專(zhuān)利名稱(chēng):用于液晶顯示裝置的tft陣列基片和其制造方法以及用該基片的液晶顯示裝置和其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及在用薄膜晶體管的有源矩陣式液晶顯示裝置中使用的TFT(薄膜晶體管)陣列基片。
背景技術(shù):
近年來(lái),為了取代非晶硅的薄膜晶體管,將低溫處理形成的多晶硅薄膜晶體管(以下稱(chēng)為多晶硅型的TFT)用作控制元件的有源矩陣方式的液晶顯示裝置的開(kāi)發(fā)變得十分活躍。其原因在于多晶硅型TFT與非晶硅的TFT比較場(chǎng)效應(yīng)遷移率大,所以能夠得到清晰度更高和孔徑率更大的液晶顯示裝置,且因?yàn)槭堑蜏靥幚硇文軌蚴褂昧畠r(jià)的玻璃基片,所以能夠以低成本提供大面積的高清晰的液晶顯示裝置。
結(jié)合圖7說(shuō)明這種低溫處理的多晶硅型TFT的制造方法。圖7是表示低溫處理的多晶硅型TFT的制造順序的截面圖。在圖7中,701是玻璃基片,702是緩沖層,703是非晶硅層,704是多晶硅層,705是柵絕緣層,706是柵電極,707是源區(qū),708是漏區(qū),709是接觸孔,710是源電極,711是漏電極。
作為制造順序,首先,在玻璃基片701上形成例如由膜厚600的Si3N4層組成的緩沖層702,在該緩沖層702的整個(gè)表面上堆積非晶硅(圖7(a))。其次,用受激準(zhǔn)分子激光照射該非晶硅層703的整個(gè)表面,使硅加熱熔化再結(jié)晶,形成多晶硅層704。在多晶硅層704上蒸鍍上例如膜厚200的Si3N4層和膜厚1500的SiO2層,形成柵絕緣層705,在該柵絕緣層705上,形成例如由膜厚6000的Mo組成的柵電極706。然后,將該柵電極706作為掩模將磷離子注入多晶硅層704(圖7(b))。再次用受激準(zhǔn)分子激光照射,激活注入多晶硅層704的磷離子,形成源區(qū)707和漏區(qū)708(圖7(c))。最后,對(duì)柵絕緣層705進(jìn)行蝕刻形成到達(dá)源區(qū)707和漏區(qū)708的接觸孔709·709,向該接觸孔709·709埋入A1,形成膜厚3000的源電極710和漏電極711。通過(guò)上述步驟制成低溫處理的多晶硅型TFT。
在該方法中,因?yàn)槭褂檬芗?zhǔn)分子激光器的激光進(jìn)行多晶化,所以基片溫度的上升不大(約600℃以下)。因此,能夠使用廉價(jià)的玻璃基片,與高溫處理法(約1000℃以上)比較,能夠形成大面積的多晶硅薄膜。因此,能夠使液晶顯示裝置大畫(huà)面化。
可是,用上述的低溫處理法制造大畫(huà)面的液晶顯示裝置時(shí),由于出現(xiàn)很多的顯示斑點(diǎn),現(xiàn)在還不能充分實(shí)現(xiàn)它的顯示性能。
發(fā)明概述本發(fā)明的主要目的是解決在以前的低溫處理的多晶硅型TFT中存在的上述課題。本發(fā)明的目的是,更具體地,除了不用高價(jià)的石英基片外,提供場(chǎng)效應(yīng)遷移率高,而且場(chǎng)效應(yīng)遷移率的面內(nèi)離散少的多晶硅型TFT陣列基片。此外,本發(fā)明的目的是用這種多晶硅型TFT陣列基片,更廉價(jià)地提供有大畫(huà)面的高清晰的,高性能的液晶顯示裝置。
在揭示為了達(dá)到上述目的的本發(fā)明的構(gòu)成之前,先對(duì)在以前的低溫處理形的多晶硅型TFT中發(fā)生顯示斑點(diǎn)的原因進(jìn)行考察。
圖4是TFT陣列基片的示意平面圖,圖中,412是玻璃基片,413是在玻璃基片412上形成的像素部分。在該像素部分413中,像素是矩陣狀地排列的(圖中未畫(huà)出),又與各像素對(duì)應(yīng)地配置著用于像素開(kāi)關(guān)的TFT。414,415是為了驅(qū)動(dòng)用于上述像素開(kāi)關(guān)的TFT的所謂的周邊驅(qū)動(dòng)電路,例如414是內(nèi)藏TFT的柵驅(qū)動(dòng)電路部分,415是內(nèi)藏TFT的源驅(qū)動(dòng)電路部分。
如上述圖7所示,在以前的方法中,在玻璃基片412的整個(gè)表面上堆積著非晶硅,然后用受激準(zhǔn)分子激光器的激光照射非晶硅層的大致整個(gè)面積,使硅加熱熔化,實(shí)現(xiàn)多晶化??墒?,在用該方法時(shí),會(huì)發(fā)生如下的問(wèn)題。
即,因?yàn)槭芗?zhǔn)分子激光的寬度受到限制,所以不能一次地進(jìn)行大面積地照射。因此,采用在基片面上用線狀的受激準(zhǔn)分子激光(線狀光束)順次掃描的方法,可是,在用該方法時(shí),在線狀光束的線方向上形成長(zhǎng)而窄的結(jié)晶粒子。此外因?yàn)槭琼槾蔚剡M(jìn)行結(jié)晶的方法,所以容易使晶粒的形狀和大小不均勻。而且在非晶體硅層上不存在在結(jié)晶的初始階段誘導(dǎo)結(jié)晶成長(zhǎng)的晶核。因此,在受激準(zhǔn)分子激光照射下,在開(kāi)始結(jié)晶的某個(gè)階段,晶核既不確實(shí)又無(wú)秩序地發(fā)生,結(jié)晶體急速地成長(zhǎng)。因此,晶體成長(zhǎng)變得既不穩(wěn)定又無(wú)秩序,作為它的一個(gè)結(jié)果,晶粒的形狀和大小變得不均勻。而且,因?yàn)榻Y(jié)晶急速地成長(zhǎng),微小的晶粒相互碰撞,在晶粒的邊界上發(fā)生堆積,晶粒邊界部分的構(gòu)造發(fā)生畸曲。
實(shí)際上,本發(fā)明的發(fā)明人對(duì)320mm×400mm的非晶硅層用受激準(zhǔn)分子激光(線狀光束)進(jìn)行掃描實(shí)現(xiàn)多晶化,在對(duì)該多晶硅層的場(chǎng)效應(yīng)遷移率進(jìn)行調(diào)查時(shí),確認(rèn)因部位不同場(chǎng)效應(yīng)遷移率分散在50~300cm2/V·s的范圍內(nèi)。而且,確認(rèn)周邊區(qū)域的多晶硅的場(chǎng)效應(yīng)遷移率有比中心部分附近高的傾向。
總之,用現(xiàn)有的低溫處理的多晶硅型TFT的制造方法時(shí),因?yàn)槎嗑Ч鑼拥膱?chǎng)效應(yīng)遷移率不均勻,特別是在像素部分陣列狀地形成的TFT上這種傾向變得更顯著,所以要考慮顯示斑點(diǎn)(例如線狀的斑點(diǎn))的發(fā)生。與此相對(duì)地,使用用高價(jià)的石英基片進(jìn)行高溫處理的多晶化法時(shí),就容易消除在低溫處理法中存在的上述問(wèn)題??墒?,在用高溫處理法時(shí),存在難以制造大的畫(huà)面,而且導(dǎo)致成本上升的問(wèn)題。
為了解決上述那樣的問(wèn)題,本發(fā)明如下地構(gòu)成。下面,依次將本發(fā)明分成第1發(fā)明群~第7發(fā)明群加以說(shuō)明。
(1)第1發(fā)明群根據(jù)第1發(fā)明群的本發(fā)明的第1種方案,是用于液晶顯示裝置的TFT陣列基片的制造方法,具有在基片上形成在溝道區(qū)域用多晶硅半導(dǎo)體層的多晶硅型TFT的制作工藝,其特征在于具有為了使硅粒子在基片上堆積起來(lái)的階段中形成多晶硅層,預(yù)先施加能量對(duì)硅粒子進(jìn)行激發(fā),用被激發(fā)的硅粒子照射所述的基片,硅粒子在基片上堆積起來(lái),形成多晶硅層的步驟。
如果用這種構(gòu)成,即便是大面積也能在面內(nèi)形成場(chǎng)效應(yīng)遷移率均勻的多晶硅層。其理由如下所示。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)形成多晶硅層的方法,是通過(guò)在基片上堆積非晶硅,然后使非晶硅加熱熔化再結(jié)晶來(lái)制造多晶硅層。然而,用該方法時(shí),在加熱熔化后的初始階段,晶核既不確定又無(wú)秩序地發(fā)生,因?yàn)榫Я5男螤詈痛笮〔痪鶆?,所以產(chǎn)生場(chǎng)效應(yīng)遷移率離散等問(wèn)題。
