JPH1144892A

JPH1144892A - プロジェクションｔｖ

Info

Publication number: JPH1144892A
Application number: JP6044098A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎; Hisashi Otani; 久大谷; Masahiko Hayakawa; 昌彦早川
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1997-05-29
Filing date: 1998-02-25
Publication date: 1999-02-16
Anticipated expiration: 2018-02-25
Also published as: JP4033963B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高い信頼性を有するプロジェクションＴＶを
提供する。【解決手段】液晶モジュールを構成する薄膜トランジ
スタのチャネル形成領域が、複数の棒状または偏平棒状
結晶が互いに特定の方向性をもって並んだ結晶構造体で
構成されている。上記薄膜トランジスタは８０〜２５０
℃（好ましくは１００〜２００℃）の温度下でホットキ
ャリア注入等による素子特性の劣化を効果的に抑制でき
るため、非常に信頼性の高いプロジェクションＴＶが実
現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本願発明は薄膜半導体を利用
した薄膜トランジスタで構成した半導体回路を有するプ
ロジェクションＴＶ（プロジェクションテレビ）に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、絶縁表面を有する基板上にＴＦＴ
を形成して半導体回路を構成する技術が急速に進んでい
る。その様な半導体回路としてアクティブマトリクス型
液晶表示装置の様な電気光学装置が代表例として挙げら
れる。

【０００３】アクティブマトリクス型液晶表示装置は、
同一基板上に画素マトリクス回路とドライバー回路とを
設けたモノリシック型表示装置である。また、さらにメ
モリ回路やクロック発生回路等のロジック回路を内蔵し
たシステムオンパネルの開発も進められている。

【０００４】そして、これらの表示装置を表示ディスプ
レイとして活用した電子デバイスの需要が高まり、激し
い開発競争が繰り広げられている。その様な電子デバイ
スの代表としてプロジェクターがある。

【０００５】プロジェクターとは液晶表示装置にバック
ライトからの強光を照射し、液晶表示装置の画素マトリ
クス回路で作成する映像を大画面スクリーン上に投影す
る装置である。

【０００６】また、プロジェクターには大別して２種類
がある。数ｍ角のスクリーン上に正面から映像を投影す
るタイプはフロント型プロジェクター（またはフロント
型プロジェクションＴＶ）と呼ばれる。また、対角数十
インチのスクリーン上に裏側から映像を投影するタイプ
をリア型プロジェクター（またはリア型プロジェクショ
ンＴＶ）と呼ぶ。

【０００７】特に最近では、地上放送の全面ディジタル
化を受けてリア型プロジェクションＴＶが家庭用ＴＶの
最有力候補となっている。これは、リア型プロジェクシ
ョンＴＶが高精細さ、コンパクト性、軽量性、セット生
産性、低消費電力性の面でＣＲＴ方式を凌ぐとの見方が
強いからである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本願発明はかかる需要
を踏まえて、高い信頼性を有し、メンテナンスの簡単な
プロジェクションＴＶを提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本明細書で開示する発明
の構成は、少なくとも光学系および液晶モジュールを具
備したプロジェクションＴＶであって、前記液晶モジュ
ールを構成する薄膜トランジスタのチャネル形成領域
は、複数の棒状または偏平棒状結晶が互いに概略平行に
特定の方向性をもって並んだ結晶構造体からなり、前記
薄膜トランジスタの動作温度が８０〜２５０℃であるこ
とを特徴とする。

【００１０】また、他の発明の構成は、少なくとも光学
系および液晶モジュールを具備したプロジェクションＴ
Ｖであって、前記液晶モジュールを構成する薄膜トラン
ジスタのチャネル形成領域は、複数の棒状または偏平棒
状結晶が互いに概略平行に特定の方向性をもって並び、
且つ、結晶粒界の殆どで結晶格子に連続性を有する結晶
構造体からなり、前記薄膜トランジスタの動作温度が８
０〜２５０℃であることを特徴とする。

【００１１】本願発明の最も特徴的な点は、薄膜トラン
ジスタを動作させると同時にキンク効果（ホットキャリ
ア注入などによって動作が暴走する現象）を防止または
抑制することにあり、その様な薄膜トランジスタを用い
て構成した液晶モジュールをプロジェクションＴＶに適
用した点にある。

【００１２】本願発明で利用する薄膜トランジスタは、
動作中にホットキャリア注入等でゲイト絶縁膜中に捕獲
された電荷を、動作に伴う自己発熱によって放出するこ
とで、動作と同時にキンク効果を防止する特徴がある。

【００１３】即ち、加熱されることで耐劣化性が向上す
るという特異な特徴を有しているため、バックライトか
らの強光による発熱または自己発熱が蓄積されやすいプ
ロジェクションＴＶには最適なスイッチング素子である
と考えられる。

【００１４】本願発明の詳細について以下に示す実施例
でもって説明する。

【００１５】

【実施例】

〔実施例１〕本実施例では絶縁表面を有する基板上に本
発明によるＴＦＴを形成し、画素マトリクス回路と周辺
回路とをモノリシックに構成する例を示す。なお、本実
施例ではドライバー回路やロジック回路等の周辺回路の
例として、基本回路であるＣＭＯＳ回路を示す。

【００１６】まず、絶縁表面を有する基板として石英基
板３０１を準備する。石英基板の代わりに表面に 0.5〜
5 μｍの厚さの絶縁膜を形成したセラミックス基板、シ
リコン基板等を用いることができる。なお、太陽電池に
使用される様なグレードの低いシリコン基板は安価であ
るので反射型表示装置の様に透光性基板を用いる必要の
ない用途において有効である。

【００１７】３０２は非晶質珪素膜であり、最終的な膜
厚（熱酸化後の膜減りを考慮した膜厚）が10〜75nm（好
ましくは15〜45nm）となる様に調節する。本実施例で作
製するＴＦＴは活性層が非常に薄いため、オン状態（チ
ャネルが形成された状態）においてチャネル形成領域が
完全に空乏化するＦＤ（Full-Depletion）型ＴＦＴとな
る。

【００１８】なお、非晶質珪素膜３０２の成膜は減圧熱
ＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法によれば良い。また、
非晶質珪素膜の代わりにＳｉ_1-XＧｅ_Xで示される様な
ゲルマニウムを含有した珪素膜を用いても良い。

【００１９】次に、非晶質珪素膜３０２の結晶化工程を
行う。結晶化の手段としては本発明者による特開平7-13
0652号公報記載の技術を用いる。同公報の実施例１およ
び実施例２のどちらの手段でも良いが、本願発明では実
施例２に記載した技術内容（特開平8-78329 号公報に詳
しい）を利用するのが好ましい。

【００２０】特開平8-78329 号公報記載の技術は、まず
触媒元素の添加領域を選択するマスク絶縁膜３０３を形
成する。マスク絶縁膜３０３は触媒元素を添加するため
に複数箇所の開口部を有している。この開口部の位置に
よって結晶領域の位置を決定することができる。

【００２１】そして、非晶質珪素膜の結晶化を助長する
触媒元素としてニッケル（Ｎｉ）を含有した溶液をスピ
ンコート法により塗布し、Ｎｉ含有層３０４を形成す
る。なお、触媒元素としてはニッケル以外にも、ゲルマ
ニウム（Ｇｅ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、パラ
ジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａ
ｕ）等を用いることができる。（図３（Ａ））

【００２２】また、上記触媒元素の添加工程は、レジス
トマスクを利用したイオン注入法またはプラズマドーピ
ング法を用いることもできる。この場合、添加領域の占
有面積の低減、横成長領域の成長距離の制御が容易とな
るので、微細化した回路を構成する際に有効な技術とな
る。

【００２３】次に、触媒元素の添加工程が終了したら、
450 ℃1 時間程度の水素出しの後、不活性雰囲気、水素
雰囲気または酸素雰囲気中において 500〜700 ℃（代表
的には 550〜650 ℃）の温度で 4〜24時間の加熱処理を
加えて非晶質珪素膜３０２の結晶化を行う。本実施例で
は窒素雰囲気で570 ℃14時間の加熱処理を行う。

【００２４】この時、非晶質珪素膜３０２の結晶化はニ
ッケルを添加した添加領域３０５、３０６から優先的に
進行し、基板３０１の基板面に対してほぼ平行に成長し
た結晶領域３０７、３０８が形成される。本発明者らは
この結晶領域３０７、３０８を横成長領域と呼んでい
る。（図３（Ｂ））

【００２５】結晶化のための加熱処理が終了したら、マ
スク絶縁膜３０３を除去してパターニングを行い、横成
長領域３０７、３０８のみでなる島状半導体層（活性
層）３０９〜３１１を形成する。ここで３０９はＣＭＯ
Ｓ回路を構成するＮ型ＴＦＴの活性層、３１０はＣＭＯ
Ｓ回路を構成するＰ型ＴＦＴの活性層、３１１は画素マ
トリクス回路を構成するＮ型ＴＦＴ（画素ＴＦＴ）の活
性層である。

