JPH03290622A - 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】 ［産業上の利用分野１ 本発明は、薄膜トランジスタ（ＴＰＴ）に係り、特に、
アクティブマトリクス方式の液晶デイスプレィ（ＬＣＤ
）を駆動するのに用いられるアモルファスシリコン（ａ
−３ｉ）薄膜トランジスタにおけるオフ時の光リーク電
流を、再現性良く小さくすることができる遮光技術に関
する。

［従来の技術］ 可視光を含む広い波長の光に対して透過率の高い各種の
ガラス基板上に薄膜能動素子を設けたデバイスが広く研
究されている。その代表的なものとして、ＴＰＴを用い
たアクティブマトリクス方式の液晶デイスプレィ（ＬＣ
Ｄ）がある。このＴＦＴの動作半導体材料としては、主
としてアモルファスシリコン（ａ−３ｉ）が用いられて
いる。

上記したＬＣＤ等は、なんらかの光照射を受ける環境で
用いられるのが一般である。例えば、室内照明光下で用
いられるし、近年ではバックライトによりＬＣＤ背面か
ら照明し、視認性を向上させて用いられる。

ところで、薄膜能動素子に用いられるａ−３ｉ等の半導
体材料は、光照射により導電率が増加する性質、すなわ
ち光電流を生じる性質を持つ。ＬＣＤを駆動するＴＰＴ
においては、この光電流はオフ時のリーク電流を増加さ
せ、表示電極に蓄積した電荷を漏洩させるため、コント
ラストを低下させる等、表示品質劣化の主要因となる。

このため、ＬＣＤを駆動するＴＰＴにおいては、動作半
導体層が光照射を受けないように、遮光性材料による遮
光膜を挿入した素子構造を採るのが一般である。

一方、これらのデバイスの基板に一般に用いられるガラ
スが紫外領域まで透過率の高いことを利用して、基板上
に形成した紫外光を透過しないパタンを遮光マスクとし
、基板上に塗布した感光性樹脂（Ｌ／レジストを基板の
背面から露光して、自己整合的にレジストパタンを形成
する技術、すなわち「背面露光技術Ｊが開発され、広く
用いられるに至っている。

この−例として、特開昭６２−３０３７６号公報に開示
されている背面露光を用いたトップゲート形ＴＰＴの製
作工程を第４Ａ図〜第４Ｆ図に示す。第４Ａ図は、ガラ
ス基板２０上にソースおよびドレイン電極配線２１が形
成された直後を示す。

この上に、第４Ｂ図に示すように、ＴＰＴの動作半導体
層（ａ−３ｉ膜）２２とゲート絶縁膜（ＳｉＮ、膜）２
３が連続堆積される。次に、第４Ｃ図に示すように、ポ
ジ形レジスト２４が塗布され、基板の背面から紫外光２
５で露光される。

これにより、第４Ｄ図に示すように、ソースおよびドレ
イン電極配線２１が遮光マスクとなり、現像後ソースお
よびドレインを極配線２１上のみレジスト２４が残る。

この上に、第４Ｅ図に示すようにゲート電極配線（金属
膜）２６を堆積し、第４Ｆ図に示すように、レジスト２
４と共にレジスト２４上のゲート電極配線用金属膜２６
がリフトオフで除去されることによりＴＰＴが完成され
る。

電極配線２１、動作半導体層２２、ゲート絶縁膜２３、
ゲート電極配線２６により薄膜能動部が構成される。こ
の方法で形成されたａ−３ｉＴＦＴでは、ゲート電極配
線がソースおよびドレイン配線に対し、自己整合的に形
成されるため、重なりを小さくすることができ、寄生容
量が小さくなる利点がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、このトップゲート形ＴＰＴでは、第４Ｆ図から
分かるように、ガラス基板側からの照明光が直接動作半
導体層であるａ−３ｉ膜２２に進入し、光電流によりリ
ーク電流が増大することを避けることができない。そこ
で、ａ−Ｓｉに光が進入するのを防止するため、上記し
た遮光膜を基板とａ−３ｔ膜の間に設けようとすると、
遮光膜が波長によらず、すべての光を遮断する場合は、
上記の背面露光を利用した工程が実行できなくなり、上
記特許の利点が全く使用できなくなってしまっ。

