JP2009010347A - 表示装置の作製方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】薄膜トランジスタの工程を複雑化させることなく、量産性が可能な表示装置の作製方法を提案することを課題とする。
【解決手段】水素化珪素またはハロゲン化珪素を原料ガスとし、周波数が1GHz以上のマイクロ波プラズマCVD装置を用いて微結晶半導体膜を成膜し、当該微結晶半導体膜を用いて薄膜トランジスタ及び当該薄膜トランジスタに接続する表示素子を形成する。周波数が1GHz以上のマイクロ波を用いたプラズマは電子密度が高く、原料ガスである水素化珪素またはハロゲン化珪素の解離が容易となるため、表示装置の量産性を高めることが可能である。
【選択図】なし

Description

本発明は、少なくとも画素部に薄膜トランジスタを用いた表示装置に関する。
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を構成する技術が注目されている。薄膜トランジスタはICや電気光学装置のような電子デバイスに広く応用され、特に画像表示装置のスイッチング素子として開発が急がれている。
画像表示装置のスイッチング素子として、非晶質半導体膜を用いた薄膜トランジスタ、または多結晶半導体膜を用いた薄膜トランジスタ等が用いられている。
また、画像表示装置のスイッチング素子として、微結晶半導体膜を用いた薄膜トランジスタが用いられている(特許文献1及び2)。
特開平4−242724号公報 特開2005−49832号公報
多結晶半導体膜を用いた薄膜トランジスタは、非晶質半導体膜を用いた薄膜トランジスタに比べて移動度が2桁以上高く、半導体表示装置の画素部とその周辺の駆動回路を同一基板上に一体形成できるという利点を有している。しかし非晶質半導体膜を用いた場合に比べて、半導体膜の結晶化のために工程が複雑化するため、その分歩留まりが低減し、コストが高まるという難点がある。
本発明は上述した問題に鑑み、薄膜トランジスタの工程を複雑化させることなく、量産性が可能な表示装置の作製方法を提案することを課題とする。
微結晶半導体膜(セミアモルファス半導体膜ともいう。)は、多結晶半導体膜と異なり、微結晶半導体膜として直接基板上に成膜することができる。具体的には、水素化珪素またはハロゲン化珪素を原料ガスとし、周波数が1GHz以上のマイクロ波プラズマCVD装置を用いて成膜することができる。上記方法を用いて作製された微結晶半導体膜は、0.5nm〜20nmの結晶粒を非晶質半導体中に含む微結晶半導体膜も含んでいる。よって、多結晶半導体膜を用いる場合と異なり、半導体膜の成膜後に結晶化の工程を設ける必要がない。薄膜トランジスタの作製における工程数を削減することができ、表示装置の歩留まりを高め、コストを抑えることができる。また、周波数が1GHz以上のマイクロ波を用いたプラズマは電子密度が高く、原料ガスである水素化珪素またはハロゲン化珪素の解離が容易となる。このため、周波数が数十MHz〜数百MHzのマイクロ波プラズマCVD法と比較して、微結晶半導体膜を容易に作製することが可能であり、成膜速度を高めることが可能である。このため、表示装置の量産性を高めることが可能である。
また、微結晶半導体膜を用い、薄膜トランジスタ(TFT)を作製し、該薄膜トランジスタを画素部、さらには駆動回路に用いて表示装置を作製する。微結晶半導体膜を用いた薄膜トランジスタは、その移動度が2〜10cm/V・secと、非晶質半導体膜を用いた薄膜トランジスタの2〜20倍の移動度を有しているので、駆動回路の一部または全体を、画素部と同じ基板上に一体形成し、システムオンパネルを形成することができる。
なお本発明では、微結晶半導体膜を少なくともチャネル形成領域に用いていれば良い。
また、表示装置としては、発光装置や液晶表示装置を含む。発光装置は発光素子を含み、液晶表示装置は液晶素子を含む。発光素子は、電流または電圧によって輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機EL(Electro Luminescence)、有機EL、またはFED(Field Emission Display)に用いられている電子源素子(電子放出素子)等が含まれる。
また、表示装置は、表示素子が封止された状態にあるパネルと、該パネルにコントローラを含むIC等を実装した状態にあるモジュールとを含む。さらに本発明は、該発光装置を作製する過程における、表示素子が完成する前の一形態に相当する素子基板に関し、該素子基板は、電流を発光素子に供給するための手段を複数の各画素に備える。素子基板は、具体的には、表示素子の画素電極のみが形成された状態であっても良いし、画素電極となる導電膜を成膜した後であって、エッチングして画素電極を形成する前の状態であっても良いし、あらゆる形態があてはまる。
なお、本明細書中における表示装置とは、画像表示デバイス、発光デバイス、もしくは光源(照明装置含む)を指す。また、発光装置にコネクター、例えばFPC(Flexible printed circuit)もしくはTAB(Tape Automated Bonding)テープもしくはTCP(Tape Carrier Package)が取り付けられたモジュール、TABテープやTCPの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または発光素子にCOG(Chip On Glass)方式によりIC(集積回路)が直接実装されたモジュールも全て表示装置に含むものとする。
本発明は、周波数が1GHz以上のマイクロ波プラズマCVD装置を用いることで微結晶半導体膜の成膜速度を向上させることが可能であり、当該微結晶半導体膜を用いた薄膜トランジスタの表示装置の量産性を高めることができる。
また、成膜後における半導体膜の結晶化の工程を削減することができ、薄膜トランジスタの工程を複雑化させることなく、表示装置のシステムオンパネル化を実現することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
(実施の形態1)
本発明の表示装置の作製方法について説明する。はじめに、表示装置の一形態として発光装置を用いて説明する。図1乃至図3に、駆動回路に用いられる薄膜トランジスタの断面図と、画素部に用いられる薄膜トランジスタの断面図を示す。なお、微結晶半導体膜を用いた薄膜トランジスタはp型よりもn型の方が、移動度が高いので駆動回路に用いるのにより適しているが、本発明では、薄膜トランジスタはn型であってもp型であってもどちらでも良い。いずれの極性の薄膜トランジスタを用いる場合でも、同一の基板上に形成する薄膜トランジスタを全て同じ極性にそろえておくことが、工程数を抑えるためにも望ましい。
図1(A)に示すように、基板50上にゲート電極51、52を形成する。基板50は、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、若しくはアルミノシリケートガラスなど、フュージョン法やフロート法で作製される無アルカリガラス基板、セラミック基板の他、本作製工程の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板等を用いることができる。また、ステンレス合金などの金属基板の表面に絶縁層を設けた基板を適用しても良い。基板50の大きさは、320mm×400mm、370mm×470mm、550mm×650mm、600mm×720mm、680mm×880mm、730mm×920mm、1000mm×1200mm、1100mm×1250mm、1150mm×1300mm、1500mm×1800mm、1900mm×2200mm、2160mm×2460mm、2400mm×2800mm、又は2850mm×3050mm等を用いることができる。
ゲート電極51、52は、チタン、モリブデン、クロム、タンタル、タングステン、アルミニウムなどの金属材料またはその合金材料を用いて形成する。ゲート電極51、52は、スパッタリング法や真空蒸着法で基板50上に導電膜を形成し、当該導電膜上にフォトリソグラフィ技術またはインクジェット法によりマスクを形成し、当該マスクを用いて導電膜をエッチングすることで、形成することができる。また、銀、金、銅などの導電性ナノペーストを用いてインクジェット法により吐出し焼成して、ゲート電極51、52を形成することができる。なお、ゲート電極51、52の密着性向上のために、上記金属材料の窒化物膜を、基板50及びゲート電極51、52の間に設けてもよい。
なお、ゲート電極51、52上には半導体膜や配線を形成するので、段切れ防止のため端部がテーパー状になるように加工することが望ましい。また、図示しないがこの工程でゲート電極に接続する配線も同時に形成することができる。
次に、図1(B)に示すように、ゲート電極51、52上に、ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜53、微結晶半導体膜54、及び一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜55を順に形成する。なお、少なくとも、ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜53及び微結晶半導体膜54を連続的に形成することが好ましい。さらには、ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜53、微結晶半導体膜54、及び一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜55を連続的に形成することが好ましい。少なくとも、ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜53及び微結晶半導体膜54を大気に触れさせることなく連続成膜することで、大気成分や大気中に浮遊する汚染不純物元素に汚染されることなく各積層界面を形成することができるので、薄膜トランジスタ特性のばらつきを低減することができる。
