JPH061314B2 - 薄膜トランジスタアレイ - Google Patents

薄膜トランジスタアレイ

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JPH061314B2
JPH061314B2 JP62193351A JP19335187A JPH061314B2 JP H061314 B2 JPH061314 B2 JP H061314B2 JP 62193351 A JP62193351 A JP 62193351A JP 19335187 A JP19335187 A JP 19335187A JP H061314 B2 JPH061314 B2 JP H061314B2
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    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/67Thin-film transistors [TFT]
    • H10D30/6729Thin-film transistors [TFT] characterised by the electrodes
    • H10D30/6737Thin-film transistors [TFT] characterised by the electrodes characterised by the electrode materials
    • H10D30/6739Conductor-insulator-semiconductor electrodes

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  • Thin Film Transistor (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、大型アクティブマトリックス液晶表示装置等
に用いられる薄膜トランジスタアレイに関する。
<従来の技術> ガラス基板上に薄膜トランジスタ(Thin-Film Transist
or:以下TFTと略す)アレイを形成し、液晶層、透明
電極を順次積層してなるアクティブマトリックス駆動方
式の液晶表示装置は、液晶の応答速度が速く、基板の面
積に制約がなく、反射形または透過形のいずれにも使用
することができるなどの利点を持つため、近年、特に大
型の液晶装置に盛んに用いられている。そして、上記T
FTアレイの半導体材料にはポリSi,a(アモルファス)
−Si,Te,CdSeなどがあり、例えばa−Siを用いたTF
Tアレイとして、従来、第4図および第5図に示すよう
なものが知られている。
このTFTアレイは、次のようにして製造される。ま
ず、ガラス基板21上に部分的にスパッタリングで3000
〜4000Å厚のTa層を被着してゲート電極22とゲート配
線23(第4図参照)を形成し、これらの表面を陽極酸
化して第1のゲート絶縁膜24を形成し、さらにこのゲ
ート絶縁膜24とガラス基板21を覆うようにプラズマ
CVD法で2000〜4000Å厚の窒化シリコン(以下SiNxと
略す)を被着して第2のゲート絶縁膜25を形成する。
次に、ゲート電極位置に突出するSiNx膜25上に、100
〜3000Å厚のa-Si層26,2000〜3000Å厚のSiNxからな
る幅の狭い第3の絶縁膜27を順次プラズマCVD法で
積層形成し、上記第3の絶縁膜27の両側およびa-Si層
26を覆うようにP(リン)をドープした300〜2000Å
厚のa-Si層28,28をオーミックコンタクトをとるた
めに被着する。最後に、上記各a-Si層28と第2のゲー
ト絶縁膜25の一部を覆うように膜厚2000〜10000ÅでM
o,Ti,Al等の金属を被着して、ソース電極29とこれに
連なるソース配線30およびドレイン電極31を形成
し、このドレイン電極31に接するように第2のゲート
絶縁膜25上に酸化インジウム等を被着して透明の絵素
電極32を形成している。
<発明が解決しようとする問題点> ところで、TFTアレイを用いたアクティブマトリック
ス液晶表示装置は、各TFTのゲート配線23を水平方
向に接続してなる複数の信号線垂直走査信号を入力し、
各TFTのソース配線30を垂直方向に接続してなる複
数の信号線に画像信号を入力して、各TFTの絵素電極
32に順次通電し、液晶を順次駆動するものであるた
め、ゲート配線23とソース配線30の交点は、例えば
480×640マトリックスでは307200個にも達する。そし
て、この多数の交点のうち1箇所でもゲート・ソース間
にリークが生じると、必然的に該当するゲート配線とソ
ース配線で表示に際して十字型のライン欠陥が発生し、
実用に耐えない表示となる。そこで、ゲート・ソース間
の絶縁を完璧にするために、第5図で述べたように、ゲ
ート電極22とゲート配線23に陽極酸化可能なTaを用
い、その表面を陽極酸化してTa2O5の第1のゲート絶縁
膜24を形成し、さらにこの第1のゲート絶縁膜24と
ガラス基板21上にプラズマCVD法でSiNxからなる第
2のゲート絶縁膜25を形成しているのである。
ところが、上記従来のTFTアレイは、ゲート電極22
とゲート配線23の材料に比抵抗の大きいTaを用いてな
