JP2010212702A - 半導体表示装置の作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高精彩・高解像度・高画質・低消費電力の小型半導体表示装置を提供すること。
【解決手段】本発明の半導体表示装置は、画素マトリクス回路、データ線駆動回路、および走査線駆動回路を有しており、これらの構成要素が多結晶ＴＦＴによって同一基板上に形成される。また、その製造方法における、触媒元素を用いた結晶性の助長化プロセス、および触媒元素のゲッタリングプロセスによって、小型にもかかわらず、高精細・高解像度・高画質の半導体表示装置が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、アクティブマトリクス型半導体表示装置に関する。特に、表示媒体に液晶を用いたアクティブマトリクス型液晶表示装置に関する。ただし、本発明の半導体表示装置には、その表示媒体に、印加電圧に応答して光学的特性が変調され得るその他のいかなる表示媒体（例えば、エレクトロルミネセンス素子等）
を用いることもできる。

最近安価なガラス基板上に半導体薄膜を形成した半導体装置、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を作製する技術が急速に発達してきている。その理由は、アクティブマトリクス型液晶表示装置（液晶パネル）の需要が高まってきたことによる。

アクティブマトリクス型液晶パネルは、マトリクス状に配置された数十〜数百万個もの画素領域にそれぞれ画素ＴＦＴが配置され（この回路をアクティブマトリクス回路という）、各画素電極に出入りする電荷をＴＦＴのスイッチング機能により制御するものである。

アクティブマトリクス回路には、ガラス基板上に形成されたアモルファスシリコンを利用した薄膜トランジスタによって構成されている。

また、最近、石英基板を利用し、多結晶珪素膜でもって薄膜トランジスタを作製するアクティブマトリクス型液晶表示装置も実現されている。この場合、画素ＴＦＴを駆動する周辺駆動回路も、アクティブマトリクス回路と同一基板上に形成することができる。

また、レーザーアニール等の技術を利用することにより、ガラス基板上に結晶性珪素膜を用いた薄膜トランジスタを作製する技術も知られている。この技術を利用すると、ガラス基板にアクティブマトリクス回路と周辺駆動回路とを集積化することができる。

近年、アクティブマトリクス型液晶表示装置がノート型のパーソナルコンピュータに多用されてきている。パーソナルコンピュータにおいては、複数のソフトウエアを同時に起動したり、デジタルカメラからの映像を取り込んで加工したりと、多階調の液晶表示装置が要求されている。

さらに、最近では、携帯情報端末、モバイルコンピュータ、カーナビゲイションなどの普及に伴い、小型で、高精細・高解像度・高画質なアクティブマトリクス型液晶表示装置が求められている。

小型で、高精細・高解像度・高画質なアクティブマトリクス型液晶表示装置を提供するためには、画素ピッチを小さくし、かつ階調表示がどこまで細かくできるかが重要となる。画素ピッチを小さくするためには、画素ＴＦＴのサイズを小さくしなければならず、これには困難が伴う。また、細かな階調表示を行うためには、性能の良い駆動回路が用いられなければならず、従来の技術では、外付けのＩＣ回路によってでしかこれを実現することはできなかった。

そこで本発明は、上記の事情を鑑みて、良好な階調表示を行える、小型化が可能な高精細・高解像度の半導体表示装置、特にアクティブマトリクス型液晶表示装置を提供することを課題とする。

本発明の半導体表示装置の構成例として、以下に示すような半導体表示装置が挙げられる。

本発明のある実施形態によると、 マトリクス状に配置された複数の画素ＴＦＴを有するアクティブマトリクス回路と、 前記アクティブマトリクス回路を駆動する、複数のＴＦＴを有するデータ線駆動回路および走査線駆動回路と、を有する半導体表示装置であって、 前記複数の画素ＴＦＴおよび前記複数のＴＦＴの活性層は、触媒元素によって結晶性化が助長され、かつ前記触媒元素は、ゲッタリング用の元素によって選択的にゲッタリングされることを特徴とする半導体表示装置が提供される。このことによって上記目的が達成される。

前記触媒元素には、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ 、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複数種のものが用いられてもよい

前記触媒元素には、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｉｎから選ばれた一種または複数種のものが用いられてもよい。

前記ゲッタリング用の元素には、Ｐが用いられてもよい。

前記ゲッタリング用の元素には、Ｐ、Ｎ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉから選ばれた一種または複数種のものが用いられてもよい。

前記データ線駆動回路のシフトレジスタは、図９あるいは図１０に示される最大動作周波数を有するものであってもよい。

請求項１乃至６において、レーザー光の照射または強光の照射によって前記ゲッタリニグ用の元素が活性化されるようにしてもよい

本発明によると、小型にもかかわらず、高精細・高解像度・高画質の半導体表示装置が提供される。また、その消費電力も、従来と比較して、かなり小さい値を達成できる。

本発明の半導体装置のある実施形態であるアクティブマトリクス型液晶表示装置のブロック図である。 本発明の半導体装置のある実施形態であるアクティブマトリクス型液晶表示装置のデータ線駆動隘路の回路図である。 本発明の半導体装置のある実施形態であるアクティブマトリクス型液晶表示装置の一作製方法の工程図である。 本発明の半導体装置のある実施形態であるアクティブマトリクス型液晶表示装置の一作製方法の工程図である。 本発明の半導体装置のある実施形態であるアクティブマトリクス型液晶表示装置の一作製方法の工程図である。 本発明の半導体装置のある実施形態であるアクティブマトリクス型液晶表示装置の一作製方法の工程図である。 本発明の半導体装置のある実施形態であるアクティブマトリクス型液晶表示装置を構成するＴＦＴの断面図である。 本発明の半導体装置のある実施形態であるアクティブマトリクス型液晶表示装置を構成するＴＦＴの特性を示すグラフである。 本発明の半導体装置のある実施形態であるアクティブマトリクス型液晶表示装置のシフトレジスタの動作特性を示すグラフである。 本発明の半導体装置のある実施形態であるアクティブマトリクス型液晶表示装置のシフトレジスタの動作特性を示すグラフである。 本発明の半導体装置のある実施形態であるアクティブマトリクス型液晶表示装置のデータ線駆動回路のパターン図である。 本発明の半導体装置のある実施形態であるアクティブマトリクス型液晶表示装置の表示例である。 本発明の半導体表示装置を利用した半導体装置の例を示す図である。 ある無しきい値反強誘電性混合液晶の印加電圧−透過率特性を示すグラフである。

