JP2015111278A - 表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
法に関し、特に高開口率の画素部を有する表示装置及び表示装置の作製方法に関する。
型の液晶モジュールの開発が盛んである。特にフルハイビジョン(FHD)用などの高精
細のパネルが需要として高い。特に液晶テレビ用途の液晶モジュールでは、前述した高精
細に加え、動画に追従する高速な応答性、優れた色再現性、十分な輝度、高視野角など、
様々な特性が要求される。
薄膜トランジスタ(以下TFTと呼ぶ)を能動素子として有する画素を複数配列させた、
アクティブマトリクス型が用いられてきた。特にTFTは、大量生産に適した逆スタガ構
造をとるのが一般的である。この逆スタガ型アモルファスシリコンTFTを有する素子基
板は、基板上に最初に成膜される導電膜(以下、第1の導電膜と呼ぶ)を走査信号線(ま
たはゲート配線とも呼ぶ)として、ゲート絶縁膜より上に形成される導電膜(以下、第2
の導電膜と呼ぶ)をデータ信号線(またはソース配線とも呼ぶ)として用いていた。走査
信号線は、基板平面に対して横方向に設けられ、データ信号線は、基板平面に対して縦方
向に設けられている。
レーム期間保持するための補助容量部(付加容量または蓄積容量とも呼ぶ)が設けられて
いる。この補助容量部は、補助容量線となる第1の導電膜と、最上層に設けられ画素電極
となる透光性導電膜とを容量電極とする場合(特許文献1参照)、または補助容量線とな
る第1の導電膜と、透光性導電膜と接続させた第2の導電膜とを容量電極とする場合(特
許文献2参照)とのいずれかの様態を採っていた。補助容量線は走査信号線と平行に設け
られている。これらの補助容量部は、いずれも逆スタガ型のTFT乃至画素電極の製造工
程において同時に形成されるものであり、工程数の増大抑制を基本思想としている。
差部において分断されたソース配線を第2の導電膜で架橋する構造が開示されている(特
許文献3参照)。また、補助容量部として、インジウム錫酸化物(ITO)からなる画素
電極をゲート絶縁膜の上に形成し、パッシベーション膜を挟んでインジウム錫酸化物(I
TO)からなる対向電極を形成する構造も開示されている(特許文献4参照)。
ョン膜と陽極酸化膜の積層が用いられる。この場合、ゲート絶縁膜とパッシベーション膜
と陽極酸化膜の膜厚の和が、誘電体膜の膜厚となるため、誘電体膜全体の厚さが厚く、そ
の結果保持できる静電容量が小さくなってしまう。このため、補助容量部の面積を大きく
する必要があったが、補助容量部の面積増大は画素部の開口率低下を招くことから、望ま
しくはない。
場合と比較して誘電体膜の膜厚を薄くすることができる。しかし、通常パッシベーション
膜よりもゲート絶縁膜の膜厚は厚い。ゲート絶縁膜の膜厚はTFTの電気特性を第1の目
的として設計されるもので、TFTの電気特性やゲート絶縁膜の絶縁耐圧なども考慮され
て設計される。このため補助容量部はTFT側で設計されたゲート絶縁膜の膜厚に合わせ
て、所望の補助容量部を形成するように、面積などを副次的に設計することになる。
が、画素部の高開口率化を図る上で理想となる。しかし、上記特許文献1や上記特許文献
2に代表される従来の画素構造においては、基板平面の縦方向に設けられるデータ信号線
を第2の導電膜で形成するため、これを横切るように横方向に走る補助容量線を同じ第2
の導電膜で形成することは不可能である。よって、従来の画素構造では、透光性導電膜と
第2の導電膜とを容量電極とし、パッシベーション膜のみを誘電体膜とする補助容量部を
形成することは困難である。
分断されたソース配線を第2の導電膜で架橋する上記特許文献3の構造が挙げられる。該
特許文献には記載されていないが、第2の導電膜からなる補助容量線を基板に対して横方
向に走らせることができるため、パッシベーション膜のみを誘電体膜とする補助容量部を
形成することが可能である。しかし、架橋構造を用いるため、データ信号線が単一の導電
膜で形成されてはいない。すなわち、他の導電膜との接続を介する必要があるため、接触
抵抗が増大する。行方向の画素ごとにコンタクトが2つ形成されているため、特に対角3
0インチ以上の大型パネルでは、配線抵抗が著しく増大して信号遅延を招いてしまう。ま
た、データ信号線中のコンタクトに1つでも接触不良が発生すると、そのデータ信号線と
接続する列の接触不良部分より先の全ての画素が不良となってしまう。いわゆる線欠陥を
招くので、信頼性が低くなってしまう。
電極と、パッシベーション膜からなる誘電体膜とを有する補助容量部を形成することがで
きる。しかし、画素電極と共通電極との間に、液晶以外にパッシベーション膜も含まれる
ことになるので、液晶に印加される電界にばらつきが出ることになり、画質の低下を招く
。
置を提供することを課題の一とする。また、本発明の一態様は、高開口率の表示装置を低
コストで作製することを課題の一とする。
線を第2の導電膜で形成し、データ信号線を第1の導電膜で形成する。TFT部において
は、ゲート電極は第1の導電膜で形成し、第2の導電膜からなる走査信号線とゲート絶縁
膜中の開口部を通じて電気的に接続させる。また、ソース電極及びドレイン電極は、第2
の導電膜で形成する。また、ソース電極又はドレイン電極の一方は、第1の導電膜からな
るデータ信号線とゲート絶縁膜中の開口部を通じて電気的に接続させる。また、ソース電
極又はドレイン電極の他方は、パッシベーション膜と平坦化膜の開口部を通じて透光性導
電膜からなる画素電極と接続させる。また、画素電極は、外周端部において走査信号線1
01及びデータ信号線102と重なるように、配置する。補助容量部においては、第2の
導電膜からなる補助容量線を下部電極とし、パッシベーション膜のみを誘電体膜として容
量電極間を介して、画素電極を上部電極とする。
、パッシベーション膜と平坦化膜の開口部と、補助容量部における平坦化膜の開口部を同
時に1枚のフォトマスクで形成するために、多階調マスクによるフォトリソグラフィを行
う。
と、第1の導電膜により形成され、一方向に延設されるデータ信号線と、第1の導電膜上
に設けられた第1の絶縁膜と、第1の絶縁膜上に設けられた半導体膜と、第1の絶縁膜及
び半導体膜上に設けられた第2の導電膜により形成された、ソース電極及びドレイン電極
と、第2の導電膜により形成され、一方向と交差する方向に延設される走査信号線と、第
2の導電膜により形成され、一方向と交差する方向に延設される補助容量線と、第2の導
電膜上に設けられた第2の絶縁膜と、第2の絶縁膜上に設けられた第3の絶縁膜と、第3
の絶縁膜上に設けられ、外周端部がデータ信号線、走査信号線又は補助容量線と重なる画
素電極とを有し、ソース電極及びドレイン電極の一方は、半導体膜及びデータ信号線と電
気的に接続され、ソース電極及びドレイン電極の他方は、半導体膜及び画素電極と電気的
に接続され、ゲート電極は、走査信号線と電気的に接続され、補助容量線は、第2の絶縁
膜を誘電体膜として、画素電極と補助容量部を形成することを特徴とする表示装置である
。
ゲート電極と、第1の導電膜により形成され、一方向に延設されるデータ信号線と、第1
の導電膜上に設けられた第1の絶縁膜と、第1の絶縁膜上に設けられた微結晶半導体膜と
、微結晶半導体膜上に設けられた、断面形状が凹状のバッファ層と、バッファ層上に設け
られた、一導電型を付与する不純物元素が添加された第1の不純物半導体膜及び第2の不
純物半導体膜と、第1の絶縁膜、第1の不純物半導体膜及び第2の不純物半導体膜上に設
けられた第2の導電膜により形成された、ソース電極及びドレイン電極と、第2の導電膜
により形成され、一方向と交差する方向に延設される走査信号線と、第2の導電膜により
形成され、一方向と交差する方向に延設される補助容量線と、第2の導電膜上に設けられ
た第2の絶縁膜と、第2の絶縁膜上に設けられた第3の絶縁膜と、第3の絶縁膜上に設け
られ、外周端部がデータ信号線、走査信号線又は補助容量線と重なる画素電極とを有し、
ソース電極及びドレイン電極の一方は、第1の不純物半導体膜及びデータ信号線と電気的
に接続され、ソース電極及びドレイン電極の他方は、第2の不純物半導体膜及び画素電極
と電気的に接続され、ゲート電極は、走査信号線と電気的に接続され、補助容量線は、第
2の絶縁膜を誘電体膜として、画素電極と補助容量部を形成することを特徴とする表示装
置である。
一導電型を付与する不純物元素が添加された第1の不純物半導体膜及び第2の不純物半導
体膜が設けられており、ソース電極及びドレイン電極の一方は、第1の不純物半導体膜、
半導体膜及びデータ信号線と電気的に接続され、ソース電極及びドレイン電極の他方は、
第2の不純物半導体膜、半導体膜及び画素電極と電気的に接続されていることが好ましい
。
ータ信号線を形成し、ゲート電極及びデータ信号線上に第1の絶縁膜と半導体膜を順に積
層して成膜し、半導体膜をエッチングして、ゲート電極の上方に第2の半導体膜を形成し
、第1の絶縁膜をエッチングして、ゲート電極に達する第1の開口部と、データ信号線に
達する第2の開口部を形成し、第1の絶縁膜及び第2の半導体膜上に第2の導電膜を形成
し、第2の導電膜をエッチングして、第1の開口部を介してゲート電極と電気的に接続す
る走査信号線と、一方が第2の開口部を介してデータ信号線と電気的に接続するソース電
