JPH0996836A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 オフ電流の少ない薄膜トランジスタを具備す
る、表示特性の良好な反射型液晶表示装置を提供するこ
と。 【解決手段】 絶縁基板と、この絶縁基板上に形成され
たゲ−ト電極と、このゲ−ト電極上に絶縁膜を間に介し
て形成されたアモルファスシリコンからなる活性層とを
有する薄膜トランジスタを具備し、前記活性層の、前記
ゲート電極と反対側の面から５０ｎｍ以内の範囲の領域
に、０．１原子％以上の第０族元素が含有され、それ以
外の領域には、第０族元素は含有されないか、又は０．
１原子％未満しか含有されていないことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に係
り、特に、優れた特性の薄膜トランジスタを具備し、良
好な表示特性を有する液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】低消費電力化が可能な表示装置として、
反射型の液晶表示装置がある。この反射型の液晶表示装
置の一例について説明する。まず、ガラス基板上にＳｉ
Ｏｘ膜を形成した後、ゲート電極層を形成する。次い
で、ＳｉＯｘやＳｉＮｘの単層又は積層からなる絶縁
層、ａ−Ｓｉ層、及びｎ⁺ ａ−Ｓｉ層を順次堆積し、ｎ
⁺ ａ−Ｓｉ層及びａ−Ｓｉ層を順次パターニングして、
ａ−Ｓｉの島パターンを形成する。

【０００３】次に、ゲ−ト絶縁膜をパターニングして、
ゲート電極取り出し用の孔を形成する。更に金属層を堆
積し、パターニングして、信号線電極層を形成する。な
お、このパターニング工程では、まずレジストパターン
を形成して、それをマスクに金属層をエッチングし、そ
の後、ＣＤＥ装置等を用いてｎ⁺ ａ−Ｓｉ層、ａ−Ｓｉ
層を連続的にエッチングする。

【０００４】その後、ＳｉＮｘ膜等を堆積してパターニ
ングし、パッシベ−ション膜を形成する。次いで、Ａ１
等の金属層を堆積し、パターニングして、画素電極層を
形成する。その後、液晶の配向膜となるポリイミド膜を
堆積し、アレイ基板が完成する。更に、ＩＴＯ層及びカ
ラーフィルター層を有する対向基板と組み合わせ、これ
ら基板の間に液晶を注入することにより、反射型の液晶
表示装置が完成する。

【０００５】しかし、以上のような反射型の液晶表示装
置では、開口率を上げるため、薄膜トランジスタの上部
に画素電極がかぶっているため、画素電極の電位の影響
により薄膜トランジスタの特性劣化を引き起こすという
問題があった。特に、オフ時のリーク電流が増大するた
め、表示特性が劣化するという問題があった。

【０００６】また、一方、透過型の液晶表示装置の低コ
スト化のため、以下のような構造が提案されている。即
ち、まず、ガラス基板上にＳｉＯｘ膜を形成し、さらに
ゲート電極層を形成する。次いで、ＳｉＯｘやＳｉＮｘ
の単層又は積層からなる絶縁層、ａ−Ｓｉ層、及びｎ⁺
ａ−Ｓｉ層を順次堆積し、ｎ⁺ ａ−Ｓｉ層、ａ−Ｓｉ層
を順次パターニングして、ａ−Ｓｉ層の島パターンを形
成する。次に、ＩＴＯ層をスパッタ法等で形成し、パタ
ーニングして、画素電極層を形成する。

【０００７】その後、ゲ−ト絶縁膜をパターニングし
て、ゲート電極取り出し用の孔を形成する。更に、金属
層を堆積し、パターニングして、信号線電極層を形成す
る。なお、このパターニング工程では、まずレジストパ
ターンを形成して、それをマスクに金属層をエッチング
し、その後、ＣＤＥ装置等を用いてｎ⁺ ａ−Ｓｉ層、ａ
−Ｓｉ層を連続的にエッチングする。その後、液晶の配
向膜となるポリイミド膜を堆積し、アレイ基板が完成す
る。更に、ＩＴＯ層及びカラーフィルター層を有する対
向基板と組み合わせ、これらの基板の間に液晶を注入す
ることにより、液晶表示装置が完成する。

