JPH04299865A - 薄膜トランジスタ - Google Patents

薄膜トランジスタ

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JPH04299865A
JPH04299865A JP8724891A JP8724891A JPH04299865A JP H04299865 A JPH04299865 A JP H04299865A JP 8724891 A JP8724891 A JP 8724891A JP 8724891 A JP8724891 A JP 8724891A JP H04299865 A JPH04299865 A JP H04299865A
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thin film
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film transistor
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は薄膜トランジスタに関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】薄膜トランジスタは、例えばアクティブ
マトリックス液晶表示素子の画素電極選択用能動素子等
に用いられており、この薄膜トランジスタは、一般に、
ガラス基板(上記液晶表示素子においては、液晶層をは
さんで対向する一対のガラス基板のうちの画素電極形成
基板)上に形成されている。
【0003】図3は従来の薄膜トランジスタの断面図で
あり、この薄膜トランジスタは、逆スタガー型と呼ばれ
るものである。
【0004】この薄膜トランジスタは、ガラス基板1上
に形成されたゲート電極2と、このゲート電極2の上に
形成されたSi N(窒化シリコン)からなるゲート絶
縁膜3と、このゲート絶縁膜3の上に上記ゲート電極2
と対向させて形成されたa−Si (アモルファスシリ
コン)からなるi型半導体層4と、このi型半導体層4
の両側部の上に、n型不純物をドープしたa−Si か
らなるn型半導体層5を介して形成されたソース電極6
およびドレイン電極7とからなっている。
【0005】なお、図3において、8は、i型半導体層
4のチャンネル領域の上に設けられたSi Nからなる
ブロッキング絶縁膜であり、このブロッキング絶縁膜8
は、n型半導体層5のソース,ドレイン電極6,7間の
部分をエッチング除去する際に、i型半導体層4がエッ
チングされるのを防ぐために設けられている。
【0006】ところで、上記薄膜トランジスタのゲート
電極2は、一般に、Ta (タンタル)またはTa −
Mo (モリブデン)合金等の硬質金属で形成されてい
る。
【0007】このようにゲート電極2を硬質金属で形成
しているのは、導電性金属として広く利用されているA
l (アルミニウム)は、安価でかつ抵抗値も低いが、
このAl の膜は、これを数百度で熱処理するとその表
面が荒れるという問題をもっているため、上記ゲート電
極2をAl で形成すると、ゲート電極2とソース,ド
レイン電極6,7との間の絶縁破壊耐圧が低下してしま
うためである。
【0008】すなわち、上記薄膜トランジスタのゲート
絶縁膜(Si N膜)3は、一般に、プラズマCVD装
置により約350℃の成膜温度で成膜されているため、
ゲート電極2をAl で形成したのでは、ゲート電極2
を形成した後のゲート絶縁膜3の成膜時に、ゲート電極
(Al 膜)の表面が荒れてヒロックと呼ばれる鋭い突
起が発生し、このヒロックの影響でゲート絶縁膜に欠陥
が発生して、ゲート電極2とソース,ドレイン電極6,
7との間の絶縁破壊耐圧が低下してしまう。
【0009】このため、Al は薄膜トランジスタのゲ
ート電極2としては使用できないとされている。
【0010】そこで、従来の薄膜トランジスタでは、ゲ
ート電極2をTa またはTa −Mo合金等の硬質金
属で形成している。
【0011】この硬質金属からなるゲート電極2は、図
3に示したように、ガラス基板1面に形成した金属酸化