極及びドレイン電極と、補助容量線とを形成し、第1の絶縁膜、第2の半導体膜、ソース
電極、ドレイン電極、走査信号線及び補助容量線上に第2の絶縁膜を形成し、第2の絶縁
膜上に第3の絶縁膜を形成し、第2の絶縁膜及び第3の絶縁膜を除去して、ドレイン電極
に達する第3の開口部を形成し、第3の絶縁膜を除去して、補助容量線の上方に形成され
た第2の絶縁膜を露出させる第4の開口部を形成し、第3の絶縁膜上に、第3の開口部を
介してドレイン電極と電気的に接続し、且つ第4の開口部において第2の絶縁膜を誘電体
膜として補助容量線と補助容量部を構成する画素電極を形成することを特徴とする表示装
置の作製方法である。
ータ信号線を形成し、ゲート電極及びデータ信号線上に第1の絶縁膜と、半導体膜と、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とを順に積層して形成し、多階
調マスクを用いたフォトリソグラフィにより、不純物半導体膜上に第1のマスク層を形成
し、第1のマスク層を用いて、第1の絶縁膜、半導体膜、不純物半導体膜をエッチングし
て、ゲート電極に達する第1の開口部及びデータ信号線に達する第2の開口部を形成し、
第1のマスク層をアッシングして第2のマスク層を形成し、第2のマスク層を用いて、半
導体膜及び不純物半導体膜をエッチングし、第2の半導体膜及び第2の不純物半導体膜を
形成し、第1の絶縁膜及び第2の不純物半導体膜上に第2の導電膜を形成し、第2の導電
膜上に第3のマスク層を形成し、第3のマスク層を用いて、第2の導電膜及び第2の不純
物半導体膜をエッチングして、第1の開口部を介してゲート電極と電気的に接続する走査
信号線と、一方が第2の開口部を介してデータ信号線と電気的に接続するソース電極及び
ドレイン電極と、補助容量線と、第3の不純物半導体膜及び第4の不純物半導体膜とを形
成し、第1の絶縁膜、第2の半導体膜、第3の不純物半導体膜、第4の不純物半導体膜、
ソース電極、ドレイン電極、走査信号線及び補助容量線上に第2の絶縁膜を形成し、第2
の絶縁膜上に第3の絶縁膜を形成し、多階調マスクを用いたフォトリソグラフィにより、
第3の絶縁膜に第2の絶縁膜を露出させる第3の開口部及び、断面形状が凹状で第3の絶
縁膜が残留した凹部を形成し、第3の開口部において、第2の絶縁膜をエッチングして、
ドレイン電極に達する第4の開口部を形成し、凹部において、第3の絶縁膜をアッシング
して、補助容量線の上方に形成された第2の絶縁膜を露出させる第5の開口部を形成し、
第3の絶縁膜上に、第4の開口部を介してドレイン電極と電気的に接続し、且つ第5の開
口部において第2の絶縁膜を誘電体膜として補助容量線と補助容量部を構成する画素電極
を形成することを特徴とする表示装置の作製方法である。
とすることができるので、誘電体膜の膜厚を薄くすることができる。これによって、補助
容量部の面積を狭くすることができるので、その分画素部の開口率を向上させることがで
きる。また、高開口率の表示装置を低コストで生産することができる。
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。した
がって、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。なお、本明細書中
の図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その説
明は省略する場合がある。
本実施の形態では、薄膜トランジスタ(以下、TFTと呼ぶ)を有する表示装置及びその
作製工程について、図1乃至図4を用いて説明する。
で、駆動回路を形成するのにより適しているが、本実施の形態では、TFT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TFTを用いる場合でも、同一の基
板上に形成するTFTを全て同じ極性にそろえておくと、工程数を抑えることができる。
一方でp型とn型両方を用いた場合には、消費電力の低い駆動回路を形成することが可能
である。ここでは、nチャネル型のTFTを用いた画素TFT及びその作製工程を説明す
る。
図の一例であり、図1では簡略化のため、マトリクス状に配置された複数の画素のうち1
つの画素構成を示している。また、図3は図1のX−Z−Wの断面図であり、図4はY−
Z−Wの断面図である。
互いに平行に配置された複数の走査信号線101と、各走査信号線101に交差するデー
タ信号線102を複数有している。走査信号線101は、基板平面に対して横方向に設け
られ、データ信号線102は、基板平面に対して縦方向に設けられている。ここで、縦方
向及び横方向とは任意に取れる方向であり、長方形の基板平面において短辺方向を縦方向
としても良いし、横方向としても良い。さらに、各走査信号線101に平行な補助容量線
103を複数有している。データ信号線102は第1の導電膜で形成され、走査信号線1
01及び補助容量線103は第2の導電膜で形成される。また、走査信号線101とデー
タ信号線102とで囲まれた領域には、透光性導電膜からなる画素電極110が、外周端
部において走査信号線101及びデータ信号線102と重なるように、配置されている。
してTFTが設けられている。このTFTは、第1の導電膜からなるゲート電極104と
、ゲート電極上のゲート絶縁膜111と、ゲート絶縁膜上の半導体膜105と、半導体膜
105上の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112a、112
bと、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112a、112b上
のソース電極又はドレイン電極106a、106bによって構成される。なお、本実施の
形態で用いるTFTは、チャネルエッチ構造の逆スタガ型TFTである。ただし、本発明
に用いることのできるTFTは、これに限られるものではなく、本発明の趣旨及びその範
囲から逸脱するものでなければ、その形態を変更できる。
7を通して、電気的に接続される。また、ソース電極又はドレイン電極106a、106
bの一方と、データ信号線102がゲート絶縁膜111中の開口部108を通して、電気
的に接続される。また、ソース電極又はドレイン電極106a、106bの他方と、画素
電極110がパッシベーション膜113及び画素電極110の平坦化を目的とした平坦化
膜114及びパッシベーション膜113中の開口部109を通して、電気的に接続される
。なお、ソース電極とドレイン電極は、その電極の電位に従って定められるものなので、
電極の電位によっては、ソース電極とドレイン電極の位置が入れ替わる。また、パッシベ
ーション膜とは、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半導体層
への侵入を防ぐことを目的とする保護膜のことである。
極とし、パッシベーション膜113のみを誘電体膜として間に介して、画素電極110を
上部電極とする構造である。
)では、データ信号線102とゲート電極104のパターンを第1の導電膜で形成してい
る。図2(B)では、ゲート絶縁膜111上において、TFT部に半導体膜105と一導
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112a、112bのパターンを
形成している。さらにゲート絶縁膜111中に開口部107、108が形成される。なお
、ゲート絶縁膜111と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11
2a、112bについては、図2(B)には示していない。図2(C)では、走査信号線
101と補助容量線103とソース電極又はドレイン電極106a、106bを第2の導
電膜により形成している。図2(D)では、ソース電極又はドレイン電極106a、10
6b上のパッシベーション膜113及び平坦化膜114中に開口部109及び開口部11
5が形成される。また、パッシベーション膜113及び平坦化膜114の上に透光性導電
膜からなる画素電極110も形成される。なお、パッシベーション膜113及び平坦化膜
114については、図2(D)には図示していない。
を誘電体膜とすることができるので、誘電体膜の膜厚を薄くすることができる。これによ
って、補助容量部の面積を狭くすることができるので、その分画素部の開口率を向上させ
ることができる。
抵抗による信号遅延が発生しない。よって、データ信号の配線遅延を低減することができ
るので、特に質の良い大型の表示装置を作製することができる。さらに、仮にデータ信号
線においてコンタクト不良が発生した場合にも、線欠陥とはならず、点欠陥にとどまる。
このため、表示される画像は欠陥が目に付きにくくなるため、画質と信頼性の向上につな
がる。また大量生産の観点からも、歩留まりを向上させる。
かかる電界が均一になり、画質が向上する。
構造物の凹凸形状に影響されることなく平坦になるため、凹凸形状に起因する液晶配向の
乱れを抑制し、理想的な液晶の配向制御が可能となる。このため質の高い画像表示が可能
となる。また、画素電極とデータ信号線、画素電極と走査信号線との間の寄生容量が平坦
化膜の挿入によって著しく低減することができるので、画素電極の外周端部とデータ信号
