JPH0968725A - ポリシリコン薄膜トランジスタ及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プロセス上の歩留りを向上でき、長時間安定
動作する高性能のホリシリコン薄膜トランジスタ及び液
晶表示装置を実現する。 【解決手段】 本発明のボリシリコン薄膜トランジスタ
は、ガラス基板１の一主面にシリコン窒化膜２、ポリシ
リコン層３、ゲート絶縁膜４、ゲート配線層５、層間絶
緑膜６、ソース・ドレイン配線層７を設けて構成され
る。シリコン窒化膜２はガラス基板１上にポリシリコン
層３と同一パターンで形成され、このシリコン窒化膜２
の上にポリシリコン層３が直に積層される。 【効果】 ガラス基板１からポリシリコン層３等へのア
ルカリイオンの混入をシリコン窒化膜２で確実に防止で
きる。またシリコン窒化膜２をポリシリコン層３と同一
パターンに形成したので、従来ポリシリコン層と重なら
ない部分にまでアンダーコート層を設けていたことによ
る、基板の歪み、ポリシリコン層エッジでのエッチング
異常等のプロセス上の不具合を解消できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポリシリコン薄膜
トランジスタ及び液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポリシリコン薄膜トランジスタは、キャ
リア移動度が数１０〜数１００ｃｍ²／Ｖｓ程度と高い
ことから、アクティブマトリクス駆動方式の液晶表示装
置における画素部スイッチング素子並びに駆動回路部素
子として用いることができる。図３に従来のトップゲー
ト構造のポリシリコン薄膜トランジスタの構成を示す。
同図に示すように、このポリシリコン薄膜トランジスタ
は、ガラス基板２１の−主面にアンダーコート層２２、
ポリシリコン層２３、ゲート絶緑膜２４、ゲート電極及
びゲート配線を構成するゲート配線層２５、層間絶緑膜
２６、ソース・ドレイン電極及びソース・ドレイン配線
を構成するソース・ドレイン配線層２７を設けて構成さ
れる。ポリシリコン層２３はチャネル領域２３ａの両脇
に不純物イオンが注入されたソース・ドレイン領域２３
ｂを配置してなる。

【０００３】このポリシリコン薄膜トランジスタの製造
方法に関し、ポリシリコン層２３の形成方法としてはレ
ーザアニール法あるいは熱を用いる固相成長法等が知ら
れている。またポリシリコン層２３へのソース・ドレイ
ン領域２３ｂの形成方法としてはイオン打ち込み法＋レ
ーザ活性化法あるいは熱活性化法等が知られている。そ
の中でレーザを用いた方法は低温プロセスである故、安
価なガラス基板を用いてポリシリコン薄膜トランジスタ
を量産する場合に好適である。

【０００４】次に、図４を参照してレーザアニール法及
びレーザ活性化法を用いたポリシリコン薄膜トランジス
タの製造方法について説明する。

【０００５】（１）ガラス基板２１上にアンダーコート
層２２であるＳｉ０₂ 膜、アモルファスシリコン膜２
３′を順次成膜した後、エキシマレーザーでアニールし
てアモルファスシリコン膜２３′を結晶化し、ポリシリ
コン化する。 （２）ポリシリコン膜２３をフォトリソグラフィ法で島
状にパタ−ニングした後、このポリシリコン島２３の表
面を含むガラス基板２１上にゲート絶縁膜２４としてＳ
ｉ０₂ 膜を成膜し、さらにその上にゲート配線層２５を
フォトリソグラフィ法でパターニングする。 （３）ゲート配線層２５の上に残したレジスト（図示せ
ず）をマスクとしてポリシリコン層２３に不純物イオン
を注入し（質量分離するイオン注入または質量分離しな
いイオンド一ピング）、チャネル領域２３ａの両脇にソ
ース・ドレイン領域２３ｂを形成する。 （４）レジスト除去後、ゲート絶縁膜２４及びゲート配
線層２５の上に層間絶縁膜（Ｓｉ０₂ 膜）２６をＣＶＤ
法により形成する。 （５）ポリシリコン層２３にレーザ光を照射してこれを
加熱し、チャネル領域２３ａ及びソース・ドレイン領域
２４ｂを活性化する。但し（４）と（５）の処理工程の
順は逆も可である。 （６）ゲート絶縁膜２４及び層間絶縁膜２６にソース・
ドレイン領域２３ｂに通じるコンタクトホールをフォト
リソグラフィ法で開孔し、アルミニウム膜をパターニン
グしてソース・ドレイン配線層２７を形成する。