以下の実施例をもって本発明の半導体表示装置を説明する。なお、本発明の半導体表示装置は、以下の実施例に限定されるわけではない。

図１に、本実施例による本発明の半導体表示装置である、アクティブマトリクス型液晶表示装置のブロック図を示す。

図１において、１００はアクティブマトリクス回路であり、画素ＴＦＴ１００−１、液晶１００−２、補助容量１００−３などから構成される画素がマトリクス状に配置されている。ここでは、本実施例のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、１９２０×４８０画素（縦６４０×ＲＧＢ×横４８０）であり、ＶＧＡ規格に対応している。なお、Ｒは赤の画像に対応する画素、緑は緑の画像に対応する画素、Ｂは青の画像に対応する画素を示す。なお、画素数はこれに限定されるわけではない。

１０１はデータ線駆動回路である。データ線駆動回路１０１は、シフトレジスタ１０１−１、レベルシフタ１０１−２、バッファ１０１−３を有している。なお、データ線駆動回路１０１に入力される信号としては、図１に示されるように、ＣＬＫ（クロック）、ＣＬＫｂ（反転クロック）、ＳＰ（スタートパルス）、Ｖｄｄ（＋２Ｖ電源）、ＶｄｄＨ（＋８Ｖ電源）、Ｖｓｓ（−８Ｖ電源）がある。

１０２は走査線駆動回路（左）であり、１０３は走査線駆動回路（右）である。１０２および１０３は、同じ構造を有しており、入力される信号も同じである。これは、走査線を左右両側から同時に駆動しやることによって、走査信号のなまりを解消してやるとともに、どちらか片側の走査線駆動回路が動作しなくなった場合にも対応できるようにするためである。走査線駆動回路１０２は、シフトレジスタ１０２−１、レベルシフタ１０２−２、バッファ１０２−３を有しており、走査線駆動回路１０３は、シフトレジスタ１０３−１、レベルシフタ１０３−２、バッファ１０３−３を有している。なお、走査線駆動回路（左）１０２および走査線駆動回路（右）１０３に入力される信号としては、ＣＬＫ（クロック）、ＳＰ（スタートパルス）、Ｖｄｄ（＋２Ｖ電源）、ＶｄｄＨ（＋８Ｖ電源）
、Ｖｓｓ（−８Ｖ電源）がある。

データ線駆動回路からのタイミング信号に基づいて、ビデオ入力信号線からのビデオ信号が画素に印加されるようになっている。本実施例では、ビデオ入力信号線は、ＲＧＢ各４本づつから構成されている。これは、本実施例では、シリアルなビデオデータを外部の分割回路で４分割し、４つのパラレルな画像データに変換しているためである。なお、本実施例では、ビデオデータの４分割を行っているが、ビデオデータの分割数はこれに限定されるわけではない。例えば、シリアルなビデオデータをｎ分割（ｎは２以上の自然数）する場合には、ビデオ入力信号線は、ＲＧＢ各ｎ本（合計３ｎ本）となる。

なお、本実施例では、ビデオデータの分割を外部に設けた分割回路によって行っているが、アクティブマトリクス回路１００、データ線駆動回路１０１、走査線駆動回路（左）１０２、走査線駆動回路（右）１０３などと同一基板上に形成されるようにしてもよい。

次に、図２を参照する。図２には、本実施例のデータ線駆動回路１０１の回路図が示されている。図２に示されるように、シフトレジスタ１０１−１は、その構成要素であるＳＲ１、ＳＲ２、・・・、ＳＲ１６０を有しており、各構成要素は、インバータ１０１−１−２、クロックドインバータ１０１−１−３を有している。１０１−１−１は、スタートパルスをバッファするインバータである。

シフトレジスタ１０１−１の各構成要素ＳＲ１、ＳＲ２、・・・、ＳＲ１６０から供給されるタイミング信号は、ＮＡＮＤ回路（ＮＡＮＤ１、ＮＡＮＤ２、・・・、ＮＡＮＤ１６０）を通り、レベルシフタ１０１−２に供給される。シフトレジスタ１０１−１およびＮＡＮＤ回路に入出力されるタイミング信号は１０Ｖであるが、レベルシフタ１０１−２によって１６Ｖに引き上げられる。

レベルシフタ１０１−２によって電圧レベルが１６Ｖに引き上げられたタイミング信号は、バッファ１０１−３によってバッファされ、アナログスイッチ１０１−５を動作させる。アナログスイッチ１０１−５は、バッファ１０１−５からのタイミング信号により動作し、ビデオ入力信号線１０４（図示せず）からのビデオ信号を各画素の画素ＴＦＴに供給する。本実施例では、ＮＡＮＤ回路から供給されるタイミング信号によってＲＧＢ各４本のデータ線に同時にビデオ信号を供給する（駆動する）。これは、外部の分割回路によってシリアルなビデオデータが、パラレルな４つのビデオデータに分割されるからである。図２において、Ｒ１〜Ｒ４、Ｇ１〜Ｇ４、Ｂ１〜Ｂ４とは、ＲＧＢ各色に対応するデータ線の番号を指す。本実施例では、ＲＧＢ各６４０本のデータ線があることは上述した内容から理解される。

