JPH03156427A - 薄膜トランジスタアレイ - 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、液晶デイスプレィパネル等に用いて好適な
薄膜トランジスタアレイに関するものである。

（従来の技術） 液晶デイスプレィパネルは、低消費電力であること、薄
型であること等のｆｍ々の特徴を有することから、広く
利用されでいる。

このような液晶デイスプレィパネルでは、液晶の駆動手
段として薄膜トランジスタアレイが用いられることが多
い。

第３図（Ａ）は、基板に多数の非晶質シリコン（ａ−８
ｉ）薄膜トランジスタを２次元的に配ゴして構成された
従来の薄膜トランジスタアレイをその１画素部分に着目
して示した平面図、第３図（８）は第３図（Ａ）のＩ−
Ｉ線に沿って切って示した断面図である。これらの図ヲ
参照して従来の薄膜トランジスタアレイの構成につき製
造方法と共に説明する。

先ず、スバ・フタ法等の好適な方法によりガラス基板１
１上にＩＴ○（Ｉｎ２Ｏ３＋　５ｎ０２）膜が形成され
これがフォトリングラフィ技術及びエツチング技術によ
り所定の形状に加工されて透明電極１３（表示用電極１
３）が形成される。

次に、スパッタ法等の好適な方法により基板上に例えば
タンタル（Ｔａ）から成る金属層が１０００〜３０００
λ程度の膜厚に形成されこれがフォトリソグラフィ技術
及び工・ンチング技術により所定の形状に加工されてゲ
ート電極１５が形成される。その後、Ｔａゲート電極１
５の一部が陽極化成されて第１のゲート絶縁膜１７が形
成される。

次に、ＮＨ３及びＳ　ｉ　Ｈａ　ａ主成分とする原料ガ
スを用いたグロー放電法によりこの基板上にシリコン窒
化膜（ＳｉＮｘ）が０．１〜０．５　ｕｍ程度の膜厚に
堆積される。ざらに、Ｓ　ｘ　Ｈａガスを用いたグロー
放電法によりこのシリコン窒化膜上にａ−５ｉ膜が０．
０２〜０．２ｕｍ程度の膜厚に堆積される。そしてこれ
らシリコン窒化膜及びａ−３ｉ膜がフォトリソグラフィ
技術及びエツチング技術により所定形状に加工されてゲ
ート絶縁膜１９及び活性層２１（第３図（Ａ）では両者
は重なって示している。）が形成される。

次に、真空蒸着法等の好適な方法によりこの基板上に例
えばアルミニウムから成る金属層が０．５〜１．０μｍ
程度の膜厚に形成されこれが所定の形状に加工されてド
レイン電極２３及びソース電極２５が形成される。これ
により薄膜トランジスタアレイが得られる。

このような従来の薄膜トランジスタにおいては、各薄膜
トランジスタのソース及びドレイン電極間路Ｍ即ぢチャ
ネル長（第３図（Ａ）中のＩりは各薄膜トランジスタ共
に同じ寸法にされ、ソース及び及びドレイン電極の対向
幅即ちチャネル幅（菓３図（Ａ）中のＷ）は各薄膜トラ
ンジスタ共に同じ寸法とされていた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、薄膜トランジスタアレイにおいては、そ
の製造の際に活性層やゲート絶縁膜の成膜速度が基板内
の各所でバラツクという問題点があった。例えば、活性
層やゲート絶縁膜（第３図中のゲート絶縁膜１９）の成
膜をグロー放電法により行なった場合は、これらの膜厚
はグロー放電装置のサセプタ（基板を取り付ける側の電
極）の中心程薄くなる。即ち、基板の端部部分の方が中
心部分より厚くなる。第４図（Ａ）は、この現象を示し
た特性図であり、この出願に係る発明者による従来の薄
膜トランジスクアレイでのグロー放電法によるａ−８ｉ
膜及びａ−３ｉＮ膜の膜厚の基板内バラツキの調査結果
を夫々示した図である。

ここで、横軸は、ガラス基板の中心からの基板主面に平
行な方向（×方向）距Ｍ（ｃｍ）、縦軸は基板各所での
膜厚を基板中心での膜厚で規格化した値である。

従って、基板に備わる多数の薄膜トランジスタの活性層
やゲート絶縁膜の膜厚も全トランジスタで同じにはなら
ずバラツクため、薄膜トランジスタの動作時の電流（オ
ン電流：工。ｎ）も全トランジスタで同じにはならずバ
ラツク。第４図ＣＢ）は、この現象を示した特性図であ
り、第４図（Ａ）に示したような膜厚分布の薄膜トラン
ジスタアレイでの■。。の基板内バラツキを示した図で
ある。ここで、横軸は、第４図（Ａ）同様ガラス基板の
Ｘ方向距離（Ｃｍ）、縦軸は基板各所での電流値を基板
中心での電流値で規格化した値である。第４図ＣＢ）か
らも明らかなように、基板の中心部分の薄膜トランジス
タの工。１は、端部部分のものより大きくなる。

