JPH06163897A - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ｐ−ＳｉＴＦＴに水素パッシベーションを施
した際の過度の水素パッシベーションによる特性の劣化
の問題や、ｎ型のｐ−ＳｉＴＦＴとｐ型のｐ−ＳｉＴＦ
Ｔとの間のしきい値電圧の不均一化の問題を解消して、
動作不良の発生を抑え信頼性の高いｐ−ＳｉＴＦＴを用
いた液晶表示装置を提供する。 【構成】 ゲート電極１３の伝導型を活性層３の伝導型
に対して逆にすることで、多結晶薄膜トランジスタのし
きい値電圧を活性層３とゲート電極１３の仕事関数分大
きくし、これによりしきい値電圧の低下を解消して多結
晶薄膜トランジスタの性能の低下を防ぐことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示装置に係り、特
に活性層に水素パッシベーションを施してそのダングリ
ングボンドを水素で終端させた多結晶シリコン薄膜トラ
ンジスタを用いた液晶表示装置およびその製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】多結晶シリコン薄膜トランジスタ（以
下、ｐ−ＳｉＴＦＴと略称）は、近年、液晶表示装置を
はじめ、密着センサ、Ｓ−ＲＡＭ等に実用化されるよう
になり、さらに開発が活発に進められている。

【０００３】近年、特に液晶表示装置においては、その
画素部分のスイッチング用ＴＦＴと、その画像表示を行
なう画素アレイ部分の周辺部に画素を駆動するための周
辺駆動回路系（いわゆるＬＣＤドライバ；液晶駆動回
路）とをＴＦＴを用いて同一基板上に作り込んだ構成の
液晶表示装置が開発されているが、前記のｐ−ＳｉＴＦ
Ｔは特にこの分野に好適の技術として注目されている。

【０００４】しかし現状ではｐ−Ｓｉを用いたＴＦＴ素
子の特性は単結晶で形成されたＭＯＳなどのトランジス
タに比べて、低い移動度、高いしきい値電圧、高いリー
ク電流等の点での性能が低く、さまざまな性能改善のた
めの研究がなされている。

【０００５】特にこのｐ−ＳｉＴＦＴの性能を向上させ
るに際しての課題の一つに、ドレインリーク電流の低減
がある。これは、ｐ−ＳｉＴＦＴの場合、ドレイン接合
部にもダングリングボンドと呼ばれる結晶の欠陥による
トラップ準位が存在し良好なＰＮ接合が形成されていな
いことから、このような欠陥を有するドレイン接合部の
近傍に電場が異常に集中することにより発生するリーク
電流である。

【０００６】このようなリーク電流によってＴＦＴのオ
ン／オフのスイッチング動作が十分に機能されないこと
になる。

【０００７】このようなｐ−ＳｉＴＦＴのオフ時のリー
ク電流を低減させるための対策として水素パッシベーシ
ョンという手法が知られている。

【０００８】これは、ＴＦＴのｐ−Ｓｉからなる活性層
に水素プラズマ照射などを行なって外部から強制的に水
素を添加することで前記のダングリングボンドを水素原
子で終端させ、その結果ダングリングボンドに捕獲され
ていたキャリアを放出させ結晶欠陥としての作用を消失
させることでｐ−ＳｉＴＦＴの特性改善をもたらすとい
う技術である。

【０００９】このような結晶欠陥の改善による効果とし
ては、特にゲート電圧が小さなときのドレインリーク電
流の低減は言うまでもなく、移動度の向上や、しきい値
電圧の低下、しきい値を越えてからのゲート電圧変化に
対するドレイン電流の増加の急峻化やそのときの飽和電
流を比較的高くできることなどの効果があることが知ら
れている。

【００１０】しかしながら、ｐ−ＳｉＴＦＴの活性層の
伝導型は、微小ではあるが必ずｎ型かｐ型のいずれか一
方に偏っており、ｎ型のｐ−ＳｉＴＦＴとｐ型のｐ−Ｓ
ｉＴＦＴでは、その水素パッシベーションによる効果の
程度が異なっている。その結果、特にｎ型のｐ−ＳｉＴ
ＦＴにおいて水素パッシベーションが過多に行なわれて
しまった場合、その特性が低劣化するという問題があ
り、またｎ型のｐ−ＳｉＴＦＴとｐ型のｐ−ＳｉＴＦＴ
との間で、しきい値電圧が不均一となり、それを用いた
回路が動作不良を引き起こすという問題がある。

