JP2874256B2 - 薄膜トランジスタマトリクスの製造方法 - Google Patents

薄膜トランジスタマトリクスの製造方法

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賢一 沖
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Description

〔概 要〕
アクティブマトリクス型液晶表示装置などに用いる薄
膜トランジスタマトリクスの製造方法に関し、 工程を増やすことなしに単位面積当たりの蓄積容量を
増大させ、容量を付加することによる開口率の減少を防
いで、明るい表示を得ることを目的とし、 絶縁性基板上にゲート電極及び容量電極と、前記ゲー
ト電極上に少なくとも2種類の絶縁膜の積層膜からなる
ゲート絶縁膜と、動作半導体層を形成し、次いで、ソー
ス・ドレイン電極を形成した後、素子部を除く他の領域
の動作半導体層と前記ゲート絶縁膜のうち上層の絶縁膜
を除去し、次いで、前記上層の絶縁膜の除去跡に、前記
容量電極上に一部がオーバーラップする表示電極を形成
することにより、蓄積容量同時に形成する工程を含む構
成とする。 〔産業上の利用分野〕 本発明は、アクティブマトリクス型液晶表示装置など
に用いる薄膜トランジスタマトリクスの製造方法に関す
る。 〔従来の技術〕 薄膜トランジスタを使用したアクティブ型液晶表示装
置は、フルカラー動画表示が可能なフラットディスプレ
イとして現在盛んに開発が行なわれている。この薄膜ト
ランジスタ駆動液晶表示装置では、残像などをなくし表
示品質を向上させるため、積層容量を液晶と並列に付加
する必要がある。 この蓄積容量を構成するには、マトリクス状に配列し
た各画素を駆動する薄膜トランジスタのゲート絶縁膜
を、蓄積容量の電極間に介在する絶縁膜として利用した
構成と、ゲート絶縁膜とは別に蓄積容量の電極間絶縁膜
を形成し、これの両側に電極を配置した構成の2つがあ
る。 第1図はゲート絶縁膜3を用いた例を示す断面図であ
って、上記ゲート絶縁膜3の下側および上側に、それぞ
れ容量電極Pと表示電極Eを一部が重なり合うように形
成することにより、蓄積容量を構成している。 なお、同図の1は絶縁性基板、2はTi膜のようなゲー
ト金属膜、4は動作半導体層、5は保護膜、6はn+a−S
i層のようなコンタクト層、7は電極金属膜で例えばTi
膜、Tは素子部、Cは蓄積容量部である。 〔発明が解決しようとする課題〕 このようにゲート絶縁膜3をそのまま積層容量の電極
間絶縁膜として用いる場合には、 上記ゲート絶縁膜3に対して要求される耐圧,信頼性
などの特性は、蓄積容量の電極間絶縁膜に対する要求に
くらべて厳しいため、構成材料が限定される。そのため
単位面積当たりの容量がゲート絶縁膜に規制され、蓄積
容量を増大させるには蓄積容量の面積を大きくするしか
ないので、開口率が低下してしまう。 一方、ゲート絶縁膜と独立に積層容量の電極間絶縁膜
を形成する場合には、工程が増えることになる。 本発明では、工程を増やすことなしに単位面積当たり
の蓄積容量を増大させ、容量を付加することによる開口
率の減少を防ぎ、明るい表示を得ることを目的とする。 〔課題を解決するための手段〕 第1図により本発明の構成を説明する。
【第1図(a)参照】 絶縁性基板1上に所定のゲート金属膜2からなるゲー
ト電極Gと蓄積容量の一方の電極となる容量電極Pを形
成する。 次いで、これらを被覆するゲート絶縁膜3として、種
類の異なる絶縁膜を少なくとも2層形成する。図には下
層絶縁膜3−1と上層絶縁膜3−2の2層構成とした例
を示す。 次いで、動作半導体層(例えばa−Si:H層)4を形成
する。更に、ソース電極Sおよびドレイン電極Dを形成
した後、素子部T以外の動作半導体層4をエッチング除
去し、更に積層膜からなるゲート絶縁膜3のうち、上層
