JPH086071A

JPH086071A - 表示装置

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Publication number: JPH086071A
Application number: JP6137319A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Inoue; 俊輔井上; Takanori Watanabe; 高典渡辺; Tetsunobu Kouchi; 哲伸光地; Mamoru Miyawaki; 守宮脇
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-06-20
Filing date: 1994-06-20
Publication date: 1996-01-12
Anticipated expiration: 2016-04-16
Also published as: JP3155886B2

Abstract

(57)【要約】【目的】キャリア移動度が十分高く、電流の立ち上が
り特性の良好なｐ−ＳｉＴＦＴを用いて、高画素、高精
細な画像表示が可能な表示装置を提供すること。【構成】アクティブマトリクス基板は、水素の拡散を
抑制する第一の膜と、水素を前記多結晶シリコンに供給
する第二の膜とを有し、前記第一の膜と前記第二の膜と
が、多結晶シリコンを挟む上下の位置に配されているこ
とを特徴とする表示装置。【効果】極めて高精細な液晶画像表示が可能、また、
ソースドレイン間のリーク電流が小さいために、画素電
極の電荷の保持時間が長く、コントラスト比に優れた表
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、液晶を用いた表示装
置、とりわけ薄膜スイッチング素子を有するアクティブ
マトリクス基板を用いた表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶を用いた表示装置について
は、より高精細な表示画像が求められてきている。なか
でも画素の駆動に薄膜スイッチング素子を用いる所謂ア
クティブマトリクス型の表示パネルは、他の方式の液晶
表示パネルに比べて多画素化、高諧調化が比較的容易に
図れるため、急速に技術開発が進められつつある。

【０００３】アクティブマトリクス型の表示パネルに用
いられる薄膜スイッチング素子については、一般的に５
インチ以上の大型パネルには主にアモルファスシリコン
（ａ−Ｓｉ）、それ以下の小型パネルには主にポリシリ
コン（ｐ−Ｓｉ）を用いた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
が用いられている。ｐ−ＳｉＴＦＴを用いた液晶表示パ
ネルの模式図を図３に示す。マトリクス状に配置された
ｐ−ＳｉＴＦＴをスイッチング素子とするパネル表示回
路３０５には垂直シフトレジスタ３０３及び、水平シフ
トレジスタ３０４が接続され、ビデオ信号回路３０１よ
り送られるＴＶ画像信号が垂直シフトレジスタ３０３及
び、水平シフトレジスタ３０４を介して表示回路３０５
中の画素に書き込まれる。３０２は２つのシフトレジス
タ３０３、３０４のタイミングをとるための同期回路で
ある。最近はシフトレジスタ３０３、３０４をｐ−ＴＦ
Ｔを用いて形成し、これらを同じパネル内に集積化する
ようになってきている。ｐ−ＳｉＴＦＴの断面図を図１
４に示す。石英またはガラス基板１４０１上の薄膜ポリ
シリコン中に、例えばｎ⁺ 型拡散層１４０３、及びｎ^-
型拡散層１４０７よりなるソース、ドレイン領域があ
り、ゲート絶縁膜１４０５を介してポリシリコンよりな
るゲート電極１４０６に電圧を印加することによりＯｎ
／Ｏｆｆの制御がされている。ｎ^- 型拡散層１４０７は
特にドレイン近傍でのゲート電極直下の電界を緩和する
目的で形成されており、ＴＦＴのドレイン・ソース間の
リーク電流、及び耐圧を改善する上で有効である。１４
０８は、例えばアルミニウムからなるソース・ドレイン
電極、１４１０は、例えばシリコン酸化膜よりなる層間
絶縁膜、１４０９は、例えばシリコン窒化膜よりなる表
面保護膜である。この液晶パネルの等価回路は図４に示
すとおりである。複数の信号線４０１ａ〜４０１ｄと複
数の走査線４０２ａ〜４０２ｄの交点に対応して画素電
極４０６が配され、該画素電極にはＴＦＴ４０３のドレ
インが接続されている。ＴＦＴ４０３のソースには信号
線４０１ａ〜４０１ｄが接続され、ゲートには走査線４
０２ａ〜４０２ｄがそれぞれ接続されている。画素電極
１０６には信号線４０１ａ〜４０１ｄからのビデオ信号
が書き込まれる。ＴＦＴ４０３のドレインは、書き込ん
だ電荷を十分長い間保持するための保持容量４０４にも
接続され、容量の電極のもう一端４０５は全画素、また
は１行方向ずつの画素について共通の電位に接続され
る。

