JP2001244465A

JP2001244465A - 薄膜トランジスタの製造方法、薄膜トランジスタ及び液晶表示装置

Info

Publication number: JP2001244465A
Application number: JP2000051385A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Toyoda; 善章豊田; Genshiro Kawachi; 玄士朗河内; Takao Miwa; 崇夫三輪; Fusao Hojo; 房郎北條
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-02-28
Filing date: 2000-02-28
Publication date: 2001-09-07

Abstract

(57)【要約】【課題】大型の液晶表示装置の製造に最適であり、し
きい値変動、ゲート絶縁膜の耐圧低下を防止した信頼性
の高い薄膜トランジスタ及びその製造方法を提供する。【解決手段】薄膜トランジスタの製造方法は、表面が
絶縁性である基板１上にオルガノシリコンナノクラスタ
ー１８を塗布する工程と、前記オルガノシリコンナノク
ラスターを酸化させ酸化シリコン膜２を形成する工程
と、ソース領域、ドレイン領域、及びそれらに挟まれた
チャネル領域を有する島状非単結晶シリコン膜３を形成
する工程と、前記島状非単結晶シリコン膜上にゲート絶
縁膜５を形成する工程と、前記チャネル領域上にゲート
絶縁膜５を介してゲート電極６を形成する工程とを含む
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜トランジスタ
の製造方法、薄膜トランジスタ及びこれを用いる液晶表
示装置に係り、特に、高い信頼性を有するアクティブマ
トリクス型液晶表示装置に用いることができる薄膜トラ
ンジスタ、その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】パーソナルコンピュータや各種の電気機
器の表示装置として、液晶表示装置の需要が増加する
中、表示画面を大きく、価格を安くという要求が高まっ
ている。大面積化にも安価な液晶表示装置を提供するに
も、大きな基板を用いた歩留まりの良い製造プロセスを
確立することは必須である。歩留まりを低下させる１つ
の要因として、以下のことが挙げられる。絶縁性基板上
又は絶縁膜上に薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴという）
を形成する場合、半導体層を堆積させ、エッチング処理
によりパターンニングを行い、島状半導体層を形成す
る。その後、ゲート絶縁膜を着膜させるが、島状半導体
層と絶縁性基板又は絶縁膜との段差のため、島状半導体
層の端部ではゲート絶縁膜の膜厚が、島状半導体中央部
の平らな部分と比べて薄くなる。その結果、絶縁耐圧が
低下し、半導体層端部でのゲート絶縁膜の絶縁破壊が起
こりやすくなる。この問題は、集積度の向上や高精細化
を目的に、素子を微細化するためのゲート絶縁膜を薄膜
化するとより顕著になり、ゲート絶縁膜の耐圧の著しい
低下を引き起こす。

【０００３】もう一つの問題として、価格を抑えるため
にガラス基板を用いた場合、ガラス基板に含有されるナ
トリウム、カリウム等の不純物がＴＦＴ内、特にゲート
絶縁膜中に拡散し、ＴＦＴの特性を劣化させてしまう。
この防止策としては、ガラス基板とＴＦＴとの間に、不
純物拡散防止機能を持つ絶縁膜を設けることが挙げられ
る。不純物拡散防止膜としては、酸化シリコン膜、窒化
シリコン膜等が知られており、特に窒化シリコン膜は不
純物拡散防止膜として優れた性質を持つ。しかし窒化シ
リコン膜を大面積基板全面に堆積させた場合、ガラス基
板と窒化シリコン膜の熱膨張率の違いにより、基板に反
りが生じたり、窒化シリコン膜に亀裂が発生し、歩留ま
りが低下してしまう。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の問題を解決する
ために、例えば特開平１１−５２４２６号公報に記載さ
れているように、窒化シリコン膜をガラス基板の全面に
渡って形成せず、ポリシリコン層の下部のみに選択的に
形成するという方法がある。この方法によって、膜応力
は大幅に緩和され、ガラス基板の「反り」や窒化シリコ
ン膜の亀裂などの問題が解消される。しかし、窒化シリ
コン膜を堆積後、エッチングするため工程数が増加しコ
スト高となってしまう。

【０００５】島状半導体層端部のゲート絶縁膜の薄膜化
による絶縁耐圧の低下という問題に対しては、例えば特
開平６−８５２５８号公報や特開平８−２６４８０４号
公報に記載されているように、ゲート絶縁膜と島状半導
体層との間に、島状半導体層の端部において重なりを持
つように他の絶縁膜を堆積させる方法や、島状半導体層
の端部をテーパ状に加工しなだらかな傾斜を持つように
する方法、またはその両者の組み合わせ等の方法があ
る。これらの方法によってゲート絶縁膜の耐圧の低下を
防止できる。しかし、これらの方法では絶縁膜を堆積
し、露光、現像の後パターンニングする工程が追加され
歩留まりの低下、コスト高になるなどの問題がある。ま
た、島状半導体層の端部をテーパ状に加工すると、島状
半導体層の幅に比べて実効チャネル幅は狭くなる。これ
は、回路性能を得るために必要なチャネル幅より半導体
層を大きくしなければならないということを意味し、集
積度や開口率の低下を引き起こす。特にこの問題は、集
積度、開口率の向上のため素子を微細化する程、顕著に
なる。

