JPH08220558A

JPH08220558A - 薄膜トランジスタ及びそれを用いたアクティブマトリクス型液晶表示装置

Info

Publication number: JPH08220558A
Application number: JP2154195A
Authority: JP
Inventors: Takehisa Yamaguchi; 偉久山口
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp; AGC Inc
Priority date: 1995-02-09
Filing date: 1995-02-09
Publication date: 1996-08-30

Abstract

(57)【要約】【目的】バックライト及び自然光の照射によって発生
する光励起電流を抑制する薄膜トランジスタを作製し、
この薄膜トランジスタを用いてコントラスト比が良好で
画像安定性に優れたアクティブマトリクス型液晶表示装
置を提供する。【構成】透明絶縁基板１上に順次、遮光膜１０、絶縁
膜１１、ゲート電極１２、ゲート絶縁膜１７、アモルフ
ァスシリコンｉ層１８、チャネル保護膜１９、アモルフ
ァスシリコンｎ⁺層、ソース電極及びドレイン電極１３
及び１４を形成した薄膜トランジスタである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜トランジスタ及び
それを用いたアクティブマトリクス型の液晶表示装置に
関し、特に薄膜トランジスタの光によるリーク電流の抑
制に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】フラットパネルディスプレイ、中でもア
クティブマトリクス型液晶表示装置は、高度情報化社
会、マルチメディアの時代において中核となるデバイス
の一つとして期待されている。

【０００３】アクティブマトリクス型液晶表示装置は、
格子状に配列したソース電極線及びゲート電極線の交差
部に画素を形成し、上記各画素を薄膜トランジスタ（以
下ＴＦＴという）などのスイッチング素子によって駆動
させるため、良好な画素のコントラストが得られるとい
う利点がある。

【０００４】図７はアクティブマトリクス型液晶表示装
置の一般的な構造を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）
である。１はガラス板からなるアレイ基板、２はソース
電極線、３はゲート電極線、４はＴＦＴ、５は画素、７
はアレイ基板に対向する透明電極６が形成された対向基
板、８はアレイ基板１と対向基板７との間に挟持された
液晶、９はアレイ基板１側から光を照射するバックライ
トである。

【０００５】画素５と透明電極６との間に蓄積される電
荷をＴＦＴ４のＯＮ／ＯＦＦによって制御して液晶の配
向を変化させ、バックライト９から照射された背面光を
透過させることによって画面表示を行う。

【０００６】図８は一画素及びその隣の画素の一部を示
す平面図（ａ）並びにＴＦＴ部分のＡ−Ａ断面図（ｂ）
である。

【０００７】図において、３はゲート電極線、２はソー
ス電極線、１２はゲート電極線３と一体に形成されたゲ
ート電極、１３はソース電極線２と一体に形成されたソ
ース電極、１４はドレイン電極、１５はドレイン電極１
４と電気的に接続された画素電極、１６はゲート電極線
１０と電気的に接続された保持容量電極、１７はゲート
電極１２を覆うゲート絶縁膜、１８はチャネルとなるア
モルファスシリコンｉ層、１９はチャネル保護膜、２０
はリンがドープされたアモルファスシリコンｎ⁺層、１
は上記１０〜２０を形成するためのガラスからなるアレ
イ基板である。

【０００８】図９（ａ）〜（ｅ）のＴＦＴの製造工程を
示す断面図にしたがって、製造方法を説明する。まず、
図９（ａ）に示すように、ガラス板からなるアレイ基板
１上に、低抵抗で高融点金属であるクロム（Ｃｒ）膜を
スパッタ法によって堆積させ、フォトリソグラフィー及
びエッチングによってパターニングを行い、ゲート電極
１２を形成する。

【０００９】次に、図９（ｂ）に示すように、窒化シリ
コン膜をプラズマＣＶＤ法で堆積させ、ゲート絶縁膜１
７を形成する。

【００１０】次に、図９（ｃ）に示すように、イントリ
ンシックなアモルファスシリコン膜及び窒化シリコン膜
をプラズマＣＶＤ法によって連続して堆積させ、上記窒
化シリコン膜をフォトリソグラフィー及びエッチングに
よってパターニングを行い、エッチングストッパーとな
るチャネル保護膜１９とチャネルとなるアモルファスシ
リコンｉ層１８とを形成する。

