JP3599355B2

JP3599355B2 - Method for manufacturing active matrix substrate and method for manufacturing liquid crystal display

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Publication number: JP3599355B2
Application number: JP4409493A
Authority: JP
Inventors: 勉橋爪
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1993-03-04
Filing date: 1993-03-04
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2019-12-08
Also published as: JPH06260502A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
アクティブマトリクス方式の液晶ディスプレイの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有力な平面ディスプレイであるアクティブマトリクス型液晶ディスプレイは、研究開発の速度を早め、ＣＲＴ並の表示品質と画面サイズを持つまでに至っている。
【０００３】
このディスプレイの画素をスイッチングする素子は薄膜トランジスタであることが多い。アモルファスシリコンを活性層に利用した薄膜トランジスタは、オン状態における電流が小さいものの、オフ状態のリーク電流が著しく小さいために、オン／オフ比が７から８桁もある優れた画素スイッチング素子である。従来の画素サイズは１００から２００μｍで、画素密度は１００個／ｍｍ^２程度であった。
【０００４】
ところが、ワークステーションや高品位テレビジョンのように、画素密度が１０００個／ｍｍ^２と高密度である場合、スイッチング時間が非常に短くなるためアモルファスシリコンタイプの薄膜トランジスタでは、オン状態の電流が不足する。そこで、この電流がアモルファスシリコン型薄膜トランジスタの１０から１００倍もある多結晶シリコンを活性層に利用した薄膜トランジスタを画素のスイッチング素子に用いた液晶ディスプレイが研究され、一部では小型の液晶ディスプレイで商品化されている。
【０００５】
従来の小型のアクティブマトリクス型の液晶ディスプレイは、画素のスイッチング素子をコントロールする周辺駆動回路を内蔵していた。周辺駆動回路を構成する薄膜トランジスタは、ＣＭＯＳ回路が構成できるよう多結晶シリコン薄膜トランジスタであった。商品化されたアクティブマトリクス型液晶ディスプレイの薄膜トランジスタは、大規模集積回路を模倣した１０００℃以上の温度を利用するプロセスであるため、透明基板には石英が用いられている。
【０００６】
ところが、石英基板は非常に高価であるので、厚みが１ｍｍのＡ４サイズ以上の広い面積の基板で、一度に多くの小型の周辺回路内蔵のアクティブマトリクス基板を製造することはできなかった。このため石英基板を利用する限り、コストの高いアクティブマトリクス基板になっていた。
【０００７】
そこで、最近は、歪点が６００℃以下のコストの安い耐熱性ガラス基板上に高性能の多結晶シリコン薄膜トランジスタで周辺駆動回路を内蔵した小型のアクティブマトリクス基板の製造プロセスが研究されている。グレンサイズが大きく、結晶欠陥の少ない多結晶シリコンは、シリコン薄膜にエネルギービームを照射して形成できる。このエネルギービームは、エキシマレーザビームが適当である。
【０００８】
ところが、現在のエキシマレーザビームは、出力が小さく、たとえばＡ４サイズの基板の全領域を一括して照射できず、均一な結晶化シリコン層ができない欠点があった。
【０００９】
図１７に示すように、エキシマレーザのパルスビームを照射した領域ＦＳＰのシリコン薄膜は多結晶シリコン薄膜になる。次のパルスビームはＬｓの間隔でＬｖの重なりをもって領域ＳＳＰのシリコン薄膜を多結晶シリコン薄膜にする。このように、エキシマレーザのパルスビームをＬｓずつずらして、各々の照射領域を重ねるようにして、多結晶シリコン薄膜を形成するのが一般的な方法であった。
【００１０】
この方法であると図１７（ｄ）に示すように、パルスビームの境界で、境界以外の領域ＰＣＲより粒径が小さな微結晶シリコンＭＣＲが形成されるため、アクティブマトリクス基板の製造領域で形成される結晶化シリコン薄膜の均一性が低い欠点があった。
【００１１】
この問題点を克服する方法として、第３８回応用物理学関係連合講演会講演予稿集６７３ページ３０ｐ−Ｔ−７「エキシマレーザーアニールを用いたｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴの作製」がある。この方法では、シリコン薄膜に照射するエキシマレーザの強度を２つのレベルに設定して、レーザ結晶化シリコンの均質性の向上を試みている。
【００１２】
この方法の概略を図１８で説明する。
【００１３】
レーザビームの大きさは７ｍｍ四方の正方形であり、エネルギー分布は図１７（ａ）に示すように矩形で、強度の大きなところで±５％以内の強度分布を持っている。
【００１４】
まず、図１８（ｂ）のようにガラス基板ＧＬＳ上に減圧化学気相成長法で非晶質シリコン薄膜ＳＬＲを形成し、図１８（ｃ）のように１回目のＫｒＦエキシマレーザＦＬＳを２７０ｍＪｃｍ^−２の強度で、図１７の方法で照射して多結晶シリコンＦＰＬを形成し、次に図１８（ｄ）に示すように２回目のＫｒＦエキシマレーザＳＬＳを４５０ｍＪｃｍ^−２の強度で照射して１回目に形成した多結晶シリコン薄膜ＦＰＬよりも大きな粒径の多結晶シリコン薄膜ＳＰＬになる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
レーザアニールで結晶化したシリコン薄膜を活性層に用いた薄膜トランジスタの特性は、通常、移動度で１００ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１以上の特性が得られるのにも関わらず、この従来例では、６０ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１程度に低下し、レーザアニール法によるシリコン薄膜結晶化の利点を損なう欠点があった。
【００１６】
６００℃以下の温度で駆動回路内蔵のアクティブマトリクス基板の製造にはレーザアニール法が有力な採用技術である。しかし、従来のレーザアニール法によるシリコン薄膜の結晶化ではできあがった多結晶シリコン薄膜が不均一な品質である問題点があった。
【００１７】
そこで、レーザアニールの利点を生かして１００ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１以上の移動度の薄膜トランジスタで構成された駆動回路内蔵のアクティブマトリクス基板の製造方法が求められていた。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明のアクティブマトリクス基板の製造方法は、各々が表示領域及び駆動回路を備えた複数のアクティブマトリクスを、一枚のガラス基板に製造するアクティブマトリクス基板の製造方法であって、前記ガラス基板上にシリコン薄膜を形成する工程と、しかる後にエネルギービームの照射領域と非照射領域との境界が前記駆動回路の形成領域及び前記表示領域に掛からない状態で、前記エネルギービ−ムの照射領域を前記表示領域に照射することにより前記表示領域にあるシリコン薄膜を結晶化する工程と、エネルギービームの照射領域と非照射領域との境界が前記駆動回路の形成領域及び前記表示領域に掛からない状態、かつ、前記境界が前記アクティブマトリクス基板の切断線に存在する状態で、前記エネルギービ−ムの照射領域を前記駆動回路の形成領域に照射することにより前記駆動回路の形成領域にあるシリコン薄膜を結晶化する工程とを含み、前記駆動回路の形成領域のシリコン薄膜を結晶化させるエネルギービームのレーザ強度と、前記表示領域のシリコン薄膜を結晶化させるエネルギービームのレーザ強度とが異なることを特徴とする。
また、本発明のアクティブマトリクス基板の製造方法は、各々が表示領域及び信号側駆動回路と走査側駆動回路を含む複数の駆動回路を備えた複数のアクティブマトリクスを、１枚のガラス基板に製造するアクティブマトリクス基板の製造方法であって、前記ガラス基板上にシリコン薄膜を形成する第１の工程と、しかる後に前記信号側駆動回路と前記走査側駆動回路を含む複数の駆動回路の形成領域に対して一括してエネルギービームを照射する第２の工程と、前記表示領域に対してエネルギービームを照射する第３の工程と、を含み、前記第２の工程において、前記エネルギービームの照射領域と非照射領域との境界が、前記表示領域及び前記複数の駆動回路の形成領域の間に存在する状態、かつ、前記境界が前記アクティブマトリクス基板の切断線に存在する状態で、前記エネルギービ−ムを信号側駆動回路と走査側駆動回路を含む前記複数の駆動回路の形成領域に対して一括して照射することにより、前記複数の駆動回路の形成領域にあるシリコン薄膜を結晶化させ、前記第３の工程において、前記エネルギービームの照射領域と非照射領域との境界が、前記表示領域及び前記複数の駆動回路の形成領域の間に存在する状態で、前記エネルギービ−ムを前記表示領域に対して照射することにより、前記表示領域にあるシリコン薄膜を結晶化させることを特徴とする。
さらに、本発明のアクティブマトリクス基板の製造方法は、各々が表示領域及び信号側駆動回路と走査側駆動回路を含む複数の駆動回路を備えた複数のアクティブマトリクスを、１枚のガラス基板に製造するアクティブマトリクス基板の製造方法であって、前記ガラス基板上にシリコン薄膜を形成する第１の工程と、しかる後に前記信号側駆動回路の形成領域と前記表示領域に対して一括してエネルギービームを照射する第２の工程と、前記走査側駆動回路の形成領域に対してエネルギービームを照射する第３の工程と、を含み、前記第２の工程において、前記エネルギービームの照射領域と非照射領域との境界が、前記表示領域及び前記走査側駆動回路の形成領域の間に存在する状態、かつ、前記境界が前記アクティブマトリクス基板の切断線に存在する状態で、前記エネルギービ−ムを前記信号側駆動回路の形成領域と前記表示領域に対して一括して照射することにより、前記信号側駆動回路の形成領域と前記表示領域にあるシリコン薄膜を結晶化させ、前記第３の工程において、前記エネルギービームの照射領域と非照射領域との境界が、前記表示領域及び前記走査側駆動回路の形成領域の間に存在する状態、かつ、前記境界が前記アクティブマトリクス基板の切断線に存在する状態で、前記エネルギービ−ムを前記走査側駆動回路の形成領域に対して照射することにより、前記走査側駆動回路の形成領域にあるシリコン薄膜を結晶化させることを特徴とする。
