JP2012038855A - 非晶質半導体膜の結晶化方法、並びに薄膜トランジスタ、半導体装置、表示装置、及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】この発明の非晶質半導体膜の結晶化方法においては、基板1上の酸化シリコン膜31が表層となる第一の領域と窒化シリコン膜33が表層となる第二の領域に形成された非晶質半導体膜5に対して、同じ照射条件により連続的にエネルギービームLBを照射することにより、この第一の領域に形成された非晶質半導体膜5のみを結晶性半導体膜52に変換し、第二の領域に形成された非晶質半導体膜5を非晶質半導体膜51に維持するアニール工程を備えたものである。
【選択図】図2
Description
始めに、本発明の第1の実施形態として、基板上に結晶性半導体TFTと非晶質半導体TFTを混在して備えた半導体装置の一例である駆動回路一体型の液晶表示装置に本発明を適用した場合を例にとって説明するものとする。先ず、図1は、本実施の形態1における液晶表示装置を構成する液晶表示パネルを示す平面図である。なお、図は模式的なものであり、示された構成要素の正確な大きさなどを反映するものではない。また、図面が煩雑とならない様、発明の主要部以外の省略や構成の一部簡略化などを適宜行っている。以下の図においても同様とする。更に、以下の図においては、図中、既出の図において説明したものと同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
先に行った実施の形態1の説明においては、この駆動用TFT106となる微結晶半導体TFTにおいては、ゲート絶縁膜42が、酸化シリコン膜よりなる第一の絶縁膜31により構成され、画素TFT105となる非晶質半導体TFTにおいては、ゲート絶縁膜41が、酸化シリコン膜よりなる第一の絶縁膜31と部分的に形成された窒化シリコン膜よりなる第二の絶縁膜33との積層膜により構成される液晶表示装置についての詳細説明と得られる効果、更に、比較例として、第一の絶縁膜31を窒化シリコン膜とし、部分的に形成する第二の絶縁膜33を酸化シリコン膜とした構成で発生する不具合について説明を行った。続いて、本発明の別の実施の形態として、実施の形態1の液晶表示装置より、微結晶半導体TFT及び非晶質半導体TFTのゲート絶縁膜について、其々、酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜の単層膜により構成する変形を行った実施の形態2の液晶表示装置について説明を行う。なお、実施の形態1との構成の違いはアレイ基板の構成の特に微結晶半導体TFT及び非晶質半導体TFTのゲート絶縁膜、即ち、其々のTFTの能動層となる半導体膜を作り分ける際に要点となる半導体膜の下地膜の構成のみであることから、このゲート絶縁膜であって半導体膜の下地膜となる構成と、その形成方法と、TFTの能動層となる半導体膜を作り分ける工程と、変形により得られる効果について、実施の形態1との違いを中心に説明を行うこととする。
続いて、本発明の別の実施の形態として、実施の形態3の液晶表示装置について説明を行う。本実施の形態3の液晶表示装置の実施の形態1との違いは、実施の形態1において、駆動用TFT106の形成される領域において窒化シリコン膜よりなる第二の絶縁膜33に形成された開口部34が、本実施の形態3の駆動用TFT106bの構成においては駆動用TFT106bのチャネル領域のみにおいて形成される開口部36と変更され、駆動用TFT106bの能動層となる半導体膜が結晶性部分と非晶質部分の二つの異なる領域を有して形成された微結晶半導体TFTとなる点である。従って、このゲート絶縁膜であって半導体膜の下地膜となる構成と、それに伴って形成される結晶性部分と非晶質部分の二つの異なる領域を有する半導体膜の構成と、これらの構成の形成方法と、変形により得られる効果について、実施の形態1との違いを中心に説明を行うこととする。
10 マザー液晶セル基板、10a、10b、10x〜10n 液晶セル基板、
21、22 ゲート電極、
31、31a 第一の絶縁膜、32 窒化シリコン膜、33 第二の絶縁膜、
34、35、36 開口部、
41、43 第二のゲート絶縁膜、42、42b、44 第一のゲート絶縁膜、
5、51 非晶質半導体膜、52 微結晶半導体膜、53 半導体膜、
6、61、62 非晶質半導体膜、
7、71、72、71s、71d、72s、72d 不純物を含んだ非晶質半導体膜、
81、82 非晶質半導体層、
91s、92s ソース電極、91d、92d ドレイン電極、
100、100a、100b アレイ基板、101 表示領域、
