JPH04133029A - 半導体装置の作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は薄膜トランジスタを用いて液晶に加える電界を
制御して光シャッターの透過率を変化させる液晶装置に
利用される。特に２価格の低減化、重量の削減に大きく
貢献する物である。

「従来の技術」 最近、化学的気相法等によって２作成された非晶質半導
体薄膜を利用した薄膜トランジスタを液晶装置か注目さ
れている。

この薄膜トランジスタは、絶縁性基板上に前述の如く化
学的気相法等を用いて形成されるので。

その作成雰囲気温度か最高で４５０°Ｃ程度と低温で形
成でき、安価なソーダガラス、ホウケイ酸ガラス等を基
板として用いる事か出来る。

この薄膜トランジスタは電界効果型であり、いわゆるＭ
ＯＳＦＥＴと同様の機能を有しているか、前述の如く安
価な絶縁性基板上に低温で形成でき、さらにその作製す
る最大面積は薄膜半導体を形成する装置の寸法にのみ限
定されるもので、容易に大面積基板上にトランジスタを
作製できるという利点を持っていた。このため多量の画
素を持つマトリクス構造の液晶デイスプレーのスイッチ
ング素子や一次元又は二次元の光シャッター等のスイッ
チング素子として極めて有望である。

また、この薄膜トランジスタを作製するにはすてに確立
された技術であるフォトリソグラフィーか応用可能で、
いわゆる微細加工が可能であり、ＩＣ等と同様に集積化
を図ることも可能であった。

この従来より知られたＴＰＴの代表的な構造を第１図に
概略的に示す。

（２１）はガラスよりなる絶縁性基板であり、（２２）
は非晶質半導体よりなる薄膜半導体層、（２３）、（２
４）はソースドレイン領域で、（２５）、（２６）はソ
ースドレイン電極、（２７）はゲート絶縁膜で（２８）
はゲート電極であります。

このように構成された薄膜トランジスタはゲート電極（
２８）に電圧を加えることにより、゛ノースドレイン（
２３）、（２４）間に流れる電流を調整するものてあり
ます。

この時、この薄膜トランジスタの応答速度は次式で与え
られる。

Ｓ＝μ・Ｖ／Ｌ２ ここでＬはチャネル長、μはキャリアの移動度。

■はゲート電圧。

この薄膜トランジスタに用いられる非晶質半導体層は半
導体層中に多量の結晶粒界等を含んでおり、これらが原
因で単結晶の半導体に比べてキャリアの移動度か非常に
小さく上式より判るようにトランジスタの応答速度が非
常に遅いという問題が発生していた。特に非晶質シリコ
ン半導体を用いた時その移動度はおおよそ０．１〜１（
ｃｍ２／Ｖ・５ｅｃ）程度て、はとんどＴＰＴとして動
作しない程度のものであった。

液晶装置の各光シャッターを制御するための薄膜トラン
ジスタとしてはこれでも充分な特性であるか、液晶装置
駆動用のドライバー動作をする薄膜トランジスタ（周辺
回路用ＴＰＴ）は、移動度か５０ｃｍ２／Ｖ−ｓｅｃ以
上を持つ半導体層をチャネルとしたトランジスタを使用
しなければならなかった。

その為、従来の液晶装置は非晶質半導体層からなるＴＰ
Ｔのみを基板上に形成し、光シャッターのスイッチング
素子として利用し、液晶部、動用のドライバー動作をす
る素子はＩＣ（半導体集積回路）チップを樹脂モールド
したパッケージ半導体を複数個液晶装置の裏面または側
面に設けた構成となっており、容積、重量を削減するこ
とができず液晶装置の小型、軽量化への大きな障害とな
っていた。

「発明の目的」 本発明は、前述の如き問題を解決するものであり、また
必要な部分のＴＰＴのみ従来より知られたＴＰＴに比べ
て、高速で動作するＴＰＴを、複雑な工程かなく、再現
性良く、より低温で提供することをその目的とするもの
であります。

「発明の構成Ｊ 上記目的を達成するために本発明は、基板上に薄膜トラ
ンジスタ素子を複数個有する液晶装置において、光シャ
ッターのスイッチング素子として非晶質半導体層をチャ
ネル形成領域に使用したＴＰＴを用い、液晶装置駆動用
のドライバー回路に使用されるＴＰＴとして、結晶性を
持つ半導体層をチャネル形成領域に使用したＴＰＴを用
い、これらの複数のＴＰＴ素子を同一の基板上に形成し
て、液晶装置を構成したことを特徴とするものでありま
す。

