半导体器件 【发明领域】
本发明涉及在衬底上形成多个将通过脉冲激光进行退火的半导体层用作沟道区域的薄膜晶体管的半导体器件，特别涉及消除各薄膜晶体管的特性偏差的技术。背景技术
以往，作为平板显示器，已知利用有机EL元件的有机场致发光(以下称为EL)显示板。作为平板显示器，液晶显示器(LCD)正在广泛普及，但由于该LCD是透过或反射来自另外设置的光源的光的器件，所以本身不发光。另一方面，有机EL元件是通过将电流供给在阳极和阴极之间设置的有机EL层来使EL层发光的自发光显示器，由于不象LCD那样需要背光，所以从薄型、小型、消耗功率低的观点来看十分优秀，有望成为今后平板显示板的主流。特别是在各象素上形成开关元件的有源矩阵型的有机EL显示器中，由于各象素常时点亮，可以将电流抑制得低，即使大画面化、高清晰化也可以维持良好的显示品质，所以有望成为下一代平板显示器的主流。
作为这样的有源矩阵有机EL显示器，在每个矩阵状排列的有机EL元件(发光象素)中设置薄膜晶体管来用作其开关，通过该薄膜晶体管单独地控制从电源向有机EL元件的电流供给，使元件按照数据信号所对应的亮度来发光。
作为各象素地开关元件利用的薄膜晶体管已知利用非晶硅作为构成其有源层的半导体层的薄膜晶体管、利用多晶硅作为构成其有源层的半导体层的薄膜晶体管。以往，由于制造容易，所以在该薄膜晶体管的有源层上大多使用非晶硅，但为了提高工作速度，实现高精度显示装置也在开始采用多晶硅。为了低熔点的衬底上形成多晶硅层，首先，对非晶状态形成的硅膜实施激光退火处理，由此将非晶硅进行多晶化。
在上述激光退火中，通常对被照射对象依次扫描整形的脉冲激光(片状束)，使得被照射区域成为细长的矩形。但是，每次的激光照射条件不一定相同而产生偏差。而且，在薄膜晶体管的结晶性上产生偏差时，其特性与同一衬底上的其他位置的薄膜晶体管就会有所不同，就会产生各象素的亮度偏差。发明概述
本发明是鉴于上述课题的发明，目的在于提供能够抑制激光退火引起的不适合薄膜晶体管的发生的半导体器件。
本发明是在衬底上形成多个将使用线状脉冲激光退火的半导体层用作沟道区域的薄膜晶体管的半导体器件，该半导体器件配有将来自电源线的驱动电流供给对应的被驱动元件的至少一个元件用薄膜晶体管，和根据选择时提供的数据控制所述元件驱动用薄膜晶体管的开关用薄膜晶体管，并且，配置该驱动用薄膜晶体管，使所述线状脉冲激光在照射区域的纵向方向上沿该沟道的宽度方向横切所述元件驱动用薄膜晶体管的沟道。
本发明的其它方式是在衬底上形成多个将使用脉冲激光退火的半导体层用作沟道区域的薄膜晶体管的半导体器件，该半导体器件配有将来自电源线的驱动电流供给对应的被驱动元件的至少一个的元件驱动用薄膜晶体管，和根据选择时提供的数据控制所述元件驱动用薄膜晶体管的开关用薄膜晶体管，所述元件驱动用薄膜晶体管，在与所述脉冲激光的扫描方向大致平行的方向上配置其沟道的长度方向。
激光退火中，激光输出能量有偏差。该偏差中存在脉冲激光的一个照射区域内的偏差及那么在照射之间的偏差。另一方面，例如有源矩阵型显示装置等的半导体器件中采用的元件驱动用薄膜晶体管，在驱动电致发光元件的多晶硅TFT的驱动能力例如迁移率为100厘米2/伏秒(n-沟TFT)时，相对于沟道宽度来说，元件驱动TFT的尺寸沟道长度大多数都设计得非常长。为此，上述元件驱动用薄膜晶体管的沟道长方向相对于激光扫描方向大致为平行的，但配置该薄膜晶体管使激光的照射区域的长度方向横穿过沟道宽度方向，因而可调整得使单次照射不能退火一个元件驱动用薄膜晶体管的整个沟道区域。这通过将上述元件驱动用薄膜晶体管的沟道长度设定得比脉冲激光的一次移动节距更长就可容易地实现。因而，在同一衬底上形成多个被驱动元件，将电流提供给该元件，在形成对应的多个元件驱动用薄膜晶体管时，通过多次照射才能使该薄膜晶体管的每一个退火，照射之间的能量偏差被各晶体管均分，结果可以使各薄膜晶体管的特性平均化。由此，在有机EL显示器件等中，形成各象素的有机EL元件的发光亮度的偏差非常小。
