JP2820064B2 - 薄膜トランジスタとこれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

薄膜トランジスタとこれを用いた液晶表示装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜トランジスタとこ
のトランジスタをスイッチング素子とした液晶表示装置
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、薄膜トランジスタ(以下、TFT
と呼ぶ)を応用した液晶表示装置は大型化及び高精細度
化が進んでいる。液晶表示装置は複数本のゲート線とこ
れらと直交するように設けられた複数のソース線の各交
点にスイッチング素子としてTFTを備え、このTFT
をON/OFFすることにより、ソース線から供給され
る信号を画素電極に供給することによって、画素の表示
を制御している。
【0003】しかしながら、近年の液晶表示装置の大型
化に伴いゲート線、ソース線などの配線の配線長が長く
なることから、配線抵抗の増大が問題となっている。ゲ
ート線には画素数に相当するTFTが接続されており、
また各種の寄生容量も接続されている。そのため、ゲー
ト線に供給されるゲート信号は配線抵抗と各種の寄生容
量によって規定される時定数によって、信号遅延の問題
が発生することから、所定の時間内に正常なスイッチン
グ動作を完了することが困難な場合も発生する。この問
題を解決するためには、 1.ゲート線幅を広くする。
【0004】2.固有電気抵抗の低い材料を選択する。
の方法がある。しかし、上記1のゲート線幅を広くする
方法は、画素部の開口率を小さくするため通常用いられ
ない。また上記2の方法は、従来から、ゲート電極に固
有抵抗の低い材料としてアルミニウム(Al)を用いる
ことが検討されているが、このAlは、数百℃に加熱す
ると表面にヒロックが発生するという問題がある。この
ため、ゲート電極を形成した後の絶縁膜等の成膜時にゲ
ート電極の表面にヒロックが発生し、このヒロックの影
響でゲート電極とソース電極とが短絡してしまう。この
解決方法として、従来からAlに微量の高融点金属(S
i,Ta等)を含有させると、加熱時におけるヒロック
の発生が抑制されることが解明されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図2は、固有電気抵抗
の低い材料AlSi合金でゲート電極を形成したTFT
の断面構造図である。ガラス基板等の絶縁性基板21の
表面にAlに高融点金属のSiを混合したアルミニウム
合金から成る第一の金属層22とその第一の金属層22
を完全に被覆するように形成されたクロム(Cr)から
成る第二の金属層23によってゲート電極24が構成さ
れ、このゲート電極24を覆うごとく絶縁層25を設
け、その上に半導体層26、その上にソース電極27及
びドレイン電極28を順次設けた構造となっている。
【0006】この構造では、第一の金属層であるAlS
i合金を大型化及び高精細化のために200nm以上の
膜厚にした場合、ゲート電極の端部29に製造工程での
熱処理によりヒロックが発生し、第二の金属層23で完
全に被覆することができないため、その部分の絶縁耐圧
が劣化し、ゲート電極24とソース電極27との間に短
絡欠陥が発生する。また、従来のAlの湿式エッチング
に用いられている燐酸系エッチング液を改善し(特出4
−274004)、ゲート電極24の断面形状を約60
°のテーパー形状に加工しても、短絡欠陥の発生を完全
になくすことはできなかった。また、湿式の燐酸系エッ
チングでは不純物のSiを除去することができず、乾式
のエッチング等が必要となり生産性にも問題があった。
【0007】次に、AlTa合金は、TaがAlの中に
固溶しているため、Ta自身もエッチングにより除去さ
れ、Taの残渣が発生しないという利点があるが、Al
Ta合金でゲート電極24を形成した場合、固有電気抵
抗が純Alの約5倍になるため膜厚を厚くせざるをえ
ず、この結果絶縁層25の被覆特性が悪くなり、ゲート
電極24とソース電極27との間に短絡欠陥が発生して
しまうという課題があった。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
本発明の薄膜トランジスタ及びこれを用いた液晶表示装
置は、絶縁性基板上にゲート電極が設けられ、この絶縁
性基板およびゲート電極上に絶縁膜が、さらにその上方
