JP3222762B2 - アクティブマトリクス基板およびその製造方法 - Google Patents

アクティブマトリクス基板およびその製造方法

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    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
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    • G02F1/136Liquid crystal cells structurally associated with a semi-conducting layer or substrate, e.g. cells forming part of an integrated circuit
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    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/12Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング素子
として薄膜トランジスタ等の非線形素子がマトリクス状
に形成されたアクティブマトリクス基板およびその製造
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】アクティブマトリクス型液晶表示装置
は、薄膜トランジスタ(以下、TFTと称する)等がマ
トリクス状に形成されたアクティブマトリクス基板に、
対向基板を対向配設させ、両基板間に光学的変調素子と
して液晶組成物等を挟持した構成のものである。
【0003】上記のようなアクティブマトリクス基板に
おいては従来より、信号線(以下、ソース配線と称す
る)の断線防止及びソース配線の低抵抗化を図るため、
ソース配線下に、アモルファスシリコン(以下、a−S
iと称する)、非晶質シリコン(以下、p−Siと称す
る)、微結晶シリコン(以下、μC−Siと称する)等
からなるn型半導体層による配線が形成されたものが知
られている。
【0004】以下、上記従来のアクティブマトリクス基
板の構成を図面に基づいて説明する。
【0005】図4は、従来のアクティブマトリクス基板
の一絵素の構成を示す平面図である。また、図5は図4
のB−B’断面図である。
【0006】図4において、アクティブマトリクス基板
は、ガラス基板上にタンタル(Ta)等の金属からなる
走査線(以下、ゲート配線と称する)102aとチタン
(Ti)またはTa等の金属からなるソース配線112
aおよびソース配線112aに接続されたTFTが各絵
素に形成されている。
【0007】さらに、図4および図5のTFT部分おい
て、ガラス基板101上に配設されたTa等の金属から
なるゲート配線102aおよびゲート電極102bを覆
って、ゲート配線102aおよびゲート電極102bに
使用した金属を陽極酸化することにより第1のゲート絶
縁膜103が形成されている。第1のゲート絶縁膜10
3上全面を覆って、窒化シリコン(SiNx)からなる
第2のゲート絶縁膜104が形成されており、この上に
は、ゲート電極102bの形成位置と一部重なるよう
に、真性アモルファスシリコン(以下、a−Si(i)
と称する)からなる半導体層105が形成されている。
半導体層105の中央部には、SiNxからなるエッチ
ングストッパー層106が形成されている。半導体層1
05のエッチングストッパー層106を挟んで両端部お
よび半導体層105の一部を覆い、エッチングストッパ
ー層106上で分断された状態で、n+型シリコンから
なるドレイン電極側コンタクト層107およびソース電
極側コンタクト層108が形成されている。さらに、ソ
ース配線102aの低抵抗化および断線防止のため、同
工程において、同材料からなるn+配線109が形成さ
れている。このソース電極側コンタクト層108とソー
ス配線112aの断線防止のためのn+配線109とが
接続された状態でパターニングされている。また、ドレ
イン電極側コンタクト層107、ソース電極側コンタク
ト層108およびn+配線109の上には絵素電極11
0が形成されている。ドレイン電極側コンタクト層10
7上の絵素電極110を覆って、TiまたはTa等の金
属からなるドレイン電極111が形成されており、他
方、ソース電極側コンタクト層108上の絵素電極11
0を覆ってTiまたはTa等の金属からなるソース配線
112aおよびソース電極112bが形成されている。
TFT、ゲート配線102a、ソース配線112a、絵
素開口部を覆って窒化シリコンからなる保護膜113が
形成されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成を有するアクティブマトリクス基板において