【０００４】ＴＦＴについては、数μ秒の間に画素に電
荷を書き込む必要があるため、高速性が要求される。こ
のような動作に十分使用できるｐ−Ｓｉ薄膜を得るため
の技術としては、つぎのものがある。即ち、（１）減圧
下でシランガスを熱分解して堆積したｐ−Ｓｉを６００
Ｃ程度で長時間アニールして数ミクロン程度のグレイン
のｐ−Ｓｉとし、キャリア移動度を向上させる所謂長時
間アニール法。（２）減圧下でシランガスを熱分解して
堆積したｐ−Ｓｉに、水素を豊富に含む膜（例えばプラ
ズマＣＶＤ法にて形成した窒化膜等）を堆積し、熱処理
によって、膜中の水素をポリシリコン粒界のトラップに
結合させることにより、キャリア移動度を向上させる所
謂水素化法である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来法には以下に述べる解決すべき技術的課題があっ
た。即ち、（１）の長時間アニール法については、長時
間の処理を必要とするため、スループットが悪いため、
量産時には必然的にコスト高となってしまう。（２）の
水素化法については、例えば図１４に示すように、表面
保護膜として用いるプラズマ窒化膜１４０９を水素の供
給源として用いることができる。この方法では、窒化膜
を堆積した後、水素ガス中でたとえば４５０℃、３０分
間程度熱処理することで、水素拡散を行う。しかしなが
ら、このような工程を経て得られるｐ−ＳｉＴＦＴのキ
ャリア移動度は十分高いとはいえず、サブスレッシュホ
ールド領域の電流の立ち上がり特性も不十分なものであ
った。また、ｐ−Ｓｉのグレインサイズのばらつき、プ
ロセス条件の変動で、キャリア移動度や立ち上がり特性
についても、ばらつきが大きく、十分納得のゆく特性を
有するｐ−ＳｉＴＦＴは得られ難く、このようなｐ−Ｓ
ｉＴＦＴを用いて画素部を駆動するシフトレジスタなど
の回路を構成するには特性的に限界があった。

【０００６】本発明の主たる目的は、キャリア移動度が
十分高く、電流の立ち上がり特性の良好なｐ−ＳｉＴＦ
Ｔを用いて、高画素、高精細な画像表示が可能な表示装
置を提供することにある。本発明の別の目的は、強固な
メンブレン構造を有する表示装置を提供することにあ
る。本発明の更に別の目的は、高画素、高精細な表示が
可能な透過型液晶表示装置を提供することにある。本発
明の更に別の目的は、光利用効率が高く、高画素、高精
細な画像表示が可能な投射型表示装置、あるいは眼鏡型
表示装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、上述
した課題を解決するために鋭意検討を行って成されたも
のであり、下述する構成のものである。即ち、本発明の
表示装置は、複数の信号線と複数の走査線の交点に対応
して多結晶シリコンを半導体層に用いた薄膜トランジス
タを配して構成したアクティブマトリクス基板と、該ア
クティブマトリクス基板に対向する対向基板と、の間に
液晶を挟持してなる液晶を用いた表示装置において、前
記アクティブマトリクス基板は、水素の拡散を抑制する
第一の膜と、水素を前記多結晶シリコンに供給する第二
の膜とを有し、前記第一の膜と前記第二の膜とが、前記
多結晶シリコンを挟む上下の位置に配されていることを
特徴とするものである。

【０００８】本発明の表示装置は、透過型、反射型、投
射型あるいは眼鏡型等の種々の液晶表示装置に適用可能
である。

【０００９】本発明の表示装置においては、アクティブ
マトリクス基板は、水素の拡散を抑制する第一の薄膜
と、水素を多結晶シリコンに供給する第二の薄膜を有
し、第一の膜と第二の膜とが多結晶シリコンを挟んで上
下にはいされていることから、多結晶シリコンのシリコ
ン原子に結合する水素は、一方の膜から供給され、いっ
たん結合した水素は、他方の膜により拡散が抑制され
る。これにより、水素を安定的に多結晶シリコン内に留
まらせることができる。その結果、多結晶シリコンの移
動度、立ち上がり特性が向上し、特性のばらつきも抑え
ることができる。

【００１０】本発明においては、第１の膜と第２の膜と
を、ともに窒化シリコンで構成することができる。例え
ば、水素を供給する膜としてプラズマＣＶＤ法により形
成した窒化シリコン膜、水素の拡散を抑制する膜として
減圧ＣＶＤ法により形成した窒化シリコン膜を用いるこ
とで、既存の半導体材料を利用しながら、極めて高い効
果を発揮することができる。

【００１１】本発明においては、該第１の膜をシリコン
にたいして引っ張り応力を有するもので構成し、第２の
膜をシリコンにたいして圧縮応力を有するもので構成す
ることができる。例えば、メンブレン構造を使用する透
過型液晶表示パネルにおいて、プラズマＣＶＤ法で形成
した窒化膜により生ずる圧縮応力、あるいは他の膜（他
とえば、酸化シリコン膜）により生ずる圧縮性応力を相
殺するために減圧ＣＶＤ法で形成した窒化シリコン膜を
用いることで、メンブレンのシワやたるみを抑制するこ
とができ、ＴＦＴの優れた特性を維持させることができ
る。

【００１２】本発明においては、アクティブマトリクス
基板をガラス、石英基板を用いて構成することができ
る。また、本発明においては、アクティブマトリクス基
板を単結晶シリコン基板を用いて構成することができ
る。この場合、単結晶シリコンを用いたスイッチング素
子と、多結晶シリコンを用いた画素スイッチング用ＴＦ
Ｔを集積することにより、高速の駆動回路を有する液晶
表示パネルに、従来に比べてより特性の改善されたＴＦ
Ｔを装備させることができ、パネルの高精細化が図れ
る。

【００１３】本発明においては、単結晶シリコン基板の
一部を除去したものを光透過型の基板として用いること
が可能であり、これにより透過型パネルとしての適用が
可能となる。