線及び走査信号線とを重ねることができ、画素の高開口率化を図ることができる。
とデータ信号線の重なる部分でも補助容量部を形成することが可能となる。よって、その
重なる部分の面積分、補助容量線の面積を軽減することができるので、画素の高開口率化
を図ることができる。
などは、データ信号線の隣接間隔よりも、走査信号線の隣接間隔の方が広く設定されてい
る。よって、補助容量線を走査信号線と同じ方向に延設することで、隣接する走査信号線
との間隔を広げることができるので、線間容量(寄生容量)を低減することができる。ま
た、走査信号線の隣接間隔の方がデータ信号線の隣接間隔よりも広いので、データ信号線
の間よりも走査信号線の間の方が容易に補助容量線を設けることができる。
を示す図である。図5乃至図9において、Y−Z−Wは図1における線Y−Z−Wの断面
に対応する。
形成する(図5(A)参照)。透光性基板200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の他、石英や、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。透光性基板200の大きさは
、320mm×400mm、370mm×470mm、550mm×650mm、600
mm×720mm、680mm×880mm、730mm×920mm、1000mm×
1200mm、1100mm×1250mm、1150mm×1300mm、1500m
m×1800mm、1900mm×2200mm、2160mm×2460mm、240
0mm×2800mm、又は2850mm×3050mm等を用いることができる。
い。アルミニウムや銅を用いることで、信号遅延を低減し、高画質化を望むことができる
。また、ネオジムや、シリコンや、銅などとアルミニウムとの合金、またはネオジムや、
シリコンや、銅などとアルミニウムとの混合物を用いると、ヒロックやウィスカーの抑制
や、エレクトロマイグレーションやストレスマイグレーションに対する効果がある。同様
の理由で、シリコンなどと銅との合金を用いてもよい。また配線加工の際のエッチング溶
液に合わせてこれらの材料を選択することができる。データ信号線201、ゲート電極2
02は、スパッタリング法や真空蒸着法、有機金属気相成長法(MOCVD)で透光性基
板200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層を形成し、当該マスク層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、データ信号線201、ゲート電極202を形成することが
できる。
や以降の製造工程によりかかる熱履歴によりヒロックやウィスカーなどの突起物が発生す
る。これらはその上に形成されるゲート絶縁膜を破壊し、電気的短絡など不良の原因とな
るため、バリア性のあるモリブデン、チタン、タングステン、タンタルなどの高融点金属
や、その窒化物を積層させることでバリア層を形成することが好ましい。特に銅を用いる
場合には、熱によりチャネル形成領域となるI型アモルファスシリコン膜中に銅が拡散す
るおそれがあるため、バリア層の形成が好ましい。バリア層は、透光性基板200と、デ
ータ信号線201及びゲート電極202との間に設けてもよいし、データ信号線201、
ゲート電極202の上層に設けてもよい。
切れ防止や電気的短絡防止のため、端部が順テーパー状になるように加工することが望ま
しい。
4、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205を順に形成する(
図5(B)参照)。
た不純物半導体膜205を大気に触れさせることなく連続的に形成することが望ましい。
ゲート絶縁膜203、半導体膜204、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205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。
膜、酸化窒化珪素膜、または窒化酸化珪素膜で形成することができる。本実施の形態では
、ゲート絶縁膜203として、窒化珪素膜を用いる。窒化珪素膜は、比誘電率が高く、ゲ
ート絶縁膜として好ましい他、ガラス基板中に含まれるナトリウム等のアルカリ金属イオ
ンの半導体膜204への拡散を防ぐ、ブロッキング膜としての機能も有する。なお、他に
ゲート絶縁膜203としては、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
化窒化珪素膜との順に積層して形成してもよい。また、ゲート絶縁膜203を2層とせず
、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3層積層して形成することもできる。更には、
周波数が1GHzのマイクロ波プラズマCVD装置を用いてゲート絶縁膜203を形成す
ることが好ましい。マイクロ波プラズマCVD装置で形成した窒化珪素膜、窒化酸化珪素
膜、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。
1上に1層目として窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜と、2層目として酸化窒化珪素膜と
、3層目として窒化珪素膜とを積層とし、最上層の窒化珪素膜上に半導体膜を形成しても
よい。この場合、1層目の窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜は膜厚が50nmより厚い方
がよく、ナトリウムなどの不純物を遮断するバリア、ゲート電極のヒロックの防止、ゲー
ト電極の酸化防止などの効果を奏する。3層目の窒化珪素膜は半導体膜の密着性向上、酸
化防止としての効果を奏する。
で半導体膜の密着性を向上することができる。窒化膜はプラズマCVD法により成膜して
もよく、マイクロ波による高密度で低温なプラズマ処理によって窒化処理を行ってもよい
。また、反応室にシランフラッシュ処理を行う際に窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜を形成し
てもよい。
あって、ラザフォード後方散乱法(RBS:Rutherford Backscatt
ering Spectrometry)及び水素前方散乱法(HFS:Hydroge
n 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、酸化窒化珪
素または窒化酸化珪素を構成する原子の合計を100原子%としたとき、窒素、酸素、珪
素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。
ターとなる。従来のゲート絶縁膜およびパッシベーション膜を補助容量部の誘電体膜とし
て用いる場合には、補助容量部形成にあたりゲート絶縁膜の比誘電率を考慮する必要があ
る。しかし本実施の形態においては、パッシベーション膜のみを補助容量部の誘電体膜と
して用いるので、ゲート絶縁膜については、TFTの特性や絶縁耐圧などのTFT側の設
計のみ配慮すれば事足りる。
、非晶質半導体、微結晶半導体、または多結晶半導体で形成することができる。本実施の
形態では、半導体膜204として、アモルファスシリコンを用いる。
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、
水素化珪素にPH3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
珪素にB2H6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
された不純物半導体膜205は、非晶質半導体、微結晶半導体、または多結晶半導体で形
成することができる。本実施の形態では、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205として、高濃度にリンを添加したアモルファスシリコンを用いる。な
お、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205は膜厚2〜50n
m(好ましくは10〜30nm)とすればよい。なお、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205は、必ずしも形成する必要はない。その場合、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205と同様に、半導体膜204に不
純物元素を添加して、薄膜トランジスタのソース領域及びドレイン領域を形成すればよい
。
05上にマスク層206a、206bを形成する(図5(C)参照)。
ことができる。また、マスク層206a、206bは、レジストで形成される。レジスト
は、ポジ型レジストまたはネガ型レジストを用いることができる。ここでは、ポジ型レジ
ストを用いる。
光する。
て低減する光半透過部、及び光を完全に遮光する光遮光部の3種の部位からなる。よって
多階調マスクは、3種の露光レベルを行うことが可能であり、透過した光が複数の強度と
