JPH02228043A - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体装置およびその製造方法に係り、特にア
クティブマトリックス方式の液晶表示装置に好適な半導
体装置およびその製造方法に関する。

（従来の技術） アクティブマトリックス方式の液晶デイスプレィは、近
年、周辺回路を内蔵しながら、高画質化と大画面化の方
向に急速に進んでいる。

この方式の液晶デイスプレィでは、１つの画素に対して
１つの薄膜トランジスタ（以下、ＴＰＴと略する）が対
応するように、ガラス基板のような透明絶縁性基板上に
ＴＰＴがマトリックス状に形成される。

ＴＰＴの能動層として機能する部分には、プラズマＣＶ
Ｄによって形成されるアモルファスシリコン、または減
圧ＣＶＤ　（ＬＰＧＶＤ）法によって形成される多結晶
シリコンが用いられるが、液晶デイスプレィ用のＴＰＴ
には大きなキャリア移動度と低リーク電流が要求される
ために、多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−８りが用いられる
ことが多い。

以下、従来技術におけるＴＰＴの製造方法について説明
する。

ＬＰＣＶＤ法によって形成される多結晶シリコン膜は、
６００℃以下の温度では膜の結晶性が十分でないために
、加熱処理を施すことによって結晶性を向上させる工程
が必要となる。ところが、歪温度の低いガラス基板の場
合、その歪点（約６００℃）によって処理温度が制限さ
れて十分な結晶性が得られないので、近年においては、
シリコン膜の表面で吸収されるレーザビームを照射して
表面層のみを融解し、再結晶化時に結晶性を向上させる
方法が実施されている。

このようにして能動層となる多結晶シリコンが形成され
ると、ホト・エツチング工程においてＴＰＴ形成のため
の島切りを行い、さらにゲート絶縁膜、ゲート電極が形
成される。続いて、前記多結晶シリコン中のソース／ド
レイン領域となる部分、および前記ゲート電極に不純物
をドープする。

ここで、この不純物を活性化するために加熱処理を施す
が、この場合においても、前記同様、６００℃以上の温
度で加熱処理を行うことができないので、レーザ光を照
射して不純物の活性化を行う。

（発明が解決しようとする課題） 一般的に、プラズマＣＶＤによるアモルファスシリコン
形成においては、ガラス基板が平面的に設置されるため
に、アモルファスシリコン膜はガラス基板の一生表面の
みに形成されるが、ＬＰＣＶＤ法による多結晶シリコン
膜形成においては、多数のガラス基板が、垂直に平行し
て設置されるために、多結晶シリコン膜はガラス基板の
両面に形成されてしまう。

このように、ガラス基板の両面に多結晶シリコン膜が形
成された状態では、その一方の面の多結晶シリコン膜を
ホト・エツチング工程で島切りして多数のＴＰＴをマト
リックス状に配列し、そのソース／ドレイン領域の活性
化を行う際に、レーザビーム等のエネルギビームを照射
すると、多結晶シリコンが島状に残っている領域、すな
わちＴＰＴ形成領域においてはエネルギビームが吸収さ
れるが、それ以外の領域においてはエネルギビームがガ
ラス基板を通過してしまう。

ガラス基板を通過したエネルギビームは、まだ大きな光
強度を有しているために、ガラス基板の裏面に被着され
た前記多結晶シリコンを加熱し、その温度はガラス基板
の歪温度を大幅に超えてしまう場合がある。

多結晶シリコンの温度がガラス基板の歪温度を超えてし
まうと、該多結晶シリコンに接するガラス基板もその歪
温度を超えてしまい、その部分のガラス基板には凹凸が
発生し、これが最終的には、液晶表示装置の画面上での
白濁の原因となってしまう。

本発明の目的は、上記した問題点を解決し、ガラス基板
に凹凸が発生することを防止した半導体装置を実現する
とともに、本発明による半導体装置を液晶表示装置用の
アクティブマトリックス基板として用いれば、画面に白
濁を生じさせない高画質の表示装置を実現できる半導体
装置およびその製造方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記した問題点を解決するために、本発明は透明絶縁性
基板の表面に多数のＴＰＴを隣接配置してなる薄膜半導
体装置において、下記の（１）〜（３）に示した手段の
いずれか、あるいはこれらの手段を適宜に組み合わせて
講じた点に特徴がある。