與此相對(duì)地,上述的構(gòu)成是通過(guò)用附加了能量的硅粒子,硅粒子在基片上堆積起來(lái)的階段中形成多晶硅層的制造方法,因?yàn)闆](méi)有使非晶硅加熱熔化再結(jié)晶的工序,所以不發(fā)生在以前的低溫處理法中存在的那種問(wèn)題。我們將進(jìn)而對(duì)此加以說(shuō)明。用上述的構(gòu)成時(shí),附加了能量的硅粒子到達(dá)基片后,在短暫的時(shí)間內(nèi)也有通常水平以上的能量。因此,在基片上遷移,能量狀態(tài)向更穩(wěn)定化的穩(wěn)定點(diǎn)移動(dòng)。通過(guò)這種運(yùn)動(dòng)進(jìn)行堆積層的多晶化,因?yàn)樵谶M(jìn)行多晶化的過(guò)程中,新的硅粒子在順次地用新的硅粒子照射的基片上發(fā)生遷移,所以即便在晶體結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生缺陷等,新加上去的硅粒子也會(huì)彌合結(jié)晶缺陷等。因此,用上述的構(gòu)成時(shí),能夠形成結(jié)晶缺陷少的晶粒,同時(shí)能夠形成密度均勻的品質(zhì)優(yōu)良的多晶硅層。
此外,用以前的低溫處理法,因?yàn)榛娣e變大時(shí)溫度分布變得不均勻,所以難以形成品質(zhì)優(yōu)良的多晶硅層,可是因?yàn)樯鲜龅谋景l(fā)明的制造方法是用附加了能量的硅粒子順次地照射基片,同時(shí)并行地進(jìn)行多晶化的方法,所以不受基片面積大小的影響,能夠形成均勻的多晶硅層,并且因?yàn)椴恍枰訜崛刍?,所以生產(chǎn)效率高。
與第1發(fā)明群有關(guān)的第2種方案的特征在于,在形成上述的的第1種方案的多晶硅層的步驟后,進(jìn)而具有對(duì)用上述的形成多晶硅層的步驟形成的多晶硅層進(jìn)行加熱熔化再結(jié)晶的加熱處理步驟。
在對(duì)用所述的形成多晶硅層的步驟制作的多晶硅層進(jìn)行加熱處理的這種構(gòu)成中,能夠制成有特別高的場(chǎng)效應(yīng)遷移率的多晶硅層。其理由是在加熱上述的多晶硅層時(shí),小的晶粒應(yīng)該熔化再結(jié)晶成為熔化物,但是大的結(jié)晶粒子不能完全熔化,作為微小粒子殘存下來(lái),成為再結(jié)晶化時(shí)的晶核。因此,再結(jié)晶化能夠平滑地進(jìn)行,結(jié)果是能夠形成作為由均勻的大粒子組成的晶粒的集合體的再結(jié)晶多晶硅層。因?yàn)檫@樣的多晶硅層的場(chǎng)效應(yīng)遷移率高,所以就能夠制作高速的多晶硅型TFT。
與第1發(fā)明群有關(guān)的第3種方案的特征在于在上述的加熱處理步驟中進(jìn)行的熱處理是在含有氫氣的氣氛中進(jìn)行的。
在氫氣的氣氛中進(jìn)行加熱處理時(shí),因?yàn)楣璧膽覓戽I成為終端,所以能夠進(jìn)而提高多晶硅層的場(chǎng)效應(yīng)遷移率。
與第1發(fā)明群有關(guān)的第4種方案的特征在于在上述的形成多晶硅層的步驟后,有制作用于像素開(kāi)關(guān)的多晶型TFT的步驟和制作為了驅(qū)動(dòng)用于所述的像素開(kāi)關(guān)的多晶型TFT的驅(qū)動(dòng)用的多晶硅型TFT的步驟。
因?yàn)樵谏鲜龅男纬啥嗑Ч鑼拥牟襟E中形成的多晶硅層有高的場(chǎng)效應(yīng)遷移率,所以將這種多晶硅層做成溝道區(qū)域的FTF在高速性方面優(yōu)良,作為用于像素開(kāi)關(guān)的元件也好,作為用于像素開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)電路的元件也好,都能使用得很好。因此,作為在一塊基片上一起形成用于像素開(kāi)關(guān)的多晶硅型TFT和驅(qū)動(dòng)它的多晶硅型TFT的上述制造方法,能夠高效率地制造出用于在高速性和密集度方面都很好的液晶顯示裝置的TFT陣列基片。
與第1發(fā)明群有關(guān)的第5種方案的特征在于在上述的第4種方案中的形成上述的用于驅(qū)動(dòng)的多晶硅型TFT的步驟前,有只對(duì)形成用于驅(qū)動(dòng)的多晶硅型TFT的特定區(qū)域進(jìn)行選擇性地加熱處理,以提高該區(qū)域的多晶硅層的結(jié)晶性的特定區(qū)域加熱處理步驟。
在這種構(gòu)成中,只對(duì)形成用于驅(qū)動(dòng)的多晶硅型TFT的特定區(qū)域?qū)嵤╊A(yù)先的加熱處理進(jìn)行再結(jié)晶化,但是用該方法能夠高效率地制造在高速性方面優(yōu)良的TFT陣列基片。因?yàn)橛糜隍?qū)動(dòng)的TFT與用于像素開(kāi)關(guān)的TFT比較必須有更好的高速性。另一方面,形成用于周邊驅(qū)動(dòng)電路的TFT的特定區(qū)域與基片全體的面積比較是一個(gè)極小的面積。從而,因?yàn)樵谏鲜龅臉?gòu)成中只要對(duì)必需有更好的高速性的電路部分實(shí)施加熱處理,能夠以更少的能量進(jìn)行再結(jié)晶化,此外由于加熱面積小,不易發(fā)生不均勻的溫度分布,所以能夠獲得均勻的結(jié)晶化。
與第1發(fā)明群有關(guān)的第6種方案的特征在于用受激準(zhǔn)分子激光器或紅外線燈作為在上述的第5種方案中,在上述的特定區(qū)域的加熱處理步驟中的加熱裝置。受激準(zhǔn)分子激光器或紅外線燈能夠局部地加熱,并且加熱效率高,是非常好的加熱裝置。
現(xiàn)在結(jié)合上述的圖4對(duì)上述的第5種方案和第6種方案作一步的說(shuō)明。
圖4(a)和(b)是示意地表示一般的用于液晶顯示裝置的TFT陣列基片的平面圖,圖4(a)和圖4(b)的不同處在于液晶顯示裝置的顯示部分的面積不同。即,與圖4(a)比較,圖4(b)方面有大的顯示面積。這里,在基片上形成非晶硅的層后,在依靠受激準(zhǔn)分子激光退火進(jìn)行結(jié)晶化的以前的方法中,必須對(duì)基片的幾乎整個(gè)面積進(jìn)行受激準(zhǔn)分子激光的照射。但是現(xiàn)在還沒(méi)有能夠一次就對(duì)大面積進(jìn)行受激準(zhǔn)分子激光照射的裝置。因此,要采用線狀的受激準(zhǔn)分子激光順次地進(jìn)行掃描的方法,但是用該方法時(shí),生產(chǎn)效率下降,同時(shí)不易得到均勻的多晶硅層。而且,在用紅外線燈,用紅外線全面照射的方法中,基片溫度增加到高溫,不能使用廉價(jià)的玻璃基片。
與此相反,如果用上述的第5和第6種方案,就不會(huì)發(fā)生在以前技術(shù)中發(fā)生的那種問(wèn)題。第一個(gè)理由是因?yàn)樵诨闲纬傻膶訌囊婚_(kāi)始就是多晶硅層,第二個(gè)理由是因?yàn)橹粚?duì)基片上限定的特定區(qū)域進(jìn)行加熱處理(再結(jié)晶處理)。
如從圖4(a)和圖4(b)的比較可以清楚地看到的那樣,驅(qū)動(dòng)電路部分的橫向?qū)挾炔粫?huì)對(duì)顯示部分的面積大小有太大的影響。因此,如果只對(duì)驅(qū)動(dòng)電路部分進(jìn)行再結(jié)晶化,則不需要特別的受激準(zhǔn)分子激光照射裝置,就能夠獲得再結(jié)晶化。然而,因?yàn)槠渌糠?像素部分)是多晶硅層,所以即使不進(jìn)行再結(jié)晶化也有足夠的場(chǎng)效應(yīng)遷移率。進(jìn)而,多晶硅層的再結(jié)晶化,與非晶硅層結(jié)晶化的情形比較能夠得到高品質(zhì)的多晶硅層。如上上述,用上述的第5和第6種方案時(shí),能夠在陣列基片的全部面積上得到均勻的晶體管特性。
在圖4(a)中,用受激準(zhǔn)分子激光的線束432a、432b一邊進(jìn)行掃描一邊進(jìn)行照射時(shí)的掃描方向433a、433b與源和門(mén)信號(hào)的掃描方向平行時(shí),用光束寬度小的激光也能進(jìn)行高效率的再結(jié)晶。
與第1發(fā)明群有關(guān)的第7種方案的特征在于在上述的第6種方案中的在上述的特定區(qū)域加熱處理的步驟中進(jìn)行的加熱處理是在含氫氣的氣氛中進(jìn)行的。在含氫氣的氣氛中進(jìn)行加熱處理時(shí),能使硅的懸掛鍵成為終端,所以能夠進(jìn)一步提高多晶硅層的場(chǎng)效應(yīng)遷移率,這是一個(gè)很好的優(yōu)點(diǎn)。
與第1發(fā)明群有關(guān)的第8種方案的特征在于為了使在上述的第5種方案中,上述的特定區(qū)域的場(chǎng)效應(yīng)遷移率達(dá)到100cm2/V·s以上那樣地進(jìn)行上述的加熱處理。當(dāng)場(chǎng)效應(yīng)遷移率達(dá)到100cm2/V·s以上時(shí),就可以進(jìn)行高頻驅(qū)動(dòng)。