本発明の液晶ディスプレイの製造方法は、上記ののアクティブマトリクス基板の製造方法を用いて液晶ディスプレイを製造することを特徴とする。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。
【００２０】
短辺が１１５ｍｍ、長辺が１２５ｍｍの長方形のガラス基板上に、短辺が１４ｍｍ、長辺が１０．５ｍｍの長方形の表示領域をもつ信号側駆動回路と走査側駆動回路を表示領域と同じ基板上に形成するアクティブマトリクス基板を縦に４列、横に６行並べて合計２４個のアクティブマトリクス基板を製造する例を説明する。
【００２１】
図１に示すように、ガラス基板ＧＬＳ上に酸化シリコン薄膜製のパッシベーション膜ＵＮＬを電子サイクロトロン共鳴化学気相成長法あるいは減圧化学気相成長法、常圧化学気相成長法により２００ｎｍの厚みで形成し、次に、シリコン薄膜ＳＬＲを減圧化学気相成長法、スパッタ法、プラズマ化学気相成長法のいずれかの方法で５０ｎｍの厚みで上記酸化シリコン薄膜ＵＮＬ上に被着形成する。
【００２２】
次に、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザＬＳＲをシリコン薄膜ＳＬＲに照射し多結晶シリコン薄膜を形成する。
【００２３】
モノシランガスを反応ガスに用いた減圧化学気相成長法の基板温度５５０℃でシリコン薄膜ＳＬＲが形成された場合には、１８０ｍＪｃｍ^−２から２７０ｍＪｃｍ^−２の強度で真空中あるいは不活性ガス雰囲気、大気中でＸｅＣｌエキシマレーザＬＳＲを照射すればよく、この結果、シリコン薄膜ＳＬＲは、粒径が２００ｎｍ〜５００ｎｍの結晶で構成された多結晶シリコン薄膜になる。シリコン薄膜の結晶化に用いるレーザはＸｅＣｌエキシマレーザばかりでなく、ＡｒＦ、ＫｒＦ、Ｆ_２エキシマレーザやＹＡＧレーザでもよい。凸レンズや凹レンズや蒲鉾型のレンズの組み合わせによる光学系にレーザビームを透過することにより、このエキシマレーザビームは強度９５％以上のエネルギー均一性が±５％以下である領域が１８．５ｍｍある空間的なエネルギー分布を持つ。
【００２４】
実施例数は９つある。
【００２５】
まず、第１の実施例について説明する。
【００２６】
図２に示すように、信号側駆動回路ＸＣＲと走査側駆動回路ＹＣＲと表示領域ＤＳＳで構成されたアクティブマトリクス基板を図２（ａ）に示すように、基板をセットしてあるステージを走査しながら順次アニールし、図２（ｂ）に示すように基板上の全てのアクティブマトリクス基板形成領域のシリコン層を多結晶シリコン層にする。
【００２７】
図３は、アクティブマトリクス基板にエキシマレーザビームを照射する斜視図を示している。エキシマレーザビームＬＳＢの照射領域ＲＬＲの中に、アクティブマトリクス基板の信号側駆動回路ＸＤＲと走査側駆動回路ＹＤＲと表示領域ＤＳＳが入っている。エキシマレーザビームＬＳＢの境界は、個々のアクティブマトリクス基板の切断線ＤＣＬにある。
【００２８】
隣合うアクティブマトリクス基板へのエキシマレーザビームの照射の様子を断面図で図４の断面図に示す。ガラス基板ＧＬＳ上に酸化シリコン薄膜ＵＮＬとシリコン薄膜ＳＬＲを順次形成し、アクティブマトリクス基板領域ＲＬＣにエキシマレーザビームＬＳＲを照射する。エキシマレーザビームＬＳＲの照射領域は、図４のＲＬＲであるが、このうち、強度９５％以上のエネルギー強度でその均一性が±５％以下であるエネルギー領域はＲＭＸであり、この領域ＲＭＸの中にアクティブマトリクス基板領域ＲＬＣが入っている。レーザビームのエッジの影響を避けるため、アクティブマトリクス基板の形成領域ＲＬＣと隣のアクティブマトリクス基板のシリコン層に照射するエキシマレーザビームＬＳＲの照射領域ＲＬＲの距離ＤＲＣは０．５ｍｍある。このため、従来問題だったレーザビームの境界領域の微結晶シリコン薄膜の形成が回避されるので、アクティブマトリクス基板全体に渡って良好な多結晶シリコン薄膜が形成される。
【００２９】
この実施例のアクティブマトリクス基板の構成面積は１４７ｍｍ^２であるので、レーザ発振器から基板までの光学系の透過率が７０％である場合、レーザ発振器エキシマレーザの出力は６００ｍＪ以上あれば十分である。
【００３０】
図１の薄膜トランジスタの形成工程の続きを説明する。
【００３１】
レーザ照射により形成されたアクティブマトリクス基板形成領域の多結晶シリコン層ＰＳＬを図１（ｃ）に示すようにリソグラフィー法によりパターニングする。
【００３２】
次に、図１（ｃ）に示すように、パターニングした多結晶シリコン層を覆うように、電子サイクロトロン共鳴化学減圧化学気相成長法により、薄膜トランジスタのゲート絶縁膜ＧＳＤになる酸化シリコン薄膜を１２０ｎｍの厚みで形成する。このゲート絶縁膜ＧＳＤの形成法は、上記の他に、常圧化学気相成長法、減圧化学気相成長法で形成された酸化シリコン薄膜でも本発明を利用することができる。
【００３３】
次に、多結晶シリコン薄膜ＰＳＬに重なるようにゲート絶縁膜ＧＳＤの上にゲート電極ＧＴＤを６００ｎｍの厚みで形成する。このゲート電極の材料は、不純物を含んだ半導体、あるいは金属、シリサイド、ポリアセチレン、ポリピロールなどの導電性物質である。次に、ソース・ドレイン領域を形成するため、多結晶シリコン薄膜ＰＳＬ中に不純物を注入ＩＭＰする。不純物の注入方法としては、質量分離式のイオン注入方法や、バケットタイプの質量非分離方式のイオン注入方法がある。Ｎ型トランジスタを形成する場合、前者のイオン注入方法では、^３１Ｐ^＋を３×１０^１５ｃｍ^２の注入量で、８０ｋｅＶのエネルギーで注入する。また、後者の質量比分離方式のイオン注入方法では、水素とホスヒンＰＨ_３の混合ガスを反応ガスにして、８０ｋｅＶのエネルギーで多結晶シリコン薄膜ＰＳＬ中にイオン注入する。
【００３４】
一方、Ｐ型薄膜トランジスタの形成には、質量分離型のイオン注入法では^１１Ｂ^＋を３×１０^１５ｃｍ^２の量を多結晶シリコン薄膜ＰＳＬに注入する。一方質量非分離型のイオン注入法では、水素とジボランの混合ガスを反応ガスにして、Ｂ原子を３×１０^１５ｃｍ^２の濃度になるように多結晶シリコン薄膜中に注入する。
【００３５】
次に、図１（ｃ）で注入した不純物を３００から１０００℃の温度で熱処理して活性化する。この熱処理工程により、ソース領域ＳＣＲとドレイン領域ＤＲＲが形成される。
【００３６】
次に、ゲート電極ＧＴＤとゲート絶縁膜ＧＳＤを覆うように、酸化シリコン薄膜を５００ｎｍの厚みで層間絶縁膜ＩＳＤを被着形成し、ソース領域ＳＳＤとドレイン領域ＤＲＲ上に配線のためのスルーホールを形成する。表示領域の画素のスイッチング用の薄膜トランジスタのためには、アルミニウム材料でソース電極ＳＳＤを形成し、次に、ソース電極ＳＳＤを覆うように酸化シリコン薄膜あるいは耐熱性の有機薄膜でパッシベーション膜ＰＶＳを形成し、さらにこのパッシベーション膜に、配線用のスルーホールを形成し、ドレイン領域ＤＲＲに到達するようにドレイン電極ＴＥＤを形成する。
【００３７】
一方、駆動回路を構成する薄膜トランジスタのためには、層間絶縁膜ＩＳＤとゲート絶縁膜ＧＳＤにスルーホールを形成した後にアルミニウム材料でソース電極とドレイン電極と薄膜トランジスタ間の配線を同時に形成する。
【００３８】
適当にＰ型とＮ型の薄膜トランジスタを適当に配線で接続することによりＣＭＯＳ回路を構成する。
【００３９】
次に、第２の実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４０】
上記の第１の実施例と同じように、ガラス基板ＧＬＳ上に酸化シリコン薄膜製のパッシベーション膜ＵＮＬを被着形成し、さらに、このパッシベーション膜ＵＮＬ上に、減圧化学気相成長法、電子サイクロトロン共鳴化学気相成長法、スパッタ法などによりシリコン薄膜ＳＬＲを被着形成する。
【００４１】
つぎに、エキシマレーザをシリコン薄膜ＳＬＲに照射して多結晶シリコン薄膜ＰＳＲを形成する。
【００４２】
このエキシマレーザビームの照射方法を図５から図７を示しながら説明する。
【００４３】
図５（ａ）に示すようにアクティブマトリクス基板形成領域ＡＬＣは、信号側駆動回路形成領域ＸＤＲと走査側駆動回路形成領域ＹＤＲと表示領域ＤＳＳで構成されている。まず、表示領域ＤＳＳにあるパターニングされたシリコン薄膜をエキシマレーザビームを照射して多結晶シリコン薄膜にする。図５（ｂ）のＰＤＳは、多結晶シリコン薄膜が形成された表示領域を示す。次に、信号側駆動回路形成領域ＸＤＲのシリコン薄膜を２７０ｍＪｃｍ^−２のエネルギー強度のエキシマレーザビームを照射して結晶化する。図５（ｃ）のＰＸＤは、信号側駆動回路形成領域のシリコン薄膜が、レーザ照射によって多結晶シリコン薄膜になったことを示す。さらに、走査側駆動回路形成領域ＹＤＲのシリコン薄膜をエキシマレーザビームを照射して結晶化する。図５（ｄ）のＰＹＤは、走査側駆動回路形成領域のシリコン薄膜が、レーザ照射によって多結晶シリコン薄膜になったことを示す。
【００４４】
上述の実施例では走査側駆動回路形成領域ＹＤＲより信号側駆動回路形成領域ＸＤＲのシリコン薄膜を先にエキシマレーザを照射したが、走査側駆動回路形成領域のシリコン薄膜を先にエキシマレーザを照射して多結晶シリコン薄膜を形成しても良い。
【００４５】
この第２の実施例の、表示領域ＤＳＳ、信号線側駆動回路形成領域ＸＤＲ、走査線側駆動回路形成領域ＹＤＲのシリコン薄膜に照射するエキシマレーザのエネルギー強度の大きさは互いに同じである。
【００４６】
以上のエキシマレーザビームの照射により、アクティブマトリクス基板のシリコン薄膜が、石垣状の結晶形態である２００〜５００ｎｍの粒径の多結晶シリコン薄膜になる。
【００４７】
図６に、この図５に示す方法によるエキシマレーザビームの照射の斜視図を示す。図５（ｂ）に図６（ａ）が、図５（ｃ）に図６（ｂ）が、図５（ｃ）に図６（ｃ）がそれぞれ対応している。
【００４８】
このレーザビームの照射の様子を図６に模式的な基板断面図を使って説明する。
【００４９】
まず、ガラス基板ＧＬＳ上に、酸化シリコン薄膜ＵＮＬとシリコン薄膜ＳＬＲを順次を被着形成する。
【００５０】
次に、個々のアクティブマトリクス基板の表示領域ＲＬＣを充分覆うように、ＲＬＲの範囲でエキシマレーザビームＬＳＲを照射しシリコン薄膜を結晶化する。結晶化に必要なレーザビームのエネルギーが照射された領域ＲＭＸのみ結晶化し、多結晶シリコン薄膜ＰＳＬになる。
【００５１】
次に、図６（ｂ）に示すように、駆動回路形成領域ＲＬＲのシリコン薄膜にエキシマレーザビームＤＬＲを照射して、多結晶シリコン薄膜ＤＰＬを形成する。図７（ｂ）の領域ＲＬＣはエキシマレーザビームの照射領域であり、領域ＲＭＸは、シリコン薄膜が結晶化する領域である。領域ＲＬＲは実際に駆動回路が形成され、粒径が２００〜５００ｎｍ程度で結晶形態が石垣状にそろっている領域である。
【００５２】
このエキシマレーザビームの照射により、図７（ｃ）に示すアクティブマトリクス領域ＡＬＣのシリコン薄膜は、多結晶シリコン薄膜ＰＳＬ・ＤＰＬなる。また、隣合うアクティブマトリクス基板ＡＬＣの間隔ＰＴＣは、０．５〜２ｍｍ程度である。
