JP3571198B2 - 表示装置の作製方法 - Google Patents
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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本明細書で開示する発明は、樹脂基板（工業用プラスチク基板を含む）等の可撓性（フレキシブルな機械的な性質）を有する基板上に形成された薄膜トランジスタの構成およびその作製方法に関する。また、この薄膜トランジスタを用いて構成されたアクティブマトリクス型の液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス基板や石英基板上に形成された薄膜トランジスタが知られている。このガラス基板上に形成される薄膜トランジスタは、アクティブマトリクス型の液晶表示装置に主に利用されている。アクティブマトリクス型の液晶表示装置は、高速動画や微細な表示を行うことができるので、単純マトリクス型の液晶表示装置に代わるものと期待されている。
【０００３】
アクティブマトリクス型の液晶表示装置というのは、各画素のそれぞれに１つ以上の薄膜トランジスタをスイッチング素子として配置し、画素電極に出入りする電荷をこの薄膜トランジスタで制御するものである。基板としてガラス基板や石英基板が用いられるのは、液晶表示装置を可視光が透過する必要があるからである。
【０００４】
一方、液晶表示装置は極めて応用範囲の広い表示手段として期待されている。例えば、カード型の計算機や携帯型のコンピュータ、さらには各種通信機器等の携帯型の電子機器に用いられる表示手段として期待されている。そしてこれら携帯型の電子機器に利用される表示手段においては、取り扱う情報の高度化に従って、より高度な情報の表示が求められている。例えば、数字や記号のみではなく、より微細な画像情報や動画を表示する機能が求められれている。
【０００５】
液晶表示装置により微細な画像情報や動画を表示する機能を求める場合、アクティブマトリクス型の液晶表示装置を利用する必要がある。しかし、基板としてガラス基板や石英基板を用いた場合、
・液晶表示装置自体の厚さを薄くすることに限界がある。
・重量が大きくなる。
・軽量化しようとして基板の厚さを薄くすると、基板が割れる。
・基板に柔軟性がない。
といった問題を有している。
【０００６】
特にカード型の電子機器は、その取扱において、多少の応力が働いても破損しない柔軟性が要求されるので、その電子機器に組み込まれる液晶表示装置にも同様な柔軟性（フレキシビリティー）が要求される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本明細書で開示する発明は、柔軟性を有するアクティブマトリクス型の液晶表示装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
液晶表示装置に柔軟性を与える方法としては、基板として透光性を有するプラスチック基板や樹脂基板を用いる方法がある。しかし、樹脂基板はその耐熱性の問題からその上に薄膜トランジスタを形成することは技術的に困難であるという問題がある。
【０００９】
そこで、本明細書で開示する発明は、以下に示すような構成を採用することにより、上記の困難性を解決することを特徴とする。
【００１０】
本明細書で開示する発明に係る表示装置の作製方法の一つは、可撓性を有する基板に加熱処理を行った後、該可撓性を有する基板の上方に樹脂層を形成し、該樹脂層の上方に薄膜トランジスタを形成する表示装置の作製方法であって、前記可撓性を有する基板は、樹脂基板であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の他の一つは、可撓性を有する基板に加熱処理を行った後、該可撓性を有する基板の上方に樹脂層を形成し、該樹脂層の上方に逆スタガ型の薄膜トランジスタを形成する表示装置の作製方法であって、前記可撓性を有する基板は、樹脂基板であることを特徴とする。
【００１２】
本発明の他の一つは、可撓性を有する基板に加熱処理を行った後、該可撓性を有する基板の上方に樹脂層を形成し、該樹脂層の上方に薄膜トランジスタを形成し、該薄膜トランジスタの上方に層間絶縁層を形成し、該層間絶縁層の上方に前記薄膜トランジスタに電気的に接続された画素電極を形成する表示装置の作製方法であって、前記可撓性を有する基板は、樹脂基板であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の他の一つは、可撓性を有する基板に加熱処理を行った後、該可撓性を有する基板の上方に樹脂層を形成し、該樹脂層の上方に逆スタガ型の薄膜トランジスタを形成し、該薄膜トランジスタの上方に層間絶縁層を形成し、該層間絶縁層の上方に前記薄膜トランジスタに電気的に接続された画素電極を形成する表示装置の作製方法であって、前記可撓性を有する基板は、樹脂基板であることを特徴とする。
【００１４】
本発明において、フィルム状の樹脂基板としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエチレンサルファイト）、ポリイミドから選ばれたものを用いることができる。ここで必要とされる条件は、可撓性を有すること、それに透光性を有すること、である。またなるべく高い温度に耐えることができることが望ましい。一般的にこれら樹脂基板は、加熱温度を２００℃程度以上に上げていくと、表面にオリゴマー（直径１μｍ程度の重合体）が析出したり、ガスを発生したりし、その上に半導体層を形成することは著しく困難になる。従って、その耐熱温度がなるべく高いものである必要がある。
