JPH11282013A

JPH11282013A - 液晶表示装置用ｔｆｔアレイとその製造方法およびそれを用いた液晶表示装置とその製造方法

Info

Publication number: JPH11282013A
Application number: JP10085699A
Authority: JP
Inventors: Kazufumi Ogawa; 一文小川; Kazuyasu Adachi; 和泰足立
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 1999-10-15

Abstract

(57)【要約】【課題】大面積の液晶表示装置を製造するに際して、
能動層が、面内方向において均一な電界効果移動度を有
するポリシリコン膜であるＴＦＴアレイおよびそれを用
いた液晶表示装置を提供することを目的とする。【解決手段】ガラス基板１上にバッファー層２、ポリ
シリコン層４、ゲート絶縁層５及びゲート電極６を順次
形成した後、不純物注入を行ってソース領域１０及びド
レイン領域９を形成する。ポリシリコン層４を形成する
時に、圧力勾配型プラズマガンを用いて蒸発試料である
シリコンを蒸発させた後、蒸発したシリコン粒子をプラ
ズマ領域中で励起した状態でガラス基板１上に照射して
ポリシリコン層を形成する。イオン化されたエネルギー
の高い粒子を用いているため、マイグレーションが高
く、堆積した状態でそのまま画素スイッチ用のトランジ
スタに使用可能なポリシリコン薄膜が得られた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置と液
晶表示装置の制御素子として利用されている薄膜トラン
ジスタとその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、アクティブマトリックス方式の液
晶表示装置の開発がなされているが、その中でも、能動
層としてアモルファスシリコン層に代えて電子の電界効
果移動度の高いポリシリコン層を用い、薄膜トランジス
タ（ＴＦＴ）のスイッチ時間を短縮して表示特性の向上
を図ろうとする開発が盛んに行われている。

【０００３】そこで以下では、現在最も有力視されてい
る従来のポリシリコン層（後に能動層となる）の製造方
法について図面を参照しながら説明する。なお、以下で
は、高価な石英基板ではなく、安価なガラス基板が使用
可能な比較的低温（概ね６００℃以下）で製造すること
が可能な低温ポリシリコン層の製造方法を例に挙げて説
明する。

【０００４】図４に従来の薄膜トランジスタの製造工程
断面図を示す。図４において、１はガラス基板（ここで
は高温では使用できないものの安価なガラス基板を例に
挙げているが石英基板を用いてもよい）、２は基板上に
形成されたバッファー層、３はアモルファスシリコン
層、４はポリシリコン層、５はゲート絶縁層、６はゲー
ト電極、７はソース領域、８はドレイン領域、９はコン
タクトホール、１０はソース電極、１１ドレイン電極を
示している。

【０００５】次に以下では、図４を参照しながら、低温
ポリシリコン層を用いた従来の薄膜トランジスタの製造
工程について具体的に説明する。

【０００６】まず、ガラス基板１上にバッファー層２と
なる例えば６００の膜厚のシリコン ₃Ｎ₄を形成し、この
バッファー層２上にアモルファスシリコン層３を全面に
堆積する。そしてこの状態で、アモルファスシリコン層
３に対してエキシマレーザーを照射してアモルファスシ
リコン層を局所的に加熱溶融して最終的に多結晶化し、
ポリシリコン層を形成する（図４（ａ））。

【０００７】次にエキシマレーザー光または赤外線の照
射によって形成されたポリシリコン層４上に、例えば２
００の膜厚のＳｉ₃Ｎ₄と１５００の膜厚のＳｉＯ₂から
なるゲート絶縁層５を形成する。そして、ゲート絶縁層
５上に、例えば６０００のＭｏからなるゲート電極６を
形成し、このゲート電極６をマスクとしてリンイオンを
ポリシリコン層４に注入する（図４（ｂ））。

【０００８】その後、再びエキシマレーザー光を照射す
ることによって、図４（ｂ）の工程でポリシリコン層４
に注入されたリンイオンの活性化を行ってソース領域１
０及びドレイン領域９を形成する（図４（ｃ））。

【０００９】最後にゲート絶縁層５をエッチングしてソ
ース領域７及びドレイン領域８に到達するコンタクトホ
ール９を形成し、このコンタクトホール９内に３０００
の膜厚のＡｌを埋め込むことにより、ソース電極１０及
びドレイン電極１１を形成すると、低温ポリシリコン薄
膜トランジスタが完成する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の多結晶シリコン薄膜トランジスタの製造方法で
は、液晶表示装置において表示を行った際に、表示ムラ
が発生するという問題点が発生する。そこで以下では、
このような問題点が発生する原因について図５（ａ）を
参照しながら説明する。

【００１１】図５（ａ）は、一般的な液晶表示装置のＴ
ＦＴアレイが形成された基板の概略を示す平面図を示し
たものであり、同図において、１２はガラス基板、１３
はガラス基板１２上に形成された画素スイッチ用のＴＦ
Ｔアレイ素子が形成された画素部、１４はＴＦＴを内蔵
するゲート駆動回路部、１５はＴＦＴを内蔵するソース
駆動回路部を示している。

【００１２】上記の図４に示したようなプロセスで形成
される薄膜トランジスタは、図５（ａ）における画素部
１３、ゲート駆動回路部１４、及びソース駆動回路部１
５に各々形成されている。従って、上記の図４（ａ）で
示した工程におけるアモルファスシリコンのエキシマレ
ーザーアニールによる多結晶化の際には、エキシマレー
ザー光を図５（ａ）におけるガラス基板１２ほぼ全面に
照射しなければならない。このような大面積に形成され
ているアモルファスシリコンにエキシマレーザー光を照
射する場合には、通常、ライン状のエキシマレーザー光
（ラインビーム）を走査することが必要不可欠となる。

【００１３】上記のようにして大面積のアモルファスシ
リコン層に対してエキシマレーザー光をライン状ビーム
（ラインビーム）に成形して走査することによって形成
されたポリシリコン層は電界効果移動度が面内において
不均一となる。これは、エキシマレレーザーの照射によ
って溶融したシリコンが再度結晶化する時に、結晶化の
核となる部分が特定できない状態で多結晶化を行ってい
ること、及びガラス基板上に形成されているアモルファ
スシリコンを同時に多結晶化することができないことに
起因している。そして、この電界効果移動度の不均一性
が最終的には、液晶表示装置における表示ムラ（例えば
線状のムラ）となる。

【００１４】実際のところ、３２０ｍｍ×４００ｍｍの
ような大面積のアモルファスシリコン層をエキシマレー
ザー光をラインビームにして走査して照射することによ
り多結晶化を行うと、電界効果移動度は５０〜３００ｃ
ｍ²／Ｖｓｅｃの範囲内でばらつき、例えば、ＴＦＴア
レイの形成されている画素部においては、周辺領域のポ
リシリコンの方が中心部付近のポリシリコンよりも電界
効果移動度が高い傾向になった。

【００１５】以上のように、従来の低温多結晶シリコン
薄膜トランジスタの製造方法では、大面積の液晶表示装
置を形成しようとすると、多結晶化を行った後のポリシ
リコンの電界効果移動度が不均一となってしまい（特に
アレイ状にＴＦＴが形成されている画素部は顕著）、表
示ムラのない液晶表示装置を得ることは困難である。

【００１６】そこで、本発明は上記の問題点に鑑み、大
面積の液晶表示装置を製造するに際し、能動層が面内方
向において均一な電界効果移動度を有するポリシリコン
である液晶表示装置用ＴＦＴアレイとその製造方法、お
よびそれを用いた液晶表示装置とその製造方法を提供す
ることを主たる目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の第１の発明は、少なくとも、透明基板上
に作成された透明画素電極群と画素スイッチ用ＴＦＴ群
とそれらに接続されたソースバスラインとゲートバスラ
インとそれらに接続された駆動回路を含んでおり、前記
画素スイッチ用ＴＦＴ群の電界効果移動が１〜２５ｃｍ
²／Ｖ・ｓであり、駆動回路を構成するＴＦＴもしくは
ＭＯＳトランジスタ群の電界効果移動が１００ｃｍ²／
Ｖ・ｓ以上であることを特徴とした液晶表示装置用ＴＦ
Ｔアレイを提供する。

【００１８】この構成によれば、画素スイッチ用ＴＦＴ
アレイの電界効果移動を１〜２５ｃｍ²／Ｖ・ｓと比較
的低く設定しているため、大面積に亘り薄膜トランジス
タを形成する必要性がある画素スイッチ用の薄膜トラン
ジスタの面内における電界効果移動度を均一に維持する
ことが可能となる。

【００１９】また、本発明の第２の発明は、少なくと
も、透明基板上に作成された第１の櫛形透明画素電極群
と電界効果移動が１〜２５ｃｍ²／Ｖ・ｓの画素スイッ
チ用ＴＦＴ群とそれらに接続されたソースバスラインと
ゲートバスラインとそれらに接続された電界効果移動が
１００ｃｍ²／Ｖ・ｓ以上のＴＦＴもしくはＭＯＳトラ
ンジスタ群で構成された駆動回路と前記第１の櫛形画素
電極と対向する第２の櫛形電極を含んだことを特徴とす
るＩＰＳ型液晶表示装置用ＴＦＴアレイを提供する。