【００１４】本発明においては、アクティブマトリクス
基板として走査回路を含み、該走査回路の少なくとも一
部は単結晶シリコンよりなるスイッチング素子により構
成されているものを用いることができる。この場合、単
結晶シリコン基板上に、バルクシリコンを用いた駆動回
路と、多結晶シリコンを用いた画素スイッチング用ＴＦ
Ｔを集積することにより、高速の駆動回路を有する液晶
表示パネルが提供できる。

【００１５】本発明においては、第１の膜及び第２の膜
として概略次の関係を満足するものを用いることができ
る。即ち、第１の膜及び第２の膜は、光学的屈折率がそ
れぞれ、ｎ₁、ｎ ₂、であり、厚さがそれぞれｄ₁ 、ｄ
₂ 、であり、波長λの光に対し、ｎ₁ ｄ₁ ＝Ｎ₁ λ／２ｎ₂ ｄ₂ ＝Ｎ₂ λ／２（ただし、Ｎ₁,Ｎ_2、は共に０でない自然数である。）この関係を満足する第１の膜及び第２の膜を採用する
と、画素領域に入射する可視光が第１の膜と上下に隣接
する膜の界面での反射が十分抑制される結果、パネルの
光透過率が向上する。

【００１６】

【実施例】以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳細
に説明するが、本発明はこれら実施例により限定される
ものではない。

【００１７】（実施例１）図１は本発明の表示装置に適
用可能なｎ⁺ ｐ−ＳｉＴＦＴの模式的断面図である。図
１において、半導体または石英基板１０１上にシリコン
窒化膜１０２が配されており、その上にＴＦＴのチャネ
ル、ソース・ドレインが形成されている。１０３は高濃
度ソース・ドレイン、１０７は電界を緩和するための低
濃度のソース・ドレインである。１０５は、例えばシリ
コン酸化膜などで構成されるゲート絶縁膜、１０６は例
えばｎ型にドープされた多結晶シリコンであり、２つの
同電位のゲート電極がソース・ドレインの間に直列に存
在するい所謂“デュアルゲートＴＦＴ”を構成してい
る。１０６’は例えばＰＳＧ（Phospho-Silicate Glas
s) などで構成される層間絶縁膜、１０８は例えばアル
ミニウムなどで構成されるソース・ドレイン電極であ
る。１０９は水素化のための水素供給源であり、例えば
窒化シリコン膜が用いられる。窒化シリコン膜１０９は
本例では表面保護膜も兼ねており、外部からの水分、不
純物などの浸入を防ぎ、ＴＦＴの信頼性を確保してい
る。水素化の促進のため、窒化シリコン膜１０２は、減
圧下、６００〜９００℃の温度の下、シランガスを熱に
より分解する熱ＣＶＤ法を用いて形成した。水素供給源
としての窒化シリコン膜１０９は、減圧下２００〜４０
０℃の温度で励起したシランガスとアンモニアガス、ま
たはシランガスとＮ₂ Ｏ（笑気ガス）の混合ガスをプラ
ズマ中で分解、堆積させて形成した。また層間絶縁膜１
０６は水素の拡散速度が早い膜になっていることが重要
である。水素化は窒化シリコン膜１０９の堆積時にある
程度進行するが、十分な効果を得るためには、堆積後に
３５０〜５００℃の温度で、水素ガス、または水素ガス
と窒素などの不活性ガスとの混合ガス中で、１０〜１２
０分間、熱処理すると良い。この時の処理温度の上限は
アルミニウム電極の融点または水素の脱離反応で決ま
る。アルミニウムを用いた場合、５００℃以上の熱処理
は望ましくない。また、水素化の効果も５００℃以上で
はかえって減少する。これはいったん多結晶シリコンの
粒界に取り込まれた水素が再び脱離するためである。