【００１１】次に、図９（ｄ）に示すように、リンをド
ープしたｎ⁺アモルファスシリコン膜をプラズマＣＶＤ
法で堆積させパターニングを行い、ソース及びドレイン
となるアモルファスシリコンｎ⁺層２０を形成する。

【００１２】次に、図９（ｅ）に示すように、アルミニ
ウム（Ａｌ）を主成分とする金属膜をスパッタ法で堆積
し、パターニングを行い、ソース電極１３及びドレイン
電極１４を形成して、逆スタガー型のＴＦＴが形成され
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】すでに説明したよう
に、画素５と透明電極６との間に蓄積される電荷をＴＦ
Ｔ４のＯＮ／ＯＦＦによって制御して液晶の配向を変化
させ、バックライト９から照射された背面光を透過させ
ることによって画面表示を行う。この時、バックライト
９から照射された背面光はＴＦＴ４にも照射される。

【００１４】背面光がＴＦＴ４に照射されると、ＴＦＴ
４のアモルファスシリコンｉ層１８が背面光を受け、キ
ャリアが背面光によって励起され、ＴＦＴ４がＯＦＦ状
態のときでも光励起電流が流れる。この結果、液晶４間
に蓄積されていた電荷が減少して表示特性が劣化するこ
とになる。

【００１５】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、上記光励起電流を減少させ、表
示特性を安定化させることを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
透明の絶縁基板上に順次、光を遮蔽する遮光膜、この遮
光膜と絶縁膜を介して形成されたゲート電極、ゲート絶
縁膜、チャネルとなるノンドープ半導体層、このノンド
ープ半導体層と上記チャネルの両側でオーミックコンタ
クトをとるための半導体層および／または金属からなる
ソース電極およびドレイン電極を備えた薄膜トランジス
タである。

【００１７】請求項２に係る発明は、請求項１記載の薄
膜トランジスタにおいて、遮光膜が、金属からなり、ゲ
ート電極の周辺部とのみ重なり合うように配置されたも
のである。

【００１８】請求項３に係る発明は、請求項１または２
記載の薄膜トランジスタにおいて、絶縁膜が酸化シリコ
ンからなるものである。

【００１９】請求項４に係る発明は、透明の絶縁基板上
に順次、光を遮蔽する有色の絶縁物からなる遮光膜、ゲ
ート電極、ゲート絶縁膜、チャネルとなるノンドープ半
導体層、このノンドープ半導体層と上記チャネルの両側
でオーミックコンタクトをとるための半導体層および／
または金属からなるソース電極およびドレイン電極を備
えた薄膜トランジスタである。

【００２０】請求項５に係る発明は、請求項４記載の薄
膜トランジスタにおいて、有色の絶縁物が乳白色ガラス
または色ガラスであるものである。

【００２１】請求項６に係る発明は、請求項１または４
に記載の薄膜トランジスタにおいて、ノンドープ半導体
層がｉ型のアモルファスシリコンからなり、オーミック
コンタクトをとるための半導体層がｎ⁺型のアモルファ
スシリコンからなるものである。

【００２２】請求項７に係る発明は、複数のゲート信号
線と複数のソース信号線とを交差させて形成し、上記交
差部に薄膜トランジスタを配設したアレイ基板、このア
レイ基板に対向して配設し上記薄膜トランジスタと対向
する部位に光を遮蔽する第二の遮光膜を形成した対向基
板、この対向基板と上記アレイ基板との間に挟持された
液晶、上記アレイ基板側から光を照射するバックライト
備えたアクティブマトリクス型液晶表示装置である。