【００２６】活性層３０９〜３１１を形成したら、その
上に珪素を含む絶縁膜でなるゲイト絶縁膜３１２を成膜
する。ゲイト絶縁膜３１２の膜厚は後の熱酸化工程によ
る増加分も考慮して20〜250nm の範囲で調節すれば良
い。また、成膜方法は公知の気相法（プラズマＣＶＤ
法、スパッタ法等）を用いれば良い。

【００２７】次に、図３（Ｃ）に示す様に触媒元素（ニ
ッケル）を除去または低減するための加熱処理（触媒元
素のゲッタリングプロセス）を行う。この加熱処理は処
理雰囲気中にハロゲン元素を含ませ、ハロゲン元素によ
る金属元素のゲッタリング効果を利用するものである。

【００２８】なお、ハロゲン元素によるゲッタリング効
果を十分に得るためには、上記加熱処理を700 ℃を超え
る温度で行なうことが好ましい。この温度以下では処理
雰囲気中のハロゲン化合物の分解が困難となり、ゲッタ
リング効果が得られなくなる恐れがある。

【００２９】そのため本実施例ではこの加熱処理を700
℃を超える温度で行い、好ましくは800 〜1000℃（代表
的には950 ℃）とし、処理時間は 0.1〜 6hr、代表的に
は 0.5〜 1hrとする。

【００３０】なお、本実施例では酸素雰囲気中に対して
塩化水素（ＨＣｌ）を0.5 〜10体積％（本実施例では３
体積％）の濃度で含有させた雰囲気中において、950
℃、30分の加熱処理を行う例を示す。ＨＣｌ濃度を上記
濃度以上とすると、活性層３１０〜３１２の表面に膜厚
程度の凹凸が生じてしまうため好ましくない。

【００３１】また、ハロゲン元素を含む化合物してＨＣ
ｌガスを用いる例を示したが、それ以外のガスとして、
代表的にはＨＦ、ＮＦ₃ 、ＨＢｒ、Ｃｌ₂ 、ＣｌＦ₃ 、
ＢＣｌ₃ 、Ｆ₂ 、Ｂｒ₂ 等のハロゲンを含む化合物から
選ばれた一種または複数種のものを用いることが出来
る。

【００３２】この工程においては活性層３０９〜３１１
中のニッケルが塩素の作用によりゲッタリングされ、揮
発性の塩化ニッケルとなって大気中へ離脱して除去され
ると考えられる。そして、この工程により活性層３０９
〜３１１中のニッケルの濃度は 5×10¹⁷atoms/cm³ 以下
にまで低減される。

【００３３】なお、 5×10¹⁷atoms/cm³ という値はＳＩ
ＭＳ（質量二次イオン分析）の検出下限である。即ち、
現状ではＳＩＭＳの検出下限にまで低減されるとしか判
明していないが、実際には 1×10¹⁴〜 1×10¹⁷atoms/cm
³ の濃度にまでニッケルは低減されているものと思われ
る。

【００３４】本発明者らが試作したＴＦＴを解析した結
果、 1×10¹⁸atoms/cm³ 以下（好ましくは 5×10¹⁷atom
s/cm³ 以下）ではＴＦＴ特性に対するニッケルの影響は
確認されなかった。ただし、本明細書中における不純物
濃度は、ＳＩＭＳ分析の測定結果の最小値でもって定義
される。

【００３５】また、上記加熱処理により活性層３０９〜
３１１とゲイト絶縁膜３１２の界面では熱酸化反応が進
行し、熱酸化膜の分だけゲイト絶縁膜３１２の膜厚は増
加する。この様にして熱酸化膜を形成すると、非常に界
面準位の少ない半導体／絶縁膜界面を得ることができ
る。また、活性層端部における熱酸化膜の形成不良（エ
ッジシニング）を防ぐ効果もある。

【００３６】さらに、上記ハロゲン雰囲気における加熱
処理を施した後に、窒素雰囲気中で950 ℃ 1時間程度の
加熱処理を行なうことで、ゲイト絶縁膜３１２の膜質の
向上を図ることも有効である。

【００３７】なお、ＳＩＭＳ分析により活性層３０９〜
３１１中にはゲッタリング処理に使用したハロゲン元素
が 1×10¹⁵〜 1×10²⁰atoms/cm³ の濃度で残存すること
も確認されている。また、その際、活性層３０９〜３１
１と加熱処理によって形成される熱酸化膜との間に前述
のハロゲン元素が高濃度に分布することがＳＩＭＳ分析
によって確かめられている。

【００３８】次に、図示しないアルミニウムを主成分と
する金属膜を成膜し、パターニングによって後のゲイト
電極の原型３１３〜３１５を形成する。本実施例では２
wt%のスカンジウムを含有したアルミニウム膜を用い
る。なお、これ以外にもタンタル膜、導電性を有する珪
素膜等を用いることもできる。（図４（Ａ））

【００３９】ここで本発明者らによる特開平7-135318号
公報記載の技術を利用する。同公報には、陽極酸化によ
り形成した酸化膜を利用して自己整合的にソース／ドレ
イン領域と低濃度不純物領域とを形成する技術が開示さ
れている。

【００４０】まず、アルミニウム膜のパターニングに使
用したレジストマスク（図示せず）を残したまま３％シ
ュウ酸水溶液中で陽極酸化処理を行い、多孔性の陽極酸
化膜３１６〜３１８を形成する。

【００４１】この多孔性の陽極酸化膜３１６〜３１８は
時間に比例して膜厚が増加する。また、上面にレジスト
マスクが残っているのでゲイト電極の原型３１３〜３１
５の側面のみに形成される。なお、特開平7-135318号公
報記載の技術では、この膜厚が後に低濃度不純物領域
（ＬＤＤ領域とも呼ばれる）の長さになる。本実施例で
は膜厚が700 nmとなる様な条件で陽極酸化処理を行う。

【００４２】次に、図示しないレジストマスクを除去し
た後、エチレングリコール溶液に３％の酒石酸を混合し
た電解溶液中で陽極酸化処理を行う。この処理では緻密
な無孔性の陽極酸化膜３１９〜３２１が形成される。な
お、多孔性の陽極酸化膜の内部にも電解溶液が浸透する
ので、その内側にも形成される。

【００４３】この無孔性の陽極酸化膜３１９〜３２１は
印加する電圧に応じて膜厚が決定する。本実施例では、
100 nm程度の膜厚で形成される様に印加電圧を80Ｖとし
て陽極酸化処理を行う。

【００４４】そして、上述の２回に渡る陽極酸化処理の
後に残ったアルミニウム膜３２２〜３２４が実質的にゲ
イト電極として機能する。

【００４５】こうして図４（Ｂ）の状態が得られたら、
次にゲイト電極３２２〜３２４、多孔性の陽極酸化膜３
１６〜３１８をマスクとしてゲイト絶縁膜３１２をドラ
イエッチング法によりエッチングする。そして、多孔性
の陽極酸化膜３１６〜３１８を除去する。こうして形成
されるゲイト絶縁膜３２５〜３２７の端部は多孔性の陽
極酸化膜３１６〜３１８の膜厚分だけ露出した状態とな
る。（図４（Ｃ））

【００４６】次に、Ｎ型を付与する不純物イオン（本実
施例ではリンを用いるが砒素でも良い）を２回に分けて
添加する。

【００４７】本実施例では、まず１回目の不純物添加を
高加速電圧で行い、ｎ^-領域を形成する。この時、加速
電圧が高い（80keV 程度）ので不純物イオンは露出した
活性層表面だけでなく露出したゲイト絶縁膜の端部の下
にも添加される。このｎ^-領域はＰイオン濃度が 1×10
¹⁸〜 1×10¹⁹atoms/cm³ となる様に調節する。

【００４８】さらに、２回目の不純物添加を低加速電圧
で行い、ｎ⁺領域を形成する。この時は加速電圧が低い
（10keV 程度) のでゲイト絶縁膜がマスクとして機能す
る。また、このｎ⁺領域はシート抵抗が 500Ω以下（好
ましくは 300Ω以下）となる様に調節する。

【００４９】以上の工程を経て、ＣＭＯＳ回路を構成す
るＮ型ＴＦＴのソース領域３２８、ドレイン領域３２
９、低濃度不純物領域３３０、チャネル形成領域３３１
が形成される。また、画素ＴＦＴを構成するＮ型ＴＦＴ
のソース領域３３２、ドレイン領域３３３、低濃度不純
物領域３３４、チャネル形成領域３３５が画定する。
（図４（Ｄ））

