时热处理。此外，为了缩短热处理时间， 可以利用例如灯退火装置以650°C至700°C进行几分钟热处理。接着，作为第1层间膜33，分别形成IOOnm至300nm程度的SiO2膜和SiN膜。然后，形成用于分别进行源极电极23和漏极电极24的连接的接触孔25和26。然后，使源极电极23、漏极电极24以及配线用的金属、例如Al或者其合金、或者它们的层叠膜成膜而图案化。接着，形成IOOnm至300nm程度的SiO2膜或者SiN膜作为第2层间膜34。或者， 可以形成1 μ m至2 μ m丙烯酸树脂。然后，将钼或者铝等金属通过溅射而在第2层间膜34 上成膜。然后，利用光刻进行图案化，由此形成上部遮光膜35。上部遮光膜35的具体的膜厚为大约100 200nm。最后，虽然在图中未示出，但作为液晶显示装置1，为形成像素电极19，在形成配线后形成基于树脂膜等的平坦化膜。在该平坦化膜上形成成为像素电极19的透明电极(例如，ΙΤ0)。另外，根据情况，在ITO上形成作为反射电极的Al、Ag或者其合金。此外，在上述说明中，对由N型的晶体管构成薄膜晶体管Trl Tr4的情况的形成方法进行了说明。在由P型的晶体管构成薄膜晶体管Trl Tr4的情况下，只要将用于形成源极区域27和漏极区域28的杂质设为P型杂质、例如硼即可。另外，因为利用上述形成方法也能形成面板周边的驱动电路，所以也能将本结构的开关部18应用于要求低漏电流的开关元件等。下面，参照图7和图8对基于开关部18的底栅电极21的漏电流的降低效果具体地进行说明。图7是示出薄膜晶体管的源极/漏极间电压和漏电流的关系的坐标图。图8是示出向上述开关部18的底栅电极21的施加电压和低浓度杂质区域29的电阻值的关系的坐标图。在图7中，横轴的电压Vds示出串联连接的薄膜晶体管Trl Tr4的每1个的源极/漏极间电压。另外，在图7中，曲线70和71分别示出薄膜晶体管的周围温度是40°C和 60°C时的上述电压Vds和漏电流Ioff的关系。而且，在图7中，曲线72示出基于来自背光源装置3的照明光的照射的上述电压Vds和(光)漏电流Ioff的关系。从曲线71和曲线72可明确，在薄膜晶体管中，在每1个的源极/漏极间电压Vds 为大约3V以上的情况下，基于周围温度上升的漏电流Ioff的一方比基于上述照明光的漏电流Ioff大。即使设置遮光膜(底栅电极21)，基于该遮光膜(底栅电极21)的漏电流降低的效果也小。即，如现有例所示，当周围温度上升时，不能实现漏电流Ioff的降低。另一方面，如图8的曲线73所示，随着增大向底栅电极21的施加电压Vbg，低浓度杂质区域29的电阻值显著下降。具体地，在将施加电压Vbg设为8V以上的情况下，能将低浓度杂质区域29的电阻值设为施加电压Vbg为OV的情况下的一半以下的值。由此，能将可串联连接的薄膜晶体管的数量设为2倍以上。即，能将现有2个程度的薄膜晶体管的串联连接数量如上述的开关部18那样设为4个。其结果是，在例如将上述源极信号的最大值设为4V、将共用电极20的振幅设为5V的情况下，在开关部18中，施加最大为9V的电压。 因此，在开关部18中，每1个的源极/漏极间电压Vds为2. 25( = 9/4) V。在该情况下，从图7的曲线71和曲线72可明确，与基于周围温度上升的漏电流Ioff相比，基于照明光的漏电流Ioff变大。但是，在本实施方式的开关部18中，能利用底栅电极21对照明光进行遮光。因此，即使周围温度上升时，也能进行漏电流Ioff的降低。此外，图8所示的曲线73是分别由IOOnm的膜厚的SiN膜和SiO2膜构成基底绝缘膜22的情况。如果减薄该基底绝缘膜22的膜厚，能进一步得到由于向底栅电极21施加电压引起的低浓度杂质区域29的电阻值降低效果。