JPH06350089A - 逆スタガード型薄膜電界効果トランジスタ - Google Patents

逆スタガード型薄膜電界効果トランジスタ

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JPH06350089A
JPH06350089A JP13550993A JP13550993A JPH06350089A JP H06350089 A JPH06350089 A JP H06350089A JP 13550993 A JP13550993 A JP 13550993A JP 13550993 A JP13550993 A JP 13550993A JP H06350089 A JPH06350089 A JP H06350089A
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amorphous silicon
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Abstract

(57)【要約】 【目的】逆スタガード型セルフアラインTFTにおい
て、余分な寄生容量を発生させずに光照射時のオフ電流
を低減しかつバックチャネルにかかる分極および固定電
荷の影響を抑止する。 【構成】逆スタガード型セルフアラインTFTにおい
て、ゲート電極2に対してセルフアラインで形成したチ
ャネル保護膜を第1の絶縁層8、a−Si:H膜9、第
2の絶縁層10の3層膜とする。 【効果】a−Si:H層9によりチャネルへの入射光が
吸収され、光オフ電流の増大を抑止することができた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はマトリクス表示素子や密
着型イメージセンサーなどに用いる薄膜電界効果トラン
ジスタの構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ガラスなどの絶縁性基板上にシリコン薄
膜を用いて薄膜トランジスタを構成する技術は、アクテ
ィブマトリクス液晶表示装置を構成する中心的技術とし
て重要である。アクティブマトリクス液晶表示装置の高
性能化を図る上で、画素のスイッチング素子としての薄
膜電界効果トランジスタ(以下TFTと記す。)の高性
能化が要求される。その一つの方策として、TFTを自
己整合化して作成することにより、フォトリソグラフィ
プロセスの目合わせの負担を軽減し、TFTの低寄生容
量化と短チャネル化を行うことが提案されている。
【0003】今日一般的に多く用いられているのは、ゲ
ート電極を基板側に配し、ソース・ドレイン電極を半導
体薄膜層の上部に配するいわゆる逆スタガード型TFT
である。この構造でゲート電極とソース・ドレイン電極
を自己整合的に形成する方法として、ゲート電極をマス
クとして背面露光を行うことによりチャネル領域のパッ
シベーション用の絶縁膜(チャネル保護膜)を自己整合
的に形成し、これをマスクとしてイオン注入を行い、選
択的に非晶質シリコン薄膜ソース・ドレイン領域として
n型不純物導入を形成した後、クロミウム(Cr)など
の金属を成膜し、n型不純物導入領域の表面部をシリサ
イド化させ、低抵抗にしてソース・ドレイン電極として
用いる方法が提案されている。この方式では、ゲート電
極とソース・ドレイン電極間の微妙な目合わせが、背面
露光を用いることにより自己整合的に形成されているた
め、その重なりを精密に制御でき、かつ寄生容量を低く
抑えることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述のTFTをアクテ
ィブマトリクス液晶表示装置に用いる場合、図3に示す
ようにガラス基板1の裏面より照明光が入射し、対向基
板14側で反射した光がTFTのバックチャネル側から
入射することが多い。この入射光は非晶質シリコン膜内
部でキャリアの生成を行うため、これに伴い電流の増大
が起こる。特に、ゲート電極2に負の電圧を印加した場
合、暗状態ではチャネルが空乏化しドレイン電流が非常
に低く抑えられいわゆるOFF状態となるのに対して、
光が照射されるとフォトキャリアによりOFF電流が大
きく増大する。
【0005】このOFF電流の増大はTFTがスイッチ
ング素子としての役割を果たす上で大きな障害となる。
例えば、液晶ディスプレイの1画素の等価回路は図4の
ようになっている。この時、容量が0.050pf、O
FF抵抗が1012Ωとすると、この等価回路の時定数は
50msとなり、フレーム周期と同等となる。このよう
にOFF電流が流れると、電荷保持が不十分となり設定
した輝度からずれることになって、画面の輝度制御が困
難になる。
【0006】本発明の目的は、OFF電流の少ない逆ス
タガード型TETを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の逆スタガード型
薄膜電界効果トランジスタは、透明絶縁性基板の一表面
を選択的に被覆するゲート電極と、前記ゲート電極を被