102 額縁領域、103 画素、104 駆動回路、
105、105a、105b 画素TFT、
106、106a、106b 駆動用TFT、
107 蓄積容量、108 ゲート配線、109 ソース配線、
110 蓄積容量配線、111 外部配線、112 プリント基板、
113 ICチップ、
LB レーザー光、PR、PR1、PR2、PR1’、PR2’ フォトレジスト。
Claims (10)
- 透明絶縁性基板より構成される基板上に酸化シリコン膜よりなる第一の絶縁膜が表層となる第一の領域と窒化シリコン膜よりなる第二の絶縁膜が表層となる第二の領域を形成する工程と、
前記第一の領域における前記第一の絶縁膜上と前記第二の領域における前記第二の絶縁膜上に其々の絶縁膜表面に接して非晶質半導体膜を形成する工程と、
前記第一の領域と前記第二の領域に形成された非晶質半導体膜の双方に対して、同じ照射条件により連続的に、或いは前記基板全体に一様にエネルギービームを照射することにより、前記第一の領域に形成された非晶質半導体膜のみを結晶性半導体膜に変換し、前記第二の領域に形成された非晶質半導体膜を非晶質状態に維持するアニール工程と、
を備えたことを特徴とする非晶質半導体膜の結晶化方法。 - アニール工程において照射されるエネルギービームのエネルギー密度が、酸化シリコン膜よりなる第一の絶縁膜上に形成した非晶質半導体膜を100nm以下の微結晶状態よりなる結晶性半導体膜に変換するのに必要なエネルギー密度よりも高く、かつ、窒化シリコン膜よりなる第二の絶縁膜上に形成した非晶質半導体膜を結晶性半導体膜に変換するのに必要なエネルギー密度よりも低くなる範囲とすることを特徴とする請求項1に記載の非晶質半導体膜の結晶化方法。
- 透明絶縁性基板より構成される基板上に複数のゲート電極をパターニング形成する工程と、
前記複数のゲート電極上を含む前記基板上に酸化シリコン膜よりなる第一の絶縁膜を形成する工程と、
前記基板上を部分的に覆う窒化シリコン膜よりなる第二の絶縁膜を形成し、前記第二の絶縁膜により覆われず前記第一の絶縁膜が表層となる第一の領域と、前記第二の絶縁膜により覆われ前記第二の絶縁膜が表層となる第二の領域を形成する工程と、
少なくとも、前記第一の領域における前記複数のゲート電極の何れかの上を含む前記第一の絶縁膜上と前記第二の領域における前記第二の絶縁膜上に、其々の絶縁膜表面に接して非晶質半導体膜を形成する工程と、
前記第一の領域と前記第二の領域に形成された非晶質半導体膜の双方に対して、同じ照射条件により連続的に、或いは前記基板全体に一様にエネルギービームを照射することにより、前記第一の領域に形成された非晶質半導体膜のみを結晶性半導体膜に変換し、前記第二の領域に形成された非晶質半導体膜を非晶質状態に維持するアニール工程と、
前記第一の領域において変換された前記結晶性半導体膜に接続してソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。 - 第二の領域において非晶質状態に維持された非晶質半導体膜は、少なくとも、複数のゲート電極の何れかの上を含む第二の絶縁膜上に形成され、
該非晶質半導体膜に接続してソース電極及びドレイン電極を、第一の領域において変換された結晶性半導体膜に接続してソース電極及びドレイン電極を形成する工程と同時に形成する工程を備え、
第一の領域に結晶性半導体薄膜トランジスタを、前記第二の領域に非晶質半導体薄膜トランジスタを、其々形成することを特徴とする請求項3に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - 透明絶縁性基板より構成される基板上に結晶性半導体薄膜トランジスタと非晶質半導体薄膜トランジスタを混在して備えた半導体装置であって、
前記基板上に形成された前記結晶性半導体薄膜トランジスタを構成する第一のゲート電極及び前記非晶質半導体薄膜トランジスタを構成する第二のゲート電極と、
前記第一のゲート電極上及び前記第二のゲート電極上を含む前記基板上に形成された酸化シリコン膜よりなり、前記結晶性半導体薄膜トランジスタを構成する第一のゲート絶縁膜となる第一の絶縁膜と、
少なくとも前記第一のゲート電極上を含む領域において開口部を有して前記第一の絶縁膜上を部分的に覆う窒化シリコン膜よりなり、第一の絶縁膜との積層膜により前記非晶質半導体薄膜トランジスタを構成する第二のゲート絶縁膜となる第二の絶縁膜と、
前記第二の絶縁膜により覆われない前記開口部において前記第一の絶縁膜表面上に接して形成され、前記第一のゲート電極上において前記結晶性半導体薄膜トランジスタの能動層を構成する結晶性半導体膜と、
