JP2008235746A - 電気光学装置の製造方法、半導体装置の製造方法、および電気光学装置 - Google Patents
電気光学装置の製造方法、半導体装置の製造方法、および電気光学装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】チャネルドープに起因するゲート絶縁層の損傷およびトランジスタ特性の変動をを確実に防止することのできる電気光学装置の製造方法、半導体装置の製造方法、および電気光学装置を提供すること。
【解決手段】液晶装置などといった電気光学装置で用いられる素子基板10xでは、支持基板10dの上に下地絶縁層12が形成されているとともに、下地絶縁層12の表面に電界効果型トランジスタ10yを構成する能動層が形成されている。電界効果型トランジスタ10yの閾値電圧の調整を行うためのチャネルドープを行う際、下地絶縁層12を介してチャネル領域1xに不純物を導入する。このため、ゲート絶縁層2yには、チャネルドープの際のストレスに起因する欠陥が発生せず、電界効果型トランジスタ10yでは電流リークや絶縁破壊などの不具合が発生しない。
【選択図】 図1
【解決手段】液晶装置などといった電気光学装置で用いられる素子基板10xでは、支持基板10dの上に下地絶縁層12が形成されているとともに、下地絶縁層12の表面に電界効果型トランジスタ10yを構成する能動層が形成されている。電界効果型トランジスタ10yの閾値電圧の調整を行うためのチャネルドープを行う際、下地絶縁層12を介してチャネル領域1xに不純物を導入する。このため、ゲート絶縁層2yには、チャネルドープの際のストレスに起因する欠陥が発生せず、電界効果型トランジスタ10yでは電流リークや絶縁破壊などの不具合が発生しない。
【選択図】 図1
Description
本発明は、電界効果型トランジスタを支持基板上に有する電気光学装置の製造方法、半導体装置の製造方法、および電気光学装置に関するものである。
各種の電気光学装置のうち、例えば、液晶装置では、画素電極および電界効果型トランジスタが形成された素子基板(半導体装置)と、対向基板とが対向配置されているとともに、素子基板と対向基板との間に電気光学物質としての液晶が保持されている。かかる電気光学装置において、電界効果型トランジスタは、駆動回路あるいは画素スイッチング素子などとして用いられている。
ここで、電界効果型トランジスタは、半導体層、ゲート絶縁層、およびゲート電極がこの順に積層された構造を有している。このため、チャネルドープにより、電界効果型トランジスタの閾値電圧を調整する場合、ゲート絶縁層を介して低濃度の不純物を半導体層に導入することになる。このため、ゲート絶縁層には、チャネルドープの際のストレスにより欠陥が発生し、電流リークや絶縁破壊の原因となる。
そこで、半導体層の表面を熱酸化してゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層を介してチャネルドープを行った後、再度、熱酸化を行って、ゲート絶縁層を形成することが提案されている(特許文献1参照)。
特開平5−109766号公報
しかしながら、特許文献1に係る構成では、再度の熱酸化によっても、ゲート絶縁層を十分に修復できず、ゲート絶縁層に欠陥が残る可能性がある。
また、特許文献1に係る構成では、チャネルドープの後、熱酸化を行った際、不純物がゲート絶縁層に拡散し、トランジスタ特性が変動するという問題点もある。
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、チャネルドープに起因するゲート絶縁層の損傷、およびトランジスタ特性の変動を確実に防止することのできる電気光学装置の製造方法、半導体装置の製造方法、および電気光学装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明では、支持基板の表面に下地絶縁層が形成されているとともに、当該下地絶縁層の表面に電界効果型トランジスタの能動層が形成された素子基板を有する電気光学装置の製造方法において、少なくとも、前記下地絶縁層を第1面に備えた半導体層を形成する第1工程と、当該第1工程の後、前記半導体層のうち、前記電界効果型トランジスタのチャネル領域となる領域に前記下地絶縁層を介して不純物を導入する第2工程(チャネルドープ工程)と、前記半導体層の前記第1面側に前記下地絶縁層を介して前記支持基板を貼り合わせる第3工程と、を有し、前記半導体層において前記第1面と反対側に位置する第2面側に形成したゲート絶縁層を用いて前記電界効果型トランジスタを形成することを特徴とする。
本発明の別の形態では、支持基板の表面に下地絶縁層が形成されているとともに、当該下地絶縁層の表面に電界効果型トランジスタの能動層が形成された半導体装置の製造方法において、前記下地絶縁層を第1面に備えた半導体層を形成する第1工程と、当該第1工程の後、前記半導体層のうち、前記電界効果型トランジスタのチャネル領域となる領域に前記下地絶縁層を介して不純物を導入するチャネルドープ工程と、前記半導体層の前記第1面側に前記下地絶縁層を介して前記支持基板を貼り合わせる第3工程と、を有し、前記半導体層において前記第1面と反対側に位置する第2面側に形成したゲート絶縁層を用いて前記電界効果型トランジスタを形成することを特徴とする。
本発明では、下地絶縁層を介してチャネル領域に不純物を導入し、ゲート絶縁層を介してチャネルドープを行わない。このため、ゲート絶縁層には、チャネルドープの際のストレスに起因する欠陥が発生せず、電界効果型トランジスタでは電流リークや絶縁破壊などの不具合が発生しない。それ故、信頼性の高い電気光学装置を実現することができる。
本発明において、前記第1工程では、例えば、半導体基板に対して前記下地絶縁層を介して第1ダミー基板を貼り合わせる第1ダミー基板貼り合わせ工程と、前記半導体基板を所定形状にパターニングして前記半導体層を形成するパターニング工程と、前記半導体層の前記第2面側に対して第2ダミー基板を貼り合わせる第2ダミー基板貼り合わせ工程と、前記半導体層の前記第1面側に前記下地絶縁層を残して前記第1ダミー基板を除去する第1ダミー基板除去工程とを行い、前記第2工程は、前記半導体層が前記第2ダミー基板上に積層された状態で行い、前記第2工程および前記第3工程を行った後、前記第2ダミー基板を除去する第2ダミー基板除去工程を行う。
