JPS615577A - 薄膜半導体装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 ・本発明は能動素子を用いで液晶を駆動する、いわゆる
アクティブ・マトリクスパネル等に用いられる半導体装
置に関するもので、特に透過形の液晶表示に適した構造
に関するものである。　　　・〔発明の背景〕 近年、絶縁性基板上に薄膜トランジスタ（以下ＴＰＴと
略す）を形成し、これを用いて各画素に印加−される電
圧を制御して平面形ディスプレイを実現する、いわゆる
・アクティブマトリクスパネルに関す一研究が活発に行
なわれている。この時、表示電極として酸化インジウム
（Ｉ　ｎｇｏ’ｓ）　ｅ酸化スズ（Ｓｎｏｗ）’、イン
ジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）等の透明電極を用い、対向
する透明電極との間に液晶を封入する事により透過形の
液晶表示装置を実現できる。

第１図にこのようなアクティブマトリクスパネルの全体
構造を示す、１はＴＰＴ、２は信号伝達用の配線（以下
信号線と呼ぶ）、３はＴＰＴのゲートを制御するための
配線（以下制御線と呼ぶ）を表わす、第２図・（ａ）に
は従来のパネルの画素部分の平面図を、同ＷＩ（ｂ）に
はそのＡ−Ａ’断面図を示す。ここで半導体としては非
晶質シリコンを用いているが、多結晶シリコン、セレン
化力ドミウム等を用いる場合もある。

簡単にＴＰＴの作製方法を説明する。、まず、ガラス基
板４上にゲート電極５及び制御線３を形成する。次にゲ
ー°ト絶縁蒙６．非晶質シリコンｉ層７、非晶質シリコ
ンｎ層８を堆積し、島状に加工する。透明電極９２層間
絶縁膜１０を形成した後、ソース・ドレイン電極１１並
びに信号線２を形成する。次にソース・ドレイン電極を
マスクとしてゲート電極５部のｎ層８をエツチングする
。この後、パッシベーション膜１２と遮光層１３（簡単
のため第２図（ａ）では省略した）を形成する６以下述
べた作製方法は一例であり、多くの分法が考案でれてい
る。また、ここではゲートが最下部となる構造のＴＰＴ
を示したが、まったく順序が逆の場合も考えられる。し
かしながら、上記の堆。

積順序であればゲート絶縁膜６，１層７．ｎ層８を同一
真空装置内で堆積でき、界面の砕染をさけ・る事ができ
る。逆の順序ではｎ層と１層の堆積の間に、一度真空を
破る事が避けられない、また、ｎ層を設けるのはソース
からの電子の注入を容易にするためである。

ゲート電極及び制御線としてはガラスとの接着性が良く
、低抵抗なものとしてＣｒ、Ｍｏ、Ｔａ等が用いられる
。ゲート絶縁膜２層間絶縁膜としでは非晶質・シリコン
と同様、プラズマＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａＱＶａｐｏｒ
　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で堆積できる窒化シリコン
（ＳｉａＮ４）膜、二酸化シリコン膜（Ｓｉ（）ａ）が
広く用いられている。上部の電極。

配線にはＣｒ　、　Ａ　４１　、−’Ｍ　ｏあるいはこ
れらの多層金属が用いられるが、ＡＱは加熱によって非
晶質シリコンと反応し、特性を劣化させるため、あ′ま
り好ましくない。パッシベーション膜としては無機物・
有機物各種の物質が使われる。

遮光層１３を設けるのは外部からの光で非晶質シリコン
中にキャリアが生成され、オフ抵抗が小さくなるのを防
ぐためであり、非晶質シリコンに限らず光導電性を有す
る半導体を用いる場合には不可欠のものである。下側（
ガラス側）からの光に対してはゲート電極５で遮へいし
ている。　　　　　　　　　（以上のようにしてＴＰＴ
を作製した場合、非晶質シリコンの電子の移動度が０．
１〜Ｏ，’５ｃｍ″／ｖ”ｓ程度と／ｈさいので、ＴＰ
Ｔのオン抵抗を小さくするためにはゲート絶縁膜を・薄
くする、ゲート電圧を高くする、チャネル帽Ｗとチャネ
ル長りの比Ｗ／’Ｌを大きくするなどの対策を必要とす
る。

