JPH04313273A - マイクロクリスタルシリコン薄膜半導体装置及びそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

マイクロクリスタルシリコン薄膜半導体装置及びそれを用いた液晶表示装置

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JPH04313273A
JPH04313273A JP3104815A JP10481591A JPH04313273A JP H04313273 A JPH04313273 A JP H04313273A JP 3104815 A JP3104815 A JP 3104815A JP 10481591 A JP10481591 A JP 10481591A JP H04313273 A JPH04313273 A JP H04313273A
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JP
Japan
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film
semiconductor device
display device
tft
film semiconductor
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JP3104815A
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Inventor
Koji Mori
孝二 森
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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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】
【0001】
【技術分野】本発明は、マイクロクリスタルシリコン(
以下μC−Siと表示する。)薄膜を具備した半導体装
置及び該半導体装置を有する表示装置、ディスプレイ、
さらには空間変調素子、ハイビジョン等に関する。
【0002】
【従来技術】アモルファスシリコン(a−Si)や多結
晶シリコン(poly−Si)を用いたTFT(thi
n  film  transistor)は、ファク
シミリ、液晶表示装置等、各種OA機器に汎用されてい
る。 たとえば、液晶ディスプレイ用で使われているアクティ
ブマトリックス素子には、母材としてa−Siを用いた
TFTが主に使われていることが「IDRC  ’88
  PP56〜58,Oct.1988」に、またpo
ly−Si  TFTを一体化したものについては、「
SID  ’89  Digest    PP238
〜241,May,1989」に記載がある。この種、
液晶表示装置においては、a−Si TFTを用いたア
クティブマトリックスは成膜温度が250℃前後という
温度プロセスで、主に安価なガラス上に形成されていた
が、モビリティが低いため、(0.1〜1cm2/v・
sec)、高品質ディスプレイ用の周辺駆動回路への適
用には困難であった。一方、モビリティが高いpoly
−Si TFT(〜100cm2/v・sec)の場合
、プロセス温度が1000℃と高いため、安価なガラス
あるいはプラスチックスは使用不可能であり、低コスト
化に難があった。 したがって、表示装置にTFTを使った場合、次のよう
な組合せとなっている。
【表1】 そのため、プラスチック基板上に低温で形成でき、かつ
a−Siよりもモビリティ(mobility)が高く
、poly−Siに近いモビリティをもつTFTの出現
が強く望まれている。
【0003】
【目的】本発明の目的は、低コスト基板であり、フレキ
シブルなプラスチック基板上に低温で形成でき、かつa
−Siよりもモビリティが高く、poly−Siに近い
またはそれ以上のモビリティをもつμC−Si薄膜半導
体装置(μC−Si  TFT)および該半導体装置を
具備した高速スイッチングが可能な液晶表示装置、換言
すれば高品質ディスプレイ装置の提供にある。
【0004】
【構成】本発明の第1は、プラスチック基板上に、μC
−Siを具備したことを特徴とする薄膜半導体装置に関
する。本発明の第2は前記μC−Si  TFTを具備