【００１８】図１に示したＴＦＴの製造方法は以下のと
おりである。まず、表面を酸化したシリコン基板（また
は石英基板）１０１上に１ｍｍ〜７６０ｍｍＴｏｒｒの
減圧下で、シランガス、アンモニアガスを反応させ、シ
リコン窒化膜１０２を１００〜４００ｎｍの厚みで堆積
させる。次に０．１〜１．０Ｔｏｒｒの圧力下、６００
〜７００℃で、窒素で希釈したシランガスを熱分解し、
多結晶シリコン膜を５０〜４００ｎｍの厚みで堆積させ
た後、パターニングしソース・ドレイン１０３の領域と
なる部分を形成する。これはソース・ドレイン領域の寄
生抵抗の低減と、ソース・ドレインコンタクトホールエ
ッチング時のオーバーエッチングによる２層目の多結晶
シリコン１０４の消失を防止するために有効な構成であ
る。また、多結晶シリコンのパターニングに下のシリコ
ン窒化膜１０２がエッチングされないようにシリコン窒
化膜１０２上に例えば１０〜２００ｎｍ程度のシリコン
酸化膜を形成しても良い。次に、表面の自然酸化膜を除
去し、減圧ＣＶＤ法を用いて２層目の多結晶シリコン膜
を５０〜２００ｎｍの厚みで堆積させる。多結晶シリコ
ンの厚さは薄いほどＴＦＴのリーク電流が抑制され、望
ましい。本例では、次に１１５０℃での熱酸化膜を８０
ｎｍの厚みで形成することと、プロセスのバラツキを考
慮して、多結晶シリコンの堆積膜厚を８０ｎｍとした。
ゲート酸化膜の形成法としては、他に酸化膜を形成した
のち窒化酸化を連続して行うＯＮＯ（Oxidized-Nitride
d Oxide)膜を使用する方法などの方法がある。ゲート酸
化膜を形成した後、ゲート電極となる多結晶シリコンを
１００〜５００ｎｍの厚みで堆積させ、高濃度にドーピ
ングした後、パータニングを行い、ゲート電極１０６を
形成する。ゲート電極のドーピングとして、本例では気
相中でのリンイオンのドーピングを行ったが、他にも、
ヒ素やリンをイオン注入、イオンドーピングする方法な
どがあり、周知の技術を適宜用いることができる。次い
で、シランガス、酸素ガス、ＰＨ₃ （ホスフィン）を原
料ガスに用いてＣＶＤ法によりＰＳＧ膜層間絶縁膜１０
６を６００ｎｍの厚みで堆積させた。他にＮＳＧ(Non-D
oped Silicate Glass)、ＢＰＳＧ(Boron-Phospho Silic
ate Glass)などの膜を用いることができる。コンタクト
ホールを開口し、シリコンが０．５−２．０％ドープさ
れたアルミニウムをマグネトロンスパッタ法により６０
０ｎｍの厚みで堆積させた。電極材料として通常の半導
体、ＴＦＴプロセスで使用される材料、例えば他のＡｌ
合金、Ｗ、Ｔａ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｍｏまはたこれら
のシリサイド等は適宜使用できる。電極材料をパターニ
ングしてソースドレイン電極１０８を形成した後、２０
０〜４００℃でシランガスとＮ₂ Ｏガスの混合ガスをプ
ラズマ中で分解し６００ｎｍの窒化シリコン膜を堆積さ
せた。その後、水素ガス中、４５０℃で３０分間熱処理
した。このようにして形成したＴＦＴを液晶表示パネル
に応用した。

【００１９】本例による液晶表示パネルの模式図は、図
３に示すとおりである。マトリクス状に配置されたｐ−
ＳｉＴＦＴをスイッチング素子とするパネル表示回路３
０５には垂直シフトレジスタ３０３及び、水平シフトレ
ジスタ３０４が接続され、ビデオ信号回路３０１より送
られるＴＶ画像信号が垂直シフトレジスタ３０３及び、
水平シフトレジスタ３０４を介して表示回路３０５中の
画素に書き込まれる。３０２は２つのシフトレジスタ３
０３、３０４のタイミングをとるための同期回路であ
る。

【００２０】この液晶パネルの等価回路は図４に示すと
おりである。複数の信号線４０１ａ〜４０１ｄと複数の
走査線４０２ａ〜４０２ｄの交点に対応して画素電極４
０６が配され、該画素電極にはＴＦＴ４０３のドレイン
が接続されている。ＴＦＴ４０３のソースには信号線４
０１ａ〜４０１ｄが接続され、ゲートには走査線４０２
ａ〜４０２ｄがそれぞれ接続されている。画素電極１０
６には信号線４０１ａ〜４０１ｄからのビデオ信号が書
き込まれる。ＴＦＴ４０３のドレインは、書き込んだ電
荷を十分長い間保持するための保持容量４０４にも接続
され、容量の電極のもう一端４０５は全画素、または１
行方向ずつの画素について共通の電位に接続される。

【００２１】図５は、画素部の平面構造を示した模式図
である。１つの画素は隣接する２本の信号線５０１ａ，
５０１ｂ、及び、２本の走査線５０２ａ，５０２ｂに囲
まれている。多結晶シリコン膜５０３で形成されたＴＦ
Ｔのソースはコンタクトホール５０４により信号線５０
１ａと接続され、２枚のゲートを介してドレインに信号
電荷を書き込む。５０５はＴＦＴと金属電極５０６を結
ぶコンタクトであり、この金属電極５０６はスルーホー
ル５０７を介して、透明な画素電極５０８と結ばれてい
る。図で５０９は遮光膜の開口部分であり、ＴＦＴに不
要な光が当たるのを防止する。

【００２２】図６は図５中のＡＡ’線に添った断面図で
ある。図６においては、シリコン基板、または石英基板
１０１上にシリコン窒化膜１０２が配されている。シリ
コン窒化膜１０２上には１０〜１００ｎｍのシリコン酸
化膜２０２が設けられており、ＴＦＴとシリコン窒化膜
１０２とを隔てている。ＴＦＴは電界緩和のための低濃
度ｎ型層１０７、および高濃度ソース・ドレイン１０３
を有しており、これらはゲート酸化膜１０５を介して２
枚のポリシリコン電極１０６と対峙している。ソース電
極、ドレイン電極１０８はＡｌ膜１０８ａとＴｉ膜１０
８ｂの積層膜よりなり、画素電極６０３とのオーミック
接続を容易にしている。遮光膜６０２は、例えばＴｉＮ
膜で構成され、ソース・ドレイン電極とは、例えばＰＳ
Ｇ膜６０１により隔てられ、ＴＦＴとは例えばＢＰＳＧ
膜１０６により隔てられている。本例では水素化ための
プラズマ窒化膜を遮光膜と画素電極の間に設けている。
これは画素電極６０３と遮光膜６０２との間で保持容量
を形成するためにできるだけ比誘電率の大きな膜を用い
たためである。このように遮光膜上でも水素化の効果を
十分得ることができる。また、６０１を水素化のための
窒化膜としても良いことは言うまでもない。６１０は液
晶配向のための配向膜であり、例えばＰＩＱ膜を用い
る。図６に示した基板１０１乃至配向膜６１０をもって
アクティブマトリクス基板が構成されている。ＴＮ液晶
６１１ををはさんで対向基板６２１側には配向膜６２
６、保護膜６２５透明電極６２４が設けられている。遮
光膜６０２が開口している部分に対応して例えば顔料を
用いたカラーフィルター６２３が設けられ、遮光部に対
応してＣｒなどのブラックマトリクス６２２が設けられ
ている。

