JPH04186880A - 薄膜トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents

薄膜トランジスタ及びその製造方法

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JPH04186880A
JPH04186880A JP2314160A JP31416090A JPH04186880A JP H04186880 A JPH04186880 A JP H04186880A JP 2314160 A JP2314160 A JP 2314160A JP 31416090 A JP31416090 A JP 31416090A JP H04186880 A JPH04186880 A JP H04186880A
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film
patterning
source
gate
depositing
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JP2314160A
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Masaru Takahata
勝 高畠
Yoshiaki Mikami
佳朗 三上
Keiji Nagae
慶治 長江
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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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】 [産業上の利用分野] 本発明は、薄膜トランジスタに係り、特に、高電圧を必
要とする液晶をアクティブマトリクス駆動するために用
いて好適な薄膜トランジスタ及びその製造方法に関する
[従来の技術〕 近年、偏光板を用いない液晶か普及し始めている。この
液晶は、60V〜80V程度の高電圧で駆動する必要が
あるために、前記液晶をアクティブマトリクス駆動する
場合には、高耐圧の薄膜トランジスタ(TPT)が必要
となる。
このような液晶をアクティブマトリクス駆動するために
使用可能な、高耐圧T P T (Thin F il
mT ransistor)に関する従来技術として、
例えば、[インターナショナル・エレクトロン・デバイ
ス・ミーティング・ダイジェスト87、第440頁〜第
443頁(IED:v187  DIGEST  pp
440−443)J等に記載された技術か知られている
第2図は従来技術による高耐圧TPTのデバイス構造を
示す断面図である。第2図において、1はゲート電極、
2.3はソース及びドレイン電極、4はオーミック層、
5は活性層(チャネル層)、6はゲート絶縁膜である。
図示従来技術によるTFTは、a−5i(真性非晶質)
膜により形成される活性層5の一方の面に5iN(窒化
シリコン)膜によるゲート絶縁膜6を介して、Cr等に
よるゲート電極]を設け、活性層5の他面にn+a−S
i膜によるオーミック層4を介して、Affによるソー
ス電極2及びドレイン電極3を設けて構成されている。
このように構成されるTPTにおいて、図中に示したL
l  は、TPTがオン状態時に、ゲート絶縁膜6と活
性層5との界面(SiN/i層界面)にキャリアか誘起
されるチャネル長であり、L2は、TPTがいかなる状
態の場合にも、SiN/1層界面にキャリアが誘起され
ない領域、すなわち、高抵抗部である。
そして、このTPTは、オン状態のとき、ドレイン・ソ
ース間電流IDSがL2領域の活性層5の横方向の抵抗
で制限され、オフ状態のときのIDSがL1領域及びL
2領域の横方向の抵抗の和により制限される。
[発明が解決しようとする課題] 前述したようなデバイス構造を持つ従来技術は、高抵抗