與第1發(fā)明群有關(guān)的第9種方案的特征在于在上述的第2種方案中的上述的加熱處理步驟后,有制作用于開(kāi)關(guān)像素的像素開(kāi)關(guān)的多晶硅型TFT的步驟,和將單晶硅IC(集成電路)芯片裝入上述的基片的IC芯片裝入步驟,在單晶硅IC(集成電路)芯片中內(nèi)藏著為了驅(qū)動(dòng)用上述制造方法制作的用于像素開(kāi)關(guān)的多晶硅型TFT的電路。
因?yàn)槎嗑Ч栊蚑FT與非晶硅型TFT比較可以有特別高的開(kāi)關(guān)速度,所以在用于該像素開(kāi)關(guān)的多晶型TFT上,將可以進(jìn)行高頻驅(qū)動(dòng)的單晶硅IC芯片組合成用于驅(qū)動(dòng)的元件時(shí),能夠制作用于充分活用單晶硅IC芯片的高速工作性能得到非常好的響應(yīng)速度的液晶顯示裝置的TFT陣列基片。
與第1發(fā)明群有關(guān)的第10種方案的特征在于實(shí)施在上述的第1種方案的形成的多晶硅層的步驟中,在由固體硅組成的蒸發(fā)源上加上熱能,使硅蒸發(fā)形成硅粒子,在等離子體區(qū)域中激發(fā)這種硅粒子使它離子化后,用激發(fā)狀態(tài)的硅粒子照射上述的基片,硅粒子在基片上堆積起來(lái)的步驟。
在這種構(gòu)成中,因?yàn)橛糜膳c構(gòu)成多晶硅層的物質(zhì)相同的硅組成的蒸發(fā)源形成多晶硅層,所以不會(huì)在多晶硅層中混入雜質(zhì)。此外,在該用蒸發(fā)源的方法中,能夠擴(kuò)大硅粒子的發(fā)生面積,能夠用硅粒子從多個(gè)方向照射基片表面。因此,能夠形成均勻性方面非常良的多晶硅層,在形成特大面積的多晶硅層時(shí),該效果能顯著地發(fā)揮出來(lái)。
進(jìn)而,在這種構(gòu)成中,在等離子體區(qū)域中激發(fā)硅粒子使它們離子化后,用這些硅粒子照射基片表面,硅粒子在基片上堆積起來(lái)形成堆積層,但是在該方法中,照射的硅粒子到達(dá)基片后還保持著能量,能夠在基片上移動(dòng)(遷移)直到能量狀態(tài)到達(dá)更穩(wěn)定的穩(wěn)定點(diǎn)為止。因此,在結(jié)晶過(guò)程中在結(jié)晶內(nèi)發(fā)生缺陷時(shí),新照射的硅粒子進(jìn)行遷移,從而消除了那個(gè)缺陷。在這種構(gòu)成的制造方法中,依靠硅粒子的這種運(yùn)動(dòng),形成了致密的結(jié)晶缺陷少的多晶硅層。這樣的多晶硅層在晶體管特性方面是很好的。
與第1發(fā)明群有關(guān)的第11種方案的特征在于將在上述的第10種方案中的上述的形成多晶硅層步驟中的所述基片放置在等離子體區(qū)域的外面。當(dāng)基片放置在等離子體區(qū)域內(nèi)時(shí),由于等離子體粒子的碰撞基片溫度上升,可是將基片放置在等離子體區(qū)域外的上述構(gòu)成就不會(huì)這樣。因此,能夠使用耐熱溫度低的廉價(jià)的玻璃基片。
與第1發(fā)明群有關(guān)的第12種方案的特征在于將在上述的第10種方案中的上述的形成多晶硅層步驟中的所述基片,放置在與來(lái)自上述蒸發(fā)源的硅粒子的蒸發(fā)放向不同的方向上。
在這種構(gòu)成中,蒸發(fā)的硅粒子,一旦在離開(kāi)基片的方向中移動(dòng),此后,只有激發(fā)的離子化的高能量的粒子才能夠?qū)谋砻孢M(jìn)行照射。
與第1發(fā)明群有關(guān)的第13種方案的特征在于在上述的第1種方案中的形成多晶硅層的步驟是用高頻能量使氣體狀的硅化合物分解生成硅粒子,在等離子體區(qū)域中,激發(fā)硅粒子使它們離子化后,用激發(fā)狀態(tài)的硅粒子照射上述的基片,硅粒子在基片上堆積起來(lái)的步驟。
即使在使氣體狀的硅化合物分解生成硅粒子的方法中,也能得到在上述的第1種方案中說(shuō)明的作用效果。但是,分解硅化合物的方法與從固體狀的硅蒸發(fā)源生成硅粒子的方法比較,生產(chǎn)效率降低,同時(shí)容易在形成的多晶硅層中混入雜質(zhì)。
與第1發(fā)明群有關(guān)的第14種方案的特征在于將在上述的第13種方案中的上述的形成多晶硅層步驟中的所述基片,放置在等離子體區(qū)域的外面。依靠這種構(gòu)成能夠得到與在上述的第11種方案中相同的作用效果。
與第1發(fā)明群有關(guān)的第15種方案的特征在于在上述的第11,12,13或14種方案中,設(shè)置在上述的等離子體區(qū)域和上述的基片之間加上電場(chǎng)的裝置,依靠電場(chǎng)將在上述的等離子體區(qū)域內(nèi)被激發(fā)和離子化的硅粒子引導(dǎo)出來(lái)對(duì)上述的基片進(jìn)行照射。
在這種構(gòu)成中,通過(guò)加上電場(chǎng)的裝置在上述的等離子體區(qū)域中被激發(fā)和離子化的硅粒子中,我們只將離子化的硅粒子引導(dǎo)出來(lái)對(duì)基片進(jìn)行照射,但是,因?yàn)殡x子化的硅粒子有很高的能量水平,所以由于在基片上活躍的遷移形成品質(zhì)更優(yōu)良的多晶硅層。因此,能夠形成更高速度的多晶硅型TFT。
與第1發(fā)明群有關(guān)的第16種方案的特征在于在上述的第10種方案中形成多晶硅層的步驟是使用有用電弧放電的能量照射由固體硅組成的蒸發(fā)源,使硅蒸發(fā)形成硅粒子的硅粒子產(chǎn)生裝置,和將產(chǎn)生的硅粒子導(dǎo)入等離子體區(qū)域內(nèi)加以激發(fā),生成離子化的硅粒子的激發(fā)裝置的壓力梯度型等離子體管,制作被激發(fā)和離子化的硅粒子,用這種硅粒子照射上述的基片,硅粒子在基片上堆積起來(lái)的步驟。
在使用上述的壓力梯度型等離子體管時(shí),能夠效率極高地形成高品質(zhì)的多晶硅層,能夠高效率地制造出特大面積的多晶硅層。
(2)第2發(fā)明群與第2發(fā)明群有關(guān)的本發(fā)明的第17種方案是具有在基片上制作TFT工藝的制造用于液晶顯示裝置的TFT陣列基片的方法,它的特征在于具有通過(guò)在與構(gòu)成柵絕緣層的物質(zhì)相同的物質(zhì)組成的固體狀蒸發(fā)源上加上熱能,從上述的物質(zhì)蒸發(fā)出粒子,在等離子體區(qū)域中激發(fā)和離子化這些粒子,然后,用這種粒子照射上述的基片,粒子在基片上堆積起來(lái),在上述的TFT的溝道區(qū)域的硅半導(dǎo)體層上形成柵絕緣層的步驟。
上述的形成柵絕緣層的步驟是與上述的第1發(fā)明群中說(shuō)明的形成多晶硅層的方法原理上相同的蒸鍍法。因?yàn)樵谠撜翦兎ㄖ?,用?gòu)成柵絕緣層的物質(zhì)完全相同的物質(zhì)制成蒸發(fā)源,從該蒸發(fā)源蒸發(fā)出來(lái)的粒子堆積起來(lái)形成柵絕緣層,所以能夠形成雜質(zhì)很少的柵絕緣層。此外,在上述構(gòu)成的制造方法中,由于采用了負(fù)載保護(hù)方式,成為T(mén)FT的能動(dòng)層的硅層不曝露在大氣中,能夠在多晶硅層上連續(xù)地形成柵絕緣層。因此,能夠完全防止在多晶硅層和柵絕緣層的界面上形成污染。
進(jìn)而,因?yàn)樵谏鲜鰳?gòu)成的制造方法中,與在多晶硅層上的情形相同,能夠形成均勻的致密的柵絕緣層,所以,作為它們的結(jié)果,能夠制造出晶體管特性很少離散的TFT陣列基片。
(3)第3發(fā)明群與第3發(fā)明群有關(guān)的第18種方案是具有在基片上形成TFT工藝的制造用于液晶顯示裝置的TFT陣列基片的方法,它的特征在于有通過(guò)在包含與構(gòu)成柵絕緣層的元素相同的元素的氣體狀化合物上加上高頻能量,使氣體狀化合物分解產(chǎn)生元素粒子,在等離子體區(qū)域中激發(fā)和離子化這些元素粒子,然后,用這種粒子照射上述的基片,在上述的TFT的溝道區(qū)域的硅半導(dǎo)體層上形成柵絕緣層的柵絕緣層形成步驟。
上述構(gòu)成是利用與上述的第1發(fā)明群的第13種方案相同的原理形成柵絕緣層,根據(jù)該構(gòu)成能夠形成Vt特性(晶體管工作的基值電壓;閾值電壓)很少離散的TFT群。
