JP2009049340A - 電気光学装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＴＦＴのゲート絶縁膜の厚さを薄くしてＴＦＴの書き込み特性（オン電流増大及
び閾値電圧の低下）を良好となしながらもＴＦＴの静電破壊に対する信頼性を大きくした
電気光学装置を提供すること。
【解決手段】スイッチング素子として、絶縁性基板１１上に形成されたゲート電極Ｇと、
前記ゲート電極Ｇ及びその周囲の絶縁性基板１１表面を被覆する絶縁膜１３と、前記ゲー
ト電極Ｇ上の絶縁膜１３の表面に形成された半導体層１６と、前記半導体層１６に部分的
に重複するように互いに対向配置されたソース電極Ｓ及びドレイン電極とからなる薄膜ト
ランジスタＴＦＴを備えた電気光学装置１０Ａにおいて、前記ゲート電極Ｇ上の絶縁膜１
３は中央部に周縁部よりも薄くされた凹部１４が形成されており、前記ソース電極Ｓとド
レイン電極Ｄの対向部分は前記半導体層１６上の前記凹部１４の底に対応する位置に形成
されていることを特徴とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、スイッチング素子として薄膜トランジスタ（Tin Film Transistor：ＴＦＴ
）を使用した電気光学装置及びその製造方法に関する。更に詳しくは、本発明は、ＴＦＴ
のゲート絶縁膜の厚さを薄くしてＴＦＴの書き込み特性（オン電流増大及び閾値電圧の低
下）を良好としながらもＴＦＴの静電破壊に対する信頼性を大きくした電気光学装置及び
その製造方法に関する。

一般に、液晶表示装置やＥＬ（Electro Luminescence）表示装置などに代表される電気
光学装置にはスイッチング素子としてＴＦＴが多く使用されている。このＴＦＴは、ガラ
ス基板をはじめとする絶縁性基板上に形成され、活性層（チャネル領域）に用いる半導体
層には非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）やポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）が用いられている。この
うち、ａ−Ｓｉを使用したＴＦＴは、製造プロセスの低温化が可能なために広く使用され
ている。そして、一般には電気光学装置の製造時ないし使用時の静電気によるＴＦＴの絶
縁破壊を防止するため、ゲート絶縁膜として窒化ケイ素膜ないし酸化珪素膜を使用し、ゲ
ート絶縁膜の厚さとしては２５０ｎｍ〜５５０ｎｍ程度のものが普通に使用されている。

このようなＴＦＴに要望される電気的特性として、ゲートオフ電流の低減化と共に、ゲ
ートオン電圧の低電圧化及びゲートオン電流の増大化が要望されている。このうち、ＴＦ
Ｔのゲートオフ電流の低減化は表示画像の保持能力を高めて電気光学装置の表示品位を高
めるために必要な特性である。また、ＴＦＴのゲートオン電圧の低電圧化は、ＴＦＴの低
電圧駆動を可能とし、低耐電圧の安価なドライバＩＣを使用するために必要な特性である
。更に、ＴＦＴのオン電流の増大化は、短時間でＴＦＴによる画素電極の駆動ができるよ
うにし、いわゆる書き込み特性の向上を図るために必要な特性である。ここで、一般的な
ボトムゲート型ＴＦＴのゲート絶縁膜の厚さを変えた場合の動作特性を図１０を用いて説
明する。

なお、図１０ドレイン電圧Ｖｄ＝４Ｖとした場合のゲート絶縁膜の厚さが４００ｎｍの
場合と１００ｎｍの場合のゲート電圧（Ｖｇ）とドレイン電流（Ｉｄｓ）との関係を示す
図である。

図１０の記載から明らかなように、例えば、ゲート絶縁膜の厚さが４００ｎｍでゲート
電圧が１２Ｖの場合に流れるオン電流値は、ゲート絶縁膜が１００ｎｍと薄くなるとゲー
ト電圧がわずか３Ｖであっても達成できるようになる。すなわち、ゲート電圧が一定の場
合、ゲート絶縁膜の厚さが４００ｎｍの場合よりも１００ｎｍの場合の方が大電流を流す
ことができることが分かる。このように、ゲート絶縁膜の厚さを薄くすると、ゲートオン
電圧の低電圧化及びゲートオン電流の増大化を達成することができる。

