JPH07169973A

JPH07169973A - 薄膜トランジスタアレイとその製造方法およびこれを用いた液晶表示装置

Info

Publication number: JPH07169973A
Application number: JP24288694A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Furuta; 守古田; Tetsuya Kawamura; 哲也川村; Shigeki Maekawa; 茂樹前川; Yutaka Miyata; 豊宮田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-10-06
Filing date: 1994-10-06
Publication date: 1995-07-04
Anticipated expiration: 2018-08-18
Also published as: JP3438178B2

Abstract

(57)【要約】【目的】酸化物導電性薄膜からなる表示電極と半導体
薄膜との接続部における段差を低減しつつ接合特性を改
善する。【構成】透光性基板(ガラス基板)11上に表示電極(酸
化物導電性薄膜)12を加工形成し、その上に半導体薄膜
(非晶質シリコン薄膜)14を多結晶化する。これを島状に
加工しゲート絶縁膜15，ゲート電極16を形成する。その
後、薄膜トランジスタのソース，ドレイン領域の形成の
ためのＰイオン19の注入を行い、層間絶縁膜17を形成
し、ソース領域上の絶縁膜の一部を除去してコンタクト
ホール20を開口する。最後にデータ配線18を形成し、薄
膜トランジスタの全面に保護膜21を形成した薄膜トラン
ジスタアレイである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表示装置に使用される
液晶パネルのスイッチング素子と表示電極より構成され
る薄膜トランジスタアレイとその製造方法およびこれを
用いた液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】薄膜トランジスタアレイの構造に関する
従来の技術を液晶表示装置に使用されている例について
説明する。

【０００３】図９はアクティブマトリックス型液晶表示
装置に用いられているトップゲート型多結晶シリコン薄
膜トランジスタアレイの製造工程の一例を示す図であ
る。まず図９(a)に示すように、ガラス基板などからな
る透光性基板11上に半導体薄膜14としての多結晶シリコ
ン薄膜を形成し、その多結晶シリコン薄膜を薄膜トラン
ジスタの形状に加工する。次に、その多結晶シリコン薄
膜を被覆するように酸化シリコン薄膜からなるゲート絶
縁膜15を形成したのち、そのゲート絶縁膜15上にゲート
電極16を形成する。次に薄膜トランジスタのソースおよ
びドレイン領域にドーパントとして燐(Ｐ)イオン19を注
入する。ドーパント注入にはイオン注入法を用い、ゲー
ト電極16をマスクとしてゲート絶縁膜15を通して多結晶
シリコン膜にドーパントを注入する。

【０００４】次に注入したドーパントの活性化処理を行
ったのち、図９(b)に示すように酸化シリコン薄膜から
なる層間絶縁膜17を形成する。次に薄膜トランジスタの
ソースおよびドレイン領域上のゲート絶縁膜15および層
間絶縁膜17にコンタクトホール20を開口する。そのの
ち、図９(c)に示すように酸化物導電性薄膜としてのＩ
ＴＯ(Indium Tin Oxide)膜により表示電極12を形成す
る。最後にデータ配線(Ａl薄膜)18を形成して薄膜トラ
ンジスタアレイが完成する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図９に示した従来の薄
膜トランジスタアレイの製造方法における課題について
説明する。

【０００６】第１の課題は表示電極12の断線に関する不
良である。

【０００７】図10は図９(c)に示したコンタクトホール2
0の部分の領域(A)の拡大図であり、コンタクトホール部
分ではゲート絶縁膜15と層間絶縁膜17の厚みに相当する
膜厚の段差が存在する。図に示すようにコンタクトホー
ル部分の段差は500nm(ゲート絶縁膜(15)100nm＋層間絶
縁膜(17)400nm)であるのに対し、表示電極12を形成する
ＩＴＯ薄膜は100nmであるので、コンタクトホール段差
部でのＩＴＯ薄膜の被覆性(ステップカバレージ)が悪化
し、断線等の不良が発生する確率が増大する。

【０００８】従来、コンタクトホール部分での表示電極
12の断線を防止するためには、コンタクトホール20を形
成するためのゲート絶縁膜15と層間絶縁膜17のエッチン
グ形状を制御し、適切なテーパー形状を設けることによ
りステップカバレージの悪化を防止する手法が用いられ
ることが多かった。

【０００９】第２の課題は表示電極12とデータ配線18間
のショートに関するものである。

【００１０】図11は図９に示した液晶表示装置用の薄膜
トランジスタアレイの構成を示した部分平面図の一例図
である。図11において、Ａ−Ａ′線における断面が図９
(c)に示すものである。

【００１１】図11中のＢ−Ｂ′線で示すようにデータ配
線18と表示電極12は隣接して形成されている。図11のＢ
−Ｂ′線における断面図を図６(a)に示すが、従来の薄
膜トランジスタアレイのデータ配線18と表示電極12間に
は絶縁膜が存在しないため、パターン形成工程における
異物等の混入によりデータ配線18と表示電極12間に電気
的な短絡が発生する確率が高い。この短絡の発生確率
は、データ配線18と表示電極12間の距離ｄが小さくなる
ほど増大するため適切な間隔が必要となり、その結果と
して液晶表示装置の表示面積が減少するという欠点があ
った。