なお、ビデオデータが、上述したようにｎ分割される場合は、ＮＡＮＤ回路から供給されるタイミング信号によってＲＧＢ各ｎ本のデータ線に同時にビデオ信号が供給されることになる。

走査線駆動回路の回路構成については、特に説明しないが、アナログスイッチを有しない点や駆動周波数が低い点など以外は、回路構成についてデータ線駆動回路と差はない。

次に、本実施例のアクティブマトリクス型液晶表示装置の作成方法の一実施例を説明する。なお、これより説明する作製方法は、本発明のアクティブマトリクス型液晶表示装置を実現する一つの手段に過ぎず、他の作製方法によっても本発明のアクティブマトリクス型液晶表示装置が実現される。

図３を参照する。まず、12.5ｃｍ角のガラス基板３０１（例えばコーニング１７３７ガラス基板）を用意する。そしてこのガラス基板３０１上に、ＴＥＯＳを原料としたプラズマＣＶＤ法により、酸化珪素膜３０２を２００ｎｍの厚さに形成する。勿論この厚さは、必要とする厚さとすればよい。この酸化珪素膜３０２は、ガラス基板側から不純物が半導体膜に拡散したりするのを防止する下地膜として機能する。

次にプラズマＣＶＤ法によって、非晶質珪素膜３０３（アモルファスシリコン膜）の成膜を行う（図３（Ａ））。ここでは、プラズマＣＶＤ法を用いるが、減圧熱ＣＶＤ法を用いるのでもよい。なお、非晶質珪素膜３０３の厚さは、５５０Åとする。勿論この厚さは、必要とする厚さとすればよい。次にUV光を非晶質珪素膜３０３の表面に照射することにより薄い酸化膜を形成する（図示せず）。

次に、液相Ｎｉ酢酸塩３０４をスピンコート法により非晶質珪素膜３０３の表面に塗布する。前記酸化膜はＮｉ（ニッケル）酢酸塩３０４が膜表面に均質に塗布されるために付けられている。Ｎｉ元素は、非晶質珪素膜が結晶化する際に結晶化を助長する触媒元素として機能する（図３（Ｂ））。

次に窒素雰囲気中において、４５０℃〜５００℃（本実施例では５００℃）の温度で１時間保持することにより、非晶質珪素膜中の水素を離脱させる。これは、非晶質珪素膜中に不対結合手を意図的に形成することにより、後の結晶化に際してのしきい値エネルギーを下げるためである。そして窒素雰囲気中において、５５０℃〜６００℃（本実施例では５５０℃）、４〜８時間（本実施例では４時間）の加熱処理を施すことにより、非晶質珪素膜を結晶化させる。この結晶化の際の温度を５５０℃とすることができたのは、ニッケル元素の作用によるものである。上記加熱処理中、Ｎｉ元素は珪素膜中を移動しながら、該珪素膜の結晶化を促進する。こうして、６００度以下の温度で、ガラス基板上に多結晶珪素膜４０５を得ることができる（図３（Ｃ））。さらに、結晶性を上げるためにレーザーで多結晶珪素膜をアニールする。

また、上記の結晶化あるいは／および結晶性を上げることに、ＲＴＡを用いてもよい。ＲＴＡは、RAPID THERMAL ANNEALING の略語である。ＲＴＡでは、ハロゲンランプに代表される赤外光を主に発する強光を光源とし、基板表面につけられた膜のみを短時間で加熱することを可能とする。なお、ＲＴＡに関しては、詳しくは、実施例３で述べる。

上記方法では、ニッケルを非晶質珪素膜上の全面に塗布したが、マスク等を用いて、ニッケルを非晶質珪素膜上に選択的に添加し、結晶成長させてもよい。この場合、結晶は主に横方向に成長してゆく。

また、触媒元素には、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ 、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複数種のものが用いられてもよい。

また、触媒元素には、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｉｎ、Ｓｎから選ばれた一種または複数種のものが用いられてもよい。

次に、膜中のニッケルを除去する工程を行う。まず、酸化膜でなるマスク３０６〜３０７を１００ｎｍ〜１３０ｎｍ（本実施例では１３０ｎｍ）の厚さで形成する。本マスクはリン（Ｐ）のドーピングを選択的に行うために配置される。この状態でリンのドーピングを行う。すると、多結晶珪素膜３０５の上記マスク３０６〜３０８で覆われていない部分３０９〜３１２のみにリンがドーピングされる（これらの領域をリン添加領域とする）（図３（Ｄ））。このとき、ドーピングの加速電圧と、酸化膜で成るマスクの厚さを最適化し、リンがマスク３０６〜３０８を実質的に突き抜けないようにする。上記マスク３０６〜３０８は必ずしも酸化膜でなくてよいが、酸化膜は活性層に直接触れても汚染の原因にならないので都合がよい。

リンのドーズ量は、１×１０¹⁴から１×１０¹⁵ions／ｃｍ² 程度がよかった。
本実施例では、５×１０¹⁴ions／ｃｍ² のドーズをイオンドーピング装置を用いた。

なお、イオンドープの際の加速電圧は１０kVとした。１０KVの加速電圧であれば、リンは１００ｎｍの酸化膜マスクをほとんど全く通過することができない。

その後、６００℃の窒素雰囲気にて１〜１２時間（本実施例では１２時間）熱アニールし、ニッケル元素のゲッタリングを行った（図４（Ａ））。こうすることによって、ニッケルがリンに吸い寄せられて、リンの添加領域３０９〜３１２からニッケルが実質的になくなってしまう。つまりリンがゲッタリング用の元素として働く。６００度の温度のもとでは、リン原子は膜中をほとんど動かないが、ニッケル原子は数１００μｍ程度またはそれ以上の距離を移動することができる。このことからリンがニッケルのゲッタリングに最も適した元素の１つであることが理解できる。