一方、ゲート絶縁膜の厚さを薄くすると、ゲート電極とソース電極（又はドレイン電極
）間の絶縁耐圧が低下するため、ＴＦＴの静電破壊に対する信頼性が低下する。そのため
、下記特許文献１には、トップゲート型ＴＦＴにおいて、ＴＦＴのゲートオフ電流を低く
すると共にＴＦＴの静電破壊に対する信頼性を向上させるため、ソース領域とドレイン領
域との間の半導体領域の中央側を厚くすると共に周辺側を薄くした例が示されている。こ
の下記特許文献１に開示されているＴＦＴでは、ソース領域とドレイン領域とで挟まれて
いるチャネル領域に部分的にゲート電圧印加による影響を受けにくい領域が形成され、ソ
ース／ドレイン間に印加された電圧がドレイン端に集中せずに分割される。また、この領
域で電界が緩和されるので、ソース／ドレイン間にかかる電界の急峻的に高くなる部分の
発生が緩和される。そのため、逆バイアス側のオフ電流が低減され、かつ特性劣化が小さ
く、信頼性の高いＴＦＴを得ることができるというものである。
特開平 ８− ７０１２７号公報

上述した従来例のＴＦＴでは、トップゲート型ＴＦＴにおいて、ゲート絶縁膜の厚さを
ソース領域とドレイン領域との間の半導体領域の中央側を厚くすると共に周辺側を薄くし
ているが、このような構成をボトムゲート型ＴＦＴに適用しても所期の効果を奏させるこ
とは困難である。すなわち、ボトムゲート型ＴＦＴにおいてゲート絶縁膜の厚さを厚くす
ると、ＴＦＴのオン電流が低下し、ＴＦＴのオン電圧が大きくなってしまう。逆にゲート
絶縁膜の厚さを薄くすると、ゲート電極とソース・ドレイン電極との間の耐電圧が低下し
、ＴＦＴの静電破壊に対する信頼性が低下してしまう。従って、ボトムゲート型ＴＦＴに
おいては、単純なゲート絶縁膜の薄膜化だけでは、ＴＦＴのゲートオフ電流の低減化、ゲ
ートオン電圧の低電圧化及びゲートオン電流の増大化を達成させつつ、ＴＦＴの静電破壊
に対する信頼性を確保することは困難である。

発明者等は、上述のような従来技術の問題点を解決すべく種々実験を重ねた結果、特に
ボトムゲート型ＴＦＴでは、構造上ゲート電極により生じる段差部分で耐電圧が顕著に劣
化することを見出した。すなわち、ボトムゲート型ＴＦＴは、ゲート電極の上に絶縁膜と
島状の半導体層を形成するため、絶縁性基板上に形成されたゲート電極により段差が生じ
、その上にソース電極及びドレイン電極が敷設される。そのため、ゲート電極により生じ
る段差部分で、ゲート電極とソース・ドレイン電極との間の耐電圧が低下するわけである
。そこで、発明者等は更に実験を進めた結果、ゲート絶縁膜の厚さを、ゲート電極の中央
部では従来例のものよりも薄くし、ゲート電極により生じる段差部（周縁部）ではゲート
電極の中央部よりも厚くすることにより、ＴＦＴのゲートオフ電流は従来例と同等の特性
を有しながらもゲートオン電流量を大きくできると共に、ＴＦＴのゲートオン電圧を小さ
くでき、しかも、ゲート電極とソース・ドレイン電極との間の耐電圧が大きくて信頼性の
高いＴＦＴが得られることを見出し、本発明を完成するに至ったのである。

すなわち、本発明は、ＴＦＴのゲートオン電流量が大きくなると共にゲートオン電圧が
小さく、しかも、ゲート電極とソース・ドレイン電極との間の耐電圧が大きくて信頼性の
高いＴＦＴを有する電気光学装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の電気光学装置は、スイッチング素子として、絶縁性
基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極及びその周囲の絶縁性基板表面を被覆
する絶縁膜と、前記ゲート電極上の絶縁膜の表面に形成された半導体層と、前記半導体層
に部分的に重複するように互いに対向配置されたソース電極及びドレイン電極とからなる
ＴＦＴを備えた電気光学装置において、前記ゲート電極上の絶縁膜は中央部に周縁部より
も薄くされた凹部が形成されており、前記ソース電極とドレイン電極の対向部分は前記半
導体層上の前記凹部の底に対応する位置に形成されていることを特徴とする。

