JPH07245404A

JPH07245404A - 薄膜トランジスタおよびその電気的接続構造と薄膜トランジスタ型液晶表示装置

Info

Publication number: JPH07245404A
Application number: JP3435694A
Authority: JP
Inventors: Jun Kuwata; 純桑田; Koji Matsunaga; 浩二松永
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-03-04
Filing date: 1994-03-04
Publication date: 1995-09-19

Abstract

(57)【要約】【目的】マスク枚数を削減し生産性の向上を図ること
ができるとともに、ゲート電極の取り出し電極部におけ
るヒロックやボイドの発生を抑制し信頼性の高い薄膜ト
ランジスタを提供し、さらに、ゲート電極の取り出し電
極部とフィルムキャリヤに形成された駆動回路の接続用
金属電極との電気的接続を信頼性の高いものにする。【構成】絶縁性基板８上に、純粋なアルミニウム薄膜
からなるゲート電極９を形成し、取り出し電極部を含む
ゲート電極９の全面にアルミニウム酸化膜１０を陽極酸
化により形成する。ゲート電極９の取り出し電極部に、
導電性粒子１７を介して駆動回路との接続用金属電極１
９が形成されたフィルムキャリヤ１８を圧接することに
より、導電性粒子１７がアルミニウム酸化膜１０を突き
破り、良好な電気的接続が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、薄膜トランジスタ型
液晶表示装置等の電子デバイスに用いられる薄膜トラン
ジスタおよびその電気的接続構造と薄膜トランジスタ型
液晶表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、薄膜トランジスタ型液晶表示装置
への大型化・大表示容量化・高輝度化の要望が高まって
いる。大きさでは１７インチ程度、表示容量では１００
０×９００ライン程度のディスプレイが作製されてい
る。このとき問題となるのが、１）大型化に伴いゲート
ラインの長さが長くなる、２）表示容量を大きくすると
画素間のピッチが小さくなる、３）高輝度化を図るため
開口率を大きくするとゲートラインの幅が狭くなる、と
いったことであり、いずれもゲート電極の高抵抗化をも
たらし、ゲート遅延の問題を引き起こす。そのため、ゲ
ート電極の低抵抗化が図られている。材料面では、低抵
抗率の材料であるアルミニウムを用いたり、プロセス面
では、ゲート電極の膜厚を厚くしたりして対応してい
る。特に、表示性能で重要な点欠陥を低減するために、
ゲート配線上を陽極酸化して絶縁性に優れた酸化膜を形
成することが行われているが、ゲート配線に駆動信号を
給電するための回路と接続するために、端子電極部を他
の電極材料に変換したり、取り出し電極部を酸化しない
構成となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ゲート
電極にアルミニウムを用いる場合は、ヒロックと電気的
コンタクト性の問題がある。解決策として、アルミニウ
ム以外の耐ヒロック性のある薄膜を積層したり、電気的
コンタクト性の良好な薄膜を積層する方法がある。

【０００４】図３は、従来の薄膜トランジスタ型液晶表
示装置に用いられている薄膜トランジスタのゲート電極
の取り出し電極部を積層構造にした構成を示し、（ａ）
はその平面図、（ｂ）はＡ−Ａ′断面図、（ｃ）はＢ−
Ｂ′断面図である。図３において、１はアルミニウム配
線、２はアルミニウム配線１に積層したクロム（Ｃｒ）
あるいはタンタル（Ｔａ）等からなる積層金属配線、３
はレジストマスク領域、４は表面が陽極酸化処理されて
いないアルミニウム配線１の未化成領域、５は絶縁性基
板、６はアルミニウム酸化膜、７ａはヒロック、７ｂは
ボイドである。

【０００５】この場合、下層のアルミニウム配線１を積
層金属配線２で完全に覆ってしまう必要があるために、
アルミニウム配線１と積層金属配線２を形成するための
２種類のマスクが必要となる。さらに、アルミニウム酸
化膜６を陽極酸化処理によりアルミニウム配線１上に形
成するには、積層金属配線２の表面をレジストマスクな
どにより被覆しないと所望の電気絶縁性を有した酸化膜
が作れない。一方、取り出し電極部に酸化膜が残ってい
ると電気的コンタクト性が悪化して接続不良を起こし、
線欠陥不良が発生するので、陽極酸化しない未化成領域
４を残すためにレジストマスクが必要である。しかし、
この未化成領域４の表面にアルミニウム配線１が露出し
ていると後工程でアルミニウム配線１内にてマイグレー
ションが起こり、図３（ｃ）に示すように、ヒロック７
ａやボイド７ｂの欠陥が発生し、線欠陥不良の原因とな
る。