【００２３】このようにして構成した本例の液晶表示パ
ネルによれば、画素サイズが２０μｍ角以下の高精細な
液晶画像表示が可能となった。またソースドレイン間の
リーク電流が小さいために、画素電極の電荷の保持時間
が長く、コントラスト比のすぐれたパネルが得られた。
更に、白点、黒点などの欠陥も少なく、製造の際には歩
留を著しく向上させることができた。このような効果が
得られる背景には上述の特定のＴＦＴを用いたため次の
ＴＦＴについての効果がある。即ち、ｉ）多結晶シリコ
ンの水素化が促進されたため、ＴＦＴのキャリア移動度
が従来の１．２〜２倍に向上し、移動度のばらつきが従
来の半分以下になった。その結果、同じＴＦＴサイズで
より高速動作に対応できるＴＦＴが得られた。ii) ＴＦ
Ｔのソースドレイン間のリーク電流が従来の１００分の
１以下に減少した。また突発的にリークが増加するＴＦ
Ｔがなくなった。

【００２４】（実施例２）図２は本発明の表示装置に適
用可能なチャネルポリシリコンがゲート電極より上側に
位置している「ボトムゲートＴＦＴ」の模式的断面図で
ある。半導体または石英、またはガラス基板１０１上に
は窒化シリコン膜１０２が配されており、その上にエッ
チングストップ用シリコン酸化膜２０２が設けられてい
る。上述の実施例１と同様にシリコン酸化膜２０２を設
けない構成も可能である。１０６はＴＦＴのゲート電極
であり、たとえばｎ⁺ 型多結晶シリコンを用いることが
できる。ゲート電極として、ＡｌやＣｒ、Ｔａ，Ｔａ
Ｎ，Ｔｉなどの金属を使用することはむろん可能であ
る。１０５は例えばシリコン酸化膜で構成されるゲート
絶縁膜、２０１は多結晶シリコンのチャネル部であり、
他にもＡｌ₂ Ｏ₃ やＳｉＮ膜またはこれらの積層膜など
で構成することが可能である。１０７は例えば低濃度の
ｎ型電界緩和領域、１０３は高濃度ソースドレイン領域
である。もちろんｐ型ＴＦＴも構成可能である。１０６
は例えばＢＰＳＧなどの層間絶縁膜、１０８はソース・
ドレインの金属電極である。１０４はポリシリコンであ
り、１０９はシリコン窒化膜である。

【００２５】実施例１と同様に２つのシリコン窒化膜１
０２及び１０９は本発明における特徴点である水素の供
給と水素の拡散抑制を行う。実施例１で示したように２
つのシリコン窒化膜の内の少なくとも一方は水素の供給
源として有効なプラズマＣＶＤ法により作成したシリコ
ン窒化膜であることが望ましい。また水素の拡散を有効
に抑制する膜としてはプラズマＣＶＤ法によるシリコン
窒化膜のほか熱ＣＶＤ法で作成したシリコン窒化膜が有
効である。

【００２６】本例のＴＦＴ構造を用いて実施例１と同様
の液晶表示パネルを作製したところ、実施例１と同様の
効果が確認された。さらに本例においては、水素の供給
源として有効なプラズマＣＶＤ法によるシリコン窒化膜
が表面保護膜を兼ねることができ、同時にチャネル部が
プラズマＣＶＤ法によるシリコン窒化膜に近いために水
素化の効果が顕著となり、製造プロセスの整合性が良好
となった。

【００２７】（実施例３）図１１は本発明の表示装置に
適用可能なＴＦＴの模式図であり、これは水素化のため
の水素供給源を金属電極の下に設けた例である。ここで
のＴＦＴの断面構造は実施例１のものと同じである。従
って、基板１０１、シリコン窒化膜１０２、高濃度ソー
スドレイン領域１０３、電界緩和領域１０７、ゲート電
極１０６、ゲート絶縁膜１０５、ソースドレイン金属電
極１０８など、実施例１で述べた材料、製法等を適宜採
用できる。

【００２８】実施例１と異なる点は、ゲート電極とＡｌ
金属電極の間の層間絶縁膜１１０６として水素の供給源
を用いたことである。ここでは、例えば８００ｎｍ厚の
プラズマＣＶＤ法による窒化膜を用いた。この厚さは、
配線間の寄生容量と短絡不良の発生確率から決めたもの
であり、自由度はある。水素供給源としては、１０ｎｍ
厚以上あれば十分である。また、電極としてアルミニウ
ムを用いた場合、パターニング時に選択比が取れない場
合には、シリコン窒化膜（ＰＣＶＤ）の上に５０ｎｍ厚
以上のエッチングストップ層、例えば、シリコン酸化膜
を設けることもできる。また、１０９は表面保護膜であ
り、ＰＳＧ、ＢＰＳＧ、ＳｉＯＮ，ＮＳＧのほか、プラ
ズマＣＶＤ法によるシリコン窒化膜を設けると良い。