したことを特徴とする液晶表示装置に関する。
【0005】前記μC−Si薄膜を形成するには、(1
) ECR法(電子サイクロトロン共鳴法)において水
素希釈度を高くする、(2) ECR法とエキシマレー
ザを併用する、(3) エキシマレーザ単独の場合、後
で表面アニールをほどこす、などの方法が例示できる。 プラスチックフィルム基板としては、ポリエチレンテレ
フタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネ
ート、ポリエーテルサルフォン、ポリアリレートなどの
ようなポリマー基板が挙げられる。
【0006】以下、添付図面を参照しながら説明する。 図1は、本発明のμC−Si  TFTの作製法の一例
を示すフロー図、図2は、TFT駆動液晶パネルの概略
図、図3は、図2のTFTパネル部及び周辺駆動部TF
Tの断面図である。本発明のμC−Si  TFTの作
製法の一例を図1のフローに沿って説明する。 (a)プラスチックフィルム基板1上にCr等のゲート
電極2を形成する。この場合、下地層として必要に応じ
てSiO2層を形成しておいてもよい。 (b)ゲート絶縁膜3を形成する。 (c)アンドープμC−Si4をまず形成し、次にオー
ミックコンタクト用n(+)−μC−Si5を連続形成
する。 (d)所定形状に加工し、μC−Si層6を形成する。 (e)メタル配線7,8を形成する。このときソース・
ドレイン間のn(+)層も同時にエッチングする。最後
にパッシベーション層9を形成して完成する。 なお、図中10はゲート・ドライバー、11はドレイン
・ドライバー、12はTFTパネル(1920×480
画素)、13は画素電極である。前記(a)〜(e)の
工程は、全て室温で行っており、プラスチックフィルム
でも従来a−Si膜でしか形成できなかったTFTが可
能となるばかりか、得られたTFTの特性はTFTにμ
C−Siを用いているため、a−Siよりは高い移動度
を有し、poly−Si並みの高速なTFTが実現でき
ている。これは、ECR法および/またはエキシマレー
ザー法を用いた製法による特有の効果のために、実現可
能となる。モビリティでいうとa−Siで0.01〜1
cm2/v・sec、poly−Siで100〜であり
、μC−Siで1〜100cm2/v・secと広く、
製膜条件によってはpoly−Siを上まわるものも実
現できる。ECR法は、サイクロトン共鳴を用いている
ため、低温(100℃以下)でa−Siを形成できるが
、ECR法を用いる前記(c)工程時、水素希釈量をふ
やし、マイクロ並パワーを高くしてやることでアンドー
プ〜ドープ層まで自在に製膜でき、このとき結晶をとも
なったμC−Siが実現できる。さらにエキシマレーザ
(波長193〜350nm)を用いることで、ECR中
のラジカルの励起が促がされ、より高効率な製膜が可能
となる。又、エキシマレーザー単独でもSi2H6,S
i3H8ガスを分解、製膜できるため、同じようなμC
−Siの形成が可能となる。エキシマレーザーはArF
にかぎらず、ECRと併用する場合には193nm(A
rF)〜351nm(XeF)まで使用可能である。エ
キシマレーザー単独の場合には、a−Si膜形成では、
193(ArF)〜241nm(KrF)の波長で形成
可能である。なお、エキシマレーザー単独の場合、後で
表面アニールをほどこすとよい。作成したμC−Si膜
はρD=1/107(1/Ω・cm)、ρP=1/10
4(1/Ω・cm)(at  550nm)となり、ド
ーピング膜ではρP≒ρD=1/102〜1/100(
1/Ω・cm)となり、高い導電性を示している。この
膜の特徴は第1に、フォトコン性がなく、都合が良く、
たとえば表示装置としてのTFTは煩雑に光があたるが
、光によるTFTのしきい値電圧、on電流値、off
電流値の変化を抑えることができる。第2に高い導電率
、高い移動度を示し、高速駆動に適する。第3に、イオ
ン注入+エキシマレーザーによる活性化によって、しき
い値制御が可能である。
【0007】
【実施例】実施例1 プラスチックフィルム(PET:ポリエチレンテレフタ
レートまたはPES:ポリエーテルスルホン)上にEC
R法でSiH4/O2=0.3,1mtorr,r.t
で1000ÅSiO2形成後、真空蒸着法によりCrを
1000Å蒸着する。その後、CCl4/O2=1,1
0torr,100WでCrを所定形状にエッチングす
