JPH0728092A - 駆動回路内蔵型液晶表示装置の製造方法 - Google Patents
駆動回路内蔵型液晶表示装置の製造方法Info
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Abstract
部のスイッチングトランジスタのリーク電流を低減さ
せ、かつ、駆動回路を構成するトランジスタの耐圧低下
及びディプリーッション化を防止すること。 【構成】 液晶表示装置の画素部のスイッチングトラン
ジスタのみに、選択的にプラズマ水素処理、レ−ザ−ア
ニ−ル処理又はその両方の処理を行い、画素部のスイッ
チングトランジスタのトラップ準位密度の低減をするこ
と。具体的には、薄膜トランジスタのコンタクトホール
開口前にアルミをスパッタし、画素形成領域12上のアル
ミのみをパターンニングして駆動回路形成領域13上にマ
スクアルミ11を形成する(図1工程A参照)。続いて、プ
ラズマ水素処理(H*)を行い、マスクアルミ11膜をエッ
チングにより除去する(図1工程B参照)。その後、従来
法により駆動回路内蔵型液晶表示装置を製造する。
Description
とにスイッチングトランジスタを有し、該スイッチング
トランジスタを駆動する駆動回路を同一基板上に有す
る、駆動回路内蔵型液晶表示装置の製造方法に関する。
各家庭に急速に普及しており、また、ハイビジョンテレ
ビの開発にあいまって、ディスプレイは大画面化、高精
細化指向が強まっている。
型のテレビは、非常に大きく、重いという欠点があり、
より以上の大画面化、高精細化を妨げている。一方、投
射型液晶ディスプレイは、非常に軽量化、小型化が可能
であり、次世代の映像器機として有望であり、市場は確
実に拡大すると考えられている。
スタを用いて各画素の液晶を駆動することにより光の透
過を制御するパネルに光を透過させ、スクリ−ン上に映
像を投射するものであり、高画質化には、画素の高密度
化、液晶に印加される電位を維持するために、画素のス
イッチングトランジスタでは、低リ−ク化が進められて
いる。
簡略化が必要であり、その施策の一つに、画素部のスイ
ッチングトランジスタを駆動する回路を同一チップ上の
画素部周辺に同一工程、あるいは、それに準じた工程で
形成することによって一体化し、外ずけのIOや、ライ
トバルブとの実装工程を簡略化し、製造コストを低減す
る方法が検討されている。
を低くする必要から、非晶質シリコン薄膜トランジスタ
がスイッチングトランジスタとして用いられていたが、
駆動回路を同一基板上に内蔵すると、駆動回路を構成す
るトランジスタは、オン電流が高くなければならず、ま
た、画素部トランジスタに関しても、より高いオン電流
が要求されている。
2桁程度高い、多結晶シリコンをチャンネル領域とす
る、多結晶シリコン薄膜トランジスタを用いる方法が広
く検討されている。また、更に多結晶シリコン薄膜トラ
ンジスタの特性を向上させるために、レ−ザ−アニ−ル
法、プラズマ水素化等の手法で、多結晶シリコン中のト
ラップ準位を低減させ、移動度、しきい値を向上させる
と共に、オフセットゲ−ト構造を用いることにより、低
リ−ク化、高耐圧化を図っている。
る。図5は、従来の駆動回路内蔵型液晶表示装置を構成
するトランジスタの形成方法を工程順(工程A〜C)に示
した縦断面図である。
英基板(下地透明基板1)上に非晶質シリコンを500℃
程度で堆積した後、窒素雰囲気中で600℃、15時間程度
の熱処理を行うことにより結晶化し、大粒径の多結晶シ
リコンを形成する。この手法により、活性層領域に存在
する結晶粒界を低減し、特性を向上させることができ
る。また、多結晶シリコンを1000℃以上で熱処理するこ
とにより、多結晶シリコンの結晶性を向上させ、これに
よりTFT特性の向上を図る方法も検討されている。
グして活性層部(活性層多結晶シリコン2)を形成し、ゲ
