JP3467698B2 - アクティブマトリクス基板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】アクティブマトリクス方式の
液晶ディスプレイの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】有力な平面ディスプレイであるアクティ
ブマトリクス型液晶ディスプレイは、研究開発の速度を
早め、ＣＲＴ並の表示品質と画面サイズを持つまでに至
っている。

【０００３】このディスプレイの画素をスイッチングす
る素子は薄膜トランジスタであることが多い。アモルフ
ァスシリコンを活性層に利用した薄膜トランジスタは、
オン状態における電流が小さいものの、オフ状態のリー
ク電流が著しく小さいために、オン／オフ比が７から８
桁もある優れた画素スイッチング素子である。従来の画
素サイズは１００から２００μｍで、画素密度は１００
個／ｍｍ²程度であった。

【０００４】ところが、ワークステーションや高品位テ
レビジョンのように、画素密度が１０００個／ｍｍ²と
高密度である場合、スイッチング時間が非常に短くなる
ためアモルファスシリコンタイプの薄膜トランジスタで
は、オン状態の電流が不足する。そこで、この電流がア
モルファスシリコン型薄膜トランジスタの１０から１０
０倍もある多結晶シリコンを活性層に利用した薄膜トラ
ンジスタを画素のスイッチング素子に用いた液晶ディス
プレイが研究され、一部では小型の液晶ディスプレイで
商品化されている。

【０００５】従来の小型のアクティブマトリクス型の液
晶ディスプレイは、画素のスイッチング素子をコントロ
ールする周辺駆動回路を内蔵していた。周辺駆動回路を
構成する薄膜トランジスタは、ＣＭＯＳ回路が構成でき
るよう多結晶シリコン薄膜トランジスタであった。商品
化されたアクティブマトリクス型液晶ディスプレイの薄
膜トランジスタは、大規模集積回路を模倣した１０００
℃以上の温度を利用するプロセスであるため、透明基板
には石英が用いられている。

【０００６】ところが、石英基板は非常に高価であるの
で、厚みが１ｍｍのＡ４サイズ以上の広い面積の基板
で、一度に多くの小型の周辺回路内蔵のアクティブマト
リクス基板を製造することはできなかった。このため石
英基板を利用する限り、コストの高いアクティブマトリ
クス基板になっていた。

【０００７】そこで、最近は、歪点が６００℃以下のコ
ストの安い耐熱性ガラス基板上に高性能の多結晶シリコ
ン薄膜トランジスタで周辺駆動回路を内蔵した小型のア
クティブマトリクス基板の製造プロセスが研究されてい
る。グレンサイズが大きく、結晶欠陥の少ない多結晶シ
リコンは、シリコン薄膜にエネルギービームを照射して
形成できる。このエネルギービームは、エキシマレーザ
ビームが適当である。ところが、現在のエキシマレーザ
ビームは、出力が小さく、たとえばＡ４サイズの基板の
全領域を一括して照射できず、均一な結晶化シリコン層
ができない欠点があった。

【０００８】図１７に示すように、エキシマレーザのパ
ルスビームを照射した領域ＦＳＰのシリコン薄膜は多結
晶シリコン薄膜になる。次のパルスビームはＬｓの間隔
でＬｖの重なりをもって領域ＳＳＰのシリコン薄膜を多
結晶シリコン薄膜にする。このように、エキシマレーザ
のパルスビームをＬｓずつずらして、各々の照射領域を
重ねるようにして、多結晶シリコン薄膜を形成するのが
一般的な方法であった。

【０００９】この方法であると図１７（ｄ）に示すよう
に、パルスビームの境界で、境界以外の領域ＰＣＲより
粒径が小さな微結晶シリコンＭＣＲが形成されるため、
アクティブマトリクス基板の製造領域で形成される結晶
化シリコン薄膜の均一性が低い欠点があった。

【００１０】この問題点を克服する方法として、第３８
回応用物理学関係連合講演会講演予稿集６７３ページ３
０ｐ−Ｔ−７「エキシマレーザーアニールを用いたｐｏ
ｌｙ−ＳｉＴＦＴの作製」がある。この方法では、シリ
コン薄膜に照射するエキシマレーザの強度を２つのレベ
ルに設定して、レーザ結晶化シリコンの均質性の向上を
試みている。

【００１１】この方法の概略を図１８で説明する。

【００１２】レーザビームの大きさは７ｍｍ四方の正方
形であり、エネルギー分布は図１７（ａ）に示すように
矩形で、強度の大きなところで±５％以内の強度分布を
持っている。

【００１３】まず、図１８（ｂ）のようにガラス基板Ｇ
ＬＳ上に減圧化学気相成長法で非晶質シリコン薄膜ＳＬ
Ｒを形成し、図１８（ｃ）のように１回目のＫｒＦエキ
シマレーザＦＬＳを２７０ｍＪｃｍ^-2の強度で、図１７
の方法で照射して多結晶シリコンＦＰＬを形成し、次に
図１８（ｄ）に示すように２回目のＫｒＦエキシマレー
ザＳＬＳを４５０ｍＪｃｍ^-2の強度で照射して１回目に
形成した多結晶シリコン薄膜ＦＰＬよりも大きな粒径の
多結晶シリコン薄膜ＳＰＬになる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】レーザアニールで結晶
化したシリコン薄膜を活性層に用いた薄膜トランジスタ
の特性は、通常、移動度で１００ｃｍ²Ｖ^-1ｓ^-1以上の
特性が得られるのにも関わらず、この従来例では、６０
ｃｍ²Ｖ^-1ｓ^-1程度に低下し、レーザアニール法による
シリコン薄膜結晶化の利点を損なう欠点があった。

【００１５】６００℃以下の温度で駆動回路内蔵のアク
ティブマトリクス基板の製造にはレーザアニール法が有
力な採用技術である。しかし、従来のレーザアニール法
によるシリコン薄膜の結晶化ではできあがった多結晶シ
リコン薄膜が不均一な品質である問題点があった。