【００２３】請求項８に係る発明は、請求項７記載のア
クティブマトリクス型液晶表示装置において、第二の遮
光膜が金属からなるものである。

【００２４】請求項９に係る発明は、請求項７記載のア
クティブマトリクス型液晶表示装置において、第二の遮
光膜が有色の絶縁物からなるものである。

【００２５】請求項１０に係る発明は、請求項９記載の
アクティブマトリクス型液晶表示装置において、有色の
絶縁物が乳白色ガラスまたは色ガラスであるものであ
る。

【００２６】請求項１１に係る発明は、請求項７記載の
アクティブマトリクス型液晶表示装置において、薄膜ト
ランジスタは、アレイ基板上に順次、光を遮蔽する遮光
膜、この遮光膜と絶縁膜を介して形成されたゲート電
極、ゲート絶縁膜、チャネルとなるノンドープ半導体
層、このノンドープ半導体層と上記チャネルの両側でオ
ーミックコンタクトをとるための半導体層および／また
は金属からなるソース電極およびドレイン電極を備えた
ものである。

【００２７】請求項１２に係る発明は、請求項１１記載
のアクティブマトリクス型液晶表示装置において、遮光
膜が、金属からなり、ゲート電極の周辺部とのみ重なり
合うように配置されたものである。

【００２８】請求項１３に係る発明は、請求項１１また
は１２記載のアクティブマトリクス型液晶表示装置にお
いて、絶縁膜が酸化シリコンからなるものである。

【００２９】請求項１４に係る発明は、請求項７記載の
アクティブマトリクス型液晶表示装置において、薄膜ト
ランジスタは、アレイ基板上に順次、光を遮蔽する有色
の絶縁物からなる遮光膜、ゲート電極、ゲート絶縁膜、
チャネルとなるノンドープ半導体層、このノンドープ半
導体層と上記チャネルの両側でオーミックコンタクトを
とるための半導体層および／または金属からなるソース
電極およびドレイン電極を備えたものである。

【００３０】請求項１５に係る発明は、請求項１４記載
のアクティブマトリクス型液晶表示装置において、有色
の絶縁物が乳白色ガラスまたは色ガラスであるものであ
る。

【００３１】請求項１６に係る発明は、請求項１１また
は１４記載のアクティブマトリクス型液晶表示装置にお
いて、ノンドープ半導体層がｉ型のアモルファスシリコ
ンからなり、オーミックコンタクトをとるための半導体
層がｎ⁺型のアモルファスシリコンからなるものであ
る。

【００３２】

【作用】請求項１〜６に係る発明によれば、透明絶縁基
板側から照射される光による薄膜トランジスタの光励起
電流を防止することができる。

【００３３】請求項２および１２に係る発明によれば、
遮光膜がゲート電極の周辺部とのみ重なり合うようにす
るので、遮光膜とゲート電極との間の容量を小さくする
ことができる。

【００３４】請求項３および１３に係る発明によれば、
絶縁膜が比誘電率が小さい酸化シリコンからなるので、
遮光膜とゲート電極との間の容量を小さくすることがで
きる。

【００３５】請求項４、５、１４および１５に係る発明
によれば、遮光膜が光を遮蔽する有色の絶縁物からなる
ので、ゲート電極と絶縁する絶縁膜を必要とせず、製造
が容易になる。

【００３６】請求項７〜１６に係る発明によれば、対向
基板から入射される自然光によって発生し表示特性を劣
化させる薄膜トランジスタの光励起電流を防止し、安定
した表示特性が得られる。

【００３７】請求項１１〜１６に係る発明によれば、バ
ックライトから入射される光によって発生し表示特性を
劣化させる薄膜トランジスタの光励起電流を防止し、安
定した表示特性が得られる。

【００３８】

【実施例】

実施例１．図１は本発明の一実施例になるアクティブマ
トリクス型液晶表示装置に形成されたＴＦＴ部分の断面
図である。図において、１はガラス板などの透明絶縁物
からなる透明絶縁基板（アレイ基板）、１２はゲート電
極、１３はソース電極、１４はドレイン電極、１７はゲ
ート電極１２を覆うゲート絶縁膜、１８はチャネルとな
るアモルファスシリコンｉ層、１９はチャネル保護膜、
２０はリンがドープされたアモルファスシリコンｎ
⁺層、１０はクロム（Ｃｒ）等の金属からなる遮光膜、
１１は遮光膜１０とゲート電極１２とを絶縁する窒化シ
リコンなどからなる絶縁膜である。

