JP5046439B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は薄膜トランジスタ(以下、TFTという)で構成された回路を有する半導体装置およびその作製方法に関する。例えば、液晶表示パネル、EL(エレクトロルミネッセンス)表示装置、EC表示装置等に代表される電気光学装置およびその様な電気光学装置を部品として搭載した電子機器に関する。
【0002】
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
【0003】
【従来の技術】
近年、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜(厚さ数〜数百nm程度)を用いて薄膜トランジスタ(TFT)を構成し、このTFTで形成した大面積集積回路を有する半導体装置の開発が進んでいる。アクティブマトリクス型液晶表示装置、EL表示装置、および密着型イメージセンサはその代表例として知られている。特に、結晶質シリコン膜(典型的にはポリシリコン膜)を活性層にしたTFT(以下、ポリシリコンTFTと記す)は電界効果移動度が高いことから、いろいろな機能回路を形成することも可能である。
【0004】
例えば、アクティブマトリクス型液晶表示装置には、機能ブロックごとに画像表示を行う画素回路や、CMOS回路を基本としたシフトレジスタ回路、レベルシフタ回路、バッファ回路、サンプリング回路などの画素回路を制御するための駆動回路が一枚の基板上に形成される。
【0005】
アクティブマトリクス型液晶表示装置の画素回路には、数十から数百万個の各画素にTFT(画素TFT)が配置され、その画素TFTのそれぞれには画素電極が設けられている。液晶を挟んだ対向基板側には対向電極が設けられており、液晶を誘電体とした一種のコンデンサを形成している。そして、各画素に印加する電圧をTFTのスイッチング機能により制御して、このコンデンサへの電荷を制御することで液晶を駆動し、透過光量を制御して画像を表示する仕組みになっている。
【0006】
画素TFTはnチャネル型TFTから成り、スイッチング素子として液晶に電圧を印加して駆動させるものである。液晶は交流で駆動させるので、フレーム反転駆動と呼ばれる方式が多く採用されている。この方式では消費電力を低く抑えるために、画素TFTに要求される特性はオフ電流値(TFTがオフ動作時に流れるドレイン電流)を十分低くすることが重要である。
【0007】
オフ電流値を低減するためのTFTの構造として、低濃度ドレイン(LDD:Lightly Doped Drain)構造が知られている。この構造はチャネル形成領域と、高濃度に不純物元素を添加して形成するソース領域またはドレイン領域との間に低濃度に不純物元素を添加した領域を設けたものであり、この領域をLDD領域と呼んでいる。また、ホットキャリアによるオン電流値の劣化を防ぐための手段として、ゲート絶縁膜を介してLDD領域をゲート電極と重ねて配置させた、いわゆるGOLD(Gate-drain Overlapped LDD)構造が知られている。このような構造とすることで、ドレイン近傍の高電界が緩和されてホットキャリア注入を防ぎ、劣化現象の防止に有効であることが知られている。
【0008】
また、GOLD構造はオン電流値の劣化を防ぐ効果は高いが、その反面、通常のLDD構造と比べてオフ電流値が大きくなってしまう問題があった。従って、画素TFTに適用するには好ましい構造ではなかった。逆に通常のLDD構造はオフ電流値を抑える効果は高いが、ドレイン近傍の電界を緩和してホットキャリア注入による劣化を防ぐ効果は低かった。このように、アクティブマトリクス型液晶表示装置のような複数の集積回路を有する半導体装置において、このような問題点は、特に結晶質シリコンTFTにおいて、その特性が高まり、またアクティブマトリクス型液晶表示装置に要求される性能が高まるほど顕在化してきた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
従来では、LDD構造を備えたTFTやGOLD構造を備えたTFTを形成しようとすると、その製造工程が複雑なものとなり工程数が増加してしまう問題があった。工程数の増加は製造コストの増加要因になるばかりか、製造歩留まりを低下させる原因となることは明らかである。
【0010】
本発明はこのような問題点を解決するための技術であり、TFTを用いて作製するアクティブマトリクス型の液晶表示装置に代表される電気光学装置ならびに半導体装置において、半導体装置の動作特性および信頼性を向上させ、かつ、低消費電力化を図ると共に、工程数を削減して製造コストの低減および歩留まりの向上を実現することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】
製造コストの低減および歩留まりの向上を実現するためには、工程数を削減することが一つの手段として考えられる。具体的には、TFTの製造に要するフォトマスクの枚数を削減する。フォトマスクはフォトリソグラフィーの技術において、エッチング工程際、マスクとするレジストパターンを基板上に形成するために用いる。従って、フォトマスクを1枚使用することは、その前後の工程において、被膜の成膜およびエッチングなどの工程の他に、レジスト剥離、洗浄や乾燥工程などが付加され、フォトリソグラフィーの工程においても、レジスト塗布、プレベーク、露光、現像、ポストベークなどの煩雑な工程が行われることを意味する。
【0012】
本発明は、フォトマスクの枚数を従来より削減し、以下に示すような作製工程でTFTを作製することを特徴としている。なお、本発明の作製方法の一例を図1及び図2に示した。
【0013】
本明細書で開示する本発明の作製方法は、
絶縁表面上に半導体層12を形成する第1の工程と、
前記半導体層上に絶縁膜13を形成する第2の工程と、
前記絶縁膜13上に、第1の幅(W1)を有する第1の導電層18aと、第2の導電層17bとの積層からなる第1の電極を形成する第3の工程と、
前記第1の電極をマスクとして、前記半導体層12に不純物元素を添加して高濃度不純物領域20、21を形成する第4の工程と、
前記第2の導電層17bをエッチングして、前記第1の幅(W1)を有する第1の導電層18bと、第2の幅(W2)を有する第2の導電層17cとの積層からなる第2の電極を形成する第5の工程と、
前記第2の導電層をマスクとして、前記半導体層に不純物元素を添加して低濃度不純物領域24、25を形成する第6の工程と、
前記第1の導電層18bをエッチングして、第3の幅(W3)を有する第1の導電層18cと、前記第2の幅(W2)を有する第2の導電層17cとの積層からなる第3の電極を形成する第7の工程と、
を有する半導体装置の作製方法である。
【0014】
上記作製方法において、第1の導電膜及び第2の導電膜を形成する材料としては、耐熱性導電性材料を用い、代表的にはタングステン(W)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)から選ばれた元素、または前記元素を成分とする化合物或いは合金から形成する。
【0015】
また、上記第3の工程において、第1の電極の形状は、端部において、端部から内側に向かって徐々に厚さが増加する形状、いわゆるテーパー形状とする。
【0016】
耐熱性導電性材料からなる第1の導電膜及び第2の導電膜を高速でかつ精度良くエッチングして、さらに端部をテーパー形状とするためには、高密度プラズマを用いたドライエッチング法を適用する。高密度プラズマを得る手法にはマイクロ波や誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma:ICP)を用いたエッチング装置が適している。特に、ICPエッチング装置はプラズマの制御が容易であり、処理基板の大面積化にも対応できる。
【0017】
ICPを用いたプラズマ処理方法やプラズマ処理装置に関しては特開平9−293600号公報で開示されている。同公報では、プラズマ処理を高精度に行うための手段として、高周波電力をインピーダンス整合器を介して4本の渦巻き状コイル部分が並列に接続されてなるマルチスパイラルコイルに印加してプラズマを形成する方法を用いている。ここで、各コイル部分の1本当たりの長さは、高周波の波長の1/4倍としている。さらに、被処理物を保持する下部電極にも、別途高周波電力を印加してバイアス電圧を付加する構成としている。
【0018】
このようなマルチスパイラルコイルを適用したICPを用いたエッチング装置を用いると、テーパー部の角度(テーパー角)は基板側にかけるバイアス電力によって大きく変化を示し、バイアス電力をさらに高め、また、圧力を変化させることによりテーパー部の角度を5°〜45°まで変化させることができる。
【0019】
また、上記第4の工程において、高濃度不純物領域20、21を自己整合的に形成するために、イオン化した不純物元素を、電界で加速してゲート絶縁膜(本発明では、第1の電極と半導体層とに密接してその両者の間に設けられる絶縁膜と、該絶縁膜からその周辺の領域に延在する絶縁膜を含めてゲート絶縁膜と称する)を通過させて、半導体層に添加する方法を用いる。本明細書中において、この不純物元素の添加方法を便宜上「スルードープ法」と呼ぶ。
【0020】
なお、本明細書において、不純物元素とは、半導体にn型を付与する不純物元素(リン、ヒ素)またはp型を付与する不純物元素(ボロン)のことを指している。
【0021】
また、上記第5の工程により、ICPを用いたエッチング装置を用いて、第2の導電層を選択的にエッチングして、前記第2の電極を構成する第2の導電層17cの第2の幅(W2)を、前記第1の幅(W1)より狭くする。また、前記第2の電極における前記第1の導電層の端部におけるテーパー角は、前記第2の導電層の端部におけるテーパー角より小さくする。
【0022】
本発明は、このような形状の第2の電極とすることによって、前記第6の工程でスルードープ法を用い、第2の電極を構成する第1の導電層のテーパー形状となっている部分(テーパー部)の下方に存在する半導体層に、不純物元素の濃度がチャネル形成領域から遠ざかるにつれて連続的に高くなる低濃度不純物領域24、25を自己整合的に形成することを特徴としている。ただし、連続的に高くなっているといっても、低濃度不純物領域における濃度差は、ほとんど生じていない。
【0023】
このように緩やかな濃度勾配を有する低濃度不純物領域24、25を自己整合的に形成するために、イオン化した不純物元素を、電界で加速して第2の電極を構成する第1の導電層のテーパー部とゲート絶縁膜を通過させて、半導体層に添加する。こうして、第2の電極を構成する第1の導電層のテーパー部にスルードープ法を行うことで、第1の導電層のテーパー部の厚さによって、半導体層に添加される不純物元素の濃度を制御することが可能となり、TFTのチャネル長方向に渡って不純物元素の濃度が徐々に変化する低濃度不純物領域24、25を形成することができる。
【0024】
なお、上記スルードープを行った第6の工程直後において、低濃度不純物領域24、25は、ゲート絶縁膜を介して第2の電極を構成する第1の導電層のテーパー部と重なっている。
【0025】
また、上記第7の工程により、第1の導電層のテーパー部を選択的にエッチングする。第7の工程のエッチングは、RIE法を用いたエッチングであり、第3の工程及び第5の工程で用いたエッチング方法と異なっている。ただし、RIE法に限定されず、適宜、条件を選択すればICP方式のドライエッチング装置を用いて行うことも可能であり、ICP法を用いた後にRIE法を用いるエッチングを行うことも可能である。この第7の工程により、前記第3の電極における前記第1の導電層のテーパー角は、前記第2の電極における前記第1の導電層のテーパー角とほぼ同じとなる。また、前記第3の幅(W3)は、前記第1の幅(W1)より狭く、且つ、前記第2の幅(W2)より広くする。また、前記第7の工程と同時に前記絶縁膜が除去されて高濃度不純物領域の一部が露呈する。
【0026】
なお、上記7の工程直後において、低濃度不純物領域は、ゲート絶縁膜を介して第3の電極を構成する第1の導電層のテーパー部と重なる領域25aと、ゲート絶縁膜を介して第3の電極を構成する第1の導電層のテーパー部と重ならない領域25bとに区別することができる。
【0027】
また、第3の幅(W3)は、エッチング条件を適宜変更することで自由に調節できる。従って、本発明は、上記第7の工程におけるエッチング条件を適宜変更することで、第3の電極に重なる低濃度不純物領域の幅と、第3の電極に重ならない低濃度不純物領域の幅とを自由に調節できる。ただし、低濃度不純物領域は、この第3の電極の幅に関係なく、緩やかな濃度勾配を有しており、第3の電極と重なっている領域は、電界集中の緩和が達成されてホットキャリアによる防止ができるとともに、第3の電極と重なっていない領域は、オフ電流値を抑えることができる。
