JP3109968B2 - アクティブマトリクス回路基板の製造方法及び該回路基板を用いた液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

アクティブマトリクス回路基板の製造方法及び該回路基板を用いた液晶表示装置の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高品位TV、カメラ一
体型VTR用電子ビューファインダー、ヘッドマウント
ディスプレー、プロジェクションTV等に利用可能なア
クティブマトリクス回路基板の製造方法、及び該回路基
板を用いた液晶表示装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、スイッチング素子を2次元の
マトリクス状に高密度に配して構成した基板を用いた所
謂アクティブマトリクス型液晶表示装置は、フラットパ
ネルディスプレイ用として、あるいはプロジェクション
テレビ用としてさかんに研究がなされ、そのうちのいく
つかは既に商品化がなされている。
【0003】このようなアクティブマトリクス型液晶表
示装置の1例を図11に模式的に示す。
【0004】図11において801は画素スイッチ、8
02はバッファ部、803は水平シフトレジスタ部であ
り、804は垂直シフトレジスタ部である。テレビの輝
度信号や音声信号は、ある帯域に圧縮され、その周波数
に追従できる駆動能力を持った水平シフトレジスタ80
3によって駆動するバッファ部802に送られる。
【0005】バッファ部802に送られた信号は、垂直
シフトレジスタ804によってトランジスタで構成され
た画素スイッチ801がオンしている期間にトランジス
タのドレインに接続された画素電極に転送される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このパネルを構成する
回路に要求される性能は、HDTV(高品位テレビ)を
念頭に入れ、フレーム周波数が60Hz、走査線本数が
約1000本、水平走査期間が約30μsec(有効走
査期間27μsec)、水平画素数が約1500個とす
ると、テレビ信号は、約45MHzの周波数でバッハァ
部に転送されてくる。また、走査線1本あたりの信号転
送に許される期間は、1〜2μSECとなる。従って、
各要素回路には、以下の4つの性能が要求されることと
なる。
【0007】即ち、(1)水平シフトレジスタの駆動能
力が45MHz以上あること。
【0008】(2)垂直シフトレジスタの駆動能力が5
00kHz以上あること。
【0009】(3)水平シフトレジスタで駆動され、テ
レビ信号をバッファ部に転送するトランスファスイッチ
の駆動能力が45MHz以上あること。
【0010】(4)画素スイッチの駆動能力が500k
Hz以上あること。
【0011】ここで言う駆動能力とは、液晶画素に、あ
る階調数Nを出そうとした場合、液晶の最大または最小
の透過率を与える電圧をVmとして、V−T(電圧−透
過率)曲線から得られる液晶の閾値電圧をVtとする
と、上記走査線1本あたりの期間内に、該走査線で駆動
される全ての画素にVm−Vt)/N[V]以下である
信号転送能力を意味する。
【0012】これから明らかなように、画素スイッチ、
及び垂直シフトレジスタは、比較的駆動能力が小さくて
も良いが水平シフトレジスタ、及びバッファ部は高速の
駆動を必要とされる。このため、現在の液晶表示装置に
おいては、画素スイッチや垂直シフトレジスタは多結晶
シリコンやアモルファスシリコンなどの非単結晶TFT
(薄膜トランジスタ)でモノリシックに形成し、その他
の周辺回路は、ICチップを外から実装することで対応
している。
【0013】多結晶シリコンTFTを用いて、周辺回路
までモノリシックに形成しようとする試みもあるが、こ
の場合、個々のTFTの駆動能力が小さいため、トラン
ジスタサイズを大きくしたり、回路上複雑な工夫が必要
となる。
【0014】一方近年、絶縁性基板上に配された単結晶
シリコン層(SOI)中に形成されたTFTは、3次元
集積回路や密着センサ等の構成要素として注目されてい
る。このようなSOI基板に作り込んだTFTは従来の
単結晶シリコンウエハ上に作製されたトランジスタに比
べ、寄生容量が小さい、ラッチアップフリーの誘電体分
離、放射線耐性に優れている、などの特性を有する。そ
して近年、単結晶シリコン層の膜厚を十分薄くして(超
薄膜化)、そこにトランジスタを形成すると、固有のメ
カニズムによって、高いキャリア移動度が得られる、サ
ブスレッショルド特性が改善されるなどのトランジスタ
特性の改善につながるとして研究が盛んに行なわれてい
る。
【0015】しかしながら、これらの超薄膜トランジス
タにおいても問題点がある。即ち、ゲート電圧Vg=0
[V](オフ時)のドレイン耐圧が膜厚の減少にともな
い急激に劣化する。この問題点は、トランジスタの応用
展開を図っていく上で、特に密着センサや平面ディスプ