【０００６】他の解決方法として、例えば特開平８−８
３９１１号公報に記載されているように、絶縁基板上に
形成した非単結晶半導体層に酸素を打ち込み直接酸化し
て、島状非単結晶半導体層とその周囲に位置する酸化膜
を形成するという方法がある。この方法によれば、半導
体層の周囲をとり囲むように絶縁膜が形成されるので島
状半導体端部におけるゲート絶縁膜の薄膜化は防止でき
る。しかし、この方法では、酸素を打ち込む工程が追加
され、設備費の増加、製造にかかる電力の増加のためコ
スト高となってしまう。

【０００７】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであって、その目的とするところは、大型基板プ
ロセスに有効であり、かつガラス基板からＴＦＴへの不
純物拡散によるＴＦＴの特性劣化を防止する液晶表示装
置の製造方法を提供することにある。また、本発明の第
２の目的は、島状半導体層端部でのゲート絶縁膜の薄膜
化によるゲート絶縁膜の絶縁破壊を防止したＴＦＴを従
来法よりも少ない工程数で実現し、製造コストを削減で
きる液晶表示装置の製造方法を提供することにある。さ
らに、本発明の第３の目的は、信頼性に優れ、安価な液
晶表示装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成すべく、
本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法は、表面が絶
縁性である基板上にオルガノシリコンナノクラスターを
塗布する工程と、前記オルガノシリコンナノクラスター
を酸化させ酸化シリコン膜を形成する工程と、ソース領
域、ドレイン領域、及びそれらに挟まれたチャネル領域
を有する島状非単結晶シリコン膜を形成する工程と、前
記島状非単結晶シリコン膜上にゲート絶縁膜を形成する
工程と、前記チャネル領域上にゲート絶縁膜を介してゲ
ート電極を形成する工程とを含むことを特徴とする。

【０００９】ここでオルガノシリコンナノクラスターと
は、有機溶剤に可溶で、該溶液のＴａｕｃプロットによ
り求めたバンドギャップが３ｅＶから１．２ｅＶである
有機シリコン化合物をさし、テトラハロゲン化シランと
有機ハロゲン化物をアルカリ金属あるいはアルカリ土類
金属存在下で反応させ、さらにフッ酸で処理することに
よって得られる。テトラハロゲン化シランの一部をトリ
ハロゲン化シランまたはジハロゲン化シランに替えても
良い。このようにして得られたオルガノシリコンナノク
ラスターは炭化水素，アルコール，エーテル，芳香族溶
剤，極性溶媒など一般の有機溶剤に可溶である。

【００１０】合成の最後にフッ酸処理を行うのは、反応
系中の酸素や水，停止材からシリコンナノクラスター中
に取り込まれている酸素原子を排除するためである。こ
れらの酸素原子はシリコン薄膜を得ようとする場合に
は、シリコン酸化膜生成の原因となり好ましくない。フ
ッ酸処理を行うことにより、酸素原子を含まないシリコ
ン薄膜前駆体としてのシリコンナノクラスターを得るこ
とができる。

【００１１】オルガノシリコンナノクラスターの薄膜は
適宜選択された溶剤中にオルガノシリコンナノクラスタ
ーを溶解した溶液から、スピンコート法，ディッピング
法など湿式法による一般的な薄膜形成法で得ることがで
きる。成膜したオルガノシリコンナノクラスターを実質
的に酸素が存在しない雰囲気または還元性雰囲気中で加
熱または紫外線照射するとシリコン薄膜を得ることがで
き、酸化性雰囲気で加熱または紫外線照射すると酸化シ
リコン薄膜を得ることができる。加熱と紫外線照射を組
み合わせても良い。また実質的に酸素が存在しない雰囲
気または還元性雰囲気中でレーザ照射することによりシ
リコン薄膜を得ることも可能である。

【００１２】本発明は、このオルガノシリコンナノクラ
スターを前駆体とする酸化シリコン膜上にＴＦＴを形成
する。前述のように、オルガノシリコンナノクラスター
はテトラハロゲン化シランが原料であり、オルガノシリ
コンナノクラスターを前駆体とする酸化シリコン膜はハ
ロゲンを含む。ハロゲンにはナトリウムイオン、カリウ
ムイオン等を偏析させて捕獲、ゲッタさせる効果があ
り、ガラス基板からのＴＦＴへの不純物拡散を効果的に
防止する。さらに不純物拡散防止の為には酸化シリコン
膜厚が厚い程その効果は大きい。オルガノシリコンナノ
クラスターはスピンコートで成膜が可能であり、大面積
の厚膜形成が容易であり、不純物によるしきい値変動を
抑えることができ、反りや亀裂は発生しない。よって本
発明は大面積のガラス基板を用いた液晶表示装置の製造
に極めて有用である。

【００１３】また、オルガノシリコンナノクラスターを
酸化させる工程と、酸化させずシリコン薄膜とする工程
を適宜組み合わせて島状シリコン層とその周囲を取り囲
むように酸化シリコン膜を形成することが可能であり、
島状半導体層端部の段差を減少した構造が実現でき、ゲ
ート絶縁膜の薄膜化による絶縁耐圧の低下を防止でき
る。しかも、この技術は半導体層を形成後、露光、現
像、エッチングという従来の島状半導体層形成法よりも
少ない工程数で島状半導体層とその周囲の絶縁膜が形成
できるため、製造コストを削減することが可能である。