絶縁膜53は、CVD法やスパッタリング法等を用いて、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、または窒化酸化珪素膜の単層若しくは積層で形成することができる。また、基板側から酸化珪素膜または酸化窒化珪素膜と、窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜との順に積層して形成することができる。また、基板側から窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜と、酸化珪素膜または酸化窒化珪素膜と、窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜との順に積層して形成することができる。更には、周波数が1GHz以上のマイクロ波プラズマCVD装置を用いてゲート絶縁膜として機能する絶縁膜53を形成することが好ましい。マイクロ波プラズマCVD装置で形成した酸化窒化珪素膜は、耐圧が高く、後に形成される薄膜トランジスタの信頼性を高めることができる。
ここでは、酸化窒化珪素膜とは、窒素よりも酸素の含有量が多いものであって、ラザフォード後方散乱法(RBS:Rutherford Backscattering Spectrometry)及び水素前方散乱法(HFS:Hydrogen Forward Scattering)を用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が50〜70原子%、窒素が0.5〜15原子%、Siが25〜35原子%、水素が0.1〜10原子%の範囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化珪素膜とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多いものであって、RBS及びHFSを用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が5〜30原子%、窒素が20〜55原子%、Siが25〜35原子%、水素が10〜30原子%の範囲で含まれるものをいう。但し、酸化窒化シリコンまたは窒化酸化シリコンを構成する原子の合計を100原子%としたとき、窒素、酸素、Si及び水素の含有比率が上記の範囲内に含まれるものとする。
微結晶半導体膜54は、非晶質と結晶構造(単結晶、多結晶を含む)の中間的な構造の半導体を含む膜である。この半導体は、自由エネルギー的に安定な第3の状態を有する半導体であって、短距離秩序を持ち格子歪みを有する結晶質な半導体であり、その粒径を0.5〜20nmとして非単結晶半導体中に分散させて存在せしめることが可能である。また、未結合手(ダングリングボンド)を終端するため水素またはハロゲンを少なくとも1原子%またはそれ以上含ませている。さらに、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンなどの希ガス元素を含ませて格子歪みをさらに助長させることで、安定性が増し良好な微結晶半導体膜が得られる。このような微結晶半導体膜に関する記述は、例えば、米国特許4,409,134号で開示されている。
この微結晶半導体膜54は、周波数が1GHz、好ましくは2.45GHz、好ましくは8.3GHzのマイクロ波以上のマイクロ波プラズマCVD装置により形成することができる。代表的には、SiH、Siなどの水素化珪素を用いて形成することができる。また、SiCl、SiFなどのハロゲン化珪素を用いて形成することができる。また、水素化珪素またはハロゲン化珪素に、水素や、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンから選ばれた一種または複数種の希ガス元素で希釈して微結晶半導体膜を形成することができる。
微結晶半導体膜54は1nm以上300nm以下、好ましくは5nm以上200nm以下の膜厚で形成する。
また、水素化珪素またはハロゲン化珪素中に、CH、Cなどの炭化物気体、GeH、GeFなどのゲルマニウム化気体を混入させて、エネルギーバンド幅を1.5〜2.4eV、若しくは0.9〜1.1eVに調節しても良い。
また、微結晶半導体膜54は、価電子制御を目的とした不純物元素を意図的に添加しないときに弱いn型の電気伝導性を示すので、薄膜トランジスタのチャネル形成領域として機能する微結晶半導体膜に対しては、p型を付与する不純物元素を、成膜と同時に、或いは成膜後に添加することで、しきい値制御をすることが可能となる。p型を付与する不純物元素としては、代表的には硼素であり、B、BFなどの不純物気体を1ppm〜1000ppm、好ましくは1〜100ppmの割合で水素化珪素またはハロゲン化珪素に混入させると良い。そしてボロンの濃度を、例えば1×1014〜6×1016atoms/cmとすると良い。
また、微結晶半導体膜の酸素濃度を、1×1019atoms/cm以下、窒素及び炭素の濃度それぞれを1×1019atoms/cm以下とすることが好ましい。
一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜55は、nチャネル型の薄膜トランジスタを形成する場合には、代表的な不純物元素としてリンを添加すれば良く、水素化珪素またはハロゲン化珪素にPHなどの不純物気体を加えれば良い。また、pチャネル型の薄膜トランジスタを形成する場合には、代表的な不純物元素としてボロンを添加すれば良く、水素化珪素またはハロゲン化珪素にBなどの不純物気体を加えれば良い。一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜55は、微結晶半導体膜、または非晶質半導体膜で形成することができる。
ここで、絶縁膜53から一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜55を連続成膜ことが可能なマイクロ波プラズマCVD装置について、図6を用いて示す。図6はマイクロ波プラズマCVD装置の上断面を示す模式図であり、共通室1120は、ロード・アンロード(L/UL)室1110、1115、及び反応室(1)〜反応室(4)1111〜1114がゲート弁1122〜1127を介して連結されている。基板1130は、ロード・アンロード(L/UL)室1110、1115に設けられるカセット1128、1129に装填され、共通室1120の搬送手段1121により各反応室(1)〜反応室(4)に搬送される。
反応室(1)〜反応室(4)それぞれにおいて、ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜53、微結晶半導体膜54、及び一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜55を連続的に積層する。この場合は、原料ガスの切り替えにより異なる種類の膜を連続的に複数積層することができる。または、反応室(1)及び反応室(3)でゲート絶縁膜として機能する絶縁膜53及び微結晶半導体膜54を連続的に積層し、反応室(2)及び反応室(4)で一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜55を形成する。一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜55のみ単独で成膜することにより、チャンバに残存する不純物元素が他の膜に混入することを防ぐことができる。
このように、複数のチャンバが接続されたマイクロ波プラズマCVD装置で、同時にゲート絶縁膜として機能する絶縁膜53、微結晶半導体膜54、及び一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜55を成膜することができるため、量産性を高めることができる。また、ある反応室がメンテナンスやクリーニングを行っていても、残りの反応室において成膜処理が可能となり、成膜のタクトを向上させることができる。また、大気成分や大気中に浮遊する汚染不純物元素に汚染されることなく各積層界面を形成することができるので、薄膜トランジスタ特性のばらつきを低減することができる。
また、ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜53を酸化珪素膜または酸化窒化珪素膜と、窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜との2層で形成する場合、反応室(1)で、ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜53の酸化珪素膜または酸化窒化珪素膜を形成し、反応室(2)で、ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜53の窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜を形成し、反応室(3)で、微結晶半導体膜54を形成し、反応室(4)で、一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜55を形成してもよい。このとき、各反応室の内壁を成膜する種類の膜でコーティングすることが好ましい。このような構成のマイクロ波プラズマCVD装置を用いれば、各反応室で一種類の膜を成膜することが可能であり、且つ大気に曝すことなく連続して形成することができるため、以前に成膜した膜の残留物や大気に浮遊する不純物元素に汚染されることなく、各積層界面を形成することができる。