【０００６】なお、取り出し電極部を含むゲート電極の
アルミニウム配線１をアルミニウム酸化膜で覆ってしま
うと、ヒロック７ａやボイド７ｂの欠陥は発生しない
が、取り出し電極部とフィルムキャリヤに形成された駆
動回路の接続用金属電極との良好な電気的接続が困難と
なる。この発明の第１の目的は、マスク枚数を削減し生
産性の向上を図ることができるとともに、ゲート電極の
取り出し電極部におけるヒロックやボイドの発生を抑制
し信頼性の高い薄膜トランジスタを提供することであ
る。

【０００７】さらに、第２の目的は、ゲート電極の取り
出し電極部とフィルムキャリヤに形成された駆動回路の
接続用金属電極との電気的接続を信頼性の高いものにし
た薄膜トランジスタの電気的接続構造およびそれを用い
た薄膜トランジスタ型液晶表示装置を提供することであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の薄膜トラ
ンジスタは、ゲート電極がアルミニウムを主成分とする
薄膜からなり、駆動回路と接続するための取り出し電極
部を含むゲート電極の全表面を陽極酸化によるアルミニ
ウム酸化膜で覆ったことを特徴とする。請求項２記載の
薄膜トランジスタの電気的接続構造は、請求項１記載の
薄膜トランジスタのゲート電極の取り出し電極部と、フ
ィルムキャリヤに形成された駆動回路の接続用金属電極
との間に、導電性粒子を設け、導電性粒子はフィルムキ
ャリヤの接続用金属電極に押圧されてゲート電極の取り
出し電極部の表面のアルミニウム酸化膜を突き破ってゲ
ート電極の取り出し電極部に電気的接触したことを特徴
とする。

【０００９】請求項３記載の薄膜トランジスタの電気的
接続構造は、請求項２記載の薄膜トランジスタの電気的
接続構造において、導電性粒子の形状を、球状，凹凸を
有した球状または多面体形状としている。請求項４記載
の薄膜トランジスタ型液晶表示装置は、請求項２または
３記載の薄膜トランジスタの電気的接続構造を用いて作
製したことを特徴とする。

【００１０】

【作用】この発明の構成によれば、ゲート電極がアルミ
ニウムを主成分とする薄膜からなり、取り出し電極部を
含むゲート電極の全表面を陽極酸化によるアルミニウム
酸化膜で覆ったことにより、アルミニウム金属の異常成
長であるヒロックやボイドの発生を抑制でき、信頼性の
高い薄膜トランジスタを実現できる。さらに、陽極酸化
を行う際に、従来必要であった酸化しない領域を残すレ
ジストマスク工程を省くことができ、パターンエッジで
の絶縁破壊不良の発生を無くすとともに、マスク枚数を
削減し生産性の向上を図ることができる。

【００１１】また、ゲート電極の取り出し電極部と、フ
ィルムキャリヤに形成された駆動回路の接続用金属電極
との間に、導電性粒子を設け、導電性粒子はフィルムキ
ャリヤの接続用金属電極に押圧されてゲート電極の取り
出し電極部の表面のアルミニウム酸化膜を突き破ってゲ
ート電極の取り出し電極部に電気的接触したことによ
り、信頼性の高い電気的接続を可能にする。この場合、
導電性粒子の形状として、球状，凹凸を有した球状また
は多面体形状が適している。この構成を用いることによ
り、高歩留り，高性能，高信頼性の薄膜トランジスタ型
液晶表示装置を実現することができる。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の実施例について図面を参照
しながら説明する。図１（ａ）はこの発明の一実施例に
おける薄膜トランジスタ型液晶表示装置の薄膜トランジ
スタおよび画素部分の構成を示す断面図、図１（ｂ）は
同薄膜トランジスタのゲート電極の取り出し電極部の構
成を示す断面図である。図１において、８は透光性の絶
縁性基板、９はゲート電極、１０はゲート表面の酸化
膜、１１は層間絶縁膜、１２は半導体層、１３はオーミ
ックコンタクト層、１４は画素電極である透明電極、１
５はソース・ドレイン電極、１６は保護絶縁膜、１７は
導電性粒子、１８は駆動回路との接続用金属電極１９が
形成されたフィルムキャリヤである。