【００１４】本発明に係る薄膜トランジスタは、表面が
絶縁性である基板上に設けられた酸化シリコン膜と、主
表面及び端面を有する複数の島状非単結晶半導体層と、
該島状非単結晶半導体層中に、ソース領域、ドレイン領
域、及びそれらに挟まれたチャネル領域を有し、前記島
状非単結晶半導体層の端面のみと接する前記酸化シリコ
ン膜上の第１の絶縁膜と、前記島状非単結晶半導体層と
前記第１の絶縁膜とを覆う第２の絶縁膜と、前記チャネ
ル領域上に前記第２の絶縁膜を介して形成されたゲート
電極と、前記ソース領域及び前記ドレイン領域と、前記
ソース領域及び前記ドレイン領域と接触するソース電極
及びドレイン電極とを有し、前記酸化シリコン膜はハロ
ゲン元素を含むことを特徴とする。

【００１５】島状非単結晶半導体層と第１の絶縁膜と
は、端面のみが接するため段差が少なく、ゲート絶縁膜
の薄膜化による絶縁耐圧の低下を防止できる。酸化シリ
コン膜はハロゲン元素を含むため、ガラス基板からゲー
ト酸化膜への不純物の拡散侵入を効果的に防止できる。

【００１６】本発明に係る液晶表示装置は、一対の基板
と、これらの基板に挟持された液晶層を有し、前記一対
の基板の少なくとも一方は光学的に透明であり、他方の
基板に前記した薄膜トランジスタを形成したことを特徴
とする。この発明によれば、薄膜トランジスタは絶縁耐
圧が向上し、微細化が可能であり、液晶表示装置の高精
細化を達成でき、開口率を低下することが無い。

【００１７】前記した第１の絶縁膜は、ゲート線の下の
部分と島状半導体層の周囲を残して取り除かれ、ゲート
線の下の部分と島状半導体層の周囲のみに形成してある
ため、液晶表示装置の画素部分の透過率を向上させるこ
とができ、輝度の高い液晶表示装置を提供できる。ま
た、前記した第１及び第２の絶縁膜は、ゲート線の下の
部分と島状半導体層の周囲を残して同一工程で取り除か
れ、ゲート線の下の部分と島状半導体層の周囲のみに形
成してあるため、液晶表示装置の画素部分の透過率をさ
らに向上させることができ、輝度の高い液晶表示装置を
容易に提供することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る薄膜トランジ
スタの実施の形態を、その製造方法に沿って実施例を参
照して詳細に説明する。（実施例１）本発明の実施例１を図１に従って述べる。
丸底フラスコにアルカリ金属として、削り状Ｍｇ金属
（６４ｍｍｏｌ）を入れ、真空下１２０℃で加熱し活性
化し冷却後、系を窒素雰囲気として脱水テトラヒドロフ
ラン（ＴＨＦ）を加える。これを０℃において超音波を
照射（６０Ｗ）しながら、テトラクロロシラン（１６ｍ
ｍｏｌ）を加え反応させる。２．５時間反応させた後、
生成した黒褐色反応液に、ｔｅｒｔ−ブチルブロマイド
（１６ｍｍｏｌ）を反応させる。１時間反応させた後、
反応液の温度を５０℃とし、さらに０．５時間反応させ
る。この反応液を蒸留水中に滴下し、濾過法により不溶
分ａを回収する。回収した不溶分ａを４７％フッ酸中に
分散させ、３０分間撹拌反応させ濾過により不溶分ｂを
得る。トルエンを溶媒とし不溶分ｂの１６重量％溶液Ｂ
を調製し、オルガノシリコンナノクラスター溶液とす
る。

【００１９】歪点６７０℃の無アルカリガラス基板（６
００ｍｍ×４００ｍｍ）１上に、前記したオルガノシリ
コンナノクラスター溶液を膜厚が５００ｎｍになるよう
回転数を調整しスピンコート法により塗布し、ホットプ
レート上８０℃で１分間乾燥させる。酸素雰囲気中で、
５００Ｗ超高水銀ランプを用いて、図１（ａ）のように
紫外線１６を３分間露光して、図１（ｂ）に示す、酸化
シリコン（ＳｉＯ₂）膜２を得る。さらにプラズマＣＶ
Ｄ法によりアモルファスシリコン層を５０ｎｍ堆積す
る。次にＸｅＣｌエキシマレーザを照射し、アモルファ
スシリコン層を結晶化してポリシリコン膜を得る。

【００２０】次に、公知のホトエッチング工程により多
結晶シリコン膜をパターンニングし、図１（ｃ）の示す
島状ポリシリコン層３を得る。その後、プラズマＣＶＤ
法によりゲート絶縁膜となるＳｉＯ₂膜５を７０ｎｍ堆
積し、さらにスパッタリング法によりＮｂを２５０ｎｍ
堆積する。公知のホトエッチング工程によりＮｂをパタ
ーンニングし、図１（ｄ）に示すゲート電極を形成す
る。