【００１５】
また、本発明において、可撓性を有する基板としてプラスチック基板を用いることができる。
【００１６】
本発明によって作製される表示装置の具体的な例を図１に示す。図１に示す構成においては、フィルム状の樹脂基板であるＰＥＴフィルム（厚さ１００μｍ）に接して、樹脂層１０２が形成されており、さらにその上にＩｎｖｅｒｔｅｄ ｓｔａｇｇｅｒｅｄ型の薄膜トランジスタが形成されている。さらに、層間絶縁層１１０が薄膜トランジスタの上方に形成され、画素電極１１１が薄膜トランジスタに接続されている。
【００１７】
本発明において樹脂層は、樹脂基板の表面を平坦化するための機能を有している。この平坦化という意味には、半導体層の形成等の加熱が伴う工程において、樹脂基板の表面にオリゴマーが発生することを防ぐ機能も含まれる。
【００１８】
この樹脂層としては、アクリル酸メチルエステル、アクリル酸エチルエステル、アクリル酸ブチルエステル、アクリル酸２−エチルヘキシルエステルから選ばれたアクリル樹脂を用いることができる。この樹脂層を形成することで、樹脂基板を用いた場合でも、上述した薄膜トランジスタを作製する場合の不都合を抑制することができる。
【００１９】
本発明において、加熱処理を施し樹脂基板からの脱ガス化を計るのは、後の加熱を従うプロセスにおいて、樹脂基板からの脱ガス化現象が起こることを防ぐためである。例えば、樹脂基板上に半導体薄膜を形成している最中に樹脂基板からの脱ガス化が起こると、半導体薄膜に大きなピンホールが形成されることになり、その電気特性は大きく損なわれたものとなってしまう。
【００２０】
従って、予め後のプロセス中において加えられる加熱温度よりも高い温度で加熱処理を行い、樹脂基板中からの脱ガス化を行っておくことによって、後の工程における樹脂基板からの脱ガス現象を抑制することができる。
【００２１】
【実施例】
〔実施例１〕
本実施例は、Ｉｎｖｅｒｔｅｄ ｓｔａｇｇｅｒｅｄ型の薄膜トランジスタを有機樹脂基板であるＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）基板上に形成する例を示す。
【００２２】
まず図１（Ａ）に示すように厚さ１００μｍのＰＥＴフィルム１０１を用意し、脱ガス化のための加熱処理を加える。この加熱処理は、後のプロセスにおいて加わる最も高い温度以上の温度である必要がある。本実施例で示すプロセスでは、プラズマＣＶＤ法による非晶質珪素膜の成膜時における１６０℃の温度が最高加熱温度であるので、このＰＥＴフィルムからの脱ガス化を計るための加熱処理は１８０℃で行う。
【００２３】
このＰＥＴフィルム上にアクリル樹脂の層１０２を形成する。アクリル樹脂としては例えばアクリル酸メチルエステルを用いることができる。このアクリル樹脂の層１０２は、後の熱が加わるプロセスにおいて、ＰＥＴフィルムの表面にオリゴマーが発生することを防ぐためのものである。また、このアクリル樹脂の層１０２は、ＰＥＴフィルム表面の凹凸を平坦にする機能を有している。一般にＰＥＴフィルムの表面は普通数百Å〜１μｍオーダーの凹凸を有している。このような凹凸は、厚さが数百Åである半導体層に対して電気的に大きな影響を与えるこになる。従って、半導体層が形成される下地を平坦化することは極めて重要なこととなる。
【００２４】
次にアルミニウムでなるゲイト電極１０３を形成する。このゲイト電極の形成は、スパッタ法によってアルミニウム膜２０００〜５０００Å（ここでは３０００Å）の厚さに成膜し、さらにフォトリソグラフィー工程による公知のパターニングを行うことにより行われる。またパターンの側面はテーパー状になるようにエッチングを行う。（図１（Ａ））
【００２５】
次にゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜１０４をスパッタ法で１０００Åの厚さに成膜する。ゲイト絶縁膜としては、酸化珪素膜ではなく窒化珪素膜を用いてもよい。
【００２６】
次にプラズマＣＶＤ法を用いて実質的に真性（Ｉ型）の非晶質珪素膜１０５を５００Åの厚さに成膜する。以下に成膜条件を示す。
【００２７】
成膜温度（基板を加熱する温度） １６０℃
反応圧力 ０．５Ｔｏｒｒ
ＲＦ（１３．５６ ＭＨｚ） ２０ｍＷ／ｃｍ２
反応ガス ＳｉＨ４
ここでは平行平板型のプラズマＣＶＤ装置を用いて成膜を行う。また加熱は、樹脂基板が置かれる基板ステージ内に配置されたヒーターによる基板の加熱温度である。このようにして図１（Ｂ）に示す状態を得る。
【００２８】
さらに後の工程において、エッチングストッパーして機能する酸化珪素膜をスパッタ法で成膜し、パターニングを施すことによりエッチングストッパー１０６を形成する。
【００２９】
次にＮ型の非晶質珪素膜１０７を平行平板型のプラズマＣＶＤ法で３００Åの厚さに成膜する。以下に成膜条件を示す。
成膜温度（基板を加熱する温度） １６０℃
反応圧力 ０．５Ｔｏｒｒ
ＲＦ（１３．５６ ＭＨｚ） ２０ｍＷ／ｃｍ２
反応ガス Ｂ２ Ｈ６ ／ＳｉＨ４ ＝１／１００
【００３０】