(4)第4發(fā)明群與第4發(fā)明群有關(guān)的第19種方案是具有在基片上制作多晶硅型TFT的工藝的制造用于液晶顯示裝置的TFT陣列基片的方法,其特征在于有通過(guò)將熱能加到由固體硅組成的蒸發(fā)源,使硅蒸發(fā)形成硅粒子,在等離子體區(qū)域中使這種硅粒子激發(fā)和離子化,然后用它們照射上述的基片,在基片上形成多晶硅層的步驟,和在由與構(gòu)成柵絕緣層的物質(zhì)相同的物質(zhì)組成的固體狀蒸發(fā)源上加上熱能,從上述的蒸發(fā)源蒸發(fā)出粒子,在等離子體區(qū)中激發(fā)和離子化這些粒子,然后,用這種粒子照射上述的基片,粒子在基片上堆積起來(lái),形成柵絕緣層的柵絕緣層形成步驟。
依靠這種構(gòu)成,能夠以高的生產(chǎn)效率制造出場(chǎng)效應(yīng)遷移率高,并且Vt特性離散很少的TFT群。
與第4發(fā)明群有關(guān)的第20種方案的特征在于在上述的第19種方案中,用有電弧放電的能量照射由固體狀物質(zhì)組成的蒸發(fā)源,從蒸發(fā)源蒸發(fā)出粒子的粒子產(chǎn)生裝置,和將產(chǎn)生的粒子導(dǎo)入等離子體區(qū)域加以激發(fā)和離子化激發(fā)裝置的壓力梯度型等離子體管,作為用于實(shí)行上述的形成多晶硅層的步驟和形成柵絕緣層的步驟的裝置。
在用上述的壓力梯度型等離子體管時(shí),能夠高效率地產(chǎn)生蒸發(fā)硅粒子。此外,能夠擴(kuò)大蒸發(fā)面積。因此,能夠形成膜密度離散很小的均勻的薄膜,特別是在薄膜面積很大時(shí),該作用效果能顯著地發(fā)揮出來(lái)。
(5)第5發(fā)明群與第5發(fā)明群有關(guān)的第21種方案的特征在于,至少,透明像素電極,用于開(kāi)關(guān)上述的透明像素電極的像素開(kāi)關(guān)的TFT和為了驅(qū)動(dòng)用于上述的像素開(kāi)關(guān)的TFT的驅(qū)動(dòng)元件是用于配置在透明基片上的液晶顯示裝置的TFT陣列基片,用場(chǎng)效應(yīng)遷移率為1~25cm2/V·s的多晶硅型TFT作為用于上述的像素開(kāi)關(guān)的TFT,用場(chǎng)效應(yīng)遷移率為100cm2/V·s以上的多晶硅型TFT作為上述的驅(qū)動(dòng)元件,并且在上述的透明基片上形成這些多晶硅型TFT和上述的透明像素電極。
這種構(gòu)成的意義如下所示。如果元件的場(chǎng)效應(yīng)遷移率為1~25cm2/V·s,則能夠以足夠的速度開(kāi)關(guān)像素,同時(shí)如果場(chǎng)效應(yīng)遷移率在該范圍內(nèi),則能夠用硅粒子在基片上堆積起來(lái)的階段中形成多晶硅層的制法進(jìn)行制造。因此,可以制造出即便顯示部分的面積很大,也沒(méi)有離散的開(kāi)關(guān)。
另一方面,在基片上形成的多晶硅型TFT上能夠?qū)崿F(xiàn)100cm2/V·s以上的場(chǎng)效應(yīng)遷移率,并且如果有100cm2/V·s以上的場(chǎng)效應(yīng)遷移率,則能夠進(jìn)行必要的足夠的高速控制。因此,用上述的構(gòu)成時(shí),能夠廉價(jià)地提供用于能夠高清晰地顯示動(dòng)畫(huà)的液晶顯示裝置的陣列基片。
與第5發(fā)明群有關(guān)的第22種方案的特征在于,在上述的第21種方案中,用場(chǎng)效應(yīng)遷移率為1~25cm2/V·s的多晶硅型TFT作為用于上述的像素開(kāi)關(guān)的TFT,用場(chǎng)效應(yīng)遷移率為100cm2/V·s以上MOS(金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管作為上述的驅(qū)動(dòng)元件,并且該MOS晶體管是附著在上述的透明基片后面的。
場(chǎng)效應(yīng)遷移率為1~25cm2/V·s的多晶硅型TFT足夠?qū)獾耐高^(guò)起ON(通),OFF(斷)的作用,而當(dāng)場(chǎng)效應(yīng)遷移率為100cm2/V·s以上MOS晶體管作為驅(qū)動(dòng)元件附著在它的后面時(shí),能夠充分產(chǎn)生MOS晶體管的性能,構(gòu)成用于可以進(jìn)行高頻驅(qū)動(dòng)的液晶顯示裝置的陣列基片。
(6)第6發(fā)明群與第6發(fā)明群有關(guān)的第23種方案的特征在于,至少,將第1個(gè)梳形像素電極,用于開(kāi)關(guān)上述的第1個(gè)梳形像素電極的像素開(kāi)關(guān)的TFT,驅(qū)動(dòng)用于上述的像素開(kāi)關(guān)的TFT的驅(qū)動(dòng)元件和配置在上述的第1個(gè)梳形像素電極對(duì)面的第2個(gè)梳形像素電極配置在基片上,成為用于面內(nèi)形的液晶顯示元件的TFT陣列基片,用場(chǎng)效應(yīng)遷移率為1~25cm2/V·s的多晶硅型TFT作為用于上述的像素開(kāi)關(guān)的TFT,用場(chǎng)效應(yīng)遷移率為100cm2/V·s以上的多晶硅型TFT作為上述的驅(qū)動(dòng)元件,并且在上述的基片上形成這些多晶硅型TFT和上述的第1,第2個(gè)梳形像素電極。
依靠這種構(gòu)成,能夠構(gòu)成用于可以高頻驅(qū)動(dòng)的液晶顯示裝置的陣列基片,并且這種基片在顯示時(shí)角度的依賴(lài)性很小。
與第6發(fā)明群有關(guān)的第24種方案的特征在于,在上述的第23種方案中,用場(chǎng)效應(yīng)遷移率為1~25cm2/V·s的多晶硅型TFT作為用于上述的像素開(kāi)關(guān)的TFT,用場(chǎng)效應(yīng)遷移率為100cm2/V·s以上MOS晶體管作為上述的驅(qū)動(dòng)元件,并且該MOS晶體管是附著在上述的基片后面的。
將場(chǎng)效應(yīng)遷移率為1~25cm2/V·s的多晶硅型TFT和場(chǎng)效應(yīng)遷移率為100cm2/V·s以上附著在后面的MOS晶體管組合起來(lái)時(shí),能提供用于低成本的可以高頻驅(qū)動(dòng)的視野角寬廣的IPS(面內(nèi)開(kāi)關(guān))方式的液晶顯示裝置的陣列基片。
(7)第7發(fā)明群本發(fā)明的第25種方案的特征在于,在上述的第21,22,23,或24種方案中,用于上述的像素開(kāi)關(guān)的多晶硅型TFT是n溝道型的,并且它的場(chǎng)效應(yīng)遷移率為5~25cm2/V·s。
n溝道型的TFT,場(chǎng)效應(yīng)遷移率很高,并且將場(chǎng)效應(yīng)遷移率設(shè)定在5~25cm2/V·s的多晶硅型TFT用作用于像素開(kāi)關(guān)的元件時(shí),能夠構(gòu)成用于有非常高速的響應(yīng)性的液晶顯示裝置的TFT陣列。
另外,很顯然,本發(fā)明可以在以上說(shuō)明的各個(gè)方案中再加上其它的元件。例如,由將金屬Al作為主要成分的反射膜構(gòu)成在第2塊基片上形成的相對(duì)電極(共同電極),進(jìn)而能夠通過(guò)在相對(duì)電極的表面上形成濾色片制成反射型彩色液晶顯示裝置。另一方面,在第2個(gè)基片上先形成濾色片,然后在它上面用透明的導(dǎo)電膜形成相對(duì)電極時(shí),能夠制成透過(guò)型彩色液晶顯示裝置。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明
圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的多晶硅型TFT的制造順序的截面圖。
圖2是為了說(shuō)明采用壓力梯度型等離子體管的薄膜形成裝置的構(gòu)造的示意圖。
圖3是為了說(shuō)明采用壓力梯度型等離子體管的另一個(gè)薄膜形成裝置的構(gòu)造的示意圖。
圖4是示意地表示TFT陣列基片的平面圖。
圖5是示意地表示與本發(fā)明有關(guān)的液晶顯示裝置的截面圖。
圖6是示意地表示梳形像素電極的截面圖。
圖7是表示與現(xiàn)有技術(shù)有關(guān)的低溫處理多晶硅型TFT的制造順序的截面圖。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方案以在基片上形成多晶硅層的方法為中心,說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例。