【００２１】その後のＴＦＴの構成について図２を用い
て説明する。ゲート電極６形成の後、ＮチャネルＴＦＴ
に対してはゲート電極６をマスクとして、イオン打ち込
みによって高抵抗Ｎ型ポリシリコン層７を形成の後、レ
ジストをマスクとして低抵抗Ｎ型ポリシリコン層８を形
成する。ＰチャネルＴＦＴに対してはゲート電極６をマ
スクとして、イオン打ち込みによって低抵抗Ｐ型ポリシ
リコン層９を形成する。高抵抗ポリシリコン層のシート
抵抗値としては２０ｋΩ〜１００ｋΩが、低抵抗ポリシ
リコン層のシート抵抗値としては５００Ω〜１００００
Ωが望ましい範囲である。さらに全体を覆うようにＳｉ
Ｏ₂からなる層間絶縁膜１０が形成され、層間絶縁膜１
０に設けたコンタクトスルーホールを介して、Ｔｉ／Ａ
ｌ／Ｔｉの３層金属膜よりなるソース、ドレイン電極及
び配線１１が形成される。ここで３層金属膜を用いたの
は、低抵抗ポリシリコン層８，９とＡｌとのコンタクト
抵抗、及び画素電極ＩＴＯ１３とＡｌとのコンタクト抵
抗を低減するためである。

【００２２】ソース、ドレイン電極及び配線１１のパタ
ーンニングの後、全体を覆うようにＳｉ₃Ｎ₄よりなる膜
厚５００ｎｍの保護絶縁膜１２を形成し、さらに保護絶
縁膜１２に設けたコンタクトスルーホールを介して画素
電極ＩＴＯ１３と、画像表示部のＮチャネルＴＦＴのソ
ース電極とがコンタクトされている。

【００２３】図３は上記のＴＦＴを用いて作製した液晶
表示装置の周辺回路とＴＦＴアクティブマトリクス回路
の平面図の一部で、図４は図３の等価回路である。図３
及び図４に示す液晶表示装置は、ゲートドライバ３０と
ドレインドライバ３１と画像表示部３２とからなり、ゲ
ートドライバ３０及びドレインドライバ３１はＣＭＯＳ
ＴＦＴ３４により構成される。画像表示部３２はゲート
電極６と同層のゲート線３６と、ソース、ドレイン電極
及び配線１１と同層の信号線３７とがマトリクス状に形
成されている。画像表示部３２内に４つ描かれた画素部
は、それぞれスイッチング用ＴＦＴ３３と、ゲート絶縁
膜を誘電体としてゲート電極６と同層の容量線３８とポ
リシリコン層とで構成される保持容量３５と、ソース電
極を介して低抵抗ポリシリコン層と電気的に接続されて
いる画素電極１３とで構成される。

【００２４】図２は図３のＡ−Ａ’線に沿うチャネル長
方向の断面図で、基板上に形成したＴＦＴと画素電極Ｉ
ＴＯまでの構成を示している。左からＣＭＯＳ周辺回路
を構成するＰチャネルＴＦＴ、ＣＭＯＳ周辺回路を構成
するＮチャネルＴＦＴ、そして画像表示部でのアクティ
ブマトリクスに使用されるＮチャネルＴＦＴをそれぞれ
示す。

【００２５】本発明によるＴＦＴを用いて作製した液晶
表示装置の断面図を図５に示す。図５は図３のＣ−Ｃ’
線に沿う断面図である。画素スイッチング用ＴＦＴがガ
ラス基板１上に形成され、前記ガラス基板１と液晶層２
０を挟んで備えられた対向基板２１を有している。前記
ガラス基板１と対向基板２１には配向膜２２が塗布され
ており液晶の配向を制御している。さらに、対向基板２
１には対向電極２３と偏光板２４とが備えられており、
前記ガラス基板１にも偏光板２４が備えられている。画
素電極ＩＴＯ１３に電圧を印加し、液晶２０の配向を変
化させることで、バックライト２５からの光の透過率を
変化させ、映像を表示できる。

【００２６】本発明による液晶表示装置では、不純物拡
散防止膜として窒化シリコンを用いず、スピンコート法
により５００ｎｍという厚い酸化シリコン膜２を形成し
た。よって、不純物によるしきい値変動を抑え、かつ６
００ｍｍ×４００ｍｍという大型基板を用いても反りや
亀裂が生ずることはなかった。

【００２７】よって本発明の液晶表示装置の製造方法
は、窒化シリコンを下地膜として用いる必要がないため
製造プロセスの簡略化が図れるだけでなく、基板の反り
や亀裂も生じないので大型ガラス基板に最適である。さ
らにスピンコート法により酸化シリコン膜を形成するの
で厚膜を容易に厚く形成でき、不純物拡散防止にも効果
的である。

【００２８】（実施例２）実施例２は、前記した実施例
１の効果に加えて、さらに島状半導体層端部におけるゲ
ート絶縁膜の薄膜化を防止する効果を有するものであ
る。実施例２で作製した液晶表示装置の平面図は、実施
例１の平面図である図３と同様であるが、その特徴は図
８の断面図で確認できる。図８は図３中のＢ−Ｂ’線に
沿うチャネル幅方向の断面図で、ＴＦＴのゲート電極形
成まで工程を経た状態の断面図を示す。ガラス基板１上
にバッファ層として酸化シリコン膜２を介して形成され
たポリシリコン層３及び絶縁膜４と、ポリシリコン層３
と絶縁膜４を覆うゲート絶縁膜５と、ゲート絶縁膜５上
のゲート電極６とが図示されており、前記ポリシリコン
層３と前記絶縁膜４とはお互いに端面のみが接触してお
り、ゲート絶縁膜５の薄膜化を防止している。