【００５０】なお、図４（Ｄ）に示す状態ではＣＭＯＳ
回路を構成するＰ型ＴＦＴの活性層もＮ型ＴＦＴの活性
層と同じ構成となっている。

【００５１】次に、Ｎ型ＴＦＴを覆ってレジストマスク
３３６を設け、Ｐ型を付与する不純物イオン（本実施例
ではボロンを用いる）の添加を行う。

【００５２】この工程も前述の不純物添加工程と同様に
２回に分けて行うが、Ｎ型をＰ型に反転させる必要があ
るため、前述のＰイオンの添加濃度の数倍程度の濃度の
Ｂ（ボロン）イオンを添加する。

【００５３】こうしてＣＭＯＳ回路を構成するＰ型ＴＦ
Ｔのソース領域３３７、ドレイン領域３３８、低濃度不
純物領域３３９、チャネル形成領域３４０が形成され
る。（図５（Ａ））

【００５４】以上の様にして活性層が完成したら、ファ
ーネスアニール、レーザーアニール、ランプアニール等
の組み合わせによって不純物イオンの活性化を行う。そ
れと同時に添加工程で受けた活性層の損傷も修復され
る。

【００５５】次に、層間絶縁膜３４１として酸化珪素
膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、有機性樹脂膜、或い
はそれらの積層膜を形成する。本実施例では窒化珪素膜
を25nmの厚さに形成し、その上に900 nmの酸化珪素膜を
堆積した積層膜を用いる。

【００５６】そして、コンタクトホールを形成した後、
ソース電極３４２〜３４４、ドレイン電極３４５、３４
６を形成して図５（Ｂ）に示す状態を得る。本実施例で
は画素ＴＦＴのドレイン電極３４６を補助容量の下部電
極として利用するので、それに対応する様な形状に加工
しておく。

【００５７】次に、10〜50nmの厚さの窒化珪素膜３４７
を形成し、その上に補助容量を形成するための容量電極
３４８を 100nmの厚さに形成する。本実施例では容量電
極３４８としてチタン膜を用い、ドレイン電極３４６と
の間で補助容量を形成する。

【００５８】前述の窒化珪素膜３４７は比誘電率が高い
ので誘電体として好適である。また、チタン膜以外にも
アルミニウム膜やクロム膜を用いても良い。

【００５９】なお、本実施例は反射型液晶表示装置のＴ
ＦＴ側基板を作製する例であるので、透過型と違って後
に形成される画素電極の下を自由に利用できる（開口率
を気にする必要がない）。それ故に上述の様な補助容量
の形成が可能となる。

【００６０】次に、有機性樹脂膜でなる第２の層間絶縁
膜３４９を 0.5〜3 μｍの厚さに形成する。有機性樹脂
膜としてはポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイ
ミドアミド等が用いられる。有機性樹脂膜の利点は、
成膜方法が簡単である点、容易に膜厚を厚くできる
点、比誘電率が低いので寄生容量を低減できる点、
平坦性に優れている点などが挙げられる。

【００６１】そして、層間絶縁膜３４９上に導電膜を形
成してパターニングにより画素電極３５０を形成する。
本実施例は反射型の例であるため画素電極３５０を構成
する導電膜としてアルミニウムを主成分とする材料を用
い、画素電極３５０に反射膜としての機能を持たせる。

【００６２】次に、基板全体を350 ℃の水素雰囲気で１
〜２hr加熱し、素子全体の水素化を行うことで膜中（特
に活性層中）のダングリングボンド（不対結合手）を補
償する。以上の工程を経て同一基板上にＣＭＯＳ回路お
よび画素マトリクス回路を作製することができる。

【００６３】（本発明で用いる結晶性珪素膜の特徴）ま
ず、本願発明で利用するＴＦＴの活性層の特徴について
説明する。ハロゲン元素によるゲッタリングプロセス後
の活性層は、非常に特徴的な構造の結晶性珪素膜で構成
されている。

【００６４】具体的には、棒状または偏平棒状結晶が巨
視的に見て特定の方向性をもって並んだ結晶構造体から
なることがＴＥＭ（透過型電子顕微鏡法）による観察で
確認される。また、この時、各結晶同士は互いに概略平
行に並ぶ。

【００６５】なお、「特定の方向に規則性をもつ」と
は、複数の棒状または偏平棒状結晶の成長方向がほぼ同
一の方向に向かっていることを意味している。この場
合、キャリアはまるで雨樋を流れる水の如く棒状または
偏平棒状結晶の内部を優先的に進むと考えられるため、
キャリアにとって異方性を有した結晶構造と言える。

【００６６】本発明者らは、この成長方向とチャネル方
向（ＴＦＴがオン状態にある時にキャリアが移動する方
向）とを一致させることで、非常に動作速度の高いＴＦ
Ｔを得ている。

【００６７】また、ゲッタリングプロセスによって結晶
同士の境界（結晶粒界）ではＳｉ−Ｎｉ結合が切れ、Ｓ
ｉ−Ｓｉ結合として再結合することにより不対結合手が
激減する。即ち、結晶粒界の殆どは格子欠陥を形成せず
に連続しており、結晶粒界は実質的にキャリアを捕獲し
ない。この事はキャリアの移動度が向上することを意味
しており、後述するＴＦＴ特性はこの様な結晶構造に起
因してなしうるものと考えられる。

【００６８】この事に関して、本発明者らがＨＲ−ＴＥ
Ｍ（高分解能透過型電子顕微鏡法）により結晶粒界付近
の格子縞を観察した結果、異なる結晶間で格子縞が１対
１に対応し、連続的に連なっていることが確認された。
即ち、結晶粒界において結晶格子に連続性があり、不対
結合手の如き結晶欠陥が殆ど存在しないことが判明して
いる。

【００６９】さらに、結晶化終了直後の結晶とゲッタリ
ングプロセス後の結晶とを比べるとゲッタリング後の方
が結晶の内部欠陥が少ないことがＴＥＭによる観察で確
認された。これは 700℃を超える高い温度での加熱処理
による効果と考えられる。

【００７０】即ち、本発明の結晶シリコン膜を形成する
にあたって結晶化温度以上の温度でのアニール工程（本
実施例の場合、図３（Ｄ）に示す工程）は、結晶粒内の
欠陥低減に関して重要な役割を果たしている。その事に
ついて説明する。

【００７１】図１７（Ａ）は図３（Ｂ）に示した結晶化
工程までを終了した時点での結晶シリコン膜を２５万倍
に拡大したＴＥＭ写真であり、結晶粒内（黒い部分と白
い部分はコントラストの差に起因して現れる）に矢印で
示される様なジグザグ状に見える欠陥が確認される。

【００７２】この様な欠陥は主としてシリコン結晶格子
面の原子の積み重ね順序が食い違っている積層欠陥であ
るが、転位などの場合もある。図１７（Ａ）は｛１１
１｝面に平行な欠陥面を有する積層欠陥と思われる。そ
の事は、ジグザグ状に見える欠陥が約７０°の角をなし
て折れ曲がっていることから推測できる。

【００７３】一方、図１７（Ｂ）に示す様に、同倍率で
見た本発明の結晶シリコン膜は、結晶粒内には殆ど積層
欠陥や転位などに起因する欠陥が見られず、非常に結晶
性が高いことが確認できる。この傾向は膜面全体につい
て言えることであり、欠陥数をゼロにすることは現状で
は困難であるが、実質的にゼロと見なせる程度にまで低
減することができる。

【００７４】即ち、本発明の結晶シリコン膜は結晶粒内
の欠陥が殆ど無視しうる程度にまで低減され、且つ、結
晶粒界が高い連続性によってキャリア移動の障壁になり
えないため、単結晶または実質的に単結晶と見なせる。

【００７５】この様に、図１７（Ａ）と（Ｂ）の写真に
示した結晶シリコン膜は結晶粒界はほぼ同等の連続性を
有しているが、結晶粒内の欠陥数には大きな差がある。
本発明の結晶シリコン膜が図１７（Ａ）に示した結晶シ
リコン膜よりも遙に高い電気特性を示す理由はこの欠陥
数の差によるところが大きい。

【００７６】以上の事から、本発明にとって図３（Ｄ）
に示した工程は必要不可欠な工程であることが判る。本
発明者らは、この工程によって起こる現象について次の
様なモデルを考えている。

【００７７】まず、図１７（Ａ）に示す状態では結晶粒
内の欠陥（主として積層欠陥）には触媒元素（代表的に
はニッケル）が偏析している。即ち、Si-Ni-Siといった
形の結合が多数存在していると考えられる。

【００７８】しかしながら、触媒元素のゲッタリングプ
ロセスを行うことで欠陥に存在するNiが除去されると、
Si-Ni 結合は切れる。そのため、シリコンの余った結合
手はすぐにSi-Si 結合を形成して安定する。こうして欠
陥が消滅する。