このような工。。のバラツキは、液晶デイスプレィパネ
ルの画面内での色ムラ発生の原因となり表示品質を低下
させることになる。

グロー放電法により活性層やゲート絶縁膜を成膜する際
の膜厚のバラツキは、ガス圧、アノード・カソード間距
離、ＲＦ主電力の諸条件を最適化することによりある程
度小さく出来るが、それにも限界がある。また、液晶デ
イスプレィパネルの大型化が進むに伴い膜厚バラツキの
影響はますます問題となる。従って、何１等かの解決策
が望まれでいた。

この発明はこのような点に鑑みなされたものであり、従
ってこの発明の目的は、活性層及び又はゲート絶縁膜の
膜厚の基板内バラツキがあっても表示品質を従来より改
善出来る薄膜トランジスタアレイを提供することにある
。

（課題を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この発明によれば、ゲート
電極、ゲート絶縁膜、活性層、ソース電極及びドレイン
電極を有する薄膜トランジスタを基板に多数具える薄膜
トランジスタアレイにおいて、 前述の多数の薄膜トランジスタのうちの一部の又は全部
の薄膜トランジスタのチャネル幅及びチャネル長の一方
又は双方を、当該薄膜トランジスタのゲート絶縁膜の膜
厚及び活性層の膜厚の一方又は双方に応じて違えて成る
こと を特徴とする。

（作用） このような構成によれば以下に説明するような作用が得
られる。

薄膜トランジスタにあいでは、これ（こ印加する電圧が
同じ場合でも、薄膜トランジスタのチャネル幅を広くす
るに従い、又、チャネル長を短くするに従い電流供給能
力が高まり、当該薄膜トランジスタの動作時の電流（オ
ン電流：工。、）は多くなる。また例えば液晶デイスプ
レィパネルでは、薄膜トランジスタのオン電流が多くな
る（こ従い液晶の蓄積電荷量が多くなるので液晶に対す
る笑効印加電圧が高まり、この結果、透過型の場合では
背面に設けた光源からの光の透過率が向上する等のよう
に、画素毎の輝度を変えることが出来る。

従って、薄膜トランジスタアレイの全薄膜トランジスタ
の一部又は全部の薄膜トランジスタのチャネル長及び又
はチャネル幅を、その薄膜トランジスタの活性層の膜厚
及び又はゲート絶縁膜の膜厚に応じて適正化しておけば
、膜厚バラツキに起因する液晶デイスプレィパネルの画
面内の色ムラ発止を低減出来る。

また、チャネル長及び又はチャネル幅の変更は、薄膜ト
ランジスタアレイ作製時に用いるホトマスクの寸法を変
えるだけで容易に行なえる。

（実施例） 以下、図面を参照してこの発明の薄膜トランジスタアレ
イの実施例につき説明する。なお、以下の説明に用いる
各図はこの発明を理解出来る程度に各構成成分の寸法、
形状、配言開係を概略的に示しであるにすぎない。また
、説明に用いる各図中の構成成分のうち第３図を用いで
説明した従来の構成成分と同様な構成成分については同
一の番号を付して示しである。

第」ｊむＩ倒 第１図（Ａ）及び（Ｂ）は、第１実施例の薄膜トランジ
スタアレイの要部を示した平面図である。特に第１図（
Ａ）は、この薄膜トランジスタアレイが作り込まれたガ
ラス基板１１の中心部分に在る画素に着目して示した平
面図、第１図（Ｂ）はガラス基板の端部部分に在る画素
Ｉこ着目して示した平面図である。なお、いずれの位置
の画素の薄膜トランジスタも、その断面構造は、基本的
には第３図（Ｂ）に示した構造と同じであるので、断面
図は省略している。

この第１実施例の薄膜トランジスタアレイは、活性層２
１及びゲート絶縁膜１９をグロー放電法により形成する
場合ｆこ活性層２１及びゲート絶縁膜１９の膜厚夫々が
基板中心部で薄くなってしまい（第２図（Ａ）参照）、
基板の中心部分に在る薄膜トランジスタの■。。が端部
部分のものより大きくなってしまうこと（第４図（Ｂ）
９照）を解決するために、薄膜トラシジスタアレイが作
り込まれでいるガラス基板１１の端部部分に在る薄膜ト
ランジスタのチャネル幅ＷＳ（第１図（Ｂ）参照）の方
が、ガラス基板の中心部分に在る薄膜トランジスタのチ
ャネル幅ＷＡ　　（第１図（Ａ）９照）より広くしであ
る。ただし、いずれの位置の薄膜トランジスタも、チャ
ネル長は同じ寸法としでいる。

