【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は薄膜トランジスタの
製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来アクティブマトリックスを用いたデ
ィスプレイパネルはダイナミック方式に比しそのマトリ
ックスサイズを非常に大きくでき、大型かつドット数の
大きなパネルを実現可能な方式として注目を浴びてい
る。特に液晶のような受光形素子ではダイナミック方式
での駆動デューティは限界がありテレビ表示等にはアク
ティブマトリックスの応用が考えられている。
【0003】図1は、従来のアクティブマトリックスの
1セルを示している。アドレス線Xがトランジスタ2の
ゲートに入力されており、トランジスタをONさせてデ
ータ線Yの信号を保持用コンデンサ3に電荷として蓄積
させる。再びデータを書き込むまで、このコンデンサ3
により保持され、同時に液晶4を駆動する。ここでVC
は共通電極信号である。液晶のリークは非常に少ないの
で、短時間の電荷の保持には十分である。ここのトラン
ジスタとコンデンサ3の製造は通常のICのプロセスと
全く同じである。
【0004】図2は図1のセルをシリコンゲートプロセ
スにより作成した例である。単結晶シリコンウエハ上に
トランジスタ10とコンデンサ11が構成される。アド
レス線Xとコンデンサの上電極11は多結晶シリコン
(ポリシリコン)で、又データ線Yと液晶駆動電極13
はAlでできており、コンタクトホール7,8,9によ
り、基板Al、ポリシリコンとAlが夫々接続される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】通常のICプロセスに
従ったマトリックス基板は次の大きな欠点をもつ。
【0006】マトリックス基板の製造プロセスがICと
同一のため、プロセス中に1000℃程度の熱処理を行
う工程が含まれ、これら高温プロセスにより、素子材料
は基板の材料が制限される。特にディスプレイが大型化
した場合、ゲート材に低抵抗な金属材料を用いること
や、基板に安価なガラスを用いることが必須となるが、
現行の高温プロセスでは難しい。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の薄膜トランジス
タの製造方法は、基板上に薄膜トランジスタのゲート電
極とチャネル領域とがゲート絶縁膜を介して対向配置さ
れてなる薄膜トランジスタの製造方法において、前記チ
ャネル領域及び保持容量の一方の電極となるシリコン薄
膜を形成する工程と、前記チャネル領域及び保持容量の
一方の電極となるシリコン薄膜にレーザービームあるい
は電子ビームを照射してアニールする工程とを有するこ
とを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の構成はシリコン薄膜をチ
ャネルとする薄膜トランジスタを構成するものであっ
て、以下具体例に沿って説明する。
【0009】図3は、本発明に用いるマトリックスセル
を示すものであり、図1とは、容量18を含むGND配
線が新たに設けられている点で異なっているが、基本的
なデータの書込、保持は同じである。この場合のGND
電位は一定のバイアス電圧を意味しバイアスレベル、又
は信号レベルは問わない。又表示データの入力をデータ
線Yがサンブルーホールドする容量として、データ線Y
とGNDラインの間の容量21、又はアドレス線Xとの
間の容量22を利用する。
【0010】(実施例1)
図4(a)のセルの平面図、(b)のA−Bでの断面図
を基に本発明の第1の実施例のセルの構造例を示す。透
明基板33上にトランジスタのソース・ドレイン・チャ
ネルを形成する第1層目のシリコン薄膜28とトランジ
スタのゲートとなるゲート線をなす第2層目のシリコン
薄膜もしくはそれと同等の配線層26とGNDライン2
7、更に透明低抵抗材料、例えばSnO2 の如くネサ
膜、厚さ数100Å以下の金層等よりなるデータ線25
と液晶駆動電極31、及び層間の導通をとるコンタクト
ホール29が形成されている。又GNDライン27と液
晶駆動電極の重なった部分が電荷保持用コンデンサ(図
3−18)となる。トランジスタのソース・ドレイン3
4、35にはN+ 拡散(PチャネルならP+ )がなされ
ゲート電極38の下にはチャネル30がゲート絶縁膜3
6を介して存在し、又ゲート電極周囲には更に酸化膜等
の絶縁膜37が形成されている。
【0011】図4に示した構成例の特徴は、まず、トラ
ンジスタのゲート絶縁膜は第1層目のシリコン薄膜を酸
化又はシリコン薄膜上に形成することにより、ゲートセ
ルファラインになり、単結晶のバルクシリコン素子に対
して移動度の低下と、スピードの劣化分とを寄生容量を
セルファライン化して低減することにより、スピードの
劣化を防止することができることである。
【0012】もう1つは、電荷保持用の容量(図3−1