【００７９】勿論、高い温度での熱アニールによって結
晶シリコン膜中の欠陥が消滅することは知られている
が、本発明ではニッケルとの結合が切れて未結合手が多
く発生するためシリコンの再結合がさらにスムーズに行
われると推測できる。

【００８０】また、同時に結晶シリコン膜が熱酸化され
る際に発生する余剰シリコン原子が安定性を求めて欠陥
へと移動し、Si-Si 結合の生成に大きく寄与していると
考えられる。この概念はいわゆる高温ポリシリコン膜の
結晶粒内に欠陥が少ない理由として知られている。

【００８１】また、本発明者らは結晶化温度を超える温
度（代表的には 700〜1100℃）で加熱処理を行うことで
結晶シリコン膜とその下地との間が固着し、密着性が高
まることで欠陥が消滅するというモデルを考えている。

【００８２】結晶シリコン膜と下地膜となる酸化珪素膜
とでは、熱膨張係数に１０倍近くの差がある。従って、
非晶質シリコン膜から結晶シリコン膜に変成した段階
（図１７（Ａ））では、結晶シリコン膜が冷却される時
に非常に大きな応力が結晶シリコン膜にかかる。

【００８３】この事について、図１８を用いて説明す
る。図１８（Ａ）は結晶化工程後の結晶シリコン膜にか
かる熱履歴を示している。まず、温度（ｔ₁ ）で結晶化
された結晶シリコン膜は冷却期間（ａ）を経て室温まで
冷やされる。

【００８４】ここで図１８（Ｂ）に示すのは冷却期間
（ａ）にある時の結晶シリコン膜であり、８０は石英基
板、８１は結晶シリコン膜である。この時、結晶シリコ
ン膜８１と石英基板８０との界面８２における密着性は
あまり高くなく、それが原因となって多数の粒内欠陥を
発生していると考えられる。

【００８５】即ち、熱膨張係数の差によって引っ張られ
た結晶シリコン膜８１は石英基板８０上で非常に動きや
すく、引っ張り応力などの力によって積層欠陥や転位な
どの欠陥８３を容易に生じてしまうと考えられる。

【００８６】こうして得られた結晶シリコン膜が図１７
（Ａ）に示した様な状態となるのである。そしてその
後、図１８（Ａ）に示す様に温度（ｔ₂ ）で触媒元素の
ゲッタリング工程が施され、その結果、結晶シリコン膜
中の欠陥が前述の理由によって消滅する。

【００８７】ここで重要なことは触媒元素のゲッタリン
グ工程が行われると同時に結晶シリコン膜石英基板に固
着され、石英基板との密着性が高まる点である。即ち、
このゲッタリング工程は結晶シリコン膜と石英基板（下
地）との固着工程を兼ねていると考えられる。

【００８８】こうしてゲッタリング＋固着工程を終了す
ると冷却期間（ｂ）を経て室温まで冷やされる。ここで
結晶化工程の後の冷却期間（ａ）と異なる点は、石英基
板８０とアニール後の結晶シリコン膜８４との界面８５
が非常に密着性の高い状態となっている点である。（図
１８（Ｃ））

【００８９】この様に密着性が高いと石英基板８０に対
して結晶シリコン膜８４が完全に固着されるので、結晶
シリコン膜の冷却段階において結晶シリコン膜に応力が
加わっても欠陥を発生するには至らない。即ち、再び欠
陥が発生する様なことを防ぐことができる。

【００９０】なお、図１８（Ａ）では結晶化工程後に室
温まで下げるプロセスを例にとっているが、結晶化が終
了したらそのまま温度を上げてゲッタリング＋固着工程
を行うこともできる。その様なプロセスを経ても本発明
の結晶シリコン膜を得ることは可能である。

【００９１】こうして得られた本発明の結晶シリコン膜
（図１７（Ｂ））は、単に結晶化を行っただけの結晶シ
リコン膜（図１７（Ａ））に較べて格段に結晶粒内の欠
陥数が少ないという特徴を有している。

【００９２】この欠陥数の差は電子スピン共鳴分析（El
ectron Spin Resonance ：ＥＳＲ）によってスピン密度
の差となって現れる。現状では本発明の結晶シリコン膜
のスピン密度は少なくとも 5×10¹⁷spins/cm³ 以下（好
ましくは 3×10¹⁷spins/cm³以下）であることが判明し
ている。ただし、この測定値はは現存する測定装置の検
出限界に近いので、実際のスピン密度はさらに低いと予
想される。

【００９３】以上の様な結晶構造および特徴を有する本
発明の結晶シリコン膜は、連続粒界結晶シリコン（Cont
inuous Grain Silicon：ＣＧＳ）と呼ばれる。

【００９４】（本発明のＴＦＴの電気特性）次に、本実
施例に従って作製した薄膜トランジスタの電気特性を調
べた結果について以下に述べる。測定は市販の装置（ヒ
ューレットパッカード社製：型番４１４５Ｂ）を用いて
行った。

【００９５】まず、本発明者らが行った１回目の試験に
ついて説明する。本発明者らは上記装置を用いてＴＦＴ
を測定し、横軸にゲイト電圧、縦軸にドレイン電流をプ
ロットしたグラフ（Ｉｄ−Ｖｇ特性と呼ぶ）を調べた。
なお、測定時の試料温度は試料を支持するサーモチャッ
ク（温度制御機能を有する）で室温に制御した。

【００９６】また、ＴＦＴサイズはＬ／Ｗ＝８／８μｍ
の場合（図１（Ａ））と、Ｌ／Ｗ＝８／２００μｍの場
合（図１（Ｂ））について調べた。なお、Ｌはチャネル
長、Ｗはチャネル幅である。

【００９７】そして、まず初期特性としてイニシャル状
態のＩｄ−Ｖｇ特性を調べ、次に、初期特性を測定した
後、同条件１０回の繰り返し測定による劣化加速試験を
行い、ＴＦＴが劣化する割合を調べた。

【００９８】以上の試験の結果を図１（Ａ）、（Ｂ）に
示す。図１（Ａ）において１０１（実線）、１０２（点
線）で示されるグラフがＩｄ−Ｖｇ特性（またはＩｄ−
Ｖｇ曲線）である。そして、１０１が初期特性であり、
１０２が１０回繰り返し測定を行った後に測定した特性
を表している。

【００９９】また、図１（Ａ）において１０３（実
線）、１０４（点線）はそれぞれ１０１、１０２に示す
Ｉｄ−Ｖｇ特性に対応する電界効果移動度（モビリテ
ィ）の変動を表すグラフである。モビリティはＴＦＴの
動作速度を表す指針であり、Ｉｄ−Ｖｇ特性のデータか
ら理論的に計算で求めている。

【０１００】また、同様に図１（Ｂ）において１０５
（実線）、１０６（点線）はそれぞれイニシャルおよび
加速試験後のＩｄ−Ｖｇ特性であり、１０７（実線）、
１０８（点線）はそれぞれイニシャルおよび加速試験後
のモビリティである。

【０１０１】この様な試験結果から本発明者らが得た知
見を以下に示す。図１（Ａ）の場合、イニシャル時には
最大で 300cm²/Vs近いモビリティを達成していたのであ
るが、加速試験後には最大値で 220cm²/Vs程度にまで劣
化してしまっている。また、ゲイト電圧が０Ｖ以下の領
域でのドレイン電流（ここではオフ電流と呼ぶ）も加速
試験後には２倍程度に増加してしまっている。

【０１０２】ところが、図１（Ｂ）の場合、イニシャル
時のモビリティ（１０７で示される）と加速試験後のモ
ビリティ（１０８で示される）に大きな差は見られず、
殆ど劣化していないことが確認された。また、オフ電流
にも大きな変化は見られなかった。

【０１０３】これらの結果から、１０回繰り返し測定に
よる加速試験ではチャネル幅の大きいＴＦＴの方が劣化
に強いという傾向が確認された。なお、本発明者らは数
十個のＴＦＴで同様の傾向を確認している。

【０１０４】これらの結果を受けてチャネル幅の長さが
異なることによるＴＦＴの性質の違いを検討した結果、
本発明者らはチャネル幅が大きい場合に起こる大電流に
よる自己発熱に注目した。そこで、同一構造のＴＦＴを
積極的に加熱し、その状態で繰り返し測定による加速試
験を行った。

【０１０５】その結果を図２に示す。図２（Ａ）はＬ／
Ｗ＝６．６／２μｍのトリプルゲイト型ＴＦＴを室温で
調べた結果、図２（Ｂ）は同じトリプルゲイト型ＴＦＴ
を１２５℃に加熱して調べた結果である。

