JP3227452B2 - 表示装置の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶を用いた表示
装置、とりわけ薄膜スイッチング素子を有するアクティ
ブマトリクス基板を用いた表示装置の製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶を用いた表示装置について
は、より高精細な表示画像が求められてきている。なか
でも画素の駆動に薄膜スイッチング素子を用いる所謂ア
クティブマトリクス型の表示パネルは、他の方式の液晶
表示パネルに比べて多画素化、高諧調化が比較的容易に
図れるため、急速に技術開発が進められつつある。

【０００３】アクティブマトリクス型の表示パネルに用
いられる薄膜スイッチング素子については、一般的に５
インチ以上の大型パネルには主にアモルファスシリコン
（ａ−Ｓｉ）、それ以下の小型パネルには主にポリシリ
コン（ｐ−Ｓｉ）を用いた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
が用いられている。ｐ−ＳｉＴＦＴを用いた液晶表示パ
ネルの模式図を図３に示す。マトリクス状に配置された
ｐ−ＳｉＴＦＴをスイッチング素子とするパネル表示回
路３０５には垂直シフトレジスタ３０３及び、水平シフ
トレジスタ３０４が接続され、ビデオ信号回路３０１よ
り送られるＴＶ画像信号が垂直シフトレジスタ３０３及
び、水平シフトレジスタ３０４を介して表示回路３０５
中の画素に書き込まれる。３０２は２つのシフトレジス
タ３０３、３０４のタイミングをとるための同期回路で
ある。最近はシフトレジスタ３０３、３０４をｐ−ＴＦ
Ｔを用いて形成し、これらを同じパネル内に集積化する
ようになってきている。ｐ−ＳｉＴＦＴの断面図を図１
４に示す。石英またはガラス基板１４０１上の薄膜ポリ
シリコン中に、例えばｎ＋ 型拡散層１４０３、及びｎ-
型拡散層１４０７よりなるソース、ドレイン領域があ
り、ゲート絶縁膜１４０５を介してポリシリコンよりな
るゲート電極１４０６に電圧を印加することによりＯｎ
／Ｏｆｆの制御がされている。ｎ- 型拡散層１４０７は
特にドレイン近傍でのゲート電極直下の電界を緩和する
目的で形成されており、ＴＦＴのドレイン・ソース間の
リーク電流、及び耐圧を改善する上で有効である。１４
０８は、例えばアルミニウムからなるソース・ドレイン
電極、１４１０は、例えばシリコン酸化膜よりなる層間
絶縁膜、１４０９は、例えばシリコン窒化膜よりなる表
面保護膜である。この液晶パネルの等価回路は図４に示
すとおりである。複数の信号線４０１ａ〜４０１ｄと複
数の走査線４０２ａ〜４０２ｄの交点に対応して画素電
極４０６が配され、該画素電極にはＴＦＴ４０３のドレ
インが接続されている。ＴＦＴ４０３のソースには信号
線４０１ａ〜４０１ｄが接続され、ゲートには走査線４
０２ａ〜４０２ｄがそれぞれ接続されている。画素電極
１０６には信号線４０１ａ〜４０１ｄからのビデオ信号
が書き込まれる。ＴＦＴ４０３のドレインは、書き込ん
だ電荷を十分長い間保持するための保持容量４０４にも
接続され、容量の電極のもう一端４０５は全画素、また
は１行方向ずつの画素について共通の電位に接続され
る。

【０００４】ＴＦＴについては、数μ秒の間に画素に電
荷を書き込む必要があるため、高速性が要求される。こ
のような動作に十分使用できるｐ−Ｓｉ薄膜を得るため
の技術としては、つぎのものがある。即ち、（１）減圧
下でシランガスを熱分解して堆積したｐ−Ｓｉを６００
Ｃ程度で長時間アニールして数ミクロン程度のグレイン
のｐ−Ｓｉとし、キャリア移動度を向上させる所謂長時
間アニール法。（２）減圧下でシランガスを熱分解して
堆積したｐ−Ｓｉに、水素を豊富に含む膜（例えばプラ
ズマＣＶＤ法にて形成した窒化膜等）を堆積し、熱処理
によって、膜中の水素をポリシリコン粒界のトラップに
結合させることにより、キャリア移動度を向上させる所
謂水素化法である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来法には以下に述べる解決すべき技術的課題があっ
た。即ち、（１）の長時間アニール法については、長時
間の処理を必要とするため、スループットが悪いため、
量産時には必然的にコスト高となってしまう。（２）の
水素化法については、例えば図１４に示すように、表面
保護膜として用いるプラズマ窒化膜１４０９を水素の供
給源として用いることができる。この方法では、窒化膜
を堆積した後、水素ガス中でたとえば４５０℃、３０分
間程度熱処理することで、水素拡散を行う。しかしなが
ら、このような工程を経て得られるｐ−ＳｉＴＦＴのキ
ャリア移動度は十分高いとはいえず、サブスレッシュホ
ールド領域の電流の立ち上がり特性も不十分なものであ
った。また、ｐ−Ｓｉのグレインサイズのばらつき、プ
ロセス条件の変動で、キャリア移動度や立ち上がり特性
についても、ばらつきが大きく、十分納得のゆく特性を
有するｐ−ＳｉＴＦＴは得られ難く、このようなｐ−Ｓ
ｉＴＦＴを用いて画素部を駆動するシフトレジスタなど
の回路を構成するには特性的に限界があった。