【０００８】しかし、以上のような構造では、通常、ポ
リイミド膜の形成前に形成しているＳｉＮｘ層等からな
るパッシベ−ション膜が省かれているため、工程削減の
効果により低コスト化が可能であるが、ポリイミド膜が
信号線金属層やａ−Ｓｉ層と接しているため、長時間使
用した場合、信号線金属層等からポリイミド層への電荷
の注入が生じ、薄膜トランジスタの特性を悪化させると
いう問題があった。具体的には、注入電荷の電位の影響
によりオフ時のリーク電流の増加が起こり、特性の信頼
性が劣化するという問題があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の反
射型液晶表示装置では、画素電極の電位の影響によりオ
フ電流が増加し、表示特性が悪化するという問題があっ
た。また、パッシベ−ション膜を除いた透過型液晶表示
装置でも、オフ電流の増加が起こり、特性の信頼性に劣
っているという問題があった。

【００１０】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、薄膜トランジスタの上方にある電荷等による電位の
影響を受けにくく、特性の安定性に優れた液晶表示装置
を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明（請求項１）は、絶縁基板と、この絶縁基板
上に形成されたゲ−ト電極と、このゲ−ト電極上に絶縁
膜を間に介して形成されたアモルファスシリコンからな
る活性層とを有する薄膜トランジスタを具備し、前記活
性層の、前記ゲート電極と反対側の面から５０ｎｍ以内
の範囲の領域に、０．１原子％以上の第０族元素が含有
され、それ以外の領域には、第０族元素は含有されない
か、又は０．１原子％未満しか含有されていないことを
特徴とする液晶表示装置を提供する。

【００１２】また、本発明（請求項２）は、上記液晶表
示装置（請求項１）において、前記活性層の、前記ゲー
ト電極と反対側の面から５０ｎｍ以内の範囲の領域に、
０．１原子％〜１．０原子％のアルゴンが含有されるこ
とを特徴とする液晶表示装置を提供する。

【００１３】以下、本発明の液晶表示装置の構成、作
用、原理について、より詳細に説明する。本発明の液晶
表示装置における薄膜トランジスタでは、活性層のゲー
ト電極と反対側の面（以後、バックチャネル界面と呼ぶ
ことにする。）から５０ｎｍ以内の範囲の領域に、０．
１原子％以上の第０族元素が含有される。

【００１４】バックチャネル界面から５０ｎｍ以内の範
囲の領域における第０族元素の含有量は、０．１原子％
以上が好ましい。また、１原子％以下であるのが好まし
い。更に、バックチャネル界面３０ｎｍ以内の範囲の領
域に、０．１原子％以上の第０族元素が含有され、それ
以外の領域には含有されないか、又は０．１原子％未満
しか含有されていないことが好ましい。

【００１５】活性層のバックチャネル界面から５０ｎｍ
以内の範囲の領域に、０．１原子％未満の第０族元素し
か含有されていない場合には、オフ時のリ−ク電流の増
加を防ぐという本発明の効果を得ることが出来ない。一
方、１原子％を越えると、バックチャネル付近の抵抗が
下がり、逆にリ−ク電流が増加し、表示特性が劣化して
しまうことがある。

【００１６】第０族元素としては、アルゴン、ネオン、
クリプトン、キセノン等が使用可能であるが、アルゴン
が最も好ましい。バックチャネル界面から５０ｎｍの領
域に含有される元素が第０族元素でなければならないの
は、これらの元素が活性層中でシリコンと結合を作らな
いからである。第０族元素以外の元素が含有される場合
には、これらの元素は活性層中でシリコンと結合を作
り、シリコンのダングリングボンドの形成を妨げ、好ま
しくない。また、水素のようなサイズの小さい元素で
は、熱工程により抜けてしまい、本発明の効果を得るこ
とが出来ない。

