JP4537610B2 - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＭＩＳ(Metal Insulator Semiconductor)構造のゲート絶縁膜を有する液晶表示装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置はパソコンや携帯電話などの情報端末や、ビデオカメラやデジタルカメラのビューファインダなどの表示装置として利用されており、その開発・商品化も盛んに行われている。特に薄膜トランジスタ（以下「ＴＦＴ」と呼ぶ。）によって駆動される薄膜トランジスタ液晶表示装置（以下「ＴＦＴ液晶表示装置」と呼ぶ。）は、高いコントラストと安定したむらのない表示を得ることができるという特徴をもち、需要が増大している。
【０００３】
次に、従来の液晶表示装置及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。図４及び図５は従来の液晶表示装置及びその製造方法を示す断面工程図であり、図４（ａ）〜図５（ｇ）までは一連の製造工程を示している。
【０００４】
最初に、図４（ａ）に示すように、ガラス基板４１上にシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂膜）４２及びポリシリコン膜４３を順に形成する。シリコン窒化膜４２の形成は、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）法によって厚みが５００ｎｍ〜６００ｎｍとなるように行なう。シリコン酸化膜４２はアンダーコートとなる。ポリシリコン膜４３の形成は、シリコン酸化膜４２上にＣＶＤ法によって厚みが約５０ｎｍ〜８０ｎｍのアモルファスシリコン膜を形成し、低温アニールによる脱水素処理（温度：４００℃〜５００℃、時間：1時間程度）を行い、更にこのアモルファスシリコン膜に対してＥＬＡ（Excimer Laser annealing）法を適用することによって行われている。
【０００５】
次に、図４（ｂ）に示すように、レジスト４４を塗布し、これをフォトリソグラフィー技術によってパターニングし、更にＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法等のエッチング方法によってポリシリコン膜４３をパターニングする。４３’はパターニングされたポリシリコン膜である。この後、レジスト４４の除去を行なう。
【０００６】
次いで、図４（ｃ）に示すように、レジスト４５を塗布し、イオン打ち込み領域が露出するようにパターニングする。更に、５価のイオン（Ｐ、Ａｓ）を１．０×１０¹⁵個／ｃｍ²〜５．０×１０¹⁵個／ｃｍ²程度でイオンドーピングする。なお、図４（ｃ）の例では、Ｐイオンがドーピングされている。このイオンドーピングにより、レジスト４５から露出したポリシリコン膜４３’は補助容量層４６となる。
【０００７】
その後、図４（ｄ）に示すように、絶縁膜４７及び金属電極４８を形成し、更にイオンドーピングによってＮ型ＬＤＤ（Lightly Doped Drain）層４９を形成する。絶縁膜４７の形成は、ＣＶＤ法によって厚みが６０ｎｍ〜１２０ｎｍのシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂膜）を形成することによって行われている。絶縁膜４７はＴＦＴのゲート絶縁膜となる。金属電極４８の形成は、絶縁膜４７の上に、スパッタ技術によって、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ等で構成された厚みが１５０ｎｍ〜３００ｎｍの金属電極膜を形成し、これをフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によってパターニングすることによって行われている。Ｎ型ＬＤＤ層４９の形成は、５価のイオン（Ｐ、Ａｓ）を１．０×１０¹³個／ｃｍ²〜５．０×１０¹³個／ｃｍ²程度でイオンドーピングすることによって行われている。なお、図４（ｄ）の例においてもＰイオンがドーピングされている。
【０００８】
