JPH0352264A - アモルファスシリコン薄膜トランジスタ - 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〉 本発明は、例えばアクティブマトリックス形の液晶ディ
スプレイ等に用いられるアモルファスシリコン薄膜トラ
ンジスタに関するものである。

（従来の技術〉 アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）半導体を用いたアモ
ルファスシリコン薄膜トランジスタ（以下、ａ−ＳｉＴ
ＦＴという〉は、高いスイッチング比を有し、しかも低
温プロセスによって大面積のガラス基板上に形成できる
等の優れた特徴を備えている。そのため、液晶ディスプ
レイ及びイメージセンサ等の駆動素子として利用される
と共に、特に微細な画素を有しかつ大画面が要望される
アクティブマトリックス形の液晶ディスプレイに適した
トランジスタとして期待されている。

従来、この種の技術に関するものとしては、電子材料、
２旦（２）（１９８６−２）Ｐ．４５　〜５０に記載さ
れるものがあった。以下、その構成を図を用いて説明す
る。

第２図は従来のａ−ＳｉＴＦＴの構造を示す断面図であ
る。

このａ−ＳｉＴＦＴは、ガラス等の絶縁性基板１上に形
成された膜厚１００〜２　０　０　ｎｍ程度のゲート電
極２を有している。ゲート電極２は、スパッタリング法
によりタンタル（Ｔａ）を被着した後、これにパターニ
ングを施して形成されたものである。ゲート電極２上の
周囲には、前記Ｔａが酸化されて成る五酸化タンタル（
Ｔａ２０５）の第１ゲート絶縁膜３が膜厚２００〜３０
０ｎｍ程度で形成されている。

第１ゲート絶縁膜３上の周囲には、膜厚が２００ｎｍを
超え３　０　０　ｎｍ程度以下のシリコン窒化膜（Ｓ　
ｉ　Ｎｘ膜〉から成る第２ゲート絶縁膜４が、グロー放
電法によって形成されている。この第２ゲート絶縁膜４
上には、膜厚２０〜２００ｎｍ程度のａ−Ｓｉから成る
活性層５が被着形成されている。前記第２ゲニト絶縁膜
４及び活性層５はパ夕一ニングによって所定形状を成し
ており、その活性層５上の両端部付近には、それぞれア
ルミニウム（Ａ１）から成るソース電極６及びドレイン
電極７が形成されている。

さらに、前記ソース電極６及びドレイン電極７を含む素
子表面がシリコン酸化膜（ＳｉＯｘ！＞から成る保護［
８で被覆されることによって、所定の逆スタガー構造を
有するａ−ＳｉＴＦＴが構成されている。なお、絶縁性
基板１上にはソース電極６の配線となる、例えばＩＴＯ
（Ｉｎｄｉｕｍ　　Ｔｉｎ　　Ｏｘｉｄｅ）膜から成る
透明電極９が形成されている。また、ゲート電極２及び
ドレイン電極７の配線を行うためには、図示しないがゲ
ート電極２及びドレイン電極７が接続される配線層がそ
れぞれ形威される。

以上の構成のａ−ＳｉＴＦＴを用いて、例えばアクティ
ブマトリックス形の液晶ディスプレイを構成すると、次
のようになる。

透明電極つと、図示しない対向基板上に設けられた対向
透明電極との間に液晶が封入され、それらで一つの画素
が構成される。このａ−ＳｉＴＦＴを有する画素をマト
リックス状に配置形成することにより、液晶ディスプレ
イが構或される。

このようなアクティブマトリックス形の液晶ディスプレ
イは、次のように動作する。

ゲート電極２に電圧が印加されると、活性Ｎ５にチャネ
ルが形成される。このチャネルを通じてソース電極６と
ドレイン電極７どの間に電流が流れ、透明電極９及び対
向透明電極間に電圧が印加される。この電圧が印加され
ると、透明電極９及び対向透明電極間に電界が生じる。