【０１０６】図２（Ａ）に示す様に、室温で加速試験を
行った場合、イニシャル状態のＩｄ−Ｖｇ特性（実線）
２０１と加速試験後のＩｄ−Ｖｇ特性（点線）２０２と
では変化が見られないが、イニシャル状態のモビリティ
（実線）２０３に対して加速試験後のモビリティ（点
線）２０４は最大値で２０％近くも劣化している。

【０１０７】一方、図２（Ｂ）に示す様に、１２５℃に
加熱した状態で加速試験を行った場合、イニシャル状態
のＩｄ−Ｖｇ特性（実線）２０５、加速試験後のＩｄ−
Ｖｇ特性（点線）２０６は殆ど変化が見られず、イニシ
ャル状態のモビリティ（実線）２０７と加速試験後のモ
ビリティ（点線）２０８との間にも大きな変化は見られ
なかった。

【０１０８】以上の結果から、本願発明で利用するＴＦ
Ｔは熱を加えることで劣化しにくくなる性質を持つこと
が確認された。この効果は、８０℃以上で顕著になり、
２５０℃程度まで確認されている。本発明者らの実験で
は１００〜２００℃の温度範囲内で安定な効果が得られ
ている。

【０１０９】従って、図１に示した試験の結果は、チャ
ネル幅の大きいＴＦＴが自己発熱により加熱され、結果
的に劣化が抑制されていたと考えられる。なお、エミッ
ション顕微鏡でチャネル幅が１００μｍ以上のＴＦＴを
観察した場合、オン状態にある時のチャネル付近では発
熱による発光が確認される。これは、おそらく１００℃
以上に加熱されることにより発光が観測されたものと予
想される。

【０１１０】なお、チャネル長（Ｌ）とチャネル幅
（Ｗ）を様々に変えて実験を行った結果、チャネル幅が
１００μｍ以上であれば本願発明の効果を確認できた。
特に、Ｌ／Ｗ＝０．０１以下（例えばＬ＝２μｍであれ
ばＷ＝２００μｍ以上）の関係にある時、顕著な効果を
確認することができた。

【０１１１】また、熱により劣化を防ぐまたは抑制する
という効果は、本願発明で利用するＴＦＴに特有の現象
である。本発明者らがいわゆる低温ポリシリコンＴＦＴ
に対して同様の試験を行った結果、加熱によりしきい値
電圧（Ｖ_th）が大きくシフトしてしまい使い物にならな
かった。

【０１１２】なお、低温ポリシリコンとしてニッケルの
如き触媒元素を使用して結晶化したものと触媒元素を使
用せずレーザーアニールのみで結晶化したものとを調べ
たが、どちらの場合も結果は同じであった。

【０１１３】（本発明のＴＦＴに関する推測）上述の様
なＴＦＴの劣化は、特に電子がキャリアとなるＮ型ＴＦ
Ｔにおいて顕著である。実際のところ、本実施例に従っ
て作製したＰ型ＴＦＴではどの様な条件でも殆ど劣化し
ないことが確認されている。

【０１１４】これはＴＦＴの劣化原因の代表例が、ＣＨ
Ｅ（チャネルホットエレクトロン）注入とＤＡＨＣ（ド
レインアバランシェホットキャリア）注入であることか
らも容易に理解できる。

【０１１５】ＣＨＥ注入とは、チャネル内の電子がチャ
ネルに沿った方向の電界により高いエネルギーを持ち、
ついにはゲイト絶縁膜中に注入される現象である。ま
た、ＤＡＨＣ注入とは、高エネルギーの電子が格子との
衝突電離により電子−正孔対を形成し、それらがゲイト
絶縁膜中に注入される現象である。（小柳光正：サブミ
クロンデバイスII，pp125 ，丸善株式会社，1998）

【０１１６】これらの劣化現象は、ゲイト絶縁膜中に注
入された電子が電気特性の変動を招くことにより引き起
こされる。前述の繰り返し測定による劣化加速試験にお
いてもＣＨＥ注入やＤＡＨＣ注入による劣化が進行して
いると考えられる。

【０１１７】本発明者らは、本願発明で利用するＴＦＴ
を加熱することでＣＨＥ注入やＤＡＨＣ注入による劣化
を抑制しうる理由として、熱エネルギーによってゲイト
絶縁膜中に捕獲された電子が活性層中へ再放出されるた
めと推測している。

【０１１８】また本願発明で利用するＴＦＴは完全空乏
型（ＦＤ型）ＴＦＴであるので、非常にキャリアの移動
度が高いという特徴がある。実際、図１、２に示す様に
モビリティは平均で 200cm²/Vsを上回るものであり、一
般的なＴＦＴでは到底なし得ない電気特性を実現してい
る。

【０１１９】従って、その反面としてＣＨＥ注入やＤＡ
ＨＣ注入による劣化も生じやすいのであるが、加熱によ
りその様な劣化を防止または抑制することで非常に高い
性能と高い信頼性を有するＴＦＴが実現される。

【０１２０】〔実施例２〕本実施例では、実施例１に示
したハロゲン元素によるゲッタリング効果に加えてリン
元素によるゲッタリング効果を得るための構成について
説明する。説明には図６を用いる。

【０１２１】まず、実施例１の工程に従ってハロゲン元
素によるゲッタリングプロセスまで行い、図６（Ａ）の
状態を得る。図６（Ａ）において、６０１は石英基板、
６０２は活性層、６０３はゲイト絶縁膜である。

【０１２２】次に、タンタルとタンタルを主成分とする
材料との積層膜でなるゲイト電極６０４を形成する。次
いでゲイト電極６０４の表面を陽極酸化することによっ
て陽極酸化膜６０５を形成する。陽極酸化膜６０５は保
護膜として機能する。（図６（Ａ））

【０１２３】次に、ゲイト電極６０４をマスクとしてゲ
イト絶縁膜６０２をドライエッチング法によりエッチン
グする。そして、その状態でリン元素をイオン注入法に
より添加して不純物領域６０６、６０７を形成する。
（図６（Ｂ））

【０１２４】次に、窒化珪素膜を厚く形成した後、ドラ
イエッチング法によるエッチバックを行い、サイドウォ
ール６０８を形成する。そして、サイドウォール６０８
を形成した後、再びリン元素を添加してソース領域６０
９、ドレイン領域６１０を形成する。（図６（Ｃ））

【０１２５】なお、サイドウォール６０８の下は２度目
のリン元素が添加されず、ソース／ドレイン領域よりも
低濃度にリン元素を含む一対の低濃度不純物領域６１１
となる。また、ゲイト電極６０４の下は不純物の添加さ
れないチャネル形成領域６１２となる。

【０１２６】こうして図６（Ｃ）の状態が得られたら、
４５０〜６５０℃（代表的には６００℃）で８〜２４時
間（代表的には１２時間）の加熱処理を行う。

【０１２７】この加熱処理はリン元素による触媒元素
（ここではニッケル）のゲッタリングを目的とした工程
であるが、同時に不純物の活性化、活性層が受けたイオ
ン注入時の損傷の回復が行われる。

【０１２８】この工程では、加熱処理を行うことでチャ
ネル形成領域６１２に残存するニッケルがソース／ドレ
イン領域６０９、６１０に移動し、そこでゲッタリング
されて不活性化する。即ち、チャネル形成領域６１２内
部に残存するニッケルを除去することが可能である。

【０１２９】なお、ソース／ドレイン領域６０９、６１
０は導電性を有していれば電極としての機能を果たすの
でニッケルの有無が電気特性に影響を与える恐れがな
い。そのため、ゲッタリングサイトとして機能させうる
のである。

【０１３０】以上の様にして図６（Ｄ）の状態が得られ
たら、実施例１と同様に層間絶縁膜６１３、ソース電極
６１４、ドレイン電極６１５を形成して図６（Ｅ）に示
す薄膜トランジスタが完成する。

【０１３１】なお、本実施例ではゲイト電極としてタン
タルを用いているが、導電性を有する結晶性珪素膜を用
いても良い。また、低濃度不純物領域の形成方法は本実
施例の手段に限定されるものではない。

【０１３２】本実施例で最も重要な構成は、チャネル形
成領域に残存する触媒元素をソース領域およびドレイン
領域に移動させてゲッタリングすることにある。これ
は、リン元素による金属元素のゲッタリング効果に着目
した発明である。

【０１３３】なお、本実施例ではＮ型ＴＦＴの例を示し
たが、Ｐ型ＴＦＴの場合、ボロン元素だけではゲッタリ
ング効果が得られないので、リン元素とボロン元素の両
方をソース／ドレイン領域に添加することが必要であ
る。

【０１３４】〔実施例３〕本実施例では、実施例１とは
異なるＴＦＴ構造を採用した場合の例について説明す
る。まず、図７（Ａ）は低濃度不純物領域を形成するに
あたってサイドウォールを利用する例である。

