JPH021947A - 薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は薄膜トランジスタの製造方法に関し、特に液
晶大画面のアクティブマトリックス表示装置にスイッチ
ング素子として用いられる逆スタガ型薄膜トランジスタ
の製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 近年、液晶等を用いて大容量の情報を表示する平面型表
示パネルの、スイッチング素子として薄膜トランジスタ
（ＴＰＴと称する）をガラス基板等の絶縁性基板上にマ
トリックス状に形成したアクティブマトリックス基板が
注目されている。

第３図は、この薄膜トランジスタを使用した透過型のア
クティブマトリックス液晶表示装置の概略断面図である
。

以下、構成について図を参照して説明する。

バックライト３６の照射を受ける側において、透明絶縁
性基板としてのガラス基板１の片面に偏光沢１８が形成
され、その他方面には表示検索となる複数の透明電極９
がマトリックス状に配置されて、透明型Ｉ！Ｊｉ！９全
体を覆うように、液晶分子配向膜２０が液晶２２の分子
方位を揃えるために形成されている。一方、バックライ
ト３６の照射を受ける側の反対側即ち観測側には、同様
に偏光板３４が片面に形成されたガラス基板３２が配置
され、その他方面にはカラーフィルタ３０が透明電極９
に対応した位置に対応した数量分形成される。

カラーフィルタ３０を覆うように透明電極２８がガラス
基板上に形成され、さらにその上全面に保護膜兼液晶分
子配向膜２４が形成される。

このように形成されたガラス基板１とガラス基板３２と
が対向配置され、その間の空間に正の誘電異方性を有す
るツィステッドネマティック型の液晶２２が接着材兼フ
レーム２６に囲まれて封入されることによって、アクテ
ィブマトリックス表示装置が構成されている。

以上のように構成されたアクティブマトリックス表示装
置の表示動作について簡単に説明する。

液晶２２に電圧が印加されていない状態においては、液
晶２２の分子方向は液晶分子配向膜２０゜２４によって
水゛１０方向にツイスト配向されているので、液晶２２
に入射した偏光は液晶透過中にツイスト方向に沿って偏
光軸か回転されて外部に導出される。ところが、透明電
極９のいずれかに電圧が印加されると対向する透明？４
ｔ！！ｉ！２８との間で液晶２２に電界が生じ、この部
分の液晶２２の液晶分子が電界方向に沿って垂直に配向
変換させられるので、入射した光の偏光軸は回転されず
、したがって、偏光ｔ！１２３４の偏光方向と異なって
しまい、外部に導出されなくなる。この表示動作をバッ
クライト３６側と反対側すなわち表示側から観ｉ１１’
ｌすると透明電極９に電圧か印加されているとき（ＴＰ
ＴがＯＮのとき）その検索部分は暗状態となり、−逆に
ＴＰＴかＯＦＦのときその検索部分は明状態となり、カ
ラーフィルタの舌色に応じた６色で表示されることにな
る。このような原理で画面全体にマトリックス状に配置
された極めて大きな絵素を個々に動作させることによっ
て、所望の像あるいは情報を表示できるのである。

第４図はＴＰＴが設置される側のアクティブマトリック
ス基板の表示検索に対応して配置された透明電極のまイ
つりの一部を示した概略平面図である。

図において、透明電極９がマトリックス状に配置され、
透明電極９の間にソースバス配線８およびゲートバス配
線３が直交するように配置されている。

第５図は第４図の“Ｘ”部の拡大図であって、透明電極
９に接続される薄膜トランジスタ（ＴＰＴ）の構成を示
し、第６図は第５図のｖｔ−ｖｔ断面図である。

第７Ａ図〜第７Ｈ図は、第６図に示すＴＰＴの製造主要
工程図を示す概略工程断面図である。

以下、図を参照してその製造方法について説明する。

まず、ガラス基板１上全面に、後工程でのガラス基板の
保護のための５酸化タンタルよりなる下地絶縁膜２をス
パッタリングによって４０００Ａ厚で形成（第７Ａ図参
照）し、絶縁膜２上に写真製版技術を１０いて所定形状
にパターニングされたタンタルよりなるゲート電極３を
４０００Ａ厚に形成する（第７Ｂ図参照）。

次に、ゲート電極３を覆うように、ＳｉＮｘよりなる絶
縁膜４を絶縁膜２上にプラズマＣＶＤを用いて’３００
ＯＡ厚で形成する。さらに、絶縁膜４上にアモルファス
シリコン（ａ−３ｉ）よりなる′−Ｆ−導体膜５を３０
０人厚大要ＳｉＮｘよりなるチャンネル形成用絶縁膜６
を１０００Ａ厚で、連続的にプラズマＣＶＤを用いて形
成する（第７Ｃ図３照）。