本發(fā)明的最大特征在于使用給予能量進(jìn)行激發(fā)而離子化的硅粒子,在這些硅粒子在基片上堆積起來(lái)的階段中形成多晶硅層。因?yàn)樵诒痉椒ㄖ?,在形成多晶硅層時(shí)不會(huì)提高基片的溫度,所以在以下的各個(gè)實(shí)施例中,采用耐熱性低于600℃的廉價(jià)的玻璃基片。但是,本發(fā)明并不排除用能耐超過(guò)600℃溫度的石英基片來(lái)代替這種玻璃基片的情形。
(實(shí)施例1)根據(jù)圖1說(shuō)明在本發(fā)明的實(shí)施例1中的薄膜晶體管的制造順序。圖1是示意地表示在各個(gè)工序中的基片截面的截面圖。在該圖中,101是玻璃基片,102是緩沖層,104是多晶硅層,105是柵絕緣層,106是柵電極,107是源區(qū),108是漏區(qū),109是接觸孔,110是源電極,111是漏電極。
制造順序如下所示。在玻璃基片101上制作緩沖層102,例如形成膜厚5000的SiO2層。用后面所述的壓力梯度型等離子體管在該緩沖層102上形成多晶硅層104(圖1(a))。在后面將詳細(xì)地述說(shuō)形成多晶硅層104的方法。
然后,用光刻法在多晶硅層104上進(jìn)行刻蝕形成預(yù)定形狀的圖案后,在這種圖案狀的多晶硅層104'上形成例如由膜厚1500的SiO2組成的柵絕緣層105。進(jìn)而,在該柵絕緣層105上形成例如由膜厚6000的Mo組成的柵電極106。然后,將該柵電極106作為掩模在多晶硅層104上注入例如磷離子(圖1(b))。
此后,用受激準(zhǔn)分子激光照射,激活注入多晶硅層104的磷離子,形成源區(qū)107和漏區(qū)108(圖1(c))。
進(jìn)而,刻蝕柵絕緣層105,形成分別到達(dá)源區(qū)107和漏區(qū)108的接觸孔109·109,在該接觸孔109內(nèi)埋入膜厚3000的Al,形成源電極110和漏電極111。
在上述的說(shuō)明中,只表示了一個(gè)TFT(薄膜晶體管)的制造順序,但是在多晶硅型TFT陣列基片上,形成用與上述相同的方法制作的許多個(gè)TFT。而且,在與實(shí)施例1有關(guān)的多晶硅型TFT陣列基片上,也形成多晶硅型TFT,不但作為像素部分而且作為周邊驅(qū)動(dòng)電路,進(jìn)而形成將這些用于驅(qū)動(dòng)的TFT和用于像素開(kāi)關(guān)的TFT連接起來(lái)的柵母線和源母線。此外,在漏電極111上形成例如由銦錫氧化物組成的像素電極。
下面,根據(jù)圖4示意地說(shuō)明與這樣的實(shí)施例1有關(guān)的多晶硅型TFT陣列基片。
如圖4(a)所示,在一塊玻璃基片412上設(shè)置了由像素部分413,柵驅(qū)動(dòng)電路部分414和源驅(qū)動(dòng)電路部分415組成的驅(qū)動(dòng)電路部分。而且,在圖中未畫(huà)出,在像素部413中許多個(gè)像素形成矩陣狀,此外只形成數(shù)量與各個(gè)像素的數(shù)量相對(duì)應(yīng)的用于開(kāi)關(guān)這些像素的像素開(kāi)關(guān)TFT。進(jìn)而,在柵驅(qū)動(dòng)電路部分414和源驅(qū)動(dòng)電路部分415中,形成為了驅(qū)動(dòng)用于所述的像素開(kāi)關(guān)的TFT的源驅(qū)動(dòng)用的TFT和柵驅(qū)動(dòng)用的TFT。
這里,詳細(xì)描述用壓力梯度型等離子體管形成多晶硅層的方法。
在實(shí)施例1中,為了形成多晶硅層,我們用了組裝有住友重機(jī)株式會(huì)社制造的壓力梯度型等離子體管的如圖2所示的薄膜形成裝置。該裝置是屬于離子涂敷法的范疇,是新開(kāi)發(fā)出來(lái)的裝置。圖2是為了說(shuō)明薄膜形成裝置的示意圖。
圖2中,216是作為裝置本體部分的真空容器,217是堆積多晶硅的玻璃基片,218是放置玻璃基片217的裝載臺(tái),219是為了形成多晶硅層的蒸發(fā)源,在該例子中使用一小塊多晶硅片。此外,222表示被激發(fā)和離子化的硅粒子。
220是作為構(gòu)成這臺(tái)裝置主要部分的產(chǎn)生激發(fā)離子化粒子的裝置的壓力梯度型等離子體管,該壓力梯度型等離子體管220有蒸發(fā)粒子發(fā)生部分223和等離子體區(qū)域部分221。而且,在實(shí)施例1的裝置中,蒸發(fā)粒子發(fā)生部分223在蒸發(fā)源219上加上直流電弧放電的熱能使硅粒子蒸發(fā),在等離子體區(qū)域部分221,由于激發(fā)Ar氣形成高密度的等離子體氣氛。該裝置是為了將在蒸發(fā)粒子發(fā)生部分223發(fā)生的硅粒子導(dǎo)入等離子體區(qū)域部分221,在那里使它們激發(fā)和離子化,然后用這些粒子照射放置在裝載臺(tái)218上的玻璃基片217那樣地構(gòu)造的。用離子化的硅粒子照射玻璃基片217時(shí),硅粒子在玻璃基片上堆積起來(lái),并且與堆積過(guò)程進(jìn)行的同時(shí)進(jìn)行多結(jié)晶化。
作為形成多晶硅層的具體條件,用預(yù)先蒸鍍了5000的SiO2底層(緩沖層)的硼硅酸玻璃基片作為玻璃基片217。此外,真空容器216的真空度為3×10-4Torr(乇),設(shè)定壓力梯度型等離子體管220的放電電流為100A。而且,在這種條件下一邊將放置在裝載臺(tái)218上的玻璃基片217加熱到200℃,一邊用被激發(fā)和離子化的硅粒子222對(duì)玻璃基片217照射20秒鐘。
結(jié)果,在玻璃基片217上形成約1000的多晶硅層。因此,對(duì)于該多晶硅層,進(jìn)行上述的圖1(b)到(d)的工序,制成n-溝道形的多晶硅型TFT陣列基片。
當(dāng)測(cè)定用上述方法制作的多晶硅型TFT的晶體管特性時(shí),場(chǎng)效應(yīng)遷移率為5cm2/V·s。該值約為非晶硅的場(chǎng)效應(yīng)遷移率的10倍,作為用于有源矩陣方式的液晶顯示裝置的開(kāi)關(guān)元件有非常耐實(shí)用的性能。
可是,使用用壓力梯度型等離子體管的薄膜形成裝置時(shí),能夠得到場(chǎng)效應(yīng)遷移率優(yōu)良的多晶硅層等的效果。下面我們說(shuō)明它的理由。
(1)用壓力梯度型等離子體管激發(fā)和離子化的硅粒子具有高能量。因此,由于硅粒子在幾乎充分離子化的狀態(tài)下到達(dá)基片,此后也保持著原有的能量,所以在堆積層中硅粒子能向能量狀態(tài)更穩(wěn)定的穩(wěn)定點(diǎn)移動(dòng)。因此,硅粒子在基片上堆積的階段中堆積層發(fā)生結(jié)晶化,同時(shí)在該結(jié)晶化的過(guò)程中在晶體內(nèi)產(chǎn)生微觀的缺陷時(shí),硅粒子可移動(dòng)消除那些缺陷,形成晶體缺陷很少的晶粒集合體。此外,依靠遷移,能形成在致密性方面更優(yōu)良的多晶硅層。由致密性良且晶體缺陷很少的晶粒組成的多晶硅層,在場(chǎng)效應(yīng)遷移率方面也很良。本發(fā)明的發(fā)明人,用實(shí)施例1的制作方法,能夠形成由500~700nm的晶粒組成的多晶硅薄膜,用該多晶硅薄膜制作n-溝道的TFT時(shí),確認(rèn)能夠?qū)崿F(xiàn)5~25cm2/V·s的場(chǎng)效應(yīng)遷移率。
(2)本發(fā)明的制造方法用固體的硅(小的硅片)產(chǎn)生蒸發(fā)粒子,能夠擴(kuò)大蒸發(fā)面積,當(dāng)蒸發(fā)面積擴(kuò)大時(shí),被激發(fā)和離子化的硅粒子能夠從各個(gè)方向照射玻璃基片。因此,用本發(fā)明的制造方法,能夠形成在均勻性好的多晶硅層。
(3)此外,本發(fā)明的制造方法依靠用使用壓力梯度型等離子體管的薄膜形成裝置,在基片上堆積硅粒子的同時(shí),能夠形成多晶硅層。因此,由于不需要像現(xiàn)有的方法那樣,在形成硅層(非晶硅層)后進(jìn)行再結(jié)晶,從而在生產(chǎn)率方面有很大的優(yōu)越性。因?yàn)橛谜舭l(fā)的硅粒子照射堆積的方法,能夠形成均勻的多晶硅層,所以能夠低成本地實(shí)現(xiàn)大畫(huà)面,高清晰的液晶顯示裝置。