本発明の電気光学装置では、スイッチング素子としてのＴＦＴのゲート電極上の絶縁膜
は中央部に周縁部よりも薄くされた凹部が形成されている。そのため、ゲート電極上の絶
縁膜の厚さは、ゲート電極の周縁部では厚くなっているため、十分なゲート電極とソース
・ドレイン電極との間の絶縁耐圧を確保することができ、静電破壊等が生じ難く、信頼性
の高いスイッチング素子としてのＴＦＴを備えた電気光学装置となる。しかも、ゲート絶
縁膜の厚さはゲート電極の中央部では薄くなっているため、ゲートオン電圧の低電圧化及
びゲートオン電流の増大化を達成することができるので、低電圧駆動可能な安価なドライ
バＩＣを使用することができると共に書き込み特性が向上した電気光学装置となる。なお
、本発明は、液晶表示装置だけでなくＥＬ表示装置等、スイッチング素子としてＴＦＴを
用いた電気光学装置に適用可能である。更に、絶縁膜としては、ゲート絶縁膜として普通
に使用されている窒化ケイ素膜や酸化ケイ素膜を適宜選択して使用し得る。

また、本発明の電気光学装置においては、前記凹部は前記絶縁膜の中央部から周縁部に
亘って傾斜面が形成されていることが好ましい。

係る態様の電気光学装置によれば、ゲート電極上の絶縁膜に急峻な段差が生じないので
、ゲート電極とソース・ドレイン電極との間の絶縁耐圧の低下が抑制され、静電破壊等が
生じ難く、信頼性の高いスイッチング素子としてのＴＦＴを備えた電気光学装置となる。

また、本発明の電気光学装置においては、前記凹部は、前記ソース電極とドレイン電極
の対向部分に沿って溝状に形成されているものとすることができる。

係る態様の電気光学装置によれば、ゲート電極上の絶縁膜に穴状の凹部を形成した場合
よりも、ゲート電極とソース・ドレイン電極との間の距離が最短となっている部分の面積
を大きくすることができるので、よりゲートオン電圧の低電圧化及びゲートオン電流の増
大化を達成することができるようになる。

また、本発明の電気光学装置においては、前記絶縁膜の厚さは、前記凹部の底が５０ｎ
ｍ〜２００ｎｍであり、前記周縁部が２５０ｎｍ以上であることが好ましい。

係る態様の電気光学装置によれば、十分なゲート電極とソース・ドレイン電極との間の
絶縁耐圧を確保しつつよりゲートオン電圧の低電圧化及びゲートオン電流の増大化を達成
することができるようになる。ゲート絶縁膜の厚さが５０ｎｍ未満であると絶縁膜及び半
導体層を介したゲート電極とソース・ドレイン電極との間の絶縁耐圧を安定的に所定値以
上に確保することが困難になる。また、絶縁膜の厚さが２００ｎｍを超えると絶縁膜の厚
さをゲート電極の中央部で薄くなるようにした効果が少なくなるので好ましくない。更に
、絶縁膜の厚さが周縁部で２５０ｎｍ未満であるとゲート電極とソース・ドレイン電極と
の間の絶縁耐圧を安定的に所定値以上に確保することが困難になる。周縁部の絶縁膜の厚
さの上限は、ゲート絶縁膜として普通に使用されている厚さであれば良く、２５０ｎｍ〜
５５０ｎｍの範囲で適宜に選択すればよい。

また、本発明の電気光学装置においては、前記ゲート電極とソース電極及びドレイン電
極間の絶縁耐電圧は５ＭＶ／ｃｍ以上であることが好ましい。

係る態様の電気光学装置によれば、一般的な電気光学装置の製造時ないし使用時におい
てもゲート電極とソース電極又はドレイン電極間で静電破壊を起こすことが非常に少なく
なり、静電破壊に対する信頼性の高いスイッチング素子としてのＴＦＴを備えた電気光学
装置となる。

