JP3825515B2 - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置にかかり、詳しくは非晶質シリコンに線状エネルギービームを複数回走査させて照射し、多結晶化するための走査方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
液晶表示装置の薄膜トランジスタの製造方法で、非晶質シリコン層の一部を多結晶化することにより低抵抗化し、ソース・ドレイン領域を形成する製造方法が開発されている。この非晶質シリコンを多結晶化するには、エネルギービームを照射し、溶融させ、再結晶化させる方法が採られている。
【0003】
このエネルギービームの照射方法に関し、特開平61−187222号公報には、エネルギービームを線状に変換して照射する方法が開示されている。
また、特開平2−78217号公報には、この線状のエネルギービームを複数回走査させて照射する場合に、その重複領域を一定に保つ方法が開示されている。
【0004】
しかしながら、上述したように重複領域を持たせると、その重複領域が、当然他の領域に比べてエネルギービームの照射量が多くなり、薄膜トランジスタの特性、特に閾値特性が微妙に変化してしまい、画像に表示ムラが現れてしまう。図5に示すように特に上述したように重複領域を常に一定に保った場合、表示ムラが一直線状に現れてしまい、視覚的に非常に強調されて見えてしまうという問題がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、線状ビームビームの照射方法に特徴を持たせることにより、視覚的に表示ムラが目立たない液晶表示装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、非晶質シリコン層に線状エネルギービームを照射及び走査して、非晶質シリコン層を多結晶シリコン層に変換し、前記線状エネルギービームの照射及び走査は、多結晶シリコン層に変換される領域全体を覆うように、その位置をシフトして複数回行われる工程を備えた液晶表示装置の製造方法において、前記線状エネルギービームはその長軸方向に沿って重ね合わせて走査される重複領域とこの重複領域に挟まれた非重複領域とを有し、前記重複領域と前記非重複領域との境界が非直線状となるように走査され、線状エネルギービームの走査は、走査方向に対し垂直に振動させながら行われることを特徴とする液晶表示装置の製造方法である。
【0007】
本発明によれば、エネルギービームの重複領域と非重複領域との境界が非直線状になることでエネルギービーム照射量による個々のTFTの特性差に起因する表示ムラを視覚的にとらえにくくすることができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
(実施例1)
図10に液晶表示装置の構造を示す。絶縁基板1上に薄膜トランジスタ(TFT)101と画素電極4が形成されたアレイ基板102と、他の絶縁基板103上にカラーフィルタ104と対向電極105とが形成された対向基板106とがスペーサ107及びシール108材を介して対向配置されており、この間隙に液晶109が封入されている。さらにアレイ基板102及び対向基板106の外側面には偏光板110、111が貼り付けてある。
【0009】
図1に、本発明の一実施例に使用されるTFT101の構造を示す。まずガラスからなる絶縁基板1上にインジウム・錫酸化物(ITO)からなる画素電極4が形成されている。そして、モリブデン・タングステン(MoW)合金からなるソース電極5とドレイン電極6が形成されている。ドレイン電極6は、下層にITO膜が敷かれており、2層構造となっている。また、ソース電極5はやはり下層に画素電極4の延長であるITO膜が敷かれている。
【0010】
次に、絶縁基板1上に、ソース電極5とドレイン電極6とに接続されたn型多結晶半導体層7と、このn型多結晶半導体層7に挟まれた非晶質シリコンからなる活性層7aが形成されている。そして、半導体層7上に窒化シリコン(SiNx)からなるゲート絶縁膜8が形成され、さらにその上にアルミニウム(Al)層とモリブデン(Mo)層10からなるゲート電極11が形成されている。そして、最上部に窒化シリコンからなる保護膜13が被覆されている。
【0011】
以上のようにして構成されるTFT101の製造工程について、図2A〜2Cを参照して、以下に詳細に説明する。
まずガラスからなる絶縁基板1上に、スパッタリング法によりITO膜2と、MoW合金膜3とを順次積層成膜する。次いで、フォトリソグラフィ法によりこれらITO膜2及びMoW合金膜3をパターニングして、画素電極4、ドレインライン、ソース電極5、及びドレイン電極6を形成する(図2A)。このとき、画素電極4上にはMoW合金膜3が被覆されているが、このMoW合金膜3は後に除去される。
【0012】