続いて、チャンネル形成用絶縁膜６を所定形状にパター
ニングした後（第７Ｄ図り照）、これを覆うようにリン
がドープされたｎ”ａ−３ｉ膜７を半導体膜５上にプラ
ズマＣＶＤを用いて７００人厚大要成する（第７Ｅ図参
照）。

ｎ”ａ−５ｉ膜７上にレジスト（図示せず）を塗酊して
所定形状にパターニングし、これをマスクとして露出し
たｎ＋ａ−５ｉ膜７をその下部の半導体膜５とともに弗
硝酸で同時にエツチング除去する。これによって、ｎ”
ａ−３ｉ膜７はチャンネル形成用絶縁膜６上で分離され
、ｎ”　ａ−３ｉ膜７ａ、７ｂとなる（第７Ｆ図参照）
、。

露出したチャンネル形成用絶縁膜６上を含み、ｎ”ａ−
３ｉ膜７ａ、７ｂおよび絶縁膜４上全面に、モリブデン
、チタン等の金属膜８をスパッタリングまたは電子ビー
ム蒸上により形成する（第７Ｇ図参照）。

さらに、金属膜８を写真製版技術を用いてパタニングす
ることによって、ＴＰＴのドレイン電極８ａおよびソー
ス電Ｔｈ８ｂがそれぞれｎ”ａ−５ｉ膜７ａ、７ｂに接
続するように形成される（第７Ｈ図参照）。

以下、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等によって、透明
電極９を絶縁膜４上でドレイン電画８ａに接続するよう
にバターニングして形成し、さらに全面に保護膜１０を
形成することによって第６図に示すＴＦＴ側の基板が形
成される。

以上のように構成されたアクティブマトリックス基板に
おいて、外部からゲートバス配線３を介して、ゲート電
極３に所定電圧を印加することによって、ＴＰＴをオン
、すなわち半導体８５を導通させて常時ソースバス配線
８に印加されている電圧を、ソース電極８ｂ、ｎ”、ａ
−３ｔ膜７ｂ。

半導体膜５．ｎ”ａ−５ｉ膜７ａおよびドレイン電極８
ａを介して透明電極９に印加させるのである。

［発明か解決しようとする課題］ 上記アクティブマトリックス表示装置において、ＴＰＴ
はスイッチング素子としてそのＯＮ、ＯＦＦの動作信頼
性の有無が極めて重要である。すなわち、ＴＰＴをＯＦ
Ｆさせてその絵素を明状態にしたとき、ＴＰＴにリーク
電流が発生すると液晶２２に印加されていた電界が完全
に解除されないことになり、絵素が完全な明状態になら
ず画像のコントラストに悪影響を及ぼすのである。した
がって、ＴＰＴのリーク電流を皆無とすることが画質向
上の上で望ましい。

ところが、上述のような従来の製造方法によるＴＰＴは
、リーク電流の防止という点では不十分であった。その
原因を以下に示す。

第７Ｈ図に示す工程において、金属膜８を所定形状ニバ
ターニングすべくエツチングする際、チャンネル形成用
絶縁膜６中に前工程で拡散された金属原子が除去し切れ
ず、図中ａの部分に残ってしまうのである。したがって
、ゲート電極３の印加電圧によって、半導体膜５は非導
通（ＯＦＦのとき）に制御されている状態であっても、
チャンネル形成用絶縁膜６の残留金属原子を介して、ソ
ース電極８ｂおよびｎ＋ａ−３ｉ膜７ｂとドレイン電極
８ａおよびｎ”ａ−Ｓｉ膜７ａとが導通し、ＴＰＴが完
全なＯＦＦとならない。

この発明はかかる課題を解決するためになされたもので
、スイッチング動作の信頼性の高い薄膜トランジスタの
製造方法を提（ｊ＋することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る薄膜トランジスタの製造方法は、ソース
／ドレイン電極となる導電体層の一部を除去してソース
電極ドレイン電極に分割した後、除去によって露出した
絶縁膜の部分をその下部の半導体膜が露出しない程度に
除去するものである。

この場合、除去される絶縁膜は単層膜の一部を除去する
構成としてもよく、複数層の膜構造として必要な膜のみ
除去する構成とすることも可能である。

［作用］ この発明においては、導電体層の形成の際、その一部組
成元素が拡散している絶縁膜の部分を除去するので絶縁
膜の絶縁機能が確保され、ＴＰＴの動作特性を向上させ
る。