【００１２】第３の課題はパターニング工程における腐
食である。

【００１３】図９(c)に示したＡl薄膜よりなるデータ配
線18のパターニング工程では、データ配線18のＡl薄膜
と表示電極12のＩＴＯ薄膜が同一平面上に大面積で接触
するため、ポジ型フォトレジストを用いたフォトリソグ
ラフィーでの現像工程で電食による腐食が発生する。こ
のため、データ配線18のパターニング工程のみネガ型フ
ォトレジストを用いる必要があった。なお、前記フォト
リソグラフィー工程におけるＡl−ＩＴＯ薄膜間の腐食
に関しては、例えば特願平５−111439号に詳細に記載さ
れている。

【００１４】本発明は上記した従来の課題を解決し、薄
膜トランジスタに用いる多結晶シリコン薄膜からなる半
導体層と表示電極間での断線を防止し、また表示電極と
データ配線は絶縁膜を介して形成され、同一層上に形成
されることがないようにして薄膜トランジスタのゲート
およびドレイン電極間のショートを大幅に低減する。さ
らに、表示電極と半導体接合の接触抵抗を低減し、薄膜
トランジスタの高速化を図ることを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、薄膜トランジスタアレイの第１は、半導体層
が多結晶シリコン薄膜からなるトップゲート型薄膜トラ
ンジスタアレイにおいて、表示電極が基板上方かつ薄膜
トランジスタ下方に形成されており、前記表示電極と薄
膜トランジスタのドレイン領域が直接的あるいは表示電
極上に形成したコンタクトホールを介して接続されてい
ることを特徴とする。そして、前記表示電極上に形成さ
れた絶縁膜を開口したコンタクトホールを介して薄膜ト
ランジスタのドレイン領域と表示電極とがデータ配線金
属と同種金属により接続されている。

【００１６】また薄膜トランジスタアレイの第２は、半
導体層が多結晶シリコン薄膜からなるトップゲート型薄
膜トランジスタアレイにおいて、表示電極がゲート絶縁
膜と前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極とデー
タ配線を絶縁分離する層間絶縁膜との間に形成されてお
り、かつ前記表示電極は表示電極上方の前記層間絶縁膜
を開口するコンタクトホールならびに薄膜トランジスタ
のドレイン領域上に形成された前記ゲート絶縁膜、層間
絶縁膜を開口するコンタクトホールを介してデーター配
線金属と同種金属配線により薄膜トランジスタのドレイ
ン領域に接続されていることを特徴とする。

【００１７】また薄膜トランジスタアレイの第３は、半
導体層が多結晶シリコン薄膜からなるトップゲート型薄
膜トランジスタアレイにおいて、表示電極がゲート絶縁
膜直上に設けられた第１の層間絶縁膜とその第１の層間
絶縁膜上に形成された第２の層間絶縁膜との間に形成さ
れており、かつ前記表示電極は表示電極上方の前記第２
の層間絶縁膜を開口するコンタクトホールならびに薄膜
トランジスタのドレイン領域上に形成された前記ゲート
絶縁膜、第１および第２の層間絶縁膜を開口するコンタ
クトホールを介してデーター配線金属と同種金属配線に
より薄膜トランジスタのドレイン領域に接続されている
ことを特徴とする。

【００１８】次に上記薄膜トランジスタアレイの製造方
法の第１は、透光性基板上に表示電極となる酸化物導電
性薄膜を所定の形状に形成する工程と、前記表示電極上
に薄膜トランジスタとなる多結晶シリコン薄膜を形成す
る工程と、前記多結晶シリコン薄膜上にゲート絶縁膜を
形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形
成する工程と、前記ゲート電極をマスクとして前記多結
晶シリコン薄膜にドーパントを注入して薄膜トランジス
タのソース領域およびドレイン領域を形成する工程と、
前記ゲート電極を被覆するように層間絶縁膜を形成する
工程と、薄膜トランジスタのソース領域上のゲート絶縁
膜および層間絶縁膜にコンタクトホールを開口する工程
と、前記コンタクトホールを介して薄膜トランジスタの
ソース領域とデータ配線を電気的に接続する工程と、最
後に少なくとも薄膜トランジスタの全表面に保護膜を形
成する工程とからなることを特徴とする。

【００１９】また製造方法の第２は、透光性基板上に表
示電極となる酸化物導電性薄膜を所定の形状に形成する
工程と、前記表示電極上に絶縁膜を形成する工程と、前
記表示電極上の絶縁膜にコンタクトホールを開口する工
程と、前記コンタクトホール上に薄膜トランジスタとな
る多結晶シリコン薄膜を形成する工程と、前記多結晶シ
リコン薄膜上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲ
ート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲー
ト電極をマスクとして前記多結晶シリコン薄膜にドーパ
ントを注入して薄膜トランジスタのソース領域およびド
レイン領域を形成する工程と、前記ゲート電極を被覆す
るように層間絶縁膜を形成する工程と、薄膜トランジス
タのソース領域上のゲート絶縁膜および層間絶縁膜にコ
ンタクトホールを開口する工程と、前記コンタクトホー
ルを介して薄膜トランジスタのソース領域とデータ配線
を電気的に接続する工程と、最後に少なくとも薄膜トラ
ンジスタの全表面に保護膜を形成する工程とからなるこ
とを特徴とする。