次に、図2Bに示すように、厚さ1000オングストロームの非晶質シリコン層7aと、厚さ4000オングストロームの窒化シリコン膜8とをプラズマCVD法により順次積層形成し、さらにスパッタ法により、Al膜9とMo10とを積層する。その後、フォトリソグラフィ法によりMo膜10、Al膜9、及びSiNx膜8を同一パターンでエッチング加工し、Al膜9とMo膜10の2層からなるゲート電極11、及びSiNx膜からなるゲート絶縁膜8を形成する。このとき、非晶質シリコン層7aまでエッチングしないようにする。非晶質シリコン層7aへの過剰エッチングを防ぐため、酸化シリコン(SiOx)等の膜を非晶質シリコン層7aの上層に形成しておくこともある。その後、ゲート電極11をマスクとして用いて、非晶質シリコン層7aに、非質量分離型のイオン注入装置により、加速電圧60kV、ドーズ量3×1015/cm2 でリン(P)を添加し、非晶質シリコン層7aの一部をn型非晶質シリコンとし、そして、波長308nmのXeClエキシマレーザ装置により、非晶質シリコン層7aにエネルギー密度150mJ/cm2 のエネルギービームを照射し、Pの添加された非晶質シリコン層7aをn型多結晶シリコン層7とし、このn型多結晶シリコン層7をフォトリソグラフィ法によりエッチング加工して、ソース・ドレインコンタクト領域を形成する(図2C)。
【0013】
次に、このようにして形成された構造体の全面に、例えばSiNx等をプラズマCVD法により被覆し、保護膜13を形成する。そして、周辺電極上と画素電極上の保護膜13をフォトリソグラフィ法によってエッチング除去する。さらに、この時点でITOからなる画素電極4上にMoW合金膜3が残っているので、このMoW合金膜3をエッチング除去する。
【0014】
こうして、図1に示すように、ソース電極5、ドレイン電極6、画素電極4、多結晶半導体層7、ゲート絶縁膜8、ゲート電極9、保護膜13からなるTFTを有する液晶表示装置のアレイ基板102を得ることができる。
【0015】
このアレイ基板102に対し、絶縁基板103にカラーフィルタ104と対向電極105を形成した対向基板106をスペーサ107とシール材108を介して貼り合わせ、その中に液晶109を封入する。さらにアレイ基板102と対向基板106の外側面に偏光板110、111を貼り付けて液晶表示装置を得ることができる。
【0016】
次に、前述した非晶質シリコンを多結晶化する際の線状エネルギービーム照射について詳細に説明する。
図3に本実施例で用いたエキシマレーザアニール装置の外観を示す。このエキシマレーザアニール装置は、線状エネルギービームを形成する光学系を有している。
【0017】
図3において、レーザ発振源として、発振波長308nmのエキシマレーザ発振源21を用いた。このエキシマレーザ発振源21から発振されたエネルギービーム22は、第1のミラー23により反射され、進路を変えられ、次いで、ホモジナイザを含む光学系24を通り、第2のミラー25により反射され進路を変えられる。
【0018】
そして、エネルギービームは結像レンズ26によりステージ台27上に載せられた基板28上に、線状ビーム29として結像される。このステージ台27は、X軸方向に移動することができ、一方向光学系の第1のミラーから結像レンズ26までは一体となってY軸方向に移動することができる。つまり、走査方向をX軸方向、走査方向に対して垂直方向をY軸方向とする。
【0019】
図4Aは、線状エネルギービーム強度のX軸方向の断面プロファイルを、図4Bは、線状エネルギービーム強度のY軸方向の断面プロファイルを示しており、その両断面プロファイルはトップフラットの台形プロファイルを示している。線状エネルギービームのX軸方向(幅方向)のエネルギー密度均一部の長さは0.4mmであり、Y軸方向(長手方向)のエネルギー密度均一部の長さは100mmである。ただし、各軸の端部は裾を引いており、エネルギー強度最大値の10%から90%の間で、X軸方向では約0.05mm、Y軸方向では約1mmの裾をひいている。
【0020】
この第1のミラー23から結像レンズ26までの光学系は、エネルギービームの発振に同期させて移動させる。そして、エネルギービームの発振周波数は100Hzで、線状エネルギービームのX軸方向のオーバーラップ量が75%となるように線状エネルギービームの1パルス照射に対してステージ台29を0.1mmX軸方向に移動させる。つまり、線状エネルギービームのX軸方向の幅は0.4mmなので、一カ所につき4ショットのエネルギービーム照射が行われることになる。
【0021】
ここで、本実施例においては、第n+1列目との重複領域が直線的になるのを防ぐために、第n列目の線状エネルギービーム照射の走査の時に、光学系をY軸方向にランダムに振動中心に対して±2mmの範囲で、1ショット0.5mmのステップで移動させている。
【0022】
次に、第n列目の線状エネルギービームの走査後、第1のミラー23から結像レンズ26までの光学系をY軸方向に96mm移動させ、続いて、第n+1列目の走査を行う。そして、光学系を第n列目の照射時と同様にY軸方向にランダムに最大幅2mmの範囲で1ショット0.5mmのステップで移動させて走査する。このような線状エネルギービームのn列とn+1列の走査の状態を図5に模式的に示す。
【0023】
図7は、走査方向と垂直な方向に振動させつつ走査させた第n列目と第n+1列目の線状エネルギービームを重ね合わせた場合の、X軸方向0.1mm、Y軸方向0.5mmの領域のショット回数を、個別の回数と重ね合わせた回数とを表した図である。図7から、第n列目と第n+1列目の線状エネルギービームの重複領域のショット回数は、徐々に変化していることが分かる。