【００１１】すなわち、水素パッシベーションを過度に
行なうと、特にｎ型のｐ−ＳｉＴＦＴではしきい値電圧
が負方向にシフトするというデプリート化が起きてしま
い、これがさらに進むとパンチスルー電流が流れてｐ−
ＳｉＴＦＴの特性劣化が顕著になる。これはチャネル中
の余剰の水素がドナーライクな働きをしてしきい値電圧
が低下するためと考えられる。その結果、ゲート電圧が
0Ｖのときでもソース〜ドレイン間に電流が流れてしま
う。その電流の値はパッシベーション前と比較して数桁
程度も高いものとなり、スイッチング動作が完全には成
されなくなる。また、ゲート電圧が 0Ｖのときでも前記
のようにドレイン電流が流れ続けるので、ＯＦＦ状態で
も電流が流れるため回路が発熱して熱暴走してしまう。
このように、特にｎ型ｐ−ＳｉＴＦＴにおいて水素パッ
シベーションを過度に行なうと、その特性劣化が顕著と
なり、逆に不十分であると結晶欠陥の改善が有効になさ
れなくなる。

【００１２】一方、ｐ型ｐ−ＳｉＴＦＴの場合は上記の
ｎ型ほどには水素パッシベーションが有効でなく、やや
強めに行なう必要がある。

【００１３】従って、例えば同一の液晶表示装置のＴＦ
Ｔアレイ基板上にｎ型ｐ−ＳｉＴＦＴとｐ型ｐ−ＳｉＴ
ＦＴとが配設されているような場合には、ｐ型ｐ−Ｓｉ
ＴＦＴに適合するように水素パッシベーションを行なう
とｎ型ｐ−ＳｉＴＦＴには過度の水素パッシベーション
が行なわれたことになりｎ型ｐ−ＳｉＴＦＴの特性劣化
が顕著となる。またｎ型ｐ−ＳｉＴＦＴに適合するよう
に水素パッシベーションを行なうと、ｐ型ｐ−ＳｉＴＦ
Ｔの結晶欠陥の改善が有効になされないことになる。そ
の結果、上記の液晶表示装置のＴＦＴアレイのようにア
レイ状に配設された複数のｐ−ＳｉＴＦＴのうちのｐ型
のものとｎ型のものとでしきい値電圧が異なることにな
り、液晶表示装置の動作不良を引き起こしてしまう。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の液
晶表示装置のｐ−ＳｉＴＦＴに対する水素パッシベーシ
ョンの最適化は容易ではなく、特にｎ型ｐ−ＳｉＴＦＴ
において水素パッシベーションを過度に行なうことによ
り特性劣化が顕著となり、逆に不十分であると結晶欠陥
の改善が有効になされないという問題があった。

【００１５】またｎ型のｐ−ＳｉＴＦＴとｐ型のｐ−Ｓ
ｉＴＦＴのしきい値電圧が不均一となり、それらのｐ−
ＳｉＴＦＴを用いた液晶表示装置が動作不良を引き起こ
すという問題があった。

【００１６】本発明はこのような問題を解決するために
成されたもので、その目的は、ｐ−ＳｉＴＦＴに水素パ
ッシベーションを施した際の特性の劣化の問題や、ｎ型
のｐ−ＳｉＴＦＴとｐ型のｐ−ＳｉＴＦＴとの間のしき
い値電圧の不均一化の問題を解消して、動作不良の発生
を抑え信頼性の高いｐ−ＳｉＴＦＴを用いた液晶表示装
置およびその製造方法を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、多結晶シリコンからなる活性層と前記活性層のドレ
イン部分に接続されたドレイン電極と前記活性層のソー
ス部分に接続されたソース電極と前記活性層にゲート酸
化層を介して接続するゲート電極とを有する多結晶シリ
コン薄膜トランジスタを液晶駆動回路および画素部スイ
ッチング素子のうち少なくとも一方に有する液晶表示装
置において、前記ゲート電極の伝導型が前記活性層の伝
導型に対して逆の伝導型に設定された多結晶シリコン薄
膜トランジスタを具備することを特徴としている。

