JP2000122088A

JP2000122088A - 液晶表示装置およびその製造方法

Info

Publication number: JP2000122088A
Application number: JP29217498A
Authority: JP
Inventors: Yuki Matsuura; 浦由紀松; Takashi Fujimura; 村尚藤; Yasuto Kawahisa; 久慶人川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-10-14
Filing date: 1998-10-14
Publication date: 2000-04-28

Abstract

(57)【要約】【課題】画素および周辺回路のＴＦＴの移動度を確保
しつつ補助容量部に用いる多結晶シリコン膜の表面の突
起高さを２０ｎｍ以下に低減して高性能の液晶表示装置
を提供することを目的とする。【解決手段】ＴＦＴ部分と補助容量部分とで、シリコ
ン膜厚を異なるようにし、あるいはキャップ層を選択的
に設けることよって、レーザの実質的な照射量を独立に
調節することにより、周辺駆動回路のＴＦＴ特性を損な
わずに、補助容量部のシリコン膜の突起を抑制し、リー
クや点欠陥を低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置及び
その製造方法に関する。より具体的には、本発明は、多
結晶シリコン層からなる薄膜トランジスタと補助容量部
とを有する液晶表示装置及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶ディスプレイの高密度化、低コスト
化を実現する技術として、石英やガラス基板の上に形成
した多結晶シリコン薄膜トランジスタ（thin film tran
sistor：ＴＦＴ）が注目されている。多結晶シリコンＴ
ＦＴを用いた場合、画素スイッチング素子以外に、高速
動作が可能であるため駆動回路にも用いて駆動回路一体
形成ができるという利点がある。特に、ガラス基板の上
に高品質の多結晶シリコン膜を形成すれば、コストを低
減することができる。

【０００３】このように、ガラス等の基板上に多結晶シ
リコンＴＦＴを形成するには、基板ダメージの少ない低
温プロセスにより多結晶シリコン膜を形成することが必
須となる。その方法としては、非晶質シリコン膜をレー
ザアニールにより結晶化させて多結晶シリコン膜を形成
する方法が有力である。

【０００４】図１０は、従来の多結晶化工程を表す概略
工程断面図である。まず、同図（ａ）に示したように、
無アルカリガラスなどの基板１０１の上にアンダーコー
ト層１０₂としてＳｉＯ₂などを堆積し、さらに、非結晶
シリコン膜１０３ａを約５０ｎｍの膜厚に堆積する。

【０００５】次に、同図（ｂ）に示したように、レーザ
光を照射して非晶質シリコン膜１０３ａを結晶化して多
結晶シリコン膜とする。この際に、レーザ光としては、
エキシマレーザ（ＸｅＣｌレーザなど）を用いることが
でき、また、そのエネルギ密度は、多結晶の粒径が０．
２５μｍ〜１．０μｍになるようなエネルギ密度とす
る。

【０００６】次に、同図（ｃ）に示したように、多結晶
シリコン膜１０３ｂを駆動回路および画素のＴＦＴとな
る領域と画素補助容量部となる領域とにそれぞれ島切り
する。

【０００７】そして、同図（ｄ）に示したように、その
上にゲート絶縁膜１０４としてＳｉＯｘ膜を例えばプラ
ズマＣＶＤ法により形成する。ゲート絶縁膜１０４の膜
厚は１００ｎｍ〜１４０ｎｍである。

【０００８】この方法により形成した多結晶シリコン膜
１０３ｂをチャネルに用いたＴＦＴの電界効果移動度は
１００ｃｍ²／Ｖｓ以上と良好な値を有する。また、画
素の補助容量部を画素ＴＦＴおよび周辺回路ＴＦＴと同
一層で作り込み、ＭＯＳ（metal-Oxide-semiconducto
r）構造で形成することにより、工程数を削減できる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図１０に示し
た工程により形成された多結晶シリコン膜１０３ｂは、
その表面に多数の突起が形成されるという問題があっ
た。

【００１０】例えば、図１０に関して前述した条件で形
成すると、多結晶シリコン膜の表面の突起の高さは７０
ｎｍから１３０ｎｍの範囲となる。そのため、このよう
な粒径の半導体層を補助容量電極に用いた場合には、突
起部での絶縁膜のカバレッジが悪くなることと、突起部
での電界集中が起こるため、補助容量の保持特性が劣化
する。具体的には、突起近傍でリーク電流やショートが
発生しやすくなり、電荷保持ができなくなる。すなわ
ち、補助容量部の絶縁耐圧が劣化して、補助容量部に１
５Ｖ前後の電圧が印加されると表示画面上に点欠陥が発
生するという問題があった。