この電界が生じると、液晶のねじれ角が変化する。その
ねじれ角の変化により、液晶を光が透過する（あるいは
透過していた光が遮断される）。

このように、各画素毎に設けられたａ−ＳｉＴＦＴをオ
ン・オフ制御することによって、各画素の液晶が駆動し
、データ等が液晶ディスプレイに表示される。

｛発明が解決しようとする課題｝ しかしながら、上記構成のａ−ＳｉＴＦＴにおいては、
Ｔａ膜から成るゲート電極２の絶縁性基板１に対する付
着力が弱く、しかもゲート電極２を形成するＴａＭの膜
厚が増大するにしたがって、その付着力はさらに弱くな
る。そのため、ゲート電極２が絶縁性基板１から剥離し
、ゲード電極２に接続される配線層とそのゲート電極２
との間に断線が生じるという問題があった。

このことは、ａ−ＳｉＴＦＴの正常な機能を妨げ、電子
機器、例えばアクティブマトリックス形の液晶ディスプ
レイに応用するに際し、表示欠陥等を生じ、表示品質低
下の原因となっている。

本発明は、前記従来技術が持っていた課題として、ゲー
ト電極の付着力が弱いために、ゲート電極が剥離し、ゲ
ート電極とその配線層との間に断線が生じる点について
解決したａ−ＳｉＴＦＴを提供するものである。

（課題を解決するための手段） 第１の発明は、前記課題を解決するために、絶縁性基板
上に形成されたタンタルから成るゲート電極と、前記ゲ
ート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶
縁膜上に形成されたアモルファスシリコンから成る活性
層と、前記活性層上に形成されたソース電極及びドレイ
ン電極とを備えたアモルファスシリコン薄膜トランジス
タにおいて、窒化タンタルから成るゲート電極密着層を
、前記絶縁性基板と前記ゲート電極との間に形成したも
のである。

第２の発明は、第１の発明において、ゲート電極密着層
を形成する窒化タンタルの窒素濃度を、０．５〜１０％
としたものである。

さらに、第３の発明では、ゲート電極密着層の膜厚を１
０〜２００ｎｍとしたものである。

（作用〉 第１の発明によれば、窒化タンタル膜から成るゲート電
極密着層を、絶縁性基板とタンタル膜から成るゲート電
極との間に形成した。そのゲート電極密着層は、タンタ
ル膜自体の張力や伸力によってタンタル膜及び窒化タン
タル膜間に生じる接合面方向、つまりずれ方向の力を緩
和させると共に、窒化タンタル膜及び絶縁性基板間に生
じるずれ方向の力を緩和させるように働く。それによっ
て、ゲート電極，ゲート電極密着層及び絶縁性基板間の
付着力が強くなり、ゲート電極を形成するタンタル膜の
膜厚増加による前記付着力の低下も少なくなる。

第２の発明によれば、窒素濃度０．５％〜１０％の窒化
タンタル膜から成るゲート電極密着層は、特定範囲内の
窒素濃度の窒化タンタル膜で形成されることによって、
ゲート電極、ゲート電極密着層及び絶縁性基板間のずれ
方向の力を最も良く緩和し、ゲート電極の付着力を著し
く増大させるように働く。

第３の発明によれば、ゲート電極密着層を形成する窒化
タンタル膜の膜厚を１０ｎｍ以上としたことは、窒化タ
ンタル膜が前記ずれ方向の力を緩和する働きを十分に発
揮するような分子構造を有するように働く。また、窒化
タンタル膜の膜厚を２　０　０　ｎｍ以下としたことは
、ソース電極１８及びドレイン電極１９の段差を、ソー
ス電極１８及びドレイン電極１９部分での断線が防止さ
れる許容範囲内に設定するように働く。したがって、前
記課題を解決できるのである。

（実施例〉 第１図は、本発明の実施例を示すアモルファスシリコン
薄膜トランジスタ（ａ−ＳｉＴＦＴ）の断面図である。

このａ−ＳｉＴＦＴは、例えばアクティブマトリックス
形の液晶ディスプレイに用いられるもので、無アルカリ
ガラスから成る絶縁性基板１１上に形成されている。絶
縁性基板１１上には窒素濃度０．５〜１０％の窒化タン
タル膜（ＴａＮｘ膜〉から成る膜厚１０〜２００ｎｍ程
度のゲート電極密着層１２が形成されている。ゲート電
極密着層１２上には、タンタル膜｛Ｔａ膜｝から成る膜
厚１００〜３　０　０　ｎｍ程度のゲート電極１３が形
成されている。ゲート電極１３上とその周囲には五酸化
タンタルＷＡ（Ｔａ２０５膜〉から成る膜厚■ＯＯ〜３
　０　０　ｎｍ程度の第■ゲート絶縁膜ｌ４が形成され
ている。