覆して前記透明絶縁性基板の一表面の少なくとも所定領
域に被着されたゲート絶縁膜と、前記ゲート電極と交差
して前記ゲート絶縁膜に選択的に被着された非晶質シリ
コン膜と、前記非晶質シリコン膜の少なくとも表面部に
選択的に形成された一対の不純物導入領域と、前記非晶
質シリコン膜の前記一対の不純物導入領域で挟まれた領
域を被覆する第1の絶縁層、ノンドープ非晶質シリコン
層および第2の絶縁層からなるチャネル保護膜とを有す
るというものである。
【0008】
【作用】チャネル保護のノンドープ非晶質シリコン層に
より、バックチャネル側から入射した光はかなり吸収さ
れる。ノンドープ非晶質シリコンの吸収係数は、その膜
質および入射光の波長によりかなり異なるが、可視光に
対して通常5x105 cm-1程度である。この時ノンド
ープ非晶質シリコン層の膜厚を50nmとすると、この
層の透過率は1/10程度になる。
【0009】フォトキャリアの生成は入射光強度にほぼ
比例しており、透過光強度が1/10になるとフォトキ
ャリアの量も1/10になり、光照射時のOFF電流を
ノンドープ非晶質シリコン層のないTETの1/10程
度に抑えることができるようになる。
【0010】この時、ノンドープ非結晶シリコン層内部
にはフォトキャリアが生成するものの、高抵抗であり、
かつ誘電体でもないので分極や固定電荷がTFT内部の
電位分布に影響を与えることはほとんどない。
【0011】一方、この構造を作成する際は、チャネル
保護膜を作成する時に、2つの絶縁層の間にノンドープ
非晶質シリコン層を挟み込んで成膜すること以外、通常
の自己整合構造の逆スタガード型TFTの工程と全く同
様にして作成することができる。
【0012】さらに、このようにして作製したノンドー
プ非晶質シリコン層の(遮光層)は、TFTのチャネル
領域に対して自己整合的に作成されており、この形成に
伴ってチャネル容量に付加して、余分な寄生容量が発生
することがない。
【0013】
【実施例】図1に、本発明の一実施例の逆スタガート型
TFTの断面図を示す。
【0014】この実施例は透明絶縁性基板(ガラス基板
1)の一表面を選択的に被覆するゲート電極2と、ゲー
ト電極2を被覆してガラス基板1の一表面の少なくとも
所定領域に被着されたゲート絶縁膜3と、ゲート電極2
と交差してゲート絶縁膜3に選択的に被着されたノンド
ープ非晶質シリコン膜(ノンドープa−Si:H膜5)
と、ノンドープa−Si:H膜5の少なくとも表面部に
選択的に形成された一対のn型不純物導入領域4−1,
4−2と、ノンドープa−Si:H膜5の一対のn型不
純物導入領域4−1,4−2で挟まれた領域を被覆する
第1の絶縁層8、ノンドープ非晶質シリコン層(遮光用
のノンドープa−Si:H層9)および第2の絶縁層1
0からなる3層のチャネル保護膜とを有するというもの
である。
【0015】次に、この実施例の製造方法について説明
する。
【0016】まず、図2(a)に示すように、ガラス基
板1上にクロミウム膜を150nmスパッタ法により形
成し、フォトリソグラフィによりゲート電極のレジスト
パタンを形成し、クロミウムをエッチングしてパターニ
ングして幅6μmのストライプ状のゲート電極2を形成
する。
【0017】さらにこの上に、プラズマCVD法を用い
て、図2(b)に示すように、ゲート絶縁膜3として窒
化シリコン膜を400nm堆積する。次に、グロー放電
プラズマ中でSiH4 ガスを分解することによってノン
ドープ非晶質シリコン膜(a−Si:H膜5)を50n
m堆積する。次にプラズマCVD法で非晶質窒化シリコ
ン膜11を250nm堆積させる。
【0018】ここでポジ型フォトレジストを塗布し、ガ
ラス基板1の裏面から波長435nmの紫外光を照射す
る。このとき、ゲート電極2がマスクとして働くが、図
2(c)に示すように、ゲート電極を細らせた形のパタ
ンにフォトレジスト膜12を形成するため過度に露光を
行う。例えば、フォトレジスト膜12の厚さ1.5μm
のとき、照射光の強さは7mW/cm2 、露光時間は7
分とし、現像時間は2分とする。
【0019】このフォトレジスト膜12をマスクとして
非晶質窒化シリコン膜11を希弗酸によりエッチグす
る。これにより、図2(d)に示すように、幅5μmの
ストライプ状のチャネル保護膜11aがゲート電極2に
対して自己整合的に形成される。
【0020】レジストを剥離後、イオン注入法によりリ
ンイオンを30kvで4x1015/cm2 だけ注入す
る。このようにすると、図2(e)に示すように、a−
Si:H膜5のチャネル保護膜11aに覆われていない
領域には、リンがドーピングされn型不純物導入領域4
−1,4−2が形成される。これに対して、チャネル保
護膜11aで覆われている領域ではドーピングが行われ
ない。このようにして、ソース・ドレイン領域(4−
1,4−2)をゲート電極に対して自己整合的に形成す
る。
【0021】しかる後に、希弗酸でチャネル保護膜11
aを除去し、改めてプラズマCVD法を用いてチャネル
保護膜を形成する。すなわち、図2(f)に示すよう