こうして図１（Ｃ）に示す状態を得る。その後、Ｎ型の非晶質珪素膜１０７と実質的に真性（Ｉ型）の非晶質珪素膜１０５とに対してドライエッチングによるパターニングを行う。そしてアルミニウム膜を３０００Åの厚さにスバッタ法で成膜する。さらにこのアルミニウム膜とその下のＮ型の非晶質珪素膜とをエッチングすることにより、ソース電極１０８とドレイン電極１０９を形成する。このエッチング工程において、エッチングストッパー１０６の作用によって、ソース／ドレインの分離が確実に行われる。（図１（Ｄ））
【００３１】
そして、酸化珪素膜またはポリイミド等の樹脂材料を用いて層間絶縁層１１０を６０００Åの厚さに形成する。酸化珪素膜を形成する場合には、酸化珪素被膜形成用の塗布液を用いればよい。最後にコンタクトホールの形成を行い、ＩＴＯを用いて画素電極１１１を形成する。以上のようにして、透光性を有する樹脂基板を用いて、アクティブマトリクス型の液晶表示装置の各画素電極に配置される薄膜トランジスタを得ることができる。（図１（Ｅ））
【００３２】
〔実施例２〕
本実施例は、実施例１に示した薄膜トランジスタを利用して、アクティブマトリクス型の液晶表示装置を構成する場合の例を示す。図３に本実施例に示す液晶電気光学装置の断面を示す。
【００３３】
図３において、３０１と３０２とが一対の基板を構成する厚さ１００μｍのＰＥＴフィルムである。３０３で示されるのが平坦化層として機能するアクリル樹脂層である。３０６が画素電極である。図３には、２画素分の構成が示されている。
【００３４】
３０４は対向電極である。そして３０７と３０８が液晶３０９を配向させる配向膜である。液晶３０９は、ＴＮ型液晶やＳＴＮ型液晶、さらには強誘電性液晶等を用いることができる。一般的にＴＮ液晶が利用される。また液晶層の厚さとしては、数μｍ〜１０μｍ程度が利用される。
【００３５】
画素電極３０６には、薄膜トランジスタ３０５が接続されており、この画素電極３０６に出入りする電荷は、薄膜トランジスタ３０５によって制御される。ここでは、１つの画素電極３０６における構成を代表的に示すが、他に必要とする数で同様な構成が形成される。
【００３６】
図３に示すような構成においては、基板３０１と３０２とが、可撓性を有しているので、液晶パネル全体をフレキシブルなものとすることができる。
【００３７】
〔実施例３〕
本実施例は、アクティブマトリクス型の液晶表示装置に利用されるＣｏｐｌａｎａｒ型の薄膜トランジスタを作製する場合の例を示す。図２に本実施例に示す薄膜トランジスタの作製工程を示す。まずフィルム状の有機樹脂基板として、厚さ１００μｍのＰＥＴフィルム２０１を用意する。そして１８０℃の加熱処理を加えて、ＰＥＴフィルム中からの脱ガス化を促進させる。そしてその表面にアクリル樹脂からなる層２０２を形成する。ここでは、アクリル樹脂としてアクリル酸エチルエステルを用いる。
【００３８】
次にチャネル形成領域が形成される実質的に真性（Ｉ型）な半導体層２０３をプラズマＣＶＤ法で成膜する。以下に成膜条件を示す。
成膜温度（基板を加熱する温度） １６０℃
反応圧力 ０．５Ｔｏｒｒ
ＲＦ（１３．５６ ＭＨｚ） ２０ｍＷ／ｃｍ2
反応ガス ＳｉＨ4
ここでは平行平板型のプラズマＣＶＤ装置を用いて成膜を行う。
【００３９】
さらにＮ型の非晶質珪素膜を平行平板型のプラズマＣＶＤ法で３００Åの厚さに成膜する。以下に成膜条件を示す。
成膜温度（基板を加熱する温度） １６０℃
反応圧力 ０．５Ｔｏｒｒ
ＲＦ（１３．５６ ＭＨｚ） ２０ｍＷ／ｃｍ２
反応ガス Ｂ２ Ｈ６ ／ＳｉＨ４ ＝１／１００
【００４０】
そしてＮ型の非晶質珪素膜をパターニングして、ソース領域２０５とドレイン領域２０４を形成する。（図２（Ａ））
【００４１】
そしてゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜または窒化珪素膜をスパッタ法で成膜し、パターニングを施すことにより、ゲイト絶縁膜２０６を形成する。さらにアルミニウムによりゲイト電極２０７を形成する。（図２（Ｂ））
【００４２】
次に層間絶縁膜としてポリイミドの層２０８を５０００Åの厚さに成膜する。さらにコンタクトホールの形成を行い、画素電極となるＩＴＯ電極２０９をスパッタ法で形成し、薄膜トランジスタを完成させる。（図２（Ｃ））
【００４３】
〔実施例４〕
本実施例では、実施例１または実施例２に示した構成において、半導体層を微結晶半導体膜で構成する場合の例を示す。まず実質的に真性な半導体層を微結晶（マイクロクリスタル）半導体層とする場合の成膜条件を示す。
成膜温度（基板を加熱する温度） １６０℃
反応圧力 ０．５Ｔｏｒｒ
ＲＦ（１３．５６ ＭＨｚ） １５０ｍＷ／ｃｍ2
反応ガス ＳｉＨ4／Ｈ2＝１／３０
ここでは平行平板型のプラズマＣＶＤ装置を用いて成膜を行う。
【００４４】
次にＮ型の微晶質珪素膜を成膜する場合の成膜条件を示す。この場合も平行平板型のプラズマＣＶＤ装置を用いて成膜を行う場合の例である。
成膜温度（基板を加熱する温度） １６０℃
反応圧力 ０．５Ｔｏｒｒ
ＲＦ（１３．５６ ＭＨｚ） １５０ｍＷ／ｃｍ２
反応ガス Ｂ２ Ｈ６ ／ＳｉＨ４ ＝１／１００
【００４５】
一般的に投入パワーを１００〜２００ｍＷ／ｃｍ２ とすることによって、微結晶珪素膜を得ることができる。またＩ型の半導体層の場合には、パワーを高くするのに加えて、シランを水素で１０〜５０倍程度希釈すると効果的である。しかしながら水素希釈を行うと、成膜速度が低下する。