【００１６】そこで、レーザアニールの利点を生かして
１００ｃｍ²Ｖ^-1ｓ^-1以上の移動度の薄膜トランジスタ
で構成された駆動回路内蔵のアクティブマトリクス基板
の製造方法が求められていた。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明のアクティブマト
リクス基板の製造方法は、基板上に、表示領域と駆動回
路形成領域を備えたアクティブマトリクス基板を複数個
製造するアクティブマトリクス基板の製造方法におい
て、基板上にシリコン薄膜を形成する工程と、エネルギ
ービームの照射領域と非照射領域の境界が駆動回路形成
領域あるいは表示領域に掛からないように、エネルギー
ビ−ムを照射することにより前記シリコン薄膜を結晶化
する工程とを含み、前記アクティブマトリクス基板の形
成領域内において前記エネルギービームの照射領域が複
数箇所あり、前記シリコン薄膜を結晶化する工程におい
ては１箇所の照射領域へのエネルギービームの照射強度
と、他の照射領域へのエネルギービームの照射強度とが
異なっていることを特徴とする。さらに、本発明のアク
ティブマトリクス基板の製造方法は、基板上に、表示領
域と駆動回路形成領域を備えたアクティブマトリクス基
板を複数個製造するアクティブマトリクス基板の製造方
法において、基板上にシリコン薄膜を形成する工程と、
前記表示領域のシリコン薄膜にエネルギービームを照射
して前記表示領域のシリコン薄膜を結晶化する工程と、
前記駆動回路形成領域のシリコン薄膜にエネルギービー
ムを照射して前記駆動回路形成領域のシリコン薄膜を結
晶化する工程とを含み、前記表示領域へのエネルギービ
ームの照射強度と、前記駆動回路形成領域へのエネルギ
ービームの照射強度とが異なることを特徴とする。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の詳細を図示の実施例によって
説明する。

【００１９】短辺が１１５ｍｍ、長辺が１２５ｍｍの長
方形のガラス基板上に、短辺が１４ｍｍ、長辺が１０．
５ｍｍの長方形の表示領域をもつ信号側駆動回路と走査
側駆動回路を表示領域と同じ基板上に形成するアクティ
ブマトリクス基板を縦に４列、横に６行並べて合計２４
個のアクティブマトリクス基板を製造する例を説明す
る。

【００２０】図１に示すように、ガラス基板ＧＬＳ上に
酸化シリコン薄膜製のパッシベーション膜ＵＮＬを電子
サイクロトロン共鳴化学気相成長法あるいは減圧化学気
相成長法、常圧化学気相成長法により２００ｎｍの厚み
で形成し、次に、シリコン薄膜ＳＬＲを減圧化学気相成
長法、スパッタ法、プラズマ化学気相成長法のいずれか
の方法で５０ｎｍの厚みで上記酸化シリコン薄膜ＵＮＬ
上に被着形成する。

【００２１】次に、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマ
レーザＬＳＲをシリコン薄膜ＳＬＲに照射し多結晶シリ
コン薄膜を形成する。

【００２２】モノシランガスを反応ガスに用いた減圧化
学気相成長法の基板温度５５０℃でシリコン薄膜ＳＬＲ
が形成された場合には、１８０ｍＪｃｍ^-2から２７０ｍ
Ｊｃｍ^-2の強度で真空中あるいは不活性ガス雰囲気、大
気中でＸｅＣｌエキシマレーザＬＳＲを照射すればよ
く、この結果、シリコン薄膜ＳＬＲは、粒径が２００ｎ
ｍ〜５００ｎｍの結晶で構成された多結晶シリコン薄膜
になる。シリコン薄膜の結晶化に用いるレーザはＸｅＣ
ｌエキシマレーザばかりでなく、ＡｒＦ、ＫｒＦ、Ｆ₂
エキシマレーザやＹＡＧレーザでもよい。凸レンズや凹
レンズや蒲鉾型のレンズの組み合わせによる光学系にレ
ーザビームを透過することにより、このエキシマレーザ
ビームは強度９５％以上のエネルギー均一性が±５％以
下である領域が１８．５ｍｍある空間的なエネルギー分
布を持つ。

【００２３】実施例数は９つある。

【００２４】まず、第１の実施例について説明する。

【００２５】図２に示すように、信号側駆動回路ＸＣＲ
と走査側駆動回路ＹＣＲと表示領域ＤＳＳで構成された
アクティブマトリクス基板を図２（ａ）に示すように、
基板をセットしてあるステージを走査しながら順次アニ
ールし、図２（ｂ）に示すように基板上の全てのアクテ
ィブマトリクス基板形成領域のシリコン層を多結晶シリ
コン層にする。

【００２６】図３は、アクティブマトリクス基板にエキ
シマレーザビームを照射する斜視図を示している。エキ
シマレーザビームＬＳＢの照射領域ＲＬＲの中に、アク
ティブマトリクス基板の信号側駆動回路ＸＤＲと走査側
駆動回路ＹＤＲと表示領域ＤＳＳが入っている。エキシ
マレーザビームＬＳＢの境界は、個々のアクティブマト
リクス基板の切断線ＤＣＬにある。