に、第1の絶縁層8(厚さ50nmの非晶質窒化シリコ
ン膜)、a−Si:H層9および第2の絶縁層10(厚
さ50nmの非晶質窒化シリコン膜)をプラズマCVD
法により連続的に形成する。a−Si:H層9の厚さは
少なくとも10nm,好しくは30nmとする。
【0022】ここで、ポジ型フォトレジストを塗布し、
再びガラス基板1の裏面から紫外光を照射し、ゲート電
極パタンを投影する。この時のフォトレジスト膜は1回
目の背面露光で形成されるフォトレジスト膜12よりや
や広めになるよう露光時間と現像時間を制御する。例え
ば、フォトレジスト膜の厚さが同じのとき、照射光の強
さは7mW/cm2 、露光時間は4分30秒、現像時間
は1分20秒とする。
【0023】このレジスト膜をマスクにして前述の第2
の絶縁層8,a−Si:H層9,第1の絶縁膜8を連続
してドライエッチングすることにより、図2(g)に示
すように、幅5.7μmのストライプ状のチャネル保護
膜11bを形成する。
【0024】しかる後に、この表面を希弗酸で処理した
後、200nmのクロミウム膜を堆積し、図2(h)に
示すようにクロミウムシリサイド層7−1,7−2を形
成し、残ったクロミウム膜をパターニングしてソース・
ドレイン金属層6−1,6−2を形成する。
【0025】次に、図2(i)に示すように半導体層を
島状にパターニングする工程を経て、TFT全体を覆う
ように200nmのパッシベーション用の窒化シリコン
膜13を堆積する。
【0026】このようにして作製したTFTは図1に示
すように、TFTのチャネルが形成される領域がa−S
i:H層9で覆われているため、図5(ドレイン電圧1
0Vのときのドレイン電流対ゲート電圧特性を示すグラ
フ)に示すようにバックチャネル側から光を照射した場
合のオフ電流は、曲線23(従来例)と曲線24(一実
施例)とを比較すると分るように従来より1〜2桁程度
小さくすることができる。
【0027】
【発明の効果】一般に、アクティブマトリクス液晶ディ
スプレイでは、バックライト等による迷光がTFTのバ
ックチャネルに入射し、TFTのオフ時の抵抗が低下す
ることによる表示品質の劣化が表れることがあるが、本
発明のTFTを用いてセルアレイを構成すればオフ時の
抵抗の低下が1〜2桁程度抑えられ、このような表示品
質の劣化に対して著しい改善が見られるという効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の逆スタガード型TFTの断
面図である。
【図2】一実施例の製造方法の説明のため(a)〜
(i)に分図して示す工程順断面図である。
【図3】逆スタガード型TFTを用いたアクティブマト
リクス液晶表示素子の断面模式図である。
【図4】アクティブマトリクス液晶表示素子の1画素の
等価回路図である。
【図5】本発明の逆スタガード型TFTTにバックチャ
ネル側から光が入射した場合のオフ電流の増大が、従来
型のトランジスタに比して抑制されることを示すグラフ
である。
【符号の説明】
1 ガラス基板 2 ゲート電極 3 ゲート絶縁膜 4−1,4−2 n型不純物導入領域 5 ノンドープa−Si:H層 6−1,6−2 ソース・ドレイン金属層 7 金属シリサイド膜 8 第1の絶縁膜 9 遮光用のノンドープa−Si:H層 10 第2の絶縁膜 11 非晶質窒化シリコン膜 11a,11b チャネル保護膜 12 フォトレジスト膜 13 窒化シリコン膜 14 対向基板 15 照明光 16 液晶 17 容量 18 コモン電圧端子 19 TFT 20 走査線 21 信号線 22 暗特性 23 従来の光照射時の特性曲線 24 本発明によるTFTの光照射時の特性曲線

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 透明絶縁性基板の一表面を選択的に被覆
    するゲート電極と、前記ゲート電極を被覆して前記透明
    絶縁性基板の一表面の少なくとも所定領域に被着された
    ゲート絶縁膜と、前記ゲート電極と交差して前記ゲート
    絶縁膜に選択的に被着された非晶質シリコン膜と、前記
    非晶質シリコン膜の少なくとも表面部に選択的に形成さ
    れた一対の不純物導入領域と、前記非晶質シリコン膜の
    前記一対の不純物導入領域で挟まれた領域を被覆する第
    1の絶縁層、ノンドープ非晶質シリコン層および第2の
    絶縁層からなるチャネル保護膜とを有することを特徴と
    する逆スタガード型薄膜電界効果トランジスタ。
  2. 【請求項2】 不純物導入領域およびチャネル保護膜が
    ゲート電極と自己整合的に配置されている請求項1記載
    の逆スタガード型薄膜電界効果トランジスタ。
  3. 【請求項3】 不純物導入領域の表面部に金属シリサイ
    ド層がチャネル保護膜と自己整合的に形成されている請
    求項1または2記載の逆スタガード型薄膜電界効果トラ
    ンジスタ。
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