JP4117369B2 - アクティブマトリクス方式液晶表示装置 - Google Patents
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Description
本発明はアクティブマトリクス方式液晶表示装置に関する。
一般のアクティブマトリクス液晶表示装置（以下には、「ＡＭＬＣＤ」と称する）には、各々画素の駆動及び制御のため、スイッチング素子として薄膜トランジスタ（以下には、「ＴＦＴ」と称する）のような能動素子が用いられている。
図１のようにＴＦＴアレイを具備した一般の液晶表示装置は、透明ガラス基板上に大略長方形の画素電極４７が行、列で近接して配列されている。ゲートバス配線（アトレスライン）１３は画素電極４７の各行配列に沿って近接して形成されており、ソースバス配線（データライン）１４は画素電極４７の各列配列に沿って近接して形成されている。
図１のようにＴＦＴアレイを具備した一般の液晶表示装置は、透明ガラス基板上に大略長方形の画素電極４７が行、列で近接して配列されている。ゲートバス配線（アトレスライン）１３は画素電極４７の各行配列に沿って近接して形成されており、ソースバス配線（データライン）１４は画素電極４７の各列配列に沿って近接して形成されている。
図２は図１の液晶表示素子の一部の拡大平面図であり、透明ガラス基板（図示せず）上にゲート電極の形成部３３（図３）を有するゲートバス配線１３が形成されている。絶縁層３５（図４参照）が前記ゲートバス配線１３及びゲート電極３３を覆い、該絶縁層上にゲートバス配線１３と交差する多数の平行なソースバス配線１４が形成されている。又、前記ゲートバス配線１３とソースバス電極１４の交差部の近傍に、半導体層３７（図４参照）が該ゲートバス配線及びゲート電極を覆っている絶縁層上に形成されている。該半導体層上にソース電極４３ａ及びゲート電極４３ｂが対向するように互いに離間して形成されて、能動素子としてのＴＦＴが構成される。
従来のＡＭＬＣＤの製造方法について、図２の２−２線に沿って切断した切断面である図３〜図７を参照して説明する。
透明ガラス基板３１上に第１金属層を被着した後、パターニングを行ってゲートバス配線１３の拡張部であるゲート電極３３を形成する（図３）。
基板の全面にＳｉＮｘから成る第１絶縁層（ゲート絶縁層）３５と、ａ−Ｓｉから成る半導体層３７及びＳｉＮｘから成る第２絶縁層とを順次被着する。
図４に示すように、前記第２絶縁層のパターニングを行ってエッチストッパ４０を形成し、ｎ+型ａ−Ｓｉから成る不純物がドープされた半導体３９層を基板の全面に被着した後、該不純物半導体層３９と半導体層３７とを同時にパターニングする（図５）。
基板の全面にＳｉＮｘから成る第１絶縁層（ゲート絶縁層）３５と、ａ−Ｓｉから成る半導体層３７及びＳｉＮｘから成る第２絶縁層とを順次被着する。
図４に示すように、前記第２絶縁層のパターニングを行ってエッチストッパ４０を形成し、ｎ+型ａ−Ｓｉから成る不純物がドープされた半導体３９層を基板の全面に被着した後、該不純物半導体層３９と半導体層３７とを同時にパターニングする（図５）。
第２金属層４３が次に前記基板の全面に被着され、その後、第２金属層をパターニングして、ソースバス配線及びソースバス配線から分岐するソース電極４３ａと、ドレイン電極４３ｂとを形成する。次に、図６に示すように、前記ソース、ドレイン電極をマスクとして用いて不純物半導体層３９の露出されている部分をエッチングする。
第１絶縁層と前記ソース電極４３ａ及びドレイン電極４３ｂが形成されている基板全面に窒化シリコン層を被着して保護絶縁層４５を形成する。次に保護絶縁層をエッチングしてコンタクトホ−ルを形成する。続いて、前記基板の全面の絶縁保護層上にスパッタリング法でＩＴＯ層を被着して、前記ＩＴＯ層をパターニングして画素電極４７を形成する。画素電極はコンタクトホ−ルを通じてドレイン電極４３ｂと電気的に接触する（図７）。
従来のＴＦＴの製造方法は、非常に複雑である。また、ＡＭＬＣＤの各々パターン形成の工程においては、マスクパターンの形成、正確なパターニングを行うための高度のマスクの位置合わせ、フォトレジストの塗布及び現象等の工程で時間がたくさん必要であり、又、不良の発生で歩留まりの低減等の問題点がある。