そこで、背面露光を利用できる遮光手段として、例えば
、特開昭６４−３３５３１号公報に、２種類の透光性絶
縁膜の光学的膜厚（屈折率×膜厚）を露光用水銀灯の発
光波長の４３６ｎｍのｌ／２波長にして多層に配し、水
銀灯の発光波長の４３６ｎｍを共鳴波長とする遮光層が
開示されている。しかし、この遮光層は、光の透過波長
幅が広いので、遮光したい波長に対しての遮光性が不十
分である、動作半導体層を含む薄膜能動部との積層によ
る光の干渉効果で共鳴波長がずれてしまう等の問題点を
有し、しかも波長４３６ｎｍがカラー表示ＬＣＤ用のバ
ックライト波長の一部であるために、カラー表示ＬＣＤ
には使用できないという致命的な欠陥を有していた。

また、別の例として、特開平１−１８６６７９号公報に
、紫外透過・可視吸収性の膜が開示されている。しかし
、この膜も、膜厚が薄いと薄膜能動部との積層による干
渉効果で可視吸収特性が損われるため、充分な可視光遮
光効果を得ようとするとその膜厚を数μｍ以上にもする
必要が生じ、非遮光部との大きな段差が液晶の配向に影
響を及ぼし、ＬＣＤの表示特性を著しく損ねるという問
題点を有していた。

本発明の目的は、上記既存の遮光層の持つ問題点を解決
し、背面露光を用いる工程を可能とし、薄膜能動部との
積層による光の干渉効果を受けても充分な遮光性を保持
し、カラー表示に適用可能で、非遮光部との段差が表示
特性に悪影響を及ぼさない遮光層を配した薄膜能動素子
構造を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために１、本発明は、基板の上に設
けた動作半導体層を含む薄膜能動部と、前記動作半導体
層を遮光する遮光層を有する薄膜トランジスタにおいて
、前記遮光層が、各膜の光学的膜厚（屈折率×膜厚）が
可視光の中心波長域５４０〜６００ｎｍの約１／４にな
るように設定した透光性膜を７３層以上積層した多層薄
膜構造からなり、かつｌ’ｌ’ｊ　記３層以上積層した
透光性膜のうち基板側からｇｒ数番目・偶数番目の一方
の透光性膜の屈折率か、他方の透光性膜の屈折率よりも
大きいことを特徴とする。

また、前記奇数番目または偶数番目の透光性膜の少なく
とも１層が半導体層であることを特徴とする。

さらに、前記基板として可視光および紫外光を含む光に
対して透過率の高い基板を用い、前記基板と前記薄膜能
動部との間に前記遮光層を配置し、前記透光性膜の最上
層が半導体層であり、前記半導体層の上に透光性絶縁膜
が設けられ、かつ前記奇数番目・偶数番目の一方の透光
性膜の屈折率が、他方の透光性膜、前記基板および前記
透光性絶縁膜の屈折率よりも大きいことを特徴とする。

［作用］ 前述した手段で構成した遮光層の、光の透過特性の波長
依存性は後述するごとく、レジストの感光波長（３５０
〜４００ｎｍ）は透過するものの、可視領域（４００〜
７６０ｎｍ）は透過しない。従って、背面露光を用いる
工程を可能にするとともに、カラー表示ＬＣＤ用バック
ライト光＜Ｕ線スペクトルが、４３５　ｎ　ｍ、５４６
ｎｍ、６１２ｎｍ）や室内照明光の遮光が可能であり、
ＴＰＴのオフ時の光り−ク電流を抑制できる。また、遮
光部と非遮光部の段差は、後述するごとく高々１６０ｎ
ｍとすることが可能で、ＬＣＤ表示特性に悪影響を及ぼ
さない。

