JPH1056182A - 半導体装置の作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体装置の作製方法を提供する。 【解決手段】 トップゲイト型薄膜トランジスタにおい
て、ゲイト電極を陽極酸化し、平坦化有機樹脂層を形成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、アクティブ型電気
光学装置、特にアクティブ型液晶電気光学装置に関する
もので、明確な階調のレベルを設定できるようにしたも
のである。

【０００２】

【従来の技術】液晶組成物はその物質特性から、分子軸
に対して水平方向と垂直方向の誘電率が異なるため、外
部の電界に対して水平方向に配列したり、垂直方向に配
列したりさせることが容易にできる。液晶電気光学装置
はこの誘電率の異方性を利用して、光の透過光量または
分散量を制御することで、ＯＮ／ＯＦＦの表示を行って
いる。

【０００３】図２にネマチック液晶の電気光学特性を示
す。印加電圧が小さいＶａ（Ａ点）のときには、透過光
量がほぼ０％、Ｖｂ（Ｂ点）の場合には２０％ほど、Ｖ
ｃ（Ｃ点）の場合には７０％ほど、Ｖｄ（Ｄ点）の場合
には１００％ほどになる。つまり、Ａ、Ｄ点のみを利用
すれば、白黒の２階調表示が、Ｂ、Ｃ点のように電気光
学特性の立ち上がりの部分を利用すれば、中間階調表示
が可能となる。

【０００４】従来、ＴＦＴを利用した液晶電気光学装置
の階調表示の場合、ＴＦＴのゲート印加電圧もしくはソ
ース・ドレイン間の印加電圧を変化させてアナログ的に
電圧を調整し、階調表示をおこなっていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ＴＦＴを利用した液晶
電気光学装置の諧調表示の方法に関して、説明をくわえ
る。従来液晶電気光学装置にもちいられる、Ｎチャネル
型薄膜トランジスタは、図３に示すような電圧電流特性
をもっている。図３に示した電圧電流特性はアモルファ
スシリコンを用いたＮチャネル型薄膜トランジスタの特
性と、ポリシリコンを用いたＮチャネル型薄膜トランジ
スタの特性である。

【０００６】ゲート電極に加える電圧をアナログ的に制
御することで、ドレイン電流を制御することが出来、液
晶に加わる電界の大きさを変化させることができる。こ
れによって、階調表示が可能になっている。

【０００７】しかしながら、例えば６４０×４００ドッ
トの画素数を有する液晶電気光学装置を想定したばあ
い、合計２５６，０００個のＴＦＴすべての特性をばら
つき無く作製することは、非常に困難を有し、現実的に
は量産性、歩留りを考慮すると、１６階調表示が限界と
考えられている。

【０００８】また、ゲート電圧を一定の値に設定し、Ｏ
Ｎ／ＯＦＦのみを制御し、ソースドレイン電圧を制御す
ることで、階調表示を行う方法も考えられているが、や
はり特性の不安定性から１６階調程度が限度と考えられ
ている。アナログ的な階調表示制御は、ＴＦＴの特性に
大きく左右され、明快な表示は困難を要する。

【０００９】また別の方法として、複数フレームを使っ
た階調表示の方法が提案されている。これは、図１２に
示す様に、例えば１０フレームを用いて階調表示を行う
場合、画素Ａは１０フレーム中２フレームを透過、残り
８フレームを非透過にすることで平均的には２０％の透
過と表示できる。また画素Ｂでは同様に７０％、画素Ｃ
では同様に５０％の透過と表示できる。

【００１０】しかしながら、この様な表示を行った場
合、実質上フレーム数の低下に繋がるために、フリッカ
ーの発生等と表示傷害が起きていた。これを解決するた
めに、フレーム周波数の増加等が考案されているが、駆
動周波数の増加に伴う消費電力の増加、またはＩＣの高
速化が困難であるので限界がある技術であった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そこで、印加電圧レベル
を明確にするために、アナログ値では無く、一定の周期
で繰り返される基準電圧値を信号としてコントローラー
側から入力し、その基準信号をＴＦＴに接続するタイミ
ングをデジタル値で制御することによって、ＴＦＴに印
加される電圧を制御することで、ＴＦＴの特性ばらつき
をカバーする方法を本発明ではとっている事を特徴とし
ている。

【００１２】つまり、１画面を書き込む時間Ｆと１画素
に書き込む時間ｔで関係される表示タイミングを有する
表示駆動方式を用いた電気光学装置の階調表示を、任意
の画素駆動選択に用いられる信号線の一方に前記時間ｔ
を周期とする電圧変化を有する基準信号と他の信号線に
前記時間ｔ内の任意のタイミングで選択信号を印加し、
液晶に加わる電圧を決定し、実際に画素に対し電圧を印
加することにより前記時間Ｆを変化させることなしに階
調を表示可能にした事を特徴としている。またさらに加
えれば、このタイミングをデーターの転送に頼るもので
は無く、液晶電気光学装置に搭載するドライバーＩＣ自
体に高速のクロックを加え、信号加工部分で処理するた
めに、従来のＣＭＯＳのデーター転送速度の限界であっ
た数十ＭＨｚに制限されない高速の制御が可能になる事
を特徴としている。

【００１３】図１に本発明による電気光学装置の駆動波
形を具体的に示す。図４に示した２×２のマトリクスに
本駆動波形を入れた例として示す。前記基準信号波形と
してここでは、正弦波の半波を用いている。走査線方向
にあたるＶ_DD1 ３０３、Ｖ_DD2 ３０４に正弦波３０９、
３１０を印加し、情報線方向にあたるＶ_GG1 ３０１、Ｖ
_GG2 ３０２に２極性（以下『バイポーラ』とする）信号
を加える。デジタル値で制御する部分は、このバイポー
ラ信号を加えるタイミングを行なう。つまり、３０９、
３１０に示すような電圧変化している信号を選ぶタイミ
ングを変化させることで、Ａ点に蓄積される電荷量およ
び電位が決定され、さらに対向電極の電位３１３を任意
にとることで画素および液晶にかかる電界の大きさが決
定されるものである。

