JP3297955B2 - 薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents

薄膜トランジスタの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば液晶表示装置の
製造等に好適な薄膜トランジスタの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】例えばアクティブマトリックス型の液晶
表示装置では、その画素スイッチング用の薄膜トランジ
スタと共に、薄膜トランジスタからなる周辺回路も同一
基板上に形成するようにしている。従来、液晶表示装置
における薄膜トランジスタの製造にあたっては、ガラス
基板上に多結晶シリコン薄膜を成膜した後に、薄膜トラ
ンジスタのしきい値電圧を制御するために、ボロンのイ
オン注入を行っている。
【0003】しかし、積層膜のストレス、ダメージ除去
の水素化プロセス等にばらつきがあり、薄膜トランジス
タのしきい値電圧の変動が大きく、液晶表示装置の画質
に影響を及ぼしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】一方、薄膜トランジス
タの最終工程後の測定において、しきい値電圧がディプ
レッション側に大きくずれている場合、再アニールによ
る制御が行われることがある。
【0005】しかし、熱処理を行うことで積層膜のスト
レスが変化し、Al配線の断線につながり、危険が大き
い。また透明電極であるITO(Indium Tin
Oxide)膜の透過率も下がるため、熱処理による
再生はほとんど行われていない。
【0006】液晶表示装置の組立工程後は、材料による
制約を受けるため高温の熱処理は行えず、薄膜トランジ
スタのしきい値電圧の制御は不可能である。
【0007】本発明は、上述の点に鑑み、製造工程の制
約を受けることなく、容易且つ高精度に、しきい値電圧
の制御を行えるようにした薄膜トランジスタの製造方法
を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に係る薄膜トラン
ジスタの製造方法は、薄膜トランジスタの製造におい
て、薄膜トランジスタ完成後に基板の裏側から少なくと
もチャネル領域上のゲート絶縁膜に紫外線を照射して、
しきい値電圧を制御する工程を有することを特徴とす
る。
【0009】
【作用】本発明においては、チャネル領域上のゲート絶
縁膜に紫外線を照射することにより、しきい値電圧Vt
hを制御することができる。特に、しきい値電圧をエン
ハンスメント側に制御できる。薄膜トランジスタの完成
後に紫外線を照射するので、完成した薄膜トランジスタ
の測定結果を基に紫外線を照射でき、適切な照射量が判
断し易い。紫外線照射を基板の裏側から行うので、薄膜
トランジスタの完成後でもゲート絶縁膜の全面に紫外線
を照射できる。
【0010】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。
【0011】図1〜図9は、アクティブマトリックス型
の液晶表示装置の製造に際しての、ガラス基板上に、画
素スイッチングトランジスタ及び周辺回路用トランジス
タとなる薄膜トランジスタを作製する場合に適用した例
である。
【0012】先ず、図1Aに示すように、石英ガラス等
の絶縁基板1上に1層目の多結晶シリコン薄膜2を形成
する。
【0013】次いで、図1Bに示すように、多結晶シリ
コン薄膜2をパターニングして、画素形成部3において
画素スイッチング用薄膜トランジスタ(Nチャネルトラ
ンジスタ)のチャネルと図示せざるも付加容量Csの一
方の電極となる領域とが互いに連続した多結晶シリコン
薄膜21を形成する。また、周辺回路形成部4におい
て、周辺回路のCMOSとなるPチャネル薄膜トランジ
スタ及びNチャネル薄膜トランジスタのチャネルを構成
する多結晶シリコン薄膜22及び23を形成する。
【0014】そして、各多結晶シリコン薄膜21,22
及び23上にゲート絶縁膜となる例えばSiO2 膜24
を被着形成する。
【0015】次に、図2Cに示すように、多結晶シリコ
ン薄膜21,22及び23にボロン(B+ )25をイオ
ン注入する。このボロンのイオン注入は、しきい値電圧
Vthを制御するためのものであるが、本例でのしきい
値電圧Vthの主たる制御は後述する紫外線照射で行う
ので、かかるボロンイオン注入は省略してもよい。