〔実施例］ 第１図は、本発明の薄膜トランジスタの基本構成を説明
するための断面図である。

２０はガラス基板、２１はソースおよびドレイン電極配
線、２２は動作半導体層、２３はゲート絶縁膜、２６は
ゲート電極配線、１２は薄膜能動部、１５は遮光層、１
０は奇数番目の透光性膜、１１は偶数番目の透光性膜、
１３は第１番目の透光性膜（ｌは任意の整数）、１４は
透光性絶縁膜である。

基板２０と動作半導体層２２を含む薄膜能動部１２との
間に配設する遮光層１５の構造を、各膜における屈折率
と膜厚の積（光学的膜厚）か、可視光の中心波長域５４
０〜６００ｎｍの約１／４になるように設定した透光性
膜を、奇数番目の透光性膜ＩＯ１偶数番目の透光性膜１
１、奇数番目の透光性ｊ模１０、・・・、第１の透光性
膜１３（ｌは任意の整数）のように、３層以上任意の暦
数積層した上に、透光性絶縁膜１４を形成した多層薄膜
構造とし、しかも、前記３層以上任意の層数積層した透
光性膜のうち基板側から奇数番目の透光性膜１０、また
は偶数番目の透光性膜１１の屈折率を、それ以外の透光
性膜、基板２０および透光性絶縁膜１４の屈折率よりも
大きくなっていることを特徴とする。

以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

なお、実施例を説明するための全図において、同一機能
を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は
省略する。

第２図は、本発明をトップゲート形ａ−３ｉＴＦＴに適
用した実施例１の概略構成を説明するための断面図であ
る。

本実施例のトップゲート形ａ−３ｉＴＦＴは、第４Ｆ図
に示したＴＰＴにおいて、基板２０と動作半導体層２２
を含む薄膜能動部との間に、遮光層１５を配したもので
ある。

すなわち、第２図に示すように、ゲート電極配線（金属
膜）２６が形成されるべき部分に対応するガラス基板２
０上に遮光層１５として、奇数番目の第１の透光性膜（
ａ−３ｉ膜）１０、偶数番目の第２の透光性膜（Ｓ　ｉ
　Ｏ，膜）１１、奇数番目の第３の透光性膜（ａ−３ｉ
膜）１０の３層が積層して形成され、その上に透光性絶
縁膜（ＳｉＮ、膜）１４が形成されている。この透光性
絶縁膜（Ｓ　ｉＮｘ膜）１４上の所定の位置にソースお
よびドレイン電極配線（金属膜）２１が設けられている
。このソースおよびドレイン電極配線２１の上に動作半
導体層（ａ−Ｓｉ膜）２２が設けられている。この動作
半導体層２２の上にゲート絶縁膜（ＳｉＮ、膜）２３を
介してゲート電極配線２６が設けられている。

ここで、この遮光層１５を構成する第１の透光性ＩＩり
に］−３ｉ膜）１０、第２の透光性膜（Ｓｉｎ、膜）１
１、ならびに第３の透光性膜（ａ−３ｉ膜）１０におい
て、屈折率と膜厚の積（光学的ｆｉｒｉ厚）が、それぞ
可視光の中心波長域である５４０〜６００ｎｍの約１７
４になるように、第１の透光性膜（ａ−３ｉ膜：屈折率
４．２５）　　１０と第３の透光性膜（ａ−３ｉ膜：屈
折率４．２５）　　１０の膜厚を３２〜３５ｎｍの間に
、第２の透光性膜（Ｓｉｎ。

膜：屈折率１．４６）　　１１の膜厚を９２〜１１０３
ｎの間に設定している。本実施例のように、３層の場合
は、上下（すなわち、外側と内側）２層の透光性膜の屈
折率を真中の透光性膜のそれより小さくする。