なお、図6に示すマイクロ波プラズマCVD装置には、ロード・アンロード(L/UL)室が複数設けられているが、一つでもよい。また、マイクロ波プラズマCVD装置に予備室を設けてもよい。予備室で基板を予備加熱することで、各反応室において成膜までの加熱時間を短縮することが可能であるため、スループットを向上させることができる。
図7はこのようなマイクロ波プラズマCVD装置の一つの反応室の構成を詳細に説明するものである。マイクロ波プラズマCVD装置の反応室には、処理容器180、処理容器180内に設けられ基板1130を配置するための支持台181、処理容器180内にガスを導入するためのガス供給部182、処理容器180内のガスを排気するための真空ポンプに接続する排気口183、プラズマ発生用のマイクロ波を供給するマイクロ波発生装置184、マイクロ波供給部からマイクロ波を処理容器180に導入する導波管185、導波管185に接し且つ開口部187aを有する天板187、取り付け具188で天板187に設けられた複数の誘電体板186が設けられる。また、基板1130及び誘電体板186の間に非原料ガスを流すガス管197、及び原料ガスを流すガス管198が設けられる。ガス管197、198は、ガス供給部182と接続される。具体的には、非原料ガスを流すガス管197は、バルブ195及び質量流量コントローラ193を介して非原料ガス供給源191に接続される。また、原料ガスを流すガス管198は、バルブ196及び質量流量コントローラ194を介して原料ガス供給源192に接続される。また、支持台181に温度制御部199を設けることによって、基板1130の温度を制御することも可能である。また、支持台181に高周波電源を接続し、高周波電源から出力された交流の電力により、支持台181に所定のバイアス電圧を印加する構成としてもよい。なお、ガス供給部182及びマイクロ波発生装置184反応容器の外に設けられる。
マイクロ波発生装置184は、周波数が1GHz、好ましくは2.45GHz、好ましくは8.3GHz以上のマイクロ波を供給する。なお、本発明においては、マイクロ波発生装置184を複数有することで、安定な大面積のプラズマを生成することが可能である。このため、一辺が600mmを超える基板、特に一辺が1000mmを超える大面積基板においても、均一性の高い膜を成膜する事が可能であり、且つ成膜速度を高めることができる。
処理容器180、及び天板187は、表面がアルミナ、酸化珪素、フッ素樹脂のいずれかの絶縁膜で覆われた金属、例えばアルミニウムを含む合金で形成される。また、取り付け具188は金属、例えばアルミニウムを含む合金で形成される。
誘電体板186は、天板187の開口部に密着するように設けられる。マイクロ波発生装置184で発生したマイクロ波が導波管185及び天板187の開口部187aを経て、誘電体板186に伝播し、誘電体板186を透過して処理容器内に放出される。処理容器内に放出されたマイクロ波の電界エネルギーにより、非原料ガスがプラズマ化する。当該プラズマ200は、誘電体板186表面でより密度が高いため、基板1130へのダメージを低減することができる。また、誘電体板186を複数設けることで、均一な大面積のプラズマの発生及び維持が可能である。誘電体板186は、サファイア、石英ガラス、アルミナ、酸化珪素、窒化珪素等のセラミックスで形成される。なお、誘電体板186は、プラズマ200発生側に窪みが形成されてもよい。当該窪みにより、安定したプラズマを生成することができる。誘電体板186を複数設けることで、一辺が600mmを超える基板、特に一辺が1000mmを超える大面積基板においても、均一性の高い膜を成膜する事が可能であり、且つ成膜速度を高めることができる。
ガス管197、198は、非原料ガスを流すガス管197と原料ガスを流すガス管198が交差して設けられており、非原料ガスを流すガス管197の吹出し口が誘電体板186側に設けられ、原料ガスを流すガス管198の吹出し口が基板1130側に設けられる。非原料ガスが誘電体板186側に噴出されることにより、誘電体板186表面での成膜を回避しつつプラズマ200を発生させることができる。また、原料ガスを流すガス管198の吹出し口が基板1130側に設けられたことにより、基板1130により近い位置で原料ガスを噴出すことが可能であり、成膜速度を高めることが可能である。ガス管197、198は、アルミナ、窒化アルミニウム等のセラミックスで形成される。セラミックスはマイクロ波の透過率が高いため、ガス管197、198をセラミックスで形成することで、誘電体板186の直下にガス管を設けても、電界の乱れが生じずプラズマの分布を均一にすることができる。
以下に、成膜処理について説明する。これらの成膜処理は、その目的に応じて、ガス供給部182から供給するガスを選択すれば良い。
はじめに、酸化窒化珪素膜の成膜処理方法について、図8及び図7を用いて説明する。まず、図8のステップS170から成膜処理を開始し、ステップS171にて、基板1130の温度を制御する。基板1130は室温若しくは温度制御部199により100℃〜550℃に加熱する。ステップS172にて処理容器180内を真空にし、プラズマ着火用ガスとして、ヘリウム、アルゴン、キセノン、クリプトン等の希ガスのいずれか一種以上及び酸素を導入する。希ガスと共に、酸素を処理容器180内に導入することで、プラズマの着火を容易とすることができる。なお、基板1130と誘電体板186との間隔は、10mm〜200mm(好ましくは110mm〜160mm)程度である。次に、ステップS173にて、処理容器180内の圧力を所定の圧力にする。処理容器内の圧力は1〜200Pa、好ましくは1〜100Pa、さらに好ましくは1〜40Paとする。次に、ステップS174にて、マイクロ波発生装置184の電源をオンにし、マイクロ波発生装置184から導波管185にマイクロ波を供給し、処理容器180内でプラズマを生成する。マイクロ波発生装置の出力は500〜6000W、好ましくは4000〜6000Wとする。マイクロ波の導入によりプラズマの励起を行うと、低電子温度(0.7eV以上3eV以下、好ましくは0.7eV以上1.5eV以下)で高電子密度(1×1011〜1×1013atoms/cm)のプラズマを生成することができる。次に、ステップS175にて、ガス管198から原料ガスを処理容器180内に導入する。具体的には、酸素の供給を停止し、原料ガスとして、一酸化二窒素、希ガス、及び水素化珪素またはハロゲン化珪素を導入することで、基板1130上に酸化窒化珪素膜を形成することができる。次に、ステップS176にて、原料ガスの供給を停止し、処理容器内の圧力を低下し、マイクロ波発生装置の電源をオフにして、ステップS177で成膜プロセスを終了する。
上記酸化窒化珪素膜の成膜処理方法において、基板温度を300〜350℃、シランに対する一酸化二窒素の流量比を10倍以上300倍以下、好ましくは50倍以上200倍以下とし、パワーが5kWのマイクロ波発生装置を2〜6台用い、処理容器内の圧力を10〜100Pa、好ましくは10〜50Paとし、基板1130及び誘電体板186の間隔を110mm以上160mm以下とすると、耐圧の高い酸化窒化珪素膜を形成することができる。
次に、微結晶半導体膜54の成膜処理方法について示す。まず、図8のステップS170から成膜処理を開始し、ステップS171にて、基板1130の温度を制御する。基板1130は室温若しくは温度制御部199により100℃〜550℃に加熱する。ステップS172にて処理室内を真空にし、プラズマ着火用ガスとして、ヘリウム、アルゴン、キセノン、クリプトン等の希ガスを導入する。なお、基板1130と誘電体板186との間隔は、10mm〜200mm(好ましくは110mm〜160mm)程度である。次に、ステップS173にて、処理容器180内の圧力を所定の圧力にする。処理容器内の圧力は1〜200Pa、好ましくは1〜100Paとする。次に、ステップS174にて、マイクロ波発生装置184の電源をオンにし、マイクロ波発生装置184から導波管185にマイクロ波を供給し、処理容器180内でプラズマを生成する。マイクロ波発生装置の出力は500〜6000W、好ましくは4000〜6000Wとする。マイクロ波の導入によりプラズマの励起を行うと、低電子温度(0.7eV以上3eV以下、好ましくは0.7eV以上1.5eV以下)で高電子密度(1×1011〜1×1013atoms/cm)のプラズマを生成することができる。次に、ステップS175にて、ガス管198から原料ガスを処理容器180内に導入する。具体的には、SiH、Siなどの水素化珪素またはSiHCl、SiHClなどのハロゲン化珪素を導入し、微結晶半導体膜を形成することができる。または、SiH、Siなどの水素化珪素またはSiHCl、SiHClなどのハロゲン化珪素、更には水素を導入し、微結晶半導体膜を形成することができる。次に、ステップS176にて、原料ガスの供給を停止し、処理容器内の圧力を低下し、マイクロ波発生装置の電源をオフにして、ステップS177で成膜プロセスを終了する。
なお、プラズマの着火及びプラズマの維持にアルゴンなどの希ガスを混合させると、希ガスの励起種により原料ガスの分離及びラジカルの形成を効率良く行うことができる。