【0028】
上記作製方法において、第1の工程に第1のフォトリソグラフィー工程を行い、第3の工程に第2のフォトリソグラフィー工程を行っているが、その他の工程(第4〜第7の工程)では、第2のフォトリソグラフィー工程で使用したレジストマスクをそのまま使用しているため、フォトリソグラフィー工程を行っていない。
【0029】
従って、上記第7の工程の後、形成される層間絶縁膜にコンタクトホールを形成のための第3のフォトリソグラフィー工程と、半導体層に達するソース電極またはドレイン電極を形成するための第4のフォトリソグラフィー工程を行うことで、TFTを作製することができる。
【0030】
このようにフォトマスク数を削減しながらも、本発明はTFT構成を適切なものとすることができた。本発明の構成を以下に示す。
【0031】
本明細書に開示する本発明は、
絶縁表面上に形成された半導体層と、該半導体層上に形成された絶縁膜と、該絶縁膜上に形成されたゲート電極とを含む半導体装置であって、
前記ゲート電極は、第1の幅(図2中、W3に相当する)を有する第1の導電層を下層とし、前記第1の幅より狭い第2の幅(図2中、W2に相当する)を有する第2の導電層を上層とする積層構造を有し、
前記半導体層は、前記第2の導電層と重なるチャネル形成領域と、前記第1の導電層と一部重なる低濃度不純物領域と、高濃度不純物領域からなるソース領域及びドレイン領域とを有していることを特徴とする半導体装置である。
【0032】
また、上記構成において、前記低濃度不純物領域は、前記チャネル形成領域と前記ソース領域の間、または前記チャネル形成領域と前記ドレイン領域との間に存在することを特徴としている。
【0033】
また、上記構成において、前記第1の導電層の端部は、テーパー形状であることを特徴としている。
【0034】
また、上記構成において、前記1の導電層の端部は、前記チャネル形成領域と前記ソース領域の間、または前記チャネル形成領域と前記ドレイン領域との間に前記絶縁膜を介して存在することを特徴としている。
【0035】
また、上記構成において、前記絶縁膜のうち、前記低濃度不純物領域と重なる領域の膜厚は、チャネル形成領域から遠ざかるにつれて薄くなっていることを特徴としている。
【0036】
また、図3に示すように、チャネル形成領域26とドレイン領域23との間に設けられる低濃度不純物領域25において、ドレイン領域に近づくにつれて徐々に導電型を付与する不純物元素の濃度が高くなるような濃度勾配を持たせる点と、緩やかな濃度勾配を有する低濃度不純物領域25において、ゲート電極18cと重なる領域25a(GOLD領域)と、ゲート電極と重ならない領域25b(LDD領域)とを備えている点である。
【0037】
なお、本明細書では、絶縁膜を介してゲート電極と重なる低濃度不純物領域をGOLD領域と呼び、ゲート電極と重ならない低濃度不純物領域をLDD領域と呼ぶ。
【0038】
また、上記構成を備えたTFTを用いて液晶表示装置やEL表示装置に代表される電気光学装置を形成することを特徴としている。
【0039】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、以下に図1〜図3を用いて説明する。
【0040】
まず、基板10上に下地絶縁膜11を形成する。基板10としては、ガラス基板や石英基板やシリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。また、処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよい。
【0041】
また、下地絶縁膜11としては、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの絶縁膜から成る下地膜11を形成する。ここでは下地膜11として2層構造(11a、11b)を用いた例を示したが、前記絶縁膜の単層膜または2層以上積層させた構造を用いても良い。なお、下地絶縁膜を形成しなくてもよい。
【0042】
次いで、下地絶縁膜上に半導体層12を形成する。半導体層12は、非晶質構造を有する半導体膜を公知の手段(スパッタ法、LPCVD法、またはプラズマCVD法等)により成膜した後、公知の結晶化処理(レーザー結晶化法、熱結晶化法、またはニッケルなどの触媒を用いた熱結晶化法等)を行って得られた結晶質半導体膜を第1のフォトマスクを用いて所望の形状にパターニングして形成する。この半導体層12の厚さは25〜80nm(好ましくは30〜60nm)の厚さで形成する。結晶質半導体膜の材料に限定はないが、好ましくはシリコンまたはシリコンゲルマニウム(SiGe)合金などで形成すると良い。
【0043】
次いで、半導体層12を覆う絶縁膜13を形成する。
【0044】
絶縁膜13はプラズマCVD法またはスパッタ法を用い、厚さを40〜150nmとしてシリコンを含む絶縁膜の単層または積層構造で形成する。なお、この絶縁膜13はゲート絶縁膜となる。
【0045】
次いで、絶縁膜13上に膜厚20〜100nmの第1の導電膜14と、膜厚100〜400nmの第2の導電膜15とを積層形成する。(図1(A))ここでは、スパッタ法を用い、TaN膜からなる第1の導電膜14と、W膜からなる第2の導電膜15を積層形成した。なお、ここでは、第1の導電膜14をTaN、第2の導電膜15をWとしたが、特に限定されず、いずれもTa、W、Ti、Mo、Al、Cuから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜を用いてもよい。
【0046】
次いで、第2のフォトマスクを用いてレジストマスク16aを形成し、ICPエッチング装置を用いて第1のエッチング工程を行う。この第1のエッチング工程によって、第2の導電膜15をエッチングして、図1(B)に示すように、端部においてテーパー形状を有する部分(テーパー部)を有する第2の導電層17aを得る。
【0047】
ここで、テーパー部の角度(テーパー角)は基板表面(水平面)とテーパー部の傾斜部とのなす角度として定義する。第2の導電層17aのテーパー角は、エッチング条件を適宜、選択することによって、5°〜45°の範囲とすることができる。
【0048】
次いで、レジストマスク16aをそのまま用い、ICPエッチング装置を用いて第2のエッチング工程を行う。この第2のエッチング工程によって、第1の導電膜14をエッチングして図1(C)に示すような第1の導電層18aを形成する。第1の導電層18aは、第1の幅(W1)を有している。なお、この第2のエッチング工程の際、レジストマスク、第2の導電層、及び絶縁膜もわずかにエッチングされて、それぞれレジストマスク16b、第2の導電層17b、絶縁膜19aが形成される。
【0049】
なお、ここでは、絶縁膜13の膜減りを抑えるために、2回のエッチング(第1のエッチング工程と第2のエッチング工程)を行ったが、図2(C)に示すような電極構造(第2の導電層17bと第1の導電層18aの積層)が形成できるのであれば、特に限定されず、1回のエッチング工程で行ってもよい。
【0050】
次いで、レジストマスク16bをそのままの状態にしたまま、第1のドーピング工程を行う。この第1のドーピング工程によって絶縁膜19aを介してスルードープを行い、高濃度不純物領域20、21を形成する。(図1(D))
【0051】
次いで、レジストマスク16bを用いて、ICPエッチング装置を用いて第3のエッチング工程を行う。この第3のエッチング工程によって、第2の導電層17bをエッチングして図2(A)に示すような第2の導電層17cを形成する。第2の導電層17cは、第2の幅(W2)を有する。なお、この第3のエッチング工程の際、レジストマスク、第1の導電層、及び絶縁膜もわずかにエッチングされて、それぞれレジストマスク16c、第1の導電層18b、絶縁膜19bが形成される。
【0052】
次いで、レジストマスク16cをそのままの状態にしたまま、第2のドーピング工程を行う。この第2のドーピング工程によって第1の導電層18bのテーパー部及び絶縁膜19bを介してスルードープを行い、低濃度不純物領域24、25を形成する。図2(B)なお、この第2のドーピングの際、高濃度不純物領域にもドーピングされ、高濃度不純物領域22、23が形成される。
【0053】
次いで、レジストマスク16cをそのままの状態にしたまま、RIEエッチング装置を用いて第4のエッチング工程を行う。この第3のエッチング工程によって、第1の導電層18bのテーパー部を一部除去する。ここで、第1の幅(W1)を有していた第1の導電層18bが、第3の幅(W3)を有する第1の導電層18cとなった。本発明では、この第1の導電層18cとその上に積層された第2の導電層17cがゲート電極となる。なお、この第4のエッチングの際、絶縁膜19bもエッチングされて、絶縁膜19cが形成される。ここでは、絶縁膜の一部を除去して高濃度不純物領域を露呈させた例を示したが特に限定されない。
【0054】
この後、レジストマスク16cを除去し、半導体層に添加された不純物元素の活性化を行う。次いで、層間絶縁膜27を形成した後、第3のマスクを用いてコンタクトホールを形成し、第4のマスクを用いて電極28、29を形成する。
【0055】
こうして、フォトマスク4枚で、図2(D)に示す構造のTFTを形成することができる。
【0056】
また、本発明により形成されたTFTの特徴は、チャネル形成領域26とドレイン領域23との間に設けられる低濃度不純物領域25において、ほとんど濃度差はなく、緩やかな濃度勾配を有し、ゲート電極18cと重なる領域25a(GOLD領域)と、ゲート電極と重ならない領域25b(LDD領域)とを備えている点である。また、絶縁膜19cの周縁部、即ち、ゲート電極と重ならない領域25b及び高濃度不純物領域20、21の上方の領域はテーパー状となっている。
【0057】
なお、図2(B)の工程において、シュミレーションを行った。シュミレーションには、図4に示した構造模式図を用いた。ここでは、半導体層の膜厚42nm、ゲート絶縁膜の膜厚110nmとし、第1の導電層のテーパー部は、図4に示したような階段状の構造にモデル化して、加速電圧90keV、ドーズ量1.4×1013atoms/cm2でリンのドーピングを行った場合を想定した。
【0058】
そのシュミレーション結果を図5に示す。図5には、不純物元素(リン)の濃度は、チャネル形成領域から遠ざかるにつれて連続的に高くなることが示されている。ただし、その濃度勾配は緩やかであり、低濃度不純物領域における濃度差はほとんど生じていない。
【0059】
また、図5により得られた濃度分布を有し、且つ、0.5μmのGOLD領域と、0.5μmのLLD領域として形成されたTFTの電圧/電流特性を図6に示した。なお、シュミレーションにより、TFTのしきい値(Vth)は、1.881V、S値は、0.2878V/dec、オン電流は、Vds(ソース領域とドレイン領域の電圧差)=1Vの時には、40μAとなり、Vds=14Vの時には119.6μAとなった。
【0060】
以上の構成でなる本発明について、以下に示す実施例でもってさらに詳細な説明を行うこととする。
【0061】
【実施例】
[実施例1]
ここでは、同一基板上に画素部と、画素部の周辺に設ける駆動回路のTFT(nチャネル型TFT及びpチャネル型TFT)を同時に作製する方法について詳細に図7〜図9を用いて説明する。
【0062】
まず、本実施例ではコーニング社の#7059ガラスや#1737ガラスなどに代表されるバリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板100を用いる。なお、基板100としては、透光性を有する基板であれば限定されず、石英基板を用いても良い。また、本実施例の処理温度に耐えうる耐熱性が有するプラスチック基板を用いてもよい。
【0063】
次いで、基板100上に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの絶縁膜から成る下地膜101を形成する。本実施例では下地膜101として2層構造を用いるが、前記絶縁膜の単層膜または2層以上積層させた構造を用いても良い。下地膜101の一層目としては、プラズマCVD法を用い、SiH4、NH3、及びN2Oを反応ガスとして成膜される酸化窒化シリコン膜101aを10〜200nm(好ましくは50〜100nm)形成する。本実施例では、膜厚50nmの酸化窒化シリコン膜101a(組成比Si=32%、O=27%、N=24%、H=17%)を形成した。次いで、下地膜101のニ層目としては、プラズマCVD法を用い、SiH4、及びN2Oを反応ガスとして成膜される酸化窒化シリコン膜101bを50〜200nm(好ましくは100〜150nm)の厚さに積層形成する。本実施例では、膜厚100nmの酸化窒化シリコン膜101b(組成比Si=32%、O=59%、N=7%、H=2%)を形成した。