【００１４】バイポーラ信号を加えるタイミングは、情
報信号の転送速度によって決定されるものでは無く、本
発明による構成では液晶電気光学装置に直接接続される
ドライバーＩＣに入力される基本クロックによって制限
される。つまり、６４０×４００ドットの液晶電気光学
装置を考えた場合、駆動周波数はＣＭＯＳの限界から２
０ＭＨｚ程度であり、この数値を使用して階調表示数を
計算するには、駆動周波数は走査線数とフレーム数とバ
イポーラパルスと階調表示数の積でしめされることよ
り、２０ＭＨｚを（４００×６０×２）で割ればよいの
で、従って、階調表示数は４１６階調まで表示可能とな
る。表示画面の２分割化により８３２階調まで可能なこ
とは言うまでもない。以下に実施例をしるし、さらに詳
細な説明を加える。

【００１５】

【実施例】

『実施例１』 本実施例では図５に示すような回路構成
を用いた液晶表示装置を用いて、壁掛けテレビを作製し
たので、その説明を行う。またその際のＴＦＴは、レー
ザーアニールを用いた多結晶シリコンとした。

【００１６】この回路構成に対応する実際の電極等の配
置構成を図６に示している。これらは説明を簡単にする
為２×２（またはそれ以下）に相当する部分のみ記載さ
れている。また、実際の駆動信号波形を図１に示す。こ
れも説明を簡単にする為に２×２のマトリクス構成とし
た場合の信号波形で説明を行う。

【００１７】まず、本実施例で使用する液晶パネルの作
製方法を図７及び図８を使用して説明する。図７（Ａ）
において、石英ガラス等の高価でない７００℃以下、例
えば約６００℃の熱処理に耐え得るガラス５０上にマグ
ネトロンＲＦ（高周波) スパッタ法を用いてブロッキン
グ層５１としての酸化珪素膜を１０００〜３０００Åの
厚さに作製する。プロセス条件は酸素１００％雰囲気、
成膜温度１５℃、出力４００〜８００Ｗ、圧力０．５Ｐ
ａとした。タ−ゲットに石英または単結晶シリコンを用
いた成膜速度は３０〜１００Å／分であった。

【００１８】この上にシリコン膜をプラズマＣＶＤ法に
より珪素膜５２を作製した。成膜温度は２５０℃〜３５
０℃で行い本実施例では３２０℃とし、モノシラン(SiH
₄)を用いた。モノシラン(SiH₄)に限らず、ジシラン(Si₂
H₆) またトリシラン(Si₃H₈)を用いてもよい。これらを
ＰＣＶＤ装置内に３Ｐａの圧力で導入し、１３．５６Ｍ
Ｈｚの高周波電力を加えて成膜した。この際、高周波電
力は０．０２〜０．１０Ｗ／ｃｍ² が適当であり、本実
施例では０．０５５Ｗ／ｃｍ² を用いた。また、モノシ
ラン(SiH₄)の流量は２０ＳＣＣＭとし、その時の成膜速
度は約１２０Å/ 分であった。ＰＴＦＴとＮＴＦＴとの
スレッシュホ−ルド電圧（Ｖth）に概略同一に制御する
ため、ホウ素をジボランを用いて１×10¹⁵〜１×10¹⁸cm
^-3の濃度として成膜中に添加してもよい。またＴＦＴの
チャネル領域となるシリコン層の成膜にはこのプラズマ
ＣＶＤだけでなく、スパッタ法、減圧ＣＶＤ法を用いて
も良く、以下にその方法を簡単に述べる。

【００１９】スパッタ法で行う場合、スパッタ前の背圧
を１×10^-5Ｐａ以下とし、単結晶シリコンをタ−ゲット
として、アルゴンに水素を２０〜８０％混入した雰囲気
で行った。例えばアルゴン２０％、水素８０％とした。
成膜温度は１５０℃、周波数は１３．５６ＭＨｚ、スパ
ッタ出力は４００〜８００Ｗ、圧力は０．５Ｐａであっ
た。

【００２０】減圧気相法で形成する場合、結晶化温度よ
りも１００〜２００℃低い４５０〜５５０℃、例えば５
３０℃でジシラン(Si₂H₆) またはトリシラン(Si₃H₈) を
ＣＶＤ装置に供給して成膜した。反応炉内圧力は３０〜
３００Ｐａとした。成膜速度は５０〜２５０Å/ 分であ
った。ＰＴＦＴとＮＴＦＴとのスレッシュホ−ルド電圧
（Ｖth）に概略同一に制御するため、ホウ素をジボラン
を用いて１×10¹⁵〜１×10¹⁸cm^-3の濃度として成膜中に
添加してもよい。

【００２１】これらの方法によって形成された被膜は、
酸素が５×10²¹cm^-3以下であることが好ましい。結晶化
を助長させるためには、酸素濃度を７×10¹⁹cm^-3以下、
好ましくは１×10¹⁹cm^-3以下とすることが望ましいが、
少なすぎると、バックライトによりオフ状態のリ−ク電
流が増加してしまうため、この濃度を選択した。この酸
素濃度が高いと、結晶化させにくく、レーザーアニ−ル
温度を高くまたはレーザーアニ−ル時間を長くしなけれ
ばならない。水素は４×10²⁰cm^-3であり、珪素４×10²²
cm^-3として比較すると１原子％であった。

【００２２】また、ソ−ス、ドレインに対してより結晶
化を助長させるため、酸素濃度を７×10¹⁹cm^-3以下、好
ましくは１×10¹⁹cm^-3以下とし、ピクセル構成するＴＦ
Ｔのチャネル形成領域のみに酸素をイオン注入法により
５×10²⁰〜５×10²¹cm^-3となるように添加してもよい。

【００２３】上記方法によって、アモルファス状態の珪
素膜を５００〜５０００Å、本実施例では１０００Åの
厚さに成膜した。

【００２４】その後、図７（Ｂ）に示すように、フォト
レジスト５３をマスクＰ１を用いてソース・ドレイン領
域のみ開孔したパターンを形成した。その上に、プラズ
マＣＶＤ法によりｎ型の活性層となる珪素膜５４を作製
した。成膜温度は２５０℃〜３５０℃で行い本実施例で
は３２０℃とし、モノシラン(SiH₄)とモノシランベース
のフォスフィン(PH₃) ３％濃度のものを用いた。これら
をＰＣＶＤ装置内５Ｐａの圧力でに導入し、１３．５６
ＭＨｚの高周波電力を加えて成膜した。この際、高周波
電力は０．０５〜０．２０Ｗ／ｃｍ² が適当であり、本
実施例では０．１２０Ｗ／ｃｍ² を用いた。

