JP2000277741A - 薄膜トランジスタ、その製造方法および液晶表示素子 - Google Patents

薄膜トランジスタ、その製造方法および液晶表示素子

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JP2000277741A
JP2000277741A JP7878799A JP7878799A JP2000277741A JP 2000277741 A JP2000277741 A JP 2000277741A JP 7878799 A JP7878799 A JP 7878799A JP 7878799 A JP7878799 A JP 7878799A JP 2000277741 A JP2000277741 A JP 2000277741A
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region
conductive region
substrate
concentration
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JP7878799A
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Norio Nakayama
則夫 仲山
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体層の側壁に影響されない特性の安定し
た薄膜トランジスタを提供する。 【解決手段】 透明絶縁基板100上に島状に形成され
た半導体層200と、前記半導体層200上に形成され
たゲート絶縁膜102と、前記ゲート絶縁膜102を介
して前記半導体層200上にパターン形成されたゲート
電極103と、を有する薄膜トランジスタにおいて、前
記半導体層200は所定濃度の不純物を含む第1導電領
域104および第2導電領域105と、前記所定濃度よ
り低い濃度の不純物を含むか、もしくは真性な状態であ
る低濃度領域106と、を有し、前記低濃度領域106
は前記ゲート電極103のパターンに自己整合的に形成
され、かつ前記第1導電領域104または第2導電領域
105の少なくとも一方を平面的に完全に囲むように構
成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜トランジスタ
の構造、その製造方法およびそれを用いた液晶表示素子
に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、液晶表示素子に代表される平面表
示装置は、軽量化、薄型化、低消費電力化の要求が高ま
っており、駆動回路を同一基板上に一体的に形成するこ
とが検討されている。
【0003】このような液晶表示素子を実現するため、
液晶表示素子のアレイ基板には、半導体層として多結晶
シリコン(p−Si)等を用いた薄膜トランジスタ(Th
inFilm Transistor;TFT)がスイッチング素子とし
て形成される。TFTは、島状に形成された半導体層
と、この半導体層上にゲート絶縁膜を介して形成される
ゲート電極を含み、ゲート電極をマスクとして半導体層
にイオンドーピングし、ゲート電極の被覆部に位置する
低濃度領域と、この低濃度領域に隣接した導電領域を自
己整合的に形成する。
【0004】島状に形成された半導体層の端部には、半
導体層の厚み分の段差である側壁があり、この側壁には
加工時のダメージがあり、また被覆するゲート絶縁膜の
厚さの異常が発生するためTFTの特性が不安定にな
る。この結果、導電領域間で、本来高抵抗の絶縁状態と
なるべきバイアス電圧をゲート配線に与えているとき
に、側壁をリークパスとしてリーク電流が発生すること
がわかった。
【0005】上記した技術課題を解決するために、特開
平5−335576号公報には、ゲート配線の横断被覆
面で半導体層の中央部分寄りを活性領域にして、その活
性領域の両側に高抵抗領域を形成する技術が開示されて
いる。これにより側壁によって生じるゲート絶縁耐圧の
低下などの技術問題が改善される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような製造方法では、高抵抗領域を形成するための工程
が増え、またこの結果製造歩留が低下する。そこで、本
発明では、製造工程を増やすことなく半導体層の側壁の
影響による導電領域の特性の不安定さを解消し、リーク
電流の発生を効果的に防止できる薄膜トランジスタ、そ
の製造方法および液晶表示素子を提供することを目的と