【０００６】本発明の主たる目的は、キャリア移動度が
十分高く、電流の立ち上がり特性の良好なｐ−ＳｉＴＦ
Ｔを用いて、高画素、高精細な画像表示が可能な表示装
置の製造法を提供することにある。本発明の別の目的
は、強固なメンブレン構造を有する表示装置の製造法を
提供することにある。本発明の更に別の目的は、高画
素、高精細な表示が可能な透過型液晶表示装置の製造法
を提供することにある。本発明の更に別の目的は、光利
用効率が高く、高画素、高精細な画像表示が可能な投射
型表示装置、あるいは眼鏡型表示装置の製造法を提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために鋭意検討を行って成されたものであり、下述する
構成のものである。即ち、本発明の表示装置の製造法
は、第1に、複数の信号線と複数の走査線の交点に対応
して多結晶シリコンを半導体層に用いた薄膜トランジス
タを配して構成したアクティブマトリクス基板と、該ア
クティブマトリクス基板に対向する対向基板と、該両基
板の間に液晶を挟持してなる表示装置の製造法におい
て、前記アクティブマトリクス基板の製造工程は、基板
上に光学的屈折率がｎ _１ で，膜厚をｄ _１ に設定した水素
の拡散を抑制する窒化シリコンからなる第一の膜を設
け、該第一の膜上に多結晶シリコンを設け、該多結晶シ
リコン上に光学的屈折率がｎ _２ で，膜厚をｄ _２ に設定し
た該多結晶シリコンに水素を供給する窒化シリコンから
なる第二の膜を設ける工程を有し 、 上記光学的屈折率が
ｎ _１ 及びｎ _２ 並びに 、 膜厚をｄ _１ 及びｄ _２ の関係を ｎ _１ ｄ _１ ＝ Ｎ _１ λ／２ ｎ _２ ｄ _２ ＝ Ｎ _２ λ／２ （ただし、Ｎ _１ ，Ｎ _２ 、は共に０でない自然数であ
る。） したことを特徴とし、 第2に、複数の信号線と複数の走査
線の交点に対応して多結晶シリコンを半導体層に用いた
薄膜トランジスタを配して構成したアクティブマトリク
ス基板と、該アクティブマトリクス基板に対向する対向
基板と、該両基板の間に液晶を挟持してなる表示装置の
製造法において、前記アクティブマトリクス基板の製造
工程は、減圧CVD法によって基板上に光学的屈折率がｎ
_１ で，膜厚をｄ _１ に設定した水素の拡散を抑制する窒化
シリコンからなる第一の膜を設け、該第一の膜上に多結
晶シリコンを設け、プラズマCVD法によって該多結晶シ
リコン上に光学的屈折率がｎ _１ で，膜厚をｄ _１ に設定し
た該多結晶シリコンに水素を供給する窒化シリコンから
なる第二の膜を設ける工程を有し 、 上記光学的屈折率が
ｎ _１ 及びｎ _２ 並びに 、 膜厚をｄ _１ 及びｄ _２ の関係を ｎ _１ ｄ _１ ＝ Ｎ _１ λ／２ ｎ _２ ｄ _２ ＝ Ｎ _２ λ／２ （ただし、Ｎ _１ ，Ｎ _２ 、は共に０でない自然数であ
る。） したことを特徴とするものである。

【０００８】本発明の製造法によって得た表示装置は、
透過型、反射型、投射型あるいは眼鏡型等の種々の液晶
表示装置に適用可能である。

【０００９】本発明の製造法によって得た表示装置にお
いては、アクティブマトリクス基板は、水素の拡散を抑
制する第一の薄膜と、水素を多結晶シリコンに供給する
第二の薄膜を有し、第一の膜と第二の膜とが多結晶シリ
コンを挟んで上下にはいされていることから、多結晶シ
リコンのシリコン原子に結合する水素は、一方の膜から
供給され、いったん結合した水素は、他方の膜により拡
散が抑制される。これにより、水素を安定的に多結晶シ
リコン内に留まらせることができる。その結果、多結晶
シリコンの移動度、立ち上がり特性が向上し、特性のば
らつきも抑えることができる。

【００１０】本発明においては、第１の膜と第２の膜と
を、ともに窒化シリコンで構成することができる。例え
ば、水素を供給する膜としてプラズマＣＶＤ法により形
成した窒化シリコン膜、水素の拡散を抑制する膜として
減圧ＣＶＤ法により形成した窒化シリコン膜を用いるこ
とで、既存の半導体材料を利用しながら、極めて高い効
果を発揮することができる。

【００１１】本発明においては、該第１の膜をシリコン
にたいして引っ張り応力を有するもので構成し、第２の
膜をシリコンにたいして圧縮応力を有するもので構成す
ることができる。例えば、メンブレン構造を使用する透
過型液晶表示パネルにおいて、プラズマＣＶＤ法で形成
した窒化膜により生ずる圧縮応力、あるいは他の膜（他
とえば、酸化シリコン膜）により生ずる圧縮性応力を相
殺するために減圧ＣＶＤ法で形成した窒化シリコン膜を
用いることで、メンブレンのシワやたるみを抑制するこ
とができ、ＴＦＴの優れた特性を維持させることができ
る。

【００１２】本発明においては、アクティブマトリクス
基板をガラス、石英基板を用いて構成することができ
る。また、本発明においては、アクティブマトリクス基
板を単結晶シリコン基板を用いて構成することができ
る。この場合、単結晶シリコンを用いたスイッチング素
子と、多結晶シリコンを用いた画素スイッチング用ＴＦ
Ｔを集積することにより、高速の駆動回路を有する液晶
表示パネルに、従来に比べてより特性の改善されたＴＦ
Ｔを装備させることができ、パネルの高精細化が図れ
る。