物からなる下地膜9の上に形成されている。
【0012】この下地膜9は、ゲート電極2に用いる硬
質金属と同系の金属の酸化物膜であり、ゲート電極2を
Ta またはTa −Mo 合金で形成する場合は、上
記下地膜9はTa Ox (酸化タンタル)で形成され
ている。なお、この下地膜9は、ガラス基板1面にTa
 等の金属をスパッタ装置等によって成膜し、これを陽
極酸化法により酸化して形成されている。
【0013】このように、ガラス基板1面に金属酸化物
からなる下地膜9を形成して、その上にゲート電極2を
形成しているのは、ゲート電極2に用いられている硬質
金属は、ガラス基板1に対する密着性が悪いためであり
、上記のように、ガラス基板1面に、このガラス基板1
に対しても、またTa またはTa−Mo 合金等の硬
質金属からなるゲート電極2に対しても密着性の良いT
a Ox 等からなる下地膜9を形成して、その上にゲ
ート電極2を形成すれば、ガラス基板1に対するゲート
電極2の密着を向上させることができる。
【0014】なお、ソース,ドレイン電極6,7は、n
型半導体層5とのコンタクト性がよいCr (クロム)
等で形成されるか、あるいはCr 膜等の上にAl 膜
等の低抵抗導電膜を積層した二層電極とされている。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようにTa またはTa −Mo 合金等の硬質金属で
ゲート電極2を形成している従来の薄膜トランジスタは
、上記硬質金属の抵抗値が高いため、ゲート電極2での
電圧降下が大きくて、薄膜トランジスタの動作特性(特
に応答特性)が低下してしまうという問題をもっていた
【0016】しかも、従来の薄膜トランジスタでは、上
記硬質金属からなるゲート電極2のガラス基板1に対す
る密着性を良くするため、ガラス基板1面に、ゲート電
極2に用いる硬質金属と同系の金属の酸化物からなる下
地膜9を形成する必要があり、したがって薄膜トランジ
スタの製造工程数が多くなるし、また上記Ta または
Ta −Mo 合金等の硬質金属は高価であるため、薄
膜トランジスタの製造コストが高くなってしまうという
問題ももっていた。
【0017】本発明の目的は、ゲート電極での電圧降下
を小さくして動作特性を向上させ、かつゲート電極とソ
ース,ドレイン電極との間の絶縁破壊耐圧を十分高くす
るとともに、ゲート電極を低コストに形成して製造コス
トを低減することができる、薄膜トランジスタを提供す
ることにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明は、ガラス基板上
にゲート電極を形成し、このゲート電極の上に、ゲート
絶縁膜を介して半導体層およびソース,ドレイン電極を
積層した薄膜トランジスタにおいて、前記ゲート電極を
Ti 含有Al で形成し、かつこのゲート電極の表面
層を陽極酸化層としたことを特徴とするものである。
【0019】
【作用】すなわち、本発明は、ガラス基板上に形成する
ゲート電極を、純Alではなく、Al にTi を含有
させた金属(Ti 含有Al)で形成し、しかもその表
面を陽極酸化したものであり、上記Ti 含有Al は
、純Al よりは僅かながら価格および抵抗値が高いが
、従来の薄膜トランジスタのゲート電極に用いられてい
るTaまたはTa −Mo 合金等の硬質金属に比べれ
ば、はるかに安価でかつ抵抗値も低いし、またガラス基
板に対する密着性も良い。
【0020】そして、本発明の薄膜トランジスタは、ゲ
ート電極を抵抗値の低いTi 含有Al で形成してい
るため、ゲート電極での電圧降下は小さく、したがって
動作特性が向上する。
【0021】また、上記Ti 含有Al の膜は、Ti
 を含まない純Al 膜に比べて、熱処理時の膜表面の
荒れが小さく、またその表面層を陽極酸化しておくと、
熱処理時の膜表面の荒れがさらに小さくなる。
【0022】そして、ゲート電極は、上記Ti 含有A
l で形成されており、しかもその表面層を陽極酸化さ
れているため、このゲート電極の形成後に成膜されるゲ
ート絶縁膜の成膜時に、ゲート電極の表面が荒れること