本発明はＡＭＬＣＤの製造工程で第２金属層と半導体層との同時パターニングを行い、パターン形成のためのマスク工程の数を減らすことを目的とする。又、保護絶縁層をマスクとして用いて第２金属層と不純物半導体層とを同時にエッチングしてソース電極及びドレイン電極を形成する。
特に、前述した目的を達成するために本発明は、次の方法で製造する。透明ガラス基板上に第１金属層を被着した後、パターニングしてゲートバス配線及びゲート電極を形成する。前記ゲートバス配線及びゲート電極が形成された前記透明ガラス基板上に第１絶縁層、半導体層及び第２絶縁層を順次被着する。前記第２絶縁層をパターニングしてエッチストッパを形成し、前記エッチストッパ及び前記半導体層上に不純物ドープの半導体層を被着する。前記不純物ドープの半導体層上に第２金属層を被着し、前記第２金属層、不純物半導体層及び半導体層をパターニングする。
パターニングされた第２金属層と第１絶縁層上に保護絶縁層を被着する。前記保護絶縁層のパターニングを行ってコンタクトホールを形成し、前記エッチストッパ上の第２金属層の一部を露出させる。前記露出された第２金属層及び保護絶縁層上に透明導電膜を形成する。前記コンタクトホールを通じて第２金属層と電気的に接続するように前記導電膜をパターニングして画素電極を形成する。そして、前記保護絶縁層をマスクとして用いて、前記第２金属層の一部と、不純物半導体層の一部とをエッチングして、ソース電極とドレイン電極とを形成する。
従って、本発明によるＡＭＬＣＤは、透明ガラス基板と、該透明ガラス基板上に形成されたゲートバス配線及びゲート電極と、該ゲートバス配線とゲート電極が形成されている基板上に形成されたゲート絶縁層と、該ゲート絶縁層上に形成された半導体層と、前記半導体層の一部分上に形成されたエッチストッパと、前記エッチストッパ上に二領域に分離された前記半導体層に形成され、不純物半導体層と、分離されて形成された前記不純物半導体層上の各部分に形成されたソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極及びドレイン電極上に形成され、コンタクトホールを有する保護絶縁層と、前記コンタクトホールを通じて前記ドレイン電極に電気的に接続され、前記保護絶縁層上に形成された画素電極とから成る構造を有する。
本発明は第２金属層、不純物半導体層及び半導体層を一つの工程で同時にパターニングするので、製造コストが低減され、製造の時間が短縮される。又、ソース電極及びドレイン電極を付加的なマスク工程を必要とすることなく、単一の工程で形成することができる。それ故、歩留まりが向上する。
以下、本発明のＡＭＬＣＤの製造方法の実施の形態を図面を参照して説明する。
まず、透明ガラス基板１３１の一面にＡｌ、又は、Ａｌ系合金のＡｌ−Ｐｄ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｔｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ等から成る第１金属層をスパッタリング法で被着する。写真食刻法で第１金属層を選択的にエッチングしてゲート電極１３３を形成する（図８）。
もし必要であれば、耐化学性、耐熱性、特に、続いて形成するゲート絶縁層との接着性等の向上のため、ゲート電極１３３を陽極酸化させ、陽極酸化層を形成するようにしてもよい。該陽極酸化層は続いて形成されるゲート絶縁層の窒化シリコンと共に絶縁層として機能してゲート電極１３３と近接の信号線間の電気的絶縁性を向上させる役割を果たす。
まず、透明ガラス基板１３１の一面にＡｌ、又は、Ａｌ系合金のＡｌ−Ｐｄ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｔｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ等から成る第１金属層をスパッタリング法で被着する。写真食刻法で第１金属層を選択的にエッチングしてゲート電極１３３を形成する（図８）。