【００４６】
〔実施例５〕
本実施例は、他の実施例で示すようなプラズマＣＶＤ法で形成れた珪素膜に対して、フィルム状の基体（基板）を加熱しない程度のパワーでレーザー光を照射する構成に関する。
【００４７】
ガラス基板上に形成された非晶質珪素膜に対してレーザー光（例えばＫｒＦエキシマレーザー光）を照射して、結晶性珪素膜に変成する技術が知られている。また珪素膜に対して、一導電型を付与する不純物イオンを注入した後に、レーザー光を照射することによって、結晶化（イオンの注入により珪素膜は非晶質化する）と不純物イオンの活性化を行う技術が知られている。
【００４８】
本実施例に示す構成は、上記のようなレーザー光の照射プロセスを利用したものであって、図１の非晶質珪素膜１０５や図２の非晶質珪素膜２０３や２０４に対して極弱いレーザー光を照射し、非晶質珪素膜を結晶化させることを特徴とする。また予め成膜される膜が微結晶珪素膜である場合には、その結晶性を向上させることができる。
【００４９】
レーザー光としては、ＫｒＦエキシマレーザーやＸｅＣｌエキシマレーザーを用いればよい。またその照射エネルギーは、１０〜５０ｍＪ／ｃｍ２ とし、樹脂基板１０１または２０１に対して熱的なダメージを与えないようにすることが重要である。
【００５０】
【発明の効果】
本明細書に開示する発明を採用することにより、アクティブマトリクス型の液晶表示装置において、
・装置自体の厚さを薄くすることができる。
・重量を軽くすることができる。
・外力によって基板が割れたりしないものを得ることができる。
・柔軟性を有するものを得ることができる。
このような液晶表示装置は、広い用途に利用することができ、極めて有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図２】実施例の薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図３】液晶パネルの断面の概略を示す図。
【符号の説明】
１０１、２０１ ＰＥＴフィルム基板（ポリエチレンテレフタレート）
３０１、３０２
１０２、２０２ アクリル樹脂層
３０３
１０３、２０７ ゲイト電極
１０４、２０６ ゲイト絶縁膜
１０５、２０３ 実質的に真性な非晶質珪素膜
１０６ エッチングストッパー層
１０７ Ｎ型の非晶質珪素膜
１０８ ソース電極
１０９ ドレイン電極
１１０ 層間絶縁膜
１１１、２０９ 画素電極
２０５ ソース領域
２０４ ドレイン領域
３０４ 対向電極
３０５ 薄膜トランジスタ
３０６ 画素電極
３０７、３０８ 配向膜
３０９ 液晶材料
【発明の属する技術分野】
本明細書で開示する発明は、樹脂基板（工業用プラスチク基板を含む）等の可撓性（フレキシブルな機械的な性質）を有する基板上に形成された薄膜トランジスタの構成およびその作製方法に関する。また、この薄膜トランジスタを用いて構成されたアクティブマトリクス型の液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス基板や石英基板上に形成された薄膜トランジスタが知られている。このガラス基板上に形成される薄膜トランジスタは、アクティブマトリクス型の液晶表示装置に主に利用されている。アクティブマトリクス型の液晶表示装置は、高速動画や微細な表示を行うことができるので、単純マトリクス型の液晶表示装置に代わるものと期待されている。
【０００３】
アクティブマトリクス型の液晶表示装置というのは、各画素のそれぞれに１つ以上の薄膜トランジスタをスイッチング素子として配置し、画素電極に出入りする電荷をこの薄膜トランジスタで制御するものである。基板としてガラス基板や石英基板が用いられるのは、液晶表示装置を可視光が透過する必要があるからである。
【０００４】
一方、液晶表示装置は極めて応用範囲の広い表示手段として期待されている。例えば、カード型の計算機や携帯型のコンピュータ、さらには各種通信機器等の携帯型の電子機器に用いられる表示手段として期待されている。そしてこれら携帯型の電子機器に利用される表示手段においては、取り扱う情報の高度化に従って、より高度な情報の表示が求められている。例えば、数字や記号のみではなく、より微細な画像情報や動画を表示する機能が求められれている。
【０００５】
液晶表示装置により微細な画像情報や動画を表示する機能を求める場合、アクティブマトリクス型の液晶表示装置を利用する必要がある。しかし、基板としてガラス基板や石英基板を用いた場合、
・液晶表示装置自体の厚さを薄くすることに限界がある。
・重量が大きくなる。
・軽量化しようとして基板の厚さを薄くすると、基板が割れる。
・基板に柔軟性がない。
といった問題を有している。
【０００６】
特にカード型の電子機器は、その取扱において、多少の応力が働いても破損しない柔軟性が要求されるので、その電子機器に組み込まれる液晶表示装置にも同様な柔軟性（フレキシビリティー）が要求される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本明細書で開示する発明は、柔軟性を有するアクティブマトリクス型の液晶表示装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