次に、上記多結晶珪素膜３０５をパターニングする。このとき、リンの添加領域３０９〜３１２すなわちニッケルがゲッタリングされた領域が残らないようにする。このようにして、ニッケル元素をほとんど含まない多結晶珪素膜３１３〜３１５が得られた（図４（Ｂ））。得られた多結晶珪素膜３１３〜３１５が後にＴＦＴの活性層となる。

なお、ゲッタリング用の元素には、Ｐ、Ｎ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉから選ばれた一種または複数種のものが用いられてもよい。

次に、ゲイト絶縁膜３１６を形成する。本実施例では、ゲイト絶縁膜３１６としてプラズマＣＶＤ法により、酸化珪素膜（ＳｉＯ₂ ）を１５０ｎｍに形成した（図４（Ｃ））。

次に、図示しないアルミニウムを主成分とする金属膜を形成する。本実施例では２ｗｔ％のスカンジウムを含有したアルミニウム膜を用いる（図４（Ｄ））。

次に、陽極酸化法により、前記金属膜の露呈した表面に陽極酸化膜３１８を形成する。３１７は前記金属膜のうち陽極酸化されなかった部分である（図４（Ｄ））。

次に、陽極酸化膜の上部にレジスト３１９〜３２３を形成する。そして、陽極酸化膜３１８および金属膜３１７をパターンニングし、ゲイト電極の原形を作製する。次に、公知の陽極酸化技術により多孔性の陽極酸化膜３２４〜３３２を形成する（図５（Ａ））。

さらに、公知の陽極酸化技術により、無孔性の陽極酸化膜３３４〜３３８、およびゲイト電極３３９〜３４３を形成する（図５（Ｂ））。

次にゲイト電極３３９〜３４３、多孔性の陽極酸化膜３２４〜３３２をマスクとしてゲイト絶縁膜３１６をエッチングする。そして、多孔性の陽極酸化膜３２４〜３３２を除去して図５（Ｃ）の状態を得る。なお、図５（Ｃ）において３４４〜３４８で示されるのは加工後のゲイト絶縁膜である。

次に、一導電性を付与する不純物元素の添加工程を行う。不純物元素としてはＮチャネル型ならばＰ（リン）またはＡｓ（砒素）、Ｐ型ならばＢ（ボロン）またはＧａ（ガリウム）を用いれば良い。

本実施例では、Ｎチャネル型およびＰチャネル型のＴＦＴを形成するための不純物添加をそれぞれ２回の工程に分けて行う。

最初に、Ｎチャネル型のＴＦＴを形成するための不純物添加を行う。まず、１回目の不純物添加（本実施例ではＰ（リン）を用いる）を高加速電圧９０ｋｅＶ程度で行い、 ｎ^- 領域を形成する。このｎ^- 領域は、Ｐイオン濃度が１×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³ 〜１×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³ となるように調節する。

さらに、２回目の不純物添加を低加速電圧１０ｋe Ｖ程度で行い、ｎ⁺ 領域を形成する。この時は、 加速電圧が低いので、ゲイト絶縁膜がマスクとして機能する。また、このｎ⁺ 領域は、シート抵抗が５００Ω以下（好ましくは３００Ω以下）となるように調節する。

次に、Ｎチャネル型ＴＦＴを覆ってレジストマスク（図示せず）を設け、Ｐ型を付与する不純物イオン（本実施例ではボロンを用いる）の添加を行う。

この工程も前述の不純物添加工程と同様に２回に分けて行うが、Ｎチャネル型をＰチャネル型に反転させる必要があるため、前述のＰイオンの添加濃度の数倍程度の濃度のＢ（ボロン）イオンを添加する。

このようにして、Ｎチャネル型ＴＦＴおよびＰチャネル型ＴＦＴの活性層が形成される（図５（Ｄ））。なお、３４９〜３５３はそれぞれ、チャネル形成領域となる。

以上の様にして活性層が完成したら、ファーネスアニール、レーザーアニール、ランプアニール等の組み合わせによって不純物イオンの活性化を行う。それと同時に添加工程で受けた活性層の損傷も修復される。

次に、層間絶縁膜３５４として窒化珪素膜（２５０Å）と酸化珪素膜（９０００Å）との積層膜を形成し、コンタクトホールを形成した後、ソース電極３５５〜３５７、およびドレイン電極３５８ならびに３５９を、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉの３層構造の金属膜によって形成して図６（Ａ）に示す状態を得る。なお、層間絶縁膜３５４として有機性樹脂膜を用いることもできる。

次に、有機性樹脂膜からなる第１の層間絶縁膜３６０を０．５〜３μｍの厚さに形成する。本実施例では、第１の層間絶縁膜には、ポリイミドを用いた。有機性樹脂膜としては、ポリイミド、アクリル、ポリイミドアミド等が用いられる。
有機性樹脂膜の利点は、成膜方法が簡単である点、容易に膜厚を厚くできる点、比誘電率が低いので寄生容量を低減できる点、平坦性に優れている点などが挙げられる。なお、上述した以外の有機性樹脂膜を用いることもできる。

次に、第１の層間絶縁膜３６０上に遮光性を有する膜でなるブラックマスク３６１を２００ｎｍの厚さに形成する。なお、本実施例では、ブラックマスク３６１としてチタン膜を用いるが、黒色顔料を含む樹脂膜等を用いることもできる。

なお。ブラックマスク３６１にチタン膜を用いる場合には、 駆動回路や他の周辺回路部の配線の一部をチタンによって形成することができる。このチタンの配線は、ブラックマスク３６１の形成時に、同時に形成され得る。

