JPS60183770A - 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】 本発明は薄膜トランジスタ（ＴＰＴ）に関するものであ
り、特に表示材料として液晶を用いた液晶表示装置用に
適したＴＰＴに関するものである。

近年、液晶表示素子は低電圧駆動、低電力消費、薄型小
型の為に電卓、ウォッチ、クロック等のパーソナル民生
機器のディスプレイとして多く使われる様になった。

又更に、コンピューターの端末等に要求される高密度の
表示にはＸＹドツトマトリックスタイプの表示が液晶の
改善により実現化し、デユーティ比は１　／１００に進
達している。このマルチプレックス法は価格的に有利で
有望視されているが、視角やコントラスト中間調表示の
点で難点があり、より高密度で見易い表示や、ビデオ表
示を得る為には一画素ごとにＴＰＴ等のスイッチング素
子を内蔵したアクティブマトリツクス基板を用いること
が必要となる。

ＴＰＴの半導体としては、近年の研究ではアモルファス
シリコン（ａ−ｅｌと略す）が最も多く、その他ポリシ
リコン（ｐ−ｓｔと略す）や、Ｔｅ。

０１８ｅ等を使った物等多くの研究がなされている。

従来の液晶表示装置の駆動用ＴＰＴの構造の断百図を第
１図に、平面図を第２図に示す。

第１図及び第２図中の（１）はガラス、セラミックス、
金属等の基板であり、（２）はゲート電極兼用ゲートバ
ス、（８）は絶縁膜、（２）はａ−８ｉ　、　Ｐ−Ｅｌ
ｉ。

Ｔｅ、　０（ｉｓ＠１等の半導体層、（６）はノースバ
ス、（荀はソース電極、（至）はドレイン電極、（８）
はパッシベーション膜、＠）はコンタクトホール、（１
０１は表示用電極、０１）は液晶配向膜である。

この場合、簡単なトランジスター構造を示したが、半導
体の膜の性質やトランジスタ形状によっては、半導体層
（荀とソース電極（荀、ドレイン電極（至）の間にオー
ミック性を改善するｎ”ａ−８１等の膜が挿入されたり
、パッシベーション膜（６）の上に遮光用の膜が配され
たり、絶縁膜（８）の下に蓄積容量作成用の電導膜が配
されたりする事もある。このアクティブマトリックス基
板の表面をラビング等により配向処理を行った後、透明
電導膜と配向処理された配向膜を有する表電極とを適当
なギャップを持たせて周辺シールを行い、このセルに液
晶を注入してアクティブマトリックス型液晶表示装置を
完成させる。

このアクティブマトリックス型液晶表示装置を用いて表
示を行う場合、ソース電極に表示信号を、ゲート電極に
選択信号を加える事によりトランジスターをＯＮ、　Ｏ
ＦＦ　してドレイン電極に接続された液晶を点滅させ、
視角の広い表示を得る事ができる。

この基板α）は透過型として用いる場合には透明とされ
るが、反射型の場合には不透明であってもよく、必要に
応じて′、５ｉＯｓ＋、　Ａｌｔｏｓ等の絶縁性を向上
させるアンダーコート、カラー印刷層、反射層、印刷偏
光層等を形成してもよい。

各電極及びバス（２）＃　（６）Ｉ　（６）、　（ηは
、Ａ：Ｌ、　Ｏｒ等の導電膜でよく、絶縁膜（８）は、
Ｂ１Ｏｘ、　５ｉＯＮ。

ＳｉＮｘ、　ＡＩｔｏｓ等の絶縁膜でよ（、パッシベー
ション膜（６）は、ＳｉＯｘ、　８１ＯＮ、　ＡｌｚＯ
ａ等の無機物やポリイミド等の有機物等の膜でよく、配
向膜（１υは、８１０ｚ、　ＡＩｔｏｓ等の無機物質、
ポリイミド。

ポリアミド等の有機物質を用い斜方蒸着、ラビング、垂
直配向剤処理等を施したものでよく、表示用電極θ０）
は、ＩｎｚＱｓ−８ｎｏ２．　ＢｎＯｇ、　Ａｕ等の透
明電極であってもよく、又、　Ａｍ、　Ｏｒ、等の反射
性電極であってもよい。

さらにこの外、遮光膜、カラーフィルター、コンデンサ
等を形成したり、シフトレジスター等の駆動回路系も同
一基板の上に形成することもできる。

一方、チャンネルを形成する半導体層にａ−８ｉを用い
たＴＦ’Ｔにおいては、ソース電極（６）、ドレイン電
極（？）としては、ａ−８１とのオーム性接触もしくは
準オーム性接触を得る材料として、Ａ１が広く用〜・ら
れている。