【００２５】この方法によって出来上がったｎ型シリコ
ン層の比導電率は２×１０^-1〔Ωｃｍ^-1〕程度となっ
た。膜厚は５０Åとした。その後リフトオフ法を用い
て、レジスト５３を除去し、ソース・ドレイン領域５
５、５６を形成した。

【００２６】同様のプロセスを用いて、ｐ型の活性層を
形成した。その際の導入ガスは、モノシラン(SiH₄)とモ
ノシランベースのジボラン(B₂H₆)５％濃度のものを用い
た。これらをＰＣＶＤ装置内に４Ｐａの圧力でに導入
し、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を加えて成膜した。
この際、高周波電力は０．０５〜０．２０Ｗ／ｃｍ² が
適当であり、本実施例では０．１２０Ｗ／ｃｍ² を用い
た。この方法によって出来上がったｐ型シリコン層の比
導電率は５×１０^-2〔Ωｃｍ^-1〕程度となった。膜厚は
５０Åとした。その後Ｎ型領域と同様にリフトオフ法を
用いて、ソース・ドレイン領域５９、６０を形成した。
その後、マスクＰ３を用いて珪素膜５２をエッチング除
去し、Ｎチャネル型薄膜トランジスタ用アイランド領域
６３とＰチャネル型薄膜トランジスタ用アイランド領域
６４を形成した。

【００２７】その後ＸｅＣｌエキシマレーザーを用い
て、ソース・ドレイン・チャネル領域をレーザーアニー
ルすると同時に、活性層にレーザードーピングを行なっ
た。この時のレーザーエネルギーは、閾値エネルギーが
１３０ｍＪ／ｃｍ² で、膜厚全体が溶融するには２２０
ｍＪ／ｃｍ² が必要となる。しかし、最初から２２０ｍ
Ｊ／ｃｍ² 以上のエネルギーを照射すると、膜中に含ま
れる水素が急激に放出されるために、膜の破壊が起き
る。そのために低エネルギーで最初に水素を追い出した
後に溶融させる必要がある。本実施例では最初１５０ｍ
Ｊ／ｃｍ² で水素の追い出しを行なった後、２３０ｍＪ
／ｃｍ² で結晶化をおこなった。

【００２８】アニ−ルにより、珪素膜はアモルファス構
造から秩序性の高い状態に移り、一部は結晶状態を呈す
る。特にシリコンの成膜後の状態で比較的秩序性の高い
領域は特に結晶化をして結晶状態となろうとする。しか
しこれらの領域間に存在する珪素により互いの結合がな
されるため、珪素同志は互いにひっぱりあう。レ−ザラ
マン分光により測定すると単結晶の珪素のピ−ク５２２
cm^-1より低周波側にシフトしたピ−クが観察される。そ
れの見掛け上の粒径は半値巾から計算すると、５０〜５
００Åとなっているが、実際はこの結晶性の高い領域は
多数あってクラスタ構造を有し、各クラスタ間は互いに
珪素同志で結合（アンカリング) がされた構造の被膜を
形成させることができた。

【００２９】結果として、被膜は実質的にグレインバウ
ンダリ（以下ＧＢという）がないといってもよい状態を
呈する。キャリアは各クラスタ間をアンカリングされた
個所を通じ互いに容易に移動し得るため、いわゆるGBの
明確に存在する多結晶珪素よりも高いキャリア移動度と
なる。即ちホ−ル移動度（μｈ）＝１０〜２００cm²／
ＶＳｅｃ、電子移動度（μe ）＝１５〜３００cm² ／Ｖ
Ｓｅｃが得られる。

【００３０】この上に酸化珪素膜をゲイト絶縁膜として
５００〜２０００Å例えば１０００Åの厚さに形成し
た。これはブロッキング層としての酸化珪素膜の作製と
同一条件とした。この成膜中に弗素を少量添加し、ナト
リウムイオンの固定化をさせてもよい。

【００３１】この後、この上側にリンが１〜５×10²¹cm
^-3の濃度に入ったシリコン膜またはこのシリコン膜とそ
の上にモリブデン(Mo)、タングステン(W),MoSi₂ または
WSi₂との多層膜を形成した。これを第４のフォトマスク
Ｐ４にてパタ−ニングして図７（Ｅ）を得た。ＮＴＦＴ
用のゲイト電極６６、ＰＴＦＴ用のゲイト電極６７を形
成した。例えばチャネル長７μｍ、ゲイト電極としてリ
ンド−プ珪素を０．２μｍ、その上にモリブデンを０．
３μｍの厚さに形成した。

【００３２】また、ゲート電極材料としてアルミニウム
（Al）を用いた場合、これを第４のフォトマスク６９に
てパタ−ニング後、その表面を陽極酸化することで、セ
ルファライン工法が適用可能なため、ソース・ドレイン
のコンタクトホールをよりゲートに近い位置に形成する
ことが出来るため、移動度、スレッシュホールド電圧の
低減からさらにＴＦＴの特性を上げることができる。

【００３３】かくすると、４００℃以上にすべての工程
で温度を加えることがなくＣ／ＴＦＴを作ることができ
る。そのため、基板材料として、石英等の高価な基板を
用いなくてもよく、本発明の大画面の液晶表示装置にき
わめて適したプロセスであるといえる。

【００３４】図８（Ａ）において、層間絶縁物６８を前
記したスパッタ法により酸化珪素膜の形成として行っ
た。この酸化珪素膜の形成はＬＰＣＶＤ法、光ＣＶＤ
法、常圧ＣＶＤ法を用いてもよい。例えば０．２〜０．
６μｍの厚さに形成し、その後、第５のフォトマスクＰ
５を用いて電極用の窓７９を形成した。その後、さら
に、これら全体にアルミニウムを０．３μｍの厚みにス
パッタ法により形成し第６のフォトマスクＰ６を用いて
リ−ド７４およびコンタクト７３、７５を作製した後、
表面を平坦化用有機樹脂７７例えば透光性ポリイミド樹
脂を塗布形成し、再度の電極穴あけを第７のフォトマス
クＰ７にて行った。さらに、これら全体にＩＴＯ（イン
ジウム酸化錫）を０．１μｍの厚みにスパッタ法により
形成し第８のフォトマスクＰ８を用いて画素電極７１を
形成した。このＩＴＯは室温〜１５０℃で成膜し、２０
０〜４００℃の酸素または大気中のアニ−ルにより成就
した。