【００５３】
この方法によれば、従来問題になっていた、レーザビームの照射境界で発生した微結晶シリコンの悪影響が回避でき、しかも、駆動回路と表示領域のそれぞれで一括にエキシマレーザビームの照射するので、非常に高品位の多結晶シリコン薄膜をアクティブマトリクス基板全体で得られる。
【００５４】
表示領域と信号側駆動回路、走査側駆動回路のエキシマレーザビームのシリコン薄膜上の照射エネルギー強度は同じである。表示領域と駆動回路の薄膜トランジスタの移動度が同じであれば、表示領域と駆動回路の設計が非常に簡単になる利点がある。
【００５５】
次に、第３の実施例について説明する。
【００５６】
エキシマレーザ照射の方法は上述の第２の実施例と同じである。
【００５７】
ただし、表示領域のシリコン薄膜へのエキシマレーザの照射強度と、信号線側駆動回路形成領域および走査側駆動回路形成領域のシリコン薄膜へのエキシマレーザの照射強度が異なる。
【００５８】
たとえば、表示領域の画素のスイチッチング素子に使う薄膜トランジスタを構成するシリコン薄膜の結晶化には、２００ｍＪｃｍ^−２の強度のエキシマレーザビームを照射する。そのｎ型薄膜トランジスタの電気的特性は、移動度が１２ｃｍ^２Ｖ^−１ｓｅｃ^−１であり、ゲート長１０μｍ、ゲート幅１０μｍの構造で、ソース電極に対してゲート電位が−１０Ｖ、ドレイン電位が４Ｖであるときのリーク電流が２ｘ１０^−１２Ａリーク電流が著しく小さくなる。一方、駆動回路の薄膜トランジスタを構成するシリコン薄膜の結晶化には２７０ｍＪｃｍ^−２のエネルギー強度で照射する。この駆動回路のｎ型薄膜トランジスタの電気的特性は、ゲート長１０μｍ、ゲート幅１０μｍの構造で、ソース電極に対してゲート電位が−１０Ｖ、ドレイン電位が４Ｖであるときのリーク電流が１ｘ１０^−１１Ａであり、移動度が１００ｃｍ^２Ｖ^−１ｓｅｃ^−１となる。
【００５９】
第１の実施例と同じように、ガラス基板ＧＬＳ上に酸化シリコン薄膜のパッシベーション膜ＵＮＬを被着形成し、さらに、この酸化シリコン薄膜上に、減圧化学気相成長法、電子サイクロトロン共鳴化学気相成長法、スパッタ法などによりシリコン薄膜を被着形成する。
【００６０】
つぎに、エキシマレーザをシリコン薄膜に照射して多結晶シリコン薄膜を形成する。
【００６１】
このエキシマレーザビームの照射方法は上述した第２の発明の図５から図７の説明と同じである。非常に高速な駆動回路を必要とするアクティブマトリクス基板を製造する場合に有効である。
【００６２】
この第２の実施例では、表示領域よりも駆動回路形成領域のシリコン薄膜の結晶化のレーザ強度が大きな場合を説明したが、逆に駆動回路形成領域より表示領域のシリコン薄膜の結晶化のレーザ強度が大きい場合でも良い。
【００６３】
次に、第３の実施例について説明する。
【００６４】
第２と第３の実施例の違いは、表示領域のシリコン薄膜に照射するエキシマレーザのエネルギー強度と、信号線側駆動回路形成領域のシリコン薄膜に照射するエネルギー強度と、走査線側駆動回路形成領域のシリコン薄膜に照射するエネルギー強度が、互いに異なる点である。
【００６５】
たとえば、表示領域の画素のスイチッチング素子に使う薄膜トランジスタを構成するシリコン薄膜の結晶化には、２００ｍＪｃｍ^−２の強度のエキシマレーザビームを照射する。そのｎ型の薄膜トランジスタの電気的特性は、移動度が１２ｃｍ^２Ｖ^−１ｓｅｃ^−１であり、ゲート長１０μｍ、ゲート幅１０μｍの構造で、ソース電極に対してゲート電位が−１０Ｖ、ドレイン電位が４Ｖであるときのリーク電流が２ｘ１０^−１２Ａリーク電流が著しく小さくなる。一方、走査線側駆動回路の薄膜トランジスタを構成するシリコン薄膜の結晶化には２３０ｍＪｃｍ^−２のエネルギー強度で照射する。このｎ型の薄膜トランジスタの電気的特性は、ゲート長１０μｍ、ゲート幅１０μｍの構造で、ソース電極に対してゲート電位が−１０Ｖ、ドレイン電位が４Ｖであるときのリーク電流が５ｘ１０^−１２Ａであり、移動度が６０ｃｍ^２Ｖ^−１ｓｅｃ^−１となる。さらに、信号線側駆動回路の薄膜トランジスタを構成するシリコン薄膜の結晶化には２７０ｍＪｃｍ^−２のエネルギー強度で照射する。このｎ型の薄膜トランジスタの電気的特性は、ゲート長１０μｍ、ゲート幅１０μｍの構造で、ソース電極に対してゲート電位が−１０Ｖ、ドレイン電位が４Ｖであるときのリーク電流が１ｘ１０^−１１Ａであり、移動度が１００ｃｍ^２Ｖ^−１ｓｅｃ^−１となる。
【００６６】
このように、第３の実施例では、レーザ照射強度を変えてシリコン薄膜を結晶化して、利用目的に応じた特性の薄膜トランジスタを形成することができる。
【００６７】
次に、第４の実施例を説明する。
【００６８】
この実施例のポイントは、表示領域のシリコン薄膜のレーザ照射の結晶化は行わないが、駆動回路形成領域のシリコン薄膜をレーザビームの照射により結晶化することである。
【００６９】
まず、図８に示すように、ガラス基板ＧＬＳ上に酸化シリコン薄膜ＵＮＬを２００ｎｍ被着形成する。さらに、酸化シリコン薄膜ＵＮＬ上にシリコン薄膜を５０ｎｍの厚みで被着形成する。このシリコン薄膜は、モノシランを反応ガスにした減圧化学気相成長法で、温度５１０℃で形成する。さらに、６００℃８時間の窒素雰囲気中でいわゆる固相成長法でシリコン薄膜を多結晶化する。この方法で形成された多結晶シリコン薄膜ＳＰＣは、結晶形状が樹状であり、大きさが長径１μｍ程度の結晶となる。
【００７０】
次に、アクティブマトリクス基板の駆動回路形成領域の多結晶シリコン薄膜ＳＰＣにエキシマレーザビームＤＬＲを照射して結晶化する。ＸｅＣｌエキシマレーザを照射する場合には、このレーザビームの強度は多結晶シリコン薄膜上で２３０〜３００ｍＪｃｍ^−２の間で選べば良い。このレーザビームの照射により、樹状の結晶形態である多結晶シリコン薄膜ＳＰＣは、石垣状の結晶形態である多結晶シリコン薄膜ＤＰＬに変化する。この石垣状の結晶は、結晶粒内の欠陥が少なく電子や正孔の移動度が高い。図８（ｂ）に示すように、レーザビームが照射される領域はＲＬＣであるが、多結晶シリコン薄膜ＳＰＣがレーザビームの照射により再結晶化する領域はＲＭＸであり、さらに、駆動回路が形成される領域はＲＬＲである。エキシマレーザビームの空間的なエネルギー分布は、特殊な光学系により図１７（ａ）に示すように、台形状になっているので、駆動回路が形成される領域のシリコン層に照射されるレーザビームのエネルギーは均一である。
【００７１】
図８（ｃ）に示すように、隣接するアクティブマトリクス基板が形成される領域ＡＬＣの間隔は、ＰＴＣであり、その幅は５００μｍから２ｍｍである。
【００７２】
図９にエキシマレーザビームの照射方法を平面図で示した。
【００７３】
図９（ａ）に示すように、ガラス基板ＧＬＳ上の信号側駆動回路ＸＤＲと走査側駆動回路ＹＤＲと表示領域ＤＳＳに形成されたシリコン薄膜を、６００℃の温度で８時間の時間をかけて、図９（ｂ）に示すように多結晶シリコン薄膜ＳＰＣを形成する。次に、図１０（ａ）の斜視図に示すように、信号側駆動回路形成領域ＸＤＲの多結晶シリコン薄膜ＳＰＣにエキシマレーザビームを照射して、再結晶化して図９（ｃ）に示すように多結晶シリコン薄膜ＳＸＤを形成する。次に、図１０（ｂ）の斜視図に示すように走査側駆動回路形成領域ＹＤＲの多結晶シリコン薄膜ＳＰＣにエキシマレーザビームを照射して、再結晶化して図９（ｄ）に示すように多結晶シリコン薄膜ＳＹＤを形成する。
【００７４】
上述の実施例では走査側駆動回路形成領域より信号側駆動回路形成領域のシリコン薄膜を先にエキシマレーザを照射したが、走査側駆動回路形成領域のシリコン薄膜を先にエキシマレーザを照射して多結晶シリコン薄膜を形成しても良い。
【００７５】
これによって、表示領域のシリコン薄膜は固相成長法により形成された多結晶シリコン薄膜であるが、駆動回路のシリコン薄膜はレーザ照射により形成された多結晶シリコン薄膜になる。
【００７６】
石垣状の粒径２００〜３００ｎｍの多結晶シリコン薄膜の形成以後のアクティブマトリクス基板の工程は、第１の実施例と同じである。
【００７７】
次に第５の実施例を説明する。
【００７８】
この実施例は、レーザ照射によるシリコン薄膜の結晶化において、走査側駆動回路形成領域と信号側駆動回路形成領域のレーザ照射強度が、第４の実施例と異なる場合である。
【００７９】
次にさらに、本発明の第６の実施例を説明する。
【００８０】
図１１に示すように、１枚のガラス基板上に１２個のアクティブマトリクス基板ＡＬＣを製作する場合について説明する。
【００８１】
まず、上記の実施例と同じように、ガラス基板に酸化シリコン膜によるパッシベーション膜を形成し、このパッシベーション膜状に、シリコン膜を形成する。シリコン薄膜の形成方法としては、減圧化学気相成長法、プラズマ化学気相成長法、蒸着法、スパッタ法などの方法がある。シリコン薄膜の厚みは５０ｎｍである。図１１の実施例では、表示部の上辺と下辺に信号側駆動回路を形成し、左辺と右辺に走査側駆動回路を形成する。この信号側駆動回路と走査側駆動回路を一括して、ＸｅＣｌエキシマレーザを図１１（ａ）の領域ＲＬＲに照射する。このとき表示領域のシリコン薄膜にはレーザビームを照射しない。また、このレーザビームの照射領域と非照射領域の境界は、駆動回路と表示領域の間に存在する。
【００８２】
５０ｎｍのシリコン薄膜にＸｅＣｌエキシマレーザを照射して、粒径３００ｎｍ以上の良質な多結晶シリコン膜を形成するには、シリコン薄膜表面で２４０〜２７０ｍＪｃｍ^−２のエネルギーでよい。レーザ照射領域の面積が２．４ｃｍ^２であれば、５８０〜６５０ｍＪのレーザビームのエネルギーが有れば良い。このレーザビームの照射により、図１１（ｂ）に示すように信号側駆動回路形成領域の多結晶シリコン膜ＰＸＤと走査側行動回路の多結晶シリコン膜ＰＹＤが形成される。
【００８３】
このレーザービームの照射は、シリコン薄膜のパターニング後に行う。
【００８４】
次に、図１２（ａ）に示すように、図１１（ｂ）に示したように駆動回路形成領域の多結晶シリコン膜を形成した後に、表示領域のシリコン薄膜を結晶化するためＸｅＣｌエキシマレーザを照射する。このエキシマレーザの照射でも、レーザビームの照射領域ＲＬＲと非照射領域の境界は、駆動回路形成領域と表示領域の間にある。表示領域の多結晶シリコン膜を形成するためのレーザビームの強度は、駆動回路形成領域と同じでも良いが、表示領域の画素のスイッチングする薄膜トランジスタの性能によっては、駆動回路形成領域の照射強度と異なってもよい。
【００８５】
このレーザービームの照射は、シリコン薄膜のパターニング後に行う。
【００８６】
図１１と図１２の様に、シリコン薄膜の結晶化を駆動回路形成領域と表示領域で別々にレーザ照射して実施したが、次の第７の実施例に説明する図１３と図１４の様に照射しても良い。
【００８７】