【００２０】この構成によれば、画素スイッチ用ＴＦＴ
群の電界効果移動を１〜２５ｃｍ²／Ｖ・ｓと比較的低
く設定しているため、大面積に亘り薄膜トランジスタを
形成する必要性がある画素スイッチ用の薄膜トランジス
タの面内における電界効果移動度を均一に維持すること
が可能となる。また、画素スイッチ用ＴＦＴ群と、ソー
スバスラインとゲートバスラインを介して接続された電
界効果移動が１００ｃｍ²／Ｖ・ｓ以上のＴＦＴもしく
はＭＯＳトランジスタ群で構成された駆動回路を付加す
ることで、高周波駆動が可能なＴＦＴアレイが得られ
る。

【００２１】第１および第２の発明において、画素スイ
ッチ用ＴＦＴとしてｎチャンネル型ＴＦＴをアレイに用
いると、電界効果移動が５〜２５ｃｍ²／Ｖ・ｓの高速
応答が可能な液晶表示装置用ＴＦＴアレイが得られる。

【００２２】また、本発明の第３の発明は、少なくと
も、透明基板上に圧力勾配型プラズマガンを用いシリコ
ン材料を蒸発させイオンプレーティングすることにより
多結晶シリコン薄膜を形成する工程とゲート酸化膜を形
成する工程とｐまたはｎ型不純物を拡散しソース・ドレ
ーン領域を形成する工程と金属薄膜を蒸着しゲート電極
とゲートバスラインを形成する工程と層間絶縁膜を形成
する工程と金属薄膜を蒸着しソース電極とソースバスラ
インを形成する工程とにより画素スイッチ用ＴＦＴ群を
形成する工程と、透明画素電極群を形成する工程と、あ
らかじめ駆動回路を形成したＩＣチップを装着接続する
工程とを含むことを特徴とする液晶表示装置用ＴＦＴア
レイの製造方法を提供する。

【００２３】この方法によれば、レーザーアニール法を
用いなくとも、面内における電界効果移動度が均一でか
つ１〜２５ｃｍ²／Ｖ・ｓの画素スイッチ用ＴＦＴ群を
持ったＴＦＴアレイが得られる。

【００２４】また、本発明の第４の発明は、少なくと
も、透明基板上に圧力勾配型プラズマガンを用いシリコ
ン材料を蒸発させイオンプレーティングすることにより
多結晶シリコン薄膜を形成する工程と駆動回路形成予定
部の前記薄膜を選択的に加熱して結晶性を向上させる工
程とゲート酸化膜を形成する工程とｐまたはｎ型不純物
を拡散しソース・ドレーン領域を形成する工程と金属薄
膜を蒸着しゲート電極とゲートバスラインを形成する工
程と層間絶縁膜を形成する工程と金属薄膜を蒸着しソー
ス電極とソースバスラインを形成する工程とにより画素
スイッチ用ＴＦＴ群および駆動回路を形成する工程と、
透明画素電極群を形成する工程とを含むことを特徴とす
る液晶表示装置用ＴＦＴアレイの製造方法を提供する。

【００２５】この方法によれば、レーザーアニール法を
用いなくとも、面内における電界効果移動度が均一でか
つ１〜２５ｃｍ²／Ｖ・ｓの画素スイッチ用ＴＦＴ群
と、ソースバスラインとゲートバスラインを介して前期
画素スイッチ用ＴＦＴアレイに接続された電界効果移動
が１００ｃｍ²／Ｖ・ｓ以上の駆動回路用ＴＦＴを持っ
たＴＦＴアレイが得られる。

【００２６】第３および第４の発明において、駆動回路
形成予定部の前記多結晶シリコン薄膜を選択的に加熱し
て結晶性を向上させる工程において、レーザービームま
たは赤外線ランプを用いると選択的なアニールが容易と
なる。また、水素を含む雰囲気中で加熱を行うとアニー
ル効果を向上できる。

【００２７】また、本発明の第５の発明は、少なくと
も、透明基板上に作成された透明画素電極群と電界効果
移動が１〜２５ｃｍ²／Ｖ・ｓの画素スイッチ用ＴＦＴ
群とそれらに接続されたソースバスラインとゲートバス
ラインとそれらに接続された電界効果移動が１００ｃｍ
²／Ｖ・ｓ以上のＴＦＴもしくはＭＯＳトランジスタ群
で構成された駆動回路を含んだ第１の基板と、対向電極
の形成された透明基板よりなる第２の基板の間に配向膜
を介して液晶を挟んだことを特徴とする液晶表示装置を
提供する。

【００２８】この構成によれば、画素スイッチ用ＴＦＴ
群の電界効果移動を１〜２５ｃｍ²／Ｖ・ｓと比較的低
く設定しているため、大面積に亘り薄膜トランジスタを
形成する必要性がある画素スイッチ用の薄膜トランジス
タの面内における電界効果移動度を均一に維持すること
が可能となる。また、画素スイッチ用ＴＦＴ群と、ソー
スバスラインとゲートバスラインを介して接続された電
界効果移動が１００ｃｍ²／Ｖ・ｓ以上のＴＦＴもしく
はＭＯＳトランジスタ群で構成された駆動回路を付加す
ることで、高周波駆動が可能な表示装置が得られる。

【００２９】第５の発明において、第２の基板上に作成
された対向電極を透明導電膜で構成しておき、前記対向
電極と透明基板の間に色フィルターを形成すると透過液
晶表示装置を提供できる。また、第２の基板上に作成さ
れた対向電極を金属Ａｌを主成分とした反射膜で構成さ
しておき、色フィルターを対向電極の表面に形成すると
反射液晶表示装置を提供できる。

【００３０】また、本発明の第６の発明は、少なくと
も、透明基板上に作成された第１の櫛形透明画素電極群
と電界効果移動が１〜２５ｃｍ²／Ｖ・ｓの画素スイッ
チ用ＴＦＴ群とそれらに接続されたソースバスラインと
ゲートバスラインとそれらに接続された電界効果移動が
１００ｃｍ²／Ｖ・ｓ以上のＴＦＴもしくはＭＯＳトラ
ンジスタ群で構成された駆動回路と前記第１の櫛形画素
電極と対向する第２の櫛形電極を含んだ第１の基板と透
明基板よりなる第２の基板の間に配向膜を介して液晶を
挟んだことを特徴とするＩＰＳ型液晶表示装置を提供す
る。

【００３１】この構成によれば、画素スイッチ用ＴＦＴ
群の電界効果移動を１〜２５ｃｍ²／Ｖ・ｓと比較的低
く設定しているため、大面積に亘り薄膜トランジスタを
形成する必要性がある画素スイッチ用の薄膜トランジス
タの面内における電界効果移動度を均一に維持すること
が可能となる。また、画素スイッチ用ＴＦＴ群と、ソー
スバスラインとゲートバスラインを介して接続された電
界効果移動が１００ｃｍ²／Ｖ・ｓ以上のＴＦＴもしく
はＭＯＳトランジスタ群で構成された駆動回路を付加す
ることで、高周波駆動が可能なＩＰＳ型液晶表示装置が
得られる。

【００３２】第６の発明において、透明基板よりなる第
２の基板の液晶と接する側に色フィルターを介して配向
膜を形成しておくとカラー化ＩＰＳ型液晶表示装置を提
供できる。また、前記色フィルターと透明基板との間に
金属Ａｌを主成分とした反射膜を形成しておくとカラー
化ＩＰＳ型反射液晶表示装置を提供できる。

【００３３】また、本発明の第７の発明は、少なくと
も、透明基板上に圧力勾配型プラズマガンを用いシリコ
ン材料を蒸発させイオンプレーティングすることにより
多結晶シリコン薄膜を形成する工程とゲート酸化膜を形
成する工程とｐまたはｎ型不純物を拡散しソース・ドレ
ーン領域を形成する工程と金属薄膜を蒸着しゲート電極
とゲートバスラインを形成する工程と層間絶縁膜を形成
する工程と金属薄膜を蒸着しソース電極とソースバスラ
インを形成する工程とにより画素スイッチ用ＴＦＴ群を
形成する工程と透明画素電極群を形成する工程と、前記
透明電極群側表面に配向膜を形成する工程とにより第１
の基板を形成する工程と、透明基板上に対向電極を形成
した後配向膜を形成し第２の基板を作成する工程と、第
１の基板の配向膜と第２の基板の配向膜を互いに向かい
合わせて設置し任意のギャップで第１の基板と第２の基
板の周辺を接着し、前記ギャップ内に液晶を注入する工
程と、あらかじめ駆動回路を形成したＩＣチップを装着
接続する工程含むことを特徴とする液晶表示装置の製造
方法を提供する。

