JPH11154752A - 薄膜トランジスタおよびこれを用いた液晶表示装置並びにtftアレイ基板の製造方法 - Google Patents
薄膜トランジスタおよびこれを用いた液晶表示装置並びにtftアレイ基板の製造方法Info
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- JPH11154752A JPH11154752A JP32085897A JP32085897A JPH11154752A JP H11154752 A JPH11154752 A JP H11154752A JP 32085897 A JP32085897 A JP 32085897A JP 32085897 A JP32085897 A JP 32085897A JP H11154752 A JPH11154752 A JP H11154752A
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Abstract
−Si層/i−a−Si層接合部への電界集中を抑制
し、オフ電流を低減する。 【解決手段】 Al/Crからなる金属膜をスパッタリ
ング法等により成膜し、異方性エッチングによりソース
電極線6、ドレイン電極7を形成し、これらをマスクと
してチャネル上の不要なn−a−Si層5を等方性エッ
チングにより除去する。以上の工程により、ソース電極
6およびドレイン電極7のチャネル側のエッジ部を内側
に伸ばし、チャネル上に庇を形成する。このような庇構
造にすることにより、電界集中をドレイン側エッジ部か
ら移動させ、i−a−Si層4/n−a−Si層5接合
部への電界集中によるトンネル効果を抑制し、オフ電流
を低減することができる。その結果、オン電流/オフ電
流比が向上し、コントラスト比、画像安定性の向上が図
られ、表示品質の高い液晶表示装置が得られる。
Description
およびこれを用いた液晶表示装置並びにTFTアレイ基
板の製造方法に関し、特にアクティブマトリクス型液晶
表示装置に使用される薄膜トランジスタのオフ電流の低
減に関するものである。
クティブマトリクス型液晶表示装置は、高度情報化社
会、マルチメディアの時代において中核となるデバイス
の一つとして期待されている。アクティブマトリクス型
液晶表示装置は、各画素をスイッチング素子である薄膜
トランジスタ(以後TFTと称す)により駆動させるた
め、画素のコントラストを十分にとることができるとい
う利点がある。図6(a) は、従来のTFTを用いたアク
ティブマトリクス型液晶表示装置の一画素の構造を示す
平面図、図6(b) は、図6(a) のA−Bで切断した場合
の逆スタガー型TFTの構造を示す断面図である。図に
おいて、1は透明絶縁性基板であるガラス基板、2はガ
ラス基板1上に形成されたゲート電極線、3は窒化シリ
コン(SiNX )膜等よりなるゲート絶縁膜、4はゲー
ト電極2上にゲート絶縁膜3を介して設けられ、その中
央部がチャネルとなる真性半導体層であるアモルファス
シリコン層(以下i−a−Si層と記す)、5はi−a
−Si層4上のソース/ドレイン接点領域に設けられ、
n型の不純物であるリンを含むn+アモルファスシリコ
ン層(以下n−a−Si層と記す)、6、7はi−a−
Si層4およびn−a−Si層5と共に半導体素子を形
成するソース電極線およびドレイン電極、8はITO等
の透明導電膜よりなる画素電極、9はゲート電極線2と
接続された保持容量電極をそれぞれ示す。
7を用いて説明する。まず、ガラス基板1上に低抵抗で
高融点材料であるCr等の金属膜をスパッタリング法等
で成膜し、写真製版およびエッチングによるパターン形
成を行いゲート電極2を形成する(図7(a) )。次に、
SiNX 膜よりなるゲート絶縁膜3を介して、チャネル
となるi−a−Si層4、ソース/ドレイン接点領域と
なるn−a−Si層5をプラズマCVD(Chemical Vap
or Deposition )法により連続成膜し(図7(b) )、i