ブラックマスク３６１を形成したら、第２の層間絶縁膜３６２としてポリイミド膜を形成する。なお、ポリイミドや他の有機性樹脂膜の代わりに、酸化珪素膜、窒化珪素膜いずれかまたはそれらの積層膜を０．１μｍ〜０．３μｍの厚さに形成する。そして第１の層間絶縁膜３６０および第２の層間絶縁膜３６２にコンタクトホールを形成し、画素電極３６３を１２０ｎｍの厚さに形成する。なお、本実施例は透過型のアクティブマトリクス液晶表示装置の例であるため画素電極３６３を構成する導電膜としてＩＴＯ等の透明導電膜を用いた（図６（Ｂ））。

次に、基板全体を３５０℃の水素雰囲気で１〜２時間加熱し、素子全体の水素化を行うことで膜中（特に活性層中）のダングリングボンド（不対結合手）を補償する。以上の工程を経て同一基板上にＮチャネル型ＴＦＴとＰチャネル型ＴＦＴとから成るＣＭＯＳ回路および画素ＴＦＴを作製することができる。このようにして、本実施例のアクティブマトリクス型液晶表示装置のアクティブマトリクス基板が作製される。なお、図示されるように、本実施例では、画素ＴＦＴはトリプルゲイト電極構造を有している。こうすることによって、画素ＴＦＴのＯＦＦ電流を小さくすることができる。

次に、上記の工程によって作製されたアクティブマトリクス基板をもとに、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説明する。

図６（Ｂ）の状態のアクティブマトリクス基板に配向膜３６４を形成する。本実施例では、配向膜３６４には、ポリイミドを用いた。次に、対向基板を用意する。対向基板は、ガラス基板３６５、透明導電膜３６６、配向膜３６４とで構成される。

なお、本実施例では、配向膜には、液晶分子が基板に対して平行に配向するようなポリイミド膜を用いた。なお、配向膜形成後、ラビング処理を施すことにより、液晶分子がある一定のプレチルト角を持って平行配向するようにした。

次に、 上記の工程を経たアクティブマトリクス基板と対向基板とを公知のセル組み工程によって、シール材やスペーサ（共に図示せず）などを介して貼り合わせる。その後、両基板の間に液晶３６６を注入し、封止剤（図示せず）によって完全に封止する。よって、図６（Ｃ）に示すような透過型のアクティブマトリクス型液晶表示装置が完成する。

なお本実施例では、液晶パネルがＴＮ（ツイストネマチック）モードによって表示を行うようにした。そのため、１対の偏光板（図示せず）がクロスニコル（１対の偏光板が、それぞれの偏光軸を直交させるような状態）で、アクティブマトリクス型液晶表示装置を挟持するように配置された。

図７に本実施の作製方法によって作製されたＴＦＴのＳＥＭ写真を示す。

次に、本実施例の作製方法によって作製されたＴＦＴの特性を示す。図８を参照する。図８には、本実施例の作製方法によって作製されたＴＦＴのＩｄ−Ｖｇ曲線（ドレイン電流−ゲイト電圧曲線）が示されている。８０１はＮチャネル型ＴＦＴの特性を示す曲線であり、８０２はＰチャネル型ＴＦＴの特性を示す曲線である。

Ｎチャネル型ＴＦＴおよびＰチャネル型ＴＦＴいずれのＴＦＴも、しきい値の小さな特性を示している。なお、以下の表１には、Ｎチャネル型ＴＦＴおよびＰチャネル型ＴＦＴそれぞれの特性が示されている。

なお、表１において、ＩｏｎはＯＮ電流、ＩｏｆｆはＯＦＦ電流、Ｖｔｈはしきい値電圧、ＳはＳ値、μは移動度、Ｌ／Ｗはチャネル長／チャネル幅、ＬＤＤは低濃度不純物領域（ｎ^- あるいはｐ^- 領域）、ＧＩはゲイト絶縁膜の厚さを示す。

次に、図９および図１０を参照する。図９および図１０には、本実施例のアクティブマトリクス型液晶表示装置を本実施例の作製方法で作製した時のシフトレジスタ１０１−１の動作周波数特性が示されている。図９には、シフトレジスタ１０１−１を構成するＰチャネル型ＴＦＴおよびＮチャネル型ＴＦＴのチャネル長が４μｍの場合が、図１０には、１．５μｍの場合が示されている。

図９においては、印加電圧が３Ｖの時には最大約０．５ＭＨｚ、４Ｖの時には最大約２ＭＨｚ、５Ｖの時には最大約５ＭＨｚ、６Ｖの時には最大約９ＭＨｚ、７Ｖの時には最大約１１ＭＨｚ、８Ｖの時には最大約１３ＭＨｚ、９Ｖの時には最大約１６ＭＨｚで動作することが示されている。

図１０においては、印加電圧が４Ｖの時には最大約２０数ＭＨｚ、５Ｖの時には最大約４０数ＭＨｚ、６Ｖの時には最大約６０数ＭＨｚ、７Ｖの時には最大約７０数ＭＨｚ、８Ｖの時には最大約８０数ＭＨｚ、８．５Ｖの時には最大約１００ＭＨｚ近くで動作することが示されている。よって、本実施例のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、本実施例の作製方法によると、高速駆動が実現されてることがわかる。

次に、本実施例のアクティブマトリクス型液晶表示装置のデータ線駆動回路１０１のパターン写真図を図１１に示す。シフトレジスタ１０１−１，ＮＡＮＤ回路、レベルシフタ１０１−２、バッファ１０１−３が形成されていることが理解される。