なる。一度の露光及び現像工程により、複数(代表的には二種類)の厚さの領域を有する
レジストマスクを形成することが可能である。このため、多階調マスクを用いることで、
露光マスクの枚数を削減することが可能である。
、図10(C)に示すようなハーフトーンマスク301bがある。
の上に形成される光遮光部303及び光半透過部である回折格子304で構成される。な
お、光透過部は、透光性基板302の光遮光部303及び回折格子304が形成されてい
ない部分である。光遮光部303においては、透光率が0%である。一方、回折格子30
4はスリット、ドット、メッシュ等の光透過部の間隔を、露光に用いる光の解像度限界以
下の間隔とすることにより、光の透過率を制御することができる。なお、回折格子304
は、周期的なスリット、ドット、メッシュ、または非周期的なスリット、ドット、メッシ
ュどちらも用いることができる。
折格子304は、クロムや酸化クロム等の光を吸収する遮光材料を用いて形成することが
できる。
光部303においては、透光率305は0%であり、光遮光部303及び回折格子304
が設けられていない領域では透光率305は100%である。また、回折格子304にお
いては、10〜70%の範囲で透光率を調整可能である。回折格子304における透光率
の調整は、回折格子のスリット、ドット、またはメッシュの間隔及びピッチの調整により
可能である。
上に形成される光半透過部306並びに光遮光部307で構成される。光半透過部306
は、MoSiN、MoSi、MoSiO、MoSiON、CrSiなどを用いることがで
きる。光遮光部307は、クロムや酸化クロム等の光を吸収する遮光材料を用いて形成す
ることができる。
光部307においては、透光率308は0%であり、光遮光部307及び光半透過部30
6が設けられていない領域では透光率308は100%である。また、光半透過部306
のみが設けられた部分においては、10〜70%の範囲で透光率を調整可能である。光半
透過部306のみ設けられた部分に於ける透光率の調整は、光半透過部306の材料によ
り可能である。
域を有するマスク層206a、206bを形成することができる(図5(C)参照)。
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205をエッチングし、データ
信号線201に達する開口部207を形成する(図6(A)参照)。また、このとき図1
に示すX−Z断面でも、同様にゲート絶縁膜203、半導体膜204、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205をエッチングし、ゲート電極に達する開
口部を形成する。
06bの面積が縮小し、厚さが薄くなる。このとき、膜厚の薄い領域のマスク層206a
、206bのレジストは除去され、マスク層208を形成することができる(図6(B)
参照)。なお、アッシングとは、放電等により生成した活性酸素分子もしくはオゾン分子
もしくは酸素原子等を有機物であるレジストに化学的に作用させて灰化させることにより
レジストを除去することである。
不純物半導体膜205をエッチングし、半導体膜209、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210を形成する(図6(C)参照)。この後、マスク層2
08を除去する。
り、アッシングを行うことでさらに形状を変形することができるため、異なるパターンに
加工する複数のエッチング工程に用いることができる。よって、一枚の多階調マスクによ
って、少なくとも二種類以上の異なるパターンに対応するマスク層を形成することができ
る。よって露光マスク数を削減することができ、対応するフォトリソグラフィ工程も削減
できるため、工程の簡略化が可能となる。
素が添加された不純物半導体膜205をエッチングし、半導体膜209及び一導電型を付
与する不純物元素が添加された不純物半導体膜210を形成した後、開口部207を形成
するのが好ましい。
添加された不純物半導体膜210上にソース電極、ドレイン電極及び走査信号線となる第
2の導電膜211を形成する(図7(A)参照)。開口部207を通して、第2の導電膜
のソース電極又はドレイン電極となる部分と、データ信号線201とが接続される。また
、このとき図1のX−Z断面でも、ゲート電極上の開口部を通して、第2の導電膜の走査
信号線となる部分と、ゲート電極とが接続される。
いるのが好ましい。アルミニウムや銅を用いることで、信号遅延を低減し、高画質化を望
むことができる。また、ネオジムや、シリコンや、銅などとアルミニウムとの合金、また
はネオジムや、シリコンや、銅などとアルミニウムとの混合物を用いると、ヒロックやウ
ィスカーの抑制や、エレクトロマイグレーションやストレスマイグレーションに対する効
果がある。同様の理由で、シリコンなどと銅との合金を用いてもよい。また、バリア性の
あるモリブデン、チタン、タングステン、タンタルなどの高融点金属や、その窒化物でバ
リア層を形成して、上記の低抵抗材料を挟むことが好ましい。この場合、低抵抗材料の下
側の高融点金属は、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210と
アルミニウムや銅との相互拡散を抑え、上側の高融点金属は、画素電極との接続時におけ
る電池反応による腐食を防止する等の効果がある。
D)で形成すればよい。また、第2の導電膜211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。
純物半導体膜210、第2の導電膜211をエッチングし、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210a、210b、ソース電極又はドレイン電極213
a、213b、補助容量線214を形成する(図7(C)参照)。このとき、半導体膜2
09もエッチングして、半導体膜209の断面形状を凹状とし、チャネルエッチ型の薄膜
トランジスタにするのが好ましい。こうすることで、一導電型を付与する不純物元素が添
加された不純物半導体膜210a、210bを完全に分断し、電気的短絡を防ぐことがで
きる。また、このとき図1に示すX−Z断面でも、第2の導電膜をエッチングすることで
、走査信号線を形成する。
付与する不純物元素が添加された不純物半導体膜210a、210b、半導体膜209、
及びゲート絶縁膜203上にパッシベーション膜215を形成する(図8(A)参照)。
、パッシベーション膜215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、パッシベーション膜2
15は、補助容量部において、誘電体膜として機能するので、比誘電率が高いことが望ま
しい。
化珪素膜、酸化窒化珪素膜、または窒化酸化珪素膜で形成することができる。本実施の形
態では、パッシベーション膜215として、窒化珪素膜を2層に積層して用いる。窒化珪
素膜は、比誘電率が高く、パッシベーション膜として好ましい。このとき、上層の窒化珪
素膜は、膜厚の薄い、緻密な構造とし、下層の窒化珪素膜は、膜厚の厚い、粗い構造とす
る。緻密な構造を有する上層の窒化珪素膜は、汚染不純物の侵入を防ぐ。また、汚染不純
物が上層の窒化珪素膜を抜けても、膜厚の厚い下層の窒化珪素膜が、半導体素子への汚染
不純物の到達を防ぐ。この2層構造は、下層の厚い窒化珪素膜を高速で成膜し、上層の薄
い窒化珪素膜を比較的に長時間で成膜するため、量産工程におけるスループットが良い。
もちろん、パッシベーション膜215の構造は、これに限られない。単層の構造としても
良いし、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、及び窒化酸化珪素膜の中から自由に
組み合わせて2層以上の積層構造としても良い。更には、周波数が1GHzのマイクロ波
プラズマCVD装置を用いてパッシベーション膜215を形成することが好ましい。マイ
クロ波プラズマCVD装置で形成した窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、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。また、窒
化珪素膜はプラズマCVD法により成膜してもよく、マイクロ波による高密度で低温なプ
ラズマ処理によって窒化処理を行ってもよい。また、反応室にシランフラッシュ処理を行
う際に窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜を形成してもよい。
、感光性の有機樹脂材料を塗布することにより成膜する(図8(B)参照)。有機樹脂材
料としては、ポリイミド系、ポリエステル系、ポリアクリルエステル系などの材料を用い
る。これら有機樹脂材料は、窒化珪素などの無機絶縁材料と比べ比誘電率が2乃至3程度
と低いことから、導電膜間の寄生容量低減の効果を有する。
続のために、パッシベーション膜215及び平坦化膜216中に開口部217を形成する
。一方、補助容量部においては、平坦化膜216中のみに開口部218を形成する。この
とき、平坦化膜216はフォトリソグラフィで、パッシベーション膜215はエッチング
で開口部を形成する。