このうちゲート絶縁膜はたかだか２０００人程度にしか
薄くできず、ゲート電圧も周辺回路との兼合い、ゲート
耐圧で制限されている。このため、Ｗ／Ｌを、大きくせ
ざるを得ないが、これは画素部の透明電極部分の面積、
いいかえると開口率を小さくする事になり、透過形パネ
ルではコントラスト・−輝度を低下させる。

また、下側からの光に対する遮へいに、ついて考えると
、遮光を完全なものとするためにはゲート電極５をチャ
ネル部に比べて長く・する事、即ちゲ。

−ト電極５とソース・ドレイン電極１１の重なりを大き
くする必要がある。゛しかじ、この電極の重なりが大き
くなると、ゲート−ソース間（ドレイン間）の静電容量
が大きくなり、ゲート電圧が表示電極側にもれこむ事に
なり、好ましくない。実際にはこの両者の兼合いで重な
り部の長さを決めていた。

〔発明の目的〕

本発明の目的はアクティブマトリクスパネル等において
特性の劣化をひきおこさずに、遮光を行なうと共に、開
口率を増加させうる薄膜半導体装置を提供する事にある
。

【発明の概要〕　。

遮光をより完全なものとするためには、ゲート電極５の
下に何らかの遮光層を設けてやればよい。

しかし、単にこれだけでは工程数の増加につながり、好
ましくない。そこで本発明においてはこの遮光層を信号
線ないし、制御線で兼ねる。このようにすればＴＰＴの
しめる部分を配線上に持ってこられるので、開口率が増
加する。

下に遮光層を設ける事により、ゲート電極とソース・ド
レイン電極の重なり部分の面積を小さくしても斜め入射
光の影響をほとんど受ける事がなくなる、。また、従来
の構造ではゲート電極として金属しか用いる事ができな
かったが、透光性の材料も用いる事ができるようになる
。

制御線２で遮光した場合には（第３図）、ゲート電極５
が大きくなった事とほぼ同じ状況になるため、遮光層と
ゲート電極の間の絶縁膜１４の膜厚と材質は、この遮光
層とソース・ドレインとで形成される静電容量の値が液
晶の一画素の容量に比して十分小さくなるよう選ばねば
ならない。最悪でも１７１０以下、望ましくは１／１０
０以下となるようにする必要がある。

なお、この図では、制御線３はソース電極１１と接触し
ていないが、半導体層が上にない部分で、絶縁膜１４の
コンタクト孔を通して接触している。

また、信号線３で遮光した場合（第４図）には遮光層と
ゲート電極５の間の静電容量が同じように液晶の一画素
の容量に比して十分小さくなければならない。

第４図の場合を例にこのとき必要となる絶縁膜１４の厚
さを試算してみる。液晶の一画素の容量を１ｐＦ、、ゲ
ート電極を長さ２０ｔｔｍ、＠３００μｍ、絶縁膜の比
誘電率を４とすると、こめ容量が液晶の容量の１／１０
０となるためには絶縁膜の膜厚は約２０μｍ以上を必要
とする。このように比較的厚い膜厚の絶縁膜としては有
機樹脂が利用できる１代表例としてはエポキシ樹脂、ア
クリル樹脂、ポリスチレン樹脂、フェノール樹脂、ポリ
イミド樹脂等がある。

これらの有機樹脂膜は一般にスピンコードなとの方法で
形成でき、膜の強化のためにあらかじめ架橋剤を添加し
て樹脂液をコートして膜としだ後適当に熱処理して架橋
することもできる０例えばエポキシ樹脂ではアミン系や
有機酸無水物やｔドロキシベンゾフェノン系あるいは低
分子量のフェノール樹脂等が架橋剤として有効である。

