JPH11121761A - 薄膜トランジスタ - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電界効果移動度を向上させると同時に漏洩電
流を減少させ、AM-LCDの表示特性を向上させることがで
きる薄膜トランジスタを提供する。 【解決手段】 上部にゲート電極が形成された透明な絶
縁基板を有し、この基板上にゲート絶縁膜が形成され、
アクティブ層がゲート電極に対向しながら前記ゲート絶
縁膜上に形成される。ここで、アクティブ層は微結晶シ
リコン(μc-Si) 層と塩素の含んだ非晶質シリコン(a-S
i:H(Cl))層とが順次的に積層された２重膜からなる。エ
ッチストッパがゲート上部のアクティブ層上に形成さ
れ、エッチストッパとアクティブ層の両側上にエッチス
トッパの上面を露出させるオーミック層が形成される。
ソース及びドレイン電極がゲート絶縁膜及び前記オーミ
ック層上に形成される。
流を減少させ、AM-LCDの表示特性を向上させることがで
きる薄膜トランジスタを提供する。 【解決手段】 上部にゲート電極が形成された透明な絶
縁基板を有し、この基板上にゲート絶縁膜が形成され、
アクティブ層がゲート電極に対向しながら前記ゲート絶
縁膜上に形成される。ここで、アクティブ層は微結晶シ
リコン(μc-Si) 層と塩素の含んだ非晶質シリコン(a-S
i:H(Cl))層とが順次的に積層された２重膜からなる。エ
ッチストッパがゲート上部のアクティブ層上に形成さ
れ、エッチストッパとアクティブ層の両側上にエッチス
トッパの上面を露出させるオーミック層が形成される。
ソース及びドレイン電極がゲート絶縁膜及び前記オーミ
ック層上に形成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は薄膜トランジスタに
関し、 特にアクティブマトリクス型液晶表示装置に用い
られる薄膜トランジスタに関する。
関し、 特にアクティブマトリクス型液晶表示装置に用い
られる薄膜トランジスタに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般的に、アクティブマトリクス型液晶
表示装置(active matrix-typeliquidcrystal display ;
AM-LCD)は、奥行き方向を薄く形成可能なことから、多
様な表示装置に用いられている。このようなAM-LCD装置
において、薄膜トランジスタ(thin film transistor ;
TFT)が各画素に対するスイッチング素子として提供さ
れ、 個々の画素電極が独立的に駆動されるため、デュー
ティ(duty)比の減少に起因するコントラストが減少せ
ず、またディスプレイ容量が増加してライン数が増加さ
れる際にも視野角を確保できる特徴を持つ。
表示装置(active matrix-typeliquidcrystal display ;
AM-LCD)は、奥行き方向を薄く形成可能なことから、多
様な表示装置に用いられている。このようなAM-LCD装置
において、薄膜トランジスタ(thin film transistor ;
TFT)が各画素に対するスイッチング素子として提供さ
れ、 個々の画素電極が独立的に駆動されるため、デュー
ティ(duty)比の減少に起因するコントラストが減少せ
ず、またディスプレイ容量が増加してライン数が増加さ
れる際にも視野角を確保できる特徴を持つ。
【０００３】図１は、AM-LCD装置に用いられる一般のTF
T を示した断面図である。図１を参照すれば、 ガラスの
ような透明な絶縁基板１０上にゲート電極１１が形成さ
れ、このゲート電極１１が形成された絶縁基板１０上に
ゲート絶縁膜１２が形成される。ゲート絶縁膜１２上に
アクティブ層１３がゲート電極１１に対向して形成され
る。ゲート電極１１の上部のアクティブ層１３上にエッ
チストッパ１４が形成される。 エッチストッパ１４の上
面を露出させるソースおよびドレイン電極１６−１，１