［実施例コ 第１図はこの発明の一実施例による薄膜トランジスタの
断面図であって、従来例の第６図に対応したものである
。

すなわち、この実施例による薄膜トランジスタも従来例
で示した第３図および第４図でのアクティブマトリック
ス表示装置に適用され、同様の機能を有するものである
。

第２Ａ図〜第２夏図は第１図に示すＴＰＴの製造主要工
程を示す概略工程断面図である。

以下、図をり照してその製造方法について説明する。

まず、ガラス基板１上全面に後工程でのガラス基板の保
護のため５酸化タンタルよりなる下地絶縁膜２をスパッ
タリングによって４０００Ａ厚で形成する（第２Ａ図参
照）。

下地絶縁膜２上全面にタンタルをスパッタリングによっ
て４０００Ａ厚で形成し、これを写真製版技術を用いて
所定形状にバターニングすることによってゲート電極３
を形成する（第２Ｂ図参照）。

次に、ゲート電ｔｆｆｔ３を覆うようにＳｉＮｘよりな
る絶縁膜４を下地絶縁膜２上にプラズマＣＶＤを用いて
３０００Ａ厚で形成し、続けてｎ”ａ−５ｉよりなる半
導体膜５を絶縁膜４上にプラズマＣＶＤを用いて３００
人厚大要成する。さらに、半導体ｌｌｌ５上にＳｉＮｘ
よりなるチャンネル形成用絶縁膜６ａ、６ｂをプラズマ
ＣＶＤを用いて連続的に形成する（第２Ｃ図参照）。こ
のとき、チャンネル形成用絶縁膜６ａ、６ｂのエツチン
グレートを変えて形成する。具体的には、プラズマＣＶ
Ｄにおいて、ＳｉＮｘ形成に使用するモノシラン、アン
モニアおよび窒素のガスの流量比のうち、絶縁膜６ｂに
ついてのアンモニア／モノシランの比を絶縁膜６ａにつ
いてのアンモニア／モノシランの比の２倍程度にするこ
とで達成される。ここで、絶縁膜６ａの形成厚さは２０
０ＯＡ程度、絶縁膜６ｂの形成厚さは１００ＯＡ程度と
することが望ましい。もっとも、絶縁膜６ｂの厚さは後
１程における金属膜の形成時において、その金属原子が
拡散する深さに応じたものとするのが理論的である。ま
た、絶縁膜６ａ、６ｂの材質としては、他に５ｉｎ２等
も考えられる。５ｉ０２においても同様にエツチングレ
ートを変えた２層構造とすることが１１能である。

次に、チャンネル形成用絶縁膜６ａ、６ｂを同時に所定
形状にバターニングしな後（第２Ｄ図り照）、これを覆
うようにリンがドープされたｎ＋ａ−Ｓｉ膜７を半導体
膜５上にプラズマＣＶＤを用いて７００人厚大要成する
（第２Ｅ図膠照）。

ｎ”ａ−５ｉ膜７上にレジスト（図示せず）を塗布して
所定形状にバター二゛ングし、これをマスクとして露出
したｎ＋ａ−３ｉ膜７をその下部の半導体膜５とともに
弗硝酸で同時にエツチング除去する。これによって、ｎ
”ａ−８ｉ膜７はチャンネル形成用絶縁膜６ｂ上で分離
され、ｎ”ａ−８ｉ膜７ａ、７ｂとなる（第２Ｆ図参照
）。

露出したチャンネル形成用絶縁膜６ｂ上を含み、ｎ”ａ
−３ｉ膜７ａ、７ｂおよび絶縁膜４上全面にモリブデン
、チタン等の金属膜８をスパッタリングまたは電子ビー
ム蒸菅により形成する（第２Ｇ図参照）。

さらに、金属膜８を写真製版技術を用いてパタニングす
ることによって、ＴＰＴのドレイン電極８ａおよびソー
ス電極８ｂがそれぞれｎ＋ａ−Ｓｉ膜７ａ、７ｂに接続
するように形成される。

この段階においては従来例と同様に絶縁膜６ｂ中に拡散
した金属原子が図中ａの部分に残存している（第２Ｈ図
参照）。

次に、露出している絶縁膜６ｂをバッファド弗酸に数１
０秒間浸漬することによってエツチングを行なう。この
とき、露出した絶縁膜６ｂはその中に拡散した金属原子
とともに除去されるが、絶縁膜６ａは絶縁膜６ｂに比べ
てエツチングレートか低いので、はとんどエツチングさ
れずに残る。

