JPH04242724A - 電気光学装置およびその作製方法 - Google Patents
電気光学装置およびその作製方法Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
て形成される液晶表示装置に関する。
に代わりフラットディスプレイが注目され、特に大面積
化への期待が強くなってきている。またフラットディス
プレイのその他の応用として壁掛けTVの開発も急ピッ
チで進められている。また、フラットディスプレイのカ
ラー化、高精細化の要求も相当高まってきている。
液晶表示装置が知られている。これは一対のガラス基板
間に電極を挟んで保持された液晶組成物に電界を加えて
、液晶組成物の状態を変化させ、この状態の違いを利用
して、表示を行う。この液晶の駆動のために薄膜トラン
ジスタ(以下TFTという)やその他のスイッチング素
子を設けたものや単純にマトリクス構成を持つものがあ
る。何れの場合も、縦横(X、Y)方向の各配線に対し
て液晶を駆動するための信号を送り出すドライバー回路
がディスプレイ周辺に設けられている。
ンのMOS集積回路(IC)で構成されている。このI
Cには各ディスプレイ電極に対応するパッド電極が設け
られており、この両者の間にプリント基板が介在し、先
ずICのパッド電極とプリント基板を接続し、次にプリ
ント基板とディスプレイを接続していた。このプリント
基板はガラスエポキシや紙エポキシの絶縁物基板または
フレキシブルなプラステイックよりなる基板であり、そ
の占有面積はディスプレイと同じかまたはそれ以上の面
積が必要であった。また、同様に容積も相当大きくする
必要があった。
スプレイは前述のような構成のため以下のような欠点を
有していた。
方向の表示電極またはソース(ドレイン)配線またはゲ
ート配線の数と同数の接続がプリント基板との間で行わ
れるために、実装技術上接続可能な各接続部間の間隔に
制限があるために、高精細な表示ディスプレイを作製す
ることはできなかった。
板、ICおよび接続配線が必要であり、その必要面積お
よび必要容積はディスプレイ本体の数倍にも及んでいた
。
プリント基板とICとの接続箇所が多く、しかも、かな
りの重量があるので接続部分に無理な力が加わり、接続
の信頼性が低かった。
して、ディスプレイ特にアクティブ素子をスイッチング
素子として使用した表示装置において、アクティブ素子
と周辺回路とを同じ基板上にTFTで構成することが提
案されている。しかしながらこの構成によると前述の3
つの欠点はほぼ解決することができるが、新たに以下の
ような別の問題が発生した。
T化した為に、同一基板上に形成する素子の数が増し、
TFTの製造歩留りが低下した。従ってディスプレイの
製造歩留りも低下した。
辺回路部分は非常に複雑な素子構造を取っている。従っ
て、回路パターンが複雑になり、製造プロセス技術もよ
り高度になり、コストが上昇する。また、当然に多層配
線部分が増し、プロセス工程数の増加とTFTの製造歩
留りの低下が起こった。
応答速度が要求されるため、通常は多結晶半導体を使用
していた。そのため、半導体層を多結晶化するために、
高温の処理を必要とし、高価な石英基板等を使用しなけ
ればならなかった。
バランスよく解決するものであり、コストが低く、製造
歩留りの高い液晶表示装置に関するものである。
(ドレイン)線および相補型構成の薄膜トランジスタを
有する画素マトリクスが形成された第1の基板と前記第
1の基板に対抗して配置された第2の基板と前記一対の
基板間に保持された液晶組成物よりなる液晶表示装置で
あって、前記第1の基板上に形成されるXまたはY方向
のマトリクス配線に接続されている周辺回路のうちの少
なくとも一部の周辺回路を前記画素に接続されたアクテ
ィブ素子と同様の相補型構成として、同一のプロセスで
形成された薄膜トランジスタとし、残りの周辺回路は半
導体チップで構成されているものであります。
てのICと基板との接続はICチップを直接基板上に設