8)データ線のサンプルーホールド用の容量(図3−2
1,22)を形成する容量の誘電体膜として、第2層目
のシリコン薄膜の酸化膜又は、薄膜上の絶縁膜を用いる
ことにある。
【0013】従来のバルクシリコンタイプでは、トラン
ジスタのゲート絶縁膜及び電荷保持用の容量は、全てバ
ルクシリコンの熱酸化膜を用いていたが、不純物のドー
ピングが図5(b)に示すゲートセルアライン方式の場
合は、容量の一電極をなす第2層目のシリコン薄膜の下
は、高濃度不純物が入らず、このままでは容量として不
安定となり使用がむずかしいので、使用するにはバルク
シリコンの如く、容量の下電極のみに高濃度不純物をド
ープする余分な工程が必要になる。従って図4の如く、
保持用の容量を形成する誘電体膜を第2層目のシリコン
薄膜上に形成することにより、本発明の目的である工程
の簡略化及び、容量の安定化が可能となる。
【0014】図5に図4に示すアクティブマトリックス
セルの製造プロセスを示す。本発明の低温プロセスでは
透明基板としてガラスもしくはパイレックスやコーニン
グのような高融点ガラスを用い、600℃以下の処理工
程であって、基板自体が安価であることが特徴である。
【0015】低温プロセスでは、まず基板33上にシリ
コン薄膜をプラズマCVD法や減圧CVD法等のCVA
法、スパッタ法等により形成し、必要な形状にフォトエ
ッチングによりする。その後O2 プラズマ雰囲気中で表
面酸化する。また、CVD法で同等の絶縁膜をデポジッ
トしてもよい。その結果シリコン薄膜40上にゲート絶
縁膜となる酸化膜41が形成される(図5(a))。そ
の後第2層目のシリコン薄膜を第1層目のシリコン薄膜
と同様の方法でデポジットしフォトエッチング後、更に
第2層目のシリコン薄膜45をマスクにして酸化膜41
をエッチングして、ゲート絶縁膜41を形成すると同時
に拡散の窓開けを行ない、イオン打込みにより拡散を行
なうとソース、ドレイン42,43が形成される(図5
(b))。
【0016】更にこの後に再度O2 雰囲気でプラズマ処
理し、表面にプラズマ酸化膜46を形成し、400℃〜
600℃でアニールを行なう(図5(c))。
【0017】このプロセスの特徴はシリコン薄膜をプラ
ズマ処理による直接酸化を行なうことにあり、CVD法
の酸化膜に対して、トランジスタのゲート絶縁膜、コン
デンサ用の誘電体膜としては、移動度が改善され又信頼
性が向上する。
【0018】図5(c)以降の工程は次の通りである。
配線部と第1層目、第2層目とのコンタンクトをとるた
めのコンタクトホールを開けて配線と透明駆動電極を兼
ねた材料、ネサ膜、厚さ数100Å以下の金属等をスパ
ッタ又は蒸着によりつけて、フォトエッチングする。又
ネサ膜等シリコン薄膜に直接コンタクトがむずかしい場
合はAu,Ni−Cr等のコンタクト専用材料をコンタ
クト部に付加する。
【0019】以上の方式により形成されるトランジスタ
は、以上に述べた処理のみでは移動度が低いので、以下
に述べるような工夫を要する。
【0020】図6の(A)は、第1層目のシリコン薄膜
を、デポジション温度を変えて減圧CVD装置で形成
し、高温プロセスにて形成したトランジスタの10Vに
おける移動度を表わしている。デポジション温度が60
0℃以下になると移動度が急激に改善されることを実験
により見出した。従って第1の工夫点として、移動度を
改善し応答を確実にするためには減圧CVD装置により
600℃以下で第1層目のシリコン薄膜を形成するとよ
い。
【0021】図7は、トランジスタの10VにおけるO
FFリーク電流ICを第1層目のシリコン薄膜の膜厚t
siを変えてプロットしたものである。発明者は実験によ
り、3700Å以下の膜厚で、使用に問題ないリーク電
流500PA以下になることがわかった。
【0022】次に、第2の工夫点として、レーザや電子
ビームにより基板に影響を与えないよう局部的に第1層
目のシリコン薄膜を高温アニールすることが考えられ
る。
【0023】図6の(B)は、前述の(A)と同様に形
成したシリコン薄膜に、更にパルス当り0.12mJの
Qスイッチによるレーザビームを照明して得られたトラ
ンジスタの移動度であり、更に改善されていることがわ
かる。又500℃〜540℃で高融点ガラスにデポジシ
ョンした後に同様の条件でレーザアニールして得られた
低温プロセスによるトランジスタの移動度は、図6の
(B)のカーブとほぼ一致した。このことから、レーザ
ビーム、電子ビーム等による局部アニールは、低温プロ
セスでも高温プロセスでも有効であることがわかる。
【0024】(実施例2)
図8に本発明の第2の実施例のセルの構成例を示す。
(a)は平面図であってアドレス線51はデータ線50
をソース、駆動電極及びコンデンサの電極52をドレイ
ンとするトランジスタのチャネル54のゲートになって
いる。又GNDライン53はアドレス線51と同時に構
成され電極52との間に容量を構成している。