上に挙げた有機樹脂は電気的な絶縁性にすぐれている。

ただし、この後における処理工程における温度の上昇、
を考えるとポリイミド系、が最も有効である。これには
例えばポリイミドイソインドロキナゾリンジオン（日立
化成社製ＰＩＱ）等かある。　　　　　　　　　　　　
　　　　　　、　　　　　　　１ここでは信号線で遮光
する事について検討したため、絶縁膜の膜厚とし゛でか
なり厚いものを必要と′したが、制御線で遮光した場合
にはソース・ドレイン電極□との重なり部分の面積が上
の例はど大きくないので、必要な膜厚も数分の１となり
、無機材料も使う事ができる。たとえばｇ　１ａＮ４゜
５ｉＯｚ、５ｉＯＮ、Ｓｉｎ、ＳＯＧ’（Ｘピン　オン
グラス）などがあげられる。Ｓ　ｉｉ　Ｎ　４．−　Ｓ
　ｉ　ＯＮはプラズスＣＶＤ法で、Ｓ　ｉ　Ｏ４はスパ
ッタリング。

ＳｉＯは蒸着、ＳＯＧはスピンコードで形成できる。

これらの材料は透明のものや、不透明なものがあるが、
不透明な場合には第３図及び第４図のように表示電極の
Ｆには存在しないようにすれば良い。透明な場合にはほ
ぼ全面にわたって残してもかまねない。

また、これらの絶縁膜は制御線３と信号線２の間の絶縁
に用いる事ができる。

さらに以上述べてきたようにボ質的に本構造は一絶縁膜
上のＴＦＴの構造、材質にはよらないものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面により説明する。

実施例１　　　　　　　　　　　　′ ここでは信号線で遮光した場合の例を第５図“により述
べる。同ＣＬ（ａ’）は画素部の平面図、（ｂ）は図（
ａ）のＢ−Ｂ’線断面図である。　・ガラス基板１５の
上にｃ′ｒ配線１６（遮光を兼ねる）を例えばＡｒガス
を雰囲気とするスパッタリングにより膜厚０．３μｍに
形成する。その上にＰＩＱをもうスピンコードにより２
０μｍ厚に形成する。３５０℃で配素雰囲気中で加熱処
理゛（キュア）した後、通′常のホトエツチング工程で
加工する。エツチング液にはとドラジンとエチレンジ゛
アミン゛の混合液を用いる。この後゛・再び３５０”Ｃ
で酸素雰囲気中で加熱゛処理する。このヱ゛程で浸され
た金属の表面を軽°くエツチング（たとえばスルファミ
ン酸を用いる）した後、ゲート電極１８及゛び制御線３
０としてＣｒを先と同様にして例え・ば０．３　　μｍ
厚に形成する。次にｘｒｏ＆’スパッタリン′グにより
０，５　μｍ（７）厚さに堆積する。゛スパッタ用ター
ゲットとしてはＳ　ｎ　Ｏｚを５ｍｏＪ２％含有したＩ
ｎ２０ａ焼結体を用い、Ａｒガス雰囲気中ＩＸ　１０−
”Ｔｏｒｒの圧力下で堆積した。エツチング液としてＨ
ＣＱ　　ＨＮ　０３Ｈ４０系を用いてエツチングし表示
電極１９とした後、ゲート絶縁膜として５ｉａＮ嘔２０
．非晶質シリコンｉ層２１．ｎ層２２を堆積する。堆積
にはプラズマＣＶＤ法を用いた。　Ｓ　ｉａＮ鴫２，０
の堆積時には基板温度３２０℃、ガス圧力０　、４　Ｔ
ｏｒｒで、Ｎ２ベース２０“％希釈のＳ　ｉ　’Ｈ”４
ガスを３７ｇｃｃｍ、　ＮＨａガスを１５ｓｃｃｍ。

Ｎ２ガスを７５ｓｅｃｍ流して反応させ、ｉ層堆積時に
は基板温度２３０℃、ガス圧力１　、　ＯＴｏｒｒでＨ
２ベース１０％のＳ　ｉ　Ｈ４ガスを流して反応させ、
ｎ層堆積時にはＰＨ，ガスをＳｉＨ＊ガスに対して混合
（混合比Ｐ　Ｈａ　’／　Ｓ　ｉ　Ｈ４≧０．５体積％
）したガスを流して反応させた。膜厚はたとえばおのお
の０．３・μｍ、０．４μｍ、０．０２μ°ｍである。