液晶表示装置に柔軟性を与える方法としては、基板として透光性を有するプラスチック基板や樹脂基板を用いる方法がある。しかし、樹脂基板はその耐熱性の問題からその上に薄膜トランジスタを形成することは技術的に困難であるという問題がある。
【０００９】
そこで、本明細書で開示する発明は、以下に示すような構成を採用することにより、上記の困難性を解決することを特徴とする。
【００１０】
本明細書で開示する発明に係る表示装置の作製方法の一つは、可撓性を有する基板に加熱処理を行った後、該可撓性を有する基板の上方に樹脂層を形成し、該樹脂層の上方に薄膜トランジスタを形成する表示装置の作製方法であって、前記可撓性を有する基板は、樹脂基板であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の他の一つは、可撓性を有する基板に加熱処理を行った後、該可撓性を有する基板の上方に樹脂層を形成し、該樹脂層の上方に逆スタガ型の薄膜トランジスタを形成する表示装置の作製方法であって、前記可撓性を有する基板は、樹脂基板であることを特徴とする。
【００１２】
本発明の他の一つは、可撓性を有する基板に加熱処理を行った後、該可撓性を有する基板の上方に樹脂層を形成し、該樹脂層の上方に薄膜トランジスタを形成し、該薄膜トランジスタの上方に層間絶縁層を形成し、該層間絶縁層の上方に前記薄膜トランジスタに電気的に接続された画素電極を形成する表示装置の作製方法であって、前記可撓性を有する基板は、樹脂基板であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の他の一つは、可撓性を有する基板に加熱処理を行った後、該可撓性を有する基板の上方に樹脂層を形成し、該樹脂層の上方に逆スタガ型の薄膜トランジスタを形成し、該薄膜トランジスタの上方に層間絶縁層を形成し、該層間絶縁層の上方に前記薄膜トランジスタに電気的に接続された画素電極を形成する表示装置の作製方法であって、前記可撓性を有する基板は、樹脂基板であることを特徴とする。
【００１４】
本発明において、フィルム状の樹脂基板としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエチレンサルファイト）、ポリイミドから選ばれたものを用いることができる。ここで必要とされる条件は、可撓性を有すること、それに透光性を有すること、である。またなるべく高い温度に耐えることができることが望ましい。一般的にこれら樹脂基板は、加熱温度を２００℃程度以上に上げていくと、表面にオリゴマー（直径１μｍ程度の重合体）が析出したり、ガスを発生したりし、その上に半導体層を形成することは著しく困難になる。従って、その耐熱温度がなるべく高いものである必要がある。
【００１５】
また、本発明において、可撓性を有する基板としてプラスチック基板を用いることができる。
【００１６】
本発明によって作製される表示装置の具体的な例を図１に示す。図１に示す構成においては、フィルム状の樹脂基板であるＰＥＴフィルム（厚さ１００μｍ）に接して、樹脂層１０２が形成されており、さらにその上にＩｎｖｅｒｔｅｄ ｓｔａｇｇｅｒｅｄ型の薄膜トランジスタが形成されている。さらに、層間絶縁層１１０が薄膜トランジスタの上方に形成され、画素電極１１１が薄膜トランジスタに接続されている。
【００１７】
本発明において樹脂層は、樹脂基板の表面を平坦化するための機能を有している。この平坦化という意味には、半導体層の形成等の加熱が伴う工程において、樹脂基板の表面にオリゴマーが発生することを防ぐ機能も含まれる。
【００１８】
この樹脂層としては、アクリル酸メチルエステル、アクリル酸エチルエステル、アクリル酸ブチルエステル、アクリル酸２−エチルヘキシルエステルから選ばれたアクリル樹脂を用いることができる。この樹脂層を形成することで、樹脂基板を用いた場合でも、上述した薄膜トランジスタを作製する場合の不都合を抑制することができる。
【００１９】
本発明において、加熱処理を施し樹脂基板からの脱ガス化を計るのは、後の加熱を従うプロセスにおいて、樹脂基板からの脱ガス化現象が起こることを防ぐためである。例えば、樹脂基板上に半導体薄膜を形成している最中に樹脂基板からの脱ガス化が起こると、半導体薄膜に大きなピンホールが形成されることになり、その電気特性は大きく損なわれたものとなってしまう。
【００２０】
従って、予め後のプロセス中において加えられる加熱温度よりも高い温度で加熱処理を行い、樹脂基板中からの脱ガス化を行っておくことによって、後の工程における樹脂基板からの脱ガス現象を抑制することができる。
【００２１】
【実施例】
〔実施例１〕
本実施例は、Ｉｎｖｅｒｔｅｄ ｓｔａｇｇｅｒｅｄ型の薄膜トランジスタを有機樹脂基板であるＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）基板上に形成する例を示す。
【００２２】
まず図１（Ａ）に示すように厚さ１００μｍのＰＥＴフィルム１０１を用意し、脱ガス化のための加熱処理を加える。この加熱処理は、後のプロセスにおいて加わる最も高い温度以上の温度である必要がある。本実施例で示すプロセスでは、プラズマＣＶＤ法による非晶質珪素膜の成膜時における１６０℃の温度が最高加熱温度であるので、このＰＥＴフィルムからの脱ガス化を計るための加熱処理は１８０℃で行う。
【００２３】
