JP3426164B2 - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

液晶表示装置の製造方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、チャネル領域が形
成される活性層をポリシリコン層で形成された薄膜トラ
ンジスタ(以下、「ポリシリコンTFT」という。)お
よび画素部を有するアクティブマトリクス型液晶表示装
置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ポリシリコンTFTにおいては、非晶質
シリコン層を活性層に用いたTFTに比べ、キャリアの
実効移動度が大きく、より高精細の液晶表示装置を製造
できるという利点がある。尚、液晶表示装置は、液晶表
示装置の構成図である図5に示すように、TFT部20
及び画素部21を有している。
【0003】しかし、更に高精細で且つドライバ回路を
薄膜トランジスタで形成し、同一基板上に搭載させるた
めには、ポリシリコン層中には多数のトラップが存在す
るため、ポリシリコンTFTのしきい値電圧VTHが大
きくなったり、高移動度が得られないという問題がある
ため、ポリシリコン層の膜質を向上させる必要がある。
【0004】上記のトラップの密度を減少させるため
に、従来は以下のようなポリシリコン層に水素を拡散さ
せてトラップを終端させる方法が取られてきた。
【0005】まず、第1の方法(特開昭60−1362
59号公報に記載)では、図4に示すように、石英基板
1上に厚さが100〜1000Åのポリシリコン層2を
形成し、その上にゲート絶縁膜3として、シリコン酸化
膜を形成する。次に、不純物をドープしたポリシリコン
膜でゲート電極4を形成した後、全面にPSG膜7を形
成する。
【0006】次に、1000℃程度の高温熱処理を行
い、PSG膜7中に含まれるリンをポリシリコン層2に
熱拡散させることにより、n+層からなるソース領域5
及びドレイン領域6を形成する。次に、PSG膜7をエ
ッチングし、コンタクトホール8を形成し、該コンタク
トホール8にアルミ電極9を形成する。
【0007】その後、例えば、SiH4とNH3との混合
ガスを反応ガスとして用いたプラズマCVD法により窒
化シリコン膜11を全面に被着形成する。その後、30
0〜500℃、例えば400℃で所定時間(1〜8時間
程度、長い程特性は向上する。)アニールする。この
際、上記工程で形成された窒化シリコン膜11は、TF
Tのパッシベーション膜としての役割とともに、ポリシ
リコン層2中のトラップを終端させるための水素の供給
源としての役割も果している。
【0008】この方法により、しきい値電圧は下がり、
実効移動度は上がり、TFT特性を向上させている。
尚、図4は一の従来の液晶表示装置の一部断面図であ
る。
【0009】また、特開平3−95970号公報には、
水素化処理を行った後、水素を含有したSiN膜やSi
ON膜からなるパッシベーション膜を形成する技術にお
いて、このパッシベーション膜からの水素の影響を防止
するため、層間絶縁膜の膜厚を厚く形成するという技術
が開示されている。その工程として、ソース/ドレイン
領域形成、プラズマ水素化処理、層間絶縁膜形成、アル
ミ電極形成及びパッシベーション膜形成を順次行ってい
る。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のように
層間絶縁膜及びパッシベーション膜の形成前にTFTの
水素化処理を行う場合、その水素化処理でTFTの特性
を決めるが、その後の層間絶縁膜及びパッシベーション
膜の形成時の熱処理により、水素化処理によるポリシリ
コン層中の水素が外に放出されることや、パッシベーシ
ョン膜の形成後の熱処理により、パッシベーション膜中
からの水素の拡散による影響で特性が変動する可能性が
ある。これを防止するためには層間絶縁膜を厚くする必
要があるが、コンタクトホールが深くなり、微細加工が
困難になる。
【0011】このため、パッシベーション膜形成後に水
素化処理を行う方法が、層間絶縁膜を厚くする必要もな
く水素化処理の効果も安定に保持できる。このパッシベ
ーション膜形成後に水素化処理する方法として、上述の
ようにSiN膜をパッシベーション膜として使用し水素
化処理を行う技術があるが、SiN膜のパッシベーショ
ン膜はTFTについては効果があるが、液晶表示装置の
ごとく光透過部を有する画素部がTFTと近接して存在
するとパッシベーション膜の透過率も液晶表示装置の品
質に関係してくる。
【0012】液晶表示装置に要求される透過率は可視光
の波長範囲400〜800nmで、80%以上であり、
100%が最良である。しかし、SiN膜の透過率は波
長400nm付近では悪く、低温で形成できるプラズマ
窒化シリコン膜では、図2に示すように、50%程度と
低い。従って、この場合、パッシベーション膜にプラズ
マ窒化シリコンを用いることはできない。
【0013】また、液晶表示装置に用いるTFTの水素
化処理に窒化シリコン膜を用いる場合、水素化処理の後
に、窒化シリコン膜を除去する工程が必要となるが、一
旦除去すると、その後の熱処理でポリシリコン層に入っ
た水素が抜けてしまう恐れがあり、また、耐湿性等の信
頼性の面で問題がある。
【0014】また、TFT領域上に窒化シリコン膜を残
し、画素部の窒化シリコン膜を除去する方法では、画素