けて、各接続端子と接続するCOG法やICチップを1
個毎にフレキシブルな有機樹脂基板上に設け、その樹脂
基板とディスプレイ基板とを接続しするTAB法により
、実現できる。
路の全てをTFT化するのでなく、素子構造の簡単な部
分のみ、または素子数の少ない機能部分のみ、または汎
用のICが入手しにくい回路部分のみ、さらにはICの
コストが高い部分のみをTFT化して、液晶表示装置の
製造歩留りを向上させるとともに、製造コストを下げる
ことを目的とするものであります。
により、従来では相当な数が必要であった外付けのIC
の数を減らし、製造コストを下げるものであります。
同じプロセスにて作成した相補型構成(CTFT)の薄
膜トランジスタとしたので、画素駆動の能力が向上し、
周辺回路に冗長性を与えることができ、余裕のある液晶
表示装置の駆動を行うことができた。
スプレイ用の基板の寸法をX方向およびY方向の両方に
大きくする必要があり表示装置全体の専有面積が大きく
なるが、一部のみをTFT化するとほんの少しだけ基板
を大きくするだけですみ、表示装置を使用するコンピュ
ーターや装置の外形寸法に容易にあわせることができか
つ専有面積と専有容積の少ない表示装置を実現できる。
例えば、多層配線が必要な素子構造やアンプの機能を持
たせた部分等をTFT化するのに高度な作製技術が必要
になるが、一部をTFT化することで、技術的に難しい
部分は従来のICを使用し、簡単な素子構造あるいは単
純な機能の部分をTFT化でき、低コストで高い歩留り
で表示装置を実現できる。
回路部分の薄膜トランジスタの数を相当減らすことがで
きる、単純にX方向、Y方向の周辺回路の機能が同じ場
合はほぼその数は半数となる。このように、TFT化す
る素子数を減らすことで、基板の製造歩留りを向上させ
ることができ、かつ基板の面積、容積を減少できた表示
装置を低コストで実現することが可能となった。
来から使用されている、多結晶またはアモルファス半導
体ではなく、新しい概念のセミアモルファス半導体を使
用することで、低温で作製ができ、しかも、キャリアの
移動度の非常に大きい、応答速度の早いTFTを実現す
ることができる。
VD法、スパッタ法あるいはPCVD法等により膜形成
の後に熱結晶化処理を施して得られるが、以下にはスパ
ッタ法を例にとり説明をする。
コン半導体をターゲットとし、水素とアルゴンとの混合
気体でスパッタをすると、アルゴンの重い原子のスパッ
タ(衝撃)によりターゲットからは原子状のシリコンが
離れ、被形成面を有する基板上に飛しょうするが、同時
に数十〜数十万個の原子が固まった塊がクラスタとして
ターゲットから離れ、被形成面に飛しょうする。
外周辺の珪素の不対結合手と結合し、結合した状態で被
形成面上に秩序性の比較的高い領域として作られる。す
なわち、被膜形成面上には秩序性の高い、かつ周辺にS
i−H結合を有するクラスタと純粋のアモルファス珪素
との混合物の状態を実現する。これを450℃〜700
℃の非酸化性気体中での熱処理により、クラスタの外周
辺のSi−H結合は他のSi−H結合と反応し、Si−
Si結合を作る。
秩序性の高いクラスタはより高い秩序性の高い状態、す
なわち結晶化に相を移そうとする。しかし、隣合ったク
ラスタ間は、互いに結合したSi−Siがそれぞれのク
ラスタ間を引っぱりあう。その結果は、結晶は格子歪を
持ちレーザラマンでの結晶ピークは単結晶の520cm
−1より低波数側にずれて測定される。
互いのクラスタをアンカリング(連結)するため、各ク
ラスタでのエネルギバンドはこのアンカリングの個所を
経て互いに電気的に連結しあえる。そのため結晶粒界が
キャリアのバリアとして働く多結晶シリコンとは根本的
に異なり、キャリア移動度も10〜200cm2/VS
ecを得ることができる。
ァス半導体は見掛け上結晶性を持ちながらも、電気的に
は結晶粒界が実質的にない状態を予想できる。もちろん
、アニール温度がシリコン半導体の場合の450℃〜7