【００１３】本発明においては、単結晶シリコン基板の
一部を除去したものを光透過型の基板として用いること
が可能であり、これにより透過型パネルとしての適用が
可能となる。

【００１４】本発明においては、アクティブマトリクス
基板として走査回路を含み、該走査回路の少なくとも一
部は単結晶シリコンよりなるスイッチング素子により構
成されているものを用いることができる。この場合、単
結晶シリコン基板上に、バルクシリコンを用いた駆動回
路と、多結晶シリコンを用いた画素スイッチング用ＴＦ
Ｔを集積することにより、高速の駆動回路を有する液晶
表示パネルが提供できる。

【００１５】本発明においては、第１の膜及び第２の膜
として概略次の関係を満足するものを用いることができ
る。即ち、第１の膜及び第２の膜は、光学的屈折率がそ
れぞれ、ｎ₁、ｎ₂、であり、厚さがそれぞれｄ₁、ｄ₂、
であり、波長λの光に対し、 ｎ₁ ｄ₁ ＝ Ｎ₁ λ／２ ｎ₂ ｄ₂ ＝ Ｎ₂ λ／２ （ただし、Ｎ₁，Ｎ₂、は共に０でない自然数である。） この関係を満足する第１の膜及び第２の膜を採用する
と、画素領域に入射する可視光が第１の膜と上下に隣接
する膜の界面での反射が十分抑制される結果、パネルの
光透過率が向上する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、具体的な実施例を挙げて本
発明を詳細に説明するが、本発明はこれら実施例により
限定されるものではない。

【００１７】（実施例１）図１は本発明の表示装置に適
用可能なｎ+ ｐ−ＳｉＴＦＴの模式的断面図である。図
１において、半導体または石英基板１０１上にシリコン
窒化膜１０２が配されており、その上にＴＦＴのチャネ
ル、ソース・ドレインが形成されている。１０３は高濃
度ソース・ドレイン、１０７は電界を緩和するための低
濃度のソース・ドレインである。１０５は、例えばシリ
コン酸化膜などで構成されるゲート絶縁膜、１０６は例
えばｎ型にドープされた多結晶シリコンであり、２つの
同電位のゲート電極がソース・ドレインの間に直列に存
在するい所謂“デュアルゲートＴＦＴ”を構成してい
る。１０６’は例えばＰＳＧ（Phospho-Silicate Glas
s） などで構成される層間絶縁膜、１０８は例えばアル
ミニウムなどで構成されるソース・ドレイン電極であ
る。１０９は水素化のための水素供給源であり、例えば
窒化シリコン膜が用いられる。窒化シリコン膜１０９は
本例では表面保護膜も兼ねており、外部からの水分、不
純物などの浸入を防ぎ、ＴＦＴの信頼性を確保してい
る。水素化の促進のため、窒化シリコン膜１０２は、減
圧下、６００〜９００℃の温度の下、シランガスを熱に
より分解する熱ＣＶＤ法を用いて形成した。水素供給源
としての窒化シリコン膜１０９は、減圧下２００〜４０
０℃の温度で励起したシランガスとアンモニアガス、ま
たはシランガスとＮ₂Ｏ（笑気ガス）の混合ガスをプラ
ズマ中で分解、堆積させて形成した。また層間絶縁膜１
０６は水素の拡散速度が早い膜になっていることが重要
である。水素化は窒化シリコン膜１０９の堆積時にある
程度進行するが、十分な効果を得るためには、堆積後に
３５０〜５００℃の温度で、水素ガス、または水素ガス
と窒素などの不活性ガスとの混合ガス中で、１０〜１２
０分間、熱処理すると良い。この時の処理温度の上限は
アルミニウム電極の融点または水素の脱離反応で決ま
る。アルミニウムを用いた場合、５００℃以上の熱処理
は望ましくない。また、水素化の効果も５００℃以上で
はかえって減少する。これはいったん多結晶シリコンの
粒界に取り込まれた水素が再び脱離するためである。

