JP2000039628A

JP2000039628A - 半導体表示装置

Info

Publication number: JP2000039628A
Application number: JP11059595A
Authority: JP
Inventors: Jun Koyama; 潤小山; Hideto Onuma; 英人大沼; Yutaka Shionoiri; 豊塩野入; Sho Nagao; 祥長尾
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1998-05-16
Filing date: 1999-03-08
Publication date: 2000-02-08
Also published as: US6777273B1; US7233033B2; US20040160407A1

Abstract

(57)【要約】【課題】高精彩・高解像度・高画質・低消費電力の小
型半導体表示装置を提供すること。【解決手段】本発明の半導体表示装置は、画素マトリ
クス回路、データ線駆動回路、および走査線駆動回路を
有しており、これらの構成要素が多結晶ＴＦＴによって
同一基板上に形成される。また、その製造方法におけ
る、触媒元素を用いた結晶性の助長化プロセス、および
触媒元素のゲッタリングプロセスによって、小型にもか
かわらず、高精細・高解像度・高画質の半導体表示装置
が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

【０００２】本発明は、アクティブマトリクス型半導体
表示装置に関する。特に、表示媒体に液晶を用いたアク
ティブマトリクス型液晶表示装置に関する。ただし、本
発明の半導体表示装置には、その表示媒体に、印加電圧
に応答して光学的特性が変調され得るその他のいかなる
表示媒体（例えば、エレクトロルミネセンス素子等）を
用いることもできる。

【０００３】

【従来の技術】

【０００４】最近安価なガラス基板上に半導体薄膜を形
成した半導体装置、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
を作製する技術が急速に発達してきている。その理由
は、アクティブマトリクス型液晶表示装置（液晶パネ
ル）の需要が高まってきたことによる。

【０００５】アクティブマトリクス型液晶パネルは、マ
トリクス状に配置された数十〜数百万個もの画素領域に
それぞれ画素ＴＦＴが配置され（この回路をアクティブ
マトリクス回路という）、各画素電極に出入りする電荷
をＴＦＴのスイッチング機能により制御するものであ
る。

【０００６】アクティブマトリクス回路には、ガラス基
板上に形成されたアモルファスシリコンを利用した薄膜
トランジスタによって構成されている。

【０００７】また、最近、石英基板を利用し、多結晶珪
素膜でもって薄膜トランジスタを作製するアクティブマ
トリクス型液晶表示装置も実現されている。この場合、
画素ＴＦＴを駆動する周辺駆動回路も、アクティブマト
リクス回路と同一基板上に形成することができる。

【０００８】また、レーザーアニール等の技術を利用す
ることにより、ガラス基板上に結晶性珪素膜を用いた薄
膜トランジスタを作製する技術も知られている。この技
術を利用すると、ガラス基板にアクティブマトリクス回
路と周辺駆動回路とを集積化することができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】

【００１０】近年、アクティブマトリクス型液晶表示装
置がノート型のパーソナルコンピュータに多用されてき
ている。パーソナルコンピュータにおいては、複数のソ
フトウエアを同時に起動したり、デジタルカメラからの
映像を取り込んで加工したりと、多階調の液晶表示装置
が要求されている。

【００１１】さらに、最近では、携帯情報端末、モバイ
ルコンピュータ、カーナビゲイションなどの普及に伴
い、小型で、高精細・高解像度・高画質なアクティブマ
トリクス型液晶表示装置が求められている。

【００１２】小型で、高精細・高解像度・高画質なアク
ティブマトリクス型液晶表示装置を提供するためには、
画素ピッチを小さくし、かつ階調表示がどこまで細かく
できるかが重要となる。画素ピッチを小さくするために
は、画素ＴＦＴのサイズを小さくしなければならず、こ
れには困難が伴う。また、細かな階調表示を行うために
は、性能の良い駆動回路が用いられなければならず、従
来の技術では、外付けのＩＣ回路によってでしかこれを
実現することはできなかった。

【００１３】そこで本発明は、上記の事情を鑑みて、良
好な階調表示を行える、小型化が可能な高精細・高解像
度の半導体表示装置、特にアクティブマトリクス型液晶
表示装置を提供することを課題とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】

【００１５】本発明の半導体表示装置の構成例として、
以下に示すような半導体表示装置が挙げられる。

【００１６】本発明のある実施形態によると、マトリク
ス状に配置された複数の画素ＴＦＴを有するアクティブ
マトリクス回路と、前記アクティブマトリクス回路を駆
動する、複数のＴＦＴを有するデータ線駆動回路および
走査線駆動回路と、を有する半導体表示装置であって、
前記複数の画素ＴＦＴおよび前記複数のＴＦＴの活性層
は、触媒元素によって結晶性化が助長され、かつ前記触
媒元素は、ゲッタリング用の元素によって選択的にゲッ
タリングされることを特徴とする半導体表示装置が提供
される。このことによって上記目的が達成される。

【００１７】前記触媒元素には、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｒ
ｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選
ばれた一種または複数種のものが用いられてもよい

【００１８】前記触媒元素には、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｉｎから
選ばれた一種または複数種のものが用いられてもよい。

【００１９】前記ゲッタリング用の元素には、Ｐが用い
られてもよい。

【００２０】前記ゲッタリング用の元素には、Ｐ、Ｎ、
Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉから選ばれた一種または複数種のもの
が用いられてもよい。

【００２１】前記データ線駆動回路のシフトレジスタ
は、図９あるいは図１０に示される最大動作周波数を有
するものであってもよい。

【００２２】請求項１乃至６において、レーザー光の照
射または強光の照射によって前記ゲッタリニグ用の元素
が活性化されるようにしてもよい

【００２３】以下の実施例をもって本発明の半導体表示
装置を説明する。なお、本発明の半導体表示装置は、以
下の実施例に限定されるわけではない。

【００２４】

【実施例】

【００２５】（実施例１）

【００２６】図１に、本実施例による本発明の半導体表
示装置である、アクティブマトリクス型液晶表示装置の
ブロック図を示す。

【００２７】図１において、１００はアクティブマトリ
クス回路であり、画素ＴＦＴ１００−１、液晶１００−
２、補助容量１００−３などから構成される画素がマト
リクス状に配置されている。ここでは、本実施例のアク
ティブマトリクス型液晶表示装置は、１９２０×４８０
画素（縦６４０×ＲＧＢ×横４８０）であり、ＶＧＡ規
格に対応している。なお、Ｒは赤の画像に対応する画
素、緑は緑の画像に対応する画素、Ｂは青の画像に対応
する画素を示す。なお、画素数はこれに限定されるわけ
ではない。

【００２８】１０１はデータ線駆動回路である。データ
線駆動回路１０１は、シフトレジスタ１０１−１、レベ
ルシフタ１０１−２、バッファ１０１−３を有してい
る。なお、データ線駆動回路１０１に入力される信号と
しては、図１に示されるように、ＣＬＫ（クロック）、
ＣＬＫｂ（反転クロック）、ＳＰ（スタートパルス）、
Ｖｄｄ（＋２Ｖ電源）、ＶｄｄＨ（＋８Ｖ電源）、Ｖｓ
ｓ（−８Ｖ電源）がある。

【００２９】１０２は走査線駆動回路（左）であり、１
０３は走査線駆動回路（右）である。１０２および１０
３は、同じ構造を有しており、入力される信号も同じで
ある。これは、走査線を左右両側から同時に駆動しやる
ことによって、走査信号のなまりを解消してやるととも
に、どちらか片側の走査線駆動回路が動作しなくなった
場合にも対応できるようにするためである。走査線駆動
回路１０２は、シフトレジスタ１０２−１、レベルシフ
タ１０２−２、バッファ１０２−３を有しており、走査
線駆動回路１０３は、シフトレジスタ１０３−１、レベ
ルシフタ１０３−２、バッファ１０３−３を有してい
る。なお、走査線駆動回路（左）１０２および走査線駆
動回路（右）１０３に入力される信号としては、ＣＬＫ
（クロック）、ＳＰ（スタートパルス）、Ｖｄｄ（＋２
Ｖ電源）、ＶｄｄＨ（＋８Ｖ電源）、Ｖｓｓ（−８Ｖ電
源）がある。

【００３０】データ線駆動回路からのタイミング信号に
基づいて、ビデオ入力信号線からのビデオ信号が画素に
印加されるようになっている。本実施例では、ビデオ入
力信号線は、ＲＧＢ各４本づつから構成されている。こ
れは、本実施例では、シリアルなビデオデータを外部の
分割回路で４分割し、４つのパラレルな画像データに変
換しているためである。なお、本実施例では、ビデオデ
ータの４分割を行っているが、ビデオデータの分割数は
これに限定されるわけではない。例えば、シリアルなビ
デオデータをｎ分割（ｎは２以上の自然数）する場合に
は、ビデオ入力信号線は、ＲＧＢ各ｎ本（合計３ｎ本）
となる。

【００３１】なお、本実施例では、ビデオデータの分割
を外部に設けた分割回路によって行っているが、アクテ
ィブマトリクス回路１００、データ線駆動回路１０１、
走査線駆動回路（左）１０２、走査線駆動回路（右）１
０３などと同一基板上に形成されるようにしてもよい。

【００３２】次に、図２を参照する。図２には、本実施
例のデータ線駆動回路１０１の回路図が示されている。
図２に示されるように、シフトレジスタ１０１−１は、
その構成要素であるＳＲ１、ＳＲ２、・・・、ＳＲ１６
０を有しており、各構成要素は、インバータ１０１−１
−２、クロックドインバータ１０１−１−３を有してい
る。１０１−１−１は、スタートパルスをバッファする
インバータである。

【００３３】シフトレジスタ１０１−１の各構成要素Ｓ
Ｒ１、ＳＲ２、・・・、ＳＲ１６０から供給されるタイ
ミング信号は、ＮＡＮＤ回路（ＮＡＮＤ１、ＮＡＮＤ
２、・・・、ＮＡＮＤ１６０）を通り、レベルシフタ１
０１−２に供給される。シフトレジスタ１０１−１およ
びＮＡＮＤ回路に入出力されるタイミング信号は１０Ｖ
であるが、レベルシフタ１０１−２によって１６Ｖに引
き上げられる。

【００３４】レベルシフタ１０１−２によって電圧レベ
ルが１６Ｖに引き上げられたタイミング信号は、バッフ
ァ１０１−３によってバッファされ、アナログスイッチ
１０１−５を動作させる。アナログスイッチ１０１−５
は、バッファ１０１−５からのタイミング信号により動
作し、ビデオ入力信号線１０４（図示せず）からのビデ
オ信号を各画素の画素ＴＦＴに供給する。本実施例で
は、ＮＡＮＤ回路から供給されるタイミング信号によっ
てＲＧＢ各４本のデータ線に同時にビデオ信号を供給す
る（駆動する）。これは、外部の分割回路によってシリ
アルなビデオデータが、パラレルな４つのビデオデータ
に分割されるからである。図２において、Ｒ１〜Ｒ４、
Ｇ１〜Ｇ４、Ｂ１〜Ｂ４とは、ＲＧＢ各色に対応するデ
ータ線の番号を指す。本実施例では、ＲＧＢ各６４０本
のデータ線があることは上述した内容から理解される。

【００３５】なお、ビデオデータが、上述したようにｎ
分割される場合は、ＮＡＮＤ回路から供給されるタイミ
ング信号によってＲＧＢ各ｎ本のデータ線に同時にビデ
オ信号が供給されることになる。

【００３６】走査線駆動回路の回路構成については、特
に説明しないが、アナログスイッチを有しない点や駆動
周波数が低い点など以外は、回路構成についてデータ線
駆動回路と差はない。

【００３７】次に、本実施例のアクティブマトリクス型
液晶表示装置の作成方法の一実施例を説明する。なお、
これより説明する作製方法は、本発明のアクティブマト
リクス型液晶表示装置を実現する一つの手段に過ぎず、
他の作製方法によっても本発明のアクティブマトリクス
型液晶表示装置が実現される。

【００３８】図３を参照する。まず、12.5ｃｍ角のガラ
ス基板３０１（例えばコーニング１７３７ガラス基板）
を用意する。そしてこのガラス基板３０１上に、ＴＥＯ
Ｓを原料としたプラズマＣＶＤ法により、酸化珪素膜３
０２を２００ｎｍの厚さに形成する。勿論この厚さは、
必要とする厚さとすればよい。この酸化珪素膜３０２
は、ガラス基板側から不純物が半導体膜に拡散したりす
るのを防止する下地膜として機能する。

【００３９】次にプラズマＣＶＤ法によって、非晶質珪
素膜３０３（アモルファスシリコン膜）の成膜を行う
（図３（Ａ））。ここでは、プラズマＣＶＤ法を用いる
が、減圧熱ＣＶＤ法を用いるのでもよい。なお、非晶質
珪素膜３０３の厚さは、５５０Åとする。勿論この厚さ
は、必要とする厚さとすればよい。次にUV光を非晶質珪
素膜３０３の表面に照射することにより薄い酸化膜を形
成する（図示せず）。

【００４０】次に、液相Ｎｉ酢酸塩３０４をスピンコー
ト法により非晶質珪素膜３０３の表面に塗布する。前記
酸化膜はＮｉ（ニッケル）酢酸塩３０４が膜表面に均質
に塗布されるために付けられている。Ｎｉ元素は、非晶
質珪素膜が結晶化する際に結晶化を助長する触媒元素と
して機能する（図３（Ｂ））。

【００４１】次に窒素雰囲気中において、４５０℃〜５
００℃（本実施例では５００℃）の温度で１時間保持す
ることにより、非晶質珪素膜中の水素を離脱させる。こ
れは、非晶質珪素膜中に不対結合手を意図的に形成する
ことにより、後の結晶化に際してのしきい値エネルギー
を下げるためである。そして窒素雰囲気中において、５
５０℃〜６００℃（本実施例では５５０℃）、４〜８時
間（本実施例では４時間）の加熱処理を施すことによ
り、非晶質珪素膜を結晶化させる。この結晶化の際の温
度を５５０℃とすることができたのは、ニッケル元素の
作用によるものである。上記加熱処理中、Ｎｉ元素は珪
素膜中を移動しながら、該珪素膜の結晶化を促進する。
こうして、６００度以下の温度で、ガラス基板上に多結
晶珪素膜４０５を得ることができる（図３（Ｃ））。さ
らに、結晶性を上げるためにレーザーで多結晶珪素膜を
アニールする。

【００４２】また、上記の結晶化あるいは／および結晶
性を上げることに、ＲＴＡを用いてもよい。ＲＴＡは、
RAPID THERMAL ANNEALING の略語である。ＲＴＡでは、
ハロゲンランプに代表される赤外光を主に発する強光を
光源とし、基板表面につけられた膜のみを短時間で加熱
することを可能とする。なお、ＲＴＡに関しては、詳し
くは、実施例３で述べる。

【００４３】上記方法では、ニッケルを非晶質珪素膜上
の全面に塗布したが、マスク等を用いて、ニッケルを非
晶質珪素膜上に選択的に添加し、結晶成長させてもよ
い。この場合、結晶は主に横方向に成長してゆく。

【００４４】また、触媒元素には、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、
Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕか
ら選ばれた一種または複数種のものが用いられてもよ
い。

【００４５】また、触媒元素には、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｉｎ、
Ｓｎから選ばれた一種または複数種のものが用いられて
もよい。

【００４６】次に、膜中のニッケルを除去する工程を行
う。まず、酸化膜でなるマスク３０６〜３０７を１００
ｎｍ〜１３０ｎｍ（本実施例では１３０ｎｍ）の厚さで
形成する。本マスクはリン（Ｐ）のドーピングを選択的
に行うために配置される。この状態でリンのドーピング
を行う。すると、多結晶珪素膜３０５の上記マスク３０
６〜３０８で覆われていない部分３０９〜３１２のみに
リンがドーピングされる（これらの領域をリン添加領域
とする）（図３（Ｄ））。このとき、ドーピングの加速
電圧と、酸化膜で成るマスクの厚さを最適化し、リンが
マスク３０６〜３０８を実質的に突き抜けないようにす
る。上記マスク３０６〜３０８は必ずしも酸化膜でなく
てよいが、酸化膜は活性層に直接触れても汚染の原因に
ならないので都合がよい。

【００４７】リンのドーズ量は、１×１０¹⁴から１×１
０¹⁵ions／ｃｍ² 程度がよかった。本実施例では、５×
１０¹⁴ions／ｃｍ² のドーズをイオンドーピング装置を
用いた。

【００４８】なお、イオンドープの際の加速電圧は１０
kVとした。１０KVの加速電圧であれば、リンは１００ｎ
ｍの酸化膜マスクをほとんど全く通過することができな
い。

【００４９】その後、６００℃の窒素雰囲気にて１〜１
２時間（本実施例では１２時間）熱アニールし、ニッケ
ル元素のゲッタリングを行った（図４（Ａ））。こうす
ることによって、ニッケルがリンに吸い寄せられて、リ
ンの添加領域３０９〜３１２からニッケルが実質的にな
くなってしまう。つまりリンがゲッタリング用の元素と
して働く。６００度の温度のもとでは、リン原子は膜中
をほとんど動かないが、ニッケル原子は数１００μｍ程
度またはそれ以上の距離を移動することができる。この
ことからリンがニッケルのゲッタリングに最も適した元
素の１つであることが理解できる。

【００５０】次に、上記多結晶珪素膜３０５をパターニ
ングする。このとき、リンの添加領域３０９〜３１２す
なわちニッケルがゲッタリングされた領域が残らないよ
うにする。このようにして、ニッケル元素をほとんど含
まない多結晶珪素膜３１３〜３１５が得られた（図４
（Ｂ））。得られた多結晶珪素膜３１３〜３１５が後に
ＴＦＴの活性層となる。

【００５１】なお、ゲッタリング用の元素には、Ｐ、
Ｎ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉから選ばれた一種または複数種の
ものが用いられてもよい。

【００５２】次に、ゲイト絶縁膜３１６を形成する。本
実施例では、ゲイト絶縁膜３１６としてプラズマＣＶＤ
法により、酸化珪素膜（ＳｉＯ₂ ）を１５０ｎｍに形成
した（図４（Ｃ））。

【００５３】次に、図示しないアルミニウムを主成分と
する金属膜を形成する。本実施例では２ｗｔ％のスカン
ジウムを含有したアルミニウム膜を用いる（図４
（Ｄ））。

【００５４】次に、陽極酸化法により、前記金属膜の露
呈した表面に陽極酸化膜３１８を形成する。３１７は前
記金属膜のうち陽極酸化されなかった部分である（図４
（Ｄ））。

【００５５】次に、陽極酸化膜の上部にレジスト３１９
〜３２３を形成する。そして、陽極酸化膜３１８および
金属膜３１７をパターンニングし、ゲイト電極の原形を
作製する。次に、公知の陽極酸化技術により多孔性の陽
極酸化膜３２４〜３３２を形成する（図５（Ａ））。

【００５６】さらに、公知の陽極酸化技術により、無孔
性の陽極酸化膜３３４〜３３８、およびゲイト電極３３
９〜３４３を形成する（図５（Ｂ））。

【００５７】次にゲイト電極３３９〜３４３、多孔性の
陽極酸化膜３２４〜３３２をマスクとしてゲイト絶縁膜
３１６をエッチングする。そして、多孔性の陽極酸化膜
３２４〜３３２を除去して図５（Ｃ）の状態を得る。な
お、図５（Ｃ）において３４４〜３４８で示されるのは
加工後のゲイト絶縁膜である。

【００５８】次に、一導電性を付与する不純物元素の添
加工程を行う。不純物元素としてはＮチャネル型ならば
Ｐ（リン）またはＡｓ（砒素）、Ｐ型ならばＢ（ボロ
ン）またはＧａ（ガリウム）を用いれば良い。

【００５９】本実施例では、Ｎチャネル型およびＰチャ
ネル型のＴＦＴを形成するための不純物添加をそれぞれ
２回の工程に分けて行う。

【００６０】最初に、Ｎチャネル型のＴＦＴを形成する
ための不純物添加を行う。まず、１回目の不純物添加
（本実施例ではＰ（リン）を用いる）を高加速電圧９０
ｋｅＶ程度で行い、ｎ^-領域を形成する。このｎ^-領域
は、Ｐイオン濃度が１×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³ 〜１
×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³ となるように調節する。

【００６１】さらに、２回目の不純物添加を低加速電圧
１０ｋe Ｖ程度で行い、ｎ⁺領域を形成する。この時
は、加速電圧が低いので、ゲイト絶縁膜がマスクとして
機能する。また、このｎ⁺領域は、シート抵抗が５００
Ω以下（好ましくは３００Ω以下）となるように調節す
る。

【００６２】次に、Ｎチャネル型ＴＦＴを覆ってレジス
トマスク（図示せず）を設け、Ｐ型を付与する不純物イ
オン（本実施例ではボロンを用いる）の添加を行う。

【００６３】この工程も前述の不純物添加工程と同様に
２回に分けて行うが、Ｎチャネル型をＰチャネル型に反
転させる必要があるため、前述のＰイオンの添加濃度の
数倍程度の濃度のＢ（ボロン）イオンを添加する。

【００６４】このようにして、Ｎチャネル型ＴＦＴおよ
びＰチャネル型ＴＦＴの活性層が形成される（図５
（Ｄ））。なお、３４９〜３５３はそれぞれ、チャネル
形成領域となる。

【００６５】以上の様にして活性層が完成したら、ファ
ーネスアニール、レーザーアニール、ランプアニール等
の組み合わせによって不純物イオンの活性化を行う。そ
れと同時に添加工程で受けた活性層の損傷も修復され
る。

【００６６】次に、層間絶縁膜３５４として窒化珪素膜
（２５０Å）と酸化珪素膜（９０００Å）との積層膜を
形成し、コンタクトホールを形成した後、ソース電極３
５５〜３５７、およびドレイン電極３５８ならびに３５
９を、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉの３層構造の金属膜によって形
成して図６（Ａ）に示す状態を得る。なお、層間絶縁膜
３５４として有機性樹脂膜を用いることもできる。

【００６７】次に、有機性樹脂膜からなる第１の層間絶
縁膜３６０を０．５〜３μｍの厚さに形成する。本実施
例では、第１の層間絶縁膜には、ポリイミドを用いた。
有機性樹脂膜としては、ポリイミド、アクリル、ポリイ
ミドアミド等が用いられる。有機性樹脂膜の利点は、成
膜方法が簡単である点、容易に膜厚を厚くできる点、比
誘電率が低いので寄生容量を低減できる点、平坦性に優
れている点などが挙げられる。なお、上述した以外の有
機性樹脂膜を用いることもできる。

【００６８】次に、第１の層間絶縁膜３６０上に遮光性
を有する膜でなるブラックマスク３６１を２００ｎｍの
厚さに形成する。なお、本実施例では、ブラックマスク
３６１としてチタン膜を用いるが、黒色顔料を含む樹脂
膜等を用いることもできる。

【００６９】なお。ブラックマスク３６１にチタン膜を
用いる場合には、駆動回路や他の周辺回路部の配線の一
部をチタンによって形成することができる。このチタン
の配線は、ブラックマスク３６１の形成時に、同時に形
成され得る。

【００７０】ブラックマスク３６１を形成したら、第２
の層間絶縁膜３６２としてポリイミド膜を形成する。な
お、ポリイミドや他の有機性樹脂膜の代わりに、酸化珪
素膜、窒化珪素膜いずれかまたはそれらの積層膜を０．
１μｍ〜０．３μｍの厚さに形成する。そして第１の層
間絶縁膜３６０および第２の層間絶縁膜３６２にコンタ
クトホールを形成し、画素電極３６３を１２０ｎｍの厚
さに形成する。なお、本実施例は透過型のアクティブマ
トリクス液晶表示装置の例であるため画素電極３６３を
構成する導電膜としてＩＴＯ等の透明導電膜を用いた
（図６（Ｂ））。

【００７１】次に、基板全体を３５０℃の水素雰囲気で
１〜２時間加熱し、素子全体の水素化を行うことで膜中
（特に活性層中）のダングリングボンド（不対結合手）
を補償する。以上の工程を経て同一基板上にＮチャネル
型ＴＦＴとＰチャネル型ＴＦＴとから成るＣＭＯＳ回路
および画素ＴＦＴを作製することができる。このように
して、本実施例のアクティブマトリクス型液晶表示装置
のアクティブマトリクス基板が作製される。なお、図示
されるように、本実施例では、画素ＴＦＴはトリプルゲ
イト電極構造を有している。こうすることによって、画
素ＴＦＴのＯＦＦ電流を小さくすることができる。

【００７２】次に、上記の工程によって作製されたアク
ティブマトリクス基板をもとに、アクティブマトリクス
型液晶表示装置を作製する工程を説明する。

【００７３】図６（Ｂ）の状態のアクティブマトリクス
基板に配向膜３６４を形成する。本実施例では、配向膜
３６４には、ポリイミドを用いた。次に、対向基板を用
意する。対向基板は、ガラス基板３６５、透明導電膜３
６６、配向膜３６４とで構成される。

【００７４】なお、本実施例では、配向膜には、液晶分
子が基板に対して平行に配向するようなポリイミド膜を
用いた。なお、配向膜形成後、ラビング処理を施すこと
により、液晶分子がある一定のプレチルト角を持って平
行配向するようにした。

【００７５】次に、上記の工程を経たアクティブマトリ
クス基板と対向基板とを公知のセル組み工程によって、
シール材やスペーサ（共に図示せず）などを介して貼り
合わせる。その後、両基板の間に液晶３６６を注入し、
封止剤（図示せず）によって完全に封止する。よって、
図６（Ｃ）に示すような透過型のアクティブマトリクス
型液晶表示装置が完成する。

【００７６】なお本実施例では、液晶パネルがＴＮ（ツ
イストネマチック）モードによって表示を行うようにし
た。そのため、１対の偏光板（図示せず）がクロスニコ
ル（１対の偏光板が、それぞれの偏光軸を直交させるよ
うな状態）で、アクティブマトリクス型液晶表示装置を
挟持するように配置された。

【００７７】図７に本実施の作製方法によって作製され
たＴＦＴのＳＥＭ写真を示す。

【００７８】次に、本実施例の作製方法によって作製さ
れたＴＦＴの特性を示す。図８を参照する。図８には、
本実施例の作製方法によって作製されたＴＦＴのＩｄ−
Ｖｇ曲線（ドレイン電流−ゲイト電圧曲線）が示されて
いる。８０１はＮチャネル型ＴＦＴの特性を示す曲線で
あり、８０２はＰチャネル型ＴＦＴの特性を示す曲線で
ある。

【００７９】Ｎチャネル型ＴＦＴおよびＰチャネル型Ｔ
ＦＴいずれのＴＦＴも、しきい値の小さな特性を示して
いる。なお、以下の表１には、Ｎチャネル型ＴＦＴおよ
びＰチャネル型ＴＦＴそれぞれの特性が示されている。

【００８０】

【表１】

【００８１】なお、表１において、ＩｏｎはＯＮ電流、
ＩｏｆｆはＯＦＦ電流、Ｖｔｈはしきい値電圧、ＳはＳ
値、μは移動度、Ｌ／Ｗはチャネル長／チャネル幅、Ｌ
ＤＤは低濃度不純物領域（ｎ^-あるいはｐ^-領域）、Ｇ
Ｉはゲイト絶縁膜の厚さを示す。

【００８２】次に、図９および図１０を参照する。図９
および図１０には、本実施例のアクティブマトリクス型
液晶表示装置を本実施例の作製方法で作製した時のシフ
トレジスタ１０１−１の動作周波数特性が示されてい
る。図９には、シフトレジスタ１０１−１を構成するＰ
チャネル型ＴＦＴおよびＮチャネル型ＴＦＴのチャネル
長が４μｍの場合が、図１０には、１．５μｍの場合が
示されている。

【００８３】図９においては、印加電圧が３Ｖの時には
最大約０．５ＭＨｚ、４Ｖの時には最大約２ＭＨｚ、５
Ｖの時には最大約５ＭＨｚ、６Ｖの時には最大約９ＭＨ
ｚ、７Ｖの時には最大約１１ＭＨｚ、８Ｖの時には最大
約１３ＭＨｚ、９Ｖの時には最大約１６ＭＨｚで動作す
ることが示されている。

【００８４】図１０においては、印加電圧が４Ｖの時に
は最大約２０数ＭＨｚ、５Ｖの時には最大約４０数ＭＨ
ｚ、６Ｖの時には最大約６０数ＭＨｚ、７Ｖの時には最
大約７０数ＭＨｚ、８Ｖの時には最大約８０数ＭＨｚ、
８．５Ｖの時には最大約１００ＭＨｚ近くで動作するこ
とが示されている。よって、本実施例のアクティブマト
リクス型液晶表示装置は、本実施例の作製方法による
と、高速駆動が実現されてることがわかる。

【００８５】次に、本実施例のアクティブマトリクス型
液晶表示装置のデータ線駆動回路１０１のパターン写真
図を図１１に示す。シフトレジスタ１０１−１，ＮＡＮ
Ｄ回路、レベルシフタ１０１−２、バッファ１０１−３
が形成されていることが理解される。

【００８６】また、図１２に本実施例のアクティブマト
リクス型液晶表示装置の表示例が示されている。４．５
インチという小型なアクティブマトリクス型液晶表示装
置であるにもかかわらず、ＶＧＡという高解像度が達成
されている。

【００８７】なお、本実施例の製造方法によるアクティ
ブマトリクス型液晶表示装置の消費電力は、３９．９ｍ
Ｗであり、従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置
の約半分（アモルファスシリコンのアクティブマトリク
ス型液晶表示装置の約６分の１）の消費電力が達成され
ている。

【００８８】よって、本実施例のアクティブマトリクス
型液晶表示装置は、小型でありながら、高精細・高解像
度・高画質を実現し、かつ消費電力を従来と比較して、
かなり小さくすることができる。

【００８９】（実施例２）

【００９０】本実施例では、実施例１の作製方法におい
て、図３（Ｄ）の工程において、マスクを取り除き、活
性層膜中のリンの活性化を行うためにレーザー照射を行
った。

【００９１】レーザー照射には大出力の得られるエキシ
マレーザーを使用した。エキシマレーザーには線状に加
工されたビームをもつものを使い、加工速度をあげた。
具体的には、0.5 ｍｍ幅、１２ｃｍ長のレーザービーム
をKrF エキシマレーザーと所定のレンズ群で形成し、線
状ビームの幅方向にそのビームを基板に対して相対的に
走査させることにより、基板全面にレーザー照射を行っ
た。

【００９２】その他の種類のエキシマレーザー、例え
ば、XeClエキシマレーザーを用いても効果は同様であっ
た。また、線状に加工されていないレーザービームを使
用しても効果は同様であった。このようにして活性化さ
れたリンのシート抵抗は２ＫΩ／□程度であった。

【００９３】その後の工程は、実施例１と同様である。

【００９４】本実施例の作製方法によれば、リンが活性
化しているので、その電気的な力でニッケルなどの触媒
元素のゲッタリング能力が改善され高くなっている。そ
して、一方で、ニッケルは、リンを活性化させる際のエ
ネルギーを受けてニッケルシリサイドとして膜中に拡散
するので、ニッケルはよりゲッタリングされやすい状態
となっている。

【００９５】（実施例３）

【００９６】実施例２で示したゲッタリングの能力を改
善するレーザー照射の工程を、ＲＴＡで置き換えたもの
を本実施例で示す。

【００９７】ＲＴＡは、RAPID THERMAL ANNEALING の略
語である。ＲＴＡでは、ハロゲンランプに代表される赤
外光を主に発する強光を光源とし、基板表面につけられ
た膜のみを短時間で加熱することを可能とする。

【００９８】しかしながら、レーザーほどその加熱時間
を短くすることができない、波長領域が主に赤外領域で
ある（エキシマレーザー光は紫外光である）等の原因
で、基板もやや加熱される。

【００９９】よって、レーザーと比較すると高いエネル
ギーを膜に与えることは難しいが、エネルギーはレーザ
ーよりも安定しているので、より均質なアニールができ
る。また、ＲＴＡは本実施例で必要とするエネルギーを
充分、活性層に与える能力を持っている。

【０１００】本実施例で使用するＲＴＡはハロゲンラン
プを有したものである。本実施例で使用するＲＴＡは線
状に加工されたビーム状の光線を有しており、加工効率
を上げている。加工法法は線状レーザーを使用する方法
とほぼ同様である。しかしながら、レーザーと違い加工
時間がややかかるので基板が急激な温度変化に耐えられ
ず割れることがある。よって、処理前に基板温度を上げ
ておく必要がある。

【０１０１】本実施例では、基板の温度をあらかじめ３
５０度にまで加熱しておき、それからハロゲンランプを
レーザーと同様な方法で、基板に対し走査させながら照
射した。

【０１０２】ハロゲンランプはアークランプに置き換え
ても効果は同様であった。また、ＲＴＡの光線は必ずし
も線状に加工される必要はない。実施例１で示した作成
法でレーザー照射の工程のみをＲＴＡ工程に置き換え、
得た膜のシート抵抗は５ｋΩ／□であった。後は、実施
例１と同様の手順で工程を踏めばよい。本実施例で示し
た方法で作成されたは実施例１で得たものとほぼ同等の
特性を備えていた。

【０１０３】（実施例４）

【０１０４】上記実施例１〜３の作製方法によると、ト
ップゲイト型のＴＦＴによって本発明のアクティブマト
リクス型液晶表示装置が作製されたが、本発明のアクテ
ィブマトリクス型液晶表示装置は、逆スタガー型のＴＦ
Ｔによってこうせいされてもよい。

【０１０５】（実施例５）

【０１０６】上記実施例１〜４においては、ネマチック
液晶を用いたＴＮモードが本発明のアクティブマトリク
ス型液晶表示装置の表示モードとして用いられている
が、電界制御複屈折を利用したモード、液晶と高分子と
の混合層、いわゆる高分子分散モードなども用いること
ができる。

【０１０７】上記実施例によって作製されたアクティブ
マトリクス型液晶表示装置には、ＴＮ液晶以外にも様々
な液晶を用いることが可能である。例えば、1998, SID,
"Characteristics and Driving Scheme of Polymer-St
abilized Monostable FLCD Exhibiting Fast Response
Time and High Contrast Ratio with Gray-Scale Capab
ility" by H. Furue et al.や、1997, SID DIGEST, 84
1, "A Full-Color Thresholdless Antiferroelectric L
CD Exhibiting Wide Viewing Angle with FastResponse
Time" by T. Yoshida et al.や、1996, J. Mater. Che
m. 6(4), 671-673, "Thresholdless antiferroelectric
ity in liquid crystals and its application to disp
lays" by S. Inui et al.や、米国特許第5594569 号に
開示された液晶を用いることが可能である。

【０１０８】さらに、応答速度の速い無しきい値反強誘
電性液晶を用いて、本発明のアクティブマトリクス型液
晶表示装置を構成してもよい。

【０１０９】ある温度域において反強誘電相を示す液晶
を反強誘電性液晶という。反強誘電性液晶を有する混合
液晶には、電場に対して透過率が連続的に変化する電気
光学応答特性を示す、無しきい値反強誘電性混合液晶と
呼ばれるものがある。この無しきい値反強誘電性混合液
晶は、Ｖ字型の電気光学応答特性を示すものがあり、そ
の駆動電圧が約±２．５Ｖ程度（セル厚約１μｍ〜２μ
ｍ）のものも見出されている。

【０１１０】ここで、Ｖ字型の電気光学応答を示す無し
きい値反強誘電性混合液晶の印加電圧に対する光透過率
の特性を示す例を図１４に示す。図１４に示すグラフの
縦軸は透過率（任意単位）、横軸は印加電圧である。な
お、液晶表示装置の入射側の偏光板の透過軸は、液晶表
示装置のラビング方向にほぼ一致する無しきい値反強誘
電性混合液晶のスメクティック層の法線方向とほぼ平行
に設定されている。また、出射側の偏光板の透過軸は、
入射側の偏光板の透過軸に対してほぼ直角（クロスニコ
ル）に設定されている。

【０１１１】図１４に示されるように、このような無し
きい値反強誘電性混合液晶を用いると、低電圧駆動かつ
階調表示が可能となることがわかる。

【０１１２】このような低電圧駆動の無しきい値反強誘
電性混合液晶をアナログドライバを有する液晶表示装置
に用いた場合には、画像信号のサンプリング回路の電源
電圧を、例えば、５Ｖ〜８Ｖ程度に抑えることが可能と
なる。よって、ドライバの動作電源電圧を下げることが
でき、液晶表示装置の低消費電力化および高信頼性が実
現できる。

【０１１３】また、このような低電圧駆動の無しきい値
反強誘電性混合液晶をデジタルドライバを有する液晶表
示装置に用いた場合にも、Ｄ／Ａ変換回路の出力電圧を
下げることができるので、Ｄ／Ａ変換回路の動作電源電
圧を下げることができ、ドライバの動作電源電圧を低く
することができる。よって、液晶表示装置の低消費電力
化および高信頼性が実現できる。

【０１１４】よって、このような低電圧駆動の無しきい
値反強誘電性混合液晶を用いることは、比較的ＬＤＤ領
域（低濃度不純物領域）の幅が小さなＴＦＴ（例えば、
０ｎｍ〜５００ｎｍまたは０ｎｍ〜２００ｎｍ）を用い
る場合においても有効である。

【０１１５】また、一般に、無しきい値反強誘電性混合
液晶は自発分極が大きく、液晶自体の誘電率が高い。こ
のため、無しきい値反強誘電性混合液晶を液晶表示装置
に用いる場合には、画素に比較的大きな保持容量が必要
となってくる。よって、自発分極が小さな無しきい値反
強誘電性混合液晶を用いるのが好ましい。また、液晶表
示装置の駆動方法を線順次駆動とすることにより、画素
への階調電圧の書き込み期間（ピクセルフィードピリオ
ド）を長くし、保持容量が小くてもそれを補うようにし
てもよい。

【０１１６】なお、このような無しきい値反強誘電性混
合液晶を用いることによって低電圧駆動が実現されるの
で、液晶表示装置の低消費電力が実現される。

【０１１７】なお、図１４に示すような電気光学特性を
有する液晶であれば、いかなるものも本発明のアクティ
ブマトリクス型液晶表示装置の表示媒体として用いるこ
とができる。

【０１１８】また、本発明の半導体表示装置には、印加
電圧に応答して光学的特性が変調され得るその他のいか
なる表示媒体を用いてもよい。例えば、エレクトロルミ
ネセンス素子などを用いても良い。

【０１１９】（実施例６）

【０１２０】上記実施例１〜５の半導体表示装置には様
々な用途がある。本実施例では、本発明の半導体表示装
置を組み込んだ半導体装置について説明する。

【０１２１】このような半導体装置には、ビデオカメ
ラ、スチルカメラ、プロジェクタ、ヘッドマウントディ
スプレイ、カーナビゲーション、パーソナルコンピュー
タ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話な
ど）などが挙げられる。それらの一例を図１３に示す。

【０１２２】図１３（Ａ）は携帯電話であり、本体１３
０１、音声出力部１３０２、音声入力部１３０３、半導
体表示装置１３０４、操作スイッチ１３０５、アンテナ
１３０６で構成される。

【０１２３】図１３（Ｂ）はビデオカメラであり、本体
１３０７、半導体表示装置１３０８、音声入力部１３０
９、操作スイッチ１３１０、バッテリー１３１１、受像
部１３１２で構成される。

【０１２４】図１３（Ｃ）はモバイルコンピュータであ
り、本体１３１３、カメラ部１３１４、受像部１３１
５、操作スイッチ１３１６、半導体表示装置１３１７で
構成される。

【０１２５】図１３（Ｄ）はヘッドマウントディスプレ
イであり、本体１３１８、半導体表示装置１３１９、バ
ンド部１３２０で構成される。

【０１２６】

【発明の効果】

【０１２７】本発明によると、小型にもかかわらず、高
精細・高解像度・高画質の半導体表示装置が提供され
る。また、その消費電力も、従来と比較して、かなり小
さい値を達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体装置のある実施形態であるア
クティブマトリクス型液晶表示装置のブロック図であ
る。

【図２】本発明の半導体装置のある実施形態であるア
クティブマトリクス型液晶表示装置のデータ線駆動隘路
の回路図である。

【図３】本発明の半導体装置のある実施形態であるア
クティブマトリクス型液晶表示装置の一作製方法の工程
図である。

【図４】本発明の半導体装置のある実施形態であるア
クティブマトリクス型液晶表示装置の一作製方法の工程
図である。

【図５】本発明の半導体装置のある実施形態であるア
クティブマトリクス型液晶表示装置の一作製方法の工程
図である。

【図６】本発明の半導体装置のある実施形態であるア
クティブマトリクス型液晶表示装置の一作製方法の工程
図である。

【図７】本発明の半導体装置のある実施形態であるア
クティブマトリクス型液晶表示装置を構成するＴＦＴの
断面図である。

【図８】本発明の半導体装置のある実施形態であるア
クティブマトリクス型液晶表示装置を構成するＴＦＴの
特性を示すグラフである。

【図９】本発明の半導体装置のある実施形態であるア
クティブマトリクス型液晶表示装置のシフトレジスタの
動作特性を示すグラフである。

【図１０】本発明の半導体装置のある実施形態である
アクティブマトリクス型液晶表示装置のシフトレジスタ
の動作特性を示すグラフである。

【図１１】本発明の半導体装置のある実施形態である
アクティブマトリクス型液晶表示装置のデータ線駆動回
路のパターン図である。

【図１２】本発明の半導体装置のある実施形態である
アクティブマトリクス型液晶表示装置の表示例である。

【図１３】本発明の半導体表示装置を利用した半導体
装置の例を示す図である。

【図１４】ある無しきい値反強誘電性混合液晶の印加
電圧−透過率特性を示すグラフである。

【符号の説明】

１００アクティブマトリクス回路１００−１画素ＴＦＴ１００−２液晶１００−３補助容量１０１データ線駆動回路１０１−１シフトレジスタ１０１−２レベルシフタ１０１−３バッファ１０２走査線駆動回路（右）１０２−１シフトレジスタ１０２−２レベルシフタ１０２−３バッファ１０３走査線駆動回路（左）１０３−１シフトレジスタ１０３−２レベルシフタ１０３−３バッファ１０４ビデオ入力信号線１０５アナログスイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者長尾祥神奈川県厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マトリクス状に配置された複数の画素ＴＦ
Ｔを有するアクティブマトリクス回路と、前記アクティブマトリクス回路を駆動する、複数のＴＦ
Ｔを有するデータ線駆動回路および走査線駆動回路と、
を有する半導体表示装置であって、前記複数の画素ＴＦＴおよび前記複数のＴＦＴの活性層
は、触媒元素によって結晶性化が助長され、かつ前記触
媒元素は、ゲッタリング用の元素によって選択的にゲッ
タリングされることを特徴とする半導体表示装置。
【請求項２】前記触媒元素には、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｒ
ｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選
ばれた一種または複数種のものが用いられることを特徴
とする請求項１に記載の半導体表示装置。
【請求項３】前記触媒元素には、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｉｎ、Ｓ
ｎから選ばれた一種または複数種のものが用いられるこ
とを特徴とする請求項１乃至２に記載の半導体表示装
置。
【請求項４】前記ゲッタリング用の元素には、Ｐが用い
られることを特徴とする請求項１乃至２に記載の半導体
表示装置。
【請求項５】前記ゲッタリング用の元素には、Ｐ、Ｎ、
Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉから選ばれた一種または複数種のもの
が用いられることを特徴とする請求項１乃至３に記載の
半導体表示装置。
【請求項６】前記データ線駆動回路のシフトレジスタ
は、図９あるいは図１０に示される最大動作周波数を有
する請求項４に記載の半導体表示装置。
【請求項７】請求項１乃至６のいずれか一において、レ
ーザー光の照射または強光の照射によって前記ゲッタリ
ニグ用の元素が活性化されることを特徴とする半導体表
示装置。
【請求項８】請求項１乃至７のいずれか一において、表
示媒体には、無しきい値反強誘電性混合液晶が用いられ
ることを特徴とする半導体表示装置。