【0064】
次いで、下地膜上に半導体層102〜105を形成する。半導体層102〜105は、非晶質構造を有する半導体膜を公知の手段(スパッタ法、LPCVD法、またはプラズマCVD法等)により成膜した後、公知の結晶化処理(レーザー結晶化法、熱結晶化法、またはニッケルなどの触媒を用いた熱結晶化法等)を行って得られた結晶質半導体膜を所望の形状にパターニングして形成する。この半導体層102〜105の厚さは25〜80nm(好ましくは30〜60nm)の厚さで形成する。結晶質半導体膜の材料に限定はないが、好ましくはシリコンまたはシリコンゲルマニウム(SiXGe1-X(X=0.0001〜0.02))合金などで形成すると良い。本実施例では、プラズマCVD法を用い、55nmの非晶質シリコン膜を成膜した後、ニッケルを含む溶液を非晶質シリコン膜上に保持させた。この非晶質シリコン膜に脱水素化(500℃、1時間)を行った後、熱結晶化(550℃、4時間)を行い、さらに結晶化を改善するためのレーザーアニ―ル処理を行って結晶質シリコン膜を形成した。そして、この結晶質シリコン膜をフォトリソグラフィ法を用いたパターニング処理によって、半導体層102〜105を形成した。
【0065】
また、半導体層102〜105を形成した後、TFTのしきい値を制御するために微量な不純物元素(ボロンまたはリン)のドーピングを行ってもよい。
【0066】
また、レーザー結晶化法で結晶質半導体膜を作製する場合には、パルス発振型または連続発光型のエキシマレーザーやYAGレーザー、YVO4レーザーを用いることができる。これらのレーザーを用いる場合には、レーザー発振器から放射されたレーザー光を光学系で線状に集光し半導体膜に照射する方法を用いると良い。結晶化の条件は実施者が適宣選択するものであるが、エキシマレーザーを用いる場合はパルス発振周波数30Hzとし、レーザーエネルギー密度を100〜400mJ/cm2(代表的には200〜300mJ/cm2)とする。また、YAGレーザーを用いる場合にはその第2高調波を用いパルス発振周波数1〜10kHzとし、レーザーエネルギー密度を300〜600mJ/cm2(代表的には350〜500mJ/cm2)とすると良い。そして幅100〜1000μm、例えば400μmで線状に集光したレーザー光を基板全面に渡って照射し、この時の線状レーザー光の重ね合わせ率(オーバーラップ率)を80〜98%として行えばよい。
【0067】
次いで、半導体層102〜105を覆うゲート絶縁膜106を形成する。ゲート絶縁膜106はプラズマCVD法またはスパッタ法を用い、厚さを40〜150nmとしてシリコンを含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマCVD法により110nmの厚さで酸化窒化シリコン膜(組成比Si=32%、O=59%、N=7%、H=2%)で形成した。勿論、ゲート絶縁膜は酸化窒化シリコン膜に限定されるものでなく、他のシリコンを含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【0068】
また、酸化シリコン膜を用いる場合には、プラズマCVD法でTEOS(Tetraethyl Orthosilicate)とO2とを混合し、反応圧力40Pa、基板温度300〜400℃とし、高周波(13.56MHz)電力密度0.5〜0.8W/cm2で放電させて形成することができる。このようにして作製される酸化シリコン膜は、その後400〜500℃の熱アニールによりゲート絶縁膜として良好な特性を得ることができる。
【0069】
次いで、図7(A)に示すように、ゲート絶縁膜106上に膜厚20〜100nmの第1の導電膜107と、膜厚100〜400nmの第2の導電膜108とを積層形成する。本実施例では、膜厚30nmのTaN膜からなる第1の導電膜107と、膜厚370nmのW膜からなる第2の導電膜108を積層形成した。TaN膜はスパッタ法で形成し、Taのターゲットを用い、窒素を含む雰囲気内でスパッタした。また、W膜は、Wのターゲットを用いたスパッタ法で形成した。その他に6フッ化タングステン(WF6)を用いる熱CVD法で形成することもできる。いずれにしてもゲート電極として使用するためには低抵抗化を図る必要があり、W膜の抵抗率は20μΩcm以下にすることが望ましい。W膜は結晶粒を大きくすることで低抵抗率化を図ることができるが、W膜中に酸素などの不純物元素が多い場合には結晶化が阻害され高抵抗化する。従って、本実施例では、高純度のW(純度99.9999%)のターゲットを用いたスパッタ法で、さらに成膜時に気相中からの不純物の混入がないように十分配慮してW膜を形成することにより、抵抗率9〜20μΩcmを実現することができた。
【0070】
なお、本実施例では、第1の導電膜107をTaN、第2の導電膜108をWとしたが、特に限定されず、いずれもTa、W、Ti、Mo、Al、Cu、Cr、Ndから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜を用いてもよい。また、AgPdCu合金を用いてもよい。また、第1の導電膜をタンタル(Ta)膜で形成し、第2の導電膜をW膜とする組み合わせ、第1の導電膜を窒化チタン(TiN)膜で形成し、第2の導電膜をW膜とする組み合わせ、第1の導電膜を窒化タンタル(TaN)膜で形成し、第2の導電膜をAl膜とする組み合わせ、第1の導電膜を窒化タンタル(TaN)膜で形成し、第2の導電膜をCu膜とする組み合わせとしてもよい。
【0071】
次に、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスク109〜112を形成し、電極及び配線を形成するための第1のエッチング処理を行う。第1のエッチング処理では第1及び第2のエッチング条件で行う。本実施例では第1のエッチング条件として、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法を用い、エッチング用ガスにCF4とCl2とO2とを用い、それぞれのガス流量比を25/25/10(sccm)とし、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成してエッチングを行った。ここでは、松下電器産業(株)製のICPを用いたドライエッチング装置(Model E645−□ICP)を用いた。基板側(試料ステージ)にも150WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。この第1のエッチング条件によりW膜をエッチングして第2の導電層の端部をテーパー形状とする。第1のエッチング条件でのWに対するエッチング速度は200.39nm/min、TaNに対するエッチング速度は80.32nm/minであり、TaNに対するWの選択比は約2.5である。また、この第1のエッチング条件によって、Wのテーパー角は、約26°となる。なお、ここでの第1のエッチング条件でのエッチングは、実施の形態に記載した第1のエッチング工程(図1(B))に相当する。
【0072】
この後、レジストからなるマスク109〜112を除去せずに第2のエッチング条件に変え、エッチング用ガスにCF4とCl2とを用い、それぞれのガス流量比を30/30(sccm)とし、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成して約30秒程度のエッチングを行った。基板側(試料ステージ)にも20WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。CF4とCl2を混合した第2のエッチング条件ではW膜及びTaN膜とも同程度にエッチングされる。第2のエッチング条件でのWに対するエッチング速度は58.97nm/min、TaNに対するエッチング速度は66.43nm/minである。なお、ゲート絶縁膜上に残渣を残すことなくエッチングするためには、10〜20%程度の割合でエッチング時間を増加させると良い。なお、ここでの第2エッチング条件でのエッチングは、実施の形態に記載した第2のエッチング工程(図1(C))に相当する。
【0073】
上記第1のエッチング処理では、レジストからなるマスクの形状を適したものとすることにより、基板側に印加するバイアス電圧の効果により第1の導電層及び第2の導電層の端部がテーパー形状となる。このテーパー部の角度は15°〜45°とすればよい。こうして、第1のエッチング処理により第1の導電層と第2の導電層から成る第1の形状の導電層113〜116(第1の導電層113a〜116aと第2の導電層113b〜116b)を形成する。ここでのチャネル長方向の第1の導電層の幅は、上記実施の形態に示したW1に相当する。117はゲート絶縁膜であり、第1の形状の導電層113〜116で覆われない領域は20〜50nm程度エッチングされ薄くなった領域が形成される。
【0074】
そして、レジストからなるマスクを除去せずに第1のドーピング処理を行い、半導体層にn型を付与する不純物元素を添加する。(図7(B))ドーピング処理はイオンドープ法、若しくはイオン注入法で行えば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を1×1013〜5×1015atoms/cm2とし、加速電圧を60〜100keVとして行う。本実施例ではドーズ量を1.5×1015atoms/cm2とし、加速電圧を80keVとして行った。n型を付与する不純物元素として15族に属する元素、典型的にはリン(P)または砒素(As)を用いるが、ここではリン(P)を用いた。この場合、導電層113〜116がn型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、自己整合的に高濃度不純物領域118〜121が形成される。高濃度不純物領域118〜121には1×1020〜1×1021atoms/cm3の濃度範囲でn型を付与する不純物元素を添加する。なお、ここでの第1のドーピング処理は、実施の形態に記載した第1のドーピング工程(図1(D))に相当する。
【0075】
次いで、レジストからなるマスクを除去せずに第2のエッチング処理を行う。なお、第1のエッチング処理や第2のエッチング処理に用いるエッチング用ガスにはCl2、BCl3、SiCi4、CCl4などの塩素化合物系ガス、CF4、SF6、NF3などのフッ素化合物系ガス及びO2から選ばれたガス、またはこれらを主成分とする混合ガスを用いればよい。ここでは、エッチング用ガスにCF4とCl2とO2とを用い、それぞれのガス流量比を25/25/10(sccm)とし、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成してエッチングを行った。基板側(試料ステージ)にも20WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。第2のエッチング処理でのWに対するエッチング速度は124.62nm/min、TaNに対するエッチング速度は20.67nm/minであり、TaNに対するWの選択比は6.05である。従って、W膜が選択的にエッチングされる。この第2のエッチング処理によりWのテーパー角は70°となった。この第2のエッチング処理により第2の導電層122b〜125bを形成する。一方、第1の導電層113a〜116aは、ほとんどエッチングされず、第1の導電層122a〜125aを形成する。なお、ここでの第2のエッチング処理は、実施の形態に記載した第3のエッチング工程(図2(A))に相当する。また、ここでのチャネル長方向の第2の導電層の幅が実施の形態に示したW2に相当する。
【0076】
次いで、第2のドーピング処理を行って図7(C)の状態を得る。ドーピングは第2の導電層122b〜125bを不純物元素に対するマスクとして用い、第1の導電層のテーパー部下方の半導体層に不純物元素が添加されるようにドーピングする。本実施例では、不純物元素としてP(リン)を用い、ドーズ量3.5×1012、加速電圧90keVにてプラズマドーピングを行った。こうして、第1の導電層と重なる低濃度不純物領域126〜129を自己整合的に形成する。この低濃度不純物領域126〜129へ添加されたリン(P)の濃度は、1×1017〜1×1018atoms/cm3であり、且つ、第1の導電層のテーパー部の膜厚に従って緩やかな濃度勾配を有している。なお、第1の導電層のテーパー部と重なる半導体層において、第1の導電層のテーパー部の端部から内側に向かって若干、不純物濃度が低くなっているものの、ほぼ同程度の濃度である。また、高濃度不純物領域118〜121にも不純物元素が添加され、高濃度不純物領域130〜133を形成する。なお、ここでの第2のドーピング処理は、実施の形態に記載した第2のドーピング工程(図2(B))に相当する。
