JP4017240B2

JP4017240B2 - 薄膜トランジスタの製造方法

Info

Publication number: JP4017240B2
Application number: JP8362698A
Authority: JP
Inventors: 龍司西川
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1998-03-30
Filing date: 1998-03-30
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2018-03-30
Also published as: JPH11284188A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor、以下、「ＴＦＴ」と称する。）に関し、特に電界移動度を容易に制御できるＴＦＴに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、同一基板上にＴＦＴを複数設けた表示装置、例えばアクティブマトリクス型液晶表示装置（Liquid Crystal Display、以下、「ＬＣＤ」と称する。）のドライバ素子及び表示画素駆動素子として用いたいわゆるドライバ一体型ＬＣＤの開発が進められている。
【０００３】
以下に従来のドライバ一体型ＬＣＤについて説明する。
図５に従来のドライバ一体型のブロック図を示す。
絶縁性基板１の中央部付近には表示電極がマトリクス状に配列された表示画素部が設けられており、その表示電極はそれぞれの表示画素に設けられたＴＦＴのソース電極と接続されている。即ち表示画素部の各表示電極はＴＦＴによって駆動されている。
【０００４】
また、表示画素部の周辺には表示画素部のＴＦＴに走査信号及び映像信号を供給するＸ軸ドライバ及びＹ軸ドライバからなる周辺ドライバ部が設けられている。この周辺ドライバ部はシフトレジスタから成っており、そのシフトレジスタもＴＦＴから成っている。
こうして表示画素部及び周辺ドライバ部にはそれぞれＴＦＴが設けられている。
【０００５】
ところで、これらのＴＦＴのうち、周辺ドライバ部を構成するＴＦＴは、高速信号処理が必要なことから高電界移動度、即ち高いオン電流が要求されるため、この高速処理のための高電界移動度を優先する必要がある。
そのため、表示画素部及び周辺ドライバ部のＴＦＴが同じ半導体膜、例えば多結晶シリコン膜を能動層として用いて形成される場合には周辺ドライバ部のオン電流が高くなるように能動層の多結晶化が行われることになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、そうするとオン電流が高い反面、オフ電流も高くなってしまう。従って表示画素部のＴＦＴはリーク電流が発生することになる。
そこでこのリーク電流を防止するために、図６に示すように１つのＴＦＴに２つのゲートを設けて抵抗を高くしたいわゆるダブルゲート電極構造を有するＴＦＴ構造とすることが提案されている。
【０００７】
しかし、１つの表示画素にゲートが２つ形成されると、表示画素に対する表示領域の割合、即ち開口率が低下してしまうという欠点があるとともに、２つのゲートを形成することからＴＦＴの歩留まりが低下するという欠点があった。
なお、周辺ドライバ部のＴＦＴの電界移動度を向上させるために周辺ドライバ部のＴＦＴの能動層を多結晶シリコンで形成し、表示画素部のＴＦＴの能動層を非晶質シリコンで形成することも提案されているが、そのためには表示画素部を駆動させるための配線及びドライバ回路を新たに設ける必要があるので、表示に関わらない周辺ドライバ部の面積を小さくするいわゆる狭額縁化の妨げになるとともにプロセスの増大となるという欠点もあった。
【０００８】
そこで本発明は、上記の従来の欠点に鑑みて為されたものであり、能動そうの厚みを複数種類とすることで、異なる電界移動度を要求されるＴＦＴを同一基板上に実現することができるとともに、開口率の高いＴＦＴ、その製造方法及び表示装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のＴＦＴは、同一基板上に形成してなる複数の薄膜トランジスタであって、該複数の薄膜トランジスタは、所定の厚みを有する能動層を備えた薄膜トランジスタと、前記所定の厚みと異なる厚みを有する能動層を備えた薄膜トランジスタから成っている。
【００１０】
本発明の表示装置は、同一基板上に、複数の表示画素と、該表示画素を駆動する第１の薄膜トランジスタと、前記表示画素の周辺に第１の薄膜トランジスタを駆動する第２の薄膜トランジスタとを備えて成り、前記第１の薄膜トランジスタの能動層の厚みが第２の薄膜トランジスタの能動層の厚みよりも厚いものである。
【００１１】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、基板上に非晶質半導体膜を形成する工程と、該非晶質半導体膜の一部を被覆物によって被覆領域を形成する工程と、該被覆領域以外の非晶質半導体膜をエッチングして薄くする工程と、前記被覆物を除去する工程と、前記被覆領域及び非被覆領域にレーザを照射して多結晶化して能動層とする工程とを含むものである。
【００１２】
また、基板上に非晶質半導体膜を形成する工程と、該非晶質半導体膜の一部を被覆物によって被覆領域を形成する工程と、該被覆領域以外の非晶質半導体膜上に非晶質半導体膜を更に積層する工程と、前記被覆物を除去する工程と、前記被覆領域及び非被覆領域にレーザを照射して多結晶化して能動層とする工程とを含むものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明のＴＦＴについて説明する。
図１に本発明のＴＦＴの製造工程断面図を示し、図２に表示画素部のＴＦＴの平面図を示す。
図１は、その左側には表示画素部、右側には周辺ドライバ部の製造工程断面図を示している。
【００１４】
工程１（図１（ａ））：石英ガラス、無アルカリガラス等からなる絶縁性基板１上に、Ｃｒ、Ｍｏ等の高融点金属からなるゲート電極２、ＳｉＮ膜及びＳｉＯ２膜から成るゲート絶縁膜３及び非晶質シリコン膜４を順に形成する。
工程２（図１（ｂ））：周辺ドライバ部領域の非晶質シリコン膜を形成した領域以外が被覆されるようにレジストパターン５を形成する。
【００１５】