本発明において、前記第1ダミー基板貼り合わせ工程および前記第2ダミー基板貼り合わせ工程では、接着剤により基板同士を貼り合わせることが好ましい。本形態では、第1ダミー基板および第2ダミー基板は製造工程の途中で用いられるだけで後々、除去するので、接着剤により基板同士を貼り合わせれば容易に基板を剥がすことができる。
本発明において、前記第1工程では、前記パターニング工程の後、前記第2ダミー基板貼り合わせ工程を行う前に、前記半導体層の前記第2面に前記ゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程を行う構成を採用することができる。
かかる方法により製造された電気光学装置は、支持基板の表面に下地絶縁層が形成されているとともに、当該下地絶縁層の表面に電界効果型トランジスタの半導体層が形成された素子基板を有し、前記半導体層のうち、チャネル領域は、前記下地絶縁層を介してチャネルドープされてなることを特徴とする。
本発明において、前記電気光学装置は、液晶装置や有機エレクトロルミネッセンス装置などであり、液晶装置の場合、前記素子基板と、該素子基板に対して対向配置された対向基板との間に液晶が保持されている構成となる。
また、本発明に係る半導体装置は、液晶装置や有機エレクトロルミネッセンス装置などの電気光学装置に用いることができ、この場合、前記半導体装置は、複数の画素の各々に前記電界効果型トランジスタを画素スイッチング素子として備えた素子基板として構成される。
図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明で参照する図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。
[素子基板/半導体装置の構成]
図1は、本発明を適用した電気光学装置の素子基板(半導体装置)の構造を模式的に示す断面図である。図1に示す素子基板10xは、後述する液晶装置や、有機エレクトロルミネッセンス装置などにおいて、液晶や有機エレクトロルミネッセンス材料などの電気光学物質を保持するのに用いられ、素子基板10x上には、液晶装置や有機エレクトロルミネッセンス装置を画素毎に駆動する電界効果型トランジスタ10yや画素電極(図示せず)が形成されている。
図1は、本発明を適用した電気光学装置の素子基板(半導体装置)の構造を模式的に示す断面図である。図1に示す素子基板10xは、後述する液晶装置や、有機エレクトロルミネッセンス装置などにおいて、液晶や有機エレクトロルミネッセンス材料などの電気光学物質を保持するのに用いられ、素子基板10x上には、液晶装置や有機エレクトロルミネッセンス装置を画素毎に駆動する電界効果型トランジスタ10yや画素電極(図示せず)が形成されている。
本形態において、素子基板10xは、支持基板10dの上にシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などからなる下地絶縁層12が形成されているとともに、下地絶縁層12の表面に電界効果型トランジスタ10yを構成する能動層が形成されている。本形態において、能動層は、単結晶シリコン層1yからなる。支持基板10dとしては、シリコン基板、ガラス基板、石英ガラス、あるいは可撓性を有するプラスチック基板を用いることができる。
単結晶シリコン層1yの表面側には、単結晶シリコン層1yを熱酸化してなるシリコン酸化膜からなるゲート絶縁層2yが形成されており、その表面にはゲート電極3xが形成されている。単結晶シリコン層1yには、ゲート電極3xに対してゲート絶縁層2yを介して対向する領域にチャネル領域1xが形成されており、チャネル領域1xの両側にはソース領域1vおよびドレイン領域1wが形成されている。ここで、ソース領域1vおよびドレイン領域1wについては全体が高濃度不純物領域として形成される構成の他、ソース領域1vおよびドレイン領域1wが低濃度領域と高濃度不純物領域とを備えているLDD(Lightly Doped Drain)構造が採用されることもある。
ゲート電極3xの表面側には層間絶縁層7が形成されており、層間絶縁層7の表面にはソース電極6vおよびドレイン電極6wが形成されている。また、ソース電極6vおよびドレイン電極6wは各々、層間絶縁層7のコンタクトホール7v、7wを介してソース領域1vおよびドレイン領域1wに電気的に接続されている。
このように構成した電界効果型トランジスタ10yにおいて、チャネル領域1xには極めて低濃度のn形不純物あるいはp型不純物がチャネルドープされており、それにより、電界効果型トランジスタ10yの閾値電圧が調整されている。このような閾値電圧の調整を行うにあたって、本形態では、下地絶縁層12を介してチャネル領域1xに不純物が導入されている。このため、ゲート絶縁層2yには、チャネルドープの際のストレスに起因する欠陥が発生せず、電界効果型トランジスタ10yでは電流リークや絶縁破壊などの不具合が発生せず、トランジスタ特性の変動もない。また、それ故、信頼性の高い電気光学装置を実現することができる。
(製造方法)
図2は、本発明を適用した電気光学装置の製造方法を示す工程断面図である。以下、素子基板10xの製造方法を説明して、素子基板10xの構成を詳述する。まず、図2(a)〜(h)に示す第1工程において、下地絶縁層12を第1面1yaに備えた半導体層1yを形成する。それには、図2(a)、(b)に示すように、単結晶シリコン基板1上に対して、酸素イオン注入法、熱酸化法、あるいはCVD法により、厚さが400nm〜800nm程度のシリコン酸化膜からなる下地絶縁層12を形成する。次に、図2(c)に示すように、下地絶縁層12を介してアルゴンイオンや水素イオンなどを単結晶シリコン基板1に注入し、厚さ方向の途中位置に剥離層1tを形成する。