は、基板作成工程、例えばドライエッチングなどのドラ
イプロセスで発生する静電気により、n+配線109に
過度の電荷が蓄積されると、配線部またはTFTにおい
て静電破壊を招くことがある。静電破壊の発生により、
TFTの誤動作による絵素欠陥、すなわち点欠陥が生
じ、これがソース配線112a方向に連結して、線欠陥
を生じることとなる。すなわち、アクティブマトリクス
基板の製造工程においては、ソース配線112aを、基
板の端部に絵素部を囲うように設けられた金属線(ショ
ートリング)と短絡させることにより、静電破壊の発生
を防止しているが、n+配線109においては一般にこ
のような配慮はなされていない。
【0009】このため、過度の電荷がn+配線109に
蓄積された場合、n+配線109と接続されているソー
ス電極側コンタクト層108を介してTFTに過度の電
荷が蓄積され、TFTにおける特性不良、すなわち点欠
陥が生じる。この点欠陥はソース配線112a方向に複
数個連なり、線欠陥を発生させることとなる。これらに
起因する不良が機種により数値は異なるものの5〜15
%程度発生しており、良品率を著しく低下させていた。
【0010】本発明は上記のような課題を解決するため
になされたものであり、その目的とするところは、例え
ばドライエッチング工程などで発生する静電気による静
電破壊、これに起因するTFTの特性不良による点欠陥
および線欠陥の発生のないアクティブマトリクス基板お
よびその製造方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明のアクティブマト
リクス基板は、複数のゲート配線及びソース配線が交差
して形成され、該ゲート配線及びソース配線の交差部近
傍にスイッチング素子が形成され、少なくとも前記二本
のゲート配線及び二本のソース配線によって囲まれた領
域に絵素電極が形成され、前記スイッチング素子のコン
タクト層と、前記ソース配線下かつ長手方向に前記ソー
ス配線と並走する配線とが、共にn+型半導体で形成さ
れているアクティブマトリクス基板において、前記コン
タクト層と、前記ソース配線と並走する配線とが、分離
して設けられていることを特徴とし、そのことにより上
記目的が達成される。
【0012】本発明のアクティブマトリクス基板の製造
方法は、複数のゲート配線及びソース配線が交差して形
成され、該ゲート配線及びソース配線の交差部近傍にス
イッチング素子が形成され、少なくとも前記二本のゲー
ト配線及び二本のソース配線によって囲まれた領域に絵
素電極が形成されてなるアクティブマトリクス基板の製
造方法において、前記スイッチング素子のコンタクト層
をn+型半導体で形成する工程と、前記ソース配線の下
層としての配線を、前記コンタクト層と同一材料で、該
コンタクト層とは分離して形成する工程とを含むことを
特徴とし、そのことにより上記目的が達成される。
【0013】以下、上記構成による作用を説明する。
【0014】本発明請求項1記載の発明によれば、n+
型配線からなるコンタクト層と、ソース配線と並走する
配線とが分離して設けられているので、例えばドライエ
ッチング工程などで発生した静電気がソース配線を介し
てTFTに伝搬され、TFTに過度の電荷が付加される
ことがない。
【0015】本発明請求項2記載の発明によれば、スイ
ッチング素子のコンタクト層をn+型半導体で形成する
工程と、ソース配線の下層としての配線を、コンタクト
層と同一材料で、コンタクト層とは分離して形成する工
程を含むので、基板製造過程、例えばドライエッチング
などのドライプロセスで生じやすい静電気によりTFT
での静電破壊が発生し、特性不良を生じることがない。
さらに、TFTの特性不良がソース配線方向に連なって
線欠陥を生じることもない。特に、ドライエッチング
は、ウェットエッチングに比べ、加工形状を制御しやす
いという長所を有することから、アクティブマトリクス
基板の製造に汎用されているものである。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について以下
に説明を行う。なお、n+型半導体層として、a−Si
を用いた例について説明を行うが、μC−Si、p−S
iについても同様の効果を得ることができる。
【0017】(実施の形態1)本発明の実施の形態につ
いて、図面に基づき以下に説明を行う。
【0018】図1は本実施の形態1におけるアクティブ
マトリクス基板の平面図である。図2は図1のA−A’
断面図である。
【0019】図1および図2のアクティブマトリクス基
板において、ガラス基板1上に配設されたTa等の金属
からなるゲート配線2aおよびゲート配線2aから枝状
に分岐したゲート電極2bを覆って、ゲート配線2aお
よびゲート電極2bに使用した金属を陽極酸化すること