【００２９】以下、詳細な作製手順を図６に従って述べ
る。まず、実施例１と同様の手順により歪点６７０℃の
無アルカリガラス基板（６００ｍｍ×４００ｍｍ）１上
に、第１のオルガノシリコンナノクラスター溶液を塗布
してから酸化させ、第１の酸化シリコン膜２（５００ｎ
ｍ）を形成する。その上に実施例１で用いた第２のオル
ガノシリコンナノクラスター溶液を、膜厚が１００ｎｍ
になるよう回転数を調整しスピンコート法により塗布
し、ホットプレート上８０℃で１分間乾燥させて、図６
（ａ）に示すオルガノシリコンナノクラスター層１８を
成膜する。酸素雰囲気中で、図６（ｂ）に示すように、
遮光性マスク１５を通して５００Ｗ超高水銀ランプを用
いて紫外線１６を３分間露光する。紫外線１６を照射し
た部分は、図６（ｃ）に示す第２の酸化シリコン（Ｓｉ
Ｏ₂）膜４となる。

【００３０】これを、真空条件下（１×１０^-5ｔｏｒ
ｒ）５００℃で１時間加熱する。ここで、シリコンナノ
クラスターの有機成分が熱分解され、紫外線未照射の部
分はアモルファスシリコンとなり、図６（ｄ）のように
島状のアモルファスシリコン層１４が形成される。次に
ＸｅＣｌエキシマレーザ１７を照射し、アモルファスシ
リコン層１４を結晶化して、図６（ｅ）のポリシリコン
層３を得る。その後、プラズマＣＶＤ法によりゲート絶
縁膜となるＳｉＯ₂膜５を１００ｎｍ堆積し、さらにス
パッタリング法によりＮｂを２５０ｎｍ堆積する。公知
のホトエッチング工程によりＮｂをパターンニングし、
図６（ｆ）に示すゲート電極６を形成する。その後のＴ
ＦＴの構成については実施例１と同様であり、図３中の
Ａ−Ａ’線断面図を図７に示すが、詳細は前記と同様で
あり省略する。

【００３１】本発明の実施例２によるＴＦＴを用いた液
晶表示装置の断面図を図９に示す。図９は図３のＣ−
Ｃ’線に沿う断面図である。実施例２による液晶表示装
置は、下地膜、島状半導体層及びその周囲の絶縁膜が、
第１及び第２のオルガノシリコンナノクラスターから形
成されてハロゲンを含むことにより、ガラス基板からゲ
ート酸化膜への不純物の拡散侵入を防止するだけでな
く、島状半導体層端部と絶縁層とが端面のみ接して段差
を減少した構造であるため、ゲート絶縁膜の薄膜化によ
る絶縁耐圧の低下を防止でき、ＴＦＴの歩留まりが向上
する。また、島状半導体層の幅と同程度の実効チャネル
幅を得ることができ、微細化による素子寸法の縮小化に
も適用できる。よって本発明の液晶表示装置は高精細化
により素子寸法の縮小化がなされた場合でも、集積度、
開口率の低下は生じない。さらに、本発明では島状半導
体層とその周囲に形成されている絶縁層の膜厚が略同じ
であるので、その上に形成するゲート絶縁膜やゲート電
極の形成が容易になる。よってゲート絶縁膜を薄膜化す
ることが可能となり、トランジスタのオン電流を大きく
できる利点がある。

【００３２】（実施例３）本発明の液晶表示装置におい
て、島状半導体層の周囲の絶縁膜４を、ゲート線の下の
部分と島状半導体層の周囲を残して取り除いた場合の例
を図１０に示す。このため、第１の絶縁膜４は、ゲート
線の下の部分と島状半導体層の周囲に形成され、主に光
が透過する領域においては前記絶縁膜４が存在していな
いため、この構造によって島状半導体層端部におけるゲ
ート絶縁膜の絶縁耐圧低下の防止、ゲート電極の断線防
止等という機能を保ちつつ、より高い透過率が得られ、
液晶表示装置はより高い輝度が得られる。

【００３３】（実施例４）本発明の液晶表示装置におい
て、ゲート線の下の部分と島状半導体層の周囲を残し
て、島状半導体層の周囲の絶縁膜４とゲート絶縁膜５を
同一工程で取り除いた場合の例を図１１に示す。本実施
例では、島状半導体層の周囲の絶縁膜４とゲート絶縁膜
５が同じ材質であることを利用して、実施例３と同じ工
程数で、この両者を同一のエッチング処理で取り除くこ
とができる。このため、第１の絶縁膜４と第２のゲート
絶縁膜５は、ゲート線の下の部分と島状半導体層の周囲
に形成され、バックライト２５の光が主に透過する領域
においては絶縁膜４，５が存在していないため、より高
い透過率が得られ、液晶表示装置はより高い輝度を実現
できる。

【００３４】（実施例５）図１２は実施例１から４に記
載のＴＦＴ駆動液晶表示装置の回路構成を示すブロック
図である。前記した図４は、図１２の一部を示してい
る。実施例１または２に記載のＴＦＴＣＭＯＳを用い
て、図１２に示すようなＴＦＴ駆動ＬＣＤ回路を構成で
きる。すなわち、画像表示部３２の各画素ＴＦＴ３３の
制御は、コントロール回路７４によって制御されるドレ
インドライバ回路３１及びゲートドライバ回路３０によ
って行われる。コントロール回路７４はメイン回路７３
によって制御される。メイン回路７３は電源７２から電
源を供給される。また、バックライト２５は電源７２に
接続されるインバータ回路７１によって給電される構成
になっている。