第１ゲート絶縁膜１４上の周囲には、シリコン窒化膜（
ＳｉＮｘｆｉ）から成る第２ゲート絶縁膜１５が形成さ
れ、第１ゲート絶縁膜１４と共に２層構造のゲート絶縁
膜を構或している。

前記第２ゲート絶縁１５上には、ａ−Ｓｉから成る膜厚
２０〜２００ｎｍ程度の活性層１６が形成され、その活
性層１６の上部に形成された凹部１７の両端部上には、
それぞれソース電極ｌ８及びドレイン電極１つが形成さ
れている。さらに、ソース，ドレイン電極１８．１９を
含む素子表面はＳｉＮｘ膜から成る保護膜２０で被覆さ
れ、よって所定の逆スタガー構造を有するａ−ＳｉＴＦ
Ｔが構成されている。絶縁性基板１１上には、ソース電
極１８の配線となる、例えばＩＴＯ膜から成る透明電極
２１が形成されている。また、ゲート電極１３及びドレ
イン電極１９の配線を行うためには、図示しないが、ゲ
ート電極ｌ３に接続される配線層、トレイン電極１９に
接続される配線層がそれぞれ形成される。

上記構成のａ−ＳｉＴＦＴは、例えば次のようにして製
造される。

先ず、無アルカリガラスから成る絶縁性基板ｌｌ上に、
スパッタリング法等を用いてゲート電極密着層１２とな
るＴａＮｘ膜を膜厚１０〜１００ｎｍ程度に被着形成す
る。そのＴａＮｘ膜上にスパッタリング法等を用いてＴ
ａ膜を膜厚１００〜３００ｎｍ程度に被着形成し、その
後ホトリソエッチング技術によりパターニングを施して
ゲート電極１３を形成する。次いで、ゲート電極１３の
Ｔａ膜上に、その表面から３０〜１００ｎｍ程度の深さ
に渡って陽極酸化法等による酸化を施し、膜厚１０Ｃ）
−３００ｎｍ程度のＴ　ａ　２　０　５膜から成る第１
ゲート絶縁ＷＡ１４を形成する。

次に、アンモニア（ＮＨ３）とシラン（ＳｉＨ４）とを
主成分とする反応ガスを用いたグロー放電法等により、
ＳｉＮｘ膜を絶縁性基板１１上の全面に被着形成し、第
２ゲート絶縁Ｊｌｇｌ５を形成する。次いで、ＳｉＨ４
を用いたグロー放電法等によって、第２ゲート絶縁Ｊｌ
１５上にａ−Ｓｉを被着させ、活性層１６を形成する。

その後、形成されるべきａ−ＳｉＴＦＴ素子をマトリッ
クス状のパターンに素子分離するために、活性層ｌ６上
にレジストパターンを形成し、ａ−ＳｉＴＦＴ素子を構
或しない部分の第２ゲート絶縁膜１５及び活性層■６を
エッチングにより除去する。前記エッチングは、異なっ
た材料から成る複数の被膜を同時に除去するため、四フ
ッ化炭素（ＣＦ　　）と酸素（０２）を用いたプラズマ
エッ４ チング法等を用いる。

前記レジストパターンを除去した後、絶縁性基板１１上
に、例えばアルミニウム（Ａ　Ｉ　＞を真空蒸着法によ
り５００〜１０００ｎｍ程度の膜厚に被着させる。この
Ａｌにホトリソエッチング法等を施して不要部分を除去
し、凹部１７の両端部付近にそれぞれソース電極１８及
びドレイン電極１９を形成する。その後、ＳｉＮｘ等か
ら成る保護膜２０を選択的なグロー放電法等によって形
成すれば、所望のａ−ＳｉＴＰＴが得られる。

以上のように構成されるａ−ＳｉＴＦＴを、例えばアク
ティブマトリックス形の液晶ディスプレイに用いるため
には、ソース電極１８に接続されたＩＴＯ膜から成る透
明電極２１が形成される。