【００３４】この方法によれば、レーザーアニール法を
用いなくとも、面内における電界効果移動度が均一でか
つ１〜２５ｃｍ²／Ｖ・ｓの画素スイッチ用ＴＦＴ群を
持った液晶表示装置が得られる。

【００３５】また、本発明の第８の発明は、少なくと
も、透明基板上に圧力勾配型プラズマガンを用いシリコ
ン材料を蒸発させイオンプレーティングすることにより
多結晶シリコン薄膜を形成する工程と駆動回路形成予定
部の前記薄膜を選択的に加熱して結晶性を向上させる工
程とゲート酸化膜を形成する工程とｐまたはｎ型不純物
を拡散しソース・ドレーン領域を形成する工程と、金属
薄膜を蒸着しゲート電極とゲートバスラインを形成する
工程と層間絶縁膜を形成する工程と金属薄膜を蒸着しソ
ース電極とソースバスラインを形成する工程と透明電極
群側表面に配向膜を形成する工程とにより画素スイッチ
用ＴＦＴ群および駆動回路を形成した第１の基板を形成
する工程と、透明基板上に対向電極を形成した後配向膜
を形成して第２の基板を作成する工程と、第１の基板表
面の配向膜と第２に基板表面の配向膜を互いに向かい合
わせ任意のギャップで第１の基板および第２に基板の周
辺を接着し、前記ギャップ内に液晶を注入する工程を含
むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法提供する。

【００３６】この方法によれば、レーザーアニール法を
用いなくとも、面内における電界効果移動度が均一でか
つ１〜２５ｃｍ²／Ｖ・ｓの画素スイッチ用ＴＦＴ群
と、ソースバスラインとゲートバスラインを介して前期
画素スイッチ用ＴＦＴアレイに接続された電界効果移動
が１００ｃｍ²／Ｖ・ｓ以上の駆動回路用ＴＦＴを持っ
た液晶表示装置が得られる。

【００３７】第７及び８の発明において、第２の基板作
成時、あらかじめ透明基板表面にカラーフィルターを形
成し、その上に対向電極用の透明導電膜を形成すると透
過液晶表示装置を製造できる。

【００３８】また、第２の基板作成時、あらかじめ透明
基板表面に対向電極として金属Ａｌを主成分とした反射
膜透明導電膜を形成し、その上にカラーフィルターを形
成特徴と反射液晶表示装置を製造できる。さらにまた、
用いる液晶にネマチック液晶を用いるとＴＮ型液晶表示
装置を製造できる。

【００３９】また、本発明の第９の発明は、少なくと
も、透明基板上に圧力勾配型プラズマガンを用いシリコ
ン材料を蒸発させイオンプレーティングすることにより
多結晶シリコン薄膜を形成する工程とゲート酸化膜を形
成する工程とｐまたはｎ型不純物を拡散しソース・ドレ
ーン領域を形成する工程と金属薄膜を蒸着しゲート電極
とゲートバスラインを形成する工程と層間絶縁膜を形成
する工程と金属薄膜を蒸着しソース電極とソースバスラ
インを形成する工程とにより画素スイッチ用ＴＦＴ群を
形成する工程と、第１の透明櫛形画素電極群を形成する
工程と第２の透明櫛形画素電極群を形成する工程と第１
および第２の透明電極群側表面に配向膜を形成する工程
とにより第１の基板を作成する工程と、透明基板表面に
配向膜を形成した第２の基板を作成する工程と、第１お
よび第２の基板の配向膜を互いに向かい合わせて任意の
ギャップで第１の基板と第２の基板の周辺を接着し、前
記ギャップ内に液晶を注入する工程と、あらかじめ駆動
回路を形成したＩＣチップを装着接続する工程含むこと
を特徴とするＩＰＳ型液晶表示装置の製造方法を提供す
る。

【００４０】この方法によれば、レーザーアニール法を
用いなくとも、面内における電界効果移動度が均一でか
つ１〜２５ｃｍ²／Ｖ・ｓの画素スイッチ用ＴＦＴ群を
持ったＩＰＳ型液晶表示装置が得られる。

【００４１】また、本発明の第１０の発明は、少なくと
も、透明基板上に圧力勾配型プラズマガンを用いシリコ
ン材料を蒸発させイオンプレーティングすることにより
多結晶シリコン薄膜を形成する工程と駆動回路形成予定
部の前記薄膜を選択的に加熱して結晶性を向上させる工
程とゲート酸化膜を形成する工程とｐまたはｎ型不純物
を拡散しソース・ドレーン領域を形成する工程と、金属
薄膜を蒸着しゲート電極とゲートバスラインを形成する
工程と層間絶縁膜を形成する工程と金属薄膜を蒸着しソ
ース電極とソースバスラインを形成する工程とにより画
素スイッチ用ＴＦＴ群および駆動回路を形成する工程
と、第１の透明櫛形画素電極群を形成する工程と、第２
の透明櫛形画素電極群を形成する工程と、第１および第
２の透明電極群側表面に配向膜を形成する工程とにより
第１の基板を形成する工程と、透明基板上に対向電極を
形成した後配向膜を形成し第２の基板を作成する工程
と、第１の基板の配向膜と第２の基板の配向膜を互いに
向かい合わせて任意のギャップで第１の基板および第２
に基板の周辺を接着し、前記ギャップ内に液晶を注入す
る工程を含むことを特徴とするＩＰＳ型液晶表示装置の
製造方法を提供する。

【００４２】この方法によれば、レーザーアニール法を
用いなくとも、面内における電界効果移動度が均一でか
つ１〜２５ｃｍ²／Ｖ・ｓの画素スイッチ用ＴＦＴ群
と、ソースバスラインとゲートバスラインを介して前期
画素スイッチ用ＴＦＴアレイに接続された電界効果移動
が１００ｃｍ²／Ｖ・ｓ以上の駆動回路用ＴＦＴを持っ
たいＰＳ型液晶表示装置が得られる。

【００４３】第９及び１０の発明において、第２の基板
作成時、あらかじめ透明基板表面にカラーフィルターを
形成した後対向電極用の透明導電膜を形成するとＩＰＳ
型透過液晶表示装置を製造できる。

【００４４】また、第２の基板作成時、あらかじめ透明
基板表面に対向電極として金属Ａｌを主成分とした反射
膜透明導電膜を形成した後その上にカラーフィルターを
形成するとＩＰＳ型反射液晶表示装置を製造できる。さ
らにまた、応答特性に優れたネマチック液晶を用いると
応答特性に優れたＩＰＳ型液晶表示装置を製造できる。

【００４５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態におけ
る液晶表示装置の製造方法（特に薄膜トランジスタの製
造方法）について説明する。なお、以下に示す形態で
は、６００℃以下の低温の範囲内でしか耐えうることの
できないものの、安価であるガラス基板を基板として用
いた場合について説明を行うが、本発明は、６００℃以
上の高温にも耐えうる石英基板を基板として用いた場合
にも適用できることは言うまでもない。また本発明は、
透過型、反射型等様々な液晶表示装置に用いることがで
きる。

【００４６】本発明の最大の特徴は、透明基板としての
ガラス基板上にポリシリコンを形成するに際して、従来
のように予めアモルファスシリコン層を形成した後に、
このアモルファスシリコン層を溶融させて多結晶化（再
結晶化）させるのではなく、最初からガラス基板上にシ
リコン半導体層を堆積した段階で電界効果移動度が１〜
２５ｃｍ²／Ｖ・ｓポリシリコン層とする点である。す
なわち、本発明は、面内の電界効果移動度の不均一性を
生み出してしまうアモルファスシリコン層のエキシマレ
ーザーアニールという工程を経ることなく、ガラス基板
上に均一性に優れたポリシリコン層を形成しようとする
ものである。

【００４７】この構成によれば、アモルファスシリコン
よりも２〜５０倍程度電界効果移動度の高いポリシリコ
ン層を面内で均一な電界効果移動度で形成することがで
きるため、特に大面積な領域に形成する必要があるアレ
イ状に形成された画素スイッチ用の薄膜トランジスタの
形成に有利となる。

【００４８】（実施の形態１）図１は、本発明の実施の
形態１における薄膜トランジスタの製造工程断面図を示
したものであり、同図において、１はガラス基板、２は
基板上に形成されたバッファー層、４はポリシリコン
層、５はゲート絶縁層、６はゲート電極、７はソース領
域、８はドレイン領域、９はコンタクトホール、１０は
ソース電極、１１ドレイン電極を示している。なお、図
１においては、１つの薄膜トランジスタの製造工程断面
図を例に挙げて説明を行うが、この薄膜トランジスタ
は、実際には上記の図５（ａ）に示すように、画素部
と、ゲート駆動回路部やソース駆動回路部等の駆動回路
部に共に形成されている。画素部に形成された薄膜トラ
ンジスタは、アレイ状に形成された画素スイッチ用の薄
膜トランジスタであり、駆動回路部に形成された薄膜ト
ランジスタは上記の画素スイッチ用薄膜トランジスタに
接続されている。