【００３９】図２（ａ）〜（ｅ）は、図１に示したＴＦ
Ｔの製造工程を示す断面図で、図２に従って製造方法を
以下に説明する。

【００４０】まず、図２（ａ）に示すように、ガラス板
からなるアレイ基板１上に、クロム、アルミニウムなど
の金属をスパッタ法で成膜しパターニングして遮光膜１
０を形成する。

【００４１】次に、図２（ｂ）に示すように、窒化シリ
コンなどからなる絶縁膜１１をプラズマＣＶＤ法で成膜
し、さらに、絶縁膜１１上にクロムを成膜し写真製版お
よびエッチングによりパターニングしてゲート電極１２
を形成する。この時、ゲート電極１２と遮光膜１０との
位置関係が重要で、図中に示すゲート電極１２と遮光膜
１０とのオーバーラップ量Ｂが大きいとゲート電極１２
と遮光膜１０の間の容量が大きくなり表示の特性劣化を
もたらし、逆に、オーバーラップ量Ｂが小さいと背面光
の遮蔽効果が減少してＴＦＴの光励起電流を防止するこ
とができない。従って、オーバーラップ量Ｂの見積もり
は写真製版時の重ね合わせズレなどを考慮してなされ
る。

【００４２】次に、図２（ｃ）〜（ｅ）に示すように、
ゲート絶縁膜１７、アモルファスシリコンｉ層１８、チ
ャネル保護膜１９、アモルファスシリコンｎ⁺層２０、
ソース電極１３及びドレイン電極１４を順次従来と同様
に形成し、ＴＦＴが形成される。

【００４３】本実施例によれば、ゲート電極１２とオー
バーラップ量Ｂを有する遮光膜１０を絶縁膜１１を介し
てゲート電極１２の下に設けたので、バックライトから
照射される背面光を遮蔽してＴＦＴの光励起電流の発生
を防止することができ、表示特性が安定する。

【００４４】なお、本実施例の遮光膜１０は、上記クロ
ム、アルミニウムのほか、タンタル、モリブデン等種々
の金属が使用可能である。

【００４５】また、ノンドープのアモルファスシリコン
ｉ層１８、アモルファスシリコンｎ⁺層２０に換えて種
々の半導体層を用いた薄膜トランジスタにも応用するこ
とができきる。

【００４６】また、図３の本発明の他の実施例の断面図
に示すように、遮光膜１０に絶縁材料である乳白色ガラ
スあるいは色ガラスを使用することによって、絶縁層１
１を必要とせず、さらに、容量の問題を考慮する必要が
ないので、ゲート電極１２全面と重ね合わせるように形
成することができる。

【００４７】実施例２．実施例１ではゲート電極１２と
遮光膜１０との間の絶縁膜１１に窒化シリコンを使用し
た例を示した。しかし、窒化シリコンは比誘電率が７〜
７．５と大きく、ゲート電極１２と遮光膜１０との間の
容量が大きくなる。

【００４８】図４は本発明の他の実施例になるＴＦＴを
示す断面図で、絶縁膜１１に酸化シリコンを使用したも
のである。

【００４９】酸化シリコンの比誘電率は約３．５である
ので、窒化シリコンを使用した場合に比較して容量を半
減させることができる。

【００５０】実施例３．実施例１および２は遮光膜１０
をアレイ基板１に設け、背面光を遮蔽する構造を示した
が、図７に示した対向基板７側は自然光にさらされるの
で、自然光がＴＦＴに入射されることによって光励起電
流が発生する。

【００５１】図５は、本発明のアクティブマトリクス型
液晶表示装置の一実施例を示す断面図で、一画素につい
て示したものである。図において、１は、円で示したＴ
ＦＴ、このＴＦＴに接続された画素電極１５、保持容量
電極１６、保護膜２２を形成したアレイ基板、７は透明
電極が形成された対向基板、８は液晶、９はバックライ
トで、対向基板７のＴＦＴ上部に対応する部分にクロム
あるいはアルミニウムなどの金属膜からなる遮光膜２３
が形成されている。