している。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
透明絶縁基板上に島状に形成された半導体層と、前記半
導体層上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁
膜を介して前記半導体層上にパターン形成されたゲート
電極と、を有する薄膜トランジスタにおいて、前記半導
体層は所定濃度の不純物を含む第1導電領域および第2
導電領域と、前記所定濃度より低い濃度の不純物を含む
か、もしくは真性な状態である低濃度領域と、を有し、
前記低濃度領域は前記ゲート電極のパターンに自己整合
的に形成され、かつ前記第1導電領域または第2導電領
域の少なくとも一方を平面的に完全に囲むことを特徴と
している。
【0008】この発明によれば、端部を介して第1導電
領域と第2導電領域を接続していないので、半導体層の
端部では導電機能を果たさず、特性が安定しており、高
品質の薄膜トランジスタの作成が可能となる。以下、発
明の実施の形態について詳細に説明する。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、TFTを用いたアクティブマトリクス型表示装置用
アレイ基板とそのアレイ基板を使った液晶表示素子を例
にとり、図面を参照して詳細に説明する。
【0010】液晶表示素子は、図4に示すように第1の
基板つまりアレイ基板401と、アレイ基板401に対
向して配される第2の基板つまり対向基板402と、ア
レイ基板401と対向基板402との間に保持される液
晶層408から構成される。
【0011】アレイ基板401に対向して配される対向
基板402は、遮光層403と着色層404と対向電極
405と配向膜406とがガラス基板407上に配置さ
れて構成される。
【0012】図3は、アレイ基板の表示領域の一部概略
平面図で、円Cで囲まれたTFT部分の構造を図1
(a)に示し、同図(b)は線A−A´に沿って切断し
た時の概略断面図である。
【0013】この実施の形態のアレイ基板は、図1及び
図3に示されるように、ガラス等の透明絶縁基板100
上にほぼ平行に等間隔に配置された信号線109と、そ
れにほぼ直交し層間絶縁層107を介して信号線109
と電気的に絶縁されているゲート配線120と、それら
の交点毎に配置されたTFT300及びこれに接続する
画素電極111から構成される。
【0014】TFTの詳細な構造を説明すると、透明絶
縁基板100上に真性またはP型不純物がドープされた
低濃度領域106、N型不純物がドープされて成る第1
導電領域104、及び第2導電領域105を有する島状
の半導体層200が配置され、これを覆うようにゲート
絶縁膜102が形成され、このゲート絶縁膜102上に
ゲート配線120と同一工程で形成されたゲート電極1
03が配置されており、層間絶縁層107上には信号線
109と同一工程で形成された第1電極108がコンタ
クトホールを介して第1導電領域104に接続されてコ
プラナ型多結晶シリコンTFTが構成されている。
【0015】図2は、島状の半導体層200と、ゲート
絶縁膜102を介して半導体層200上に形成されたゲ
ート電極103との配置を示した平面図である。ゲート
電極103は少なくとも1つの開口部201を有し、そ
のゲート電極103をマスクにして、その上部から半導
体層200に燐イオン(P)をドーピングし、ゲート電
極103で覆われた部分を残して、導電領域が形成され
る。この導電領域は、平面的にみると開口部201下に
位置する領域とそれ以外の領域の2つに分けられそれぞ
れ第1導電領域104、第2導電領域105とよび、半
導体層200のゲート電極103で覆われた部分を低濃
度領域106とよぶ。低濃度領域106は、詳しくは、
第1及び第2導電領域に挟まれたチャネル領域と、チャ
ネル領域と同等の不純物濃度の領域とから形成される。
ゲート電極103の開口部201の形状は問わないが、
ゲート絶縁膜102を介して開口部201下には必ず半
導体層200が設置され、また、半導体層200の外周
の端部が開口部201にかかることはない。いずれの場
合も、2つの導電領域104、105と1つの低濃度領
域106を有し、2つの導電領域104、105は、半
導体層200の端部を介して接続されていない構造で、
言い換えると、少なくとも一方の導電領域は、その周囲
を低濃度領域106で完全に囲まれる構造となってい
る。このため、ゲート電極103に通常TFTが絶縁状
態になる電圧(Voff )を与えているときに、島状の半
導体層200の端部が、導電機能を果たすことはない。