【００１８】図１に示したＴＦＴの製造方法は以下のと
おりである。まず、表面を酸化したシリコン基板（また
は石英基板）１０１上に１ｍｍＴｏｒｒ〜７６０ｍｍＴ
ｏｒｒの減圧下で、シランガス、アンモニアガスを反応
させ、シリコン窒化膜１０２を１００〜４００ｎｍの厚
みで堆積させる。次に０．１〜１．０Ｔｏｒｒの圧力
下、６００〜７００℃で、窒素で希釈したシランガスを
熱分解し、多結晶シリコン膜を５０ｎｍ〜４００ｎｍの
厚みで堆積させた後、パターニングしソース・ドレイン
１０３の領域となる部分を形成する。これはソース・ド
レイン領域の寄生抵抗の低減と、ソース・ドレインコン
タクトホールエッチング時のオーバーエッチングによる
２層目の多結晶シリコン１０４の消失を防止するために
有効な構成である。また、多結晶シリコンのパターニン
グに下のシリコン窒化膜１０２がエッチングされないよ
うにシリコン窒化膜１０２上に例えば１０〜２００ｎｍ
程度のシリコン酸化膜を形成しても良い。次に、表面の
自然酸化膜を除去し、減圧ＣＶＤ法を用いて２層目の多
結晶シリコン膜を５０〜２００ｎｍの厚みで堆積させ
る。多結晶シリコンの厚さは薄いほどＴＦＴのリーク電
流が抑制され、望ましい。本例では、次に１１５０℃で
の熱酸化膜を８０ｎｍの厚みで形成することと、プロセ
スのバラツキを考慮して、多結晶シリコンの堆積膜厚を
８０ｎｍとした。ゲート酸化膜の形成法としては、他に
酸化膜を形成したのち窒化酸化を連続して行うＯＮＯ
（Oxidized-Nitrided Oxide）膜を使用する方法などの
方法がある。ゲート酸化膜を形成した後、ゲート電極と
なる多結晶シリコンを１００〜５００ｎｍの厚みで堆積
させ、高濃度にドーピングした後、パータニングを行
い、ゲート電極１０６を形成する。ゲート電極のドーピ
ングとして、本例では気相中でのリンイオンのドーピン
グを行ったが、他にも、ヒ素やリンをイオン注入、イオ
ンドーピングする方法などがあり、周知の技術を適宜用
いることができる。次いで、シランガス、酸素ガス、Ｐ
Ｈ₃（ホスフィン）を原料ガスに用いてＣＶＤ法により
ＰＳＧ膜層間絶縁膜１０６を６００ｎｍの厚みで堆積さ
せた。他にＮＳＧ(Non-Doped Silicate Glass)、ＢＰＳ
Ｇ(Boron-Phospho Silicate Glass)などの膜を用いるこ
とができる。コンタクトホールを開口し、シリコンが
０．５−２．０％ドープされたアルミニウムをマグネト
ロンスパッタ法により６００ｎｍの厚みで堆積させた。
電極材料として通常の半導体、ＴＦＴプロセスで使用さ
れる材料、例えば他のＡｌ合金、Ｗ、Ｔａ，Ｔｉ，Ｃ
ｕ，Ｃｒ，Ｍｏ、また、これらのシリサイド等は適宜使
用できる。電極材料をパターニングしてソースドレイン
電極１０８を形成した後、２００〜４００℃でシランガ
スとＮ₂ Ｏガスの混合ガスをプラズマ中で分解し６００
ｎｍの窒化シリコン膜を堆積させた。その後、水素ガス
中、４５０℃で３０分間熱処理した。このようにして形
成したＴＦＴを液晶表示パネルに応用した。

【００１９】本例による液晶表示パネルの模式図は、図
３に示すとおりである。マトリクス状に配置されたｐ−
ＳｉＴＦＴをスイッチング素子とするパネル表示回路３
０５には垂直シフトレジスタ３０３及び、水平シフトレ
ジスタ３０４が接続され、ビデオ信号回路３０１より送
られるＴＶ画像信号が垂直シフトレジスタ３０３及び、
水平シフトレジスタ３０４を介して表示回路３０５中の
画素に書き込まれる。３０２は２つのシフトレジスタ３
０３、３０４のタイミングをとるための同期回路であ
る。

【００２０】この液晶パネルの等価回路は図４に示すと
おりである。複数の信号線４０１ａ〜４０１ｄと複数の
走査線４０２ａ〜４０２ｄの交点に対応して画素電極４
０６が配され、該画素電極にはＴＦＴ４０３のドレイン
が接続されている。ＴＦＴ４０３のソースには信号線４
０１ａ〜４０１ｄが接続され、ゲートには走査線４０２
ａ〜４０２ｄがそれぞれ接続されている。画素電極１０
６には信号線４０１ａ〜４０１ｄからのビデオ信号が書
き込まれる。ＴＦＴ４０３のドレインは、書き込んだ電
荷を十分長い間保持するための保持容量４０４にも接続
され、容量の電極のもう一端４０５は全画素、または１
行方向ずつの画素について共通の電位に接続される。

【００２１】図５は、画素部の平面構造を示した模式図
である。１つの画素は隣接する２本の信号線５０１ａ，
５０１ｂ、及び、２本の走査線５０２ａ，５０２ｂに囲
まれている。多結晶シリコン膜５０３で形成されたＴＦ
Ｔのソースはコンタクトホール５０４により信号線５０
１ａと接続され、２枚のゲートを介してドレインに信号
電荷を書き込む。５０５はＴＦＴと金属電極５０６を結
ぶコンタクトであり、この金属電極５０６はスルーホー
ル５０７を介して、透明な画素電極５０８と結ばれてい
る。図で５０９は遮光膜の開口部分であり、ＴＦＴに不
要な光が当たるのを防止する。

【００２２】図６は図５中のＡＡ’線に添った断面図で
ある。図６においては、シリコン基板、または石英基板
１０１上にシリコン窒化膜１０２が配されている。シリ
コン窒化膜１０２上には１０〜１００ｎｍのシリコン酸
化膜２０２が設けられており、ＴＦＴとシリコン窒化膜
１０２とを隔てている。ＴＦＴは電界緩和のための低濃
度ｎ型層１０７、および高濃度ソース・ドレイン１０３
を有しており、これらはゲート酸化膜１０５を介して２
枚のポリシリコン電極１０６と対峙している。ソース電
極、ドレイン電極１０８はＡｌ膜１０８ａとＴｉ膜１０
８ｂの積層膜よりなり、画素電極６０３とのオーミック
接続を容易にしている。遮光膜６０２は、例えばＴｉＮ
膜で構成され、ソース・ドレイン電極とは、例えばＰＳ
Ｇ膜６０１により隔てられ、ＴＦＴとは例えばＢＰＳＧ
膜１０６により隔てられている。本例では水素化ための
プラズマ窒化膜を遮光膜と画素電極の間に設けている。
これは画素電極６０３と遮光膜６０２との間で保持容量
を形成するためにできるだけ比誘電率の大きな膜を用い
たためである。このように遮光膜上でも水素化の効果を
十分得ることができる。また、６０１を水素化のための
窒化膜としても良いことは言うまでもない。６１０は液
晶配向のための配向膜であり、例えばＰＩＱ膜を用い
る。図６に示した基板１０１乃至配向膜６１０をもって
アクティブマトリクス基板が構成されている。ＴＮ液晶
６１１をはさんで対向基板６２１側には配向膜６２６、
保護膜６２５透明電極６２４が設けられている。遮光膜
６０２が開口している部分に対応して例えば顔料を用い
たカラーフィルター６２３が設けられ、遮光部に対応し
てＣｒなどのブラックマトリクス６２２が設けられてい
る。