るために、多階調マスクを用いる。開口部217を形成する部分の上に光透過部が、開口
部218を形成する部分の上に光半透過部がくるように多階調マスクを配置し、紫外線照
射を行うことにより、感光性の有機樹脂材料からなる平坦化膜216を開口し、開口部2
20及び断面形状が凹状の凹部221を形成する。(図8(C)参照)。ここでは感光性
の有機樹脂材料は、感光部分が現像により溶解し除去されるポジ型のものとする。
スクの光透過部にあたるので、強い強度の紫外線がそのまま平坦化膜216に照射される
。このため平坦化膜216の底部まで紫外線が照射され、有機樹脂材料に含有された感光
剤が溶解阻止から促進へと変化する。一方、補助容量部の補助容量線214上にあたる平
坦化膜216は、多階調マスクの光半透過部にあたるので、紫外線の強度が減衰する。よ
って、有機樹脂材料の底部にまで紫外線が到達しないので、有機樹脂材料の底部では、感
光剤の変化が起こらない。また、上記以外の平坦化膜216は、多階調マスクの光遮光部
にあたるので、有機樹脂材料に含有された感光剤は変化しない。
機アルカリ溶液によって除去される。これにより、開口部220では、平坦化膜216が
完全に除去され、パッシベーション膜215が露出し、凹部221では、一定の厚さの平
坦化膜216がパッシベーション膜215上に残留する。
開口部222を形成する。このとき、凹部221においては平坦化膜216が残留してい
るので、パッシベーション膜215は除去されない(図9(A)参照)。
218を形成する。このとき、酸素ガスプラズマなどを用いた等方性アッシング処理によ
って平坦化膜216は横方向にも除去される。このため、開口部222もわずかに拡がり
、パッシベーション膜215から平坦化膜216にかけて段差形状を有する開口部217
が形成される。(図9(B)参照)。
数の膜厚を有する形状となり、アッシングを行うことでさらに形状を変形することができ
る。よって、一枚の多階調マスクによって、少なくとも二種類以上の異なるパターンに平
坦化膜216を形成することができる。よって露光マスク数を削減することができ、対応
するフォトリソグラフィ工程も削減できるため、工程の簡略化及びコストの削減が可能と
なる。よって、高画質、高開口率など、高品質の表示装置を低コストで生産することがで
きる。
、画素電極219の形にパターンを形成する(図9(C)参照)。
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、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。
物を用いて形成することができる。導電性組成物を用いて形成した透光性導電膜は、シー
ト抵抗が10000Ω/□以下、波長550nmにおける透光率が70%以上であること
が好ましい。また、導電性組成物に含まれる導電性高分子の抵抗率が0.1Ω・cm以下
であることが好ましい。
ば、ポリアニリンまたはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンま
たはその誘導体、若しくはこれらの2種以上の共重合体などがあげられる。
する。
することができるので、誘電体膜の膜厚を薄くすることができる。これによって、補助容
量部の面積を狭くすることができるので、その分画素部の開口率を向上させることができ
る。
抵抗による信号遅延が発生しない。よって、データ信号の配線遅延を低減することができ
るので、特に質の良い大型の表示装置を作製することができる。さらに、仮にデータ信号
線においてコンタクト不良が発生した場合にも、線欠陥とはならず、点欠陥にとどまる。
このため、表示される画像は欠陥が目に付きにくくなるため、画質と信頼性の向上につな
がる。また大量生産の観点からも、歩留まりを向上させる。
間に余計な電極が存在しないので、液晶にかかる電界が均一になり、画質が向上する。
構造物の凹凸形状に影響されることなく平坦になるため、凹凸形状に起因する液晶配向の
乱れを抑制し、理想的な液晶の配向制御が可能となる。このため質の高い画像表示が可能
となる。また、画素電極とデータ信号線、画素電極と走査信号線との間の寄生容量が平坦
化膜の挿入によって著しく低減することができるので、画素電極の外周端部とデータ信号
線及び走査信号線とを重ねることができ、画素の開口率を向上させることができる。
スク数を増加させずに、表示装置を作製することができる。よって、フォトマスク数の削
減により、フォトリソグラフィ工程を簡略化し、製造コストの増加を抑えることができる
。よって、高画質、高開口率など、高品質の表示装置を低コストで生産することができる
。
に液晶素子(液晶表示素子)を好適に用いることができる。また、エレクトロルミネセン
ス(以下「EL」と呼ぶ)と呼ばれる発光を発現する有機物、無機物、若しくは有機物と
無機物の混合物を含む層を、電極間に介在させた発光素子(EL素子)を用いてもよい。
また、電子インクなど、電気的作用によりコントラストが変化する表示媒体も適用するこ
とができる。なお、EL素子を用いた表示装置としてはELディスプレイ、液晶素子を用
いた表示装置としては液晶ディスプレイ、透過型液晶ディスプレイ、半透過型液晶ディス
プレイ、電子インクを用いた表示装置としては電子ペーパーがある。
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、該表示装置を
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、電流を表示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層のみが形成された状態であっても良いし、画素電極層
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層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。
源(照明装置含む)を指す。また、コネクター、例えばFPC(Flexible Pr
inted Circuit)もしくはTAB(Tape Automated Bon
ding)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、または表示素子に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。
本実施の形態は、実施の形態1において、薄膜トランジスタの形状が異なる例である。従
って、他は実施の形態1と同様に行うことができ、実施の形態1と同一部分又は同様な機
能を有する部分、及び工程の繰り返しの説明は省略する。
タ400を図11に示す。
体膜404、バッファ層405、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406a、406b、ソース電極又はドレイン電極407a、407bを含む薄膜ト
ランジスタ400が設けられており、薄膜トランジスタ400を覆うようにパッシベーシ
ョン膜408が設けられている。
りに、微結晶半導体膜404を用いる。さらに微結晶半導体膜404と一導電型を付与す
る不純物元素が添加された不純物半導体膜406a、406bとの間にバッファ層405
を形成する。
不純物半導体膜406a、406bの成膜及びエッチング工程は、第1の実施の形態にお
ける、半導体膜209と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21
0a、210bの成膜及びエッチング工程と同様である。
04に対する工程時におけるダメージ(エッチング時のプラズマによるラジカルやエッチ
ング剤による膜減りや、酸化など)を防ぐことができる。従って薄膜トランジスタ400
の信頼性を向上させることができる。
い。水素プラズマを作用させたゲート絶縁膜403上に微結晶半導体膜404を形成する
と、微結晶の結晶成長を促進することができる。また、ゲート絶縁膜403及び微結晶半
導体膜404の界面における格子歪を低減することが可能であり、ゲート絶縁膜403及
び微結晶半導体膜404の界面特性を向上させることができる。従って得られる微結晶半
導体膜404は電気特性が高く信頼性のよいものとすることができる。
純物元素が添加された不純物半導体膜406a、406bを形成する反応室は、同一の反
応室を用いて行っても良いし、膜種ごとに異なる反応室で行ってもよい。
をフラッシュ物質として用いた水素フラッシュ、シランをフラッシュ物質として用いたシ
ランフラッシュなど)、各反応室の内壁を保護膜でコーティングする(プリコート処理と
もいう)を行うと好ましい。プリコート処理は反応室内に成膜ガスを流しプラズマ処理す
ることによって、あらかじめ反応室内側を成膜する保護膜によって薄く覆う処理である。
フラッシング処理、プリコート処理により、反応室の酸素、窒素、フッ素などの不純物に
よる成膜する膜への汚染を防ぐことができる。
する不純物元素が添加された不純物半導体膜406a、406bを大気に触れさせること
なく連続的に形成してもよい。ゲート絶縁膜403、微結晶半導体膜404、バッファ層
405、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406a、406b