更に、本発明のスイッチング素子として薄膜トランジスタを有する電気光学装置の製造
方法は、
（１）絶縁性基板上に複数のゲート電極部分を有する走査線を互いに平行に複数本形成
する工程、
（２）前記絶縁性基板上の全面を覆うように絶縁膜を形成する工程、
（３）前記ゲート電極上の絶縁膜の中央部の厚さを薄くして周縁部より厚さの薄い凹部
を形成する工程、
（４）前記ゲート電極上の絶縁膜の表面に半導体層を形成する工程、
（５）前記半導体層上の前記凹部の底に対応する位置でソース電極及びドレイン電極が
互いに対向配置するように、前記走査線に交差するように複数の前記ソース電極部分を有
する信号線を複数本形成すると共に、前記ドレイン電極を形成する工程、
を含むことを特徴とする。

係る態様の電気光学装置の製造方法によれば、容易に上記発明の効果を奏する電気光学
装置を製造することができるようになる。

また、本発明の電気光学装置の製造方法においては、前記（３）の工程は、
（３−１）ゲート絶縁膜の表面に塗布されたフォトレジストを多階調マスクを使用して
露光後、現像処理する工程、
（３−２）プラズマエッチング法によりエッチングすることにより、前記ゲート電極上
の絶縁膜の中央部の厚さを薄くして周縁部より厚さの薄い凹部を形成する工程
を含むことが好ましい。

係る態様の電気光学装置の製造方法によれば、ゲート電極上の絶縁膜の中央部を部分的
にエッチングして凹部を形成する工程と、例えば絶縁膜にコンタクトホール等の貫通孔を
形成する工程と一度に行うことができるので、特に凹部形成用の工数が増えることがない
。なお、多階調マスクとしては、グレイトーンマスクやハーフトーンマスク等を適宜選択
して使用し得る。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、予備実験例、実施例及び図面を参
照しながら詳細に説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化す
るため電気光学装置におけるスイッチング素子としてのＴＦＴを説明するものであって、
本発明をこの実施例に記載されたＴＦＴに特定することを意図するものではなく、本発明
は特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものにも等しく適応し得るものである。
なお、この明細書における説明のために用いられた各図面においては、各層や各部材を図
面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせて表示して
おり、必ずしも実際の寸法に比例して表示されているものではない。

図１はゲート段差乗り越え部を有するゲート絶縁膜の絶縁耐圧測定用基板の断面図であ
る。図２は図１のゲート絶縁膜の厚さが８０ｎｍである場合の絶縁耐圧分布を示すグラフ
である。図３はベタ状態のゲート絶縁膜の絶縁耐圧測定用基板の断面図である。図４は図
３のゲート絶縁膜の厚さを変えた場合の絶縁耐圧分布を示すグラフである。図５は実施例
のスイッチング素子としてのＴＦＴの平面図である。図６は図５のVI−VI線断面図である
。図７はハーフ露光による絶縁膜に凹部を形成する方法を説明する図である。図８Ａ〜図
８Ｅはハーフ露光による実施例のＴＦＴの製造工程を示す図６に対応する部分の断面図で
ある。図９は実施例の変形例のスイッチング素子としてのＴＦＴの平面図である。

［予備実験例］
まず、予備実験として、ゲート段差乗り越え部を有するゲート絶縁膜の絶縁耐圧測定及
びベタ状態のゲート絶縁膜の絶縁耐圧測定を行った。まず、液晶表示パネルを模するため
、図１に示すようなゲート段差乗り越え部を有するゲート絶縁膜の絶縁耐圧測定用パター
ン３０をガラス等の透明基板３１の表面にマトリクス状に複数個作製した。すなわち、ガ
ラス等の絶縁性基板３１の表面にアルミニウム金属を用いてゲート電極に対応する第１の
導電性電極３２を厚さ２５０ｎｍにマトリクス状に複数個形成した。次いで、第１の導電
性電極３２の表面及び露出している絶縁性基板３１の表面全体に亘って所定厚さｈ＝８０
ｎｍの窒化ケイ素層からなるゲート絶縁膜に対応する絶縁膜３３を形成した。更に、これ
らの第１の導電性電極３２上の絶縁膜３３の表面のそれぞれにソース電極（又はドレイン
電極）に対応する第２の導電性電極３４をアルミニウム金属を用いて厚さ１５０ｎｍに形
成した。