(4)進(jìn)而,在圖2所示的裝置中,將玻璃基片217放置在等離子體區(qū)域221的外面,在這樣的裝置中,不發(fā)生等離子體粒子(Ar粒子)對(duì)玻璃基片217的碰撞。因此,不會(huì)發(fā)生因?yàn)榈入x子體粒子的碰撞引起的基片溫度的上升。也就是說(shuō),使用圖2的薄膜形成裝置時(shí),能夠在保持低的基片溫度的情況下形成多晶硅層。因此,能夠使用廉價(jià)的玻璃基片。本發(fā)明的發(fā)明人確認(rèn)即便在100℃以下的基片溫度下也能形成多晶硅層。
(實(shí)施例2)在實(shí)施例1中,還是用多晶硅型TFT形成周邊驅(qū)動(dòng)電路,但是在實(shí)施例2中,不用由多晶硅型TFT組成周邊驅(qū)動(dòng)電路,而是用將形成驅(qū)動(dòng)電路的IC芯片附在基片后面的方法制作的用于液晶顯示裝置的多晶硅型TFT陣列基片。至于周邊驅(qū)動(dòng)電路以外的部件,與上述實(shí)施例1相同。在本說(shuō)明書(shū)中所謂“附在后面”指的是將通過(guò)別的方法制作的元件裝入基片中。
在實(shí)施例2中形成的用于像素開(kāi)關(guān)的多晶硅型TFT的場(chǎng)效應(yīng)遷移率為5cm2/V·s。該遷移率約為非晶型TFT的場(chǎng)效應(yīng)遷移率的10倍。另一方面,在該實(shí)施例中使用的IC芯片,是在單晶硅層上形成的MOS晶體管,與用于上述像素開(kāi)關(guān)的多晶硅型TFT相比有特別快的驅(qū)動(dòng)速度。因此,將作為像素開(kāi)關(guān)用元件具有充分性能的多晶硅型TFT和IC芯片組合起來(lái)的實(shí)施例2的基片,與非晶型TFT陣列基片比較,能夠得到特別高清晰的圖像。
(實(shí)施例3)在實(shí)施例3中,用在實(shí)施例1中制作的多晶硅型TFT陣列基片制作如圖5所示的液晶顯示裝置。
圖5是表示根據(jù)實(shí)施例3的液晶顯示裝置的截面示意圖。圖中,501是用在實(shí)施例1中制作的多晶硅型TFT陣列基片制作的第一基片。在該第一基片501上形成用在實(shí)施例1中說(shuō)明的方法制作的矩陣狀的像素電極群502和驅(qū)動(dòng)這些像素電極的TFT群503,進(jìn)而在像素電極群502上形成液晶取向膜504。
另一方面,505是與第一基片501相對(duì)置的第二基片,在該第二基片505上,在用其它方法準(zhǔn)備的透明玻璃基片上分別形成由G(綠)、B(藍(lán))、R(紅)組成的濾色器群506,相對(duì)電極(共用電極)507和液晶取向膜508。
上述的第一基片和第二基片,以使液晶的取向方向旋轉(zhuǎn)90度的方式將各個(gè)液晶取向膜相對(duì)置,通過(guò)兩塊基片之間的襯墊510和粘合劑511夾著約5微米的間隙重合起來(lái)。而且,在上述的間隙內(nèi)封入扭轉(zhuǎn)向列型液晶(ZL14792;米爾克公司制造)509,進(jìn)而在兩塊基片的外側(cè)配置偏光板512、513構(gòu)成液晶顯示裝置。
在這樣構(gòu)成的實(shí)施例3的液晶顯示裝置中,用視頻信號(hào)顯示活動(dòng)圖像時(shí),與用非晶硅的以前的液晶顯示裝置比較,能夠得到既明了又清晰的圖像。圖5的箭頭514表示背照光的照射方向,箭頭A表示顯示圖像的方向。
(實(shí)施例4)除了用由第一個(gè)梳形電極和第二個(gè)梳形電極組成的一對(duì)梳形像素電極(參照?qǐng)D6)取代實(shí)施例1中的像素電極外,用與實(shí)施例1相同的方法,制作IPS(面內(nèi)開(kāi)關(guān))型的多晶硅型TFT陣列基片。進(jìn)而,在該基片的表面上形成眾所周知的液晶取向膜。將這塊基片作為第一基片。
另一方面,在用其它方法準(zhǔn)備的透明玻璃基片上形成與上述同樣的液晶取向膜,將它作為第二基片。
使液晶取向膜向著內(nèi)側(cè)情況下,將上述的第一基片和第二基片以任意的間隙重合在一起,將向列液晶封入間隙內(nèi),制作IPS型液晶顯示裝置。
能夠確認(rèn)用視頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)該液晶顯示裝置時(shí),能夠得到既明了又清晰的圖像。
(實(shí)施例5)
除了用圖3所示的薄膜形成裝置代替上述的圖2的裝置外,與上述實(shí)施例1同樣地制作用于液晶顯示裝置的TFT陣列基片。
圖3的裝置與上述的圖2的裝置相同,是用壓力梯度型等離子體管(住友重機(jī)株式會(huì)社制造)的裝置,在圖3中,323是真空容器,324是堆積多晶硅層的玻璃基片,325是放置玻璃基片324的裝載臺(tái),328是加電壓的裝置,330是用于將玻璃基片324和等離子體區(qū)域部分320電分離的絕緣體。326是提供多晶硅層的原料的硅蒸發(fā)源(這里使用小的硅片),331是被激發(fā)的離子化的硅粒子。
327是在蒸發(fā)源326進(jìn)行蒸發(fā)時(shí)為了用等離子體對(duì)蒸發(fā)的硅粒子進(jìn)行激發(fā)所用的壓力梯度型等離子體管。該壓力梯度型等離子體管327有蒸發(fā)粒子產(chǎn)生部分332和等離子體區(qū)域部分329,在實(shí)施例5的裝置中,蒸發(fā)粒子產(chǎn)生部分332是以為了在蒸發(fā)源326上加上直流電弧放電的熱能,蒸發(fā)出硅粒子的方式構(gòu)成的,在等離子體區(qū)域部分329中,激發(fā)Ar氣體,形成高密度的等離子體氣氛。
這里,在圖3的裝置中,將蒸發(fā)粒子產(chǎn)生部分332配置在等離子體區(qū)域部分329和基片324的中間。就是說(shuō),將玻璃基片324放置在與硅粒子的蒸發(fā)方向(等離子體區(qū)域部分那一側(cè))不同的方向(下方)上。因此,在這種構(gòu)造的裝置中,在蒸發(fā)粒子產(chǎn)生部分332產(chǎn)生的硅粒子,首先沿與基片324相反的方向蒸發(fā),進(jìn)入等離子體區(qū)域部分329,在那里被激發(fā)和離子化后,在由加電壓裝置328加上的電場(chǎng)的作用下,對(duì)基片進(jìn)行照射。
就是說(shuō),用該構(gòu)造時(shí),能夠在等離子體區(qū)域部分329中被激發(fā)的粒子中間,選擇性地只用離子化了的硅粒子對(duì)基片324進(jìn)行照射。所以,與中性粒子等也進(jìn)行照射的所述圖2的裝置相比,能夠形成品質(zhì)更優(yōu)良的多晶硅層。這是因?yàn)殡x子化了的硅粒子能量高,在堆積層中可以進(jìn)行充分遷移的緣故。
當(dāng)用在該實(shí)施例中制造的陣列基片制作液晶顯示裝置(包含IPS型液晶顯示裝置)時(shí),可確認(rèn)能夠?qū)崿F(xiàn)更高清晰度的顯示。
(實(shí)施例6)
實(shí)施例6,除了附加了在基片上形成多晶硅層后,增加了只對(duì)該多晶硅層的特定的區(qū)域選擇性地加熱處理實(shí)施再結(jié)晶化的工序這一點(diǎn)外,與上述的實(shí)施例1同樣地,制作多晶硅型TFT陣列基片。
更詳細(xì)地說(shuō),首先在透明玻璃基片上形成多晶硅層,此后,用受激準(zhǔn)分子激光照射(退火處理)預(yù)定要形成周邊驅(qū)動(dòng)電路的多晶硅區(qū)域,只使該區(qū)域進(jìn)行再結(jié)晶化。作為用于再結(jié)晶的受激準(zhǔn)分子激光的照射條件,用350mJ/cm2的受激準(zhǔn)分子激光進(jìn)行照射。至于選擇性的加熱處理(特定區(qū)域的加熱步驟)以外的事項(xiàng),因?yàn)榕c所述的實(shí)施例1相同,所以在此省略了對(duì)它們的說(shuō)明。
用上述的制造方法制作在不進(jìn)行加熱處理的區(qū)域(像素區(qū)域)中的場(chǎng)效應(yīng)遷移率為5cm2/V·s,在進(jìn)行加熱處理的區(qū)域(驅(qū)動(dòng)電路部分)中的場(chǎng)效應(yīng)遷移率為250cm2/V·s的TFT陣列基片。
然后,在用上述方法制作的多晶硅層上,形成柵絕緣膜,擴(kuò)散p或n型雜質(zhì)形成源·漏區(qū)域后,蒸鍍金屬薄膜形成柵電極和柵母線,進(jìn)而在形成層間絕緣膜后,再次蒸鍍金屬薄膜形成源電極和源母線。之后,與在基片上形成用于像素開(kāi)關(guān)的TFT群和為了驅(qū)動(dòng)用于像素開(kāi)關(guān)的TFT的驅(qū)動(dòng)用的TFT群同時(shí)地,形成透明的像素電極群,制成用于液晶顯示裝置的TFT陣列基片。