このＰＥＴフィルム上にアクリル樹脂の層１０２を形成する。アクリル樹脂としては例えばアクリル酸メチルエステルを用いることができる。このアクリル樹脂の層１０２は、後の熱が加わるプロセスにおいて、ＰＥＴフィルムの表面にオリゴマーが発生することを防ぐためのものである。また、このアクリル樹脂の層１０２は、ＰＥＴフィルム表面の凹凸を平坦にする機能を有している。一般にＰＥＴフィルムの表面は普通数百Å〜１μｍオーダーの凹凸を有している。このような凹凸は、厚さが数百Åである半導体層に対して電気的に大きな影響を与えるこになる。従って、半導体層が形成される下地を平坦化することは極めて重要なこととなる。
【００２４】
次にアルミニウムでなるゲイト電極１０３を形成する。このゲイト電極の形成は、スパッタ法によってアルミニウム膜２０００〜５０００Å（ここでは３０００Å）の厚さに成膜し、さらにフォトリソグラフィー工程による公知のパターニングを行うことにより行われる。またパターンの側面はテーパー状になるようにエッチングを行う。（図１（Ａ））
【００２５】
次にゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜１０４をスパッタ法で１０００Åの厚さに成膜する。ゲイト絶縁膜としては、酸化珪素膜ではなく窒化珪素膜を用いてもよい。
【００２６】
次にプラズマＣＶＤ法を用いて実質的に真性（Ｉ型）の非晶質珪素膜１０５を５００Åの厚さに成膜する。以下に成膜条件を示す。
【００２７】
成膜温度（基板を加熱する温度） １６０℃
反応圧力 ０．５Ｔｏｒｒ
ＲＦ（１３．５６ ＭＨｚ） ２０ｍＷ／ｃｍ２
反応ガス ＳｉＨ４
ここでは平行平板型のプラズマＣＶＤ装置を用いて成膜を行う。また加熱は、樹脂基板が置かれる基板ステージ内に配置されたヒーターによる基板の加熱温度である。このようにして図１（Ｂ）に示す状態を得る。
【００２８】
さらに後の工程において、エッチングストッパーして機能する酸化珪素膜をスパッタ法で成膜し、パターニングを施すことによりエッチングストッパー１０６を形成する。
【００２９】
次にＮ型の非晶質珪素膜１０７を平行平板型のプラズマＣＶＤ法で３００Åの厚さに成膜する。以下に成膜条件を示す。
成膜温度（基板を加熱する温度） １６０℃
反応圧力 ０．５Ｔｏｒｒ
ＲＦ（１３．５６ ＭＨｚ） ２０ｍＷ／ｃｍ２
反応ガス Ｂ２ Ｈ６ ／ＳｉＨ４ ＝１／１００
【００３０】
こうして図１（Ｃ）に示す状態を得る。その後、Ｎ型の非晶質珪素膜１０７と実質的に真性（Ｉ型）の非晶質珪素膜１０５とに対してドライエッチングによるパターニングを行う。そしてアルミニウム膜を３０００Åの厚さにスバッタ法で成膜する。さらにこのアルミニウム膜とその下のＮ型の非晶質珪素膜とをエッチングすることにより、ソース電極１０８とドレイン電極１０９を形成する。このエッチング工程において、エッチングストッパー１０６の作用によって、ソース／ドレインの分離が確実に行われる。（図１（Ｄ））
【００３１】
そして、酸化珪素膜またはポリイミド等の樹脂材料を用いて層間絶縁層１１０を６０００Åの厚さに形成する。酸化珪素膜を形成する場合には、酸化珪素被膜形成用の塗布液を用いればよい。最後にコンタクトホールの形成を行い、ＩＴＯを用いて画素電極１１１を形成する。以上のようにして、透光性を有する樹脂基板を用いて、アクティブマトリクス型の液晶表示装置の各画素電極に配置される薄膜トランジスタを得ることができる。（図１（Ｅ））
【００３２】
〔実施例２〕
本実施例は、実施例１に示した薄膜トランジスタを利用して、アクティブマトリクス型の液晶表示装置を構成する場合の例を示す。図３に本実施例に示す液晶電気光学装置の断面を示す。
【００３３】
図３において、３０１と３０２とが一対の基板を構成する厚さ１００μｍのＰＥＴフィルムである。３０３で示されるのが平坦化層として機能するアクリル樹脂層である。３０６が画素電極である。図３には、２画素分の構成が示されている。
【００３４】
３０４は対向電極である。そして３０７と３０８が液晶３０９を配向させる配向膜である。液晶３０９は、ＴＮ型液晶やＳＴＮ型液晶、さらには強誘電性液晶等を用いることができる。一般的にＴＮ液晶が利用される。また液晶層の厚さとしては、数μｍ〜１０μｍ程度が利用される。
【００３５】
画素電極３０６には、薄膜トランジスタ３０５が接続されており、この画素電極３０６に出入りする電荷は、薄膜トランジスタ３０５によって制御される。ここでは、１つの画素電極３０６における構成を代表的に示すが、他に必要とする数で同様な構成が形成される。
【００３６】
図３に示すような構成においては、基板３０１と３０２とが、可撓性を有しているので、液晶パネル全体をフレキシブルなものとすることができる。
【００３７】
〔実施例３〕
本実施例は、アクティブマトリクス型の液晶表示装置に利用されるＣｏｐｌａｎａｒ型の薄膜トランジスタを作製する場合の例を示す。図２に本実施例に示す薄膜トランジスタの作製工程を示す。まずフィルム状の有機樹脂基板として、厚さ１００μｍのＰＥＴフィルム２０１を用意する。そして１８０℃の加熱処理を加えて、ＰＥＴフィルム中からの脱ガス化を促進させる。そしてその表面にアクリル樹脂からなる層２０２を形成する。ここでは、アクリル樹脂としてアクリル酸エチルエステルを用いる。
【００３８】
次にチャネル形成領域が形成される実質的に真性（Ｉ型）な半導体層２０３をプラズマＣＶＤ法で成膜する。以下に成膜条件を示す。