その後、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング）等のドライエッチングによって周辺ドライバ部の非晶質シリコン膜をエッチングする。これによって、周辺ドライバ部の非晶質シリコン膜の厚みが表示画素部の非晶質シリコン膜の厚みより薄くする。
工程３（図１（ｃ））：レジストパターン５を除去し、表示画素部及び周辺ドライバ部の非晶質シリコン膜にレーザ６を照射する。このとき、表示画素部と周辺ドライバ部には同時にレーザを照射するので表示画素部と周辺ドライバ部には同一のエネルギーのレーザを照射することになる。そして非晶質シリコン膜を多結晶化して多結晶シリコン膜にする。これがＴＦＴの能動層４となる。
【００１６】
工程４（図１（ｄ））：その能動層４には、ゲート電極２上方のチャネル７と、そのチャネル７の両側にイオン注入されて形成されたソース８及びドレイン９とが設けられている。チャネル７の上には、ソース８及びドレイン９を形成する際のイオン注入時にチャネル７にイオンが入らないようにチャネル７を覆うマスクとして機能するＳｉＯ２膜から成るストッパ１０が設けられる。
【００１７】
そして、ゲート絶縁膜３、能動層４及びストッパ８上の全面に、ＳｉＯ２膜、ＳｉＮ膜及びＳｉＯ２膜の順に積層された層間膜１１を形成する。またドレイン９に対応してその層間膜１１に設けたコンタクトホールにＡｌ等の金属を充填してドレイン電極１２を形成する。そして全面に例えば有機樹脂からなる平坦化膜１３を形成する。
【００１８】
表示画素部においては、この平坦化膜１３のソース８に対応した位置にコンタクトホールを形成し、ソース８にコンタクトしたＩＴＯ等の透明導電材料から成りソース電極１４を兼ねた透明電極である表示電極１５を形成する。
こうして、同一基板上で能動層の厚みが異なる表示画素部及び周辺ドライバ部の各ＴＦＴが完成する。
【００１９】
なお、図２に示すように、ゲート信号線Ｇとドレイン信号Ｄとの交差点付近に、表示電極１５を接続したＴＦＴが設けられているが、そのＴＦＴはゲートが１つであるいわゆるシングルゲート構造をなしている。
ここで、能動層４の非晶質シリコン膜の厚みと結晶粒径について説明する。
図３に照射するレーザの照射エネルギーと結晶粒径との関係を示す。
【００２０】
同図において、横軸は非晶質シリコン膜に照射するエキシマレーザの照射エネルギーを示し、縦軸はそのレーザの照射エネルギーに応じて形成される結晶粒径を示している。また、図中の黒塗りの四角（■）は非晶質シリコン膜の膜厚が４００オングストロームの場合を示し、黒塗りの丸（●）は非晶質シリコン膜の膜厚が３５０オングストロームの場合を示し、黒塗りの三角（▲）は非晶質シリコン膜の膜厚が３００オングストロームの場合を示している。
【００２１】
同図において、例えばエキシマレーザのエネルギーを５９５ｍＪとした場合には、非晶質シリコン膜の膜厚が４００オングストロームの場合には結晶粒径が１９０ｎｍ程度と小さく、非晶質シリコン膜の膜厚が３００オングストロームの場合には結晶粒径が４００ｎｍ程度に大きくなる。即ち、同じ照射エネルギーにした場合、非晶質シリコン膜の膜厚を小さくした方が結晶粒径が大きくなる。従って、非晶質シリコンの厚みを小さくした方が電界移動度を高くすることができる。
【００２２】
従来、表示画素部及び周辺ドライバ部のＴＦＴの電界移動度は８０平方センチメートル／（ボルト・秒）であったが、表示画素部の非晶質シリコン膜厚みを４００オングストロームとし、周辺ドライバ部のそれを３００オングストロームとすることによって、表示画素部の電界移動度は４０平方センチメートル／（ボルト・秒）に、また周辺ドライバ部は８０平方センチメートル／（ボルト・秒）とすることができた。
【００２３】
このように、高い電界移動度が要求される周辺ドライバ部のＴＦＴにおいてはそのＴＦＴの能動層の厚みを薄くし、周辺ドライバ部のＴＦＴに比べて低い電界移動度でもよい表示画素部のＴＦＴにおいては能動層の厚みを周辺ドライバ部のそれより厚くすることにより、同時にレーザ照射した場合にも表示画素部及び周辺ドライバ部のＴＦＴの電界移動度を調整することができる。
【００２４】
また、非晶質シリコンの厚みが厚く電界移動度がそれほど高くない表示画素部のＴＦＴは、その特性、特にリーク電流を小さくすることができるので表示画素部のＴＦＴの電圧保持率を向上させることができるとともに、表示画素部のＴＦＴをダブルゲート構造とする必要がなくなるので表示画素の開口率を向上させることができる。
【００２５】
なお、上述のＴＦＴをＬＣＤに用いた場合の断面図を図４に示す。
ＴＦＴの構造は、上述の図１に記載のように、表示画素部の能動層の厚みが周辺ドライバ部の能動層よりも厚い構造であり、またＬＣＤの構造は、そのＴＦＴを備えた絶縁性基板１と、この基板１に対向した対向電極１６を有する対向基板１７とを周辺をシール接着剤１８により接着し、両基板１，１７によって形成された空隙に液晶１９を充填した構造である。
【００２６】
なお、本実施の形態においては、ＴＦＴの能動層の厚みを２種類とした場合について説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、３種類以上の能動層の厚みであっても良い。
また、本実施の形態においては、非晶質シリコン膜を絶縁性基板上に形成し、そして非晶質シリコン膜を薄くする箇所をレジストパターンの開口部としてその開口部をエッチングして薄くした場合を示したが、非晶質シリコン膜を絶縁性基板上に形成し、そして非晶質シリコン膜を厚くする箇所に部分的に更に非晶質シリコン膜を形成して厚みを制御しても良い。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、ＴＦＴの能動層の厚みを所望とする電界移動度が得られる厚みとするだけで、異なる特性を要求されるＴＦＴを同一基板上に実現することができるとともに開口率の高いＴＦＴ、その製造方法及び表示装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すＴＦＴの製造工程断面図である。
【図２】本発明の実施の形態を示すＴＦＴの平面図である。
【図３】本発明の実施の形態のレーザの照射エネルギーと結晶粒径との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態を示すＬＣＤの断面図である。
【図５】従来のＬＣＤのブロック図である。
【図６】従来のＴＦＴの平面図である。
【符号の説明】
１絶縁性基板
２ゲート電極
４能動層
５レジストパターン
８ソース
９ドレイン
７チャネル
１０ストッパ
１１層間膜
１３平坦化膜
１５表示電極