一般に不純物を添加しない水素化された非晶質シリコン
（ｎ−ａ−８ｉと略す）（→とＡ１（６）の接合は、シ
ョットキー障壁を形成して整流性を有するが、この障壁
は２００℃程度の熱処理により逆方向リーク電流が大巾
に増加するため、熱処理後にはソース部分及びドレイン
部分の接触は準オーム性接触として扱うことが可能とな
る。しかしながら、上記の方法でソース及びドレイン部
分の準オーム性接触をとった薄膜トランジスタのトラン
ジスタ特性は、第３図（ａ）に示すようにＮチャンネル
動作のみならずＰチャンネル動作も顕著となる。このた
め、第３図（ｂ）に示すように通常Ｎチャンネルそ一ド
で使用した場合のトランジスタのドレイン電流とドレイ
ン電圧との相関曲線をみると、ゲート電圧が０ボルトの
時のトランジスタのオフ電流は、ドレイン電圧が高くな
ると、Ｐチャンネルモードからの電流が重畳されるため
に急激に増加を始める。このオフ電流が増加を始める時
のドレイン電圧の値はソース及びドレイン電極形成以後
の熱処理温度と時間に依存しており、温度が高い程、又
、時間が長い程、低電圧化する。トランジスタのオフ電
流の増加は液晶駆動の際の表示電荷の保持性能を劣化さ
せる原因となる。そこで最近では、ｎ７ａ−８ｉ　（４
）とＡｌ　（６）　＋　（ｒ）の間にリン等のｎ型ドー
パントを添加した水素化非晶質シリコン層（ｎ＋ａ−８
ｉと略す）を挿入することでオーム性接触の改善とＰチ
ャンネル動作の抑制が行われている。しかしながら、ｎ
”ａ−８ｉ層を作るには、原料ガスの５ｉＨｓの他にＰ
Ｈｓのガスを添加する必要がある。ＰＨｓガスは小量で
あってもチャンバー内を汚染し、再びｎ−ａ−８ｉを同
一チャンバー内で製膜した場合、系内からの汚染により
高抵抗の膜を作る事が困難である。この様な場合には通
常ｎ”ａ−８ｉを製膜するチャンバーとｎ−ａ−８ｉを
製膜するチャンバーを別々にして製膜する様にしている
が、装置の価格がより高価になる上、”ａ−８ｉ　ｆｉ
ｒ：　バターニングする必要がある為、プロセス的にも
コスト高となり不利であった。

本発明は上記の問題点を解決すべくなされたものであり
、半導体層にａ−８ｉを用いたＴＰＴにおいて、前記Ｔ
ＰＴのソース電極及びドレイン電極の構造をａ−８ｉ、
高融点金属、アルミニウムの順に多層構造としたことを
特徴とするＴＰＴである。

本発明をより具体的に説明すると、ａ−８ｉとＡ１の間
にａ−８ｉとはショットキーバリアーを形成する高融点
金属の薄膜を形成し、適当な熱処理によりオーミック性
を確保しっつａ−８ｉ中へｆ）　大量ｃｏ　ＡＩの拡散
を抑制し、プロ゛セスの大幅な変更なしにＰチャンネル
動作を押える事を可能としたＴＦＴを提供するものであ
る。

以下に詳細を説明する。

本発明のアクティブマトリックス基板の代表例の平面図
を第４図に示す。第１図に示した従来のＴＰＴ構造と異
なる点はａ−８ｉ　（４）とソース電極（６）、ドレイ
ン電極（７）との間に高融点金属（１２）の薄膜が存在
する事であり、この構造のＴＦＴを作るには、ａ−８ｉ
のバターニングのすんだ基板上に真空蒸着機又はスパッ
ター装置で薄膜の高融点金属を形成後、引き続いてＡ１
等のソース電極、ドレイン電極を真空蒸着、スパッタ等
でコーティングする。次にノース電極及びドレイン電極
のパターンのレジストをフォトプロセスで残した後、Ａ
１等のソース電極及びドレイン電極をエツチングし、引
き続き高融点金属のエツチングをする事により形成出来
る。その後の工程は従来と全く同様にして完成させるこ
とができる。

以上の様に本発明の構造のＴＩＩ’Ｔを作る場合、同一
真空装置内で連続して膜形成が出来るし、バターニング
もエツチング液の交換だけで連続的に出来るので、大幅
なプロセス変更をせずに出来る為作業性がよく、コスト
アップ要因は少なく、かつ汚染による悪影響を生じにく
い。