−ト酸化膜をCVD法で100nm堆積し、ゲ−ト酸化膜
3とする。ゲ−ト電極4は、多結晶シリコンを200nm
堆積し、リン拡散した後にパタ−ニングして形成し、酸
化膜をエッチバック後、CVD法で酸化膜を30nm程度
堆積する(図5工程A参照)。
ジストをマスクとして、ソ−ス領域6、ドレイン領域7
に、P型のトランジスタではボロンを、N型のトランジ
スタではリンを注入する。この時、画素部スイッチング
トランジスタ及び周辺駆動回路を構成するトランジスタ
に、ドレイン側にイオン注入されないオフセット領域8
を設け、オフセットゲ−ト構造とすることにより、ソ−
ス-ドレイン間耐圧を向上させ、また、リ−ク電流を低
減させることができる。また、オフセット領域8に、N
型ではリンを、P型ではボロンを5E12cm-2注入するLD
D構造とすることにより、さらに駆動回路の特性を向上
できる。なお、図5工程B中5は、スル−酸化膜であ
る。
を400nm程度堆積し、900℃程度の熱処理で不純物の活
性化、層間膜9のリフロ−を行う。続いて、プラズマエ
ッチングにより画素部、駆動回路トランジスタのソ−ス
領域6、ドレイン領域7にコンタクトを開孔し、アルミ
をスパッタ後、パタ−ニングしてアルミ電極10を形成す
る。なお、図5工程C中(1)は、駆動回路部のトランジ
スタであり、(2)は、画素部スイッチングトランジスタ
である。
ることにより、チャンネル領域のトラップ準位密度を低
減させる。その後、層間膜堆積、平坦化後、デ−タバス
ラインとなる第2アルミ電極を形成後、液晶封入組立工
程を経て、液晶ライトバルブが形成される。
1に石英を用いることを前提としているが、この透明基
板1にガラスを用いるいわゆる低温プロセスでは、基板
の耐熱温度が600℃以下であるので、高温でアニ−ルし
て結晶性を向上させることができず、レ−ザ−アニ−ル
により非晶質シリコンを結晶化する方法により、高品質
の多結晶シリコン膜を形成し、トランジスタ特性の向上
を図っている。
する課題について、図6(A)〜(C)を用いて説明する。
図6(A)〜(C)は、プラズマ水素処理前・後における従
来の駆動回路内蔵型液晶表示装置を構成するトランジス
タの特性を示す図であって、このうち(A)はドレイン電
流−ドレイン電圧特性、(B)はN型トランジスタのドレ
イン電流−ゲ−ト電圧特性、(C)はP型トランジスタの
ドレイン電流−ゲ−ト電圧特性をそれぞれ表した図であ
る。
コンには結晶欠陥、結晶粒界に起因するトラップ準位が
多く存在し、特性低下の原因になっている。そこで、従
来からプラズマ水素処理をすることにより、多結晶シリ
コン膜中のトラップ準位密度を低減させ、特性向上を図
っている。
上、しきい値の低下に伴い、N型トランジスタでは、図
6(A)に示す“ドレイン電流−ドレイン電圧特性”から
明らかなように、プラズマ水素処理によりオン電流が40
0μAから650μAに向上しているが、ソ−ス−ドレイン
間耐圧は、33Vから22Vに低下していることが理解でき
る。
は、N型では、ドレイン端で発生した電子−ホ−ル対の
ホ−ルがソ−ス端に蓄積し、ソ−ス側PN接合を順バイ
アスする寄生バイポ−ラ動作が起こり易くなるためと考
えられる。プラズマ水素処理でトラップ準位が低減する
と、発生したホ−ルが蓄積し易くなり、寄生バイポ−ラ
動作による耐圧低下が顕著になる。また、ゲ−ト長を小
さくすると、オン電流は向上するが、ソ−ス−ドレイン
間耐圧は低下する。
するトランジスタのドレイン電圧は、画素部トランジス
タに比べて高い電圧が要求されるが、一方で、ライトバ
ルブの面積を小さくするために、周辺駆動回路の占める
面積を小さく、つまり、ゲ−ト長を小さくする必要があ
るので、特に、駆動回路において、耐圧低下の問題が顕
著であるということができる。
に、プラズマ水素処理により活性層の多結晶シリコンの