【００２９】本例のＴＦＴ構造を用いて実施例１と同様
の液晶表示パネルを作製したところ、実施例１と同様の
効果が確認された。さらに本例においては、ＴＦＴが水
素の供給源、または水素の拡散抑制層でほぼ完全に覆わ
れているために、水素化の効果が極めて顕著にでた。ま
た、本例で採用したＴＦＴについては水素化のための熱
処理を長時間行っても特性が極めて安定していた。

【００３０】（実施例４）図１２は本発明の表示装置に
適用可能なＴＦＴの模式図であり、これは水素供給源ま
たは水素拡散抑制層をゲート絶縁膜として使用する例で
ある。ＴＦＴの断面構造は実施例１と同じである。従っ
て、基板１０１、シリコン窒化膜１０２、高濃度ソース
ドレイン領域１０３、電界緩和領域１０７、ゲート電極
１０６、層間絶縁膜１０６、ソースドレイン金属電極１
０８等、実施例１で述べた材料、製法等を適宜採用でき
る。ここでゲート絶縁膜１１０５として、ＯＮＯ膜を用
いることができることは、すでに実施例１で述べた。こ
こでは１０２を熱ＣＶＤ法によるシリコン窒化膜とし、
ゲート絶縁膜としてプラズマＣＶＤ法によるシリコン窒
素膜を用いた。厚さは１０ｎｍ〜２００ｎｍとするのが
好ましい。ＴＦＴのしきい値を合わせ込むために一例と
して１５０ｎｍを選んだ。ここで、シリコン酸化膜との
積層膜を用いても良い。特に、ゲート電極１０６として
多結晶シリコンを用いる場合、パターニング時のエッチ
ングストッパーとしてゲート電極の直下には例えば薄い
シリコン酸化を設けると良い。

【００３１】本例の構造はＰ−チャネル型ＴＦＴにも、
Ｎ−チャネル型ＴＦＴにも適用可能であり、実施例２の
ようなボトムゲート型にも適用できる。

【００３２】本例のＴＦＴ構造を用いて実施例１と同様
の液晶表示パネルを作製したところ、実施例１と同様の
効果が確認された。さらに本例においては、ＴＦＴがほ
ぼ完全に水素供給源と水素拡散抑制膜でおおわれ、水素
化の効果が顕著であると同時に、層間絶縁膜として誘電
率が高い窒化膜を用いる必要がないため、回路がより高
速駆動可能となった。

【００３３】（実施例５）図７を用いて説明する。図７
は実施例１に示したＴＦＴを画素の駆動スイッチとして
用い、シフトレジスタを含む信号線駆動回路及び走査線
駆動回路をバルクシリコンに集積して構成した透過型液
晶表示装置のアクティブマトリクス基板（ＴＦＴ基板）
の断面図である。バルクシリコン中の回路はＣＭＯＳ構
成であるが、これに限られるものではない。図７におい
て、７０１はシリコン基板、７０２は素子分離のための
厚い酸化膜、７０３ａはＮＭＯＳトランジスタの低濃度
ソースドレインであり、７０３ｂはＮＭＯＳトランジス
タ高濃度のソースドレインである。７０４はＮＭＯＳト
ランジスタのｐ型ウエル、７０５はゲート酸化膜、７０
６はポリシリコンゲート電極であり、７０８はソースド
レイン電極である。７１０ａはＰＭＯＳトランジスタの
低濃度ソースドレイン、７１０ｂはＰＭＯＳトランジス
タ高濃度のソースドレインであり、７１２は裏面の酸化
膜である。ＴＦＴ部については、図６に示したのと同じ
構造を用いており、ここでの説明は省略する。透過型の
表示パネルとするために、ＴＦＴ部の基板シリコンを除
去してある。７１１はエッチング端であり、表示領域の
大きさを決めている。７１２は基板シリコンを除去する
際のエッチングマスクである。厚い酸化膜７０２の下方
部分がエッチングにより除去された部分である。

【００３４】図７のＴＦＴ基板を液晶表示装置として実
装したものの断面図を図８に示す。図８において、７２
０は基板シリコンを有する支持体、７２１は基板シリコ
ンが除去された透明な領域で、パネルの表示部となる部
分である。図７と同一の部分は同一の番号で示されてい
るので、説明は省略する。図７に示したＴＦＴ基板は、
対向基板６２１と平行に設置され、両者の間には液晶物
質６１１が封入されている。液晶の光学特性を考慮して
設計される液晶６１１の厚みを維持するためにスペーサ
７２４が置かれている。画素電極６０３に対抗する位置
には全部の画素に共通あるいは多数の画素に共通な透明
共通電極６２５があり、液晶に電圧を印加する。本例で
はフルカラーの表示パネルの例を示しているので、対向
基板６２１上には染料または顔料を用いたカラーフィル
ター６２３が配置され、画素間及び周辺の駆動回路上は
Ｃｒなどのブラックマトリクス６２２で遮光されてい
る。液晶物質６１１としては主にＴＮ（ツイストネマチ
ック）型の液晶が有効であるが、構造上はＳＴＮ（Ｓｕ
ｐｅｒＴｗｉｓｔ−Ｎｅｍａｔｉｃ）型やＦＬＣ（Ｆ
ｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔ
ａｌ：強誘電液晶）、ＰＤＬＣ（Polymer-Diffused Liq
uid Crystal:高分子分散型液晶) を用いることもでき
る。ＴＮ、ＳＴＮ、ＦＬＣを用いる場合には表示装置の
上下に直交ニコルの偏光版を設ける必要がある。表示に
必要なバックライトは図の上から照射しても下から照射
しても良い。但し、遮光性を十分確保するためには、本
構造では上から照射するほうが有利である。本例のパネ
ルの特性をより高めるために、図７で示す表示部の膜構
成には以下のような工夫がしてある。