進(jìn)而,在該用于液晶顯示裝置的TFT陣列基片的像素電極群的表面上形成眾所周知的液晶取向膜,將它作為第一基片。另一方面,在用別的方法準(zhǔn)備好的透明玻璃基片上形成相對(duì)的電極,在相對(duì)的電極上形成液晶取向膜后,將它作為第二基片。
在使液晶取向膜向著內(nèi)側(cè)的情況下,將上述的第一基片和第二基片以一定的間隙重合在一起,通過(guò)將液晶封入間隙內(nèi),完成實(shí)施例3的液晶顯示裝置的制作。
用視頻信號(hào)在該液晶顯示裝置上顯示出活動(dòng)圖像時(shí),能夠得到既清晰又明了的圖像。
上述的周邊驅(qū)動(dòng)電路,是用來(lái)控制和驅(qū)動(dòng)用于像素開(kāi)關(guān)的TFT的電路,具體地指圖4(a)所示的柵驅(qū)動(dòng)電路部分414和源驅(qū)動(dòng)電路部分415等。此外,對(duì)周邊驅(qū)動(dòng)電路部分的預(yù)定區(qū)域進(jìn)行加熱處理,通常,可以用300~450mJ/cm2的受激準(zhǔn)分子激光,本發(fā)明的發(fā)明者們確認(rèn)通過(guò)用該范圍的受激準(zhǔn)分子激光進(jìn)行照射,能夠?qū)⒅苓咈?qū)動(dòng)電路的場(chǎng)效應(yīng)遷移率提高到100~500cm2/V·s。
(實(shí)施例7)除了將圖6所示的第一,第二梳形像素電極作為在上述實(shí)施例6中的第一基片的透明像素電極,在與第一基片相對(duì)的第二基片上不形成相對(duì)電極外,與上述實(shí)施例6同樣地,制作在面內(nèi)方向的橫向電場(chǎng)使液晶分子旋轉(zhuǎn)的IPS(面內(nèi)開(kāi)關(guān))方式的液晶顯示裝置。梳形像素電極,在形成用于像素開(kāi)關(guān)的TFT和驅(qū)動(dòng)電路后,分別形成第一透明梳形像素電極和第二透明梳形像素電極,此后,形成液晶取向膜。
即便對(duì)于該液晶顯示裝置,在用視頻信號(hào)顯示活動(dòng)圖像時(shí),也能夠得到既明了又清晰的圖像。
(實(shí)施例8)實(shí)施例8的特征在于壓力梯度型等離子體管的薄膜形成裝置不僅用來(lái)制成多晶硅層,而且用來(lái)制成柵絕緣層,至于其它的事項(xiàng)與實(shí)施例1相同。就是說(shuō),實(shí)施例8的薄膜晶體管的制造方法,就圖1(a),(c),(d)的工序方面而言,與所述實(shí)施例1相同,只是在圖1(b)的工序方面有所不同。
關(guān)于圖1(b)的工序,形成柵絕緣層105時(shí),用具有與圖2相同構(gòu)造的薄膜形成裝置,在蒸發(fā)源219上配置與構(gòu)成柵絕緣層105相同材料的固體狀的Si3N4或SiO2,其它條件與在實(shí)施例1的薄膜形成條件相同地,在基片上形成氧化硅膜層。
下面說(shuō)明上述的用薄膜形成裝置形成柵絕緣層的方法的意義。
首先,因?yàn)橛门c柵絕緣層的構(gòu)成物質(zhì)完全相同的物質(zhì)作蒸發(fā)源,激發(fā)該物質(zhì)并使它在多晶硅層上堆積起來(lái),所以能夠形成雜質(zhì)極少的柵絕緣層,例如在SiO2膜的情形中,能夠使Nss(界面準(zhǔn)位密度)在10l2/cm2以下。因此,根據(jù)本實(shí)施例就不需要用來(lái)除去雜質(zhì)的脫水處理。
順便地說(shuō),以前為了形成作為柵絕緣層的SiO2膜,用硅烷系的氣體,或TEOS(四乙氧基硅烷)系的材料,但是用硅烷系的氣體制成的SiO2中有OH基,而TEOS系的材料含有碳。這些雜質(zhì)是造成TFT性能惡劣的原因,是不應(yīng)有的。
此外,用上述的薄膜形成裝置時(shí),與形成多晶硅層的情形相同,因?yàn)槟軌蛟诖竺娣e上高效率地蒸發(fā)Si3N4和SiO2,所以能夠形成均勻的致密的柵絕緣層。
進(jìn)而,通過(guò)采用負(fù)載保護(hù)方式,成為T(mén)FT的活性層的多晶硅層不暴露在大氣中,能夠在多晶硅層上連續(xù)地形成柵絕緣層。因此,能夠防止在多晶硅層和柵絕緣層的界面上造成污染。結(jié)果,能夠顯著地降低各個(gè)TFT的Vt特性的離散。
如上所述,用圖2的裝置作為例子進(jìn)行了說(shuō)明,當(dāng)然用圖3的裝置也能達(dá)到同一目的,這是不言而喻的。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性如上所述,根據(jù)硅粒子在基片上堆積起來(lái)的階段中形成多晶硅的本發(fā)明,即便不進(jìn)行激光退火,也能夠形成具有比非晶硅約高2~50倍的場(chǎng)效應(yīng)遷移率的多晶硅層。而且用該方法形成的多晶硅層,面內(nèi)的均勻性很高,即便在大面積上也能維持很高的均勻性。因此,采用這樣的多晶硅層的根據(jù)本發(fā)明的用于液晶顯示裝置的多晶硅型TFT陣列基片,可以實(shí)現(xiàn)高清晰顯示,而且因?yàn)閳?chǎng)效應(yīng)遷移率在面內(nèi)是均勻的,所以即便大畫(huà)面化也能得到顯示斑很少的品質(zhì)優(yōu)良的圖像。因此,本發(fā)明是用來(lái)實(shí)現(xiàn)液晶顯示裝置的大畫(huà)面化和高清晰度的非常有用的技術(shù),在產(chǎn)業(yè)上的意義非常重大。
權(quán)利要求
1.一種用于液晶顯示裝置的TFT陣列基片的制造方法,具有在基片上形成將多晶硅半導(dǎo)體層用于溝道區(qū)域的多晶硅型TFT的加工工藝,該制造方法的特征在于包括以下步驟為了在硅粒子在基片上堆積起來(lái)的階段中形成多晶硅層,預(yù)先附加能量對(duì)硅粒子進(jìn)行激發(fā),用被激發(fā)的硅粒子照射所述的基片,硅粒子在基片上堆積起來(lái)形成多晶硅層。
2.如權(quán)利要求1所述的用于液晶顯示裝置的TFT陣列基片的制造方法,其中在形成所述的多晶硅層的步驟后,還包括為了提高結(jié)晶性,對(duì)在所述的形成多晶硅層的步驟中形成的多晶硅層進(jìn)行加熱的加熱處理步驟。
3.如權(quán)利要求2所述的用于液晶顯示裝置的TFT陣列基片的制造方法,其中在所述的加熱處理步驟中的加熱處理是在含有氫氣的氣氛中進(jìn)行的。
4.如權(quán)利要求1所述的用于液晶顯示裝置的TFT陣列基片的制造方法,其中在所述的形成多晶硅層的步驟后,還包括制作用于對(duì)像素進(jìn)行開(kāi)關(guān)的像素開(kāi)關(guān)的多晶硅型TFT的步驟和制作為了驅(qū)動(dòng)用于所述的像素開(kāi)關(guān)的多晶硅型TFT的驅(qū)動(dòng)用的多晶硅型TFT的步驟。
5.如權(quán)利要求4所述的用于液晶顯示裝置的TFT陣列基片的制造方法,其中在形成所述的用于驅(qū)動(dòng)的多晶硅型TFT的步驟前,具有只對(duì)形成用于驅(qū)動(dòng)的多晶硅型TFT的特定區(qū)域進(jìn)行選擇性地加熱處理,以提高該區(qū)域的多晶硅層的結(jié)晶性的特定區(qū)域加熱處理步驟。
6.如權(quán)利要求5所述的用于液晶顯示裝置的TFT陣列基片的制造方法,其中用受激準(zhǔn)分子激光器或紅外線燈作為在所述的特定區(qū)域加熱處理步驟中的加熱裝置。
7.如權(quán)利要求6所述的用于液晶顯示裝置的TFT陣列基片的制造方法,其中在所述的特定區(qū)域加熱處理步驟中的加熱處理是在含有氫氣的氣氛中進(jìn)行的。
8.如權(quán)利要求5所述的用于液晶顯示裝置的TFT陣列基片的制造方法,其中以使在所述的特定區(qū)域中的場(chǎng)效應(yīng)遷移率達(dá)到100 cm2/V·s的方式進(jìn)行所述的加熱處理。
9.如權(quán)利要求2所述的用于液晶顯示裝置的TFT陣列基片的制造方法,其中在加熱處理步驟后,還包括有制作用于對(duì)像素進(jìn)行開(kāi)關(guān)的像素開(kāi)關(guān)的多晶硅型TFT的步驟,和將單晶硅IC芯片裝入所述的基片中的IC芯片裝入步驟,在單晶硅IC芯片中內(nèi)藏有為了驅(qū)動(dòng)用所述的制造方法制作的用于像素開(kāi)關(guān)的多晶型TFT的電路。