【００１１】このような突起は、シリコン膜の結晶化が
進行する時に結晶粒のぶつかり合ったグレインバウンダ
リーのところに形成される。そして、本発明者の実験の
結果、多結晶の結晶粒径が０．２５〜０．８μｍの範囲
の場合に突起の高さが最も高くなることがわかった。

【００１２】一般に、駆動回路のＴＦＴに必要とされる
駆動能力を得るためには、その移動度が７０ｃｍ²／Ｖ
ｓ以上であることが必要とされる。そして、その移動度
を得るためには、ＴＦＴの半導体層の結晶粒径は、０．
２５μｍ以上でなければならない。しかしながら、この
範囲の粒径においては、上述したように多結晶シリコン
膜の表面の突起がもっとも大きくなる。従って、多結晶
シリコン膜を用いて周辺の駆動回路を併設しようとする
と、表示画素部の補助容量部の耐圧が劣化するという問
題が発生する。

【００１３】本発明は、かかる課題の認識に基づいてな
されたものである。すなわち、その目的は、画素および
周辺回路のＴＦＴには移動度が７０ｃｍ²／Ｖｓ以上と
なる多結晶シリコン膜を用い、かつ補助容量部に用いる
多結晶シリコン膜の表面の突起高さを２０ｎｍ以下に低
減してリーク電流およびショートを無くすことにより、
周辺駆動回路のＴＦＴ特性を損なわずに、点欠陥の少な
い液晶表示装置及びその製造方法を提供することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の液晶表示装置は、薄膜トランジスタと、補
助容量部と、を備えた液晶表示装置であって、前記薄膜
トランジスタと前記補助容量部のそれぞれは、多結晶シ
リコン層を有し、、前記補助容量部が有する前記多結晶
シリコン層の表面に形成された突起は前記薄膜トランジ
スタが有する前記多結晶シリコン層の表面に形成された
突起はよりも低いことを特徴とし、ＴＦＴの高い移動度
を確保しつつ補助容量部における突起を抑制して耐圧を
向上させ電流リークや点欠陥を解消することができる。

【００１５】ここで、前記薄膜トランジスタが有する前
記多結晶シリコン層の結晶粒径の平均値は、前記補助容
量部が有する前記多結晶シリコン層の結晶粒径の平均値
よりも大きいことを特徴とする。

【００１６】また、前記補助容量部が有する前記多結晶
シリコン層の結晶粒径の平均値は、０．１５μｍ以下で
あることを特徴とする。

【００１７】また、前記薄膜トランジスタが有する前記
多結晶シリコン層の結晶粒径の平均値は、０．２５μｍ
以上で１μｍ以下であることを特徴とする。

【００１８】また、前記薄膜トランジスタが有する前記
多結晶シリコン層の膜厚は、前記補助容量部が有する前
記多結晶シリコンの膜厚と異なることを特徴とする。

【００１９】一方、本発明の液晶表示装置の製造方法
は、基板上の薄膜トランジスタを形成すべき部分に第１
の膜厚を有する非単結晶シリコン膜を、基板上の補助容
量部を形成すべき部分に前記第１の膜厚とは異なる第２
の膜厚を有する非単結晶シリコン膜をそれぞれ形成する
工程と、前記第１の膜厚を有する前記非単結晶シリコン
膜と前記第２の膜厚を有する前記非単結晶シリコン膜の
それぞれにレーザ光を照射し、前記第２の膜厚を有する
非単結晶シリコン膜と比べて前記第１の膜厚を有する非
単結晶シリコン膜の方が大きな結晶粒径を有するように
多結晶化する工程と、を備えたことを特徴とし、ＴＦＴ
の高い移動度を確保しつつ補助容量部における突起を抑
制して耐圧を向上させ電流リークや点欠陥を解消するこ
とができる。

【００２０】ここで、前記第１の膜厚は、前記第２の膜
厚よりも大きく、前記多結晶化する工程において、前記
第２の膜厚を有する非単結晶シリコン膜に課粒を生じさ
せることを特徴とする。

【００２１】または、前記第１の膜厚は、前記第２の膜
厚よりも小さく、前記多結晶化する工程において、前記
第１の膜厚を有する非単結晶シリコン膜に課粒を生じさ
せないように前記レーザ光を照射することを特徴とす
る。

【００２２】一方、本発明の別の液晶表示装置の製造方
法は、基板上に非単結晶シリコン膜を堆積し、前記非単
結晶シリコン膜のうちの薄膜トランジスタを形成すべき
部分における照射エネルギが前記非単結晶シリコン膜の
うちの補助容量部を形成すべき部分における照射エネル
ギよりも大きく、且つ前記薄膜トランジスタを形成すべ
き部分において課粒が発生しないように、前記非単結晶
シリコン膜にレーザ光を照射して多結晶化する工程と、
を備えたことを特徴とし、ＴＦＴの高い移動度を確保し
つつ補助容量部における突起を抑制して耐圧を向上させ
電流リークや点欠陥を解消することができる。

