JPH07176748A - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 この発明の液晶表示装置の製造方法は、多結
晶シリコン膜に急速アニール法によってＬＤＤ構造のＴ
ＦＴにおける不純物イオンを活性化する工程を備えてい
る。 【効果】 この本発明によれば、ＬＤＤ構造が採用され
たＴＦＴにおけるチャネル長の制御が容易となり、これ
により良好な表示画像が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多結晶シリコンを主体
とした薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと略称する。）
を備えた液晶表示装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】多結晶シリコンを主体としたＴＦＴは、
非晶質シリコンを主体としたＴＦＴに比べて素子特性に
優れていると共に、絶縁基板上に比較的大面積に製造可
能であることから、液晶表示装置を構成する各表示画素
のスイッチ素子として、あるいはその駆動回路部に用い
られている。

【０００３】このＴＦＴは、石英等の絶縁基板上に、多
結晶シリコンに不純物イオンが注入されて成るソース領
域とドレイン領域、ソース領域とドレイン領域に挟まれ
たチャネル領域、このチャネル領域上にゲート絶縁膜を
介して配置されるゲート電極、ソース領域とドレイン領
域のそれぞれに電気的に接続されて成るソース電極およ
びドレイン電極を備えて構成されている。

【０００４】そして、このようなＴＦＴのゲート・ソー
ス領域間、あるいはゲート・ドレイン領域間の電界の緩
和のため、ソース領域とチャネル領域との間あるいはド
レイン領域とチャネル領域との間に不純物イオン濃度の
低い電界緩和領域を備えた構成、即ちＬＤＤ（Lightly-
Doped-Drain ）構造が特開昭５８−１０５５７４号等で
知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したＴ
ＦＴのソース領域およびドレイン領域のそれぞれは、ゲ
ート電極をマスクとした不純物イオンのイオン注入によ
って自己整合的に形成されるが、このようにして注入さ
れた不純物イオンは熱処理を経た後に活性化される。

【０００６】しかし、多結晶シリコンを主体としたＴＦ
Ｔにおいては、単結晶シリコン等に比べて結晶粒内での
不純物の拡散速度が約１０〜１００倍程度大きいこと、
更に結晶粒界での不純物の拡散速度は更に大きいこと等
の理由により、自己整合的に不純物イオンの注入を行う
にもかかわらず、実行的なチャネル長が短くなり、ＴＦ
Ｔには不所望な寄生容量が生じてしまう。これにともな
い、液晶表示装置における各表示画素のスイッチ素子と
してＴＦＴを用いる場合では、ＴＦＴのオン／オフに伴
う電位の変動を招き、フリッカの発生等により表示品位
を劣化させてしまう。また、チャネル長が短いＴＦＴの
作成が困難となったり、更にチャネル長の制御自体も困
難となり、製品毎にばらつきが生じるといった問題点も
生じてしまう。特に上記したＬＤＤ構造のＴＦＴを得る
場合においては、その電界緩和領域の制御が一層複雑と
なってしまう。

【０００７】そこで、活性化温度を低くすることも考え
られるが、このような方法ではソース・ドレイン領域の
十分な低抵抗化が困難となり、このため各電極との良好
なオーミックコンタクトが得にくくなる。

【０００８】本発明は上記した技術課題に鑑みなされた
もので、特にＬＤＤ構造が採用されたＴＦＴにおけるチ
ャネル長の制御を容易にし、これにより良好な表示特性
が得られる液晶表示装置の製造方法を提供することを目
的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の製造方法は、
多結晶シリコンを主体とした薄膜トランジスタを備えた
液晶表示装置の製造方法において、絶縁基板上に多結晶
シリコン膜を形成する工程と、前記多結晶シリコン膜中
に不純物イオンの注入を施すことによりチャネル領域、
前記チャネル領域に近接して配置されるソース領域およ
びドレイン領域、前記ソース領域または前記ドレイン領
域の少なくとも一方と前記チャネル領域との間に配置さ
れ前記ソース領域または前記ドレイン領域よりも不純物
イオン濃度の低い電界緩和領域を形成する工程と、前記
多結晶シリコン膜に急速アニール法によって前記不純物
イオンを活性化する工程を備えたことを特徴としてい
る。

【００１０】また、請求項２に記載される発明は、請求
項１記載の急速アニール法は、ランプアニールもしくは
レーザーアニールであることを特徴としている。請求項
３に記載される発明は、請求項１記載の絶縁基板と多結
晶シリコン膜との間には活性化促進層が配置されている
ことを特徴としている。

