(57)【要約】【課題】薄膜トランジスタ及びこれを具備した平板表示素子を提供する。【解決手段】ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、及び半導体層を具備した薄膜トランジスタにおいて、前記ソース電極、ドレイン電極、及びゲート電極のうち少なくとも一つはアルミニウム合金層１３１を具備し、前記アルミニウム合金層１３１の両面にはチタン層１３２，１３３が形成されたことを特徴とする薄膜トランジスタ。これにより、熱処理工程が行われてもソース電極とドレイン電極間の正常的なチャンネル形成が確保される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、及び半導体層を具備した薄膜トランジスタにおいて、
前記ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極のうち少なくとも一つはアルミニウム合金層を具備し、前記アルミニウム合金層の両面にはチタン層が形成されたことを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記アルミニウム合金層はシリコン、銅、ネオジム、白金及びニッケルのうち選択された少なくとも一つの元素が約０．１重量％ないし５重量％含まれたアルミニウム合金層であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項３】
前記アルミニウム合金層とチタン層間には拡散防止層が介在されたことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項４】
前記拡散防止層は窒化チタンで形成された窒化チタン層であることを特徴とする請求項３に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項５】
前記窒化チタン層は約１００Åないし５００Åの厚さを有することを特徴とする請求項４に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項６】
前記窒化チタン層には５重量％ないし８５重量％の窒素が含まれていることを特徴とする請求項４に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項７】
基板と、
前記基板の一面に配置され、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極及び半導体層を具備した薄膜トランジスタと、
前記ソース電極と通電された第１導線と、
前記ゲート電極と通電された第２導線と、
前記ドレイン電極によって駆動される第１電極とを具備した薄膜トランジスタパネルにおいて、
前記ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、第１導線及び第２導線のうち少なくとも一つはアルミニウム合金層を具備し、前記アルミニウム合金層の少なくとも一面にはチタン層が形成されたことを特徴とする平板表示素子。
【請求項８】
前記アルミニウム合金層はシリコン、銅、ネオジム、白金及びニッケルのうち選択された少なくとも一つの元素が約０．１重量％ないし５重量％含まれたアルミニウム合金層であることを特徴とする請求項７に記載の平板表示素子。
【請求項９】
前記アルミニウム合金層とチタン層間には拡散防止層が介在されたことを特徴とする請求項７に記載の平板表示素子。
【請求項１０】
前記拡散防止層は窒化チタンで形成された窒化チタン層であることを特徴とする請求項９に記載の平板表示素子。
【請求項１１】
前記窒化チタン層は約１００Åないし５００Åの厚さを有することを特徴とする請求項１０に記載の平板表示素子。
【請求項１２】
前記窒化チタン層には５重量％ないし８５重量％の窒素が含まれていることを特徴とする請求項１０に記載の平板表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は薄膜トランジスタ及びこれを具備した平板表示素子に関し、より詳細には半導体層が汚染されていない薄膜トランジスタ及びこれを具備した平板表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極は、ゲート電極に印加される電圧によって形成される半導体層の導電チャンネルによって通電される。前記のような薄膜トランジスタは主に能動行列型（アクティブマトリクス型）平板表示素子、例えば、電界発光素子または液晶表示素子に使われ、前記平板表示素子の各副画素を独立的に駆動させる。
【０００３】
前記平板表示素子の薄膜トランジスタパネルに形成された薄膜トランジスタのソース電極及びゲート電極は、導線によって平板表示素子の端部に配置された駆動回路と連結され、前記ソース電極、ドレイン電極、及びこれらそれぞれと通電される導線は製造工程上の理由によって同じ素材及び構造で共に形成されることが一般的である。以下では、前記ソース電極、ドレイン電極、及びこれらそれぞれと通電される導線を（Ｓ／Ｄ電極）と通称する。
【０００４】