トラップ準位が低減するため、しきい値が低下し、サブ
スレッショルドスイングが向上する。
−ッション型になる場合を示したが、トランジスタのし
きい値に関しては、チャンネル領域の多結晶シリコン膜
質、ゲ−ト酸化膜の膜質、プロセス条件などの影響を受
けるため、N型のトランジスタがディプリ−ッション型
になる場合もあり、プラズマ水素処理等によりトラップ
準位が低減すると、しきい値の制御に関しては困難にな
ることがわかる。しかし、画素部のトランジスタは、オ
フ時にはゲ−ト電圧−2V程度以下であり、回路設計
上、比較的上記したようなディプリ−ッション化の影響
は受けにくいものである。
リ−ク電流を低減させるため、駆動回路一体型の基板を
プラズマ水素処理等の手法を用いてTFT特性を向上さ
せると、駆動電圧の比較的高い駆動回路を構成するトラ
ンジスタでは、ソ−ス−ドレイン間耐圧が低下して、ゲ
−ト長の小さいトランジスタは用いることが困難なた
め、オン電流に関しては、トラップ準位低減による移動
度向上、しきい値低下の効果が相殺されること、また、
トランジスタの寸法が大きくなり、トランジスタの占有
面積が大きくなり、ライトバルブのサイズの縮小の要求
には反する。
ルドスイングが向上することにより、P型、あるいはN
型のどちらかがデプリッション型に近くなり、オフ電流
が高くなる場合があり、特に駆動回路を構成するトラン
ジスタにおいて問題が顕著であるということができる。
されたものであり、駆動回路内蔵型液晶表示装置におい
て、リ−ク電流を低減させ、駆動回路トランジスタのし
きい値低下によるオフ電流上昇、ソ−ス−ドレイン間耐
圧の低下を防ぐことを技術的課題とし、該課題を達成で
きる駆動回路内蔵型液晶表示装置の製造方法を提供する
ことを目的とする。
路内蔵型液晶表示装置の製造方法は、上記目的を達成す
る手段として、液晶表示装置の画素部のスイッチングト
ランジスタのみに、選択的にプラズマ水素処理、レ−ザ
−アニ−ル処理、又はその両方の処理を行い、画素部の
スイッチングトランジスタのトラップ準位密度の低減を
することを特徴とする。
明するための工程順(工程A、B)に表わした図である。
層間膜堆積、不純物の活性化のための熱処理までは、従
来例と同様の工程を経る(前記図5参照)。
をスパッタし、画素形成領域12上のアルミのみをフォト
レジスト、プラズマエッチ工程によりパタ−ンニングし
てマスクアルミ11を形成する。なお図1工程A中13は、
駆動回路形成領域である。
マ水素処理を行い、マスクアルミ11膜をエッチングによ
り除去する。以降の工程は、従来と同様な工程で駆動回
路内蔵型液晶表示装置を完成する。なお、図1工程B中
の(1)は、駆動回路部トランジスタであり、(2)は、画素
部スイッチングトランジスタである。
回路内蔵型液晶表示装置を構成するトランジスタ特性を
示す。本実施例1の方法では、図2から明らかなよう
に、画素部トランジスタは、トラップ準位が低減できる
ので、従来例と同様に0.05pA程度に低減できる。
は、トランジスタ上に形成されたマスクアルミ膜が水素
の侵入を防ぎ、トラップ準位密度に変化が生じないの
で、特性は、プラズマ水素処理を行わない場合と同様で
あり、従来問題となっていた“ソ−ス−ドレイン間耐圧
の低下、しきい値の低下”によるオフ電流の上昇等の問
題は避けることができる。
により、トラップ準位密度を低減させる手法を示した
が、他の方法として、レジストをマスクとし、画素形成
領域のみに水素イオンを注入し、水素雰囲気中、400℃
程度の熱処理により水素イオンを拡散させる手段を採用
することができ、これによっても、ほぼ同等の効果を得
ることができる。
(実施例2)を示す駆動回路内蔵型液晶表示装置の平面図
である。透明基板上に、従来例と同様、多晶質シリコン
を100nm程度形成し、パタ−ンニングして活性層を形
成する(前記図5参照)。
ジスタの形成される領域(画素部形成領域12)のみに、Xe
Clエキシマ−レ−ザ−(レ−ザ−光14)を照射強度350m
J/cm2で走査照射し、画素部トランジスタの活性層
多結晶シリコン膜質を選択的に改善する。以降の工程は
従来例と同様に行う。ただし、プラズマ水素処理の工程
は省略する。
コン膜のみに選択的にアニ−ルすることにより、結晶性
を向上させ、画素部トランジスタの特性を向上させ、リ
−ク電流を2pAから0.3pA程度に低減できる。一方、
駆動回路を構成する領域(駆動回路形成領域13)は、レ−
ザ−照射されないので、トラップ準位密度は、画素部に
比べて高く、従来問題となっていたソ−ス−ドレイン間
耐圧の低下等の現象は回避できる。
ラズマ水素処理の工程を加えると、画素部トランジスタ
のリ−ク電流は0.01pAと更に低減できる。この際、駆
動回路を構成するトランジスタは、多結晶シリコンの結
晶性が画素部に比べて劣るので、トラップ準位は、画素
部トランジスタに比べて大きく、ソ−ス−ドレイン間耐
圧の低下等の問題は、従来例に比べて大きくない。
施例(実施例3)を示す図である。本実施例3において
も、第1アルミ電極形成までは従来例と同様のプロセス
で作製する(前記図5参照)。
て、図4に示すように、画素部トランジスタの形成され
る領域(画素部形成領域12)の直上、直下に、プラズマを
発生させるための電極15を配設し、駆動回路が形成され
る領域(駆動回路形成領域13)直上には該電極15が存在し
ないようなプラズマ水素処理装置を用い、プラズマ水素
処理を施す。以降の工程も、従来例と同様に行い、液晶
表示装置を完成する。
際し、画素部近傍のみにプラズマが発生するので、画素
部トランジスタを選択的にトラップ準位密度が低減で
き、実施例1と同様、従来問題となっているような周辺
駆動回路での耐圧の低下等の問題は回避できる。
内蔵型液晶表示装置は、画素部のスイッチングトランジ
スタの活性層多結晶シリコンのトラップ準位密度を選択
的に低減することにより、画素部トランジスタの特性を
向上させつつ、駆動回路を構成するトランジスタのソ−
ス−ドレイン間耐圧の低下、ディプリ−ション型になる
ことを防ぎ、安定した駆動回路特性を得ることができる
効果が生じる。
工程順(工程A、B)に表わした図。
表示装置を構成するトランジスタ特性を示す図。
トランジスタの形成方法を工程順(工程A〜C)に示した
縦断面図。
トランジスタの特性を示す図であって、(A)はドレイン
電流−ドレイン電圧特性、(B)はN型トランジスタのド
レイン電流−ゲ−ト電圧特性、(C)はP型トランジスタ
のドレイン電流−ゲ−ト電圧特性をそれぞれ表わした
図。
Claims (3)
- 【請求項1】 同一基板上に各画素ごとにスイッチング
トランジスタを有し、該スイッチングトランジスタを駆
動する駆動回路を同一基板上に有する液晶表示装置の製
造方法において、画素部のスイッチングトランジスタの
活性層多結晶シリコンのトラップ準位を選択的に低減す
ることを特徴とする駆動回路内蔵型液晶表示装置の製造
方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載の駆動回路内蔵型液晶表
示装置の製造方法において、駆動回路を構成するトラン
ジスタ上にマスクをして、画素部スイッチングトランジ
スタのみにプラズマ水素化処理、あるいは水素イオンを
注入することにより、水素化処理を施すことを特徴とす
る駆動回路内蔵型液晶表示装置の製造方法。 - 【請求項3】 請求項1に記載の駆動回路内蔵型液晶表
示装置の製造方法において、少なくとも、画素部スイッ
チングトランジスタのチャンネル領域に選択的にアニ−
ル処理を施すことを特徴とする駆動回路内蔵型液晶表示
装置の製造方法。
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