に半導体層が設けられ、この半導体層上にソース電極お
よびドレイン電極がゲート電極の直上で互いに対向する
よう設けられた薄膜トランジスタであり、ゲート電極
は、純アルミニウムから成る下層、タンタルを不純物と
して混合したアルミニウム合金から成る上層の二層構造
を有する第一の金属層と、アルミニウムより高い融点を
有する金属から成り第一の金属層の上方に設けられた第
二の金属層とを有し、第二の金属層は第一の金属層を完
全に被覆した構成を有する。
【0009】
【作用】本発明は上記構成にすることによって、第一の
金属層の下層の純Alはゲート電極の抵抗を低くし、上
層のAlTa合金はヒロックを抑制し、またこの第一の
金属層を高融点材料から成る第二の金属層で完全に被覆
するため、製造工程中での熱処理によるヒロック等の変
形の発生はAlTa合金および第二の金属層によって完
全に防止される。そして第一の金属層のうち、上層の端
部の断面角度Bと、下層の端部の断面角度Aを本発明の
条件に形成することにより、第一の金属層の端部に鋭い
エッジがなくなり、この端部に発生するヒロックを防止
するものである。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながらその製造方法並びに構成を詳細に述べる。
【0011】図1は本発明の一実施例におけるTFTの
断面構造である。ガラス基板等の絶縁性基板1の表面に
スパッタ法または蒸着法等により連続的に膜厚100〜
500nmの純Alから成る下層2と膜厚50〜250
nmのAlTa合金から成る上層3を堆積することによ
り第一の金属層4を形成する。そして、通常のフォトリ
ソグラフィー法を用いて、所望のレジストパターンを形
成し、エッチング液とし濃度85%の燐酸(H3
4)、濃度61%の硝酸(HNO3)、酢酸(CH3
OOH)及び水(H2O)をそれぞれ、16:4:4:
1の比率で容量混合し、20〜50℃にて純AlとAl
Ta合金を同時にパターニングし第一の金属層4を所望
の形状に形成する。この時、第一の金属層4の下層2の
端部2aと絶縁性基板1とが成す断面角度Aは60度以
下で、上層3の端部3aと絶縁性基板1とが成す断面角
度Bは断面角度Aよりも小さい角度に形成される。また
この際に、上層3のAlTa合金の不純物Taも同時に
除去することができるのでTaの残渣は発生しない。エ
ッチング液の混合比の範囲は、H3PO4:HNO3:C
3COOH:H2O=16:4〜7:4:1であれば良
い。
【0012】次に、第一の金属層4を完全に被覆するよ
うにスパッタ法または蒸着法等により膜厚100〜20
0nmのCrから成る第二の金属層5を形成し、第一の
金属層4とともにゲート電極6を得る。第二の金属層5
はCrの他、WやTiあるいはTaのいずれか1種で構
成してもよく、またこれらの合金でもよい。
【0013】次に、このゲート電極6を被覆して絶縁膜
である窒化シリコン(SiNx)膜から成るゲート絶縁
層7を膜厚200〜300nmで絶縁性基板1およびゲ
ート電極6の表面上に形成する。このゲート絶縁層7
は、例えばプラズマCVD法により形成する。さらに、
ゲート絶縁層7の上に、アモルファスシリコン(a−S
i)から成る半導体層8を所定の膜厚に形成し、そして
その半導体層8の表面でゲート電極6の直上のチャンネ
ル形成領域以外に、スパッタ法または蒸着法によりアル
ミニウム(Al)とチタン(Ti)等からなるソース電
極9及びドレイン電極10を互いに対向するよう形成し
ている。
【0014】以上本発明のように純Alを下層に用いて
その上にヒロックを抑制するAlTa合金から成る上層
を設置することにより、固有抵抗値を増加させずにヒロ
ックの発生を抑制するものである。
【0015】さらに、Alよりも高い融点を有する第二
の金属層5にて第一の金属層4を完全に被覆することに
より、TFTの製造工程中での熱処理によるAlのヒロ
ック等の変形の発生が抑制される。
【0016】これら相乗の抑制効果により、ヒロック等
の発生によるゲート絶縁層7の耐圧の劣化に伴う層間絶
縁不良が防止されることから、ゲート電極6とソース電
極9及びドレイン電極10との間に短絡欠陥の発生が極
めて少なくなり、TFTの歩留まりを大幅に改善するこ
とができる。
【0017】また、断面角度Aを60度以下、断面角度
Bを断面角度Aよりも小さくすることにより、第一の金
属層4の端部の鋭いエッジをなくすことができる。
【0018】例えばエッジ11とエッジ12はともに1
80°に近い鈍角であり、この角度はエッジ11、エッ