また、周波数が1GHz以上、好ましくは2.45GHz、好ましくは8.3GHz以上のマイクロ波プラズマCVD装置で発生されたプラズマは、電子密度が高く、原料ガスから多くのラジカルが形成され、基板1130へ供給されるため、基板でのラジカルの表面反応が促進され、微結晶半導体膜の成膜速度を高めることができる。更に、複数のマイクロ波発生装置、及び複数の誘電体板で構成されるマイクロ波プラズマCVD装置は、安定した大面積のプラズマを生成することができる。このため、大面積基板上においても、膜質の均一性を高めた膜を成膜することが可能であると共に、量産性を高めることができる。
一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜55は、nチャネル型の薄膜トランジスタを形成する場合には、代表的な不純物元素としてリンを添加すれば良く、水素化珪素またはハロゲン化珪素及びPHなどの不純物気体を用いたプラズマCVD法で形成する。また、pチャネル型の薄膜トランジスタを形成する場合には、代表的な不純物元素としてボロンを添加すれば良く、水素化珪素またはハロゲン化珪素及びBなどの不純物元素を含む気体を用いたプラズマCVD法で形成する。リンまたはボロンの濃度を1×1019〜1×1021atoms/cmとすることで、後に形成されるソース配線及びドレイン配線とオーミックコンタクトすることが可能である。一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜55は、微結晶半導体膜体、または非晶質半導体で形成することができる。一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜55は2nm以上50nm以下の厚さで形成する。一導電型を付与する不純物元素が添加された不純物半導体膜の膜厚を、薄くすることでスループットを向上させることができる。
また、図7に示すような周波数が1GHz以上のマイクロ波プラズマCVD装置を用い、図8のステップを用いて微結晶半導体膜54と同様に導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜55を形成してもよい。この場合、ステップS175において、原料ガスとして、水素化珪素またはハロゲン化珪素と、PHまたはBと、更には水素を導入することで、一導電型を付与する不純物元素が添加された微結晶半導体膜を形成することができる。
次に、一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜55上にマスク56、57を形成し、微結晶半導体膜54、一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜55をエッチングして島状に分離形成する。この結果、図1(C)に示すような、微結晶半導体膜60、61、及び一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜58、59を形成することができる。
その後、導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜58、59及びゲート絶縁膜として機能する絶縁膜53上に、ソース電極及びドレイン電極62〜65を形成する。ソース電極及びドレイン電極62〜65は、アルミニウム、若しくは銅、シリコン、チタン、ネオジム、スカンジウム、モリブデンなどの耐熱性向上元素若しくはヒロック防止元素が添加されたアルミニウム合金を用いて形成することが好ましい。また、一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜と接する側の層を、チタン、タンタル、モリブデン、タングステン、またはこれらの元素の窒化物で形成し、その上にアルミニウムまたはアルミニウム合金を形成した積層構造としても良い。更には、アルミニウムまたはアルミニウム合金の上面及び下面を、チタン、タンタル、モリブデン、タングステン、またはこれらの元素の窒化物で挟んだ積層構造としてもよい。
ソース電極及びドレイン電極62〜65は、スパッタリング法や真空蒸着法で、一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜58、59及び絶縁膜53上に導電膜を形成し、当該導電膜上にフォトリソグラフィ技術または塗布法によりマスクを形成し、当該マスクを用いて導電膜をエッチングすることで、形成することができる。また、ソース電極及びドレイン電極62〜65は、銀、金、銅などの導電性ナノペーストを用いてスクリーン印刷法、インクジェット法等を用いて吐出し焼成して形成しても良い。
次に、図2(A)に示すように、ソース電極及びドレイン電極62〜65、または図示しないがソース電極及びドレイン電極62〜65を形成するマスクを用いて一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜58、59をエッチングしてソース領域及びドレイン領域66〜69を形成する。また、当該工程において、下地となる微結晶半導体膜60、61とのエッチング選択比がとれないので、微結晶半導体膜60、61も若干エッチングされ、チャネル形成領域として機能する微結晶半導体膜70、71が形成される。
なお、本実施の形態においては、ソース電極及びドレイン電極62〜65と、ソース領域及びドレイン領域66〜69は、同一のレジストマスクを用い、ドライエッチング法を用いて導電膜及び一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜をエッチングして形成する。
以上の工程により、チャネルエッチ型の薄膜トランジスタ72、73を形成することができる。チャネルエッチ型の薄膜トランジスタは、作製工程数が少なく、コスト削減が可能である。また、微結晶半導体膜でチャネル形成領域を構成することにより2〜10cm/V・secの電界効果移動度を得ることができる。従って、この薄膜トランジスタを画素部89の画素のスイッチング用素子として、さらに走査線(ゲート線)側の駆動回路88を形成する素子として利用することができる。
次に、図2(B)に示すように、薄膜トランジスタ72、73上に、チャネル形成領域の保護を目的として絶縁膜81で形成し、絶縁膜81上に好ましい形態としてコンタクトホールを有する平坦化膜82を形成し、平坦化膜82上に、コンタクトホールにおいてソース電極またはドレイン電極に接する画素電極83を形成する。
絶縁膜81としては、ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜53と同様に形成することができる。なお、絶縁膜81は、大気中に浮遊する有機物や金属物、水蒸気などの汚染不純物の侵入を防ぐためのものであり、緻密な膜が好ましい。また、絶縁膜81に窒化珪素膜を用いることで、チャネル形成領域として機能する微結晶半導体膜70、71中の酸素濃度を5×1019atoms/cm以下、好ましくは1×1019atoms/cm以下とすることができる。
平坦化膜82は、アクリル、ポリイミド、ポリアミドなどの有機樹脂、またはシロキサンポリマーを用いて絶縁膜で形成することが好ましい。
図2(B)では画素の薄膜トランジスタがn型であるので、画素電極83として、陰極材料を用いるのが望ましいが、逆にp型の場合は陽極を用いるのが望ましい。具体的には、陰極材料としては、仕事関数が小さい公知の材料、例えば、Ca、Al、CaF、MgAg、AlLi等を用いることができる。
次に図2(C)に示すように、平坦化膜82及び画素電極83の端部上に、隔壁84を形成する。隔壁84は開口部を有しており、該開口部において画素電極83が露出している。隔壁84は、有機樹脂膜、または無機絶縁膜を用いて形成する。特に感光性の材料を用い、画素電極上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成すると、後に形成される発光層85の断切れを低減できるため好ましい。
次に、隔壁84の開口部において画素電極83と接するように、発光層85を形成する。発光層85は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。
そして発光層85を覆うように、陽極材料を用いた共通電極86を形成する。共通電極86は、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物(以下、ITOと示す。)、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。共通電極86として上記透明導電膜の他に、窒化チタン膜またはチタン膜を用いても良い。図2(C)では、共通電極86としITOを用いている。隔壁84の開口部において、画素電極83と発光層85と共通電極86が重なり合うことで、発光素子90が形成されている。この後、発光素子90に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、共通電極86及び隔壁84上に保護膜87を形成することが好ましい。保護膜87としては、窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、DLC(Diamond Like Carbon)膜等を形成することができる。
さらに、実際には、図2(C)まで完成したら、さらに外気に曝されないように気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム(ラミネートフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等)やカバー材でパッケージング(封入)することが好ましい。