【0025】図8(b)は、(a)のAB線での断面を
示すものであり、製造プロセスの一例をあげて説明する
と、ガラス基板57上にシリコン薄膜としてポリシリコ
ンを約3000Å成長させる。但し場合によっては密着
性をよくするため、薄いSiO2 をあらかじめ形成する
こともある。更にフォトエッチングによりゲート50と
コンデンサ電極53を形成した後に熱酸化により約15
00ÅのSiO2 膜55をゲート絶縁膜及びコンデンサ
の誘電体膜として成長させる。その後2層目のポリシリ
コンをつけてフォトエッチングによりパターンを形成後
レジストマスクによりチャネル部54以外にPイオンを
打ち込んでソースドレイン電極及びデータ線の配線部、
コンデンサの電極を兼ねた液晶の駆動電極を形成する。
【0026】このままではトランジスタの性能(シキイ
値、コンダクタンス)が不十分であるので、特にチャネ
ル部54に局部的、又は基板全体を均一に、レーザーを
照射しポリシリコンを短時間のうちに溶接、凝固させて
グレインを成長することによって、性能の改良を行な
う。また、ソース・ドレイン電極の不純物の活性化を行
うことができる。これはいわゆるレーザアニールと言わ
れているものである。
【0027】この構造の特徴は、図4とは逆にトランジ
スタのゲートを第1層目のシリコン薄膜、チャネルを第
2層目のシリコン薄膜を用いていることにあり、この結
果両方のシリコン薄膜に任意に高濃度拡散が可能とな
り、第1層目のシリコン薄膜を酸化して得られるゲート
酸化膜又は第1層目のシリコン膜上のゲート絶縁膜を、
電荷保持用の容量を形成する誘電体膜が使用でき、酸化
膜を形成する工程が一工程で良いことである。
【0028】もう一つの特徴は、図4の如くに配線材料
を新たに設けなくても、第1層目のシリコン膜がアドレ
ス線とGNDライン、第2層目のシリコン膜がデータ線
配線となり、図4の構成例に対し配線材料をデポジショ
ンし、フォトエッチングする工程が省略でき、更に工程
が簡単になる。又この方式は、液晶の透明駆動電極とし
てシリコン膜を用いるもので、シリコン膜も3000Å
以下になると十分透明に近いことから、効果が大きい。
【0029】(実施例3)
図9は、本発明の第3の実施例のセルの構造として、通
常のガラス基板上にセルを構成した低温プロセスによる
断面を示す。ガラス基板70上にスパッタ又はプラズマ
CVD法等の低温での膜生成法によりシリコン膜を作成
し、全面にPイオン又はBイオンを打込む。次にフォト
エッチングによりゲート73とコンデンサ電極72を形
成する。更に絶縁膜74を形成する。これもやはり低温
成長によるSiO2 等を用いる。更にトランジスタのソ
ースドレイン、コンデンサと駆動電極を兼ねるための2
層目のシリコン膜をやはり低温で形成する。このポリシ
リコンは全くドープしないか、又はシキイ値をエンハン
スメントにするだけに十分な量のBイオンを打込む。そ
の後レーザビームを局部的又は全体に照射しアニールを
する。
【0030】レーザビームの一部は、1層目のシリコン
に吸収されるが、ガラス基板70は透過する。従って1
層目のシリコン中のイオン打込みされた不純物の活性
化、2層目のポリシリコンのグレインの成長(特にチャ
ネル部78)が行なわれるべく適当なビームりエネルギ
ー適当な時間(パルスレーザであればパルス間隔、CW
レーザでは走査スピードに依存)で処理とすると、ガラ
ス基板には影響が殆んどない範囲でアニールが可能であ
る。この方式の特徴はレーザアニールにより、従来の熱
アニールに対しガラス基板に与える影響を非常に少なく
できるのでコストの安いガラスを用いることができるこ
と、レーザのアニールは不純物の活性化と共に、チャネ
ル部のシリコン膜のグレインを成長させて、トランジス
タの特性(特に移動度)を改良することが同時にできる
ことにある。
【0031】その後Alをつけてフォトエッチングして
ソースドレイン電極76,77を形成する。Alとシリ
コンはこのままではコンタクトがとれにくいのでこの後
多少熱処理をするか、弱いレーザービームを照射すれば
よい。
【0032】図10は本発明のマトリックス基板を用い
た液晶ディスプレイ装置の簡単な断面を示す。透明駆動
電極67をのせた透明基板65とネサ膜よりなる共通電
極69をのせたガラス66に液晶体68をはさむ。更に
偏光板62,63でサンドイッチした後下側に反射板6
4をつける。こうすると上から入射した光は電極67を
ほとんど経過し反射板64で反射し、人体の目に感知さ
れる。
【0033】本発明の製造方法により構成されるトラン
ジスタは、アクティブマトリックス用の外部駆動回路、
即ちシフトレジスタやサンプルホールド回路を同一基板
内に作り込むことを可能にする。
【0034】図11は、本発明の製造方法により構成さ
れるトランジスタを用いたゲート線側の駆動回路の一例
である。シフトレジスタセル80は4つのトランジスタ
81〜84と1つのブートストラップ容量85より構成