すなわち一方の導電領域が半導体層200端部と距離を
もって形成されているので、ゲート電極にVoff の電圧
が与えられている時は、その周囲が高抵抗となり半導体
層200の端部を介して第1導電領域104と第2導電
領域105は導電しない。
【0016】次に、本実施の形態の液晶表示素子の製造
方法の一例について説明する。まず、第1の基板である
アレイ基板と、第2の基板である対向基板を用意する
が、ここではアレイ基板の製造方法について説明する。
【0017】まず、常圧CVDあるいは、プラズマCV
Dにより、ガラス等の透明絶縁基板100上に絶縁膜1
01として酸化ケイ素を堆積し、その上にアモスファス
シリコン層を膜厚50nmに堆積する。ここで、全面
に、ボロン(B)等のP型不純物をドープしてもよい。
【0018】次に、アモルファスシリコン層をエキシマ
レーザでアニール処理し、アモルファスシリコン層を多
結晶シリコン層に結晶化させる。さらに、その多結晶シ
リコン層にレジストを塗布し、露光、パターニング、エ
ッチング処理を施し、多結晶シリコン層を所望の形状に
形成する。
【0019】続いて、多結晶シリコン層を覆って全面
に、CVD法により酸化ケイ素SiOxを成膜し、ゲー
ト絶縁膜102を形成する。このゲート絶縁膜102上
に、ゲート金属膜を堆積し、フォトリソグラフィー技術
を用いてゲート配線120及びゲート電極103パター
ンを形成する。
【0020】その後、ゲート電極103またはゲート電
極103形成時のレジストをマスクとして上部より例え
ばドーズ量1×1015cm-2にて燐イオン(P)をドー
ピングし、多結晶シリコン層に、導電領域である第1導
電領域104と第2導電領域105を形成し、2つの導
電領域とする。TFTをその上面から見た時に、第1導
電領域104は、その周囲を低濃度領域106で囲まれ
た構造になっている。
【0021】さらに、CVD法などによりこれらの上面
全部を覆うように、層間絶縁層107となるSiOxを
成膜し、層間絶縁層107およびゲート絶縁膜102を
貫通し第1導電領域104及び第2導電領域105に達
するコンタクトホールを設けた後、金属膜を成膜し、パ
ターニング処理し、第1電極108及び信号線109を
形成する。
【0022】さらに、基板全面に窒化ケイ素SiNxの
絶縁層110を形成し、第1電極108上に開口部20
1を設け、絶縁層110上に開口部201を介して第1
電極108に接続する画素電極111を形成し、アレイ
基板を形成する。
【0023】こうして作製されたアレイ基板と対向基板
間に液晶層を保持し、液晶表示素子を形成する。また本
実施例では、半導体層200の第1導電領域104とな
る部分だけ開口してゲート電極103が形成されてお
り、上部をゲート電極103に覆われた半導体層200
の端部は、第1導電領域104より距離をもって離れて
いるので、ゲート配線に通常ではTFTが絶縁状態にな
る電圧Voff を与えた時は、第1・第2導電領域間は導
電しない。
【0024】また、本発明のゲート電極と半導体層との
関係は、上記実施の形態の他に例えは図2(a)〜
(d)のような構成でも構わない。以上説明したよう
に、ゲート配線に通常ではTFTが絶縁状態になる電圧
を与えている時は、低濃度領域は必ず絶縁状態にあるた
め、TFTの第1・第2電極間は絶縁状態が保たれ、リ
ーク電流の発生の影響はない。
【0025】このようなTFTを液晶表示素子に用いる
ことで、高性能の液晶表示素子を作製することが可能と
なった。また、実施形態では、対向基板上に着色層を形
成した液晶表示素子を用いたが、アレイ基板側に着色層
を設置してもよい。さらに、IPS(In Plain Switchi
ng)モードのように一方の基板に対向電極、画素電極を
配置した液晶表示素子にも適用できる。
【0026】
【発明の効果】この発明によれば、電流リーク等の特性
不良が低い、高品質なTFTが実現される。また、製造
工程を増やすことなく改善できるので、製造歩留が向上
する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の薄膜トランジスタアレイの一実施例で
ある。(a)は一部概略平面図で、(b)は線A−A´
に沿って切断した概略断面図である。
【図2】本発明のゲート電極と半導体層の関係を示した
平面図である。
【図3】本発明の薄膜トランジスタアレイの表示領域の
概略平面図である。
【図4】本発明の液晶表示素子の概略縦断面図である。
【符号の説明】