レイなどの設計上高耐圧が要求される分野では大きな障
害となる。
【0016】上述の障害の発生する原因は、基本的には
単結晶シリコン層を有する絶縁性基板の固有の構造であ
るフローティング構造に起因する。これについて、N−
チャネル MOSTFTを例に挙げて以下に説明する。
【0017】トランジスタのゲート・ドレイン間に、あ
るバイアスが印加されると、電気力線は、ゲート電極端
からドレイン電極端まで伸びるが、その際、ドレイン・
チャネル接合部に電界の非常に密な領域が形成されるこ
とになる。この電界は特に上述の接合部とゲート絶縁膜
界面に集中する。ソース部から供給された電子はドレイ
ン端まで到達すると、この電界によってさらに加速さ
れ、ドレイン・チャネル接合の空乏層内でIMPACT
IONAZATION(インパクトイオン化)を引き
起こして、正孔を発生する。
【0018】発生した正孔はソース端まで移動し、ソー
ス電極から引き抜かれるがその程度が増してくると、正
孔はソース部から引き抜かれずにチャンネル領域に蓄積
されるようになる。チャネル領域に蓄積された正孔はチ
ャネルのポテンシャルを下げ、さらに多くの電子がドレ
イン端に供給されるようになる。供給された電子はさら
にIMPACT IONAZATIONを引き起こし、
チャネル部に正孔を蓄積させる。
【0019】このように、電界の集中―IMPACT
IONAZATION―正孔の蓄積という一連の動作に
正帰還がかかり、その過程において、トランジスタのオ
フ時には、上記の過程において、IMPACT ION
AZATIONを引き起こす電子の供給が、ドレイン接
合の逆方向電流の発生により供給される。
【0020】P−チャネル MOSFETについても、
多数キャリアが正孔であるという点が異なり、この場
合、正孔のIMPACT IONAZATION率が電
子に比べて小さく、その影響が多少緩和されるとうだけ
で、基本的には同様の問題点がある。
【0021】このような問題点を解決するための一つの
手法として、チャネルに蓄積しようとするキャリア(N
−チャネル MOSFETの場合は正孔、P−チャネル
MOSFETの場合は電子)をいかに速くチャネル領
域から引き抜くかということが考えられる。このための
具体的な方法として、通常のIC構造に見られるよう
に、チャネルの電位(以下、「SUB電位」という。)
をある電位に固定することが考えられる。
【0022】しかしながら、この方法によれば、SUB
電位を取り出すための領域が必要であり、そのため、素
子面積が増大してしまう。このことは、素子の集積化の
妨げになるばかりか、例えば、液晶素子のスイッチング
トランジスタとして応用しようとした場合、画素の開口
率を低下させるという弊害を招くことになる。
【0023】本発明の目的は、上述した従来の解決すべ
き技術的課題を解決し、高品位テレビなどに対応できる
高速駆動をなし得るアクティブマトリクス回路基板の製
造方法を提供することにある。本発明の別の目的は、T
FTへの光照射によって生ずるリーク電流の弊害を抑
え、高精彩な画像表示が可能となる液晶表示装置の製造
方法を提供することにある。
【0024】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、上述
した解決すべき技術的課題を解決するため鋭意検討を行
なって成されたものであり、下述する構成のものであ
る。
【0025】即ち、本発明のアクティブマトリクス回路
基板の製造方法は、行列状に配された複数の画素電極に
対応して複数のスイッチング素子を備えると共に、前記
複数のスイッチング素子を駆動するための駆動回路を備
えたアクティブマトリクス回路基板の製造方法であっ
て、絶縁基板を用意する工程、前記絶縁基板上に単結晶
半導体層を形成する工程、前記単結晶半導体層を2つの
領域に分け、一方の領域では、該単結晶半導体層を用い
てトランジスタを形成し、他方の領域では、前記一方の
単結晶半導体層の欠陥密度よりも大きい欠陥密度を持っ
た単結晶又は非単結晶半導体層を形成し、該単結晶又は
非単結晶半導体層を用いてトランジスタを形成する工
程、及び前記一方の領域のトランジスタを用いて前記駆
動回路を形成し、前記他方の領域のトランジスタを用い
て前記複数のスイッチング素子を形成する工程、を有す
ることを特徴とするものである。
【0026】本発明は、液晶表示装置の製造方法を包含
する。
【0027】本発明の液晶表示装置の製造方法は、行列
状に配された複数の画素電極に対応して複数のスイッチ
ング素子を備えると共に、前記複数のスイッチング素子
を駆動するための駆動回路を備えたアクティブマトリク
ス回路基板と、前記画素電極に対向する対向電極を備え
た対向基板と、の間に液晶を挟持してなる液晶表示装置
の製造方法であって、本発明のアクティブマトリクス回
路基板の製造方法によりアクティブマトリクス回路基板
を用意する工程、前記対向基板を前記アクティブマトリ
クス回路基板に対して間隔をおいて配置する工程、及び
前記間隔内に液晶材料を封入する工程を有することを特
徴とするものである。
【0028】本発明の液晶表示装置においては、画素電
極に対応したスイッチング素子が、欠陥密度の大きい単
結晶半導体領域もしくは非単結晶半導体領域に形成され
ている。このことによりスイッチング素子が欠陥密度の
小さい良質な単結晶領域に形成されているものに比べ
て、スイッチング素子を薄膜トランジスタで構成した場
合にIMPACT IONAZATIONにより生ずる
少数キャリアが半導体領域中の欠陥によりトラップさ
れ、少数キャリアのライフタイムが短かくなることで耐
圧の低下が抑制できる。更に、薄膜トランジスタに光が
入射することで生ずるリーク電流も同様にして抑制する
ことができる。これに加えて、次のような利点もある。
即ち、本発明の液晶表示装置においては、少数キャリア
をチャネル領域から引き抜くためのSUB電位取り出し
領域を設ける必要がなく、画素の開口率の向上が図れ
る。駆動回路が形成された単結晶領域とスイッチング素
子が形成された半導体領域とを同一の半導体層に基づい
て構成することで、両者は同一基板上にモノリシックに
形成され、構成がコンパクトなものとなる。高い駆動能
力が要求される駆動回路を欠陥密度の少ない単結晶半導
体領域に形成し、画素電極に対応するスイッチング素子
を欠陥密度の多い単結晶領域もしくは非単結晶領域に形
成したことで駆動回路と画素電極に対応するスイッチン
グ素子の各々に要求される機能が最大限発揮されること
になり、極めて優れた画像を安定して表示できる。
【0029】本発明の液晶表示装置の製造方法によれ
ば、上述の本発明の液晶表示装置を好適に製造し得る。
本発明の液晶表示装置の製造方法においては、画素電極
に対応したスイッチング素子を駆動回路が形成される単
結晶半導体領域をなす半導体層と同一の半導体層に基づ
いて形成することで駆動回路を、スイッチング素子とを
同一基板上にモノリシックに形成できる。
【0030】画素電極に対応したスイッチング素子を、
駆動回路が形成される単結晶半導体領域をなす半導体層
と同一の半導体層に基づいた領域で、且つ該単結晶半導
体領域よりも欠陥密度が大きい単結晶半導体領域もしく
は非単結晶半導体領域に形成する具体的な方法として
は、駆動回路と、画素電極に対応したスイッチング素子
とを形成し得る大きさの欠陥密度の少ない単結晶半導体
領域を用意した後、スイッチング素子が形成されるべき
領域の欠陥密度を増大させてからそこにスイッチング素
子を形成する方法等が挙げられる。
【0031】単結晶半導体領域の欠陥密度を増大させる
方法としては、イオン注入法、物理的なストレスを半導
体表面に与えて欠陥密度を増大させる所謂ストレス法、
熱ストレス法、溶融法等を採用することができる。
【0032】イオン注入法を採用した場合には、欠陥密
度のコントロールにより、非晶質化も可能であるので都
合が良い。又、イオン注入を行なうことで、駆動回路が
形成される領域と、スイッチング素子が形成される領域
の化学組成を異なるものとすることができる。注入イオ
ンについては、単結晶半導体領域を構成する元素のイオ
ンの他、これとは別の元素のイオンを用いることもでき
る。別の元素のイオンとしては、Ar等の希ガスの他、
酸素、窒素等を用いることができる。
【0033】単結晶半導体としてシリコンを用い、注入
イオンとしてSi+ を用いた場合、注入イオン量は、欠
陥密度の値、スイッチング素子が形成される所謂画素部
に対応した半導体領域の構造等を考慮して適宜選定され
る。
【0034】本発明において、駆動回路が形成される単
結晶半導体領域の欠陥密度は、半導体としてシリコンを
用いた場合には一般的には100 /cm2 から108
cm2 の範囲とされる。望ましくは100 /cm2 から
105 /cm2 の範囲とされる。
【0035】本発明において、スイッチング素子が形成
される欠陥密度の大きい単結晶半導体領域の欠陥密度
は、一般的には109 /cm2 から1014/cm2 の範
囲とされる。望ましくは1010/cm2 から1012/c
2 の範囲とされる。
【0036】本発明において、非単結晶半導体とは、一
般的な、多結晶半導体及び非晶質半導体をいう。
【0037】本発明の液晶表示装置において、駆動回路
と、スイッチング素子が設けられる半導体層を単結晶シ
リコンで構成する場合、単結晶シリコン層に形成される
TFTの動作電圧を高くすると単結晶シリコン層の膜厚
は厚くして耐圧を確保する必要があり、VD=10V以
上の表示装置への応用では膜厚4000Å〜5000Å
程度が必要となる。
【0038】一方、画素電極に対応したスイッチング素
子が設けられる領域を非単結晶シリコンで構成する場
合、該非単結晶シリコン層の膜厚は薄くしても充分耐圧
が確保できる。加えてこの領域は、表示部に使用される
ため画素TFTへの光の入射によるリーク電流の影響は
シリコン層の膜厚が薄い方が影響が少なくなる。従って
該領域の層厚は、100Å〜1000Åの範囲とするの
が望ましい。さらに好適には100Å〜500Åの範囲
とするのが望ましい。
【0039】
【実施例】以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳細
に説明するが、本発明はこれに限定されるものではな
い。本発明は、本発明の目的が達成される範囲内で構成
要素を公知技術と変更・置換をしたものをも包含する。
【0040】(実施例1)図2に、本例で製造した液晶
表示装置の模式図を示す。図2において、101は絶縁
性基板、102は液晶セルである。103は画素電極に
対応したスイッチング素子であり、ここではトランジス
タである。104は、水平シフトレジスタ、105はバ
ッファであり、106は垂直シフトレジスタである。1
07は走査線、108は信号線である。
【0041】本例では、スイッチング素子103は多結
晶シリコンTFTで構成した。周辺駆動回路(水平シフ
トレジスタ104、バッファ105、垂直シフトレジス
タ106)は、単結晶シリコンTFTで構成した。
【0042】本例の液晶表示装置の製造方法について図
1を参照して以下に説明する。
【0043】ここでは、絶縁性基板201上に単結晶領
域と、多結晶領域を形成した後、それらの領域にトラン
ジスタを作り込みアクティブマトリクス基板を構成し
た。
【0044】まず、石英基板201上に単結晶シリコン
層202を貼り合わせ及びエッチングを用いた一般的な
貼り合わせ技術により形成して絶縁性(SOI)基板2
00を構成した。ここでは単結晶シリコン層202は研
磨により、膜厚4000Åに制御した。次いで、絶縁性
基板200にレジスト203を塗布して多結晶化したい
領域(B)のレジスト203をパターニングで除去して
開口部を設けた(図1(b))。基板200をイオン注
入装置に設置してこの開口部を中心にSi+ イオンを1
00KeVの加速エネルギーで5×1015/cm2 の注
入量で注入した(図1(c))。
【0045】Si+ イオンの注入された領域(B)には
Si+ イオンの衝撃により多くの欠陥が生じSi+ イオ
ンの注入量に応じて欠陥量は増加する。単結晶シリコン
層の膜厚が4000Å以下の場合には、上記のイオン量
の注入により単結晶シリコン層は非晶質シリコン層に変
化する。Si+ イオンの注入量を単結晶シリコン膜厚に
より変化させることで単結晶シリコン層を非晶質シリコ
ンに変化させることができる。
【0046】単結晶シリコンの非晶質化後、温度600
℃、N2 雰囲気中で50hrのアニールを行なった。こ
の結果、非単結晶領域(B)には粒径が数1000Åの
多結晶シリコン膜204が形成された(図1(e))。
非晶質化まで達しなかった非単結晶領域の場合にはシリ
コン層中に発生した欠陥はこのアニール工程により減少
し、アニール温度と時間の調整により非単結晶層の欠陥
量を最適に制御することもできる。アニール工程として
アニール炉内での熱処理による方法の他にレーザーアニ
ールによる方法を用いても同様の効果が得られる。
【0047】このようにして同一基板上に形成された単
結晶領域(A)と多結晶領域(B)にそれぞれ通常のM
OSFETの作成プロセスを用いて回路を構成してアク
ティブマトリクス基板を構成し、この基板を用いて液晶
表示装置を作製した。
【0048】これ以降のプロセスを図3〜図5を用いて
説明する。
【0049】まず、図3(a)に示した単結晶シリコン
層の領域(A)202と非単結晶シリコン領域(B)2
04が形成された基板200にイオン注入を行なった。
【0050】即ち、単結晶シリコン領域202のn−M
OSトランジスタを作成する部分にウェル形成のために
ホウ素Bを4×1011/cm2 の注入量で注入した。ま
たp−MOSトランジスタを作成する領域にはリンPを
2×1011/cm2 の注入量で注入した。多結晶領域2
04にはチャネル形成の不純物としてリンpを1×10
12/cm2 の注入量で注入した。
【0051】次に単結晶シリコン領域202と多結晶シ
リコン領域204をドライエッチングにより部分的に除
去し、TFTを形成する部分310、311を島状に残
した(図3(b)。
【0052】島状の単結晶シリコン領域310及び多結
晶シリコン領域311の表面のシリコンを酸化してゲー
ト絶縁膜312を500Åの厚みで形成した(図4
(c))。
【0053】減圧CVD法を用いて多結晶シリコン膜を
4000Åの厚みで堆積させ、さらに異方性エッチング
を用いてTFTのゲート電極313を形成した。その
後、ソース及びドレイン部をイオン注入法を用いて自己
整合的に形成した。即ち、n−MOSトランジスタ、p
−MOSトランジスタの形成には各々1×1016/cm
2 のAs、2×1015/cm2 のBF2 をイオン注入
し、ソース部350及びドレイン部351を形成した
(図4(d))。
【0054】単結晶シリコン層と多結晶シリコン層を島
状に形成する工程はTFTに使用するシリコン層を窒化
シリコン層でマスクして他のシリコン層を酸化すること
でシリコン層を分離する技術を用いても良い。
【0055】さらに非単結晶シリコンTFTの性能向上
のため非単結晶シリコンの領域のみに開口部を有したレ
ジストを形成して水素プラズマに暴露して非単結晶シリ
コン中の欠陥の低減を行う工程を含んでもよい。
【0056】このようにして形成したトランジスタ上に
はNSG(Non doped Silicate G
lass)314を常圧CVD法を用いて5000Åの
厚みで堆積させた(図4(e))。
【0057】次いで、トランジスタのソース及びドレイ
ン部とゲート電極部のNSG314にコンタクトホール
を開けた。
【0058】その後、電極材料としてアルミニウムをス
パッタ法にて堆積させ、ドライエッチング法で所定の配
線形状に加工して配線315を形成した(図5
(f))。
【0059】通常一般的に用いられる手法によりITO
(Indium−Tin−Oxide)を用いて画素電
極等を形成し、一般的に用いられる手法により配向膜を
含む透明絶縁膜316で表面全体を覆い、アクティブマ
トリクス基板を構成した。画素電極上の透明絶縁膜31
6は画素電極の一部または全部にわたりエッチングによ
り開口をもつ構成としてもよい。
【0060】通常用いられる方法で、ガラス基板319
に透明電極を形成した後、配向膜340等を形成して構
成した対向基板を用意した。アクティブマトリクス基板
と、対向基板とを封止材317を介して対向させて配置
し、アクティブマトリクス基板と、対向基板との間に液
晶材料を封入した(図5(g))。次いで、両基板の外
側に不図示の偏向板をそれぞれ配して液晶表示装置を構
成した。このようにして構成した液晶表示装置に、ハイ
ビジョン対応の映像信号を入力して画像表示を行なった
ところ、優れた画像を安定して表示できた。
【0061】本例の構成のアクティブマトリックス型液
晶表示装置においては、TFTにかかる電圧差が最も大
きい画素スイッチを多結晶シリコンTFTで構成するこ
とにより、TFTの耐圧の問題を回避するとともに画素
スイッチTFTの光リーク電流による問題も解決した。
また、駆動スピードを要求される周辺回路、特に、シフ
トレジスタを、単結晶シリコンTFTで構成することに
より、非常に速い周波数の信号、例えば、高品位テレビ
対応の信号にも対応することができた。
【0062】(実施例2)本例では、実施例1におい
て、基板200にイオン注入したSi+ イオンの量5×
1015/cm2 を5×1014/cm2 に代えた以外、実
施例1と同様にしてアクティブマトリクス基板を作製し
た。5×1014/cm2 のSi+ イオンを注入した試料
を2つ用意し、1方の試料のイオン注入領域に所謂SE
COエッチングを施した後、欠陥量を測定したところ、
該領域は、1011/cm2 程度の欠陥が導入された単結
晶構造をしていることが確認された。他方の試料を用い
てアクティブマトリクス基板を作製すると共に実施例1
と同様にして対向基板を用意した後、実施例1と同様に
して液晶表示装置を作製した。
【0063】得られた液晶表示装置に、実施例1と同様
にして画像を表示したところ、優れた画像を安定して表
示できた。
【0064】(実施例3)本例では、図6に模式的に示
される工程に従ってアクティブマトリクス基板を作成
し、液晶表示装置を構成した例について説明する。以
下、図6を参照して説明する。
【0065】まず、石英基板401上に単結晶シリコン
層403を貼り合わせ及びエッチングを用いた一般的な
貼り合わせ技術により形成して絶縁性(SOI)基板4
00を構成した(図6(a))。
【0066】ここでは、単結晶シリコン層403は研磨
により層厚を4000Åに制御した。絶縁性基板400
の単結晶シリコン層403にレジストを塗布し、非単結
晶化したい領域(B)のレジストをパターンニングで除
去して開口部を設けた(図6(b))。基板400をド
ライエッチング装置に設置してこの開口部の単結晶シリ
コン層の膜厚を約1000Å以下に薄層化した(図6
(c))。次いで基板をイオン注入装置に設置して開口
部を中心にSi+ イオンを40keVの加速エネルギー
で1×1015/cm2 の注入量で注入した(図6
(d))。
【0067】単結晶シリコン層が薄い開口部はSi+
オンの打ち込みにより非晶質シリコン404に変化し
た。
【0068】次いで、開口部を形成しているレジストを
除去後、アニール処理を行なった場合には非晶質シリコ
ンを多結晶シリコンとすることができ、更にアニール条
件を制御することで多結晶シリコンの粒径をも制御する
ことができる。以上の工程により、単結晶シリコン層
と、該単結晶シリコン層よりも層厚の薄い非単結晶シリ
コン層と、を同一の基板上に配することができた。こう
して得られた基板を用いて実施例1で述べたのと同様な
手法によりアクティブマトリクス基板を構成した。次い
で、実施例1と同様にして対向基板を用意した後、実施
例1と同様にして液晶表示装置を作製した。得れた液晶
表示装置に実施例1と同様にして画像を表示したとこ
ろ、優れた画像を安定して表示できた。特に、本例の液
晶表示装置は、非単結晶シリコン層の層厚を周囲の単結
晶シリコン層よりも薄くしたことから、画素部のTFT
のリーク電流の影響を観察できない程度に極めて低く抑
えることができた。
【0069】(実施例4)本例では、図7に模式的に示
される工程を用いてアクティブマトリクス基板を作製し
た後、これを用いて液晶表示装置を構成した。以下、図
7を参照して説明する。
【0070】まず、石英基板501上に単結晶シリコン
層503を一般的な貼り合わせ技術を用いて形成し、絶
縁性(SOI)基板500を構成した(図7(a))。
単結晶シリコン層503の層厚は、4000Åである。
絶縁性基板500の単結晶シリコン層503上に窒化シ
リコン層520を減圧CVD法により堆積し、非単結晶
化したい領域(B)の窒化シリコン層をドライエッチン
グで除去して開口部を設けた(図7(b))。次いで基
板500を酸化装置に設置してこの開口部の単結晶シリ
コン層の膜厚が約1000Å以下となるように単結晶シ
リコン層を酸化し、酸化シリコン層521を形成した
(図7(c))。酸化されたシリコン層をウエットエッ
チングにより除去して膜厚が1000Å以下の単結晶シ
リコン層を得た(図7(d))。レジスト541を塗布
してパターニングにより非単結晶化を行う領域(B)に
開口を設けた。こうして得られた基板をイオン打ち込み
装置に設置してこの開口部を中心にSi+ イオンを40
keVの加速エネルギーで1×1015/cm2 の注入量
で注入した(図5(e))。このイオン注入により、開
口部の単結晶シリコン層は、非晶質となった。レジスト
541を除去して得られた基板(図7(f))に実施例
1と同様にして薄膜トランジスタ等を作り込み、アクテ
ィブマトリクス基板を作製した。これと、実施例1と同
様にして得られた対向基板と、を用いて液晶表示装置を
作製した。得られた液晶表示装置に実施例1と同様に画
像を表示したところ、優れた画像を安定して表示でき
た。
【0071】(実施例5)図8〜図10を用いて説明す
る。本例では不透光性の単結晶シリコン層を配した絶縁
性基板を用いてアクティブマトリクス回路基板を作製
し、該アクティブマトリクス回路基板を用いて液晶表示
装置を構成した。以下、作製法について説明する。
【0072】不透光性の単結晶シリコン基体630上に
貼り合わせ技術を用いて酸化シリコン層631を挟んで
単結晶シリコン層602を形成し、SOI基板600を
構成した(図8(a))。
【0073】単結晶シリコン層602層厚は、1μm以
下である。絶縁性基板600の単結晶シリコン層602
上にレジスト611を塗布して非単結晶化したい領域
(B)のレジストをパターンニングで除去して開口部を
設けた(図8(b))。基板600をイオン打ち込み装
置に設置して、この開口部を中心にSi+ イオンを10
0KeVの加速エネルギーで5×1015/cm2 の注入
量で注入した(図8(c))。Si+ イオンが注入され
た領域605は、非晶質となったが(図8(d))、基
板600をアニール処理することにより、非晶質シリコ
ン領域605は、粒径が数1000Åの多結晶シリコン
領域606に変化した(図8(e))。こうして得られ
た基板を用いて液晶表示装置を作製する方法を図9及び
図10を用いて説明する。
【0074】図9(a)において、706は、図8
(e)における多結晶シリコン領域606に対応する。
同様に702、730、731は、図8(e)における
602、630、631にそれぞれ対応する。
【0075】まず、単結晶シリコン領域702のn−M
OSトランジスタを作成する部分にウェル形成のために
Bを4×1011/cm2 の注入量で注入した。また、p
−MOSトランジスタを作成する領域にはPを2×10
11/cm2 の注入量で注入した。多結晶領域706には
チャネル形成のための不純物としてPを1×1012/c
2 の注入量で注入した(図9(a))。
【0076】単結晶シリコン層702と多結晶シリコン
層706をドライエッチングによりTFTを形成する部
分のみ残して島状に形成した。即ち、島状の単結晶シリ
コン710と島状の非単結晶シリコン711を形成した
(図9(b)))。次いで、島状に形成されたシリコン
層を酸化してゲート絶縁膜712を500Åの厚みで形
成した。多結晶シリコンを減圧CVD法により4000
Åの厚みで堆積させ、異方性エッチングを用いてTFT
のゲート電極713を形成した。ソース及びドレイン部
を自己整合的に形成するため、イオン注入法により、n
−MOSトランジスタ、p−MOSトランジスタを構成
する領域に1×1016/cm2 のAs、2×1015/c
2 のBF2 を各々注入した。
【0077】単結晶シリコン層と多結晶シリコン層を島
状に形成する工程は、TFTに使用するシリコン層を窒
化シリコン層でマスクして他のシリコン層を酸化するこ
とでシリコン層を分離する技術を用いても良い。
【0078】不透光性基板730上に形成された単結晶
シリコン層を用いたトランジスタ及び多結晶シリコン層
を用いたトランジスタ上にNSG(Non doped
Silicate Glass)層714を常圧CV
D法を用いて5000Åの層厚で堆積させ保護膜とし
た。トランジスタのソース部、ドレイン部及びゲート電
極部上のNSG714にコンタクトホールを開けた。
【0079】電極材料としてアルミニウムをスパッタ法
にて堆積させ、所定の配線形状にドライエッチング法を
用いて加工し、配線715を形成した(図9(C))。
【0080】一般的に用いられる方法によりITOを用
いて画素電極を形成し、一般的に用いられる方法により
配向膜を含む透明絶縁膜716で表面を覆って、アクテ
ィブマトリクス基板を構成した。次いで、通常用いられ
る方法を用いてガラス基板719上に透明電極を形成し
た後、配向膜740等を形成して対向基板を用意した。
こうして得られたアクティブマトリクス基板と、対向基
板とを封止材317を介して対向させて配置し、間に液
晶材料718を封入した(図10(d))。
【0081】KOHもしくはエチレンジアミンなどの有
機アルカリを用いて不透光性基板730を表示領域の裏
面側から部分的にエッチング除去した。
【0082】このウエットエッチング溶液は酸化シリコ
ン層731を溶解しないためエッチングは酸化シリコン
層731を境にストップした。この結果、表示領域が透
光性となった(図10(e))。これに不図示の偏光板
を配して液晶表示装置を構成した。こうして得られた液
晶表示装置に実施例1と同様に画像を表示したところ、
優れた画像を安定して表示できた。
【0083】
【発明の効果】以上の説明により理解されるように本発
明のアクティブマトリクス回路基板の製造方法により製
造される回路基板においては、画素電極に対応したスイ
ッチング素子が、欠陥密度の大きい単結晶半導体領域も
しくは非単結晶半導体領域に形成されている。このこと
によりスイッチング素子が欠陥密度の小さい良質な単結
晶領域に形成されているものに比べて、スイッチング素
子を薄膜トランジスタで構成した場合にIMPACT
IONAZATIONにより生ずる少数キャリアが半導
体領域中の欠陥によりトラップされ、少数キャリアのラ
イフタイムが短かくなることで耐圧の低下が抑制でき
る。更に、薄膜トランジスタに光が入射することで生ず
るリーク電流も同様にして抑制することができる。更
に、本発明により製造される回路基板を用いた液晶表示
装置においては、少数キャリアをチャネル領域から引き
抜くためのSUB電位取り出し領域を設ける必要がな
く、画素の開口率の向上が図れる。駆動回路が形成され
た単結晶領域とスイッチング素子が形成された半導体領
域とを同一の半導体層に基づいて構成することで、両者
は同一基板上にモノリシックに形成され、構成がコンパ
クトなものとなる。高い駆動能力が要求される駆動回路
を欠陥密度の少ない単結晶半導体領域に形成し、画素電
極に対応するスイッチング素子を欠陥密度の多い単結晶
領域もしくは非単結晶領域に形成したことで駆動回路と
画素電極に対応するスイッチング素子の各々に要求され
る機能が最大限発揮されることとなり、極めて優れた画
像を安定して表示できる。
【0084】本発明の液晶表示装置の製造方法によれ
ば、本発明のアクティブマトリクス回路基板の製造方法
により得られる回路基板を用いて液晶表示装置を好適に
製造し得る。本発明の液晶表示装置の製造方法において
は、画素電極に対応したスイッチング素子を駆動回路が
形成される単結晶半導体領域をなす半導体層と同一の半
導体層に基づいて形成することで駆動回路と、スイッチ
ング素子とを同一基板上にモノリシックに形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のアクティブマトリクス回路基板の製造
方法の1例を示す模式図である。
【図2】本発明を用いて得られる液晶表示装置の1例を
示す模式図である。
【図3】本発明のアクティブマトリクス回路基板の製造
方法の1例を示す模式図である。
【図4】本発明のアクティブマトリクス回路基板の製造
方法の1例を示す模式図である。
【図5】本発明のアクティブマトリクス回路基板の製造
方法の1例を示す模式図である。
【図6】本発明のアクティブマトリクス回路基板の製造
方法の1例を示す模式図である。
【図7】本発明のアクティブマトリクス回路基板の製造
方法の1例を示す模式図である。
【図8】本発明のアクティブマトリクス回路基板の製造
方法の1例を示す模式図である。
【図9】本発明のアクティブマトリクス回路基板の製造
方法の1例を示す模式図である。
【図10】本発明のアクティブマトリクス回路基板の製
造方法の1例を示す模式図である。
