JPH07254710A - 薄膜半導体素子 - Google Patents

薄膜半導体素子

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JPH07254710A
JPH07254710A JP4296594A JP4296594A JPH07254710A JP H07254710 A JPH07254710 A JP H07254710A JP 4296594 A JP4296594 A JP 4296594A JP 4296594 A JP4296594 A JP 4296594A JP H07254710 A JPH07254710 A JP H07254710A
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JP
Japan
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thin film
gate electrode
film
source
film semiconductor
Prior art date
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Pending
Application number
JP4296594A
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English (en)
Inventor
Shiyuuichi Uchikoga
修一 内古閑
Takami Ikeda
貴美 池田
Masahiko Akiyama
政彦 秋山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】薄膜半導体素子の製造工程を増加、複雑化する
こと無くバックライトに起因したリーク電流の低減を図
った薄膜半導体素子の提供。 【構成】逆スタッガ型TFTに於いて、チャネル領域3
を形成する半導体層が膜厚48nm以下であり、かつソー
ス・ドレイン電極3とゲート電極6が重なり領域をも
つことを特徴とする薄膜半導体装置を提供するものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜半導体素子に関す
る。
【0002】
【従来の技術】薄膜半導体素子の従来構造として逆スタ
ッガ構造が挙げられる。この薄膜半導体素子の利用分野
として例えば、液晶表示装置がある。液晶表示装置は非
発光素子であるために液晶材料を挟在させたセルに光を
照射しなくてはならない。特に、薄膜半導体素子を各画
素に設けるアクティブマトリックス型液晶表示装置にお
いては、半導体に光が照射されるために薄膜半導体素子
のリーク電流が問題となる。薄膜半導体素子のリーク電
流は表示欠陥となり表示装置の品質を著しく劣化させ
る。この意味において光に起因するリーク電流を低減す
ることは液晶表示装置の製造上重要な技術となる。この
点を改良したのが図4で示した構造である。
【0003】この薄膜半導体素子は絶縁性基板411
に、絶縁膜412 、ゲート電極46、ゲート絶縁膜4
2、非晶質シリコン膜43、チャネル保護膜44が順次
形成されており、非晶質シリコン膜43の両側にはソー
ス・ドレイン電極432 が形成され薄膜トランジスタ
(TFT)を構成している。そして、このTFTの上下
には遮光膜401 、402 が形成されている。この様な
構造では薄膜半導体素子に照射される光はほぼ完全に遮
断することが可能である。しかし、図4の構造を実現す
るためには上下の遮光膜401 、402 を形成するため
の工程の増加が不可欠となる。また、遮光膜401 が非
晶質シリコン膜43の上部にあるために、遮光膜40
1 、402 とソース・ドレイン電極432 との層間絶縁
性が従来以上に要求される。工程が増加すること、パッ
シベーション膜の層間絶縁性の仕様が厳しくなることを
考え合わせると、生産性を低下させる原因となる。この
様に従来の技術では工程の複雑化をせずに、バックライ
トに起因したリーク電流の低減が可能なTFTを提供す
ることができなかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の薄膜半導体素子
はバックライトに起因したリーク電流の低減が可能な構
造とするために、遮光膜を形成する必要が生じ、製造工
程が複雑化し、バックライトに起因したリーク電流の低
減と製造工程の簡略化を達成するという事ができない問
題があった。
【0005】本発明は上記問題点に鑑み成されたもの
で、自己整合型薄膜半導体素子の製造工程を増加、複雑
化すること無くバックライトに起因したリーク電流の低
減を図った薄膜半導体素子の提供を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、絶縁
性基板と、この絶縁性基板上に形成されたゲート電極
と、このゲート電極上に形成され膜厚48nm以下の半
導体層と、この半導体層上に形成されたゲート絶縁膜
と、このゲート絶縁膜上に形成されたチャネル保護層
と、このチャネル保護層に重なることなく両側に隣接し
て形成され且つ前記ゲート電極と重なるソース・ドレイ