【０００６】以上によりポリシリコン薄膜トランジスタ
が完成する。

【０００７】しかしながら、このポリシリコン薄膜トラ
ンジスタの構成において、アンダーコート層２２として
Ｓｉ０₂ 膜を用いた場合、次のような問題が生じる。

【０００８】安価なガラス基板２１を用いた場合（例え
ばコ−ニング７０５９、１７３７、ＮＡ４５、３５
等）、ガラス基板２１からその上の各膜層への不純物の
混入、特にＮａ＋等のアルカリイオンの混入を十分に抑
えきれない。ポリシリコン層２３とゲート絶縁膜２４に
混入したアルカリイオンは、トランジスタを長時間動作
させた場合にしきい値電圧の変動をもたらし、画質を低
下させる大きな要因となる。また、ポリシリコン層２３
で覆われていない部分のアンダーコート層２２は、レー
ザ活性化工程でレーザ光を吸収したポリシリコン層２３
からの熱伝導やその後のエッチング工程でのダメーシを
受けた状態で基板上に存在しており、この部分の応力に
よりガラス基板２１が歪み、特に３００ｍｍ×４００ｍ
ｍ以上といった大面積基板を用いた場合に実用上の問題
をもたらしていた。さらにこのアンダーコート層２２は
ゲート絶縁膜（Ｓｉ０₂ 膜）２４との密着性が悪く、ま
たポリシリコン層２３のエッジでエッチング異常を起こ
しやすい。また、補助容量素子を構成する絶縁膜へのア
ルカリイオンの混入は、イオン性伝導によって補助容量
素子のリーク電流を増大させ、補助容量素子の保持特性
を劣化させる原因となる。この補助容量の保持特性の劣
化は、液晶ディスプレイパネル上でのコントラスト比の
低下に直接結びつき、実用上大きな問題を招く。

【０００９】また、アンダーコート層にシリコン窒化膜
（ＳｉＮ膜）を用いる場合もある。このＳｉＮ膜による
アンダーコート層はアルカリイオンのブロッキング層と
して十分機能する。しかしこの場合も、ポリシリコン層
で覆われていない部分のアンダーコート層はレーザ活性
化工程でポリシリコン層からの熱伝導やその後のエッチ
ング工程でのダメージを受けており、その部分の応力に
よってやはりガラス基板を歪ませてしまう。或いはＳｉ
Ｎ膜らくラックが生じ、膜はがしを引き起こしてしま
う。さらにこのＳｉＮ膜によるアンダーコート層もゲー
ト絶縁膜（Ｓｉ０₂ 膜）との密着性が悪く、またポリシ
リコン島のエッジでエッチング異常を起こしやすい。さ
らに、このＳｉＮ膜によるアンダーコート層は、レーザ
活性化工程において、ポリシリコン層に覆われていない
部分でマイクロクラックが発生しやすい。

【００１０】さらに他のアンダーコート層として、基板
側から順にＳｉＮ膜、Ｓｉ０₂ 膜を積層する方法が考え
られる。しかしこの方法によっても、ポリシリコン層に
覆われていない領域のアンダーコート層が存在する以
上、これに起因する前記プロセス上の課題解決は困難で
ある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のボ
リシリコン薄膜トランジスタにおいては、ポリシリコン
層で覆われていない部分のアンダーコート層が、基板の
歪み、ポリシリコン島のエッジでのエッチング異常等の
問題を引き起こす要因となっていた。また、アンダーコ
ート層としてＳｉ０₂ を用いたものでは、ガラス基板か
らボリシリコン層等へのアルカリイオンの混入を十分阻
止できず、時間が経つに連れてトランジスタの動作特性
が変動し画質が低下するという問題があった。

【００１２】本発明はこのような課題を解決するための
もので、歩留りの向上を図れると共に、長時間動作の安
定した高性能のポリシリコン薄膜トランジスタ及び液晶
表示装置の提供を目的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のポリシリコン薄
膜トランジスタ及び液晶表示装置は上記した目的を達成
するために、絶縁性基板上にシリコン窒化膜を介してポ
リシリコン層を設けたものにおいて、シリコン窒化膜と
ポリシリコン層が同一パターンで種層形成されてなるも
のである。