このような構成の透明基板３１の表面にマトリクス状に形成された複数個の絶縁耐圧測
定用パターン３０のうち、透明基板３１の中央部、端部及びその中間でそれぞれ４個ずつ
、計１２個選択した。次いで、それぞれの絶縁耐圧測定用パターン３０に対して第１の導
電性電極３２及び第２の導電性電極３４間に印加する電圧を０Ｖから一定速度で増加させ
、絶縁破壊電流が流れた際の電圧から絶縁耐圧（ＭＶ／ｃｍ）を測定した。結果を纏めて
図２に示した。

また、図３に示すように、ベタ状態のゲート絶縁膜の絶縁耐圧測定用パターン４０をガ
ラス等の透明基板４１の表面にマトリクス状に複数個作製した。すなわち、ガラス等の絶
縁性基板４１の表面にアルミニウム金属を用いてゲート電極に対応する第１の導電性電極
４２を厚さ２５０ｎｍにマトリクス状に複数個形成した。次いで、第１の導電性電極４２
の表面及び露出している絶縁性基板４１の表面全体に亘って所定厚さｈ＝８０ｎｍの窒化
ケイ素層からなるゲート絶縁膜に対応する絶縁膜４３を形成した。更に、これらの第１の
導電性電極４２上の絶縁膜４３の表面のそれぞれにソース電極（又はドレイン電極）に対
応する第２の導電性電極４４をアルミニウム金属を用いて厚さ１５０ｎｍに形成した。

このような構成の透明基板４１の表面にマトリクス状に形成された複数個の絶縁耐圧測
定用パターン４０のうち、透明基板４１の中央部、端部及びその中間でそれぞれ４個ずつ
、計１２個選択した。次いで、それぞれの基板に対して第１の導電性電極４２及び第２の
導電性電極４４間に印加する電圧を０Ｖから一定速度で増加させ、絶縁破壊電流が流れた
際の電圧から絶縁耐圧（ＭＶ／ｃｍ）を測定した。結果を纏めて図４に示した。

図２及び図４に示した結果を対比すると以下のことが分かる。すなわち、ゲート段差乗
り越え部を有する絶縁膜の絶縁耐圧測定用パターン３０は、絶縁性基板３１の表面の絶縁
膜３３の厚さと第１の導電性電極３２の表面の絶縁膜３３の厚さは共にｈ＝８０ｎｍであ
って等しい。しかしながら、ゲート段差乗り越え部を有する絶縁膜の絶縁耐圧測定用パタ
ーン３０では、絶縁膜３３の厚さが絶縁耐圧測定用パターン４０と同等であっても、安定
的に絶縁耐圧５ＭＶ／ｃｍを達成できないことが分かる。このようなゲート段差乗り越え
部を有する絶縁膜の絶縁耐圧は、ゲート電極の段差の形状及びゲート電極の厚さによって
も変化するが、絶縁膜の厚さが２５０ｎｍ以上であれば安定的に絶縁耐圧５ＭＶ／ｃｍ以
上を達成することができる。

これに対し、ベタ状態の絶縁膜の絶縁耐圧測定用パターン４０の場合の絶縁耐圧のバラ
ツキは、同じ厚さのゲート段差乗り越え部を有する絶縁膜の絶縁耐圧測定用パターン３０
よりも小さくなっている。それに加えて、ベタ状態の絶縁膜の絶縁耐圧測定用パターン４
０の場合では、絶縁膜の厚さｈ＝８０ｎｍの場合であっても、全て絶縁耐圧５ＭＶ／ｃｍ
以上を達成できていることが分かる。他の予備実験例によると、ベタ状態の絶縁膜の絶縁
耐圧測定用パターン４０の場合、絶縁膜の厚さｈ≧５０ｎｍであれば絶縁耐圧を５ＭＶ／
ｃｍ以上とできることが確認できた。

従って、電気光学装置のスイッチング素子として使用されるＴＦＴの絶縁耐圧を５ＭＶ
／ｃｍ以上とするには、ゲート電極の中央部におけるゲート絶縁膜の厚さは５０ｎｍ〜２
００ｎｍの範囲であってもよいが、ゲート電極の周縁部のゲート絶縁膜の厚さは２５０ｎ
ｍ以上とすればよいことになる。