【0016】次に、図2Dに示すように、多結晶シリコ
ン薄膜21の付加容量Csの電極部分(図示せず)を除
いて、他の多結晶シリコン薄膜21,22及び23をレ
ジストマスク26で被覆し、多結晶シリコン薄膜21の
付加容量Csの電極部分のみに砒素(As+ )27をイ
オン注入する。
【0017】次に、図3Eに示すように、レジストマス
ク26を除去した後、全面にさらに、ゲート絶縁膜の一
部を構成する例えばSi3 4 薄膜28を被着形成した
後、図3Fに示すように、各多結晶シリコン薄膜21,
22及び23のSi3 4 薄膜28上に、例えば2層目
の多結晶シリコンからなるゲート電極31,32及び3
3を選択的に形成する。
【0018】次に、図4Gに示すように、リン(P+
35をイオン注入して、特に、画素スイッチングトラン
ジスタ側の多結晶シリコン薄膜21にLDD構造となる
低不純物濃度のN- 領域34を形成する。
【0019】次に、図4Hに示すように、Si3 4
膜28をパターニングする。
【0020】次に、図5Iに示すように、周辺回路側の
Pチャネル薄膜トランジスタとなるべき多結晶シリコン
薄膜22及びゲート電極32と、画素スイッチングトラ
ンジスタのLDD領域をレジストマスク37で被覆す
る。そして、砒素(As+ )38をイオン注入して、セ
ルファラインにて周辺回路側の多結晶シリコン薄膜23
にN+ ソース領域43及びN+ ドレイン領域44を形成
する。ここに、周辺回路のCMOSを構成する一方のN
チャネル薄膜トランジスタ52が構成される。
【0021】また、画素形成部3側の多結晶シリコン薄
膜21に高不純物濃度のN+ 領域39を形成し、N-
域34及びN+ 領域39からなるLDD構造のソース領
域41及びドレイン領域42を形成する。ここに、Nチ
ャネルの画素スイッチング薄膜トランジスタ51が構成
される。
【0022】次に、図5Jに示すように、レジストマス
ク37を除去し、改めて、周辺回路部4のNチャネル薄
膜トランジスタ52と画素形成部3の画素スイッチング
薄膜トランジスタ51をレジストマスク45で被覆す
る。そして、ボロン(B+ )46をイオン注入して、周
辺回路部4の多結晶シリコン薄膜22にP+ ソース領域
47及びP+ ドレイン領域48を形成する。ここに周辺
回路のCMOSを構成する他方のPチャネル薄膜トラン
ジスタ53が構成される。
【0023】次に、図6Kに示すように、各薄膜トラン
ジスタ51,52及び53を含む全面に第1の層間絶縁
膜、例えばPSG(リンシリケートガラス)膜55を被
着形成する。
【0024】次に、図6Lに示すように、PSG膜55
及びその下のSiO2 膜24をパターニングして各トラ
ンジスタに対応する位置にコンタクト孔56を形成す
る。
【0025】次に、図7Mに示すように、Al−Siを
蒸着、スパッタ等にて被着形成し、之をパターニングし
て、周辺回路部4の薄膜トランジスタ52,53では、
ソース領域47に接続した電極57、ドレイン領域44
に接続した電極58、ソース及びドレイン領域43及び
48間を接続する電極59を夫々形成する。また、画素
スイッチング薄膜トランジスタ51のソース領域39に
接続された信号線60を形成する。さらに、図示せざる
も、SiO2 膜24を誘電体膜とする付加容量Csの他
方の電極は、ゲート電極31,32,33と同じ2層目
の多結晶シリコンで形成する。
【0026】次に、図7Nに示すように、第2の層間絶
縁膜、例えばPSG(リンシリケートガラス)膜61を
被着形成する。
【0027】次に、図8Oに示すように、PSG膜61
上にプラズマSiNx 膜62を被着形成した後、水素化
アニールを施す。水素化アニール後はプラズマSiNx
膜62は除去される(図8P参照)。
【0028】次に、図9に示すように、画素スイッチン
グ薄膜トランジスタ51のドレイン領域42が臨むよう
に第1,第2のPSG膜55,61及びSiO2 膜を選
択的にエッチング除去してコンタクト孔63を形成し、
このコンタクト孔63を通じてドレイン領域42に接続
する透明電極、例えばITO膜からなる画素電極64を
形成する。このようにして、いわゆるアクティブマトリ
ックス基板65が得られる。
【0029】而して、本例においては、かかる製造工程
において、基板面内に均一に、即ちその薄膜トランジス
タ51,52,53のSiO2 膜24及びSi3 4
28からなるゲート絶縁膜に紫外線(UV)を照射して
薄膜トランジスタ51,52,53のしきい値電圧Vt
hを制御するようになす。