【００３５】得られたＴＦＴの電気的な特性はＰＴＦＴ
で移動度は４０（cm²/Vs）、Ｖthは−５．９（Ｖ）で、
ＮＴＦＴで移動度は８０（cm²/Vs）、Ｖthは５．０
（Ｖ）であった。

【００３６】上記の様な方法に従って作製された液晶電
気光学装置用の一方の基板を得ることが出来た。

【００３７】この液晶表示装置の電極等の配置の様子を
図６に示している。Ｎチャネル型薄膜トランジスタとＰ
チャネル型薄膜トランジスタとを第１の信号線３と第２
の信号線４のとの交差部に設けられている。このような
Ｃ／ＴＦＴを用いたマトリクス構成を有せしめた。ＮＴ
ＦＴ１３は、ドレイン１０の入力端のコンタクトを介し
第２の信号線４に連結され、ゲイト９は第１の信号線３
に連結されている。ソ−ス１２の出力端はコンタクトを
介して画素の電極１７に連結している。

【００３８】他方、ＰＴＦＴ２２はドレイン２０の入力
端がコンタクトを介して第２の信号線４に連結され、ゲ
イト２１は信号線３に、ソ−ス１８の出力端はコンタク
トを介してＮＴＦＴと同様に画素電極１７に連結してい
る。かかる構造を左右、上下に繰り返すことにより、６
４０×４８０、１２８０×９６０といった大画素の液晶
表示装置とすることができる。本実施例では１９２０×
４００とした。この様にして第１の基板を得た。

【００３９】他方の基板の作製方法を図１３に示す。ガ
ラス基板上にポリイミドに黒色顔料を混合したポリイミ
ド樹脂をスピンコート法を用いて１μｍの厚みに成膜
し、第９のフォトマスクＰ９を用いてブラックストライ
プ８１を作製した。その後、赤色顔料を混合したポリイ
ミド樹脂をスピンコート法を用いて１μｍの厚みに成膜
し、第１０のフォトマスクＰ１０を用いて赤色フィルタ
ー８３を作製した。同様にしてマスクＰ１１、Ｐ１２を
使用し、緑色フィルター８５および青色フィルター８６
を作製した。これらの作製中各フィルターは３５０℃に
て窒素中で６０分の焼成を行なった。その後、やはりス
ピンコート法を用いて、レベリング層８９を透明ポリイ
ミドを用いて制作した。

【００４０】その後、これら全体にＩＴＯ（インジュー
ム酸化錫）を０．１μｍの厚みにスパッタ法により形成
し第５のフォトマスク９１を用いて共通電極９０を形成
した。このＩＴＯは室温〜１５０℃で成膜し、２００〜
３００℃の酸素または大気中のアニ−ルにより成就し、
第２の基板を得た。

【００４１】前記基板上に、オフセット法を用いて、ポ
リイミド前駆体を印刷し、非酸化性雰囲気たとえば窒素
中にて３５０℃１時間焼成を行った。その後、公知のラ
ビング法を用いて、ポリイミド表面を改質し、少なくと
も初期において、液晶分子を一定方向に配向させる手段
を設けた。

【００４２】その後、前記第一の基板と第二の基板によ
って、ネマチック液晶組成物を挟持し、周囲をエポキシ
性接着剤にて固定した。基板上のリードにＴＡＢ形状の
駆動ＩＣと共通信号、電位配線を有するＰＣＢを接続
し、外側に偏光板を貼り、透過型の液晶電気光学装置を
得た。

【００４３】図９および図１０に本実施例による電気光
学装置の概略構造図を示す。前記の工程にて得た液晶パ
ネル２２０を冷陰極管を３本配置した後部照明装置２２
１と組み合わせて設置を行った。その後、テレビ電波を
受信するチューナー２２３を接続し、電気光学装置とし
て完成させた。従来のＣＲＴ方式の電気光学装置と比べ
て、平面形状の装置となったために、壁等に設置するこ
とも出来る様になった。

【００４４】次に本発明を完結させるための、液晶電気
光学装置の周辺回路の説明を図１１を用いて加える。

【００４５】液晶電気光学装置のマトリクス回路に接続
された情報信号側配線３５０、３５１に駆動回路３５２
を接続した構成を取っている。駆動回路３５２は駆動周
波数系で分割すると２つの部分よりなっている。１つは
従来の駆動方式と同様のデーターラッチ回路系３５３、
これはデーター３５６を順に転送するための基本クロッ
クＣＬＫ３５５が主な構成であり、１ビット〜１２ビッ
ト並列処理がおこなわれている。他の１つは本発明によ
る構成部分で、階調表示に必要な分割の割合に応じたク
ロック３５７とフリップフロップ回路３５８、カウンタ
ー３６０よりなっている。データーラッチ系３５３より
送られた階調表示データーに応じたバイポーラパルス発
生タイミングをカウンター３６０で作っている。さら
に、ラッチ回路の出口とデーターライン間３６１にΔｔ
→ｓｉｎθ変換のＲＯＭテーブルを使用すると階調表示
データーがさらに細かく制御しやすくなることがわかっ
た。

【００４６】本発明で特徴としているところは、まさに
これらの部分であり、駆動周波数を２種類とることによ
って、画面書換えのフレーム数を変化させることなく、
明快なデジタル階調表示が可能になっていることにあ
る。フレーム数の低下に伴うフリッカーの発生等が回避
できるものである。

【００４７】かたや走査側の信号線３６３、３６２に接
続された駆動回路３６４は、正弦波発振回路３６５より
伝達した正弦波をクロックＣＬＫ３６７のフリップフロ
ップ回路３６６で制御し、選択信号を加える。

【００４８】このようにして、走査線側の正弦波を情報
線側のバイポーラパルスによって、切り取るタイミング
をデジタル的に電圧制御することで、階調表示を可能に
している。