部となるL2 領域がホトリソグラフィ工程を用いて形
成されるので、その精度がプロセスルールにより制限さ
れる。そして、通常、前述した液晶を正常に駆動するに
は、前記L2 領域の長さは1μm〜2μm程度あれば
よい。しかし、前記の程度の長さを持ったL2 領域を
形成するためには、1μm〜2μmのプロセスルールか
要求され、この要求は、大面積のTPT−LCDを考慮
した場合、これを満たすことが極めて困難である、従っ
て、前記従来技術は、大面積のTF””−LCD全体に
渡って高精度にTPTを形成することかできないという
問題点を有している。
また、前記従来技術は、ホトリソグラフィ工程における
真性半導体層(活性層5)と外因性半導体層(オーミッ
ク層4)との選択比が低いという理由により、チャネル
層となる真性半導体層、すなわち、活性層5をある程度
以上に極めて薄く形成することができす、そのシート抵
抗を高くすることができないので、TPTかオフ状態の
場合におけるソース・ドレイン間のリーク電流を小さく
することが困難であり、オン・オフ比を高くとることが
できないという問題点を有している。
本発明の目的は、前述した従来技術の問題点を解決し、
高耐圧でオン・オフ比が大きく、かつ、小面積内に形成
することができ、TPT−LCDの表示部に用いて、表
示品質の優れた液晶表示を可能とする薄膜トランジスタ
及びその製造方法を提供することにある。
し課題を解決するための手段] 本発明によれば前記目的は、TPTの素子構造を、ドレ
イン・ソース間に挿入される高抵抗部(真性半導体層)
を縦方向に形成し、ドレイン・ソース間電流を縦方向に
流すような素子構造とすることにより達成される。
また、前記目的は、 (a)絶縁基板上にゲート電極を堆積しパターニングす
る工程、 (b)その後、ゲート絶縁膜、真性半導体膜(活性層)
を順次堆積し、真性半導体膜をパターニングする工程、 (c)その後、絶縁膜を堆積しパターニングする工程、 (d)その後、真性半導体膜、外因性半導体膜(オーミ
ック層)、ソース/ドレイン電極を順次堆積し、ソース
/ドレイン電極、外因性半導体膜、真性半導体膜を順次
パターニングする工程、を含むプロセスにより、TPT
を形成するよつにすることにより達成される。
[作 用] ソース・ドレイン間に挿入される高抵抗部(真性半導体
層)を、縦方向に形成することにより、ホトリソグラフ
ィ工程での、精度上の制約を受けることがなくなり、成
膜厚の制御のみで、所望の特性を持ったTPTを形成す
ることができる。成膜厚の制御は、数十オングストロー
ム単位で管理することができ、高抵抗部に必要な1μm
〜2μmの厚みを正確に制御することかできる。
また、プロセス加工時のホトリソグラフィ工程において
、真性半導体層と外因性半導体層とを選択的にパターニ
ングする必要かなくなり、絶縁膜と真性半導体膜との選
択的なパターニングを行えばよく、この場合、絶縁膜と
真性半導体膜との選択比か高いので、チャタ、ル層とな
る真性半導体膜厚を数百オングストローム程度の極薄膜
厚にする二とか可能である。
これにより、本発明は、60〜80〜′程度の電圧を要
するTPTを、前述したデバイス構造を用いて形成する
二とができ、TPTのオン時におけるドレイン・ソース
間電流■。、を大きく、かつ、TPTのオフ時における
IDSを小さく、すなわち、オン・オフ比を大きくする
ことかできる。
[実施例コ 以下、本発明による薄膜トランジスタ及びその製造方法
を図面により詳細に説明する。
第1図は本発明の第1の実施例によるTPTのデバイス
構造を示す断面図である。第1図において、7はa−S
i(真性非晶質シリコン)膜、8はSiN膜、9はカラ
ス基板であり、他の符号は第2図の場合と同一である。
本発明の第1の実施例によるTPTは、第1図に示すよ
うに、カラス基板9上に形成されたゲート電極1上に、
ゲート絶縁膜6、a−Si膜による活性層5、S ] 
”−膜8が順次積層じで設け1ツれ、SIN膜8の部分
で分離された、ソース・ドしイン間に縦方向に挿入され