前記Ｓ／Ｄ電極はクロム系金属、モリブデン系金属（Ｍｏ、ＭｏＷなど）などの素材で形成されることもあるが、これら素材は抵抗が比較的大きいためにアルミニウムがこれらに代わる素材として注目されている。しかし、アルミニウムは、前記ソース電極及びドレイン電極の形成に後続する熱処理工程によって半導体層に広がるという問題点がある。前記熱処理工程としては、Ｓ／Ｄ電極金属のスパッタリング工程と、その後に行われる接触アニーリング工程とが挙げられる。前記アニーリング工程は３００℃以上の高温で行われる。
【０００５】
図６は、チタン層（厚さ：５００Å）／純粋アルミニウム層（厚さ：４０００Å）／チタン層（厚さ：５００Å）の３層構造を有するＳ／Ｄ電極２５２、２５３に４５０℃の熱処理工程を行う場合に、前記Ｓ／Ｄ電極の下側に隣接した半導体層２８０を図示したものであるが、これにより、純粋アルミニウムが半導体層２８０に広がって形成された拡散不良部２５２ａ、２５３ａが確認できる。純粋アルミニウム層とその下側の半導体層間にはチタン層が介在されているが、前記半導体層の上側表面構造によってチタン層が非常に薄いか、またはない局地的な領域があるために、前記純粋アルミニウムが半導体層に広がることがある。
【０００６】
前記拡散不良部は、半導体層を導体である純粋アルミニウムで覆うことと同じ結果をもたらして、前記ソース電極とドレイン電極間の正常的な導電チャンネルの形成を妨害するだけでなく、激しい場合にはソース電極とドレイン電極とをショートさせてトランジスタとしての機能を失うなどの問題点を引き起こす。
【０００７】
米国特許公開ＵＳ２００２０８５１５７号公報にはアルミニウムを具備した電極を開示している。前記電極は米国特許公開ＵＳ２００２０８５１５７号公報の図７に図示されたように窒化チタン層／アルミニウム層、窒化チタン層／チタン層／アルミニウム層、及び窒化チタン層／アルミニウム層／チタン層の構造を有するが、これは前記電極に接触する端子との接触抵抗を低減させるか、または前記電極の形成に後続する熱処理工程によってアルミニウムにヒロック（ｈｉｌｌｏｃｋ）が発生することを阻止するためのものであり、前記のような問題点を解決するための事項は開示されていない。ここで、前記アルミニウムヒロックはアルミムウムの表面に発生する突起状物をいう。
【特許文献１】米国特許公開ＵＳ２００２０８５１５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一方、前記ソース電極及びドレイン電極と連結される導線がチタン層／純粋アルミニウム層／チタン層の３層構造を有する場合には、前記熱処理工程によってアルミニウムとチタン間の界面にＴｉＡｌ３が生成されるが、これは、前記導線の抵抗を上昇させて平板表示素子が大型であるか、またはその画素が微細な場合には駆動回路から画素までの電圧降下が大きくなり、したがって、画素の応答速度が遅くなるか、または画質の均一性が悪化するという問題点がある。
【０００９】
本発明は、前記のような問題点を解決して、熱処理工程が行われてもソース電極とドレイン電極間の正常的なチャンネル形成が確保される薄膜トランジスタ及びこれを具備した平板表示素子を提供することを目的とする。  
また、本発明は、前記熱処理工程が行われてもアルミニウムにヒロックが発生しない薄膜トランジスタ及びこれを具備した平板表示素子を提供することを目的とする。  
さらに、本発明は、熱処理工程が行われても十分に低い抵抗を有する電極及びこれに連結される導線を具備して、画素の応答速度及び画質が向上した薄膜トランジスタ及びこれを具備した平板表示素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明はソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、及び半導体層を具備した薄膜トランジスタにおいて、前記ソース電極、ドレイン電極、及びゲート電極のうち少なくとも一つはアルミニウム合金層を具備し、前記アルミニウム合金層の両面にはチタン層が形成されたことを特徴とする薄膜トランジスタを提供する。
【００１１】
また、前記目的を達成するために、本発明は基板と、前記基板の一面に配置され、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、及び半導体層を具備した薄膜トランジスタと、前記ソース電極と通電された第１導線と、前記ゲート電極と通電された第２導線と、前記ドレイン電極によって駆動される第１電極と、を具備した薄膜トランジスタパネルにおいて、前記ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、第１導線、及び第２導線のうち少なくとも一つはアルミニウム合金層を具備し、前記アルミニウム合金層の少なくとも一面にはチタン層が形成されたことを特徴とする平板表示素子を提供する。
【００１２】