はほとんどなく、したがってゲート絶縁膜に、ゲート電
極の表面の荒れによる欠陥が発生することはないし、ま
た、ゲート電極の上の絶縁膜が、ゲート電極表面の陽極
酸化層とゲート絶縁膜との二層膜となるため、ゲート電
極とソース,ドレイン電極との間の絶縁破壊耐圧が十分
高くなる。
【0023】しかも、上記Ti 含有Al からなるゲ
ート電極は、ガラス基板に対する密着性が良いため、従
来の薄膜トランジスタのようにガラス基板面にゲート電
極の密着性を良くするための下地膜を設ける必要はなく
、また上記Ti 含有Al は安価であるため、上記ゲ
ート電極は低コストに形成できる。
【0024】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1および図2を
参照して説明する。
【0025】第1図は薄膜トランジスタの断面図である
【0026】この実施例の薄膜トランジスタは、逆スタ
ガー型のもので、ガラス基板11上に形成されたゲート
電極12と、このゲート電極12の上には形成されたS
i Nからなるゲート絶縁膜13と、このゲート絶縁膜
13の上に上記ゲート電極12に対向させて形成された
a−Si からなるi型半導体層14と、このi型半導
体層14の両側部の上に、n型不純物をドープしたa−
Si からなるn型半導体層15を介して形成されたソ
ース電極16およびドレイン電極17とからなっている
。なお、18はi型半導体層14のチャンネル領域の上
に設けられたSi Nからなるブロッキング絶縁膜であ
る。
【0027】上記ゲート電極12は、Al にTi を
含有させたTi 含有Al で形成されており、このゲ
ート電極12の表面層は、この領域を陽極酸化した陽極
酸化層12aとされている。
【0028】なお、ソース,ドレイン電極16,17は
、n型半導体層15とのコンタクト性がよいCr 等で
形成されるか、あるいはCr 膜等の上にAl 膜等の
低抵抗導電膜を積層した二層電極とされている。
【0029】図2は上記薄膜トランジスタの製造方法を
示す製造工程図であり、この薄膜トランジスタは次のよ
うにして製造される。
【0030】[工程1]まず、図2(a)に示すように
、ガラス基板11上に、Ti 含有Al からなるゲー
ト電極12を形成する。このゲート電極12は、ガラス
基板11上に、Ti含有Al 膜をスパッタ装置等によ
って成膜し、このTi 含有Al 膜をフォトエッチン
グ法によりパターニングして形成する。
【0031】なお、上記Ti 含有Al 膜のTi 含
有量は、ゲート電極12の形成後に成膜するゲート絶縁
膜13の成膜温度に応じて選んでおく。
【0032】[工程2]次に、図2(b)に示すように
、上記ゲート電極12の表面層を陽極酸化し、このゲー
ト電極12の表面層を酸化層12aとする。
【0033】このゲート電極12の陽極酸化は、ゲート
電極12を形成したガラス基板11を電解液中に浸漬し
て、ゲート電極12を電解液中に浸漬した陰極に対向さ
せ、ゲート電極12と陰極との間に電圧を印加して行な
う。
【0034】[工程3]次に、図2(c)に示すように
、ゲート絶縁膜13と、i型半導体層14と、ブロッキ
ング絶縁膜18とをプラズマCVD装置によって順次成
膜する。
【0035】上記ゲート絶縁膜(Si N膜)13は、
例えば、成膜温度を350〜370℃、RF放電のパワ
ー密度を120〜130mW/cm2に制御して成膜す
る。このような成膜条件で成膜されたSi N膜13は
、その膜質が緻密であり、また絶縁破壊耐圧も高い。
【0036】また、i型半導体層(a−Si 層)14
は、水素化a−Si (a−Si :H)からなってお
り、約250℃の成膜温度で、RF放電のパワー密度を
40〜50mW/cm2 に制御して成膜する。このよ
うに約250℃の成膜温度でi型半導体層14を成膜し
ているのは、その成膜温度を高くすると、i型半導体層
14中の水素量が少なくなって半導体特性が悪くなるか
らである。
【0037】なお、ブロッキング絶縁膜(Si N膜)
18は、ゲート絶縁膜13と同じ成膜条件で成膜する。
【0038】[工程4]次に、図2(d)に示すように