在如上所述构成的本实施方式的开关部(半导体装置)18中，在串联连接的多个薄膜晶体管Trl Tr4的各栅极电极gl g4的下方设置硅层(半导体层)SL，硅层(半导体层)SL具有按多个薄膜晶体管Trl Tr4分别设置的沟道区域30和与该沟道区域30相邻的低浓度杂质区域29。另外，在本实施方式的开关部18中，通过在硅层SL的下方设置底栅电极21，针对该底栅电极21提供与多个栅极电极gl g4各自相同的栅极信号，能使上述低浓度杂质区域29的电阻值大大下降。由此，在本实施方式的开关部18中，如图7和图 8所示，通过使串联连接的薄膜晶体管的数量增加，能使每1个薄膜晶体管的源极/漏极间电压Vds下降。其结果是，即使周围温度上升时，也能利用底栅电极(遮光膜)21可靠地降低漏电流。即，在本实施方式中，能构成如下开关部18 其能与周围温度无关地实现漏电流的降低。另外，在本实施方式的开关部18中，能使低浓度杂质区域29的电阻值大大下降。 由此，能防止该开关部18的电流驱动力(S卩，导通电流)的下降。S卩，在本实施方式的开关部18中，与现有例不同，能摆脱当进行漏电流的抑制时导致导通电流的不足、当使导通电流升高时漏电流也会增大的折衷的关系。其结果是，能兼顾抑制漏电流和防止导通电流下降。另外，在本实施方式中，具备上部遮光膜35，上部遮光膜35设于多个栅极电极 gl g4的上方，并且对沟道区域30和低浓度杂质区域29进行遮光。由此，能利用该上部遮光膜35对来自栅极电极gl g4的上方的光进行遮光。其结果是，能防止基于该光的漏电流的增大。另外，在本实施方式中，使用能实现漏电流的降低的开关部(半导体装置)18。由此，能容易地构成低消耗电力化的有源矩阵基板5和液晶显示装置(显示装置)1。[第2实施方式]图9是示出本发明的第2实施方式的开关部的具体的构成的截面图。在图9中， 本实施方式和上述第1实施方式的主要的不同方面为如下方面在硅层中，将多个薄膜晶体管的连接方向上的多个低浓度杂质区域的尺寸设定为规定的尺寸以下。此外，对与上述第1实施方式共同的要素标注相同附图标记，省略其重复的说明。S卩，如图9所示，在本实施方式的在开关部18中，在硅层(半导体层)SL中，4个薄膜晶体管Trl Tr4的连接方向(图9的左右方向)上的多个低浓度杂质区域36的尺寸设定为规定的尺寸以下。由此，在本实施方式的开关部18中，与第1实施方式不同，未设置高浓度区域而串联连接4个薄膜晶体管Trl Tr4。具体地说，在本实施方式的开关部18中，通过使用曝光装置的I线步进机，将连接到源极区域27或者漏极区域28的上述连接方向的低浓度杂质区域36的尺寸(即，两端部分的尺寸)设为1. 5 μ m，将配置于4个各薄膜晶体管Trl Tr4间的上述连接方向的低浓度杂质区域36的尺寸(即，连接部分的尺寸)设为2.0μπι。另外，通过进行这样的尺寸设定，将低浓度杂质区域36的电阻值设定得高，即使增加串联连接的薄膜晶体管的连接数量时，导通电流也不下降。详细地说，使用低浓度杂质区域36的片电阻值为160ΚΩ的结构，在对底栅电极21进行8V的电压施加的情况下，所有的低浓度杂质区域36的合计电阻值为720ΚΩ (= 160K Ω /2 X {1. 5 μ mX 2 (两端部分)+2. 0 μ mX 3 (连接部分)})。即，即使使低浓度杂质区域36的片电阻值升高时，通过向底栅电极21的电压施加，低浓度杂质区域36的片电阻值设为1/2，所以导通电流不下降。另外，该所有的低浓度杂质区域36的合计电阻值的720ΚΩ 相当于将具有设定为80K Ω的片电阻值的低浓度杂质区域的3个薄膜晶体管串联连接的现有结构物。因此，在本实施方式中，证实了即使增加串联连接的薄膜晶体管的连接数量时导通电流也不下降。通过上面的构成，在本实施方式中，能起到与上述第1实施方式同样的作用、效果。另外，在本实施方式的开关部18中，在硅层SL中，多个薄膜晶体管Trl Tr4的连接方向上的多个低浓度杂质区域36的尺寸设定为规定的尺寸以下。