図2は、本発明を適用した電気光学装置の製造方法を示す工程断面図である。以下、素子基板10xの製造方法を説明して、素子基板10xの構成を詳述する。まず、図2(a)〜(h)に示す第1工程において、下地絶縁層12を第1面1yaに備えた半導体層1yを形成する。それには、図2(a)、(b)に示すように、単結晶シリコン基板1上に対して、酸素イオン注入法、熱酸化法、あるいはCVD法により、厚さが400nm〜800nm程度のシリコン酸化膜からなる下地絶縁層12を形成する。次に、図2(c)に示すように、下地絶縁層12を介してアルゴンイオンや水素イオンなどを単結晶シリコン基板1に注入し、厚さ方向の途中位置に剥離層1tを形成する。
次に、図2(d)に示す第1ダミー基板貼り合わせ工程では、単結晶シリコン基板1において下地絶縁層12が形成されている側に第1ダミー基板71を接着剤により貼り合わせる。その結果、単結晶シリコン基板1に対して下地絶縁層12を介して第1ダミー基板71が貼り合わされる。次に、単結晶シリコン基板1にエキシマレーザを照射して、剥離層1tにおいて半導体結晶の結合を分断し、単結晶シリコン基板1を剥離層1tで剥離する。その結果、薄い半導体層1zが下地絶縁層12を介して第1ダミー基板71に貼り合わされた状態となる。次に、必要に応じて、半導体層1zに対してCMP(Chemical Mechanical Polishing)等の方法により清浄化や平坦化を行う。
次に、図2(e)に示すパターニング工程では、フォトリソグラフィ技術を用いて半導体層1zをパターニングし、島状の単結晶シリコン層1yを形成する。
次に、図2(f)に示すゲート絶縁層形成工程では、単結晶シリコン層1yの表面に熱酸化を行い、単結晶シリコン層1yの第2面1ybの側にゲート絶縁層2yを形成する。
次に、図2(g)に示す第2ダミー基板貼り合わせ工程では、接着剤75により、第1ダミー基板71において単結晶シリコン層1yが形成されている側に対して第2ダミー基板72を貼り合わせた後、図2(h)に示す第1ダミー基板除去工程において、第1ダミー基板71を除去する。その際、下地絶縁層12は単結晶シリコン層1yの第1面1yaに残す。
次に、図2(i)に示す第2工程(チャネルドープ工程)では、単結晶シリコン層1yが第2ダミー基板72に積層されている状態で、レジストマスクなどのマスク材76を下地絶縁層12の表面に形成する。マスク材76では、単結晶シリコン層1yのうち、図1を参照して説明したチャネル領域1xとなる領域が開口部76aになっている。従って、マスク材76を形成した状態で不純物イオンを導入すると、単結晶シリコン層1yのうち、チャネル領域1xとなる領域に下地絶縁層12を介して不純物イオンを選択的に導入することができる。
次に、マスク材76を除去した後、図2(j)に示す第3工程(支持基板貼り合わせ工程)では、第2ダミー基板82において下地絶縁層12が形成される側の面に支持基板10dを重ねた状態で熱処理を行い、単結晶シリコン層1yの第1面1ya側に支持基板10dを貼り合わせる。
次に、図2(k)に示す第2ダミー基板除去工程では、接着剤75を除去し、第2ダミー基板72を剥がす。それ以降の工程については図示を省略するが、図1に示すゲート電極3xの形成工程、ソース領域1vおよびドレイン領域1wを形成するための不純物イオンの導入工程、層間絶縁層7の形成工程、コンタクトホール7v、7wの形成工程、ソース電極6vおよびドレイン電極6wの形成工程を行う。
(本形態の主な効果)
以上説明したように、本形態では、下地絶縁層12を介してチャネル領域1xに不純物を導入し、ゲート絶縁層2yを介してチャネルドープを行わない。このため、ゲート絶縁層2yには、チャネルドープの際のストレスに起因する欠陥が発生せず、電界効果型トランジスタ10yでは電流リークや絶縁破壊などの不具合が発生しないなどの効果を奏する。
以上説明したように、本形態では、下地絶縁層12を介してチャネル領域1xに不純物を導入し、ゲート絶縁層2yを介してチャネルドープを行わない。このため、ゲート絶縁層2yには、チャネルドープの際のストレスに起因する欠陥が発生せず、電界効果型トランジスタ10yでは電流リークや絶縁破壊などの不具合が発生しないなどの効果を奏する。
なお、支持基板10dの表面にモリブデン、タングステン、タンタル、コバルト、チタン等の金属膜やそれらを含む合金膜、あるいはタングステンシリサイド、モリブデンシリサイド等に代表されるシリサイド膜を所定パターンに形成しておいてもよい。このように構成すると、支持基板10dを貼り合わせる際、貼り合わせ界面の温度分布が均一化するので、この界面での貼り合わせが均一になり、貼り合わせ強度を向上させることができる。また、透過型の液晶装置に適用した場合、これらの熱伝導性膜は遮光層として機能させることができる。
[電気光学装置への適用]
図1および図2を参照して説明した素子基板(半導体装置)およびその製造方法は、例えば、以下に説明する液晶装置などといった電気光学装置の素子基板として用いることができる。以下、電気光学装置として、TFTアクティブマトリクス駆動形式の液晶装置に本発明を適用した例を説明する。
図1および図2を参照して説明した素子基板(半導体装置)およびその製造方法は、例えば、以下に説明する液晶装置などといった電気光学装置の素子基板として用いることができる。以下、電気光学装置として、TFTアクティブマトリクス駆動形式の液晶装置に本発明を適用した例を説明する。
(全体構成)
図3は、本発明を適用した液晶装置(電気光学装置)の電気的構成を示すブロック図である。図3に示すように、電気光学装置100は、概ね、液晶パネル100p、画像処理回路202、タイミング発生回路203および電源回路201によって構成されており、画像処理回路202、タイミング発生回路203および電源回路201は、液晶パネル100pに接続されたフレキシブル基板(図示せず)に実装されたICなどにより構成されている。タイミング発生回路203では、液晶パネル100pの各画素100aを駆動するためのドットクロックが生成され、このドットクロックに基づいて、クロック信号VCK、HCK、反転クロック信号VCKB、HCKB、転送開始パルスHSP、VSPが生成される。画像処理回路202は、外部から入力画像データが入力されると、この入力画像データに基づいて画像信号を生成し、液晶パネル100pに供給する。電源回路201は、複数の電源VDD、VSS、VHH、VLLを生成して液晶パネル100pに供給する。