【００４９】例えば１９２０×４００ドットの７６８，
０００組のＴＦＴを３００ｍｍ角に作成した液晶電気光
学装置に対し通常のアナログ的な階調表示を行った場
合、ＴＦＴの特性ばらつきが約±１０％存在するため
に、１６階調表示が限界であった。しかしながら、本発
明によるデジタル階調表示をおこなった場合、ＴＦＴ素
子の特性ばらつきの影響を受けにくいために、６４階調
表示まで可能になりカラー表示では２６２，１４４色の
多彩であり微妙な色彩の表示が実現できている。

【００５０】『実施例２』本実施例では、対角１インチ
を有する液晶電気光学装置を用いた、ビデオカメラ用ビ
ューファインダーを作製し、本発明を実施したので説明
を加える。

【００５１】本実施例では、画素数が３８７×１２８の
構成にして、低温プロセスによる高移動度ＴＦＴを用い
た素子を形成し、ビューファインダーを構成した。本実
施例で使用する液晶表示装置の基板上のアクティブ素子
の配置の様子を図１４に示し図１４のＡ−Ａ’断面およ
びＢ−Ｂ’断面を示す作製プロセスを図１５に描く。図
１５（Ａ）において、安価な、７００℃以下、例えば約
６００℃の熱処理に耐え得るガラス５０上にマグネトロ
ンＲＦ（高周波) スパッタ法を用いてブロッキング層５
１としての酸化珪素膜を１０００〜３０００Åの厚さに
作製する。プロセス条件は酸素１００％雰囲気、成膜温
度１５℃、出力４００〜８００Ｗ、圧力０．５Ｐａとし
た。タ−ゲットに石英または単結晶シリコンを用いた成
膜速度は３０〜１００Å／分であった。

【００５２】この上にシリコン膜をＬＰＣＶＤ（減圧気
相）法、スパッタ法またはプラズマＣＶＤ法により形成
した。減圧気相法で形成する場合、結晶化温度よりも１
００〜２００℃低い４５０〜５５０℃、例えば５３０℃
でジシラン(Si₂H₆) またはトリシラン(Si₃H₈) をＣＶＤ
装置に供給して成膜した。反応炉内圧力は３０〜３００
Ｐａとした。成膜速度は５０〜２５０Å/ 分であった。
ＰＴＦＴとＮＴＦＴとのスレッシュホ−ルド電圧（Ｖt
h）に概略同一に制御するため、ホウ素をジボランを用
いて１×10¹⁵〜１×10¹⁸cm^-3の濃度として成膜中に添加
してもよい。

【００５３】スパッタ法で行う場合、スパッタ前の背圧
を１×10^-5Ｐａ以下とし、単結晶シリコンをタ−ゲット
として、アルゴンに水素を２０〜８０％混入した雰囲気
で行った。例えばアルゴン２０％、水素８０％とした。
成膜温度は１５０℃、周波数は１３．５６ＭＨｚ、スパ
ッタ出力は４００〜８００Ｗ、圧力は０．５Ｐａであっ
た。

【００５４】プラズマＣＶＤ法により珪素膜を作製する
場合、温度は例えば３００℃とし、モノシラン(SiH₄)ま
たはジシラン(Si₂H₆) を用いた。これらをＰＣＶＤ装置
内に導入し、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を加えて成
膜した。

【００５５】これらの方法によって形成された被膜は、
酸素が５×10²¹cm^-3以下であることが好ましい。この酸
素濃度が高いと、結晶化させにくく、熱アニ−ル温度を
高くまたは熱アニ−ル時間を長くしなければならない。
また少なすぎると、バックライトによりオフ状態のリ−
ク電流が増加してしまう。そのため４×10¹⁹〜４×10²¹
cm^-3の範囲とした。水素は４×10²⁰cm^-3であり、珪素４
×10²²cm^-3として比較すると１原子％であった。

【００５６】上記方法によって、アモルファス状態の珪
素膜を５００〜５０００Å、例えば１５００Åの厚さに
作製の後、４５０〜７００℃の温度にて１２〜７０時間
非酸化物雰囲気にて中温の加熱処理、例えば水素雰囲気
下にて６００℃の温度で保持した。珪素膜の下の基板表
面にアモルファス構造の酸化珪素膜が形成されているた
め、この熱処理で特定の核が存在せず、全体が均一に加
熱アニ−ルされる。即ち、成膜時はアモルファス構造を
有し、また水素は単に混入しているのみである。

【００５７】アニ−ルにより、珪素膜はアモルファス構
造から秩序性の高い状態に移り、一部は結晶状態を呈す
る。特にシリコンの成膜後の状態で比較的秩序性の高い
領域は特に結晶化をして結晶状態となろうとする。しか
しこれらの領域間に存在する珪素により互いの結合がな
されるため、珪素同志は互いにひっぱりあう。レ−ザラ
マン分光により測定すると単結晶の珪素のピ−ク５２２
cm^-1より低周波側にシフトしたピ−クが観察される。そ
れの見掛け上の粒径は半値巾から計算すると、５０〜５
００Åとマイクロクリスタルのようになっているが、実
際はこの結晶性の高い領域は多数あってクラスタ構造を
有し、各クラスタ間は互いに珪素同志で結合（アンカリ
ング) がされたセミアモルファス構造の被膜を形成させ
ることができた。

【００５８】結果として、被膜は実質的にグレインバウ
ンダリ（以下ＧＢという）がないといってもよい状態を
呈する。キャリアは各クラスタ間をアンカリングされた
個所を通じ互いに容易に移動し得るため、いわゆるGBの
明確に存在する多結晶珪素よりも高いキャリア移動度と
なる。即ちホ−ル移動度（μｈ）＝１０〜２００cm²／
ＶＳｅｃ、電子移動度（μe ）＝１５〜３００cm² ／Ｖ
Ｓｅｃが得られる。

【００５９】他方、上記の如き中温でのアニ−ルではな
く、９００〜１２００℃の高温アニ−ルにより被膜を多
結晶化すると、核からの固相成長により被膜中の不純物
の偏析がおきて、ＧＢには酸素、炭素、窒素等の不純物
が多くなり、結晶中の移動度は大きいが、ＧＢでのバリ
ア（障壁）を作ってそこでのキャリアの移動を阻害して
しまう。結果として１０cm²/Vsec以上の移動度がなかな
か得られないのが実情である。即ち、本実施例ではかく
の如き理由により、セミアモルファスまたはセミクリス
タル構造を有するシリコン半導体を用いている。