【０１３５】この場合、図４（Ａ）に示す状態で無孔性
の陽極酸化膜を形成し、ゲイト電極と陽極酸化膜をマス
クとしてゲイト絶縁膜をエッチングする。その状態でｎ
^-領域およびｐ^-領域を形成するための不純物添加を行
う。

【０１３６】次に、サイドウォール７０１〜７０３をエ
ッチバック法で形成した後、ｎ⁺領域およびｐ⁺領域を
形成するための不純物添加を行う。この様な工程でサイ
ドウォール７０１〜７０３の下には低濃度不純物領域
（ｎ^-領域およびｐ^-領域）が形成される。

【０１３７】また、図７（Ａ）では公知のサリサイド技
術を利用して金属シリサイド７０４〜７０６を形成して
いる。シリサイド化するための金属としてはチタン、タ
ンタル、タングステン、モリブデン等を用いることがで
きる。

【０１３８】また、図７（Ｂ）に示す構成は、ゲイト電
極７０７〜７０９が一導電性を付与した結晶性珪素膜で
形成されている点に特徴がある。通常、Ｎ型導電性を持
たせるが、Ｎ型ＴＦＴとＰ型ＴＦＴとで導電性を異なら
せるデュアルゲイト型ＴＦＴとすることも可能である。

【０１３９】さらに、図７（Ｂ）に示す構造でもサリサ
イド構造を適用しているが、この場合、ゲイト電極７０
７〜７０９の上面にも金属シリサイド７１０〜７１２が
形成される。

【０１４０】本実施例に示した構造は、動作速度の速い
ＴＦＴに適した構造となる様に設計されている。特に、
サリサイド構造は数ＧＨｚレベルの動作周波数を実現す
る上で非常に有効な技術である。

【０１４１】〔実施例４〕本実施例では、実施例１とは
異なる構成で補助容量を形成する場合の例について説明
する。

【０１４２】まず、図８（Ａ）は活性層のドレイン領域
８０１を大きめに形成しておき、その一部を補助容量の
下部電極として活用する。この場合、ドレイン領域８０
１の上にはゲイト絶縁膜８０２があり、その上に容量電
極８０３が形成される。この容量電極８０３はゲイト電
極と同一材料で形成される。

【０１４３】この時、ドレイン領域８０１のうち補助容
量を形成する部分は、予め不純物を添加して導電性を持
たせておいても良いし、容量電極８０３に定電圧をかけ
て形成される反転層を利用しても良い。

【０１４４】図８（Ａ）は反射型液晶表示装置の例であ
るため、画素電極の裏側を最大限に活用して補助容量を
形成できる。そのため、非常に大きな容量を確保するこ
とができる。勿論、透過型液晶表示装置にも適用できる
が、その場合、補助容量の占有面積を大きくしてしまう
と開口率が落ちるので注意が必要である。

【０１４５】次に、図８（Ｂ）は透過型液晶表示装置に
例である。図８（Ｂ）の構成ではドレイン電極８０４を
補助容量の下部電極とし、その上に窒化珪素膜８０５、
ブラックマスク８０６を形成し、ドレイン電極８０４と
ブラックマスク８０６との間で補助容量を形成する。

【０１４６】この様に、図８（Ｂ）の構成ではブラック
マスク８０６が補助容量の上部電極を兼ねる点が特徴で
ある。

【０１４７】また、８０７は画素電極であり、透過型で
あるので透明導電膜（例えばＩＴＯ膜）を用いる。

【０１４８】図８（Ｂ）に示す様な構成では、広い面積
を占めやすい補助容量をＴＦＴの上に形成することで開
口率を広くすることが可能である。また、誘電率の高い
窒化珪素膜を25nm程度の薄さで利用できるので、少ない
面積で非常に大きな容量を確保することが可能である。

【０１４９】〔実施例５〕本実施例では、実施例１と異
なる構造の薄膜トランジスタに本願発明を適用した場合
の例について説明する。説明には図９を用いる。

【０１５０】まず、石英基板９０１上にゲイト電極９０
２を形成する。ゲイト電極９０２は後の熱酸化工程に耐
えられる様にタンタル、シリコン等の耐熱性の高い電極
を利用しておく。

【０１５１】次に、ゲイト電極９０２を覆う様にしてゲ
イト絶縁膜９０３を形成する。その上には、後に活性層
となる非晶質珪素膜を50nmの厚さに形成する。そして、
実施例１と同様に開口部を有するマスク絶縁膜９０５を
形成した後、ニッケル含有層９０６を形成する。

【０１５２】こうして図９（Ａ）の状態が得られたら、
結晶化のための加熱処理を行い、横成長領域でなる結晶
性珪素膜９０７を得る。（図９（Ｂ））

【０１５３】次に、マスク絶縁膜９０５を除去してハロ
ゲン元素を含む雰囲気中で加熱処理を行う。条件は実施
例１に従えば良い。この工程によって結晶性珪素膜９０
７中からニッケルがゲッタリングされ、気相中へと除去
される。（図９（Ｃ））

【０１５４】こうしてゲッタリングプロセスが完了した
ら、パターニングにより横成長領域のみでなる活性層９
０８を形成し、その上に窒化珪素膜でなるチャネルスト
ッパー９０９を形成する。（図９（Ｄ））

【０１５５】図９（Ｄ）の状態が得られたら、Ｎ型を呈
する結晶性珪素膜を形成してパターニングを施し、ソー
ス領域９１０、ドレイン領域９１１を形成する。さら
に、ソース電極９１２、ドレイン電極９１３を形成す
る。

【０１５６】最後に、素子全体に対して水素雰囲気中で
加熱処理を行い、図９（Ｅ）に示す様な構造の逆スタガ
型ＴＦＴが完成する。本実施例で示す逆スタガ型ＴＦＴ
も実施例１と同様の結晶性珪素膜で活性層を構成してい
るので、加熱状況下で耐劣化特性が向上するという特徴
を有している。

【０１５７】なお、本実施例に示した構造は逆スタガ型
ＴＦＴの一例であり、本実施例の構造に限定されるもの
ではない。また、逆スタガ型ＴＦＴだけでなく他のボト
ムゲイト型ＴＦＴに適用することも可能である。

【０１５８】〔実施例６〕本実施例では実施例１〜６に
示したＴＦＴを用いて液晶パネルを構成する場合の例を
示す。図１０に示すのはアクティブマトリクス型液晶パ
ネルの断面を簡略化した図であり、ドライバー回路やロ
ジック回路を構成する領域にはＣＭＯＳ回路を、画素マ
トリクス回路を構成する領域には画素ＴＦＴを示してい
る。

【０１５９】なお、実施例１でＣＭＯＳ回路と画素マト
リクス回路の構造（ＴＦＴ構造）に関する説明を既に行
ったので、本実施例では必要な箇所のみを説明すること
にする。

【０１６０】まず、実施例１に示した作製工程に従って
図５（Ｃ）の状態を得る。なお、画素ＴＦＴをマルチゲ
イト構造とするなどの変更は実施者の自由である。

【０１６１】まず、ＴＦＴ側基板の準備として配向膜１
００１を形成する。次に、対向基板を用意する。対向基
板は、ガラス基板１００２、透明導電膜１００３、配向
膜１００４とで構成される。なお、対向基板側には必要
に応じてブラックマスクやカラーフィルターが形成され
るがここでは省略する。

【０１６２】こうして用意したアクティブマトリクス基
板（ＴＦＴ側基板）と対向基板とを公知のセル組み工程
によって貼り合わせる。そして、両基板の間に液晶材料
１００５を封入して図１０に示す様な液晶パネルが完成
する。

【０１６３】液晶材料は液晶の動作モード（ＥＣＢモー
ド、ゲストホストモード等）によって選定する必要があ
るが、プロジェクションＴＶの様に熱がかかりやすい環
境下で扱うことを想定して耐熱性の高い液晶材料を用い
ることが好ましい。

【０１６４】後述するが、本願発明をリア型プロジェク
ションＴＶに適用した場合、実施例１に示した様なＴＦ
Ｔを用いることで空冷用のファンを必要としない（８０
〜２５０℃程度の温度で信頼性が高い）という利点が得
られる。

【０１６５】そのため、本願発明を効果的に活用するた
めには、少なくとも１００℃以上（好ましくは１５０℃
以上）のクリアリングポイント（液晶材料が等方性を示
す温度）を有する液晶材料を用いる必要がある。

【０１６６】また、図５（Ｃ）に示した様なアクティブ
マトリクス基板の外観を図１１に簡略化して示す。図１
１において、１１０１は石英基板、１１０２は画素マト
リクス回路、１１０３はソースドライバー回路、１１０
４はゲイトドライバー回路、１１０５はロジック回路で
ある。