【００５２】遮光膜２３は対向基板７側から入射される
自然光がＴＦＴに入射されるのを防止するので、ＴＦＴ
に光励起電流が発生するのを防止することができ、図５
に示したように、ＴＦＴ部分に遮光膜１０を併せて形成
することによって、バックライトの背面光も遮蔽するこ
とができる。

【００５３】図６は本発明のアクティブマトリクス型液
晶表示装置の他の実施例を示す断面図で、遮光膜２３の
周辺部を中心部より厚くしたものであり、斜めから入射
される自然光を遮蔽することができ、効果がより一層増
大する。

【００５４】なお、本実施例の遮光膜２３は上記金属の
他にタンタル、モリブデン、チタンなど数多くの金属が
使用可能であり、また、乳白色ガラスあるいは色ガラス
を使用することもできる。

【００５５】

【発明の効果】請求項１〜６に係る発明によれば、透明
絶縁基板側から照射される光による薄膜トランジスタの
光励起電流を防止することができる。

【００５６】請求項２および１２に係る発明によれば、
遮光膜がゲート電極の周辺部とのみ重なり合うようにす
るので、遮光膜とゲート電極との間の容量を小さくする
ことができる。

【００５７】請求項３および１３に係る発明によれば、
絶縁膜が比誘電率が小さい酸化シリコンからなるので、
遮光膜とゲート電極との間の容量を小さくすることがで
きる。

【００５８】請求項４、５、１４および１５に係る発明
によれば、遮光膜が光を遮蔽する有色の絶縁物からなる
ので、ゲート電極と絶縁する絶縁膜を必要とせず、製造
が容易になる。

【００５９】請求項７〜１６に係る発明によれば、対向
基板から入射される自然光によって発生し表示特性を劣
化させる薄膜トランジスタの光励起電流を防止し、安定
した表示特性が得られる。

【００６０】請求項１１〜１６に係る発明によれば、バ
ックライトから入射される光によって発生し表示特性を
劣化させる薄膜トランジスタの光励起電流を防止し、安
定した表示特性が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例になるアクティブマトリク
ス型液晶表示装置に形成されたＴＦＴ部分の断面図であ
る。

【図２】図１に示したＴＦＴの製造工程を示す断面図
である。

【図３】本発明の他の実施例になるＴＦＴを示す断面
図である。

【図４】本発明の他の実施例になるＴＦＴを示す断面
図である。

【図５】本発明のアクティブマトリクス型液晶表示装
置の一実施例を示す断面図である。

【図６】本発明のアクティブマトリクス型液晶表示装
置の他の実施例を示す断面図で

【図７】アクティブマトリクス型液晶表示装置の一般
的な構造を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。