以上の予備実験例の結果を基に作製した実施例に係る電気光学装置のスイッチング素子
として使用し得るＴＦＴの構成を図５〜図８を用いて説明する。このＴＦＴ１０Ａは、ガ
ラス基板等の絶縁性基板１１の表面に形成されたゲート電極Ｇ部分を有している。このゲ
ート電極Ｇ部分は、絶縁性基板１１の表面に互いに平行に複数本形成された、アルミニウ
ム、アルミニウム合金等からなる走査線１２の一部ないしは走査線１２から部分的に延在
された部分で形成される。このゲート電極Ｇの厚さは５０ｎｍ〜３００ｎｍとすることが
できる。

次いで、走査線１２、ゲート電極Ｇの表面及び露出している絶縁性基板１１の表面全体
を窒化ケイ素ないし酸化ケイ素からなるゲート絶縁膜１３で被覆する。このゲート絶縁膜
１３の厚さｈ１は、従来からゲート絶縁膜の膜厚として採用されている２５０ｎｍ〜５５
０ｎｍの範囲で適宜選択すればよい。次いで、フォトリソグラフィー法及びエッチング法
によって、ゲート電極Ｇ上のゲート絶縁膜１３の中央部の厚さｈ２が例えば８０ｎｍとな
るように、ゲート電極Ｇの延在方向に溝状にエッチングして凹部１４を形成する。

なお、この凹部１４の形成方法としては、ゲート絶縁膜１３の表面のみをプラズマエッ
チングする方法を採用し得るが、多階調マスクを使用したフォトリソグラフィー法及びプ
ラズマエッチング法を採用することもできる。ここで、この実施例で採用した露光機の解
像限界以下のスリットを有するハーフ露光マスクを使用したフォトリソグラフィー法及び
プラズマエッチング法を採用した絶縁膜の凹部１４の形成方法を図７及び図８を用いて説
明する。

この露光機の解像限界以下のスリットを有するハーフ露光マスク５１は、グレイトーン
マスクとも称され、図７に示したように、例えば光透過部５２及び５３を有する従来のバ
イナリーマスクにおいて、一方の光透過部５３には複数の解像限界以下の細いスリット５
４が設けられた構成を備えている。この複数の解像限界以下の細いスリット５４では露光
光は回折せずに直進する。そのため、この解像限界以下の細いスリット５４の幅及びピッ
チによってこの一方の光透過部５３の光透過率が定まり、解像限界以下の細いスリット５
４が形成された部分が中間光量透過部を構成する。また、この複数の解像限界以下の細い
スリット５４が形成されている部分の幅によって露光される分の幅が定まる。なおスリッ
ト５４は０．３〜３μｍの程度のピッチのものを、光源との関係によって適宜使い分けれ
ばよい。

なお、図７において説明のために使用された基板５０は、ＴＦＴを模するために、アル
ミニウム金属膜５５上に形成された窒化ケイ素からなる絶縁膜５６を有するものが示され
ている。この絶縁膜５６の表面に所定のフォトレジスト５７を塗布し、光透過部５３に露
光機の解像限界以下のスリット５４を有するハーフ露光マスク５１を使用して露光後に現
像すると、光透過部５２に対応するフォトレジスト層５８の部分は完全露光されるために
全て除去される。しかしながら、光透過部５３に対応するフォトレジスト層５９の部分は
、部分的にしか露光されないため、表面から所定厚さまでしか除去されない。この実施例
のＴＦＴ１０Ａ製造工程において、露光機の解像限界以下のスリットを有するハーフ露光
マスクを使用して露光後に現像した後の状態は、図８Ａに示したとおり、ゲート絶縁膜１
３の表面に部分的に厚さが薄くなったフォトレジスト層１８が形成されている状態となる
。

このように、露光機の解像限界以下のスリットを有するハーフ露光マスクを使用し、フ
ォトリソグラフィー法及びエッチング法によりゲート絶縁膜１３に凹部１４を形成すると
、ゲート絶縁膜１４に貫通孔を形成する部分も同時に形成することができる。そのため、
特に凹部１４を形成するための工程を増やす必要がなくなる。