次に、図５（ｅ）に示すように、Ｎ＋層５１を形成する。Ｎ＋層５１の形成は、レジスト５０を塗布し、これをフォトリソグラフィー技術によってパターニングし、その後に５価のイオン（Ｐ、ＡＳ）を１．０×１０¹⁵個／ｃｍ²〜４．０×１０¹⁵個／ｃｍ²程度でイオンドーピングすることによって行われている。なお、図５（ｅ）の例においてもＰイオンがドーピングされている。これにより、Ｎ型ＴＦＴ（Thin Film Transistor）領域と補助容量領域とを得ることが出来る。
【０００９】
次いで、図５（ｆ）に示すように、Ｐ＋層５３を形成する。Ｐ＋層５３の形成は、レジスト５２を塗布し、これをフォトリソグラフィー技術によってパターニングし、更に３価のイオン（Ｂ）を０．３×１０¹⁵個／ｃｍ²〜５．０×１０¹⁵個／ｃｍ²程度でイオンドーピングすることによって行われている。なお、図５（ｆ）の例では、Ｂイオンがドーピングされている。これにより、Ｐ型ＴＦＴ領域を得ることができる。
【００１０】
なお、図５（ｆ）の例では、Ｎ＋層５１、Ｐ＋層５３及びＮ型ＬＤＤ層４９の活性化の為に熱処理が行われている。この熱処理の方法としては、６００℃〜８００℃の温度で３０秒〜６０秒の間熱処理を行なうＲＴＡ（Rapid thermal annealing）法や、酸素雰囲気又は窒素雰囲気中で４００℃〜６００℃の温度で１時間〜３時間行なう方法等が挙げられる。
【００１１】
その後、図５（ｇ）に示すように、層間膜５４、コンタクトプラグ５５及びＡｌ電極５６を形成する。層間膜５４の形成は、ＣＶＤ法によって厚みが２００ｎｍ〜５００ｎｍのシリコン窒化膜（ＳｉＯ₂膜）を形成することによって行われている。コンタクトプラグ５５の形成は、ＴＦＴのドレイン電極部及びソース電極部が露出するように層間膜５４にコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールの中にＴｉ／Ａｌ合金又はＡｌをスパッタで充填することによって行われている。Ａｌ電極５６の形成は、Ａｌの金属膜を形成し、この上にレジストをパターンニングし、それに合わせてエッチングすることによって行われている。なお、図５（ｇ）の例において、Ａの部分は補助容量部を示しており、ＢはＴＦＴ部を示している。
【００１２】
この後、透明電極等（図示せず）が設けられてＴＦＴ基板が完成する。このＴＦＴ基板と、カラーフィルタ等が設けられたフィルタ基板（図示せず）との間に液晶を封入する等して液晶表示装置が完成する。なお、上述した従来の液晶表示装置及び製造方法については、フラットパネルディスプレイ１９９９（日経BP社１９９９年１２月１４日発行）の第１３２頁〜１３９頁にも開示されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の液晶表示装置においては、図５（ｇ）で示したように補助容量部Ａが設けられている。補助容量部Ａは電荷保持性能を高めて画質の向上を図るものであるため、補助容量部Ａの容量は出来るだけ大きくするのが好ましいと言える。
【００１４】
しかしながら、上述の液晶表示装置では、絶縁膜４７の厚みは補助容量部Ａ及びＴＦＴ部Ｂにおいて一定である。そのため、補助容量部Ａの容量の増加を絶縁膜４７の厚みの調整によって達成するのは困難である。よって、補助容量部Ａの容量の増加を図るには、補助容量部Ａの面積を大きくするしかないが、この場合は開口率の低下を招いてしまう。
【００１５】
また、ＴＦＴ基板におけるＴＦＴの回路動作において、その動作率（Ｄｕｔｙ比）を考えると動作の多いＴＦＴと少ないＴＦＴが存在する。一般に、動作の多いＴＦＴには高い信頼性が要求される。このため、動作率に応じた特性を各ＴＦＴに与えるのが、ＴＦＴ液晶表示装置の画質の向上や、生産コスト等の点から好ましいと考えられる。
【００１６】
しかし、上述の液晶表示装置において、高い信頼性を必要とするＴＦＴと通常のＴＦＴとを安定して作り分けるのは、ゲート絶縁膜として酸化膜を用いていることからエッチング選択比がとれない為に困難である。
【００１７】