【００４９】以下では、本実施の形態における薄膜トラ
ンジスタの製造方法について図１を参照しながら説明す
る。

【００５０】まず、ガラス基板１上にバッファー層２と
なる例えば６００の膜厚のＳｉ₃Ｎ₄と１０００のＳｉＯ
₂を重ねて形成し、このバッファー層２上にポリシリコ
ン層４を形成する（図１（ａ））。なお、具体的なポリ
シリコン層４の形成方法については後述することとす
る。

【００５１】次にポリシリコン層４上に、例えば２００
の膜厚のＳｉ₃Ｎ₄と１５００の膜厚のＳｉＯ₂からなる
ゲート絶縁層５を形成する。そして、ゲート絶縁層５上
に、例えば６０００のＭｏからなるゲート電極６を形成
し、このゲート電極６をマスクとしてリンイオンをポリ
シリコン層４に注入する（図１（ｂ））。

【００５２】その後、エキシマレーザー光を照射するこ
とによって、図１（ｂ）の工程でポリシリコン層４に注
入されたリンイオンの活性化を行ってソース領域１０及
びドレイン領域９を形成する（図１（ｃ））。なお、こ
のとき、リンイオンの活性化には、レーザーの代わりに
ランプアニール法の利用も可能であった。

【００５３】最後にゲート絶縁層５をエッチングしてソ
ース領域７及びドレイン領域８に到達するコンタクトホ
ール９を形成し、このコンタクトホール９内に３０００
の膜厚のＡｌを埋め込むことにより、ソース電極１０及
びドレイン電極１１を形成すると、低温ポリシリコン薄
膜トランジスタ（ＴＦＴ）を完成できる。

【００５４】そこで同様にして、透明基板上に圧力勾配
型プラズマガンを用いシリコン材料を蒸発させイオンプ
レーティングすることにより多結晶シリコン薄膜を形成
する。その後ゲート酸化膜を形成する工程とｐまたはｎ
型不純物を拡散しソース・ドレーン領域を形成する。次
に、金属薄膜を蒸着しゲート電極とゲートバスラインを
形成し層間絶縁膜を形成した後、金属薄膜を蒸着しソー
ス電極とソースバスラインを形成して画素スイッチ用Ｔ
ＦＴ群を形成する。さらに、透明画素電極群を形成し、
あらかじめ駆動回路を形成したＩＣチップを装着接続す
ると液晶表示装置用ＴＦＴアレイを製造できた。

【００５５】さらに、このようにして作製された液晶表
示装置用ＴＦＴアレイ表面に配向膜を形成して第１の基
板とする。一方、別行程で作成された透明基板上に対向
電極と配向膜が形成された第２の基板を作製する。その
後、第１の基板の配向膜と第２の基板の配向膜を互いに
向かい合わせて設置し任意のギャップで第１の基板と第
２の基板の周辺を接着し、前記ギャップ内に液晶を注入
した後シール封じし、さらに、あらかじめ駆動回路を形
成したＩＣチップを装着接続すると、液晶表示装置を製
造できた。

【００５６】さらにまた、同様の方法で、透明基板上に
圧力勾配型プラズマガンを用いシリコン材料を蒸発させ
イオンプレーティングすることにより多結晶シリコン薄
膜を形成した後ゲート酸化膜を形成する。その後ｐまた
はｎ型不純物を拡散しソース・ドレーン領域を形成した
後金属薄膜を蒸着し、ゲート電極とゲートバスラインを
形成する。さらに、層間絶縁膜を形成した後金属薄膜を
蒸着しソース電極とソースバスラインを形成して画素ス
イッチ用ＴＦＴ群を形成する。次に、第１の透明櫛形画
素電極群と第２の透明櫛形画素電極群をそれぞれ別個に
形成した後第１および第２の透明電極群側表面に配向膜
を形成し、第１の基板を作成する。一方、透明基板表面
に配向膜を形成した第２の基板を作成する。その後、第
１および第２の基板の配向膜を互いに向かい合わせて任
意のギャップで第１の基板と第２の基板の周辺を接着
し、前記ギャップ内に液晶を注入し、シール封じした後
あらかじめ駆動回路を形成したＩＣチップを装着接続す
るとＩＰＳ型液晶表示装置を製造できた。

【００５７】なお、透過型液晶表示装置の場合は、あら
かじめ透明基板表面にカラーフィルターを形成し、その
上に対向電極用の透明導電膜を形成して、対向電極と透
明基板の間に色フィルターを構成する状態にすればよ
く、反射型液晶表示装置の場合は、透明基板表面に対向
電極として金属Ａｌを主成分とした反射膜透明導電膜を
形成し、その上にカラーフィルターを形成してやればよ
い。

【００５８】以上の方法によれば、ポリシリコン層４を
形成するに際して、堆積の段階で既にポリシリコンとな
るようにシリコン半導体層を形成しており、一旦アモル
ファスシリコンを堆積した後にエキシマレーザーの照射
によるアニールという処理を行っていないため、面内方
向で均一な電界効果移動度を有するポリシリコン層を形
成することができる。なお、現在一般的に市販されてい
る液晶表示装置において用いられているアモルファスシ
リコンを能動層とする薄膜トランジスタのアモルファス
シリコンの電界効果移動度は０．５ｃｍ²／Ｖ・ｓ程度
であるが、本実施の形態により作成されたポリシリコン
層はポリシリコン層を堆積した段階で１〜２５ｃｍ²／
Ｖｓｅｃ程度の電界効果移動度が得られた。すなわち、
アニールしなくとも、画素スイッチに使用可能な特性を
有する優れた薄膜トランジスタを得ることができた。

【００５９】次に、上記のようにガラス基板１上に堆積
した段階でポリシリコン層となるようにポリシリコン層
４を形成する一種のイオンプレーティング方法につい
て、図２を参照しながら詳細に説明する。

【００６０】図２は、本発明の薄膜トランジスタの製造
方法におけるポリシリコン層を形成するのに用いた装置
の概略断面図を示したものであり、１６は真空容器、１
７はポリシリコン層を堆積するガラス基板、１８はガラ
ス基板１７を設置する試料台、１９はポリシリコン層の
原料となる蒸発試料（ポリシリコンタブレット）、２０
は蒸発試料１９を蒸発させるとともに蒸発したシリコン
粒子をプラズマにより励起するために用いられるプラズ
マ発生手段としての圧力勾配型プラズマガン、２１はプ
ラズマ発生手段２０によって形成されたプラズマ領域、
２２はプラズマ発生手段による直流アーク放電の熱エネ
ルギーによってシリコンタブレットから蒸発し、プラズ
マ領域２１内で励起されたシリコン微粒子を示してい
る。

【００６１】本実施の形態では、まずプラズマ発生手段
２０によりＡｒガスを励起し、高密度なプラズマ領域２
１を形成する。その際、プラズマ発生手段２０による直
流アーク放電の熱エネルギーによってポリシリコンタブ
レットの蒸発試料１９表面からシリコン粒子が蒸発す
る。その後、蒸発したシリコン粒子はプラズマ領域２１
中で励起されて試料台１８上に設置されたガラス基板１
７上に到達し、ガラス基板１７上にポリシリコン層が堆
積形成される。

【００６２】例えば、あらかじめ５００ｎｍのシリカを
アンダーコートした硼ケイ酸ガラス基板を用い、真空度
３×１０^-4Ｔｏｒｒで、圧力勾配型プラズマガンの放電
電流をおよそ１００Ａとし、基板温度を２００℃に加熱
しながら蒸着を行うと、２０秒でおよそ１０００オング
ストロームのシリコン被膜が堆積できた。そこで、この
ポリシリコン薄膜を用いてｎ−チャンネルＴＦＴを作成
しトランジスタ特性を評価するとすると、５ｃｍ²／Ｖ
・ｓの電界効果移動度を示した。この値は、アモルファ
スシリコンのおよそ１０倍であり、そのままでも実用レ
ベルの薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイが得られるこ
とを示している。