６−２がエッチストッパ１４の両側、アクティブ層１３
及びゲート絶縁膜１２上に形成される。アクティブ層１
３とソース及びドレイン電極１６−１，１６−２との間
には、ドーピングされた非晶質シリコンからなるオーミ
ック層１５−１，１５−２が介在される。
T を示した断面図である。図１を参照すれば、 ガラスの
ような透明な絶縁基板１０上にゲート電極１１が形成さ
れ、このゲート電極１１が形成された絶縁基板１０上に
ゲート絶縁膜１２が形成される。ゲート絶縁膜１２上に
アクティブ層１３がゲート電極１１に対向して形成され
る。ゲート電極１１の上部のアクティブ層１３上にエッ
チストッパ１４が形成される。 エッチストッパ１４の上
面を露出させるソースおよびドレイン電極１６−１，１
６−２がエッチストッパ１４の両側、アクティブ層１３
及びゲート絶縁膜１２上に形成される。アクティブ層１
３とソース及びドレイン電極１６−１，１６−２との間
には、ドーピングされた非晶質シリコンからなるオーミ
ック層１５−１，１５−２が介在される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述した従来のTFT に
おいて、アクティブ層１３は水素化した非晶質シリコン
(Hydrogenated amorphous silicon; a-Si : H)や微結晶
シリコン(microcrystalsilicon; μc-Si) で形成され
る。しかし、a-Si:Hがアクティブ層１３で形成される
と、a-Si:Hの低い電界効果移動度と高い光伝導度によ
り、オン電流が減少され、光に起因する漏洩電流が引き
起こされるという問題がある。反面、μc-Siがアクティ
ブ層１３で形成されると、μc-Siの高い電界効果移動度
によりオン電流が増加されるという長所はあるが、オフ
電流も増加されるという問題もある。これに伴い、スイ
ッチング素子として前述したTFT が用いられるAM-LCD装
置の表示特性が低下する。
おいて、アクティブ層１３は水素化した非晶質シリコン
(Hydrogenated amorphous silicon; a-Si : H)や微結晶
シリコン(microcrystalsilicon; μc-Si) で形成され
る。しかし、a-Si:Hがアクティブ層１３で形成される
と、a-Si:Hの低い電界効果移動度と高い光伝導度によ
り、オン電流が減少され、光に起因する漏洩電流が引き
起こされるという問題がある。反面、μc-Siがアクティ
ブ層１３で形成されると、μc-Siの高い電界効果移動度
によりオン電流が増加されるという長所はあるが、オフ
電流も増加されるという問題もある。これに伴い、スイ
ッチング素子として前述したTFT が用いられるAM-LCD装
置の表示特性が低下する。
【０００５】従って、本発明の目的は、前述した従来の
問題点を解決するためのもので、電界効果移動度を向上
させると同時に漏洩電流を減少させ、AM-LCDの表示特性
を向上させることのできる薄膜トランジスタを提供する
ことにある。
問題点を解決するためのもので、電界効果移動度を向上
させると同時に漏洩電流を減少させ、AM-LCDの表示特性
を向上させることのできる薄膜トランジスタを提供する
ことにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前述した本発明の目的を
達成するため、本発明にかかる薄膜トランジスタは、上
部にゲート電極が形成された透明な絶縁基板を含む。基
板上にゲート絶縁膜が形成され、アクティブ層がゲート
電極に対向しながら前記ゲート絶縁膜上に形成される。
ここで、アクティブ層は微結晶シリコン (μc-Si) 層と
塩素を含んだ非晶質シリコン(a-Si:H(Cl))層とが順次的
に積層された２重膜からなる。エッチストッパがゲート
の上部のアクティブ層上に形成され、エッチストッパと
アクティブ層の両側上にエッチストッパの上面を露出さ
せるオーミック層が形成される。また、ソース及びドレ
イン電極がゲート絶縁膜及び前記オーミック層上に形成