【００１８】また本発明の液晶表示装置の製造方法は、
少なくとも前記活性層にゲート酸化層を被着し、前記ゲ
ート酸化層を介して前記活性層に接続するゲート電極を
配設し、前記活性層に水素パッシベーションを施して前
記多結晶シリコン薄膜トランジスタを形成する液晶表示
装置の製造方法において、前記活性層の水素パッシベー
ション前の伝導型がｎ型のときには前記ゲート電極に電
気的不純物を添加して該ゲート電極の伝導型をｐ型に、
前記活性層の水素パッシベーション前の伝導型がｐ型の
ときには前記ゲート電極に電気的不純物を添加して該ゲ
ート電極の伝導型をｎ型にすることを特徴としている。

【００１９】なお、前記のゲート電極に添加する電気的
不純物の量は、活性層の不純物のドーズ量や、水素パッ
シベーションの強弱などの条件により適宜最適な値に設
定することが望ましい。より詳しくは、水素パッシベー
ションの際に発生する余剰なドナーライクの電荷（キャ
リア）を中和できる程度、言い換えれば過剰な水素パッ
シベーションによるしきい値の過剰な低下分を補うに足
る活性層とゲート電極の仕事関数分に相当する程度の量
であり、かつゲートパルスに対して悪影響のない値に設
定することが好ましい。

【００２０】また、本発明は液晶駆動回路一体型のアク
ティブマトリックス型液晶表示装置およびその製造方法
に特に好適であるが、これには限定しない。例えば画素
部スイッチング用ＴＦＴとして多結晶シリコン薄膜トラ
ンジスタを用いたアクティブマトリックス型液晶表示装
置や、液晶駆動回路に多結晶シリコン薄膜トランジスタ
を用いた単純マトリックス型液晶表示装置などに用いる
ことができる。

【００２１】

【作用】従来の液晶表示装置に用いられる多結晶薄膜ト
ランジスタの活性層に水素パッシベーションを行ない水
素を添加すると、活性層中のＳｉ（シリコン）のダング
リングボンド（未結合手）が終端化され、そこに捕護さ
れていた電荷が解放されてキャリアとなる。このため活
性層はキャリアが増加して水素パッシベーション前と比
較して活性化したような状態となる。そしてその活性層
とゲート電極との仕事関数が小さくなって、多結晶薄膜
トランジスタのしきい値電圧の低下が起こる。その結
果、多結晶薄膜トランジスタの性能が低下する。

【００２２】そこで本発明に係る技術においては、上述
のようにゲート電極の伝導型を活性層の伝導型に対して
逆にすることで、多結晶薄膜トランジスタのしきい値電
圧を活性層とゲート電極の仕事関数分大きくし、これに
よりしきい値電圧の低下を解消して多結晶薄膜トランジ
スタの性能の低下を防ぐことができる。

【００２３】例えば、活性層の伝導型がｎ型であった場
合について考える。活性層に水素パッシベーションを施
してキャリアとしての電子の数が増加し余剰となって
も、ゲート電極の伝導型を活性層の伝導型のｎ型とは逆
にｐ型にすることでゲート電極の活性層との接合面にホ
ール（正孔）を蓄積させて、このホールによって余剰な
キャリアを中和することができる。

【００２４】言い換えると、過剰な水素パッシベーショ
ンによるしきい値の過剰な低下分を補うに足る活性層と
ゲート電極の仕事関数分に相当するホールを、このｐ型
のゲート電極によって形成するのである。

【００２５】このようにして、本発明の液晶表示装置は
ｐ−ＳｉＴＦＴに水素パッシベーションを施した際の過
度の水素パッシベーションによる特性の劣化の問題や、
ｎ型のｐ−ＳｉＴＦＴとｐ型のｐ−ＳｉＴＦＴとの間の
しきい値電圧の不均一化の問題を解消することができ
る。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。なお本実施例では説明の簡潔化のため
に、本発明に係る液晶表示装置の特に薄膜トランジスタ
部分を中心に説明する。

【００２７】図１は本発明の液晶表示装置の多結晶薄膜
トランジスタ（以下、ｐ−ＳｉＴＦＴと略称）部分の構
成を示す図である。

【００２８】本発明の液晶表示装置は、ｐ−ＳｉＴＦＴ
をその画素部スイッチング素子および液晶駆動回路に用
いたＴＦＴアレイ基板と、画素電極に対向する共通対向
電極が配設された対向基板とを、その主面どうしが所定
の間隙を有して対向するように配置し両基板の周囲を封
止材で封止し、その間隙に液晶組成物を封入挟持してな
るものである。