【0024】
図6Aは線状エネルギービームの第n列目と第n+1列目の重複領域を示す図、図6Bは、Y軸方向に振動する第n列目と第n+1列目の線状エネルギービームの端部の形状を示す図である。図6Aおよび6Bから明らかなように、線状エネルギービームの第n列目と第n+1列目の重複領域はランダムな形状とされており、そうすることにより、重複領域と重複していない領域との境界部におけるTFTの特性(特に閾値特性)が徐々に変化していくため、これに起因する表示ムラが視覚的にとらえにくくなり、見た目に良好な画像が得られる。
【0025】
また、本実施例では第n列目、第n+1列目ともにY軸方向にランダムに動かしながらX軸方向に走査したが、例えば、第n列目をランダムに、第n+1列目を直線状に走査してもかまわないし、また、第n列目をランダムに、第n+1列目は第n列目と同様の挙動で走査してもかまわない。第n列目と第n+1列目の境界の形状は、周期関数曲線とすることができる。
【0026】
以上の例では、光学系をY軸方向に移動させることにより線状エネルギービームの振動を行ったが、ステージを移動させることも可能である。
さらに、以上の例では、光学系又はステージをY軸方向に移動させることにより、第n列目と第n+1列目の線状エネルギービームの重複領域を非直線的にしているが、図9に示すように、結像レンズ26の下に、複数の光変調素子30を線状エネルギービーム29に沿って並べた光変調素子アレイ40を配置し、線状エネルギービームの端部に対応する位置にある光変調素子30の屈折率又は透過率を変化させても良い。
【0027】
(実施例2)
次に実施例1とは構成の異なるTFTを例に挙げて説明する。
図11に本実施例のTFT201の構成を示す。ガラスからなる絶縁基板202上に多結晶シリコン層203が形成されており、この多結晶シリコン層203はチャネル領域203aとこのチャネル領域203aを挟むようにソース領域203b及びドレイン領域203cを有している。その他結晶シリコン層203を覆うようにゲート絶縁膜204が形成されている。さらにゲート絶縁膜204上にゲート電極205がパターニング形成されており、ゲート電極205を覆うように層間絶縁膜206が形成されている。そして層間絶縁膜206に設けられたコンタクトホールを介してソース電極207とソース領域203bが、またドレイン領域203cとドレイン電極208がそれぞれ接続している。そしてソース電極207に画素電極209が接続されている。
【0028】
次にこのTFT201の製造方法を以下に説明する。まずガラスからなる絶縁基板202上におよそ800オングストロームの非晶質シリコン層をプラズマCVD法により成膜する。続いてこの非晶質シリコン層に線状エネルギービームを走査しながら照射して多結晶シリコン層203とする。このときのエネルギー密度は300〜500mJ/cm2 程度に設定する。そして、実施例1と同様に複数の走査の重複領域が非直線状になるように照射を行う。このようにして形成された多結晶シリコン層203を島状にパターニングする。
【0029】
次に多結晶シリコン層203を覆うようにゲート絶縁膜204としてSiOxを成膜し、MoW合金をスパッタ法により堆積させる。堆積したMoW合金をパターニングしてゲート電極205とする。次にこのゲート電極205をマスクとして多結晶シリコン層203のソース領域203b及びドレイン領域203cとなる領域にイオンドーピングを行う。次にこのゲート電極205を覆うように層間絶縁膜206としてSiOxを成膜する。さらにこの状態で先程ドーピングしたイオンの活性化を行い、続いて多結晶シリコン層203への水素化を行う。そしてソース領域203b及びドレイン領域203c上の層間絶縁膜206にコンタクトホールを形成し、Al等のソース電極207およびドレイン電極208をそれぞれソース領域203b、ドレイン領域203cに接続するように形成する。
【0030】
以上の実施例1、2では、画素領域のTFTの製造に本発明を適用したが、周辺の駆動回路、即ち図8に示すXドライバ、Yドライバに本発明を適用することも可能である。この場合、Xドライバが第n列目と第n+1列目の線状エネルギービームの重複領域を横切らないように、線状エネルギービームの走査方向をXドライバの延びる方向と平行にして、線状エネルギービームの重複領域をXドライバから外すことが好ましい。
【0031】
【発明の効果】
本発明によればTFTを形成する際に、線状エネルギービームを複数回走査する場合、重複して照射される領域を非直線的にすることにより、エネルギービーム照射量による個々のTFTの特性差に起因する表示ムラを視覚的にとらえにくくすることができ、その結果、良好な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例における液晶表示装置の薄膜トランジスタを示す断面図である。
【図2】図1に示す薄膜トランジスタの製造工程を示す断面図である。
【図3】本発明の実施例に使用されるエキシマレーザアニール装置の外観図である。