この結晶性を持つ半導体層とは非晶質半導体層をアニー
ル処理等の結晶化技術を用いて半導体層のグレインサイ
ズを増し、半導体層の移動度を液晶装置駆動用のドライ
バー特性に合うように高めた物であり、より好ましくは
５０　ｃｍ２／Ｖ　−ｓｅｃ以上にしたものを使用する
。

その為二の駆動用のＴＰＴは、光シャッター用のスイッ
チング素子を構成する半導体層と同時に形成された非晶
質半導体層に結晶化処理を施して、移動度の高い素子を
得ることができる。その際には結晶化処理技術として、
レーザ、ランプ等の光を使用したアニール処理により、
基板への熱の影響を少なくすることか可能なので、前述
のような安価なソーダガラス基板を使用することか可能
となる。またこの光、特にレーザは不純物のドーピング
、レーザ光による半導体層の切断等のだのプロセスとの
組合せか容易で、より簡単に、安価に処理を行うことが
可能である。

即ち本発明においては、基板上の整列した複数の部分に
直線状或いはドツト状にレーザー光を照射することかで
きる直線状に照射する場合には直線部分のドーピング領
域の作製、結晶化の促進或いはドーピング領域の切断を
同時に行うことかでき、非晶質半導体薄膜の複数の部分
のドーピング領域の作製、結晶化の促進、ドーピング領
域の切断を短時間で行うことかできる。また、ドツト状
に照射する場合においても１ケ所に照射した後の基板の
移動のためのプログラムか、整列した部分への照射のた
めに簡単であるうえ、工程上も、非晶質半導体薄膜の複
数の部分の１・−ピング領域の作製、結晶化の促進、ド
ーピング領域の切断を、短時間て行うことかてきる。

また、液晶装置の場合、駆動用の周辺回路部分はブロッ
ク状に集まっているのて同一基板状に設けるさいには基
板サイズを大きくすることて、特に大きな問題もなく実
現することかできる。また集まっているので、結晶化処
理か行い安く、処理時間を短縮することが可能となる。

以下に実施例により本発明の詳細な説明する。

「実施例」 本実施例においては、液晶デイスプレィに用いるための
コプレナー型の薄膜トランジスタの作製について示す。

また、本実施例においては、結晶化処理をレーザ光にて
行い、ＴＰＴのパターン形成にはレーザ加工、ＴＰＴの
不純物領域形成にはレーザドーピングを利用して、レー
ザ光の共通化を図ったプロセスを採用した。

本実施例に対応する薄膜トランジスタの概略的な作製工
程を第１図に示す。

まず、基板（１）として、画素電極としてパタニングさ
れたＩＴＯ電極（１９）を有する３００ｍｍＸ　３００
ｍｍのソーダガラスを用い、この基板（１）をプラズマ
発生か可能な装置の反応室内に入れ、この基板上に公知
のプラズマＣＶＤ法によって、■型の高抵抗性（■型）
の非晶質半導体層（２）を約５０００人形成する。（第
１図（ａ））この時の非晶質半導体層（２）の作製条件
を以下に示す。

基板温度　　　　　　　　２４０°Ｃ 反応圧力　　　　　　　　０．０５ＴｏｒｒＲｆパワー
　　　　　　　　　９０Ｗ ガス　　　　　　　　　　Ｓ　ｉＨ４ 次に反応室内のガスを排気した後、水素ガスとホスフィ
ンガス（ＰＨ３）の混合ガスを導入し、圧力０．　ＩＴ
ｏｒｒて高周波電力を６０Ｗ印加してプラズマ状態とし
た。この時のホスフィンは約１５９６となるように混合
した。基板上の高抵抗の非晶質半導体層（２）はこの混
合ガスの雰囲気下に置かれている。この時基板加熱は行
わなかった。

そして、駆動用トランジスタとなる高抵抗の非晶質半導
体層（２）のソース、トルインを含む領域に対し、エキ
シマレーサー光（２４８，７ｎｍ）　　（１０）を照射
した（第１図（ｂ））。

ビームの形状は光学系により集光し、その巾をソース、
トレインを含む領域（ドーピング領域）（５）の巾に一
致するようにし、長さについては基板の長さ（３００ｍ
ｍ）とし、第１図（ｃ）に示すように、直線上にある部
分を同時にドーピングせしめた。ただし、第１図（Ｃ）
については、ドーピングした領域（５）のみを示す。