る高抵抗部となるa−3】膜7及びn+a−Si膜によ
るオーミック層4かさらに設けられ、これらのn″a−
Si膜によるオーミック層4上にソース電極2及びドし
イン電極3が形成されて構成されている。
このような本発明の第1の実施例は、次のような製造工
程により形成される。
(a)カラス基板9上にCr等によるゲート電柵]を堆
積しパターニングする。
(b)その後、5iN(窒化シリコン)膜によるゲート
絶縁膜6、活性層5となるa−Si(真性非晶質シリコ
ン)膜を順次堆積し、a−Si膜をパターニングする。
(C)その後、SiN膜8を堆積しパターニングする。
(cl)その後、a−Si膜7、オーミック層4となる
n+a−Si(リンをドープしたa−Si)膜、ソース
電極2、ドレイン電極3となるA Q電極を順次堆積し
、AQ電極、n″a−Si膜、a−3】膜7を順次パタ
ーニングしてSiN膜8の部分まで除去し、ソース領域
とドレイン領域とを、ゲート電極1上で分離する。
前述した本発明の第1の実施例によるデバイス構造は、
ソース、ドレイン間に挿入される高抵抗層となるa−S
i膜7か、縦方向に形成されるので、ホトリソグラフィ
工程の制約を受けることなく、その成膜厚を数十オング
ストローム単位で管理することができるので、1μm〜
2μm程度の厚みを正確に制御することかできる。
また、プロセス加工工程のホトリソグラフィ工程におい
て、SiN膜8とa−Si膜による活性層5との選択比
が高いので、チャネル層となるa−Si膜(活性層5)
の厚みを数百オングストローム程度の極薄膜厚に形成す
ることかできる。
これにより、本発明の第1の実施例による丁FTは、オ
ン動作時のソース・ドレイン間電流か、ソース電極2及
びドレイン電極3の下部で縦方向に流れ、ゲート電極1
上のチャネル層となるa −31膜(活性層5)内を横
方向に流れることになり、オン抵抗が小さなものとなる
。また、二の活性層5は、極めて薄く形成されているの
で、オフ動作時のリーク電流を極めて小さくすることか
できる。
すなわち、前記本発明の第1の実施例は、60〜80V
程度の電圧を要するTPTを、前述したようなデバイス
構造に形成することにより、TPTのオン時におけるド
レイン・ソース間電流1,1、を大きく、かつ、TPT
のオフ時におけるIDSを小さくすることかできる。ま
た、ソース、ドレイン間に挿入される高抵抗層となるa
−Si膜7が、縦方向に形成されるので、1つの素子を
小さな面積の中に形成することができ、LCD内にこの
素子を形成した場合、画素面積を大きくとることが可能
となる。
第3図は本発明の第2の実施例によるTPTのデバイス
構造を示す断面図であり、図の符号は第1図の場合と同
一である。
この本発明の第2の実施例は、n″a−3]膜によるオ
ーミック層4を用いる二となく、a−3】膜7上に、ソ
ース電極2及びドレイン電極3をオーミック接触させて
構成した点で、前記本発明の第1の実施例と相違し、そ
の他の点では同一に構成されている。
この場合の素子の形成は、次のような工程により行われ
る。
(a)カラス基板9上にCrによるゲート電極]を堆積
しパターニングする。
(b)その後、SiN膜によるゲート絶縁膜6、a−S
i膜による活性層5を順次堆積し、二のa−Si膜をパ
ターニングする。
(C)その後、S 1N膜8を堆積しパターニングする
(d)その後、a−Si膜7、ソース電極2、ドレイン
電極3となるAR電極を順次堆積し、Aff電極、a−
Si膜7を順次パターニングしてS」N膜8の部分まで
除去し、ソース領域とドレイン領域とを、ゲート電接1
上で分離する。
前述した本発明の第2の実施例によるTPTは、L″ 
a  Si膜;二よるオーミック層4を用いていないの
で、プロセスか容易になり、また、第1図に示す本発明
の第1の実施例によるデバイス構造の場合と同一の理由
により、a−Si膜7の厚みを]μm〜2μm程度に正
確に形成する二とかでき、a−Si膜による活性層5の
厚みを数百オシゲストローム程度に形成することかでき
る。