【００２３】このようにして構成した本例の液晶表示パ
ネルによれば、画素サイズが２０μｍ角以下の高精細な
液晶画像表示が可能となった。またソース・ドレイン間
のリーク電流が小さいために、画素電極の電荷の保持時
間が長く、コントラスト比のすぐれたパネルが得られ
た。更に、白点、黒点などの欠陥も少なく、製造の際に
は歩留を著しく向上させることができた。このような効
果が得られる背景には上述の特定のＴＦＴを用いたため
次のＴＦＴについての効果がある。即ち、ｉ）多結晶シ
リコンの水素化が促進されたため、ＴＦＴのキャリア移
動度が従来の１．２〜２倍に向上し、移動度のばらつき
が従来の半分以下になった。その結果、同じＴＦＴサイ
ズでより高速動作に対応できるＴＦＴが得られた。ii)
ＴＦＴのソース・ドレイン間のリーク電流が従来の１０
０分の１以下に減少した。また突発的にリークが増加す
るＴＦＴがなくなった。

【００２４】（実施例２）図２は本発明の表示装置に適
用可能なチャネルポリシリコンがゲート電極より上側に
位置している「ボトムゲートＴＦＴ」の模式的断面図で
ある。半導体または石英、またはガラス基板１０１上に
は窒化シリコン膜１０２が配されており、その上にエッ
チングストップ用シリコン酸化膜２０２が設けられてい
る。上述の実施例１と同様にシリコン酸化膜２０２を設
けない構成も可能である。１０６はＴＦＴのゲート電極
であり、たとえばｎ+ 型多結晶シリコンを用いることが
できる。ゲート電極として、ＡｌやＣｒ、Ｔａ，Ｔａ
Ｎ，Ｔｉなどの金属を使用することはむろん可能であ
る。１０５は例えばシリコン酸化膜で構成されるゲート
絶縁膜、２０１は多結晶シリコンのチャネル部であり、
他にもＡｌ₂ Ｏ₃ やＳｉＮ膜またはこれらの積層膜など
で構成することが可能である。１０７は例えば低濃度の
ｎ型電界緩和領域、１０３は高濃度ソース・ドレイン領
域である。もちろんｐ型ＴＦＴも構成可能である。１０
６は例えばＢＰＳＧなどの層間絶縁膜、１０８はソース
・ドレインの金属電極である。１０４はポリシリコンで
あり、１０９はシリコン窒化膜である。

【００２５】実施例１と同様に２つのシリコン窒化膜１
０２及び１０９は本発明における特徴点である水素の供
給と水素の拡散抑制を行う。実施例１で示したように２
つのシリコン窒化膜の内の少なくとも一方は水素の供給
源として有効なプラズマＣＶＤ法により作成したシリコ
ン窒化膜であることが望ましい。また水素の拡散を有効
に抑制する膜としてはプラズマＣＶＤ法によるシリコン
窒化膜のほか熱ＣＶＤ法で作成したシリコン窒化膜が有
効である。

【００２６】本例のＴＦＴ構造を用いて実施例１と同様
の液晶表示パネルを作製したところ、実施例１と同様の
効果が確認された。さらに本例においては、水素の供給
源として有効なプラズマＣＶＤ法によるシリコン窒化膜
が表面保護膜を兼ねることができ、同時にチャネル部が
プラズマＣＶＤ法によるシリコン窒化膜に近いために水
素化の効果が顕著となり、製造プロセスの整合性が良好
となった。

【００２７】（実施例３）図１１は本発明の表示装置に
適用可能なＴＦＴの模式図であり、これは水素化のため
の水素供給源を金属電極の下に設けた例である。ここで
のＴＦＴの断面構造は実施例１のものと同じである。従
って、基板１０１、シリコン窒化膜１０２、高濃度ソー
ス・ドレイン領域１０３、電界緩和領域１０７、ゲート
電極１０６、ゲート絶縁膜１０５、ソース・ドレイン金
属電極１０８など、実施例１で述べた材料、製法等を適
宜採用できる。

【００２８】実施例１と異なる点は、ゲート電極とＡｌ
金属電極の間の層間絶縁膜１１０６として水素の供給源
を用いたことである。ここでは、例えば８００ｎｍ厚の
プラズマＣＶＤ法による窒化膜を用いた。この厚さは、
配線間の寄生容量と短絡不良の発生確率から決めたもの
であり、自由度はある。水素供給源としては、１０ｎｍ
厚以上あれば十分である。また、電極としてアルミニウ
ムを用いた場合、パターニング時に選択比が取れない場
合には、シリコン窒化膜（ＰＣＶＤ）の上に５０ｎｍ厚
以上のエッチングストップ層、例えば、シリコン酸化膜
を設けることもできる。また、１０９は表面保護膜であ
り、ＰＳＧ、ＢＰＳＧ、ＳｉＯＮ，ＮＳＧのほか、プラ
ズマＣＶＤ法によるシリコン窒化膜を設けると良い。

【００２９】本例のＴＦＴ構造を用いて実施例１と同様
の液晶表示パネルを作製したところ、実施例１と同様の
効果が確認された。さらに本例においては、ＴＦＴが水
素の供給源、または水素の拡散抑制層でほぼ完全に覆わ
れているために、水素化の効果が極めて顕著にでた。ま
た、本例で採用したＴＦＴについては水素化のための熱
処理を長時間行っても特性が極めて安定していた。