される。クロックはφ1 とφ2 の相でありスタートパル
スSP入力により”1”電位が順次クロックに同期して
転送してゆく。各シフトレジスタの出力D1 〜Dmがゲ
ート線に入力されて、この結果図12に示す如く、順次
各ゲート線を選択してゆく。シフトレジスタ入力には入
力トランスファゲートトランジスタ81を用いて、T1
〜TNに一旦蓄えてからブートストラップ容量により、
D1 〜Dmに”1”を書き込む。もしこのトランスファ
ーゲートを用いないと、D1 とT2 とT3 ……と短絡さ
れ、ブートストスラップ容量をゲート線容量CGiよりず
っと大きくする必要があり、パターンが大きくなって、
歩留りを低下させる。又D1 〜Dmに書き込まれた”
1”を0”に放電するためにはトランジスタ84にT3
を接続するのみでよいが、このシフトレジスタが低周波
で動作する場合、わずかのリークに対しても動作不良と
なるので、歩留りを向上させ、動作を安定化させるため
に電位固定トランジスタ83を追加して、クロックの半
周期毎に”0”レベルにリフレッシュしてやる。
【0035】図13は、本発明の製造方法により構成さ
れるトランジスタを用いた液晶装置によるデータ線側の
駆動回路の一例である。シフトレジスタセル86はブー
トストラップ容量88と動作に必要なトランジスタ8
9,91と後述するシフトレジスタ選択のためのリセッ
トトランジスタ90により構成され、初段へは入力ゲー
ト87を介してスタートパルスSPを印加する。又各シ
フトレジスタ出力S1 〜Smはサンプルホールドトラン
ジスタH1 〜Hm信号)をデータ線に寄生する容量CD1
〜CDmにサンプルホールドさせる。
【0036】データ線側駆動回路は一走査線内で全ての
処理を行うため高速であり、リーク電流の考慮は余りし
なくてよいが、逆に高速動作を確保することと、高速の
ために増大する消費電力を押えることを考慮する必要が
ある。
【0037】このシフトレジスタはmビット中1ビット
しか”1”になっていに入力され、走査信号に同期して
ビデオ入力V,S(映像信号又はデータ書き込みないの
でクロック以外での電力消費は少ない。又サンプル・ホ
ールドトランジスタH1 〜Hmはかなりの高速スイッチ
ングが要求されるが、そのゲート入力にはブートストラ
ップ動作により、図14に示す如くクロック信号の2倍
近い振幅で印加されるので、非常に高速でスイッチング
できるという利点がある。
【0038】図15はこれらを実際にアクティブ・マト
リックス基板に配置した場合を示している。データ側シ
フトレジスタ90,91及び最終段の帰還信号を形成す
るダミーセル94,95とサンプルホールド用トランジ
スタH1 〜Hmがあり上下対照に配列される。又ゲート
側シフトレジスタ92,93とダミー96,97は左右
対照に配列される。本来周辺回路は両側対照でなく、片
方のみでよいが、歩留を考慮してシフトレジスタ列を複
数用意する。当然4列でも、8列でもよいが、ここでは
2列の例を示す。
【0039】図15に示した駆動回路を本発明の如くシ
リコン薄膜を用いたトランジスタで形成することにより
次の利点がある。まず特にデータ線側はクロック周波数
が数MHzと高いのでシフトレジスタの内部消費電力よ
りクロックラインの寄生容量で消費する分が大きい。特
にバルクシリコンではクロックラインの配線容量と、基
板との接合容量が100PF以上もありクロックのスピ
ードを低下させ、10mA以上の電力消費となる。とこ
ろが本発明の如く絶縁性基板上ではこの寄生容量が数P
Fであり、消費電力を極端に低減下できると共に、スピ
ードも向上する。次にバルクシリコンでは例えば図11
のトランジスタ82のソース電位が上がるとバックゲー
ト効果によりシキイ値が上昇してしまう。この結果必要
な信号電圧を得るためにはトランジスタ82のゲートT
1の電圧を高くする必要があり、結局クロックの信号レ
ベルを大きくするか、ブートストラップ容量85の面積
をかなり大きくする。ところが、本発明の構造ではトラ
ンジスタのサブストレートがフローテイングとなり、従
ってバックゲート効果はなく従って、クロック振幅は小
さくてよいので消費電力が下がる又ブートストラップ容
量は小さくてよい、小面積で実現できる。本発明の周辺
駆動回路におけるブートストラップ容量は電荷保持用の
コンデンサと異なり、基本的にはトランジスタを形成す
るゲートとチャネル間の絶縁膜を用いる。これはブート
ストラップ容量は上電極であるゲート電圧により電極間
容量が可変である必要があり、そのため容量の下電極は
低濃度、又はノンドープのシリコン膜とする。
【0040】このように絶縁性基板上にシリコン薄膜を
用いてアクティブマトリックスのセル部と、周辺駆動不
を同時に形成すると結線が楽になり、全体のコストが下
げられる。また周辺駆動回路は図11、図13の如く非
反転型のレインショレスーシフトレジスタで構成したこ
とと、寄生容量がずっと低くなること等を考慮すると、
全体の消費電力の低減化が可能であり、同時に歩留り向