第５図は、本発明による遮光層の光透過性の波長依存性
を示す図である。すなわち、この遮光層の光透過特性の
波長依存性は、第５図に示すように、レジストの感光波
長（３５０〜４００ｎｍ）は透過するものの、可視領域
（４００〜７６０ｎｍ）は透過しない。

そのため、可視光による光照射に対しては遮光膜となり
、レジストの感光波長域に対する透過性により能動素子
作製時には、背面露光を可能にすることができる。

次に、本実施例のＴＰＴの製造方法を説明する。

第３Ａ図および第３Ｂ図は、本実施例のＴＰＴ製造時の
各工程での断面図である。ます、第３Ａ図に示すように
、第１の透光性膜（ａ−３ｉ膜）１０、第２の透光性膜
（Ｓｉｎ、膜）１１、第３の透光性膜（ａ−３ｉ膜）１
０の３層を、例えばプラズマＣＶＤ法によって原料ガス
を切り替えることで連続して堆積し、ゲート電極配線２
６が形成さるべき部分に対応する部分だけが残るように
マスクを用いてエツチングする。次に、第３Ｂ図に示す
ように、エツチングした３層の膜の上に、例えばプラズ
マＣＶＤ法により透光性絶縁膜（Ｓ　ｉ　Ｎ、膜）１４
を形成する。

次に、透光性絶縁膜（ＳｉＮ、膜）１４の上に第４Ａ図
に示すようにソースおよびドレイン電極配線（金属膜）
２１を形成し、第４Ｂ図に示すように、ＴＰＴの動作半
導体層（ａ−Ｓｉ膜）２２とゲート絶縁膜（ＳｉＮ、膜
）２３が連続堆積する。次に、第４Ｃ図に示すように、
ポジ形レジスト２・１を塗布し、基板の背面から紫外光
２５を照射して露光する。

これにより、第４Ｄ図に示すように、ソースおよびドレ
イン配線２１が遮光マスクとなり、現像後ソースおよび
ドレイン配置ｊＪ２１上のみにレジスト２４か残る。こ
の上に、第４Ｅ図に示すようにケート電極配線（金属膜
）２６を堆積し、第４Ｆ図に示すように、レジスト２４
と共にレジスト２４上のケート電極配線２６がリフトオ
フで除去されることによりＴＰＴが完成される。

作製したＴＰＴのリーク電流を測定したところ、照明光
量１０万ルツクス〔１ｘ〕において、照明のない場合の
約１０倍に増加した。これは、遮光層を設けない場合に
おける１０００倍の増加に比べ、はるかに小さい値であ
る。遮光層を設けない場合において、リーク電流の１０
倍の増加は、照明光量５０００ルツクス［１ｘ］に対応
したので、本発明の遮光層を挿入したことにより実効的
な照明光量が約１／２゜に低減できることがわかった。

また、遮光層を設けた場合の、遮光部と非遮光部の間に
生ずる段差は、第１の透光性膜（ａ　−８１膜）１０、
第２の透光性膜（Ｓ　ｉ　Ｏ，膜）１１、第３の透光性
膜（ａ−３ｉ膜）１０の３層の膜厚の和で高々１６０ｎ
ｍてあって、液晶の配向にはなんら影響を及ぼさなかっ
た。

本実施例では、第１の透光性膜１０、第２の透光性膜１
１、第３の透光性膜１０の３層を用いた場合を説明した
が、遮光部と非遮光部に生ずる段差の許容範囲内で、こ
の３層にさらに任意の層数透光性膜を追加して用いても
良く、その場合、可視光の遮光効果が高まる利点がある
。また、第１の透光性膜１０、第２の透光性膜１１、第
３の透光性膜１０の３層に、透光性絶縁膜１４を重ねた
４層構造を、遮光部と非遮光部に生ずる段差の許容範囲
内で繰り返し積層しても良い。