【００３０】（実施例４）図１２は本発明の表示装置に
適用可能なＴＦＴの模式図であり、これは水素供給源ま
たは水素拡散抑制層をゲート絶縁膜として使用する例で
ある。ＴＦＴの断面構造は実施例１と同じである。従っ
て、基板１０１、シリコン窒化膜１０２、高濃度ソース
・ドレイン領域１０３、電界緩和領域１０７、ゲート電
極１０６、層間絶縁膜１０６、ソース・ドレイン金属電
極１０８等、実施例１で述べた材料、製法等を適宜採用
できる。ここでゲート絶縁膜１１０５として、ＯＮＯ膜
を用いることができることは、すでに実施例１で述べ
た。ここでは１０２を熱ＣＶＤ法によるシリコン窒化膜
とし、ゲート絶縁膜としてプラズマＣＶＤ法によるシリ
コン窒素膜を用いた。厚さは１０ｎｍ〜２００ｎｍとす
るのが好ましい。ＴＦＴのしきい値を合わせ込むために
一例として１５０ｎｍを選んだ。ここで、シリコン酸化
膜との積層膜を用いても良い。特に、ゲート電極１０６
として多結晶シリコンを用いる場合、パターニング時の
エッチングストッパーとしてゲート電極の直下には例え
ば薄いシリコン酸化を設けると良い。

【００３１】本例の構造はＰ−チャネル型ＴＦＴにも、
Ｎ−チャネル型ＴＦＴにも適用可能であり、実施例２の
ようなボトムゲート型にも適用できる。

【００３２】本例のＴＦＴ構造を用いて実施例１と同様
の液晶表示パネルを作製したところ、実施例１と同様の
効果が確認された。さらに本例においては、ＴＦＴがほ
ぼ完全に水素供給源と水素拡散抑制膜でおおわれ、水素
化の効果が顕著であると同時に、層間絶縁膜として誘電
率が高い窒化膜を用いる必要がないため、回路がより高
速駆動可能となった。

【００３３】（実施例５）図７を用いて説明する。図７
は実施例１に示したＴＦＴを画素の駆動スイッチとして
用い、シフトレジスタを含む信号線駆動回路及び走査線
駆動回路をバルクシリコンに集積して構成した透過型液
晶表示装置のアクティブマトリクス基板（ＴＦＴ基板）
の断面図である。バルクシリコン中の回路はＣＭＯＳ構
成であるが、これに限られるものではない。図７におい
て、７０１はシリコン基板、７０２は素子分離のための
厚い酸化膜、７０３ａはＮＭＯＳトランジスタの低濃度
ソース・ドレインであり、７０３ｂはＮＭＯＳトランジ
スタ高濃度のソース・ドレインである。７０４はＮＭＯ
Ｓトランジスタのｐ型ウエル、７０５はゲート酸化膜、
７０６はポリシリコンゲート電極であり、７０８はソー
ス・ドレイン電極である。７１０ａはＰＭＯＳトランジ
スタの低濃度ソース・ドレイン、７１０ｂはＰＭＯＳト
ランジスタ高濃度のソース・ドレインであり、７１２は
裏面の酸化膜である。ＴＦＴ部については、図６に示し
たのと同じ構造を用いており、ここでの説明は省略す
る。透過型の表示パネルとするために、ＴＦＴ部の基板
シリコンを除去してある。７１１はエッチング端であ
り、表示領域の大きさを決めている。７１２は基板シリ
コンを除去する際のエッチングマスクである。厚い酸化
膜７０２の下方部分がエッチングにより除去された部分
である。

【００３４】図７のＴＦＴ基板を液晶表示装置として実
装したものの断面図を図８に示す。図８において、７２
０は基板シリコンを有する支持体、７２１は基板シリコ
ンが除去された透明な領域で、パネルの表示部となる部
分である。図７と同一の部分は同一の番号で示されてい
るので、説明は省略する。図７に示したＴＦＴ基板は、
対向基板６２１と平行に設置され、両者の間には液晶物
質６１１が封入されている。液晶の光学特性を考慮して
設計される液晶６１１の厚みを維持するためにスペーサ
７２４が置かれている。画素電極６０３に対抗する位置
には全部の画素に共通あるいは多数の画素に共通な透明
共通電極６２５があり、液晶に電圧を印加する。本例で
はフルカラーの表示パネルの例を示しているので、対向
基板６２１上には染料または顔料を用いたカラーフィル
ター６２３が配置され、画素間及び周辺の駆動回路上は
Ｃｒなどのブラックマトリクス６２２で遮光されてい
る。液晶物質６１１としては主にＴＮ（ツイストネマチ
ック）型の液晶が有効であるが、構造上はＳＴＮ（Ｓｕ
ｐｅｒ Ｔｗｉｓｔ−Ｎｅｍａｔｉｃ）型やＦＬＣ（Ｆ
ｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔ
ａｌ：強誘電液晶）、ＰＤＬＣ（Polymer-Diffused Liq
uid Crystal:高分子分散型液晶) を用いることもでき
る。ＴＮ、ＳＴＮ、ＦＬＣを用いる場合には表示装置の
上下に直交ニコルの偏光版を設ける必要がある。表示に
必要なバックライトは図の上から照射しても下から照射
しても良い。但し、遮光性を十分確保するためには、本
構造では上から照射するほうが有利である。本例のパネ
ルの特性をより高めるために、図７で示す表示部の膜構
成には以下のような工夫がしてある。