上、コストの低減化が実現できる。
【0041】
【発明の効果】本発明は、下記のような優れた効果を奏
することができる。
【0042】(a)チャネル領域となるシリコン薄膜に
レーザビームあるいは電子ビーム照射を行うことにより
シリコン薄膜の結晶化を行うことが可能である。
【0043】(b)チャネル領域及び保持容量の一方の
電極となるシリコン薄膜を形成後に、チャネル領域及び
一方の電極となるシリコン薄膜にレーザビームまたは電
子ビームを照射するため、シリコン薄膜のグレインを同
時に成長させることができる。
【0044】Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a thin film transistor. 2. Description of the Related Art Conventionally, a display panel using an active matrix has attracted attention as a method capable of realizing a large-sized panel having a large number of dots, since the matrix size can be made much larger than that of a dynamic system. In particular, in a light-receiving element such as a liquid crystal, the driving duty in the dynamic system is limited, and application of an active matrix to a television display or the like is considered. FIG. 1 shows one cell of a conventional active matrix. The address line X is input to the gate of the transistor 2, and the transistor is turned on to cause the signal on the data line Y to be stored as charge in the holding capacitor 3. Until the data is written again, this capacitor 3
And drives the liquid crystal 4 at the same time. Where VC
Is a common electrode signal. Since the leakage of the liquid crystal is very small, it is enough to hold the charge for a short time. The manufacture of the transistor and the capacitor 3 here is exactly the same as the normal IC process. FIG. 2 shows an example in which the cell of FIG. 1 is formed by a silicon gate process. A transistor 10 and a capacitor 11 are formed on a single crystal silicon wafer. The address line X and the upper electrode 11 of the capacitor are made of polycrystalline silicon (polysilicon).
Is made of Al, and the contact holes 7, 8, 9 connect the substrate Al, polysilicon and Al, respectively. [0005] A matrix substrate according to a normal IC process has the following major disadvantages. [0006] Since the manufacturing process of the matrix substrate is the same as that of the IC, a process of performing a heat treatment at about 1000 ° C is included in the process, and the element material is limited in the substrate material due to the high temperature process. In particular, when the size of the display is increased, it is necessary to use a low-resistance metal material for the gate material and use inexpensive glass for the substrate.