本発明は、上記問題を解決し、補助容量部の増加が図り得、且つ、動作率に応じた特性が与えられたＴＦＴを有する液晶表示装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にかかる液晶表示装置は、複数の補助容量部と複数のＴＦＴとが設けられたＴＦＴ基板を含む液晶表示装置であって、酸化膜と窒化膜とを順に積層して構成されたゲート絶縁膜を有する第１のＴＦＴと、酸化膜、窒化膜及び酸化膜を順に積層して構成されたゲート絶縁膜を有する第２のＴＦＴと、酸化膜と窒化膜とを順に積層して構成された絶縁膜を有する補助容量部とがＴＦＴ基板に設けられていることを特徴とする。かかる液晶表示装置においては、前記酸化膜がシリコン酸化膜であり、前記窒化膜がシリコン窒化膜であることが好ましい。
【００１９】
次に、上記目的を達成するために本発明にかかる液晶表示装置は、酸化膜と窒化膜とを順に積層して構成されたゲート絶縁膜を有する第１のＴＦＴと、酸化膜、窒化膜及び酸化膜を順に積層して構成されたゲート絶縁膜を有する第２のＴＦＴと、酸化膜と窒化膜とを順に積層して構成された絶縁膜を有する補助容量部とが設けられたＴＦＴ基板を含む液晶表示装置の製造方法であって、前記ＴＦＴ基板を構成するガラス基板上に、酸化膜、窒化膜及び酸化膜を順に積層する工程と、前記第１のＴＦＴが設けられる領域及び補助容量部が設けられる領域において、前記上層の酸化膜を除去する工程とを少なくとも有することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明の液晶表示装置及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。図１は本発明にかかる液晶表示装置の一部分を示す図であり、ＴＦＴ基板１８以外の部分については省略している。図２及び図３は図１に示す本発明にかかる液晶表示装置の製造方法を示す断面工程図であり、図２（ａ）〜図３（ｈ）は一連の製造工程を示している。
【００２１】
最初に、本発明の液晶表示装置について図１を用いて説明する。図１の例に示すように、本発明の液晶表示装置は、複数の補助容量部と複数のＴＦＴとが設けられたＴＦＴ基板１８で構成されている。なお、図１の例では、補助容量部は一つの補助容量部Ａのみが示されている。また、ＴＦＴは第１のＴＦＴ１６及び第２のＴＦＴ１７のみが示されており、第１のＴＦＴ１６と第２のＴＦＴ１７とは一つのＴＦＴ部Ｂとなっている。補助容量部Ａ及びＴＦＴ部Ｂは、一組となってＴＦＴ基板上にマトリックス状に配置される。
【００２２】
図１の例に示すように、第１のＴＦＴ１６を構成するゲート絶縁膜２０は、酸化膜７と窒化膜８とを順に積層して構成されている。それに対して、第２のＴＦＴ１７を構成するゲート絶縁膜１９は、酸化膜７、窒化膜８及び酸化膜９を順に積層して構成されている。また、補助容量部Ａを構成する絶縁膜２１は、酸化膜７と窒化膜８とを順に積層して構成されている。
【００２３】
このため、酸化膜より緻密で絶縁性に優れる窒化膜を酸化膜で挟み込んだ構成となっている事とゲート絶縁膜１９の膜厚が厚く実使用電界が緩和される事から、第２のＴＦＴ１７は第１のＴＦＴ１６よりも信頼性の高いものとなる。一方、第１のＴＦＴ１６は第２のＴＦＴ１７よりもゲート絶縁膜２０が薄いため、応答特性、オン電流の大きさの点で高性能なものとなる。更に、補助容量部Ａにおいては、絶縁膜２１を薄くした構成に出来るために、従来よりも容量の増加が図られる。
【００２４】
なお、６はＮ＋層、１１は金属電極、１２はＮ型ＬＤＤ層、１３は層間膜、１４はコンタクトプラグ、１５はＡｌ電極である。このように、本発明にかかる液晶表示装置によれば、動作率に応じた特性をＴＦＴに与えることができ、同時に従来に比べて補助容量の増加を図れるので画質の向上を図ることもできる。
【００２５】
次に、図１で示した本発明の液晶表示装置の製造方法について図２及び図３を用いて工程毎に説明する。最初に、図２（ａ）に示すように、ガラス基板１上にシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂膜）２及びポリシリコン膜３を順に形成する。シリコン窒化膜の形成は、ＣＶＤ法によって厚みが５００ｎｍ〜６００ｎｍとなるように行なう。ポリシリコン膜３の形成は、シリコン窒化膜２上にＣＶＤ法によって厚みが約５０ｎｍ〜８０ｎｍのアモルファスシリコン膜を形成し、低温アニールによる脱水素処理（温度：４００℃〜５００℃、時間：1時間程度）を行い、更にこのアモルファスシリコン膜に対してＥＬＡ（Excimer Laser annealing）法を適用することによって行われている。