るため、マトリックスが多くて配線が長くなる大型のT
FTアレイでは、入力された垂直走査信号がゲート配線
で減衰して、液晶を十分に駆動できなくなるという欠点
がある。そして、この欠点を解消するには、第6図に示
すように、ゲート電極やゲート配線を、表層34を絶縁
膜が確実かつ容易に形成できるTaのままとし、下層33
を比抵抗の小さいCr,Ni,Au等とした2層構造にする必要
がある。しかし、この方法で完全な絶縁を行おうとする
と、陽極酸化不可能なCr,Ni,Au等からなる下層33を完
全に覆うようにTaからなる表層34を形成することが必
須となり、必然的に2度のマスク工程が必要となって、
製造コストが高くなるという新たな問題が生じる。
そこで、本発明の目的は、ゲート電極とゲート配線をTa
と新規材料からなる2層構造とすることにより、従来と
同程度のゲート・ソース間の絶縁を維持しつつ、比抵抗
の小さいゲート電極とゲート配線を1回のマスク工程で
形成することができる薄膜トランジスタアレイを提供す
ることである。
<問題点を解決するための手段> 上記目的を達成するため、本発明の薄膜トランジスタア
レイは、絶縁基板上に配設されたゲート電極の表面に陽
極酸化膜からなる第1の絶縁膜が形成され、該第1の絶
縁膜に重畳して第2の絶縁膜と半導体層が順次堆積さ
れ、該半導体層上にソース・ドレイン電極が設けられた
薄膜トランジスタアレイにおいて、前記ゲート電極は、
下層が上層より電気伝導性の高い金属であり、上層が下
層より陽極酸化性の高い金属である2層構造の金属膜よ
りなることを特徴とする。
<作用> 上記構成の薄膜トランジスタアレイの製造において、絶
縁基板上にスパッタリング等により低電気抵抗を有し陽
極酸化可能な金属からなる下層と陽極酸化可能な金属か
らなる上層を連続的に全面に被着した後、必要部分の上
層表面をホトレジスト膜等からなる単一のマスクで覆っ
てエッチングを行ない、1回の工程で不要部分の上層お
よび下層を除去して、上記両層の側面を露出させてゲー
ト電極を形成する。あるいは、絶縁基板上の不要部分を
単一のマスクで覆って、蒸着等により上記金属からなる
下層と上記金属からなる上層を必要部分のみに連続的に
被着して、1回の工程で上記両層の側面を露出させてゲ
ート電極を形成する。上記ゲート電極の表面は全て陽極
酸化可能な金属からなるので、次に陽極酸化により容易
かつ確実に上記表面に第1の絶縁膜を形成する。その
後、従来と同様に第2の絶縁膜と半導体層およびソース
電極とドレイン電極を形成して薄膜トランジスタアレイ
が完成する。
<実施例> 以下、本発明を図示の実施例により詳細に説明する。
第1図は本発明のTFTアレイの一実施例を示す部分平
面図、第2図は第1図のII−II線断面図である。
第1図,第2図において、1は絶縁基板としてのガラス
基板、2,3(第1図参照)はこのガラス基板1畳に単
一のマスクを用いて、陽極酸化可能で電気伝導性に優れ
る金属からなる下層であるAl層4と陽極酸化性に優れる
金属からなる上層であるTa層5を積層形成してなる2層
構造のゲート電極ならびにゲート配線、6はこのゲート
電極2およびゲート配線3の表面を陽極酸化して形成し
た第1の絶縁膜、7はこの第1の絶縁膜6およびガラス
基板1上にSiNxを被着して形成した第2の絶縁膜、8は
ゲート電極位置に突出する上記第2の絶縁膜7を覆うよ
うにa-Siを被着して形成した半導体層、9はこの半導体
層8の上面中央にSiNxを被着して形成した第3の絶縁膜
である。
また、10,10’は上記第3の絶縁膜9の両側と上記
半導体層8を覆うようにP(リン)をドープしたa-Siを
被着して形成したオーミックコンタクトのための半導体
層、11,12(第1図参照)は上記一方の半導体層1
0および第2の絶縁膜7上にMoを被着して形成したソー
ス電極ならびにソース配線、13は上記他方の半導体層
10’上にMoを被着して形成したドレイン電極、14
はこのドレイン電極13に一部重なるように上記第2の
絶縁膜7上に酸化インジウムを被着して形成した絵素電
極である。
上記ゲート電極2およびゲート配線3は、ガラス基板1
上に2000Å厚のAl層4および2000Å厚のTa層5をスパッ
タリングにより連続的に全面に被着し、次いでホトエッ
チングにより第1図の破線で示すようなパターンに一括
して形成される。従って、形成されたAl層4とTa層5の
側面は、第2図に示すようなガラス基板1面に垂直をな
して露出しており、上記側面およびTa層5の上面は陽極
酸化によってAl2O3およびTa2O3の第1の絶縁膜6を一括
して形成している。
上記構成のTFTアレイの製造方法について、第3図を
参照しつつ次に述べる。
(a) ガラス基板1上に2000Å厚のAl層4および2000Å
厚のTa層5をスパッタリングによって全面に亘って連続
的に被着した後、必要部分の上記Ta層5の表面をホトレ
ジスト膜からなるマスクで覆ってエッチングを行ない、
図示のようなパターンのゲート電極2およびゲート配線
3(第1図参照)を形成する。このように、単一のマス
クによる1回のエッチングで低電気抵抗のAl層4とTa層
5からなる2層構造のゲート電極およびゲート配線を形
成しているので、第6図の従来例のような2度のマスク