ン電極とを具備することを特徴とする薄膜半導体素子を
提供するものである。
【0007】即ち、膜厚48nm以下の半導体層を用い
ることによって、ゲート電極をマスクにして基板側から
半導体層を通して露光することにより、ゲート電極と自
己整合して形成するチャネル保護層がゲート電極に比べ
てチャネル長方向に大幅に短く形成されることが実験に
よって明らかになった。従って、これに隣接して形成さ
れるソース・ドレイン電極はゲート電極と広い範囲にお
いて重なることができるので、構成部品を増加すること
なく、自己整合型のトランジスタでありながら半導体層
への入射光を低減することができリーク電流の低減を図
ることが可能になった。
【0008】
【実施例】図1を用いて本発明の実施例を具体的に説明
する。この実施例のトランジスタ構造は逆スタッガ型構
造をもち、ソース・ドレイン電極がチャネル保護層に隣
接していること、ソース・ドレイン電極とゲート電極と
の重なり領域l4 を持つことを一つの特徴とする。ま
ず、図1(a)に沿って説明する。電気的な絶縁性基板
として例えば、ガラス基板1を用いる。この上に可視光
を透過しない金属材料としてMo−Ta合金をスパッタ
法で堆積させる。この合金以外に例えば、Mo,Ta,
Al,W,またはこれらの合金でも同様に使用できる。
この膜を所望の形状にパターニングし、厚さ200nm 、幅
14μm のゲート電極6を形成する。さらに、このゲート
電極6上に薄膜半導体素子を構成するゲート絶縁膜2、
半導体層31 を順次成膜する。この時、ゲート電極6端
はゲート絶縁膜2のカバレッジを考えて裾広がりのテー
パーが形成されていることが望ましい。
【0009】この様に成膜した積層膜上にレジスト5を
塗布し、チャネル保護層4をパターニングする。この
際、チャネル保護層4のチャネル長方向の長さl1 とゲ
ート電極6のチャネル長方向の長さl2 の間に、l1
2 の関係があるように形成する。その形成方法として
通常のフォトマスクを用いた従来方法を用いることも考
えられるが、自己整合的な方法で形成する方法を説明す
る。この際のチャネル長は6 μm である。フォトマスク
を使用する代わりに基板の裏側から露光し、ゲート電極
6をマスクとして露光すれば、フォトマスクの露光とは
異なり、マスクの合わせが不必要となる。この様な裏面
露光法を用いる場合、オーバー露光をすることが重要で
ある。裏面からの露光光はゲート電極端で回折されゲー
ト内部に達する事を利用し、露光時間を多くとり、半導
体層31 の膜厚を所望の膜厚以下に薄くすることでl1
<l2 の条件を満たすようにチャネル保護層4を形成す
る事が可能となる。以上のような露光によって自己整合
的なプロセスを用いてパターンを形成することができ
る。
【0010】これらの膜の成長方法は、基板1上にゲー
ト絶縁膜2、半導体層31 、チャネル保護膜4を例えば
プラズマCVD法にて順次成長させる。また、ここでの
ゲート絶縁膜2としては、例えば、シリコン酸化膜(Si
Ox)、シリコン窒化膜(SiNx)またはこれらの積層膜を
用いれば良い。さらに半導体層31 として例えば、大面
積に成膜する半導体として適している、水素化非晶質シ
リコン(a-Si:H)を用る。また、チャネル保護層として
SiOx、SiNxまたはこれらの積層膜を用いれば良い。
【0011】次に図1(b)に沿って説明する。この工
程ではパターニングされたチャネル保護層を用いて自己
整合的にソース・ドレイン領域を形成する。具体的な方
法としてドーパントを電気的に加速するドーピング法を
用いる。ドーパントとして例えばPを主体としたイオン
を用い、n+層を形成する。チャネル保護層がパターニ
ングされた後、a-Si:Hが全面に露出する。ドーピングに
よってa-Si:Hが露出した部分にはイオンが注入されるが
チャネル保護層のある部分にはドーピングがなされない
ので真性半導体として残る。この様にしてソース・ドレ
イン領域32 が選択的に形成される。ここで、チャネル
保護層4とゲート電極6の大きさにl1<l2 の関係が
あるためにソース・ドレイン領域32 とゲート電極6の
重なりがl3 だけ形成される。このl3 は、(図1
(a))の工程で説明した裏面露光法において、非晶質
シリコンの厚みと密接な関係のあることが分かった。図
2はこの関係を示したもので、非晶質シリコン層が48
nm以下でl3 が大幅に増加することが分かる。
【0012】さらに図1(c)に沿って説明する。薄膜
半導体素子を液晶表示装置の各画素に設けるスイッチン
グ素子として用いる場合、マトリックス状に配線するた
めにソース・ドレイン領域32 にソース・ドレイン電極
7を設ける必要がある。電極材料としてMo,Alまた
はこれらの積層膜を用いる。ここでは電極材料として可
視光を透過させない金属材料を用いる。さらに、ソース
・ドレイン電極7はゲート電極6と重なりl4 を成して
いることが特徴である。この重なりl4 を大きく且つ正
確に形成するために上述したl3 が大きく形成されてい
ることが必須である。
【0013】以上に示したようにゲート電極6とソース
・ドレイン電極7に重なり領域l3を形成することで光
照射によるリーク電流を低減できることを説明する。従