【0077】
次いで、レジストからなるマスクを除去せずに第3のエッチング処理を行う。この第3のエッチング処理では第1の導電層のテーパー部を部分的にエッチングして、半導体層と重なる領域を縮小するために行われる。第3のエッチング処理は、エッチングガスにCHF3を用い、反応性イオンエッチング法(RIE法)を用いて行う。本実施例では、チャンバー圧力6.7Pa、RF電力800W、CHF3ガス流量35sccmで第3のエッチング処理を行った。第3のエッチング処理により、第1の導電層138〜141が形成される。(図8(A))なお、ここでの第3のエッチング処理は、実施の形態に記載した第4のエッチング工程(図2(C))に相当する。また、ここでのチャネル長方向の第1の導電層の幅が実施の形態に示したW3に相当する。
【0078】
この第3のエッチング処理時、同時に絶縁膜117もエッチングされて、高濃度不純物領域130〜133の一部は露呈し、絶縁膜143a〜143c、144が形成される。なお、本実施例では、高濃度不純物領域130〜133の一部が露呈するエッチング条件を用いたが、絶縁膜の膜厚やエッチング条件を変更すれば、高濃度不純物領域に薄く絶縁膜が残るようにすることもできる。
【0079】
上記第3のエッチング処理によって、第1の導電層138〜141と重ならない不純物領域(LDD領域)134a〜137aが形成される。なお、不純物領域(GOLD領域)134b〜137bは、第1の導電層138〜141と重なったままである。
【0080】
また、第1の導電層138と第2の導電層122bとで形成された電極は、後の工程で形成される駆動回路のnチャネル型TFTのゲート電極となり、第1の導電層139と第2の導電層123bとで形成された電極は、後の工程で形成される駆動回路のpチャネル型TFTのゲート電極となる。同様に、第1の導電層140と第2の導電層124bとで形成された電極は、後の工程で形成される画素部のnチャネル型TFTのゲート電極となり、第1の導電層141と第2の導電層125bとで形成された電極は、後の工程で形成される画素部の保持容量の一方の電極となる。
【0081】
このようにすることで、本実施例は、第1の導電層138〜141と重なる不純物領域(GOLD領域)134b〜137bにおける不純物濃度と、第1の導電層138〜141と重ならない不純物領域(LDD領域)134a〜137aにおける不純物濃度との差を小さくすることができ、TFT特性を向上させることができる。
【0082】
次いで、レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスク145、146を形成して第3のドーピング処理を行う。この第3のドーピング処理により、pチャネル型TFTの活性層となる半導体層に前記一導電型(n型)とは逆の導電型(p型)を付与する不純物元素が添加された不純物領域147〜152を形成する。(図8(B))第1の導電層139、141を不純物元素に対するマスクとして用い、p型を付与する不純物元素を添加して自己整合的に不純物領域を形成する。本実施例では、不純物領域147〜152はジボラン(B2H6)を用いたイオンドープ法で形成する。なお、この第3のドーピング処理の際には、nチャネル型TFTを形成する半導体層はレジストからなるマスク145、146で覆われている。第1のドーピング処理及び第2のドーピング処理によって、不純物領域145、146にはそれぞれ異なる濃度でリンが添加されているが、そのいずれの領域においてもp型を付与する不純物元素の濃度が2×1020〜2×1021atoms/cm3となるようにドーピング処理することにより、pチャネル型TFTのソース領域およびドレイン領域として機能するために何ら問題は生じない。本実施例では、第3のエッチング処理によって、pチャネル型TFTの活性層となる半導体層の一部が露呈されたため、不純物元素(ボロン)を添加しやすい利点を有している。
【0083】
この第3のドーピング処理は1回でもよいし、複数回でもよい。例えば、2回のドーピングを行う場合、1回目のドーピング条件を加速電圧5〜40keVとし、147、150を形成し、2回目のドーピング条件を加速電圧60〜120keVとし、148、149、151、152を形成することによって半導体膜における注入欠陥(イオンドーピングやイオン注入による欠陥)を最小限に抑えることができる。さらに、このように複数回でドーピングを行えば、ソース領域およびドレイン領域147とLDD領域148、149に対してそれぞれボロン元素の導入量を変えることができ、設計の自由度が向上する。
【0084】
以上までの工程でそれぞれの半導体層に不純物領域が形成される。
【0085】
次いで、レジストからなるマスク145、146を除去して第1の層間絶縁膜153を形成する。この第1の層間絶縁膜153としては、プラズマCVD法またはスパッタ法を用い、厚さを100〜200nmとしてシリコンを含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマCVD法により膜厚150nmの酸化窒化シリコン膜を形成した。勿論、第1の層間絶縁膜153は酸化窒化シリコン膜に限定されるものでなく、他のシリコンを含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【0086】
次いで、図8(C)に示すように、それぞれの半導体層に添加された不純物元素を活性化処理する工程を行う。この活性化工程はファーネスアニール炉を用いる熱アニール法で行う。熱アニール法としては、酸素濃度が1ppm以下、好ましくは0.1ppm以下の窒素雰囲気中で400〜700℃、代表的には500〜550℃で行えばよく、本実施例では550℃、4時間の熱処理で活性化処理を行った。なお、熱アニール法の他に、レーザーアニール法、またはラピッドサーマルアニール法(RTA法)を適用することができる。
【0087】
なお、本実施例では、上記活性化処理と同時に、結晶化の際に触媒として使用したニッケルが高濃度のリンを含む不純物領域(130、132、147、150)にゲッタリングされ、主にチャネル形成領域となる半導体層中のニッケル濃度が低減される。このようにして作製したチャネル形成領域を有するTFTはオフ電流値が下がり、結晶性が良いことから高い電界効果移動度が得られ、良好な特性を達成することができる。
【0088】
また、第1の層間絶縁膜を形成する前に活性化処理を行っても良い。ただし、用いた配線材料が熱に弱い場合には、本実施例のように配線等を保護するため層間絶縁膜(シリコンを主成分とする絶縁膜、例えば窒化珪素膜)を形成した後で活性化処理を行うことが好ましい。
【0089】
さらに、3〜100%の水素を含む雰囲気中で、300〜550℃で1〜12時間の熱処理を行い、半導体層を水素化する工程を行う。本実施例では水素を約3%の含む窒素雰囲気中で410℃、1時間の熱処理を行った。この工程は層間絶縁膜に含まれる水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。水素化の他の手段として、プラズマ水素化(プラズマにより励起された水素を用いる)を行っても良い。
【0090】
また、活性化処理としてレーザーアニール法を用いる場合には、上記水素化を行った後、エキシマレーザーやYAGレーザー等のレーザー光を照射することが望ましい。
【0091】
次いで、第1の層間絶縁膜153上に有機絶縁物材料から成る第2の層間絶縁膜154を形成する。本実施例では膜厚1.6μmのアクリル樹脂膜を形成した。次いで、各不純物領域130、132、147、150に達するコンタクトホールを形成するためのパターニングを行う。
【0092】
そして、駆動回路205において、不純物領域130または不純物領域147とそれぞれ電気的に接続する電極155〜158を形成する。なお、これらの電極は、膜厚50nmのTi膜と、膜厚500nmの合金膜(AlとTiとの合金膜)との積層膜をパターニングして形成する。
【0093】
また、画素部206においては、不純物領域132と接する接続電極160、またはソース電極159を形成し、不純物領域150と接する接続電極161を形成する。
【0094】
次いで、その上に透明導電膜を80〜120nmの厚さで形成し、パターニングすることによって画素電極162を形成する。(図9)透明導電膜には酸化インジウム酸化亜鉛合金(In2O3―ZnO)、酸化亜鉛(ZnO)も適した材料であり、さらに可視光の透過率や導電率を高めるためにガリウム(Ga)を添加した酸化亜鉛(ZnO:Ga)などを好適に用いることができる。
【0095】
また、画素電極162は、接続電極160と接して重ねて形成することによって画素TFTのドレイン領域と電気的な接続が形成され、さらに保持容量を形成する一方の電極として機能する半導体層(不純物領域150)と電気的な接続が形成される。
【0096】
なお、ここでは、画素電極として、透明導電膜を用いた例を示したが、反射性を有する導電性材料を用いて画素電極を形成すれば、反射型の表示装置を作製することができる。その場合、電極を作製する工程で画素電極を同時に形成でき、その画素電極の材料としては、AlまたはAgを主成分とする膜、またはそれらの積層膜等の反射性の優れた材料を用いることが望ましい。
【0097】
以上の様にして、nチャネル型TFT201及びpチャネル型TFT202を有する駆動回路205と、画素TFT203及び保持容量204とを有する画素部206を同一基板上に形成することができる。本明細書中ではこのような基板を便宜上アクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【0098】
駆動回路205のnチャネル型TFT201はチャネル形成領域163、ゲート電極の一部を構成する第1の導電層138と重なる低濃度不純物領域134b(GOLD領域)、ゲート電極の外側に形成される低濃度不純物領域134a(LDD領域)とソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域130を有している。pチャネル型TFT202にはチャネル形成領域164、ゲート電極の一部を構成する第1の導電層139と重なる不純物領域149、ゲート電極の外側に形成される不純物領域148、ソース領域またはドレイン領域として機能する不純物領域147を有している。
【0099】
画素部206の画素TFT203にはチャネル形成領域165、ゲート電極を形成する第1の導電層140と重なる低濃度不純物領域136b(GOLD領域)、ゲート電極の外側に形成される低濃度不純物領域136a(LDD領域)とソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域132を有している。また、保持容量204の一方の電極として機能する半導体層150〜152には、それぞれp型を付与する不純物元素が添加されている。保持容量204は、絶縁膜144を誘電体として、電極125、141と、半導体層150〜152、166とで形成している。
【0100】
[実施例2]
本実施例では、実施例1で作製したアクティブマトリクス基板から、アクティブマトリクス型液晶表示装置を作製する工程を以下に説明する。説明には図10を用いる。
【0101】
まず、実施例1に従い、図9の状態のアクティブマトリクス基板を得た後、図9のアクティブマトリクス基板上に配向膜167を形成しラビング処理を行う。なお、本実施例では配向膜167を形成する前に、アクリル樹脂膜等の有機樹脂膜をパターニングすることによって基板間隔を保持するための柱状のスペーサを所望の位置に形成した。また、柱状のスペーサに代えて、球状のスペーサを基板全面に散布してもよい。
【0102】
次いで、対向基板168を用意する。この対向基板には、着色層174、遮光層175が各画素に対応して配置されたカラーフィルタが設けられている。また、駆動回路の部分にも遮光層177を設けた。このカラーフィルタと遮光層177とを覆う平坦化膜176を設けた。次いで、平坦化膜176上に透明導電膜からなる対向電極169を画素部に形成し、対向基板の全面に配向膜170を形成し、ラビング処理を施した。
【0103】