前記アルミニウム合金層はシリコン、銅、ネオジム、白金、及びニッケルのうち選択された少なくとも一つの元素が約０．１重量％ないし５重量％含まれたアルミニウム合金層であることが望ましい。前記アルミニウム合金層とチタン層間には拡散防止層が介在されることが望ましく、前記拡散防止層は窒化チタンで形成された窒化チタン層であることが望ましい。前記窒化チタン層は約１００Åないし５００Åの厚さを有することが望ましい。前記窒化チタン層には５重量％ないし８５重量％の窒素が含まれることが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によって、熱処理工程が行われてもソース電極とドレイン電極間の正常的なチャンネル形成が確保される薄膜トランジスタ及びこれを具備した平板表示素子が提供される。  
また、本発明によって、熱処理工程が行われてもアルミニウムにヒロックが発生しない薄膜トランジスタ及びこれを具備した平板表示素子が提供される。  
さらに、本発明によって、熱処理工程が行われても十分に低い抵抗を有する電極及びこれに連結される導線を具備して、画素の応答速度及び画質が向上した薄膜トランジスタ及びこれを具備した平板表示素子が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施の形態について詳細に説明する。  
図２には、平板表示素子に形成される薄膜トランジスタを具備した回路の一実施例が図示されている。前記回路は第１薄膜トランジスタ１０、第２薄膜トランジスタ５０、ストレージキャパシタ４０、及び発光部６０を具備するが、前記第１薄膜トランジスタの第１ソース電極１２は第１導線２０によって水平駆動回路Ｈに連結され、第１薄膜トランジスタの第１ゲート電極１１は第２導線３０によって垂直駆動回路Ｖに連結され、第１薄膜トランジスタの第１ドレイン電極１３はストレージキャパシタの第１キャパシタ電極４１及び第２薄膜トランジスタ５０の第２ゲート電極５１と連結される。前記ストレージキャパシタの第２キャパシタ電極４２及び第２薄膜トランジスタの第２ソース電極５２は第３導線７０に連結され、第２薄膜トランジスタの第２ドレイン電極５３は発光部６０の第１電極６１に連結され、発光部の第２電極６２は前記第１電極と所定の間隙をおいて第１電極に対向配置され、第１電極と第２電極間には平板表示素子の種類によって有機物、無機物、または液晶などが配置される。
【００１５】
図３には、前記第１薄膜トランジスタ１０及び第２薄膜トランジスタ５０を具備した平板表示素子の一駆動単位（一画素を構成する赤色部、青色部、及び緑色部のうち一つ）が図示されている。図３は、図２に図示された回路が物理的にいかなる構造を有するかを図示する概略的な平面図であって、電気が通じる部分だけ図示され、図４及び図５に図示された基板、バッファ層、各種絶縁層、平坦化層、発光層、液晶層、第２電極、偏光層、配向層、カラーフィルタ層は図示されなかった。図３の各構成部分が重畳された部分のうち斜線がひかれた部分だけ通電されるように連結されている。
【００１６】
前記第１ゲート電極１１に電圧が印加されれば、第１ソース電極１２と第１ドレイン電極１３とを連結する半導体層に導電チャンネルが形成されるが、この時、前記第１導線によって第１ソース電極に電荷が供給されれば第１ドレイン電極１３に電荷が移動する。第３導線７０を通じて第２ソース電極に前記一駆動単位で表現される輝度を決定する電荷量が供給され、前記第１ドレイン電極によって第２ゲート電極５１に電荷が供給されれば第２ソース電極５２の電荷が第２ドレイン電極５３に移動して発光部の第１電極６１を駆動する。前記ストレージキャパシタ４０は、第１電極の駆動動作を維持するか、または駆動速度を向上させる機能を有する。参考的に、前記第１薄膜トランジスタ及び第２薄膜トランジスタの断面構造は互いに類似しており、連結される隣接構成要素が相異なる。
【００１７】
図４に図示された電界発光素子は薄膜トランジスタパネル、発光層８７、及び第２電極６２を具備し、前記薄膜トランジスタパネルは基板８１、薄膜トランジスタ５０、第１導線２０、第２導線３０、及び第１電極６１を具備する。
【００１８】
電界発光素子が背面発光型である場合には、前記基板８１が透明な素材、例えばガラスで形成され、前記第２電極６２はアルミニウムのように反射率の良い金属素材で形成されることが望ましい。電界発光素子が前面発光型である場合には前記第２電極が透明な導電体、例えばＩＴＯで形成され、第１電極は反射率の良い金属素材で形成されることが望ましい。
【００１９】
前記基板８１上には全体的にバッファ層８２が形成され、その上には半導体層８０が所定パターンで形成され、その上には全体的に第１絶縁層８３が形成され、その上には第２ゲート電極５１が所定パターンで形成され、その上には全体的に第２絶縁層８４が形成される。第２絶縁層８４が形成された後にはドライエッチングなどの工程によって前記第１絶縁層及び第２絶縁層をエッチングして前記半導体層の一部が露出され、この部分は所定のパターンで形成される第２ソース電極５２及び第２ドレイン電極５３と連結される。前記第２ソース電極５２及び第２ドレイン電極５３が形成された後にはこれらの上に第３絶縁層８５を形成し、その一部をエッチングして第２ドレイン電極５３と第１電極６１との導電通路を形成する。前記第３絶縁層上に第１電極を形成した後には平坦化層８６を形成し、第１電極に対応する部分をエッチングする。その後、前記第１電極上に発光層８７を形成し、発光層上に第２電極６２を形成する。