−a−Si層4およびn−a−Si層5をアイランド状
にパターニングする(図7(c) )。次に、CrおよびA
l等を主成分とする金属膜をスパッタリング法等で成膜
し、パターン形成を行い、ソース電極線6、ドレイン電
極7を形成し、これらをマスクとしてチャネル上の不要
なn−a−Si層5をドライエッチング等により除去
し、逆スタガー型TFTが形成される(図7(d) )。
晶を挟む電極間に蓄積される電荷をTFTにより制御
し、電極間の電界により液晶の配向を変化させ、ガラス
基板下のバックライト(背面光)の透過を制御させるこ
とにより画面表示を行う。そのため、必要な電荷を一定
時間保持させなければならない。この保持期間中に電荷
が変動すると、表示特性に影響を与える。保持期間中の
電荷変動を最小限に抑制するためには、TFTのオフ電
流、すなわちId- Vg特性におけるVg時のドレイン
電流を小さくしなければならない。TFTでは、真性半
導体層であるイントリンシックなアモルファスシリコン
層(i−a−Si層4)が使用されており、その真性キ
ャリア密度が小さいため、オフ電流は小さいとされてい
る。しかしながら、従来の逆スタガー型TFTの構造で
は、n−a−Si層5/i−a−Si層4接合部界面の
不純物であるリンのプロファイルが急峻であるために、
ドレイン電極7側、特にドレインエッジ部側において発
生する電界が非常に大きくなる。その電界強度は1E6
V/cmになり、アバランシェ破壊の領域となる。そのた
め、深い負のゲートバイアスが印加された場合には大き
なオフ電流が流れることになる。この機構によるオフ電
流を減少させるためには、電界の緩和が有効であり、オ
フ電流の低減は安定した良好な表示特性を得るために重
要な課題であった。
ためになされたもので、チャネルエッチ型薄膜トランジ
スタのn−a−Si層/i−a−Si層接合部における
電界集中を抑制し、オフ電流を低減するとにより、コン
トラスト比および画像安定性の向上を図り、表示品質の
高い液晶表示装置を得ることを目的とする。
ンジスタは、透明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ゲート絶縁膜を介して設けら
れ、その中央部がチャネルとなる真性半導体層と、この
真性半導体層上のソース/ドレイン接点領域に設けられ
たn型の不純物を含む半導体層と、真性半導体層および
不純物を含む半導体層と共に半導体素子を形成するソー
ス電極およびドレイン電極を備え、ソース/ドレイン電
極のチャネル側のエッジ部を内側に伸ばし、チャネル上
に庇を形成したものである。また、透明絶縁性基板上に
形成されたゲート電極と、このゲート電極上にゲート絶
縁膜を介して設けられ、その中央部がチャネルとなる真
性半導体層と、この真性半導体層上のソース/ドレイン
接点領域に設けられたn型の不純物を含む半導体層と、
真性半導体層および不純物を含む半導体層と共に半導体
素子を成するソース電極およびドレイン電極を備え、ソ
ース/ドレイン電極および不純物を含む半導体層のチャ
ネル側のエッジ部を内側に伸ばし、チャネル上に庇を形
成したものである。さらに、本発明に係わる液晶表示装
置は、上記いずれかの薄膜トランジスタを含むスイッチ
ング素子およびこのスイッチング素子を経てそれぞれ制
御される表示素子を有するTFTアレイ基板と、TFT
アレイ基板との間に液晶を挟持する対向電極基板と、ス
イッチング素子の駆動回路を備えたものである。
製造方法は、透明絶縁性基板上に金属薄膜を成膜し、パ
ターン形成によりゲート電極線を形成する工程と、ゲー
ト電極線上にゲート絶縁膜を介してチャネルとなる真性
半導体層およびソース/ドレイン接点領域となるn型の
不純物を含む半導体層を連続して成膜し、アイランド状
にパターニングする工程と、透明導電膜をスパッタリン
グ法等で成膜し、パターン形成により画素電極を形成す
る工程と、Al、Cr等の金属薄膜をスパッタリング法
等で成膜し、異方性エッチングによりソース/ドレイン
電極を形成する工程と、チャネル上の不要な不純物を含