図3は、本発明を適用した液晶装置(電気光学装置)の電気的構成を示すブロック図である。図3に示すように、電気光学装置100は、概ね、液晶パネル100p、画像処理回路202、タイミング発生回路203および電源回路201によって構成されており、画像処理回路202、タイミング発生回路203および電源回路201は、液晶パネル100pに接続されたフレキシブル基板(図示せず)に実装されたICなどにより構成されている。タイミング発生回路203では、液晶パネル100pの各画素100aを駆動するためのドットクロックが生成され、このドットクロックに基づいて、クロック信号VCK、HCK、反転クロック信号VCKB、HCKB、転送開始パルスHSP、VSPが生成される。画像処理回路202は、外部から入力画像データが入力されると、この入力画像データに基づいて画像信号を生成し、液晶パネル100pに供給する。電源回路201は、複数の電源VDD、VSS、VHH、VLLを生成して液晶パネル100pに供給する。
液晶パネル100pは、その中央領域に複数の画素100aがマトリクス状に配列された画素領域10bを備えている。かかる液晶パネル100pにおいて、後述する素子基板10には、画素領域10bの内側で複数本のデータ線6aおよび複数本の走査線3aが縦横に延びており、それらの交点に対応する位置に画素100aが構成されている。複数の画素100aの各々には、画素スイッチング素子としての電界効果型トランジスタ30および画素電極9aが形成されている。電界効果型トランジスタ30のソースにはデータ線6aが電気的に接続され、電界効果型トランジスタ30のゲートには走査線3aが電気的に接続され、電界効果型トランジスタ30のドレインには画素電極9aが電気的に接続されている。
素子基板10において、画素領域10bの外側領域には走査線駆動回路104およびデータ線駆動回路101が構成されている。データ線駆動回路101は各データ線6aの一端に電気的に接続しており、画像処理回路202から供給される画像信号を各データ線6aに順次供給する。走査線駆動回路104は、各走査線3aに電気的に接続しており、走査信号を各走査線3aに順次供給する。
各画素100aにおいて、画素電極9aは、後述する対向基板に形成された共通電極と液晶を介して対向し、液晶容量50aを構成している。また、各画素100aには、液晶容量50aで保持される画像信号がリークするのを防ぐために、液晶容量50aと並列に保持容量60が付加されている。本形態では、保持容量60を構成するために、走査線3aと並列するように容量線3bが形成されており、かかる容量線3bは共通電位線COMに接続され、所定の電位に保持されている。なお、保持容量60は前段の走査線3aとの間に形成される場合もある。
(液晶パネルおよび素子基板の構成)
図4(a)、(b)は各々、本発明を適用した電気光学装置100の液晶パネル100pを各構成要素と共に対向基板の側から見た平面図、およびそのH−H′断面図である。図4(a)、(b)に示すように、電気光学装置100の液晶パネル100pでは、所定の隙間を介して素子基板10と対向基板20とが所定の隙間を介してシール材107によって貼り合わされており、シール材107は対向基板20の縁に沿うように配置されている。シール材107は、光硬化樹脂や熱硬化性樹脂などからなる接着剤であり、両基板間の距離を所定値とするためのグラスファイバー、あるいはガラスビーズ等のギャップ材が配合されている。
図4(a)、(b)は各々、本発明を適用した電気光学装置100の液晶パネル100pを各構成要素と共に対向基板の側から見た平面図、およびそのH−H′断面図である。図4(a)、(b)に示すように、電気光学装置100の液晶パネル100pでは、所定の隙間を介して素子基板10と対向基板20とが所定の隙間を介してシール材107によって貼り合わされており、シール材107は対向基板20の縁に沿うように配置されている。シール材107は、光硬化樹脂や熱硬化性樹脂などからなる接着剤であり、両基板間の距離を所定値とするためのグラスファイバー、あるいはガラスビーズ等のギャップ材が配合されている。
素子基板10において、シール材107の外側領域では、素子基板10の一辺に沿ってデータ線駆動回路101および複数の端子102が形成されており、この一辺に隣接する一辺に沿って走査線駆動回路104が形成されている。また、対向基板20のコーナー部の少なくとも1箇所においては、素子基板10と対向基板20との間で電気的導通をとるための上下導通材109が形成されている。
詳しくは後述するが、素子基板10には、画素電極9aがマトリクス状に形成されている。これに対して、対向基板20には、シール材107の内側領域に遮光性材料からなる額縁108が形成され、その内側が画像表示領域10aとされている。また、対向基板20では、素子基板10の画素電極9aの縦横の境界領域と対向する領域にブラックマトリクス、あるいはブラックストライプなどと称せられる遮光膜23が形成され、その上層側には、ITO(Indium Tin Oxide)膜からなる共通電極21が形成されている。なお、画素領域10bには、額縁108と重なる領域にダミーの画素が構成される場合があり、この場合、画素領域10bのうち、ダミー画素を除いた領域が画像表示領域10aとして利用されることになる。