ここで、ＷＡ及びｗｅの違え具合は、基板中心部分から
端部部分に向う方向１こ沿って存在する各薄膜トランジ
スタの工。ｎ％色ムラが生じない程度に均一化出来るよ
うに、違える。具体的には、各薄膜トランジスタのチャ
ネル幅を、各薄膜トランジスタ毎でその薄膜トランジス
タの活性層２１及び又はゲート絶縁膜１９の膜厚に応じ
で違える方法、基板中心部分から端部部分に向う方向に
沿って存在する各薄膜トランジスタを何グループかに分
け各グループ毎でチャネル幅を違える方法等を施せば良
い。

第２図（Ｂ）は、基板中心部分から端部部分に向う方向
に沿って存在する各薄膜トランジスタのチャネル幅を、
各薄膜トランジスタのゲート絶縁膜１９の膜厚に比例さ
せて違えて構成した実施例の薄膜トランジスタアレイに
おけるオン電流工。、分布を、従来技術で説明した第４
図（８）に対応させて示した図である。なお、この場合
、ガラス基板の端部部分に在る薄膜トランジスタのチャ
ネル幅Ｗｅ！約７〜２０ｕｍの範囲内の所定値、中心部
分に在る薄膜トランジスタのチャネル幅ＷＡ’＝約５〜
１５ｇｍの範囲内の所定値としく但し、ＷＡ　＜ｗ、）
　、この間の各薄膜トランジスタのチャネル幅を徐々に
変えでいる。勿論これら寸法は一例であり、薄膜トラン
ジスタアレイの設計に応し変更されるものであることは
理解されたい。

第２図（Ｂ）及び第４図ＣＢ）！比較することで明らか
なように、この発明を適用した実施例の薄膜トランジス
タアレイの方が従来のものより、各薄膜トランジスタの
工。。の均一化が出来ることが分る。

なお、このような薄膜トランジスタアレイは例えば以下
に説明するように作製出来る。

ガラス、石英等のような透光性絶縁物基板１１上に、Ｉ
ＴＯ等のような透明導電膜から成る表示電極１３と、タ
シタルＣＴａ）等のような金属膜から成るゲート電極１
５と、第１のゲート絶縁膜１７と、例えばシリコン窒化
膜から成るゲート絶縁膜１９と、ａ−３ｉから成る活性
層２１とを、従来公知の方法により形成する。

次に、例えばこの試料上に公知の方法によりアルミニウ
ム膜を被着する。続いて、公知のホトリソグラフィ技術
及びエツチング技術（こよりこのアルミニウム膜をバタ
ーニングしてドレイン電極２３及びソース電極２５を形
成するが、この際、ホトマスクは、チャネル幅部分の寸
法が先に説明したＷｅ　＞Ｗａ　％満足しかつ所定の値
とされているホトマスクを用いる。

このようにして実施例の薄膜トランジスタアレイを形成
する。

また、この第１実施例の薄膜トランジスタアレイをカラ
ー液晶デイスプレィパネルの作製に利用する場合は、以
下のようにすれば良い。

先ず、薄膜トランジスタアレイの作り込まれたガラス基
板１１にプラズマＣＶＤ法、フォトリソグラフィ技術及
びエツチング技術によりシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）か
ら成る保護膜（図示せず）を形成する。次（こ、この基
板１１上にポリイミドから成る有機膜を形成しこれをラ
ヒング処理して配向処理膜（図示せず）を形成する。ざ
らに、スクリーン印刷法によりシール層（図示せず）を
所定のパターンで形成し、ざらにセル間を均一な寸法に
保持するために配向処理膜上にスペーサ（図示せず）を
散布しで、液晶デイスプレィパネルの一方の基板を得る
。

また、別途用意したガラス基板に、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）
及びＢ（青）各色用でかつ所定のパターン形状（ストラ
イブ、モザイク、トライアングル等の形状）を有するカ
ラーフィルタ層、ざらにその上にＩＴＯから成る透明電
極（対向電極）を、スパッタ法、フォトリソグラフィ法
及びエツチング法によりそれぞれ形成する。

次に、この対向電極上（こポリイミドより成る有機Ｈを
形成し、これをうどング処理して配向処理膜を形成しで
、液晶デイスプレィパネルの他方の基板を得る。

続いて、これら一方及び他方の基板をシール層を挟んで
対向させこのシール層を硬化させることにより両基板を
貼りあわせる。

その後、一方及び他方の基板とシール層とで囲まれる空
隙を真空脱気し、その後この空隙に例えばツイスト・ネ
マチック（ＴＮ）液晶を注入し、次いで注入口を封止し
で、ａ−８ｉ薄膜トランジスタアレイを用いた液晶デイ
スプレィパネルを得る。