【図4】本発明の実施例に使用される線状エネルギービームのX軸方向、Y軸方向それぞれにおける照射幅とエネルギー強度の関係を示すグラフである。
【図5】本発明の実施例における第n列と第n+1列の走査の状態を模式的に示す図である。
【図6】本発明の実施例における第n列目と第n+1列目の線状エネルギービーム照射の重複領域を示す拡大図である。
【図7】本発明の実施例における第n列目と第n+1列目の線状エネルギービームを重ね合わせた場合のショット回数の、個別の回数と重ね合わせた回数とを表した図である。
【図8】本発明の実施例における周辺駆動回路を含む液晶表示装置を模式的に示す図である。
【図9】本発明に適用される線状エネルギービームの重複領域を非直線的にする他の装置を示す図である。
【図10】本発明の実施例における液晶表示装置の断面図である。
【図11】本発明の実施例2における薄膜トランジスタの断面図である。
【符号の説明】
1、202…絶縁基板
4、209…画素電極
5、207…ソース電極
6、208…ドレイン電極
7、203…半導体層
7a…活性層
8、204…ゲート絶縁膜
11、205…ゲート電極
13…保護膜
21…レーザ発振源
26…結像レンズ
27…ステージ台
28…基板
29…線状ビーム
Claims (9)
- 基板上に非晶質シリコン層を形成する工程と、前記非晶質シリコン層に線状エネルギービームを照射及び走査して、非晶質シリコン層を多結晶シリコン層に変換し、前記線状エネルギービームの照射及び走査は、多結晶シリコン層に変換される領域全体を覆うように、その位置をシフトして複数回行われる工程と、を備えたアレイ基板を形成する工程と、
前記アレイ基板と対向基板とを貼り合わせその間隙に液晶を封入する工程と、を備えた液晶表示装置の製造方法において、
前記線状エネルギービームはその長軸方向に沿って重ね合わせて走査される重複領域とこの重複領域に挟まれた非重複領域とを有し、前記重複領域と前記非重複領域との境界が非直線状となるように走査され、前記線状エネルギービームの走査は、走査方向に対し垂直に振動させながら行われることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 - 前記複数回の走査のうち、前記線状エネルギービームの走査は、n回目とn+1回目との少なくとも一方において走査方向に対し垂直に振動させながら行われることを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記線状エネルギービームの走査は、前記アレイ基板を載せたステージを前記走査の方向とは垂直方向に移動させて行われることを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置の製造方法。
- 基板上に非晶質シリコン層を形成する工程と、前記非晶質シリコン層に線状エネルギービームを照射及び走査して、非晶質シリコン層を多結晶シリコン層に変換し、前記線状エネルギービームの照射及び走査は、多結晶シリコン層に変換される領域全体を覆うように、その位置をシフトして複数回行われる工程と、を備えたアレイ基板を形成する工程と、
前記アレイ基板と対向基板とを貼り合わせその間隙に液晶を封入する工程と、を備えた液晶表示装置の製造方法において、
前記線状エネルギービームはその長軸方向に沿って重ね合わせて走査される重複領域とこの重複領域に挟まれた非重複領域とを有し、前記重複領域と前記非重複領域との境界が非直線状となるように走査され、前記線状エネルギービームの光路に、屈折率又は透過率を変化可能な複数の光変調素子からなる光変調素子アレイを配置し、前記線状エネルギービームの端部に対応する位置にある光変調素子の屈折率又は透過率を変化させることにより、前記重複領域と非重複領域との境界を非直線的にすることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 - 前記線状エネルギービームが照射される前記アレイ基板は基板の周辺部に長軸方向に略平行なX駆動回路部、及び短軸方向に略平行なY駆動回路部とを有し、前記線状エネルギービームの走査方向は少なくとも一方の駆動回路部に略平行であることを特徴とする請求項1または請求項4記載の液晶表示装置の製造方法。
- 少なくとも一方の駆動回路部には、前記線状エネルギービームが一度の走査のみで照射されることを特徴とする請求項5記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記線状エネルギービームの走査方向はX駆動回路部に略平行であることを特徴とする請求項5記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記重複領域と非重複領域との境界の形状は周期関数曲線に近似することを特徴とする請求項1または請求項4記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記線状エネルギービームは、エキシマレーザビームであることを特徴とする請求項1または請求項4記載の液晶表示装置の製造方法。
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