本発明における高融点金属は、特に特定されるものでは
な（ａ−８１と接触した場合、ショットキーバリアーを
形成する金属であれば良く、中でも、Ｏｒ、　Ｔａ、　
Ｗ、　Ｎｉ、　Ｍｏ、　Ｐｔ群から選ばれる一以上の金
属を用いることが好ましい。高融点金属の膜厚は非常に
重要なポイントであり、１〜１００Ｘとすることが好ま
しく、薄膜過ぎる（ と容易にＡ１がａ−８ｉ中に拡散して・まうし、厚膜過
ぎるとＴＰＴ作成後の熱処理でもＡ１とａ−８ｉの接触
が不可能で、ａ−Ｂｉと高融点金属がショットキーバリ
アーを形成したままになり良好なトランジスター特性を
示さなくなる。

即ち、高融点金属の膜厚がＴＰＴ特性に重要な影響を与
えるものであり、高融点金属の膜厚が１〜１ｏｏＸの範
囲にある時、更に好ましくは１０〜４０Ｘの膜厚にした
ＴＰＴを形成後、適当な熱処理を加える事によりＡ１が
部分的に高融点金属を喰い破りａ−日１と接触する事が
でき、良好な特性を示すＴＩｒＴが得られる。この構造
にする事により、Ａｌの拡散は、高融点金属で抑制され
る為、Ｐチャンネルモードの電流立上りを生じなく、又
、ａ−８１とも部分的に接触している為にコンタクトも
確保されていることとなり、ＯＮ電流も多少少なめであ
るが確保出来る。

高融点金属の膜厚とＴＰＴ作成後の熱処理条件はトラン
ジスターの電気特性に微砂な影響な与えるので注意が必
要であり、金属の種類や膜厚によって熱処理条件を決定
する必要があるが、特に限定されるものではない。

この熱処理の条件は、一般的には２００〜３５０℃で１
０分間〜５時間程度であり、高融点金属の膜を一部アル
ミニウムが喰い破り、ａ−８ｉと接触することによりア
ルミニウムがａ−８１，中に拡散しうる条件を選択すれ
ばよい。

一例として、高融点金属として膜厚１０ＡのＯｒを用い
、その上に５ｏｏｏＸのＡ１をソース電極及びドレイン
電極として用いた場合、２５０℃１時間の熱処理を行っ
た。熱処理前には面積的に数チのオーダーのＡ１とａ−
８ｉとの反応と思われる点状パターンが認められていた
が、熱処理後は２０〜３０チオーダーに増加していた。

一方トランシスター特性は第５図の（ａ）、（１））の
実線で示すようにゲート電圧Ｏ，Ｖ時のオフ電流カーブ
にＰチャンネルモードに起因する電流の立上りは全く認
められず、一方、ゲート電圧１５７時のオン電流カーブ
は、Ｏｒ薄膜なしの場合に比べて２０チ少なめの値であ
った。ａ−８ｉで小型のＴＦ’ｒを作成し、液晶を駆動
するのに利用する場合、オン電流には余裕がある一方オ
フ電流が充分低くないと注入された電荷がトランジスタ
ーを通じて漏れる為オフ電流の立上りは好ましくない。

この点で先に述べた本発明で得られるＴＦＴは要求に合
った特性を保持する事が出来る上、工程的に大幅な変更
なしで出来る為極めて有効なものであり、利用価値は太
きいと言える。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のＴＰＴの断面図。 第２図は、従来のＴＰＴの平面図。 第３図（１）　、　（ｂ）は、従来のＴＦＴの特性図。 第４図は、本発明のＴＰＴの断面図。 第５図（ａ）　、　（ｔ））は、本発明のＴＰＴの特性
図。 ｌ・・・基板 ６・・・ソース電極 ７・・・ドレイン電極 １２・・・高融点金属 Ｔ　ｔ　Ｉｎ 才２　図 ２３川　（幻　、わ 才５　ル’（ｃｏ、Ｊ　＜ｊ〕

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 α）　半導体層にアモルファスシリコンを用いた薄膜ト
   ランジスタにおいて、前記薄膜トランジスタのソース電
   極及びドレイン電極の構造を、アモ／Ｌ／７アスシリコ
   ン、高融点金属、アルミニウムの順に多層構造としたこ
   とを特徴とする薄膜トランジスタ。 （２）高融点金属がアルーＩｌ：７アスシリコンと接触
   することにより、ショットキーバリアーを形成する金属
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の薄
   膜トランジスタ。 （８）　高融点金属の膜厚が１〜１００又の範囲にある
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の薄膜トラ
   ンジスタ。 （４）薄膜トランジスタ形成中又は形成後の熱処理によ
   り、部分的にアルミニウムをアモルファスシリコン中に
   拡散させたと・とを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の薄膜トランジスタ。