【００６３】また、以上の方法で作成したポリシリコン
被膜は、以下に示すような良好な特性示した。

【００６４】まず第１に、本実施の形態によれば、ポリ
シリコン層を形成する材料となる励起されたシリコン粒
子２２は、その殆どが十分にイオン化された状態でガラ
ス基板１７へと到達しており、ガラス基板１７上に到達
した状態でもシリコン粒子は十分なエネルギーを有して
いる。つまり、ガラス基板１７上に到達した後も、微視
的には、まだ基板表面で移動できるエネルギーを有して
おり、安定点まで移動することができる（マイグレーシ
ョン可能）ため、ガラス基板１７上に励起されたシリコ
ン粒子２２が到達してシリコン薄膜が形成された時点で
シリコン薄膜の結晶内に微視的な欠陥が生じても、その
欠陥がなくなるようにシリコン粒子がマイグレーション
を起こし、実際、結晶内に存在する欠陥が極めて少ない
結晶粒径およそ５００〜７００ｎｍの結晶性が良好なポ
リシリコン層が得られた。また、当然のことながら、上
記のようにシリコン粒子がマイグレーションを起こす
と、最終的に得られるポリシリコン薄膜の緻密性も向上
していた。このような良好な結晶性を有するポリシリコ
ン薄膜は、当然電界効果移動度も高く、このポリシリコ
ン薄膜を用いてｎ−チャンネルＴＦＴを作成しトランジ
スタ特性を評価するとすると、従来のアモルファスシリ
コンを用いたＴＦＴと比較して、高い電界効果移動度の
５〜２５ｃｍ²／Ｖ・ｓの電界効果移動度を示し、その
ままでも画素スイッチとして利用可能な実用レベルの薄
膜トランジスタが得られた。

【００６５】第２に、本実施の形態によれば、圧力勾配
型のプラズマガンを用いているために、従来のイオンプ
レーティング法と比較すると高速、大面積のポリシリコ
ン蒸着が可能である。また、蒸発試料であるシリコン原
料の蒸発面積が広いため、ポリシリコン層が形成される
ガラス基板１７側から励起されてイオン化されたシリコ
ン粒子を見た場合に、様々な方向からシリコン粒子が飛
んでくることになり、均一性に優れたポリシリコン薄膜
が得られる。

【００６６】第３に、本実施の形態によれば、ポリシリ
コン層が形成されるガラス基板１７は、圧力勾配型プラ
ズマガンによって形成されたプラズマ領域２１外に設置
されているため、プラズマ領域２１中のプラズマ粒子の
ガラス基板１７への衝突に基づくガラス基板１７の温度
上昇を招くことがない。実際のところ、上記のようにポ
リシリコンを堆積しようとする際、ガラス基板１７の温
度は、１００℃以下にすることが可能であった。

【００６７】なお、本発明では、上記の図２に示した装
置の代わりに図３に示した装置を用いることも可能であ
る。この図３に示す装置は、まさにイオン化粒子のみを
用いてポリシリコン層を形成することができる。

【００６８】図３の装置は、上記の図２と同様に圧力勾
配型プラズマガンを用いた装置であり、２３は真空容
器、２４はポリシリコン層を堆積するガラス基板、２５
はガラス基板２４を設置する試料台、２６はポリシリコ
ン層の原料となる蒸発試料、２７は蒸発試料２６を蒸発
させるとともに蒸発したシリコン粒子をプラズマにより
励起するために用いられるプラズマ発生手段としての圧
力勾配型プラズマガン、２８は電圧印加手段、２９はプ
ラズマ発生手段２７によって形成されたプラズマ領域、
３０はガラス基板２４がプラズマ領域２９と確実に分離
できるようにするための絶縁体、３１はプラズマ発生手
段による直流アーク放電の熱エネルギーによって蒸発試
料から蒸発し、プラズマ領域２９内で励起され、その後
ガラス基板２４に照射されるシリコン粒子を示してい
る。

【００６９】図３に示した装置を用いると、下記のよう
にしてガラス基板２４上にポリシリコン層を形成するこ
とができる。まずプラズマ発生手段２７によりＡｒガス
を励起し、高密度なプラズマ領域２９を形成する。その
際、プラズマ発生手段２７による直流アーク放電の熱エ
ネルギーによって蒸発試料２６表面からシリコン粒子が
蒸発し、その後、蒸発したシリコン粒子はプラズマ領域
２９中で励起される。ここで、上記した図２に示した装
置においてはガラス基板がシリコンが蒸発する上方に設
置されているが、図３に示す装置においてはガラス基板
２４がシリコンが蒸発する方向とは異なる方向である下
方に設置されている。この下方に設置されたガラス基板
２４上にシリコン粒子を照射するために、電圧印加手段
２８が存在する。電圧印加手段２８によりガラス基板２
４を設置している試料台２５に電圧を印加すると、励起
されたシリコン粒子の存在するプラズマ領域２９とガラ
ス基板２４の間に電界が印加形成され、この電界によっ
てプラズマ領域２９中に存在するイオン化されたシリコ
ン粒子３１のみが引き出されてガラス基板２４に照射さ
れる。

【００７０】以上のように、上記の図２に示す例におい
ては、圧力勾配型プラズマガンを用いて高密度なプラズ
マを形成しているために、蒸発試料から蒸発したシリコ
ン粒子の殆どはイオン化されて、エネルギーをかなり有
した状態でガラス基板上に照射されるが、図３に示す装
置を用いると、プラズマ領域２９中に存在する励起され
たシリコン粒子（イオン化された粒子や中性粒子等）の
うちのイオン化されたシリコン粒子３１のみを選択的に
ガラス基板２４上に照射することができるため、ガラス
基板２４上に堆積された後のマイグレーションを図２に
示す装置と比較して、より容易に起こすことができる。

【００７１】なお、図３の例では蒸発試料を蒸発させる
手段及び蒸発した粒子を励起させるプラズマ領域を形成
する手段を兼ねた圧力勾配型プラズマガンを用いて説明
を行ったが、図３の装置において、シリコン材料を圧力
勾配型プラズマガンを用いて蒸発イオン化させる代わり
に、シランガスを導入し高周波励起する方法を用いても
多少水素の汚染はあったが、ほぼ同様の被膜形成が可能
であった。

【００７２】また、圧力勾配型プラズマガンを用いる代
わりに、通常のイオンプレーティング法を用いてもよ
い。この場合、圧力勾配型プラズマガンを用いた場合と
比較すると高速の製膜を行うことは困難であるものの、
イオン化された粒子のみを用いてポリシリコン層を形成
することは可能であった。

【００７３】（実施の形態２）次に、本発明実施の形態
２における薄膜トランジスタの製造方法について説明す
る。本実施の形態が上記の実施の形態１と異なる点は、
堆積の段階でポリシリコン層となるようにガラス基板上
にポリシリコン層を形成した後、更に、駆動回路部に対
して選択的にエキシマレーザーアニールを施して駆動回
路部の電界効果移動度を更に向上させる工程を有するこ
とである。

【００７４】なお、上記の駆動回路部とは、図５（ａ）
におけるＴＦＴを内蔵するゲート駆動回路部１４やＴＦ
Ｔを内蔵するソース駆動回路部１５のことを指してい
る。また、以下の例ではポリシリコン層の結晶性を更に
向上させる加熱処理としてエキシマレーザーアニールを
例に挙げて説明を行うが、赤外線ランプを用いてもよ
く、また水素を含む雰囲気中で加熱してもよい。

【００７５】従って、本実施の形態の薄膜トランジスタ
の製造方法は、エキシマレーザーアニールを行うまで
は、基本的には上記した図１の（ａ）の工程を行い、そ
の後駆動回路部に対してのみ選択的にエキシマレーザー
光を照射して、ポリシリコン層４を溶融、再結晶化させ
て更に電界効果移動度の値を１００〜４００ｃｍ²／Ｖ
・ｓ程度にまで増大させてやることになる。なお、この
時のエキシマレーザー光の照射条件は３００〜４５０ｍ
Ｊ／ｃｍ²程度である。また、エキシマレーザー光の照
射された駆動回路部の薄膜トランジスタとエキシマレー
ザー光の照射されていない画素部の薄膜トランジスタの
その後の工程は図１の（ｂ）〜（ｄ）の工程と同様であ
るため、ここでは説明を省略する。

【００７６】そこで同様にして、まず、透明基板上に圧
力勾配型プラズマガンを用いシリコン材料を蒸発させイ
オンプレーティングすることにより多結晶シリコン薄膜
を形成する。さらに、駆動回路形成予定部の前記薄膜を
選択的に加熱して結晶性を向上させる。その後ゲート酸
化膜を形成し、ｐまたはｎ型不純物を拡散しソース・ド
レーン領域を形成した後金属薄膜を蒸着しゲート電極と
ゲートバスラインを形成し、さらに層間絶縁膜を形成し
た後、さらにもう一度金属薄膜を蒸着しソース電極とソ
ースバスラインを形成する。その後、画素スイッチ用Ｔ
ＦＴ群および駆動回路を形成し、透明画素電極群を形成
すると、実施の形態１に比べてさらに高性能な液晶表示
装置用ＴＦＴアレイを製造できた。