【００１３】この実施例では、透光性の絶縁性基板８と
して、コーニング社の７０５９ガラス基板を用いた。こ
の絶縁性基板８上に、ＤＣスパッタリング法により純粋
なアルミニウム薄膜を２５０〜５００ｎｍ形成した後、
ウェットエッチング法により所定のパターンにしてゲー
ト電極９を形成した。このとき、エッチング液にはリン
酸：硝酸：酢酸：水系のものを用いて行った。

【００１４】つぎに、従来では、後工程でコンタクトホ
ールを形成し電極取り出しを行う部分にレジストパター
ンを形成し、レジストパターンが形成されていない部分
の陽極酸化を行い膜厚１００〜２５０ｎｍのアルミニウ
ム酸化膜を形成するところであるが、この実施例では、
取り出し電極部上も陽極酸化を行い、ゲート電極９の全
面にアルミニウム酸化膜１０を１００〜２５０ｎｍの膜
厚で形成した。したがって、従来必要であったレジスト
パターン工程を削除できた。なお、陽極酸化に用いた電
解液は、１重量％のクエン酸水溶液とエチレングリコー
ルの容量比が３：７のものを用いた。

【００１５】つぎに、プラズマＣＶＤ法により基板温度
３５０℃で、層間絶縁膜１１として窒化シリコン膜を２
００〜３００ｎｍ、半導体層１２としてａ−Ｓｉ（アモ
ルファスシリコン）膜を５０〜２００ｎｍ、オーミック
コンタクト層１３としてｎ⁺型ａ−Ｓｉ膜を５０ｎｍの
厚みで連続的に成膜した。そして、半導体層１２とオー
ミックコンタクト層１３を、島状にパターン形成した。

【００１６】その後、ＤＣスパッタリング法によりＩＴ
Ｏ（インジウム錫酸化物）薄膜を１００ｎｍの膜厚で成
膜し、ウェットエッチング法により所定のパターンにし
て画素電極となる透明電極１４を形成した。引き続き、
ＤＣスパッタリング法によりＴｉ薄膜１５ａを１００ｎ
ｍ、アルミニウム薄膜１５ｂを３５０ｎｍの膜厚で連続
して成膜し、エッチングガスにＣｌ₂ ，ＢＣｌ₃ および
ＳＦ₆ の混合ガスを用いたドライエッチング法により選
択的にエッチングして所定のパターンのソース・ドレイ
ン電極１５を形成する。同時に、ゲート取り出し電極部
の上に成膜されているアモルファスシリコンからなる半
導体層１２とオーミックコンタクト層１３をエッチング
しておく。

【００１７】最後に、プラズマＣＶＤ法により全面に窒
化シリコン膜を２００ｎｍの膜厚で成膜し、透明電極１
４の一部の面上の窒化シリコン膜と、ゲート電極９とソ
ース電極のそれぞれの取り出し電極部の一部の面上の窒
化シリコン膜とをドライエッチング法により除去して、
窒化シリコン膜からなる保護絶縁膜１６を形成する。し
たがって、ゲート取り出し電極部には、絶縁性基板８の
上にゲート電極９が形成され、さらに陽極酸化により形
成されたアルミニウム酸化膜１０が薄膜状態で残ってい
る。一方、ソース取り出し電極部には、アルミニウム薄
膜が表面に現れている。

【００１８】このようにして、薄膜トランジスタをマト
リクス状に整列させた薄膜トランジスタアレイ基板を製
作し、さらに液晶表示装置を製造するために、薄膜トラ
ンジスタアレイ基板上に形成されたゲート電極９の取り
出し電極部は、図１（ｂ）に示すように、導電性粒子１
７を介してフィルムキャリヤ１８に形成された駆動回路
との接続用金属電極１９と接続している。この際、ゲー
ト電極９に、導電性粒子１７を介してフィルムキャリヤ
１８を圧接することにより、導電性粒子１７がアルミニ
ウム酸化膜１０を突き破り、良好な電気的接続が得られ
る。

【００１９】従来、アルミニウムをゲート電極に用いる
場合の問題は、ひとつはヒロックの発生、もうひとつは
ゲート取り出し電極部のコンタクト抵抗の悪化であっ
た。従来、ヒロックについては、Ｓｉを不純物元素とし
て添加することによりグレインの成長を抑制し、ヒロッ
クの発生を抑えることが半導体分野では行われている。
ところが、Ｓｉの添加はヒロックを抑制できてもコンタ
クト抵抗の改善には効果がなく、ヒロックとコンタクト
抵抗の両方を同時に改善でき、かつ陽極酸化膜の特性に
影響を及ぼさない添加物としての金属を見いださねばな
らなかった。