の絶縁膜3−2の露出部をエッチング除去する。
【第1図(b)参照】 その後、表示電極Eに上記容量電極Pに一部が重なり
合うように形成することにより、蓄積容量を同時に形成
する。 なお、5は保護膜、6はコンタクト層、7は電極金属
膜を示す。 〔作 用〕 積層膜からなるゲート絶縁膜3のうち、残留させた下
層絶縁膜3−1を電極間絶縁膜とする蓄積容量の容量を
C1とし、一方、エッチング除去された上層絶縁膜3−2
を電極間絶縁膜とする容量を仮想し、これの容量をC2
すると、本発明により得られる蓄積容量の容量は、ゲー
ト絶縁膜3全体を電極間絶縁膜とする容量に比べ、単位
面積当たりの容量が(C1+C2)/C2倍に増大する。 また、耐圧は、ゲート絶縁膜3に印加される電圧が20
〜30Vなのに対し、蓄積容量に印加される電圧はたかだ
か5Vと低い。従って、上述したように上層絶縁膜3−2
をエッチング除去しても何ら問題は生じない。 〔実 施 例〕 以下本発明の一実施例を第2図により説明する。
【第2図(a)参照】 ガラス基板1のような絶縁性基板上に、ゲート金属膜
としてのTi膜2を、約80nmの厚さに蒸着法により形成し
て、ゲート電極Gおよび蓄積容量を構成する一方の電極
〔これを容量電極と称する〕Pを形成する。 次に、下層のゲート絶縁膜としてTi2O5膜3−1を、
原料ガスにTaCl5とO2を用いたP−CVD(化学気相成長)
法により約200nmの厚さに形成し、次いで、上層ゲート
絶縁膜としてSiN膜3−2を、原料ガスにSiH4,NH3を用
いて同じくP−CVD法により、約200nmの厚さに形成す
る。 更に続いて、動作半導体層としてa−Si:H層4を、Si
H4ガスを原料ガスとして約50nmの厚さに、保護膜として
のSiO2膜5を、SiH4とN2Oガスを用いて約150nmの厚さ
に、それぞれP−CVD法により連続的に形成する。 次に、ポジ型レジストを塗布し、絶縁性基板裏面より
上記ゲート電極Gをマスクとして露光を行なって、ゲー
ト電極Gに自己整合したレジスト膜11を形成する。
【同図(b)参照】
このレジスト膜11をマスクとして、弗酸系のエッチン
グ液を用いて保護膜5の不要部を除去した後、コンタク
ト層としてn+a−Si層6をP−CVD法により、電極金属膜
としてTi膜7を抵抗加熱蒸着法により形成した後、上記
レジスト膜を除去することにより、その上に付着したn+
a−Si層6およびTi膜7をリフトオフする。 次いで通常のフォトリソグラフィ法により、レジスト
膜(図示せず)を形成し、素子部T以外のa−Si:H層4,
上層ゲート絶縁膜であるSiN膜3−2の露出部をエッチ
ング除去する。 このエッチング工程において、下層絶縁膜であるTa2O
5膜3−1は、弗酸系のエッチング液に侵されないの
で、このエッチングは上層絶縁膜であるSiN膜3−2が
完全に除去されたところで停止する。従って、エッチン
グ量の制御は容量で、Ta2O5膜3−1の厚さが変動する
おそれはない。
【同図(c)参照】
次いで、ITO膜をスパッタリング法により形成した
後、これの不要部を除去して、表示電極Eを形成する。
ここで、表示電極Eの一部が、前述の容量電極Pと重な
り合うようにする。 以上のようにして得られた本実施例では、ゲート絶縁
膜3は下層絶縁膜であるTa2O5膜3−1と、上層絶縁膜
であるSiN膜3−2との積層膜で構成され、蓄積容量の
電極間絶縁膜は、上記下層絶縁膜のTa2O5膜3−1のみ
で構成されている。 上記Ta2O5膜とSiN膜の比誘電率は、それぞれ〜27,〜
7であるので、電極間絶縁膜を本実施例のようにTa2O5
膜3−1一層だけで構成した場合には、Ta2O5膜3−1
とSiN膜3−2との積層膜全体を用いた場合と比較し
て、単位面積当たりの容量はおよそ〜4.9倍になる。従
って、蓄積容量として同一容量を構成するのに必要な面
積は、従来の〜20%に抑えることができ、開口率の減少