図１３（ａ）に示すように、信号側駆動回路形成領域と表示領域のシリコン薄膜を一括して、ＸｅＣｌエキシマレーザを照射して多結晶シリコン膜を形成する。個のレーザビームの照射の際にもレーザビームの照射領域ＲＬＲと非照射領域の境界は、表示領域と走査側駆動回路形成領域の間にあり、表示領域や駆動回路形成領域には存在しない。このレーザ照射により図１３（ｂ）に示すように、信号側駆動回路形成領域の多結晶シリコン膜ＰＸＤと表示領域の多結晶シリコン膜ＰＤＳが形成される。次に図１４（ａ）に示すように、走査側駆動回路形成領域ＹＤＲにレーザビームを照射して、図１４（ｂ）に示すように多結晶シリコン膜ＰＹＤを形成する。このレーザビームの照射領域ＲＬＲと非照射領域の境界は、走査側駆動回路形成領域と表示領域の間に存在する。
【００８８】
この図１３と図１４のレーザビームの照射によるアクティブマトリクス基板の多結晶シリコン膜の形成方法では、信号側駆動回路形成領域と表示領域のシリコン薄膜を一括してレーザビームを照射する事により多結晶シリコン膜を形成したが、走査側駆動回路と表示領域のシリコン膜を一括してレーザビームを照射して多結晶シリコン膜を形成してもよい。
【００８９】
この図１３と図１４の方法では、信号側駆動回路を構成する薄膜トランジスタと表示領域の画素のスイッチング素子である薄膜トランジスタの性能が同じ場合に、非常に便利な方法である。
【００９０】
さらに、この図１３と図１４の方法によるレーザービームの照射は、シリコン薄膜のパターニング後に行う。
【００９１】
信号側駆動回路と走査側駆動回路がそれぞれ１つずつ内蔵されたアクティブマトリクス基板の場合でも本発明を実施する事が出来る。
【００９２】
以上の発明では、１つの表示領域に２つずつの信号側駆動回路と走査側駆動回路が構成された実施例を説明したが、次の第８の実施例のように、１つの表示領域に対し１つずつの信号側駆動回路と走査側駆動回路が構成された場合でも本発明を利用することができる。
【００９３】
図１５（ａ）に示すように信号側駆動回路形成領域ＸＤＲと走査側駆動回路形成領域ＹＤＲを一括して、ＸｅＣｌエキシマレーザを照射して多結晶シリコン膜を形成する。このとき表示領域のシリコン薄膜にはレーザビームを照射しない。レーザビームの照射領域ＲＬＲと非照射領域の境界は表示領域と、それぞれの駆動回路形成領域の間に存在する。このレーザビームの照射により、図１５（ｂ）に示すように信号側駆動回路の多結晶シリコン膜ＰＸＤと走査側駆動回路の多結晶シリコン膜ＰＹＤが形成される。
【００９４】
次に、図１６（ａ）に示すように表示領域のシリコン薄膜にＸｅＣｌエキシマレーザを照射して結晶化するこのレーザビームの照射領域ＲＬＲと非照射領域の境界は、表示領域と駆動回路形成領域の間に存在する。
【００９５】
以上の第６から第８の実施例により、駆動回路形成領域と表示領域に、きわめて均一性が高く、粒径が３００ｎｍ程度の欠陥が少ない良質な多結晶シリコン膜が形成される。
【００９６】
よって、本発明の方法ではエキシマレーザビームの照射により、高移動度の薄膜トランジスタによって構成された駆動回路を内蔵する液晶表示対応のアクティブマトリクス基板を製造する事が出来る。
【００９７】
【発明の効果】
レーザアニールで結晶化したシリコン薄膜を利用した薄膜トランジスタの特性は、移動度で１００ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１以上の特性が得られるのにも関わらず、従来の方法では移動度が６０ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１程度に低下し、レーザアニール法によるシリコン薄膜結晶化の利点を損なう欠点があった。
【００９８】
しかし、本発明では、パルスレーザビームを走査して照射領域を重ねる方法で発生する微結晶シリコンの影響がなく、結晶粒径が大きく結晶欠陥がない高品質の多結晶シリコン薄膜がアクティブマトリクス基板の作製領域全体で均一に得られる。従って、レーザアニールの利点を生かした１００ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１以上の移動度の薄膜トランジスタで構成された駆動回路を内蔵し、高速で画素をスイッチングできるアクティブマトリクス基板を製造できる。
【００９９】
本発明のように、アクティブマトリクス基板を一括して、あるいは表示領域、駆動回路領域を一括してエキシマレーザビームによりシリコン薄膜を結晶化できると、表示領域全体に渡って均一な表示でさらに、低圧電源で誤動作しない高速駆動の駆動回路を内蔵するアクティブマトリクス基板を製造できる。
【０１００】
リーク電流が極めて小さい表示領域の画素のスイッチング素子である薄膜トランジスタと、高速動作の駆動回路を内蔵する本発明のアクティブマトリクス基板は画素が１０００個ｃｍ^−２以上ある高密度で、高精細であり、高品位の表示が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアクティブマトリクス基板製造工程図。
【図２】本発明のアクティブマトリクス基板製造工程図。
【図３】本発明のアクティブマトリクス基板製造工程図。
【図４】本発明のアクティブマトリクス基板製造工程図。
【図５】本発明のアクティブマトリクス基板製造工程図。
【図６】本発明のアクティブマトリクス基板製造工程図。
【図７】本発明のアクティブマトリクス基板製造工程図。
【図８】本発明のアクティブマトリクス基板製造工程図。
【図９】本発明のアクティブマトリクス基板製造工程図。
【図１０】本発明のアクティブマトリクス基板製造工程図。
【図１１】本発明のアクティブマトリクス基板製造工程図。
【図１２】本発明のアクティブマトリクス基板製造工程図。
【図１３】本発明のアクティブマトリクス基板製造工程図。
【図１４】本発明のアクティブマトリクス基板製造工程図。
【図１５】本発明のアクティブマトリクス基板製造工程図。
【図１６】本発明のアクティブマトリクス基板製造工程図。
【図１７】エキシマレーザビームのエネルギー分布図。
【図１８】従来のレーザアニールによる多結晶シリコンの製造図。
【符号の説明】
ＡＤＲ…レーザビームの照射境界
ＡＬＣ…アクティブマトリクス基板形成領域
ＤＣＬ…アクティブマトリクス基板切断線
ＤＬＲ…エキシマレーザビーム
ＤＰＬ…駆動回路形成領域の多結晶シリコン薄膜
ＤＲＣ…アクティブマトリクス基板形成領域と、隣のアクティブマトリックス基板形成領域のシリコン薄膜を結晶化するためのレーザビームの照射領域との距離ＤＲＲ…ドレイン領域
ＤＳＳ…表示領域
ＦＬＳ…図５の方法による１回目のエキシマレーザビームの照射
ＦＰＬ…１回目のエキシマレーザビームの照射で形成された多結晶シリコン薄膜
ＦＳＰ…１パルス目のレーザビーム照射領域
ＧＬＳ…ガラス基板
ＧＳＤ…ゲート絶縁膜
ＧＴＤ…ゲート電極
ＩＭＰ…イオン注入
ＩＳＤ…第一の層間絶縁膜
Ｌｓ…レーザビーム走査ピッチ
ＬＳＢ…エキシマレーザビーム
ＬＳＲ…レーザ照射
Ｌｖ …１回目と２回目のエキシマレーザビームの照射領域の重なり幅
ＭＣＲ…エキシマレーザビームの境界領域の照射で形成された微結晶シリコン薄膜
ＮＳＰ…Ｎパルス目のレーザビーム照射領域
ＰＣＲ…大粒径の結晶粒で構成された多結晶シリコン薄膜
ＰＤＳ…表示領域の多結晶シリコン薄膜
ＰＳＬ…多結晶シリコン薄膜
ＰＴＣ…隣接アクティブマトリクス基板距離
ＰＶＳ…パッシベーション膜
ＰＹＤ…走査線側駆動回路形成領域の多結晶シリコン薄膜
ＰＸＤ…信号線側駆動回路形成領域の多結晶シリコン薄膜
ＲＬＣ…アクティブマトリクス基板形成領域
ＲＬＲ…レーザビーム照射領域
ＲＭＸ…多結晶シリコン薄膜形成領域
ＳＣＲ…ソース領域
ＳＬＲ…シリコン薄膜
ＳＬＳ…図５の方法による２回目のエキシマレーザビームの照射
ＳＰＣ…固相成長法により形成された多結晶シリコン薄膜
ＳＰＬ…２回目のエキシマレーザビームの照射で形成された多結晶シリコン薄膜
ＳＳＤ…ソース電極
ＳＳＰ…２パルス目のレーザビーム照射領域
ＴＥＤ…画素電極
ＵＮＬ…パッシベーション膜
ＸＤＲ…信号線側駆動回路形成領域
ＹＤＲ…走査線側駆動回路形成領域[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a method of manufacturing an active matrix type liquid crystal display.
[0002]
[Prior art]
The active matrix type liquid crystal display, which is a leading flat display, has accelerated research and development, and has achieved display quality and screen size comparable to CRT.
[0003]
Elements for switching the pixels of the display are often thin film transistors. A thin film transistor using amorphous silicon for the active layer is an excellent pixel switching element having an on / off ratio of 7 to 8 digits because the on-state leakage current is extremely small although the on-state current is small. The conventional pixel size is 100 to 200 μm, and the pixel density is 100 pixels / mm ² It was about.
[0004]
However, like a workstation or a high-definition television, the pixel density is 1000 / mm. ² In the case of a high density, the switching time becomes very short, so that the ON-state current is insufficient in the amorphous silicon type thin film transistor. Therefore, research has been conducted on a liquid crystal display using a thin film transistor using polycrystalline silicon as an active layer as a switching element of a pixel, in which the current is 10 to 100 times that of an amorphous silicon thin film transistor. Have been.