【００２６】
次に、図２（ｂ）に示すように、レジスト４を塗布し、これをフォトリソグラフィー技術によってパターニングし、更にＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法等のエッチング方法によってポリシリコン膜３をパターニングする。３’はパターニングされたポリシリコン膜である。この後、レジスト４の除去を行なう。
【００２７】
次いで、図２（ｃ）に示すように、レジスト５を塗布し、イオン打ち込み領域が露出するようにパターニングする。更に、５価のイオン（Ｐ、Ａｓ）を１．０×１０¹⁵個／ｃｍ²〜４．０×１０¹⁵個／ｃｍ²程度でイオンドーピングする。なお、図４（ｂ）の例では、Ｐイオンがドーピングされている。このイオンドーピングにより、レジスト５から露出したポリシリコン膜３’はＮ＋層６となる。
【００２８】
その後、図２（ｄ）に示すように、酸化膜７、窒化膜８及び酸化膜９を順に積層して絶縁層を形成する。この絶縁層は、後述するようにＴＦＴのゲート絶縁膜及び補助容量部の絶縁膜となる。図２（ｄ）の例では、酸化膜７及び酸化膜９はシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂膜）であり、窒化膜８はシリコン窒化膜（ＳｉＮ_x（ｘは自然数））である。これらの膜の形成はＣＶＤ法を用いて行われている。なお、酸化膜７の厚みは１０ｎｍ〜１５ｎｍ程度、窒化膜８の厚みは５ｎｍ〜１５ｎｍ程度、酸化膜９の厚みは１０ｎｍ〜３０ｎｍ程度となっている。このように、図２（ｄ）に示す工程により、ＳｉＯ₂膜／ＳｉＮ_x膜／ＳｉＯ₂膜で構成されたＯＮＯ構造を得ることが出来る。
【００２９】
次に、図３（ｅ）に示すように、レジスト１０を塗布し、フォトリソグラフィー技術によって、これをパターニングする。パターニングは上記で得られたＯＮＯ構造を残存させておく部分以外の部分、即ちＯＮ構造（ＳｉＯ₂膜／ＳｉＮ_x膜）のゲート絶縁膜を有するＴＦＴ（後述の第１のＴＦＴ１６）が設けられる領域及びＯＮ構造の絶縁膜を有する補助容量部が設けられる領域が露出するように行なう。
【００３０】
次いで、図３（ｆ）に示すように、レジスト１０から露出した部分に対してエッチングを行なう。このエッチングは窒化膜８がエッチングされないように選択的に行われ、レジスト１０から露出した部分の酸化膜９だけを除去する。このように図３（ｅ）及び（ｆ）に示す工程により、ＳｉＯ₂膜／ＳｉＮ_x膜で構成されたＯＮ構造を得ることができる。
【００３１】
次に、図３（ｇ）に示すように、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術によって複数の金属電極１１を形成し、更にイオンドーピングによってＮ型ＬＤＤ層１２を形成する。Ｎ型ＬＤＤ層１２の形成は、５価のイオン（Ｐ、Ａｓ）を１．０×１０¹³個／ｃｍ²〜５．０×１０¹³個／ｃｍ²程度でイオンドーピングすることによって行われている。図３（ｇ）の例においてはＰイオンがドーピングされている。
【００３２】
このＮ型ＬＤＤ層１２の形成において、Ｐイオンをイオンドーピングする際のマスクとなる膜の厚みは、ＯＮＯ構造の部分とＯＮ構造の部分とで異なっている。このため、ＬＳＳ（Lindhard Scharff Schiott）理論に従い、イオン打ち込みエネルギーの調整により、２度のイオンドーピングを行なう場合と同様の打ち分けが可能となるので、フォトリソ工程を行なうことなくＴＦＴ毎にＬＤＤ層を作り分けることが可能である。
【００３３】
なお、図３（ｇ）の例では、Ｎ＋層６、Ｎ型ＬＤＤ層１２の活性化の為に熱処理が行われている。この熱処理の方法としては、６００℃〜８００℃の温度で３０秒〜６０秒の間熱処理を行なうＲＴＡ（Rapid thermal annealing）法や、酸素雰囲気又は窒素雰囲気中で４００℃〜６００℃の温度で１時間〜３時間行なう方法等が挙げられる。