在本发明的其它方式中，在上述半导体器件中，所述元件驱动用薄膜晶体管的沟道长方向与所述开关用薄膜晶体管的沟道长方向不一致。
在本发明的其它方式中，在上述半导体器件中，所述元件驱动用薄膜晶体管的沟道长方向相对于所述开关用薄膜晶体管来说沿提供所述数据信号的数据线的延伸方向延伸。
开关用薄膜晶体管配置在选择该晶体管的选择线与提供数据信号的数据线交叉点附近，在大多数情况下，选择线的延伸方向和开关用薄膜晶体管的沟道长方向配置得大致平行。在这种情况下，元件驱动用薄膜晶体管的沟道长方向与开关用薄膜晶体管的沟道长方向不同，或朝向数据线的延伸方向配置，因元件驱动用薄膜晶体管的沟道长度变长，可以容易地并联或串联地连接多个元件驱动用薄膜晶体管并配置在象素内等，从而可抑制各元件驱动用薄膜晶体管的激光退火条件偏差，获得特性一致的驱动用薄膜晶体管。
本发明是在衬底上形成多个将使用脉冲激光退火的半导体层用作沟道区域的薄膜晶体管的半导体器件，具有如下特征，该半导体器件有将来自电源线的驱动电流供给被驱动元件的一对并联连接的薄膜晶体管，并且，将所述并联连接的一对薄膜晶体管的沟道在相对于所述脉冲激光的扫描方向的其平行方向上相互错开地配置。
上述那样将对被驱动元件供给驱动电流的一对薄膜晶体管相对于激光的扫描方向相互错开配置，可以减轻一次照射内和各次照射内的能量偏移对晶体管特性的影响。由此，对有机EL显示装置等，可以减小形成各象素的有机EL元件中的发光亮度的偏差。
此外，本发明是在衬底上形成多个将进行脉冲激光扫描退火的半导体层用作沟道区域的薄膜晶体管的半导体器件，具有如下特征，该半导体器件有将来自电源线的驱动电流供给被驱动元件的一对并联连接的薄膜晶体管，并且，在所述并联连接的一对薄膜晶体管中，将沿平行于脉冲激光扫描方向的方向的沟道间的间隔距离设定得大于脉冲激光扫描方向的移动节距。
在激光退火时，由于以每个规定节距来移动线状光束，所以对同一区域照射多个激光。在该多次照射中因激光输出能量的偏差而在激光照射(退火)后的多晶膜的膜质上产生不同。通过使沿平行于薄膜晶体管的脉冲激光的扫描方向的沟道间隔大于激光的移动节距，可以防止两个薄膜晶体管由同一激光照射来退火，可以大幅度减少两个薄膜晶体管均适合的可能性。
此外，最好将所述一对薄膜晶体管的沟道沿所述脉冲激光的扫描方向排列配置在大致同一直线上。
通过这样的配置，将两个薄膜晶体管分开配置，并且可以减少对其他主要元件配置的不良影响。
此外，将所述一对薄膜晶体管的沟道以所述电源线为界相对侧配置。通过这样的配置，可获得两个薄膜晶体管的高效率配置。
此外，在上述各半导体器件中，所述被驱动元件是有机场致发光元件，所述半导体器件是将该有机EL元件配置成矩阵状的有机场致发光器件。附图的简单说明
图1是表示本发明实施例的有机EL显示装置的1象素的电路结构的图。
图2是说明激光的照射节距的图。
图3是表示薄膜晶体管TFT的沟道配置的图。
图4是表示本发明实施例1的有机EL显示装置的平面结构的图。
图5是沿图4的B-B线剖切的剖面图。
图6是表示本发明实施例2的有机EL显示器件的平面结构的图。和
图7是表示本发明实施例2的有机EL显示器件的与图6不同的平面结构的图。