Difficult with current high temperature processes. A method of manufacturing a thin film transistor according to the present invention is directed to a method of manufacturing a thin film transistor in which a gate electrode and a channel region of the thin film transistor are opposed to each other via a gate insulating film on a substrate. Forming a silicon thin film to be one electrode of the channel region and the storage capacitor; and irradiating the silicon thin film to be the one electrode of the channel region and the storage capacitor with a laser beam or an electron beam for annealing. It is characterized by the following. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The structure of the present invention is to form a thin film transistor using a silicon thin film as a channel. FIG. 3 shows a matrix cell used in the present invention, which is different from FIG. 1 in that a GND wiring including a capacitor 18 is newly provided. And retention is the same. GND in this case
The potential means a constant bias voltage, regardless of a bias level or a signal level. In addition, the input of the display data is regarded as a capacity for the data line Y to hold the sun blue.
A capacitor 21 between the address line X and the GND line or a capacitor 22 between the address line X is used. Embodiment 1 A structural example of a cell according to a first embodiment of the present invention is shown based on a plan view of a cell in FIG. 4A and a cross-sectional view taken along a line AB in FIG. A first silicon thin film 28 that forms the source, drain, and channel of a transistor on a transparent substrate 33, a second silicon thin film that forms a gate line serving as a gate of the transistor, or an equivalent wiring layer 26 and a GND line 2
7. Further, a data line 25 made of a transparent low-resistance material, for example, a Nesa film such as SnO 2 , a gold layer having a thickness of several hundreds or less, or the like.