・エッチング工程が1度になり、大型のTFTアレイに
も十分適用できる比抵抗の小さいゲート配線を製造工程
の簡素化によって安価に作ることができる。
(b) ゲート電極2およびゲート配線3の表面を陽極酸
化して第1の絶縁膜6を形成する。このように、2層構
造の下層Alと上層Taが共に陽極酸化可能な金属であるの
で、容易かつ確実に一括して第1の絶縁膜6を形成する
ことができる。
(c) 次に、プラズマCVD法によって、順次第2の絶
縁膜7となる4000Å厚のSiNx膜、半導体層8となる300
Å厚のa-Si層および第3の絶縁膜9となる2000Å厚のSi
Nx膜を全面に亘って連続的に被着した後、ホトエッチン
グにより上記第3と絶縁膜9を図示のようなパターンに
形成する。
(d) 次に、プラズマCVD法によって、Pをドープし
たa-Si層10,10’を1000Å厚で全面に亘って被着し
た後、ホトエッチングにより、上記a-Si層10,10’
と半導体層8の両側部を除去して図示のようなパターン
に形成する。
(e) さらに、スパッタリングによって、Mo層11,1
3を3000Å厚で被着した後、ホトエッチングにより、上
記Mo層とa-Si層10,10’の中央部等を除去して図示
のようなパターンのソース電極11,ソース配線12
(第1図参照)およびドレイン電極13を形成する。
(f) 最後に、ドレイン電極13に一部重なるように第
2の絶縁膜7上に酸化インジウム膜をスパッタリングで
被着した後、ホトエッチングにより絵素電極14を形成
する。
上記実施例では、a-Siからなる半導体層8とMoからなる
ソース電極11,ドレイン電極13との間にPをドープ
したa-Siからなる半導体層10,10’を設けているの
で、これらの間のオーミックコンタクトがとれるという
利点がある。
このように、本発明の薄膜トランジスタアレイによれ
ば、既述の如く、1つのマスクパターンを用いて1回で
下層Al,上層Taの2層構造のゲート電極をパターニング
できるので、薄膜トランジスタアレイの製造工程を簡素
化することができる。また、露出面積の広いゲート電極
の上層が、陽極酸化性の優れたTa等の金属からなるの
で、良好な絶縁膜が形成できる一方、ゲート電極の下層
が、電気伝導性に優れたAl等の金属からなるので、良好
な電気伝導性を得ることができ、その結果、この薄膜ト
ランジスタアレイによって、液晶を良好にアクティブマ
トリックス駆動することができる。
さらに、ゲート電極の下層が、Al等の陽極酸化性に劣る
金属であっても、露出面積の狭い周囲の側面のみに陽極
酸化による絶縁膜を形成すれば足るうえ、通常、第2の
絶縁膜の厚さが、Al層,Ta層からなるゲート電極の厚さ
より大きいので、上記側面が第2の絶縁膜で完全に覆わ
れることになって、絶縁性に殆ど問題が生じない。
なお、本発明の薄膜トランジスタアレイ(TFT)は上記実
施例に限られず、またその製造方法も上記実施例のもの
に限られないのはいうまでもない。
<発明の効果> 以上の説明で明らかなように、本発明の薄膜トランジス
タアレイは、絶縁基板上に配設されたゲート電極の表面
に陽極酸化膜からなる第1の絶縁膜が形成され、該第1
の絶縁膜に重畳して第2の絶縁膜と半導体層が順次堆積
され、該半導体層上にソース・ドレイン電極が設けられ
た薄膜トランジスタアレイにおいて、前記ゲート電極
は、下層が上層よりも電気伝導性の高い金属であり、上
層が下層よりも陽極酸化性の高い金属である2層構造の
金属膜よりなるので、従来と同等のゲート・ソース間の
絶縁を維持しつつ、大規模なアレイにも十分適用できる
比抵抗の小さいゲート配線を、1回のマスク工程で安価
に形成することができ、大型アクティブマトリックス液
晶表示装置の表示品質の向上と低価格化に大きく貢献す
る。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の薄膜トランジスタアレイの一実施例を
示す部分平面図、第2図は第1図のII−II線断面図、第
3図(a)〜(f)は上記実施例の製造方法を示す断面図、第
4図は従来の薄膜トランジスタアレイの部分平面図、第
5図は第4図のV−V線断面図、第6図は第5図のゲー
ト配線部の変形例を示す断面図である。 1…ガラス基板、2…ゲート電極、 3…ゲート配線、4…Al層、5…Ta層、 6…第1の絶縁膜、7…第2の絶縁膜、 8…半導体層(a-Si)、9…第3の絶縁膜、 10,10’…半導体層(Pドープa-Si)、 11…ソース電極、12…ソース配線、 13…ドレイン電極、14…絵素電極。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁基板上に配設されたゲート電極の表面
    に陽極酸化膜からなる第1の絶縁膜が形成され、該第1
    の絶縁膜に重畳して第2の絶縁膜と半導体層が順次堆積
    され、該半導体層上にソース・ドレイン電極が設けられ
    た薄膜トランジスタアレイにおいて、 前記ゲート電極は、下層が上層より電気伝導性の高い金
    属であり、上層が下層より陽極酸化性の高い金属である
    2層構造の金属膜よりなることを特徴とする薄膜トラン
    ジスタアレイ。
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