【００２３】ここで、前記補助容量部を形成すべき部分
における前記非単結晶シリコン膜の上に選択的にキャッ
プ層を設けた状態で前記レーザ光を照射することを特徴
とする。

【００２４】さらに、前記キャップ層は、酸化シリコン
からなり、その膜厚Ｘ（ナノメータ）は、式Ｘ＝１０５
ｎ（但し、ｎは自然数）により表されることを特徴と
する。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について説明する。

【００２６】まず、本発明の第１の実施の形態について
説明する。本実施形態においては、補助容量部のシリコ
ン膜の膜厚をＴＦＴ部のシリコン膜厚よりも薄くするこ
とにより、突起の発生を抑制する。

【００２７】図１は、本発明の第１の実施の形態にかか
る液晶表示装置の要部構成を表す概略工程断面図であ
る。以下、本発明の液晶表示装置の構成について、その
製造工程に沿って説明する。

【００２８】まず、図１（ａ）に示したように、ガラス
基板１１上にアンダーコート１２を形成し、その上に非
晶質シリコン膜１３を堆積する。ガラス基板１１として
は、例えば、４００×５００ｍｍの無アルカリガラス板
を用いることができる。また、アンダーコート１２は、
例えば、ＳｉＮ_x（窒化シリコン）膜とＳｉＯ_x（酸化シ
リコン）膜をこの順序に積層したものを用いることがで
きる。アンダーコート１２および非晶質シリコン膜１３
の形成には、プラズマＣＶＤ法を用い、成膜温度は３０
０℃程度とすることができる。非晶質シリコン膜１３の
膜厚は、約５０ｎｍである。

【００２９】次に、ＴＦＴとなる領域の非晶質シリコン
膜１３の上をレジスト２００で覆い、プラズマエッチン
グにより補助容量部となる領域の非晶質シリコン膜１３
を膜厚３５〜４３ｎｍの範囲となるようにエッチングす
る。

【００３０】ここで、補助容量部への駆動印加電圧を低
くするために補助容量電極となる多結晶シリコン膜１３
には燐（Ｐ）またはボロン（Ｂ）等の不純物をイオンド
ープして低抵抗化しておいてもよい。

【００３１】次に、レジスト２００を剥離し、非晶質シ
リコン膜１３の中に含まれた水素を脱離するために約４
５０〜５００℃において３０〜６０分間の熱アニールを
行う。

【００３２】次に、図１（ｂ）に示したように、レーザ
光を照射して結晶化を行う。レーザ光源としては、Ｘｅ
Ｃｌレーザを用いることができる。ここで、本発明者
は、レーザの照射エネルギ密度と結晶粒径との関係につ
いて調べた。

【００３３】図２は、照射エネルギ密度と結晶粒径との
関係を表すグラフ図である。すなわち、同図の横軸は、
レーザの照射エネルギ密度すなわち単位面積当たりの照
射量を表し、縦軸は得られる多結晶体の平均結晶粒径を
表す。また、同図は、シリコンの膜厚が５０ｎｍの場合
のデータを表す。同図から、レーザの照射エネルギ密度
すなわち照射量を上げていくと、得られる結晶の粒径も
大きくなり、エネルギ密度が約３６０ｍＪ／ｃｍ²にお
いて最大の粒径が得られ、さらにエネルギ密度を上げる
と、粒径は急激に小さくなることが分かる。このように
高いエネルギ密度においては、アモルファスシリコンの
膜は極めて高温に加熱され溶融後に急冷される。その結
果として、図示したように、微細化した多結晶が形成さ
れる。このように、照射エネルギを増加し、粒径のピー
ク値が得られる条件よりも高いエネルギを照射すること
により得られる微細な結晶粒を本願明細書においては、
「課粒」と称する。

【００３４】図１（ｂ）に示したようなＴＦＴとなる部
分の粒径は大きいことが望ましい。これは、ＴＦＴに必
要とされる移動度を確保するためである。図２から、レ
ーザの照射エネルギ密度は、ＴＦＴとなる領域の多結晶
シリコン膜１３の粒径が０．２５〜１．０μｍになる値
に設定することが望ましいことが分かる。膜厚５０ｎｍ
の非晶質シリコン膜の場合には、レーザのエネルギ密度
は図２より３２０〜３５５ｍＪ／ｃｍ²の範囲に設定す
ればよいことが分かる。