このように形成した電気光学装置100は、後述するモバイルコンピュータ、携帯電話機、液晶テレビなどといった電子機器のカラー表示装置として用いることができ、この場合、対向基板20には、カラーフィルタ(図示せず)や保護膜が形成される。また、対向基板20および素子基板10の光入射側の面あるいは光出射側には、使用する液晶50の種類、すなわち、TN(ツイステッドネマティック)モード、STN(スーパーTN)モード等々の動作モードや、ノーマリホワイトモード/ノーマリブラックモードの別に応じて、偏光フィルム、位相差フィルム、偏光板などが所定の向きに配置される。電気光学装置100は、透過型に限らず、反射型および半透過反射型として構成される場合があり、この場合、例えば、素子基板10には光反射層が形成される。電気光学装置100は、後述する投射型表示装置(液晶プロジェクタ)において、RGB用のライトバルブとして用いることができる。この場合、RGB用の各電気光学装置100の各々には、RGB色分解用のダイクロイックミラーを介して分解された各色の光が投射光として各々入射されることになるので、カラーフィルタは形成されない。また、対向基板20に対して、各画素に対応するようにマイクロレンズを形成すれば、入射光の画素電極9aに対する集光効率を高めることができるので、明るい表示を行うことができる。さらにまた、対向基板20に何層もの屈折率の異なる干渉層を積層することにより、光の干渉作用を利用して、RGB色をつくり出すダイクロイックフィルタを形成してもよい。このダイクロイックフィルタ付きの対向基板によれば、より明るいカラー表示を行うことができる。
(各画素の構成)
図5(a)、(b)は各々、本発明を適用した電気光学装置100に用いた素子基板10において相隣接する画素の平面図、およびそのA−A′線に相当する位置で電気光学装置100を切断したときの断面図である。
図5(a)、(b)は各々、本発明を適用した電気光学装置100に用いた素子基板10において相隣接する画素の平面図、およびそのA−A′線に相当する位置で電気光学装置100を切断したときの断面図である。
図5(a)、(b)に示すように、素子基板10には、ガラスなどからなる支持基板10dの表面にシリコン酸化膜などからなる下地絶縁層12が形成されているとともに、その表面側において、画素電極9aに隣接する位置にNチャネル型の電界効果型トランジスタ30が形成されている。電界効果型トランジスタ30は、島状の半導体層1aに対して、チャネル領域1g、低濃度ソース領域1b、高濃度ソース領域1d、低濃度ドレイン領域1c、および高濃度ドレイン領域1eが形成されたLDD構造を備えている。また、半導体層1aの表面側にゲート絶縁層2yが形成されており、ゲート絶縁層2yの表面にゲート電極(走査線3a)が形成されている。低濃度ソース領域1bおよび低濃度ドレイン領域1cは、走査線3aをマスクとして、例えば、約0.1×1013/cm2〜約10×1013/cm2のドーズ量で低濃度N型の不純物イオン(リンイオン)を導入することにより形成された半導体領域であり、高濃度ソース領域1dおよび高濃度ドレイン領域1eは、レジストマスクを用いて、約0.1×1015/cm2〜約10×1015/cm2のドーズ量で高濃度N型の不純物イオン(リンイオン)を導入することにより形成された半導体領域である。また、チャネル領域1gはチャネルドープされている。
電界効果型トランジスタ30の上層側には、層間絶縁層7、8が形成されている。層間絶縁層7の表面にはデータ線6aおよびドレイン電極6bが形成され、データ線6aは、層間絶縁層7に形成されたコンタクトホール7aを介して高濃度ソース領域1dに電気的に接続している。また、ドレイン電極6bは、層間絶縁層7に形成されたコンタクトホール7bを介して高濃度ドレイン領域1eに電気的に接続している。層間絶縁層8の表面にはITO膜からなる画素電極9aが形成されている。画素電極9aは、層間絶縁層8に形成されたコンタクトホール8aを介してドレイン電極6bに電気的に接続している。画素電極9aの表面側にはポリイミド膜からなる配向膜16が形成されている。また、高濃度ドレイン領域1eからの延設部分1f(下電極)に対しては、ゲート絶縁層2yと同時形成された絶縁層(誘電体膜)を介して、走査線3aと同層の容量線3bが上電極として対向することにより、保持容量60が構成されている。
このように構成した素子基板10と対向基板20とは、画素電極9aと共通電極21とが対面するように配置され、かつ、これらの基板間には、前記のシール材107(図4(a)、(b)参照)により囲まれた空間内に電気光学物質としての液晶50が封入されている。液晶50は、画素電極9aからの電界が印加されていない状態で配向膜16、22により所定の配向状態をとる。液晶50は、例えば一種または数種のネマティック液晶を混合したものなどからなる。
このような構成の素子基板10は、図1および図2を参照して製造され、チャネル領域1gは、下地絶縁層12を介してチャネルドープされている。
(駆動回路の構成)
再び図4(a)において、本形態の電気光学装置100では、素子基板10の表面側のうち、画素領域10bの周辺領域を利用してデータ線駆動回路101および走査線駆動回路104などの内部回路が形成されている。このようなデータ線駆動回路101および走査線駆動回路104は、図6(a)、(b)に示すように、Pチャネル型の電界効果型トランジスタ80とNチャネル型の電界効果型トランジスタ90とを備えた相補回路などを有しており、このような相補回路の構成を簡単に説明する。図6(a)、(b)は各々、本発明を適用した電気光学装置に用いた素子基板に形成した相補型電界効果型トランジスタの平面図、およびそのB−B′線に相当する位置で素子基板を切断したときの断面図である。
再び図4(a)において、本形態の電気光学装置100では、素子基板10の表面側のうち、画素領域10bの周辺領域を利用してデータ線駆動回路101および走査線駆動回路104などの内部回路が形成されている。このようなデータ線駆動回路101および走査線駆動回路104は、図6(a)、(b)に示すように、Pチャネル型の電界効果型トランジスタ80とNチャネル型の電界効果型トランジスタ90とを備えた相補回路などを有しており、このような相補回路の構成を簡単に説明する。図6(a)、(b)は各々、本発明を適用した電気光学装置に用いた素子基板に形成した相補型電界効果型トランジスタの平面図、およびそのB−B′線に相当する位置で素子基板を切断したときの断面図である。
