JPH02211672A - 薄膜トランジスタ - 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】 Ｃ概　要〕 液晶表示装置等の表示セル駆動に用いる薄膜トランジス
タに関し、 ゲート絶縁膜のクラック発生を防止することを目的とし
、 絶縁性基板上に内部応力の大きさが異なる複数の膜を積
層して形成した薄膜トランジスタであって、前記冬服の
内部応力と膜厚との積の和を略零に設定し、膜全体の見
かけ上の応力を零にした構成とする。

〔産業上の利用分野〕

本発明は液晶表示装置等の表示セル駆動に用いる薄膜ト
ランジスタに関する。

薄膜トランジスタを使用した液晶等のアクティブマトリ
クス型表示装置は、薄膜トランジスタがスイッチング素
子として働くため、各画素の電圧を正確に制御すること
ができ、大容量２階調表示に適した表示装置である。そ
こで昨今では、ボケッ）ＴＶの表示装置として既に商品
化されているのを始め、ＯＡ端末機器の表示装置を目脂
して盛んに開発が行われている。

〔従来の技術〕

ＯＡ端末機器の表示装置などのように、画面サイズの大
きい表示装置を実現するためには、画素数に応じて多数
のトランジスタを無欠陥で形成することが必要で、これ
は必ずしも容易ではない。

例えば、薄膜トランジスタの不良原因には、第４図に示
すようなゲート絶縁膜２に生じたクランク７が挙げられ
る。このクランク７は、ガラス基板１のような絶縁性基
板とデー１−絶縁膜２との間で、熱膨張係数が異なるた
めに生じるものであって、具体的にはゲート絶縁膜２の
成膜工程で加熱され、膜形成後冷却された時、熱膨張係
数の差によりゲート絶縁膜２に内部応力、即ち、熱応力
と材料固有の真性応力が発生する。ゲート絶縁膜２の熱
膨張係数がガラス基板１より大きいときはゲート絶縁膜
２内に圧縮応力が、小さいときは引張応力が生じ、この
応力がある値を越すとゲート絶縁膜２にクラック７が発
生する。

このクランク７はゲート絶縁膜２からその上層の動作半
導体層３にまで進行し、ソース・ドレイン電極Ｓ、Ｄと
ゲート電極Ｇ間を短絡する。なお、同図の４はｎ′″　
ａ−３ｉ層のようなコンタクト層であり、５はＴｉ、Ｃ
ｒ、Ａｌ膜のような金属膜である。

〔発明が解決しようとする課題〕

そこでクランクの発生を防止するため、製造方法を種々
検嗣して、内部応力の小さいゲート絶縁膜を形成するこ
とが試みられている。

しかし製造方法の改良により、ゲート絶縁膜の内部応力
を低くすることはできても、良好な絶縁性が得られない
などの問題があり、低応力で且つ絶縁性の良好な膜が得
られる成膜条件を見つけるのは難しかった。

本発明は上記問題を解消して、絶縁性に悪影響を及ぼず
ことなしに、ゲート絶縁膜のクラック発生を防止する薄
膜トランジスタマトリクスの提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

薄膜トランジスタは前述したように、絶縁性基板１上に
、ゲート電極やゲート絶縁膜等、複数の膜を積層して形
成する。

これらの膜を第１図に示すように、絶縁性基板１側から
第１．第２．第３．・・・、第ｎの膜Ｆ。

（但しｉ＝１．２．　　・・・、ｎ）とする。本発明で
は、これら冬服Ｆ、の内部応力σｉと厚さｄ。

の積の和が、各部位において略零となるよう構成した。

〔作　用〕

上述したようにゲート絶縁膜を含む積層膜を、内部応力
が引張応力を示す膜と圧縮応力を示す膜とを組合せると
、引張応力と圧縮応力とでは力の作用する方向が反対と
なるので、冬服Ｆ８の内部応力が相殺し合い、ゲート絶
縁膜を含む積層膜全体の合成された内部応力は小さくな
る。

即ち、ゲート絶縁膜を含む積層膜全体の応力σは、冬服
Ｆ、の内部応力をσｉ．厚さをｄ、とすると、下記０式
によって表される。

び、各部位（各トランジスタマトリクス構成膜）におい
てσ、ｄ、の和を略零とすれば、ゲート絶縁膜を含む積
層膜全体の内部応力σを、どの部位においても見掛は上
はぼ零とすることができる。