もし必要であれば、耐化学性、耐熱性、特に、続いて形成するゲート絶縁層との接着性等の向上のため、ゲート電極１３３を陽極酸化させ、陽極酸化層を形成するようにしてもよい。該陽極酸化層は続いて形成されるゲート絶縁層の窒化シリコンと共に絶縁層として機能してゲート電極１３３と近接の信号線間の電気的絶縁性を向上させる役割を果たす。
ゲート電極が形成された前記透明ガラス基板１３１上に第１絶縁層（ゲート絶縁層）１３５、不純物がドープされていないａ-Ｓｉ半導体層１３７及び窒化シリコンから成る第２絶縁層１４０を順次被着する（図９）。
図１０から分かるように、第２絶縁層をエッチングしてエッチストッパ１４０を形成し、エッチストッパ１４０及び半導体層１３７上にプラスマＣＶＤ装置で水素ガス及びホスフィンガスを使って、Ｎ+半導体層１３９を被着する（図１１）。
続いて、図１２に示すように、Ｐｄ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｔｉ及びＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕのいずれかの一つの金属から成る第２金属層１４３をスパッタリング法で被着し、次に第２金属層１４３上に感光膜（図示せず）を塗布する。そして感光膜の選択された部分を露光し、現象して、第２金属層１４３の選択された部分を露出する。次に、前記現象されたパターンで、第２金属層１４３、Ｎ+半導体層１３９及び半導体層１３７を除去する。図１３ように、第２金属層１４３、Ｎ+半導体層１３９及び半導体層１３７は所望の形態にパターニングされる。これにより、第２金属層１４３、Ｎ + 半導体層１３９及び半導体層１３７のそれぞれのエッジ部の位置は大略一致する。
ゲート絶縁層１３５及びパターニングされた第２金属層１４３の上にプラスマＣＶＤ装置でアンモニアガス、シランガス、水素ガスを使って、窒化珪素層から成る保護絶縁層１４５を被着する。
そして、エッチストッパ１４０上の開口と、第２金属層１４３の一部分が露出するコンタクトホールを形成するように保護絶縁層１４５をパターニングする（図１４）。
そして、エッチストッパ１４０上の開口と、第２金属層１４３の一部分が露出するコンタクトホールを形成するように保護絶縁層１４５をパターニングする（図１４）。
図１５に示すように、画素電極１４７を形成する。そして、パターニングによりコンタクトホールを通じて第２金属層１４３とが電気的に接続するようにコンタクトホールの中と保護絶縁層１４５上にＩＴＯ層を被着する。
そして、図１６に示されるように、保護絶縁層１４５をマスクとして用いて、露出された第２金属層の部分１４３とＮ+半導体層１３９とをエッチングして、ソース電極１４３ａとドレイン電極１４３ｂを形成する。
前記第２金属層１４３とＮ+半導体層１３９のエッチングの前に、保護絶縁層１４５にコンタクトホールを形成して、その後に前記画素電極１４７を形成する理由は、前記画素電極１４７は、コンタクトホールを介して露出された第２金属層１４３をエッチングされることを防ぐ役割をするためである。従って、製造工程の順序が重要である。それで、第２金属層１４３及びＮ+半導体層１３９は単一の工程でエッチングされる。これに対して、前記の従来の工程によると、エッチングストッパ１４０上に形成される各層は各々別々の工程でエッチングされる。
そして、図１６に示されるように、保護絶縁層１４５をマスクとして用いて、露出された第２金属層の部分１４３とＮ+半導体層１３９とをエッチングして、ソース電極１４３ａとドレイン電極１４３ｂを形成する。
前記第２金属層１４３とＮ+半導体層１３９のエッチングの前に、保護絶縁層１４５にコンタクトホールを形成して、その後に前記画素電極１４７を形成する理由は、前記画素電極１４７は、コンタクトホールを介して露出された第２金属層１４３をエッチングされることを防ぐ役割をするためである。従って、製造工程の順序が重要である。それで、第２金属層１４３及びＮ+半導体層１３９は単一の工程でエッチングされる。これに対して、前記の従来の工程によると、エッチングストッパ１４０上に形成される各層は各々別々の工程でエッチングされる。