る。 その後、Crのエッチング前に形成していたレジスト(
OFPR)をO2プラズマ70SCCM,300Wで除
去する。その後、SiH4/N2=0.6,0.3mt
orr,300Wで2000Å堆積して、SiNxをゲ
ート絶縁膜とする。同じくレジストパターンにより、S
iNxを所定形状にエッチング後、レジスト除去を行う
。次にECR法でSiH4  10SCCM,1mto
rr,r.tで1μmのa−Siを形成し、つづいてP
H3/SiH4=0.1%で他は同一条件でn(+)層
を100Å形成する。その後、ソース・ドレイン間のn
(+)層をSF6+O2ガス系でエッチングして除去後
、ゲート絶縁膜と同一形成条件でパッシベーション層を
厚さ1μm形成して完成する。 実施例2 PMMA(ポリメチルメタクリレート)上にECR法に
よりSiO2を形成する(条件は、前述の実施例1と同
じ)。さらにEB蒸着によりCrを1000Å形成し、
所定形状にエッチングする。その後SiH4/N2=0
.6,0.3mtorr  300Wで2000Å堆積
してSiNxを形成する。次にエキシマレーザー(Ar
F、波長193nm)を用いて、H2:100SCCM
  Si2H6  1SCCM、圧力10torr、1
00mJ/cm2、ショット数、10〜102shot
にて、a−Si膜を約1000Å形成する。ここで更に
、ガスを流さず1/105torrの高真空下で表面に
エキシマレーザー光(条件100mJ/cm2,10s
hot)を照射し、μc化をはかる。さらにPH3(1
%,Heベース)ガスを導入してSi2H6は同じ条件
でn(+)層を形成する。それ以降は実施例1と同一条
件にて形成する。実施例3〔図1の(c)の工程に限定
する。他のプロセスは実施例1と同じ〕ECR装置にお
いて、H2:10SCCM,SiH4  1SCCM,
圧力0.1mtorrで放電を立てると同時にArF(
193nm)300mJ/cm2のエキシマレーザーを
基板に平行に近接して照射することでSiラジカルの生
成効率をupした。n(+)はH2:10SCCM,S
iH4:1SCCM,PH3(1%,Heベース):1
SCCMで形成し、以降は実施例1と同一条件で形成し
た。
【0008】
【効果】本発明のμC−Si  TFTは、低温成膜が
可能であり、得られたμC−Si膜はフォトコン性がな
く、また高い導電率、高い移動度を示し、高速駆動に適
しており、さらにその作製時、イオン注入+エキシマレ
ーザーによる活性化によってしきい値を制御することが
可能である。また、前記μC−Si  TFTを具備し
た液晶表示装置は、該μC−Si  TFTがフォトコ
ン性がないため、表示装置としてのTFTは煩繁に光が
あたるが、光によるTFTのしきい値電圧、on電流値
、off電流値の変化を抑えることができ、さらに高導
電率、高移動度を示すので、高速switchingを
可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のμC−Si薄膜半導体装置の作製法の
一例を示すフロー図である。
【図2】本発明のμC−Si薄膜半導体装置を具備した
TFT駆動液晶パネルの概略図である。
【図3】図2に示す概略図のTFTパネル部及び周辺駆
動部TFTの断面である。
【符号の説明】
1  プラスチックフィルム基板 2  ゲート電極 3  ゲート絶縁膜 4  アンドープμC−Si膜 5  n(+)−μC−Si膜 6  μC−Si膜 7  メタル配線 8  メタル配線 9  パッシベーション膜 10  ゲート・ドライバー 11  ドレイン・ドライバー 12  TFTパネル(1920×480画素)13 
 画素電極

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  プラスチック基板上に、マイクロクリ
    スタルシリコン層を具備したことを特徴とする薄膜半導
    体装置。
  2. 【請求項2】  請求項1記載のマイクロクリスタルシ
    リコン薄膜半導体装置を具備したことを特徴とする液晶
    表示装置。
JP3104815A 1991-04-10 1991-04-10 マイクロクリスタルシリコン薄膜半導体装置及びそれを用いた液晶表示装置 Pending JPH04313273A (ja)

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