【００３５】即ち、（ｉ）ある膜がその膜の上下の膜と
屈折率が異なるために生じる光の反射を最小限抑える工
夫：一般的に図１３で示すように、屈折率の異なる層１
３０１、１３０２、１３０３、１３０４が重なる時、そ
れぞれ界面で反射が生じる。この反射は各層の屈折率ｎ
_1,ｎ₂ ，ｎ₃ ，及び、膜厚ｄ₁ ，ｄ₂ ，ｄ₃ ，を適正に
選ぶことで最小限に抑えられることが知られている。そ
の条件としてｎ₁ ｄ₁ ＝Ｎ₁ λ／２（ただし、Ｎ₁
は自然数）が適切であることがわかった。各層は独立に
厚さを決めることができれば、同様にｎ₂ ｄ₂ ＝Ｎ₂ λ／２ｎ₃ ｄ₃ ＝Ｎ₃ λ／２（Ｎ₂ 、Ｎ₃ は自然数） λは、例えば人間の目の比視感度が最も高い波長５５０
ｎｍ光を選ぶとよい。本例で用いた熱ＣＶＤ法による窒
化膜１０２、プラズマＣＶＤ法によるシリコン窒化膜１
０９は共に、ｎ＝２．０であった。λ＝５５０（ｎｍ）
とし、前述の式より、ｄ＝Ｎｘ５５０／（２Ｘ２．０）＝Ｎｘ１３７．５（ｎ
ｍ）となる。本例では熱ＣＶＤ法による窒化膜１０２はＮ＝
３とした４１２．５（ｎｍ）に近い４００（ｎｍ），プ
ラズマＣＶＤ法によるシリコン窒化膜１０９はＮ＝２と
した２７５（ｎｍ）に近い２７０（ｎｍ）と設定した。
計算値からの誤差は１０（％）程度あっても十分効果は
あり、またＮを上記の設計値以外の値とすることもでき
る。

【００３６】(ii)メンブレンの張りを最適化するための
工夫：メンブレンの張りはメンブレンを構成する各膜の
シリコン基板に対するし圧縮性の応力と、引っ張り応力
のバランスで決まる。本例の構成で圧縮性応力の寄与の
最も大きいのはＬＯＣＯＳ酸化膜７０２であり、例え
ば、８００（ｎｍ）の時、５インチウエハで４５μｍの
そりを生じる。一方引っ張り応力の最も大きいのは熱Ｃ
ＶＤ法によるシリコン窒化膜で４００（ｎｍ）の時、６
０μｍである。その他の膜のそりの合計は圧縮性で約１
５μｍの大きさであるのでそりの総和をほぼ０μｍにし
ている。シリコン除去工程の際のＬＯＣＳＯ酸化膜の膜
減りを考慮すると、最終的に若干の引っ張り応力が残留
するのでメンブレンを高信頼で張らせるのに好適とな
る。もちろん設計例は上記に限らず、ＬＯＣＯＳ酸化膜
の厚さを２００（ｎｍ）〜１５００（ｎｍ）の範囲で変
化させて設計することも可能であり、窒化膜の厚さを１
０（ｎｍ）〜６０（ｎｍ）程度の範囲で設計することが
できる。

【００３７】本例では、従来にない高諧調、高コントラ
ストを有す液晶表示装置が得られた。特に駆動回路とし
て高品質の単結晶のシリコン基板を用いることができる
ので、表示装置の小型化が可能となったのみならず、歩
留の向上も達成した。更にメンブレン工程の歩留、信頼
性も高く、光の反射が少ないために透過率が高く、表示
品質の優れた表示装置が得られた。

【００３８】（実施例６）図９に示すアクティブマトリ
クス基板を用いて、反射型の液晶表示装置を構成した。
図９のアクティブマトリクス基板は、図７に示したアク
ティブマトリクス基板とは、エッチングによるくりぬき
部がないことと、入射光を反射させるための不透明金属
電極９０８が設けられていること以外は類似の構成をし
ている。９０９は、プラズマＣＶＤ法により作製したシ
リコン窒化膜であり、ここではパッシベーション膜の機
能をも果たしている。このようなアクティブマトリクス
基板を用いて、図１０に示す構成の反射型液晶表示装置
を作製した。図１０の液晶表示装置は図８に示した透過
型の液晶表示装置のように光を透過させるためのくりぬ
き部がなく、不透明電極９０８で入射光を反射させて画
像表示するようになっている。図１０において９１１
は、液晶であり、９１２は偏向子である。本例では、液
晶としてＴＮ液晶を用いて液晶パネルを作製し、偏向ビ
ームスプリッターを用いて集光して画像表示を行った。
得られた画像は、高諧調、高コントラストを有する優れ
たものであった。