【図８】一画素及びその隣の画素の一部を示す平面図
（ａ）並びにＴＦＴ部分のＡ−Ａ断面図（ｂ）である。

【図９】ＴＦＴの製造工程を示す断面図である。

【符号の説明】

１透明絶縁基板（アレイ基板）、２ソース電極線、
３ゲート電極線、４薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、５
画素、６透明電極、７対向基板、８液晶、９バ
ックライト、１０及び２３遮光膜、１１絶縁膜、１
２ゲート電極、１３ソース電極、１４ドレイン電
極、１５画素電極、１６保持容量電極、１７ゲー
ト絶縁膜、１８アモルファスシリコンｉ層、１９チ
ャネル保護膜、２０アモルファスシリコンｎ⁺層、２
２保護膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明の絶縁基板上に順次、光を遮蔽する
遮光膜、この遮光膜と絶縁膜を介して形成されたゲート
電極、ゲート絶縁膜、チャネルとなるノンドープ半導体
層、このノンドープ半導体層と上記チャネルの両側でオ
ーミックコンタクトをとるための半導体層および／また
は金属からなるソース電極およびドレイン電極を備えた
ことを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項２】遮光膜が、金属からなり、ゲート電極の
周辺部とのみ重なり合うように配置されたことを特徴と
する請求項１記載の薄膜トランジスタ。
【請求項３】絶縁膜が酸化シリコンからなることを特
徴とする請求項１または２記載の薄膜トランジスタ。
【請求項４】透明の絶縁基板上に順次、光を遮蔽する
有色の絶縁物からなる遮光膜、ゲート電極、ゲート絶縁
膜、チャネルとなるノンドープ半導体層、このノンドー
プ半導体層と上記チャネルの両側でオーミックコンタク
トをとるための半導体層および／または金属からなるソ
ース電極およびドレイン電極を備えたことを特徴とする
薄膜トランジスタ。
【請求項５】有色の絶縁物が乳白色ガラスまたは色ガ
ラスであることを特徴とする請求項４記載の薄膜トラン
ジスタ。
【請求項６】ノンドープ半導体層がｉ型のアモルファ
スシリコンからなり、オーミックコンタクトをとるため
の半導体層がｎ⁺型のアモルファスシリコンからなるこ
とを特徴とする請求項１または４に記載の薄膜トランジ
スタ。
【請求項７】複数のゲート信号線と複数のソース信号
線とを交差させて形成し、上記交差部に薄膜トランジス
タを配設したアレイ基板、このアレイ基板に対向して配
設し上記薄膜トランジスタと対向する部位に光を遮蔽す
る第二の遮光膜を形成した対向基板、この対向基板と上
記アレイ基板との間に挟持された液晶、上記アレイ基板
側から光を照射するバックライトを備えたことを特徴と
するアクティブマトリクス型液晶表示装置。
【請求項８】第二の遮光膜が金属からなることを特徴
とする請求項７記載のアクティブマトリクス型液晶表示
装置。
【請求項９】第二の遮光膜が有色の絶縁物からなるこ
とを特徴とする請求項７記載のアクティブマトリクス型
液晶表示装置。
【請求項１０】有色の絶縁物が乳白色ガラスまたは色
ガラスであることを特徴とする請求項９記載のアクティ
ブマトリクス型液晶表示装置。
【請求項１１】薄膜トランジスタは、アレイ基板上に
順次、光を遮蔽する遮光膜、この遮光膜と絶縁膜を介し
て形成されたゲート電極、ゲート絶縁膜、チャネルとな
るノンドープ半導体層、このノンドープ半導体層と上記
チャネルの両側でオーミックコンタクトをとるための半
導体層および／または金属からなるソース電極およびド
レイン電極を備えたことを特徴とする請求項７記載のア
クティブマトリクス型液晶表示装置。
【請求項１２】遮光膜が、金属からなり、ゲート電極
の周辺部とのみ重なり合うように配置されたことを特徴
とする請求項１１記載のアクティブマトリクス型液晶表
示装置。
【請求項１３】絶縁膜が酸化シリコンからなることを
特徴とする請求項１１または１２記載のアクティブマト
リクス型液晶表示装置。
【請求項１４】薄膜トランジスタは、アレイ基板上に
順次、光を遮蔽する有色の絶縁物からなる遮光膜、ゲー
ト電極、ゲート絶縁膜、チャネルとなるノンドープ半導
体層、このノンドープ半導体層と上記チャネルの両側で
オーミックコンタクトをとるための半導体層および／ま
たは金属からなるソース電極およびドレイン電極を備え
たことを特徴とする請求項７記載のアクティブマトリク
ス型液晶表示装置。
【請求項１５】有色の絶縁物が乳白色ガラスまたは色
ガラスであることを特徴とする請求項１４記載のアクテ
ィブマトリクス型液晶表示装置。
【請求項１６】ノンドープ半導体層がｉ型のアモルフ
ァスシリコンからなり、オーミックコンタクトをとるた
めの半導体層がｎ⁺型のアモルファスシリコンからなる
ことを特徴とする請求項１１または１４記載のアクティ
ブマトリクス型液晶表示装置。