【００３５】例えばエネルギ密度を３３０ｍＪ／ｃｍ²
に設定して、ＴＦＴ領域のシリコン粒径を０．５μｍと
することができる。

【００３６】次に、補助容量部のシリコン膜の最適な膜
厚について説明する。図３は、多結晶シリコン膜の結晶
粒径と突起高さとの関係を表すグラフ図である。ここ
で、突起の高さはＡＦＭ（原子間力顕微鏡）により測定
した最大突起高さを表す。同図から、シリコン粒径が約
０．２μｍにおいて、粒径の増加とともに突起高さは急
激に増加し、突起高さが１００ｎｍ前後となることが分
かる。一方、シリコン粒径が０．１５μｍ以下の場合
は、突起高さは極めて低く、２０ｎｍ以下に抑制するこ
とができる。つまり、補助容量部において突起の高さを
抑制するためには、シリコン粒径が０．１５μｍ以下に
なるように形成すればよいことがわかる。

【００３７】図４は、レーザアニール前の非晶質シリコ
ンの膜厚とレーザアニール後の結晶粒径及び突起高さの
関係を表すグラフ図である。同図は、レーザの照射エネ
ルギすなわち単位面積当たりの照射量を３３０ｍＪ／ｃ
ｍ²とした場合の関係を例示している。なお、この照射
量は、非晶質シリコンの膜厚が５０ｎｍの場合にＴＦＴ
部の多結晶化に好適な値である。また、同図において
は、結晶粒径と突起の高さは、それぞれ平均値を表す。

【００３８】図４から、レーザの照射量が一定の場合
は、非晶質シリコン膜の膜厚が４５ｎｍ前後において結
晶粒径はピークを有し、それよりも薄い場合も厚い場合
も結晶粒径は小さくなることが分かる。これは、図２に
示したようにレーザの照射量を変化させたことに対応し
ている。

【００３９】すなわち、アニールの光源として用いるＸ
ｅＣｌレーザの波長は約３０８ｎｍであり、シリコンに
対して極めて高い効率で吸収される。すなわち、シリコ
ン層の表面から入射したＸｅＣｌレーザ光は、約１０ナ
ノメータの深さにおいて１／ｅまで強度が減衰する。す
なわち、シリコン膜に入射したレーザ光のエネルギの大
部分は、その表面側の厚さ１０ｎｍの領域で吸収され
る。従って、アモルファスシリコンの膜厚がこれよりも
厚い場合には、表面層で吸収されたエネルギが膜厚方向
に分散することにより、膜全体が加熱される。つまり、
膜厚がこれよりも厚くなるほどシリコン膜の単位体積当
たりのレーザのエネルギ量が低下することとなる。

【００４０】図４において、シリコンの膜厚が３５〜４
３ｎｍの範囲は、単位体積当たりの照射エネルギが極め
て高い場合に対応する。これは、図２において照射エネ
ルギが３７０ｍＪ／ｃｍ²よりも高い領域、すなわち、
「課粒」が得られる条件に対応する。つまり、このよう
にシリコンの膜厚が薄い場合には、シリコン膜は極めて
高温に加熱溶融され、急冷されることより微細な結晶粒
である「課粒」が形成される。なお、膜厚が３５ｎｍ未
満の場合には、３３０ｍＪ／ｃｍ²のエネルギ密度でレ
ーザアニールを行うと、多結晶シリコン膜は溶発（アブ
レーション）してしまう。

【００４１】これに対して、シリコンの膜厚を４５ｎｍ
前後まで厚くすると、シリコン膜の体積当たりの照射エ
ネルギは最適な量となり、結晶粒径が増大する。これ
は、図２の粒径のピークに対応する。

【００４２】さらに、シリコンの膜厚を厚くすると、シ
リコン膜の単位体積当たりの照射エネルギは低下し、加
熱が不十分となるために、粒径が小さくなる。これは、
図２の照射エネルギ密度が低い場合に対応する。

【００４３】一方、シリコン膜厚と突起と関係について
みると、シリコン膜厚が３５〜４３ｎｍの場合に、突起
高さを２０ｎｍ以下にすることができることが分かる。
つまり、上述した微細な結晶粒が得られる条件におい
て、突起の高さも抑制されていることが分かる。

【００４４】従って、図１（ｂ）に示した補助容量部の
非晶質シリコン膜１３の膜厚を３５〜４３ｎｍとすれ
ば、レーザ光によるアニール後の結晶粒径は０．１５μ
ｍ以下の「課粒」となり、突起の高さを２０ｎｍ以下に
抑えることができる。

【００４５】なお、上述した数字は、一例に過ぎず、シ
リコン膜の膜厚とレーザの照射量は、適宜決定すること
ができる。

【００４６】図１に戻って説明を続けると、このよう
に、ＴＦＴ部と補助容量部とで異なる膜厚及び粒径の多
結晶シリコン膜１３ａ、１３ｂを形成した後に、図１
（ｃ）に示したように、多結晶シリコン膜をパターニン
グして島切りする。さらに、ゲート絶縁膜１４をＴＥＯ
Ｓ−ＳｉＯｘにより形成する。ゲート絶縁膜１４の膜厚
は約１２０ｎｍとすることができる。