従って、60〜80V程度の電圧を要する一i−FTを
、前記デバイス構造を用いて形成した場合、TPTのオ
ン時におけるドレイン・ソース間電流L)Sを大きく、
かつ、TPTのオフ時におけるIDsを小さくすること
ができる。
第4図は本発明の第3の実施例によるTPTのデバイス
構造を示す断面図であり、図の符号は第1図の場合と同
一である。
図示本発明の第3の実施例によるTPTは、前記第1図
により説明した本発明の第]の実施例において、ゲート
・ソース間の高抵抗層であるa−8】膜7を除去して構
成したものであり、二の場合にも、第1図の場合と同様
な効果を得ることかできる。なお、この実施例は、ゲー
ト・ドレイン間の高抵抗層であるa−Si膜7を除去し
て構成してもよい。
この場合の素子の形成は、次のような工程により行われ
る。
(a)ガラス基板9上にCr等によるゲート電極1を堆
積しパターニングを行う。
(b)その後、SiN膜によるゲート絶縁膜6、a−S
i膜による活性層5を順次堆積し、このa−Si膜をパ
ターニングする。
(C)その後、SiN膜8を堆積し、1回目のパターニ
ングを行う。
(d)その後、a−Si膜7を堆積し、パターニングし
て、ソース側またはドレイン側のa−Si膜7を除去す
る。
(e)その後、SiN膜8の2回目のパターニングを行
う。
(f)その後、n+a−Si膜によるオーミック層4、
ソース電極2及びドレイン電極3となるAQ電極を順次
堆積し、AQ電極、n″a−Si膜によるオーミック層
4を順次パターニングし、ソース領域とドレイン領域と
を、前述の実施例の場合と同様に、ゲート電極〕上で分
離する。
前記本発明の第3の実施例によるTFTのデバイス構造
は、ゲート・ドレイン間、あるいは、ゲート・ソース間
の片側にのみ、高抵抗層であるa−Si膜7か挿入され
ているので、TPTのオシ時におけるIDSを、前述の
第1、第2の実施例よりさらに大きくすることができる
。また、この実施例は、第1図に示した本発明の第1の
実施例の場合と同一の理由により、a−Si膜5の厚み
を数百オングストローム程度にすることができる。
従って、60〜80V程度の電圧を要するTPTを、前
記デバイス構造を用いて形成した場合、TPTのオン時
におけるIDSを大きく、かつ、TPTのオフ時におけ
るIpSを小さくすることかできる。
第5図は本発明の第4の実施例によるTPTのデバイス
構造を示す断面図であり、図の符号は第1図の場合と同
一である。
この本発明の第4の実施例は、ソース電極2及びドレイ
ン電極3をカラス基板9の面に、ゲート電極1を上層に
設けて、すなわち、前述した本発明の第1の実施例の層
構造を逆にして構成したものであり、この場合にも、他
の実施例の場合と同様な効果を得ることができる。
このように構成される本発明の第4の実施例によるTP
Tは、次のような工程により形成する二とができる。
(a)カラス基板9上にCr等によるソース電極2及び
ドレイン電極3となる電極、n+a−Si膜によるオー
ミック層4、a−Si膜7を順次堆積し、a−Si膜7
、n+a−Si膜4、Cr等による電極を順次パターニ
ングし、ゲート領域となる部分をガラス基板9の面まで
除去して、ソース領域とドレイン領域とを分離する。
(b)その後、SjN膜8を堆積し、パターニングする
(c)その後、a−Si膜による活性層5、S〕N膜6
を順次堆積し、SIN膜6、a−Si膜による活性層5
を順次パターニングする。
(d)その後、AQによるゲート電極1を堆積しパター
ニングする。
前記本発明の第4の実施例によるTPTのデバイス構造
は、ゲート電極1となるAQ電極が最上部に設けられる
ので、比較的厚く堆積することかでき、ゲート電極1の
シート抵抗を低くすることができる。
また、前述した本発明の第4の実施例は、第1図により
説明した実施例の場合と同一の理由により、a−Si膜
7の厚みを1μm〜2μm程度に、また、a−Si膜5
の厚みを数百オングストローム程度に正確に制御するこ
とができる。
従って、60〜80V程度の電圧を要するTPTを、前