【００２７】隣合うアクティブマトリクス基板へのエキ
シマレーザビームの照射の様子を断面図で図４の断面図
に示す。ガラス基板ＧＬＳ上に酸化シリコン薄膜ＵＮＬ
とシリコン薄膜ＳＬＲを順次形成し、アクティブマトリ
クス基板領域ＲＬＣにエキシマレーザビームＬＳＲを照
射する。エキシマレーザビームＬＳＲの照射領域は、図
４のＲＬＲであるが、このうち、強度９５％以上のエネ
ルギー強度でその均一性が±５％以下であるエネルギー
領域はＲＭＸであり、この領域ＲＭＸの中にアクティブ
マトリクス基板領域ＲＬＣが入っている。レーザビーム
のエッジの影響を避けるため、アクティブマトリクス基
板の形成領域ＲＬＣと隣のアクティブマトリクス基板の
シリコン層に照射するエキシマレーザビームＬＳＲの照
射領域ＲＬＲの距離ＤＲＣは０．５ｍｍある。このた
め、従来問題だったレーザビームの境界領域の微結晶シ
リコン薄膜の形成が回避されるので、アクティブマトリ
クス基板全体に渡って良好な多結晶シリコン薄膜が形成
される。

【００２８】この実施例のアクティブマトリクス基板の
構成面積は１４７ｍｍ²であるので、レーザ発振器から
基板までの光学系の透過率が７０％である場合、レーザ
発振器エキシマレーザの出力は６００ｍＪ以上あれば十
分である。

【００２９】図１の薄膜トランジスタの形成工程の続き
を説明する。

【００３０】レーザ照射により形成されたアクティブマ
トリクス基板形成領域の多結晶シリコン層ＰＳＬを図１
（ｃ）に示すようにリソグラフィー法によりパターニン
グする。

【００３１】次に、図１（ｃ）に示すように、パターニ
ングした多結晶シリコン層を覆うように、電子サイクロ
トロン共鳴化学減圧化学気相成長法により、薄膜トラン
ジスタのゲート絶縁膜ＧＳＤになる酸化シリコン薄膜を
１２０ｎｍの厚みで形成する。このゲート絶縁膜ＧＳＤ
の形成法は、上記の他に、常圧化学気相成長法、減圧化
学気相成長法で形成された酸化シリコン薄膜でも本発明
を利用することができる。

【００３２】次に、多結晶シリコン薄膜ＰＳＬに重なる
ようにゲート絶縁膜ＧＳＤの上にゲート電極ＧＴＤを６
００ｎｍの厚みで形成する。このゲート電極の材料は、
不純物を含んだ半導体、あるいは金属、シリサイド、ポ
リアセチレン、ポリピロールなどの導電性物質である。
次に、ソース・ドレイン領域を形成するため、多結晶シ
リコン薄膜ＰＳＬ中に不純物を注入ＩＭＰする。不純物
の注入方法としては、質量分離式のイオン注入方法や、
バケットタイプの質量非分離方式のイオン注入方法があ
る。Ｎ型トランジスタを形成する場合、前者のイオン注
入方法では、³¹Ｐ⁺を３×１０¹⁵ｃｍ²の注入量で、８０
ｋｅＶのエネルギーで注入する。また、後者の質量比分
離方式のイオン注入方法では、水素とホスヒンＰＨ₃の
混合ガスを反応ガスにして、８０ｋｅＶのエネルギーで
多結晶シリコン薄膜ＰＳＬ中にイオン注入する。

【００３３】一方、Ｐ型薄膜トランジスタの形成には、
質量分離型のイオン注入法では¹¹Ｂ ⁺を３×１０¹⁵ｃｍ²
の量を多結晶シリコン薄膜ＰＳＬに注入する。一方質量
非分離型のイオン注入法では、水素とジボランの混合ガ
スを反応ガスにして、Ｂ原子を３×１０¹⁵ｃｍ²の濃度
になるように多結晶シリコン薄膜中に注入する。

【００３４】次に、図１（ｃ）で注入した不純物を３０
０から１０００℃の温度で熱処理して活性化する。この
熱処理工程により、ソース領域ＳＣＲとドレイン領域Ｄ
ＲＲが形成される。

【００３５】次に、ゲート電極ＧＴＤとゲート絶縁膜Ｇ
ＳＤを覆うように、酸化シリコン薄膜を５００ｎｍの厚
みで層間絶縁膜ＩＳＤを被着形成し、ソース領域ＳＳＤ
とドレイン領域ＤＲＲ上に配線のためのスルーホールを
形成する。表示領域の画素のスイッチング用の薄膜トラ
ンジスタのためには、アルミニウム材料でソース電極Ｓ
ＳＤを形成し、次に、ソース電極ＳＳＤを覆うように酸
化シリコン薄膜あるいは耐熱性の有機薄膜でパッシベー
ション膜ＰＶＳを形成し、さらにこのパッシベーション
膜に、配線用のスルーホールを形成し、ドレイン領域Ｄ
ＲＲに到達するようにドレイン電極ＴＥＤを形成する。

【００３６】一方、駆動回路を構成する薄膜トランジス
タのためには、層間絶縁膜ＩＳＤとゲート絶縁膜ＧＳＤ
にスルーホールを形成した後にアルミニウム材料でソー
ス電極とドレイン電極と薄膜トランジスタ間の配線を同
時に形成する。

【００３７】適当にＰ型とＮ型の薄膜トランジスタを適
当に配線で接続することによりＣＭＯＳ回路を構成す
る。

【００３８】次に、第２の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。

【００３９】上記の第１の実施例と同じように、ガラス
基板ＧＬＳ上に酸化シリコン薄膜製のパッシベーション
膜ＵＮＬを被着形成し、さらに、このパッシベーション
膜ＵＮＬ上に、減圧化学気相成長法、電子サイクロトロ
ン共鳴化学気相成長法、スパッタ法などによりシリコン
薄膜ＳＬＲを被着形成する。