以上、実施例で説明したように、本発明の要点は、紫外
光および可視光に対し透過率の高い基板上に形成された
、上記構造の遮光層を薄膜能動素子の構成材料に用いる
ことにより、使用時の照明光である可視光が能動素子の
動作半導体層に照射されるのを防止できると共に、かつ
素子製作時には背面露光工程を自在に利用できることに
ある。

したかって、上記遮光層の挿入位置は、基板と動作半導
体層の間が最も推奨されるが、これに限定される必要は
なく、任意の位置に導入することが可能である。また、
能動素子は実施例記載のＴＰＴに限らないことは明らか
であり、本特許の要点を逸脱しない範囲において各種の
素子が用い得る。その他、本発明は、上記実施例に限定
されることなく、その要旨を逸脱しない範囲において種
々変更可能であることは勿論である。

ここで、使用時の照射光に紫外光を含むと光電流が低減
できないことが懸念されるが、ＬＣＤに不可欠な偏光膜
は一般に紫外光に対する透過率が低い等、照明光源から
紫外光を除去することがきわめて容易に行い得るので、
本発明の実施を全く妨げない。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明を用いれば、背面露光を用
いた工程が可能になり、しかもＴＰＴのオフ時のリーク
電流を抑制できる。また、遮光部と非遮光部の段差か少
ないため、ＬＣＤの表示特性になんら影響を及ぼさない
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の薄膜トランジスタの懸念を説明する
ための断面図、第２図は、本発明をトップケート形ａ　
−Ｓ　ｉ　Ｔ　Ｆ　Ｔに適用した実施例の概略構成を示
す断面図、第３Ａ図および第３Ｂ図は、第２図のトップ
ゲート形ａ−３ｉＴＦＴの製造工程断面図、第４Ａ図〜
第４Ｆ図は、従来の背面露光を用いたトップゲート形ａ
　−Ｓ　ｉ　Ｔ　Ｆ　Ｔの製造工程断面図、第５図は、
本発明における遮光層の光透過特性の波長依存性の図で
ある。 １０・・・奇数番目の透光性膜 １１・・・偶数番目の透光性膜 １２・・・薄膜能動部 １３・・・第１番目の透光性膜（ｌは任意の整数）１４
・・・透光性絶縁膜 １５・・・遮光層 ２０・・・ガラス基板 ２１　・・ソースおよびドレインｆｔｍ配線２２・・動
作半導体層 ２；３・・ケート絶縁膜 ２４１　・ポジ型レジスト ２５・・・紫外光 ２６・・・ケート電極配線

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板の上に設けた動作半導体層を含む薄膜能動部と
   、前記動作半導体層を遮光する遮光層を有する薄膜トラ
   ンジスタにおいて、前記遮光層が、各膜の光学的膜厚が
   可視光の中心波長域５４０〜６００ｎｍの約１／４にな
   るように設定した透光性膜を３層以上積層した多層薄膜
   構造からなり、かつ前記３層以上積層した透光性膜のう
   ち基板側から奇数番目・偶数番目の一方の透光性膜の屈
   折率が、他方の透光性膜の屈折率よりも大きいことを特
   徴とする薄膜トランジスタ。 ２、前記奇数番目または偶数番目の透光性膜の少なくと
   も１層が半導体層であることを特徴とする請求項１記載
   の薄膜トランジスタ。 ３、前記基板として可視光および紫外光を含む光に対し
   て透過率の高い基板を用い、前記基板と前記薄膜能動部
   との間に前記遮光層を配置し、前記透光性膜の最上層が
   半導体層であり、前記半導体層の上に透光性絶縁膜が設
   けられ、かつ前記奇数番目・偶数番目の一方の透光性膜
   の屈折率が、他方の透光性膜、前記基板および前記透光
   性絶縁膜の屈折率よりも大きいことを特徴とする請求項
   １記載の薄膜トランジスタ。