〔実　施　例〕

第２図は本発明の一実施例の薄膜トランジスタの構成を
示している。前記第４図と同一部分は同一符号を付して
示しである。

本実施例では以下詳述するように、どの部位においても
、上記０式を満足するように冬服の材質と膜厚を選択し
た。

同図に見られるように本実施例は、ガラス基板１上にゲ
ート電極ＧとしてＴｉ成膜を形成し、その上にゲート絶
縁膜としてＳｉＮ膜２．動作半導体層としてａ−３ｉ層
３をこの順に積層し、ソース・ドレイン電極Ｓ、Ｄ部は
、コンタクト層としてのｎ”ａ−３ｉ層４と金属膜とし
てのＴｊ成膜を積層した。即ち、Ｔｉ成膜が第１の膜、
５ｉＮＢ’Ｊ、２が第２の膜、ａ−３ｉ層３が第３の膜
、ｎ＋ａ−Ｓｉ層４が第４の膜、Ｔｉ膜５が第５の膜に
相当する。

本実施例ではゲート電極Ｇとソース・ドレイン電極Ｓ、
Ｄの金属膜に用いたＴｉ膜が引張（テンシル）応力を示
し、プラズマ化学気相成長（ＰＣＶＤ）法で形成した他
の膜は、成膜条件によって応力値は異なるが、すべて圧
縮（コンプレッシブ）応力を示すように形成した。冬服
の応力と厚さを下記第１表に示す。

なお、上表の応力σ、は、符号が十の場合は引張応力、
−の場合は圧縮応力であることを示す。

このようにσ、とｄｌを組み合わせたことにより、ゲー
ト電極部の内部応力σは、前述の０式から、 Σσ、　ｄ、／ΣｄＸ （８００＋３０００＋３００　） ＝−１００ＸＩＯ’　／４１００ ＃　　２　Ｘｌ０７（ｄｙｎ／ｃｍ２）となり、きわめ
て小さくなる。

また、ソース・ドレイン電極部においても、内部応力σ
は同じく０式から、 （３０００＋３００＋４００＋１４５０）−１７００Ｘ
１０９／　５１５０ ′：　３　Ｘｌ０８　　（ｄｙｎ／ｃｍ２　）となり、
これまたきわめて小さくなる。

このように本実施例では、ＴＰＴの各部位における内部
応力を零に近い値とすることができ、ゲト絶縁膜２には
クラックの発生は見られなかった。

第３図は上記一実施例の構成に、更に保護膜としてＳｉ
Ｎ膜６を形成した変形例であって、冬服の厚さｄ、と応
カグ、を下記の第２表の如く選択した。

上記構成で、Ｔｉ成膜〜ＳｉＮ膜６がそれぞれ第１の膜
〜第６の膜に相当する。

このように構成した変形実施例においても、ゲート電極
部およびソース・ドレイン電極部ともに、冬服の応力が
相殺し合って全体の内部応力σはきわめて小さな値とな
り、ゲート絶縁膜２や動作半導体層３のクランクは発生
しない。

以上の如く２つの実施例はいずれも、ガラス基板１上の
積層膜が、どの部分においても全体の応力σは零に近く
なり、従ってクランクは発生せず、薄膜１〜ランジスタ
の特性劣化がな（、信頼度並びに製造歩留りを向上させ
ることができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
例えば、冬服の合計厚さや、使用する冬服Ｆ、のそれぞ
れの材質及び厚さ、或いは積層膜数等は、種々選択し得
るものである。

例えば、ゲート絶縁膜２の材質として、上記ＳｒＮおよ
び５ｉｎ２以外に、ＴａＯ２等を用いることもできる。

また、上記各膜Ｆ１全体の見掛は上の応力σは、絶対値
が１０８のオーダー以下であれば、充分にクラックの発
生を抑制できる。

〔発明の効果〕

以上説明した如く、本発明によれば、薄膜トランジスタ
を構成する積層膜のそれぞれの見かけ上の応力がきわめ
て小さくなるので、ゲート絶縁膜にクラックが発生せず
、薄膜トランジスタ特性の劣化を防止でき、信頼性およ
び製造歩留りが向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成説明図、 第２図は本発明の一実施例構成説明図、第３閣は本発明
の詳細な説明図、 第４図は従来の薄膜トランジスタの問題点説明図。 図において、ｌは絶縁性基板（ガラス基板）、２はゲー
ト絶縁膜、３は動作半導体層（ａ−３ｉ層）、４はコン
タクト層（ｎ”ａ−３ｉ層）５は金属膜（Ｔｉ膜）、Ｇ
はゲート電極、Ｆ、第１〜第ｎ　（ｉ＝１．２，３．　
　・・・、ｎ）の膜、ＳＤはソース・ドレイン電極を示
す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 絶縁性基板上に内部応力の大きさが異なる複数の膜（Ｆ
   ＿ｉ）を積層して形成した薄膜トランジスタであって、 前記各膜（Ｆ＿ｉ）の内部応力（σ＿ｉ）と膜厚（ｄ＿
   ｉ）との積の和を略零に設定し、膜全体の見かけ上の応
   力を零にしたことを特徴とする薄膜トランジスタ。