【００３５】即ち、（ｉ）ある膜がその膜の上下の膜と
屈折率が異なるために生じる光の反射を最小限抑える工
夫：一般的に図１３で示すように、屈折率の異なる層１
３０１、１３０２、１３０３、１３０４が重なる時、そ
れぞれ界面で反射が生じる。この反射は各層の屈折率ｎ
1,ｎ2 ，ｎ3 ，及び、膜厚ｄ₁，ｄ₂，ｄ₃，を適正に選
ぶことで最小限に抑えられることが知られている。その
条件としてｎ₁ ｄ₁＝Ｎ₁ λ／２ （ただし、Ｎ₁は自然
数）が適切であることがわかった。各層は独立に厚さを
決めることができれば、同様に ｎ₂ ｄ₂ ＝ Ｎ₂ λ／２ ｎ₃ ｄ₃ ＝ Ｎ₃ λ／２ （Ｎ₂、Ｎ₃ は自然数） λは、例えば人間の目の比視感度が最も高い波長５５０
ｎｍ光を選ぶとよい。本例で用いた熱ＣＶＤ法による窒
化膜１０２、プラズマＣＶＤ法によるシリコン窒化膜１
０９は共に、ｎ＝２．０であった。λ＝５５０（ｎｍ）
とし、前述の式より、 ｄ＝Ｎｘ５５０／（２Ｘ２．０）＝Ｎｘ１３７．５（ｎ
ｍ） となる。本例では熱ＣＶＤ法による窒化膜１０２はＮ＝
３とした４１２．５（ｎｍ）に近い４００（ｎｍ），プ
ラズマＣＶＤ法によるシリコン窒化膜１０９はＮ＝２と
した２７５（ｎｍ）に近い２７０（ｎｍ）と設定した。
計算値からの誤差は１０（％）程度あっても十分効果は
あり、またＮを上記の設計値以外の値とすることもでき
る。

【００３６】(ii)メンブレンの張りを最適化するための
工夫：メンブレンの張りはメンブレンを構成する各膜の
シリコン基板に対するし圧縮性の応力と、引っ張り応力
のバランスで決まる。本例の構成で圧縮性応力の寄与の
最も大きいのはＬＯＣＯＳ酸化膜７０２であり、例え
ば、８００（ｎｍ）の時、５インチウエハで４５μｍの
そりを生じる。一方引っ張り応力の最も大きいのは熱Ｃ
ＶＤ法によるシリコン窒化膜で４００（ｎｍ）の時、６
０μｍである。その他の膜のそりの合計は圧縮性で約１
５μｍの大きさであるのでそりの総和をほぼ０μｍにし
ている。シリコン除去工程の際のＬＯＣＳＯ酸化膜の膜
減りを考慮すると、最終的に若干の引っ張り応力が残留
するのでメンブレンを高信頼で張らせるのに好適とな
る。もちろん設計例は上記に限らず、ＬＯＣＯＳ酸化膜
の厚さを２００（ｎｍ）〜１５００（ｎｍ）の範囲で変
化させて設計することも可能であり、窒化膜の厚さを１
０（ｎｍ）〜６０（ｎｍ）程度の範囲で設計することが
できる。

【００３７】本例では、従来にない高階調、高コントラ
ストを有す液晶表示装置が得られた。特に駆動回路とし
て高品質の単結晶のシリコン基板を用いることができる
ので、表示装置の小型化が可能となったのみならず、歩
留の向上も達成した。更にメンブレン工程の歩留、信頼
性も高く、光の反射が少ないために透過率が高く、表示
品質の優れた表示装置が得られた。

【００３８】（実施例６）図９に示すアクティブマトリ
クス基板を用いて、反射型の液晶表示装置を構成した。
図９のアクティブマトリクス基板は、図７に示したアク
ティブマトリクス基板とは、エッチングによるくりぬき
部がないことと、入射光を反射させるための不透明金属
電極９０８が設けられていること以外は類似の構成をし
ている。９０９は、プラズマＣＶＤ法により作製したシ
リコン窒化膜であり、ここではパッシベーション膜の機
能をも果たしている。このようなアクティブマトリクス
基板を用いて、図１０に示す構成の反射型液晶表示装置
を作製した。図１０の液晶表示装置は図８に示した透過
型の液晶表示装置のように光を透過させるためのくりぬ
き部がなく、不透明電極９０８で入射光を反射させて画
像表示するようになっている。図１０において９１１
は、液晶であり、９１２は偏向子である。本例では、液
晶としてＴＮ液晶を用いて液晶パネルを作製し、偏向ビ
ームスプリッターを用いて集光して画像表示を行った。
得られた画像は、高階調、高コントラストの優れたもの
であった。

【００３９】（実施例７）図１０に示した液晶表示装置
から偏向子９１２を取り除いた形態の液晶表示装置を作
製した。本例では、液晶としてＰＤＬＣ（高分子分散型
液晶）を用いて液晶パネルを作製し、シュリーレン光学
系を用いて画像表示を行った。得られた画像は、高階
調、高コントラストの優れたものであった。