【００１７】活性層のバックチャネル界面から５０ｎｍ
を越える領域には、第０族元素は含有されないか、又は
０．１原子％未満しか含有されていなければならない。
活性層のバックチャネル界面から５０ｎｍを越える領域
に、第０族元素が０．１原子％以上含有する場合には、
薄膜トランジスタの素子特性が劣化してしまい、液晶表
示装置の表示特性を劣化させることになる。

【００１８】薄膜トランジスタの上方の電位の影響によ
りオフリーク電流が増加するのは、その電位により、ト
ランジスタの活性層を構成するａ−Ｓｉ中で、通常のゲ
ート側と反対側の界面（以後、バックチャネル界面と呼
ぶことにする）付近において、バンドが曲がり、電子の
蓄積が起こってチャネルが生じ、電流が流れることが原
因であることがわかった。従って、この電流を減少させ
るためには、バックチャネル界面でのバンドの曲がり
（バンドベルディング）を防ぎ、チャネルを生じさせな
ければ良い。

【００１９】本発明者らは、このようなバンドベンディ
ングを防ぐ方法としては、界面準位密度を増加させるこ
とが有効であると考えた。そこで、本発明では、リアク
ティブイオンエッチング（ＲＩＥ）装置等を用いて、プ
ラズマ処理を行うことにより、このバックチャネル界面
付近にダメージを与えることとした。このようにバイア
スをかけたプラズマ処理を行うことにより、イオンの物
理的ダメージが、ａ−Ｓｉ層のバックチャネル部分に加
わることで、容易に界面準位を形成することができた。

【００２０】これは、イオンダメージにより、ａ−Ｓｉ
中のＳｉ−Ｈ結合やＳｉ−Ｓｉ結合が切断され、Ｓｉの
ダングリングボンドが形成されているためであることが
わかった。と考えられる。更に、本発明者らは、Ａｒ等
の不活性元素を用いたプラズマ処理を行うことにより、
界面準位を効率的に形成することが出来ることを見いだ
した。なぜなら、一般にはプラズマ処理によりプラズマ
種のイオンはａ−Ｓｉ中に残留する可能性があり、活性
な元素を用いている場合は、ａ−Ｓｉ中のＳｉと反応し
てＳｉのダングリングボンドの形成を防げる可能性があ
ると考えられるが、不活性元素を用いた場合は、そのよ
うな心配はなくなると考えられるからである。

【００２１】また、水素のようなサイズの小さい元素で
は、ａ−Ｓｉ中に残留しても、後の熱工程により容易に
脱離してしまうが、不活性元素はサイズが大きいため、
後の熱工程によっても脱離することはない。

【００２２】なお、イオンダメージが大きすぎると、ａ
−Ｓｉ層のバックチャネル付近の抵抗が下がり、オフリ
ーク電流が増加してしまう。従って、適度なダメージが
必要である。

【００２３】実際に、薄膜トランジスタの上方（ゲ−ト
と反対側）に電極（バックゲ−ト電極）を形成し、電圧
（バックゲ−ト電圧）を加える実験を行った。即ち、０
〜３０Ｖのバックゲ−ト電圧を印加した状態で、ゲ−ト
電圧を−１５Ｖ〜２５Ｖの範囲で変化させて、オフ電流
を測定した。その結果を図１及び図２に示す。図１は、
バックチャネル界面にプラズマ処理をしなかった薄膜ト
ランジスタの場合のゲ−ト電圧とオフ電流の関係を示
し、図２は、バックチャネル界面にプラズマ処理を行っ
た薄膜トランジスタの場合のゲ−ト電圧とオフ電流の関
係を示す。

【００２４】図１及び図２から、バックチャネル界面に
プラズマ処理をしなかった場合は、正の電圧の印加に対
し、オフ電流の増加が見られたが（図１）、Ａｒプラズ
マで処理を行うと、このオフ電流の増加が見られなくな
った（図２）ことがわかる。