（１）透明絶縁性基板として、ソース／ドレイン領域内
の不純物を活性化するために照射されるエネルギビーム
に対する吸収係数が高い基板を用いる。

（２）ガラス基板の、エネルギビームが照射される面の
少なくとも裏面に、ＴＰＴの能動層となる多結晶シリコ
ンを形成する前に、エネルギビームに対する吸収係数が
小さく、かつ熱絶縁性が高い、たとえば５ｉ０２膜を予
め堆積させておく。

（３）ガラス基板の、エネルギビームが照射される面の
裏面のシリコン膜を、エネルギビームを照射する前に予
め除去しておく。

（作用） 前記（ｌうの手段は以下のように作用する。すな・わち
、透明箱縁性基板として、照射されるエネルギビームに
対する吸収係数が高い基板を用いると、エネルギビーム
はガラス基板の厚み方向において徐々に吸収されて減衰
し、裏面のシリコン膜に達するときのエネルギ強度は、
初めのエネルギビームの強度の５０〜８０％になる。し
たがって、裏面のシリコン膜の温度上昇が抑えられる。

前記（２）の手段は以下のように作用する。すなわち、
エネルギビームが照射される面の裏面に、該エネルギビ
ームに対する吸収係数が小さく、かつ熱絶縁性が高い下
地膜を形成しておくと、表面に照射されたエネルギビー
ムが基板および該下地膜を通過した後に、裏面のシリコ
ン膜に達し、該シリコン膜が加熱されても、その熱の基
板への伝導が下地膜によって遮られるために、ガラス基
板の温度上昇が抑えられる。

前記（３）の手段は以下のように作用する。すなわち、
エネルギビームが照射される面の裏面のシリコン膜を予
め除去しておけば、基板を通過したエネルギビームは、
薄膜半導体装置内のいずれの部分においても吸収されず
に外部に放出される。

したがって、基板が加熱されることがなく、その温度上
昇が抑えられる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を説明する。第１図は第１の発
明の一実施例である半導体装置およびその製造方法を説
明するための断面図である。

同図において、ガラス基板１−１は、波長３０８ｎ−の
紫外光に対する吸収係数εが３　ｃ＋ａ−’厚さが１＋
ｕ＋の基板である。なお、この場合の吸収係数εは、ガ
ラス基板に入射する紫外光強度をＩｏ１該入射入射光ラ
ス基板を通過した後の光強度を１．基板の厚み（ａｍ　
）をＸとした場合に、（−εＸ） Ｉ−ＩＸｅｘｐ　　　　として定義されるものとする。

本実施例においては、初めに、前記ガラス基板１−１の
表面に常圧ＣＶＤ　（ＡＰＣＶＤ）法によって、下地膜
となる５ｉ０２膜２−１を約４０００人の厚さで堆積さ
せる［同図（ａ）］。

次に、ＬＰＣＶＤ法によって５８０℃の温度で、ＴＰＴ
の能動層として機能する多結晶シリコン膜３−１を５ｉ
０２膜２−１の表面に堆積させる。

このとき、前記したように、ＬＰＣＶＤ法ではガラス基
板１−１の裏面にもシリコン膜３−２が同様に堆積され
てしまう。

次に、シリコン膜３−１の表面にＡＰＣＶＤ法によって
キャップ膜である５ｉ０２膜２０を約２０００人堆積さ
せ、その後、ＸｅＣｌエキシ７１／−ｆｉｌ（波長３０
８　ｎｎ＋）を、３００　ｔａＪ／ｃ４の強度で全面に
照射して、前記多結晶シリコン膜３−１を結晶化して結
晶性の優れた多結晶シリコン膜を得る［同図（ｂ）］。

次に、キャップ膜を除去した後に多結晶シリコン膜３−
１をホト・エツチング工程で島切りすることによって、
島状の多結晶シリコン膜２１がガラス基板１−１上にマ
トリックス状に配列されるようにする。

次に、その表面にゲート絶縁膜用の５ｉ０２膜７をＡＰ
ＣＶＤ法によって約２０００人堆積させ、さらに、ゲー
ト電極用のシリコン膜８をＬＰＣＶＤ法によって約３０
００人堆積させる。

次に、前記ゲート絶縁膜用の５ｉ０２膜７およびゲート
電極用のシリコン膜８をホト・エツチング工程によって
バターニングした後に、前記島状の多結晶シリコン膜２
１のうち、ＴＰＴのソース／ドレイン領域となる部分４
，５、およびゲート電極８に、たとえばイオン打込み法
によって、リンイオン１２を３０ＫｅＶのエネルギで５
Ｘ１０１５打込む［同図（Ｃ）］。