【００２０】また製造方法の第３は、透光性基板上に多
結晶シリコン薄膜を形成し所定の形状に加工する工程
と、前記多結晶シリコン薄膜を被覆するようにゲート絶
縁膜を形成する工程と、そのゲート絶縁膜上にゲート電
極を形成する工程と、そのゲート電極をマスクとして前
記多結晶シリコン薄膜にドーパントを注入して薄膜トラ
ンジスタのソース領域およびドレイン領域を形成する工
程と、前記ゲート絶縁膜上に酸化物導電性薄膜からなる
表示電極を形成する工程と、その表示電極上に層間絶縁
膜を形成する工程と、薄膜トランジスタのソース領域お
よびドレイン領域ならびに表示電極にそれぞれコンタク
トホールを開口する工程と、薄膜トランジスタのソース
領域とデータ配線の接続、およびデータ配線金属と同種
金属を用いて薄膜トランジスタのドレイン領域と表示電
極を接続する工程と、最後に少なくとも薄膜トランジス
タの全表面に保護膜を形成する工程とからなることを特
徴とする。

【００２１】また製造方法の第４は、透光性基板上に多
結晶シリコン薄膜を形成し所定の形状に加工する工程
と、前記多結晶シリコン薄膜を被覆するようにゲート絶
縁膜を形成する工程と、そのゲート絶縁膜上にゲート電
極を形成する工程と、そのゲート電極をマスクとして前
記多結晶シリコン薄膜にドーパントを注入して薄膜トラ
ンジスタのソース領域およびドレイン領域を形成する工
程と、前記ゲート電極を被覆するように第１の層間絶縁
膜を形成する工程と、その第１の層間絶縁膜上に酸化物
導電性薄膜からなる表示電極を形成する工程と、その表
示電極を被覆するように第２の層間絶縁膜を形成する工
程と、表示電極上の第２の層間絶縁膜および薄膜トラン
ジスタのソース領域およびドレイン領域にコンタクトホ
ールを開口する工程と、薄膜トランジスタのソース領域
とデータ配線の接続、およびデータ配線金属と同種金属
を用いて薄膜トランジスタのドレイン領域と表示電極を
接続する工程と、最後に薄膜トランジスタアレイの表面
の少なくとも薄膜トランジスタの全表面に保護膜を形成
する工程とからなることを特徴とする。

【００２２】次に液晶表示装置は、一対の透光性基板よ
り構成されるセル内に液晶が充填され、一方の前記透光
性基板上に前記第１ないし第３記載のいずれかの薄膜ト
ランジスタアレイを備え、前記薄膜トランジスタアレイ
の表示電極を介して液晶をスイッチングすることによっ
て画像や文字等を表示することを特徴とする。

【００２３】

【作用】本発明の薄膜トランジスタアレイを用いること
により、酸化物導電性薄膜からなる表示電極と半導体薄
膜との接続部における段差を低減でき、断線等の不良を
防止できる。また、本構成では酸化物導電性薄膜からな
る表示電極と薄膜トランジスタのデータ配線間は絶縁膜
により層間分離されているため、異物等による薄膜トラ
ンジスタのショート確率を大幅に減少できると同時に、
表示電極とデータ配線間の距離(図６中、ｄで記載)を短
く設計できるので表示装置の開口率が向上し液晶表示装
置の明るさが向上する。また、表示電極(ＩＴＯ薄膜)と
データ配線(Ａl薄膜)が層間絶縁膜により分離されるた
め、データ配線のパターニング工程での電食反応を防止
することが可能となる。

【００２４】

【実施例】以下に、本発明の各実施例をアクティブマト
リックス型液晶表示装置に用いる薄膜トランジスタアレ
イの製造方法を例に説明する。以下の実施例中では薄膜
トランジスタの表示電極側をドレイン電極と規定して説
明している。

【００２５】(実施例１)図１は本発明の第１の実施例に
おける薄膜トランジスタアレイの構造とその製造方法を
示す模式工程断面図であり、これは請求項１記載の薄膜
トランジスタアレイを請求項５記載の製造方法を用いた
場合の一例である。

【００２６】図１(a)に示すようにガラス基板などの透
光性基板11上に表示電極12となる厚さ100nmの酸化物導
電性薄膜(ＩＴＯ薄膜)を所定の形状に加工形成する。前
記表示電極(ＩＴＯ薄膜)12上に非晶質シリコン薄膜から
なる半導体薄膜14を減圧気相成長法(ＬＰＣＶＤ)にて10
0nm形成し、エキシマレーザーアニール法22によるエキ
シマレーザー照射により半導体薄膜(非晶質シリコン薄
膜)14を多結晶化する。次に、このようにして多結晶化
された多結晶シリコン薄膜からなる半導体薄膜14を、図
１(b)に示すように所定の形状(島状)に加工し、ゲート
絶縁膜15を100nm形成する。このゲート絶縁膜15はシラ
ン(ＳiＨ₄)と酸素(Ｏ₂)を原料ガスとする常圧気相成長
法にて形成した酸化シリコン薄膜である。ゲート絶縁膜
15を形成後、反応性スパッタリング法を用いてタンタル
薄膜を200nm形成し、ゲート電極16の形状に加工する。
ゲート電極形成後、薄膜トランジスタのソースおよびド
レイン領域形成のため燐(Ｐ)イオン19を注入する。ここ
ではＰイオンを加速電圧80kV、注入総量１×10¹⁵／cm²
にて注入した。前記不純物導入後、図１(c)に示したよ
うに層間絶縁膜(酸化シリコン薄膜)17を400nm形成し、
ソース領域上の絶縁膜の一部を除去してコンタクトホー
ル20を開口する。次に、データ配線18をアルミニウム
(Ａl薄膜)にて形成する。最後に薄膜トランジスタの全
面に窒化シリコン薄膜からなる保護膜21を形成して薄膜
トランジスタが完成する。