される。 微結晶シリコン層はチャンネルとして作用す
る。
達成するため、本発明にかかる薄膜トランジスタは、上
部にゲート電極が形成された透明な絶縁基板を含む。基
板上にゲート絶縁膜が形成され、アクティブ層がゲート
電極に対向しながら前記ゲート絶縁膜上に形成される。
ここで、アクティブ層は微結晶シリコン (μc-Si) 層と
塩素を含んだ非晶質シリコン(a-Si:H(Cl))層とが順次的
に積層された２重膜からなる。エッチストッパがゲート
の上部のアクティブ層上に形成され、エッチストッパと
アクティブ層の両側上にエッチストッパの上面を露出さ
せるオーミック層が形成される。また、ソース及びドレ
イン電極がゲート絶縁膜及び前記オーミック層上に形成
される。 微結晶シリコン層はチャンネルとして作用す
る。
【０００７】本実施の形態において、塩素の含んだ非晶
質シリコン層は、Clを含んだガスを利用するPECVD によ
り形成された層である。望ましくは、Clを含んだガスは
SiH２Cl２とSiH４との混合ガス、 SiHCl３とSiH４との混合ガス、及びSiCl４ とSiH４との
混合ガスからなるグループから選択される一つの混合ガ
スである。また、塩素を含んだ非晶質シリコン層のCl含
量を調節してアクティブ層の光伝導度を調節する。
質シリコン層は、Clを含んだガスを利用するPECVD によ
り形成された層である。望ましくは、Clを含んだガスは
SiH２Cl２とSiH４との混合ガス、 SiHCl３とSiH４との混合ガス、及びSiCl４ とSiH４との
混合ガスからなるグループから選択される一つの混合ガ
スである。また、塩素を含んだ非晶質シリコン層のCl含
量を調節してアクティブ層の光伝導度を調節する。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下に、添付の図面を参照しなが
ら本発明の実施の形態を説明する。図２は本発明の実施
の形態による薄膜トランジスタを示した断面図である。
図２に示したように、本発明では、アクティブ層３３
が、μc-Si層３３Aと塩素を含んだ非晶質シリコン(a-S
i:H(Cl))層３３B との２重膜で形成される。ここで、μ
c-Si層３３A は高い電界効果移動度を有する。a-Si:H(C
l)層３３Bは、a-Si:H層より低い光伝導度を有する。
ら本発明の実施の形態を説明する。図２は本発明の実施
の形態による薄膜トランジスタを示した断面図である。
図２に示したように、本発明では、アクティブ層３３
が、μc-Si層３３Aと塩素を含んだ非晶質シリコン(a-S
i:H(Cl))層３３B との２重膜で形成される。ここで、μ
c-Si層３３A は高い電界効果移動度を有する。a-Si:H(C
l)層３３Bは、a-Si:H層より低い光伝導度を有する。
【０００９】図２を参照して、前述したTFT の製造方法
を説明する。ガラスのような透明な絶縁基板３０上に、M
oTa，MoW 及びCrからなるグループから選択される一つ
の金属膜が蒸着，パターニングされてゲート電極３１が
形成される。ゲート電極３１が形成された基板上にゲー
ト絶縁膜３２が形成される。ここで、ゲート絶縁膜３２
は、SiO２膜、SiON膜、 及びSiNx膜が順次的に積層された
３重膜からなる。その後、ゲート絶縁膜３２上にμc-Si
層３３A とa-Si:H(Cl)層３３B とが順次的に蒸着され
る。この時、a-Si:H(Cl)層３３B は、Clを含んだガスを
利用してPECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Depos
ition)により蒸着される。望ましくは、Clを含んだガス
は、SiH２Cl２とSiH４との混合ガス、SiHCl３とSiH４と
の混合ガス、及びSiCl４とSiH４との混合ガスからなる
グループから選択される一つの混合ガスである。
を説明する。ガラスのような透明な絶縁基板３０上に、M
oTa，MoW 及びCrからなるグループから選択される一つ