【００１１】

【作用】この発明の製造方法によれば、特に多結晶シリ
コン膜に急速アニール法によって不純物イオンの活性化
を行っているため、数ns〜数分の時間で十分な活性化を
行うことができる。このため、ＴＦＴにおけるチャネル
長や電界緩和領域の制御が容易となり、不所望な寄生容
量の増大が解消され、良好な表示画像を得ることができ
る。

【００１２】この発明における急速アニール法として
は、ランプアニール、レーザーアニール、急速抵抗加熱
等の方法が適用可能であるが、温度分布の制御性の理由
からランプアニールもしくはレーザーアニールが好まし
い。

【００１３】また、この発明において、より好ましくは
絶縁基板と多結晶シリコン膜との間には活性化促進層と
して、例えば非晶質シリコン膜、高融点金属もしくは金
属シリサイド等を配置しておくと良い。中でも非晶質シ
リコン膜を活性化促進層として設けておくことにより、
その蓄熱効果によって活性化工程の一層の短時間化を達
成でき、これによりＬＤＤ構造の制御を一層容易にする
ことができる。また、活性層の多結晶シリコン膜自身の
欠陥密度低減効果からＴＦＴ自体の高性能化を達成する
ことができる。更に、非晶質シリコン膜はその光遮蔽性
から、活性化促進層として設けておくことにより、光遮
光層としても作用し、ＴＦＴへの光照射を防ぎ、これに
より光リークを低減させることも可能となる。

【００１４】

【実施例】以下に、本発明の一実施例の液晶表示装置の
製造方法について図面を参照して説明する。まず、この
実施例によって製造される液晶表示装置(1) は、図２に
示すように、一対の電極基板(101),(201) 間に配向膜(9
03),(905) を介して液晶層(901) が保持され、各電極基
板(101),(201) 外表面には偏光板(907),(909) がそれぞ
れ配置されて成っている。

【００１５】一方の電極基板(101) は、絶縁基板(103)
上に対向電極(105) としてＩＴＯ（Ind ium Tin Oxide
）が配置されて成っている。また、他方の電極基板(20
1) は、絶縁基板(203) 上に膜厚が４０００オングスト
ロームの非晶質シリコン層が光遮光層を兼ねた活性化促
進層(205) として配置されている。そして、活性化促進
層(205) を備えた絶縁基板(203) 上には、第１絶縁膜(2
07) を介して、図１に示すように複数本の信号線(711)
と走査線(311)とがマトリクス状に配置され、各交点部
分にＴＦＴ(210) が配置されている。

【００１６】図２に示すように、ＴＦＴ(210) のドレイ
ン領域(209D)は信号線(711) にコンタクトホール(611)
を介して接続され、ソース領域(209S)は画素電極(811)
にコンタクトホール(613) を介して接続されている。

【００１７】そして、この実施例においては、図１に示
すように２本の走査線(311) が１組として近接配置さ
れ、走査線(311) を介することなく信号線(711) に沿っ
て隣合う画素電極(811) に共通な画素電位保持容量線(4
11) が設けられている。これにより、画素電位保持容量
線(411) 数が低減でき、またＴＦＴ(210) と信号線(71
1) とのコンタクトホール(611) が近接配置されたＴＦ
Ｔ(210) に関しては共通化されているため、ＴＦＴ(21
0) と信号線(711) とのコンタクトホール(611) 数も低
減でき、開口率を向上させることができる。

【００１８】この液晶表示装置(1) の各表示画素領域に
ついて、図２を参照して詳細に説明する。ＴＦＴ(210)
は、活性化促進層(205) 上に第１絶縁膜(207) を介して
配置される多結晶シリコン膜(209) を備えて構成されて
いる。この多結晶シリコン膜(209) は、チャネル領域(2
09C)、チャネル領域(209C)に近接して配置されるソース
領域(209S)およびドレイン領域(209D)と、チャネル領域
(209C)とソース領域(209S)との間に配置される不純物イ
オン濃度の低い第１電界緩和領域(209SS) 、チャネル領
域(209C)とドレイン領域(209D)との間に配置される不純
物イオン濃度の低い第２電界緩和領域(209DD) を備えて
いる。

【００１９】そして、チャネル領域(209C)上には第２絶
縁膜(211) を介して走査線(311) と一対のゲート電極(3
11G)がそれぞれ配置されている。また、多結晶シリコン
膜(209) 上には第２絶縁膜(211) を介してゲート電極(3
11G)と同一工程で形成された画素電位保持容量線(411)
が設けられ、多結晶シリコン膜(209) と画素電位保持容
量線(411) との間で画素電位保持容量（Ｃｓ）が形成さ
れている。