前記第二の絶縁膜により覆われる領域において前記第二の絶縁膜表面上に接して形成され、前記第二のゲート電極上において前記非晶質半導体薄膜トランジスタの能動層を構成する非晶質半導体膜と、
前記結晶性半導体膜に接続され、前記結晶性半導体薄膜トランジスタを構成する第一のソース電極及び第一のドレイン電極と、
前記非晶質半導体膜に接続され、前記非晶質半導体薄膜トランジスタを構成する第二のソース電極及び第二のドレイン電極と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。 - 透明絶縁性基板より構成される基板上に結晶性半導体薄膜トランジスタと非晶質半導体薄膜トランジスタを混在して備えた半導体装置であって、
前記基板上に形成された前記結晶性半導体薄膜トランジスタを構成する第一のゲート電極及び前記非晶質半導体薄膜トランジスタを構成する第二のゲート電極と、
前記第一のゲート電極上を含む前記基板上に形成され、少なくとも前記第二のゲート電極上を含む領域において開口部を有する酸化シリコン膜よりなり、前記結晶性半導体薄膜トランジスタを構成する第一のゲート絶縁膜となる第一の絶縁膜と、
前記第二のゲート電極上を含む前記基板上に形成され、少なくとも前記第一のゲート電極上を含む領域において開口部を有する窒化シリコン膜よりなり、前記非晶質半導体薄膜トランジスタを構成する第二のゲート絶縁膜となる第二の絶縁膜と、
前記第二の絶縁膜により覆われない前記開口部において前記第一の絶縁膜表面上に接して形成され、前記第一のゲート電極上において前記結晶性半導体薄膜トランジスタの能動層を構成する結晶性半導体膜と、
前記第二の絶縁膜により覆われる領域において前記第二の絶縁膜表面上に接して形成され、前記第二のゲート電極上において前記非晶質半導体薄膜トランジスタの能動層を構成する非晶質半導体膜と、
前記結晶性半導体膜に接続され、前記結晶性半導体薄膜トランジスタを構成する第一のソース電極及び第一のドレイン電極と、
前記非晶質半導体膜に接続され、前記非晶質半導体薄膜トランジスタを構成する第二のソース電極及び第二のドレイン電極と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。 - 非晶質半導体薄膜トランジスタが、画像として視認される光量を制御する表示電圧或いは表示電流を供給するための画素薄膜トランジスタに用いられ、結晶性半導体薄膜トランジスタが、駆動回路を構成する駆動用薄膜トランジスタに用いられる表示装置であることを特徴とする請求項5或いは請求項6に記載の半導体装置。
- 透明絶縁性基板より構成される基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極上を含む前記基板上に形成された酸化シリコン膜よりなる第一の絶縁膜を少なくとも含んで構成されるゲート絶縁膜と、
少なくとも前記ゲート電極上を含む領域において開口部を有して前記第一の絶縁膜上を部分的に覆う窒化シリコン膜よりなる第二の絶縁膜と、
前記第二の絶縁膜により覆われない前記開口部において前記第一の絶縁膜表面上に接して形成される結晶性半導体膜及び前記第二の絶縁膜により覆われる領域において前記第二の絶縁膜表面上に接して形成される非晶質半導体膜により構成される半導体膜と、
前記半導体膜上に形成され、互いに分離した二つの不純物領域を有する非晶質半導体層と、
前記非晶質半導体層における二つの不純物領域上に其々接して形成されたソース電極及びドレイン電極と、
を備え、
前記結晶性半導体膜と前記非晶質半導体膜により構成される前記半導体膜は、前記ソース電極下の領域と前記ドレイン電極下の領域間の少なくとも一部を含む領域において前記結晶性半導体膜よりなり、前記ソース電極及びドレイン電極は前記結晶性半導体膜と接することなく形成されることを特徴とする薄膜トランジスタ。 - 結晶性半導体膜と非晶質半導体膜により構成される半導体膜と、互いに分離した二つの不純物領域を有する非晶質半導体層とが同一の平面形状にパターニング形成され、ソース電極及びドレイン電極は前記半導体膜と該半導体膜の端面において接して形成され、前記ソース電極或いは前記ドレイン電極と接する前記端面を有する領域における前記半導体膜は、前記非晶質半導体膜よりなることを特徴とする請求項8に記載の薄膜トランジスタ。
- ゲート絶縁膜が、少なくともゲート電極の端面を覆う部分において第一の絶縁膜と第二の絶縁膜の積層膜よりなり、結晶性半導体膜と接する部分において第一の絶縁膜の単層膜よりなることを特徴とする請求項8或いは請求項9に記載の薄膜トランジスタ。
Priority Applications (1)
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