10.如權(quán)利要求1所述的用于液晶顯示裝置的TFT陣列基片的制造方法,其中所述的形成多晶硅層的步驟是在由固體硅組成的蒸發(fā)源上加上熱能,使硅蒸發(fā)形成硅粒子,在等離子體區(qū)域中激發(fā)這種硅粒子使它們離子化后,用激發(fā)狀態(tài)的硅粒子照射所述的基片,硅粒子在基片上堆積起來(lái)的步驟。
11.如權(quán)利要求10所述的用于液晶顯示裝置的TFT陣列基片的制造方法,其中在所述的形成多晶硅層的步驟中,將所述的基片放置在等離子體區(qū)域的外面。
12.如權(quán)利要求11所述的用于液晶顯示裝置的TFT陣列基片的制造方法,其中在所述的形成多晶硅層的步驟中,將所述的基片放置在與來(lái)自所述的蒸發(fā)源的硅粒子的蒸發(fā)方向不同的方向上。
13.如權(quán)利要求1所述的用于液晶顯示裝置的TFT陣列基片的制造方法,其中所述的形成多晶硅層的步驟是用高頻能量使氣體狀的硅化合物分解生成硅粒子,在等離子體區(qū)域中激發(fā)硅粒子使它們離子化后,用激發(fā)狀態(tài)的硅粒子照射所述的基片,硅粒子在基片上堆積起來(lái)的步驟。
14.如權(quán)利要求13所述的用于液晶顯示裝置的TFT陣列基片的制造方法,其中在所述的形成多晶硅層的步驟中,將所述的基片放置在等離子體區(qū)域的外面。
15.如權(quán)利要求11、12、13或14所述的用于液晶顯示裝置的TFT陣列基片的制造方法,其中在所述的等離子體區(qū)域和所述的基片之間設(shè)置加上電場(chǎng)的裝置,依靠電場(chǎng)將在所述的等離子體區(qū)域中被激發(fā)和離子化的硅粒子引導(dǎo)出來(lái)對(duì)所述的基片進(jìn)行照射。
16.如權(quán)利要求10所述的用于液晶顯示裝置的TFT陣列基片的制造方法,其中所述的形成多晶硅層的步驟是,使用壓力梯度型等離子體管,制作被激發(fā)和離子化的硅粒子,用這種硅粒子照射所述的基片,硅粒子在基片上堆積起來(lái)的步驟,該壓力梯度型等離子管具有將電弧放電的能量照射固體硅組成的蒸發(fā)源、使硅蒸發(fā)形成硅粒子的硅粒子產(chǎn)生裝置、和將產(chǎn)生的硅粒子導(dǎo)入等離子體區(qū)域加以激發(fā),生成離子化的硅粒子的激發(fā)裝置
17.一種用于液晶顯示裝置的TFT陣列基片的制造方法,其具有在基片上制作TFT的加工工藝,其特征在于包括通過(guò)在由與構(gòu)成柵絕緣層的物質(zhì)相同的物質(zhì)組成的固體狀蒸發(fā)源上加上熱能,從所述的物質(zhì)蒸發(fā)出硅粒子,在等離子體區(qū)域中激發(fā)和離子化這些硅粒子,然后,用這種硅粒子照射所述的基片,硅粒子在基片上堆積起來(lái),在所述的TFT的溝道區(qū)域的硅半導(dǎo)體層上形成柵絕緣層的柵絕緣層形成步驟。
18.一種用于液晶顯示裝置的TFT陣列基片的制造方法,其具有在基片上制作TFT的加工工藝,該制造方法的特征在于包括通過(guò)在包含與構(gòu)成柵絕緣層的元素相同的元素的氣體狀化合物上加上高頻能量,分解氣體狀化合物產(chǎn)生元素粒子,在等離子體區(qū)域中激發(fā)和離子化這些元素粒子,然后,用這種粒子照射所述的基片,在所述的TFT的溝道區(qū)域的硅半導(dǎo)體層上形成柵絕緣層的柵絕緣層形成步驟。
19.一種用于液晶顯示裝置的TFT陣列基片的制造方法,其具有在基片上制作多晶型TFT的加工工藝,該制造方法的特征在于包括通過(guò)在由固體硅組成的蒸發(fā)源上加上熱能,使硅蒸發(fā)形成硅粒子,使硅粒子在等離子體區(qū)域中被激發(fā)和離子化,用這種硅粒子照射所述的基片,在基片上形成多晶硅層的步驟,和通過(guò)在由與構(gòu)成柵絕緣層的物質(zhì)相同的物質(zhì)組成的固體狀蒸發(fā)源上加上熱能,從所述的蒸發(fā)源蒸發(fā)出粒子,在等離子體區(qū)域中激發(fā)和離子化這些粒子,用這種粒子照射所述的基片,這種粒子在基片上層積起來(lái),形成柵絕緣層的柵絕緣層形成步驟。
20.如權(quán)利要求19所述的用于液晶顯示裝置的TFT陣列基片的制造方法,其中將具有用電弧放電的能量照射由固體狀物質(zhì)組成的蒸發(fā)源、使蒸發(fā)源蒸發(fā)形成硅粒子的硅粒子產(chǎn)生裝置、和將產(chǎn)生的硅粒子導(dǎo)入等離子體區(qū)域加以激發(fā)和離子化的激發(fā)裝置的壓力梯度型等離子體氣體管,用作為了實(shí)行所述的形成多晶硅層的步驟和形成柵絕緣層的步驟的裝置。
21.一種用于液晶顯示裝置的TFT陣列基片,至少在其透明基片上配置有透明像素電極、用于開(kāi)關(guān)所述的透明像素電極的像素開(kāi)關(guān)的TFT和為了驅(qū)動(dòng)所述的用于像素開(kāi)關(guān)的TFT的驅(qū)動(dòng)元件,其特征在于用于所述的像素開(kāi)關(guān)的TFT是用場(chǎng)效應(yīng)遷移率為1~25cm2/V·s的多晶硅型TFT構(gòu)成的,所述的驅(qū)動(dòng)元件是用場(chǎng)效應(yīng)遷移率為100cm2/V·s以上的多晶硅型TFT構(gòu)成的,并且這些多晶硅型TFT和所述的透明像素電極是在所述的透明基片上形成的。
22.如權(quán)利要求21所述的用于液晶顯示裝置的TFT陣列基片,其特征在于用于所述的像素開(kāi)關(guān)的TFT是用場(chǎng)效應(yīng)遷移率為1~25cm2/V·s的多晶硅型TFT構(gòu)成的,所述的驅(qū)動(dòng)元件是場(chǎng)效應(yīng)遷移率為100cm2/V·s以上的MOS晶體管,并且該MOS晶體管附著在所述的透明基片后面。
23.一種用于面內(nèi)型液晶顯示裝置的TFT陣列基片,在其基片上至少配置有第1個(gè)梳形像素電極、用于開(kāi)關(guān)所述的第1個(gè)梳形像素電極的像素開(kāi)關(guān)的TFT、驅(qū)動(dòng)用于所述的像素開(kāi)關(guān)的TFT的驅(qū)動(dòng)元件和配置在所述的第1個(gè)梳形像素電極對(duì)面的第2個(gè)梳形像素電極,其特征在于用于所述像素開(kāi)關(guān)的TFT是用場(chǎng)效應(yīng)遷移率為1~25cm2/V·s的多晶硅型TFT構(gòu)成的,所述的驅(qū)動(dòng)元件是用場(chǎng)效應(yīng)遷移率為100cm2/V·s以上的多晶硅型TFT構(gòu)成的,并且這些多晶硅型TFT和所述的第1,第2個(gè)梳形像素電極是在所述的基片上形成的。
24.如權(quán)利要求23所述的用于面內(nèi)形液晶顯示元件的TFT陣列基片,其特征在于用于所述的像素開(kāi)關(guān)的TFT是用場(chǎng)效應(yīng)遷移率為1~25cm2/V·s的多晶硅型TFT構(gòu)成的,所述的驅(qū)動(dòng)元件是場(chǎng)效應(yīng)遷移率為100cm2/V·s以上的MOS晶體管,并且該MOS晶體管附著在所述的基片后面。
25.如權(quán)利要求21、22、23、或24所述的用于液晶顯示元件的TFT陣列基片,其特征在于用于所述的像素開(kāi)關(guān)的多晶硅TFT是n溝道型的,場(chǎng)效應(yīng)遷移率為5~25cm2/V·s。
全文摘要
提供一種即使不進(jìn)行激光退火,用低溫處理也能形成品質(zhì)優(yōu)良并且面積大的多晶硅層的方法,還提供一種即使是大畫(huà)面顯示斑也很少的高清晰的多晶硅型TFT陣列基片。為此,在具有在基片上形成將多晶硅半導(dǎo)體層用于溝道區(qū)域的多晶硅型TFT的加工工藝的用于液晶顯示裝置的TFT陣列基片的制造方法中,包括為了在硅粒子在基片上堆積起來(lái)的階段中形成多晶硅層,預(yù)先加上能量對(duì)硅粒子進(jìn)行激發(fā),用被激發(fā)的硅粒子照射所述的基片,硅粒子在基片堆積起來(lái),形成多晶硅層的步驟。
文檔編號(hào)H01L21/20GK1294701SQ99804273
公開(kāi)日2001年5月9日 申請(qǐng)日期1999年3月30日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月31日
發(fā)明者小川一文, 足立和泰 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社