む半導体層を等方性エッチングにより除去する工程を含
み、ソース/ドレイン電極のチャネル側のエッジ部を内
側に伸ばし、チャネル上に庇を形成するものである。
し、パターン形成によりゲート電極線を形成する工程
と、ゲート電極線上にゲート絶縁膜を介してチャネルと
なる真性半導体層およびソース/ドレイン接点領域とな
るn型の不純物を含む半導体層を連続して成膜し、アイ
ランド状にパターニングする工程と、透明導電膜をスパ
ッタリング法等で成膜し、パターン形成により画素電極
を形成する工程と、Al、Cr等の金属薄膜をスパッタ
リング法等で成膜し、パターン形成によりソース/ドレ
イン電極を形成する工程と、チャネル上の不要な不純物
を含む半導体層と、その下部の真性半導体層の一部を異
なる速度でエッチングする工程を含み、ソース/ドレイ
ン電極のチャネル側のエッジ部を内側に伸ばし、チャネ
ル上に庇を形成するものである。
し、パターン形成によりゲート電極線を形成する工程
と、ゲート電極線上にゲート絶縁膜を介してチャネルと
なる真性半導体層およびソース/ドレイン接点領域とな
るn型の不純物を含む半導体層を連続して成膜し、アイ
ランド状にパターニングする工程と、透明導電膜をスパ
ッタリング法等で成膜し、パターン形成により画素電極
を形成する工程と、Al、Cr等の金属薄膜をスパッタ
リング法等で成膜し、異方性エッチングによりソース/
ドレイン電極を形成し、さらに、チャネル上の不要な不
純物を含む半導体層を異方性エッチングにより除去する
工程と、チャネル部の真性半導体層の一部を等方性エッ
チングにより除去する工程を含み、ソース/ドレイン電
極および不純物を含む半導体層のチャネル側のエッジ部
を内側に伸ばし、チャネル上に庇を形成するものであ
る。
膜し、パターン形成によりゲート電極線を形成する工程
と、ゲート電極線上にゲート絶縁膜を介してチャネルと
なる真性半導体層およびソース/ドレイン接点領域とな
るn型の不純物を含む半導体層を連続して成膜し、アイ
ランド状にパターニングする工程と、透明導電膜をスパ
ッタリング法等で成膜し、パターン形成により画素電極
を形成する工程と、Al、Cr等の金属薄膜をスパッタ
リング法等で成膜し、ドライエッチングによりソース/
ドレイン電極を形成する工程と、チャネル上の不要な不
純物を含む半導体層をウエットエッチングにより除去す
る工程を含み、ソース/ドレイン電極および不純物を含
む半導体層のチャネル側のエッジ部を内側に伸ばし、チ
ャネル上に庇を形成するものである。
実施の形態を図について説明する。図1(a) は、本発明
の実施の形態1であるアクティブマトリクス型液晶表示
装置の一画素の構造を示す平面図、図1(b) は、図1
(a) のA−Bで切断した場合の逆スタガー型TFTの構
造を示す断面図である。図において、1は透明絶縁性基
板であるガラス基板、2はガラス基板1上に形成された
ゲート電極線、3は窒化シリコン(SiNX )膜等より
なるゲート絶縁膜、4はゲート電極2上にゲート絶縁膜
3を介して設けられ、その中央部がチャネルとなる真性
半導体層であるi−a−Si層、5はi−a−Si層4
上のソース/ドレイン接点領域に設けられたn型の不純
物であるリンを含むn−a−Si層、6、7は上記i−
a−Si層4およびn−a−Si層5と共に半導体素子
を形成するソース電極線およびドレイン電極、8はIT
O等の透明導電膜よりなる画素電極、9はゲート電極線
2と接続された保持容量電極をそれぞれ示す。本実施の
形態では、ソース電極6およびドレイン電極7のチャネ
ル側のエッジ部を内側に伸ばし、チャネル上に庇を形成
したことを特徴とする。
採用したTFTアレイ基板の製造方法を図2を用いて説
明する。まず、ガラス基板1上に低抵抗で高融点材料で
あるCr等の金属膜をスパッタリング法等で成膜し、写
真製版およびエッチングによるパターン形成によりゲー
ト電極線2を形成する。次に、SiNX 膜よりなるゲー
ト絶縁膜3を介して、チャネルとなるi−a−Si層
4、ソース/ドレイン接点領域となるn−a−Si層5
をプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法に
より連続成膜する。この時、ゲート絶縁膜3の膜厚は4
00nm、i−a−Si層4の膜厚は150nm程度と
する。次に、i−a−Si層4およびn−a−Si層5
をアイランド状にパターニングし、透明導電膜からなる
画素電極(図示せず)を形成する。続いてAl/Crか
らなる金属膜をスパッタリング法等により成膜し(図2
(a) )、異方性エッチングによりソース電極線6、ドレ
イン電極7を形成し(図2(b) )、これらをマスクとし
てチャネル上の不要なn−a−Si層5を等方性エッチ
ングにより除去(バックチャネルエッチング)した後、
保護膜(図示せず)を形成する。以上の工程により、ソ
ース電極6およびドレイン電極7のチャネル側のエッジ
部が内側に伸びた庇構造を有する逆スタガー型TFTが
形成される(図2(c) )。
びドレイン電極7のチャネル側のエッジ部を内側に伸ば
し、チャネル上に庇を形成することで、電界集中をドレ
イン側エッジ部から移動させ、i−a−Si層4/n−
a−Si層5接合部への電界集中によるトンネル効果を
抑制し、オフ電流を低減することができる。その結果、
保持容量電極が小型化でき、高開口率化が図られる。さ
らに、本実施の形態によるTFTを含むスイッチング素
子およびこのスイッチング素子を経てそれぞれ制御され
る表示素子を有するTFTアレイ基板と対向電極基板の
間に液晶を挟持し、スイッチング素子の駆動回路を備え
た液晶表示装置においては、オフ電流の低減によりオン
電流/オフ電流比が向上し、コントラスト比、画像安定
性の向上が図られる。
態2による逆スタガー型TFTの構造を示す断面図であ
る。上記実施の形態1では、ソース電極6およびドレイ
ン電極7の形成に異方性エッチング、バックチャネルエ
ッチングに等方性エッチングを行うことで、ソース電極
6およびドレイン電極7のチャネル側のエッジ部を内側
に伸ばし、チャネル上に庇を形成した。本実施の形態で
は、ソース電極6およびドレイン電極7形成後、チャネ
ル上の不要なn−a−Si層5と、その下部のi−a−
Si層4の一部を異なる速度でエッチングすることで、
図3に示すような庇構造を形成するものである。このよ
うな庇構造にすることにより、i−a−Si層4/n−
a−Si層5接合部への電界の集中を抑制し、オフ電流
を低減することができ、上記実施の形態1と同様の効果
が得られる。
態3による逆スタガー型TFTの構造を示す断面図であ
る。上記実施の形態1では、ソース電極6およびドレイ
ン電極7の形成に異方性エッチング、バックチャネルエ
ッチングに等方性エッチングを行うことで、ソース電極
6およびドレイン電極7のチャネル側のエッジ部を内側
に伸ばし、チャネル上に庇を形成した。本実施の形態で
は、Al/Cr等の金属薄膜をスパッタリング法等で成
膜し、異方性エッチングによりソース電極線6およびド
レイン電極7を形成し、さらに、チャネル上の不要なn
−a−Si層5を異方性エッチングにより除去した後、
チャネル部のi−a−Si層4の一部を等方性エッチン
グにより除去することで、図4に示すように、ソース電
極6、ドレイン電極7およびn−a−Si層5のチャネ
ル側のエッジ部を内側に伸ばし、チャネル上に庇を形成
するものである。このような庇構造にすることにより、
i−a−Si層4/n−a−Si層5接合部への電界の
集中を抑制し、オフ電流を低減することができ、上記実
施の形態1、2と同様の効果が得られる。
態4による逆スタガー型TFTの構造を示す断面図であ
る。上記実施の形態1〜3では、エッチング方法および
速度を変えることにより、チャネル上に庇を形成した。
本実施の形態では、ソース電極6およびドレイン電極7
をドライエッチングにより形成し、チャネル上の不要な
n−a−Si層5をウエットエッチングにより除去する
ことにより、i−a−Si層4とn−a−Si層5の界
面にアンダーカットが生じることを利用して、図5に示