部の透過率は上がるが、窒化シリコンを除去する工程が
増え、また、窒化シリコン膜を均一に除去するのが困難
であり、段差部で光が乱反射する問題がある。
【0015】更に、プラズマCVD法等で堆積した窒化
シリコン膜は、一般的にストレスが大きく、また、堆積
後の熱処理中のストレス変動も大きいので、下層のAl
等の金属配線のストレスマイグレーション等の信頼性上
の問題を引き起こすこともある。
【0016】本発明は、水素化処理が行え、且つ、光透
過部での透過率も優れたパッシベーション膜を有する液
晶表示装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置の
製造方法は、絶縁基板上に形成されたポリシリコン層
と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極と、を有する薄膜トラ
ンジスタ及び画素部を有する液晶表示装置の製造方法に
おいて、前記ポリシリコン層に一導電型の不純物元素が
添加されたソース領域及びドレイン領域と、チャネル領
域とを形成する第1の工程と、ソース電極及びドレイン
電極を形成する第2の工程と、前記薄膜トランジスタ
と、前記画素部と、前記ソース電極及びドレイン電極
の上方に水素を含有し、かつ屈折率nが1.60≦n
≦1.95である酸化窒化シリコン膜を形成する第3の
工程と、熱処理により、前記酸化窒化シリコン膜の水素
を拡散させて、前記ポリシリコン層の水素化処理を行う
第4の工程と、第4の工程の後に、前記画素部におい
て、前記酸化窒化シリコン膜上に透明電極を形成するこ
とを特徴とするものである。
【0018】なお、前記酸化窒化シリコン膜を少なくと
もSiH4とNH3とN2Oとの混合ガスから作製するこ
とが好ましい。
【0019】さらに、前記熱処理の温度が、300℃以
上500℃以下であることが好ましい。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態に基づい
て本発明について詳細に説明する。
【0021】図1は本発明の実施の形態の製造工程図で
あり、図2は酸化窒化シリコン膜と窒化シリコン膜の波
長と透過率との関係を示す図(酸化窒化シリコン膜:1
800Å、窒化シリコン膜:2000Å)であり、図3
は酸化窒化シリコン膜の屈折率と光の波長400nmの
透過率及び水素含有量との関係を示す図である。
【0022】以下に、図1を用いて、本発明の実施の形
態の製造工程を説明する。
【0023】まず、絶縁性基板1上にポリシリコン層2
を約100nm程度堆積させ、島状にパターニングし、
TFTの活性層を形成する。尚、ポリシリコン層2の形
成は、Si2H6(ジシラン)を原料ガスとして、温度
を475℃で、LPCVD法を用いて堆積させた、膜厚
が100nm程度のアモルファスシリコンを600℃で
窒素雰囲気中で24時間の固相結晶化(多結晶化)によ
り行われる。その後、全面にCVD法を用いて、膜厚が
80nm程度のシリコン酸化膜をゲート絶縁膜3として
形成する(図1(a))。
【0024】次に、ゲート電極4を、例えばリン等の不
純物を1021cm-3以上ドーピングした膜厚が3000
Å程度のポリシリコンで形成する。そして、ゲート電極
4をマスクとして、イオン注入(NチャネルTFTの場
合はリン、PチャネルTFTの場合はボロン)を、ドー
ズ量を1×1015cm-2とし、加速エネルギーをリンの
場合は80keVとし、ボロンの場合は30keVとし
て行い、ソース領域5及びドレイン領域6を形成する
(図1(b))。
【0025】次に、CVD法を用いて、膜厚が約500
nm程度のシリコン酸化膜を層間絶縁膜として堆積後、
コンタクトホール8を開け、ソース電極及びドレイン電
極を厚さが約4000Å程度のアルミ電極9で形成する
(図1(c))。
【0026】次に、プラズマCVD法を用いて、酸化窒
化シリコン膜10を、少なくともTFTのチャネル領
域、ソース領域5及びドレイン領域6と液晶表示装置の
画素部との上方に堆積するように、全面に堆積させる
(図1(d))。この際の堆積条件は、NH3の流量を
95sccm、N2の流量を1500sccm、SiH4
の流量を100sccm、N2Oの流量を45scc
m、圧力を5.0Torr、RFパワーを500W、堆
積温度を410℃、堆積膜厚を1000〜15000Å
とする。尚、堆積膜厚が薄いと膜厚制御性が低下し、厚
いと上層の配線とのコタクトホールが深くなるためコタ
クトホールでの上層配線の断線が生じ易くなることか
ら、堆積膜厚は2000Å程度が好ましい。
【0027】上記方法で堆積した酸化窒化シリコン膜1
0の透過率とプラスマ窒化シリコン膜の透過率を示す図
2から明らかなように、400〜500nmの範囲で
は、プラズマ窒化シリコンに比べ、酸化窒化シリコン1
0の透過率は高く、液晶表示装置に必要である、400
〜800nmの範囲で80%以上の透過率が得られる。
尚、本発明はプラスマCVD法の他に光CVD法やEC
RCVD法を用いて堆積することも可能である。原料ガ
スが同じであり、堆積温度も同程度であるため、同様の
特性、例えば、同等の含有量の水素を有する膜が得られ
る。
【0028】次に、例えば、不活性ガス(N2、Ar、
He等)雰囲気中で、400℃、30分間の熱処理を行
い、水素化処理を行う。尚、温度は300℃以上であれ
ば、水素の拡散は可能であるが、あまり高すぎると、ア
ルミ電極9とソース領域5・ドレイン領域6との間のコ