【００２７】(実施例２)図２は本発明の第２の実施例に
おける薄膜トランジスタアレイの構造とその製造方法を
示す模式工程断面図である。これは、請求項１記載の薄
膜トランジスタアレイを請求項６記載の製造方法を用い
た場合の一例である。

【００２８】図２(a)に示すように、まずガラス基板な
どの透光性基板11上に表示電極12となる厚さ100nmの酸
化物導電性薄膜(ＩＴＯ薄膜)を表示電極の所定の形状に
加工形成し、前記表示電極(ＩＴＯ薄膜)12上に絶縁膜13
となる厚さ100nmの酸化シリコン薄膜を形成する。前記
表示電極(ＩＴＯ薄膜)12上の絶縁膜(酸化シリコン薄膜)
13にコンタクトホール20を開口して表示電極(ＩＴＯ薄
膜)12の一部を露出させる。

【００２９】次に図２(b)に示したように膜厚100nmの非
晶質シリコン薄膜の半導体薄膜14をＬＰＣＶＤ法にて形
成し、エキシマレーザーアニール法22によるエキシマレ
ーザー照射により半導体薄膜(非晶質シリコン薄膜)14を
多結晶化し、半導体薄膜14としての多結晶シリコン薄膜
を形成する。前記多結晶シリコン薄膜を薄膜トランジス
タの形状に加工した後、多結晶シリコン薄膜上に厚さ10
0nmのゲート絶縁膜(酸化シリコン薄膜)15を形成する。
前記ゲート絶縁膜15上に厚さ200nmのタンタル (Ｔa)薄
膜を用いてゲート電極16を形成する。

【００３０】次に図２(c)に示したように前記ゲート電
極16をマスクとして薄膜トランジスタのソースおよびド
レイン領域に不純物注入を行う。この不純物としては燐
(Ｐ)イオン19を加速電圧80kV、注入総量１×10¹⁵／cm²
の条件下にて注入した。窒素中での600℃、24時間の熱
処理により注入不純物の活性化処理を行った後、図２
(d)に示したように厚さ400nmの層間絶縁膜(酸化シリコ
ン薄膜)17を形成する。次いで、薄膜トランジスタのソ
ース領域上の絶縁膜(ゲート絶縁膜15＋層間絶縁膜17)に
コンタクトホール20を開口し、データ配線18をＡl薄膜
にて形成する。最後に薄膜トランジスタの全面に窒化シ
リコン薄膜からなる保護膜21を形成して薄膜トランジス
タが完成する。

【００３１】なお、本実施例において薄膜トランジスタ
と表示電極とのコンタクト性能を向上させるために、図
２(a)の段階でプラズマ処理23を行うことが効果的であ
る。具体的には図２(a)にて表示電極上にコンタクトホ
ール20を開口したのち、プラズマ処理を行う。不純物プ
ラズマとしては後工程でソースおよびドレイン領域形成
時に導入する不純物を用いることが望ましい。特に燐
(Ｐ)を有するプラズマ (例えば、ＰＨ₃プラズマ)を用い
た場合には、燐は表示電極(ＩＴＯ薄膜)12上への吸着係
数が大きく、酸化シリコン薄膜上への吸着係数が小さい
という選択性があるため、後工程で酸化シリコン薄膜上
に吸着した燐が多結晶シリコン薄膜中に導入されること
がない。

【００３２】上記のように図２に示した製造方法にプラ
ズマ処理を加えることにより、非晶質シリコン薄膜のレ
ーザー結晶化時にシリコン薄膜が瞬間的に高温に加熱さ
れ、プラズマ処理により存在していた不純物がシリコン
薄膜中で電気的に活性化され、半導体薄膜(多結晶シリ
コン薄膜)14と表示電極(ＩＴＯ薄膜)12との接触電差を
低減しつつ、半導体薄膜(多結晶シリコン薄膜)14と表示
電極(ＩＴＯ薄膜)12との接合特性を大幅に向上できた。

【００３３】なお、本実施例の図１および図２では、半
導体薄膜の結晶化工程としてエキシマレーザーアニール
法によるエキシマレーザー照射を用いている。表示電極
12のＩＴＯ薄膜はレーザー光に対して吸収係数が大き
く、直接レーザー光が照射される場合にはＩＴＯ薄膜剥
離等の損傷が問題となる。そのため本実施例では、ＩＴ
Ｏ薄膜上を被覆するように直接的あるいは絶縁膜を介し
て半導体薄膜を形成し、レーザー照射を行っている。こ
れにより、レーザー光は半導体薄膜中で吸収され、かつ
半導体薄膜下の絶縁膜によりＩＴＯ薄膜への熱伝導が低
減されＩＴＯ薄膜の損傷が防止できた。

【００３４】(実施例３)図３は本発明の第３の実施例に
おける薄膜トランジスタアレイの構造とその製造方法を
示す模式工程断面図である。これは請求項３記載の薄膜
トランジスタアレイを請求項７記載の製造方法を用いた
場合の一例である。