【００３５】本実施例によれば、画像表示部３２とコン
トロール回路７４、ドレインドライバ回路３１、ゲート
ドライバ回路３０を同一ガラス基板上に形成でき、液晶
パネルに周辺回路を内蔵することが可能となり、液晶表
示装置の低コスト化と高信頼性を実現できる。

【００３６】（実施例６）図１３は本発明の第６の実施
例であるシステムオンパネルを示すレイアウト図であ
る。実施例５を改良して、図１３に示すシステムオンパ
ネルを構成できる。このシステムオンパネルは、矩形状
の表示部８０の周囲に、ＴＦＴ駆動回路８１、８２、８
３、光センサ制御ユニット８４、ＴＦＴ通信回路８５、
ＴＦＴＤＲＡＭ８６、ＴＦＴＳＲＡＭ８７、ＴＦＴプロ
セッサ８８、ＴＦＴ駆動回路８９を配置した構成になっ
ている。これら各部は１枚のガラス基板に組み込まれ、
トランジスタは実施例１または２に記載のもので構成さ
れている。従って、高性能で小型のシステムオンパネル
となる。

【００３７】以上、実施例１から実施例６に記載の液晶
表示装置において、基板はガラス基板の他の絶縁性基板
であってもよい。基板は、一対の基板とも透明であれば
透過型の液晶表示装置に使用でき、観者に対向する基板
のみが透明であれば、反射型の液晶表示装置に使用でき
る。また、液晶はネマチック液晶等、適宜の液晶を使用
することができる。

【００３８】下地膜形成時のシリコンナノクラスターの
酸化は、加熱でも良いし、紫外線照射と加熱の組み合わ
せであっても良い。紫外線照射はスループットの向上
に、加熱は膜の緻密化など膜質の良化に効果的である。
また、下地膜としては、酸化シリコン膜だけでなく、酸
化シリコンと薄い窒化シリコンとの積層膜を用いても良
い。窒化シリコンをバッファ層として用いれば、ガラス
基板内の不純物がゲート絶縁膜中に拡散侵入するのをよ
り効果的に防止できる。

【００３９】アモルファスシリコンの結晶化法は熱アニ
ールによる固相成長法でも良いし、熱アニールとレーザ
アニールの組み合わせであっても良い。ゲート絶縁膜
は、オルガノシリコンナノクラスターの酸化膜であって
も良い。膜中のハロゲンの働きによりナトリウム、カリ
ウムなどの動きが抑制される。また、層間膜、保護膜等
の絶縁膜の堆積方法は、プラズマＣＶＤ法等、公知の堆
積法であっても良い。また、ゲート、ソース、ドレイン
の電極材料は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ等公知の電極材料であ
っても良い。

【００４０】また、実施例２から実施例４に記載の液晶
表示装置において、ＸｅＣｌエキシマレーザを照射する
前に、真空条件下（１×１０^-5ｔｏｒｒ）５００℃で１
時間加熱するが、この工程は実質的に酸素の存在しない
雰囲気または還元性雰囲気で紫外線照射をしてもよい
し、両者を組み合わせても良い。紫外線照射はスループ
ットの向上に、加熱は膜の緻密化など膜質の良化に効果
的である。さらに、この工程を省略して、実質的に酸素
の存在しない雰囲気または還元性雰囲気でレーザ照射を
して結晶化しても良い。この場合、プロセスが簡略化さ
れるため製造コストが削減できる。

【００４１】また、オルガノシリコンナノクラスターの
酸化法は、酸化性雰囲気での加熱であっても良い。この
場合、酸化の前に島状半導体層を形成しておくことが望
ましい。島状半導体層形成後の熱処理により緻密な膜が
得られる。別の製造方法として、島状半導体層となる部
分をマスクで覆い、酸化雰囲気中で加熱することにより
島状半導体層と、その周囲の絶縁膜を同時に形成する方
法も製造プロセス簡略化に有効である。さらに、マスク
を除去し紫外線またはレーザ照射により半導体層の膜質
が良化する。

【００４２】本発明による液晶表示装置の製造方法に依
れば、スピンコート法によりオルガノシリコンナノクラ
スターを成膜の後、酸化シリコン膜または非単結晶シリ
コン膜を形成するため、大型基板を用いたプロセスに有
効である。また、オルガノシリコンナノクラスターから
形成した酸化シリコン膜はハロゲン元素を含むことか
ら、ガラス基板内不純物によるＴＦＴ特性の劣化を防止
できる。

【００４３】さらに、島状半導体層端部の段差を減少し
た構造が実現できるため、ゲート絶縁膜の薄膜化による
絶縁耐圧の低下を防止できる。この技術は、従来の露
光、現像、エッチングという島状半導体層形成法に比
べ、露光及び加熱、または露光のみ等、従来法よりも少
ない工程数で島状半導体層とその周囲の絶縁膜が形成で
き、製造コストを削減することが可能である。また、島
状半導体層及びその周囲の絶縁膜はハロゲン元素を含む
ことから、ガラス基板内からゲート絶縁膜中への不純物
拡散侵入によるＴＦＴ特性の劣化を防止できる。本発明
の製造方法では、従来のＣＶＤ法の代わりに、スピンコ
ート法を用いるので成膜時の電力が削減できる。よっ
て、信頼性が高く、安価な液晶表示装置を提供できる。