来例で示した図4と本発明構造である図1を用いて説明
を行う。図4の従来構造では光照射によるリーク電流は
3つの光経路によって主として引き起こされている。即
ち、コンタクト層に直接入射する光、この入射光が対向
基板に反射しチャネル領域に入射する経路、及びゲート
電極端による回折現象によってチャネル領域に入射する
光経路である。これらの光経路は、図1に示す本実施例
構造を採用することによって全て遮断することが可能と
なる。
【0014】上記した本発明の効果を図3に示す。図3
は本実施例の構造と図4の従来構造の光照射のもとでの
特性比較である。図3から明らかなようにゲート電圧が
負の領域でのドレイン電流が低下していることが明らか
である。
【0015】本発明の効果を得るために図4の示したト
ランジスタ構造に遮光膜を備えない従来構造のトランジ
スタの製造工程と比較して製造工程の増加または複雑化
する心配のないことが特徴である。即ち、図4に示すよ
うに遮光のために製造工程が増加することがない。この
意味で、本発明の効果を得るために歩留まりが低下する
ことが無い。この意味で従来の製造工程と整合性があ
り、パターン変更だけで本発明を実施することができ
る。
【0016】また、裏面露光はゲートパターンをマスク
とするが、ゲート電極とレジストには距離があるために
プロキシミティで露光することに相当する。従って、露
光光はゲートパターン端で回折が起こり、半導体層を4
8nm以下にすることによって裏面露光によって形成さ
れるレジストパターンはゲート電極幅よりも大幅に小さ
くできる。
【0017】本発明の効果を得るためにはゲート電極幅
14μm に対してl3 は4 μm 程度必要である。これはソ
ース・ドレイン電極を形成するときのパターン合わせ精
度によって決まる。図1(c)の工程において、露光機
の合わせ精度からl3 =4 μm のとき、l4 =2 μm 、
5 =2 μm であることが好ましい。
【0018】これらの寸法は露光機の合わせ精度によっ
て決定されるので、精度が向上すれば本発明の効果を得
るのは容易になる。l4 およびl5 を小さくすることが
可能ならばl3 も小さくすることが可能となる。従っ
て、l3 を形成するのに必要な露光時間または露光エネ
ルギーを小さくすることができるので生産性は向上す
る。
【0019】本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、以下のように種々変形して実施することができ
る。ゲート絶縁膜の合計膜厚が300 〜400nm であること
が層間ショート防止の点から望ましい。例えば、SiOxと
SiNxの積層膜を使用する場合、SiOxを300nm ,SiNxを50n
mにすれば、合計膜厚は350nm となる。
【0020】また、半導体層に例えばa-Si:Hを用い膜厚
を10nm以上にすることがl3 を十分確保し光励起電子発
生を抑える点から望まし。また半導体層はシリコン以外
のIV族半導体、化合物半導体であっても、同様に使用す
ることことができる。
【0021】さらに、チャネル保護層はSiOx,SiNx また
はこれらの積層膜などの絶縁材料を用い、その目的から
100 〜300nm 程度の膜厚が望ましい。薄膜半導体素子の
素子構造は、逆スタガ構造に限られるものではなく、ゲ
ート電極をマスクにして裏面露光法でソース・ドレイン
領域の形成される構造であれば良い。
【0022】
【発明の効果】本発明により、チャネル保護膜、ソース
・ドレイン領域を自己整合的に作成する第1の特徴とさ
らにソース・ドレイン電極とゲート電極との重なり領域
を設ける第2の特徴とを遮光膜のない一般的な構造から
のパターン変更のみで達成することができ製造工程を複
雑化するものではなく、しかもこの構造によって光リー
ク電流の低い素子構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の製造工程順の断面図
【図2】本発明の実施例を説明する図
【図3】本発明の実施例を説明する図
【図4】従来例の素子構造の断面図
【符号の説明】
1… ガラス基板 2… ゲート絶縁膜 32 …ソース・ドレイン領域 4… チャネル保護膜 6… ゲート電極 7… ソース・ドレイン電極

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁性基板と、この絶縁性基板上に形成さ
    れたゲート電極と、このゲート電極上に形成され膜厚4
    8nm以下の半導体層と、この半導体層上に形成された
    ゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜上に形成されたチャ
    ネル保護層と、このチャネル保護層に重なることなく両
    側に隣接して形成され且つ前記ゲート電極と重なるソー
    ス・ドレイン電極とを具備することを特徴とする薄膜半
    導体素子。
JP4296594A 1994-03-15 1994-03-15 薄膜半導体素子 Pending JPH07254710A (ja)

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