【００２０】この実施例によれば、ゲート電極９の全面
を陽極酸化により形成されたアルミニウム酸化膜１０で
被覆しているため、後工程での加熱工程等によるヒロッ
クやボイドの発生を抑制でき、信頼性の高い薄膜トラン
ジスタを実現できる。さらに、陽極酸化を行う際に、従
来必要であった酸化しない領域を残すレジストマスク工
程を省くことができ、パターンエッジでの絶縁破壊不良
の発生を無くすとともに、マスク枚数を削減し生産性の
向上を図ることができる。また、ヒロックやボイドの発
生は考慮しなくてよいため、純粋なアルミニウム金属薄
膜をゲート電極９の材料に用いることが可能となった。

【００２１】一方、駆動回路との電気的接続構造の問題
であるが、下地に柔らかい金属のアルミニウムがある場
合には、その表面に薄いアルミニウム酸化膜が存在して
もその酸化膜を突き破って下地のアルミニウムが現れれ
ば良好な電気的接続が可能となることを見い出した。そ
こでこの実施例では、表面に薄いアルミニウム酸化膜１
０の形成されたゲート電極９に、導電性粒子１７を介し
て駆動回路との接続用金属電極１９が形成されたフィル
ムキャリヤ１８を圧接することにより、導電性粒子１７
がアルミニウム酸化膜１０を突き破り、良好な電気的接
続を可能にした。ここで用いる導電性粒子１７の形状と
材料を次に示す。形状としては、球状、お菓子のコンペ
ートーのような凹凸を有した球状、多角形の集合である
多面体構造が適していた。材料としては、ニッケル、ニ
ッケルクロム合金、白金、タンタル、タングステン、チ
タンが適していた。また、アルミナ磁器の表面を金属皮
膜で覆った粒子でも良好な結果を得た。さらに、陽極酸
化によって形成されたアルミニウム酸化膜１０より硬い
導電性粒子１７であれば同様の結果が得られる。

【００２２】なお、ゲート電極９の陽極酸化を行う際
に、二価アルコール（実施例ではエチレングリコールを
用いた）を主溶媒とする電解液を用いると絶縁耐圧の優
れた陽極酸化膜（アルミニウム酸化膜１０）を得ること
ができる。従来、二価アルコールの量は、陽極酸化を行
う際に酸化しない領域を残すために形成するレジストパ
ターンにダメージを与えていた。このダメージは、二種
類有る。ひとつは、レジストの密着性を低下させ陽極酸
化中にレジストが完全に剥離してしまうことであり、も
うひとつは、完全に剥離することはないが陽極酸化中に
レジストのパターンエッジでの密着性がわずかに低下す
ることにより陽極酸化金属であるアルミニウムが溶解し
断線してしまうことである。前者は二価アルコールの量
が低含有領域で発生し、後者は高含有領域で起こる。そ
のために、最適含有量を見いださねばならなかった。と
ころが、この実施例では、レジストを塗布せずに、ゲー
ト電極９を全面陽極酸化することにより、上記のような
不良は一切発生しないので、二価アルコールと弱酸の混
合比には依存せず、絶縁耐圧のみ考慮して電解液を調合
することができた。また、アルミニウム酸化膜１０を膜
厚２００ｎｍ以上で形成することも容易であった。

【００２３】また、ゲート電極９の材料として、アルミ
ニウム以外に、タンタル酸やシリコンを添加したアルミ
ニウム合金に対してもこの発明が適用できることを確認
した。さらに、アルミニウム膜の上にタンタル酸化物が
被覆された場合でもこの発明が適用できることを確認し
た。また、この発明の効果は実施例に記述したトランジ
スタ構造に限定されることはない。

【００２４】さらに、この実施例では画素電極である透
明電極１４を半導体層１２の形成後に形成したが、これ
に限定されることなく、透明電極１４をゲート電極９の
下部層として形成する構造とした場合でも同様の効果が
得られた。この場合の薄膜トランジスタおよび画素部分
の構成を示す断面を図２（ａ）に示し、同薄膜トランジ
スタのゲート電極の取り出し電極部の構成を示す断面を
図２（ｂ）に示す。このときは、図２（ａ）に示すよう
に、ゲート電極９として設けたアルミニウム金属と透明
電極１４として設けたＩＴＯ薄膜との界面に、酸化シリ
コン膜２０を１００ｎｍ程度形成してゲート電極パター
ニング工程での不良の発生を防ぎ、さらに透明電極１４
とドレイン電極１５とを接続するためのコンタクトホー
ル２１を形成する窓開け工程を、ソース・ドレイン電極
形成工程の前に行った。この窓開け工程の際に、図２
（ｂ）に示すように、外部回路との接続のためのゲート
電極９の取り出し電極部上の層間絶縁膜１１である窒化
シリコン層も除去した。さらに保護絶縁膜１６を成膜し
た後、取り出し電極部の上の膜をエッチングにより除去
した。このとき、透明電極１４の上にある保護絶縁膜１
６・層間絶縁膜１１・酸化シリコン膜２０を除去するこ
ともできた。