また、図１２に本実施例のアクティブマトリクス型液晶表示装置の表示例が示されている。４．５インチという小型なアクティブマトリクス型液晶表示装置であるにもかかわらず、ＶＧＡという高解像度が達成されている。

なお、本実施例の製造方法によるアクティブマトリクス型液晶表示装置の消費電力は、３９．９ｍＷであり、従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置の約半分（アモルファスシリコンのアクティブマトリクス型液晶表示装置の約６分の１）の消費電力が達成されている。

よって、本実施例のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、小型でありながら、高精細・高解像度・高画質を実現し、かつ消費電力を従来と比較して、かなり小さくすることができる。

本実施例では、実施例１の作製方法において、図３（Ｄ）の工程において、マスクを取り除き、活性層膜中のリンの活性化を行うためにレーザー照射を行った。

レーザー照射には大出力の得られるエキシマレーザーを使用した。エキシマレーザーには線状に加工されたビームをもつものを使い、加工速度をあげた。具体的には、0.5 ｍｍ幅、１２ｃｍ長のレーザービームをKrF エキシマレーザーと所定のレンズ群で形成し、線状ビームの幅方向にそのビームを基板に対して相対的に走査させることにより、基板全面にレーザー照射を行った。

その他の種類のエキシマレーザー、例えば、XeClエキシマレーザーを用いても効果は同様であった。また、線状に加工されていないレーザービームを使用しても効果は同様であった。このようにして活性化されたリンのシート抵抗は２ＫΩ／□程度であった。

その後の工程は、実施例１と同様である。

本実施例の作製方法によれば、リンが活性化しているので、その電気的な力でニッケルなどの触媒元素のゲッタリング能力が改善され高くなっている。そして、一方で、ニッケルは、リンを活性化させる際のエネルギーを受けてニッケルシリサイドとして膜中に拡散するので、ニッケルはよりゲッタリングされやすい状態となっている。

実施例２で示したゲッタリングの能力を改善するレーザー照射の工程を、ＲＴＡで置き換えたものを本実施例で示す。

ＲＴＡは、RAPID THERMAL ANNEALING の略語である。ＲＴＡでは、ハロゲンランプに代表される赤外光を主に発する強光を光源とし、基板表面につけられた膜のみを短時間で加熱することを可能とする。

しかしながら、レーザーほどその加熱時間を短くすることができない、波長領域が主に赤外領域である（エキシマレーザー光は紫外光である）等の原因で、基板もやや加熱される。

よって、レーザーと比較すると高いエネルギーを膜に与えることは難しいが、エネルギーはレーザーよりも安定しているので、より均質なアニールができる。
また、ＲＴＡは本実施例で必要とするエネルギーを充分、活性層に与える能力を持っている。

本実施例で使用するＲＴＡはハロゲンランプを有したものである。本実施例で使用するＲＴＡは線状に加工されたビーム状の光線を有しており、加工効率を上げている。加工法法は線状レーザーを使用する方法とほぼ同様である。しかしながら、レーザーと違い加工時間がややかかるので基板が急激な温度変化に耐えられず割れることがある。よって、処理前に基板温度を上げておく必要がある。

本実施例では、基板の温度をあらかじめ３５０度にまで加熱しておき、それからハロゲンランプをレーザーと同様な方法で、基板に対し走査させながら照射した。

ハロゲンランプはアークランプに置き換えても効果は同様であった。また、ＲＴＡの光線は必ずしも線状に加工される必要はない。実施例１で示した作成法でレーザー照射の工程のみをＲＴＡ工程に置き換え、得た膜のシート抵抗は５ｋΩ／□であった。後は、実施例１と同様の手順で工程を踏めばよい。本実施例で示した方法で作成されたは実施例１で得たものとほぼ同等の特性を備えていた。

上記実施例１〜３の作製方法によると、トップゲイト型のＴＦＴによって本発明のアクティブマトリクス型液晶表示装置が作製されたが、本発明のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、逆スタガー型のＴＦＴによってこうせいされてもよい。

上記実施例１〜４においては、ネマチック液晶を用いたＴＮモードが本発明のアクティブマトリクス型液晶表示装置の表示モードとして用いられているが、電界制御複屈折を利用したモード、液晶と高分子との混合層、いわゆる高分子分散モードなども用いることができる。

上記実施例によって作製されたアクティブマトリクス型液晶表示装置には、ＴＮ液晶以外にも様々な液晶を用いることが可能である。例えば、1998, SID, "Characteristics and Driving Scheme of Polymer-Stabilized Monostable FLCD Exhibiting Fast Response Time and High Contrast Ratio with Gray-Scale Capability" by H. Furue et al.や、1997, SID DIGEST, 841, "A Full-Color Thresholdless Antiferroelectric LCD Exhibiting Wide Viewing Angle with Fast Response Time" by T. Yoshida et al.や、1996, J. Mater. Chem. 6(4), 671-673, "Thresholdless antiferroelectricity in liquid crystals and its application to displays" by S. Inui et al.や、米国特許第5594569 号に開示された液晶を用いることが可能である。

さらに、応答速度の速い無しきい値反強誘電性液晶を用いて、本発明のアクティブマトリクス型液晶表示装置を構成してもよい。

ある温度域において反強誘電相を示す液晶を反強誘電性液晶という。反強誘電性液晶を有する混合液晶には、電場に対して透過率が連続的に変化する電気光学応答特性を示す、無しきい値反強誘電性混合液晶と呼ばれるものがある。この無しきい値反強誘電性混合液晶は、Ｖ字型の電気光学応答特性を示すものがあり、その駆動電圧が約±２．５Ｖ程度（セル厚約１μｍ〜２μｍ）のものも見出されている。