【０１６７】ロジック回路１１０５は広義的にはＴＦＴ
で構成される論理回路全てを含むが、ここでは従来から
画素マトリクス回路、ドライバー回路と呼ばれている回
路と区別するため、それ以外の信号処理回路（Ｄ／Ａコ
ンバータ等）を指す。

【０１６８】また、こうして形成された液晶パネルには
外部端子としてＦＰＣ（Flexible Print Circuit）端子
が取り付けられる。一般的に液晶モジュールと呼ばれる
のはＦＰＣを取り付けた状態の液晶パネルである。

【０１６９】〔実施例７〕本実施例では、プロジェクシ
ョンＴＶにおいて液晶モジュールで表示する映像をスク
リーンに投射するための光学系（光学エンジン）の一例
を示す。図１２に示すのは、対向基板側にマイクロレン
ズを搭載した単板式光学エンジンの例である。

【０１７０】まず、ハロゲンランプ、メタルハライドラ
ンプ等のランプ光源１１から発した強光はダイクロイッ
クミラー１２〜１４に入射する。本実施例ではダイクロ
イックミラー１２でＲ（赤）成分光が反射され、ダイク
ロイックミラー１３でＢ（青）成分光が反射され、ダイ
クロイックミラー（全反射ミラーでも良い）１４でＧ
（緑）成分光が反射される。

【０１７１】この時、ダイクロイックミラー１２〜１４
は平行ではなく微妙に角度を変えて配置される。これに
よりＲ、Ｂ、Ｇの各成分光は異なる入射角で液晶パネル
１５へと入射する。

【０１７２】液晶パネル１５はマイクロレンズアレイ１
６、対向基板１７、液晶層１８、アクティブマトリクス
基板１９で構成される。なお、２０はＲに対応する画
素、２１はＢに対応する画素、２２はＧに対応する画素
である。

【０１７３】微妙に異なる角度で入射した光はマイクロ
レンズ１６を通過すると異なった三つの場所に焦点を結
ぶ。従って、例えばＲ成分光が焦点を結ぶ位置にＲに対
応する画素２０を配置することでＲ成分光のみを選択的
に入射させることが可能で在る。

【０１７４】この用に配置設計を行うことでＲ、Ｇ、Ｂ
の各成分光は、それぞれＲ、Ｇ、Ｂに対応する各画素２
０〜２２に選択的に入射する。この様な特殊な構成する
ことでカラーフィルターを用いないで単板式を実現する
ことができる。

【０１７５】この様にして液晶パネル１５を透過するこ
とで各画素の情報を含んだ光が形成される。これをフレ
ネルレンズ２３で収束させて投射レンズ（図示せず）へ
と導く。最終的にはスクリーン上でＲＢＧに対応する映
像が合成される。

【０１７６】本実施例の構成とした場合、カラーフィル
ターを用いなくても良いため従来の同等解像度の機種と
比べて画面を数倍に明るくすることができる。

【０１７７】〔実施例８〕本実施例では、透過型の液晶
モジュールを用いて三板式光学エンジンを構成する場合
の例について説明する。説明には図１３を用いる。

【０１７８】図１３において、３１はランプ光源、３
２、３３はそれぞれＲとＧに対応したダイクロイックミ
ラー、３４〜３６は全反射ミラー、３７〜３９はそれぞ
れＲ、Ｇ、Ｂに対応した透過型液晶パネル、４０はダイ
クロイックプリズム、４１は投射レンズである。

【０１７９】まず、ランプ光源３１から発した強光はダ
イクロイックミラー３２でＲ成分光のみ反射される。Ｒ
成分光は全反射ミラー３６で向きを変え、Ｒに対応する
液晶パネル３７に入射する。

【０１８０】また、Ｇに対応するダイクロイックミラー
３３ではＧ成分光のみ反射され、Ｇに対応する液晶パネ
ル３８に入射する。

【０１８１】そして、ダイクロイックミラー３２、３３
を透過したＢ成分光は全反射ミラー３４、３５で反射さ
れてＢに対応する液晶パネル３９に入射する。

【０１８２】こうして、Ｒ、Ｇ、Ｂに対応する各液晶パ
ネル３７〜３９を透過して映像情報を含んだ光はダイク
ロイックプリズム４０によって再び合成され、投射レン
ズによってスクリーンに向けて投射される。

【０１８３】なお、図１３に示す光学エンジンではコン
デンサレンズ等の光学系レンズの記載は省略している。
実際には、フライアイレンズやコンデンサレンズ等によ
って光学的な調整が行われる。

【０１８４】この様なダイクロイックプリズムを用いる
光学系はプリズムの精度確保に高度な技術が必要となる
が、光を有効に活用する上で非常に有効である。また、
色合成が簡単になる、投射レンズのバックフォーカスが
小さくできる等の利点によって投射レンズを小型化する
ことができる。

【０１８５】従って、光学エンジンの小型化、軽量化に
有利な構成であり、光学系を小さくすることでコスト面
でも非常に有利と言える。

【０１８６】勿論、ダイクロイックプリズムを使用しな
い構成で光学エンジンを構成することも可能である。こ
の様な光学系の変更は、実施者が必要に応じて適宜なし
うる設計事項に過ぎない。

【０１８７】〔実施例９〕本実施例では、反射型の三板
式光学エンジンを用いる例について説明する。説明には
図１４を用いるが、実施例８と同様にフライアイレン
ズ、コンデンサレンズ等の光学系は省略する。

【０１８８】図１４において、４２はランプ光源、４
３、４４はダイクロイックミラー、４５は全反射ミラ
ー、４６〜４８は偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、４
９〜５１はそれぞれＲ、Ｇ、Ｂに対応する液晶パネル、
５２はダイクロイックプリズム、５３は投射レンズであ
る。

【０１８９】ランプ光源４２から発した強光はダイクロ
イックミラー４３でＲ成分光のみを透過してＧ成分光お
よびＢ成分光を反射する。さらに、ダイクロイックミラ
ー４４ではＧ成分光のみが反射される。

【０１９０】ダイクロイックミラー４３を透過したＲ成
分光は全反射ミラー４５で反射されて偏光ビームスプリ
ッタ４６へ入射する。また、Ｇ成分光は偏光ビームスプ
リッタ４７へ、Ｂ成分光は偏光ビームスプリッタ４８へ
入射する。

【０１９１】この偏光ビームスプリッタ４６〜４８は入
射光をＰ偏光とＳ偏光に分離する機能を有し、且つ、Ｐ
偏光のみを透過する性質を有している。従って、Ｒ、
Ｇ、Ｂに対応する液晶パネル４９〜５１にはそれぞれ
Ｒ、Ｇ、Ｂに対応するＳ偏光のみが入射する。

【０１９２】この時、各液晶パネル４９〜５１は画素が
オフ状態にある時は入射光の偏光方向を変化させないで
反射する様に液晶分子が配向している。また、画素がオ
ン状態にある時は液晶分子の配向状態が変化し、入射光
の偏光方向もそれに伴って変化する様に構成されてい
る。

【０１９３】従って、液晶パネル４９〜５１で反射され
たＳ偏光は画素がオン状態にあった部分に対応した光の
みがＰ偏光に変化する。即ち、オン状態にある画素で反
射された光のみが偏光ビームスプリッタ４６〜４８を透
過することができる。

【０１９４】こうして偏光ビームスプリッタ４６〜４８
を透過した映像情報を含む光はダイクロイックプリズム
５２で合成されて投射レンズ５３へ入射する。そして、
投射レンズ５３からスクリーン上へと投影される。

【０１９５】本実施例に示した反射型の光学エンジンも
ダイクロイックプリズムを用いることで小型化、軽量化
を実現している。なお、本実施例においてもダイクロイ
ックプリズムを持ちない構成とすることは設計事項の変
更に過ぎない。

【０１９６】〔実施例１０〕本実施例では、実施例７〜
９に示した様な光学エンジンをセットに組み込んだプロ
ジェクションＴＶの外観図を示す。本実施例で示すのは
一般的にはリア型プロジェクションとも呼ばれるタイプ
である。なお、図１５（Ａ）は側面図であり、内部構造
を簡略化して示している。また、図１５（Ｂ）は斜め上
方から見た図である。

【０１９７】図１５（Ａ）、（Ｂ）において、６１は本
体、６２は光学エンジン、６３はリフレクター、６４は
スクリーンである。実際にはその他の光学系が加わって
複雑な構成となるが、本実施例では概略の構成のみを示
すこととする。

【０１９８】光学エンジン６２としては図１２〜１４に
示した構造のものを用いることができる。また、光学エ
ンジン６２の内部に組み込まれる液晶モジュールは実施
例６に示した様な構成の液晶パネルで構成される。