により第1のゲート絶縁膜3が形成されている。第1の
ゲート絶縁膜3上部全面を覆って、窒化シリコン(Si
Nx)からなる第2のゲート絶縁膜4が形成されてお
り、この上には、ゲート電極2bの形成位置と一部重な
るように、a−Si(i)からなる半導体層5が形成さ
れている。半導体層5の中央部には、SiNxからなる
エッチングストッパー層6が形成されている。半導体層
5のエッチングストッパー層6を挟んで両端部および半
導体層5の一部を覆い、エッチングストッパー層6上で
分断された状態で、n+型a−Si(以下、a−Si
(n+)と称する)からなるドレイン電極側コンタクト
層7およびソース電極側コンタクト層8が形成されてい
る。さらに、ソース配線12aの断線防止および低抵抗
化のため、a−Si(n+)からなるa−Si(n+)配
線9が、ソース配線12aの長手方向下部にソース配線
12aと並走するよう形成されている。また、ドレイン
電極側コンタクト層7、ソース電極側コンタクト層8お
よびa−Si(n+)配線9の上には絵素電極10が形
成されている。ドレイン電極側コンタクト層7上の絵素
電極10を覆って、TiまたはTa等の金属からなるド
レイン電極11が形成されており、他方、ソース電極側
コンタクト層8上の絵素電極10を覆ってTiまたはT
a等の金属からなるソース電極12bが形成されてい
る。a−Si(n+)配線9上の絵素電極10の上に
は、ソース配線12aが形成されている。さらに、TF
T、ゲート配線2a、ソース配線12a、絵素開口部を
覆って窒化シリコンからなる保護膜13が形成されてい
る。
【0020】本発明のアクティブマトリクス基板におい
ては、ソース配線12aの断線防止および低抵抗化のた
めにソース配線12a下に設けられたa−Si(n+
配線9と、ソース電極12b下のソース電極側コンタク
ト層8とが分離して設けられる。後述するように、これ
らa−Si(n+)配線9及びソース電極側コンタクト
層8は、フォトリソグラフィおよびエッチングによりパ
ターニングされ、各々分離されるわけであるが、現在の
フォトリソグラフィーの分離能を考慮すると、a−Si
(n+)配線9及びソース電極側コンタクト層8それぞ
れのマスクパターンは設計段階で1μm以上、好ましく
は3μm以上の間隔を設けなければならない。すなわ
ち、この間隔を1μm未満に設計すると、a−Si(n
+)配線9とソース電極側コンタクト層8とが十分に分
離できず、両者が接続されるためである。一方、本実施
の形態1で用いたTFTの構成において、上記のマスク
パターンの間隔を離し過ぎるとTFTが大型化されて開
口率が低下するため、マスクパターン設計間隔を4μm
以下とする。
【0021】上記構造を有するアクティブマトリクス基
板の製造方法を、図1および図2を用いて、以下に説明
を行う。
【0022】まず、透明な絶縁性ガラス基板1上に、ス
パッタリング法を用いてTaを膜厚5000Åで被着
し、フォトリソグラフィによりパターン形成した後、エ
ッチングによりゲート配線2aおよび各絵素ごとにゲー
ト配線2aから枝状に分岐するゲート電極2bを形成し
た。本実施の形態1では、Taの膜厚を5000Åとし
たが、500〜10000Åの範囲内ならば構わない。
また、本実施の形態1では、Ta膜のエッチングには、
ドライエッチング法を採用し、CF4とO2の混合ガスを
プラズマ化した雰囲気中で処理を行った。このようなド
ライプロセス以外にも、フッ酸と硝酸との混合液をエッ
チング液とし、ウェットプロセスにより処理するウェッ
トエッチング法を採用することもできる。ウェットエッ
チング法を用いる場合には、ガラス基板1とTa膜との
間に膜厚が好ましくは1000〜10000ÅのTa2
5をベースコート層(図示せず)として予め形成して
おき、ガラス基板1がエッチングされないようにするの
が望ましい。
【0023】次に、ゲート電極2bの上の表面を陽極酸
化して、厚み3000ÅのTaO5からなる第1のゲー
ト絶縁膜3を形成した。ゲート絶縁膜3の厚みは、30
00Åに限らず、膜厚500〜5000Åの範囲内であ
れば構わない。
【0024】次に、プラズマCVD法により、第2のゲ
ート絶縁膜4となるSiNxを厚み3000Åで、続い
て、半導体層5となるa−Si(i)を厚み300Å
で、さらに、エッチングストッパー6となるSiNxを
厚み3000Åで成膜した。尚、本実施の形態1ではゲ
ート絶縁膜を二層設けたが、必ずしもこれに限定される
ものではなく、一層のみでもよい。また、下層のSiN
x、a−Si(i)、上層のSiNxはそれぞれ上記の
厚みに限らず、それぞれ、好ましくは500〜6000
Å、300〜1000Å、500〜6000Åの範囲内
であればよい。
【0025】この後、最上のSiNxをBHF液(フッ
酸+フッ化アンモニウム)を用いて、所望とするパター
ンとなるようエッチングし、エッチングストッパー層6