また、図示しないが、ゲート電極１３及びドレイン電極
１つの形成時に、ゲート電極１３及びトレイン電極１９
の配線を行うための配線層がそれぞれ形成される。

次に、本実施例の利点を第３図，第４図、第５図及び第
６図を参照しつつ説明する。なお、第３図、第４図及び
第５図において、Ｔａ膜の付着力の測定は、引っかき法
で行い、付着力の単位には、ａ．ｕ．　　（ａｒｂｉｔ
ｒａｒｙ　　ｕｎｉｔ）を用いている。

（ｉ）　第３図は、ゲート電極１３を形成するＴａＪＩ
ＩＫの絶縁性基板１１に対する付着力が、Ｔａ膜の膜厚
とゲード電極密着層ｌ２の有無に依存する特性が示され
ている。曲線ａ，ｂは、それぞれゲート電極密着層１２
を設けた場合、設けない場合を示している 第３図において、従来のようにゲート電極密着層１２を
設けない場合（曲線ｂ〉は、Ｔａ膜の付着力は弱く、ま
たＴａ膜の膜厚増加による付着力の低下も著しい。ゲー
ト電極密着層■２を設けた場合は、Ｔａ膜の付着力は従
来の約２倍に増加し、かつＴａＭの膜゛厚増加による付
着力の低下も少ない。そのため、上記実施例のａ−Ｓｉ
ＴＰＴでは、第２図のａ−ＳｉＴＦＴに比べて、ゲート
電極の付着力を増大させることができる。

（ｉｉ）　　第４図は、ゲート電極１３を形成するＴａ
膜の、ゲート電極密着層ｌ２を介しての絶縁性基板１１
に対する付着力が、ゲート電極密着層１２を形成するＴ
ａＮｘ膜の窒素濃度に依存する特性を示した窒素濃度依
存性曲線図である。

第４図において、ＴａＮｘ膜の窒素濃度を変化させた場
合、窒素濃度が０．５〜１０％の時にＴａＭの付着力は
最大となり、窒素濃度が０．５％より小さくても、１０
％より大きくてもＴａ膜の付着力は著しく低下する。上
記実施例では、ゲート密着層４２を形成するＴａＮｘＪ
ｌｉの窒素濃度を０．５〜１０％としたので、ゲート電
極ｌ３を形成するＴａ膜の付着力を著しく増大させるこ
とができる。

（　ｉｉｉ　）　　第５図はゲート電極１３を形成する
Ｔａ膜の、ゲート電極密着層１２を介しての絶縁性基板
１１に対する付着力が、ゲート電極密着層１２を形成す
るＴａＮｘ膜の膜厚に依存することを示したＴａＮｘｗ
Ａ厚依存性曲線図である。

第５図において、ＴａＮｘ膜の膜厚を変化させた場合、
Ｔａ膜の付着力は、ＴａＮｘ膜の膜厚が１０ｎｍ以上で
大きくなる。

第６図は、第１図のａ−ＳｉＴＦＴのソース・ドレイン
電極断線確率が、ゲート電極密着層ｌ２を形成するＴａ
Ｎｘ膜の膜厚に依存する特性を示したＴａＮｘ膜厚依存
性曲線図である。

第６図において、ａ−ＳｉＴＦＴのソース・ドレイン電
極断線確率はＴａＮｘ膜の膜厚に依存し、ＴａＮｘ膜の
膜厚が２００ｎｍ以下ではソース・トレイン電極断線確
率は小さいが、ＴａＮｘ膜の膜厚が２００ｎｍ程度を超
えると、ソース・ドレイン電極部分での段差の増大によ
り、ソース・ドレイン電極断線確率は増加する。

第５図及び第６図から明らかなように、上記実施例では
、ゲート電極密着層１２を形成するＴａＮｘ膜の膜厚を
１０〜２００ｎｍの範囲内に設定しているので、ゲート
電極１３の付着力を強くしつつ、しかもそのソース・ド
レイン電極断線確率を小さくできる。

（ｉｖ）　　上記実施例において、ゲート電極１２の配
線層を形成する際、その配線層をＴａＭによってゲート
電極１２と一体化して形成した場合にも、上記実施例と
同様の利点が得られる。即ち、Ｔａ膜からなる配線層と
絶縁性基板１１との間に、ＴａＮｘ膜を形成することに
よって、Ｔａ膜から成る配線層の絶縁性基板１１に対す
る付着力が増大する。そのため、配線層自体の剥離が防
げ、配線層自体の剥離による断線を防止することができ
る。