101…絶縁膜 102…ゲート絶縁膜 103…ゲート電極 104…第1導電領域 105…第2導電領域 106…低濃度領域 107…層間絶縁層 108…第1電極 109…第2電極 200…半導体層 408…液晶層 401…第1の基板 402…第2の基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H092 JA24 JA34 JA37 JB51 KA04 MA07 MA12 MA30 NA26 NA29 PA01 PA08 5F110 AA06 CC02 DD02 DD13 DD24 EE09 FF02 FF29 GG02 GG13 GG25 GG32 GG35 HM12 HM18 NN03 NN23 NN24 NN35 PP03 QQ11

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 透明絶縁基板上に島状に形成された半導
    体層と、前記半導体層上に形成されたゲート絶縁膜と、
    前記ゲート絶縁膜を介して前記半導体層上にパターン形
    成されたゲート電極と、を有する薄膜トランジスタにお
    いて、前記半導体層は所定濃度の不純物を含む第1導電
    領域および第2導電領域と、前記所定濃度より低い濃度
    の不純物を含むか、もしくは真性な状態である低濃度領
    域と、を有し、前記低濃度領域は前記ゲート電極のパタ
    ーンに自己整合的に形成され、かつ前記第1導電領域ま
    たは第2導電領域の少なくとも一方を平面的に完全に囲
    むことを特徴とする薄膜トランジスタ。
  2. 【請求項2】 透明絶縁基板上に島状に形成された半導
    体層と、前記半導体層上に形成されたゲート絶縁膜と、
    前記ゲート絶縁膜を介して前記半導体層上にパターン形
    成されたゲート電極と、を有する薄膜トランジスタにお
    いて、前記半導体層は所定濃度の不純物を含む第1導電
    領域および第2導電領域と、前記第1及び第2導電領域
    に挟まれたチャネル領域と前記チャネル領域と同等の不
    純物濃度の領域とを含む低濃度領域と、を有し、前記低
    濃度領域は前記第1導電領域または第2導電領域の少な
    くとも一方を平面的に完全に囲むことを特徴とする薄膜
    トランジスタ。
  3. 【請求項3】 前記半導体層が、多結晶シリコンからな
    ることを特徴とする請求項1または2記載の薄膜トラン
    ジスタ。
  4. 【請求項4】 透明絶縁基板上に半導体層を島状に形成
    する工程と、前記半導体層上に絶縁膜を形成する工程
    と、前記絶縁膜上に導電膜を形成する工程と前記導電膜
    を前記半導体層の全ての端部から距離を有する開口部を
    含むパターンにパターニングしてゲート電極を形成する
    工程と、前記ゲート電極のパターンをマスクとして前記
    半導体層に不純物を注入する工程と、を具備することを
    特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
  5. 【請求項5】 第1の基板と、前記第1の基板に対向し
    て配される第2の基板と、前記第1の基板と前記第2の
    基板との間に保持される液晶層と、前記第1の基板上に
    形成された複数の薄膜トランジスタ、と、前記複数の薄
    膜トランジスタに接続された複数の画素電極とを備えた
    液晶表示素子において、 前記薄膜トランジスタは、島状に形成された半導体層
    と、前記半導体層上に形成されたゲート絶縁膜と、前記
    ゲート絶縁膜を介して前記半導体層上にパターン形成さ
    れたゲート電極と、を有し、前記半導体層は所定濃度の
    不純物を含む第1導電領域および第2導電領域と、前記
    所定濃度より低い濃度の不純物を含むか、もしくは真性
    な状態である低濃度領域と、を有し、前記低濃度領域は
    前記ゲート電極のパターンに自己整合的に形成され、か
    つ前記第1導電領域または第2導電領域の少なくとも一
    方を平面的に完全に囲むことを特徴とする液晶表示素
    子。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008021760A (ja) * 2006-07-12 2008-01-31 Hitachi Displays Ltd 薄膜トランジスタおよび画像表示装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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