【００７７】また、透明基板上に圧力勾配型プラズマガ
ンを用いシリコン材料を蒸発させイオンプレーティング
することにより多結晶シリコン薄膜を形成する。さら
に、駆動回路形成予定部の前記薄膜を選択的に加熱して
結晶性を向上させる。その後ゲート酸化膜を形成し、ｐ
またはｎ型不純物を拡散しソース・ドレーン領域を形成
した後金属薄膜を蒸着しゲート電極とゲートバスライン
を形成し、さらに層間絶縁膜を形成した後、さらにもう
一度金属薄膜を蒸着しソース電極とソースバスラインを
形成する。その後、画素スイッチ用ＴＦＴ群および駆動
回路を形成し、透明画素電極群を形成して第１のＴＦＴ
アレイ基板を作製した後前記透明電極表面に配向膜を形
成する。一方、平行して透明基板上に対向電極を形成し
た後配向膜を形成して第２の基板を作製する。この第１
の基板表面の配向膜と第２に基板表面の配向膜を互いに
向かい合わせ任意のギャップで第１の基板および第２に
基板の周辺を接着し、前記ギャップ内に液晶を注入して
液晶表示装置を製造できた。

【００７８】さらにまた、透明基板上に圧力勾配型プラ
ズマガンを用いシリコン材料を蒸発させイオンプレーテ
ィングすることにより多結晶シリコン薄膜を形成した
後、駆動回路形成予定部の前記薄膜を選択的に加熱して
結晶性を向上させ、ゲート酸化膜を形成した後ｐまたは
ｎ型不純物を拡散しソース・ドレーン領域を形成した。
その後、さらに金属薄膜を蒸着しゲート電極とゲートバ
スラインを形成した後層間絶縁膜を形成し、さらに金属
薄膜を蒸着しソース電極とソースバスラインを形成して
画素スイッチ用ＴＦＴ群および駆動回路を形成する。そ
の後、第１の透明櫛形画素電極群と第２の透明櫛形画素
電極群をそれぞれ別個に形成した後、第１および第２の
透明電極群側表面に配向膜を形成して第１の基板を作製
した。他方、透明基板上に対向電極を形成した後配向膜
を形成し第２の基板を作製しておき、第１の基板の配向
膜と第２の基板の配向膜を互いに向かい合わせて任意の
ギャップで第１の基板および第２に基板の周辺を接着
し、前記ギャップ内に液晶を注入してシール封じすると
ＩＰＳ型液晶表示装置を製造できた。

【００７９】なお、透過型液晶表示装置の場合は、あら
かじめ透明基板表面にカラーフィルターを形成し、その
上に対向電極用の透明導電膜を形成して、対向電極と透
明基板の間に色フィルターを構成する状態にすればよ
く、反射型液晶表示装置の場合は、透明基板表面に対向
電極として金属Ａｌを主成分とした反射膜透明導電膜を
形成し、その上にカラーフィルターを形成してやればよ
い。

【００８０】このように、本実施の形態において駆動回
路部に形成された薄膜トランジスタに対してのみエキシ
マレーザーアニールを施して、駆動回路部の電界効果移
動度を選択的に増大させることは、大面積の液晶表示装
置の製造効率を上げる上で特に有効な手段である。液晶
表示装置が大面積になると、必然的に信号遅延等の問題
点が発生することが考えられ、信号処理を行う駆動回路
部に形成された薄膜トランジスタの特性も、より高速な
ものが求められる。従って、大面積の液晶表示装置の駆
動回路を想定した場合には、上記の実施の形態１の方法
により形成された薄膜トランジスタのポリシリコン層よ
りも、より電界効果移動度の高いポリシリコン層を駆動
回路部に形成してやる必要性がある。

【００８１】ここで、本実施の形態におけるポリシリコ
ン層の電界効果移動度を増大させる手段としてのエキシ
マレーザーアニールは、従来のエキシマレーザーアニー
ルとは異なっている。すなわち、従来の電界効果移動度
を増大させるためのエキシマレーザーアニールは、アモ
ルファスシリコンをポリシリコンに変化させるための処
理を兼ねているため、ポリシリコン化する際の結晶粒の
成長の核となる部分がどこに発生するかを特定できない
ため、結晶成長が不安定で面内で均一な電界効果移動度
を有するポリシリコン層を得ることは、上記に示したよ
うに困難である。これに対して、本発明によれば、既に
ポリシリコンとなっている層に対してエキシマレーザー
光照射を施しているため、エキシマレーザー光照射前の
ポリシリコンが再結晶の際の核となり、結晶成長が安定
でかつ面内で均一な電界効果移動度を有するポリシリコ
ン層を得ることが容易となる。

【００８２】また、本実施の形態においては、エキシマ
レーザーアニールを行う領域を駆動回路部のみとしてい
るため、エキシマレーザー光を照射する領域が狭くて済
むというメリットも存在する。

【００８３】この点について、具体的に図５を参照しな
がら説明する。図５（ａ）及び（ｂ）は、一般的な液晶
表示装置のＴＦＴアレイが形成された基板の概略を示す
平面図を示したものであり、同図において、１２はガラ
ス基板、１３はガラス基板１２上に形成された画素スイ
ッチ用のＴＦＴアレイ素子が形成された画素部、１４は
ＴＦＴを内蔵するゲート駆動回路部、１５はＴＦＴを内
蔵するソース駆動回路部を示している。

【００８４】図５（ａ）と図５（ｂ）の平面図の相違点
は、液晶表示装置の面積であり、図５（ｂ）の方が表示
面積が大きくなっている。今後の要求されるより大面積
の液晶表示装置を考えた場合（図５（ａ）から図５
（ｂ）に移行した場合）、従来のようにアモルファスシ
リコンを一旦形成した後に、エキシマレーザーアニール
を行おうと思えば、液晶表示装置のほぼ全面に渡ってエ
キシマレーザー光を照射しなければならない。このた
め、表示面積の増大に伴って、更に大規模なエキシマレ
ーザー光照射装置が必要となり（エキシマレーザー光の
照射幅が広くなる）、その分だけ照射されるレーザーの
安定性や均一性を考慮する必要性が生じた。

【００８５】これに対して、本実施の形態によれば、図
５（ａ）から図５（ｂ）のような、より大面積の液晶表
示装置を形成しようとしたところで、エキシマレーザー
光を照射する領域である駆動回路部の面積は増大するも
のの、その幅はあまり変化しないため、上記のような大
規模なエキシマレーザー光照射装置は必要としない。従
って、本実施の形態によれば、更に電界効果移動度が増
大したポリシリコン層を面内で均一な特性で安定して形
成することが可能となる。なお、エキシマレーザー光の
ラインビーム３２ａ、３２ｂを走査しながら照射する際
の走査方向３３ａ、３３ｂをソース及びゲート信号の走
査方向と平行にすると、ビーム幅の短いレーザーでも効
率のよい使用が可能となる。

【００８６】以上のように、本実施の形態では、液晶表
示装置の画素部を構成するアレイ状の画素スイッチ用の
薄膜トランジスタ領域には、電界効果移動度を増大させ
るためのエキシマレーザー光照射は行っていない。本発
明者の見解によれば、画素部を構成する薄膜トランジス
タは、駆動回路部の薄膜トランジスタに要求されるよう
な複雑な信号処理は必要としないことと、上記の実施の
形態１で述べた方法により形成されるポリシリコン層は
エキシマレーザー光を照射しなくても従来のアモルファ
スシリコンと比較すると少なくとも１０倍以上の電界効
果移動度を有することとを考慮すると、画素部を構成す
る薄膜トランジスタのポリシリコン層にエキシマレーザ
ーアニールを施す必要性はそれほどない。つまり、本実
施の形態によれば、必要最小限の領域のみにエキシマレ
ーザーアニールを施して、液晶表示装置の表示特性とし
ては十分な薄膜トランジスタを容易に作成することがで
きる。

【００８７】なお、何らかの理由により、画素部を構成
する薄膜トランジスタも駆動回路部を構成する薄膜トラ
ンジスタと同様の電界効果移動度が必要な場合には、画
素部にもエキシマレーザーアニールを施してもよいこと
は言うまでもない。この場合は、画素部という大面積の
領域に対してエキシマレーザー光を照射する必要性が生
じるため、上記したような不都合が生じるが、ポリシリ
コンを再結晶化しているため、従来のようなアモルファ
スシリコンのレーザーアニールと比較すると、電界効果
異動度が高く（照射条件に依存したが、１００〜４００
ｃｍ²／Ｖ・Ｓが得られた。）、電界効果移動度も面内
で均一な良好な特性の薄膜トランジスタを含んだＴＦＴ
アレイが得られた。

【００８８】また、上記実施の形態では、画素スイッチ
用の薄膜トランジスタだけでなく、画素スイッチ用の薄
膜トランジスタに接続される駆動回路用の薄膜トランジ
スタもガラス基板上に形成した例で説明を行ったが、本
発明におけるポリシリコン層の形成方法は大面積に均一
な電界効果移動度を有するポリシリコン層を形成するの
に極めて有用な方法であり、その点を考慮すると、画素
スイッチ用薄膜トランジスタに接続される駆動回路は別
途単結晶シリコンＩＣチップに内蔵して形成した後、上
記の画素スイッチ用薄膜トランジスタに接続してやって
もよい。この場合は、画素スイッチ用の薄膜トランジス
タは均一でアモルファスシリコンよりも電界効果移動度
の高いものとすることができる一方で、駆動回路部は単
結晶のシリコンを用いることができることなり、駆動回
路部において更に高速の信号処理を行うことができる効
果がある。