[0005]
2. Description of the Related Art A conventional small active matrix type liquid crystal display has a built-in peripheral drive circuit for controlling a switching element of a pixel. The thin film transistor constituting the peripheral drive circuit was a polycrystalline silicon thin film transistor so that a CMOS circuit could be constituted. Since a thin film transistor of a commercialized active matrix type liquid crystal display is a process using a temperature of 1000 ° C. or more that imitates a large-scale integrated circuit, quartz is used for a transparent substrate.
[0006]
However, since a quartz substrate is very expensive, it has not been possible to manufacture many small active circuit substrates with built-in peripheral circuits at a time on a substrate having a thickness of 1 mm and a large area of A4 size or more. For this reason, as long as a quartz substrate is used, the active matrix substrate is expensive.
[0007]
Therefore, recently, a process for manufacturing a small-sized active matrix substrate in which a peripheral drive circuit is built with a high-performance polycrystalline silicon thin film transistor on a low-cost heat-resistant glass substrate having a strain point of 600 ° C. or less is studied. Polycrystalline silicon having a large grain size and few crystal defects can be formed by irradiating a silicon thin film with an energy beam. This energy beam is suitably an excimer laser beam.
[0008]
However, the current excimer laser beam has such a drawback that the output is small, for example, it is not possible to collectively irradiate the entire region of, for example, an A4 size substrate, and a uniform crystallized silicon layer cannot be formed.
[0009]
As shown in FIG. 17, the silicon thin film in the region FSP irradiated with the pulse beam of the excimer laser becomes a polycrystalline silicon thin film. The next pulse beam turns the silicon thin film in the region SSP into a polycrystalline silicon thin film with an overlap of Lv at intervals of Ls. As described above, it has been a general method to form a polycrystalline silicon thin film by shifting the pulse beam of the excimer laser by Ls so as to overlap the respective irradiation regions.
[0010]
According to this method, as shown in FIG. 17D, microcrystalline silicon MCR having a smaller particle size than the region PCR other than the boundary at the boundary of the pulse beam is formed in the active matrix substrate manufacturing region. There is a disadvantage that the uniformity of the crystallized silicon thin film is low.
[0011]
As a method of overcoming this problem, there is a method for manufacturing a poly-Si TFT using excimer laser annealing, p. In this method, the intensity of the excimer laser irradiating the silicon thin film is set at two levels, and an attempt is made to improve the homogeneity of the laser-crystallized silicon.
[0012]
The outline of this method will be described with reference to FIG.
[0013]
The size of the laser beam is a square of 7 mm square, and the energy distribution is rectangular as shown in FIG. 17A, and has an intensity distribution within ± 5% where the intensity is large.
[0014]
First, an amorphous silicon thin film SLR is formed on a glass substrate GLS by low pressure chemical vapor deposition as shown in FIG. 18B, and a first KrF excimer laser FLS is applied at 270 mJcm as shown in FIG. 18C. ^-2 Irradiation is performed with the intensity shown in FIG. 17 to form polycrystalline silicon FPL, and then a second KrF excimer laser SLS is applied at 450 mJcm as shown in FIG. ^-2 Irradiation with the intensity of the above results in a polycrystalline silicon thin film SPL having a larger particle size than the first polycrystalline silicon thin film FPL formed.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
The characteristics of a thin film transistor using a silicon thin film crystallized by laser annealing as an active layer are usually 100 cm in mobility. ² V ^-1 s ^-1 Despite obtaining the above characteristics, in this conventional example, 60 cm ² V ^-1 s ^-1 To the extent that the crystallization of the silicon thin film by the laser annealing method is impaired.
[0016]
Laser annealing is a promising technique for manufacturing an active matrix substrate with a built-in drive circuit at a temperature of 600 ° C. or less. However, there has been a problem that the polycrystalline silicon thin film obtained by crystallization of the silicon thin film by the conventional laser annealing method has uneven quality.
[0017]
Therefore, taking advantage of laser annealing, 100cm ² V ^-1 s ^-1 There has been a demand for a method of manufacturing an active matrix substrate with a built-in drive circuit composed of thin film transistors having the above mobility.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The method for manufacturing an active matrix substrate according to the present invention is a method for manufacturing an active matrix substrate, in which a plurality of active matrices each including a display region and a drive circuit are manufactured on a single glass substrate, Forming a silicon thin film, and then displaying the irradiated area of the energy beam in a state where the boundary between the irradiated area and the non-irradiated area of the energy beam does not overlap the formation area of the drive circuit and the display area. Crystallizing the silicon thin film in the display region by irradiating the region, and a state in which the boundary between the irradiation region and the non-irradiation region of the energy beam does not overlap the formation region of the drive circuit and the display region, and In the state where the boundary exists at the cutting line of the active matrix substrate, the irradiation region of the energy beam is moved forward. Crystallizing a silicon thin film in the drive circuit formation region by irradiating the drive circuit formation region with a laser intensity of an energy beam for crystallizing the silicon thin film in the drive circuit formation region; It is characterized in that the laser intensity of the energy beam for crystallizing the silicon thin film in the display area is different.
Further, in the method of manufacturing an active matrix substrate of the present invention, a plurality of active matrices each including a display region and a plurality of drive circuits including a signal side drive circuit and a scan side drive circuit are manufactured on one glass substrate. A method for manufacturing an active matrix substrate, comprising: a first step of forming a silicon thin film on the glass substrate; and thereafter, forming a plurality of drive circuits including the signal side drive circuit and the scan side drive circuit. A second step of irradiating the energy beam collectively with the energy beam, and a third step of irradiating the display area with the energy beam. A state where a boundary with the irradiation region exists between the display region and the formation region of the plurality of driving circuits, and the boundary is the active matrix. The energy beams are collectively irradiated onto the formation region of the plurality of drive circuits including the signal side drive circuit and the scan side drive circuit in a state where the plurality of drive beams are present at the cutting line of the plate, so that the plurality of drive beams are driven. The silicon thin film in the circuit formation region is crystallized, and in the third step, a boundary between the energy beam irradiation region and the non-irradiation region is formed between the display region and the plurality of drive circuit formation regions. By irradiating the energy beam to the display area in the existing state, the silicon thin film in the display area is crystallized.
Further, in the method of manufacturing an active matrix substrate of the present invention, a plurality of active matrices each including a display region and a plurality of drive circuits including a signal side drive circuit and a scan side drive circuit are manufactured on one glass substrate. A method for manufacturing an active matrix substrate, comprising: a first step of forming a silicon thin film on the glass substrate; and thereafter, irradiating an energy beam collectively to a formation region of the signal side drive circuit and the display region. And a third step of irradiating an energy beam to a formation region of the scanning-side drive circuit. In the second step, the energy beam irradiation area and the non-irradiation area A boundary exists between the display area and the formation area of the scanning side drive circuit, and the boundary is a cutoff of the active matrix substrate. When the energy beam is present in the line, the energy beam is applied to the formation region of the signal side drive circuit and the display region at once, so that the energy beam is formed in the formation region of the signal side drive circuit and the display region. Crystallizing a silicon thin film, wherein, in the third step, a boundary between the irradiation region of the energy beam and the non-irradiation region exists between the display region and the formation region of the scanning side drive circuit, and By irradiating the energy beam on the formation region of the scanning side drive circuit in a state where the boundary exists at the cutting line of the active matrix substrate, a silicon thin film in the formation region of the scanning side drive circuit is formed. Is crystallized.
A method for manufacturing a liquid crystal display according to the present invention is characterized in that a liquid crystal display is manufactured using the above-described method for manufacturing an active matrix substrate.
[0019]
【Example】
Hereinafter, the details of the present invention will be described with reference to the illustrated embodiments.
[0020]
On a rectangular glass substrate having a short side of 115 mm and a long side of 125 mm, a signal side driving circuit and a scanning side driving circuit having a rectangular display area of a short side of 14 mm and a long side of 10.5 mm are the same substrate as the display area. An example in which active matrix substrates to be formed thereon are arranged in four columns vertically and six rows horizontally to manufacture a total of 24 active matrix substrates will be described.
[0021]
As shown in FIG. 1, a passivation film UNL made of a silicon oxide thin film is formed on a glass substrate GLS to a thickness of 200 nm by an electron cyclotron resonance chemical vapor deposition method, a reduced pressure chemical vapor deposition method, or a normal pressure chemical vapor deposition method. Then, a silicon thin film SLR is deposited on the silicon oxide thin film UNL with a thickness of 50 nm by any one of a low pressure chemical vapor deposition method, a sputtering method, and a plasma chemical vapor deposition method.
[0022]
Next, the silicon thin film SLR is irradiated with a XeCl excimer laser LSR having a wavelength of 308 nm to form a polycrystalline silicon thin film.
[0023]
When a silicon thin film SLR is formed at a substrate temperature of 550 ° C. in a reduced pressure chemical vapor deposition method using monosilane gas as a reaction gas, 180 mJcm ^-2 From 270mJcm ^-2 The XeCl excimer laser LSR may be irradiated in vacuum, in an inert gas atmosphere, or in air at a strength of, and as a result, the silicon thin film SLR becomes a polycrystalline silicon thin film composed of a crystal having a grain size of 200 nm to 500 nm. . Lasers used for crystallization of silicon thin films include not only XeCl excimer lasers but also ArF, KrF, F ₂ An excimer laser or a YAG laser may be used. By transmitting a laser beam through an optical system formed by a combination of a convex lens, a concave lens, and a semi-cylindrical lens, the excimer laser beam has an intensity of 95% or more and an energy uniformity of ± 5% or less. Energy distribution.
[0024]
There are nine examples.
[0025]
First, a first embodiment will be described.
[0026]
As shown in FIG. 2, an active matrix substrate including a signal-side drive circuit XCR, a scan-side drive circuit YCR, and a display area DSS is scanned on a stage on which the substrate is set, as shown in FIG. Annealing is performed sequentially, and as shown in FIG. 2B, the silicon layers in all active matrix substrate formation regions on the substrate are made into polycrystalline silicon layers.
[0027]
FIG. 3 shows a perspective view of irradiating an active matrix substrate with an excimer laser beam. The irradiation area RLR of the excimer laser beam LSB includes the signal-side drive circuit XDR, the scan-side drive circuit YDR, and the display area DSS of the active matrix substrate. The boundary of the excimer laser beam LSB is at the cutting line DCL of each active matrix substrate.
[0028]
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in which an adjacent active matrix substrate is irradiated with an excimer laser beam. A silicon oxide thin film UNL and a silicon thin film SLR are sequentially formed on a glass substrate GLS, and an active matrix substrate region RLC is irradiated with an excimer laser beam LSR. The irradiation area of the excimer laser beam LSR is the RLR shown in FIG. 4. Among them, the energy area where the energy intensity is 95% or more and the uniformity is ± 5% or less is RMX. Contains an active matrix substrate region RLC. In order to avoid the influence of the edge of the laser beam, the distance DRC between the formation region RLC of the active matrix substrate and the irradiation region RLR of the excimer laser beam LSR for irradiating the silicon layer of the adjacent active matrix substrate is 0.5 mm. For this reason, the formation of the microcrystalline silicon thin film in the boundary region of the laser beam, which is a problem in the related art, is avoided, so that a favorable polycrystalline silicon thin film is formed over the entire active matrix substrate.
[0029]
The construction area of the active matrix substrate of this embodiment is 147 mm. ² Therefore, when the transmittance of the optical system from the laser oscillator to the substrate is 70%, it is sufficient if the output of the laser oscillator excimer laser is 600 mJ or more.