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。よって、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。
珪素膜または窒化酸化珪素膜と、2層目として酸化窒化珪素膜と、3層目として窒化珪素
膜とを積層とし、最上層の窒化珪素膜上に微結晶半導体膜を形成してもよい。この場合、
1層目の窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜は膜厚が50nmより厚い方がよく、ナトリウ
ムなどの不純物を遮断するバリア、ゲート電極のヒロックの防止、ゲート電極の酸化防止
などの効果を奏する。3層目の窒化珪素膜は微結晶半導体膜の密着性向上、微結晶半導体
膜にレーザ照射を行うLP処理の際に酸化防止としての効果を奏する。
で微結晶半導体膜404の密着性を向上することができる。窒化膜はプラズマCVD法に
より成膜してもよく、マイクロ波による高密度で低温なプラズマ処理によって窒化処理を
行ってもよい。また、反応室にシランフラッシュ処理を行う際に窒化珪素膜、窒化酸化珪
素膜を形成してもよい。
ければ、弱いn型の電気伝導性を示す。よって、薄膜トランジスタ400のチャネル形成
領域として機能する微結晶半導体膜404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、代表的には硼素があり、B2H6、BF3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1×1014〜6×1016atom
s/cm3とすると良い。
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ものであり、その膜表面より
見た粒径が0.5〜20nmの柱状または針状結晶が基板表面に対して法線方向に成長し
ている。また、微結晶半導体と非単結晶半導体とが混在している。微結晶半導体の代表例
である微結晶シリコンは、そのラマンスペクトルが単結晶シリコンを示す521cm−1
よりも低波数側に、シフトしている。即ち、単結晶シリコンを示す521cm−1とアモ
ルファスシリコンを示す480cm−1の間に微結晶シリコンのラマンスペクトルのピー
クがある。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。
装置、または周波数が1GHz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、SiH4、Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiC
l4、SiF4などの珪素気体(水素化珪素気体、ハロゲン化珪素気体)を水素で希釈し
て形成することができる。また、珪素気体及び水素に加え、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。水素化珪素に対して水素の流量比を5倍以上200倍以下、好まし
くは50倍以上150倍以下、更に好ましくは100倍とする。
1019atoms/cm3以下、窒素及び炭素の濃度それぞれを1×1018atom
s/cm3以下とすることが好ましい。酸素、窒素、及び炭素が微結晶半導体膜に混入す
る濃度を低減することで、微結晶半導体膜404の導電型がn型になることを防止するこ
とができる。
nm以下で形成する。
て機能する。微結晶半導体膜404の厚さを上記の範囲内とすることで、後に形成される
薄膜トランジスタ400は、完全空乏型となる。また、微結晶半導体膜は微結晶で構成さ
れているため、非晶質半導体膜と比較して抵抗が低い。このため、微結晶半導体膜を用い
た薄膜トランジスタは、電流電圧特性を示す曲線の立ち上がり部分の傾きが急峻となり、
スイッチング素子としての応答性が優れ、高速動作が可能となる。また、薄膜トランジス
タ400のチャネル形成領域に微結晶半導体膜404を用いることで、薄膜トランジスタ
400のしきい値電圧の変動を抑制することが可能である。このため、電気特性のばらつ
きの少ない表示装置を作製することができる。
スイッチングとして、チャネル形成領域が微結晶半導体膜404で形成される薄膜トラン
ジスタ400を用いることで、チャネル形成領域の面積、即ち薄膜トランジスタ400の
面積を縮小することが可能である。このため、一画素あたりに示す薄膜トランジスタ40
0の面積が小さくなり、画素の開口率を高めることが可能である。この結果、解像度の高
い装置を作製することができる。
非晶質と結晶構造が混在しており、結晶領域と非晶質領域との間に局部応力でクラックが
発生し、隙間ができやすい。この隙間に新たなラジカルが介入して結晶成長を起こしうる
。しかし上方の結晶面が大きくなるため、針状に上方に成長しやすい。このように微結晶
半導体膜は縦方向に成長しても、非晶質半導体膜の成膜速度に比べて1/10〜1/10
0の早さである。
iHCl3、SiCl4、SiF4などの珪素気体(水素化珪素気体、ハロゲン化珪素気
体)を用いて、プラズマCVD法により形成することができる。また、上記珪素気体に、
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
希釈して非晶質半導体膜であるバッファ層405を形成することができる。水素化珪素の
流量の1倍以上20倍以下、好ましくは1倍以上10倍以下、更に好ましくは1倍以上5
倍以下の流量の水素を用いて、水素を含む非晶質半導体膜であるバッファ層405を形成
することができる。また、上記珪素気体と窒素またはアンモニアとを用いることで、窒素
を含む非晶質半導体膜であるバッファ層405を形成することができる。また、上記珪素
気体と、フッ素、塩素、臭素、またはヨウ素を含む気体(F2、Cl2、Br2、I2、
HF、HCl、HBr、HI等)を用いることで、フッ素、塩素、臭素、またはヨウ素を
含む非晶質半導体膜であるバッファ層405を形成することができる。
パッタリングして非晶質半導体膜として形成することができる。このとき、アンモニア、
窒素、またはN2Oを雰囲気中に含ませることにより、窒素を含む非晶質半導体膜である
バッファ層405を形成することができる。また、雰囲気中にフッ素、塩素、臭素、また
はヨウ素を含む気体(F2、Cl2、Br2、I2、HF、HCl、HBr、HI等)を
含ませることにより、フッ素、塩素、臭素、またはヨウ素を含む非晶質半導体膜であるバ
ッファ層405を形成することができる。
タリング法により非晶質半導体膜を形成した後、非晶質半導体膜の表面を水素プラズマ、
窒素プラズマ、またはハロゲンプラズマ、希ガス(ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネ
オン)によるプラズマで処理して、非晶質半導体膜の表面を水素化、窒素化、またはハロ
ゲン化してもよい。
十MHz〜数百MHzの高周波プラズマCVD法、またはマイクロ波プラズマCVD法で
形成する場合は、非晶質半導体膜となるように、成膜条件を制御することが好ましい。
ましい。また、バッファ層に含まれる窒素、炭素、及び酸素の総濃度を1×1020at
oms/cm3〜15×1020atoms/cm3とすることが好ましい。上記濃度で
あれば膜厚が10nm以上50nm以下であってもバッファ層を、高抵抗領域として機能
させることできる。
酸素のそれぞれの濃度は、3×1019atoms/cm3以下、好ましくは5×101
8atoms/cm3以下としてもよい。
素、またはハロゲンを含む非晶質半導体膜を形成することで、微結晶半導体膜404に含
まれる結晶粒の表面の自然酸化を防止することが可能である。微結晶半導体膜404の表
面にバッファ層405を形成することで、微結晶粒の酸化を防ぐことができる。バッファ
層405には水素、及び/又は、フッ素が混入していることにより、酸素が微結晶半導体
膜404に進入することを防止する効果がある。
ロゲンを含む非晶質半導体膜を用いて形成するため、チャネル形成領域として機能する微
結晶半導体膜404よりも抵抗が高い。このため、後に形成される薄膜トランジスタ40
0において、ソース電極及びドレイン電極と、微結晶半導体膜との間に形成されるバッフ
ァ層は高抵抗領域として機能する。このため、薄膜トランジスタのオフ電流を低減するこ
とができる。当該薄膜トランジスタを表示装置のスイッチング素子として用いた場合、表
示装置のコントラストを向上させることができる。
不純物半導体膜406a、406bの端部を、テーパーを有する形状にエッチングするこ
とで、一導電型を付与する不純物元素が添加された不純物半導体膜406a、406bと
微結晶半導体膜404とが直接接することを防ぐことができる。端部のテーパー角は30
°〜90°、好ましくは45°〜80°とする。これにより、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406a、406bと微結晶半導体膜404の間隔が長
くなりリーク電流の発生を防ぐことができる。また、段差形状による配線の段切れを防ぐ
ことができる。
a、406b下のバッファ層と微結晶半導体膜404のチャネル形成領域上のバッファ層