さらに、ＡＰＣＶＤ法によってパッシベーション膜とな
る５ｉ０２膜９を約２０００人堆積させた後に、ＸｅＣ
ｌエキシマレーザ１１を２５０ＩＩＩＪ／ｃシの強度で
照射して、前記不純物を活性化する［同図（ｄ）］。

このようにして、ソース／ドレイン領域となる部分の活
性化が終了したならば、パッシベーション膜９に、ソー
ス／ドレイン領域のコンタクト用孔を開孔した後に電極
用アルミをスパッタし、電極１０−１．１０−２を形成
する。

続いて、ＴＰＴを駆りするための引き出し線となる透明
電極ＩＴＯ（図示せず）をスパッタによって形成した後
に、多結晶シリコン膜３−２をエツチングによって除去
する［同図（ｅ）］。この多結晶シリコン膜３−２の除
去は、これ以前の工程で行っても良いが、この多結晶シ
リコン膜３−２バカラス基板１−１の保護膜としても機
能するので、最終工程において除去することが望ましい
。

その後は、偏光板、カラーフィルタおよび透明電極を積
層したガラス基板を用意し、２枚のガラス基板の間にＴ
Ｎ液晶を封入して液晶表示装置が完成する。

第４図（１）は、前記第１図（ｄ）に関して説明したＸ
ｅＣｌエキシマレーザ１１を照射した場合の、ガラス基
板１−１の表面から厚み方向への距離Ｘとレーザ光強度
Ｉとの関係、および距離Ｘと温度Ｔとの関係を示した図
であり、第１図と同一の符号が同一または同等部分を表
している。

同図から明らかなように、ガラス基板内に到達したレー
ザ光の強度■は、表面から厚み方向への距離Ｘにしたが
って減衰される。したがって、ガラス基板１−１を通過
したレーザ光がシリコン膜３−２に吸収されても、その
エネルギが小さいためにシリコンＭ３−２はそれ程加熱
されない。

本実施例の場合、ガラス基板の吸収係数が従来技術に比
べて大きいので、レーザ光の直接的な照射によるガラス
基板全体の温度上昇は従来技術に比べて多少大きくなり
、発明者が行った実験においては約３００℃まで上昇し
たが、シリコン膜３−２に到達するレーザ光強度が小さ
いために、該シリコン膜３−２はガラス基板１−１の歪
温度Ｔｃよりも十分に低い温度までしか加熱されず、ガ
ラス基板１−１に損傷を与えるには至らない。

第２図は、第２の発明の一実施例である半導体装置およ
びその製造方法を説明するための断面図である。

本実施例ではガラス基板１−２は波長３０８ｎｇの紫外
光に対する吸収係数が小さい、従来技術と同様のガラス
基板である。

本実施例においては、初めに、前記ガラス基板１−２の
両面にＡＰＣＶＤ法によって、下地膜となる５ｉ０２膜
２−１．２−２を約４０００人の厚さで堆積させる点に
特徴がある［同図（ａ）］。

その後は、前記第１図に示した実施例の場合と同様の製
造方法によって第２図（ｅ）に示すようなＴＰＴが完成
する。

本実施例においては、前記第１図に示した実施例の場合
と同様に、同図（ｄ）に示した工程においてＸｅＣｌエ
キシマレーザを照射して、ソース／ドレイン領域となる
部分４，５、およびゲート電極８内の不純物を活性化す
る。

なお、該レーザ光照射の後に、電極１０−１．１０−２
等を形成する方法は、前記第１発明の場合と同様である
。

第４図（２）は、第２図（ｄ）においてＸｅＣｌエキシ
マレーザ１１を照射した場合の、ガラス基板１−２の表
面から厚み方向への距離Ｘとレーザ光強度■との関係、
および距離Ｘと温度Ｔとの関係を示した図である。

同図から明らかなように、本実施例においても、ガラス
基板内に到達したレーザ光の強度Ｉは、表面から厚み方
向への距離Ｘにしたがって減衰されるが、ガラス基板１
−２の吸収係数が小さいために、第１図に示した実施例
の場合柱は減衰されず、ガラス基板１−２を通過したレ
ーザ光がシリコン膜３−２に吸収されると、吸収される
エネルギが大きいためにシリコン膜３−２はガラス基板
１−２の歪温度Ｔｃを超える程に加熱される。

しかし、本実施例の場合、ガラス基板１−２とシリコン
膜３−２との間に、熱的に絶縁物として機能する５ｉ０
２膜２−２が形成されているために、該シリコン１ｉ１
３−２の熱がガラス基板１−２に伝わらない。したがっ
て、ガラス基板１−２が損傷を受けることがない。