【００８９】（実施の形態３）次に、以下では、本発明
実施の形態３における薄膜トランジスタの製造方法につ
いて説明する。本実施の形態が上記の実施の形態１と異
なる点は、薄膜トランジスタの能動層となるシリコン半
導体層を堆積の段階でポリシリコンとするだけでなく、
実施の形態１で示した方法によりゲート絶縁層をも形成
する点である。

【００９０】従って、本実施の形態の薄膜トランジスタ
の製造方法は、図１の（ａ）の工程までは上記の実施の
形態１と同様であり、図１（ｂ）の工程においてゲート
絶縁層５を形成する際に、例えば図２に示した装置を用
いてシリコン窒化層やシリコン酸化膜層を形成する。こ
のゲート絶縁層５の形成の際には、蒸発試料としてゲー
ト絶縁層５と同一の材料構成であるＳｉ₃Ｎ₄やＳｉＯ₂
を設定してやればよく、その他の条件は実施の形態１の
ポリシリコン薄膜形成と同様の条件でよい。なお、図１
（ｂ）以降の工程は図１の（ｃ）、（ｄ）の工程と同様
であるため、ここでは説明を省略する。

【００９１】上記のように薄膜トランジスタのゲート絶
縁層を形成するに際して、原料をゲート絶縁層と全く同
じ材料を蒸発試料として用いて励起してポリシリコン層
上に形成すると、以下のようなメリットがある。

【００９２】まず第１に、ゲート絶縁層中の不純物が少
なくなるということである。従来は、ゲート絶縁層とし
てＳｉＯ₂を形成するにあたっては、シラン系のガスを
用いるか、ＴＥＯＳ系の材料を用いているわけである
が、シラン系のガスを用いて作成されたＳｉＯ₂はＯＨ
基を有しており、ＴＥＯＳ系の材料は炭素が含有されて
いる。このような不純物は、本来は不必要なものである
が、製法上ゲート絶縁層中に必然的に含まれてしまうの
である。これに対して、本実施の形態によれば、ゲート
絶縁層を形成する出発材料が、例えばＳｉ₃Ｎ₄やＳｉＯ
₂であるため、余分な不純物が混入するのを根本的に防
止することができ、例えば、ＳｉＯ₂膜の場合Ｎssを１
０¹²以下にすることができた。また、従来は通常不純物
を除去することを目的として脱水素処理を施す必要性が
あったが、本実施の形態によれば、このような工程は不
必要であった。

【００９３】第２に、図２に示すような圧力勾配型プラ
ズマガンを用いてゲート絶縁層を形成すると、ポリシリ
コン層を形成する場合と同様に大面積に渡って高速かつ
大面積に蒸発試料であるＳｉ₃Ｎ₄やＳｉＯ₂を蒸発させ
ることができるため、ゲート絶縁層そのものも面内で均
一な特性を有し、緻密な層とすることができた。

【００９４】第３に、特にロードロック方式の採用によ
り、薄膜トランジスタの能動層であるポリシリコン層の
上に連続的に（ポリシリコン表面が露出した状態で大気
に曝すことなく）ゲート絶縁層を形成すると、ポリシリ
コン層とゲート絶縁層の界面の汚染を最小限に押さえる
ことが可能である。ポリシリコンからなる能動層とゲー
ト絶縁層の界面状態は、薄膜トランジスタの特性に大き
な影響を及ぼすことが知られており、本実施の形態によ
れば、その領域を極めて清浄にすることができるので、
結果的に、各薄膜トランジスタのＶt特性のバラツキを
最小限に抑制することが可能である。

【００９５】なお、上記実施の形態３では実施の形態１
の薄膜トランジスタの製造方法に対して、ゲート絶縁層
をも図２に示した方法で形成した例を説明したが、実施
の形態２の薄膜トランジスタの製造方法においてゲート
絶縁層をも図２に示した方法で形成しても同様の効果が
得られることは言うまでもない。

【００９６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、レーザ
ーアニールを行わなくとも、大面積で均一、かつ電解効
果移動度が従来のアモルファスシリコンのそれよりも２
〜５０倍程度高いポリシリコン薄膜が得られ、その薄膜
上に形成した画素スイッチとしてのアレイ状の薄膜トラ
ンジスタの性能を大幅に向上できる効果がある。また、
得られた薄膜電解効果トランジスタの電界効果移動度
を、面内で均一に形成することができる。したがって、
表示ムラを最小限に抑制することが可能となり、今後、
大面積の表示領域を有する液晶表示装置製作において性
能向上に効果大なるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における薄膜トランジスタ
の製造工程断面図

【図２】本発明の実施の形態における薄膜トランジスタ
の製造方法において、ポリシリコン層を形成する装置の
概略図

【図３】本発明の実施の形態における薄膜トランジスタ
の製造方法において、ポリシリコン層を形成する装置の
概略図

【図４】従来の薄膜トランジスタの製造工程断面図

【図５】液晶表示装置の概略を示す平面図

【符号の説明】

１ガラス基板２バッファー層３アモルファスシリコン層４ポリシリコン層５ゲート絶縁層６ゲート電極７ソース領域８ドレイン領域９コンタクトホール１０ソース電極１１ドレイン電極１２ガラス基板１３画素部１４ゲート駆動回路部１５ソース駆動回路部１６真空容器１７ガラス基板１８試料台１９蒸発試料２０プラズマ発生手段２１プラズマ領域２２励起されたシリコン粒子２３真空容器２４ガラス基板２５試料台２６蒸発試料２７プラズマ発生手段２８電圧印加手段２９プラズマ領域３０絶縁体３１シリコン粒子３２ａ，３２ｂラインビームの形状３３ａ，３３ｂラインビームの走査方向