成膜温度（基板を加熱する温度） １６０℃
反応圧力 ０．５Ｔｏｒｒ
ＲＦ（１３．５６ ＭＨｚ） ２０ｍＷ／ｃｍ2
反応ガス ＳｉＨ4
ここでは平行平板型のプラズマＣＶＤ装置を用いて成膜を行う。
【００３９】
さらにＮ型の非晶質珪素膜を平行平板型のプラズマＣＶＤ法で３００Åの厚さに成膜する。以下に成膜条件を示す。
成膜温度（基板を加熱する温度） １６０℃
反応圧力 ０．５Ｔｏｒｒ
ＲＦ（１３．５６ ＭＨｚ） ２０ｍＷ／ｃｍ２
反応ガス Ｂ２ Ｈ６ ／ＳｉＨ４ ＝１／１００
【００４０】
そしてＮ型の非晶質珪素膜をパターニングして、ソース領域２０５とドレイン領域２０４を形成する。（図２（Ａ））
【００４１】
そしてゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜または窒化珪素膜をスパッタ法で成膜し、パターニングを施すことにより、ゲイト絶縁膜２０６を形成する。さらにアルミニウムによりゲイト電極２０７を形成する。（図２（Ｂ））
【００４２】
次に層間絶縁膜としてポリイミドの層２０８を５０００Åの厚さに成膜する。さらにコンタクトホールの形成を行い、画素電極となるＩＴＯ電極２０９をスパッタ法で形成し、薄膜トランジスタを完成させる。（図２（Ｃ））
【００４３】
〔実施例４〕
本実施例では、実施例１または実施例２に示した構成において、半導体層を微結晶半導体膜で構成する場合の例を示す。まず実質的に真性な半導体層を微結晶（マイクロクリスタル）半導体層とする場合の成膜条件を示す。
成膜温度（基板を加熱する温度） １６０℃
反応圧力 ０．５Ｔｏｒｒ
ＲＦ（１３．５６ ＭＨｚ） １５０ｍＷ／ｃｍ2
反応ガス ＳｉＨ4／Ｈ2＝１／３０
ここでは平行平板型のプラズマＣＶＤ装置を用いて成膜を行う。
【００４４】
次にＮ型の微晶質珪素膜を成膜する場合の成膜条件を示す。この場合も平行平板型のプラズマＣＶＤ装置を用いて成膜を行う場合の例である。
成膜温度（基板を加熱する温度） １６０℃
反応圧力 ０．５Ｔｏｒｒ
ＲＦ（１３．５６ ＭＨｚ） １５０ｍＷ／ｃｍ２
反応ガス Ｂ２ Ｈ６ ／ＳｉＨ４ ＝１／１００
【００４５】
一般的に投入パワーを１００〜２００ｍＷ／ｃｍ２ とすることによって、微結晶珪素膜を得ることができる。またＩ型の半導体層の場合には、パワーを高くするのに加えて、シランを水素で１０〜５０倍程度希釈すると効果的である。しかしながら水素希釈を行うと、成膜速度が低下する。
【００４６】
〔実施例５〕
本実施例は、他の実施例で示すようなプラズマＣＶＤ法で形成れた珪素膜に対して、フィルム状の基体（基板）を加熱しない程度のパワーでレーザー光を照射する構成に関する。
【００４７】
ガラス基板上に形成された非晶質珪素膜に対してレーザー光（例えばＫｒＦエキシマレーザー光）を照射して、結晶性珪素膜に変成する技術が知られている。また珪素膜に対して、一導電型を付与する不純物イオンを注入した後に、レーザー光を照射することによって、結晶化（イオンの注入により珪素膜は非晶質化する）と不純物イオンの活性化を行う技術が知られている。
【００４８】
本実施例に示す構成は、上記のようなレーザー光の照射プロセスを利用したものであって、図１の非晶質珪素膜１０５や図２の非晶質珪素膜２０３や２０４に対して極弱いレーザー光を照射し、非晶質珪素膜を結晶化させることを特徴とする。また予め成膜される膜が微結晶珪素膜である場合には、その結晶性を向上させることができる。
【００４９】
レーザー光としては、ＫｒＦエキシマレーザーやＸｅＣｌエキシマレーザーを用いればよい。またその照射エネルギーは、１０〜５０ｍＪ／ｃｍ２ とし、樹脂基板１０１または２０１に対して熱的なダメージを与えないようにすることが重要である。
【００５０】
【発明の効果】
本明細書に開示する発明を採用することにより、アクティブマトリクス型の液晶表示装置において、
・装置自体の厚さを薄くすることができる。
・重量を軽くすることができる。
・外力によって基板が割れたりしないものを得ることができる。
・柔軟性を有するものを得ることができる。
このような液晶表示装置は、広い用途に利用することができ、極めて有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図２】実施例の薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図３】液晶パネルの断面の概略を示す図。
【符号の説明】
１０１、２０１ ＰＥＴフィルム基板（ポリエチレンテレフタレート）
３０１、３０２
１０２、２０２ アクリル樹脂層
３０３
１０３、２０７ ゲイト電極
１０４、２０６ ゲイト絶縁膜
１０５、２０３ 実質的に真性な非晶質珪素膜
１０６ エッチングストッパー層
１０７ Ｎ型の非晶質珪素膜
１０８ ソース電極
１０９ ドレイン電極
１１０ 層間絶縁膜
１１１、２０９ 画素電極
２０５ ソース領域
２０４ ドレイン領域
３０４ 対向電極
３０５ 薄膜トランジスタ
３０６ 画素電極
３０７、３０８ 配向膜
３０９ 液晶材料
Claims (17)
- 可撓性を有する基板に加熱処理を行った後、該可撓性を有する基板の上方に樹脂層を形成し、該樹脂層の上方に薄膜トランジスタを形成する表示装置の作製方法であって、
前記可撓性を有する基板は、樹脂基板であることを特徴とする表示装置の作製方法。 - 可撓性を有する基板に加熱処理を行った後、該可撓性を有する基板の上方に樹脂層を形成し、該樹脂層の上方に薄膜トランジスタを形成する表示装置の作製方法であって、