なお、図1及び図2は、チャネルエッチ型の薄膜トランジスタを有する発光装置の作製方法について示したが、チャネル保護型の薄膜トランジスタを用いて形成することができる。
当該作製方法について、図3を用いて示す。
図3(A)に示すように、基板50上にゲート電極51、52を形成する。次に、ゲート電極51、52上にゲート絶縁膜として機能する絶縁膜53及び微結晶半導体膜54を形成する。微結晶半導体膜54は、周波数が1GHz以上のマイクロ波プラズマCVD装置を用いて形成することで、容易に形成することができる。
次に、ゲート電極51、52と重なるように微結晶半導体膜54上にチャネル保護膜94、95を形成する。チャネル保護膜94、95としては、窒化珪素、窒化酸化珪素、酸化珪素、酸化窒化珪素をスパッタリング法、CVD法等で微結晶半導体膜54上に絶縁膜を形成し、当該絶縁膜上にマスクを形成し、マスクを用いて絶縁膜をエッチングして形成することができる。また、ポリイミド、アクリル、またはシロキサンを含む組成物を吐出し焼成してチャネル保護膜94、95を形成することができる。
次に、チャネル保護膜94、95上に一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜96を形成し、一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜96上にマスク97、98を形成する。一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜96は、図1(B)に示す一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜55と同様に形成することができる。マスク97、98は、図1(B)に示すマスク56、57と同様に形成することができる。
次に、マスク97、98を用いて一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜96及び微結晶半導体膜54をエッチングし分離して、図3(B)に示すように、チャネル形成領域として機能する微結晶半導体膜60、61、及び一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜58、59を形成する。
次に、一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜58、59及びゲート絶縁膜として機能する絶縁膜53上にソース電極及びドレイン電極62〜65を形成する。
次に、ソース電極及びドレイン電極62〜65をマスクとして、一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜58、59をエッチングして、図3(C)に示すように、ソース領域及びドレイン領域101〜104を形成する。このとき、チャネル保護膜94、95の一部がエッチングされる。一部エッチングされたチャネル保護膜を、チャネル保護膜105、106と示す。
以上の工程により、ゲート電極51、52、及び微結晶半導体膜60、61に重畳するチャネル保護膜105、106を有するチャネル保護型の薄膜トランジスタを作製することができる。チャネル保護型の薄膜トランジスタを素子基板に形成することで、薄膜トランジスタの素子特性のばらつきを低減することができると共に、オフ電流を低減することができる。また、微結晶半導体膜でチャネル形成領域を構成することにより2〜10cm/V・secの電界効果移動度を得ることができる。従って、この薄膜トランジスタを画素部89の画素のスイッチング用素子として、さらに走査線(信号線)側の駆動回路88を形成する素子として利用することができる。
次に、発光素子の構成について、図4を用いて説明する。ここでは、駆動用TFTがn型の場合を例に挙げて、画素の断面構造について説明する。
発光素子は発光を取り出すために少なくとも陽極又は陰極の一方が透明であればよい。そして、基板上に薄膜トランジスタ及び発光素子を形成し、基板とは逆側の面から発光を取り出す上面射出や、基板側の面から発光を取り出す下面射出や、基板側及び基板とは反対側の面から発光を取り出す両面射出構造の発光素子があり、本発明の画素構成はどの射出構造の発光素子にも適用することができる。
上面射出構造の発光素子について図4(A)を用いて説明する。
図4(A)に、駆動用TFT7001がn型で、発光素子7002から発せられる光が陽極7005側に抜ける場合の、画素の断面図を示す。図4(A)では、発光素子7002の陰極7003と駆動用TFT7001が電気的に接続されており、陰極7003上に発光層7004、陽極7005が順に積層されている。陰極7003は仕事関数が小さく、なおかつ光を反射する導電膜であれば公知の材料を用いることができる。例えば、Ca、Al、CaF、MgAg、AlLi等が望ましい。そして発光層7004は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。複数の層で構成されている場合、陰極7003上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層する。なおこれらの層を全て設ける必要はない。陽極7005は光を透過する透明導電膜を用いて形成し、例えば酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物(以下、ITOと示す。)、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する透光性導電膜を用いても良い。
陰極7003及び陽極7005で発光層7004を挟んでいる領域が発光素子7002に相当する。図4(A)に示した画素の場合、発光素子7002から発せられる光は、白抜きの矢印で示すように陽極7005側に射出する。
次に、下面射出構造の発光素子について図4(B)を用いて説明する。駆動用TFT7011がn型で、発光素子7012から発せられる光が陰極7013側に射出する場合の、画素の断面図を示す。図4(B)では、駆動用TFT7011と電気的に接続された透明導電膜7017上に、発光素子7012の陰極7013が成膜されており、陰極7013上に発光層7014、陽極7015が順に積層されている。なお、陽極7015が透光性を有する場合、陽極上を覆うように、光を反射または遮蔽するための遮蔽膜7016が成膜されていてもよい。陰極7013は、図4(A)の場合と同様に、仕事関数が小さい導電膜であれば公知の材料を用いることができる。ただしその膜厚は、光を透過する程度(好ましくは、5nm〜30nm程度)とする。例えば20nmの膜厚を有するAlを、陰極7013として用いることができる。そして発光層7014は、図4(A)と同様に、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。陽極7015は光を透過する必要はないが、図4(A)と同様に、透明導電膜を用いて形成することができる。そして遮蔽膜7016は、例えば光を反射する金属等を用いることができるが、金属膜に限定されない。例えば黒の顔料添加した樹脂等を用いることもできる。
陰極7013及び陽極7015で、発光層7014を挟んでいる領域が発光素子7012に相当する。図4(B)に示した画素の場合、発光素子7012から発せられる光は、白抜きの矢印で示すように陰極7013側に射出する。
次に、両面射出構造の発光素子について、図4(C)を用いて説明する。図4(C)では、駆動用TFT7021と電気的に接続された透明導電膜7027上に、発光素子7022の陰極7023が成膜されており、陰極7023上に発光層7024、陽極7025が順に積層されている。陰極7023は、図4(A)の場合と同様に、仕事関数が小さい導電膜であれば公知の材料を用いることができる。ただしその膜厚は、光を透過する程度とする。例えば20nmの膜厚を有するAlを、陰極7023として用いることができる。そして発光層7024は、図4(A)と同様に、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。陽極7025は、図4(A)と同様に、光を透過する透明導電膜を用いて形成することができる。
陰極7023と、発光層7024と、陽極7025とが重なっている部分が発光素子7022に相当する。図4(C)に示した画素の場合、発光素子7022から発せられる光は、白抜きの矢印で示すように陽極7025側と陰極7023側の両方に射出する。
なお本実施の形態では、駆動用TFTと発光素子が電気的に接続されている例を示したが、駆動用TFTと発光素子との間に、発光素子に流れる電流を制御する電流制御用TFTが接続されている構成であってもよい。
なお本実施の形態で示す発光装置は、図4に示した構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
次に、表示装置として、液晶表示装置の作製工程について、図1、図2、及び図5を用いて説明する。
図1及び図2(A)の工程を経て、図5に示すように基板120上に薄膜トランジスタ72、73を形成する。次に、薄膜トランジスタ72、73上に保護膜として機能する絶縁膜81、平坦化膜82、薄膜トランジスタ72、73のソース電極及びドレイン電極62〜65それぞれに接する配線122〜125を形成する。次に、平坦化膜82上に配線125に接続する画素電極130を形成する。
ここでは、画素電極130を透明導電膜で形成し、透過型の液晶表示装置を作製する例を示すが、本発明の液晶表示装置はこの構成に限定されない。光を反射しやすい導電膜を用いて画素電極を形成することで、反射型の液晶表示装置を形成することができる。この場合、配線125の一部を画素電極として用いることができる。