【００２９】そのｐ−ＳｉＴＦＴは、図１に示すよう
に、石英絶縁基板１上にｐ−Ｓｉ（多結晶シリコン）か
らなる活性層３が2000オングストロームの膜厚で形成さ
れている。このｐ−Ｓｉ膜はアモルファスシリコン薄膜
を成膜した後に熱処理を施して形成されたものである。
この活性層３の両端には、オーミック接合部であるソー
ス５、ドレイン７が不純物ドープにより形成されてい
る。

【００３０】このときの不純物のドーズ量は、 5×10¹⁵
／ｃｍ² 程度である。またその中央部にはチャンネル９
が形成されている。

【００３１】その活性層３を覆うように 500オングスト
ロームの膜厚のゲート酸化膜１１が形成されている。こ
のゲート酸化膜１１は活性層３の上部表層を酸化して形
成したものである。

【００３２】さらにその上にゲート電極１３が形成され
ている。このゲート電極１３は、ｐ−Ｓｉを4000オング
ストローム堆積した膜からなるもので、イオン打ち込み
法によりイオン種としてＢＦ₂ を用いて飛程 500オング
ストロームでＢ（ボロン）を打ち込んで添加し、その伝
導型をｐ型に設定してなるものである。そのドーズ量は
5×10¹⁶／ｃｍ² である。またそのシート抵抗値は 100
Ω／□以下である。

【００３３】このゲート電極１３および活性層３の上を
覆うように第１層間絶縁膜１５が形成されており、この
第１層間絶縁膜１５のコンタクトホール１７、１９を介
してＡｌ（アルミニウム）からなるソース電極２１、ド
レイン電極２３がそれぞれソース５、ドレイン７に接続
するように形成されている。

【００３４】さらにその上を覆うように第２層間絶縁膜
２５が形成され、それに穿設されたコンタクトホール２
７を介してドレイン電極２３に接続するように透明電極
からなる画素電極２９が形成されている。

【００３５】次に、本発明の液晶表示装置の製造方法を
説明する。

【００３６】基板として石英絶縁基板１を用いて、その
上に活性層３を配設した。即ち縦型減圧ＣＶＤで材料ガ
スをジシラン（Ｓｉ₂ Ｈ₆ ）とし、ａ−Ｓｉ（アモルフ
ァスシリコン）を膜厚2000オングストローム堆積し、活
性層３を形成するｐ−Ｓｉ膜を形成した。

【００３７】次に、裏面剥離を行なった後、所定の形状
に素子分離を行なった。

【００３８】そしてダミー酸化を行ない、活性層３にイ
オン打ち込みを行なってゲート酸化を膜厚 500オングス
トローム行ない、ゲート酸化膜１１を形成した。

【００３９】続いて減圧ＣＶＤによりｐ−Ｓｉを堆積し
て膜厚4000オングストロームのｐ−Ｓｉ層を形成し、不
純物としてＢ（ボロン）を添加してゲート電極１３を形
成した。このＢの添加は、ＢＦ₂ をイオン種として飛程
500オングストロームのイオン打ち込み法により、ドー
ズ量 5×10¹⁶／ｃｍ² で行なった。このようにしてゲー
ト電極１３の伝導型をｐ型に形成した。

【００４０】その後、活性化のため温度 800℃のアニー
ルを行なった。これによりゲート電極１３のシート抵抗
値は 100Ω／□以下となった。そしてそのｐ−Ｓｉ層を
フォトエッチングによりパターンニングしてゲート電極
１３を得た。

【００４１】次に活性層３に対して不純物イオン打ち込
みを行なって、ソース５、ドレイン７を形成した。ここ
でｐ型、ｎ型を打ち分けるようにした。

【００４２】そして第１層間絶縁膜１５を形成した。

【００４３】次に容量結合型のプラズマＣＶＤを用いて
270℃の水素プラズマ雰囲気中にＴＦＴアレイをさらし
て水素パッシベーションを行なった。

【００４４】そして前記の第１層間絶縁膜１５にコンタ
クトホール１７、１９を形成し、Ａｌ膜からなるソース
電極２１、ドレイン電極２３を形成し、このときコンタ
クトホール１７を通してソース電極２１とソース５との
接続を、またコンタクトホール１９を通してドレイン電
極２３とドレイン７との接続を取った。