記デバイス構造を用いて形成した場合、TPTのオン時
におけるIDSを大きく、かつ、TPTのオフ時におけ
るIDSを小さくする二とかできる。
第6図は前述した本発明の第〕〜第4の実施例のいずれ
か〕つをTPT−LCDに用いた場合のTPT−LCD
の全体構成を示すブロック図である。第6図において、
20は信号側駆動回路、21は走査側駆動回路、LCは
液晶による画素である。
図示TPT−LCDは、偏光板を用いない液晶表示装置
であり、通常、偏光板を用いない場合には、液晶の駆動
のために60V〜80Vの電圧を要するので、本発明に
よる丁FTを用いることにより、表示品質の良い画像を
得ることができる。
第7図は本発明によるTPTを、TPT−LCDに適用
した場合の、LCDの平面図、第8図は第7図のA−A
’ 断面図である。第7図、第8図において、10はI
T○膜、11は配向膜、12はカラーフィルター、13
はSjN膜、14は液晶であり、他の符号は第3図の場
合と同一である。
二のLCDは、第1図に示す本発明のTPTを液晶を駆
動するために使用したものであり、第7図に示すように
、マトリクス状に配置されるゲート電極1とソース電極
2との各交点に本発明によるTPTが形成され、ドレイ
ン3に、液晶14を駆動し各画素を形成するITO膜1
0が接続されて構成されている。
このような本発明によるTPTを用いたLCDは、マト
リクス状に配置されるゲート電極1とソース電極2とに
より囲まれて形成される各画素の全面積に占めるT、F
Tの面積を小さくする二とかでき、効能率で表示品質の
高い画像を得ることかできる。
[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、TPTのソース・
ドレイン間に、ホトリソグラフィの制約を受けることな
く、1〜2μm厚の真性半導体層を挿入でき、かつ、チ
ャネル層を数百オングストローム程度の厚みとすること
ができるので、オン・オフ比の大きいTPTを提供する
ことができる。
従って、偏光板を用いない液晶と本発明によるTPTと
を用いることにより、優れた表示品質の液晶表示装置を
提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例によるデバイス構造を示
す断面図、第2図は従来技術による高耐圧TPTのデバ
イス構造を示す断面図、第3図、第4図、第5図は本発
明の第2、第3、第4の実施例のデバイス構造を示す断
面図、第6図は本発明によるTPTを用いて液晶をアク
ティブ駆動する場合のTPT−LCDの全体構成を示す
ブロック図、第7図は本発明によるTPTを、TPT−
LCDに適用した場合の、LCDの平面図、第8図は第
7図のA−A’ 断面図である。 1・・ ・ゲート電極、2・・・・・ソース電極、3・
・・・・ドレイン電極、4・・・・・オーミック層、5
・・・・・・活性層(チャネル層)、6・・・・・・ゲ
ート絶縁膜、7・・・・a−Si(真性非晶質シリコン
)膜、8.13 ・・・・SiN膜、9・・・・・・ガ
ラス基板、1o・・・・・・ITO膜、11・・・・・
・配向膜、12・・・・カラーフィルター、14・・・
・・液晶。 第1図 1:JT’”−トを狼!    6:す〒−トX縁桂虻
2:ソース@、’p5z   7 : o−st月費3
: ドレイン串A孜   8:SiNル蛤4:/V−ミ
ック層   9:〃′ラスI4反5:5占椎層 第2図 第3図 第4図 第5図 第6図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ゲート電極上に、ゲート絶縁膜、a−Si膜、Si
    N膜が順次積層して設けられ、前記SiN膜の部分で分
    離された、ソース・ゲート間及びドレイン・ゲート間に
    、縦方向に挿入される高抵抗部となるa−Si膜、n^
    +a−Si膜がさらに積層して設けられ、これらのn^
    +a−Si膜上にソース電極及びドレイン電極が形成さ