【００４７】次に、ゲート電極１５及び補助容量線１６
をＭｏＷ（モリブデン・タングステン）で形成する。補
助容量部は、粒径０．１５μｍ以下の多結晶シリコン膜
（またはドープ膜）１３ｂと絶縁膜１４と補助容量線１
６とにより構成される。

【００４８】次に、層間絶縁膜、パッシベーション、カ
ラーフィルタ、透明電極（ＩＴＯ）などを積層し、対向
基板との間に液晶を封入することにより、最終的には、
図１（ｄ）に示したような多結晶シリコン薄膜トランジ
スタ方式液晶表示装置を形成した。

【００４９】本発明者は、このようにして形成した液晶
表示装置の補助容量部の絶縁耐圧を評価し、従来のもの
と比較検討した。その結果、従来構造では電圧１５ボル
トでＢＴＳ（Bias Temperature Stress）試験を行う
と、破壊（ショート）するものが現れるが、本発明の構
造では破壊するものはなかった。また、電圧１５Ｖでの
リーク電流も従来の１／１０以下に低減することができ
た。これらは、すべて、本発明による液晶表示装置にお
いては補助容量部のシリコン膜の表面の突起の発生が抑
制されていることに起因すると考えられる。

【００５０】さらに、本発明者は、液晶表示装置の画像
表示部の点欠陥について、初期状態と高温高湿試験（温
度７０℃、湿度８０％）後にそれぞれ評価した。以下の
数値は、表示部の点欠陥の数を表す。

【００５１】このように、本発明によれば、画像表示部の点欠陥数を
顕著に低減することができた。これも、補助容量部にお
いて突起の発生を抑制したことに起因すると考えられ
る。

【００５２】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。本実施形態においては、補助容量部のシリコ
ン膜の上にキャップ層を設けた状態でレーザアニールを
施すことを特徴とする。

【００５３】図５は、本発明の第２の実施形態にかかる
液晶表示装置の要部構成を表す概略工程断面図である。
以下、本実施形態の液晶表示装置について、その製造工
程に沿って説明する。

【００５４】まず、図５（ａ）に示したように、ガラス
基板１１上にアンダーコート１２を形成し、その上に非
晶質シリコン膜１３を形成する。本実施形態におけるア
ンダーコート１２および非晶質シリコン膜の形成方法や
形成条件は、前述した第１実施形態と同様とすることが
できる。また、非晶質シリコン膜１３の膜厚も約５０ｎ
ｍとする。

【００５５】本実施形態においては、さらに連続してレ
ーザアニール時のキャップ層となる酸化膜２１０を堆積
する。次に、非晶質シリコン膜１３の中の水素を脱離す
るために、約４５０℃において３０〜６０分間の熱アニ
ールを行う。

【００５６】次に、図５（ｂ）に示したように、キャッ
プ層２１０をパターニングし、レーザアニールを行う。
具体的には、補助容量部となる領域のキャップ層２１０
を図示しないレジストマスクで覆い、ウエットエッチン
グ（ＨＦ系）によりキャップ層２１０を選択的にエッチ
ング除去する。レジストを剥離した後に、ＸｅＣｌレー
ザを用いて結晶化を行う。この際に、キャップ層２１０
の厚みをレーザ光の透過率が最小となるように調節す
る。

【００５７】図６は、キャップ層の膜厚とＸｅＣｌレー
ザ光の透過率との関係を表すグラフ図である。キャップ
層の上面と下面とで反射されるレーザ光成分が干渉を生
ずるために、レーザ光の透過率は、キャップ層の膜厚に
依存して周期的に変動する。

【００５８】本実施形態においては、キャップ層２１０
の膜厚Ｘは、ＸｅＣｌレーザ光の透過率が最小となるＸ
（ｎｍ）＝１０５ｎ（ｎ＝１，２，３・・・）に設定す
る。このようにすると、キャップ層２１０における透過
率が小さいので、キャップ層の下の領域は照射エネルギ
密度が低くなり、結晶粒を小さくすることができる。つ
まり、図２に示した照射エネルギと結晶粒径との関係に
おいて、単位面積当たりの照射エネルギすなわち照射量
を下げることにより結晶粒径が小さくなることに対応す
る。このようにして補助容量部のシリコン結晶粒径を小
さくすることにより、図３に関して前述したように、多
結晶シリコン膜の表面の突起の高さを効果的に抑制する
ことができる。