上述した方法で製造されたＡＭＣＬＤは、以下に述べる構造を有している。透明ガラス基板１３１上に形成されたゲートバス配線及びゲート電極１３３と、該ゲートバス配線及びゲート電極１３３が形成されている基板上に形成されたゲート絶縁層１３５と、該ゲート絶縁層１３５上に形成された半導体層１３７と、半導体層１３７上のゲート電極１３３の位置に合わせて形成されたエッチストッパ１４０と、エッチストッパ１４０及び半導体層１３７の各々を覆う二領域に離間した不純物Ｎ+半導体層１３９と、前記不純物Ｎ+半導体層１３９の一領域上に形成されたソース電極１４３ａと、他の一領域上に形成されたドレイン電極１４３ｂと、前記ゲート絶縁層、ソース電極１４３ａ及びドレイン電極１４３ｂを覆っている保護絶縁層と、前記保護絶縁層上のコンタクトホールを通じてドレイン電極１４３ｂと電気的に接続されている画素電極１４７と、から成る構造である。
もし、ここで第２絶縁層１４０が形成されてない場合には、半導体層１３９は、開口を通じて露出されて、コンタクト物質から保護されない。それで、半導体層１３９との粘着性が良い酸化シリコンあるいは窒化シリコンで第２絶縁層１４０を形成するため、前記第２絶縁膜は、エッチストッパ及び半導体層１３９の保護膜の役割をする。
１３ ゲートバス配線
１４ ソース配線
３１、１３１ 透明ガラス基板
３３、１３３ ゲート電極
３５、１３５ 第１絶縁層
３７、１３７ 半導体層
３９、１３９ 不純物半導体層
４０、１４０ エッチストッパ
４３、１４３ 第２金属層
４３ａ、１４３ａ ソース電極
４３ｂ、１４３ｂ ドレイン電極
４５、１４５ 保護絶縁層
４７、１４７ 画素電極
１４ ソース配線
３１、１３１ 透明ガラス基板
３３、１３３ ゲート電極
３５、１３５ 第１絶縁層
３７、１３７ 半導体層
３９、１３９ 不純物半導体層
４０、１４０ エッチストッパ
４３、１４３ 第２金属層
４３ａ、１４３ａ ソース電極
４３ｂ、１４３ｂ ドレイン電極
４５、１４５ 保護絶縁層
４７、１４７ 画素電極
Claims (6)
- 基板と、
前記基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極を被覆するように前記基板上に形成されたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上に形成された第１半導体層と、
前記第１半導体層上に形成された、不純物を含む第２半導体層と、
前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に形成されたエッチストッパと、
前記第２半導体層上に形成された金属層と、
前記第１半導体層と前記第２半導体層と前記金属層とを被覆する保護絶縁層と、
前記保護絶縁層に形成され、前記金属層の一部を露出させる第１開口と、
前記保護絶縁層に形成され、前記エッチストッパの一部を露出させる第２開口と、
前記保護絶縁層上に、前記第１開口を通じて前記金属層と接触するように形成された透明導電層と、
前記保護絶縁層を貫通する前記第２開口を通じて前記金属層と前記第２半導体層をエッチングすることで形成した、前記金属層からなるソースおよびドレイン領域と、を備え、
前記金属層と前記第１半導体層と前記第２半導体層のそれぞれのエッジ部の位置は大略一致することを特徴とする半導体装置。 - 前記第１半導体層は実質的に不純物がドープされていない半導体層であることを特徴とする、請求項１記載の半導体装置。
- 前記第１開口は、前記ドレイン領域の上に位置していることを特徴とする、請求項１記載の半導体装置。
- 前記保護絶縁層に形成された前記第２開口は前記エッチストッパと実質的に位置合わせされたことを特徴とする、請求項１記載の半導体装置。
- 前記透明導電層は透明電極であり、前記保護絶縁層の前記第１開口を通じて前記金属層と電気的に接触することを特徴とする、請求項１記載の半導体装置。
- 前記透明電極は透明導電物質を含むことを特徴とする、請求項５記載の半導体装置。
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