【0030】この紫外線照射工程は、薄膜トランジスタ
完成後に、即ち図8Pの工程の後に、基板いの裏面から
面内均一に紫外線照射する。
【0031】なお、参考例として、工程途中のゲート、
ソース及びドレイン領域、チャネル領域の形成後、従っ
て、図1Bの工程、図3Eの工程、図3Fの工程、図4
Gの工程、図4Hの工程、図5Iの工程、図5Jの工程
で紫外線照射することもでき、各工程の内、少なくとも
いずれか1つの工程で行えがよい。紫外線照射は上面か
ら、あるいは基板1の裏面から行うこともできる。
【0032】
【0033】この紫外線照射によって、薄膜トランジス
タ51,52,53のしきい値電圧Vthをディプレッ
ションからエンハンスメントに制御することができる。
【0034】紫外線照射に関しては、照射領域に均一に
照射されることが第1条件である。紫外線の波長は40
0nm以下、望ましくは200nm〜400nmを用い
る。
【0035】図10は、紫外線の照射時間、つまり積算
光量に対する薄膜トランジスタのしきい値電圧Vthの
変化量ΔVthを示す特性図である。同図において●印
はVth≒0.4V、○印はVth≒1.6Vの場合で
ある。この図によれば、紫外線照射量としきい値電圧V
thのエンハンスメントへの変化量は比例している。
【0036】また、図11は、紫外線照射前のしきい値
電圧Vthと、紫外線照射後のしきい値電圧Vthの変
化量ΔVthとの相関を示す特性図である。□印で示す
しきい値電圧Vthの低い方が変化量が大きく、△印で
示すしきい値電圧Vthの大きい方が変化量が小さい。
【0037】かかる図10及び図11より、しきい値電
圧Vthの変化量ΔVthを、紫外線照射時間と紫外線
照射強度で制御することが可能となる。
【0038】次に、本発明に係る液晶表示装置の製造方
法の実施例を説明する。図12は、上述のアクティブマ
トリックス基板65を用いて液晶表示装置を組立てる場
合の組立工程図である。
【0039】先ず、図9のアクティブマトリックス基板
を形成した後、工程70で全面に配向膜を塗布形成し、
次いで工程71で配向膜にラビング処理を施する。次
に、工程72で基板の所定部上に、後述の対向電極基板
側の対向電極を導出するための端子部を塗布形成する。
【0040】一方、石英ガラス基板の内面にカラーフィ
ルタを介して透明導電膜、例えばITO膜による対向電
極を形成した対向電極基板を形成する。そして、工程7
3で対向電極基板の全面に配向膜を塗布形成し、続い
て、工程74で配向膜にラビング処理を施す。次いで工
程75で対向電極基板の内面周辺部上に封止剤を塗布す
る。
【0041】そして、工程76でアクティブマトリック
ス基板と対向電極基板をその封止剤を介して重ね合わせ
一体化する。
【0042】次に、工程77でダイシング処理して、各
液晶チップに分割する。その後、工程78で液晶を注入
し、工程79で注入口を封止し、工程80で熱処理して
液晶表示装置の組立が完了する。
【0043】而して、本実施例においては、かかる液晶
表示装置の組立工程において、少なくとも薄膜トランジ
スタのゲート絶縁膜に紫外線を照射して薄膜トランジス
タのしきい値電圧Vthを制御するようになす。
【0044】紫外線照射は、例えば液晶注入前に行うよ
うにする。例えば配向膜塗布前に行うことができ、液晶
チップの有効画素領域内に均一に照射する。周辺回路の
薄膜トランジスタへ紫外線照射することも可能である。
【0045】又は配向膜塗布後に紫外線照射することも
できる。このとき、紫外線照射で配向膜の特性が劣化す
ることが考えられるので、紫外線照射量を積算で300
0mJ/cm2 以下にする必要がある。
【0046】また、重ね合わせた直後にアクティブマト
リックス基板の裏面から紫外線照射することもできる。
さらに、液晶注入後、例えば液晶表示装置完成後に紫外
線を照射することもできる。液晶注入後は、液晶の相転
移する温度であるNI点を超えない温度で紫外線照射量
を積算で3000mJ/cm2 以下にする必要がある。
【0047】液晶表示装置の組立工程における紫外線照
射は、液晶注入前である配向膜塗布前の工程、配向膜塗
布後の工程、また液晶注入後の工程のうち、少なくとも
いずれか1つの工程で行えばよい。紫外線照射は、石英
ガラス基板の裏面から行うことができる。
【0048】この紫外線照射によって、液晶表示装置の
薄膜トランジスタのしきい値電圧、特に有効画素領域内
の画素スイッチング薄膜トランジスタのしきい値電圧V