【００２５】このように、バックチャネル界面にＡｒ等
の不活性元素を用いたプラズマ処理を施すことにより、
界面準位が形成され、薄膜トランジスタ上の電位に起因
するバンドベンディングを防止することが出来、それに
よって、ａ−Ｓｉのバックチャネル界面付近における電
子の蓄積を防ぎ、オフ時のリーク電流の増加を防ぐこと
ができる。その結果、表示特性の良好な反射型液晶表示
装置及び透過型液晶表示装置を得ることが可能である。

【００２６】

【実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の実施例
を示し、本発明をより具体的に説明する。 実施例１ 図３は、本発明の一実施例に係る液晶表示装置の製造工
程を示す断面図、図４は、その平面図である。

【００２７】まず、ガラス基板（図示せず）上にＳｉＯ
ｘ膜１を形成し、このＳｉＯｘ膜上にゲート電極層２を
形成する。（図３（ａ））。次いで、ＳｉＯｘやＳｉＮ
ｘの単層又は積層からなる絶縁層、ａ−Ｓｉ膜５、及び
ｎ⁺ ａ−Ｓｉ膜６を順次堆積し、ｎ⁺ ａ−Ｓｉ膜６、ａ
−Ｓｉ膜５を順次パターニングし、ａ−Ｓｉの島パター
ンを形成する（図３（ｂ））。

【００２８】次に、ゲ−ト絶縁膜をパターニングして、
ゲート電極取り出し用の孔７を形成する（図３
（ｃ））。その後、金属層を堆積し、パターニングし、
信号線電極層８を形成する。なお、このパターニング工
程では、まずレジストパターンを形成して、それをマス
クに金属層をエッチングし、その後、ＣＤＥ装置等を用
いてｎ⁺ ａ−Ｓｉ膜６、ａ−Ｓｉ膜５を連続的に選択的
にエッチングする。そしてＡｒガスを用いたプラズマ処
理を行う（図３（ｄ））。

【００２９】プラズマ処理は、次のようにして行われ
る。即ち、平行平板型のＲＩＥ処理装置を用い、面積６
００ｃｍ² のカソ−ド電極上に試料を載置し、圧力１０
Ｐａ、電力１００Ｗ、処理時間１０秒〜１０分間の条件
でプラズマ処理を行った。

【００３０】このプラズマ処理により、ａ−Ｓｉ層５の
バックチャネル界面から３０ｎｍの以内の領域９に、
０．２原子％のＡｒが含まれることとなった。なお、Ａ
ｒプラズマの代わりにＮｅ、Ｋｒ、Ｘｅ等の他の希ガス
を用いることも可能である。

【００３１】次いで、ＳｉＮｘ膜を堆積して、パターニ
ングし、バッシベーション層１０を形成する（図３
（ｅ））。次に、Ａ１等の金属層を堆積し、パターニン
グして、画素電極層１１を形成する（図３（ｆ））。

【００３２】その後、液晶の配向膜となるポリイミド層
を堆積し、アレイ基板が完成する。このアレイ基板を、
ＩＴＯ層及びカラーフィルター層を有する対向基板と組
み合わせ、これらの基板間に液晶を注入することによ
り、反射型の液晶表示装置が完成する。

【００３３】この液晶表示装置について、表示特性を調
べたところ、良好な表示特性を示した。 比較例１ バックチャネル界面にプラズマ処理を行わなかったこと
を除いて、実施例１と同様にして反射型の液晶表示装置
を作成し、表示特性を調べたところ、劣化した表示特性
を示した。

【００３４】比較例２ バックチャネル界面に水素を含む雰囲気でプラズマ処理
を行なったことを除いて、実施例１と同様にして反射型
の液晶表示装置を作成し、表示特性を調べたところ、劣
化した表示特性を示した。

【００３５】表示特性が劣化した理由は、プラズマ処理
後の製造プロセスにおける熱処理により、水素が抜けた
結果、本発明の効果が失われたためと考えられる。 実施例２ 図５は、本発明の一実施例に係る液晶表示装置の製造工
程を示す断面図、図６は、その平面図である。