【００３５】まず図３(a)に示すように、ガラス基板な
どの透光性基板11上に半導体薄膜14となる厚さ100nmの
多結晶シリコン薄膜を形成する。この半導体薄膜(多結
晶シリコン薄膜)14の形成は、まずシラン(ＳiＨ₄)およ
び水素(Ｈ₂)ガスを用いたプラズマＣＶＤ法にて非晶質
シリコン薄膜を形成したのち、窒素中で熱処理(450℃，
120分)して非晶質シリコン膜中の水素濃度を低減する。
その後、前記非晶質シリコン薄膜にＸeＣlエキシマレー
ザー(波長308nm)を照射し、非晶質シリコン薄膜を結晶
化することにより多結晶シリコン薄膜を得ることができ
る。この多結晶シリコン薄膜、つまり半導体薄膜14を薄
膜トランジスタの形状に加工した後、半導体薄膜(多結
晶シリコン薄膜)14上に厚さ100nmの酸化シリコン薄膜よ
りなるゲート絶縁膜15を形成する。

【００３６】次に、ゲート絶縁膜15上に厚さ200nmのタ
ンタル(Ｔa)薄膜を設けたのち、そのタンタル薄膜の不
要な部分をエッチング除去することによってゲート電極
16を形成する。次に、前記ゲート電極16をマスクとして
ドーパントとなる燐(Ｐ)イオン19をゲート絶縁膜15を通
して半導体薄膜(多結晶シリコン薄膜)14に注入し、薄膜
トランジスタのソースおよびドレイン領域を形成する。
燐イオンの注入条件は加速電圧80kV、注入総量１×10¹⁵
cm~²である。注入したドーパントは600℃の窒素雰囲気
中で24時間の熱処理を行うことにより活性化した。

【００３７】次に図３(b)に示すように膜厚100nmの酸化
物導電性薄膜(ＩＴＯ膜)よりなる表示電極12をゲート絶
縁膜15上に形成する。次に図３(c)に示すように、薄膜
トランジスタおよび表示電極12の全面に膜厚400nmの酸
化シリコン薄膜からなる層間絶縁膜17を形成したのち、
多結晶シリコン薄膜の未結合手(ダングリングボンド）
を終端（ターミネート)して特性を向上させるために水
素プラズマ処理を行う。

【００３８】水素プラズマ処理は平行平板型プラズマＣ
ＶＤ装置を用い、処理条件は水素ガス圧１Torr，ＲＦ電
力300Ｗ，基板温度300℃，処理時間２時間である。

【００３９】水素プラズマ処理後、図３(c)に示すよう
にゲート絶縁膜15および層間絶縁膜17にコンタクトホー
ル20を開口する。

【００４０】次に、膜厚700nmのＡl薄膜よりなるデータ
配線18をコンタクトホールの上面に形成して、薄膜トラ
ンジスタのソースおよびドレイン領域および表示電極12
における電気的接続をそれぞれ行う。次に厚さ500nmの
窒化シリコン薄膜よりなる保護膜21を、少なくとも薄膜
トランジスタの全表面に形成することによって、絵素を
構成する薄膜トランジスタアレイが完成する。なお、液
晶表示装置の表示特性を変更する場合、表示電極12の表
面にも保護膜21を設けることも可能である。

【００４１】(実施例４)図４は本発明の第４の実施例に
おける薄膜トランジスタアレイの構造とその製造方法を
示す模式工程断面図である。これは、請求項４記載の薄
膜トランジスタアレイを請求項８記載の製造方法を用い
た場合の一例である。

【００４２】まず図４(a)に示すように、ガラス基板な
どの透光性基板11上に半導体薄膜14となる厚さ100nmの
多結晶シリコン薄膜を形成する。この半導体薄膜(多結
晶シリコン薄膜)14の形成は、まずシラン(ＳiＨ₄)およ
び水素(Ｈ₂)ガスを用いて減圧ＣＶＤ法により基板温度5
50℃で非晶質シリコン薄膜を形成する。次に非晶質シリ
コン薄膜を窒素中で熱処理(600℃，10時間)して結晶化
させることによって多結晶シリコン薄膜が得られる。そ
の多結晶シリコン薄膜、つまり半導体薄膜14を薄膜トラ
ンジスタの形状に加工した後、半導体薄膜(多結晶シリ
コン薄膜)14上に厚さ100nmの酸化シリコン薄膜よりなる
ゲート絶縁膜15を形成する。

【００４３】さらにそのゲート絶縁膜15上に厚さ200nm
のタンタル(Ｔa)薄膜を形成したのち、そのタンタル薄
膜の不要な部分をエッチング除去することによってゲー
ト電極16を形成する。

【００４４】次に前記ゲート電極をマスクとして燐(Ｐ)
イオン19をゲート絶縁膜15を通して多結晶シリコン薄膜
に注入し、薄膜トランジスタのソースおよびドレイン領
域を形成する。燐イオンの注入条件は加速電圧80kV，注
入総量１×10¹⁵cm~²である。注入した燐(Ｐ)イオンは60
0℃，24時間の窒素雰囲気で熱処理することにより活性
化した。次に図４(b)に示すように、厚さ300nmの酸化シ
リコン薄膜よりなる第１の層間絶縁膜17aを形成したの
ち、その第１の層間絶縁膜17a上に、酸化物導電性薄膜
(ＩＴＯ薄膜)を用いて表示電極12を形成する。