ここで、Ｖ字型の電気光学応答を示す無しきい値反強誘電性混合液晶の印加電圧に対する光透過率の特性を示す例を図１４に示す。図１４に示すグラフの縦軸は透過率（任意単位）、横軸は印加電圧である。なお、液晶表示装置の入射側の偏光板の透過軸は、液晶表示装置のラビング方向にほぼ一致する無しきい値反強誘電性混合液晶のスメクティック層の法線方向とほぼ平行に設定されている。また、出射側の偏光板の透過軸は、入射側の偏光板の透過軸に対してほぼ直角（クロスニコル）に設定されている。

図１４に示されるように、このような無しきい値反強誘電性混合液晶を用いると、低電圧駆動かつ階調表示が可能となることがわかる。

このような低電圧駆動の無しきい値反強誘電性混合液晶をアナログドライバを有する液晶表示装置に用いた場合には、画像信号のサンプリング回路の電源電圧を、例えば、５Ｖ〜８Ｖ程度に抑えることが可能となる。よって、ドライバの動作電源電圧を下げることができ、液晶表示装置の低消費電力化および高信頼性が実現できる。

また、このような低電圧駆動の無しきい値反強誘電性混合液晶をデジタルドライバを有する液晶表示装置に用いた場合にも、Ｄ／Ａ変換回路の出力電圧を下げることができるので、Ｄ／Ａ変換回路の動作電源電圧を下げることができ、ドライバの動作電源電圧を低くすることができる。よって、液晶表示装置の低消費電力化および高信頼性が実現できる。

よって、このような低電圧駆動の無しきい値反強誘電性混合液晶を用いることは、比較的ＬＤＤ領域（低濃度不純物領域）の幅が小さなＴＦＴ（例えば、０ｎｍ〜５００ｎｍまたは０ｎｍ〜２００ｎｍ）を用いる場合においても有効である。

また、一般に、無しきい値反強誘電性混合液晶は自発分極が大きく、液晶自体の誘電率が高い。このため、無しきい値反強誘電性混合液晶を液晶表示装置に用いる場合には、画素に比較的大きな保持容量が必要となってくる。よって、自発分極が小さな無しきい値反強誘電性混合液晶を用いるのが好ましい。また、液晶表示装置の駆動方法を線順次駆動とすることにより、画素への階調電圧の書き込み期間（ピクセルフィードピリオド）を長くし、保持容量が小くてもそれを補うようにしてもよい。

なお、このような無しきい値反強誘電性混合液晶を用いることによって低電圧駆動が実現されるので、液晶表示装置の低消費電力が実現される。

なお、図１４に示すような電気光学特性を有する液晶であれば、いかなるものも本発明のアクティブマトリクス型液晶表示装置の表示媒体として用いることができる。

また、本発明の半導体表示装置には、印加電圧に応答して光学的特性が変調され得るその他のいかなる表示媒体を用いてもよい。例えば、エレクトロルミネセンス素子などを用いても良い。

上記実施例１〜５の半導体表示装置には様々な用途がある。本実施例では、本発明の半導体表示装置を組み込んだ半導体装置について説明する。

このような半導体装置には、ビデオカメラ、スチルカメラ、プロジェクタ、ヘッドマウントディスプレイ、カーナビゲーション、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、携帯電話など）などが挙げられる。それらの一例を図１３に示す。

図１３（Ａ）は携帯電話であり、本体１３０１、音声出力部１３０２、音声入力部１３０３、半導体表示装置１３０４、操作スイッチ１３０５、アンテナ１３０６で構成される。

図１３（Ｂ）はビデオカメラであり、本体１３０７、半導体表示装置１３０８、音声入力部１３０９、操作スイッチ１３１０、バッテリー１３１１、受像部１３１２で構成される。

図１３（Ｃ）はモバイルコンピュータであり、本体１３１３、カメラ部１３１４、受像部１３１５、操作スイッチ１３１６、半導体表示装置１３１７で構成される。

図１３（Ｄ）はヘッドマウントディスプレイであり、本体１３１８、半導体表示装置１３１９、バンド部１３２０で構成される。

１００ アクティブマトリクス回路
１００−１ 画素ＴＦＴ
１００−２ 液晶
１００−３ 補助容量
１０１ データ線駆動回路
１０１−１ シフトレジスタ
１０１−２ レベルシフタ
１０１−３ バッファ
１０２ 走査線駆動回路（右）
１０２−１ シフトレジスタ
１０２−２ レベルシフタ
１０２−３ バッファ
１０３ 走査線駆動回路（左）
１０３−１ シフトレジスタ
１０３−２ レベルシフタ
１０３−３ バッファ
１０４ ビデオ入力信号線
１０５ アナログスイッチ

Claims (7)