この時のレーサー光の条件は、０．０５Ｊ／ｃｍのエネ
ルギー密度で、パルス巾１０μＳｅＣで１５００パルス
照射した。

これによってリンは、このレーザ光か照射された領域に
のみドーピングされる。

ドーピング領域の深さはレーザ光の照射回数及びエネル
ギーによって調整可能であるか、エネルギー量か多いと
半導体層に損傷を与えてしまうことがあるので、低エネ
ルギーに保ち照射回数によってドーピングされる深さを
制御する方か工程上のマージンか増す。本実施例におい
てはそのドーピングされる深さを５００人とした。

次にこのドーピング領域（５）に対し、被照射面上で巾
２μｍ長さ３００ｍｍの長方形の照射断面となるように
ドープの際に用いた光学系とは別の光学系によって集光
された波長２４８．７ｎｍのエキシマレーザ光（１１）
を照射し、ドーピング領域（５）をソース領域（３）と
ドレイン領域（４）に切断し、第１図（ｃｌ）の状態を
得た。この時のレーザ光の照射条件はパワー密度ＩＪ／
ｃｍ２．パルス巾１０μＳｅｃである。このレーザ光を
本実施例の場合、４パルス照射してドーピング領域（５
）を切断した。

この照射回数及びレーザの条件は被加工物によって異な
り、本実施例の場合は予備実験を行って前述の条件を出
してその条件を用いた。

次に、液晶装置駆動用のドライバーＴＰＴとなる部分の
みに対して、この切断の際に用いた光学系をそのまま用
いてこの切断部分（１２）下の高抵抗の非晶質半導体層
（１５）に対し、再びレーザ光（１４）を照射しＱの部
分の半導体層の結晶化を助長し、キャリア移動度を向上
させた。得られたキャリアの移動度は約８０　ｃｍ２／
Ｖｓｅｃてあり、この部分は多結晶化していた（第１図
（ｅ））。

この時のレーザ光の条件はパワー密度０．５Ｊ／ｃｍ２
パルス巾１０μＳｅｅてあり２パルス照射した。この条
件で通常の非晶質珪素半導体に照射する定性実験を行っ
たところ照射する前の移動度の約１００倍の値が得られ
ている。

次に、反応室内の気体を排気し、ガスをシランとアンモ
ニアの混合ガスに変えて反応室内に導入し、この切断部
（１２）を覆うように、ゲート絶縁膜（６）として窒化
珪素膜を２００人形成した。その作製条件を以下に示す
。

基板温度　　　　２００°Ｃ 反応圧力　　　　０．　０５　ＴｏｒｒＲｆＰｏｗｅｒ
　　　　　　５０　Ｗ ガス　　　　　　Ｎ　Ｈｓ／　Ｓ　ｉ　）（４この後こ
の基板（１）を反応室から取り出し、所定のパターンに
エツチングして、ゲート絶縁膜（６）とした。さらにＴ
ＰＴの外形のパターンに半導体層にエツチングを施した
後、この上面全面に公知のスパッタリング法にてアルミ
ニウムを形成した後、所定のパターンにエツチングして
、ゲート電極（７）、ソース電極（８）及びドレイン電
極（９）を形成し、図のようなＴＰＴを完成させた（第
１図（ｆ））。

同様の工程を用いて、不純物層形成時に使用するフォス
フインガスに変えてジボランガスを用いてｐチャネルの
薄膜トランジスタを同一基板上に作成し、ＣＭＯ３構造
の回路素子を作成した。

以上の工程により液晶装置用基板を得た。

第３図に基板周囲の駆動回路用に作成した薄膜トランジ
スタ全体のブロックダイアグラムを示す。

第３図に示される基板周囲に配置される駆動回路におい
て、全てを同一基板上に形成することか最も好ましいが
、少なくとも出力端子に近いブロック、即ち光シャッタ
ーに近いブロック回路部分を基板上に形成していても、
十分な容積の減少と重量の軽減に効果を示していた。ま
た、その際には残りの回路部分に相当するＩＣチップの
集積度を抑えることかでき、ＩＣチップの値段を安くす
ることかできる。

以上のようにして、光学系を用いて断面を直線状にした
レーザー光を用いて、複数の薄膜トランジスタに対応す
る高抵抗の非晶質珪素膜へのリンのドーピング、切断、
高抵抗の非晶質珪素膜の結晶化の促進を続けて行うこと
ができ、よってソース、ドレイン領域間つまりチャネル
部のみ結晶化を行うことができるため、リーク電流を非
常に少なく押さえることがでた。

本実施例において、不純物をドープする際には加熱を行
わずにドープを行っても十分にドーピングできるか、少
し温度加熱を行ってドーピングを行うと、速く終了する
利点かある。この時の加熱温度はＴＰＴの作製工程で基
板及び半導体薄膜に加えられた温度以下にする。