【００２０】そして、この上に第３絶縁膜(511) が配置
され、コンタクトホール(611) を介してドレイン領域(2
09D)と信号線(711) とが接続され、またコンタクトホー
ル(613) を介して画素電極(811) とソース領域(209S)と
が接続されている。

【００２１】次に、本実施例の液晶表示装置(101) の製
造プロセスを図３を参照して詳細に説明する。図３
（ａ）に示すように、まずガラスから成る絶縁基板(20
3) 上に４０００オングストロームの膜厚で非晶質シリ
コン層を活性化促進層(205) として島状に形成し、この
上に第１絶縁膜(207) を形成した後、シランを反応ガス
として用いた減圧ＣＶＤ法によってアモルファスシリコ
ン膜を成膜し、６００℃、１５時間窒素雰囲気中でアニ
ールして結晶化させ、更に活性化促進層(205) よりも若
干小さい島状にパターニングして多結晶シリコン膜(20
9) を得た。尚、ここでは反応ガストしてシランを用い
たが、この他にもジシラン等が好適に用いられる。

【００２２】この後、同図（ｂ）に示すように、ゲート
絶縁膜として作用する第２絶縁膜(211) を形成した。そ
して、画素電位保持容量線(411) が配置される領域の多
結晶シリコン膜(209) に対して予め不純物イオンとして
ヒ素（Ａｓ）イオンをイオン注入した。更に、第２絶縁
膜(211) 上に走査線(311) と一体のゲート電極(311G)お
よび画素電位保持容量線(411) を形成した。そして、こ
のゲート電極(311G)および画素電位保持容量線(411) の
パターニングに用いたレジスト膜をマスクとして低濃度
な電界緩和領域(209SS),(209DD) 形成のためのヒ素（Ａ
ｓ）イオンをイオン注入した。更に、このレジストを除
去した後、ゲート電極(311G)と電界緩和領域(209SS),(2
09DD) を覆ったレジストマスクを用いて高濃度なソース
領域(209S)及びドレイン領域(209D)形成のためのヒ素
（Ａｓ）イオンをイオン注入してソース領域(209S)及び
ドレイン領域(209D)を形成した。

【００２３】このようにして、多結晶シリコン膜(209)
に対してＴＦＴ(210) のチャネルとして機能するチャネ
ル領域(209C)、チャネル領域(209C)を挟む第１，２電界
緩和領域(209SS),(209DD) 、第１，２電界緩和領域(209
SS),(209DD) を挟むソース領域(209S)及びドレイン領域
(209D)を形成した。

【００２４】この後、同図（ｃ）に示すように、４００
℃程度の低温プロセスにより第３絶縁層(511) を形成し
た後に島状の多結晶シリコン膜(209) の主表面側から多
結晶シリコン膜(209) に対してランプアニール法を用い
て光を照射し９５０℃で１分間活性化を行った。ランプ
アニールは上記のように多結晶シリコン膜(209) 及びゲ
ート電極(311G)の上に保護膜としての絶縁層(511) を形
成した後に行う方が望ましい。

【００２５】この後、同図（ｄ）に示すように、第３絶
縁層(511) および第２絶縁膜(211)に、前述したソース
領域(209S)及びドレイン領域(209D)に電気的接続を得る
ためのコンタクトホール(611),(613) を形成した。そし
て、コンタクトホール(611)を介してドレイン領域(209
D)に接続される信号線(711) を形成した。また、コンタ
クトホール(613) を介してソース領域(209S)に接続され
るＩＴＯから成る画素電極(811) を配置した。

【００２６】この後は、常法にしたがって、図２に示す
ように配向膜(905) 等を順次形成し電極基板(201) を得
た。また、ＩＴＯから成る透明電極が対向電極(105) と
して用いられ、この上に配向膜(903) が配置された対向
基板(101) と、上記した電極基板(201) との間にネマチ
ック液晶から成る液晶層(901) を注入し封止し、更に外
方に偏光板(907),(909) を配置して液晶表示装置(1) を
完成させた。

【００２７】尚、駆動回路部についてはふれなかった
が、各表示画素に設けられるＴＦＴと同様にして絶縁基
板(203) 上に一体に形成されている。以上のようにして
形成された液晶表示装置(1) においては、多結晶シリコ
ン膜( 209)に対してランプアニール法が用いられて不純
物イオンの活性化が行われているため、１分間といった
短時間でも、８５０℃で３０分間アニールした場合と遜
色ない十分な活性化が達成されていた。