、ブロッキング絶縁膜18をi型半導体層14のチャン
ネル領域に対応する部分を除いてフォトエッチング法に
より除去し、さらにi型半導体層14をフォトエッチン
グ法によって所定形状にパターニングする。
【0039】[工程5]次に、図2(e)に示すように
、n型半導体層15をプラズマCVD装置により成膜し
、その上にソース,ドレイン電極用金属膜(例えばCr
 膜、またはCr膜とAl 膜等の二層膜)20をスパ
ッタ装置等により成膜する。なお、n型半導体層15は
、上記i型半導体層14と同じ成膜条件で成膜する。ま
た、上記ソース,ドレイン電極用金属膜20の成膜温度
は100〜200℃である。
【0040】[工程6]次に、図2(f)に示すように
、上記ソース,ドレイン電極用金属膜20をフォトエッ
チング法によりパターニングしてソース,ドレイン電極
8,9を形成し、次いで上記n型半導体層15をソース
,ドレイン電極16,17の下の部分を除いてエッチン
グ除去して、図1に示した薄膜トランジスタを完成する
【0041】すなわち、この実施例の薄膜トランジスタ
は、ガラス基板11上に形成するゲート電極12を、純
Al ではなく、Al にTi を含有させた金属(T
i 含有Al)で形成し、しかもその表面を陽極酸化し
たものである。
【0042】上記Ti 含有Al は、純Al よりは
僅かながら価格および抵抗値が高いが、従来の薄膜トラ
ンジスタのゲート電極に用いられているTa またはT
a −Mo 合金等の硬質金属に比べれば、はるかに安
価でかつ抵抗値も低いし、またガラス基板に対する密着
性も良い。
【0043】そして、この薄膜トランジスタは、ゲート
電極12を抵抗値の低いTi 含有Al で形成してい
るため、ゲート電極での電圧降下は小さく、したがって
動作特性が向上する。
【0044】また、上記Ti 含有Al の膜は、Ti
 を含まない純Al 膜に比べて、熱処理時の膜表面の
荒れが小さく、またその表面層を陽極酸化しておくと、
熱処理時の膜表面の荒れがさらに小さくなる。
【0045】そして、ゲート電極12は、上記Ti 含
有Al で形成されており、しかもその表面層を陽極酸
化されているため、このゲート電極12の形成後に成膜
されるゲート絶縁膜13の成膜時に、ゲート電極12の
表面が荒れることはほとんどなく、したがってゲート絶
縁膜13に、ゲート電極12の表面の荒れによる欠陥が
発生することはないし、また、ゲート電極12の上の絶
縁膜が、ゲート電極表面の陽極酸化層12aとゲート絶
縁膜13との二層膜となるため、ゲート電極12とソー
ス,ドレイン電極16,17との間の絶縁破壊耐圧が十
分高くなる。
【0046】上記Ti 含有Al のTi 含有量は、
ゲート電極12の形成後に成膜されるゲート絶縁膜13
の成膜温度に応じて選んでおけばよく、上記実施例のよ
うにゲート絶縁膜13を350〜370℃で成膜する場
合は、ゲート電極12を、Ti 含有量が4.2wt%
以上のTi 含有Al で形成すればよい。
【0047】上記Ti 含有Al 膜は、そのTi 含
有量が多いほど熱処理後の表面状態がよいが、Ti 含
有量を多くすることは、Ti含有Al 膜の価格および
抵抗値の増大につながるから、ゲート電極12は、でき
るだけTi 含有量の少ない(ただし4.2wt%以上
)Ti 含有Al で形成するのが望ましい。
【0048】なお、上記ゲート電極12は、ゲート絶縁
膜13の成膜後に成膜されるi型半導体層14、ブロッ
キング絶縁膜18、n型半導体層15およびソース,ド
レイン電極用20の成膜時にもその成膜温度に加熱され
るが、これらの成膜温度はいずれもゲート絶縁膜13の
成膜温度と同じか、あるいはそれより低い(i型半導体
層14およびn型半導体層15の成膜温度は約250℃
、ブロッキング絶縁膜18の成膜温度は350〜370
℃、ソース,ドレイン電極用20の成膜温度は100〜
200℃)ため、これらの成膜時に、ゲート電極12の
表面に荒れが発生することはない。
【0049】また、上記Ti 含有Al からなるゲー
ト電極12は、ガラス基板11に対する密着性が良いた
め、従来の薄膜トランジスタのようにガラス基板面にゲ