第３図は、第３の発明の一実施例である半導体装置の製
造方法を説明するための断面図である。

本実施例では、前記第２発明の場合と同様に、ガラス基
板１−２は波長３０８ｎｓの紫外光に対する吸収係数Ｘ
が小さい、従来技術と同様の基板である。

本実施例においては、ＡＰＣＶＤ法によってパッジベー
ジジン膜となる５ｉ０２膜９を堆積する工程までは前記
第１図に関して説明した実施例と同一であるが、その後
は、ガラス基板１−２の裏面に堆積されているシリコン
膜３−２を除去した後に、ソース／ドレイン領域４．５
およびゲート電極８内の不純物を活性化するためのＸｅ
Ｃｌエキシマレーザを照射するようにした点に特徴があ
る。

その後は、前記第１図に示した実施例の場合と同様の製
造方法によって第３図（ｅ）に示すようなＴＰＴが完成
する。

第４図（３）は、第３図（ｄ）においてＸｅＣｌエキシ
マレーザを照射した場合の、ガラス基板１−２の表面か
ら厚み方向への距離Ｘとレーザ光強度Ｉとの関係、およ
び距離Ｘと温度Ｔとの関係を示した図である。

同図から明らかなように、本実施例においては、ガラス
基板１−２内に到達したレーザ光の強度ｌは、表面から
厚み方向への距１ｉｉｔＸにしたがって減衰され、その
後、基板を通過したエネルギビームは、半導体装置内の
いずれの部分においても吸収されずに外部に放出される
ために、ガラス基板１−２は加熱されることがなく、損
傷を受けることはない。

なお、本実施例においては、ＸｅＣｌエキシマレーザを
照射する直前にシリコン膜３−２を除去するものとして
説明したが、本発明はこれのみに限定されるものではな
く、前記多結晶シリコン膜３−１．３−２を形成した後
であり、かつレーザ光を照射する前であれば、いずれの
工程で除去するようにしても良い。

このように、前記第１ないし第３の発明によれば、ＴＰ
Ｔのソース／ドレイン領域およびゲート電極を活性化す
るためのレーザ光照射によってガラス基板に凹凸が発生
することを防止できるので、画面に白濁を生じさせない
高画質の液晶表示装置を提供することができるようにな
る。

なお、上記した実施例においては、（１）ガラス基板と
して、ソース／ドレイン領域内の不純物を活性化するた
めに照射されるエネルギビームに対する吸収係数が高い
基板を用いること、（２）ガラス基板の、エネルギビー
ムが照射される面の少なくとも裏面に、エネルギビーム
に対する吸収係数が小さく、かつ熱絶縁性が高い５ｉ０
２膜を予め堆積させておくこと、（３）ガラス基板の、
エネルギビームが照射される面の裏面のシリコン膜を、
エネルギビームを照射する前に予め除去しておくこと、
のいずれかの手段を単独で用いる場合の実施例に関して
説明したが、これらの技術手段を適宜に組み合わせても
良い。

たとえば、前記（＋）および（２）の技術手段を組み合
わせて半導体装置を製造すれば、不純物を活性化するた
めのレーザ光の強度は、ガラス基板１−１によって減衰
され、さらには、該減衰されたレーザ光によって加熱さ
れたシリコン膜３−２の熱は、下地膜２−２によって絶
縁されるので、前記第１．２図に関して説明した実施例
の場合よりも、さらにガラス基板の温度上昇を抑えるこ
とができる。

また、上記した実施例においては、ガラス基板の、ＴＰ
Ｔが形成されない側の下地膜２−２を・二酸化シリコン
膜であるものとして説明したが、エネルギビームに対す
る吸収係数が低く、熱絶縁性を有するものであれば、た
とえば窒化シリコンのようなものであってもかまわない
。ただし、前記第２図に関して説明したように、液晶表
示装置用の半導体装置として用いる場合にも取り除かな
いのであれば、透明性も要求される。

（発明の効果） 上記したように、本発明によれば、ＴＦＴのソース／ド
レイン領域およびゲート電極を活性化するためのレーザ
光照射によってガラス基板の凹凸が発生することを防止
できる。したがって本発明による半導体装置を液晶表示
装置用のアクティブマトリックス基板として用いれば、
画面に白濁を生じさせない高画質の表示装置を提供する
ことができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明の一実施例である半導体装置の断面
図である。 第２図は第２の発明の一実施例である半導体装置の断面
図である。 第３図は第３の発明の一実施例である半導体装置の断面
図である。 第４図は第１ないし第３発明における基板の温度上昇を
説明するための図である。 １−１．１−２・・・ガラス基板、２−１．　２−２・
・・下地膜、３−１．３−２・・・多結晶シリコン、４
．５・・・ソース／ドレイン領域、７・・・ゲート絶縁
膜、８・・・ゲート電極