を形成した。
【0026】次に、プラズマCVD法によりa−Si
(n+)を500Åの厚みでで成膜した後、このa−S
i(n+)と、先に成膜したa−Si(i)とを、フォ
トリソグラフィおよびエッチングにより、同時に島状に
パターニングし、ドレイン電極側コンタクト層7、ソー
ス電極側コンタクト層8および半導体層5、a−Si
(n+)配線9とした。尚、本実施の形態1において
は、a−Si(n+)の厚みを500Åとして成膜した
が、これに限定されるものではなく、200〜2000
Åの範囲内であればよい。また、本工程において、a−
Si(n+)配線9とソース電極側コンタクト層8間を
確実に分離して形成するので、フォトリソグラフィーで
用いるマスクパターンの設計間隔は、上述の理由により
1〜4μm、好ましくは3〜4μmとする。このような
マスクを用いてフォトリソグラフィを行い、エッチング
を施すことにより、ソース電極側コンタクト層8とa−
Si(n+)配線9が確実に分離され、かつ、開口率を
低下することがない。さらに、露光装置としては、従来
のアクティブマトリクス基板のように、ソース電極12
b下のソース電極側コンタクト層8とソース配線12a
の断線を防止するa−Si(n+)配線9とが接触して
パターニングされないよう、露光精度が2μm以上、好
ましくは1μm以上の露光装置を用いることが望まし
い。このような条件にて本工程を行うことにより、点欠
陥および線欠陥が発生しないアクティブマトリクス基板
を得ることが可能となる。本実施の形態1では、a−S
i(n+)配線9とソース電極側コンタクト層8の間隔
を3μmとして形成した。
【0027】この後、スパッタリング法によりITO、
SnO2、InO3の何れかからなる単層または多層膜
を、厚み1500Åとなるよう被着して、絵素電極を形
成した。尚、絵素電極の厚みは上記のものに限らず、3
00〜3000Åの範囲内であれば構わない。
【0028】さらに、スパッタリング法により、Tiま
たはTaを厚み3000Åとなるよう成膜し、これをフ
ォトリソグラフィおよびエッチングにより所望の形状と
なるようパターニングし、ドレイン電極11、ソース配
線12aおよびソース電極12bとした。これに限定さ
れず、両者の厚みは500〜5000Åの範囲内であれ
ばよい。
【0029】次に、プラズマCVD法によりSiNxを
厚み3000Åで形成し、保護膜13とした。保護膜1
3の厚みはこれに限定されず、500〜6000Åの範
囲内であればよい。
【0030】以上の製造工程により、本発明のアクティ
ブマトリクス基板が完成する。
【0031】本実施の形態1によるアクティブマトリク
ス基板において、それぞれ絵素数の異なる基板を数機
種、製造した。表1に、本発明のアクティブマトリクス
基板と、従来のアクティブマトリクス基板を製造した時
の機種別の不良品発生率(a−Si(n+)配線での静
電気起因の点欠陥および線欠陥の発生率)を示す。
【0032】
【表1】
【0033】ここで、それぞれの機種の絵素数を説明す
ると、VGAは640×480、S−VGAは800×
600、XGAは1024×768(いずれも×RG
B)である。表1に示すように、従来、7〜12%あっ
た不良品発生率が本発明によって0%となった。すなわ
ち、a−Si(n+)配線での過剰な電荷蓄積によるT
FTの特性不良、これによる点欠陥、さらに点欠陥がソ
ース配線を介して連なる線欠陥が生じなくなり、本発明
による効果が著しく現れた。
【0034】(実施の形態2)本発明の別の実施の形態
について、以下に図面に基づいて説明を行う。
【0035】図3は、実施の形態2における本発明のア
クティブマトリクス基板の一絵素部の平面図である。
【0036】本実施の形態2のアクティブマトリクス基
板の構成を簡単に説明する。図3において、ゲート配線
52aとソース配線62aの交差部付近にTFTが設け
られている。本実施の形態2のTFTは、前記実施の形
態1のようにゲート配線から枝状に分岐したような状態
ではなく、ソース配線62aから枝状に分岐されたソー
ス電極62bを延長して、TFTが直接、ゲート配線5
2a上に配置されたものである。本実施の形態2のアク
ティブマトリクス基板は、パターンに関しては上記実施
の形態1と異なるが、それ以外の薄膜形成条件や部材構
成に関しては同様のものとした。尚、本実施の形態2に
おいても、a−Si(n+)配線59とソース電極側コ
ンタクト層58間を分離するためのフォトリソグラフィ
ーで用いるマスクパターンの設計間隔の下限は、上述の
理由により1μm以上、好ましくは3μm以上とする。
尚、本実施の形態2による構成のTFTは、絵素内のゲ
ート配線52a上であればどこに形成されても開口率は
変わらないので、マスクパターンの間隔の上限は、絵素
の大きさを考慮して決定するのがよい。さらに、露光装
置としては、従来のアクティブマトリクス基板のよう