由此，在本实施方式的开关部18中，将低浓度杂质区域36的电阻值设定得高，即使增加串联连接的薄膜晶体管的数量，也能防止导通电流的下降。即使增加薄膜晶体管的串联连接数量，也能抑制低浓度杂质区域36的电阻值的总和增加。能减小在开关部18中薄膜晶体管Trl Tr4占的比例。[第3实施方式]图10是示出本发明的第3实施方式的开关部的具体的构成的截面图。在图10中， 本实施方式和上述第1实施方式的主要的不同方面是如下方面以按多个晶体管的每个、 且设于沟道区域和低浓度杂质区域的下方的方式设有多个底栅电极。此外，对与上述第1 实施方式共同的要素标注相同附图标记，省略其重复的说明。S卩，如图10所示，在本实施方式的开关部18中，设有分割为4个的底栅电极37。 这些底栅电极37按多个薄膜晶体管Trl Tr4的每个、且以设于沟道区域30和低浓度杂质区域29的下方的方式形成。另外，与第1实施方式不同，这些各底栅电极37与对应栅极电极gl g4之间进行电容耦合。由此，利用电容耦合进行向各底栅电极37的电压施加。 艮口，在本实施方式的开关部18中，未设置底栅配线而进行向各底栅电极37的电压信号的提 {共。通过上面的构成，在本实施方式中，能起到与上述第1实施方式同样的作用、效果。另外，在本实施方式中，底栅电极37按多个薄膜晶体管Trl Tr4的每个、且以设于沟道区域30和低浓度杂质区域29的下方的方式分割为多个。由此，在本实施方式中，仅在有助于遮光和低浓度杂质区域29的电阻降低的部分设有底栅电极37。其结果是，能简化开关部18的构成。另外，利用与对应的栅极电极gl g4的电容耦合进行向各底栅电极37的电压施加，所以能降低各栅极电极gl g4的负载电容。[第4实施方式]图11是示出本发明的第4实施方式的开关部的具体的构成的截面图。在图11中， 本实施方式和上述第1实施方式的主要的不同方面是如下方面由与源极电极和漏极电极相同的材料在同层形成上部遮光膜，并且对该上部遮光膜提供与多个栅极电极各自同相位的信号。此外，对上述第1实施方式共同的要素标注同附图标记，省略其重复的说明。S卩，如图11所示，在本实施方式的开关部18中，上部遮光膜38在第1层间膜33 上由与源极电极23和漏极电极24相同的材料在同层形成。另外，该上部遮光膜38以与多个栅极电极gl g4各自在上下方向相互重合的方式形成。由此，上部遮光膜38与栅极电极gl g4进行电容耦合。并且，利用与栅极电极gl g4的电容耦合，对该上部遮光膜38提供与该栅极电极gl g4同相位的信号。通过上面的构成，在本实施方式中，能起到与上述第1实施方式同样的作用、效果。另外，在本实施方式中，上部遮光膜38由与源极电极23和漏极电极24相同的材料在同层形成。由此，能同时形成这些上部遮光膜38和源极电极23以及漏极电极24。其结果是，能更容易地构成制造上简单的开关部(半导体装置)18。另外，在本实施方式中，因对上部遮光膜38提供与多个栅极电极gl g4各自同相位的信号，所以能使薄膜晶体管Trl Tr4导通的状态下的低浓度杂质区域29的电阻值进一步降低。由此，能容易使薄膜晶体管的串联连接数量增加。其结果是，能更加降低漏电流。另外，能容易使薄膜晶体管的电流驱动力(导通电流)增大。此外，在开关部18中，只要以对栅极电极gl g4提供信号的状态对上部遮光膜 38提供信号即可。因此，对栅极电极gl g4提供的信号(栅极电极用信号)和对上部遮光膜38提供的信号(上部遮光膜用信号)的驱动电压的大小、上升时间以及下降时间各自可以相同，并且驱动电压的大小、上升时间以及下降时间中的至少一个可以不同。顺便说一下，所谓栅极电极用信号和上部遮光膜用信号在驱动电压的大小、上升时间以及下降时间各自中相同的情况是指例如在图4中，将底栅电极用信号的信号波形设为上部遮光膜用信号的信号波形的情况。在此，优选上部遮光膜用信号的下降时间与栅极电极用信号的下降时间不同。具体地，可以在栅极电极用信号下降后使得上部遮光膜用信号下降，也可以在上部遮光膜用信号下降后使得栅极电极用信号下降。顺便说一下，所谓在栅极电极用信号下降后上部遮光膜用信号下降的情况是指例如在图5中，将底栅电极用信号的信号波形设为上部遮光膜用信号的信号波形的情况。而且，在本实施方式中，上部遮光膜38与多个栅极电极gl g4各自进行电容耦合。由此，能降低多个栅极电极gl g4各自的负载电容。此外，上述的实施方式均为例示，不是限制性的。本发明的技术范围由权利要求来规定，与其记载的构成等同的范围内的所有变更也包含于本发明的技术范围中。例如，在上述说明中，例示液晶显示装置的有源矩阵基板所使用的像素电极用的开关部进行了说明。但是，本发明的半导体装置只要具备串联连接的多个薄膜晶体管； 栅极电极，其分别设于上述多个薄膜晶体管；半导体层，其设于多个上述栅极电极的下方； 沟道区域，其形成于该半导体层，分别设于上述多个薄膜晶体管；低浓度杂质区域，其形成于上述半导体层，与上述沟道区域相邻；底栅电极，其设于上述沟道区域的下方；以及遮光膜，其对上述沟道区域和上述低浓度杂质区域进行遮光，以对上述栅极电极施加电压的状态对上述底栅电极施加电压，则没有任何限定。具体地说，能应用于例如半透射型、反射型的液晶面板或者有机EL (Electronic Luminescence ；电致发光)、无机EL元件、场致发射显示器(Field Emission Display)等各种显示装置、使用于该显示装置的有源矩阵基板等。 另外，除了像素电极用的开关部以外，在使用于驱动电路等周边电路的开关部等中能应用本发明的半导体装置。另外，晶体管的串联连接数量完全不限于上述的4个。另外，在上述说明中，对底栅电极被用作遮光膜的情况进行了说明，但本发明完全不限定于此。具体地说，如图12所示，可以是使用透明电极构成底栅电极21、并且在半导体层SL的下方且底栅电极21的下方设置遮光膜40的构成。在这样的构成中，基底绝缘膜22为层叠结构。但是，如上述的各实施方式那样，兼作底栅电极和遮光膜的情况的一方在能防止半导体装置的结构复杂、大型化、并且能容易地构成制造上简单的半导体装置的方面优选。另外，在上述第1、第2以及第4实施方式的说明中，对如下情况进行了说明将底栅配线连接于底栅电极，针对该底栅电极提供与多个栅极电极各自相同的栅极信号。但是， 本发明的半导体装置只要以对栅极电极施加电压的状态对底栅电极施加电压即可。具体地说，可以针对底栅电极和各栅极电极提供电压相互不同的同相位的信号。另外，在对底栅电极提供至少下降时间与针对多个栅极电极各自的信号不同的信号的情况下，即在对各栅极电极和底栅电极提供由栅极信号使晶体管导通的状态重叠、使晶体管截止的时间不同的信号的情况下，不产生使由栅极信号使晶体管截止时产生的像素电压的变动(所谓的馈通现象)增大的问题，在该方面优选。另外，也可以如第3实施方式那样，通过使底栅电极和各栅极电极进行电容耦合， 针对各栅极电极提供栅极信号，从而针对底栅电极提供同相位的信号。在这样进行电容耦合的情况下，能够省略底栅配线的设置。另外，在上述第4实施方式的说明中，说明了针对上部遮光膜提供与针对多个栅极电极各自的信号同相位的信号的情况，但本发明不限定于此。可以对上部遮光膜提供至少下降时间与针对多个栅极电极各自的信号不同的信号。在这样构成的情况下，不产生使由栅极信号使晶体管截止时产生的像素电压的变动(所谓的馈通现象)增大的问题，在该方面优选。另外，在上述说明中，对将上部遮光膜设于有源矩阵基板侧的情况进行了说明，但本发明的上部遮光膜不限定于此。可以将上部遮光膜设于彩色滤光片基板侧。具体地说， 如图13所示，在彩色滤光片基板4中，在其基板主体4a的液晶层L侧的表面形成上部遮光膜39。上部遮光膜39可以设为对各晶体管的至少沟道区域30和低浓度杂质区域29进行遮光的构成。另外，除了上述说明以外，可以使第1 第4的各实施方式适当组合。工业上的可利用性本发明对于能与周围温度无关地实现漏电流的降低的半导体装置、使用该半导体装置的有源矩阵基板以及显示装置有用。
权利要求
1.一种半导体装置，具备 串联连接的多个薄膜晶体管；栅极电极，其分别设于上述多个薄膜晶体管；半导体层，其设于多个上述栅极电极的下方；沟道区域，其形成于该半导体层，分别设于上述多个薄膜晶体管；低浓度杂质区域，其形成于上述半导体层，与上述沟道区域相邻；底栅电极，其设于上述沟道区域的下方；以及遮光膜，其对上述沟道区域和上述低浓度杂质区域进行遮光，以对上述栅极电极施加电压的状态对上述底栅电极施加电压。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，向上述栅极电极施加电压的起始时刻和向上述底栅电极施加电压的起始时刻相同。
3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，向上述栅极电极施加电压的结束时刻和向上述底栅电极施加电压的结束时刻不同。
4.根据权利要求1 3中的任一项所述的半导体装置， 上述底栅电极兼作上述遮光膜。
5.根据权利要求1 4中的任一项所述的半导体装置，上述遮光膜是设于上述半导体层的下方的对上述沟道区域和上述低浓度杂质区域进行遮光的下部遮光膜。
6.根据权利要求1 5中的任一项所述的半导体装置，上述遮光膜是设于上述半导体层的上方的对上述沟道区域和上述低浓度杂质区域进行遮光的上部遮光膜。
7.根据权利要求6所述的半导体装置，以对上述栅极电极施加电压的状态对上述上部遮光膜施加电压。
8.根据权利要求7所述的半导体装置，向上述栅极电极施加电压的起始时刻和向上述上部遮光膜施加电压的起始时刻相同。
9.根据权利要求7或8所述的半导体装置，向上述栅极电极施加电压的结束时刻和向上述上部遮光膜施加电压的结束时刻不同。
10.根据权利要求6 9中的任一项所述的半导体装置， 具备源极电极，其设于上述半导体层的一端侧；以及漏极电极，其设于上述半导体层的另一端侧，上述上部遮光膜由与上述源极电极和上述漏极电极相同的材料在同层形成。
11.根据权利要求6 10中的任一项所述的半导体装置，上述栅极电极和上述上部遮光膜形成为在上下方向相互重合，从而进行电容耦合。
12.根据权利要求1 11中的任一项所述的半导体装置，在上述半导体层中，上述多个薄膜晶体管的连接方向上的上述低浓度杂质区域的尺寸设定为规定的尺寸以下。
13.根据权利要求1 12中的任一项所述的半导体装置，上述底栅电极以位于各上述沟道区域的下方的方式分割为多个。
14.一种有源矩阵基板，其使用了权利要求1 13中的任一项所述的半导体装置。
15.一种显示装置，其使用了权利要求1 13中的任一项所述的半导体装置。
全文摘要
提供能与周围温度无关地实现漏电流的降低的半导体装置、使用该半导体装置的有源矩阵基板以及显示装置。在具有串联连接的多个薄膜晶体管的开关部(半导体装置)(18)中，具备多个栅极电极(g1～g4)；沟道区域(30)和低浓度杂质区域(29)，其包含在设于多个栅极电极(g1～g4)的下方的硅层(半导体层)(SL)中，并且分别设于多个晶体管；以及底栅电极(21)，其设于硅层(SL)的下方。对底栅电极(21)提供与各栅极电极(g1～g4)同相位的电压。
文档编号G02F1/1368GK102484136SQ201080037468
公开日2012年5月30日 申请日期2010年8月26日 优先权日2009年8月28日
发明者北角英人 申请人:夏普株式会社