この絶縁膜６ａには拡散した金属原子が含まれていない
ので、十分な絶縁特性が確保される（第２Ｉづ照）。

以下、従来例と同様にＩＴＯ等によって透明電極９を絶
縁膜４上でドレイン電極８ａに接続するようにバターニ
ングして形成し、さらに全面にＳｉＮｘよりなる保護膜
１０をプラズマＣＶＤを用いて３０００Ａ厚で形成する
ことによって、第１図に示すＴＦＴ側の基板が完成する
。さらに。対向側の基板と上記基板とをフレームに介し
て貼り合わせた後に、液晶中を封＋ｈすることによって
アクティブマトリックス表示装置が完成するが、これら
の工程については公知であり、またこの発明の特徴部分
でもないのでここでの説明は省略する。

なお、上記実施例では、チャンネル形成用絶縁膜をエツ
チングレートを変えた２層構造としているが、従来のご
とく１層構造であっても、金属原子が拡散している部分
のみを除去することによって絶縁特性を保持し、ＴＰＴ
の動作特性を向上させることができる。

また、上記実施例では、薄膜トランジスタはアクティブ
マトリックス装置のスイッチング素子として用いている
が、必ずしもこれに限定するものではなく、動作信頼性
の向上か望まれる薄膜トランジスタとしての用途であれ
ば、他の装置における薄膜トランジスタの製造方法とし
て適用できることは菖うまでもない。

さらに、上記実施例では、チャンネル形成用絶縁膜を同
質材料で２層としているか、異質の材料であってもその
エツチングレートか異なるものであれば、それらを組合
わせた２層構造とすることも可能であり、同様の効果を
奏する。

［発明の効果］ この発明は以上説明したとおり、ＴＰＴの電極となる導
電体層の形成時に導電体が拡散した絶縁膜の部分を除去
するので、ＴＰＴの動作時に絶縁膜を介してのリーク電
流が発生せず、信頼性の高いスイッチング特性を有した
薄膜トランジスタの製造方法となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による薄膜トランジスタの
断面図、第２Ａ図〜第２■図は第１図に示すＴＰＴの製
造主要工程を示す概略工程断面図、第３図は一般の液晶
透過形のアクティブマトリックス表示装置の概略断面図
、第４図は一般のＴＰＴが設置される側のアクティブマ
トリックス基板の表示絵素にｋ・Ｉ応して配置された透
明電極まイつりの一部を示した概略平面図、第５図は第
４図の“Ｘ゛部の拡大図、第６図は第５図のＶ［−Ｖ［
断面図、第７Ａ図〜第７Ｈ図は第６図に示すＴＰＴの製
造主要工程を示す概略工程断面図である。 図において、１はガラス）ｉ仮、３はゲート電極、４は
絶縁膜、５は半導体膜、６ａ、６ｂはチャンネル形成用
絶縁膜、７．７ａ、７ｂはｎ”ａ−５ｌ膜、８は金属膜
、８ａはドレイン電極、８ｂはソース電極である。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 第１図 第２Ａ図 第２Ｂ図 第２Ｃ図 第２Ｄ図 第２Ｅ図 第２Ｆ図 第 図 ｎ ↑ ↑ ↑ ↑ に 第 図 ３−　イニ１ノζス面Ｃａ 第２Ｇ図 第２Ｈ図 第２１図 第 図 第 図 第 ７Ａ図 、−１ 第 ７Ｂ図 第７Ｃ図 第 ７Ｄ図 第７Ｅ図 第７Ｆ図 第７Ｇ図 第７Ｈ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 絶縁性基板の主面上にゲート電極を形成する工程と、 前記ゲート電極を被覆する第１の絶縁膜を前記主面上に
   形成する工程と、 前記第１の絶縁膜上であって、前記ゲート電極の上方に
   パターン化された半導体膜を形成する工程と、 前記半導体膜上であって、前記ゲート電極の上方に第２
   の絶縁膜を形成する工程と、 前記第２の絶縁膜を介して前記半導体膜上に導電体層を
   形成する工程と、 前記導電体層を前記半導体膜直上で一部除去して２分割
   する工程と、 前記導電体層が一部除去された部分で露出する前記第２
   の絶縁膜を、前記半導体膜が露出しない程度に一部除去
   する工程とを備えた、薄膜トランジスタの製造方法。