thを制御することができる。液晶表示装置の組立工程
では、画素スイッチング薄膜トランジスタのみに紫外線
を照射して、そのしきい値電圧Vthを制御することも
できる。
【0049】上述したように、本実施例によれば、イオ
ン注入を用いることなく薄膜トランジスタのしきい値電
圧を制御することができる。従って、従来のような水素
化プロセスのばらつきに影響されず、しきい値電圧Vt
hを変動なく制御することができる。
【0050】また、紫外線照射によるので、薄膜トラン
ジスタ完成後の測定結果をもとにして、しきい値電圧V
thをエンハンスメントに制御することができる。高温
にすることがないので、膜ストレスの変化によるAl配
線の断線の危険性が回避される。
【0051】また、液晶表示装置完成後に画素スイッチ
ング薄膜トランジスタのディプレッションによる不良を
修正することができる。しきい値電圧の制御に高温処理
を用いないので、配向等に影響ない。
【0052】
【発明の効果】本発明によれば、紫外線照射で薄膜トラ
ンジスタのしきい値電圧Vthを制御するので、製造工
程の制約を受けずに高精度のVth制御ができる。薄膜
トランジスタ完成後に紫外線を照射するので、完成した
薄膜トランジスタの測定結果を基に紫外線照射が可能に
なり、適切な照射量が判断しやすく、しきい値電圧の制
御が行いやすい。紫外線を基板の裏側から照射するの
で、薄膜トランジスタの完成後でもゲート絶縁膜の全面
に紫外線を照射することが可能になる。
【0053】従って、例えば液晶表示装置の製造に適用
した場合、画質に影響を与えることなく画素スイッチン
グトランジスタ等の薄膜トランジスタのVth制御を容
易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】A 本発明の薄膜トランジスタの製法の一例を
示す製造工程図 B 本発明の薄膜トランジスタの製法の一例を示す製造
工程図
【図2】C 本発明の薄膜トランジスタの製法の一例を
示す製造工程図 D 本発明の薄膜トランジスタの製法の一例を示す製造
工程図
【図3】E 本発明の薄膜トランジスタの製法の一例を
示す製造工程図 F 本発明の薄膜トランジスタの製法の一例を示す製造
工程図
【図4】G 本発明の薄膜トランジスタの製法の一例を
示す製造工程図 H 本発明の薄膜トランジスタの製法の一例を示す製造
工程図
【図5】I 本発明の薄膜トランジスタの製法の一例を
示す製造工程図 J 本発明の薄膜トランジスタの製法の一例を示す製造
工程図
【図6】K 本発明の薄膜トランジスタの製法の一例を
示す製造工程図 L 本発明の薄膜トランジスタの製法の一例を示す製造
工程図
【図7】M 本発明の薄膜トランジスタの製法の一例を
示す製造工程図 N 本発明の薄膜トランジスタの製法の一例を示す製造
工程図
【図8】O 本発明の薄膜トランジスタの製法の一例を
示す製造工程図 P 本発明の薄膜トランジスタの製法の一例を示す製造
工程図
【図9】Q 本発明の薄膜トランジスタの製法の一例を
示す製造工程図
【図10】本発明の説明に供する紫外線照射時間としき
い値電圧の変化量ΔVthの関係を示す特性図である。
【図11】本発明の説明に供する紫外線照射前のしきい
値電圧Vthと紫外線照射線によるしきい値電圧の変化
量ΔVthの相関を示す特性図である。
【図12】本発明の液晶表示装置の製法の一例を示す工
程図である。
【符号の説明】
1 石英ガラス基板 2,21,22,23 多結晶シリコン薄膜 3 画素形成部 4 周辺回路部 24 SiO2 膜(ゲート絶縁膜) 25 ボロン イオン注入 26 レジストマスク 27 砒素イオン注入 28 Si3 4 膜(ゲート絶縁膜) 31,32,33 ゲート電極 35 リンイオン注入 38 砒素イオン注入 46 ボロンイオン注入 51,52,53 薄膜トランジスタ 55,61 PSG膜 57,58,59 Al−Si電極 60 Al−Si信号線 64 画素電極 65 アクティブマトリックス基板

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 薄膜トランジスタの製造において、薄膜
    トランジスタ完成後に基板の裏側から少なくともチャネ
    ル領域上のゲート絶縁膜に紫外線を照射して、しきい値
    電圧を制御する工程を有することを特徴とする薄膜トラ
    ンジスタの製造方法。
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