【００６０】図１５（Ａ）において、珪素膜を第１のフ
ォトマスクにてフォトエッチングを施し、ＮＴＦＴ用
の領域１３（チャネル巾２０μm)を図面のＡ−Ａ’断面
側に、ＰＴＦＴ用の領域２２をＢ−Ｂ’断面側に作製し
た。

【００６１】この上に酸化珪素膜をゲイト絶縁膜として
５００〜２０００Å例えば１０００Åの厚さに形成し
た。これはブロッキング層としての酸化珪素膜の作製と
同一条件とした。この成膜中に弗素を少量添加し、ナト
リウムイオンの固定化をさせてもよい。

【００６２】この後、この上側にリンが１〜５×10²¹cm
^-3の濃度に入ったシリコン膜またはこのシリコン膜とそ
の上にモリブデン(Mo)、タングステン(W),MoSi₂ または
WSi₂との多層膜を形成した。これを第２のフォトマスク
にてパタ−ニングして図１５（Ｂ）を得た。ＮＴＦＴ
用のゲイト電極９、ＰＴＦＴ用のゲイト電極２１を形成
した。本実施例にでは、ＮＴＦＴ用チャネル長は１０μ
ｍ、ＰＴＦＴ用チャネル長は７μｍ、ゲイト電極として
リンド−プ珪素を０．２μｍ、その上にモリブデンを
０．３μｍの厚さに形成した。 図１５（Ｃ）におい
て、ＰＴＦＴ用のソ−ス１８ドレイン２０に対し、ホウ
素を１〜５×１０¹⁵cm^-2のド−ズ量でイオン注入法によ
り添加した。 次に図１５（Ｄ）の如く、フォトレジス
ト６１をフォトマスクを用いて形成した。ＮＴＦＴ用
のソ−ス１０、ドレイン１２としてリンを１〜５×１０
¹⁵cm^-2のドーズ量でイオン注入法により添加した。

【００６３】また、ゲート電極材料としてアルミニウム
（Al）を用いた場合、これを第２のフォトマスクにて
パタ−ニング後、その表面を陽極酸化することで、セル
ファライン工法が適用可能なため、ソース・ドレインの
コンタクトホールをよりゲートに近い位置に形成するこ
とが出来るため、移動度、スレッシュホールド電圧の低
減からさらにＴＦＴの特性を上げることができる。

【００６４】次に、６００℃にて１０〜５０時間再び加
熱アニ−ルを行った。ＮＴＦＴのソ−ス１０、ドレイン
１２、ＰＴＦＴのソ−ス１８、ドレイン２０を不純物を
活性化してＰ⁺ 、Ｎ⁺ として作製した。またゲイト電極
２１、９下にはチャネル形成領域１９、１１がセミアモ
ルファス半導体として形成されている。

【００６５】かくすると、セルフアライン方式でありな
がらも、７００℃以上にすべての工程で温度を加えるこ
とがなくＣ／ＴＦＴを作ることができる。そのため、基
板材料として、石英等の高価な基板を用いなくてもよ
く、本発明の大画素の液晶表示装置にきわめて適したプ
ロセスである。

【００６６】本実施例では熱アニ−ルは図１５（Ａ）、
（Ｄ）で２回行った。しかし図１５（Ａ）のアニ−ルは
求める特性により省略し、双方を図１５（Ｄ）のアニ−
ルにより兼ね製造時間の短縮を図ってもよい。図１５
（Ｅ）において、層間絶縁物６５を前記したスパッタ法
により酸化珪素膜の形成として行った。この酸化珪素膜
の形成はＬＰＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、常圧ＣＶＤ法を用
いてもよい。例えば０．２〜０．６μｍの厚さに形成
し、その後、フォトマスクを用いて電極用の窓６６を
形成した。さらに、図１５（Ｆ）に示す如くこれら全体
にアルミニウムをスパッタ法により形成し、リ−ド７
１、およびコンタクト７２をフォトマスクを用いて作
製した後、表面を平坦化用有機樹脂６９例えば透光性ポ
リイミド樹脂を塗布形成し、再度の電極穴あけをフォト
マスクにて行った。

【００６７】２つのＴＦＴを相補型構成とし、かつその
出力端を液晶装置の一方の画素の電極を透明電極として
それに連結するため、スパッタ法によりＩＴＯ（インジ
ュ−ム・スズ酸化膜）を形成した。それをフォトマスク
によりエッチングし、電極１７を構成させた。このＩ
ＴＯは室温〜１５０℃で成膜し、２００〜４００℃の酸
素または大気中のアニ−ルにより成就した。かくの如く
にしてＮＴＦＴ１３とＰＴＦＴ２２と透明導電膜の電極
１７とを同一ガラス基板５０上に作製した。得られたＴ
ＦＴの電気的な特性はＰＴＦＴで移動度は２０（cm²/V
s）、Ｖthは−５．９（Ｖ）で、ＮＴＦＴで移動度は４
０（cm²/Vs）、Ｖthは５．０（Ｖ）であった。

【００６８】上記の様な方法に従って液晶装置用の一方
の基板を作製した。この液晶表示装置の電極等の配置の
様子を図１４に示している。ＮＴＦＴ１３およびＰＴＦ
Ｔ２２を第１の信号線３と第２の信号線４との交差部に
設けた。このようなＣ／ＴＦＴを用いたマトリクス構成
を有せしめた。ＮＴＦＴ１３は、ドレイン１０の入力端
のコンタクトを介し第２の信号線４に連結され、ゲイト
９は多層配線形成がなされた信号線３に連結されてい
る。ソ−ス１２の出力端はコンタクトを介して画素の電
極１７に連結している。

【００６９】他方、ＰＴＦＴ２２はドレイン２０の入力
端がコンタクトを介して第２の信号線４に連結され、ゲ
イト２１は信号線３に、ソ−ス１８の出力端はコンタク
トを介してＮＴＦＴと同様に画素電極１７に連結してい
る。かかる構造を左右、上下に繰り返すことにより、本
実施例は構成されている。