ンタクト抵抗が増大する等のプロセス上の問題が生じる
ため、500℃以下が望ましい。
【0029】上記工程によって形成された酸化窒化シリ
コン膜10の水素含有率(20atomic%、屈折率
n=1.75)とプラズマ窒化シリコン膜の水素含有率
(20atomic%)とは、大きく変わらずポリシリ
コン層の水素化処理に十分な(10atomic%以
上)水素を含有している。
【0030】また、図3に示すように、屈折率nは、
1.60≦n≦1.95の範囲にあれば、良好な透過率
(80%以上)と良好な水素化(ポリシリコン層2中の
トラップ密度は1017個/cm3程度であり、水素量が
10atomic%の場合、水素原子が1021個/cm
3程度存在し、トラップ密度を終端、具体的には、10
16個/cm3程度若しくはそれ以下まで著しく低減させ
るには十分な量であることから、水素量は10atom
ic%以上が望ましい。)とが得られる。
【0031】更に好ましくは、屈折率nが1.75程度
の場合であり、この場合、透過率は90%となり、水素
含有量は21%となる。尚、屈折率はNH3量/NO2
比を変えることによって制御でき、該比を高くすれば屈
折率の高い膜が得られる。
【0032】また、水素の含有量は、図3に示すよう
に、TFTに対して十分に水素化処理が行える量であ
る。
【0033】次に、ドレイン領域6と接続しているアル
ミ電極9上の酸化窒化シリコン膜10にコンタクトホー
ル12を開口し、透明電極13を堆積し、パターニング
を行う(図1(e))。
【0034】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明を
用いることにより、酸化窒化シリコンを水素供給源とし
て使用してポリシリコン層の水素化処理を行えば、TF
Tの特性を窒化シリコンを用いて水素化処理を行った場
合と同等のTFT特性向上(高移動度化、低しきい値
化)が可能となり、また、400〜800nmの範囲の
波長で十分な透過率が得られるため、画質の良好な高精
細の液晶表示装置を得ることができる。
【0035】また、酸化窒化シリコンは透過率が高いた
め、そのまま画素上に残すことができるので、水素の離
脱のない信頼性に優れたTFTの製造が可能となる。
【0036】さらに、従来用いていた、一般的にストレ
スが大きく、また、堆積後の熱処理中のストレス変動も
大きい窒化シリコン膜に代えて酸化窒化シリコンを用い
るため、下層のAl等の金属配線のストレスマイグレー
ション等の信頼性上の問題を引き起こすこともない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の製造工程図である。
【図2】酸化窒化シリコン膜と窒化シリコン膜の波長と
透過率との関係を示す図である。
【図3】酸化窒化シリコン膜の屈折率と透過率及び水素
含有量との関係を示す図である。
【図4】従来の液晶表示装置の一部断面図である。
【図5】液晶表示装置の平面図である。
【符号の説明】
1 絶縁性基板 2 ポリシリコン層 3 ゲート絶縁膜 4 ゲート電極 5 ソース領域 6 ドレイン領域 7 層間絶縁膜 8、12 コンタクトホール 9 アルミ配線 10 酸化窒化シリコン膜 13 透明電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−22627(JP,A) 特開 平6−118446(JP,A) 特開 平1−129460(JP,A) 特開 平3−185735(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/786 H01L 21/336 H01L 21/31 H01L 21/318 G02F 1/1368

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁基板上に形成されたポリシリコン層
    と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極と、を有する薄膜トラ
    ンジスタ及び画素部を有する液晶表示装置の製造方法に
    おいて、 前記ポリシリコン層に一導電型の不純物元素が添加され
    たソース領域及びドレイン領域と、チャネル領域とを形
    成する第1の工程と、 ソース電極及びドレイン電極を形成する第2の工程と、 前記薄膜トランジスタと、前記画素部と、前記ソース電
    極及びドレイン電極との上方に水素を含有し、かつ屈
    折率nが1.60≦n≦1.95である酸化窒化シリコ
    ン膜を形成する第3の工程と、 熱処理により、前記酸化窒化シリコン膜の水素を拡散さ
    せて、前記ポリシリコン層の水素化処理を行う第4の工
    程と、 第4の工程の後に、前記画素部において、前記酸化窒化
    シリコン膜上に透明電極を形成することを特徴とする液
    晶表示装置の製造方法。
  2. 【請求項2】前記酸化窒化シリコン膜を少なくともSi
    4とNH3とN2Oとの混合ガスから作製することを特
    徴とする請求項1に記載の液晶表示装置の製造方法。
  3. 【請求項3】前記熱処理の温度が300℃以上500℃
    以下であることを特徴とする請求項1乃至2の何れか1
    項に記載の液晶表示装置の製造方法。
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