次に、配線124または配線125上に、スペーサ133を絶縁膜で形成する。なお図5では、配線124上にスペーサ133を、酸化珪素を用いて形成した例を示している。画素電極130とスペーサ133は、いずれを先に形成しても良い。また、スペーサ133としてここでは、柱状スペーサを用いて示したがビーズスペーサを散布してもよい。
そして、配線122〜125、スペーサ133、画素電極130を覆うように、配向膜131を成膜し、ラビング処理を施す。
次に、液晶を封止するためのシール材162を形成する。一方、透明導電膜を用いた対向電極141と、ラビング処理が施された配向膜142とが形成された第2の基板140を用意する。そして、シール材162で囲まれた領域に液晶161を滴下し、別途用意しておいた第2の基板140を、対向電極141と画素電極130とが向かい合うように、シール材162を用いて貼り合わせる。なおシール材162にはフィラーが混入されていても良い。
なお、第2の基板140にシール材162を形成し、シール材162で囲まれた領域に液晶161を滴下した後、第1の基板120と第2の基板140をシール材162を用いて貼り合せてもよい。
また、上述した液晶の注入は、ディスペンサ式(滴下式)を用いているが、本発明はこれに限定されない。シール材162を用いて第1の基板120及び第2の基板140を貼り合わせてから毛細管現象を用いて液晶を注入するディップ式(汲み上げ式)を用いていても良い。
また、第1の基板120または第2の基板140にカラーフィルタや、ディスクリネーションを防ぐための遮蔽膜(ブラックマトリクス)などが形成されていても良い。また、第1の基板120の薄膜トランジスタが形成されている面とは逆の面に偏光板150を貼り合わせ、また第2の基板140の対向電極141が形成されている面とは逆の面に、偏光板151を貼り合わせておく。
画素電極130または対向電極141に用いられる透明導電膜は、図2(B)に示す画素電極と同様の材料を適宜用いることができる。画素電極130と液晶161と対向電極141が重なり合うことで、液晶素子132が形成されている。
以上により、表示装置を作製することができる。また、周波数が1GHz以上のマイクロ波プラズマCVD装置で発生されたプラズマは、電子密度が高いため、当該装置を用いることで、微結晶半導体膜の成膜速度を高めることができる。このため、微結晶半導体膜を用いた薄膜トランジスタを有する表示装置の量産性を高めることができる。また、複数のマイクロ波発生装置、及び複数の誘電体板で構成されるマイクロ波プラズマCVD装置は、安定した大面積のプラズマを生成することができる。このため、大面積基板を用いて表示装置を作製することが可能であり、量産性を高めることができる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、実施の形態1に示す薄膜トランジスタの他の形状を図12を用いて示す。
本実施の形態に示す薄膜トランジスタ72、73は、図12に示すように、ソース配線62a、64aの端部と、ソース領域66、68の端部がずれていることを特徴とする。また、ドレイン配線63a、65aの端部と、ドレイン領域67、69の端部がずれていることを特徴とする。
本実施の形態においては、同一のレジストマスクを用い、導電膜をウエットエッチングしてソース配線及びドレイン配線62a〜65aを形成し、一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜をドライエッチングしてソース領域及びドレイン領域66〜69を形成する。ソース配線及びドレイン配線62a〜65aを本実施の形態の構造とすることで、対向する配線の間隔が広くなるため、ソース配線及びドレイン配線間における短絡を低減することが可能であるため、歩留まりを高めることが可能である。
(実施の形態3)
次に、本発明の表示装置の一形態である表示パネルの構成について、以下に示す。
図9に、信号線駆動回路6013のみを別途形成し、基板6011上に形成された画素部6012と接続している表示パネルの形態を示す。画素部6012及び走査線駆動回路6014は、微結晶半導体膜を用いた薄膜トランジスタを用いて形成する。非晶質半導体膜を用いた薄膜トランジスタよりも高い移動度が得られる薄膜トランジスタで信号線駆動回路を形成することで、走査線駆動回路よりも高い駆動周波数が要求される信号線駆動回路の動作を安定させることができる。なお、信号線駆動回路6013は、単結晶の半導体を用いた薄膜トランジスタ、多結晶の半導体を用いた薄膜トランジスタ、またはSOIを用いた薄膜トランジスタであっても良い。画素部6012と、信号線駆動回路6013と、走査線駆動回路6014とに、それぞれ電源の電位、各種信号等が、FPC6015を介して供給される。
なお、信号線駆動回路及び走査線駆動回路を、共に画素部と同じ基板上に形成しても良い。
また、駆動回路を別途形成する場合、必ずしも駆動回路が形成された基板を、画素部が形成された基板上に貼り合わせる必要はなく、例えばFPC上に貼り合わせるようにしても良い。図10(A)に、信号線駆動回路6023のみを別途形成し、基板6021上に形成された画素部6022及び走査線駆動回路6024を有する表示装置パネルの形態を示す。画素部6022及び走査線駆動回路6024は、微結晶半導体膜を用いた薄膜トランジスタを用いて形成する。信号線駆動回路6023は、FPC6025を介して画素部6022と接続されている。画素部6022と、信号線駆動回路6023と、走査線駆動回路6024とに、それぞれ電源の電位、各種信号等が、FPC6025を介して供給される。
また、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部のみを、微結晶半導体膜を用いた薄膜トランジスタを用いて画素部と同じ基板上に形成し、残りを別途形成して画素部と電気的に接続するようにしても良い。図10(B)に、信号線駆動回路が有するアナログスイッチ6033aを、画素部6032、走査線駆動回路6034と同じ基板6031上に形成し、信号線駆動回路が有するシフトレジスタ6033bを別途異なる基板に形成して貼り合わせる表示パネルの形態を示す。画素部6032及び走査線駆動回路6034は、微結晶半導体膜を用いた薄膜トランジスタを用いて形成する。信号線駆動回路が有するシフトレジスタ6033bは、FPC6035を介して画素部6032と接続されている。画素部6032と、信号線駆動回路と、走査線駆動回路6034とに、それぞれ電源の電位、各種信号等が、FPC6035を介して供給される。
図9、図10に示すように、本発明の表示装置は、駆動回路の一部または全部を、画素部と同じ基板上に、微結晶半導体膜を用いた薄膜トランジスタを用いて形成することができる。
なお、別途形成した基板の接続方法は、特に限定されるものではなく、公知のCOG方法、ワイヤボンディング方法、或いはTAB方法などを用いることができる。また接続する位置は、電気的な接続が可能であるならば、図9、図10に示した位置に限定されない。また、コントローラ、CPU、メモリ等を別途形成し、接続するようにしても良い。
なお本発明で用いる信号線駆動回路は、シフトレジスタとアナログスイッチのみを有する形態に限定されない。シフトレジスタとアナログスイッチに加え、バッファ、レベルシフタ、ソースフォロワ等、他の回路を有していても良い。また、シフトレジスタとアナログスイッチは必ずしも設ける必要はなく、例えばシフトレジスタの代わりにデコーダ回路のような信号線の選択ができる別の回路を用いても良いし、アナログスイッチの代わりにラッチ等を用いても良い。
図11(A)に本発明の発光装置のブロック図を示す。図11(A)に示す発光装置は、表示素子を備えた画素を複数有する画素部701と、各画素を選択する走査線駆動回路702と、選択された画素へのビデオ信号の入力を制御する信号線駆動回路703とを有する。
図11(A)において信号線駆動回路703は、シフトレジスタ704、アナログスイッチ705を有している。シフトレジスタ704には、クロック信号(CLK)、スタートパルス信号(SP)が入力されている。クロック信号(CLK)とスタートパルス信号(SP)が入力されると、シフトレジスタ704においてタイミング信号が生成され、アナログスイッチ705に入力される。
またアナログスイッチ705には、ビデオ信号(video signal)が与えられている。アナログスイッチ705は入力されるタイミング信号に従ってビデオ信号をサンプリングし、後段の信号線に供給する。
次に、走査線駆動回路702の構成について説明する。走査線駆動回路702は、シフトレジスタ706、バッファ707を有している。また場合によってはレベルシフタを有していても良い。走査線駆動回路702において、シフトレジスタ706にクロック信号(CLK)及びスタートパルス信号(SP)が入力されることによって、選択信号が生成される。生成された選択信号はバッファ707において緩衝増幅され、対応する走査線に供給される。走査線には、1ライン分の画素のトランジスタのゲートが接続されている。そして、1ライン分の画素のトランジスタを一斉にONにしなくてはならないので、バッファ707は大きな電流を流すことが可能なものが用いられる。
フルカラーの表示装置で、R(赤)、G(緑)、B(青)に対応するビデオ信号を、順にサンプリングして対応する信号線に供給している場合、シフトレジスタ704とアナログスイッチ705とを接続するための端子数が、アナログスイッチ705と画素部701の信号線を接続するための端子数の1/3程度に相当する。よって、アナログスイッチ705を画素部701と同じ基板上に形成することで、アナログスイッチ705を画素部701と異なる基板上に形成した場合に比べて、接続に用いる端子の数を抑えることができ、接続不良の発生確率を抑え、歩留まりを高めることができる。