【００４０】つぎに、エキシマレーザをシリコン薄膜Ｓ
ＬＲに照射して多結晶シリコン薄膜ＰＳＲを形成する。

【００４１】このエキシマレーザビームの照射方法を図
５から図７を示しながら説明する。図５（ａ）に示すよ
うにアクティブマトリクス基板形成領域ＡＬＣは、信号
側駆動回路形成領域ＸＤＲと走査側駆動回路形成領域Ｙ
ＤＲと表示領域ＤＳＳで構成されている。まず、表示領
域ＤＳＳにあるパターニングされたシリコン薄膜をエキ
シマレーザビームを照射して多結晶シリコン薄膜にす
る。図５（ｂ）のＰＤＳは、多結晶シリコン薄膜が形成
された表示領域を示す。次に、信号側駆動回路形成領域
ＸＤＲのシリコン薄膜を２７０ｍＪｃｍ^-2のエネルギー
強度のエキシマレーザビームを照射して結晶化する。図
５（ｃ）のＰＸＤは、信号側駆動回路形成領域のシリコ
ン薄膜が、レーザ照射によって多結晶シリコン薄膜にな
ったことを示す。さらに、走査側駆動回路形成領域ＹＤ
Ｒのシリコン薄膜をエキシマレーザビームを照射して結
晶化する。図５（ｄ）のＰＹＤは、走査側駆動回路形成
領域のシリコン薄膜が、レーザ照射によって多結晶シリ
コン薄膜になったことを示す。

【００４２】上述の実施例では走査側駆動回路形成領域
ＹＤＲより信号側駆動回路形成領域ＸＤＲのシリコン薄
膜を先にエキシマレーザを照射したが、走査側駆動回路
形成領域のシリコン薄膜を先にエキシマレーザを照射し
て多結晶シリコン薄膜を形成しても良い。

【００４３】この第２の実施例の、表示領域ＤＳＳ、信
号線側駆動回路形成領域ＸＤＲ、走査線側駆動回路形成
領域ＹＤＲのシリコン薄膜に照射するエキシマレーザの
エネルギー強度の大きさは互いに同じである。

【００４４】以上のエキシマレーザビームの照射によ
り、アクティブマトリクス基板のシリコン薄膜が、石垣
状の結晶形態である２００〜５００ｎｍの粒径の多結晶
シリコン薄膜になる。

【００４５】図６に、この図５に示す方法によるエキシ
マレーザビームの照射の斜視図を示す。図５（ｂ）に図
６（ａ）が、図５（ｃ）に図６（ｂ）が、図５（ｃ）に
図６（ｃ）がそれぞれ対応している。

【００４６】このレーザビームの照射の様子を図６に模
式的な基板断面図を使って説明する。

【００４７】まず、ガラス基板ＧＬＳ上に、酸化シリコ
ン薄膜ＵＮＬとシリコン薄膜ＳＬＲを順次を被着形成す
る。

【００４８】次に、個々のアクティブマトリクス基板の
表示領域ＲＬＣを充分覆うように、ＲＬＲの範囲でエキ
シマレーザビームＬＳＲを照射しシリコン薄膜を結晶化
する。結晶化に必要なレーザビームのエネルギーが照射
された領域ＲＭＸのみ結晶化し、多結晶シリコン薄膜Ｐ
ＳＬになる。

【００４９】次に、図６（ｂ）に示すように、駆動回路
形成領域ＲＬＲのシリコン薄膜にエキシマレーザビーム
ＤＬＲを照射して、多結晶シリコン薄膜ＤＰＬを形成す
る。図７（ｂ）の領域ＲＬＣはエキシマレーザビームの
照射領域であり、領域ＲＭＸは、シリコン薄膜が結晶化
する領域である。領域ＲＬＲは実際に駆動回路が形成さ
れ、粒径が２００〜５００ｎｍ程度で結晶形態が石垣状
にそろっている領域である。

【００５０】このエキシマレーザビームの照射により、
図７（ｃ）に示すアクティブマトリクス領域ＡＬＣのシ
リコン薄膜は、多結晶シリコン薄膜ＰＳＬ・ＤＰＬな
る。また、隣合うアクティブマトリクス基板ＡＬＣの間
隔ＰＴＣは、０．５〜２ｍｍ程度である。

【００５１】この方法によれば、従来問題になってい
た、レーザビームの照射境界で発生した微結晶シリコン
の悪影響が回避でき、しかも、駆動回路と表示領域のそ
れぞれで一括にエキシマレーザビームの照射するので、
非常に高品位の多結晶シリコン薄膜をアクティブマトリ
クス基板全体で得られる。

【００５２】表示領域と信号側駆動回路、走査側駆動回
路のエキシマレーザビームのシリコン薄膜上の照射エネ
ルギー強度は同じである。表示領域と駆動回路の薄膜ト
ランジスタの移動度が同じであれば、表示領域と駆動回
路の設計が非常に簡単になる利点がある。

【００５３】次に、第３の実施例について説明する。

【００５４】エキシマレーザ照射の方法は上述の第２の
実施例と同じである。

【００５５】ただし、表示領域のシリコン薄膜へのエキ
シマレーザの照射強度と、信号線側駆動回路形成領域お
よび走査側駆動回路形成領域のシリコン薄膜へのエキシ
マレーザの照射強度が異なる。

【００５６】たとえば、表示領域の画素のスイチッチン
グ素子に使う薄膜トランジスタを構成するシリコン薄膜
の結晶化には、２００ｍＪｃｍ^-2の強度のエキシマレー
ザビームを照射する。そのｎ型薄膜トランジスタの電気
的特性は、移動度が１２ｃｍ ²Ｖ^-1ｓｅｃ^-1であり、ゲ
ート長１０μｍ、ゲート幅１０μｍの構造で、ソース電
極に対してゲート電位が−１０Ｖ、ドレイン電位が４Ｖ
であるときのリーク電流が２ｘ１０^-12Ａリーク電流が
著しく小さくなる。一方、駆動回路の薄膜トランジスタ
を構成するシリコン薄膜の結晶化には２７０ｍＪｃｍ^-2
のエネルギー強度で照射する。この駆動回路のｎ型薄膜
トランジスタの電気的特性は、ゲート長１０μｍ、ゲー
ト幅１０μｍの構造で、ソース電極に対してゲート電位
が−１０Ｖ、ドレイン電位が４Ｖであるときのリーク電
流が１ｘ１０^-11Ａであり、移動度が１００ｃｍ²Ｖ^-1ｓ
ｅｃ^-1となる。