【００３６】まず、ガラス基板（図示せず）上にＳｉＯ
ｘ膜１を形成し、このＳｉＯｘ膜上にゲート電極層２を
形成する。（図５（ａ））。次いで、ＳｉＯｘやＳｉＮ
ｘの単層又は積層からなる絶縁層、ａ−Ｓｉ膜５、及び
ｎ⁺ ａ−Ｓｉ膜６を順次堆積し、ｎ⁺ ａ−Ｓｉ膜６、ａ
−Ｓｉ膜５を順次パターニングし、ａ−Ｓｉの島パター
ンを形成する（図５（ｂ））。

【００３７】次に、ＩＴＯ膜をスパッタ法等で形成し、
パターニングして、画素電極層１１を形成する（図５
（ｃ））。その後、ゲ−ト絶縁膜をパターニングして、
ゲート電極取り出し用の孔を形成する（図５（ｄ））。
更に、金属層を堆積して、パターニングし、信号線電極
層８を形成する。なお、このパターニング工程では、ま
ずレジストパターンを形成して、それをマスクに金属層
をエッチングし、その後ＣＤＥ装置等を用いてｎ⁺ ａ−
Ｓｉ膜６、ａ−Ｓｉ膜５を連続的にエッチングする。そ
して、実施例１と同様にして、Ａｒガスを用いたプラズ
マ処理を行う。この処理によりａ−Ｓｉ層５のバックチ
ャネル界面から３０ｎｍの領域９に０．２原子％のＡｒ
が含まれる。

【００３８】この後、液晶の配向膜となるポリイミド層
を堆積し、アレイ基板が完成する。このアレイ基板を、
ＩＴＯ層及びカラーフィルター層を有する対向基板と組
み合わせ、その間に液晶を注入することにより液晶表示
装置が完成する。この液晶表示装置について、表示特性
を調べたところ、良好な表示特性を示した。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ａ−Ｓｉからなる活性層のバックチャネル部分にＡｒ等
の不活性元素のプラズマ処理を行うことにより、薄膜ト
ランジスタ上の電極や電荷の電位の影響によるオフリー
ク電流の増加を抑制することができ、その結果、表示特
性の良好な液晶表示装置を得ることが可能である。

【００４０】

【図面の簡単な説明】

【００４１】

【図１】従来の液晶表示装置の薄膜トランジスタの上部
の電位の影響によるオフ電流の増加を示す特性図。

【００４２】

【図２】本発明の液晶表示装置の薄膜トランジスタの上
部の電位の影響によるオフ電流の減少を示す特性図。

【００４３】

【図３】本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の製
造工程を示す断面図。

【００４４】

【図４】本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の平
面図。

【００４５】

【図５】本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置の製
造工程を示す断面図。

【００４６】

【図６】本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置の平
面図。

【００４７】

【符号の説明】

１…アンダーコートＳｉＯｘ層 ２…ゲート電極層 ３…ゲート絶縁膜 ５…ａ−Ｓｉ層 ６…ｎ⁺ ａ−Ｓｉ層 ７…信号線電極層 ８…パッシベーションＳｉＮｘ層 ９…画素電極層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁基板と、この絶縁基板上に形成され
   たゲ−ト電極と、このゲ−ト電極上に絶縁膜を間に介し
   て形成されたアモルファスシリコンからなる活性層とを
   有する薄膜トランジスタを具備し、前記活性層の、前記
   ゲート電極と反対側の面から５０ｎｍ以内の範囲の領域
   に、０．１原子％以上の第０族元素が含有され、それ以
   外の領域には、第０族元素は含有されないか、又は０．
   １原子％未満しか含有されていないことを特徴とする液
   晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記活性層の、前記ゲート電極と反対側
   の面から５０ｎｍ以内の範囲の領域に、０．１原子％〜
   １．０原子％のアルゴンが含有されることを特徴とする
   請求項１に記載の液晶表示装置。