また液晶装置駆動用のドライバーＴＰＴ部分を結晶化処
理する際に、メタルマスクにより光シヤツタ一部分のス
イッチング素子ＴＰＴ部分を覆いフラッシュランプアニ
ール等の手法により、大面積を一度に結晶化させ処理時
間の短縮をはかることも有効であった。

また、本発明は、ソースドレインのドーピングをレーザ
を用いて形成したので、ＴＰＴの作製工程で基板及び半
導体薄膜に加えられた温度か最も高い温度とすることか
でき、後工程で高い温度を加える必要がな（、より信頼
性の高いＴＰＴを提供できる。

さらにまた、周辺の駆動回路を構成する際に多層配線か
必要と成る場合かある、この場合液晶装置構成において
、液晶層を配向させる配向膜や、光シャッターの電極部
分に設けられるコンデンサーの誘電体膜を利用すること
もてき、より工程の簡略化を行うことか可能であった。

さらに、本実施例で示したコプレナー型のＴＰＴのみに
限定されることなく、他の形式のＴＰＴにも適用可能で
ある。同様に、本発明は本実施例で採用されたプロセス
手法のみに限定されることなく本発明の思想を損なうこ
となく他のプロセスを採用することも可能である。

また、レーザ切断工程て、レーザ光のエネルギー調整ま
たは照射回数等を変更することにより、同時にその切断
部分下の半導体の移動度を向上させることもさらには不
純物元素の存在するプラズマ中にてレーザ光照射を行う
とチャネル部分のドープまて、−度の工程で行うことが
できるという特徴を持つ。

そのうえレーザー光照射を真空装置内で行ったため、レ
ーサー光照射によりドーピング領域が気化した結果生ず
るガスをすみやかに真空ポンプで引いてしまうため、−
産気化したガスか再び基板表面に吸着されることかなく
、切断面が非常に清浄な状態になる結果、薄膜トランジ
スタの性能か非常に安定したものとなった。

「効果」 本発明により、同一基板上に光シャッター用のスイッチ
ング素子ＴＰＴと液晶装置駆動用のドライバーＴＰＴと
が形成されたのでより、容積の小さい、重量の軽い液晶
装置を安価に容易に実現することかできた。

また、レーサー光を用いて、必要な部分のみ。

この場合は周辺の駆動回路のみ、非晶質部分の移動度を
向上したことて、安価な基板を使用可能になった。また
工程においても、必要な部分のみのレーザーアニールで
済むため、工程時間の短縮が出来、更なるコストダウン
かできた。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｆ）は本発明の実施例について薄膜ト
ランジスタの作製工程を示す。 第２図は従来の薄膜トランジスタの断面の概略を示す。 第３図は液晶装置駆動回路の概略図を示す。 ■　・　・　・　・　・ ２　・　・　・　・　・ ３　・　・　・　・　・ ４　・　・　・　・　・ ５　・　・　・　・　・ ６　・　・　・　・　・ ７　・　・　・　・　・ ８　・　・　・　・　・ ９　・　・　・　・　・ １０．１１．１４・ １２・　・　・　・　・ １５・　・　・　・　・ １９・　・　・　・　・ 基板 高抵抗半導体層 ソース領域 ドレイン領域 ドーピング領域 ゲート絶縁膜 ゲート電極 ソース電極 ドレイン電極 レーサー光 切断部分 結晶化を助長した部分 ＩＴＯ電極 （ｄ） （＋） 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁基板上にスイッチング素子として機能する複数
   の薄膜トランジスタと液晶装置駆動ようのドライバーと
   して機能する薄膜トランジスターを同一基板上に持つ液
   晶装置であって、前記薄膜トランジスタはチャネル形成
   領域部が非晶質半導体層で構成されているものと、チャ
   ネル形成領域が結晶性を有する半導体層で構成されてい
   るものとを有することを特徴とする液晶装置 ２、特許請求の範囲第１項において、前記チャネル形成
   領域が非晶質半導体層で構成されている薄膜トランジス
   タは光シャッター用のスイッチング素子として用いられ
   ることを特徴とする液晶装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、前記チャネル形成
   領域が結晶性を持つ半導体層で構成されている薄膜トラ
   ンジスタは駆動用のドライバー動作をする素子として用
   いられることを特徴とする液晶装置。 ４、特許請求の範囲第３項に於いて、駆動用のドライバ
   ー動作をする薄膜トランジスタは、非晶質半導体をレー
   ザーアニールにより結晶性を高めて、移動度が５０ｃｍ
   ＾２／Ｖｓｅｃ以上にした半導体層をチャネルとする事
   を特徴とする液晶装置。