ート電極の密着性を良くするための下地膜を設ける必要
はなく、また上記Ti 含有Al は安価であるため、
ゲート電極12は低コストに形成できる。
【0050】したがって、上記実施例の薄膜トランジス
タによれば、ゲート電極12での電圧降下を小さくして
動作特性を向上させ、かつゲート電極12とソース,ド
レイン電極16、17との間の絶縁破壊耐圧を十分高く
するとともに、ゲート電極12を低コストに形成して製
造コストを低減することができる。
【0051】なお、上記実施例では、ゲート絶縁膜13
を350〜370℃の成膜温度で成膜しているが、この
ゲート絶縁膜13は、上記成膜温度より低い温度で成膜
することも可能であり、ゲート絶縁膜13の成膜温度を
低くし、またブロッキング絶縁膜18も同じ温度で成膜
すれば、ゲート電極12に、上記実施例よりもTi 含
有量の少ないTi 含有Al を用いて、その価格およ
び抵抗値を下げることができる。
【0052】すなわち、ゲート絶縁膜(Si N膜)1
3のプラズマCVD装置による成膜は、例えば約250
℃〜270℃の低い成膜温度でも可能であり、この場合
でも、RF放電のパワー密度を60〜100mW/cm
2 に制御し、ゲート絶縁膜13を時間をかけてゆっく
りと成膜すれば、十分な絶縁破壊耐圧をもつゲート絶縁
膜13を成膜することができる。
【0053】そして、このようにゲート絶縁膜13を約
250℃〜270℃の成膜温度で成膜し、これと同じ成
膜温度でブロッキング絶縁膜18も成膜する場合は、ゲ
ート電極12に用いるTi 含有Al のTi 含有量
は2.2wt%以上でよく、ゲート電極12をTi 含
有量が2.2wt%以上のTi 含有Al で形成する
とともに、その表面層を陽極酸化しておけば、ゲート絶
縁膜13およびブロッキング絶縁膜18の成膜時に、ゲ
ート電極12の表面が荒れることはほとんどない。
【0054】なお、上記ゲート絶縁膜13およびブロッ
キング絶縁膜18の成膜温度はさらに低くすることもで
きるが、ゲート電極12は、i型半導体層14およびn
型半導体層15の成膜時にも約250℃の成膜温度に加
熱されるため、ゲート絶縁膜13およびブロッキング絶
縁膜18をさらに低い成膜温度で成膜する場合も、ゲー
ト電極12は、Ti 含有量が2.2wt%以上のTi
 含有Al のTi で形成するのが望ましい。
【0055】また、上記実施例の薄膜トランジスタは、
逆スタガー型のものであるが、本発明は、i型半導体層
14とソース,ドレイン電極16,17とを上記実施例
とは逆に積層した逆コプラナー型の薄膜トランジスタに
も適用できる。
【0056】
【発明の効果】本発明の薄膜トランジスタは、ガラス基
板上に形成するゲート電極をTi 含有Al で形成し
、かつこのゲート電極の表面層を陽極酸化層としたもの
であるから、ゲート電極での電圧降下を小さくして動作
特性を向上させ、かつゲート電極とソース,ドレイン電
極との間の絶縁破壊耐圧を十分高くするとともに、ゲー
ト電極を低コストに形成して製造コストを低減すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す薄膜トランジスタの断
面図。
【図2】上記薄膜トランジスタの製造工程図。
【図3】従来の薄膜トランジスタの断面図。
【符号の説明】
11…ガラス基板、12…ゲート電極(Ti 含有Al
 )、12a…陽極酸化層、13…ゲート絶縁膜、14
…i型半導体層、15…n型半導体層、16…ソース電
極、17…ドレイン電極、18…ブロッキング絶縁膜。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  ガラス基板上にゲート電極を形成し、
    このゲート電極の上に、ゲート絶縁膜を介して半導体層
    およびソース,ドレイン電極を積層した薄膜トランジス
    タにおいて、前記ゲート電極をTi 含有Al で形成
    し、かつこのゲート電極の表面層を陽極酸化層としたこ
    とを特徴とする薄膜トランジスタ。
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