以下根据附图来说明本发明的实施例。实施例的详细说明(实施例1)
图1表示有源矩阵型有机EL显示板的一个象素的电路结构。在一个象素中，设置有机EL元件OEL、开关用薄膜晶体管TFT1、元件驱动用TFT(TFT2a、2b)以及辅助电容Cs。N沟道薄膜晶体管TFT1的栅极连接到栅极线(选择线)22。另一方面，薄膜晶体管TFT1的漏极连接到数据线61，源极连接到并联连接的两个P沟道薄膜晶体管TFT2a、TFT2b的栅极。薄膜晶体管TFT2a、TFT2b的源极连接到电源线16，漏极一起连接到另一端与一定电位(Vcom)连接到的有机EL元件OEL。此外，薄膜晶体管TFT2a、TFT2b的栅极与另一端与连接电源的辅助电容Cs来连接。
栅极线22上作为选择信号输出使N沟道TFT1充分导通的电平时，薄膜晶体管TFT1导通，根据此时数据线61上施加的数据信号的电压值，薄膜晶体管TFT2a、2b进行工作。这里，由于薄膜晶体管TFT2a、2b由P沟道TFT构成，所以数据信号在P沟道TFT2a、2b为充分导通的电平(规定的L电平)时才导通，根据该L电平从电源线16向有机EL元件OEL供给电流，由此，使有机EL元件OEL发光。此外，由于设置电容Cs，所以在薄膜晶体管TFT1截止后，薄膜晶体管TFT2a、TFT2b的栅极电压以数据信号电压保持规定时间，根据该电压值，薄膜晶体管TFT2a、TFT2b继续导通，使有机EL元件OEL继续发光。
由以上的结构来构成一个象素，在显示装置的显示区域内将该象素矩阵状配置多个。因此，通过依次将H电平的选择信号输出到沿上述矩阵配置的象素的行方向延伸的栅极线22来选择各行，使薄膜晶体管TFT1导通。此时，通过对矩阵配置的沿象素的列方向延伸的数据线61输出对应于坐标中象素的显示数据，可以使对应象素的有机EL元件OEL以对应于显示数据的亮度来发光。
向数据线61输出的数据信号电压值根据应该显示的亮度来调整，通过薄膜晶体管TFT1将该数据信号施加在薄膜晶体管TFT2a、TFT2b的栅极上，所以对从电源线16向该象素的有机EL元件OEL供给的电流量进行调整，其结果使有机EL元件OEL的发光亮度被调整，从而进行期望的色调显示。
这里，在本实施例中，从电源线16向有机EL元件OEL供给驱动电流的薄膜晶体管，设置两个薄膜晶体管TFT2a、TFT2b。通过设置这样并联连接的多个薄膜晶体管TFT2a、2b，可以对有机EL元件OEL供给充分量的驱动电流。
而且，这两个薄膜晶体管TFT2a、TFT2b间的沟道的间隔距离L根据激光退火中的激光的移动节距来对应确定。即，将距离L设定得比激光退火中的移动节距P大(L＞P)。
这里，图2示出激光退火中的移动节距。该激光退火使用受激准分子激光等，将该激光整形为细长的方形(宽度W)。而且，该激光是脉冲激光，每次以节距P的方形的宽度方向移动来进行照射。节距P比宽度W小，在本例中大致为1/2。因此，半导体层基本上接受2次脉冲激光的照射。在图中表示脉冲激光照射范围在上下方向上用不同的照射来表示，该图是为了容易观察，实际上在上下方向不偏移，仅沿左右方向进行扫描。在图2中表示以从左(i)～(viii)的顺序来进行扫描。此外，在宽度W＝600μm、节距P＝30μm的情况下，以宽度W照射20发的激光，上述1/2变为1/20。
这样的情况下，照射的激光能量最好每次完全相同，但目前不可能做到没有偏差。
因此，有可能产生每个节距P中照射能量条件不同的区域。但是，在本实施例中，通过将两个薄膜晶体管TFT2a、TFT2b按大于该节距P分开配置，可以防止两个薄膜晶体管TFT2a、TFT2b的两个沟道以相同的n次照射来退火。因此，两个薄膜晶体管TFT2a、2b的特性相同地偏差，可以有效地防止与其他象素的TFT2a、2b的总特性差异大。