図6(a)、(b)において、駆動回路のトランジスタは、Pチャネル型の電界効果型トランジスタ80とNチャネル型の電界効果型トランジスタ90とからなる相補型電界効果型トランジスタとして構成されている。このような電界効果型トランジスタ80、90は、画素スイッチング用の電界効果型トランジスタ30の製造工程の一部を利用して形成されたものであり、電界効果型トランジスタ80、90を構成する半導体層1h、1nは、電界効果型トランジスタ30を構成する半導体層1aと同じく単結晶シリコン層である。
Nチャネル型の電界効果型トランジスタ90は、チャネル領域1oの両側にN型のソース領域(高濃度ソース領域1sおよび低濃度ソース領域1q)、およびドレイン領域(高濃度ドレイン領域1rおよび低濃度ドレイン領域1p)を備えており、これらの領域は、電界効果型トランジスタ30のソース領域およびドレイン領域と同時形成された領域である。Pチャネル型の電界効果型トランジスタ80は、チャネル領域1iの両側にP型のソース領域(高濃度ソース領域1lおよび低濃度ソース領域1j)、およびドレイン領域(高濃度ドレイン領域1mおよび低濃度ドレイン領域1k)を備えている。半導体層1h、1nの表面側にはゲート絶縁層2yが形成されている。高濃度ソース領域1lおよび高濃度ドレイン領域1mは、ゲート電極3eをマスクにして、約0.1×1015/cm2〜約10×1015/cm2のドーズ量で高濃度P型の不純物イオン(ボロンイオン)が導入された半導体領域であり、低濃度ソース領域1jおよび低濃度ドレイン領域1kは、レジストマスクをマスクにして、約0.1×1013/cm2〜約10×1013/cm2のドーズ量で低濃度P型の不純物イオン(ボロンイオン)が導入された半導体領域である。また、チャネル領域1o、1iは各々、所定の導電型の不純物によってチャネルドープされている。
電界効果型トランジスタ80、90では、高電位線6eと低電位線6gが層間絶縁層7およびゲート絶縁層2yを貫通するコンタクトホール7e、7gを介して、半導体層1h、1nの高濃度ソース領域1l、1sに電気的に接続されている。また、出力配線6fは、層間絶縁層7およびゲート絶縁層2yを貫通するコンタクトホール7f、7kを介して半導体層1h、1nの高濃度ドレイン領域1m、1rに電気的にそれぞれ接続されている。また、入力配線6hは、層間絶縁層7を貫通するコンタクトホール7hを介して共通のゲート電極3eに接続されている。
このような構成の素子基板10は、図1および図2を参照して製造され、チャネル領域1o、1iは各々、下地絶縁層12を介してチャネルドープされている。
[その他の実施の形態]
上記形態では、本発明に係る電気光学装置として液晶装置を例に説明したが、有機エレクトロルミネッセンス装置でも、電界効果型トランジスタが画素スイッチング素子として用いられていることから、本発明に係る半導体装置は、有機エレクトロルミネッセンス装置の素子基板として用いてもよい。
上記形態では、本発明に係る電気光学装置として液晶装置を例に説明したが、有機エレクトロルミネッセンス装置でも、電界効果型トランジスタが画素スイッチング素子として用いられていることから、本発明に係る半導体装置は、有機エレクトロルミネッセンス装置の素子基板として用いてもよい。
[電子機器への搭載例]
次に、上述した実施形態に係る電気光学装置100(液晶装置)を適用した電子機器について説明する。図7(a)に、電気光学装置100を備えたモバイル型のパーソナルコンピュータの構成を示す。パーソナルコンピュータ2000は、表示ユニットとしての電気光学装置100と本体部2010を備える。本体部2010には、電源スイッチ2001及びキーボード2002が設けられている。図7(b)に、電気光学装置100を備えた携帯電話機の構成を示す。携帯電話機3000は、複数の操作ボタン3001及びスクロールボタン3002、並びに表示ユニットとしての電気光学装置100を備える。スクロールボタン3002を操作することによって、電気光学装置100に表示される画面がスクロールされる。図7(c)に、電気光学装置100を適用した情報携帯端末(PDA:Personal Digital Assistants)の構成を示す。情報携帯端末4000は、複数の操作ボタン4001及び電源スイッチ4002、並びに表示ユニットとしての電気光学装置100を備える。電源スイッチ4002を操作すると、住所録やスケジュール帳といった各種の情報が電気光学装置100に表示される。
次に、上述した実施形態に係る電気光学装置100(液晶装置)を適用した電子機器について説明する。図7(a)に、電気光学装置100を備えたモバイル型のパーソナルコンピュータの構成を示す。パーソナルコンピュータ2000は、表示ユニットとしての電気光学装置100と本体部2010を備える。本体部2010には、電源スイッチ2001及びキーボード2002が設けられている。図7(b)に、電気光学装置100を備えた携帯電話機の構成を示す。携帯電話機3000は、複数の操作ボタン3001及びスクロールボタン3002、並びに表示ユニットとしての電気光学装置100を備える。スクロールボタン3002を操作することによって、電気光学装置100に表示される画面がスクロールされる。図7(c)に、電気光学装置100を適用した情報携帯端末(PDA:Personal Digital Assistants)の構成を示す。情報携帯端末4000は、複数の操作ボタン4001及び電源スイッチ4002、並びに表示ユニットとしての電気光学装置100を備える。電源スイッチ4002を操作すると、住所録やスケジュール帳といった各種の情報が電気光学装置100に表示される。
なお、電気光学装置100が適用される電子機器としては、図7に示すものの他、デジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダ型、モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネルを備えた機器等などが挙げられる。そして、これらの各種電子機器の表示部として、前述した電気光学装置100が適用可能である。