この状態でプラズマエッチング法によりエッチングを行うと、光透過部５２に対応する
部分の絶縁膜５７は完全にエッチングされて除去されるが、光透過部５３に対応する部分
の絶縁膜は部分的しかエッチングされず、所定厚さの絶縁膜が残留する。図７の破線で示
されている箇所がプラズマエッチング法によりエッチングされた後の絶縁膜５７の残留状
態を示している。また、この実施例のＴＦＴ１０Ａ製造工程において、プラズマエッチン
グ法によりエッチングされた後の状態は、図８Ｂに示したとおり、残留していたフォトレ
ジスト層１８は更にエッチングされるが、ゲート絶縁膜１３の表面も部分的にエッチング
されて凹部１４が形成された状態となる。更に、ゲート絶縁膜１３には凹部１４の底から
周縁部に亘って傾斜面１５が形成される。なお、ゲート電極Ｇ上のゲート絶縁膜１３の中
央部１４の厚さｈ２は、上記予備実験例を参照して、５０ｎｍ〜２００ｎｍとすることが
できる。

更に、図８Ｃに示したように、ゲート絶縁膜１３上の残留していたフォトレジスト層１
８をアッシング又はレジスト剥離液により除去する。次いで、フォトレジストのこのゲー
ト絶縁膜１３の表面全体に亘ってａ−Ｓｉ層を所定厚さに被覆し、同じくフォトリソグラ
フィー法及びエッチング法によって、ゲート電極Ｇの表面を被覆するように、図８Ｄに示
したように、島状に半導体層１６を形成する。次いで、この半導体層１６の表面及びその
周囲のゲート絶縁膜１３の表面を被覆するように例えばアルミニウム金属、アルミニウム
合金等からなる導電性金属層を形成し、次いでフォトリソグラフィー法及びエッチング法
によって、図８Ｅ（図６も参照）に示したように、ソース電極Ｓ及びドレイン電極Ｄを形
成する。このソース電極Ｓ及びドレイン電極Ｄは、半導体層１６上の凹部１４の底に対応
する位置で、所定のチャネル長Ｌだけ離間して、対向配置される。従って、このソース電
極Ｓ及びドレイン電極Ｄの対向面は、溝状の凹部１４の底に、ゲート電極Ｇの延在方向に
沿って形成される。なお、ソース電極Ｓは走査線１２と交差する方向に互いに平行に複数
本形成される信号線（図示せず）からそれぞれ複数個延在するように形成されている。

その後、ソース電極Ｓ及びドレイン電極Ｄが形成された絶縁性基板１１の表面全体に亘
って、窒化ケイ素ないし酸化ケイ素からなるパッシベーション膜の形成、層間膜の形成、
コンタクトホールの形成等の各工程を経て、所定のスイッチング素子としてのＴＦＴが形
成される。なお、これ以降の製造工程は、液晶表示装置ないしＥＬ表示装置等の場合にお
いても、既に当業者に周知であるので、その詳細な説明は省略する。

この実施例のスイッチング素子としてＴＦＴ１０Ａを使用した電気光学装置によれば、
ＴＦＴ１０Ａのゲート電極Ｇ上のゲート絶縁膜１３には中央部に周縁部よりも薄くされた
凹部１４が形成されている。そのため、ゲート電極Ｇの周縁部におけるゲート絶縁膜１３
の厚さｈ１は、従来からゲート絶縁膜の膜厚として採用されている２５０ｎｍ〜５５０ｎ
ｍ程度と厚くなっているので、十分なゲート電極とソース・ドレイン電極との間の絶縁耐
圧を確保することができる。また、ゲート電極Ｇの中央部におけるゲート絶縁膜１３の厚
さｈ２は、５０ｎｍ〜１５０ｎｍと薄くなっているため、ＴＦＴのゲートオン電圧が低下
すると共に、ゲートオン電流が増大化するので、低電圧駆動可能な安価なドライバＩＣを
使用することができると共に書き込み特性が向上した電気光学装置が得られる。

なお、上記実施例のＴＦＴ１０Ａとしては、ゲート電極Ｇ上のゲート絶縁膜１３に溝状
の凹部１４を形成した例を示したが、この凹部１４は穴状とすることもできる。凹部１４
を穴状とした変形例のＴＦＴ１０Ｂの平面図を図７に示す。なお、図７においては、実施
例のＴＦＴ１０Ａと同一構成部分には同一の参照符号を付与してその詳細な説明は省略す
る。この変形例のＴＦＴ１０Ｂの場合、ゲート絶縁膜１３の中央部の凹部１４の周囲全体
に傾斜面１５が形成されるようになる。そのため、ゲート電極とソース・ドレイン電極と
の間の距離が最短となっている部分の面積が凹部１４を溝状とした場合よりも減少する。
従って、ゲートオン電圧の低電圧化及びゲートオン電流の増大化の観点からは、凹部１４
を穴状とするよりも溝状とした方がよい。

ゲート段差乗り越え部を有するゲート絶縁膜の絶縁耐圧測定用基板の断面図である。 図１のゲート絶縁膜の厚さを変えた場合の絶縁耐圧分布を示すグラフである。 ベタ状態のゲート絶縁膜の絶縁耐圧測定用基板の断面図である。 図３のゲート絶縁膜の厚さを変えた場合の絶縁耐圧分布を示すグラフである。 実施例のスイッチング素子としてのＴＦＴの平面図である。 図５のVI−VI線断面図である。 ハーフ露光による絶縁膜に凹部を形成する方法を説明する図である。 図８Ａ〜図８Ｅはハーフ露光による実施例のＴＦＴの製造工程を示す図６に対応する部分の断面図である。 実施例の変形例のスイッチング素子としてのＴＦＴの平面図である。 一般的なボトムゲート型ＴＦＴの動作特性を示す図である。

符号の説明

１０Ａ、１０Ｂ：ＴＦＴ １１：絶縁性基板 １２：走査線 １３：ゲート絶縁膜 １４
：凹部 １５：傾斜面 １６：半導体層 １８：フォトレジスト層 ５１：ハーフ露光マ
スク ５２、５３：光透過部 ５４：スリット Ｇ：ゲート電極 Ｓ：ソース電極 Ｄ：
ドレイン電極 Ｌ：チャネル長

Claims (7)

1. スイッチング素子として、絶縁性基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極及
   びその周囲の絶縁性基板表面を被覆する絶縁膜と、前記ゲート電極上の絶縁膜の表面に形
   成された半導体層と、前記半導体層に部分的に重複するように互いに対向配置されたソー
   ス電極及びドレイン電極とからなる薄膜トランジスタを備えた電気光学装置において、
   前記ゲート電極上の絶縁膜は中央部に周縁部よりも薄くされた凹部が形成されており、
   前記ソース電極とドレイン電極の対向部分は前記半導体層上の前記凹部の底に対応する位
   置に形成されていることを特徴とする電気光学装置。
2. 前記凹部は前記絶縁膜の中央部から周縁部に亘って傾斜面が形成されていることを特徴
   とする請求項１に記載の電気光学装置。
3. 前記凹部は、前記ソース電極とドレイン電極の対向部分に沿って溝状に形成されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電気光学装置。
4. 前記絶縁膜の厚さは、前記凹部の底が５０ｎｍ〜２００ｎｍであり、前記周縁部が２５
   ０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電気光学装置。
5. 前記ゲート電極とソース電極及びドレイン電極間の絶縁耐電圧は５ＭＶ／ｃｍ以上であ
   ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電気光学装置。
6. （１）絶縁性基板上に複数のゲート電極部分を有する走査線を互いに平行に複数本形成
   する工程、
   （２）前記絶縁性基板上の全面を覆うように絶縁膜を形成する工程、
   （３）前記ゲート電極上の絶縁膜の中央部の厚さを薄くして周縁部より厚さの薄い凹部
   を形成する工程、
   （４）前記ゲート電極上の絶縁膜の表面に半導体層を形成する工程、
   （５）前記半導体層上の前記凹部の底に対応する位置でソース電極及びドレイン電極が
   互いに対向配置するように、前記走査線に交差するように複数の前記ソース電極部分を有
   する信号線を複数本形成すると共に、前記ドレイン電極を形成する工程、
   を含むことを特徴とするスイッチング素子として薄膜トランジスタを有する電気光学装置
   の製造方法。
7. 前記（３）の工程は、
   （３−１）ゲート絶縁膜の表面に塗布されたフォトレジストを多階調マスクを使用して
   露光後、現像処理する工程、
   （３−２）プラズマエッチング法によりエッチングすることにより、前記ゲート電極上
   の絶縁膜の中央部の厚さを薄くして周縁部より厚さの薄い凹部を形成する工程
   を含むことを特徴とする請求項６に記載の電気光学装置の製造方法。

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