【００４５】次に表示電極12の形成後、図４(c)に示す
ように厚さ100nmの酸化シリコン薄膜からなる第２の層
間絶縁膜17bを形成する。その後、多結晶シリコン薄膜
の未結合手(ダングリングボンド)を終端(ターミネート)
して特性を向上させるため水素プラズマ処理を行う。

【００４６】水素プラズマ処理は平行平板型プラズマＣ
ＶＤ装置を用い、処理条件は水素ガス圧１Torr，ＲＦ電
力300Ｗ，基板温度300℃，処理時間２時間である。水素
プラズマ処理後、図４(c)に示すようにゲート絶縁膜1
5，第１の層間絶縁膜17aおよび第２の層間絶縁膜17bに
コンタクトホール20を開口する。

【００４７】次に膜厚700nmのＡｌ薄膜よりなるデータ
配線18を形成したのち、厚さ500nmの窒化シリコン薄膜
よりなる保護膜21を、少なくとも薄膜トランジスタの全
表面に形成することによって絵素を構成する薄膜トラン
ジスタアレイが完成する。

【００４８】なお、液晶表示装置の表示特性を変更する
場合、表示電極12の表面にも保護膜21を設けることも可
能である。

【００４９】本実施例中では第１および第２の層間絶縁
膜17a，17bとして酸化シリコン薄膜を用いたが、酸化シ
リコン薄膜以外で、例えば窒化シリコン薄膜または酸化
シリコン薄膜と窒化シリコン薄膜の積層膜を用いても同
様の効果を得ることができる。

【００５０】上記のように第１から第４の各実施例に示
したように、本発明の薄膜トランジスタアレイを用いる
ことにより薄膜トランジスタのドレイン領域と表示電極
との接触段差が低減され、薄膜トランジスタのドレイン
領域でのコンタクト不良や断線が大幅に減少し、薄膜ト
ランジスタアレイの歩留まりを向上することが可能とな
った。

【００５１】図５は本発明の一実施例における液晶表示
装置に用いた薄膜トランジスタアレイの構造を示す部分
平面図である。これは前記実施例３(図３)および４(図
４)記載の薄膜トランジスタアレイを用いた場合であ
り、図６は図５および前出の図11の各Ｂ−Ｂ′線の断面
におけるデータ配線18と表示電極12との位置関係を示す
構成断面図である。従来例では図６(a)に示したよう
に、表示電極12とデータ配線18とが同一平面上に存在し
ており、前記表示電極12とデータ配線18間のショートを
低減するためには両者間に適切な間隔ｄが必要であっ
た。

【００５２】これに対して本発明の実施例３および４記
載の薄膜トランジスタアレイの表示電極12とデータ配線
18との間には、図６(b)では層間絶縁膜17が、図６(c)で
は第２の層間絶縁膜17bがそれぞれ介在しており、これ
により両者は絶縁・分離されているため、製造工程中の
ダスト等の付着による表示電極12とデータ配線18間の短
絡不良は大幅に減少し、製造歩留まりを大幅に向上する
ことができた。

【００５３】図７は図５および図11のＣ−Ｃ′線の断面
におけるゲート電極16と表示電極12との位置関係を示す
構成断面図である。従来例では図７(a)に示すように層
間絶縁膜によって分離されている。本発明の実施例４に
おいて説明した薄膜トランジスタアレイでは、図７(c)
に示すようにゲート電極16と表示電極12との間に第１の
層間絶縁膜17aが介在しており、これにより両者は絶縁
・分離されているため、製造工程中のダスト等の付着に
よる表示電極12とゲート電極16間の短絡不良は大幅に減
少し、製造歩留まりを大幅に向上することができた。

【００５４】なお、実施例３では、図７(b)に示すよう
にゲート電極16と表示電極12は同一平面上にパターン形
成されるが、図５に示すように互いに隣接する区間が短
いので、その短絡の確率は小さい。

【００５５】また、本発明に関する製造方法を用いるこ
とにより、短絡不良の発生確率を極めて低く抑えること
が可能となるため、データ配線18と表示電極12との間隔
ｄ (図６参照)を小さく設計でき、結果として絵素を構
成する液晶表示装置の表示面積の開口率が向上し、コン
トラストが増大した。また、データー配線18と表示電極
12とが層間絶縁膜により絶縁分離されているため、デー
ター配線18を形成するときのフォトリソグラフィー工程
におけるＡl薄膜の腐食も防止することができる。

【００５６】さらに本発明の前記実施例１および２では
表示電極とゲート電極およびデータ配線間はゲート絶縁
膜ならびに層間絶縁膜により絶縁分離されているため、
ショート確率に関しては同様に低減可能である。

【００５７】(実施例５)図８は本発明の薄膜トランジス
タアレイを用いた液晶表示装置における一絵素の断面を
示すものである。液晶層24は対向する２枚のガラス基板
よりなる透光性基板11によって構成されたセル内に存在
している。一方の基板上にはカラーフィルター層25とブ
ラックマトリックス26が形成されており、オーバーコー
ト層27を介して対向電極(ＩＴＯ薄膜)28が形成されてい
る。また、他方の基板11には薄膜トランジスタアレイ29
が集積化されている。図８に示した薄膜トランジスタア
レイの部分は本発明の実施例１から実施例４で説明した
製造方法を用いて作製されており、かつ表示電極上の保
護膜は除去されている。この薄膜トランジスタは多結晶
シリコンで形成されており、前記透光性基板11の外周部
には薄膜トランジスタアレイを駆動する周辺回路が多結
晶シリコン薄膜トランジスタにより形成されている。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の薄膜トラ
ンジスタの製造方法を用いることにより、薄膜トランジ
スタに用いる半導体薄膜と表示電極との接触断差を低減
でき、断線を防止できた。また、表示電極とデータ配線
は絶縁膜を挟んで形成され同一層上に形成されることが
ないため、薄膜トランジスタのゲートおよびドレイン電
極間のショートを大幅に低減でき、これにより表示電極
とデータ配線間の間隔を小さく設計でき、結果的に液晶
表示装置の高開口率化が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における薄膜トランジス
タアレイの構造とその製造方法を示す模式工程断面図で
ある。