前記可撓性を有する基板は、プラスチック基板であることを特徴とする表示装置の作製方法。 - 可撓性を有する基板に加熱処理を行った後、該可撓性を有する基板の上方に樹脂層を形成し、該樹脂層の上方に薄膜トランジスタを形成する表示装置の作製方法であって、
前記可撓性を有する基板は、ポリエチレンテレフタレート基板、ポリエチレンナフタレート基板、ポリエチレンサルファイト基板またはポリイミド基板であることを特徴とする表示装置の作製方法。 - 可撓性を有する基板に加熱処理を行った後、該可撓性を有する基板の上方に樹脂層を形成し、該樹脂層の上方に逆スタガ型の薄膜トランジスタを形成する表示装置の作製方法であって、
前記可撓性を有する基板は、樹脂基板であることを特徴とする表示装置の作製方法。 - 可撓性を有する基板に加熱処理を行った後、該可撓性を有する基板の上方に樹脂層を形成し、該樹脂層の上方に逆スタガ型の薄膜トランジスタを形成する表示装置の作製方法であって、前記可撓性を有する基板は、プラスチック基板であることを特徴とする表示装置の作製方法。
- 可撓性を有する基板に加熱処理を行った後、該可撓性を有する基板の上方に樹脂層を形成し、該樹脂層の上方に逆スタガ型の薄膜トランジスタを形成する表示装置の作製方法であって、前記可撓性を有する基板は、ポリエチレンテレフタレート基板、ポリエチレンナフタレート基板、ポリエチレンサルファイト基板またはポリイミド基板であることを特徴とする表示装置の作製方法。
- 可撓性を有する基板に加熱処理を行った後、該可撓性を有する基板の上方に樹脂層を形成し、該樹脂層の上方に薄膜トランジスタを形成し、該薄膜トランジスタの上方に層間絶縁層を形成し、該層間絶縁層の上方に前記薄膜トランジスタに電気的に接続された画素電極を形成する表示装置の作製方法であって、
前記可撓性を有する基板は、樹脂基板であることを特徴とする表示装置の作製方法。 - 可撓性を有する基板に加熱処理を行った後、該可撓性を有する基板の上方に樹脂層を形成し、該樹脂層の上方に薄膜トランジスタを形成し、該薄膜トランジスタの上方に層間絶縁層を形成し、該層間絶縁層の上方に前記薄膜トランジスタに電気的に接続された画素電極を形成する表示装置の作製方法であって、
前記可撓性を有する基板は、プラスチック基板であることを特徴とする表示装置の作製方法。 - 可撓性を有する基板に加熱処理を行った後、該可撓性を有する基板の上方に樹脂層を形成し、該樹脂層の上方に薄膜トランジスタを形成し、該薄膜トランジスタの上方に層間絶縁層を形成し、該層間絶縁層の上方に前記薄膜トランジスタに電気的に接続された画素電極を形成する表示装置の作製方法であって、
前記可撓性を有する基板は、ポリエチレンテレフタレート基板、ポリエチレンナフタレート基板、ポリエチレンサルファイト基板またはポリイミド基板であることを特徴とする表示装置の作製方法。 - 可撓性を有する基板に加熱処理を行った後、該可撓性を有する基板の上方に樹脂層を形成し、該樹脂層の上方に逆スタガ型の薄膜トランジスタを形成し、該薄膜トランジスタの上方に層間絶縁層を形成し、該層間絶縁層の上方に前記薄膜トランジスタに電気的に接続された画素電極を形成する表示装置の作製方法であって、
前記可撓性を有する基板は、樹脂基板であることを特徴とする表示装置の作製方法。 - 可撓性を有する基板に加熱処理を行った後、該可撓性を有する基板の上方に樹脂層を形成し、該樹脂層の上方に逆スタガ型の薄膜トランジスタを形成し、該薄膜トランジスタの上方に層間絶縁層を形成し、該層間絶縁層の上方に前記薄膜トランジスタに電気的に接続された画素電極を形成する表示装置の作製方法であって、
前記可撓性を有する基板は、プラスチック基板であることを特徴とする表示装置の作製方法。 - 可撓性を有する基板に加熱処理を行った後、該可撓性を有する基板の上方に樹脂層を形成し、該樹脂層の上方に逆スタガ型の薄膜トランジスタを形成し、該薄膜トランジスタの上方に層間絶縁層を形成し、該層間絶縁層の上方に前記薄膜トランジスタに電気的に接続された画素電極を形成する表示装置の作製方法であって、
前記可撓性を有する基板は、ポリエチレンテレフタレート基板、ポリエチレンナフタレート基板、ポリエチレンサルファイト基板またはポリイミド基板であることを特徴とする表示装置の作製方法。 - 請求項１乃至請求項１２のいずれか一項において、前記加熱処理は、後のプロセス中に加えられる温度よりも高い温度で行われることを特徴とする表示装置の作製方法。
- 請求項１乃至請求項１３のいずれか一項において、前記可撓性基板は、凹凸を有することを特徴とする表示装置の作製方法。
- 請求項１乃至請求項１４のいずれか一項において、前記樹脂層は、アクリル樹脂層であることを特徴とする表示装置の作製方法。
- 請求項１乃至請求項１４のいずれか一項において、前記樹脂層は、アクリル酸メチルエステル樹脂層、アクリル酸エチルエステル樹脂層、アクリル酸ブチルエステル樹脂層またはアクリル酸２−エチルヘキシルエステル樹脂層であることを特徴とする表示装置の作製方法。
- 請求項１乃至請求項１６のいずれか一項において、前記樹脂層の表面は、平坦であることを特徴とする表示装置の作製方法。
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