【００５７】第１の実施例と同じように、ガラス基板Ｇ
ＬＳ上に酸化シリコン薄膜のパッシベーション膜ＵＮＬ
を被着形成し、さらに、この酸化シリコン薄膜上に、減
圧化学気相成長法、電子サイクロトロン共鳴化学気相成
長法、スパッタ法などによりシリコン薄膜を被着形成す
る。

【００５８】つぎに、エキシマレーザをシリコン薄膜に
照射して多結晶シリコン薄膜を形成する。

【００５９】このエキシマレーザビームの照射方法は上
述した第２の発明の図５から図７の説明と同じである。
非常に高速な駆動回路を必要とするアクティブマトリク
ス基板を製造する場合に有効である。

【００６０】この第２の実施例では、表示領域よりも駆
動回路形成領域のシリコン薄膜の結晶化のレーザ強度が
大きな場合を説明したが、逆に駆動回路形成領域より表
示領域のシリコン薄膜の結晶化のレーザ強度が大きい場
合でも良い。

【００６１】次に、第３の実施例について説明する。

【００６２】第２と第３の実施例の違いは、表示領域の
シリコン薄膜に照射するエキシマレーザのエネルギー強
度と、信号線側駆動回路形成領域のシリコン薄膜に照射
するエネルギー強度と、走査線側駆動回路形成領域のシ
リコン薄膜に照射するエネルギー強度が、互いに異なる
点である。

【００６３】たとえば、表示領域の画素のスイチッチン
グ素子に使う薄膜トランジスタを構成するシリコン薄膜
の結晶化には、２００ｍＪｃｍ^-2の強度のエキシマレー
ザビームを照射する。そのｎ型の薄膜トランジスタの電
気的特性は、移動度が１２ｃｍ²Ｖ^-1ｓｅｃ^-1であり、
ゲート長１０μｍ、ゲート幅１０μｍの構造で、ソース
電極に対してゲート電位が−１０Ｖ、ドレイン電位が４
Ｖであるときのリーク電流が２ｘ１０^-12Ａリーク電流
が著しく小さくなる。一方、走査線側駆動回路の薄膜ト
ランジスタを構成するシリコン薄膜の結晶化には２３０
ｍＪｃｍ^-2のエネルギー強度で照射する。このｎ型の薄
膜トランジスタの電気的特性は、ゲート長１０μｍ、ゲ
ート幅１０μｍの構造で、ソース電極に対してゲート電
位が−１０Ｖ、ドレイン電位が４Ｖであるときのリーク
電流が５ｘ１０^-12Ａであり、移動度が６０ｃｍ²Ｖ^-1ｓ
ｅｃ^-1となる。さらに、信号線側駆動回路の薄膜トラン
ジスタを構成するシリコン薄膜の結晶化には２７０ｍＪ
ｃｍ^-2のエネルギー強度で照射する。このｎ型の薄膜ト
ランジスタの電気的特性は、ゲート長１０μｍ、ゲート
幅１０μｍの構造で、ソース電極に対してゲート電位が
−１０Ｖ、ドレイン電位が４Ｖであるときのリーク電流
が１ｘ１０^-11Ａであり、移動度が１００ｃｍ²Ｖ^-1ｓｅ
ｃ^-1となる。

【００６４】このように、第３の実施例では、レーザ照
射強度を変えてシリコン薄膜を結晶化して、利用目的に
応じた特性の薄膜トランジスタを形成することができ
る。次に、第４の実施例を説明する。

【００６５】この実施例のポイントは、表示領域のシリ
コン薄膜のレーザ照射の結晶化は行わないが、駆動回路
形成領域のシリコン薄膜をレーザビームの照射により結
晶化することである。

【００６６】まず、図８に示すように、ガラス基板ＧＬ
Ｓ上に酸化シリコン薄膜ＵＮＬを２００ｎｍ被着形成す
る。さらに、酸化シリコン薄膜ＵＮＬ上にシリコン薄膜
を５０ｎｍの厚みで被着形成する。このシリコン薄膜
は、モノシランを反応ガスにした減圧化学気相成長法
で、温度５１０℃で形成する。さらに、６００℃８時間
の窒素雰囲気中でいわゆる固相成長法でシリコン薄膜を
多結晶化する。この方法で形成された多結晶シリコン薄
膜ＳＰＣは、結晶形状が樹状であり、大きさが長径１μ
ｍ程度の結晶となる。

【００６７】次に、アクティブマトリクス基板の駆動回
路形成領域の多結晶シリコン薄膜ＳＰＣにエキシマレー
ザビームＤＬＲを照射して結晶化する。ＸｅＣｌエキシ
マレーザを照射する場合には、このレーザビームの強度
は多結晶シリコン薄膜上で２３０〜３００ｍＪｃｍ^-2の
間で選べば良い。このレーザビームの照射により、樹状
の結晶形態である多結晶シリコン薄膜ＳＰＣは、石垣状
の結晶形態である多結晶シリコン薄膜ＤＰＬに変化す
る。この石垣状の結晶は、結晶粒内の欠陥が少なく電子
や正孔の移動度が高い。図８（ｂ）に示すように、レー
ザビームが照射される領域はＲＬＣであるが、多結晶シ
リコン薄膜ＳＰＣがレーザビームの照射により再結晶化
する領域はＲＭＸであり、さらに、駆動回路が形成され
る領域はＲＬＲである。エキシマレーザビームの空間的
なエネルギー分布は、特殊な光学系により図１７（ａ）
に示すように、台形状になっているので、駆動回路が形
成される領域のシリコン層に照射されるレーザビームの
エネルギーは均一である。