すように、ソース電極6、ドレイン電極7およびn−a
−Si層5のチャネル側のエッジ部を内側に伸ばし、チ
ャネル上に庇を形成するものである。本実施の形態によ
れば、i−a−Si層4/n−a−Si層5接合部への
電界の集中を抑制し、オフ電流を低減することができ、
上記実施の形態1〜3と同様の効果が得られる。
/ドレイン電極のチャネル側のエッジ部を内側に伸ば
し、チャネル上に庇を形成したので、真性半導体層とn
型の不純物を含む半導体層の接合部への電界集中による
トンネル効果が抑制され、オフ電流を低減することがで
きる。その結果、オン電流/オフ電流比が向上し、コン
トラスト比、画像安定性の向上が図られ、表示品質の高
い液晶表示装置が得られる。
リクス型液晶表示装置の一画素の構造を示す平面図と逆
スタガー型TFTの構造を示す断面図である。
FTの製造方法を示す図である。
FTの構造を示す断面図である。
FTの構造を示す断面図である。
FTの構造を示す断面図である。
の一画素の構造を示す平面図と逆スタガー型TFTの構
造を示す断面図である。
図である。
膜、4 i−a−Si層、5 n−a−Si層、6 ソ
ース電極線、7 ドレイン電極、8 画素電極、9 保
持容量電極。
Claims (7)
- 【請求項1】 透明絶縁性基板上に形成されたゲート電
極、 上記ゲート電極上にゲート絶縁膜を介して設けられ、そ
の中央部がチャネルとなる真性半導体層と、この真性半
導体層上のソース/ドレイン接点領域に設けられたn型
の不純物を含む半導体層、 上記真性半導体層および上記不純物を含む半導体層と共
に半導体素子を形成するソース電極およびドレイン電極
を備え、上記ソース/ドレイン電極のチャネル側のエッ
ジ部を内側に伸ばし、チャネル上に庇を形成したことを
特徴とする薄膜トランジスタ。 - 【請求項2】 透明絶縁性基板上に形成されたゲート電
極、 上記ゲート電極上にゲート絶縁膜を介して設けられ、そ
の中央部がチャネルとなる真性半導体層と、この真性半
導体層上のソース/ドレイン接点領域に設けられたn型
の不純物を含む半導体層、 上記真性半導体層および上記不純物を含む半導体層と共
に半導体素子を形成するソース電極およびドレイン電極
を備え、上記ソース/ドレイン電極および上記不純物を
含む半導体層のチャネル側のエッジ部を内側に伸ばし、
チャネル上に庇を形成したことを特徴とする薄膜トラン
ジスタ。 - 【請求項3】 請求項1または請求項2に記載の薄膜ト
ランジスタを含むスイッチング素子およびこのスイッチ
ング素子を経てそれぞれ制御される表示素子を有するT
FTアレイ基板と、上記TFTアレイ基板との間に液晶
を挟持する対向電極基板と、上記スイッチング素子の駆
動回路を備えたことを特徴とする液晶表示装置。 - 【請求項4】 透明絶縁性基板上に金属薄膜を成膜し、
パターン形成によりゲート電極線を形成する工程、 上記ゲート電極線上にゲート絶縁膜を介してチャネルと
なる真性半導体層およびソース/ドレイン接点領域とな
るn型の不純物を含む半導体層を連続して成膜し、アイ
ランド状にパターニングする工程、 透明導電膜をスパッタリング法等で成膜し、パターン形
成により画素電極を形成する工程、 Al、Cr等の金属薄膜をスパッタリング法等で成膜
し、異方性エッチングによりソース/ドレイン電極を形
成する工程、 チャネル上の不要な上記不純物を含む半導体層を等方性
エッチングにより除去する工程を含み、上記ソース/ド
レイン電極のチャネル側のエッジ部を内側に伸ばし、チ
ャネル上に庇を形成することを特徴とするTFTアレイ
基板の製造方法。 - 【請求項5】 透明絶縁性基板上に金属薄膜を成膜し、
パターン形成によりゲート電極線を形成する工程、 上記ゲート電極線上にゲート絶縁膜を介してチャネルと
なる真性半導体層およびソース/ドレイン接点領域とな
るn型の不純物を含む半導体層を連続して成膜し、アイ
ランド状にパターニングする工程、 透明導電膜をスパッタリング法等で成膜し、パターン形
成により画素電極を形成する工程、 Al、Cr等の金属薄膜をスパッタリング法等で成膜