【００１４】このようにシリコン窒化膜とポリシリコン
層とを同一パターンにて種層形成したことで、基板から
ポリシリコン層等へのアルカリイオンの混入をシリコン
窒化膜で十分ブロッキングでき、しかも従来ポリシリコ
ン層と重ならない部分にまでアンダーコート層を設けて
いたことによる、基板の歪み、ポリシリコン層エッジで
のエッチング異常等のプロセス上の不具合を解消でき
る。この結果、歩留りの向上を図れると共に、長時間動
作の安定した高性能のポリシリコン薄膜トランジスタ及
び液晶表示装置を実現できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００１６】図１は本発明の実施形態であるポリシリコ
ン薄膜トランジスタの構成を示す断面図である。

【００１７】同図に示すように、このポリシリコン薄膜
トランジスタは、ガラス基板１等の絶縁性基板の一主面
に、シリコン窒化膜２、ポリシリコン層３、ゲート絶縁
膜４、ゲート配線層５、層間絶緑膜６、ソース・ドレイ
ン配線層７を設けて構成される。ポリシリコン層３はチ
ャネル領域３ａの両脇に不純物イオンが注入されたソー
ス・ドレイン領域３ｂを配置してなる。シリコン窒化膜
２はガラス基板１上にポリシリコン層３と同一パターン
で形成されており、このシリコン窒化膜２の上にポリシ
リコン層３が積層されている。またポリシリコン層３の
表面を含むガラス基板１の一主面はゲート絶縁膜４で覆
われ、このゲート絶縁膜４の上にゲート電極及びゲート
配線を構成するゲート配線層５がパターニングされ、さ
らにこのゲート配線層５の表面を含むゲート絶縁膜４の
表面は層間絶緑膜６により被覆されている。そしてゲー
ト絶縁膜４及び層間絶緑膜６の所定の位置を開孔し、そ
こにソース・ドレイン配線層７を設けることで、本実施
形態のポリシリコン薄膜トランジスタが構成されてい
る。

【００１８】シリコン窒化膜２の膜厚は５０ｎｍ以上で
あることが望ましい。５０ｎｍ以上であれば、ガラス基
板１からポリシリコン層３へのアルカリイオンの混入を
シリコン窒化膜２で十分ブロッキングすることが可能で
ある。

【００１９】シリコン窒化膜２とポリシリコン層３とを
同一形状にパタ−ニングする方法としては、ＣＦ₄ 十０
₂ 系のガスを用いたマイクロ波放電によるドライエッチ
ングによって２層同時にパターニングする方法等が挙げ
られる。

【００２０】以上のように、このポリシリコン薄膜トラ
ンジスタは、ガラス基板１上に膜厚５０ｎｍ以上のシリ
コン窒化膜２を介してポリシリコン層３を設けたこと
で、ガラス基板１からポリシリコン層３等へのアルカリ
イオンの混入をシリコン窒化膜２で確実にブロッキング
できると共に、シリコン窒化膜２をポリシリコン層３と
同一パターンに形成したので、従来ポリシリコン層と重
ならない部分にまでアンダーコート層を設けていたこと
による、基板の歪み、ポリシリコン層エッジでのエッチ
ング異常等のプロセス上の不具合を解消できる。これに
より、歩留りの向上を図れると共に、長時間動作の安定
した高性能のポリシリコン薄膜トランジスタを実現でき
る。またシリコン窒化膜２の上に直にポリシリコン層３
を積層配置しているので、シリコン窒化膜２からポリシ
リコン層３への水素拡散による特性向上、安定性向上等
の効果も期待できる。

【００２１】なお、ガラス基板１とシリコン窒化膜２と
の間にアンダーコート層としてＳｉ０₂ 膜を形成しても
よく、この構成を採ればアルカリイオンのブロッキング
性能をさらに高められる。

【００２２】図２はこのポリシリコン薄膜トランジスタ
を画素部スイッチング素子並びに駆動回路部素子として
用いたアクティブマトリクス駆動方式の液晶表示装置の
構成を示す断面図である。

【００２３】同図に示すように、この液晶表示装置は、
ガラス基板１１上にＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタ層１
２、ブラックマトリクス層１３、オーバーコート層１
４、透明電極１５、配向膜１６を設けて構成される対向
基板１７と、ガラス基板１上に前記のポリシリコン薄膜
トランジスタを設け、且つ透明電極１８、保護膜１９、
配向膜２０を設けて構成されるＴＦＴアレイ基板１０と
の間に液晶層１９を挟持配置し、その周囲をシール材８
でシールして構成される。