(投射型表示装置への適用例)
次に、本発明の電子機器の一実施形態として、上記電気光学装置100をプロジェクタの液晶ライトバルブに採用した例について図面を参照して説明する。
次に、本発明の電子機器の一実施形態として、上記電気光学装置100をプロジェクタの液晶ライトバルブに採用した例について図面を参照して説明する。
図8は、プロジェクタの概略構成図である。プロジェクタ110は、観察者側に設けられたスクリーン111に光を照射し、このスクリーン111で反射した光を観察する、いわゆる投影型のプロジェクタである。そして、プロジェクタ110は、光源112と、ダイクロイックミラー113、114と、液晶ライトバルブ115〜117(電気光学装置100)と、投射光学系118と、クロスダイクロイックプリズム119と、リレー系120とを備えている。
光源112は、赤色光、緑色光及び青色光を含む光を供給する超高圧水銀ランプで構成されている。ダイクロイックミラー113は、光源112からの赤色光を透過させると共に緑色光及び青色光を反射する構成となっている。また、ダイクロイックミラー114は、ダイクロイックミラー113で反射された緑色光及び青色光のうち青色光を透過させると共に緑色光を反射する構成となっている。このように、ダイクロイックミラー113、114は、光源112から出射した光を赤色光と緑色光と青色光とに分離する色分離光学系を構成する。
ここで、ダイクロイックミラー113と光源112との間には、インテグレータ121及び偏光変換素子122が光源112から順に配置されている。インテグレータ121は、光源112から照射された光の照度分布を均一化する構成となっている。また、偏光変換素子122は、光源112からの光を例えばs偏光のような特定の振動方向を有する偏光にする構成となっている。
液晶ライトバルブ115は、ダイクロイックミラー113を透過して反射ミラー123で反射した赤色光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置(電気光学装置)である。液晶ライトバルブ115は、λ/2位相差板115a、第1偏光板115b、液晶パネル115c及び第2偏光板115dを備えている。ここで、液晶ライトバルブ115に入射する赤色光は、ダイクロイックミラー113を透過しても光の偏光は変化しないことから、s偏光のままである。
λ/2位相差板115aは、液晶ライトバルブ115に入射したs偏光をp偏光に変換する光学素子である。また、第1偏光板115bは、s偏光を遮断してp偏光を透過させる偏光板である。そして、液晶パネル115cは、p偏光を画像信号に応じた変調によってs偏光(中間調であれば円偏光又は楕円偏光)に変換する構成となっている。さらに、第2偏光板115dは、p偏光を遮断してs偏光を透過させる偏光板である。したがって、液晶ライトバルブ115は、画像信号に応じて赤色光を変調し、変調した赤色光をクロスダイクロイックプリズム119に向けて射出する構成となっている。
なお、λ/2位相差板115a及び第1偏光板115bは、偏光を変換させない透光性のガラス板115eに接した状態で配置されており、λ/2位相差板115a及び第1偏光板115bが発熱によって歪むのを回避することができる。
液晶ライトバルブ116は、ダイクロイックミラー113で反射した後にダイクロイックミラー114で反射した緑色光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。そして、液晶ライトバルブ116は、液晶ライトバルブ115と同様に、第1偏光板116b、液晶パネル116c及び第2偏光板116dを備えている。液晶ライトバルブ116に入射する緑色光は、ダイクロイックミラー113、114で反射されて入射するs偏光である。第1偏光板116bは、p偏光を遮断してs偏光を透過させる偏光板である。また、液晶パネル116cは、s偏光を画像信号に応じた変調によってp偏光(中間調であれば円偏光又は楕円偏光)に変換する構成となっている。そして、第2偏光板116dは、s偏光を遮断してp偏光を透過させる偏光板である。したがって、液晶ライトバルブ116は、画像信号に応じて緑色光を変調し、変調した緑色光をクロスダイクロイックプリズム119に向けて射出する構成となっている。
液晶ライトバルブ117は、ダイクロイックミラー113で反射し、ダイクロイックミラー114を透過した後でリレー系120を経た青色光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。そして、液晶ライトバルブ117は、液晶ライトバルブ115、116と同様に、λ/2位相差板117a、第1偏光板117b、液晶パネル117c及び第2偏光板117dを備えている。ここで、液晶ライトバルブ117に入射する青色光は、ダイクロイックミラー113で反射してダイクロイックミラー114を透過した後にリレー系120の後述する2つの反射ミラー125a、125bで反射することから、s偏光となっている。
λ/2位相差板117aは、液晶ライトバルブ117に入射したs偏光をp偏光に変換する光学素子である。また、第1偏光板117bは、s偏光を遮断してp偏光を透過させる偏光板である。そして、液晶パネル117cは、p偏光を画像信号に応じた変調によってs偏光(中間調であれば円偏光又は楕円偏光)に変換する構成となっている。さらに、第2偏光板117dは、p偏光を遮断してs偏光を透過させる偏光板である。したがって、液晶ライトバルブ117は、画像信号に応じて青色光を変調し、変調した青色光をクロスダイクロイックプリズム119に向けて射出する構成となっている。なお、λ/2位相差板117a及び第1偏光板117bは、ガラス板117eに接した状態で配置されている。