    れて構成されることを特徴とする薄膜トランジスタ。 2、ゲート電極上に、ゲート絶縁膜、a−Si膜、Si
    N膜が順次積層して設けられ、前記SiN膜の部分で分
    離された、ソース・ゲート間及びドレイン・ゲート間に
    、縦方向に挿入される高抵抗部となるa−Si膜が設け
    られ、これらのa−Si膜上にソース電極及びドレイン
    電極が形成されて構成されることを特徴とする薄膜トラ
    ンジスタ。 3、ゲート電極上に、ゲート絶縁膜、a−Si膜、Si
    N膜が順次積層して設けられ、前記SiN膜の部分で分
    離された、ソース・ゲート間及びドレイン・ゲート間の
    いずれか一方に、縦方向に挿入される高抵抗部となるa
    −Si膜、n^+a−Si膜がさらに積層して設けられ
    、他方に、n^+a−Si膜が設けられ、これらのn^
    +a−Si膜上にソース電極及びドレイン電極が形成さ
    れて構成されることを特徴とする薄膜トランジスタ。 4、薄膜トランジスタの製造方法において、 (a)絶縁基板上にゲート電極を堆積しパターニングす
    る工程、 (b)その後、ゲート絶縁膜、真性半導体膜を順次堆積
    し、真性半導体膜をパターニングする工程、 (c)その後、絶縁膜を堆積しパターニングする工程、 (d)その後、真性半導体膜、外因性半導体膜、ソース
    /ドレイン電極を順次堆積し、ソース/ドレイン電極、
    外因性半導体膜、真性半導体膜を順次パターニングする
    工程を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方
    法。 5、薄膜トランジスタの製造方法において、 (a)絶縁基板上にゲート電極を堆積しパターニングす
    る工程、 (b)その後、ゲート絶縁膜、真性半導体膜を順次堆積
    し、真性半導体膜をパターニングする工程、 (c)その後、絶縁膜を堆積しパターニングする工程、 (d)その後、真性半導体膜、ソース/ドレイン電極を
    順次堆積し、ソース/ドレイン電極、真性半導体膜を順
    次パターニングする工程を含むことを特徴とする薄膜ト
    ランジスタの製造方法。 6、薄膜トランジスタの製造方法において、 (a)絶縁基板上にゲート電極を堆積しパターニングす
    る工程、 (b)その後、ゲート絶縁膜、真性半導体膜を順次堆積
    し、真性半導体膜をパターニングする工程、 (c)その後、絶縁膜を堆積し、1回目のパターニング
    をする工程、 (d)その後、真性半導体膜を堆積し、パターニングす
    る工程、 (e)その後、絶縁膜の2回目のパターニングをする工
    程、 (f)その後、外因性半導体膜、ソース/ドレイン電極
    を順次堆積し、ソース/ドレイン電極、外因性半導体膜
    を順次パターニングする工程を含むことを特徴とする薄
    膜トランジスタの製造方法。 7、薄膜トランジスタの形成法において、 (a)絶縁基板上にソース/ドレイン電極、外因性半導
    体膜、真性半導体膜を順次堆積し、真性半導体膜、外因
    性半導体膜、ソース/ドレイン電極を順次パターニング
    する工程、 (b)その後、絶縁膜を堆積しパターニングする工程、 (c)その後、真性半導体膜、ゲート絶縁膜を順次堆積
    し、ゲート絶縁膜、真性半導体膜を順次パターニングす
    る工程、 (d)その後、ゲート電極を堆積しパターニングする工
    程を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法
    。 8、アクティブマトリクス駆動される液晶ディスプレイ
    装置において、特許請求の範囲第1項、第2項または第
    3項記載の薄膜トランジスタを、駆動素子として使用す
    ることを特徴とするアクティブマトリクス液晶ディスプ
    レイ装置。
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