【００２０】
前記薄膜トランジスタ５０は第２ソース電極５２、第２ドレイン電極５３、第２ゲート電極５１、及び半導体層８０を具備するが、一般的に前記第２ソース電極５２と第２ドレイン電極５３とは同じ水平面上で互いに間隙をおいて配置されるが、それぞれ半導体層と連結され、前記第２ゲート電極５１は前記半導体層の上側、そして第２ソース電極と第２ドレイン電極間に配置される。一方、薄膜トランジスタは、前記電極及び半導体層の配置構造によってスタッガ型、逆スタッガ型、コプレーナ型、及び逆コプレーナ型に区分されるが、本実施例ではコプレーナ型を例として説明するが、本発明がこれに限定されることではない。
【００２１】
前記薄膜トランジスタは、図３に図示された第２薄膜トランジスタに該当するが、この場合には前記第２ソース電極５２は第３導線７０と連結され、第２ゲート電極５１は第１薄膜トランジスタの第１ドレイン電極１３と連結され、第２ドレイン電極５３は前記第１電極６１と連結され、第１薄膜トランジスタの第１ソース電極１２は前記第１導線２０と連結され、第１ゲート電極１１は第２導線３０と連結される。本実施例においては、前記第１導線がデータを伝送するデータラインであり、第２導線がスキャンラインである。
【００２２】
図４を参照して電界発光素子の構造を詳細に説明する。電界発光素子においては前記第１電極６１上に発光層８７が形成され、前記発光層上に第２電極６２が形成される。電界発光素子は有機電界発光素子と無機電界発光素子とに分けられるが、有機電界発光素子の場合には前記発光層が大きく電子輸送層、発光物質層、及びホール輸送層で構成され、無機電界発光素子の場合には前記第１電極及び第２電極それぞれと発光層間に絶縁層が介在される。
【００２３】
有機電界発光素子の発光物質層を形成する有機物としては、フタロシアニン（ＣｕＰｃ：ｃｏｐｐｅｒ ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ）、Ｎ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）、トリス−８−ヒドロキシキノリンアルミニウム（Ａｌｑ３）等が利用されるが、前記第１電極及び第２電極に電荷を供給すればホールと電子とが結合して励起子を生成し、この励起子が励起状態から基底状態に変化されるにつれて前記発光物質層が発光する。
【００２４】
無機電界発光素子の場合には、前記第１電極及び第２電極の内側面に配置された絶縁層間の無機物層が発光するが、前記無機物としては金属硫化物であるＺｎＳ、ＳｒＳ、ＣｓＳなどが利用され、最近ではＣａＣａ２Ｓ４、ＳｒＣａ２Ｓ４などのアルカリ土類カルシウム硫化物及び金属酸化物も利用されている。前記無機物と共に発光層を形成する発光中心原子としてはＭｎ、Ｃｅ、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｐｒ、Ｐｂなどを含む遷移金属またはアルカリ希土類金属が利用される。前記第１電極及び第２電極に電圧を加えれば電子が加速されて発光中心原子と衝突するが、この時、発光中心原子の電子がさらに高いエネルギー準位に励起されてから基底状態に遷移され、これにより前記無機物層が発光する。
【００２５】
図５に図示された液晶表示素子の薄膜トランジスタパネルは、電界発光素子の薄膜トランジスタパネルと類似した構成を有する一方、その周辺の構成は異なるため、以下では相異なる事項を中心に説明する。
【００２６】
前記液晶表示素子は薄膜トランジスタパネル、第１配向層９７、第２基板１０２、第２電極６２、第２配向層９９、液晶層９８、及び偏光層１０３を具備し、前記薄膜トランジスタパネルは第１基板９１、薄膜トランジスタ５０、第１導線２０、第２導線３０、及び第１電極６１を具備するが、第１基板は電界発光素子の基板８１に対応する。
【００２７】
前記第２基板１０２は前記第１基板とは別途に製造され、その内側面にはカラーフィルタ層１０１が形成される。第２電極６２は前記カラーフィルタ層上に形成される。第１電極６１及び第２電極上にはそれぞれ第１配向層９７及び第２配向層９９が形成されるが、これらはこれら間に形成される液晶層９８の液晶を適宜に配向する。偏光層１０３は前記第１基板及び第２基板の外面に形成される。スペーサ１０４は前記第１基板と第２基板間の間隔を維持させる。
【００２８】
液晶表示素子は前記液晶の配列によって光を透過または不透過させるが、この液晶は前記第１電極と第２電極間の電位差によってその配列が決定され、前記液晶層を透過した光は前記カラーフィルタ層１０１の色を帯びて画像を具現する。
【００２９】
以下では図１及び図３を参照して、Ｓ／Ｄ電極の具体的な層構造について説明する。本実施例では前記第１、２ゲート電極１１、５１及び第２導線３０が同一素材で共に形成され、前記第１、２ソース電極１２、５２、第１、２ドレイン電極１３、５３、第１導線２０、及び第３導線７０が同一素材で共に形成されるが、これは製造工程によって変わり、本発明がこれに限定されない。