00℃という中温アニールではなく、1000℃または
それ以上の結晶成長をともなう結晶化をさせる時はこの
結晶成長により、膜中の酸素等が粒界に折出し、バリア
を作ってしまう。これは、単結晶と同じ結晶と粒界のあ
る材料(多結晶)である。
ンカリングの程度をより大きくすると、よりキャリア移
動度は大きくなる。このためにはこの膜中にある酸素量
を7×1019cm−3好ましくは1×1019cm−
3以下にすると、さらに600℃よりも低い温度で結晶
化ができるに加えて、高いキャリア移動度を得ることが
できる。
路構成の液晶表示装置を用いて説明を行う。すなわち図
1のX方向の配線に接続された周辺回路部分のうちアナ
ログスイッチアレー回路部分1のみを画素6に設けられ
たアクティブ素子と同様にTFT化5し、Y方向配線に
接続された周辺回路部分もアナログスイッチアレー回路
部分2のみをTFT化しその他の周辺回路部分はIC4
で、COG法により基板に接続している。ここで、TF
T化した周辺回路部分は画素に設けられたアクティブ素
子と同様にCTFT(相補型構成)として形成してある
。
置構成を図2に示している。図2は説明を簡単にする為
2×2に相当する部分のみ記載されている。
のTFTの作製方法を図3を使用して説明する。図3(
A)において、石英ガラス等の高価でない700℃以下
、例えば約600℃の熱処理に耐え得るガラス50上に
マグネトロンRF(高周波)スパッタ法を用いてブロッ
キング層51としての酸化珪素膜を1000〜3000
Åの厚さに作製する。プロセス条件は酸素100%雰囲
気、成膜温度15℃、出力400〜800W、圧力0.
5Paとした。ターゲットに石英または単結晶シリコン
を用いた成膜速度は30〜100Å/分であった。
相)法、スパッタ法またはプラズマCVD法により形成
した。減圧気相法で形成する場合、結晶化温度よりも1
00〜200℃低い450〜550℃、例えば530℃
でジシラン(Si2H6)またはトリシラン(Si3H
8)をCVD装置に供給して成膜した。反応炉内圧力は
30〜300Paとした。成膜速度は50〜250Å/
分であった。NTFTとPTFTとのスレッシュホール
ド電圧(Vth)に概略同一に制御するため、ホウ素を
ジボランを用いて1×1015〜1×1018cm−3
の濃度として成膜中に添加してもよい。
を1×10−5Pa以下とし、単結晶シリコンをターゲ
ットとして、アルゴンに水素を20〜80%混入した雰
囲気で行った。例えばアルゴン20%、水素80%とし
た。成膜温度は150℃、周波数は13.56MHz、
スパッタ出力は400〜800W、圧力は0.5Paで
あった。
場合、温度は例えば300℃とし、モノシラン(SiH
4)またはジシラン(Si2H6)を用いた。これらを
PCVD装置内に導入し、13.56MHzの高周波電
力を加えて成膜した。
酸素が5×1021cm−3以下であることが好ましい
。この酸素濃度が高いと、結晶化させにくく、熱アニー
ル温度を高くまたは熱アニール時間を長くしなければな
らない。また少なすぎると、バックライトによりオフ状
態のリーク電流が増加してしまう。そのため4×101
9〜4×1021cm−3の範囲とした。水素は4×1
020cm−3であり、珪素4×1022cm−3とし
て比較すると1原子%であった。また、ソース、ドレイ
ンに対してより結晶化を助長させるため、酸素濃度を7
×1019cm−3以下、好ましくは1×1019cm
−3以下とし、ピクセル構成するTFTのチャネル形成
領域のみに酸素をイオン注入法により5×1020〜5
×1021cm−3となるように添加してもよい。その
時周辺回路を構成するTFTには光照射がなされないた
め、この酸素の混入をより少なくし、より大きいキャリ
ア移動度を有せしめることは、高周波動作をさせるため
る有効である。
〜5000Å、例えば1500Åの厚さに作製の後、4
50〜700℃の温度にて12〜70時間非酸化物雰囲
気にて中温の加熱処理、例えば水素雰囲気下にて600