したがって、配線層及びゲート電極１２の断線を的確に
防止することが可能となる。

このように、上記実施例のａ−ＳｉＴＰＴにおいては、
ゲート電極の剥離によってゲート電極とその配線層間に
生じる断線を的確に防止できる。

さらに、ソース．ドレイン電極１８．１９部分での断線
を防ぐことが可能となる。それ故、上記実施例のａ　　
ＳｉＴＦＴを、例えばアクティブマトリックス形の液晶
ディスプレイに用いた場合、液晶ディスプレイの表示欠
陥を除去でき、表示性能の向上が達戒される。

なお、本発明は図示の実施例に限定されず、種々の変形
が可能である。その変形例としては、例えば次のような
ものがある。

（Ｉ＞　　第１図のａ−ＳｉＴＦＴは、その用途に応じ
て構造及び製造方法等を変更することができる。例えば
、絶縁性基板１１は、無アルカリガラス以外の、ホウケ
イ酸ガラス等のガラス基板で構戒できるし、その他の透
光性を有する絶縁性基板等で構成してもよい。また、第
２ゲート絶縁膜１５及び保護膜２０をシリコン酸化膜（
Ｓ　ｉ　Ｏｘ膜〉で構成したり、ドレイン１９．ソース
電極１８をクロムで形成するなどの変形も可能である。

（Ｉ［＞　　第１図のａ−ＳｉＴＦＴは、アクティブマ
トリックス形の液晶ディスプレイのみならず、イメージ
センサ等の他の電子機器における駆動回路や論理回路等
にも適用可能である。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように第■の発明によれば、窒化タ
ンタル膜から成るゲート電極密着層を、絶縁性基板とタ
ンタル膜から成るゲート電極との間に形成したので、ゲ
ート電極の絶縁性基板に対する付着力を強くできると共
に、ゲート電極を形成するＴａ膜の膜厚増加によるゲー
ト電極の付着力の低下を少なくすることができる。

第２の発明によれば、ゲート電極密着層を形成する窒化
タンタルの窒素濃度を０．５〜１０％としたので、ゲー
ト電極の付着力が大幅に増大する。

第３の発明によれば、ゲート電極密着層の膜厚を１０〜
２００ｎｍとしたので、ゲート電極の付着力を強くしつ
つ、ソース・トレイン電極断線確率を低くできる。した
がって、ゲート電極の剥離によるゲート電極の断線を的
確に防止できると共に、ドレイン・ソース電極の断線を
防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すアモルファスシリコン薄
膜トランジスタの断面図、第２図は従来のアモルファス
シリコン薄膜トランジスタの断面図、第３図は付着力の
Ｔａ膜厚依存性曲線図、第４図は付着力のＴ　ａ　Ｎ　
ｘ窒素濃度依存性曲線図、第５図は付着力のＴ　ａ　Ｎ
　ｘ膜厚依存性曲線図、第６図は断線確率のＴ　ａ　Ｎ
　ｘ膜厚依存性曲線図である。 １ｌ・・・・・・絶縁性基板、１２・・・・・・ゲート
電極密着層、１３・・・・・・ゲート電極、１４．１５
・・・・・・ゲート絶縁膜、１６・・・・・・活性層、
１８・・・・・・ソース電極、１つ・・・・・・トレイ
ン電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁性基板上に形成されたタンタルから成るゲート
   電極と、前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と
   、前記ゲート絶縁膜上に形成されたアモルファスシリコ
   ンから成る活性層と、前記活性層上に形成されたソース
   電極及びドレイン電極とを、 備えたアモルファスシリコン薄膜トランジスタにおいて
   、 窒化タンタルから成るゲート電極密着層を、前記絶縁性
   基板と前記ゲート電極との間に形成したことを特徴とす
   るアモルファスシリコン薄膜トランジスタ。 ２、ゲート電極密着層を形成する窒化タンタルの窒素濃
   度を、０．５％〜１０％とした請求項１記載のアモルフ
   ァスシリコン薄膜トランジスタ。 ３、ゲート電極密着層の膜厚を１０ｎｍ〜２００ｎｍと
   した請求項１記載のアモルファスシリコン薄膜トランジ
   スタ。