【００４５】次に第２層間絶縁膜２５を形成し所定の位
置にコンタクトホール２７を形成した。

【００４６】次に透明導電膜を形成し、所定の形状に加
工して画素電極２９を得た。

【００４７】そしてＴＦＴアレイ基板を所定の形状およ
びサイズに切り出して、対向基板と重ね合わせ張り合わ
せて、液晶組成物を注入して液晶表示装置を完成した。

【００４８】このように、本発明に係る液晶表示装置に
おいては、そのｐ−ＳｉＴＦＴのゲート電極１３の伝導
型を活性層の伝導型のｎ型に対して逆のｐ型にして、し
きい値電圧を活性層とゲート電極の仕事関数分大きく
し、これによりしきい値電圧の低下を解消して多結晶薄
膜トランジスタの性能の低下を防ぐことができる。

【００４９】即ち、活性層３の伝導型がｎ型であるの
で、活性層３に水素パッシベーションを施してキャリア
としての電子の数が増加し余剰となっても、ゲート電極
１３の伝導型を活性層３の伝導型のｎ型とは逆にｐ型に
しているのでゲート電極の活性層との接合面にはホール
（正孔）が蓄積されていることから、このホールによっ
て余剰なキャリアを中和することができる。言い換える
と、過剰な水素パッシベーションによる活性層３のしき
い値の過剰な低下分を補うに足る活性層３とゲート電極
１３の仕事関数分に相当するホールを、このｐ型のゲー
ト電極１３に形成して、しきい値電圧の過剰な低下を解
消する。このようにして、本発明に係る液晶表示装置は
ｐ−ＳｉＴＦＴに水素パッシベーションを施した際の過
度の水素パッシベーションによる特性の劣化の問題や、
ｎ型のｐ−ＳｉＴＦＴとｐ型のｐ−ＳｉＴＦＴとの間の
しきい値電圧の不均一の問題を解消することができる。

【００５０】なお、本実施例では活性層３がｎ型の場合
について説明したが、本発明の技術はこれには限定しな
い。活性層３がｐ型の場合についても本実施例と同様に
ゲート電極１３を活性層３とは逆の伝導型、即ちｎ型に
配設することで、本実施例と同様の効果を得ることがで
きることは言うまでもない。

【００５１】

【発明の効果】以上、詳細な説明で明らかなように、本
発明によれば、ｐ−ＳｉＴＦＴに水素パッシベーション
を施した際の、過度の水素パッシベーションによる特性
の劣化の問題や、ｎ型のｐ−ＳｉＴＦＴとｐ型のｐ−Ｓ
ｉＴＦＴとの間のしきい値電圧の不均一化の問題を解消
して、動作不良の発生を抑え信頼性の高いｐ−ＳｉＴＦ
Ｔを用いた液晶表示装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置の多結晶薄膜トランジス
タ部分の構成を示す図。

【符号の説明】

１…石英絶縁基板、３…活性層、５…ソース、７…ドレ
イン、９…チャンネル、１１…ゲート酸化膜、１３…ゲ
ート電極、１５…第１層間絶縁膜、１７、１９…コンタ
クトホール、２１…ソース電極、２３…ドレイン電極、
２５…第２層間絶縁膜、２７…コンタクトホール、２９
…画素電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多結晶シリコンからなる活性層と前記活
   性層のドレイン部分に接続されたドレイン電極と前記活
   性層のソース部分に接続されたソース電極と前記活性層
   にゲート酸化層を介して接続するゲート電極とを有する
   多結晶シリコン薄膜トランジスタを液晶駆動回路および
   画素部スイッチング素子のうち少なくとも一方に有する
   液晶表示装置において、 前記ゲート電極の伝導型が前記活性層の伝導型に対して
   逆の伝導型に設定された多結晶シリコン薄膜トランジス
   タを具備することを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 少なくとも前記活性層にゲート酸化層を
   被着し、前記ゲート酸化層を介して前記活性層に接続す
   るゲート電極を配設し、前記活性層に水素パッシベーシ
   ョンを施して前記多結晶シリコン薄膜トランジスタを形
   成する液晶表示装置の製造方法において、 前記活性層の水素パッシベーション前の伝導型がｎ型の
   ときには前記ゲート電極に電気的不純物を添加して該ゲ
   ート電極の伝導型をｐ型に、前記活性層の水素パッシベ
   ーション前の伝導型がｐ型のときには前記ゲート電極に
   電気的不純物を添加して該ゲート電極の伝導型をｎ型に
   することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。