℃の温度で保持した。珪素膜の下の基板表面にアモルフ
ァス構造の酸化珪素膜が形成されているため、この熱処
理で特定の核が存在せず、全体が均一に加熱アニールさ
れる。即ち、成膜時はアモルファス構造を有し、また水
素は単に混入しているのみである。
造から秩序性の高い状態に移り、一部は結晶状態を呈す
る。特にシリコンの成膜後の状態で比較的秩序性の高い
領域は特に結晶化をして結晶状態となろうとする。しか
しこれらの領域間に存在する珪素により互いの結合がな
されるため、珪素同志は互いにひっぱりあう。レーザラ
マン分光により測定すると単結晶の珪素のピーク522
cm−1より低周波側にシフトしたピークが観察される
。それの見掛け上の粒径は半値巾から計算すると、50
〜500Åとマイクロクリスタルのようになっているが
、実際はこの結晶性の高い領域は多数あってクラスタ構
造を有し、各クラスタ間は互いに珪素同志で結合(アン
カリング)がされたセミアモルファス構造の被膜を形成
させることができた。
ンダリ(以下GBという)がないといってもよい状態を
呈する。キャリアは各クラスタ間をアンカリングされた
個所を通じ互いに容易に移動し得るため、いわゆるGB
の明確に存在する多結晶珪素よりも高いキャリア移動度
となる。即ちホール移動度(μh)=10〜200cm
2/VSec、電子移動度(μe)=15〜300cm
2/VSecが得られる。
く、900〜1200℃の高温アニールにより被膜を多
結晶化すると、核からの固相成長により被膜中の不純物
の偏析がおきて、GBには酸素、炭素、窒素等の不純物
が多くなり、結晶中の移動度は大きいが、GBでのバリ
ア(障壁)を作ってそこでのキャリアの移動を阻害して
しまう。結果として10cm2/Vsec以上の移動度
がなかなか得られないのが実情である。即ち、本実施例
ではかくの如き理由により、セミアモルファスまたはセ
ミクリスタル構造を有するシリコン半導体を用いている
。
トマスク■にてフォトエッチングを施し、PTFT用の
領域22(チャネル巾20μm)を図面の右側に、NT
FT用の領域13を左側に作製した。
500〜2000Å例えば1000Åの厚さに形成した
。これはブロッキング層としての酸化珪素膜の作製と同
一条件とした。この成膜中に弗素を少量添加し、ナトリ
ウムイオンの固定化をさせてもよい。
1cm−3の濃度に入ったシリコン膜またはこのシリコ
ン膜とその上にモリブデン(Mo)、タングステン(W
),MoSi2またはWSi2との多層膜を形成した。 これを第2のフォトマスク■にてパターニングして図3
(B)を得た。PTFT用のゲイト電極55、NTFT
用のゲイト電極56を形成した。例えばチャネル長10
μm、ゲイト電極としてリンドープ珪素を0.2μm、
その上にモリブデンを0.3μmの厚さに形成した。
図3(C)において、フォトレジスト57をフォトマ
スク■を用いて形成し、PTFT用のソース59ドレイ
ン58に対し、ホウ素を1〜5×1015cm−2のド
ーズ量でイオン注入法により添加した。 次に図3(
D)の如く、フォトレジスト61をフォトマスク■を用
いて形成した。NTFT用のソース64、ドレイン62
としてリンを1〜5×1015cm−2のドーズ量でイ
オン注入法により添加した。
。しかし図3(B)において、ゲイト電極55、56を
マスクとしてシリコン膜上の酸化珪素を除去し、その後
、ホウ素、リンを直接珪素膜中にイオン注入してもよい
。
熱アニールを行った。PTFTのソース59、ドレイン
58NTFTのソース64、ドレイン62を不純物を活
性化してP+、N+として作製した。またゲイト電極5
5、56下にはチャネル形成領域60、63がセミアモ
ルファス半導体として形成されている。
がらも、700℃以上にすべての工程で温度を加えるこ
とがなくC/TFTを作ることができる。そのため、基
板材料として、石英等の高価な基板を用いなくてもよく
、本発明の大画素の液晶表示装置にきわめて適したプロ
セスである。