Claims

基板上に非晶質半導体膜を形成する工程と、前記非晶質半導体膜の一部を被覆物によって被覆領域を形成する工程と、前記被覆領域以外の非晶質半導体膜をエッチングして薄くする工程と、前記被覆物を除去する工程と、前記被覆領域及び非被覆領域に同じ照射エネルギーのレーザを照射して多結晶化することにより、前記非被覆領域の結晶粒径を前記被覆領域の結晶粒径より大きくする工程と、
前記被覆領域及び非被覆領域にそれぞれ薄膜トランジスタを形成する工程とを含む薄膜トランジスタの製造方法。
基板上に非晶質半導体膜を形成する工程と、前記非晶質半導体膜の一部を被覆物によって被覆領域を形成する工程と、前記被覆領域以外の非晶質半導体膜上に非晶質半導体膜を更に積層する工程と、前記被覆物と共に前記被覆物上の前記非晶質半導体膜を除去する工程と、前記被覆領域及び非被覆領域に同じ照射エネルギーのレーザを照射して多結晶化することにより、前記被覆領域の結晶粒径を前記非被覆領域の結晶粒径より大きくする工程と、前記被覆領域及び非被覆領域にそれぞれ薄膜トランジスタを形成する工程とを含む薄膜トランジスタの製造方法。