の金属膜が蒸着，パターニングされてゲート電極３１が
形成される。ゲート電極３１が形成された基板上にゲー
ト絶縁膜３２が形成される。ここで、ゲート絶縁膜３２
は、SiO２膜、SiON膜、 及びSiNx膜が順次的に積層された
３重膜からなる。その後、ゲート絶縁膜３２上にμc-Si
層３３A とa-Si:H(Cl)層３３B とが順次的に蒸着され
る。この時、a-Si:H(Cl)層３３B は、Clを含んだガスを
利用してPECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Depos
ition)により蒸着される。望ましくは、Clを含んだガス
は、SiH２Cl２とSiH４との混合ガス、SiHCl３とSiH４と
の混合ガス、及びSiCl４とSiH４との混合ガスからなる
グループから選択される一つの混合ガスである。
【００１０】その後、a-Si:H(Cl)層３３B 上に、公知の
方法によりエッチストッパ３４が形成され、 結果物構造
の上部にドーピングされた非晶質シリコン層が蒸着され
る。次に、ドーピングされた非晶質シリコン層、a-Si:H
(Cl)層３３B とμc-Si層３３A とがパターニングされ、
エッチストッパ３４の上面を露出させるオーミック層３
５−１、３５−２と、μc-Si層３３A とa -Si:H(Cl) 層
３３B の２重膜からなるアクティブ層３３とが形成され
る。オーミック層３５−１、３５−２の物質として、ド
ーピングされた非晶質シリコン層の代りに、ドーピング
された微結晶シリコン層が用いられる。
方法によりエッチストッパ３４が形成され、 結果物構造
の上部にドーピングされた非晶質シリコン層が蒸着され
る。次に、ドーピングされた非晶質シリコン層、a-Si:H
(Cl)層３３B とμc-Si層３３A とがパターニングされ、
エッチストッパ３４の上面を露出させるオーミック層３
５−１、３５−２と、μc-Si層３３A とa -Si:H(Cl) 層
３３B の２重膜からなるアクティブ層３３とが形成され
る。オーミック層３５−１、３５−２の物質として、ド
ーピングされた非晶質シリコン層の代りに、ドーピング
された微結晶シリコン層が用いられる。
【００１１】次に、結果物構造の上部にソース及びドレ
イン用金属膜が蒸着された後パターニングされ、オーミ
ック層３５−１、３５−２及びゲート絶縁膜３２上にソ
ース及びドレイン電極３６−１、３６−２が形成され
る。
イン用金属膜が蒸着された後パターニングされ、オーミ
ック層３５−１、３５−２及びゲート絶縁膜３２上にソ
ース及びドレイン電極３６−１、３６−２が形成され
る。
【００１２】前記のように、図３は従来のTFT の電圧−
電流特性を示したグラフで、図４は本発明に係るTFT の
電圧−電流特性を示したグラフである。図３及び図４か
ら、ゲート電圧VGが０V である時、それぞれのドレイン
電流IDを比較してみると、本発明のTFT が従来より約１
／１００程度と小さく現れる。
電流特性を示したグラフで、図４は本発明に係るTFT の
電圧−電流特性を示したグラフである。図３及び図４か
ら、ゲート電圧VGが０V である時、それぞれのドレイン
電流IDを比較してみると、本発明のTFT が従来より約１
／１００程度と小さく現れる。
【００１３】なお、本発明は前記実施の形態に限定され
ず、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲内で多様に
変形させて実施可能であるのはいうまでもない。
ず、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲内で多様に
変形させて実施可能であるのはいうまでもない。
【発明の効果】前述したTFT において、ゲート電極３１
に一定電圧が印加されると、アクティブ層３３のμc-Si
層３３A にチャンネルが形成され、μc-Si層３３Aの高
い電界効果移動度によりオン電流が増加される。また、