D)で2回行った。しかし図3(A)のアニールは求め
る特性により省略し、双方を図3(D)のアニールによ
り兼ね製造時間の短縮を図ってもよい。図3(E)にお
いて、層間絶縁物65を前記したスパッタ法により酸化
珪素膜の形成として行った。この酸化珪素膜の形成はL
PCVD法、光CVD法、常圧CVD法を用いてもよい
。例えば0.2〜0.6μmの厚さに形成し、その後、
フォトマスク■を用いて電極用の窓66を形成した。さ
らに、これら全体にアルミニウムをスパッタ法により形
成し、リード71、72およびコンタクト67、68を
フォトマスク■を用いて作製した後、表面を平坦化用有
機樹脂69例えば透光性ポリイミド樹脂を塗布形成し、
再度の電極穴あけをフォトマスク■にて行った。
型構成とし、かつその出力端を液晶装置の一方の画素の
電極を透明電極としてそれに連結するため、スパッタ法
によりITO(インジューム・スズ酸化膜)を形成した
。それをフォトマスク■によりエッチングし、電極70
を構成させた。このITOは室温〜150℃で成膜し、
200〜400℃の酸素または大気中のアニールにより
成就した。かくの如くにしてPTFT22とNTFT1
3と透明導電膜の電極70とを同一ガラス基板50上に
作製した。得られたTFTの電気的な特性はPTFTで
移動度は20(cm2/Vs)、Vthは−5.9(V
)で、NTFTで移動度は40(cm2/Vs)、Vt
hは5.0(V)であった。
置を図2に示している。NTFT13を第1の走査線1
5とデータ線21との交差部に設け、第1の走査線15
とデータ線14との交差部にも他の画素用のNTFTが
同様に設けられている。一方PTFTは第2の走査線1
8とデータ線21との交差部に設けられている。また、
隣接した他の第1の走査線16とデータ線21との交差
部には、他の画素用のNTFTが設けられている。この
ようなC/TFTを用いたマトリクス構成を有せしめた
。NTFT13は、ドレイン64の入力端のコンタクト
を介し第1の走査線15に連結され、ゲイト56は多層
配線形成がなされたデータ線21に連結されている。 ソース62の出力端はコンタクトを介して画素の電極1
7に連結している。
端がコンタクトを介して第2の走査線18に連結され、
ゲイト55はデータ線21に、ソース59の出力端はコ
ンタクトを介してNTFTと同様に画素電極17に連結
している。かくして一対の走査線15、18に挟まれた
間(内側)に、透明導電膜よりなる画素23とC/TF
Tとにより1つのピクセルを構成せしめた。かかる構造
を左右、上下に繰り返すことにより、2×2のマトリク
スをそれを拡大した640×480、1280×960
といった大画素の液晶表示装置とすることができる。
スで作製されたNTFT13とPTFT22とが設けら
れたCMOS構成となっている。
他方の基板と従来よりの方法で貼り合わせ、STN液晶
を基板間に注入する。次に、残りの周辺回路として、I
C4を使用する。このIC4はCOGにより基板のX方
向の配線およびY方向の配線の各々と接続されている。 このIC4には外部から電源、データの供給の為の接続
リードが各々に接続されているだけで、基板の一辺全て
に接続の為のFPCが張りつけられているようなことは
なく、接続部分の数が相当減り信頼性が向上する。上記
のようにして、本発明の液晶表示装置を完成した。
のうちアナログスイッチアレー部分1のみをY方向側の
周辺回路のうちアナログスイッチアレー部分2のみをT
FT化し、スィッチング素子と同じプロセスでC/TF
T化し、残りの周辺回路部分をIC4で構成したが、特
にこの構成に限定されることはなく、TFT化する際の
歩留り、TFT化する際のプロセス技術上の問題等を考
慮して、よりTFT化が簡単な部分のみをTFT化すれ
ばよい。
ファス半導体を使用したので、その移動度は非単結晶半
導体を使用したTFTに比べて10倍以上の値が得られ
ている。そのため、早い応答速度を必要とされる周辺の