【００６８】図８（ｃ）に示すように、隣接するアクテ
ィブマトリクス基板が形成される領域ＡＬＣの間隔は、
ＰＴＣであり、その幅は５００μｍから２ｍｍである。

【００６９】図９にエキシマレーザビームの照射方法を
平面図で示した。

【００７０】図９（ａ）に示すように、ガラス基板ＧＬ
Ｓ上の信号側駆動回路ＸＤＲと走査側駆動回路ＹＤＲと
表示領域ＤＳＳに形成されたシリコン薄膜を、６００℃
の温度で８時間の時間をかけて、図９（ｂ）に示すよう
に多結晶シリコン薄膜ＳＰＣを形成する。次に、図１０
（ａ）の斜視図に示すように、信号側駆動回路形成領域
ＸＤＲの多結晶シリコン薄膜ＳＰＣにエキシマレーザビ
ームを照射して、再結晶化して図９（ｃ）に示すように
多結晶シリコン薄膜ＳＸＤを形成する。次に、図１０
（ｂ）の斜視図に示すように走査側駆動回路形成領域Ｙ
ＤＲの多結晶シリコン薄膜ＳＰＣにエキシマレーザビー
ムを照射して、再結晶化して図９（ｄ）に示すように多
結晶シリコン薄膜ＳＹＤを形成する。

【００７１】上述の実施例では走査側駆動回路形成領域
より信号側駆動回路形成領域のシリコン薄膜を先にエキ
シマレーザを照射したが、走査側駆動回路形成領域のシ
リコン薄膜を先にエキシマレーザを照射して多結晶シリ
コン薄膜を形成しても良い。これによって、表示領域の
シリコン薄膜は固相成長法により形成された多結晶シリ
コン薄膜であるが、駆動回路のシリコン薄膜はレーザ照
射により形成された多結晶シリコン薄膜になる。

【００７２】石垣状の粒径２００〜３００ｎｍの多結晶
シリコン薄膜の形成以後のアクティブマトリクス基板の
工程は、第１の実施例と同じである。

【００７３】次に第５の実施例を説明する。

【００７４】この実施例は、レーザ照射によるシリコン
薄膜の結晶化において、走査側駆動回路形成領域と信号
側駆動回路形成領域のレーザ照射強度が、第４の実施例
と異なる場合である。

【００７５】次にさらに、本発明の第６の実施例を説明
する。

【００７６】図１１に示すように、１枚のガラス基板上
に１２個のアクティブマトリクス基板ＡＬＣを製作する
場合について説明する。

【００７７】まず、上記の実施例と同じように、ガラス
基板に酸化シリコン膜によるパッシベーション膜を形成
し、このパッシベーション膜状に、シリコン膜を形成す
る。シリコン薄膜の形成方法としては、減圧化学気相成
長法、プラズマ化学気相成長法、蒸着法、スパッタ法な
どの方法がある。シリコン薄膜の厚みは５０ｎｍであ
る。図１１の実施例では、表示部の上辺と下辺に信号側
駆動回路を形成し、左辺と右辺に走査側駆動回路を形成
する。この信号側駆動回路と走査側駆動回路を一括し
て、ＸｅＣｌエキシマレーザを図１１（ａ）の領域ＲＬ
Ｒに照射する。このとき表示領域のシリコン薄膜にはレ
ーザビームを照射しない。また、このレーザビームの照
射領域と非照射領域の境界は、駆動回路と表示領域の間
に存在する。

【００７８】５０ｎｍのシリコン薄膜にＸｅＣｌエキシ
マレーザを照射して、粒径３００ｎｍ以上の良質な多結
晶シリコン膜を形成するには、シリコン薄膜表面で２４
０〜２７０ｍＪｃｍ^-2のエネルギーでよい。レーザ照射
領域の面積が２．４ｃｍ²であれば、５８０〜６５０ｍ
Ｊのレーザビームのエネルギーが有れば良い。このレー
ザビームの照射により、図１１（ｂ）に示すように信号
側駆動回路形成領域の多結晶シリコン膜ＰＸＤと走査側
行動回路の多結晶シリコン膜ＰＹＤが形成される。

【００７９】このレーザビームの照射は、シリコン薄膜
のパターニング前でも、パターニング後でも良い。

【００８０】次に、図１２（ａ）に示すように、図１１
（ｂ）に示したように駆動回路形成領域の多結晶シリコ
ン膜を形成した後に、表示領域のシリコン薄膜を結晶化
するためＸｅＣｌエキシマレーザを照射する。このエキ
シマレーザの照射でも、レーザビームの照射領域ＲＬＲ
と非照射領域の境界は、駆動回路形成領域と表示領域の
間にある。表示領域の多結晶シリコン膜を形成するため
のレーザビームの強度は、駆動回路形成領域と同じでも
良いが、表示領域の画素のスイッチングする薄膜トラン
ジスタの性能によっては、駆動回路形成領域の照射強度
と異なってもよい。

【００８１】このレーザビームの照射は、シリコン薄膜
のパターニング前でも、パターニング後でも良い。

【００８２】図１１と図１２の様に、シリコン薄膜の結
晶化を駆動回路形成領域と表示領域で別々にレーザ照射
して実施したが、次の第７の実施例に説明する図１３と
図１４の様に照射しても良い。

【００８３】図１３（ａ）に示すように、信号側駆動回
路形成領域と表示領域のシリコン薄膜を一括して、Ｘｅ
Ｃｌエキシマレーザを照射して多結晶シリコン膜を形成
する。個のレーザビームの照射の際にもレーザビームの
照射領域ＲＬＲと非照射領域の境界は、表示領域と走査
側駆動回路形成領域の間にあり、表示領域や駆動回路形
成領域には存在しない。このレーザ照射により図１３
（ｂ）に示すように、信号側駆動回路形成領域の多結晶
シリコン膜ＰＸＤと表示領域の多結晶シリコン膜ＰＤＳ
が形成される。次に図１４（ａ）に示すように、走査側
駆動回路形成領域ＹＤＲにレーザビームを照射して、図
１４（ｂ）に示すように多結晶シリコン膜ＰＹＤを形成
する。このレーザビームの照射領域ＲＬＲと非照射領域
の境界は、走査側駆動回路形成領域と表示領域の間に存
在する。