1. 基板上にマトリクス状に配置された複数の画素ＴＦＴを有するアクティブマトリクス回路と、
   前記アクティブマトリクス回路を駆動する、複数のＴＦＴを有するデータ線駆動回路および走査線駆動回路と、
   を形成する半導体表示装置の作製方法であり、
   前記基板上に非晶質珪素膜を形成し、
   前記非晶質珪素膜に前記非晶質珪素膜の結晶化を助長する触媒元素を添加し、
   加熱処理により、前記非晶質珪素膜を結晶化して多結晶珪素膜を形成し、
   前記多結晶珪素膜上に、マスクで覆った第１の領域と、マスクで覆われていない第２の領域とを形成し、
   前記マスクを用いて前記第２の領域にリンをドープし、
   前記マスクを除去し、前記多結晶珪素膜にレーザ照射を行い、前記リンを活性化し、
   前記触媒元素が１００μｍ又はそれ以上の距離を移動することができる温度の加熱処理により、前記第１の領域から前記第２の領域へ前記触媒元素をゲッタリングし、
   前記第２の領域が残らないように前記多結晶珪素膜をパターニングして複数の多結晶珪素膜を形成し、
   前記パターニングされた複数の多結晶珪素膜上にゲイト絶縁膜を形成し、
   前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
   前記パターニングされた複数の多結晶珪素膜に一導電性を付与する不純物元素を添加し、不純物領域を形成して前記アクティブマトリクス回路の画素ＴＦＴと、前記データ線駆動回路および走査線駆動回路のＴＦＴとを形成する
   ことを特徴とする半導体表示装置の作製方法。
2. 基板上にマトリクス状に配置された複数の画素ＴＦＴを有するアクティブマトリクス回路と、
   前記アクティブマトリクス回路を駆動する、複数のＴＦＴを有するデータ線駆動回路および走査線駆動回路と、
   を形成する半導体表示装置の作製方法であり、
   前記基板上に非晶質珪素膜を形成し、
   前記非晶質珪素膜に前記非晶質珪素膜の結晶化を助長する触媒元素を添加し、
   加熱処理により、前記非晶質珪素膜を結晶化して多結晶珪素膜を形成し、
   前記多結晶珪素膜上に、マスクで覆った第１の領域と、マスクで覆われていない第２の領域とを形成し、
   前記マスクを用いて前記第２の領域にリンをドープし、
   前記マスクを除去し、前記多結晶珪素膜にＲＴＡによる加熱処理を行い、前記リンを活性化し、
   前記触媒元素が１００μｍ又はそれ以上の距離を移動することができる温度の加熱処理により、前記第１の領域から前記第２の領域へ前記触媒元素をゲッタリングし、
   前記第２の領域が残らないように前記多結晶珪素膜をパターニングして複数の多結晶珪素膜を形成し、
   前記パターニングされた複数の多結晶珪素膜上にゲイト絶縁膜を形成し、
   前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
   前記パターニングされた複数の多結晶珪素膜に一導電性を付与する不純物元素を添加し、不純物領域を形成して前記アクティブマトリクス回路の画素ＴＦＴと、前記データ線駆動回路および走査線駆動回路のＴＦＴとを形成する
   ことを特徴とする半導体表示装置の作製方法。
3. 基板上にマトリクス状に配置された複数の画素ＴＦＴを有するアクティブマトリクス回路と、
   前記アクティブマトリクス回路を駆動する、複数のＴＦＴを有するデータ線駆動回路および走査線駆動回路と、
   を形成する半導体表示装置の作製方法であり、
   前記基板上に非晶質珪素膜を形成し、
   前記非晶質珪素膜に前記非晶質珪素膜の結晶化を助長する触媒元素を添加し、
   加熱処理により、前記非晶質珪素膜を結晶化して多結晶珪素膜を形成し、
   前記多結晶珪素膜をレーザアニールし、
   前記多結晶珪素膜上に、マスクで覆った第１の領域と、マスクで覆われていない第２の領域とを形成し、
   前記マスクを用いて前記第２の領域にリンをドープし、
   前記マスクを除去し、前記多結晶珪素膜にレーザ照射を行い、前記リンを活性化し、
   前記触媒元素が１００μｍ又はそれ以上の距離を移動することができる温度の加熱処理により、前記第１の領域から前記第２の領域へ前記触媒元素をゲッタリングし、
   前記第２の領域が残らないように前記多結晶珪素膜をパターニングして複数の多結晶珪素膜を形成し、
   前記パターニングされた複数の多結晶珪素膜上にゲイト絶縁膜を形成し、
   前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
   前記パターニングされた複数の多結晶珪素膜に一導電性を付与する不純物元素を添加し、不純物領域を形成して前記アクティブマトリクス回路の画素ＴＦＴと、前記データ線駆動回路および走査線駆動回路のＴＦＴとを形成する
   ことを特徴とする半導体表示装置の作製方法。
4. 基板上にマトリクス状に配置された複数の画素ＴＦＴを有するアクティブマトリクス回路と、
   前記アクティブマトリクス回路を駆動する、複数のＴＦＴを有するデータ線駆動回路および走査線駆動回路と、
   を形成する半導体表示装置の作製方法であり、
   前記基板上に非晶質珪素膜を形成し、
   前記非晶質珪素膜に前記非晶質珪素膜の結晶化を助長する触媒元素を添加し、
   加熱処理により、前記非晶質珪素膜を結晶化して多結晶珪素膜を形成し、
   前記多結晶珪素膜をレーザアニールし、
   前記多結晶珪素膜上に、マスクで覆った第１の領域と、マスクで覆われていない第２の領域とを形成し、
   前記マスクを用いて前記第２の領域にリンをドープし、
   前記マスクを除去し、前記多結晶珪素膜にＲＴＡによる加熱処理を行い、前記リンを活性化し、
   前記触媒元素が１００μｍ又はそれ以上の距離を移動することができる温度の加熱処理により、前記第１の領域から前記第２の領域へ前記触媒元素をゲッタリングし、
   前記第２の領域が残らないように前記多結晶珪素膜をパターニングして複数の多結晶珪素膜を形成し、
   前記パターニングされた複数の多結晶珪素膜上にゲイト絶縁膜を形成し、
   前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
   前記パターニングされた複数の多結晶珪素膜に一導電性を付与する不純物元素を添加し、不純物領域を形成して前記アクティブマトリクス回路の画素ＴＦＴと、前記データ線駆動回路および走査線駆動回路のＴＦＴとを形成する
   ことを特徴とする半導体表示装置の作製方法。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
   前記触媒元素には、Ｎｉが用いられることを特徴とする半導体表示装置の作製方法。
6. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
   前記触媒元素には、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｉｎ、Ｓｎから選ばれた一種または複数種のものが用いられることを特徴とする半導体表示装置の作製方法。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、
   前記マスクは、酸化膜を用いることを特徴とする半導体表示装置の作製方法。

Images