【００５９】図７は、キャップ層の膜厚を１０５ｎｍと
して形成した多結晶シリコン膜の粒径と照射エネルギと
の関係を示す。ここで、キャップ層がない部分（すなわ
ちＴＦＴ領域）についてのデータは、図２と同一のもの
である。前述したように、ＴＦＴ部分の結晶粒径を０．
２５μｍ以上とするためには、単位面積当たりの照射エ
ネルギを３２０〜３５５ｍＪ／ｃｍ²とする必要があ
る。図７から、このエネルギ範囲において、キャップ層
がある部分（すなわち補助容量部）のシリコン粒径は
０．１５μｍ以下になることがわかる。その結果とし
て、図３に関して前述したように、補助容量部の多結晶
シリコン膜表面の突起高さを２０ｎｍ以下に抑えること
ができる。

【００６０】ここで図５に戻って説明すると、図５
（ｂ）に示したように補助容量部にキャップ層２１０を
設けた状態でレーザアニールを行った後に、図５（ｃ）
に示したように、キャップ層２１０を剥離し、図１
（ｃ）及び（ｄ）に関して前述したものと同様の工程を
経て同様の構成を有する液晶表示装置が完成する。な
お、本実施形態におけるキャップ層２１０は、除去せず
にそのまま絶縁膜として利用しても良い。

【００６１】本実施形態による液晶表示装置は、補助容
量部の耐圧やリーク電流などの点で優れた特性を示し
た。これは、本実施形態においては、キャップ層２１０
を被せた状態でレーザアニールを行うことにより、結晶
化の際の突起の成長をさらに効果的に抑制することがで
きるからであると考えられる。

【００６２】ここで、本実施形態において用いるキャッ
プ層２１０の材料としては、ある程度の耐熱性と透光性
を有するものであれば良く、前述したし酸化シリコンの
他に、窒化シリコンやアルミナなどの各種の無機材料を
始めとして、その他金属や有機材料なども挙げることが
できる。その最適な膜厚についても、その屈折率を基に
して図６に例示したような関係を導出することにより求
めることができる。

【００６３】なお、前述した第１実施形態のように、よ
り高い照射エネルギで結晶化しても小粒径を得ることが
できるが、キャップ層がある場合に高いエネルギで結晶
化すると、多結晶シリコン中に０．３μｍ程度のボイド
が多数発生してしまうので、低いエネルギで結晶化する
ことが望ましい。

【００６４】次に、本発明の第３の実施の形態について
説明する。本実施形態においては、補助容量部のシリコ
ン膜厚をＴＦＴ部よりも厚く形成することにより突起の
発生を抑制する。

【００６５】図８は、本発明の第３の実施形態にかかる
液晶表示装置の要部構成を表す概略工程断面図である。
以下、本実施形態の液晶表示装置について、その製造工
程に沿って説明する。

【００６６】まず、図８（ａ）に示したように、ガラス
基板１１上にアンダーコート１２、非晶質シリコン膜１
３を堆積する。ここで、ガラス基板１１やアンダーコー
ト１２の材料や条件などは前述した各実施形態と同様と
することができる。また非晶質シリコン膜１３の膜厚
は、７０〜１００ｎｍ程度とする。そして、非晶質シリ
コン膜１３中の過剰な水素を取り除くため５００℃で１
時間程度の加熱を行う。

【００６７】次に、図８（ｂ）に示したように、画素補
助容量部の部分を残し、他の部分の非晶質シリコン膜１
３の膜厚が５０ｎｍになるまでエッチングを行う。そし
て、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌレーザ光をパルス幅２５
ナノ秒で、例えば１ヶ所当たり２５パルス照射されるよ
うに基板を走査しながらアニールする。このようなアニ
ールにより、図８（ｃ）に示したように、ＴＦＴ部分の
結晶粒径が約０．３μｍ程度のシリコン多結晶が得られ
る。これは、図２に示した結晶粒の大きい条件に対応す
る。

【００６８】このようして得られたシリコン多結晶体に
おいては、膜厚５０ｎｍにエッチングしたＴＦＴ領域の
多結晶シリコン膜表面の突起は最大のもので１２５ｎｍ
程度であったが、画素補助容量部を形成する（エッチン
グをしていない）領域の突起それは最大のものでも２０
ｎｍ程度であった。

【００６９】比較のために、画素補助容量形成部の非晶
質シリコン膜の膜厚も５０ｎｍになるように、最初から
５０ｎｍの膜厚に成膜したサンプルも作製した。このサ
ンプルに同一の条件でレーザアニールを施したところ、
画素補助容量領域の表面突起高さは１２５ｎｍ程度であ
った。

【００７０】本発明者は、さらに補助容量部の非晶質シ
リコン膜の膜厚を種々に変化させてレーザアニールを試
みた。

【００７１】図９は、５０ｎｍの非晶質シリコン膜の平
均結晶粒径が０．３μｍ程度になる照射エネルギーでレ
ーザアニールした時の、非晶質シリコン膜厚と最大突起
高さとの関係を表すグラフ図である。同図から、非晶質
シリコンの膜厚が厚くなるに従って突起は低くなり、膜
厚７０ｎｍ以上において突起は２０ｎｍ以下に抑制され
ることが分かる。これは、膜厚を厚くすることにより、
シリコン膜中の単位体積当たりのレーザのエネルギが低
下して加熱量が低下することに対応する。つまり、これ
は、図２において、照射エネルギ密度を３２０ｍＪ／ｃ
ｍ²よりも低下させたことに対応する。その結果とし
て、結晶粒径が小さくなり、図３に示したように、突起
も低くなる。

【００７２】本発明者は、ＴＦＴ部分の非晶質シリコン
の膜厚を５０ｎｍ、補助容量部の非晶質シリコンの膜厚
を９０ｎｍとし、ＴＦＴ部において粒径が約０．３μｍ
となるような条件でレーザアニールを施した。しかる後
に、図１に関して前述したような工程により液晶表示装
置を試作し、従来の構成による比較サンプルとともに特
性を評価し、以下に示す結果を得た。

【００７３】初期評価７０℃８０％加速劣化試験後平均画素不良数平均画素不良数（個／パネル）（個／パネル）本発明００従来品５８すなわち、比較用として試作した液晶表示装置では、１
パネル当たり５個の画素不良があったが、本実施形態に
より試作したパネルでは画素不良は認められなかった。
また、温度７０℃−湿度８０％の環境下で加速劣化試験
を行なった結果、比較用に作製した従来のパネルは時間
の経過とともに画素不良が増加したが、本実施形態によ
り試作したパネルでは画素不良は発生しなかった。

【００７４】すなわち、本実施形態においても、補助容
量部の突起の発生が極めて効果的に抑制され、耐圧が高
く、リーク電流が低く、極めて良好な初期特性及び信頼
性を有する液晶表示装置を実現できることが分かった。

【００７５】以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の
形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体
例に限定されるものではない。例えば、各実施形態にお
ける非晶質シリコンの膜厚やレーザの波長、照射エネル
ギ密度、温度などの条件は、適宜決定することができ
る。

【００７６】また、前述した各実施形態においては、非
晶質シリコンをレーザアニールする例を示したが、これ
以外にも、多結晶シリコンをレーザアニールしても良
い。つまり、本発明は、非単結晶すなわち単結晶でない
シリコン膜をレーザアニールするすべての場合について
同様に適用し、同様の効果を得ることができる。

【００７７】また、液晶表示装置の構成としては、図１
（ｄ）に例示したものに限定されず、多結晶シリコンか
らなるＴＦＴと補助容量部とを有するあらゆる液晶表示
装置について同様に適用し、同様の効果を得ることがで
きる。

【００７８】

【発明の効果】本発明によれば、ＴＦＴ部分の非晶質シ
リコンの膜厚に比べて補助容量部の膜厚を薄くすること
により、補助容量部のシリコンを微細な多結晶体とし、
突起の発生を極めて効果的に抑制することができる。そ
の結果として、耐圧が高く、リーク電流が小さく、点欠
陥が少ない液晶表示装置を提供することができるように
なる。

【００７９】また、本発明によれば、補助容量部のシリ
コン膜の上にキャップ層を設けた状態でレーザアニール
を施すことにより、補助容量部のレーザ照射量を抑制し
て、結晶粒を微細化し、突起の発生を抑制することがで
きる。その結果として、耐圧が高く、リーク電流が小さ
く、点欠陥が少ない液晶表示装置を提供することができ
るようになる。

【００８０】さらに、本発明によれば、補助容量部のシ
リコン膜の膜厚をＴＦＴ部よりも厚くすることにより、
レーザの照射エネルギ密度を低下させ、結晶成長を抑制
して突起の発生を抑制することができる。その結果とし
て、耐圧が高く、リーク電流が小さく、点欠陥が少ない
液晶表示装置を提供することができるようになる。

【００８１】以上説明したように、本発明によれば、高
性能且つ高信頼性を有する液晶表示装置を高い歩留まり
で提供することができるようになり、産業上のメリット
は多

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる液晶表示装
置の要部構成を表す概略工程断面図である。

【図２】照射エネルギ密度と結晶粒径との関係を表すグ
ラフ図である。

【図３】多結晶シリコン膜の結晶粒径と突起高さとの関
係を表すグラフ図である。

【図４】レーザアニール前の非晶質シリコンの膜厚とレ
ーザアニール後の結晶粒径及び突起高さの関係を表すグ
ラフ図である。

【図５】本発明の第２の実施形態にかかる液晶表示装置
の要部構成を表す概略工程断面図である。

【図６】キャップ層の膜厚とＸｅＣｌレーザ光の透過率
との関係を表すグラフ図である。

【図７】キャップ層の膜厚を１０５ｎｍとして形成した
多結晶シリコン膜の粒径と照射エネルギとの関係を示
す。

【図８】本発明の第３の実施形態にかかる液晶表示装置
の要部構成を表す概略工程断面図である。

【図９】５０ｎｍの非晶質シリコン膜の平均結晶粒径が
０．３μｍ程度になる照射エネルギーでレーザアニール
した時の、非晶質シリコン膜厚と最大突起高さとの関係
を表すグラフ図である。

【図１０】従来の多結晶化工程を表す概略工程断面図で
ある。

【符号の説明】

１１基板１２アンダーコート１３非晶質シリコン膜１３ａ、１３ｂ多結晶シリコン薄膜１４ゲート絶縁膜２００レジスト２１０キャップ層１０１基板１０２アンダーコート１０３非晶質シリコン膜１０４ゲート絶縁膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者川久慶人埼玉県深谷市幡羅町１−９−２株式会社東芝深谷電子工場内Ｆターム(参考） 2H092 GA16 JA24 JB63 JB69 KA04 KA05 MA30 NA16 PA01 PA06 5F110 AA06 AA13 DD02 DD06 DD13 DD14 DD17 DD24 GG02 GG13 GG15 GG16 GG32 GG45 GG51 GG58 NN73 PP03 QQ04 QQ05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】薄膜トランジスタと、補助容量部と、を備
えた液晶表示装置であって、前記薄膜トランジスタと前記補助容量部のそれぞれは、
多結晶シリコン層を有し、前記補助容量部が有する前記多結晶シリコン層の表面に
形成された突起は、前記薄膜トランジスタが有する前記
多結晶シリコン層の表面に形成された突起よりも低いこ
とを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】前記薄膜トランジスタが有する前記多結晶
シリコン層の結晶粒径の平均値は、前記補助容量部が有
する前記多結晶シリコン層の結晶粒径の平均値よりも大
きいことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】前記補助容量部が有する前記多結晶シリコ
ン層の結晶粒径の平均値は、０．１５μｍ以下であるこ
とを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項４】前記薄膜トランジスタが有する前記多結晶
シリコン層の結晶粒径の平均値は、０．２５μｍ以上で
１μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の液晶
表示装置。
【請求項５】前記薄膜トランジスタが有する前記多結晶
シリコン層の膜厚は、前記補助容量部が有する前記多結
晶シリコンの膜厚と異なることを特徴とする請求項１記
載の液晶表示装置。
【請求項６】基板上の薄膜トランジスタを形成すべき部
分に第１の膜厚を有する非単結晶シリコン膜を、基板上
の補助容量部を形成すべき部分に前記第１の膜厚とは異
なる第２の膜厚を有する非単結晶シリコン膜をそれぞれ
形成する工程と、前記第１の膜厚を有する前記非単結晶シリコン膜と前記
第２の膜厚を有する前記非単結晶シリコン膜のそれぞれ
にレーザ光を照射し、前記第２の膜厚を有する非単結晶
シリコン膜と比べて前記第１の膜厚を有する非単結晶シ
リコン膜の方が大きな結晶粒径を有するように多結晶化
する工程と、を備えたことを特徴とする液晶表示装置の
製造方法。
【請求項７】前記第１の膜厚は、前記第２の膜厚よりも
大きく、前記多結晶化する工程において、前記第２の膜厚を有す
る非単結晶シリコン膜に課粒を生じさせることを特徴と
する請求項６記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項８】前記第１の膜厚は、前記第２の膜厚よりも
小さく、前記多結晶化する工程において、前記第１の膜厚を有す
る非単結晶シリコン膜に課粒を生じさせないように前記
レーザ光を照射することを特徴とする請求項６記載の液
晶表示装置の製造方法。
【請求項９】基板上に非単結晶シリコン膜を堆積し、前記非単結晶シリコン膜のうちの薄膜トランジスタを形
成すべき部分における照射エネルギが前記非単結晶シリ
コン膜のうちの補助容量部を形成すべき部分における照
射エネルギよりも大きく、且つ前記薄膜トランジスタを
形成すべき部分において課粒が発生しないように、前記
非単結晶シリコン膜にレーザ光を照射して多結晶化する
工程と、を備えたことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項１０】前記補助容量部を形成すべき部分におけ
る前記非単結晶シリコン膜の上に選択的にキャップ層を
設けた状態で前記レーザ光を照射することを特徴とする
請求項９記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項１１】前記キャップ層は、酸化シリコンからな
り、その膜厚Ｘ（ナノメータ）は、式Ｘ＝１０５ｎ
（但し、ｎは自然数）により表されることを特徴とする
請求項１０記載の液晶表示装置の製造方法。