【００３０】
本実施例において、Ｓ／Ｄ電極１３０の少なくとも一つはアルミニウム合金層１３１とその上下側に形成されたチタン層１３２、１３３とを具備する。図１には図示されなかったが、前記アルミニウム合金層とチタン層間には、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）で形成された拡散防止層が介在される。参考的に、純粋アルミニウム層とチタン層間に拡散防止層が介在されている場合にも、熱処理工程によって純粋アルミニウムが半導体層８０に広がることがあるが、これは純粋アルミニウムが拡散防止層の局地的に薄い部分を通じて半導体層に広がることと推定される。
【００３１】
前記アルミニウム合金層１３１はシリコン（Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）、ネオジム（Ｎｄ）、白金（Ｐｔ）、及びニッケル（Ｎｉ）のうち少なくとも一つの元素を０．１重量％ないし５重量％含有した合金であることが望ましく、前記含有量は２重量％であることがさらに望ましい。実験によれば、本実施例によるＳ／Ｄ電極がチタン層（厚さ：２５０Å）／窒化チタン層（厚さ：２５０Å）／アルミニウム合金層（厚さ：４０００Å）／窒化チタン層（厚さ：２５０Å）／チタン層（厚さ：２５０Å）の５層構造を有する場合には、４５０℃の熱処理工程後にもそのアルミニウム成分が半導体層に広がらず、前記半導体層が図７のようにきれいな状態に維持される。これは従来の純粋アルミニウム層の代りにアルミニウム合金層を採択したからである。前記のような実験結果は、前記Ｓ／Ｄ電極がチタン層（厚さ：５００Å）／アルミニウム合金層（厚さ：４０００Å）／チタン層（厚さ：５００Å）の３層構造を有する場合にも同様である。参考的に、図７は図６に図示されたような結果をもたらす実験条件と同じ条件下で実験した結果を図示し、図７の各部分は図６の各部分と同じ参照番号で表示された。
【００３２】
前記チタン層は熱処理工程によるヒロックの生成を防止し、前記拡散防止層は熱処理工程によって前記アルミニウム合金層のアルミニウムがチタン層のチタンと反応してＴｉＡｌ３が生成されることを阻止することによって、前記Ｓ／Ｄ電極と駆動回路とを連結する導線の抵抗を低下させる。前記拡散防止層は窒化チタンで形成されることが望ましいが、薄すぎればアルミニウムの拡散によるチタンとの反応を十分に止めることができず、逆に厚すぎれば材料が多くかかって製造コストの上昇を招くために約１００Åないし５００Åの厚さで形成され、望ましくは約２５０Åの厚さで形成される。また、前記窒化チタン層には５重量％ないし８５重量％の窒素が含まれていることが望ましい。
【００３３】
参考的に、前記アルミニウム合金層１３１及びチタン層１３２、１３３はアルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気下でＤＣマグネトロン方式のスパッタリングによって積層され、前記窒化チタン層はアルゴンと窒素（Ｎ２）との混合ガス雰囲気下でリアクティブ方式のスパッタリングによって積層される。また、積層後に前記導線を所定のパターンでエッチングするに当って、高周波誘導プラズマ方式でドライエッチングする。
【００３４】
本発明は図面に図示された実施例を参考として説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならばこれより多様な変形及び均等な他の実施例が可能であるという点を理解できる。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲の技術的思想によって決まらねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、薄膜トランジスタ及びこれを具備した平板表示素子に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】薄膜トランジスタのソース電極またはドレイン電極の断面図である。
【図２】薄膜トランジスタパネルの回路図である。
【図３】薄膜トランジスタパネルの一部を図示する平面図である。
【図４】薄膜トランジスタを具備した電界発光素子の断面図である。
【図５】薄膜トランジスタを具備した液晶表示素子の断面図である。
【図６】従来の薄膜トランジスタの半導体層を図示する断面図である。
【図７】本発明による薄膜トランジスタの半導体層を図示する断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１３０Ｓ／Ｄ電極
１３１アルミニウム合金層
１３２、１３３チタン層
【図１】
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【図２】
2004282066.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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