【００３４】
その後、図３（ｈ）に示すように、層間膜１３、コンタクトプラグ１４及びＡｌ電極１５を形成する。層間膜１３の形成は、ＣＶＤ法によって厚みが２００ｎｍ〜５００ｎｍのシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂膜）を形成することによって行われている。コンタクトプラグ１４の形成は、ＴＦＴのドレイン電極部及びソース電極部が露出するように層間膜１４にコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールの中にＴｉ／Ａｌ合金又はＡｌをスパッタで充填することによって行われている。Ａｌ電極１５の形成は、Ａｌの金属膜を形成し、この上にレジストをパターンニングし、それに合わせてエッチングすることによって行われている。なお、Ａｌ電極１６には、透明電極（図示せず）が接続される。
【００３５】
このようにして、補助容量部ＡとＴＦＴ部Ｂとが形成されたＴＦＴ基板が形成される。このＴＦＴ基板１８とフィルタ基板（図示せず）との間に液晶を封入する等して本発明にかかる液晶表示装置が完成する。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明にかかる液晶表示装置及びその製造方法によれば、ＴＦＴ基板に設けるＴＦＴの作り分けを容易に行なうことができ、ゲート絶縁膜が薄く、応答特性に優れ、オン電流の大きいＴＦＴと、窒化膜を酸化膜で挟み込んだＯＮＯ構造の高信頼性のＴＦＴとを、同時に作り込めるという効果を得る事が出来る。また、従来に比べて補助容量部の容量の増加を図ることができるため、画質の向上を図ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる液晶表示装置の一部分を示す図
【図２】図１に示す本発明にかかる液晶表示装置の製造方法を示す断面工程図
【図３】図１に示す本発明にかかる液晶表示装置の製造方法を示す断面工程図
【図４】従来の液晶表示装置及びその製造方法を示す断面工程図
【図５】従来の液晶表示装置及びその製造方法を示す断面工程図
【符号の説明】
１ ガラス基板
２ シリコン酸化膜
３ ポリシリコン膜
３’ パターニングされたポリシリコン膜
４、５、１０ レジスト
６ Ｎ＋層
７、９ 酸化膜
８ 窒化膜
１１ 金属電極
１２ Ｎ型ＬＤＤ層
１３ 層間膜
１４ コンタクトプラグ
１５ Ａｌ電極
１６ 第１のＴＦＴ
１７ 第２のＴＦＴ
１８ ＴＦＴ基板
１９ 第２のＴＦＴを構成するゲート絶縁膜
２０ 第１のＴＦＴを構成するゲート絶縁膜
２１ 補助容量部を構成する絶縁膜
Ａ 補助容量部
Ｂ ＴＦＴ部

Claims (3)

1. 複数の補助容量部と複数のＴＦＴとが設けられたＴＦＴ基板を含む液晶表示装置であって、
   酸化膜と窒化膜とを順に積層して構成されたゲート絶縁膜を有する第１のＴＦＴと、酸化膜、窒化膜及び酸化膜を順に積層して構成されたゲート絶縁膜を有する第２のＴＦＴと、酸化膜と窒化膜とを順に積層して構成された絶縁膜を有する補助容量部とがＴＦＴ基板に設けられていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記酸化膜がシリコン酸化膜であり、前記窒化膜がシリコン窒化膜である請求項１記載の液晶表示装置。
3. 酸化膜と窒化膜とを順に積層して構成されたゲート絶縁膜を有する第１のＴＦＴと、酸化膜、窒化膜及び酸化膜を順に積層して構成されたゲート絶縁膜を有する第２のＴＦＴと、酸化膜と窒化膜とを順に積層して構成された絶縁膜を有する補助容量部とが設けられたＴＦＴ基板を含む液晶表示装置の製造方法であって、
   前記ＴＦＴ基板を構成するガラス基板上に、酸化膜、窒化膜及び酸化膜を順に積層する工程と、
   前記第１のＴＦＴが設けられる領域及び補助容量部が設けられる領域において、前記上層の酸化膜を除去する工程とを少なくとも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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