在本实施例1中，使L＞P，但不一定必须使L＞P。即，如果薄膜晶体管TFT2a、TFT2b的沟道位置在平行于激光扫描方向的方向上有所不同，那么可以防止特性偏差的特定照射同时照射两个薄膜晶体管TFT2a、2b两者的可能性。这里，在本实施例中，在相对于激光扫描方向的平行方向和正交方向的两方向上形成错开的状态，也可以采用使两个TFT的沟道长方向形成相互不平行的布局，通过这样的配置，可以降低两个薄膜晶体管TFT2a、2b的特性相同偏差的可能性。
图3(a)～(c)表示激光的移动节距(扫描节距)P与薄膜晶体管TFT2a、TFT2b的沟道位置之间关系的示例。如图3(b)所示，薄膜晶体管TFT2a、TFT2b的沟道位置相对于激光扫描方向完全一致时，两薄膜晶体管TFT2a、TFT2b具有大致相同的特性。但是，如图3(a)、(c)所示，通过使位置错开一些，可以使两者的特性有所不同，可以降低有机EL元件OEL中的发光量的偏差。此外，在各次照射激光能量有偏差时，如图3(a)所示那样在一次照射内两个TFT2a、2b不进入的配置是有效的，在一次照射内激光能量有偏差时，如图3(c)那样配置是有效的。
图4表示上述图1的电路结构的有机EL显示装置的平面构成的示例。此外，图5表示沿B-B线剖切的概略剖面图。
如图4所示，沿行方向延伸的栅极线22和沿列方向延伸的数据线61所包围的区域是一个象素区域，在该区域内配置薄膜晶体管TFT1、辅助电容Cs、两个P沟道薄膜晶体管TFT2a、TFT2b，然后通过薄膜晶体管TFT2a、TFT2b的漏极和漏极17连接的有机EL元件60。此外，电源线16被配置在两个数据线61所夹的中央部分，沿垂直方向来纵断各象素区域的中心部。
在各象素区域中，在栅极线22和数据线61的交叉部附近形成薄膜晶体管TFT1。在该薄膜晶体管TFT1的有源层42中，用通过激光退火处理使a-Si进行多晶化所获得的p-Si，该有源层42二次通过从栅极线22突出的栅电极44而形成图形，具有双栅极构造。
两个P沟道的薄膜晶体管TFT2a、TFT2b利用半导体层12分别作为有源层。该半导体层12横穿过电源线16的下方而成为在该电源线16的两侧延伸的岛状图形。然后，在图5中，在该半导体层12的两端部分掺入杂质来形成TFT2a、2b的漏区，在从电源线16向两侧扩宽的部分掺入杂质而成为源区，该源区域通过源电极24来连接电源线16。
半导体层12的源区域和漏极区域所夹置的栅电极14的下方区域为两个薄膜晶体管TFT2a、TFT2b的沟道区域。因此，这些沟道间的距离(栅电极14间的距离)对应于上述L，将其设定为激光退火时的扫描节距P以上。
该半导体层12是与薄膜晶体管TFT1的有源层42同时形成，通过上述的激光退火处理，使用将非晶硅进行多结晶而形成的多晶硅。
薄膜晶体管TFT2a、TFT2b的各栅电极14是用与栅极线22相同的材料同时形成的导电层，沿电源线16延伸。然后，各栅电极14与辅助电容Cs的一个电极连接。该辅助电容Cs的一个电极与薄膜晶体管TFT1的有源层42形成整体。辅助电容Cs的另一电极与SC线50构成整体。
这样，在形成了各薄膜晶体管TFT1、2a、2b后，为了上表面平坦化的目的，在整个衬底表面形成平坦化绝缘层18。