は同一材料であり同時に形成される連続膜である。微結晶半導体膜404上のバッファ層
は含まれる水素によって外部の空気、エッチング残渣を遮断し、微結晶半導体膜404を
保護する。
を付与する不純物元素が添加された不純物半導体膜406a、406bに含まれる一導電
型を付与する不純物と微結晶半導体膜404のしきい値電圧制御用の一導電型を付与する
不純物が相互に混ざらないようにすることができる。一導電型を付与する不純物が混ざる
と再結合中心ができ、リーク電流が流れてしまい、オフ電流低減の効果が得られなくなっ
てしまう。
膜トランジスタを作製することができる。従って、15Vの電圧を印加する液晶表示装置
に用いる薄膜トランジスタの場合でも信頼性が高く好適に用いることができる。
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)側の駆動回路を形成する素子として
利用することができる。
できる。また露光マスク数を削減することでフォトリソグラフィ工程を簡略化し、信頼性
のある表示装置を低コストで生産性よく作製することができる。
本実施の形態では、実施の形態2において微結晶半導体膜にレーザ光を照射する作製工程
例を説明する。
絶縁膜と、結晶を含む半導体膜との界面付近に、結晶質成分よりも非晶質成分を多く含む
領域(ここでは界面領域と呼ぶ)が形成されることがある。また、プラズマCVD法等で
膜厚10nm程度以下の極薄い微結晶半導体膜を成膜しようとする場合、微結晶粒を含む
半導体膜を形成することはできるが、膜全体に渡って均一に良質の微結晶粒を含む半導体
膜を得ることは困難である。これらの場合において、以下に示すレーザ光を照射するレー
ザ処理は有効である。
する。そしてゲート絶縁膜上に微結晶半導体膜として微結晶シリコン(SAS)膜を堆積
する。微結晶半導体膜の膜厚は1nm以上15nm未満、より好ましくは2nm以上10
nm以下とすればよい。特に膜厚5nm(4〜8nm)であると、レーザ光に対して吸収
率が高いため、生産性が向上する。
ン膜が溶融しないエネルギー密度で照射する。すなわち、本実施の形態によるレーザ処理
(Laser Process、以下「LP」とも呼ぶ。)は、輻射加熱により微結晶シ
リコン膜を溶融させないで行う固相結晶成長によるものである。すなわち、堆積された微
結晶シリコン膜が液相にならない臨界領域を利用するものであり、その意味において「臨
界成長」ともいうことができる。
により、微結晶シリコン膜の表面側における結晶を種として、該表面からゲート絶縁膜の
界面に向けて固相結晶成長が進み略柱状の結晶が成長する。LP処理による固相結晶成長
は、結晶粒径を拡大させるものではなく、むしろ膜の厚さ方向における結晶性を改善する
ものである。
mのガラス基板上の微結晶シリコン膜を1回のレーザ光スキャンで処理することができる
。この場合、線状レーザ光を重ね合わせる割合(オーバーラップ率)を0〜90%(好ま
しくは0〜67%)として行う。これにより、基板1枚当たりの処理時間が短縮され、生
産性を向上させることができる。レーザ光の形状は線状に限定されるものでなく面状とし
ても同様に処理することができる。また、本LP処理はガラス基板のサイズに限定されず
、さまざまなものに適用することができる。
ジスタのようなボトムゲート構造を有する薄膜トランジスタの電気的特性を向上させる作
用を奏する。
と呼ばれる凸状体)が形成されず、LP処理後のシリコン表面は平滑性が保たれているこ
とも特徴である。
て得られる結晶性のシリコン膜は、従来における堆積されたままの微結晶シリコン膜、伝
導加熱により改質された微結晶シリコン膜とは、その成長メカニズム及び膜質が明らかに
異なっている。本明細書では、成膜後の微結晶半導体膜にLP処理を行って得られる結晶
性の半導体膜をLPSAS膜と呼ぶ。
して非晶質シリコン(a−Si:H)膜を300℃〜400℃の温度にて成膜する。この
成膜処理により水素がLPSAS膜に供給され、LPSAS膜の水素化をしたのと同等の
効果が得られる。すなわち、LPSAS膜上に非晶質シリコン膜を堆積することにより、
LPSAS膜に水素を拡散させてダングリングボンドの終端をすることができる。
次に、開示する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。
本実施の形態の表示装置は液晶表示素子を有する液晶表示装置の一形態である液晶表示パ
ネルの例を示す。
12と接続している表示パネルの形態を示す。本実施の形態では、画素部612及び走査
線駆動回路614は、非晶質半導体膜、微結晶半導体膜、または多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。微結晶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613は、単結晶の半導体を用いたトランジスタ、多結晶の半導体を用
いた薄膜トランジスタ、またはSOIを用いたトランジスタであっても良い。画素部61
2と、信号線駆動回路613と、走査線駆動回路614とに、それぞれ電源の電位、各種
信号等が、FPC615を介して供給される。
。
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12(B)に、信号線駆動回路623のみを別途形成し、基板621上に形成さ
れた画素部622及び走査線駆動回路624と接続している表示パネルの形態を示す。本
実施の形態では、画素部622及び走査線駆動回路624は、非晶質半導体膜、微結晶半
導体膜、または多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623は、FPC625を介して画素部622と接続されている。画素部622と、
信号線駆動回路623と、走査線駆動回路624とに、それぞれ電源の電位、各種信号等
が、FPC625を介して供給される。
晶半導体膜、または多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12(
C)に、信号線駆動回路が有するアナログスイッチ633aを、画素部632、走査線駆
動回路634と同じ基板631上に形成し、信号線駆動回路が有するシフトレジスタ63
3b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。本実施の形態で
は、画素部632及び走査線駆動回路634は、非晶質半導体膜、微結晶半導体膜、また
は多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633bは、FPC635を介して画素部632と接続されている。画素
部632と、信号線駆動回路と、走査線駆動回路634とに、それぞれ電源の電位、各種
信号等が、FPC635を介して供給される。
と同じ基板上に、非晶質半導体膜、微結晶半導体膜、または多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。
、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12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。
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13を用いて説明する。図13(A)は、第1の基板701上に形成された薄膜トラン
ジスタ710及び液晶素子713を、第2の基板706との間にシール材705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M−Nにおける断面
図に相当する。
して、シール材705が設けられている。また画素部702と、走査線駆動回路704の
上に第2の基板706が設けられている。よって画素部702と、走査線駆動回路704
とは、第1の基板701とシール材705と第2の基板706とによって、液晶708と
共に封止されている。また第1の基板701上のシール材705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703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701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703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709を例示する。
ランジスタを複数有しており、図13(B)では、画素部702に含まれる薄膜トランジ
スタ710を例示している。薄膜トランジスタ710は実施の形態1に示す薄膜トランジ
スタに相当し、実施の形態1に示す工程で同様に作製することができる。
スタ710とは電気的に接続されている。そして液晶素子713の対向電極731は第2
の基板706上に形成されている。透光性導電層730と対向電極731と液晶708と
が重なっている部分が、液晶素子713に相当する。
ックを用いることができる。プラスチックとしては、FRP(Fiberglass−R
einforced 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。透過型の