に、ソース電極側コンタクト層58とa−Si(n+
配線59とが接触してパターニングされないよう、露光
精度が2μm以上の露光装置を用いる。本実施の形態2
では、設計間隔が3μmのマスクパターンを用いてフォ
トリソグラフィを行い、続いてエッチングを施すことに
より、ソース電極側コンタクト層58とa−Si
(n+)配線59の間隔が3μmとなり、各々分離され
たので、点欠陥および線欠陥が発生しなかった。
【0037】以上のように、上記実施の形態1と同様、
ソース配線の下とTFTのコンタクト層を分離して形成
することにより、特に、ドライエッチング時に発生する
静電気による、TFTでの過剰な電荷蓄積が発生しなく
なった。これにより、TFTで特性不良が起こらず、良
品率が著しく向上した。
【0038】
【発明の効果】本発明請求項1記載の発明によれば、コ
ンタクト層と、ソース配線と並走する配線とが分離して
設けられているので、例えばドライエッチング工程など
のドライプロセスで発生しやすい静電気に起因する、ソ
ース配線下の半導体配線での過剰な電荷蓄積が、TFT
の特性不良を招くことがない。これと共に、点欠陥、さ
らにこれがソース配線を介して複数個連なってなる線欠
陥の発生を防止できる。これにより、良品率を向上する
事が可能となる。
【0039】本発明請求項2記載の発明によれば、スイ
ッチング素子のコンタクト層をn+型半導体で形成する
工程と、ソース配線の下層としての配線を、コンタクト
層と同一材料で、コンタクト層とは分離して形成する工
程とを含むので、基板製造過程、例えばドライエッチン
グなどのドライプロセスで生じた静電気によりTFTが
特性不良を生じることがない。さらに、TFTの特性不
良がソース配線方向に連なって線欠陥を生じることもな
い。この結果、良品率が著しく向上する。特に、ドライ
エッチングは、ウェットエッチングに比べ、加工形状を
制御しやすいという長所を有することから、アクティブ
マトリクス基板の製造に汎用されているものであるの
で、本発明は極めて有用なものであるといえる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1のアクティブマトリクス
基板の一絵素部分の構成を示す平面図である。
【図2】図1のA−A’断面図である。
【図3】本発明の実施の形態2のアクティブマトリクス
基板の一絵素部分の構成を示す平面図である。
【図4】従来のアクティブマトリクス基板の一絵素部分
の構成を示す平面図である。
【図5】図4のB−B’断面図である。
【符号の説明】
1、101 ガラス基板 2a、52a、102a ゲート配線 2b、102b ゲート電極 3、103 第1のゲート絶縁膜 4、104 第2のゲート絶縁膜 5、105 半導体層 6、106 エッチングストッパー層 7、107 ドレイン電極側コンタクト層 8、58、108 ソース電極側コンタクト層 9、59 a−Si(n+)配線 10、110 絵素電極 11、111 ドレイン電極 12a、62a、112a ソース配線 12b、62b、112b ソース電極 13、113 保護膜 109 n+配線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/136 500 G02F 1/1343 H01L 29/78

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の走査線及び信号線が交差して形成
    され、該走査線及び信号線の交差部近傍にスイッチング
    素子が形成され、少なくとも前記二本の走査線及び二本
    の信号線によって囲まれた領域に絵素電極が形成され、
    前記信号線長手方向下部に前記信号線と並走する配線が
    設けられ、前記スイッチング素子のコンタクト層と前記
    配線とが、共にn+型半導体で形成されているアクティ
    ブマトリクス基板において、 前記コンタクト層と、前記信号線と並走する配線とが、
    分離して設けられていることを特徴とするアクティブマ
    トリクス基板。
  2. 【請求項2】 複数の走査線及び信号線が交差して形成
    され、該走査線及び信号線の交差部近傍にスイッチング
    素子が形成され、少なくとも前記二本の走査線及び二本
    の信号線によって囲まれた領域に絵素電極が形成されて
    なるアクティブマトリクス基板の製造方法において、 前記スイッチング素子のコンタクト層をn+型半導体で
    形成する工程と、前記信号線の下層としての配線を、前
    記コンタクト層と同一材料で、該コンタクト層とは分離
    して形成する工程とを含むことを特徴とするアクティブ
    マトリクス基板の製造方法。
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