【００２５】また、図示しないが、半導体層の上に窒化
シリコン膜を連続成膜し島状に形成した後に、オーミッ
クコンタクト層であるｎ型アモルファスシリコン膜を成
膜し、トランジスタのチャンネル部の構造を形成する場
合においても本発明を適用できた。また、この発明は、
薄膜トランジスタを用いた他の電子デバイスにも応用で
きることはいうまでもない。

【００２６】

【発明の効果】この発明によれば、ゲート電極がアルミ
ニウムを主成分とする薄膜からなり、取り出し電極部を
含むゲート電極の全表面を陽極酸化によるアルミニウム
酸化膜で覆ったことにより、アルミニウム金属の異常成
長であるヒロックやボイドの発生を抑制でき、信頼性の
高い薄膜トランジスタを実現できる。さらに、陽極酸化
を行う際に、従来必要であった酸化しない領域を残すレ
ジストマスク工程を省くことができ、パターンエッジで
の絶縁破壊不良の発生を無くすとともに、マスク枚数を
削減し生産性の向上を図ることができる。

【００２７】また、ゲート電極の取り出し電極部と、フ
ィルムキャリヤに形成された駆動回路の接続用金属電極
との間に、導電性粒子を設け、導電性粒子はフィルムキ
ャリヤの接続用金属電極に押圧されてゲート電極の取り
出し電極部の表面のアルミニウム酸化膜を突き破ってゲ
ート電極の取り出し電極部に電気的接触したことによ
り、信頼性の高い電気的接続を可能にする。この場合、
導電性粒子の形状として、球状，凹凸を有した球状また
は多面体形状が適している。この構成を用いることによ
り、高歩留り，高性能，高信頼性の薄膜トランジスタ型
液晶表示装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）はこの発明の一実施例における薄膜トラ
ンジスタ型液晶表示装置の薄膜トランジスタおよび画素
部分の構成を示す断面図、（ｂ）は同薄膜トランジスタ
のゲート電極の取り出し電極部の構成を示す断面図であ
る。

【図２】（ａ）はこの発明の他の実施例における薄膜ト
ランジスタ型液晶表示装置の薄膜トランジスタおよび画
素部分の構成を示す断面図、（ｂ）は同薄膜トランジス
タのゲート電極の取り出し電極部の構成を示す断面図で
ある。

【図３】従来の薄膜トランジスタ型液晶表示装置に用い
られている薄膜トランジスタのゲート電極の取り出し電
極部の構成を示す図である。

【符号の説明】

８透光性の絶縁性基板９ゲート電極１０アルミニウム酸化膜１１層間絶縁膜１２半導体層１３オーミックコンタクト層１４透明電極１５ソース・ドレイン電極１６保護絶縁膜１７導電性粒子１８フィルムキャリヤ１９駆動回路との接続用金属電極２０酸化シリコン膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成したゲート電極と、このゲ
ート電極上に絶縁膜を介して形成したソース・ドレイン
電極とを備えた薄膜トランジスタであって、前記ゲート電極はアルミニウムを主成分とする薄膜から
なり、駆動回路と接続するための取り出し電極部を含む
前記ゲート電極の全表面を陽極酸化によるアルミニウム
酸化膜で覆ったことを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項２】請求項１記載の薄膜トランジスタのゲー
ト電極の取り出し電極部と、フィルムキャリヤに形成さ
れた駆動回路の接続用金属電極との間に、導電性粒子を
設け、前記導電性粒子は前記フィルムキャリヤの接続用
金属電極に押圧されて前記ゲート電極の取り出し電極部
の表面のアルミニウム酸化膜を突き破って前記ゲート電
極の取り出し電極部に電気的接触したことを特徴とする
薄膜トランジスタの電気的接続構造。
【請求項３】導電性粒子の形状を、球状，凹凸を有し
た球状または多面体形状とした請求項２記載の薄膜トラ
ンジスタの電気的接続構造。
【請求項４】請求項２または３記載の薄膜トランジス
タの電気的接続構造を用いて作製したことを特徴とする
薄膜トランジスタ型液晶表示装置。