第１１赴例 次に、第２実施例の薄膜トランジスタアレイにつき説明
する。この第２実施例の薄膜トランジスクアレイは、ガ
ラス基板に備わる多数の薄膜トラシジスタの各チャネル
長を薄膜トラシジスタの活性層の膜厚及び又はゲート絶
縁膜の膜厚に応じて変えである例である。従って、活性
層及びゲート絶Ｒ膜の膜厚が基板の中心部分程薄くなる
場合であれば、基板の中心部分に在る薄膜トランジスタ
のチャネル長Ｊ２Ａ　（第１図（Ａ）参照）８、端部部
分に在る薄膜トランジスタのチャネル長β８（第１図（
Ｂ）９照）より長くしかつ適正な値にすれば、各薄膜ト
ランジスタの工。。の均一化が図れる。この実施例の場
合、ガラス基板の端部部分１こ在る薄膜トラシジスタの
チャネル長β６を約５〜１５ｕｍの範囲内の所定値、中
心部分に在る薄膜トランジスタのチャネル長βＡを約７
〜２０ｕｎの範囲内の所定値としく但しＩＩＡ：ｌｓ　
）、この間の各薄膜トランジスタのチャネル長を徐々に
変えたところ、各薄膜トランジスタの工。。の均一化が
図れた。勿論これら寸法は一例であり、薄膜トランジス
タアレイの設計に応じ変更されるものであることは理解
されたい。

上述においては、この発明の薄膜トランジスタアレイの
実施例につき説明したがこの発明は上述の実施例のみに
限定されるものではなく、以下に説明するような種々の
変更または変形を加えることが出来る。

上述の実施例では、各薄膜トランジスタのチャネル幅及
びチャネル長の一方を違えていたが、双方を違えても勿
論良い。

また、上述の実施例では、第１のゲート絶縁膜１７の基
板内の膜厚分布は実質的に均一であると仮定しゲート絶
縁膜１９の膜厚バラツキにのみ着目していた。しかし、
第１のゲート絶Ｒ膜１７の膜厚が基板内でバラツク場合
にもこの発明を適用すれば実施例と同様の効果を得るこ
とが出来る。

また、この発明の薄膜トランジスタアレイは、カラー液
晶デイスプレィパネルにのみ適用出来るという訳ではな
く、例えばエレクトロルミネッセンス表示装置等のよう
な他の表示装Ｎ（こも適用出来る。

また、上述の実施例では、薄膜トランジスタが陽極化成
による第１のゲート絶縁膜を有する構造のものであった
が、第１のゲート絶縁膜のない薄膜トランジスタを有す
る薄膜トランジスクアレイに対しでもこの発明を適用出
来ることは明らかである。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明の薄膜ト
ランジスタアレイによれば、基板に備わる多数の薄膜ト
ランジスタのうちの一部の又は全部の薄膜トランジスタ
のチャネル幅及びチャネル長の一方又は双方を、当該薄
膜トランジスタのゲート絶縁膜の膜厚及び活性層の膜厚
の一方又は双方に応じて違えであるので、各薄膜トラン
ジスタ毎の■。７の均一化が図れる。この結果、活性層
及び又はゲート絶縁膜の膜厚の基板内バラツキがあって
もこれに起因する色ムラは従来より生じにくいので表示
品質の良い表示装置の提供が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例の薄膜トランジスタ
アレイの説明に供する要部平面図、第２図（Ａ）及び（
Ｂ）は、実施例の薄膜トランジスタアレイの特′注説明
に供する図、Ｍ３図（Ａ）及び（８）は、従来の薄膜ト
ランジスタアレイの説明に供する図、 第４図は、従来技術の問題点の説明に供する図である。 １１・・・透光性絶縁物基板Ｃガラス基板）１３・・・
透明電極、　　　１５・・・ゲート電極１７・・・第１
のゲート絶縁膜 １９・・・ゲート絶縁膜、　２１・・・活性層２３・・
・ドレイン電極、　２５・・・ソース電極βヶ、β８・
・・チャネル長 ＷＡ、Ｗ８・・・チャネル幅。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ゲート電極、ゲート絶縁膜、活性層、ソース電極
   及びドレイン電極を有する薄膜トランジスタを基板に多
   数具える薄膜トランジスタアレイにおいて、 前記多数の薄膜トランジスタのうちの一部の又は全部の
   薄膜トランジスタのチャネル幅及びチャネル長の一方又
   は双方を、当該薄膜トランジスタのゲート絶縁膜の膜厚
   及び活性層の膜厚の一方又は双方に応じて違えて成るこ
   と を特徴とする薄膜トランジスタアレイ。