図11(B)に、図11(A)とは異なる、本発明の表示装置のブロック図を示す。図11(B)において信号線駆動回路713は、シフトレジスタ714、ラッチA715、ラッチB716を有している。走査線駆動回路712は、図11(A)の場合と同じ構成を有しているものとする。
シフトレジスタ714には、クロック信号(CLK)、スタートパルス信号(SP)が入力されている。クロック信号(CLK)とスタートパルス信号(SP)が入力されると、シフトレジスタ714においてタイミング信号が生成され、一段目のラッチA715に順に入力される。ラッチA715にタイミング信号が入力されると、該タイミング信号に同期して、ビデオ信号が順にラッチA715に書き込まれ、保持される。なお、図11(B)ではラッチA715に順にビデオ信号を書き込んでいると仮定するが、本発明はこの構成に限定されない。複数のステージのラッチA715をいくつかのグループに分け、各グループごとに並行してビデオ信号を入力する、いわゆる分割駆動を行っても良い。
ラッチA715の全てのラッチへの、ビデオ信号の書き込みが一通り終了するまでの時間を、ライン期間と呼ぶ。実際には、上記ライン期間に水平帰線期間が加えられた期間をライン期間に含むことがある。
1ライン期間が終了すると、2段目のラッチB716にラッチ信号(Latch Signal)が供給され、該ラッチ信号に同期してラッチA715に保持されているビデオ信号が、ラッチB716に一斉に書き込まれ、保持される。ビデオ信号をラッチB716に送出し終えたラッチA715には、再びシフトレジスタ714からのタイミング信号に同期して、次のビデオ信号の書き込みが順次行われる。この2順目の1ライン期間中には、ラッチB716に書き込まれ、保持されているビデオ信号が信号線に入力される。
なお、図11(A)、図11(B)に示す構成は、本発明の表示装置の一形態を示したに過ぎず、信号線駆動回路と走査線駆動回路の構成はこれに限定されない。
次に、本発明の表示装置の一形態に相当する発光表示パネルの外観及び断面について、図13を用いて説明する。図13(A)は、第1の基板上に形成された微結晶半導体膜を用いた薄膜トランジスタ及び発光素子を、第2の基板との間にシール材によって封止した、パネルの上面図であり、図13(B)は、図13(A)のA−A’における断面図に相当する。
第1の基板4001上に設けられた画素部4002と、走査線駆動回路4004とを囲むようにして、シール材4005が設けられている。また画素部4002と、走査線駆動回路4004の上に第2の基板4006が設けられている。よって画素部4002と、走査線駆動回路4004とは、第1の基板4001とシール材4005と第2の基板4006とによって、充填材4007と共に密封されている。また第1の基板4001上のシール材4005によって囲まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に多結晶半導体膜で形成された信号線駆動回路4003が実装されている。なお本実施の形態では、多結晶半導体膜を用いた薄膜トランジスタを有する信号線駆動回路を、第1の基板4001に貼り合わせる例について説明するが、単結晶半導体を用いたトランジスタで信号線駆動回路を形成し、貼り合わせるようにしても良い。図13では、信号線駆動回路4003に含まれる、多結晶半導体膜で形成された薄膜トランジスタ4009を例示する。
また第1の基板4001上に設けられた画素部4002と、走査線駆動回路4004は、薄膜トランジスタを複数有しており、図13(B)では、画素部4002に含まれる薄膜トランジスタ4010を例示している。なお本実施の形態では、薄膜トランジスタ4010が駆動用TFTであると仮定するが、薄膜トランジスタ4010は電流制御用TFTであっても良いし、消去用TFTであっても良い。薄膜トランジスタ4010は微結晶半導体膜を用いた薄膜トランジスタに相当する。
また、発光素子4011が有する画素電極は、薄膜トランジスタ4010のソース電極またはドレイン電極と、配線4017を介して電気的に接続されている。そして本実施の形態では、発光素子4011の共通電極と透明導電膜4012が電気的に接続されている。なお発光素子4011の構成は、本実施の形態に示した構成に限定されない。発光素子4011から取り出す光の方向や、薄膜トランジスタ4010の極性などに合わせて、発光素子4011の構成は適宜変えることができる。
また、別途形成された信号線駆動回路4003と、走査線駆動回路4004または画素部4002に与えられる各種信号及び電位は、図13(B)に示す断面図では図示されていないが、引き回し配線4014及び4015を介して、FPC4018から供給されている。
本実施の形態では、接続端子4016が、発光素子4011が有する画素電極と同じ導電膜から形成されている。また、引き回し配線4014、4015は、配線4017と同じ導電膜から形成されている。
接続端子4016は、FPC4018が有する端子と、異方性導電膜4019を介して電気的に接続されている。
なお、第1の基板4001、第2の基板4006としては、ガラス、金属(代表的にはステンレス)、セラミックス、プラスチックを用いることができる。プラスチックとしては、FRP(Fiberglass−Reinforced Plastics)板、PVF(ポリビニルフルオライド)フィルム、ポリエステルフィルム、またはアクリル樹脂フィルムを用いることができる。また、アルミニウムホイルをPVFフィルムやポリエステルフィルムで挟んだ構造のシートを用いることもできる。
但し、発光素子4011からの光の取り出し方向に位置する第2の基板は透明でなければならない。その場合には、ガラス板、プラスチック板、ポリエステルフィルムまたはアクリルフィルムのような透光性を有する材料を用いる。
また、充填材4007としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂を用いることができ、PVC(ポリビニルクロライド)、アクリル、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)またはEVA(エチレンビニルアセテート)を用いることができる。本実施の形態では充填材として窒素を用いた。
また、必要であれば、発光素子の射出面に偏光板、又は円偏光板(楕円偏光板を含む)、位相差板(λ/4板、λ/2板)、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けてもよい。また、偏光板又は円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。
なお、図13では、信号線駆動回路4003を別途形成し、第1の基板4001に実装している例を示しているが、本実施の形態はこの構成に限定されない。走査線駆動回路を別途形成して実装しても良いし、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部のみを別途形成して実装しても良い。
次に、本発明の表示装置の一形態に相当する液晶表示パネルの外観及び断面について、図14を用いて説明する。図14(A)は、第1の基板4001上に形成された微結晶半導体膜を有する薄膜トランジスタ4010及び液晶素子4013を、第2の基板4006との間にシール材4005によって封止した、パネルの上面図であり、図14(B)は、図14(A)のA−A’における断面図に相当する。
第1の基板4001上に設けられた画素部4002と、走査線駆動回路4004とを囲むようにして、シール材4005が設けられている。また画素部4002と、走査線駆動回路4004の上に第2の基板4006が設けられている。よって画素部4002と、走査線駆動回路4004とは、第1の基板4001とシール材4005と第2の基板4006とによって、液晶4008と共に封止されている。また第1の基板4001上のシール材4005によって囲まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に多結晶半導体膜で形成された信号線駆動回路4003が実装されている。なお本実施の形態では、多結晶半導体膜を用いた薄膜トランジスタを有する信号線駆動回路を、第1の基板4001に貼り合わせる例について説明するが、単結晶半導体を用いたトランジスタで信号線駆動回路を形成し、貼り合わせるようにしても良い。図14では、信号線駆動回路4003に含まれる、多結晶半導体膜で形成された薄膜トランジスタ4009を例示する。
また第1の基板4001上に設けられた画素部4002と、走査線駆動回路4004は、薄膜トランジスタを複数有しており、図14(B)では、画素部4002に含まれる薄膜トランジスタ4010とを例示している。薄膜トランジスタ4010は微結晶半導体膜を用いた薄膜トランジスタに相当する。
また、液晶素子4013が有する画素電極4030は、薄膜トランジスタ4010と配線4040を介して電気的に接続されている。そして液晶素子4013の対向電極4031は第2の基板4006上に形成されている。画素電極4030と対向電極4031と液晶4008とが重なっている部分が、液晶素子4013に相当する。
また、球状のスペーサ4035は、画素電極4030と対向電極4031との間の距離(セルギャップ)を制御するために設けられている。なお、絶縁膜をパターニングすることで得られるスペーサを用いていても良い。
また別途形成された信号線駆動回路4003と、走査線駆動回路4004または画素部4002に与えられる各種信号及び電位は、引き回し配線4014、4015を介して、FPC4018から供給されている。