【００３９】（実施例７）図１０に示した液晶表示装置
から偏向子９１２を取り除いた形態の液晶表示装置を作
製した。本例では、液晶としてＰＤＬＣ（高分子分散型
液晶）を用いて液晶パネルを作製し、シュリーレン光学
系を用いて画像表示を行った。得られた画像は、高諧
調、高コントラストを有する優れたものであった。

【００４０】（実施例８）図８及び図１０に示した液晶
表示装置を拡大光学系を用いて、投射型の液晶表示装置
に応用した。ここでも優れた画像が得られた。

【００４１】（実施例９）図８及び図１０に示した液晶
表示装置を眼鏡に組み込み所謂眼鏡型液晶表示装置を作
製した。ここでは、左右のパネルに同じ画像を表示する
ことも可能であり、左右のパネルに立体画像を表示する
ことも可能であった。ここで得られた画像は優れたもの
であった。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明の表示装置
においては、アクティブマトリクス基板が、水素の拡散
を抑制する第一の薄膜と、水素を多結晶シリコンに供給
する第二の薄膜を有し、第一の膜と第二の膜とが多結晶
シリコンを挟んで上下にはいされていることから、多結
晶シリコンのシリコン原子に結合する水素は、一方の膜
から供給され、いったん結合した水素は、他方の膜によ
り拡散が抑制される。これにより、水素を安定的に多結
晶シリコン内に留まらせることができる。その結果、多
結晶シリコンの移動度、立ち上がり特性が向上し、特性
のばらつきも抑えることができる。さらに、本発明の表
示装置によれば極めて高精細な液晶画像表示が可能とな
る。またソースドレイン間のリーク電流が小さいため
に、画素電極の電荷の保持時間が長く、コントラスト比
に優れた表示画像が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表示装置に適用可能なＴＦＴの１例を
示す模式図である。

【図２】本発明の表示装置に適用可能なＴＦＴの１例を
示す模式図である。

【図３】本発明の表示装置の１例を示す模式図である。

【図４】本発明の表示装置の等価回路図の１例である。

【図５】本発明の表示装置における画素部の１例を示す
模式図である。

【図６】本発明の表示装置の１例を示す模式図である。

【図７】本発明の表示装置に適用可能なアクティブマト
リクス基板の１例を示す模式図である。

【図８】本発明の表示装置の１例を示す模式図である。

【図９】本発明の表示装置に適用可能なアクティブマト
リクス基板の１例を示す模式図である。

【図１０】本発明の表示装置の１例を示す模式図であ
る。

【図１１】本発明の表示装置に適用可能なＴＦＴの１例
を示す模式図である。

【図１２】本発明の表示装置に適用可能なＴＦＴの１例
を示す模式図である。

【図１３】本発明の表示装置に適用可能なアクティブマ
トリクス基板の膜構成を説明するための模式図である。

【図１４】従来のＴＦＴの構成の１例を示す模式図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮脇守東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の信号線と複数の走査線の交点に対
応して多結晶シリコンを半導体層に用いた薄膜トランジ
スタを配して構成したアクティブマトリクス基板と、該
アクティブマトリクス基板に対向する対向基板と、の間
に液晶を挟持してなる液晶を用いた表示装置において、
前記アクティブマトリクス基板は、水素の拡散を抑制す
る第一の膜と、水素を前記多結晶シリコンに供給する第
二の膜とを有し、前記第一の膜と前記第二の膜とが、前
記多結晶シリコンを挟む上下の位置に配されていること
を特徴とする表示装置。
【請求項２】前記第一の膜と前記第二の膜が、ともに
窒化シリコンで構成された請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】前記第一の膜はシリコンに対して引っ張
り応力を有し、前記第二の膜はシリコンに対して圧縮応
力を有する請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】前記アクティブマトリクス基板はガラス
基板、または石英基板を含む請求項１に記載の表示装
置。
【請求項５】前記アクティブマトリクス基板は単結晶
シリコン基板を含む請求項１に記載の表示装置。
【請求項６】前記単結晶シリコン基板はその一部が除
去されることにより、光透過型基板となる請求項５に記
載の表示装置。
【請求項７】前記アクティブマトリクス基板は走査回
路を含み、該走査回路の一部は単結晶シリコンを半導体
層として用いたスイッチング素子により構成されている
請求項５に記載の表示装置。
【請求項８】前記第一の膜と前記第二の膜は、光学的
屈折率がそれぞれ、ｎ₁、ｎ₂、であり、厚さがそれぞれ
ｄ₁ 、ｄ₂ 、であり、波長λの光に対し、概略以下の関
係を有する請求項１に記載の表示装置。ｎ₁ ｄ₁ ＝Ｎ₁ λ／２ｎ₂ ｄ₂ ＝Ｎ₂ λ／２（ただし、Ｎ₁,Ｎ_2、は共に０でない自然数である。）
【請求項９】入射光を透過させて画像表示を行う請求
項１に記載の表示装置。
【請求項１０】入射光を反射させて画像表示を行う請
求項１に記載の表示装置。
【請求項１１】入射光を投射して画像表示を行う請求
項１に記載の表示装置。
【請求項１２】眼鏡に組み込んだ請求項１に記載の表
示装置。