ＣＦ　４ガスを用いたエツチングでこの３層膜を加、工
した後、上部金属となるＣｒ２３　（０，１μｍ）とＡ
Ｑ２４　（１μｍ）を真空蒸着法で堆積する。

Ｃｒをｎ層との間にはさんだのはＡＱ２４と非晶質シリ
コン２２間の反応を防止するためである。

Ｃｒは硝酸第２セリウムアンモン水溶液を用い、ＡＱは
リン酸系のエツチング液を用い、加工する。

この時、先に形成した信号線１６とソース電極２５が接
触し、ドレイン電極２６がＩＴＯ透明電極１９と接触す
る。全面にパッシベーション膜２７としてＳ　ｉ　３　
Ｎ４膜を先と同様にプラズマＣＶＤ法で２μｍ堆積し、
パネルの端子部をとりだせるように加工する。次にチャ
ネル上部にＡΩを１μｍ蒸着により形成し、遮光膜２８
とする。

上では配線１６．ゲート電極１８．ソース・・ドレイン
電極の下層部２３にＣｒを用いたが、特に同材質とする
必要はない。選択エツチング可能な材料同志を使う方が
パターン設計は楽になる５本例では第２図の場合と異な
り、透明電極１９を絶縁膜で覆っていないが、覆っても
かまわない０本例ではＣｒとＩＴＯが選択エツチング可
能であるため、このような構造としたものである。

またＴＰＴ部分と透明電極の形成順序は上述の・例と逆
であっても良い。

実施例２ ここでは制御線を遮光膜とした例を第６図により説明す
る。同図（ａ）は画素部平面図、同図（ｂ）は（ａ）図
のｃ−ｃ’線断面図である。第５図とほとんど同じであ
るが、信号線と制御線が入れかわっている点が異なる。

また、ここでは制御線とゲート電極間の絶縁膜２９にス
パッタリングにより堆積したＳ　ｉ　Ｏ＊膜を用いた。

膜厚は２μｍである。エツチング液には弗酸系エツチン
グ液を用いた。制御線３０・とゲート電極１８はコンタ
クト孔３１を介して接触している。

〔発明の効果〕

本発明によればより遮光が完全でしかも開口率の大きな
透過形液晶表示装置用アクティブマトリクスパネル等の
薄膜半導体装置を得る事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はアクティブマトリクスパネルの構成を示した図
、第２図は従来の画素部分の平面図、及び断面図、第３
図、第４図は本発明による画素の断面図、第５図、第６
図は本発明の実施例を示す平面図及び断面図である。 １・・・ＴＦＴ、２，１６・・・信号線、３，３０・・
・制御線、４，１５・・ニガラス基板、５，１８・・・
ゲート電極、７，２１・・・非晶質シリコン１層、６，
２０・・・ゲート絶縁膜（窒化シリコン）、８．２２・
・・非晶質シリコンｎ層、１１，２５，２６・・・ソー
ス・ドレイン電極、９，１９・・・透明電極（表示電極
）、１２．２７・・・パッシベーション膜、１３．２８
・・・ダ　１　図 ￥Ｊ　２　図 第　３　図 石　５　図 （６Ｌ） 第　　乙　　図 （久）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁性透明基板上に少なくとも複数の信号伝達用配
   線とこれと直交する制御用配線と、これらの各交点に表
   示用電極への信号を制御する薄膜トランジスタを持つ、
   薄膜半導体装置において、該薄膜トランジスタの基板裏
   面からの光に対する遮ヘいを絶縁物を介した該信号伝達
   用配線もしくは制御用配線をもつて行なつた事を特徴と
   する薄膜半導体装置。 ２、上記薄膜トランジスタの能動部分の半導体がＳｉを
   主体とし、少なくとも水素または弗素を含む非晶質半導
   体である事を特徴とする特許請求範囲第１項記載の薄膜
   半導体装置。