【００８４】この図１３と図１４のレーザビームの照射
によるアクティブマトリクス基板の多結晶シリコン膜の
形成方法では、信号側駆動回路形成領域と表示領域のシ
リコン薄膜を一括してレーザビームを照射する事により
多結晶シリコン膜を形成したが、走査側駆動回路と表示
領域のシリコン膜を一括してレーザビームを照射して多
結晶シリコン膜を形成してもよい。

【００８５】この図１３と図１４の方法では、信号側駆
動回路を構成する薄膜トランジスタと表示領域の画素の
スイッチング素子である薄膜トランジスタの性能が同じ
場合に、非常に便利な方法である。

【００８６】さらに、この図１３と図１４の方法による
レーザビームの照射は、シリコン薄膜のパターニング前
でも後でも可能である。

【００８７】信号側駆動回路と走査側駆動回路がそれぞ
れ１つずつ内蔵されたアクティブマトリクス基板の場合
でも本発明を実施する事が出来る。

【００８８】以上の発明では、１つの表示領域に２つず
つの信号側駆動回路と走査側駆動回路が構成された実施
例を説明したが、次の第８の実施例のように、１つの表
示領域に対し１つずつの信号側駆動回路と走査側駆動回
路が構成された場合でも本発明を利用することができ
る。

【００８９】図１５（ａ）に示すように信号側駆動回路
形成領域ＸＤＲと走査側駆動回路形成領域ＹＤＲを一括
して、ＸｅＣｌエキシマレーザを照射して多結晶シリコ
ン膜を形成する。このとき表示領域のシリコン薄膜には
レーザビームを照射しない。レーザビームの照射領域Ｒ
ＬＲと非照射領域の境界は表示領域と、それぞれの駆動
回路形成領域の間に存在する。このレーザビームの照射
により、図１５（ｂ）に示すように信号側駆動回路の多
結晶シリコン膜ＰＸＤと走査側駆動回路の多結晶シリコ
ン膜ＰＹＤが形成される。

【００９０】次に、図１６（ａ）に示すように表示領域
のシリコン薄膜にＸｅＣｌエキシマレーザを照射して結
晶化するこのレーザビームの照射領域ＲＬＲと非照射領
域の境界は、表示領域と駆動回路形成領域の間に存在す
る。

【００９１】以上の第６から第８の実施例により、駆動
回路形成領域と表示領域に、きわめて均一性が高く、粒
径が３００ｎｍ程度の欠陥が少ない良質な多結晶シリコ
ン膜が形成される。

【００９２】よって、本発明の方法ではエキシマレーザ
ビームの照射により、高移動度の薄膜トランジスタによ
って構成された駆動回路を内蔵する液晶表示対応のアク
ティブマトリクス基板を製造する事が出来る。

【００９３】レーザーアニールで結晶化したシリコン薄
膜を利用した薄膜トランジスタの特性は、移動度で１０
０ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１以上の特性が得られるのにも関わ
らず、従来の方法では移動度が６０ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１
程度に低下し、レーザーアニール法によるシリコン薄膜
結晶化の利点を損なう欠点があった。

【００９４】しかし、本発明では、パルスレーザビーム
を走査して照射領域を重ねる方法で発生する微結晶シリ
コンの影響がなく、結晶粒径が大きく結晶欠陥がない高
品質の多結晶シリコン薄膜がアクティブマトリクス基板
の作製領域全体で均一に得られる。従って、レーザアニ
ールの利点を生かした１００ｃｍ²Ｖ^-1ｓ^-1以上の移動
度の薄膜トランジスタで構成された駆動回路を内蔵し、
高速で画素をスイッチングできるアクティブマトリクス
基板を製造できる。

【００９５】

【発明の効果】本発明のように、アクティブマトリクス
基板を一括してレーザービーム照射する時に、ガラス基
板の周辺部と中央部で、レーザービーム強度を変えるの
で、例えば、ガラス基板上の周辺部と中央部でシリコン
薄膜の膜厚にバラツキが存在した場合でも、ガラス基板
内でのシリコン薄膜の結晶性を均一に制御できるという
大きな効果が得られる。その結果、ガラス基板内で、均
一な特性のアクティブマトリクス基板を製造することが
可能となる。また、１個のアクティブマトリクス基板内
の信号側駆動回路形成領域と走査側駆動回路形成領域と
表示領域が、異なるレーザービーム強度で照射されるの
で、使用目的に応じた特性の薄膜トランジスタを作成す
ることが容易になる。例えば、駆動回路領域に比べて、
薄膜トランジスタのオン電流が小さくても良い表示領域
のレーザービーム強度を、駆動回路形成領域のレーザー
ビーム強度よりも小さく設定して照射することが可能と
なり、工程の簡略化及び低コスト化に大きな効果があ
る。さらに、ガラス基板内のシリコン薄膜の膜厚分布に
応じてエネルギービーム強度を設定すれば、均一な特性
のアクティブマトリクス基板を製造することが可能とな
る。本発明は、ガラス基板内で、均一で、優れた特性の
アクティブマトリクス基板を製造することが可能となる
製造方法を提供するものである。

【００９６】リーク電流が極めて小さい表示領域の画素
のスイッチング素子である薄膜トランジスタと、高速動
作の駆動回路を内蔵する本発明のアクティブマトリクス
基板は画素が１０００個ｃｍ^-2以上ある高密度で、高精
細であり、高品位の表示が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のアクティブマトリクス基板製造工程
図。