【０１９９】この液晶モジュールは、同一基板上にＴＦ
Ｔ（実施例１で説明したもの）でもって一体形成した半
導体回路によってＮＴＳＣ方式、ＰＡＬ方式、ディジタ
ル方式のいずれのビデオ信号にも対応できる様にするこ
とができる。

【０２００】また、ビデオ信号がＸＧＡ、ＳＸＧＡ、Ｕ
ＸＧＡといった様に異なる解像度に対応していてもロジ
ック回路等で不必要な個所を黒表示するなどの工夫によ
り解像度の低下を防ぐことができる。

【０２０１】ところで、本実施例のプロジェクションＴ
Ｖの最大の利点は液晶パネルを冷却するための空冷用フ
ァンを必要としない点である。

【０２０２】通常、光学エンジンでは液晶パネルに非常
に強い光を照射することになるので液晶パネルは非常に
高い温度で加熱される。熱を加えるとＴＦＴ特性が劣化
し、信頼性が著しく損なわれるため、一般的なプロジェ
クションＴＶでは空冷用ファンなどで液晶パネルを冷却
しつつ使用する。

【０２０３】しかし、この空冷用ファンは外気を吸入す
るので大気中の細かい塵なども吸い込んでしまうという
欠点がある。即ち、空冷用ファンによって吸入されたゴ
ミがスクリーンの裏側に付着して画質を落とすという問
題が生じる。

【０２０４】この問題は、特に一般的に家庭用として用
いられるリア型プロジェクションＴＶにおいて非常に重
大であった。即ち、メンテナンスのできない一般家庭で
は製造元や電気店にメンテナンスを依頼するしかない状
況になってしまう。

【０２０５】本実施例のプロジェクションＴＶは、実施
例１で説明した様に熱が加わった状態で信頼性が向上す
るＴＦＴを使用しているので空冷用ファンを特に必要と
しない構成が可能である。即ち、本体内部に外気を取り
入れる必要がないのでスクリーン裏にゴミが付着すると
いった問題を回避することができる。

【０２０６】さらに、空冷用ファンを用いない構成とし
ても温度上昇によるＴＦＴの劣化は殆どなく、非常に信
頼性の高い液晶モジュールを搭載している。従って、Ｔ
ＦＴの動作温度（使用時にＴＦＴが曝される温度）が８
０〜２５０℃（好ましくは１００〜２００℃）程度にま
で上昇しても非常に信頼性の高いプロジェクションＴＶ
が実現できる。

【０２０７】なお、この場合も液晶パネルに用いる液晶
材料はクリアリングポイントが１００℃以上（好ましく
は１５０℃以上）であることは言うまでもない。

【０２０８】〔実施例１１〕本実施例では、実施例１１
とは異なる構成のプロジェクションＴＶを示す。本実施
例で示すのは一般的にはフロント型プロジェクションと
も呼ばれるタイプである。

【０２０９】フロント型プロジェクションＴＶの簡略化
した構成図を図１６に示す。図１６において、７１はプ
ロジェクション装置本体、７２は投射レンズ、７３はス
クリーンである。

【０２１０】装置本体７１の内部には、実施例７〜９に
示した様な光学エンジンが搭載されており、投射レンズ
７２から映像情報を含む光がスクリーン７３上に投射さ
れる構成である。

【０２１１】なお、本実施例では装置本体７１の内部構
造の一例として、三板式透過型光学エンジン（実施例
８）を用いた場合の例について示している。

【０２１２】フロント型プロジェクションＴＶの最大の
特徴は映像が大画面スクリーンに映し出されるというこ
とで、会議やプレゼンテーション用のアプリケーション
として需要が高い。なお、スクリーンは１００インチ
型、２００インチ型といったものがよく用いられる。

【０２１３】しかし、一般的なフロント型プロジェクシ
ョンＴＶは装置本体の内部は非常に蓄熱しやすいため、
熱劣化対策が不可欠である。そして、それが装置の小型
化、軽量化、低価格化を阻む要因でもある。

【０２１４】その点、本実施例に示すフロント型プロジ
ェクションＴＶは熱に対して非常に強く、加熱された状
態でも高い信頼性を確保できるので、装置の小型化等に
対応しやすいと言える。

【０２１５】また、実施例１０のリア型プロジェクショ
ンＴＶと同様にＮＴＳＣ信号、ＰＡＬ信号、ディジタル
信号等のビデオ信号に対応させることも、ＶＧＡからＵ
ＸＧＡまでの幅広い解像度域に対応することも可能であ
る。

【０２１６】

【発明の効果】プロジェクションＴＶに対して実施例１
に示した様な加熱によって信頼性が向上する性質を有す
るＴＦＴを用いた液晶モジュールを搭載する。この様な
構成とすることで非常に熱に対して強い信頼性の高いプ
ロジェクションＴＶを実現することができる。

【０２１７】また、熱に強いため空冷用のファンを使用
しないリア型プロジェクションＴＶを作製することも可
能である。この様なリア型プロジェクションＴＶは、ス
クリーン裏にゴミが付着するといった問題もなく、メン
テナンスフリーであるという利点を有する。この効果は
特に一般家庭において非常に有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＴＦＴの電気特性を説明するための図。

【図２】ＴＦＴの電気特性を説明するための図。

【図３】薄膜トランジスタの作製工程を示す図。

【図４】薄膜トランジスタの作製工程を示す図。

【図５】薄膜トランジスタの作製工程を示す図。

【図６】薄膜トランジスタの作製工程を示す図。

【図７】アクティブマトリクス基板の構成を示す
図。

【図８】アクティブマトリクス基板の構成を示す
図。

【図９】薄膜トランジスタの作製工程を示す図。

【図１０】液晶パネルの断面を示す図。

【図１１】アクティブマトリクス基板を上面から見た
図。

【図１２】単板式光学エンジンの構成を示す図。

【図１３】透過型三板式光学エンジンの構成を示す
図。

【図１４】反射型三板式光学エンジンの構成を示す
図。

【図１５】リア型プロジェクションＴＶの構成を示す
図。

【図１６】フロント型プロジェクションＴＶの構成を
示す図。

【図１７】活性層の結晶粒の様子を示すＴＥＭ写真。

【図１８】欠陥の生成および消滅に関するモデルを説
明するための図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 29/78 ６１８Ｇ６２７Ｇ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも光学系および液晶モジュールを
具備したプロジェクションＴＶであって、前記液晶モジュールを構成する薄膜トランジスタのチャ
ネル形成領域は、複数の棒状または偏平棒状結晶が互い
に概略平行に特定の方向性をもって並んだ結晶構造体か
らなり、前記薄膜トランジスタの動作温度が８０〜２５０℃であ
ることを特徴とするプロジェクションＴＶ。
【請求項２】少なくとも光学系および液晶モジュールを
具備したプロジェクションＴＶであって、前記液晶モジュールを構成する薄膜トランジスタのチャ
ネル形成領域は、複数の棒状または偏平棒状結晶が互い
に概略平行に特定の方向性をもって並び、且つ、結晶粒
界の殆どで結晶格子に連続性を有する結晶構造体からな
り、前記薄膜トランジスタの動作温度が８０〜２５０℃であ
ることを特徴とするプロジェクションＴＶ。
【請求項３】請求項１または２において、液晶モジュー
ルで処理するビデオ信号はディジタル信号であることを
特徴とするプロジェクションＴＶ。
【請求項４】請求項１または２において、液晶モジュー
ルに封入される液晶材料のクリアリングポイントは１０
０℃以上であることを特徴とするプロジェクションＴ
Ｖ。
【請求項５】請求項１または請求項２において、チャネ
ル形成領域にはＮｉ、Ｇｅ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｐｔ、
Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複数種の元素が、 5
×10¹⁷atoms/cm³ 以下の濃度で存在することを特徴とす
るプロジェクションＴＶ。
【請求項６】請求項１または請求項２において、オン状
態にある時の前記チャネル形成領域は完全に空乏化して
いることを特徴とするプロジェクションＴＶ。
【請求項７】請求項１または請求項２において、オン状
態にある時の前記チャネル形成領域は自己発熱によって
加熱されていることを特徴とするプロジェクションＴ
Ｖ。
【請求項８】請求項７において、チャネル形成領域のチ
ャネル幅は１００μｍ以上であることを特徴とするプロ
ジェクションＴＶ。
【請求項９】請求項７において、チャネル形成領域のチ
ャネル長をＬ、チャネル幅をＷとした時、Ｌ／Ｗ＝０．
０１以下であることを特徴とするプロジェクションＴ
Ｖ。
【請求項１０】請求項１または請求項２において、液晶
モジュールに表示された映像は本体内部に取り付けられ
たスクリーンに、内部から投射されることを特徴とする
プロジェクションＴＶ。