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）透明絶縁性基板上に、多結晶シリコン膜を能動層
   とする多数の薄膜半導体装置を隣接配置すると共に、こ
   の薄膜半導体装置のソース／ドレイン領域およびゲート
   電極内にドープされた不純物にエネルギビームを照射し
   てその活性化を図る液晶表示装置用の半導体装置の製造
   方法において、透明絶縁性基板の、少なくとも薄膜半導
   体装置が形成されない側に、エネルギビームに対する吸
   収係数が低く、熱絶縁性を有する下地膜を形成する工程
   と、 前記下地膜が形成された透明絶縁性基板の両面に多結晶
   シリコン膜を形成する工程と、 薄膜半導体装置が形成される側の多結晶シリコン膜を島
   切りして、多数の島状多結晶シリコン膜を形成する工程
   と、 該島状多結晶シリコン膜を能動層とする薄膜半導体装置
   を形成する工程と、 該薄膜半導体装置のソース／ドレイン領域およびゲート
   電極に不純物をドープすると共に、該不純物にエネルギ
   ビームを照射してその活性化を図る工程と、 薄膜半導体装置が形成されない側の多結晶シリコン膜を
   除去する工程とからなることを特徴とする半導体装置の
   製造方法。
2. （２）透明絶縁性基板上に、多結晶シリコン膜を能動層
   とする多数の薄膜半導体装置を隣接配置すると共に、こ
   の薄膜半導体装置のソース／ドレイン領域およびゲート
   電極内にドープされた不純物にエネルギビームを照射し
   てその活性化を図る液晶表示装置用の半導体装置の製造
   方法において、透明絶縁性基板の両面に多結晶シリコン
   膜を形成する工程と、 薄膜半導体装置が形成される側の多結晶シリコン膜を島
   切りして、多数の島状多結晶シリコン膜を形成する工程
   と、 該島状多結晶シリコン膜を能動層とする薄膜半導体装置
   を形成する工程と、 前記薄膜半導体装置のソース／ドレイン領域およびゲー
   ト電極に不純物をドープすると共に、該不純物にエネル
   ギビームを照射してその活性化を図る工程とを有し、 さらに、前記多結晶シリコン膜が形成される工程と、エ
   ネルギビームを照射する工程との間に、薄膜半導体装置
   が形成されない側の多結晶シリコン膜を除去する工程を
   有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. （３）透明絶縁性基板上に、多結晶シリコン膜を能動層
   とする多数の薄膜半導体装置を隣接配置すると共に、こ
   の薄膜半導体装置のソース／ドレイン領域およびゲート
   電極内にドープされた不純物にエネルギビームを照射し
   てその活性化を図ることによって製造される液晶表示装
   置用の半導体装置において、 前記透明絶縁性基板のエネルギビームに対する吸収係数
   εは、以下に示す関係式において２ｃｍ＾−＾１ないし
   ３０ｃｍ＾−＾１であることを特徴とする半導体装置。 Ｉ＝Ｉ＿０×ｅｘｐ＾（＾−＾ε＾ｘ＾） ただし、Ｉ＿０：ガラス基板に入射する紫外光強度 Ｉ：入射光がガラス基板を通過した 後の光強度 ｘ：ガラス基板の厚さ（ｃｍ）
4. （４）前記エネルギビームは、波長３０８ｎｍのＸｅＣ
   ｌエキシマレーザであることを特徴とする特許請求の範
   囲第３項記載の半導体装置。
5. （５）透明絶縁性基板上に、多結晶シリコン膜を能動層
   とする多数の薄膜半導体装置を隣接配置すると共に、こ
   の薄膜半導体装置のソース／ドレイン領域およびゲート
   電極内にドープされた不純物にエネルギビームを照射し
   てその活性化を図ることによって製造される液晶表示装
   置用の半導体装置において、 透明絶縁性基板の、少なくとも薄膜半導体装置が形成さ
   れない側に、エネルギビームに対する吸収係数が低く、
   熱絶縁性を有する下地膜が形成されていることを特徴と
   する半導体装置。
6. （６）前記下地膜は、二酸化シリコンまたは窒化シリコ
   ンであることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の
   半導体装置。