【００４４】勿論、非単結晶シリコン薄膜の製造方法
を、従来のＣＶＤ法から本発明のスピンコート法に変更
する事のみによっても、大型基板上に均一な成膜が可
能、成膜時の電力削減等の利点から製造コストが削減で
き、安価な液晶表示装置を提供できる。この時の成膜法
は上述のように、スピンコート法によりオルガノシリコ
ンナノクラスターを成膜の後、実質的に酸素の存在しな
い雰囲気または還元性雰囲気での紫外線照射でもよいし
加熱でもよい。また両者を組み合わせても良い。紫外線
照射はスループットの向上に、加熱は膜の緻密化など膜
質の良化に効果的である。紫外線照射または加熱の後、
さらにレーザ照射を行うとシリコンの結晶性が良化し、
ＴＦＴの特性が向上する。さらに紫外線照射または加熱
という工程を省略して、実質的に酸素の存在しない雰囲
気または還元性雰囲気でレーザ照射をして結晶化しても
良い。この場合、プロセスが簡略化されるため製造コス
トが削減できる。

【００４５】なお、本実施例はトップゲート型ＴＦＴを
用いた液晶表示装置についての記載であったが、本発明
はボトムゲート型ＴＦＴを用いた液晶表示装置、さらに
実施例６に記載のような半導体集積回路、太陽電池、携
帯機器等にも適用できる。

【００４６】

【発明の効果】以上の説明から理解できるように、本発
明の薄膜トランジスタ、その製造方法は、大型基板プロ
セスに有効で、かつＴＦＴの信頼性を向上させる構造が
実現できる。よって信頼性に優れ、安価で動作の安定し
た液晶表示装置や、他の半導体集積回路等を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る薄膜トランジスタの実施例１の製
造工程を示す断面図。