【００７０】次に第二の基板として、青板ガラス上にス
パッタ法を用いて、酸化珪素膜を２０００Å積層した基
板上に、やはり スパッタ法によりＩＴＯ（インジュ−
ム・スズ酸化膜）を形成した。このＩＴＯは室温〜１５
０℃で成膜し、２００〜４００℃の酸素または大気中の
アニ−ルにより成就した。また、この基板上に『実施例
１』と同様の手法を用いたカラーフィルターを形成し
て、第二の基板とした。

【００７１】前記基板上に、オフセット法を用いて、ポ
リイミド前駆体を印刷し、非酸化性雰囲気たとえば窒素
中にて３５０℃１時間焼成を行った。その後、公知のラ
ビング法を用いて、ポリイミド表面を改質し、少なくと
も初期において、液晶分子を一定方向に配向させる手段
を設けて第一および第二の基板とした。

【００７２】その後、前記第一の基板と第二の基板によ
って、ネマチック液晶組成物を挟持し、周囲をエポキシ
性接着剤にて固定した。基板上のリードはそのピッチが
４６μｍと微細なため、ＣＯＧ法を用いて接続をおこな
った。本実施例ではＩＣチップ上に設けた金バンプをエ
ポキシ系の銀パラジウム樹脂で接続し、ＩＣチップと基
板間を固着と封止を目的としたエポキシ変成アクリル樹
脂にて埋めて固定する方法を用いた。その後、外側に偏
光板を貼り、透過型の液晶表示装置を得た。

【００７３】図１６に本実施例で用いた駆動波形を示
す。実施例１に用いた正弦波に代わりランプ波形を用い
た。ランプ波は構成が簡単なうえ、階調データーからΔ
ｔへの変換が容易な点に長所を有する。

【００７４】図１７に本実施例によるビューファインダ
ーの構成図を示す。前記方法にて作製した液晶電気光学
装置３７０と平面発光を有する冷陰極管３７１を用い
た。

【００７５】例えば３８４×１２８ドットの４９，１５
２組のＴＦＴを５０ｍｍ角（３００ｍｍ角基板から３６
枚の多面取り）に作成した液晶電気光学装置に対し通常
のアナログ的な階調表示を行った場合、ＴＦＴの特性ば
らつきが約±１０％存在するために、１６階調表示が限
界であった。しかしながら、本発明によるデジタル階調
表示をおこなった場合、ＴＦＴ素子の特性ばらつきの影
響を受けにくいために、１２８階調表示まで可能になり
カラー表示では２，０９７，１５２色の多彩であり微妙
な色彩の表示が実現できている。

【００７６】『実施例３』本実施例では、図１８に示す
様なプロジェクション型画像表示装置を作製したので説
明を加える。

【００７７】本実施例では３枚の液晶電気光学装置２０
１を使用して、プロジェクション型画像表示装置用造映
部を組み立てている。その一つ一つは６４０×４８０ド
ットの構成を有し、対角４インチの中に３０７，２００
画素を作製した。１画素当りの大きさは１２７μｍ角と
した。

【００７８】プロジェクション型画像表示装置の構成と
して、液晶電気光学装置２０１を光の３原色である赤・
緑・青色用に分割して設置しており、赤色フィルター２
０２、緑色フィルター２０３、青色フィルター２０４
と、反射板２０５、プリズムミラー２０６、２０７と１
５０Ｗのメタルハライド系光源２０８とフォーカス用光
学系２０９より構成されている。

【００７９】本実施例の電気光学装置に用いた液晶電気
光学装置の基板は、『実施例２』にて作製したものと同
様の工程を用い、Ｃ／ＭＯＳ構成のマトリクス回路を有
する基板とした。

【００８０】図１９に構造の概略を示す。該基板上２１
０に、フマル酸系高分子樹脂とネマチック液晶を６５：
３５の割合で共通溶媒であるキシレンに溶解させた混合
物をダイキャスト法を用いて１０μｍの厚さに形成し
た。その後窒素雰囲気中１２０℃で１８０分で溶媒を取
り除いて液晶分散層２１１を形成した。この場合、大気
圧よりも若干減圧にすると、タクトタイムの短縮がはか
れることがわかった。

【００８１】その後、スパッタ法によりＩＴＯ（インジ
ュ−ム・スズ酸化膜）を形成し、対向電極２１２を得
た。このＩＴＯは室温〜１５０℃で成膜した。その後印
刷法を用いて、透光性のシリコン樹脂を３０μｍの厚み
で塗布し、１００℃で３０分焼成し、液晶電気光学装置
を得た。

【００８２】本実施例に用いた駆動用ＩＣの機能構成を
図２０に示す。情報電極側の構成は『実施例１』と同様
である。走査側配線４０６、４０７に接続された駆動回
路４００は、ランプ波発振回路４０５より伝達したラン
プ波をクロックＣＬＫ４０８のフリップフロップ回路４
０３、４０４で制御し、選択信号を加える。

【００８３】このようにして、走査線側のランプ波を情
報線側のバイポーラパルスによって、切り取るタイミン
グをデジタル的に電圧制御することで、階調表示を可能
にしている。

【００８４】例えば６４０×４８０ドットの３０７，２
００組のＴＦＴを３００ｍｍ角に作成した液晶電気光学
装置に対し通常のアナログ的な階調表示を行った場合、
ＴＦＴの特性ばらつきが約±１０％存在するために、１
６階調表示が限界であった。しかしながら、本発明によ
るデジタル階調表示をおこなった場合、ＴＦＴ素子の特
性ばらつきの影響を受けにくいために、２５６階調表示
まで可能になりカラー表示ではなんと１６，７７７，２
１６色の多彩であり微妙な色彩の表示が実現できてい
る。

【００８５】テレビ映像の様なソフトを映す場合、例え
ば同一色からなる『岩』でもその微細な窪み等にあたる
光の加減から微妙に色合いが異なる。自然の色彩に近い
表示を行おうとした場合、１６階調では困難を要し、こ
れらの微妙な窪みの表現には向かない。本発明による階
調表示によって、これらの微細な色調の変化を付けるこ
とが可能になった。