[0030]
The continuation of the step of forming the thin film transistor of FIG. 1 will be described.
[0031]
The polycrystalline silicon layer PSL in the active matrix substrate formation region formed by laser irradiation is patterned by lithography as shown in FIG.
[0032]
Next, as shown in FIG. 1 (c), a silicon oxide thin film to become a gate insulating film GSD of a thin film transistor is formed to a thickness of 120 nm by electron cyclotron resonance chemical reduced pressure chemical vapor deposition so as to cover the patterned polycrystalline silicon layer. Formed with thickness. In addition to the above method, the present invention can be applied to a silicon oxide thin film formed by a normal pressure chemical vapor deposition method or a low pressure chemical vapor deposition method.
[0033]
Next, a gate electrode GTD is formed with a thickness of 600 nm on the gate insulating film GSD so as to overlap the polycrystalline silicon thin film PSL. The material of the gate electrode is a semiconductor containing impurities, or a conductive substance such as metal, silicide, polyacetylene, or polypyrrole. Next, in order to form source / drain regions, an impurity is implanted IMP into the polycrystalline silicon thin film PSL. As a method for implanting impurities, there are a mass separation type ion implantation method and a bucket type non-mass separation type ion implantation method. When forming an N-type transistor, the former ion implantation method ³¹ P ⁺ To 3 × 10 ^Fifteen cm ² At an energy of 80 keV. Further, in the latter ion implantation method of the mass ratio separation method, hydrogen and phosphine PH are used. ₃ Is used as a reaction gas, and ions are implanted into the polycrystalline silicon thin film PSL at an energy of 80 keV.
[0034]
On the other hand, a P-type thin film transistor is formed by a mass separation type ion implantation method. ¹¹ B ⁺ To 3 × 10 ^Fifteen cm ² Is injected into the polycrystalline silicon thin film PSL. On the other hand, in the non-mass separation type ion implantation method, a mixed gas of hydrogen and diborane is used as a reaction gas, and B atoms are 3 × 10 ^Fifteen cm ² Into the polycrystalline silicon thin film so as to have a concentration of
[0035]
Next, the impurity implanted in FIG. 1C is activated by heat treatment at a temperature of 300 to 1000 ° C. By this heat treatment step, a source region SCR and a drain region DRR are formed.
[0036]
Next, an interlayer insulating film ISD having a thickness of 500 nm is formed on the silicon oxide thin film so as to cover the gate electrode GTD and the gate insulating film GSD, and a through hole for wiring is formed on the source region SSD and the drain region DRR. Form. For a thin film transistor for switching a pixel in a display area, a source electrode SSD is formed of an aluminum material, and then a passivation film PVS is formed of a silicon oxide thin film or a heat-resistant organic thin film so as to cover the source electrode SSD. Further, a through hole for wiring is formed in the passivation film, and a drain electrode TED is formed so as to reach the drain region DRR.
[0037]
On the other hand, for a thin film transistor constituting a drive circuit, a through hole is formed in the interlayer insulating film ISD and the gate insulating film GSD, and then a source electrode, a drain electrode, and a wiring between the thin film transistor are simultaneously formed using an aluminum material.
[0038]
A CMOS circuit is formed by appropriately connecting P-type and N-type thin film transistors with appropriate wiring.
[0039]
Next, a second embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
[0040]
In the same manner as in the first embodiment, a passivation film UNL made of a silicon oxide thin film is formed on a glass substrate GLS, and further, on this passivation film UNL, reduced pressure chemical vapor deposition, electron cyclotron resonance A silicon thin film SLR is deposited by a chemical vapor deposition method, a sputtering method, or the like.
[0041]
Next, the silicon thin film SLR is irradiated with an excimer laser to form a polycrystalline silicon thin film PSR.
[0042]
This excimer laser beam irradiation method will be described with reference to FIGS.
[0043]
As shown in FIG. 5A, the active matrix substrate formation region ALC includes a signal side drive circuit formation region XDR, a scan side drive circuit formation region YDR, and a display region DSS. First, the patterned silicon thin film in the display area DSS is irradiated with an excimer laser beam to make a polycrystalline silicon thin film. The PDS of FIG. 5B shows a display area where a polycrystalline silicon thin film is formed. Next, the silicon thin film in the signal-side drive circuit formation region XDR was 270 mJcm ^-2 Irradiation with an excimer laser beam having an energy intensity of 2 PXD in FIG. 5C indicates that the silicon thin film in the signal-side drive circuit formation region has become a polycrystalline silicon thin film by laser irradiation. Further, the silicon thin film in the scan-side drive circuit formation region YDR is irradiated with an excimer laser beam to be crystallized. PYD in FIG. 5D indicates that the silicon thin film in the scanning-side drive circuit formation region has become a polycrystalline silicon thin film by laser irradiation.
[0044]
In the above embodiment, the silicon thin film in the signal side drive circuit formation region XDR is irradiated with the excimer laser before the scan side drive circuit formation region YDR, but the silicon thin film in the scan side drive circuit formation region is irradiated with the excimer laser first. To form a polycrystalline silicon thin film.
[0045]
In the second embodiment, the excimer lasers that irradiate the silicon thin films in the display region DSS, the signal line side drive circuit formation region XDR, and the scan line side drive circuit formation region YDR have the same energy intensity.
[0046]
By the above-described irradiation of the excimer laser beam, the silicon thin film of the active matrix substrate becomes a polycrystalline silicon thin film having a grain size of 200 to 500 nm which is a stone wall-like crystal form.
[0047]
FIG. 6 is a perspective view showing irradiation of an excimer laser beam by the method shown in FIG. FIG. 5 (b) corresponds to FIG. 6 (a), FIG. 5 (c) corresponds to FIG. 6 (b), and FIG. 5 (c) corresponds to FIG. 6 (c).
[0048]
The state of the laser beam irradiation will be described with reference to a schematic substrate sectional view in FIG.
[0049]
First, a silicon oxide thin film UNL and a silicon thin film SLR are sequentially formed on a glass substrate GLS.
[0050]
Next, the silicon thin film is crystallized by irradiating an excimer laser beam LSR in the range of RLR so as to sufficiently cover the display region RLC of each active matrix substrate. Only the region RMX irradiated with the energy of the laser beam required for crystallization is crystallized to form a polycrystalline silicon thin film PSL.
[0051]
Next, as shown in FIG. 6B, the silicon thin film in the drive circuit formation region RLR is irradiated with an excimer laser beam DLR to form a polycrystalline silicon thin film DPL. The region RLC in FIG. 7B is an irradiation region of the excimer laser beam, and the region RMX is a region where the silicon thin film is crystallized. The region RLR is a region where a driving circuit is actually formed, the grain size is about 200 to 500 nm, and the crystal form is arranged in a stone wall shape.
[0052]
By the irradiation of the excimer laser beam, the silicon thin film in the active matrix area ALC shown in FIG. 7C becomes a polycrystalline silicon thin film PSL / DPL. The interval PTC between adjacent active matrix substrates ALC is about 0.5 to 2 mm.
[0053]
According to this method, the adverse effect of microcrystalline silicon generated at the laser beam irradiation boundary, which has conventionally been a problem, can be avoided, and the drive circuit and the display area are collectively irradiated with the excimer laser beam. A very high-quality polycrystalline silicon thin film can be obtained over the entire active matrix substrate.
[0054]
The irradiation energy intensity of the excimer laser beam on the silicon thin film in the display area, the signal side drive circuit, and the scan side drive circuit is the same. If the mobilities of the thin film transistors in the display region and the drive circuit are the same, there is an advantage that the design of the display region and the drive circuit becomes very simple.
[0055]
Next, a third embodiment will be described.
[0056]
The method of excimer laser irradiation is the same as in the above-described second embodiment.
[0057]
However, the irradiation intensity of the excimer laser on the silicon thin film in the display region is different from the irradiation intensity of the excimer laser on the silicon thin film in the signal line side drive circuit formation region and the scan side drive circuit formation region.
[0058]
For example, the crystallization of a silicon thin film forming a thin film transistor used for a switching element of a pixel in a display area requires 200 mJcm ^-2 Irradiate an excimer laser beam with an intensity of. The electrical characteristics of the n-type thin film transistor are as follows. ² V ^-1 sec ^-1 In a structure having a gate length of 10 μm and a gate width of 10 μm, the leakage current is 2 × 10 when the gate potential is −10 V and the drain potential is 4 V with respect to the source electrode. ^-12 A leak current is significantly reduced. On the other hand, the crystallization of the silicon thin film constituting the thin film transistor of the driving circuit is 270 mJcm ^-2 Irradiation at an energy intensity of The electrical characteristics of the n-type thin film transistor of this drive circuit are such that the gate length is 10 μm, the gate width is 10 μm, and the leakage current when the gate potential is −10 V and the drain potential is 4 V with respect to the source electrode is 1 × 10 5 ^-11 A, mobility is 100cm ² V ^-1 sec ^-1 It becomes.
[0059]
Similarly to the first embodiment, a passivation film UNL of a silicon oxide thin film is formed on a glass substrate GLS, and further, a low pressure chemical vapor deposition method, an electron cyclotron resonance chemical vapor deposition method is formed on the silicon oxide thin film. A silicon thin film is deposited by a growth method, a sputtering method, or the like.
[0060]
Next, the silicon thin film is irradiated with an excimer laser to form a polycrystalline silicon thin film.
[0061]
The method of irradiating the excimer laser beam is the same as that described with reference to FIGS. This is effective when manufacturing an active matrix substrate requiring a very high-speed drive circuit.
[0062]
In the second embodiment, the case where the laser intensity for crystallization of the silicon thin film in the drive circuit forming region is higher than that of the display region has been described. The strength may be high.
[0063]
Next, a third embodiment will be described.
[0064]
The difference between the second and third embodiments is that the energy intensity of the excimer laser irradiating the silicon thin film in the display area, the energy intensity irradiating the silicon thin film in the signal line side driving circuit forming area, and the scanning line side driving circuit forming This is the point that the energy intensity applied to the silicon thin film in the region is different from each other.
[0065]
For example, the crystallization of a silicon thin film forming a thin film transistor used for a switching element of a pixel in a display area requires 200 mJcm ^-2 Irradiate an excimer laser beam with an intensity of. The electrical characteristics of the n-type thin film transistor have a mobility of 12 cm ² V ^-1 sec ^-1 In a structure having a gate length of 10 μm and a gate width of 10 μm, the leakage current is 2 × 10 when the gate potential is −10 V and the drain potential is 4 V with respect to the source electrode. ^-12 A leak current is significantly reduced. On the other hand, the crystallization of the silicon thin film forming the thin film transistor of the scanning line side driving circuit was 230 mJcm ^-2 Irradiation at an energy intensity of The electrical characteristics of this n-type thin film transistor are such that the gate length is 10 μm and the gate width is 10 μm, and the leakage current when the gate potential is −10 V and the drain potential is 4 V with respect to the source electrode is 5 × 10 5 ^-12 A, mobility is 60cm ² V ^-1 sec ^-1 It becomes. Further, the crystallization of the silicon thin film constituting the thin film transistor of the signal line side driving circuit is performed at 270 mJcm. ^-2 Irradiation at an energy intensity of This n-type thin film transistor has a gate length of 10 μm and a gate width of 10 μm, and has a leakage current of 1 × 10 when the gate potential is −10 V and the drain potential is 4 V with respect to the source electrode. ^-11 A, mobility is 100cm ² V ^-1 sec ^-1 It becomes.