【図２】実施例１の薄膜トランジスタのチャネル長方向
断面図。

【図３】実施例１の薄膜トランジスタを用いた半導体装
置の平面図。

【図４】図３の等価回路図。

【図５】本発明に係る実施例１の薄膜トランジスタを用
いた液晶表示装置の断面図。

【図６】本発明に係る薄膜トランジスタの実施例２の製
造工程を示す断面図。

【図７】実施例２の薄膜トランジスタのチャネル長方向
断面図。

【図８】実施例２の薄膜トランジスタのチャネル幅方向
断面図。

【図９】実施例２の薄膜トランジスタを用いた液晶表示
装置の断面図。

【図１０】実施例３の薄膜トランジスタを用いた液晶表
示装置の断面図。

【図１１】実施例４の薄膜トランジスタを用いた液晶表
示装置の断面図。

【図１２】本発明に係る液晶表示装置の実施例５の回路
ブロック図。

【図１３】本発明に係る液晶表示装置をシステムオンパ
ネルとした実施例６のレイアウト図。

【符号の説明】

１ガラス基板２酸化シリコン膜（バッファ層）３島状ポリシリコン層（チャネル領域）４酸化シリコン膜（絶縁膜）５ＳｉＯ₂膜（ゲート絶縁膜）６ゲート電極７高抵抗Ｎ型ポリシリコン層８低抵抗Ｎ型ポリシリコン層９低抵抗Ｐ型ポリシリコン層１０層間絶縁膜１１ソース、ドレイン電極及び配線１２保護絶縁膜１３画素電極ＩＴＯ１４アモルファスシリコン層１５遮光性マスク１６紫外線１７ＸｅＣｌエキシマレーザ光１８有機成分を含むシリコンナノクラスター２０液晶層２１対向基板２２配向膜２３対向電極２４偏光板２５バックライト３０ゲートドライバ３１ドレインドライバ３２画像表示部３３スイッチング用ＴＦＴ３４ＣＭＯＳＴＦＴ３５保持容量３６ゲート線３７信号線３８容量線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 29/78 ６２７Ｇ (72)発明者三輪崇夫茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者北條房郎茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内Ｆターム(参考） 2H092 JA28 JA34 JA37 JA41 JB61 KA04 KA05 KB21 MA01 MA10 MA12 MA23 MA25 MA30 NA11 NA14 NA29 5C094 AA14 AA43 AA44 BA03 BA45 CA19 EB05 GB10 5F110 AA12 AA16 AA28 BB02 BB04 BB06 BB07 BB10 CC02 DD02 DD13 DD25 EE04 EE44 FF02 FF22 FF30 GG02 GG13 GG25 GG33 GG42 GG45 HJ13 HL03 HL04 HL12 HM15 NN02 NN04 NN23 NN24 NN35 NN62 NN65 NN72 PP01 PP03 PP13 QQ11 QQ19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面が絶縁性である基板上にオルガノシ
リコンナノクラスターを塗布する工程と、前記オルガノ
シリコンナノクラスターを酸化させ酸化シリコン膜を形
成する工程と、ソース領域、ドレイン領域、及びそれら
に挟まれたチャネル領域を有する島状非単結晶シリコン
膜を形成する工程と、前記島状非単結晶シリコン膜上に
ゲート絶縁膜を形成する工程と、前記チャネル領域上に
ゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程とを含
むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２】前記酸化シリコン膜を形成する工程は、
前記オルガノシリコンナノクラスターを酸化性雰囲気で
加熱して酸化させることを特徴とする請求項１記載の薄
膜トランジスタの製造方法。
【請求項３】前記酸化シリコン膜を形成する工程は、
前記オルガノシリコンナノクラスターを酸化性雰囲気で
紫外線照射して酸化させることを特徴とする請求項１記
載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】前記島状非単結晶シリコン膜は、オルガ
ノシリコンナノクラスターを前駆体とする非単結晶シリ
コンであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか
に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】表面が絶縁性である基板上に第１のオル
ガノシリコンナノクラスターを塗布する工程と、前記第
１のオルガノシリコンナノクラスターを酸化させ第１の
酸化シリコン膜を形成する工程と、前記第１の酸化シリ
コン膜上に第２のオルガノシリコンナノクラスターを塗
布する工程と、前記第２のオルガノシリコンナノクラス
ターに紫外線を照射して第２の酸化シリコン膜を形成す
る工程と、前記第２のオルガノシリコンナノクラスター
の紫外線未照射部にソース領域、ドレイン領域、及びそ
れらに挟まれたチャネル領域を有する島状非単結晶シリ
コン膜を形成する工程と、前記島状非単結晶シリコン膜
及び第２の酸化シリコン膜上にゲート絶縁膜を形成する
工程と、前記チャネル領域上にゲート絶縁膜を介してゲ
ート電極を形成する工程とを含むことを特徴とする薄膜
トランジスタの製造方法。
【請求項６】前記島状非単結晶シリコン膜を形成する
工程は、実質的に酸素が存在しない雰囲気又は還元性雰
囲気で加熱して形成することを特徴とする請求項４又は
５記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項７】前記島状非単結晶シリコン膜を形成する
工程は、実質的に酸素が存在しない雰囲気又は還元性雰
囲気で紫外線照射して形成することを特徴とする請求項
４又は５記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項８】前記島状非単結晶シリコン膜を形成する
工程は、実質的に酸素が存在しない雰囲気又は還元性雰
囲気でレーザ照射して形成することを特徴とする請求項
４又は５記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項９】前記島状非単結晶シリコン膜に、更にレ
ーザ光を照射することを特徴とする請求項６又は７記載
の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１０】前記ゲート絶縁膜は、オルガノシリコ
ンナノクラスターを前駆体とする酸化シリコン膜である
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の薄
膜トランジスタの製造方法。
【請求項１１】表面が絶縁性である基板上にオルガノ
シリコンナノクラスターを塗布する工程と、ソース領
域、ドレイン領域、及びそれらに挟まれたチャネル領域
を有する島状非単結晶シリコン薄膜を形成する工程と、
前記島状非単結晶シリコン薄膜上にゲート絶縁膜を形成
する工程と、前記チャネル領域上にゲート絶縁膜を介し
てゲート電極を形成する工程とを含むことを特徴とする
薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１２】前記島状非単結晶シリコン薄膜を形成
する工程は、実質的に酸素が存在しない雰囲気又は還元
性雰囲気で加熱して形成することを特徴とする請求項１
１記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１３】前記島状非単結晶シリコン薄膜を形成
する工程は、実質的に酸素が存在しない雰囲気又は還元
性雰囲気で紫外線照射して形成することを特徴とする請
求項１１記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１４】前記島状非単結晶シリコン薄膜を形成
する工程は、実質的に酸素が存在しない雰囲気又は還元
性雰囲気でレーザ照射して形成することを特徴とする請
求項１１記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１５】前記島状非単結晶シリコン薄膜に、更
にレーザを照射することを特徴とする請求項１２又は１
３記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１６】表面が絶縁性である基板上に設けられ
た酸化シリコン膜と、主表面及び端面を有する複数の島
状非単結晶半導体層と、該島状非単結晶半導体層中に、
ソース領域、ドレイン領域、及びそれらに挟まれたチャ
ネル領域を有し、前記島状非単結晶半導体層の端面のみ
が接する前記酸化シリコン膜上の第１の絶縁膜と、前記
島状非単結晶半導体層と前記第１の絶縁膜とを覆う第２
の絶縁膜と、前記チャネル領域上に前記第２の絶縁膜を
介して形成されたゲート電極と、前記ソース領域及び前
記ドレイン領域と接触するソース電極及びドレイン電極
とを有し、前記酸化シリコン膜はハロゲン元素を含むこ
とを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項１７】前記第１の絶縁膜と前記島状非単結晶
半導体層は、ハロゲン元素を含むことを特徴とする請求
項１６記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１８】前記第１の絶縁膜と前記島状非単結晶
半導体層と前記第２の絶縁膜は、ハロゲン元素を含むこ
とを特徴とする請求項１６記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１９】一対の基板と、これらの基板に挟持さ
れた液晶層を有し、前記一対の基板の少なくとも一方は
光学的に透明であり、他方の基板に前記請求項１６乃至
１８のいずれかに記載の薄膜トランジスタを形成したこ
とを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２０】前記第１の絶縁膜は、ゲート線の下の
部分と島状半導体層の周囲に形成されることを特徴とす
る請求項１９記載の液晶表示装置。
【請求項２１】前記第１及び第２の絶縁膜は、ゲート
線の下の部分と島状半導体層の周囲に形成されることを
特徴とする請求項１９記載の液晶表示装置。