【図11】従来の液晶表示装置の1例を示す模式図であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−125084(JP,A) 特開 平6−104432(JP,A) 特開 昭59−45486(JP,A) 特開 昭63−101829(JP,A) 特開 平6−318701(JP,A) 特開 平6−45607(JP,A) 特開 平6−148686(JP,A) 特開 平6−84944(JP,A) 特開 平3−259123(JP,A) 特開 昭60−10676(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/1368 G02F 1/1345

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 行列状に配された複数の画素電極に対応
    して複数のスイッチング素子を備えると共に、前記複数
    のスイッチング素子を駆動するための駆動回路を備えた
    アクティブマトリクス回路基板の製造方法であって、 絶縁基板を用意する工程、 前記絶縁基板上に単結晶半導体層を形成する工程、 前記単結晶半導体層を2つの領域に分け、一方の領域で
    は、該単結晶半導体層を用いてトランジスタを形成し、
    他方の領域では、前記一方の単結晶半導体層の欠陥密度
    よりも大きい欠陥密度を持った単結晶又は非単結晶半導
    体層を形成し、該単結晶又は非単結晶半導体層を用いて
    トランジスタを形成する工程、及び 前記一方の領域のト
    ランジスタを用いて前記駆動回路を形成し、前記他方の
    領域のトランジスタを用いて前記複数のスイッチング素
    子を形成する工程、を有することを特徴とするアクティ
    ブマトリクス回路基板の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記単結晶半導体層にシリコンを用いる
    請求項1に記載のアクティブマトリクス回路基板の製造
    方法。
  3. 【請求項3】 前記欠陥密度が大きい単結晶又は非単結
    晶半導体層を、イオン注入法を用いて形成する請求項1
    に記載のアクティブマトリクス回路基板の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記イオン注入するイオンはシリコンで
    ある請求項3に記載のアクティブマトリクス回路基板の
    製造方法。
  5. 【請求項5】 前記イオン注入するイオンは、Ar、酸
    素、窒素の中から選択される請求項3に記載のアクティ
    ブマトリクス回路基板の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記非単結晶半導体層として、多結晶質
    もしくは非晶質構造をなす層を形成する請求項1に記載
    のアクティブマトリクス回路基板の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記一方の領域と、前記他方の領域とで
    化学組成を異ならせる請求項1に記載のアクティブマト
    リクス回路基板の製造方法。
  8. 【請求項8】 前記一方の領域の単結晶半導体層の欠陥
    密度を、10 0 /cm 2 から10 8 /cm 2 の範囲とす
    る請求項1に記載のアクティブマトリクス回 路基板の製
    造方法。
  9. 【請求項9】 前記他方の領域の単結晶又は非単結晶半
    導体層の欠陥密度を、10 9 /cm 2 から10 14 /cm
    2 の範囲とする請求項1に記載のアクティブマトリクス
    回路基板の製造方法。
  10. 【請求項10】 前記他方の領域の単結晶又は非単結晶
    半導体層の層厚を、前記一方の領域の単結晶半導体層の
    層厚よりも薄くする請求項1に記載のアクティブマトリ
    クス回路基板の製造方法。
  11. 【請求項11】 前記他方の領域の単結晶又は非単結晶
    半導体層の層厚を、100Åから1000Åの範囲とす
    る請求項10に記載のアクティブマトリクス回路基板の
    製造方法。
  12. 【請求項12】 行列状に配された複数の画素電極に対
    応して複数のスイッチング素子を備えると共に、前記複
    数のスイッチング素子を駆動するための駆動回路を備え
    たアクティブマトリクス回路基板と、前記画素電極に対
    向する対向電極を備えた対向基板と、の間に液晶を挟持
    してなる液晶表示装置の製造方法であって、 請求項1に記載の製造方法によりアクティブマトリクス
    回路基板を用意する工程、 前記対向基板を前記アクティブマトリクス回路基板に対
    して間隔をおいて配置する工程、及び前記間隔内に液晶
    材料を封入する工程を有することを特徴とする液晶表示
    装置の製造方法。
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