[0066]
As described above, in the third embodiment, the silicon thin film is crystallized by changing the laser irradiation intensity, and a thin film transistor having characteristics according to the intended use can be formed.
[0067]
Next, a fourth embodiment will be described.
[0068]
The point of this embodiment is that the silicon thin film in the display region is not crystallized by laser irradiation, but the silicon thin film in the drive circuit forming region is crystallized by laser beam irradiation.
[0069]
First, as shown in FIG. 8, a 200-nm-thick silicon oxide thin film UNL is formed on a glass substrate GLS. Further, a silicon thin film having a thickness of 50 nm is formed on the silicon oxide thin film UNL. This silicon thin film is formed at a temperature of 510 ° C. by a low pressure chemical vapor deposition method using monosilane as a reaction gas. Further, the silicon thin film is polycrystallized by a so-called solid phase growth method in a nitrogen atmosphere at 600 ° C. for 8 hours. The polycrystalline silicon thin film SPC formed by this method has a dendritic crystal shape and a size of about 1 μm in major axis.
[0070]
Next, the polycrystalline silicon thin film SPC in the drive circuit formation region of the active matrix substrate is irradiated with an excimer laser beam DLR to be crystallized. When irradiating a XeCl excimer laser, the intensity of this laser beam is 230 to 300 mJcm on the polycrystalline silicon thin film. ^-2 You can choose between. By this laser beam irradiation, the polycrystalline silicon thin film SPC having a dendritic crystal form changes to a polycrystalline silicon thin film DPL having a stone wall crystal form. This stone wall-shaped crystal has few defects in crystal grains and high mobility of electrons and holes. As shown in FIG. 8B, the region irradiated with the laser beam is RLC, but the region where the polycrystalline silicon thin film SPC is recrystallized by the laser beam irradiation is RMX. The region to be performed is the RLR. Since the spatial energy distribution of the excimer laser beam is trapezoidal as shown in FIG. 17A by a special optical system, the laser beam applied to the silicon layer in the region where the drive circuit is formed Energy is uniform.
[0071]
As shown in FIG. 8C, the interval between the regions ALC in which the adjacent active matrix substrates are formed is PTC, and the width is 500 μm to 2 mm.
[0072]
FIG. 9 is a plan view showing an excimer laser beam irradiation method.
[0073]
As shown in FIG. 9A, the silicon thin film formed on the signal side driving circuit XDR, the scanning side driving circuit YDR and the display area DSS on the glass substrate GLS is taken at a temperature of 600 ° C. for 8 hours. Then, as shown in FIG. 9B, a polycrystalline silicon thin film SPC is formed. Next, as shown in the perspective view of FIG. 10A, the polycrystalline silicon thin film SPC in the signal side drive circuit formation region XDR is irradiated with an excimer laser beam to be recrystallized, as shown in FIG. 9C. Then, a polycrystalline silicon thin film SXD is formed. Next, as shown in the perspective view of FIG. 10B, the polycrystalline silicon thin film SPC in the scanning-side drive circuit formation region YDR is irradiated with an excimer laser beam to be recrystallized as shown in FIG. 9D. A polycrystalline silicon thin film SYD is formed.
[0074]
In the above embodiment, the silicon thin film in the signal-side drive circuit formation region was irradiated with the excimer laser before the scan-side drive circuit formation region. However, the silicon thin film in the scan-side drive circuit formation region was irradiated with the excimer laser first. A crystalline silicon thin film may be formed.
[0075]
As a result, the silicon thin film in the display region is a polycrystalline silicon thin film formed by the solid phase growth method, but the silicon thin film of the drive circuit is a polycrystalline silicon thin film formed by laser irradiation.
[0076]
The processes of the active matrix substrate after the formation of the stone wall-shaped polycrystalline silicon thin film having a grain size of 200 to 300 nm are the same as those of the first embodiment.
[0077]
Next, a fifth embodiment will be described.
[0078]
This embodiment is different from the fourth embodiment in that the laser irradiation intensity in the scanning-side drive circuit formation region and the signal-side drive circuit formation region in crystallization of the silicon thin film by laser irradiation is different.
[0079]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described.
[0080]
As shown in FIG. 11, a case where twelve active matrix substrates ALC are manufactured on one glass substrate will be described.
[0081]
First, as in the above embodiment, a passivation film of a silicon oxide film is formed on a glass substrate, and a silicon film is formed on the passivation film. As a method for forming a silicon thin film, there are methods such as a reduced pressure chemical vapor deposition method, a plasma chemical vapor deposition method, a vapor deposition method, and a sputtering method. The thickness of the silicon thin film is 50 nm. In the embodiment of FIG. 11, a signal side drive circuit is formed on the upper side and the lower side of the display unit, and a scan side drive circuit is formed on the left side and the right side. The XeCl excimer laser is irradiated to the region RLR of FIG. 11A together with the signal side drive circuit and the scan side drive circuit. At this time, the laser beam is not irradiated on the silicon thin film in the display area. The boundary between the laser beam irradiation area and the non-irradiation area exists between the drive circuit and the display area.
[0082]
To irradiate a 50 nm silicon thin film with a XeCl excimer laser to form a high-quality polycrystalline silicon film having a grain size of 300 nm or more, it is necessary to apply 240 to 270 mJcm on the silicon thin film surface. ^-2 Energy is good. Laser irradiation area is 2.4cm ² In this case, the energy of the laser beam should be 580 to 650 mJ. By this laser beam irradiation, as shown in FIG. 11B, a polycrystalline silicon film PXD in the signal side drive circuit forming region and a polycrystalline silicon film PYD in the scan side action circuit are formed.
[0083]
This laser beam irradiation is performed after the patterning of the silicon thin film.
[0084]
Next, as shown in FIG. 12A, a XeCl excimer laser for crystallizing the silicon thin film in the display region after forming the polycrystalline silicon film in the drive circuit formation region as shown in FIG. Is irradiated. Even with this excimer laser irradiation, the boundary between the laser beam irradiation region RLR and the non-irradiation region is between the drive circuit formation region and the display region. The intensity of the laser beam for forming the polycrystalline silicon film in the display area may be the same as that of the drive circuit formation area. You may.
[0085]
This laser beam irradiation is performed after the patterning of the silicon thin film.
[0086]
As shown in FIGS. 11 and 12, the crystallization of the silicon thin film was performed by separately irradiating the laser in the drive circuit forming region and the display region. However, as shown in FIGS. 13 and 14 described in the following seventh embodiment, FIG. May be irradiated.
[0087]
As shown in FIG. 13A, a XeCl excimer laser is irradiated on the silicon thin films in the signal-side drive circuit formation region and the display region collectively to form a polycrystalline silicon film. Even when irradiating the individual laser beams, the boundary between the laser beam irradiation region RLR and the non-irradiation region is between the display region and the scanning side drive circuit formation region, and does not exist in the display region or the drive circuit formation region. By this laser irradiation, as shown in FIG. 13B, a polycrystalline silicon film PXD in the signal side drive circuit forming region and a polycrystalline silicon film PDS in the display region are formed. Next, as shown in FIG. 14A, a laser beam is applied to the scanning-side drive circuit formation region YDR to form a polycrystalline silicon film PYD as shown in FIG. 14B. The boundary between the laser beam irradiation area RLR and the non-irradiation area exists between the scanning side drive circuit forming area and the display area.
[0088]
In the method of forming a polycrystalline silicon film of an active matrix substrate by irradiating a laser beam shown in FIGS. 13 and 14, the polycrystalline silicon film is formed by simultaneously irradiating a silicon thin film in a signal side drive circuit forming region and a silicon thin film in a display region. Although the silicon film is formed, the scanning drive circuit and the silicon film in the display area may be collectively irradiated with a laser beam to form a polycrystalline silicon film.
[0089]
The method of FIGS. 13 and 14 is a very convenient method when the performance of the thin film transistor forming the signal side drive circuit and the performance of the thin film transistor which is the switching element of the pixel in the display area are the same.
[0090]
Further, the irradiation of the laser beam by the method of FIGS. 13 and 14 is performed after the patterning of the silicon thin film.
[0091]
The present invention can be implemented even in the case of an active matrix substrate in which one signal-side drive circuit and one scan-side drive circuit are respectively incorporated.
[0092]
In the above invention, the embodiment in which two signal-side drive circuits and two scan-side drive circuits are configured in one display area has been described. However, as in the following eighth embodiment, one display area is provided in one display area. On the other hand, the present invention can be used even when one signal-side drive circuit and one scan-side drive circuit are configured.
[0093]
As shown in FIG. 15A, the polycrystalline silicon film is formed by irradiating the XeCl excimer laser on the signal-side drive circuit formation region XDR and the scan-side drive circuit formation region YDR collectively. At this time, the laser beam is not irradiated on the silicon thin film in the display area. The boundary between the laser beam irradiation region RLR and the non-irradiation region exists between the display region and each drive circuit formation region. By this laser beam irradiation, a polycrystalline silicon film PXD of the signal side drive circuit and a polycrystalline silicon film PYD of the scan side drive circuit are formed as shown in FIG.
[0094]
Next, as shown in FIG. 16A, the silicon thin film in the display area is irradiated with a XeCl excimer laser to be crystallized. The boundary between the irradiation area RLR of the laser beam and the non-irradiation area is defined as the display area and the drive circuit formation area. Exists between
[0095]
According to the sixth to eighth embodiments, a high-quality polycrystalline silicon film having extremely high uniformity and a small number of defects having a grain size of about 300 nm is formed in the drive circuit formation region and the display region.
[0096]
Therefore, according to the method of the present invention, an active matrix substrate for a liquid crystal display, which incorporates a driving circuit constituted by a thin film transistor having high mobility, can be manufactured by irradiation with an excimer laser beam.
[0097]
【The invention's effect】
Characteristics of a thin film transistor using a silicon thin film crystallized by laser annealing have a mobility of 100 cm. ² V ^-1 s ^-1 Despite obtaining the above characteristics, the mobility is 60 cm in the conventional method. ² V ^-1 s ^-1 To the extent that the crystallization of the silicon thin film by the laser annealing method is impaired.
[0098]
However, in the present invention, a high-quality polycrystalline silicon thin film having a large crystal grain size and no crystal defects is not affected by microcrystalline silicon generated by a method in which a pulsed laser beam is scanned and an irradiation area is overlapped. It is obtained uniformly over the entire production area. Therefore, 100cm taking advantage of laser annealing ² V ^-1 s ^-1 It is possible to manufacture an active matrix substrate which incorporates a driving circuit including thin film transistors having the above mobility and can switch pixels at high speed.
[0099]
As in the present invention, when the silicon thin film can be crystallized by an excimer laser beam collectively on the active matrix substrate or collectively on the display region and the drive circuit region, a uniform display over the entire display region can be obtained, and the low voltage can be obtained. An active matrix substrate incorporating a high-speed drive circuit that does not malfunction with a power supply can be manufactured.