そして、画素部と駆動回路が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とをシール材171で貼り合わせる。シール材171にはフィラーが混入されていて、このフィラーと柱状スペーサによって均一な間隔を持って2枚の基板が貼り合わせられる。その後、両基板の間に液晶材料173を注入し、封止剤(図示せず)によって完全に封止する。液晶材料173には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図10に示すアクティブマトリクス型液晶表示装置が完成する。そして、必要があれば、アクティブマトリクス基板または対向基板を所望の形状に分断する。さらに、公知の技術を用いて偏光板等を適宜設けた。そして、公知の技術を用いてFPCを貼りつけた。
【0104】
こうして得られた液晶表示パネルの構成を図11の上面図を用いて説明する。なお、図10と対応する部分には同じ符号を用いた。
【0105】
図11(A)で示す上面図は、画素部、駆動回路、FPC(フレキシブルプリント配線板:Flexible Printed Circuit)を貼り付ける外部入力端子207、外部入力端子と各回路の入力部までを接続する配線208などが形成されたアクティブマトリクス基板と、カラーフィルタなどが設けられた対向基板168とがシール材171を介して貼り合わされている。
【0106】
ゲート配線側駆動回路205aと重なるように対向基板側に遮光層177aが設けられ、ソース配線側駆動回路205bと重なるように対向基板側に遮光層177bが形成されている。また、画素部206上の対向基板側に設けられたカラーフィルタ209は遮光層と、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の各色の着色層とが各画素に対応して設けられている。実際に表示する際には、赤色(R)の着色層、緑色(G)の着色層、青色(B)の着色層の3色でカラー表示を形成するが、これら各色の着色層の配列は任意なものとする。
【0107】
ここでは、カラー化を図るためにカラーフィルタ209を対向基板に設けているが特に限定されず、アクティブマトリクス基板を作製する際、アクティブマトリクス基板にカラーフィルタを形成してもよい。
【0108】
また、カラーフィルタにおいて隣り合う画素の間には遮光層が設けられており、表示領域以外の箇所を遮光している。また、ここでは、駆動回路を覆う領域にも遮光層177a、177bを設けているが、駆動回路を覆う領域は、後に液晶表示装置を電子機器の表示部として組み込む際、カバーで覆うため、特に遮光層を設けない構成としてもよい。また、アクティブマトリクス基板を作製する際、アクティブマトリクス基板に遮光層を形成してもよい。
【0109】
また、上記遮光層を設けずに、対向基板と対向電極の間に、カラーフィルタを構成する着色層を複数層重ねた積層で遮光するように適宜配置し、表示領域以外の箇所(各画素電極の間隙)や、駆動回路を遮光してもよい。
【0110】
また、外部入力端子にはベースフィルム210と配線211から成るFPCが異方性導電性樹脂212で貼り合わされている。さらに補強板で機械的強度を高めている。
【0111】
図11(B)は図11(A)で示す外部入力端子207のA−A'線に対する断面図を示している。導電性粒子214の外径は配線215のピッチよりも小さいので、接着剤212中に分散する量を適当なものとすると隣接する配線と短絡することなく対応するFPC側の配線と電気的な接続を形成することができる。
【0112】
以上のようにして作製される液晶表示パネルは各種電子機器の表示部として用いることができる。
【0113】
[実施例3]
本実施例では実施例1とは異なるアクティブマトリクス基板の作製方法について図12〜15、及び図17を用いて説明する。実施例1では透過型の表示装置を形成したが、本実施例では、反射型の表示装置を形成し、実施例1よりもマスク数を減らすことを特徴としている。
【0114】
まず、本実施例ではコーニング社の#7059ガラスや#1737ガラスなどに代表されるバリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板400を用いる。なお、基板400としては、石英基板やシリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。また、本実施例の処理温度に耐えうる耐熱性が有するプラスチック基板を用いてもよい。
【0115】
次いで、基板400上に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの絶縁膜から成る下地膜401を形成する。本実施例では下地膜401として2層構造を用いるが、前記絶縁膜の単層膜または2層以上積層させた構造を用いても良い。下地膜401の一層目としては、プラズマCVD法を用い、SiH4、NH3、及びN2Oを反応ガスとして成膜される酸化窒化シリコン膜401aを10〜200nm(好ましくは50〜100nm)形成する。本実施例では、膜厚50nmの酸化窒化シリコン膜401a(組成比Si=32%、O=27%、N=24%、H=17%)を形成した。次いで、下地膜401のニ層目としては、プラズマCVD法を用い、SiH4、及びN2Oを反応ガスとして成膜される酸化窒化シリコン膜401bを50〜200nm(好ましくは100〜150nm)の厚さに積層形成する。本実施例では、膜厚100nmの酸化窒化シリコン膜401b(組成比Si=32%、O=59%、N=7%、H=2%)を形成した。
【0116】
次いで、下地膜上に半導体層402〜406を形成する。半導体層402〜406は、非晶質構造を有する半導体膜を公知の手段(スパッタ法、LPCVD法、またはプラズマCVD法等)により成膜した後、公知の結晶化処理(レーザー結晶化法、熱結晶化法、またはニッケルなどの触媒を用いた熱結晶化法等)を行って得られた結晶質半導体膜を所望の形状にパターニングして形成する。この半導体層402〜406の厚さは25〜80nm(好ましくは30〜60nm)の厚さで形成する。結晶質半導体膜の材料に限定はないが、好ましくはシリコンまたはシリコンゲルマニウム(SiGe)合金などで形成すると良い。本実施例では、プラズマCVD法を用い、55nmの非晶質シリコン膜を成膜した後、ニッケルを含む溶液を非晶質シリコン膜上に保持させた。この非晶質シリコン膜に脱水素化(500℃、1時間)を行った後、熱結晶化(550℃、4時間)を行い、さらに結晶化を改善するためのレーザーアニ―ル処理を行って結晶質シリコン膜を形成した。そして、この結晶質シリコン膜をフォトリソグラフィ法を用いたパターニング処理によって、半導体層402〜406を形成した。
【0117】
また、半導体層402〜406を形成した後、TFTのしきい値を制御するために微量な不純物元素(ボロンまたはリン)のドーピングを行ってもよい。
【0118】
また、レーザー結晶化法で結晶質半導体膜を作製する場合には、パルス発振型または連続発光型のエキシマレーザーやYAGレーザー、YVO4レーザーを用いることができる。これらのレーザーを用いる場合には、レーザー発振器から放射されたレーザー光を光学系で線状に集光し半導体膜に照射する方法を用いると良い。結晶化の条件は実施者が適宣選択するものであるが、エキシマレーザーを用いる場合はパルス発振周波数30Hzとし、レーザーエネルギー密度を100〜400mJ/cm2(代表的には200〜300mJ/cm2)とする。また、YAGレーザーを用いる場合にはその第2高調波を用いパルス発振周波数1〜10kHzとし、レーザーエネルギー密度を300〜600mJ/cm2(代表的には350〜500mJ/cm2)とすると良い。そして幅100〜1000μm、例えば400μmで線状に集光したレーザー光を基板全面に渡って照射し、この時の線状レーザー光の重ね合わせ率(オーバーラップ率)を80〜98%として行えばよい。
【0119】
次いで、半導体層402〜406を覆うゲート絶縁膜407を形成する。ゲート絶縁膜407はプラズマCVD法またはスパッタ法を用い、厚さを40〜150nmとしてシリコンを含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマCVD法により110nmの厚さで酸化窒化シリコン膜(組成比Si=32%、O=59%、N=7%、H=2%)で形成した。勿論、ゲート絶縁膜は酸化窒化シリコン膜に限定されるものでなく、他のシリコンを含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【0120】
また、酸化シリコン膜を用いる場合には、プラズマCVD法でTEOS(Tetraethyl Orthosilicate)とO2とを混合し、反応圧力40Pa、基板温度300〜400℃とし、高周波(13.56MHz)電力密度0.5〜0.8W/cm2で放電させて形成することができる。このようにして作製される酸化シリコン膜は、その後400〜500℃の熱アニールによりゲート絶縁膜として良好な特性を得ることができる。
【0121】
次いで、図12(A)に示すように、ゲート絶縁膜407上に膜厚20〜100nmの第1の導電膜408と、膜厚100〜400nmの第2の導電膜409とを積層形成する。本実施例では、膜厚30nmのTaN膜からなる第1の導電膜408と、膜厚370nmのW膜からなる第2の導電膜409を積層形成した。TaN膜はスパッタ法で形成し、Taのターゲットを用い、窒素を含む雰囲気内でスパッタした。また、W膜は、Wのターゲットを用いたスパッタ法で形成した。その他に6フッ化タングステン(WF6)を用いる熱CVD法で形成することもできる。いずれにしてもゲート電極として使用するためには低抵抗化を図る必要があり、W膜の抵抗率は20μΩcm以下にすることが望ましい。W膜は結晶粒を大きくすることで低抵抗率化を図ることができるが、W膜中に酸素などの不純物元素が多い場合には結晶化が阻害され高抵抗化する。従って、本実施例では、高純度のW(純度99.9999%または純度99.99%)のターゲットを用いたスパッタ法で、さらに成膜時に気相中からの不純物の混入がないように十分配慮してW膜を形成することにより、抵抗率9〜20μΩcmを実現することができた。
【0122】
なお、本実施例では、第1の導電膜408をTaN、第2の導電膜409をWとしたが、特に限定されず、いずれもTa、W、Ti、Mo、Al、Cu、Cr、Ndから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜を用いてもよい。また、AgPdCu合金を用いてもよい。また、第1の導電膜をタンタル(Ta)膜で形成し、第2の導電膜をW膜とする組み合わせ、第1の導電膜を窒化チタン(TiN)膜で形成し、第2の導電膜をW膜とする組み合わせ、第1の導電膜を窒化タンタル(TaN)膜で形成し、第2の導電膜をAl膜とする組み合わせ、第1の導電膜を窒化タンタル(TaN)膜で形成し、第2の導電膜をCu膜とする組み合わせとしてもよい。
【0123】
次に、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスク410〜415を形成し、電極及び配線を形成するための第1のエッチング処理を行う。第1のエッチング処理では第1及び第2のエッチング条件で行う。本実施例では第1のエッチング条件として、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法を用い、エッチング用ガスにCF4とCl2とO2とを用い、それぞれのガス流量比を25/25/10(sccm)とし、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成してエッチングを行った。ここでは、松下電器産業(株)製のICPを用いたドライエッチング装置(Model E645−□ICP)を用いた。基板側(試料ステージ)にも150WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。この第1のエッチング条件によりW膜をエッチングして第2の導電層の端部をテーパー形状とする。また、この第1のエッチング条件でのエッチング直後での、光学顕微鏡を用いた画素部における上面図を図17(A)に示した。
【0124】
この後、レジストからなるマスク410〜415を除去せずに第2のエッチング条件に変え、エッチング用ガスにCF4とCl2とを用い、それぞれのガス流量比を30/30(sccm)とし、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成して約30秒程度のエッチングを行った。基板側(試料ステージ)にも20WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。CF4とCl2を混合した第2のエッチング条件ではW膜及びTaN膜とも同程度にエッチングされる。なお、ゲート絶縁膜上に残渣を残すことなくエッチングするためには、10〜20%程度の割合でエッチング時間を増加させると良い。
【0125】
上記第1のエッチング処理では、レジストからなるマスクの形状を適したものとすることにより、基板側に印加するバイアス電圧の効果により第1の導電層及び第2の導電層の端部がテーパー形状となる。このテーパー部の角度は15°〜45°となる。こうして、第1のエッチング処理により第1の導電層と第2の導電層から成る第1の形状の導電層417〜422(第1の導電層417a〜422aと第2の導電層417b〜422b)を形成する。416はゲート絶縁膜であり、第1の形状の導電層417〜422で覆われない領域は20〜50nm程度エッチングされ薄くなった領域が形成される。また、この第2のエッチング条件でのエッチング直後での、光学顕微鏡を用いた画素部における上面図を図17(B)に示した。
【0126】
そして、レジストからなるマスクを除去せずに第1のドーピング処理を行い、半導体層にn型を付与する不純物元素を添加する。(図12(B))ドーピング処理はイオンドープ法、若しくはイオン注入法で行えば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を1×1013〜5×1015atoms/cm2とし、加速電圧を60〜100keVとして行う。本実施例ではドーズ量を1.5×1015atoms/cm2とし、加速電圧を80keVとして行った。n型を付与する不純物元素として15族に属する元素、典型的にはリン(P)または砒素(As)を用いるが、ここではリン(P)を用いた。この場合、導電層417〜421がn型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、自己整合的に高濃度不純物領域423〜427が形成される。高濃度不純物領域423〜427には1×1020〜1×1021atoms/cm3の濃度範囲でn型を付与する不純物元素を添加する。
【0127】
次いで、レジストからなるマスクを除去せずに第2のエッチング処理を行う。ここでは、エッチングガスにCF4とCl2とO2とを用い、W膜を選択的にエッチングする。この時、第2のエッチング処理により第1の導電層428b〜433bを形成する。一方、第2の導電層417a〜422aは、ほとんどエッチングされず、第2の導電層428a〜433aを形成する。次いで、第2のドーピング処理を行って図12(C)の状態を得る。ドーピングは第2の導電層417a〜422aを不純物元素に対するマスクとして用い、第1の導電層のテーパー部下方の半導体層に不純物元素が添加されるようにドーピングする。こうして、第1の導電層と重なる不純物領域434〜438を形成する。この不純物領域へ添加されたリン(P)の濃度は、第1の導電層のテーパー部の膜厚に従って緩やかな濃度勾配を有している。なお、第1の導電層のテーパー部と重なる半導体層において、第1の導電層のテーパー部の端部から内側に向かって若干、不純物濃度が低くなっているものの、ほぼ同程度の濃度である。また、不純物領域423〜427にも不純物元素が添加され、不純物領域439〜443を形成する。
【0128】
次いで、レジストからなるマスクを除去せずに第3のエッチング処理を行う。(図13(A))この第3のエッチング処理では第1の導電層のテーパー部を部分的にエッチングして、半導体層と重なる領域を縮小するために行われる。第3のエッチング処理は、エッチングガスにCHF3を用い、反応性イオンエッチング法(RIE法)を用いて行う。第3のエッチング処理により、第1の導電層444〜449が形成される。この時、同時に絶縁膜416もエッチングされて、絶縁膜450a〜d、451が形成される。
【0129】
上記第3のエッチング処理によって、第1の導電層444〜448と重ならない不純物領域(LDD領域)434a〜438aが形成される。なお、不純物領域(GOLD領域)434b〜438bは、第1の導電層444〜448と重なったままである。
【0130】
このようにすることで、本実施例は、第1の導電層444〜448と重なる不純物領域(GOLD領域)434b〜438bにおける不純物濃度と、第1の導電層444〜448と重ならない不純物領域(LDD領域)434a〜438aにおける不純物濃度との差を小さくすることができ、信頼性を向上させることができる。
【0131】
次いで、レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスク452〜454を形成して第3のドーピング処理を行う。この第3のドーピング処理により、pチャネル型TFTの活性層となる半導体層に前記一導電型(n型)とは逆の導電型(p型)を付与する不純物元素が添加された不純物領域455〜460を形成する。第1の導電層445、448を不純物元素に対するマスクとして用い、p型を付与する不純物元素を添加して自己整合的に不純物領域を形成する。本実施例では、不純物領域455〜460はジボラン(B2H6)を用いたイオンドープ法で形成する。(図13(B))この第3のドーピング処理の際には、nチャネル型TFTを形成する半導体層はレジストからなるマスク452〜454で覆われている。第1のドーピング処理及び第2のドーピング処理によって、不純物領域455〜460にはそれぞれ異なる濃度でリンが添加されているが、そのいずれの領域においてもp型を付与する不純物元素の濃度を2×1020〜2×1021atoms/cm3となるようにドーピング処理することにより、pチャネル型TFTのソース領域およびドレイン領域として機能するために何ら問題は生じない。本実施例では、pチャネル型TFTの活性層となる半導体層の一部が露呈しているため、不純物元素(ボロン)を添加しやすい利点を有している。
【0132】
以上までの工程でそれぞれの半導体層に不純物領域が形成される。
【0133】
次いで、レジストからなるマスク452〜454を除去して第1の層間絶縁膜461を形成する。この第1の層間絶縁膜461としては、プラズマCVD法またはスパッタ法を用い、厚さを100〜200nmとしてシリコンを含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマCVD法により膜厚150nmの酸化窒化シリコン膜を形成した。勿論、第1の層間絶縁膜461は酸化窒化シリコン膜に限定されるものでなく、他のシリコンを含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【0134】
次いで、図13(C)に示すように、それぞれの半導体層に添加された不純物元素を活性化処理する工程を行う。この活性化工程はファーネスアニール炉を用いる熱アニール法で行う。熱アニール法としては、酸素濃度が1ppm以下、好ましくは0.1ppm以下の窒素雰囲気中で400〜700℃、代表的には500〜550℃で行えばよく、本実施例では550℃、4時間の熱処理で活性化処理を行った。なお、熱アニール法の他に、レーザーアニール法、またはラピッドサーマルアニール法(RTA法)を適用することができる。
【0135】
なお、本実施例では、上記活性化処理と同時に、結晶化の際に触媒として使用したニッケルが高濃度のリンを含む不純物領域439、441、442、455、458にゲッタリングされ、主にチャネル形成領域となる半導体層中のニッケル濃度が低減される。このようにして作製したチャネル形成領域を有するTFTはオフ電流値が下がり、結晶性が良いことから高い電界効果移動度が得られ、良好な特性を達成することができる。
【0136】
また、第1の層間絶縁膜を形成する前に活性化処理を行っても良い。ただし、用いた配線材料が熱に弱い場合には、本実施例のように配線等を保護するため層間絶縁膜(シリコンを主成分とする絶縁膜、例えば窒化珪素膜)を形成した後で活性化処理を行うことが好ましい。
【0137】
さらに、3〜100%の水素を含む雰囲気中で、300〜550℃で1〜12時間の熱処理を行い、半導体層を水素化する工程を行う。本実施例では水素を約3%の含む窒素雰囲気中で410℃、1時間の熱処理を行った。この工程は層間絶縁膜に含まれる水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。水素化の他の手段として、プラズマ水素化(プラズマにより励起された水素を用いる)を行っても良い。
【0138】
また、活性化処理としてレーザーアニール法を用いる場合には、上記水素化を行った後、エキシマレーザーやYAGレーザー等のレーザー光を照射することが望ましい。
【0139】
次いで、第1の層間絶縁膜461上に無機絶縁膜材料または有機絶縁物材料から成る第2の層間絶縁膜462を形成する。本実施例では、膜厚1.6μmのアクリル樹脂膜を形成したが、粘度が10〜1000cp、好ましくは40〜200cpのものを用い、表面に凸凹が形成されるものを用いた。
【0140】
本実施例では、鏡面反射を防ぐため、表面に凸凹が形成される第2の層間絶縁膜を形成することによって画素電極の表面に凸凹を形成した。また、画素電極の表面に凹凸を持たせて光散乱性を図るため、画素電極の下方の領域に凸部を形成してもよい。その場合、凸部の形成は、TFTの形成と同じフォトマスクで行うことができるため、工程数の増加なく形成することができる。なお、この凸部は配線及びTFT部以外の画素部領域の基板上に適宜設ければよい。こうして、凸部を覆う絶縁膜の表面に形成された凸凹に沿って画素電極の表面に凸凹が形成される。
【0141】
また、第2の層間絶縁膜462として表面が平坦化する膜を用いてもよい。その場合は、画素電極を形成した後、公知のサンドブラスト法やエッチング法等の工程を追加して表面を凹凸化させて、鏡面反射を防ぎ、反射光を散乱させることによって白色度を増加させることが好ましい。
【0142】
そして、駆動回路506において、各不純物領域とそれぞれ電気的に接続する配線463〜467を形成する。なお、これらの配線は、膜厚50nmのTi膜と、膜厚500nmの合金膜(AlとTiとの合金膜)との積層膜をパターニングして形成する。
【0143】
また、画素部507においては、画素電極470、ゲート配線469、接続電極468を形成する。(図14)この接続電極468によりソース配線(443bと449の積層)は、画素TFTと電気的な接続が形成される。また、ゲート配線469は、画素TFTのゲート電極と電気的な接続が形成される。また、画素電極470は、画素TFTのドレイン領域442と電気的な接続が形成され、さらに保持容量を形成する一方の電極として機能する半導体層458と電気的な接続が形成される。また、画素電極470としては、AlまたはAgを主成分とする膜、またはそれらの積層膜等の反射性の優れた材料を用いることが望ましい。
【0144】
以上の様にして、nチャネル型TFT501とpチャネル型TFT502からなるCMOS回路、及びnチャネル型TFT503を有する駆動回路506と、画素TFT504、保持容量505とを有する画素部507を同一基板上に形成することができる。こうして、アクティブマトリクス基板が完成する。
【0145】
駆動回路506のnチャネル型TFT501はチャネル形成領域471、ゲート電極の一部を構成する第1の導電層444と重なる低濃度不純物領域434b(GOLD領域)、ゲート電極の外側に形成される低濃度不純物領域434a(LDD領域)とソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域439を有している。このnチャネル型TFT501と電極466で接続してCMOS回路を形成するpチャネル型TFT502にはチャネル形成領域472、ゲート電極と重なる不純物領域457、ゲート電極の外側に形成される不純物領域456、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域455を有している。また、nチャネル型TFT503にはチャネル形成領域473、ゲート電極の一部を構成する第1の導電層446と重なる低濃度不純物領域436b(GOLD領域)、ゲート電極の外側に形成される低濃度不純物領域436a(LDD領域)とソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域441を有している。
【0146】
画素部の画素TFT504にはチャネル形成領域474、ゲート電極の一部を構成する第1の導電層447と重なる低濃度不純物領域437b(GOLD領域)、ゲート電極の外側に形成される低濃度不純物領域437a(LDD領域)とソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域443を有している。また、保持容量505の一方の電極として機能する半導体層458〜460には、それぞれp型を付与する不純物元素が添加されている。保持容量505は、絶縁膜451を誘電体として、電極(448と432bの積層)と、半導体層458〜460とで形成している。
【0147】
また、本実施例の画素構造は、ブラックマトリクスを用いることなく、画素電極間の隙間が遮光されるように、画素電極の端部をソース配線と重なるように配置形成する。
【0148】
本実施例で作製するアクティブマトリクス基板の画素部の上面図を図15に示す。なお、図12〜図14に対応する部分には同じ符号を用いている。図14中の鎖線A−A’は図15中の鎖線A―A’で切断した断面図に対応している。また、図14中の鎖線B−B’は図15中の鎖線B―B’で切断した断面図に対応している。
【0149】
また、本実施例で示す工程に従えば、アクティブマトリクス基板の作製に必要なフォトマスクの数を5枚とすることができる。その結果、工程を短縮し、製造コストの低減及び歩留まりの向上に寄与することができる。
【0150】
[実施例4]
本実施例では、実施例3で作製したアクティブマトリクス基板から、反射型液晶表示装置を作製する工程を以下に説明する。説明には図16を用いる。
【0151】
まず、実施例3に従い、図14の状態のアクティブマトリクス基板を得た後、図14のアクティブマトリクス基板上、少なくとも画素電極470上に配向膜471を形成しラビング処理を行う。なお、本実施例では配向膜471を形成する前に、アクリル樹脂膜等の有機樹脂膜をパターニングすることによって基板間隔を保持するための柱状のスペーサ(図示しない)を所望の位置に形成した。また、柱状のスペーサに代えて、球状のスペーサを基板全面に散布してもよい。
【0152】
次いで、対向基板471を用意する。次いで、対向基板471上に着色層472、473、平坦化膜474を形成する。赤色の着色層472と青色の着色層473とを重ねて、遮光部を形成する。また、赤色の着色層と緑色の着色層とを一部重ねて、遮光部を形成してもよい。
【0153】
本実施例では、実施例3に示す基板を用いている。従って、実施例3の画素部の上面図を示す図15では、少なくともゲート配線469と画素電極470の間隙と、ゲート配線469と接続電極468の間隙と、接続電極468と画素電極470の間隙を遮光する必要がある。本実施例では、それらの遮光すべき位置に着色層の積層からなる遮光部が重なるように各着色層を配置して、対向基板を貼り合わせた。
【0154】
このように、ブラックマスク等の遮光層を形成することなく、各画素間の隙間を着色層の積層からなる遮光部で遮光することによって工程数の低減を可能とした。
【0155】
次いで、平坦化膜474上に透明導電膜からなる対向電極475を少なくとも画素部に形成し、対向基板の全面に配向膜476を形成し、ラビング処理を施した。
【0156】
そして、画素部と駆動回路が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とをシール材477で貼り合わせる。シール材477にはフィラーが混入されていて、このフィラーと柱状スペーサによって均一な間隔を持って2枚の基板が貼り合わせられる。その後、両基板の間に液晶材料478を注入し、封止剤(図示せず)によって完全に封止する。液晶材料478には公知の液晶材料を用いれば良い。なお、本実施例は反射型であるので実施例1よりも基板間隔は半分程度となる。このようにして図16に示す反射型液晶表示装置が完成する。そして、必要があれば、アクティブマトリクス基板または対向基板を所望の形状に分断する。さらに、対向基板のみに偏光板(図示しない)を貼りつけた。そして、公知の技術を用いてFPCを貼りつけた。
【0157】
以上のようにして作製される液晶表示パネルは各種電子機器の表示部として用いることができる。
【0158】
[実施例5]
本実施例では、本発明を用いてEL(エレクトロルミネセンス)表示装置を作製した例について説明する。なお、図18は本発明のEL表示装置の断面図である。
【0159】
図18において、基板700上に設けられたスイッチングTFT603は図14のnチャネル型TFT503を用いて形成される。従って、構造の説明はnチャネル型TFT503の説明を参照すれば良い。
【0160】
なお、本実施例ではチャネル形成領域が二つ形成されるダブルゲート構造としているが、チャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造もしくは三つ形成されるトリプルゲート構造であっても良い。
【0161】
基板700上に設けられた駆動回路(nチャネル型TFT601及びpチャネル型TFT602)は図14のCMOS回路を用いて形成される。従って、構造の説明はnチャネル型TFT501とpチャネル型TFT502の説明を参照すれば良い。なお、本実施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。
【0162】
また、配線701、703はCMOS回路のソース配線、702はドレイン配線として機能する。また、配線704はソース配線708とスイッチングTFTのソース領域とを電気的に接続する配線として機能し、配線705はドレイン配線709とスイッチングTFTのドレイン領域とを電気的に接続する配線として機能する。
【0163】
なお、電流制御TFT604は図14のpチャネル型TFT502を用いて形成される。従って、構造の説明はpチャネル型TFT502の説明を参照すれば良い。なお、本実施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。
【0164】
また、配線706は電流制御TFTのソース配線(電流供給線に相当する)であり、707は電流制御TFTの画素電極710上に重ねることで画素電極710と電気的に接続する電極である。
【0165】
なお、710は、透明導電膜からなる画素電極(EL素子の陽極)である。透明導電膜としては、酸化インジウムと酸化スズとの化合物、酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物、酸化亜鉛、酸化スズまたは酸化インジウムを用いることができる。また、前記透明導電膜にガリウムを添加したものを用いても良い。画素電極710は、上記配線を形成する前に平坦な層間絶縁膜711上に形成する。本実施例においては、樹脂からなる平坦化膜711を用いてTFTによる段差を平坦化することは非常に重要である。後に形成されるEL層は非常に薄いため、段差が存在することによって発光不良を起こす場合がある。従って、EL層をできるだけ平坦面に形成しうるように画素電極を形成する前に平坦化しておくことが望ましい。
【0166】
配線701〜707を形成後、図18に示すようにバンク712を形成する。バンク712は100〜400nmの珪素を含む絶縁膜もしくは有機樹脂膜をパターニングして形成すれば良い。
【0167】
なお、バンク712は絶縁膜であるため、成膜時における素子の静電破壊には注意が必要である。本実施例ではバンク712の材料となる絶縁膜中にカーボン粒子や金属粒子を添加して抵抗率を下げ、静電気の発生を抑制する。この際、抵抗率は1×106〜1×1012Ω・m(好ましくは1×108〜1×1010Ω・m)となるようにカーボン粒子や金属粒子の添加量を調節すれば良い。
【0168】
画素電極710の上にはEL層713が形成される。なお、図18では一画素しか図示していないが、本実施例ではR(赤)、G(緑)、B(青)の各色に対応したEL層を作り分けている。また、本実施例では蒸着法により低分子系有機EL材料を形成している。具体的には、正孔注入層として20nm厚の銅フタロシアニン(CuPc)膜を設け、その上に発光層として70nm厚のトリス−8−キノリノラトアルミニウム錯体(Alq3)膜を設けた積層構造としている。Alq3にキナクリドン、ペリレンもしくはDCM1といった蛍光色素を添加することで発光色を制御することができる。
【0169】
但し、以上の例はEL層として用いることのできる有機EL材料の一例であって、これに限定する必要はまったくない。発光層、電荷輸送層または電荷注入層を自由に組み合わせてEL層(発光及びそのためのキャリアの移動を行わせるための層)を形成すれば良い。例えば、本実施例では低分子系有機EL材料をEL層として用いる例を示したが、高分子系有機EL材料を用いても良い。また、電荷輸送層や電荷注入層として炭化珪素等の無機材料を用いることも可能である。これらの有機EL材料や無機材料は公知の材料を用いることができる。
【0170】
次に、EL層713の上には導電膜からなる陰極714が設けられる。本実施例の場合、導電膜としてアルミニウムとリチウムとの合金膜を用いる。勿論、公知のMgAg膜(マグネシウムと銀との合金膜)を用いても良い。陰極材料としては、周期表の1族もしくは2族に属する元素からなる導電膜もしくはそれらの元素を添加した導電膜を用いれば良い。
【0171】
この陰極714まで形成された時点でEL素子715が完成する。なお、ここでいうEL素子715は、画素電極(陽極)710、EL層713及び陰極714で形成されたコンデンサを指す。
【0172】
EL素子715を完全に覆うようにしてパッシベーション膜716を設けることは有効である。パッシベーション膜716としては、炭素膜、窒化珪素膜もしくは窒化酸化珪素膜を含む絶縁膜からなり、該絶縁膜を単層もしくは組み合わせた積層で用いる。
【0173】
この際、カバレッジの良い膜をパッシベーション膜として用いることが好ましく、炭素膜、特にDLC(ダイヤモンドライクカーボン)膜を用いることは有効である。DLC膜は室温から100℃以下の温度範囲で成膜可能であるため、耐熱性の低いEL層713の上方にも容易に成膜することができる。また、DLC膜は酸素に対するブロッキング効果が高く、EL層713の酸化を抑制することが可能である。そのため、この後に続く封止工程を行う間にEL層713が酸化するといった問題を防止できる。
【0174】
さらに、パッシベーション膜716上に封止材717を設け、カバー材718を貼り合わせる。封止材717としては紫外線硬化樹脂を用いれば良く、内部に吸湿効果を有する物質もしくは酸化防止効果を有する物質を設けることは有効である。また、本実施例においてカバー材718はガラス基板や石英基板やプラスチック基板(プラスチックフィルムも含む)の両面に炭素膜(好ましくはダイヤモンドライクカーボン膜)を形成したものを用いる。
【0175】
こうして図18に示すような構造のEL表示装置が完成する。なお、バンク712を形成した後、パッシベーション膜716を形成するまでの工程をマルチチャンバー方式(またはインライン方式)の成膜装置を用いて、大気解放せずに連続的に処理することは有効である。また、さらに発展させてカバー材718を貼り合わせる工程までを大気解放せずに連続的に処理することも可能である。
【0176】
こうして、プラスチック基板を母体とする絶縁体700上にnチャネル型TFT601、602、スイッチングTFT(nチャネル型TFT)603および電流制御TFT(nチャネル型TFT)604が形成される。ここまでの製造工程で必要としたマスク数は、一般的なアクティブマトリクス型EL表示装置よりも少ない。
【0177】
即ち、TFTの製造工程が大幅に簡略化されており、歩留まりの向上および製造コストの低減が実現できる。
【0178】
さらに、図14を用いて説明したように、ゲート電極に絶縁膜を介して重なる不純物領域を設けることによりホットキャリア効果に起因する劣化に強いnチャネル型TFTを形成することができる。そのため、信頼性の高いEL表示装置を実現できる。
【0179】
また、本実施例では画素部と駆動回路の構成のみ示しているが、本実施例の製造工程に従えば、その他にも信号分割回路、D/Aコンバータ、オペアンプ、γ補正回路などの論理回路を同一の絶縁体上に形成可能であり、さらにはメモリやマイクロプロセッサをも形成しうる。
【0180】
さらに、EL素子を保護するための封止(または封入)工程まで行った後の本実施例のEL発光装置について図19を用いて説明する。なお、必要に応じて図18で用いた符号を引用する。
【0181】
図19(A)は、EL素子の封止までを行った状態を示す上面図、図19(B)は図19(A)をA−A’で切断した断面図である。点線で示された801はソース側駆動回路、806は画素部、807はゲート側駆動回路である。また、901はカバー材、902は第1シール材、903は第2シール材であり、第1シール材902で囲まれた内側には封止材907が設けられる。
【0182】