然后，在该平坦化绝缘膜18上形成有机EL元件60。在阳极(透明电极)91、和由最上层上各象素共同形成的阴极(金属电极)97之间层压有机层来构成该有机EL元件60。该阳极91通过薄膜晶体管TFT2a、TFT2b的漏区和漏电极17来连接。有机层从阳极侧其依次层压例如第1空穴输送层93、第2空穴输送层94、有机发光层95、电子输送层96。作为一例，第1空穴输送层93由MTDATA：4，4’，4”-三(3-甲苯基苯胺)三苯胺构成，第2空穴输送层94由TPD：N，N’-二苯基-N，N’-二(3-甲苯基)-1，1’-联苯基-4，4’-二胺构成，有机发光层95因进行R、G、B发光目的而有所不同，例如包含喹吖啶酮(Quinacridone)的衍生物的BeBq2：双(10-羟基苯并[h]喹啉酸)铍，电子输送层96有BeBq2构成。有机EL元件60由ITO(铟锡氧化物)等组成的阳极91和有机发光层95以外的各层(93、94、96和97)象素来共同形成。当然，不限于这样的构成。
上述的要素都层压在衬底10上。即，如图5所示，在衬底10上形成SiO2和SiN组成的绝缘层11，在其上形成半导体层12。然后，在该半导体层12上通过栅氧化膜13来形成铬栅电极14，用SiO2和SiN组成的层间绝缘膜15来覆盖栅电极。接着，通过接触孔，形成与半导体层12的漏极区域连接的铝的漏电极17的同时，形成源电极24和电源线16、数据线61。然后，用感光性树脂组成的平坦化绝缘层18来覆盖，这样形成上述构造的有机EL元件60。
在本实施例中，有源层42、12用通过激光退火处理进行多结晶化的多晶硅层，但该退火处理将图4的列方向上长的激光束沿行方向扫描来进行。在这样的情况下，将两个薄膜晶体管TFT2a、TFT2b分离。即，与激光的节距P相比，沟道间距离L大。因此，通过激光退火，可以防止薄膜晶体管TFT2a、TFT2b同时产生不适合情况。
此外，如图4所示，将电源线16可穿过象素的水平方向的中央部那样来配置，在其两侧配置薄膜晶体管TFT2a、TFT2b。由此，即使增大两薄膜晶体管TFT2a、TFT2b间的距离，对于其他结构的影响、例如开口率(发光面积)也没有特别损害，可以进行高效率的配置。(实施例2)
作为实施例2，下面参照图6说明每一个象素结构的其它例。再者，与已说明的图对应的部分被标以相同的标号，关于构成一个象素的晶体管TFT1和TFT2、辅助电容Cs、有机EL元件60，主要是其布图不同，关于各电路元件的剖面结构，与上述说明和图5的结构相同。
图6中，激光退火的扫描方向设定为图中的列方向(数据线61的延伸方向)，将来自电源线16的电流供给有机EL元件60的元件驱动用薄膜晶体管TFT2被这样设定，以使其沟道(12c)长度方向与退火扫描方向大致平行，或脉冲激光的照射区域的纵向方向边缘沿宽度方向横穿过沟道12c。另一方面，开关用薄膜晶体管TFT1与实施例1相同地形成，以使其沟道长方向与栅极线22的延伸的行方向一致。因此，在实施例2中，开关用薄膜晶体管TFT1与实施例2的元件驱动用薄膜晶体管TFT2沿其沟道长方向彼此不同地配置。
元件驱动用薄膜晶体管TFT2的有源层(半导体层)12与实施例1的晶体管TFT2a、2b相同，由激光退火非晶硅进行多晶化所获得的多晶硅构成。如图6所示沿数据线61的延伸方向构图该有源层12。此外，在图6的实施例中，有源层12与辅助电容Cs附近的电源线16电连接，与矩阵的下行相当的栅极线22附近的有机EL元件60的ITO电极(阳极)91电连接。
晶体管TFT2的栅电极14连接到开关用薄膜晶体管TFT1的有源层42与成一体的辅助电容Cs的一个电极上，从与电容Cs的连接部分沿列方向延伸，扩宽地覆盖有源层12的上方来进行构图。有源层12是，由该栅电极14覆盖上方的区域是沟道区12c，沟道区12c的两侧分别成为源区12s(例如电源线16侧)和漏区12d(例如阳极91侧)。
其中，要求供给有机EL元件60较大电流的元件驱动晶体管TFT2要求的耐压高，故沟道长度CL比沟道宽度大，并且即使与开关用薄膜晶体管TFT1等相比，增长设计的可能性也较高。
因此，这样的晶体管TFT2的沟道长方向沿与激光退火的扫描方向一致的方向配置，由单一激光照射元件就可退火驱动晶体管TFT2的整个沟道区域，从而容易降低其特性与其它象素的晶体管TFT2相差大的发生可能性。
此外，在本实施例2那样的显示装置等中，R、G、B中的一个象素形状如图6所示在行方向上较短，其结果在列方向上多设计成为长方形等的形状。因此，在这种情况下，晶体管TFT2配置成其沟道长方向沿列方向，即沿象素区域的纵向方向，从而容易确保必需的沟道长度。再者，采用这样的布图，容易使沟道长度CL大于激光移动节距P。
对于激光移动节距P，可通过光学系统等的设定来调整，在这种情况下，根据比沟道宽度长的沟道长度，具体地说，最好设定得使节距P小于沟道长度CL。
在本实施例2中，以上那样的晶体管TFT2的沟道区域12c的沟道长度CL最好设定得相对于脉冲激光的每一次照射的移动节距P，有CL＞P的关系。通过采用这样的设定，晶体管TFT2的沟道区域12c必须多次照射脉冲激光才能多晶化，同样，通过多次脉冲激光照射可降低与多晶化的其它象素的晶体管TFT2之间的特性差。
在以上说明的图6的布图中，上述那样的沿沟道方向设定的一个晶体管TFT2形成在对应的有机EL元件60(其阳极91)与电源线16之间。但是，该晶体管TFT2也可象实施例1那样设计多个。图7表示在一个象素内，多个元件驱动晶体管TFT2并列连接在电源线16与有机EL元件60之间时的一例布图。再者，图7所示的象素结构的等效电路与上述图1的相同。
即使在图7中，元件驱动晶体管TFT2a、TFT2b的各有源层12a、12b在与激光退火的扫描方向平行的方向(与数据线61的延伸方向一致)延伸。图7中两个有源层12a、12b列排在一直线上。多个晶体管TFT2a、TFT2b的各有源层12a、12b彼此不一定必须排列在一直线上，晶体管TFT2a、TFT2b的各沟道区域12ca、12cb与实施例1同样，其位置相对于激光扫描方向不完全一致，即使有某些偏移也是合适的。由于这样的偏移，两个晶体管TFT2a、TFT2b的特性偏离完全相同那样的设定值，同时，大幅度降低了两个晶体管不同时动作的问题发生的可能性，从而使供给各象素中的有机EL元件60的总电流量的偏差减小。
在图7的结构中，二个薄膜晶体管TFT2a、TFT2b的各沟道区域12ca、12cb之间的距离L大于激光移动节距P更合适。如果满足这样的条件，通过激光退火，则确实可防止产生一个象素内多个晶体管TFT2a、TFT2b同时适合的情况。
如以上说明，根据本发明，该薄膜晶体管被这样配置，使向有机EL元件提供电流的元件驱动用薄膜晶体管的沟道长方向与激光扫描方向大致平行，激光照射区域的纵向沿沟道宽度方向横穿过沟道，由此可以不是通过单一照射即对1个元件驱动用薄膜晶体管的全部沟道区域进行退火。通过这样的配置，激光退火的各照射中即使产生照射能量偏差，也可以使偏差平均化，防止与其它象素的元件驱动用薄膜晶体管的特性产生大的偏差。
通过使向对应的有机EL元件提供电流的多个薄膜晶体管相对于激光扫描方向错开，可以防止多个薄膜晶体管产生同样的偏差。如果使上述多个薄膜晶体管的沟道间的间隔距离比激光的移动节距大，则能够降低两个薄膜晶体管被特性激光照射来退火的可能性，可以大幅度地减轻两个薄膜晶体管同样形成偏差发生不良情况的可能性。