[0100]
The active matrix substrate of the present invention, which incorporates a thin film transistor which is a switching element of a pixel in a display region having a very small leak current and a high-speed operation driver circuit, has 1000 pixels ^-2 The above high density, high definition, and high quality display can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a manufacturing process diagram of an active matrix substrate of the present invention.
FIG. 2 is a manufacturing process diagram of an active matrix substrate of the present invention.
FIG. 3 is a manufacturing process diagram of the active matrix substrate of the present invention.
FIG. 4 is a view showing a manufacturing process of an active matrix substrate of the present invention.
FIG. 5 is a view showing an active matrix substrate manufacturing process of the present invention.
FIG. 6 is a manufacturing process diagram of the active matrix substrate of the present invention.
FIG. 7 is a view showing a manufacturing process of an active matrix substrate of the present invention.
FIG. 8 is a manufacturing process diagram of the active matrix substrate of the present invention.
FIG. 9 is a view showing a manufacturing process of the active matrix substrate of the present invention.
FIG. 10 is a view showing a manufacturing process of an active matrix substrate of the present invention.
FIG. 11 is a view showing a manufacturing process of an active matrix substrate of the present invention.
FIG. 12 is a view showing a manufacturing process of an active matrix substrate of the present invention.
FIG. 13 is a view showing a manufacturing process of an active matrix substrate of the present invention.
FIG. 14 is a view showing a manufacturing process of an active matrix substrate of the present invention.
FIG. 15 is a manufacturing process diagram of the active matrix substrate of the present invention.
FIG. 16 is a manufacturing process diagram of the active matrix substrate of the present invention.
FIG. 17 is an energy distribution diagram of an excimer laser beam.
FIG. 18 is a view showing the production of polycrystalline silicon by conventional laser annealing.
[Explanation of symbols]
ADR: Irradiation boundary of laser beam
ALC: Active matrix substrate formation area
DCL: Active matrix substrate cutting line
DLR: Excimer laser beam
DPL: Polycrystalline silicon thin film in drive circuit formation area
DRC: distance between the active matrix substrate formation region and the laser beam irradiation region for crystallizing the silicon thin film in the adjacent active matrix substrate formation region DRR: drain region
DSS: Display area
FLS: First irradiation of excimer laser beam by the method of FIG.
FPL: Polycrystalline silicon thin film formed by the first irradiation of excimer laser beam
FSP: Laser beam irradiation area of the first pulse
GLS: Glass substrate
GSD: Gate insulating film
GTD: Gate electrode
IMP… Ion implantation
ISD: First interlayer insulating film
Ls: Laser beam scanning pitch
LSB: Excimer laser beam
LSR: Laser irradiation
Lv: overlap width of the first and second excimer laser beam irradiation areas
MCR: Microcrystalline silicon thin film formed by irradiation of the boundary region of an excimer laser beam
NSP: N-th pulse laser beam irradiation area
PCR: Polycrystalline silicon thin film composed of large crystal grains
PDS: Polycrystalline silicon thin film in display area
PSL: Polycrystalline silicon thin film
PTC: distance between adjacent active matrix substrates
PVS: Passivation film
PYD: Polycrystalline silicon thin film in scan line side drive circuit formation area
PXD: Polycrystalline silicon thin film in signal line side drive circuit formation area
RLC: Active matrix substrate formation area
RLR: laser beam irradiation area
RMX: Polycrystalline silicon thin film formation area
SCR: Source area
SLR: Silicon thin film
SLS: Second excimer laser beam irradiation by the method of FIG.
SPC: Polycrystalline silicon thin film formed by solid phase growth method
SPL: Polycrystalline silicon thin film formed by the second excimer laser beam irradiation
SSD: Source electrode
SSP: 2nd pulse laser beam irradiation area
TED: Pixel electrode
UNL: Passivation film
XDR: signal line side drive circuit formation area
YDR: scanning line side drive circuit formation area

Claims

各々が表示領域及び駆動回路を備えた複数のアクティブマトリクスを、一枚のガラス基板に製造するアクティブマトリクス基板の製造方法であって、
前記ガラス基板上にシリコン薄膜を形成する工程と、
しかる後にエネルギービームの照射領域と非照射領域との境界が前記駆動回路の形成領域及び前記表示領域に掛からない状態で、前記エネルギービ−ムの照射領域を前記表示領域に照射することにより前記表示領域にあるシリコン薄膜を結晶化する工程と、
エネルギービームの照射領域と非照射領域との境界が前記駆動回路の形成領域及び前記表示領域に掛からない状態、かつ、前記境界が前記アクティブマトリクス基板の切断線に存在する状態で、前記エネルギービ−ムの照射領域を前記駆動回路の形成領域に照射することにより前記駆動回路の形成領域にあるシリコン薄膜を結晶化する工程とを含み、
前記駆動回路の形成領域のシリコン薄膜を結晶化させるエネルギービームのレーザ強度と、前記表示領域のシリコン薄膜を結晶化させるエネルギービームのレーザ強度とが異なることを特徴とするアクティブマトリクス基板の製造方法。A method for manufacturing an active matrix substrate, wherein a plurality of active matrices each including a display region and a drive circuit are manufactured on a single glass substrate,
Forming a silicon thin film on the glass substrate,
Thereafter, the display is performed by irradiating the display area with the energy beam irradiation area in a state where the boundary between the energy beam irradiation area and the non-irradiation area does not overlap the drive circuit formation area and the display area. Crystallizing the silicon thin film in the region;
In a state where a boundary between an irradiation region and a non-irradiation region of the energy beam does not overlap the formation region of the driving circuit and the display region, and the boundary exists at a cutting line of the active matrix substrate, the energy beam is emitted. Irradiating the irradiation region of the drive circuit with the formation region of the drive circuit to crystallize the silicon thin film in the formation region of the drive circuit,
A method for manufacturing an active matrix substrate, wherein a laser intensity of an energy beam for crystallizing a silicon thin film in a region where the drive circuit is formed is different from a laser intensity of an energy beam for crystallizing a silicon thin film in the display region.

各々が表示領域及び信号側駆動回路と走査側駆動回路を含む複数の駆動回路を備えた複数のアクティブマトリクスを、１枚のガラス基板に製造するアクティブマトリクス基板の製造方法であって、
前記ガラス基板上にシリコン薄膜を形成する第１の工程と、
しかる後に前記信号側駆動回路と前記走査側駆動回路を含む複数の駆動回路の形成領域に対して一括してエネルギービームを照射する第２の工程と、
前記表示領域に対してエネルギービームを照射する第３の工程と、を含み、
前記第２の工程において、前記エネルギービームの照射領域と非照射領域との境界が、前記表示領域及び前記複数の駆動回路の形成領域の間に存在する状態、かつ、前記境界が前記アクティブマトリクス基板の切断線に存在する状態で、前記エネルギービ−ムを信号側駆動回路と走査側駆動回路を含む前記複数の駆動回路の形成領域に対して一括して照射することにより、前記複数の駆動回路の形成領域にあるシリコン薄膜を結晶化させ、
前記第３の工程において、前記エネルギービームの照射領域と非照射領域との境界が、前記表示領域及び前記複数の駆動回路の形成領域の間に存在する状態で、前記エネルギービ−ムを前記表示領域に対して照射することにより、前記表示領域にあるシリコン薄膜を結晶化させることを特徴とするアクティブマトリクス基板の製造方法。A method for manufacturing an active matrix substrate, wherein a plurality of active matrices each including a plurality of driving circuits including a display region and a signal side driving circuit and a scanning side driving circuit are manufactured on a single glass substrate,
A first step of forming a silicon thin film on the glass substrate;
Then, a second step of collectively irradiating an energy beam to a formation region of a plurality of drive circuits including the signal-side drive circuit and the scan-side drive circuit,
Irradiating the display area with an energy beam;
In the second step, the boundary between the energy beam irradiation region and the non-irradiation region exists between the display region and the formation region of the plurality of drive circuits, and the boundary is the active matrix substrate. The plurality of drive circuits are collectively irradiated on the formation region of the plurality of drive circuits including the signal-side drive circuit and the scan-side drive circuit in a state where the plurality of drive circuits are present at the cutting line. Crystallize the silicon thin film in the formation area of
In the third step, the energy beam is displayed in a state where a boundary between the irradiation area and the non-irradiation area of the energy beam exists between the display area and the formation area of the plurality of driving circuits. A method of manufacturing an active matrix substrate, comprising irradiating a region to crystallize a silicon thin film in the display region.

各々が表示領域及び信号側駆動回路と走査側駆動回路を含む複数の駆動回路を備えた複数のアクティブマトリクスを、１枚のガラス基板に製造するアクティブマトリクス基板の製造方法であって、
前記ガラス基板上にシリコン薄膜を形成する第１の工程と、
しかる後に前記信号側駆動回路の形成領域と前記表示領域に対して一括してエネルギービームを照射する第２の工程と、
前記走査側駆動回路の形成領域に対してエネルギービームを照射する第３の工程と、を含み、
前記第２の工程において、前記エネルギービームの照射領域と非照射領域との境界が、前記表示領域及び前記走査側駆動回路の形成領域の間に存在する状態、かつ、前記境界が前記アクティブマトリクス基板の切断線に存在する状態で、前記エネルギービ−ムを前記信号側駆動回路の形成領域と前記表示領域に対して一括して照射することにより、前記信号側駆動回路の形成領域と前記表示領域にあるシリコン薄膜を結晶化させ、
前記第３の工程において、前記エネルギービームの照射領域と非照射領域との境界が、前記表示領域及び前記走査側駆動回路の形成領域の間に存在する状態、かつ、前記境界が前記アクティブマトリクス基板の切断線に存在する状態で、前記エネルギービ−ムを前記走査側駆動回路の形成領域に対して照射することにより、前記走査側駆動回路の形成領域にあるシリコン薄膜を結晶化させることを特徴とするアクティブマトリクス基板の製造方法。A method for manufacturing an active matrix substrate, wherein a plurality of active matrices each including a plurality of driving circuits including a display region and a signal side driving circuit and a scanning side driving circuit are manufactured on a single glass substrate,
A first step of forming a silicon thin film on the glass substrate;
Then, a second step of collectively irradiating the formation region of the signal side drive circuit and the display region with an energy beam,
A third step of irradiating the formation region of the scanning side drive circuit with an energy beam,
In the second step, a state in which a boundary between the irradiation area and the non-irradiation area of the energy beam exists between the display area and the formation area of the scanning side drive circuit, and the boundary is the active matrix substrate The energy beam is collectively applied to the formation region of the signal side drive circuit and the display region in a state where the energy beam is present at the cutting line, thereby forming the formation region of the signal side drive circuit and the display region. Crystallize the silicon thin film in
In the third step, a state in which a boundary between the irradiation region of the energy beam and the non-irradiation region exists between the display region and the formation region of the scanning side drive circuit, and the boundary is the active matrix substrate Irradiating the energy beam to the scan-side drive circuit formation region in a state where the scan-side drive circuit exists, thereby crystallizing the silicon thin film in the scan-side drive circuit formation region. Of manufacturing an active matrix substrate.

請求項１乃至３のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板の製造方法を用いて液晶ディスプレイを製造すること、
を特徴とする液晶ディスプレイの製造方法。A method for manufacturing a liquid crystal display using the method for manufacturing an active matrix substrate according to claim 1.
A method for manufacturing a liquid crystal display, comprising: