JPH0990331A - 液晶表示装置 - Google Patents
液晶表示装置Info
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- JPH0990331A JPH0990331A JP24806895A JP24806895A JPH0990331A JP H0990331 A JPH0990331 A JP H0990331A JP 24806895 A JP24806895 A JP 24806895A JP 24806895 A JP24806895 A JP 24806895A JP H0990331 A JPH0990331 A JP H0990331A
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- liquid crystal
- crystal display
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 移動度やしきい値特性が良好でかつ信頼性の
高い多結晶シリコン薄膜トランジスタ素子を備えて、優
れた表示性能を実現する液晶表示装置を提供する。 【解決手段】 液晶表示装置のTFTアレイ基板用の基
体として、OH基を 200ppm以上含有するように形成
された石英基板1が用いられている。これにより、p−
Siからなる活性層2の水素化処理を効果的に行なうこ
とができ、その結果、優れた表示性能の液晶表示装置を
実現することができる。
高い多結晶シリコン薄膜トランジスタ素子を備えて、優
れた表示性能を実現する液晶表示装置を提供する。 【解決手段】 液晶表示装置のTFTアレイ基板用の基
体として、OH基を 200ppm以上含有するように形成
された石英基板1が用いられている。これにより、p−
Siからなる活性層2の水素化処理を効果的に行なうこ
とができ、その結果、優れた表示性能の液晶表示装置を
実現することができる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に係
り、特に移動度やしきい値特性の良好な多結晶シリコン
薄膜トランジスタ素子を備えて優れた表示性能を実現で
きる液晶表示装置に関する。
り、特に移動度やしきい値特性の良好な多結晶シリコン
薄膜トランジスタ素子を備えて優れた表示性能を実現で
きる液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】液晶表示装置は、各種情報処理機器の画
像表示装置あるいはポータブルテレビや壁掛けテレビな
どに好適に用いられ、特に薄型・軽量化が可能なディス
プレイデバイスである。
像表示装置あるいはポータブルテレビや壁掛けテレビな
どに好適に用いられ、特に薄型・軽量化が可能なディス
プレイデバイスである。
【0003】そのような液晶表示装置の中でも特に多結
晶シリコン(以下、p−Siと略称)で形成された薄膜
トランジスタ(以下、TFTと略称)をスイッチング素
子として画素部に設ける一方、同様な構造のTFTをス
イッチング素子アレイ基板の周縁部にも設けて液晶駆動
回路を形成した、いわゆる駆動回路一体型のアクティブ
マトリックス型液晶表示装置は、駆動回路系も含めた液
晶表示装置全体としての小型・薄型化を実現できる液晶
表示装置として、研究・開発が盛んに行なわれている。
晶シリコン(以下、p−Siと略称)で形成された薄膜
トランジスタ(以下、TFTと略称)をスイッチング素
子として画素部に設ける一方、同様な構造のTFTをス
イッチング素子アレイ基板の周縁部にも設けて液晶駆動
回路を形成した、いわゆる駆動回路一体型のアクティブ
マトリックス型液晶表示装置は、駆動回路系も含めた液
晶表示装置全体としての小型・薄型化を実現できる液晶
表示装置として、研究・開発が盛んに行なわれている。
【0004】特に、p−SiTFTは、液晶駆動回路を
上記のようにスイッチング素子アレイ基板の周縁部に一
体に形成することが可能で、しかも高精細な液晶表示装
置に対応した性能を実現できるTFTであることから、
特に投射型液晶表示装置としての利用に大きな期待を集
めている。
上記のようにスイッチング素子アレイ基板の周縁部に一
体に形成することが可能で、しかも高精細な液晶表示装
置に対応した性能を実現できるTFTであることから、
特に投射型液晶表示装置としての利用に大きな期待を集
めている。
【0005】このような液晶表示装置においては、TF
Tの高速な動作特性および高い信頼性が必要とされる。
Tの高速な動作特性および高い信頼性が必要とされる。
【0006】即ち、TFTの代表的特性である移動度と
して30cm2 /vs 以上が必要である。これはa−Siの 1
cm2 /vs 程度に比べると、格段に高い値である。
して30cm2 /vs 以上が必要である。これはa−Siの 1
cm2 /vs 程度に比べると、格段に高い値である。
【0007】また、液晶駆動電圧としては一般に15V程
度が必要であり、その電圧で正常に動作し続ける信頼性
が要求される。
度が必要であり、その電圧で正常に動作し続ける信頼性
が要求される。
【0008】そのような高性能で信頼性も高いTFT
は、その主要部である活性層等を備えた半導体層を製作
するにあたって一般的に高温プロセスと呼ばれている 6
00℃以上の温度のプロセスを用いて製造されることが必
要である。
は、その主要部である活性層等を備えた半導体層を製作
するにあたって一般的に高温プロセスと呼ばれている 6
00℃以上の温度のプロセスを用いて製造されることが必
要である。
【0009】これは、薄膜トランジスタ(TFT)の活
性層の電気的特性としてその移動度を高くするために
は、その活性層に用いられる多結晶シリコン(p−S
i)の粒径を大粒径に形成する必要があるためである。
性層の電気的特性としてその移動度を高くするために
は、その活性層に用いられる多結晶シリコン(p−S
i)の粒径を大粒径に形成する必要があるためである。
【0010】また、ゲート酸化膜の形成時に熱酸化を使
用する場合、高い信頼性を得るためには 800℃以上の高
温プロセスが必要であるためである。
用する場合、高い信頼性を得るためには 800℃以上の高
温プロセスが必要であるためである。
【0011】このような高温プロセスに対応するために
は、電気絶縁性基板として石英基板のような高耐熱性基
板を使用する必要があった。特に高温での熱応力等に起
因した基板の面的な歪みを抑えるために、いわゆる高耐
熱用の石英基板が高的な基板として用いられてきた。例
えば特開平4-320064号公報に示されているように、いわ
ゆる高耐熱基板を使用して、なるべく基板の熱変形が起
こらないようにしながら上記のような動作特性および信
頼性に優れたTFTを得る手法が検討され、またそれに
よってTFTが形成されていきた。
は、電気絶縁性基板として石英基板のような高耐熱性基
板を使用する必要があった。特に高温での熱応力等に起
因した基板の面的な歪みを抑えるために、いわゆる高耐
熱用の石英基板が高的な基板として用いられてきた。例
えば特開平4-320064号公報に示されているように、いわ
ゆる高耐熱基板を使用して、なるべく基板の熱変形が起
こらないようにしながら上記のような動作特性および信
頼性に優れたTFTを得る手法が検討され、またそれに
よってTFTが形成されていきた。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、いわゆ
る高耐熱基板を用いると、上記のような動作特性の点で
も信頼性の点でも上記のような十分な性能を備えたTF
Tを得ることができないことが判明した。
る高耐熱基板を用いると、上記のような動作特性の点で
も信頼性の点でも上記のような十分な性能を備えたTF
Tを得ることができないことが判明した。
【0013】これは、p−SiTFTの形成には水素化
処理が必須であるが、この効果は高耐熱基板に対しては
充分に得ることができない、ということに起因している
ものと考えられる。
処理が必須であるが、この効果は高耐熱基板に対しては
充分に得ることができない、ということに起因している
ものと考えられる。
【0014】水素化処理とは、薄膜トランジスタ(TF
T)形成工程中の金属配線を形成した段階で、TFTス
イッチ素子アレイ基板全体を水素プラズマに曝してp−
Si膜を水素化処理する方法である。
T)形成工程中の金属配線を形成した段階で、TFTス
イッチ素子アレイ基板全体を水素プラズマに曝してp−
Si膜を水素化処理する方法である。
【0015】600℃以上で形成されたp−Siには結晶
粒が大きく成長しており、これによって高い移動度が実
現されるわけだが、その結晶粒界や結晶粒中にはダング
リングボンドをはじめとする多くの結晶欠陥を含んでい
る。そこで、この結晶欠陥をターミネート(終端)して
TFTとしての動作特性の向上を図るために、前記の水
素化処理を施している。
粒が大きく成長しており、これによって高い移動度が実
現されるわけだが、その結晶粒界や結晶粒中にはダング
リングボンドをはじめとする多くの結晶欠陥を含んでい
る。そこで、この結晶欠陥をターミネート(終端)して
TFTとしての動作特性の向上を図るために、前記の水
素化処理を施している。
【0016】このような水素化処理の現象の理論的説明
としては、水素化時の水素の通過経路は、下記の文献に
詳しく解析されている。即ち、 J.Electrochem.Soc.,vol138(11)3240 Uday Mitra et al その主旨を図4に基づいて説明すると、水素化処理を行
なった際の、水素が活性層まで拡散して行く経路は、図
4中に示した経路Cが主要な経路となっている。プラズ
マで励起した水素は一旦、石英基板501のような電気
絶縁性基板に到達すると、その中へと侵入し、それから
さらにその内側へと拡散して行く。そして水素はさらに
TFTの活性層であるp−Si層502の裏面まで到達
し、このp−Siの中に拡散する。こうして水素が拡散
したp−Si502層の中ではダングリングボンドが終
端されていくので、水素の拡散も減速されて、最終的に
所定の濃度の水素でダングリングボンドが終端されて平
衡状態となって水素化現象も停止する、というものであ
る。
としては、水素化時の水素の通過経路は、下記の文献に
詳しく解析されている。即ち、 J.Electrochem.Soc.,vol138(11)3240 Uday Mitra et al その主旨を図4に基づいて説明すると、水素化処理を行
なった際の、水素が活性層まで拡散して行く経路は、図
4中に示した経路Cが主要な経路となっている。プラズ
マで励起した水素は一旦、石英基板501のような電気
絶縁性基板に到達すると、その中へと侵入し、それから
さらにその内側へと拡散して行く。そして水素はさらに
TFTの活性層であるp−Si層502の裏面まで到達
し、このp−Siの中に拡散する。こうして水素が拡散
したp−Si502層の中ではダングリングボンドが終
端されていくので、水素の拡散も減速されて、最終的に
所定の濃度の水素でダングリングボンドが終端されて平
衡状態となって水素化現象も停止する、というものであ
る。
【0017】しかしながら、上記のような高耐熱基板5
01を用いたスイッチ素子アレイ基板に形成されたp−
Si層502からなる半導体層に対しては、水素化が十
分効果的には作用せず、その結果、完成したTFTの移
動度やしきい値などの動作特性や信頼性が不十分なもの
となるという問題がある。
01を用いたスイッチ素子アレイ基板に形成されたp−
Si層502からなる半導体層に対しては、水素化が十
分効果的には作用せず、その結果、完成したTFTの移
動度やしきい値などの動作特性や信頼性が不十分なもの
となるという問題がある。
【0018】ただしここで、水素化処理の効果はその処
理時間に依存して増大するので、水素化処理を長時間に
わたって行なうことで、完成したTFTの移動度やしき
い値などの動作特性や信頼性を十分なものとする、とい
う手法を採用することも考えられる。
理時間に依存して増大するので、水素化処理を長時間に
わたって行なうことで、完成したTFTの移動度やしき
い値などの動作特性や信頼性を十分なものとする、とい
う手法を採用することも考えられる。
【0019】しかし、そのような手法では、水素化処理
のスループット等を考慮すると、製造上の観点からも現
実的ではなく、またそのような長時間の加熱処理によっ
てTFTの超微細な配線構造などの各種構造物が製造時
点で劣化を引き起こしたり、またそれらによって信頼性
が失われるなどの問題もある。
のスループット等を考慮すると、製造上の観点からも現
実的ではなく、またそのような長時間の加熱処理によっ
てTFTの超微細な配線構造などの各種構造物が製造時
点で劣化を引き起こしたり、またそれらによって信頼性
が失われるなどの問題もある。
【0020】本発明は、このような問題を解決するため
に成されたもので、特に移動度やしきい値特性が良好で
かつ信頼性の高い多結晶シリコン薄膜トランジスタ素子
を備えて、優れた表示性能を実現できる液晶表示装置を
提供することを目的としている。
に成されたもので、特に移動度やしきい値特性が良好で
かつ信頼性の高い多結晶シリコン薄膜トランジスタ素子
を備えて、優れた表示性能を実現できる液晶表示装置を
提供することを目的としている。
【0021】
【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、液晶駆動回路および画素部スイッチ素子のうち少な
くともいずれか一方を形成する素子として多結晶シリコ
ン薄膜トランジスタ素子と、前記画素部スイッチ素子に
接続されて電圧印加を制御される画素電極とが、第1の
電気絶縁性基板上に形成されたスイッチ素子アレイ基板
と、前記画素電極に間隙を有して対向配置される対向電
極が第2の電気絶縁性基板上に形成されており、前記ス
イッチ素子アレイ基板に対して前記間隙を保持しつつ対
向配置された対向基板と、前記間隙に封入・挟持された
液晶層とを有する液晶表示装置において、前記スイッチ
素子アレイ基板の前記第1の電気絶縁性基板が、シリコ
ンと酸素を分子構造のネットワークの骨格に有する材料
で形成された電気絶縁性基板であって、該電気絶縁性基
板を形成している材質の分子構造がOH基を 200ppm
以上含んでいる電気絶縁性基板であることを特徴として
いる。
は、液晶駆動回路および画素部スイッチ素子のうち少な
くともいずれか一方を形成する素子として多結晶シリコ
ン薄膜トランジスタ素子と、前記画素部スイッチ素子に
接続されて電圧印加を制御される画素電極とが、第1の
電気絶縁性基板上に形成されたスイッチ素子アレイ基板
と、前記画素電極に間隙を有して対向配置される対向電
極が第2の電気絶縁性基板上に形成されており、前記ス
イッチ素子アレイ基板に対して前記間隙を保持しつつ対
向配置された対向基板と、前記間隙に封入・挟持された
液晶層とを有する液晶表示装置において、前記スイッチ
素子アレイ基板の前記第1の電気絶縁性基板が、シリコ
ンと酸素を分子構造のネットワークの骨格に有する材料
で形成された電気絶縁性基板であって、該電気絶縁性基
板を形成している材質の分子構造がOH基を 200ppm
以上含んでいる電気絶縁性基板であることを特徴として
いる。
【0022】あるいは、上記の液晶表示装置において、
前記スイッチ素子アレイ基板の前記第1の電気絶縁性基
板が、シリコンと酸素を分子構造のネットワークの骨格
に有する材料で形成された電気絶縁性基板であって、該
電気絶縁性基板を形成している材質の分子構造がOH基
を 200ppm以上〜1000ppm以下含んでいる電気絶縁
性基板であることを特徴としている。
前記スイッチ素子アレイ基板の前記第1の電気絶縁性基
板が、シリコンと酸素を分子構造のネットワークの骨格
に有する材料で形成された電気絶縁性基板であって、該
電気絶縁性基板を形成している材質の分子構造がOH基
を 200ppm以上〜1000ppm以下含んでいる電気絶縁
性基板であることを特徴としている。
【0023】なお、後述するように、理論的には基板の
組成中における上記のOH基のppmが多ければ多いほ
ど効果的な水素処理効果を得ることができる。故に、理
論的にはその上限値は無い。
組成中における上記のOH基のppmが多ければ多いほ
ど効果的な水素処理効果を得ることができる。故に、理
論的にはその上限値は無い。
【0024】ただし、実際上、基板中にOH基を余りに
も多量に含有すると、その基板は液晶表示装置のTFT
アレイ基板としての使用に不適格なものとなってしま
う。何故なら、熱処理時に基板の収縮が大きくなり、特
にアレイ基板を形成する場合パターンずれが発生し、T
FTアレイ基板を形成することができなくなる。
も多量に含有すると、その基板は液晶表示装置のTFT
アレイ基板としての使用に不適格なものとなってしま
う。何故なら、熱処理時に基板の収縮が大きくなり、特
にアレイ基板を形成する場合パターンずれが発生し、T
FTアレイ基板を形成することができなくなる。
【0025】上述のように、スイッチ素子アレイ基板用
の基体としていわゆる高耐熱基板を用いた構造の液晶表
示装置の場合には、そのTFTの特性を十分なものにす
ることは困難である。
の基体としていわゆる高耐熱基板を用いた構造の液晶表
示装置の場合には、そのTFTの特性を十分なものにす
ることは困難である。
【0026】これは、p−SiTFTの形成には水素化
処理が必須であるが、この水素化処理の十分な効果を得
ることは、高耐熱基板を用いた場合には極めて困難なた
めであるということが判明した。その水素化処理が不十
分となってしまうことの原因を調べた結果、水素化処理
の際の水素のパスとしての高耐熱基板に問題があること
が判明した。
処理が必須であるが、この水素化処理の十分な効果を得
ることは、高耐熱基板を用いた場合には極めて困難なた
めであるということが判明した。その水素化処理が不十
分となってしまうことの原因を調べた結果、水素化処理
の際の水素のパスとしての高耐熱基板に問題があること
が判明した。
【0027】即ち、前記の文献等にも述べられているよ
うに、水素の拡散の進行具合に依存して水素化の効果が
決まることは知られているが、このとき、水素を拡散さ
せやすい基板は水素化が効きやすく、その逆に、水素の
拡散の小さい基板は水素化の効きがよくないものと考え
られた。
うに、水素の拡散の進行具合に依存して水素化の効果が
決まることは知られているが、このとき、水素を拡散さ
せやすい基板は水素化が効きやすく、その逆に、水素の
拡散の小さい基板は水素化の効きがよくないものと考え
られた。
【0028】石英基板の形成材料である石英基板の分子
配列的な構造の骨格にはSiとOとが結合してなるネッ
トワークが形成されている。
配列的な構造の骨格にはSiとOとが結合してなるネッ
トワークが形成されている。
【0029】上記のSiとOは結合して、基本的にはS
iO2 という形での結合を成しており、この結合はSi
を中心としてOがその正四面体の頂点に位置した結晶状
態を形成している。そしてこれがさらに規則正しい状態
にまで結晶化すると水晶となる。
iO2 という形での結合を成しており、この結合はSi
を中心としてOがその正四面体の頂点に位置した結晶状
態を形成している。そしてこれがさらに規則正しい状態
にまで結晶化すると水晶となる。
【0030】ところで、通常のガラス基板のような電気
絶縁性基板の分子レベルでの構造は、一般にガラス状
(アモルファス状)である。つまり、Si−Oのネット
ワークは形成されているが、それは上記の水晶ほどには
結晶化していない。換言すれば、Si−Oが組み合わさ
れて形成されたネットワークは、短距離での秩序性はあ
るが、結晶ほどまでの長距離の秩序性は無い。このた
め、結合の緩み/縮みが発生する。
絶縁性基板の分子レベルでの構造は、一般にガラス状
(アモルファス状)である。つまり、Si−Oのネット
ワークは形成されているが、それは上記の水晶ほどには
結晶化していない。換言すれば、Si−Oが組み合わさ
れて形成されたネットワークは、短距離での秩序性はあ
るが、結晶ほどまでの長距離の秩序性は無い。このた
め、結合の緩み/縮みが発生する。
【0031】つまり、結晶であればSiとOとの結合は
厳格に規則的に定まっているが、ガラス状態ではある程
度の結合の自由度がある。このため、ガラス状態では各
元素どうしの距離が縮んだ短い距離で結合している部分
がある一方、各元素どうしの距離が緩んだ長い距離で結
合している部分や、結合の緩みからさらに進んだ未結合
手も混在して結合している。
厳格に規則的に定まっているが、ガラス状態ではある程
度の結合の自由度がある。このため、ガラス状態では各
元素どうしの距離が縮んだ短い距離で結合している部分
がある一方、各元素どうしの距離が緩んだ長い距離で結
合している部分や、結合の緩みからさらに進んだ未結合
手も混在して結合している。
【0032】水素化処理の際には、石英基板のような電
気絶縁性基板中のネットワークの中を水素が進行むこと
となる。つまり前述の文献に従えば、水素化処理の際に
水素は基板中を通って拡散するが、その基板の材質をミ
クロ的な観点から見ると、その構造はシリコン(Si)
と酸素(O)とを骨格とするネットワークで形成されて
おり、水素はこのネットワークの中を走って拡散してい
ることになる。
気絶縁性基板中のネットワークの中を水素が進行むこと
となる。つまり前述の文献に従えば、水素化処理の際に
水素は基板中を通って拡散するが、その基板の材質をミ
クロ的な観点から見ると、その構造はシリコン(Si)
と酸素(O)とを骨格とするネットワークで形成されて
おり、水素はこのネットワークの中を走って拡散してい
ることになる。
【0033】その水素の拡散の際に、上記の混在してい
る結合のうち緩んで未結合手となった結合の骨格中を拡
散するときに、その未結合手が不安定であるため安定化
しようとして水素と結合する。このため、基板中の組成
の未結合手のうちのSiに捕らわれた水素(H)はSi
−H結合を形成し、酸素(O)に捕らわれた水素(H)
はOH基を形成する。その結果、本来はTFTの活性層
に投入したかった水素が、その進行経路中の基板内の未
結合手に捕らわれてしまい、活性層のp−Siの水素化
が効果的に行なわれなくなると考えられる。そこで、あ
らかじめ基板内にOH基を 200ppm以上含有させてお
けば、そのような問題を解消することができる。
る結合のうち緩んで未結合手となった結合の骨格中を拡
散するときに、その未結合手が不安定であるため安定化
しようとして水素と結合する。このため、基板中の組成
の未結合手のうちのSiに捕らわれた水素(H)はSi
−H結合を形成し、酸素(O)に捕らわれた水素(H)
はOH基を形成する。その結果、本来はTFTの活性層
に投入したかった水素が、その進行経路中の基板内の未
結合手に捕らわれてしまい、活性層のp−Siの水素化
が効果的に行なわれなくなると考えられる。そこで、あ
らかじめ基板内にOH基を 200ppm以上含有させてお
けば、そのような問題を解消することができる。
【0034】また、あらかじめ基板内にOH基が 200p
pm以上のような過剰な量が含有されていれば、水素化
処理などの加熱処理時にそのOH基が水素(H)を放出
する確率も高くなるので、その放出された水素も利用で
き、水素化処理にはさらに好適である。
pm以上のような過剰な量が含有されていれば、水素化
処理などの加熱処理時にそのOH基が水素(H)を放出
する確率も高くなるので、その放出された水素も利用で
き、水素化処理にはさらに好適である。
【0035】しかも、そのようなOH基が多くなると、
基板の材質を分子レベルで形成するSi−Oの組み合わ
せによるネットワークの各骨格は緩い結合で広くなり、
水素がその中を通過しやすくなることも考えられる。
基板の材質を分子レベルで形成するSi−Oの組み合わ
せによるネットワークの各骨格は緩い結合で広くなり、
水素がその中を通過しやすくなることも考えられる。
【0036】そこで、本発明においては、電気絶縁性基
板としてあらかじめ 200ppm以上のOH基が含有され
た基板を用いることにより、効果的にTFTの活性層の
p−Siに対して水素化処理を施して、液晶表示装置と
しての電気的動作特性や信頼性を向上することができ
る。
板としてあらかじめ 200ppm以上のOH基が含有され
た基板を用いることにより、効果的にTFTの活性層の
p−Siに対して水素化処理を施して、液晶表示装置と
しての電気的動作特性や信頼性を向上することができ
る。
【0037】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る液晶表示装置
の発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明す
る。
の発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明す
る。
【0038】図1は本発明に係る液晶表示装置に用いら
れるp−SiTFTの断面構造を示す図である。以下、
その構造を、その製造工程にほぼ従って説明する。
れるp−SiTFTの断面構造を示す図である。以下、
その構造を、その製造工程にほぼ従って説明する。
【0039】液晶表示装置のTFTアレイ基板用の基体
として、OH基を 200ppm以上、具体的には本発明の
実施の形態では 500+ 200ppm含有するように形成さ
れた石英基板1が用いられている。この石英基板1の板
厚は 1.1mmである。
として、OH基を 200ppm以上、具体的には本発明の
実施の形態では 500+ 200ppm含有するように形成さ
れた石英基板1が用いられている。この石英基板1の板
厚は 1.1mmである。
【0040】その石英基板1上に膜厚 100nmのp−S
i膜からなる活性層2が配設されている。この活性層2
は、アモルファスシリコンを出発材料として用いてこれ
を固相成長法で多結晶化してp−Si化して得られたも
のである。この活性層2は、前記のp−Si膜を形成し
た後に素子分離されて、いわゆる島状のパターンに形成
される。
i膜からなる活性層2が配設されている。この活性層2
は、アモルファスシリコンを出発材料として用いてこれ
を固相成長法で多結晶化してp−Si化して得られたも
のである。この活性層2は、前記のp−Si膜を形成し
た後に素子分離されて、いわゆる島状のパターンに形成
される。
【0041】ゲート酸化膜(ゲート絶縁膜)3は、熱酸
化法により形成された酸化膜で、その膜厚は70nmであ
る。
化法により形成された酸化膜で、その膜厚は70nmであ
る。
【0042】ゲート電極4は、燐(P)をドープして低
抵抗化されたp−Si膜をエッチング等によりパターニ
ングして形成された電極で、その膜厚は 400nmであ
る。
抵抗化されたp−Si膜をエッチング等によりパターニ
ングして形成された電極で、その膜厚は 400nmであ
る。
【0043】第1層間絶縁膜5は、膜厚 800nmの酸化
膜で形成されたもので、これに穿設されたコンタクトホ
ールを通ってAlからなる金属配線6が前記の活性層2
のソース領域7の上部に接続されている。
膜で形成されたもので、これに穿設されたコンタクトホ
ールを通ってAlからなる金属配線6が前記の活性層2
のソース領域7の上部に接続されている。
【0044】活性層2のp−Siの水素化処理は、この
状態まで形成した後に行なわれる。つまり、この状態ま
で形成されたTFTアレイ基板全体を、水素プラズマに
曝し、水素を活性層2まで拡散させることで、活性層2
のp−Siのダングリングボンドが石英基板1の組成に
よって効果的にターミネートされて、液晶表示装置用の
TFTとして用いられる活性層2の電気的特性および信
頼性が、効果的に向上する。
状態まで形成した後に行なわれる。つまり、この状態ま
で形成されたTFTアレイ基板全体を、水素プラズマに
曝し、水素を活性層2まで拡散させることで、活性層2
のp−Siのダングリングボンドが石英基板1の組成に
よって効果的にターミネートされて、液晶表示装置用の
TFTとして用いられる活性層2の電気的特性および信
頼性が、効果的に向上する。
【0045】そして、第2層間絶縁膜8を窒化膜/酸化
膜の積層膜から形成し、これにコンタクトホールを穿設
し、これを通って活性層2のドレイン領域9の上部に接
続する透明電極10がITO(インジウム・錫酸化化合
物)を材料として用いて形成されて、図3に示すような
TFTアレイ基板11の、TFT部分の主要部が形成さ
れている。
膜の積層膜から形成し、これにコンタクトホールを穿設
し、これを通って活性層2のドレイン領域9の上部に接
続する透明電極10がITO(インジウム・錫酸化化合
物)を材料として用いて形成されて、図3に示すような
TFTアレイ基板11の、TFT部分の主要部が形成さ
れている。
【0046】さらに、このTFTアレイ基板11と対向
電極(図示省略)が形成されている対向基板12とを間
隙を有して対向配置し、それら両基板間の間隙に液晶層
13を挟持させ、その周囲を封止材14で封止し、さら
に外装アセンブリ15が施されて、本発明の液晶表示装
置の主要部が形成されている。また、駆動回路一体型の
液晶表示装置の場合には、石英基板1の表示領域外の周
辺部には、図1の右側に示すようにスイッチング素子と
してのTFT17とほぼ同様の構造であって液晶駆動回
路用素子として好適な仕様に設定されたTFT18が、
上記のTFT17と同様のプロセスで配設されている。
電極(図示省略)が形成されている対向基板12とを間
隙を有して対向配置し、それら両基板間の間隙に液晶層
13を挟持させ、その周囲を封止材14で封止し、さら
に外装アセンブリ15が施されて、本発明の液晶表示装
置の主要部が形成されている。また、駆動回路一体型の
液晶表示装置の場合には、石英基板1の表示領域外の周
辺部には、図1の右側に示すようにスイッチング素子と
してのTFT17とほぼ同様の構造であって液晶駆動回
路用素子として好適な仕様に設定されたTFT18が、
上記のTFT17と同様のプロセスで配設されている。
【0047】ここで、本発明の効果を確認するために、
我々は上記のような本発明に係る液晶表示装置用のTF
Tアレイ基板11(の上に形成されたTFT17)を用
いて、以下のような実験を行なった。
我々は上記のような本発明に係る液晶表示装置用のTF
Tアレイ基板11(の上に形成されたTFT17)を用
いて、以下のような実験を行なった。
【0048】本発明に係る基板101として、(1)O
H基を 200ppm含有している基板と、従来の基板10
2として、(2)OH基を50ppm含有している基板と
の上に、それぞれ上述のような構造のp−SiTFTを
形成し、そのp−SiTFTの特に活性層2のチャネル
領域16への水素化処理を行なった。
H基を 200ppm含有している基板と、従来の基板10
2として、(2)OH基を50ppm含有している基板と
の上に、それぞれ上述のような構造のp−SiTFTを
形成し、そのp−SiTFTの特に活性層2のチャネル
領域16への水素化処理を行なった。
【0049】その水素化の処理時間は、いずれの基板
も、 1時間の場合と 3時間の場合について実験した。
も、 1時間の場合と 3時間の場合について実験した。
【0050】このときの最終的に得られたTFT17の
電気的動作特性として、移動度およびしきい値電圧を評
価した。その結果を図2に示す。
電気的動作特性として、移動度およびしきい値電圧を評
価した。その結果を図2に示す。
【0051】まず、移動度を確認したところ、処理時間
1時間の本発明に係る基板101では、65cm2 /vs
と、十分な速さであるが、基板102では、25cm2 /v
s 程度の速さに止まった。
1時間の本発明に係る基板101では、65cm2 /vs
と、十分な速さであるが、基板102では、25cm2 /v
s 程度の速さに止まった。
【0052】さらに、処理時間を 3時間にした場合に
は、いずれの基板も移動度は絶対値としては向上した
が、(1)の本発明に係る基板101は 115cm2 /vs
となり、約 2倍の向上を見せたが、(2)の従来の基板
102では、35cm2 /vs となり、高々 1.4倍程度にし
か向上しない。このため、基板101の移動度と基板1
02の移動度との比率については、0.38:1から0.30:1へ
と、さらに大きな差が生じている。
は、いずれの基板も移動度は絶対値としては向上した
が、(1)の本発明に係る基板101は 115cm2 /vs
となり、約 2倍の向上を見せたが、(2)の従来の基板
102では、35cm2 /vs となり、高々 1.4倍程度にし
か向上しない。このため、基板101の移動度と基板1
02の移動度との比率については、0.38:1から0.30:1へ
と、さらに大きな差が生じている。
【0053】つまり、水素化の処理時間を延ばすほど、
それにつれて基板101は順調に特性が向上して行く
が、基板102はそれよりも低い増加率に止まる。
それにつれて基板101は順調に特性が向上して行く
が、基板102はそれよりも低い増加率に止まる。
【0054】また、しきい値電圧も同様の傾向にある。
処理時間 1時間では、基板101は約 2.5Vであった
が、基板102は 8V程度と、高いしきい値電圧を示し
た。
処理時間 1時間では、基板101は約 2.5Vであった
が、基板102は 8V程度と、高いしきい値電圧を示し
た。
【0055】そしてこれを 3時間処理の場合について見
ると、基板101は 1V程度にまでも低減できたが、基
板102は 7V程度までにしか低減できなかった。
ると、基板101は 1V程度にまでも低減できたが、基
板102は 7V程度までにしか低減できなかった。
【0056】石英基板を考察すると、基本的にはSiと
Oでネットワークが形成されている。しかし、ガラス状
の構造であるため結晶のように堅い構造ではない。その
ため、いろいろな結合、結合の緩みが発生する。(この
結合の状態はFTIR法などで測定することができ
る。)OH基が少ないと言われている高耐熱基板は多員
環が比較的少ないので、従来の基板として用いられてい
たそれらの高耐熱基板を用いた場合にはその上に形成さ
れたTFTに水素化が十分には効かなかったものと考え
られる。
Oでネットワークが形成されている。しかし、ガラス状
の構造であるため結晶のように堅い構造ではない。その
ため、いろいろな結合、結合の緩みが発生する。(この
結合の状態はFTIR法などで測定することができ
る。)OH基が少ないと言われている高耐熱基板は多員
環が比較的少ないので、従来の基板として用いられてい
たそれらの高耐熱基板を用いた場合にはその上に形成さ
れたTFTに水素化が十分には効かなかったものと考え
られる。
【0057】従って、OH基の多い基板を使用すること
により、水素化を十分行い、活性層及びゲート酸化膜と
の界面の欠陥を減少させることができる。このため、T
FTの移動度、しきい値電圧、ドレインリーク電流等、
電気的特性が向上して、このようなTFTを用いた液晶
表示装置においては、画素への電圧書き込みが十分に行
なうことができ、またTFTのオフ時リーク電流も抑制
できるので書き込み後の画素電位の変動も小さくするこ
とができる。よって、表示品質が良好かつ信頼性の高い
液晶表示装置を実現することができる。
により、水素化を十分行い、活性層及びゲート酸化膜と
の界面の欠陥を減少させることができる。このため、T
FTの移動度、しきい値電圧、ドレインリーク電流等、
電気的特性が向上して、このようなTFTを用いた液晶
表示装置においては、画素への電圧書き込みが十分に行
なうことができ、またTFTのオフ時リーク電流も抑制
できるので書き込み後の画素電位の変動も小さくするこ
とができる。よって、表示品質が良好かつ信頼性の高い
液晶表示装置を実現することができる。
【0058】ここで、一般にはOH基の多い基板は熱処
理時に熱変形が生じやすい、と言われていた。確かに、
分子構造上、1000℃以上もの熱処理を施した場合には熱
変形が生じやすかった。しかしながら、 900℃程度以下
の熱処理プロセスの場合には、そのような熱変形はほと
んど実際上の問題は無いことも確認できた。
理時に熱変形が生じやすい、と言われていた。確かに、
分子構造上、1000℃以上もの熱処理を施した場合には熱
変形が生じやすかった。しかしながら、 900℃程度以下
の熱処理プロセスの場合には、そのような熱変形はほと
んど実際上の問題は無いことも確認できた。
【0059】ところで、本発明に係る電気絶縁性基板の
材料の組成として、OH基を 200ppm以上としたの
は、前述したように、本発明に係る基板を用いて形成さ
れた液晶表示装置用のTFTは、しきい値電圧を 1Vに
まで低下させることができるが、従来の基板を用いた場
合にはTFTのしきい値電圧をせいぜい 7V程度にまで
しか低減できないので、従来の基板を用いた場合には、
液晶表示装置として好ましい駆動電圧として一般に採用
されている駆動電圧に対応できないためである。
材料の組成として、OH基を 200ppm以上としたの
は、前述したように、本発明に係る基板を用いて形成さ
れた液晶表示装置用のTFTは、しきい値電圧を 1Vに
まで低下させることができるが、従来の基板を用いた場
合にはTFTのしきい値電圧をせいぜい 7V程度にまで
しか低減できないので、従来の基板を用いた場合には、
液晶表示装置として好ましい駆動電圧として一般に採用
されている駆動電圧に対応できないためである。
【0060】即ち、液晶表示装置の分野においては、一
般的な駆動電圧として信号側15V、走査側 6Vがサポー
トされており、しかも近年のさらなる液晶表示装置の小
型・薄型化および低消費電力化に対応するためには駆動
電圧のさらなる低電圧化が必要である。しかるに、従来
の基板を用いた場合には、TFTのしきい値は前記の図
2にも明らかなように 7Vよりも下げることはできず、
現在のTFTのしきい値電圧にも合致しないだけでな
く、駆動電圧のさらなる低電圧化にも対応できないとい
う問題があった。しかし、本発明のようにOH基の多い
基板を用いることにより、しきい値電圧も従来の 6V仕
様に適合できることは言うまでもなく、さらなる低電圧
化にも十分に対応することができ、上記のような従来の
問題はいずれも解消することができるのである。
般的な駆動電圧として信号側15V、走査側 6Vがサポー
トされており、しかも近年のさらなる液晶表示装置の小
型・薄型化および低消費電力化に対応するためには駆動
電圧のさらなる低電圧化が必要である。しかるに、従来
の基板を用いた場合には、TFTのしきい値は前記の図
2にも明らかなように 7Vよりも下げることはできず、
現在のTFTのしきい値電圧にも合致しないだけでな
く、駆動電圧のさらなる低電圧化にも対応できないとい
う問題があった。しかし、本発明のようにOH基の多い
基板を用いることにより、しきい値電圧も従来の 6V仕
様に適合できることは言うまでもなく、さらなる低電圧
化にも十分に対応することができ、上記のような従来の
問題はいずれも解消することができるのである。
【0061】
【発明の効果】以上、詳細な説明で明示したように、本
発明によれば、特に移動度やしきい値特性が良好でかつ
信頼性の高い多結晶シリコン薄膜トランジスタ素子を備
えて、優れた表示性能を実現できる液晶表示装置を提供
することができる。
発明によれば、特に移動度やしきい値特性が良好でかつ
信頼性の高い多結晶シリコン薄膜トランジスタ素子を備
えて、優れた表示性能を実現できる液晶表示装置を提供
することができる。
【図1】石英基板上に形成したp−SiTFTの構造の
概要を示す断面図である。
概要を示す断面図である。
【図2】(1)本発明に係る基板101と(2)従来の
基板102との上にそれぞれ作成した薄膜トランジスタ
(TFT)の動作特性のうち、水素化処理時間に依存し
て変化した移動度およびしきい値電圧の測定結果を示す
図である。
基板102との上にそれぞれ作成した薄膜トランジスタ
(TFT)の動作特性のうち、水素化処理時間に依存し
て変化した移動度およびしきい値電圧の測定結果を示す
図である。
【図3】本発明の液晶表示装置の概要を示す図である。
【図4】一般的な水素化処理時の水素が基板を拡散して
行く拡散経路を示す図である。
行く拡散経路を示す図である。
1………石英基板 2………活性層 3………ゲート酸化膜 4………ゲート電極 5………第1層間絶縁膜 6………金属配線 7………ソース領域 8………第2層間絶縁膜 9………ドレイン領域 10………透明電極 11………TFTアレイ基板 12………対向基板 13………液晶層 14………封止材 15………外装アセンブリ
Claims (2)
- 【請求項1】 液晶駆動回路および画素部スイッチ素子
のうち少なくともいずれか一方を形成する素子として多
結晶シリコン薄膜トランジスタ素子と、前記画素部スイ
ッチ素子に接続されて電圧印加を制御される画素電極と
が、第1の電気絶縁性基板上に形成されたスイッチ素子
アレイ基板と、前記画素電極に間隙を有して対向配置さ
れる対向電極が第2の電気絶縁性基板上に形成されてお
り、前記スイッチ素子アレイ基板に対して前記間隙を保
持しつつ対向配置された対向基板と、前記間隙に封入・
挟持された液晶層とを有する液晶表示装置において、 前記スイッチ素子アレイ基板の前記第1の電気絶縁性基
板が、シリコンと酸素を分子構造のネットワークの骨格
に有する材料で形成された電気絶縁性基板であって、該
電気絶縁性基板を形成している材質の分子構造がOH基
を 200ppm以上含んでいる電気絶縁性基板であること
を特徴とする液晶表示装置。 - 【請求項2】 液晶駆動回路および画素部スイッチ素子
のうち少なくともいずれか一方を形成する素子として配
設された多結晶シリコン薄膜トランジスタ素子と、前記
画素部スイッチ素子に接続されて電圧印加を制御される
画素電極とが、第1の電気絶縁性基板上に形成されたス
イッチ素子アレイ基板と、前記画素電極に間隙を有して
対向配置される対向電極が第2の電気絶縁性基板上に形
成されており、前記スイッチ素子アレイ基板に対して前
記間隙を保持しつつ対向配置された対向基板と、前記間
隙に封入・挟持された液晶層とを有する液晶表示装置に
おいて、 前記スイッチ素子アレイ基板の前記第1の電気絶縁性基
板が、シリコンと酸素を分子構造のネットワークの骨格
に有する材料で形成された電気絶縁性基板であって、該
電気絶縁性基板を形成している材質の分子構造がOH基
を 200ppm以上乃至1000ppm以下含んでいる電気絶
縁性基板であることを特徴とする液晶表示装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24806895A JPH0990331A (ja) | 1995-09-26 | 1995-09-26 | 液晶表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24806895A JPH0990331A (ja) | 1995-09-26 | 1995-09-26 | 液晶表示装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0990331A true JPH0990331A (ja) | 1997-04-04 |
Family
ID=17172739
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24806895A Withdrawn JPH0990331A (ja) | 1995-09-26 | 1995-09-26 | 液晶表示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0990331A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011119706A (ja) * | 2009-10-30 | 2011-06-16 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置及び半導体装置の作製方法 |
-
1995
- 1995-09-26 JP JP24806895A patent/JPH0990331A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011119706A (ja) * | 2009-10-30 | 2011-06-16 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置及び半導体装置の作製方法 |
| US10566459B2 (en) | 2009-10-30 | 2020-02-18 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device having a first region comprising silicon, oxygen and at least one metal element formed between an oxide semiconductor layer and an insulating layer |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20021203 |