【図２】本発明の第２の実施例における薄膜トランジス
タアレイの構造とその製造方法を示す模式工程断面図で
ある。

【図３】本発明の第３の実施例における薄膜トランジス
タアレイの構造とその製造方法を示す模式工程断面図で
ある。

【図４】本発明の第４の実施例における薄膜トランジス
タアレイの構造とその製造方法を示す模式工程断面図で
ある。

【図５】本発明の一実施例における液晶表示装置に用い
た薄膜トランジスタアレイの構造を示す部分平面図であ
る。

【図６】図５，図11に示すＢーＢ′線における薄膜トラ
ンジスタアレイの構成を示す断面図であり、(a)は図９
(c)に示す従来のもの、(b)は図３(c)に示す本発明の第
３の実施例のもの、(c)は図４(c)に示す本発明の第４の
実施例のものである。

【図７】図５，図11に示すＣ−Ｃ′線における薄膜トラ
ンジスタアレイの構成を示す断面図であり、(a)は図９
(c)に示す従来のもの、(b)は図３(c)に示す本発明の第
３の実施例のもの、(c)は図４(c)に示す本発明の第４の
実施例のものである。

【図８】本発明の薄膜トランジスタアレイを用いた液晶
表示装置における一絵素の構造を示す断面図である。

【図９】従来のトップゲート型多結晶シリコン薄膜トラ
ンジスタアレイの製造工程の一例を示す図である。

【図１０】図９(c)に示すコンタクトホール部分の領域
(A)の拡大図である。

【図１１】図９に示した液晶表示装置用の薄膜トランジ
スタアレイの構造を示す部分平面図の一例である。

【符号の説明】

11…透光性基板(ガラス基板)、 12…表示電極(酸化物
導電性薄膜：ＩＴＯ薄膜)、 13…絶縁膜(酸化シリコン
薄膜)、 14…半導体薄膜(多結晶シリコン薄膜)、15…
ゲート絶縁膜(酸化シリコン薄膜)、 16…ゲート電極
(タンタル薄膜)、 17…層間絶縁膜(酸化シリコン薄
膜)、 17a…第１の層間絶縁膜(酸化シリコン薄膜)、
17b…第２の層間絶縁膜(酸化シリコン薄膜)、 18…デ
ータ配線(Ａl薄膜)、 20…コンタクトホール、 21…
保護膜(窒化シリコン薄膜)、 24…液晶層、25…カラー
フィルター層、 26…ブラックマトリックス、 27…オ
ーバーコート層、 28…対向電極、 29…薄膜トランジ
スタアレイ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 29/40 Ａ 8826−4Ｍ (72)発明者宮田豊大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体層が多結晶シリコン薄膜からなる
トップゲート型薄膜トランジスタアレイにおいて、表示
電極が基板上方かつ薄膜トランジスタ下方に形成されて
おり、前記表示電極と薄膜トランジスタのドレイン領域
が直接的あるいは表示電極上に形成したコンタクトホー
ルを介して接続されていることを特徴とする薄膜トラン
ジスタアレイ。
【請求項２】表示電極上に形成された絶縁膜を開口し
たコンタクトホールを介して薄膜トランジスタのドレイ
ン領域と表示電極とがデータ配線金属と同種金属により
接続されていることを特徴とする請求項１記載の薄膜ト
ランジスタアレイ。
【請求項３】半導体層が多結晶シリコン薄膜からなる
トップゲート型薄膜トランジスタアレイにおいて、表示
電極がゲート絶縁膜と前記ゲート絶縁膜上に設けられた
ゲート電極とデータ配線を絶縁分離する層間絶縁膜との
間に形成されており、かつ前記表示電極は表示電極上方
の前記層間絶縁膜を開口するコンタクトホールならびに
薄膜トランジスタのドレイン領域上に形成された前記ゲ
ート絶縁膜、層間絶縁膜を開口するコンタクトホールを
介してデーター配線金属と同種金属配線により薄膜トラ
ンジスタのドレイン領域に接続されていることを特徴と
する薄膜トランジスタアレイ。
【請求項４】半導体層が多結晶シリコン薄膜からなる
トップゲート型薄膜トランジスタアレイにおいて、表示
電極がゲート絶縁膜直上に設けられた第１の層間絶縁膜
とその第１の層間絶縁膜上に形成された第２の層間絶縁
膜との間に形成されており、かつ前記表示電極は表示電
極上方の前記第２の層間絶縁膜を開口するコンタクトホ
ールならびに薄膜トランジスタのドレイン領域上に形成
された前記ゲート絶縁膜、第１および第２の層間絶縁膜
を開口するコンタクトホールを介してデーター配線金属
と同種金属配線により薄膜トランジスタのドレイン領域
に接続されていることを特徴とする薄膜トランジスタア
レイ。
【請求項５】透光性基板上に表示電極となる酸化物導
電性薄膜を所定の形状に形成する工程と、前記表示電極
上に薄膜トランジスタとなる多結晶シリコン薄膜を形成
する工程と、前記多結晶シリコン薄膜上にゲート絶縁膜
を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を
形成する工程と、前記ゲート電極をマスクとして前記多
結晶シリコン薄膜にドーパントを注入して薄膜トランジ