し、パターン形成によりソース/ドレイン電極を形成す
る工程、 チャネル上の不要な上記不純物を含む半導体層と、その
下部の真性半導体層の一部を異なる速度でエッチングす
る工程を含み、上記ソース/ドレイン電極のチャネル側
のエッジ部を内側に伸ばし、チャネル上に庇を形成する
ことを特徴とするTFTアレイ基板の製造方法。 - 【請求項6】 透明絶縁性基板上に金属薄膜を成膜し、
パターン形成によりゲート電極線を形成する工程、 上記ゲート電極線上にゲート絶縁膜を介してチャネルと
なる真性半導体層およびソース/ドレイン接点領域とな
るn型の不純物を含む半導体層を連続して成膜し、アイ
ランド状にパターニングする工程、 透明導電膜をスパッタリング法等で成膜し、パターン形
成により画素電極を形成する工程、 Al、Cr等の金属薄膜をスパッタリング法等で成膜
し、異方性エッチングによりソース/ドレイン電極を形
成し、さらに、チャネル上の不要な上記不純物を含む半
導体層を異方性エッチングにより除去する工程、 チャネル部の上記真性半導体層の一部を等方性エッチン
グにより除去する工程を含み、上記ソース/ドレイン電
極および上記不純物を含む半導体層のチャネル側のエッ
ジ部を内側に伸ばし、チャネル上に庇を形成することを
特徴とするTFTアレイ基板の製造方法。 - 【請求項7】 透明絶縁性基板上に金属薄膜を成膜し、
パターン形成によりゲート電極線を形成する工程、 上記ゲート電極線上にゲート絶縁膜を介してチャネルと
なる真性半導体層およびソース/ドレイン接点領域とな
るn型の不純物を含む半導体層を連続して成膜し、アイ
ランド状にパターニングする工程、 透明導電膜をスパッタリング法等で成膜し、パターン形
成により画素電極を形成する工程、 Al、Cr等の金属薄膜をスパッタリング法等で成膜
し、ドライエッチングによりソース/ドレイン電極を形
成する工程、 チャネル上の不要な上記不純物を含む半導体層をウエッ
トエッチングにより除去する工程を含み、上記ソース/
ドレイン電極および上記不純物を含む半導体層のチャネ
ル側のエッジ部を内側に伸ばし、チャネル上に庇を形成
することを特徴とするTFTアレイ基板の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32085897A JP3798133B2 (ja) | 1997-11-21 | 1997-11-21 | 薄膜トランジスタおよびこれを用いた液晶表示装置並びにtftアレイ基板の製造方法 |
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---|---|---|---|
JP32085897A JP3798133B2 (ja) | 1997-11-21 | 1997-11-21 | 薄膜トランジスタおよびこれを用いた液晶表示装置並びにtftアレイ基板の製造方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH11154752A true JPH11154752A (ja) | 1999-06-08 |
JP3798133B2 JP3798133B2 (ja) | 2006-07-19 |
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ID=18126047
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JP32085897A Expired - Fee Related JP3798133B2 (ja) | 1997-11-21 | 1997-11-21 | 薄膜トランジスタおよびこれを用いた液晶表示装置並びにtftアレイ基板の製造方法 |
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---|---|
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