なお、904はソース側駆動回路801及びゲート側駆動回路807に入力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるFPC(フレキシブルプリントサーキット)905からビデオ信号やクロック信号を受け取る。なお、ここではFPCしか図示されていないが、このFPCにはプリント配線基盤(PWB)が取り付けられていても良い。本明細書におけるEL表示装置には、EL表示装置本体だけでなく、それにFPCもしくはPWBが取り付けられた状態をも含むものとする。
【0183】
次に、断面構造について図19(B)を用いて説明する。基板700の上方には画素部806、ゲート側駆動回路807が形成されており、画素部806は電流制御TFT604とそのドレインに電気的に接続された画素電極710を含む複数の画素により形成される。また、ゲート側駆動回路807はnチャネル型TFT601とpチャネル型TFT602とを組み合わせたCMOS回路(図14参照)を用いて形成される。
【0184】
画素電極710はEL素子の陽極として機能する。また、画素電極710の両端にはバンク712が形成され、画素電極710上にはEL層713およびEL素子の陰極714が形成される。
【0185】
陰極714は全画素に共通の配線としても機能し、接続配線904を経由してFPC905に電気的に接続されている。さらに、画素部806及びゲート側駆動回路807に含まれる素子は全て陰極714およびパッシベーション膜716で覆われている。
【0186】
また、第1シール材902によりカバー材901が貼り合わされている。なお、カバー材901とEL素子との間隔を確保するために樹脂膜からなるスペーサを設けても良い。そして、第1シール材902の内側には封止材907が充填されている。なお、第1シール材902、封止材907としてはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、第1シール材902はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。さらに、封止材907の内部に吸湿効果をもつ物質や酸化防止効果をもつ物質を含有させても良い。
【0187】
EL素子を覆うようにして設けられた封止材907はカバー材901を接着するための接着剤としても機能する。また、本実施例ではカバー材901を構成するプラスチック基板901aの材料としてFRP(Fiberglass-Reinforced Plastics)、PVF(ポリビニルフロライド)、マイラー、ポリエステルまたはアクリルを用いることができる。
【0188】
また、封止材907を用いてカバー材901を接着した後、封止材907の側面(露呈面)を覆うように第2シール材903を設ける。第2シール材903は第1シール材902と同じ材料を用いることができる。
【0189】
以上のような構造でEL素子を封止材907に封入することにより、EL素子を外部から完全に遮断することができ、外部から水分や酸素等のEL層の酸化による劣化を促す物質が侵入することを防ぐことができる。従って、信頼性の高いEL表示装置が得られる。
【0190】
[実施例6]
上記各実施例1乃至5のいずれか一を実施して形成されたTFTは様々な電気光学装置(アクティブマトリクス型液晶ディスプレイ、アクティブマトリクス型ELディスプレイ、アクティブマトリクス型ECディスプレイ)に用いることができる。即ち、それら電気光学装置を表示部に組み込んだ電子機器全てに本発明を実施できる。
【0191】
その様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター、ヘッドマウントディスプレイ(ゴーグル型ディスプレイ)、カーナビゲーション、カーステレオ、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等)などが挙げられる。それらの一例を図20、図21及び図22に示す。
【0192】
図20(A)はパーソナルコンピュータであり、本体2001、画像入力部2002、表示部2003、キーボード2004等を含む。本発明を表示部2003に適用することができる。
【0193】
図20(B)はビデオカメラであり、本体2101、表示部2102、音声入力部2103、操作スイッチ2104、バッテリー2105、受像部2106等を含む。本発明を表示部2102に適用することができる。
【0194】
図20(C)はモバイルコンピュータ(モービルコンピュータ)であり、本体2201、カメラ部2202、受像部2203、操作スイッチ2204、表示部2205等を含む。本発明は表示部2205に適用できる。
【0195】
図20(D)はゴーグル型ディスプレイであり、本体2301、表示部2302、アーム部2303等を含む。本発明は表示部2302に適用することができる。
【0196】
図20(E)はプログラムを記録した記録媒体(以下、記録媒体と呼ぶ)を用いるプレーヤーであり、本体2401、表示部2402、スピーカ部2403、記録媒体2404、操作スイッチ2405等を含む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてDVD(Digtial Versatile Disc)、CD等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことができる。本発明は表示部2402に適用することができる。
【0197】
図20(F)はデジタルカメラであり、本体2501、表示部2502、接眼部2503、操作スイッチ2504、受像部(図示しない)等を含む。本発明を表示部2502に適用することができる。
【0198】
図21(A)はフロント型プロジェクターであり、投射装置2601、スクリーン2602等を含む。本発明は投射装置2601の一部を構成する液晶表示装置2808やその他の駆動回路に適用することができる。
【0199】
図21(B)はリア型プロジェクターであり、本体2701、投射装置2702、ミラー2703、スクリーン2704等を含む。本発明は投射装置2702の一部を構成する液晶表示装置2808やその他の駆動回路に適用することができる。
【0200】
なお、図21(C)は、図21(A)及び図21(B)中における投射装置2601、2702の構造の一例を示した図である。投射装置2601、2702は、光源光学系2801、ミラー2802、2804〜2806、ダイクロイックミラー2803、プリズム2807、液晶表示装置2808、位相差板2809、投射光学系2810で構成される。投射光学系2810は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施例は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式であってもよい。また、図21(C)中において矢印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィルム、IRフィルム等の光学系を設けてもよい。
【0201】
また、図21(D)は、図21(C)中における光源光学系2801の構造の一例を示した図である。本実施例では、光源光学系2801は、リフレクター2811、光源2812、レンズアレイ2813、2814、偏光変換素子2815、集光レンズ2816で構成される。なお、図21(D)に示した光源光学系は一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するフィルム、IRフィルム等の光学系を設けてもよい。
【0202】
ただし、図21に示したプロジェクターにおいては、透過型の電気光学装置を用いた場合を示しており、反射型の電気光学装置及びEL表示装置での適用例は図示していない。
【0203】
図22(A)は携帯電話であり、本体2901、音声出力部2902、音声入力部2903、表示部2904、操作スイッチ2905、アンテナ2906等を含む。本発明を表示部2904に適用することができる。
【0204】
図22(B)は携帯書籍(電子書籍)であり、本体3001、表示部3002、3003、記憶媒体3004、操作スイッチ3005、アンテナ3006等を含む。本発明は表示部3002、3003に適用することができる。
【0205】
図22(C)はディスプレイであり、本体3101、支持台3102、表示部3103等を含む。本発明は表示部3103に適用することができる。本発明のディスプレイは特に大画面化した場合において有利であり、対角10インチ以上(特に30インチ以上)のディスプレイには有利である。
【0206】
ちなみに図22(C)に示すディスプレイは中小型または大型のもの、例えば5〜20インチの画面サイズのものである。また、このようなサイズの表示部を形成するためには、基板の一辺が1mのものを用い、多面取りを行って量産することが好ましい。
【0207】
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。また、本実施例の電子機器は実施例1〜5のどのような組み合わせからなる構成を用いても実現することができる。
【0208】
【発明の効果】
本発明における第3のエッチング処理のエッチング条件によりゲート電極に重なる低濃度不純物領域(GOLD領域)の幅と、ゲート電極に重ならない低濃度不純物領域(LDD領域)の幅とを自由に調節できる。また、本発明により形成されたTFTのGOLD領域とLDD領域のにおける濃度差はほとんど生じていない。従って、ゲート電極と重なっているGOLD領域は、電界集中の緩和が達成されてホットキャリアによる防止ができるとともに、ゲート電極と重なっていないLDD領域は、オフ電流値を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 TFTの作製工程を示す図である。
【図2】 TFTの作製工程を示す図である。
【図3】 不純物元素の濃度分布を示す曲線である。
【図4】 シュミレーションで用いた構造模式図である。
【図5】 シュミレーション結果(リンドープ)のグラフである。
【図6】 シュミレーション結果(TFTの電圧/電流特性)のグラフである。
【図7】 AM−LCDの作製工程を示す図である。
【図8】 AM−LCDの作製工程を示す図である。
【図9】 AM−LCDの作製工程を示す図である。
【図10】 透過型液晶表示装置の断面構造図である。
【図11】 液晶パネルの外観図である。
【図12】 AM−LCDの作製工程を示す図である。
【図13】 AM−LCDの作製工程を示す図である。
【図14】 AM−LCDの作製工程を示す図である。
【図15】 画素上面図である。
【図16】 反射型液晶表示装置の断面構造図である。
【図17】 作製工程における画素上面図である。
【図18】 アクティブマトリクス型EL表示装置の構成を示す図。
【図19】 アクティブマトリクス型EL表示装置の構成を示す図。
【図20】 電子機器の一例を示す図。
【図21】 電子機器の一例を示す図。
【図22】 電子機器の一例を示す図。
Claims (3)
- 絶縁表面上に半導体層を形成する第1の工程と、
前記第1の工程の後、前記半導体層上に絶縁膜を形成する第2の工程と、
前記第2の工程の後、前記絶縁膜上に第1の導電層及び第2の導電層の積層からなる第1の電極を形成する第3の工程と、
前記第3の工程の後、前記第1の電極をマスクとして、前記半導体層に不純物元素を添加して高濃度不純物領域を形成する第4の工程と、
前記第4の工程の後、前記第2の導電層をエッチングして、前記第3の工程における前記第2の導電層の幅より狭い第2の導電層を形成する第5の工程と、
前記第5の工程の後、前記第2の導電層をマスクとして、前記半導体層に不純物元素を添加して低濃度不純物領域を形成する第6の工程と、
前記第6の工程の後、前記第1の導電層をエッチングして、前記第3の工程おける前記第1の電極の幅より狭く且つ前記第5の工程における前記第2の導電層の幅より広い第1の導電層を形成し、かつ前記絶縁膜をエッチングして前記高濃度不純物領域の一部を露出させる第7の工程と、を有する半導体装置の作製方法。 - 請求項1において、前記不純物元素は、n型またはp型の導電型を有する不純物元素であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
- 請求項1または請求項2において、前記第3の工程は、前記絶縁膜上に第1の導電膜と第2の導電膜を積層形成した後、
前記第2の導電膜に第1のエッチング処理を行って前記第2の導電層を形成し、
前記第1の導電膜に第2のエッチング処理を行って前記第1の導電層を形成して、前記第1の導電層と、前記第2の導電層との積層からなる前記第1の電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
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