ジ12の界面エネルギーの増大を抑えるのに役立ってい
る。従ってエッジ11、エッジ12においてヒロックが
優先的に発生するのを抑えることができる。
【0019】しかもエッジ11、エッジ12が180°
に近い鈍角であれば第二の金属層5による被覆が容易で
あり、エッジ11、エッジ12のみが被覆されないとい
った不都合が解消される。
【0020】また、本実施例によれば、ゲート電極6の
第一の金属層4の下層2の純Alと上層3のAlTa合
金が同時にエッチングでき、AlSi合金などで見られ
る不純物除去工程を必要とせず製造コストの低減ができ
る。
【0021】また、ゲート絶縁層7は本実施例では単層
構造であるが膜質の異なる多層構造の絶縁層としてもよ
い。
【0022】そして、本実施例の薄膜トランジスタを液
晶表示装置のスイッチング素子として用いることによ
り、表示欠陥の少ない液晶表示装置を得ることができる
ものである。液晶表示装置は、2枚の互いに対向する絶
縁性基板の間隙に液晶材料を挟持した構成であり、これ
ら互いに対向する側の絶縁性基板の一主面、つまり液晶
材料と接する面に上記実施例の薄膜トランジスタを設け
ればよい。
【0023】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、TFTの
製造工程中での熱処理によるAlのヒロック等の変形の
発生が抑制されることから、変形の発生による絶縁層の
耐圧の劣化に伴う層間絶縁不良が防止される。例えばゲ
ート電極とソース電極及びドレイン電極との間に短絡欠
陥の発生が極めて少なくなり、歩留まりが高く、信頼性
に優れたTFTを製造できることになる。
【0024】このようなTFTを液晶表示装置のスイッ
チング素子として用いれば、ゲート線の配線抵抗を大幅
に低減でき、ゲート信号の遅延の問題を解消できること
だけでなく、歩留まりが高く、信頼性に優れた液晶表示
装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における薄膜トランジスタの
断面図
【図2】従来の薄膜トランジスタの断面図
【符号の説明】
1 絶縁性基板 2 下層 2a 下層の端部 3 上層 3a 上層の端部 4 第一の金属層 5 第二の金属層 6 ゲート電極 7 ゲート絶縁層 8 半導体層 9 ソース電極 10 ドレイン電極 A 断面角度 B 断面角度

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁性基板上にゲート電極が設けられ、
    前記絶縁性基板及びゲート電極上に絶縁膜が設けられ、
    さらにその上方に半導体層が設けられ、前記半導体層上
    にソース電極およびドレイン電極がゲート電極の直上の
    チャンネル形成領域以外に互いに対向するよう設け、か
    つ前記ゲート電極は、純アルミニウムから成る下層にタ
    ンタルを不純物として混合したアルミニウム合金から成
    る上層の二層構造を有する第一の金属層と、アルミニウ
    ムより高い融点を有する金属から成り第一の金属層の上
    方に設けられた第二の金属層とを有するとともに、前記
    第二の金属層は前記第一の金属層を完全に被覆した薄膜
    トランジスタ。
  2. 【請求項2】 ゲート電極を構成する第一の金属層の下
    層の端部と絶縁性基板の主面とが成す断面角度Aが60
    度以下、第一の金属層の上層の端部と絶縁性基板の主面
    とが成す断面角度Bが前記断面角度Aよりも小さい請求
    項1記載の薄膜トランジスタ。
  3. 【請求項3】 第二の金属層がCr,W,Ti,Taの
    いずれか1種の金属、あるいはこれらの合金である請求
    項1記載の薄膜トランジスタ。
  4. 【請求項4】 2枚の互いに対向する絶縁性基板の間隙
    に液晶材料を挟持してなる液晶表示装置であり、いずれ
    か一方の前記絶縁性基板における前記液晶材料と接する
    面に、請求項1,2または3に記載の薄膜トランジスタ
    をスイッチング素子として設けた液晶表示装置。
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KR100392909B1 (ko) 1997-08-26 2004-03-22 엘지.필립스 엘시디 주식회사 박막트랜지스터및그의제조방법
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