リレー系120は、リレーレンズ124a、124bと反射ミラー125a、125bとを備えている。リレーレンズ124a、124bは、青色光の光路が長いことによる光損失を防止するために設けられている。ここで、リレーレンズ124aは、ダイクロイックミラー114と反射ミラー125aとの間に配置されている。また、リレーレンズ124bは、反射ミラー125a、125bの間に配置されている。反射ミラー125aは、ダイクロイックミラー114を透過してリレーレンズ124aから出射した青色光をリレーレンズ124bに向けて反射するように配置されている。また、反射ミラー125bは、リレーレンズ124bから出射した青色光を液晶ライトバルブ117に向けて反射するように配置されている。
クロスダイクロイックプリズム119は、2つのダイクロイック膜119a、119bをX字型に直交配置した色合成光学系である。ダイクロイック膜119aは青色光を反射して緑色光を透過する膜であり、ダイクロイック膜119bは赤色光を反射して緑色光を透過する膜である。したがって、クロスダイクロイックプリズム119は、液晶ライトバルブ115〜117のそれぞれで変調された赤色光と緑色光と青色光とを合成し、投射光学系118に向けて射出するように構成されている。
なお、液晶ライトバルブ115、117からクロスダイクロイックプリズム119に入射する光はs偏光であり、液晶ライトバルブ116からクロスダイクロイックプリズム119に入射する光はp偏光である。このようにクロスダイクロイックプリズム119に入射する光を異なる種類の偏光としていることで、クロスダイクロイックプリズム119において各液晶ライトバルブ115〜117から入射する光を有効に合成できる。ここで、一般に、ダイクロイック膜119a、119bはs偏光の反射特性に優れている。このため、ダイクロイック膜119a、119bで反射される赤色光及び青色光をs偏光とし、ダイクロイック膜119a、119bを透過する緑色光をp偏光としている。投射光学系118は、投影レンズ(図示略)を有しており、クロスダイクロイックプリズム119で合成された光をスクリーン111に投射するように構成されている。
1・・単結晶シリコン基板、1v・・ソース領域、1w・・ドレイン領域、1x・・チャネル領域、1y・・単結晶シリコン層、2y・・ゲート絶縁層、3x・・ゲート電極、10x・・素子基板(半導体装置)、10d・・支持基板、12・・下地絶縁層、71・・第1ダミー基板、72・・第2ダミー基板、75・・接着剤、100・・電気光学装置、10y・・電界効果型トランジスタ
Claims (7)
- 支持基板の表面に下地絶縁層が形成されているとともに、当該下地絶縁層の表面に電界効果型トランジスタの能動層が形成された素子基板を有する電気光学装置の製造方法において、
少なくとも、前記下地絶縁層を第1面に備えた半導体層を形成する第1工程と、
当該第1工程の後、前記下地絶縁層を介して、前記半導体層のうち、前記電界効果型トランジスタのチャネル領域となる領域に不純物を導入する第2工程と、
前記半導体層の第1面側に前記下地絶縁層を介して前記支持基板を貼り合わせる第3工程と、
を有し、
前記半導体層において前記第1面と反対側に位置する第2面側に形成したゲート絶縁層を用いて前記電界効果型トランジスタを形成することを特徴とする電気光学装置の製造方法。 - 前記第1工程では、半導体基板に対して前記下地絶縁層を介して第1ダミー基板を貼り合わせる第1ダミー基板貼り合わせ工程と、前記半導体基板を所定形状にパターニングして前記半導体層を形成するパターニング工程と、前記半導体層の前記第2面側に対して第2ダミー基板を貼り合わせる第2ダミー基板貼り合わせ工程と、前記半導体層の前記第1面側に前記下地絶縁層を残して前記第1ダミー基板を除去する第1ダミー基板除去工程とを行い、
前記第2工程は、前記半導体層が前記第2ダミー基板上に積層された状態で行い、
前記第2工程および前記第3工程を行った後、前記第2ダミー基板を除去する第2ダミー基板除去工程を行うことを特徴とする請求項1に記載の電気光学装置の製造方法。 - 前記第1ダミー基板貼り合わせ工程および前記第2ダミー基板貼り合わせ工程では、接着剤により基板同士を貼り合わせることを特徴とする請求項2に記載の電気光学装置の製造方法。
- 前記第1工程では、前記パターニング工程の後、前記第2ダミー基板貼り合わせ工程を行う前に、前記半導体層の前記第2面に前記ゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程を行うことを特徴とする請求項2または3に記載の電気光学装置の製造方法。
- 支持基板の表面に下地絶縁層が形成されているとともに、当該下地絶縁層の表面に電界効果型トランジスタの能動層が形成された半導体装置の製造方法において、
前記下地絶縁層を第1面に備えた半導体層を形成する第1工程と、
当該第1工程の後、前記半導体層のうち、前記電界効果型トランジスタのチャネル領域となる領域に前記下地絶縁層を介して不純物を導入するチャネルドープ工程と、
前記半導体層の第1面側に前記下地絶縁層を介して前記支持基板を貼り合わせる第3工程と、を有し、
前記半導体層において前記第1面と反対側に位置する第2面側に形成したゲート絶縁層を用いて前記電界効果型トランジスタを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 支持基板の表面に下地絶縁層が形成されているとともに、当該下地絶縁層の表面に電界効果型トランジスタの半導体層が形成された素子基板を有する電気光学装置において、
前記半導体層のうち、チャネル領域は、前記下地絶縁層を介してチャネルドープされてなることを特徴とする電気光学装置。 - 前記素子基板と、該素子基板に対して対向配置された対向基板との間に液晶が保持されていることを特徴とする請求項6に記載の電気光学装置。
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KR101215305B1 (ko) | 2009-10-15 | 2012-12-26 | 한국전자통신연구원 | 반도체 소자의 제조방법 |
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2007
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