を大幅に抑制できる。 しかも本実施例では、動作半導体層4のエッチングに
使用したレジスト膜を、そのまま用いて上層絶縁膜3−
2のエッチングを行なっているので、フォトマスクの数
および製造工程は従来工程と変える必要はなく、工程を
煩雑化するおそれはない。 なお、本実施例では下層絶縁膜3−1および上層絶縁
膜3−2を何れも一層のみで構成した例を説明したが、
これらをそれぞれ複数層の絶縁膜で構成していてもよ
い。 その場合には、上層絶縁膜の最下層のエッチングレー
トを、下層絶縁膜の最上層のエッチングレートより大き
くしておくことにより、エッチング量の制御が容易とな
り、下層絶縁膜の厚さの変動を防止できる。このエッチ
ングレートの比は、5以上とすることが望ましい。 〔発明の効果〕 以上説明した如く本発明によれば、単位面積当たりの
蓄積容量を大きくすることができるので、開口率の減少
を抑えることが可能となり、明るい表示を得ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の構成説明図、 第2図は上記一実施例の説明図、 第3図は従来の問題点説明図である。 図において、1は絶縁性基板(ガラス基板)、3はゲー
ト絶縁膜、3−1は下層絶縁膜(Ta2O5膜)、3−2は
上層絶縁膜(SiN膜)、4は動作半導体層(a−Si:H
層)、Gはゲート電極、Eは表示電極、Pは容量電極、
Tは素子部、Cは蓄積容量部を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 勉 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/136 G02F 1/1343 G02F 1/13 101 G09F 9/30 H01L 29/78

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁性基板(1)上にゲート電極(G)及
    び容量電極(P)と、前記ゲート電極上に蓄積容量の電
    極間絶縁膜となる下層絶縁膜(3−1)と、該下層絶縁
    膜とともにゲート絶縁膜(3)を構成する上層絶縁膜
    (3−2)との積層膜と、動作半導体層(4)を形成
    し、次いで、ソース電極(S)およびドレイン電極
    (D)を形成した後、素子部(T)を除く他の領域の動
    作半導体層と前記ゲート絶縁膜のうち上層絶縁膜を除去
    し、次いで、前記上層絶縁膜の除去跡に、前記容量電極
    上に一部がオーバーラップする表示電極(E)を形成す
    ることにより、蓄積容量を同時に形成する工程を含むこ
    とを特徴とする薄膜トランジスタマトリクスの製造方
    法。
  2. 【請求項2】前記除去する上層絶縁膜(3−2)の最下
    層絶縁膜のエッチングレートを、残留する下層絶縁膜
    (3−1)の最上層の絶縁膜のエッチングレートより大
    きく選び、このエッチングレートの差を利用して前記上
    層絶縁膜を選択的エッチング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マトリクスの製造方法。
  3. 【請求項3】前記上層絶縁膜(3−2)のエッチング除
    去工程を、動作半導体層(4)のエッチング除去工程と
    同一のマスクを用いて行うことを特徴とする請求項1記
    載の薄膜トランジスタマトリクスの製造方法。
  4. 【請求項4】前記ゲート絶縁膜(3)を構成する絶縁膜
    の積層体のうち、最下層のゲート絶縁膜として、誘電率
    が他の絶縁膜の誘電率より大きい材料を使用することを
    特徴とする請求項1記載の薄膜トランジスタマトリクス
    の製造方法。
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