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板上に作成された透明画素電極群と
画素スイッチ用ＴＦＴ群とそれらに接続されたソースバ
スラインとゲートバスラインとそれらに接続された駆動
回路を含んでおり、前記画素スイッチ用ＴＦＴ群の電界
効果移動が１〜２５ｃｍ²／Ｖ・ｓであり、駆動回路を
構成するＴＦＴもしくはＭＯＳトランジスタ群の電界効
果移動が１００ｃｍ²／Ｖ・ｓ以上であることを特徴と
する液晶表示装置用ＴＦＴアレイ。
【請求項２】透明基板上に作成された第１の櫛形透明画
素電極群と電界効果移動が１〜２５ｃｍ²／Ｖ・ｓの画
素スイッチ用ＴＦＴ群とそれらに接続されたソースバス
ラインとゲートバスラインとそれらに接続された電界効
果移動が１００ｃｍ²／Ｖ・ｓ以上のＴＦＴもしくはＭ
ＯＳトランジスタ群で構成された駆動回路と前記第１の
櫛形画素電極と対向する第２の櫛形電極を含んだことを
特徴とする液晶表示装置用ＴＦＴアレイ。
【請求項３】画素スイッチ用ＴＦＴアレイがｎチャンネ
ル型であることを特徴とする請求項１または２記載の液
晶表示装置用ＴＦＴアレイ。
【請求項４】画素スイッチ用ｎチャンネル型ＴＦＴアレ
イの電界効果移動が５〜２５ｃｍ²／Ｖ・ｓであること
を特徴とする請求項３記載の液晶表示装置用ＴＦＴアレ
イ。
【請求項５】透明基板上に圧力勾配型プラズマガンを用
いシリコン材料を蒸発させイオンプレーティングするこ
とにより多結晶シリコン薄膜を形成する工程とゲート酸
化膜を形成する工程とｐまたはｎ型不純物を拡散しソー
ス・ドレーン領域を形成する工程と金属薄膜を蒸着しゲ
ート電極とゲートバスラインを形成する工程と層間絶縁
膜を形成する工程と金属薄膜を蒸着しソース電極とソー
スバスラインを形成する工程とにより画素スイッチ用Ｔ
ＦＴ群を形成する工程と、透明画素電極群を形成する工
程と、あらかじめ駆動回路を形成したＩＣチップを装着
接続する工程とを含むことを特徴とする液晶表示装置用
ＴＦＴアレイの製造方法。
【請求項６】透明基板上に圧力勾配型プラズマガンを用
いシリコン材料を蒸発させイオンプレーティングするこ
とにより多結晶シリコン薄膜を形成する工程と駆動回路
形成予定部の前記薄膜を選択的に加熱して結晶性を向上
させる工程とゲート酸化膜を形成する工程とｐまたはｎ
型不純物を拡散しソース・ドレーン領域を形成する工程
と金属薄膜を蒸着しゲート電極とゲートバスラインを形
成する工程と層間絶縁膜を形成する工程と金属薄膜を蒸
着しソース電極とソースバスラインを形成する工程とに
より画素スイッチ用ＴＦＴ群および駆動回路を形成する
工程と、透明画素電極群を形成する工程とを含むことを
特徴とする液晶表示装置用ＴＦＴアレイの製造方法。
【請求項７】駆動回路形成予定部の多結晶シリコン薄膜
を選択的に加熱して結晶性を向上させる工程において、
レーザービームまたは赤外線ランプを用いることを特徴
とする請求項５または６記載の液晶表示装置用ＴＦＴア
レイの製造方法。
【請求項８】駆動回路形成予定部の前記薄膜を選択的に
加熱して結晶性を向上させる工程において、水素を含む
雰囲気中で加熱ことを特徴とする請求項５〜７いずれか
に記載の液晶表示装置用ＴＦＴアレイの製造方法。
【請求項９】透明基板上に作成された透明画素電極群と
電界効果移動が１〜２５ｃｍ²／Ｖ・ｓの画素スイッチ
用ＴＦＴ群とそれらに接続されたソースバスラインとゲ
ートバスラインとそれらに接続された電界効果移動が１
００ｃｍ²／Ｖ・ｓ以上のＴＦＴもしくはＭＯＳトラン
ジスタ群で構成された駆動回路を含んだ第１の基板と、
対向電極の形成された透明基板よりなる第２の基板の間
に配向膜を介して液晶を挟んだことを特徴とする液晶表
示装置。
【請求項１０】第２の基板上に作成された対向電極が透
明導電膜で構成されており、前記対向電極と透明基板の
間に色フィルターが形成されていることを特徴とする請
求項９記載の液晶表示装置。
【請求項１１】第２の基板上に作成された対向電極が金
属Ａｌを主成分とした反射膜で構成されており、色フィ
ルターが対向電極の表面に形成されていることを特徴と
する請求項９記載の液晶表示装置。
【請求項１２】透明基板上に作成された第１の櫛形透明
画素電極群と電界効果移動が１〜２５ｃｍ²／Ｖ・ｓの
画素スイッチ用ＴＦＴ群とそれらに接続されたソースバ
スラインとゲートバスラインとそれらに接続された電界
効果移動が１００ｃｍ²／Ｖ・ｓ以上のＴＦＴもしくは
ＭＯＳトランジスタ群で構成された駆動回路と前記第１
の櫛形画素電極と対向する第２の櫛形電極を含んだ第１
の基板と透明基板よりなる第２の基板の間に配向膜を介
して液晶を挟んだことを特徴とするＩＰＳ型液晶表示装
置。
【請求項１３】透明基板よりなる第２の基板の液晶と接
する側に色フィルターを介して配向膜が形成されている
ことを特徴とする請求項１２記載のＩＰＳ型液晶表示装
置。
【請求項１４】色フィルターと透明基板との間に金属Ａ
ｌを主成分とした反射膜が形成されていることを特徴と
する請求項１３記載のＩＰＳ型液晶表示装置。
【請求項１５】透明基板上に圧力勾配型プラズマガンを
用いシリコン材料を蒸発させイオンプレーティングする
ことにより多結晶シリコン薄膜を形成する工程とゲート
酸化膜を形成する工程とｐまたはｎ型不純物を拡散しソ
ース・ドレーン領域を形成する工程と金属薄膜を蒸着し
ゲート電極とゲートバスラインを形成する工程と層間絶
縁膜を形成する工程と金属薄膜を蒸着しソース電極とソ
ースバスラインを形成する工程とにより画素スイッチ用
ＴＦＴ群を形成する工程と透明画素電極群を形成する工
程と、前記透明電極群側表面に配向膜を形成する工程と
により第１の基板を形成する工程と、透明基板上に対向
電極を形成した後配向膜を形成し第２の基板を作成する
工程と、第１の基板の配向膜と第２の基板の配向膜を互
いに向かい合わせて設置し任意のギャップで第１の基板
と第２の基板の周辺を接着し、前記ギャップ内に液晶を
注入する工程と、あらかじめ駆動回路を形成したＩＣチ
ップを装着接続する工程含むことを特徴とする液晶表示
装置の製造方法。
【請求項１６】透明基板上に圧力勾配型プラズマガンを
用いシリコン材料を蒸発させイオンプレーティングする
ことにより多結晶シリコン薄膜を形成する工程と駆動回
路形成予定部の前記薄膜を選択的に加熱して結晶性を向
上させる工程とゲート酸化膜を形成する工程とｐまたは
ｎ型不純物を拡散しソース・ドレーン領域を形成する工
程と、金属薄膜を蒸着しゲート電極とゲートバスライン
を形成する工程と層間絶縁膜を形成する工程と金属薄膜
を蒸着しソース電極とソースバスラインを形成する工程
と透明電極群側表面に配向膜を形成する工程とにより画
素スイッチ用ＴＦＴ群および駆動回路を形成した第１の
基板を形成する工程と、透明基板上に対向電極を形成し
た後配向膜を形成して第２の基板を作成する工程と、第
１の基板表面の配向膜と第２に基板表面の配向膜を互い
に向かい合わせ任意のギャップで第１の基板および第２
に基板の周辺を接着し、前記ギャップ内に液晶を注入す
る工程を含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方
法。
【請求項１７】第２の基板作成時、あらかじめ透明基板
表面にカラーフィルターを形成し、その上に対向電極用
の透明導電膜を形成することを特徴とする請求項１５ま
たは１６記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項１８】第２の基板作成時、あらかじめ透明基板
表面に対向電極として金属Ａｌを主成分とした反射膜透
明導電膜を形成し、その上にカラーフィルターを形成す
ることを特徴とする請求項１５または１６記載の液晶表
示装置の製造方法。
【請求項１９】液晶がネマチック液晶であることを特徴
とする請求項１５〜１８いずれかに記載の液晶表示装置
の製造方法。
【請求項２０】透明基板上に圧力勾配型プラズマガンを
用いシリコン材料を蒸発させイオンプレーティングする
ことにより多結晶シリコン薄膜を形成する工程とゲート
酸化膜を形成する工程とｐまたはｎ型不純物を拡散しソ
ース・ドレーン領域を形成する工程と金属薄膜を蒸着し
ゲート電極とゲートバスラインを形成する工程と層間絶
縁膜を形成する工程と金属薄膜を蒸着しソース電極とソ
ースバスラインを形成する工程とにより画素スイッチ用
ＴＦＴ群を形成する工程と、第１の透明櫛形画素電極群
を形成する工程と第２の透明櫛形画素電極群を形成する
工程と第１および第２の透明電極群側表面に配向膜を形
成する工程とにより第１の基板を作成する工程と、透明
基板表面に配向膜を形成した第２の基板を作成する工程
と、第１および第２の基板の配向膜を互いに向かい合わ
せて任意のギャップで第１の基板と第２の基板の周辺を
接着し、前記ギャップ内に液晶を注入する工程と、あら
かじめ駆動回路を形成したＩＣチップを装着接続する工
程含むことを特徴とするＩＰＳ型液晶表示装置の製造方
法。
【請求項２１】透明基板上に圧力勾配型プラズマガンを
用いシリコン材料を蒸発させイオンプレーティングする
ことにより多結晶シリコン薄膜を形成する工程と駆動回
路形成予定部の前記薄膜を選択的に加熱して結晶性を向
上させる工程とゲート酸化膜を形成する工程とｐまたは
ｎ型不純物を拡散しソース・ドレーン領域を形成する工
程と、金属薄膜を蒸着しゲート電極とゲートバスライン
を形成する工程と層間絶縁膜を形成する工程と金属薄膜
を蒸着しソース電極とソースバスラインを形成する工程
とにより画素スイッチ用ＴＦＴ群および駆動回路を形成
する工程と、第１の透明櫛形画素電極群を形成する工程
と、第２の透明櫛形画素電極群を形成する工程と、第１
および第２の透明電極群側表面に配向膜を形成する工程
とにより第１の基板を形成する工程と、透明基板上に対
向電極を形成した後配向膜を形成し第２の基板を作成す
る工程と、第１の基板の配向膜と第２の基板の配向膜を
互いに向かい合わせて任意のギャップで第１の基板およ
び第２に基板の周辺を接着し、前記ギャップ内に液晶を
注入する工程を含むことを特徴とするＩＰＳ型液晶表示
装置の製造方法。
【請求項２２】第２の基板作成時、あらかじめ透明基板
表面にカラーフィルターを形成した後対向電極用の透明
導電膜を形成することを特徴とする請求項２０または２
１記載のＩＰＳ型液晶表示装置の製造方法。
【請求項２３】第２の基板作成時、あらかじめ透明基板
表面に対向電極として金属Ａｌを主成分とした反射膜透
明導電膜を形成した後その上にカラーフィルターを形成
することを特徴とする請求項２０または２１記載のＩＰ
Ｓ型液晶表示装置の製造方法。
【請求項２４】液晶がネマチック液晶であることを特徴
とする請求項２０〜２３いずれかに記載のＩＰＳ型液晶
表示装置の製造方法。