アクティブ層３３のa-Si:H(Cl)層３３B 層の低い光伝導
度により、チャンネル上部に引き起こされる光に起因す
る漏洩電流が防止されオフ電流が減少される。又、a-S
i:H(Cl)層３３BのClの含量に従って水素量を調節し、活
性層３３の光伝導度を低くすることにより、光に起因す
る漏洩電流が一層効果的に防止される。
に一定電圧が印加されると、アクティブ層３３のμc-Si
層３３A にチャンネルが形成され、μc-Si層３３Aの高
い電界効果移動度によりオン電流が増加される。また、
アクティブ層３３のa-Si:H(Cl)層３３B 層の低い光伝導
度により、チャンネル上部に引き起こされる光に起因す
る漏洩電流が防止されオフ電流が減少される。又、a-S
i:H(Cl)層３３BのClの含量に従って水素量を調節し、活
性層３３の光伝導度を低くすることにより、光に起因す
る漏洩電流が一層効果的に防止される。
【００１４】また、前述したように、アクティブ層が高
い電界効果移動度を有するμc-Si層と、低い光伝導度を
有するa-Si:H(Cl)層との２重膜で形成され、 μc-Si層に
よりオン電流が増加され、a-Si:H(Cl)層によりオフ電流
が減少される。これに伴い、前述したTFT がスイッチン
グ素子として用いられるAM-LCDの表示特性が向上する。
い電界効果移動度を有するμc-Si層と、低い光伝導度を
有するa-Si:H(Cl)層との２重膜で形成され、 μc-Si層に
よりオン電流が増加され、a-Si:H(Cl)層によりオフ電流
が減少される。これに伴い、前述したTFT がスイッチン
グ素子として用いられるAM-LCDの表示特性が向上する。
【図１】従来の薄膜トランジスタを示した断面図であ
る。
る。
【図２】本発明の実施の形態による薄膜トランジスタを
示した断面図である。
示した断面図である。
【図３】従来のTFT の電圧−電流特性を示したグラフで
ある。
ある。
【図４】本発明の実施の形態によるTFT の電圧−電流特
性を示したグラフである。
性を示したグラフである。
３０ 絶縁基板 ３１ ゲート電極 ３２ ゲート絶縁膜 ３３Ａ μc-Si層 ３３Ｂ a-Si:H(Cl)層 ３３ アクティブ層 ３４ エッチストッパ ３５−１，３５−２ オーミック層 ３６−１，３６−２ ソース及びドレイン電極
Claims (6)
- 【請求項１】 上部にゲート電極が形成された透明な絶
縁基板；前記基板上に形成されたゲート絶縁膜；及び、
前記ゲート電極に対向しながら前記ゲート絶縁膜上に形
成され、微結晶シリコン (μc-Si) 層と塩素を含んだ非
晶質シリコン(a-Si:H(Cl))層とが順次的に積層された２
重膜からなるアクティブ層を含むことを特徴とする薄膜
トランジスタ。 - 【請求項２】 前記微結晶シリコン層は、チャンネルと
して作用することを特徴とする請求項１記載の薄膜トラ
ンジスタ。 - 【請求項３】 前記塩素を含んだ非晶質シリコン層は、
Clを含んだガスを利用するPECVD により形成された層で
あることを特徴とする請求項１記載の薄膜トランジス
タ。 - 【請求項４】 前記Clを含むガスは、SiH２Cl２とSiH２
との混合ガス、SiHCl３とSiH４との混合ガス、及びSiCl
４とSiH４との混合ガスからなるグループから選択され
る一種の混合ガスであることを特徴とする請求項３記載
の薄膜トランジスタ。 - 【請求項５】 前記塩素を含んだ非晶質シリコン層のCl
含量を調節して前記アクティブ層の光伝導度を調節する
ことを特徴とする請求項３記載の薄膜トランジスタ。 - 【請求項６】 前記ゲート上部のアクティブ層上に形成
されたエッチストッパ；前記エッチストッパとアクティ
ブ層の両側上に形成され前記エッチストッパの上面を露
出させるオーミック層；及び、前記ゲート絶縁膜及び前
記オーミック層上に形成されたソース及びドレイン電極
を更に含むことを特徴とする薄膜トランジスタ。
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