液晶表示装置の場合は、第1の基板及び第2の基板は透光性を有する必要があるが、半透
過型の場合は反射領域に対応する部分は反射性の材料を用いてもよい。
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。なお絶縁膜を選択的にエッ
チングすることで得られるスペーサを用いていても良い。
に与えられる各種信号及び電位は、配線714、715を介して、FPC718から供給
されている。
じ導電膜から形成されている。
接続されている。
向膜を有し、また第1の基板701及び第2の基板706側に偏光板を有している。更に
カラーフィルタや遮蔽膜を有していても良い。
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。
である。
ができる。また露光マスク数を削減することでフォトリソグラフィ工程を簡略化し、信頼
性のある表示パネルを低コストで生産性よく作製することができる。
本発明により得られる表示装置は、表示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。
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14に示す。
、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803
が形成され、その他付属設備としてスピーカー部809、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。
こまれる。受信機805により一般のテレビ放送の受信をはじめ、モデム804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806
により行うことが可能であり、このリモコン操作機806にも出力する情報を表示する表
示部807が設けられていても良い。表示用パネル802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、配線遅延の低減による信頼性の向上、補助容量部の薄膜化に
よる開口率の向上、画素電極の平坦化による画質の向上、フォトマスク数の削減によるフ
ォトリソグラフィ工程の簡略化と製造コストの低下、などの効果が得られる。以上の効果
により、上記実施の形態の表示装置は表示用パネルの中でも、液晶テレビ向けなどの大型
パネルに向いている。特に高解像度を必要とする場合、上記実施の形態に示す方法により
、開口率を高くすることが可能である。
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。
部901が形成されている。信号線駆動回路902と走査線駆動回路903は、表示パネ
ルにCOG方式により実装されていても良い。
のうち、映像信号を増幅する映像信号増幅回路905と、そこから出力される信号を赤、
緑、青の各色に対応した色信号に変換する映像信号処理回路906と、その映像信号をド
ライバICの入力仕様に変換するためのコントロール回路907などを有している。コン
トロール回路907は、走査線側と信号線側にそれぞれ信号を出力する。デジタル駆動す
る場合には、信号線側に信号分割回路908を設け、入力デジタル信号をm個に分割して
供給する構成としても良い。
その出力は音声信号処理回路910を経てスピーカー913に供給される。制御回路91
1は受信局(受信周波数)や音量の制御情報を入力部912から受け、チューナ904や
音声信号処理回路910に信号を送出する。
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。
812、操作部813などを含んで構成されている。表示部812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、表示装置の開口率と信頼性を向上させ、低コストで
かつ量産性を高めることができる。
。表示部822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、表示装置の開
口率と信頼性を向上させ、低コストでかつ量産性を高めることができる。
を含んでいる。表示部832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、
表示装置の開口率と信頼性を向上させ、低コストでかつ量産性を高めることができる。
101 走査信号線
102 データ信号線
103 補助容量線
104 ゲート電極
105 半導体膜
106a ドレイン電極
107 開口部
108 開口部
109 開口部
110 画素電極
111 ゲート絶縁膜
112a 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
113 パッシベーション膜
114 平坦化膜
115 開口部
200 透光性基板
201 データ信号線
202 ゲート電極
203 ゲート絶縁膜
204 半導体膜
205 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
206a マスク層
207 開口部
208 マスク層
209 半導体膜
210 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
210a 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
211 第2の導電膜
212a マスク層
213a ドレイン電極
213b ドレイン電極
214 補助容量線
215 パッシベーション膜
216 平坦化膜
217 開口部
218 開口部
219 画素電極
220 開口部
221 凹部
222 開口部
Claims (2)
- ゲート電極と、
前記ゲート電極上の、第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜上の、第1の半導体膜と、
前記第1の半導体膜上の、第2の半導体膜と、
前記第2の半導体膜と電気的に接続された、ソース電極と、
前記第2の半導体膜と電気的に接続された、ドレイン電極と、
前記第2の半導体膜上の、第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜上の、第3の絶縁膜と、
前記第3の絶縁膜上の、画素電極と、
容量素子と、を有し、
前記容量素子は、補助容量線と、前記第2の絶縁膜と、前記画素電極とを有し、
前記補助容量線と、前記ソース電極と、前記ドレイン電極とは、同一の導電膜を加工する工程を経て形成されたものであり、
前記第1の半導体膜の酸素濃度は、5×1019atoms/cm3以下を有し、
前記第1の半導体膜の窒素濃度は、1×1018atoms/cm3以下を有し、
前記第1の半導体膜の炭素濃度は、1×1018atoms/cm3以下を有し、
前記第1の半導体膜は、チャネル形成領域として機能し、
前記第1の半導体膜は、50nm以下の膜厚を有し、
前記第2の半導体膜の酸素濃度は、3×1019atoms/cm3以下を有し、
前記第2の半導体膜の窒素濃度は、3×1019atoms/cm3以下を有し、
前記第2の半導体膜の炭素濃度は、3×1019atoms/cm3以下を有し、
前記第2の半導体膜は、前記第1の半導体膜より抵抗が高い領域を有することを特徴とする表示装置。 - ゲート電極と、
前記ゲート電極上の、第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜上の、第1の半導体膜と、
前記第1の半導体膜上の、第2の半導体膜と、
前記第2の半導体膜と電気的に接続された、ソース電極と、
前記第2の半導体膜と電気的に接続された、ドレイン電極と、
前記第2の半導体膜上の、第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜上の、第3の絶縁膜と、
前記第3の絶縁膜上の、画素電極と、
容量素子と、を有し、
前記容量素子は、補助容量線と、前記第2の絶縁膜と、前記画素電極とを有し、
前記補助容量線と、前記ソース電極と、前記ドレイン電極とは、同一の導電膜を加工する工程を経て形成されたものであり、
前記第1の半導体膜の酸素濃度は、5×1019atoms/cm3以下を有し、
前記第1の半導体膜の窒素濃度は、1×1018atoms/cm3以下を有し、
前記第1の半導体膜の炭素濃度は、1×1018atoms/cm3以下を有し、
前記第1の半導体膜は、チャネル形成領域として機能し、
前記第1の半導体膜は、50nm以下の膜厚を有し、
前記第2の半導体膜の酸素濃度は、3×1019atoms/cm3以下を有し、
前記第2の半導体膜の窒素濃度は、3×1019atoms/cm3以下を有し、
前記第2の半導体膜の炭素濃度は、3×1019atoms/cm3以下を有し、
前記第2の半導体膜は、前記第1の半導体膜より抵抗が高い領域を有し、
前記第1の半導体膜を有するトランジスタは、完全空乏型となることができることを特徴とする表示装置。
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