【図２】 本発明のアクティブマトリクス基板製造工程
図。

【図３】 本発明のアクティブマトリクス基板製造工程
図。

【図４】 本発明のアクティブマトリクス基板製造工程
図。

【図５】 本発明のアクティブマトリクス基板製造工程
図。

【図６】 本発明のアクティブマトリクス基板製造工程
図。

【図７】 本発明のアクティブマトリクス基板製造工程
図。

【図８】 本発明のアクティブマトリクス基板製造工程
図。

【図９】 本発明のアクティブマトリクス基板製造工程
図。

【図１０】 本発明のアクティブマトリクス基板製造工
程図。

【図１１】 本発明のアクティブマトリクス基板製造工
程図。

【図１２】 本発明のアクティブマトリクス基板製造工
程図。

【図１３】 本発明のアクティブマトリクス基板製造工
程図。

【図１４】 本発明のアクティブマトリクス基板製造工
程図。

【図１５】 本発明のアクティブマトリクス基板製造工
程図。

【図１６】 本発明のアクティブマトリクス基板製造工
程図。

【図１７】 エキシマレーザビームのエネルギー分布
図。

【図１８】 従来のレーザアニールによる多結晶シリコ
ンの製造図。

【符号の説明】

ＡＤＲ…レーザビームの照射境界 ＡＬＣ…アクティブマトリクス基板形成領域 ＤＣＬ…アクティブマトリクス基板切断線 ＤＬＲ…エキシマレーザビーム ＤＰＬ…駆動回路形成領域の多結晶シリコン薄膜 ＤＲＣ…アクティブマトリクス基板形成領域と、隣のア
クティブマトリックス基板形成領域のシリコン薄膜を結
晶化するためのレーザビームの照射領域との距離 ＤＲＲ…ドレイン領域 ＤＳＳ…表示領域 ＦＬＳ…図５の方法による１回目のエキシマレーザビー
ムの照射 ＦＰＬ…１回目のエキシマレーザビームの照射で形成さ
れた多結晶シリコン薄膜 ＦＳＰ…１パルス目のレーザビーム照射領域 ＧＬＳ…ガラス基板 ＧＳＤ…ゲート絶縁膜 ＧＴＤ…ゲート電極 ＩＭＰ…イオン注入 ＩＳＤ…第一の層間絶縁膜 Ｌｓ…レーザビーム走査ピッチ ＬＳＢ…エキシマレーザビーム ＬＳＲ…レーザ照射 Ｌｖ…１回目と２回目のエキシマレーザビームの照射領
域の重なり幅 ＭＣＲ…エキシマレーザビームの境界領域の照射で形成
された微結晶シリコン薄膜 ＮＳＰ…Ｎパルス目のレーザビーム照射領域 ＰＣＲ…大粒径の結晶粒で構成された多結晶シリコン薄
膜 ＰＤＳ…表示領域の多結晶シリコン薄膜 ＰＳＬ…多結晶シリコン薄膜 ＰＴＣ…隣接アクティブマトリクス基板距離 ＰＶＳ…パッシベーション膜 ＰＹＤ…走査線側駆動回路形成領域の多結晶シリコン薄
膜 ＰＸＤ…信号線側駆動回路形成領域の多結晶シリコン薄
膜 ＲＬＣ…アクティブマトリクス基板形成領域 ＲＬＲ…レーザビーム照射領域 ＲＭＸ…多結晶シリコン薄膜形成領域 ＳＣＲ…ソース領域 ＳＬＲ…シリコン薄膜 ＳＬＳ…図５の方法による２回目のエキシマレーザビー
ムの照射 ＳＰＣ…固相成長法により形成された多結晶シリコン薄
膜 ＳＰＬ…２回目のエキシマレーザビームの照射で形成さ
れた多結晶シリコン薄膜 ＳＳＤ…ソース電極 ＳＳＰ…２パルス目のレーザビーム照射領域 ＴＥＤ…画素電極 ＵＮＬ…パッシベーション膜 ＸＤＲ…信号線側駆動回路形成領域 ＹＤＲ…走査線側駆動回路形成領域

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/336 Ｈ０１Ｌ 29/78 ６２７Ｇ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 29/786 G02F 1/1368 G09F 9/00 348 G09F 9/30 338 H01L 21/20 H01L 21/336

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に、表示領域と駆動回路形成領域
   を備えたアクティブマトリクス基板を複数個製造するア
   クティブマトリクス基板の製造方法において、 基板上にシリコン薄膜を形成する工程と、 エネルギービームの照射領域と非照射領域の境界が駆動
   回路形成領域あるいは表示領域に掛からないように、エ
   ネルギービ−ムを照射することにより前記シリコン薄膜
   を結晶化する工程とを含み、 前記アクティブマトリクス基板の形成領域内において前
   記エネルギービームの照射領域が複数箇所あり、前記シ
   リコン薄膜を結晶化する工程においては１箇所の照射領
   域へのエネルギービームの照射強度と、他の照射領域へ
   のエネルギービームの照射強度とが異なっていることを
   特徴とするアクティブマトリクス基板の製造方法。
2. 【請求項２】 基板上に、表示領域と駆動回路形成領域
   を備えたアクティブマトリクス基板を複数個製造するア
   クティブマトリクス基板の製造方法において、 基板上にシリコン薄膜を形成する工程と、 前記表示領域のシリコン薄膜にエネルギービームを照射
   して前記表示領域のシリコン薄膜を結晶化する工程と、 前記駆動回路形成領域のシリコン薄膜にエネルギービー
   ムを照射して前記駆動回路形成領域のシリコン薄膜を結
   晶化する工程とを含み、 前記表示領域へのエネルギービームの照射強度と、前記
   駆動回路形成領域へのエネルギービームの照射強度とが
   異なることを特徴とするアクティブマトリクス基板の製
   造方法。