【００２４】この液晶表示装置において、画素部の補助
容量素子はポリシリコン層４３、絶縁膜４４、金属配線
層４５等により構成されている。ポリシリコン層４３は
ガラス基板１上にシリコン窒化膜４２を介して積層され
ており、このシリコン窒化膜４２はポリシリコン層４３
と同一パターンで形成されている。ここで、補助容量素
子部のポリシリコン層４３、絶縁膜４４、金属配線層４
５及びシリコン窒化膜４２は、薄膜トランジスタ（ｎ型
ＴＦＴ、Ｐ型ＴＦＴ）を構成しているポリシリコン層
３、ゲート絶縁膜４、ゲート配線層５及びシリコン窒化
膜２と各々同一層として形成され、同時にパターニング
されたものである。

【００２５】このように構成することによって、ガラス
基板１から補助容量素子の絶縁膜４４へのアルカリイオ
ンの混入をシリコン窒化膜４２で阻止して補助容量素子
の特性を安定に保てると共に、補助容量素子部分のシリ
コン窒化膜４２をポリシリコン層４３と同一パターンに
形成したことで、基板の歪み、ポリシリコン層エッジで
のエッチング異常等のプロセス上の不具合を解消でき、
歩留りの向上を図ることができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ポ
リシリコン薄膜トランジスタにおけるシリコン窒化膜と
ポリシリコン層を同一パターンで種層形成したことで、
基板からポリシリコン層へのアルカリイオンの混入をシ
リコン窒化膜で十分ブロッキングでき、しかも従来ポリ
シリコン層と重ならない部分にまでアンダーコート層を
設けていたことによる、基板の歪み、ポリシリコン層エ
ッジでのエッチング異常等のプロセス上の不具合を解消
できる。この結果、歩留りの向上を図れると共に、長時
間動作の安定した高性能のポリシリコン薄膜トランジス
タ及び液晶表示装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態であるポリシリコン薄膜トラ
ンジスタの構成を示す断面図

【図２】本発明の実施形態である液晶表示装置の構成を
示す断面図

【図３】従来のポリシリコン薄膜トランジスタの構成を
示す断面図

【図４】従来のポリシリコン薄膜トランジスタの製造方
法を示す図

【符号の説明】

１、１１……ガラス基板 ２ ……シリコン窒化膜 ３ ……ポリシリコン層 ３ａ ……チャネル領域 ３ｂ ……ソース・ドレイン領域 ４ ……ゲート絶縁膜 ５ ……ゲート配線層 ６ ……層間絶緑膜 ７ ……ソース・ドレイン配線層 １０ ……信号電極基板 １５、１８…透明電極 １６、２０…配向膜 １７ ……走査電極基板 １９ ……液晶層 ４２ ……補助容量素子部のシリコン窒化膜 ４３ ……補助容量素子部のポリシリコン層 ４４ ……補助容量素子部の絶縁膜 ４ぇ ……補助容量素子部の金属配線層

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性基板と、この絶縁性基板上にシリ
   コン窒化膜を介して設けられたポリシリコン層であって
   チャネル、ソース及びドレインの各領域を含むポリシリ
   コン層と、このポリシリコン層上に形成されたゲート絶
   縁膜と、このゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と
   を備えたポリシリコン薄膜トランジスタにおいて、 前記シリコン窒化膜と前記ポリシリコン層が、同一パタ
   ーンで種層形成されていることを特徴とするポリシリコ
   ン薄膜トランジスタ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のポリシリコン薄膜トラン
   ジスタにおいて、 前記シリコン窒化膜の膜厚が５０ｎｍ以上であることを
   特徴とするポリシリコン薄膜トランジスタ。
3. 【請求項３】 一主面に透明電極及び配向膜を設けた一
   対の絶縁性基板を、液晶層を挟んで互いに対向配置し、
   且つ一方の前記絶縁性基板は、該絶縁性基板上にシリコ
   ン窒化膜を介して設けられた、チャネル、ソース及びド
   レインの各領域を含むポリシリコン層と、このポリシリ
   コン層上に形成されたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁
   膜上に形成されたゲート電極とを有するポリシリコン薄
   膜トランジスタを具備する液晶表示装置において、 前記シリコン窒化膜と前記ポリシリコン層が、同一パタ
   ーンで種層形成されていることを特徴とする液晶表示装
   置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の液晶表示装置において、 前記ポリシリコン薄膜トランジスタを備えた前記一方の
   絶縁性基板は、該絶縁性基板上にシリコン窒化膜を介し
   て設けられたポリシリコン層と、絶縁膜と、金属配線層
   とを含む補助容量素子をさらに備え、且つ前記シリコン
   窒化膜と前記ポリシリコン層が、互いに平面的に重なり
   合うように同一パターンで形成されていることを特徴と
   する液晶表示装置。