【００８６】この液晶電気光学は、図１８に示したフロ
ント型のプロジェクションテレビだけでなく、リヤ型の
プロジェクションテレビにも使用が出来る。

【００８７】『実施例４』本実施例では、図２１に示す
ような反射型の液晶分散型表示装置を用いて、携帯用コ
ンピューター用電気光学装置を作製したので説明を加え
る。

【００８８】本実施例に使用した第一の基板は、『実施
例１』と同一工程で作成した物を用いた。該基板上２１
０に、フマル酸系高分子樹脂と黒色色素を１５％混合さ
せたネマチック液晶を６５：３５の割合で共通溶媒であ
るキシレンに溶解させた混合物をダイキャスト法を用い
て１０μｍの厚さに形成し、その後窒素雰囲気中１２０
℃で１８０分溶媒を取り除いて液晶分散層２１１を形成
した。

【００８９】ここで、黒色色素を用いたため、分散型液
晶表示では困難であった平面ディスプレイも、光の散乱
時（無電界時）に黒色がでて、透過時（電界印加時）に
白色を表示出来、紙上に書いた文字のような表示が可能
になっている。

【００９０】またこの逆の構造として、黒色色素を混入
せず、散乱時に白色を表現し、透過時に黒色を表現する
ことも可能である。ただしこの際には、以下に示す裏面
側を黒色にする必要がある。これもまた紙上に書いた文
字のような表示が可能になっている。

【００９１】その後、スパッタ法によりＩＴＯ（インジ
ュ−ム・スズ酸化膜）を形成し、対向電極２１２を得
た。このＩＴＯは室温〜１５０℃で成膜した。その後印
刷法を用いて、白色のシリコン樹脂を５５μｍの厚みで
塗布し、１００℃で９０分焼成し、液晶電気光学装置を
得た。

【００９２】

【発明の効果】本発明では、従来のアナログ方式の階調
表示に対し、デジタル方式の階調表示を行うことを特徴
としている。その効果として、例えば６４０×４００ド
ットの画素数を有する液晶電気光学装置を想定したばあ
い、合計２５６，０００個のＴＦＴすべての特性をばら
つき無く作製することは、非常に困難を有し、現実的に
は量産性、歩留りを考慮すると、１６階調表示が限界と
考えられているのに対し印加電圧レベルを明確にするた
めに、アナログ値では無く、基準電圧値を信号としてコ
ントローラー側から入力し、その基準信号をＴＦＴに接
続するタイミングをデジタル値で制御することによっ
て、ＴＦＴに印加される電圧を制御することで、ＴＦＴ
の特性ばらつきをカバーする方法を本発明ではとってい
る事を特徴としていることから、明快なデジタル階調表
示が可能になっていることにある。

【００９３】また、駆動周波数を２種類とることによっ
て、画面書換えのフレーム数を変化させることなく、明
快なデジタル階調表示が可能になっていることにある。
フレーム数の低下に伴うフリッカーの発生等が回避でき
るものである。

【００９４】例えば６４０×４００ドットの２５６，０
００組のＴＦＴを３００ｍｍ角に作成した液晶電気光学
装置に対し通常のアナログ的な階調表示を行った場合、
ＴＦＴの特性ばらつきが約±１０％存在するために、１
６階調表示が限界であった。しかしながら、本発明によ
るデジタル階調表示をおこなった場合、ＴＦＴ素子の特
性ばらつきの影響を受けにくいために、２５６階調表示
まで可能になりカラー表示ではなんと１６，７７７，２
１６色の多彩であり微妙な色彩の表示が実現できてい
る。テレビ映像の様なソフトを映す場合、例えば同一色
からなる『岩』でもその微細な窪み等から微妙に色合い
が異なる。自然の色彩に近い表示を行おうとした場合、
１６階調では困難を要する。本発明による階調表示によ
って、これらの微細な色調の変化を付けることが可能に
なった。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による駆動波形を示す。

【図２】 ネマチック液晶の電気光学特性を示す。

【図３】 ポリシリコンとアモルファスシリコンによる
ＴＦＴの電流電圧特性を示す。

【図４】 本発明によるマトリクス構成を示す。

【図５】 実施例によるマトリクス回路を示す。

【図６】 実施例による素子の平面構造を示す。

【図７】 実施例によるＴＦＴのプロセスを示す。

【図８】 実施例によるＴＦＴのプロセスを示す。

【図９】 実施例による液晶表示装置（テレビ）の構造
を示す。

【図１０】 実施例による液晶表示装置（テレビ）の構
成を示す。

【図１１】実施例による駆動回路のシステム構成を示
す。

【図１２】従来例によるフレーム階調表示を示す。

【図１３】実施例によるカラーフィルターの工程を示
す。

【図１４】 実施例による素子の平面構造を示す。

【図１５】実施例によるＴＦＴのプロセスを示す。

【図１６】本発明による他の駆動波形を示す。

【図１７】実施例によるビューファインダーの構造を示
す。

【図１８】実施例によるフロント型プロジェクションテ
レビの構造を示す。

【図１９】実施例による液晶電気光学装置を示す。

【図２０】実施例による駆動回路のシステム構成を示
す。

【図２１】実施例による携帯型パソコンの構成を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 29/78 ６２７Ｆ ６２７Ｇ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁表面上に、チャネル領域を含む島状
   半導体層を形成する工程と、 前記島状半導体層上のソース・ドレイン領域を形成せん
   とする部分にＮ型もしくはＰ型の導電型を呈する半導体
   被膜を選択的に形成する工程と、 前記半導体被膜にレ─ザ─光を照射してソ─ス・ドレイ
   ン領域を形成する工程と、 前記島状半導体層の前記チャネル領域上にアルミニウム
   よりなるゲイト電極をゲイト絶縁膜を介して形成する工
   程と、 前記ゲイト絶縁膜とその上に形成されたゲイト電極を有
   する前記島状半導体層を覆って層間絶縁物を形成する工
   程と、 前記島状半導体層に設けられたソース・ドレイン領域の
   少なくともいずれか一方の上の層間絶縁物にコンタクト
   ホールを形成する工程と、 前記島状半導体層に設けられた少なくともソースとドレ
   インのいずれか一方に接続された配線を形成する工程と
   により、複数の薄膜トランジスタを形成し、前記薄膜ト
   ランジスタを覆って、平坦化用有機樹脂層を形成する工
   程と、 前記平坦化用有機樹脂層上に、前記薄膜トランジスタに
   接続する画素電極を形成する工程と、を有する半導体装
   置の作製方法。
2. 【請求項２】 前記平坦化用有機樹脂層は透光性を有す
   るポリイミドよりなることを特徴とする請求項１記載の
   半導体装置の作製方法。