【００２８】図４は、縦軸にソース領域におけるヒ素
（Ａｓ）イオンのイオン濃度、横軸に多結晶シリコン膜
の主表面からの深さをとり、活性化前後のヒ素（Ａｓ）
イオン濃度と深さの関係を示す図であり、図中曲線
（ａ）は活性化前を、図中曲線（ｂ）は本実施例におけ
る活性化後を、図中曲線（ｃ）は８５０℃で３０分間ア
ニールした場合をそれぞれ示している。この図からもわ
かるように、この実施例によれば、ヒ素（Ａｓ）イオン
の活性化に際してヒ素（Ａｓ）イオンの不所望な拡散が
十分に防止されていることもわかる。

【００２９】また、本実施例によって得られた液晶表示
装置(1) と、不純物イオンの活性化が従来法である８５
０℃で３０分間のアニールで行われた他は同様にして得
られた液晶表示装置とを実際に駆動させた。すると、従
来法で得られた液晶表示装置では表示品位の劣化が確認
されたのに対し、本実施例の液晶表示装置(1) では上述
したようにヒ素（Ａｓ）イオンの不所望な拡散が防止さ
れ、ＴＦＴ(210) のチャネル長も各所で均一に制御され
ているためか、ＴＦＴ(210) に生じる不所望な寄生容量
が最低限に抑えられ、これによりＴＦＴ(210) のオン／
オフに伴う電位の変動に起因するフリッカが十分に抑え
られ、良好な表示画像が得られた。

【００３０】更に、この実施例のＴＦＴ(210) はＬＤＤ
構造が採用されているが、従来法で得られたＴＦＴの耐
圧に比べて、ヒ素（Ａｓ）イオンの活性化に不所望な拡
散を伴わないためか、そのソース・ドレイン耐圧の向上
が向上しＴＦＴのチャネル長が短い、例えば１ミクロン
程度としてもソース・ドレイン電圧２０Ｖでもブレーク
ダウンを生じないものを得ることができた。

【００３１】さらに、この実施例では、非晶質シリコン
膜が活性化促進層(205) として配置されており、遮光層
としても機能しているため、ＴＦＴ(210) の基板側から
の光照射を防ぎ、これにより光リークを低減させること
も可能となる。

【００３２】上記した実施例におていは、液晶層(901)
としてネマチック液晶を用いたが、例えば高分子樹脂中
に液晶材料が分散されて成るもの等を用いても良いこと
は言うまでもない。

【００３３】また、上記した実施例におていは、不純物
イオンとしてヒ素（Ａｓ）イオンを用いたが、ボロン
（Ｂ）イオンやリン（Ｐ）イオン等、適宜使用できるこ
とは言うまでもない。

【００３４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の製造方法
によれば、特にＬＤＤ構造が採用されたＴＦＴにおける
チャネル長の制御が容易となり、これにより良好な表示
画像が得られる液晶表示装置を得ることかできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の一実施例の液晶表示装置の
一方の電極基板の概略正面図である。

【図２】図２は、図１におけるＡ−Ａ’線に沿って切断
された液晶表示装置の概略断面図である。

【図３】図３は、この発明の一実施例の液晶表示装置の
製造プロセスを示す図である。

【図４】図４は、縦軸にヒ素（Ａｓ）イオン濃度、横軸
に多結晶シリコン膜の主表面からの深さをとり、活性化
前後のヒ素（Ａｓ）イオン濃度と深さの関係を示す図で
ある。

【符号の説明】

(1) …液晶表示装置 (101),(201) …電極基板 (205) …活性化促進層 (210) …ＴＦＴ (311) …走査線 (711) …信号線 (811) …画素電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多結晶シリコンを主体とした薄膜トラン
   ジスタを備えた液晶表示装置の製造方法において、 絶縁基板上に多結晶シリコン膜を形成する工程と、 前記多結晶シリコン膜中に不純物イオンの注入を施すこ
   とによりチャネル領域、前記チャネル領域に近接して配
   置されるソース領域およびドレイン領域、前記ソース領
   域または前記ドレイン領域の少なくとも一方と前記チャ
   ネル領域との間に配置され前記ソース領域または前記ド
   レイン領域よりも不純物イオン濃度の低い電界緩和領域
   を形成する工程と、 前記多結晶シリコン膜に急速アニール法によって前記不
   純物イオンを活性化する工程とを備えたことを特徴とす
   る液晶表示装置の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の急速アニール法は、ラン
   プアニールもしくはレーザーアニールであることを特徴
   とした液晶表示装置の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の絶縁基板と多結晶シリコ
   ン膜との間には活性化促進層が配置されていることを特
   徴とした液晶表示装置の製造方法。