回路のTFTにも、十分使用でき、従来のように、周辺
回路部分のTFTを特別に結晶化処理する必要もなくア
クティブ素子と同じプロセスで作成することができた。
素子として、C/TFT構成としたので、動作マージン
が拡大し、画素の電位がふらつくことはなく一定の表示
レベルを確保でき、また一方のTFTが不良でも特に目
立った欠陥表示都ならない等の利点があった。
4に示す。基本的な回路等は実施例1と全く同じである
。図4において、Y方向の配線に接続された周辺回路の
うちIC4で構成されている部分は、COG法により、
基板上に直接ICが形成されている。このIC4は基板
の上下の部分に分けて設けられている。
との接続にいて、ICを片側のみに形成した場合に比べ
てより間隔を狭くできる。その為より高精細な表示画素
を設計できる特徴をもつ。さらに、基板上にICを設け
たので、その容積は殆ど増すことがなく、より薄型の液
晶表示装置を提供することができた。
TFTはいずれもCMOS構成としたが、特にこの構成
に限定されることはなく、NTFT、PTFTのみで構
成してもよい、その場合は周辺回路の構成がより素子数
が増すことになる。
方向またはY方向の配線と繋がっている一方側のみでは
なく、もう一方の側にもTFTを形成して、交互にTF
Tを接続し、TFTの密度を半分として、TFTの製造
歩留りを向上させることを実現した。
術上の制限の為に高精細化できないことはなくなった。 また、X方向の配線またはY方向の配線と外部の周辺回
路との不要な接続を極力へらせることができたので、接
続部分での信頼性が向上した。
ディスプレイ基板自身の専有面積をへらすことができ、
かつ必要とされる寸法形状に自由に基板の設計ができる
。また、TFTの製造上の問題を回避して、製造歩留り
の高い部分のみをTFT化できる。よって、製造コスト
を下げることができた。
モルファス半導体を使用したので、周辺回路用にも十分
使用できる応答速度が得られ、アクティブ素子の作成プ
ロセスのまま特別な処理をすることもなく、周辺回路用
のTFTを同時に作成することができた。
れた各画素に連結することにより、■しきい値の明確化
■スイッチング速度の増加 ■動作マージンの拡
大 ■不良TFTが一部にあってもその補償をある程
度行うことができる。 ■作製に必要なフォトマスク
数はNTFTのみの従来例に比べて2回多くなるのみで
ある。■キャリアの移動度がアモルファス珪素を用いた
場合に比べ10倍以上も大きいため、TFTの大きさを
小さくでき、1つのピクセル内に2つのTFTをつけて
も開口率の減少をほとんど伴わない。 という多くの
特長を有する。
るアクティブTFT液晶装置に比べて、数段の製造歩留
まりと画面の鮮やかさを成就できるようになった。
す。
を示す。
・・・・・・・画素 13・・・・・・・・・NTFT 22・・・・・・・・・PTFT
Claims (3)
- 【請求項1】複数のゲート線、複数のソース(ドレイン
)線および相補型構成の薄膜トランジスタを有する画素
マトリクスが形成された第1の基板と前記第1の基板に
対抗して配置された第2の基板と前記一対の基板間に保
持された液晶組成物よりなる液晶表示装置であって、前
記第1の基板上に形成されるXまたはY方向のマトリク
ス配線に接続されている周辺回路のうち少なくとも一部
の周辺回路を前記画素に接続されたアクティブ素子と同
様の相補型構成にて、同一のプロセスで形成された薄膜
半導体装置とし、前記周辺回路のうち残りの部分は半導
体チップで構成されていることを特徴とする液晶表示装
置。 - 【請求項2】請求項1に記載の半導体チップで構成され
ている周辺回路はCOG法によりマトリクス配線と接続
されていることを特徴とする液晶表示装置。 - 【請求項3】請求項1に記載の薄膜半導体装置はセミア
モルファス半導体により構成されていることを特徴とす
る液晶表示装置。
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