本実施の形態では、接続端子4016が、液晶素子4013が有する画素電極4030と同じ導電膜から形成されている。また、引き回し配線4014、4015は、配線4041と同じ導電膜で形成されている。
接続端子4016は、FPC4018が有する端子と、異方性導電膜4019を介して電気的に接続されている。
なお図示していないが、本実施の形態に示した液晶表示装置は配向膜、偏光板を有し、更にカラーフィルタや遮蔽膜を有していても良い。
また図14では、信号線駆動回路4003を別途形成し、第1の基板4001に実装している例を示しているが、本実施例はこの構成に限定されない。走査線駆動回路を別途形成して実装しても良いし、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部のみを別途形成して実装しても良い。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態4)
本発明により得られる液晶表示装置や発光装置等の表示装置によって、様々なモジュール(アクティブマトリクス型液晶モジュール、アクティブマトリクス型ELモジュール)に用いることができる。即ち、それら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。
その様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラなどのカメラ、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、プロジェクタ、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15に示す。
図15(A)はテレビジョン装置である。表示モジュールを、図15(A)に示すように、筐体に組みこんで、テレビジョン装置を完成させることができる。FPCまで取り付けられた表示パネルのことを表示モジュールとも呼ぶ。表示モジュールにより主画面2003が形成され、その他付属設備としてスピーカー部2009、操作スイッチなどが備えられている。このように、テレビジョン装置を完成させることができる。
図15(A)に示すように、筐体2001に表示素子を利用した表示用パネル2002が組みこまれ、受信機2005により一般のテレビ放送の受信をはじめ、モデム2004を介して有線又は無線による通信ネットワークに接続することにより一方向(送信者から受信者)又は双方向(送信者と受信者間、又は受信者間同士)の情報通信をすることもできる。テレビジョン装置の操作は、筐体に組みこまれたスイッチ又は別体のリモコン操作機2006により行うことが可能であり、このリモコン装置にも出力する情報を表示する表示部2007が設けられていても良い。
また、テレビジョン装置にも、主画面2003の他にサブ画面2008を第2の表示用パネルで形成し、チャネルや音量などを表示する構成が付加されていても良い。この構成において、主画面2003を視野角の優れた発光表示パネルで形成し、サブ画面を低消費電力で表示可能な液晶表示パネルで形成しても良い。また、低消費電力化を優先させるためには、主画面2003を液晶表示パネルで形成し、サブ画面を発光表示パネルで形成し、サブ画面は点滅可能とする構成としても良い。
勿論、本発明はテレビジョン装置に限定されず、パーソナルコンピュータのモニタをはじめ、鉄道の駅や空港などにおける情報表示盤や、街頭における広告表示盤など大面積の表示媒体としても様々な用途に適用することができる。
図15(B)は携帯電話機2301の一例を示している。この携帯電話機2301は、表示部2302、操作部2303などを含んで構成されている。表示部2302においては、上記実施の形態で説明した表示装置を適用することで、量産性を高めることができる。
また、図15(C)に示す携帯型のコンピュータは、本体2401、表示部2402等を含んでいる。表示部2402に、上記実施の形態に示す表示装置を適用することにより、量産性を高めることができる。
本発明の表示装置の作製方法を説明する断面図である。 本発明の表示装置の作製方法を説明する断面図である。 本発明の表示装置の作製方法を説明する断面図である。 本発明に適用可能な発光装置における画素を説明する断面図である。 本発明の表示装置の作製方法を説明する断面図である。 本発明のマイクロ波プラズマCVD装置を説明する上面図である。 本発明のマイクロ波プラズマCVD装置の反応室を説明する断面図である。 本発明の成膜工程を説明する図である。 本発明の表示パネルを説明する斜視図である。 本発明の表示パネルを説明する斜視図である。 本発明に適用可能な表示装置の構成を説明するブロック図である。 本発明の表示装置を説明する断面図である。 本発明の発光表示パネルを説明する上面図及び断面図である。 本発明の液晶表示パネルを説明する上面図及び断面図である。 本発明の表示装置を用いた電子機器を説明する斜視図である。

Claims (6)

  1. 少なくとも画素部に、微結晶半導体膜をチャネル形成領域に有する薄膜トランジスタを有する表示装置の作製方法において、
    前記微結晶半導体膜を、周波数が1GHz以上のマイクロ波プラズマCVD装置で形成することを特徴とする表示装置の作製方法。
  2. 少なくとも画素部に、微結晶半導体膜をチャネル形成領域に有する薄膜トランジスタを有する表示装置の作製方法において、
    前記微結晶半導体膜を、複数のマイクロ波発生装置、前記マイクロ波発生装置で発生したマイクロ波を伝播させる複数の誘電体を有し、周波数が1GHz以上のマイクロ波プラズマCVD装置で形成することを特徴とする表示装置の作製方法。
  3. 基板上にゲート電極を形成し、
    前記ゲート電極上に、ゲート絶縁膜、第1の微結晶半導体膜、第1の一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜を連続的に積層し、
    前記第1の微結晶半導体膜、及び第1の一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜をエッチングして、チャネル形成領域として機能する第2の微結晶半導体膜及び第2の一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜を形成し、
    前記第2の一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜上にソース電極及びドレイン電極を形成し、前記ソース電極及びドレイン電極をマスクとして、前記第2の一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜をエッチングしてソース領域及びドレイン領域として機能する第3の一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜を形成し、
    前記ソース電極またはドレイン電極に接する画素電極を形成し、
    前記第1の微結晶半導体膜及び第1の一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜を、複数のマイクロ波発生装置、前記マイクロ波発生装置で発生したマイクロ波を伝播させる複数の誘電体を有し、周波数が1GHz以上のマイクロ波プラズマCVD装置で形成することを特徴とする表示装置の作製方法。
  4. 基板上にゲート電極を形成し、
    前記ゲート電極上に、ゲート絶縁膜、第1の微結晶半導体膜を連続的に積層し、
    前記第1の微結晶半導体膜上にチャネル保護膜を形成し、
    前記第1の微結晶半導体膜及びチャネル保護膜上に第1の一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜を形成し、
    前記第1の微結晶半導体膜、及び第1の一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜をエッチングして、チャネル形成領域として機能する第2の微結晶半導体膜及び第2の一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜を形成し、
    前記第2の一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜上にソース電極及びドレイン電極を形成し、
    前記ソース電極及びドレイン電極をマスクとして前記第2の一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜をエッチングして、ソース領域及びドレイン領域として機能する第3の一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜を形成し、
    前記ソース電極またはドレイン電極に接する画素電極を形成し、
    前記第1の微結晶半導体膜及び第1の一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜を、複数のマイクロ波発生装置、前記マイクロ波発生装置で発生したマイクロ波を伝播させる複数の誘電体を有し、周波数が1GHz以上のマイクロ波プラズマCVD装置で形成することを特徴とする表示装置の作製方法。
  5. 請求項1乃至4のいずれか一項において、前記表示装置は液晶表示装置であることを特徴とする表示装置の作製方法。
  6. 請求項1乃至4のいずれか一項において、前記表示装置は発光装置であることを特徴とする表示装置の作製方法。
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