スタのソース領域およびドレイン領域を形成する工程
と、前記ゲート電極を被覆するように層間絶縁膜を形成
する工程と、薄膜トランジスタのソース領域上のゲート
絶縁膜および層間絶縁膜にコンタクトホールを開口する
工程と、前記コンタクトホールを介して薄膜トランジス
タのソース領域とデータ配線を電気的に接続する工程
と、最後に少なくとも薄膜トランジスタの全表面に保護
膜を形成する工程とからなることを特徴とする薄膜トラ
ンジスタの製造方法。
【請求項６】透光性基板上に表示電極となる酸化物導
電性薄膜を所定の形状に形成する工程と、前記表示電極
上に絶縁膜を形成する工程と、前記表示電極上の絶縁膜
にコンタクトホールを開口する工程と、前記コンタクト
ホール上に薄膜トランジスタとなる多結晶シリコン薄膜
を形成する工程と、前記多結晶シリコン薄膜上にゲート
絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート
電極を形成する工程と、前記ゲート電極をマスクとして
前記多結晶シリコン薄膜にドーパントを注入して薄膜ト
ランジスタのソース領域およびドレイン領域を形成する
工程と、前記ゲート電極を被覆するように層間絶縁膜を
形成する工程と、薄膜トランジスタのソース領域上のゲ
ート絶縁膜および層間絶縁膜にコンタクトホールを開口
する工程と、前記コンタクトホールを介して薄膜トラン
ジスタのソース領域とデータ配線を電気的に接続する工
程と、最後に少なくとも薄膜トランジスタの全表面に保
護膜を形成する工程とからなることを特徴とする薄膜ト
ランジスタの製造方法。
【請求項７】透光性基板上に多結晶シリコン薄膜を形
成し所定の形状に加工する工程と、前記多結晶シリコン
薄膜を被覆するようにゲート絶縁膜を形成する工程と、
そのゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、そ
のゲート電極をマスクとして前記多結晶シリコン薄膜に
ドーパントを注入して薄膜トランジスタのソース領域お
よびドレイン領域を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜
上に酸化物導電性薄膜からなる表示電極を形成する工程
と、その表示電極上に層間絶縁膜を形成する工程と、薄
膜トランジスタのソース領域およびドレイン領域ならび
に表示電極にそれぞれコンタクトホールを開口する工程
と、薄膜トランジスタのソース領域とデータ配線の接
続、およびデータ配線金属と同種金属を用いて薄膜トラ
ンジスタのドレイン領域と表示電極を接続する工程と、
最後に少なくとも薄膜トランジスタの全表面に保護膜を
形成する工程とからなることを特徴とする薄膜トランジ
スタアレイの製造方法。
【請求項８】透光性基板上に多結晶シリコン薄膜を形成
し所定の形状に加工する工程と、前記多結晶シリコン薄
膜を被覆するようにゲート絶縁膜を形成する工程と、そ
のゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、その
ゲート電極をマスクとして前記多結晶シリコン薄膜にド
ーパントを注入して薄膜トランジスタのソース領域およ
びドレイン領域を形成する工程と、前記ゲート電極を被
覆するように第１の層間絶縁膜を形成する工程と、その
第１の層間絶縁膜上に酸化物導電性薄膜からなる表示電
極を形成する工程と、その表示電極を被覆するように第
２の層間絶縁膜を形成する工程と、表示電極上の第２の
層間絶縁膜および薄膜トランジスタのソース領域および
ドレイン領域にコンタクトホールを開口する工程と、薄
膜トランジスタのソース領域とデータ配線の接続、およ
びデータ配線金属と同種金属を用いて薄膜トランジスタ
のドレイン領域と表示電極を接続する工程と、最後に薄
膜トランジスタアレイの表面の少なくとも薄膜トランジ
スタの全表面に保護膜を形成する工程とからなることを
特徴とする薄膜トランジスタアレイの製造方法。
【請求項９】一対の透光性基板より構成されるセル内
に液晶が充填され、一方の前記透光性基板上に請求項１
から４記載のいずれかの薄膜トランジスタアレイを備
え、前記薄膜トランジスタアレイの表示電極を介して液
晶をスイッチングすることによって画像や文字等を表示
することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１０】前記多結晶シリコン薄膜として、非晶
質シリコン薄膜を形成し、前記非晶質シリコン薄膜をレ
ーザー照射により結晶化したものを用いることを特徴と
する請求項１，２，３，４，５，６，７または８記載の
薄膜トランジスタアレイおよびその製造方法。
【請求項１１】層間絶縁膜が少なくとも酸化シリコン
薄膜あるいは窒化シリコン薄膜からなり、また薄膜トラ
ンジスタの全表面に形成された保護膜が窒化シリコン薄
膜からなることを特徴とする請求項３，４，７または８
記載の薄膜トランジスタアレイおよびその製造方法。