【００４０】（実施例８）図８及び図１０に示した液晶
表示装置を拡大光学系を用いて、投射型の液晶表示装置
に応用した。ここでも優れた画像が得られた。

【００４１】（実施例９）図８及び図１０に示した液晶
表示装置を眼鏡に組み込み所謂眼鏡型液晶表示装置を作
製した。ここでは、左右のパネルに同じ画像を表示する
ことも可能であり、左右のパネルに立体画像を表示する
ことも可能であった。ここで得られた画像は優れたもの
であった。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明の表示装置
においては、アクティブマトリクス基板が、水素の拡散
を抑制する第一の薄膜と、水素を多結晶シリコンに供給
する第二の薄膜を有し、第一の膜と第二の膜とが多結晶
シリコンを挟んで上下にはいされていることから、多結
晶シリコンのシリコン原子に結合する水素は、一方の膜
から供給され、いったん結合した水素は、他方の膜によ
り拡散が抑制される。これにより、水素を安定的に多結
晶シリコン内に留まらせることができる。その結果、多
結晶シリコンの移動度、立ち上がり特性が向上し、特性
のばらつきも抑えることができる。さらに、本発明の表
示装置によれば極めて高精細な液晶画像表示が可能とな
る。またソース・ドレイン間のリーク電流が小さいため
に、画素電極の電荷の保持時間が長く、コントラスト比
に優れた表示画像が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表示装置に適用可能なＴＦＴの１例を
示す模式図である。

【図２】本発明の表示装置に適用可能なＴＦＴの１例を
示す模式図である。

【図３】本発明の表示装置の１例を示す模式図である。

【図４】本発明の表示装置の等価回路図の１例である。

【図５】本発明の表示装置における画素部の１例を示す
模式図である。

【図６】本発明の表示装置の１例を示す模式図である。

【図７】本発明の表示装置に適用可能なアクティブマト
リクス基板の１例を示す模式図である。

【図８】本発明の表示装置の１例を示す模式図である。

【図９】本発明の表示装置に適用可能なアクティブマト
リクス基板の１例を示す模式図である。

【図１０】本発明の表示装置の１例を示す模式図であ
る。

【図１１】本発明の表示装置に適用可能なＴＦＴの１例
を示す模式図である。

【図１２】本発明の表示装置に適用可能なＴＦＴの１例
を示す模式図である。

【図１３】本発明の表示装置に適用可能なアクティブマ
トリクス基板の膜構成を説明するための模式図である。

【図１４】従来のＴＦＴの構成の１例を示す模式図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 29/78 ６２７Ｅ (72)発明者 宮脇 守 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤ ノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−299317（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−293719（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−298722（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−118446（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1368 G09F 9/00 342 G09F 9/30 338 H01L 21/336 H01L 29/786

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の信号線と複数の走査線の交点に対
   応して多結晶シリコンを半導体層に用いた薄膜トランジ
   スタを配して構成したアクティブマトリクス基板と、該
   アクティブマトリクス基板に対向する対向基板と、該両
   基板の間に液晶を挟持してなる表示装置の製造法におい
   て、前記アクティブマトリクス基板の製造工程は、基板
   上に光学的屈折率がｎ _１ で，膜厚をｄ _１ に設定した水素
   の拡散を抑制する窒化シリコンからなる第一の膜を設
   け、該第一の膜上に多結晶シリコンを設け、該多結晶シ
   リコン上に光学的屈折率がｎ _２ で，膜厚をｄ _２ に設定し
   た該多結晶シリコンに水素を供給する窒化シリコンから
   なる第二の膜を設ける工程を有し 、 上記光学的屈折率が
   ｎ _１ 及びｎ _２ 並びに 、 膜厚をｄ _１ 及びｄ _２ の関係を ｎ _１ ｄ _１ ＝ Ｎ _１ λ／２ ｎ _２ ｄ _２ ＝ Ｎ _２ λ／２ （ただし、Ｎ _１ ，Ｎ _２ 、は共に０でない自然数であ
   る。） した ことを特徴とする表示装置の製造法。
2. 【請求項２】 前記第一の膜はシリコンに対して引っ張
   り応力を有し、前記第二の膜はシリコンに対して圧縮応
   力を有する請求項１に記載の表示装置の製造法。
3. 【請求項３】 さらに、前記多結晶シリコンを設けた後
   であって、前記第二の膜を設ける前に、層間絶縁膜を設
   ける工程を有する請求項１に記載の表示装置の製造法。
4. 【請求項４】 複数の信号線と複数の走査線の交点に対
   応して多結晶シリコンを半導体層に用いた薄膜トランジ
   スタを配して構成したアクティブマトリクス基板と、該
   アクティブマトリクス基板に対向する対向基板と、該両
   基板の間に液晶を挟持してなる表示装置の製造法におい
   て、前記アクティブマトリクス基板の製造工程は、減圧
   CVD法によって基板上に光学的屈折率がｎ _１ で，膜厚を
   ｄ _１ に設定した水素の拡散を抑制する窒化シリコンから
   なる第一の膜を設け、該第一の膜上に多結晶シリコンを
   設け、プラズマCVD法によって該多結晶シリコン上に光
   学的屈折率がｎ _１ で，膜厚をｄ _１ に設定した該多結晶シ
   リコンに水素を供給する窒化シリコンからなる第二の膜
   を設ける工程を有し 、 上記光学的屈折率がｎ _１ 及 びｎ _２
   並びに 、 膜厚をｄ _１ 及びｄ _２ の関係を ｎ _１ ｄ _１ ＝ Ｎ _１ λ／２ ｎ _２ ｄ _２ ＝ Ｎ _２ λ／２ （ただし、Ｎ _１ ，Ｎ _２ 、は共に０でない自然数であ
   る。） した ことを特徴とする表示装置の製造法。
5. 【請求項５】 前記第一の膜はシリコンに対して引っ張
   り応力を有し、前記第二の膜はシリコンに対して圧縮応
   力を有する請求項４に記載の表示装置の製造法。
6. 【請求項６】 さらに、前記多結晶シリコンを設けた後
   であって、前記第二の膜を設ける前に、層間絶縁膜を設
   ける工程を有する請求項４に記載の表示装置の製造法。