And a liquid crystal drive electrode 31, and a contact hole 29 for establishing conduction between layers. A portion where the GND line 27 and the liquid crystal drive electrode overlap each other serves as a charge holding capacitor (FIG. 3-18). Transistor source / drain 3
The 4,35 N + diffusion (P-channel if P +) is made is a gate insulating film 3 channel 30 under the gate electrode 38
An insulating film 37 such as an oxide film is formed around the gate electrode. The feature of the configuration example shown in FIG. 4 is that, first, the gate insulating film of the transistor becomes a gate self-alignment by oxidizing or forming the first silicon thin film on the silicon thin film. The reduction in mobility and the reduction in speed with respect to the bulk silicon element can be prevented by reducing the parasitic capacitance by converting the parasitic capacitance to self-alignment, thereby preventing the deterioration in speed. The other is a charge holding capacitor (FIG. 3-1).
8) Capacities for data line sample-and-hold (Fig. 3-2)
A second object of the present invention is to use an oxide film of a second silicon thin film or an insulating film on the thin film as a dielectric film of a capacitor for forming (1, 22). In the conventional bulk silicon type, the gate insulating film and the charge holding capacitor of the transistor all use the thermal oxide film of bulk silicon. However, the impurity doping is performed by the gate cell alignment shown in FIG. In the case of the method, under the silicon thin film of the second layer which forms one electrode of the capacitor, high-concentration impurities do not enter, and the capacitor is unstable as it is as it is, and it is difficult to use it. An extra step of doping only the lower electrode of the capacitor with a high concentration impurity is required. Therefore, as shown in FIG.
By forming the dielectric film for forming the holding capacitor on the second silicon thin film, the process, which is the object of the present invention, can be simplified and the capacitor can be stabilized. FIG. 5 shows a manufacturing process of the active matrix cell shown in FIG. The low-temperature process of the present invention uses glass or a high-melting-point glass such as Pyrex or Corning as a transparent substrate, and is a processing step at 600 ° C. or lower, and is characterized in that the substrate itself is inexpensive. In the low temperature process, first, a silicon thin film is formed on a substrate 33 by CVA such as plasma CVD or low pressure CVD.
It is formed by a sputtering method, a sputtering method, or the like, and is formed into a required shape by photoetching. Thereafter, the surface is oxidized in an O 2 plasma atmosphere. Further, an equivalent insulating film may be deposited by a CVD method. As a result, an oxide film 41 serving as a gate insulating film is formed on the silicon thin film 40 (FIG. 5A). Thereafter, the second layer of silicon thin film is deposited and photo-etched in the same manner as the first layer of silicon thin film, and then the oxide film 41 is formed using the second layer of silicon thin film 45 as a mask.
Is etched to form a gate insulating film 41, and at the same time, a window for diffusion is formed. When diffusion is performed by ion implantation, sources and drains 42 and 43 are formed.
(B)). After that, plasma treatment is again performed in an O 2 atmosphere to form a plasma oxide film 46 on the surface,
Annealing is performed at 600 ° C. (FIG. 5C). The feature of this process is that the silicon thin film is directly oxidized by plasma treatment, and the mobility is improved as compared with the oxide film formed by the CVD method as a gate insulating film of a transistor or a dielectric film for a capacitor. And reliability is improved. The steps after FIG. 5C are as follows.
A contact hole for forming a contact between the wiring portion and the first or second layer is opened, and a material serving as the wiring and the transparent driving electrode, a Nesa film, a metal having a thickness of several hundreds or less, or the like is formed by sputtering or vapor deposition. Apply and photoetch. When it is difficult to directly contact a silicon thin film such as a Nesa film, a contact-dedicated material such as Au or Ni-Cr is added to the contact portion. The transistor formed by the above method has low mobility only by the above-described processing, and therefore requires the following measures. FIG. 6A shows the mobility at 10 V of a transistor formed by a high-temperature process by forming a first-layer silicon thin film by a low-pressure CVD apparatus while changing the deposition temperature. Deposition temperature is 60
It has been found through experiments that the mobility is sharply improved at 0 ° C. or lower. Therefore, as a first contrivance, in order to improve the mobility and ensure the response, it is preferable to form the first silicon thin film at a temperature of 600 ° C. or less by a low pressure CVD apparatus. FIG. 7 is a circuit diagram showing the O at 10 V of the transistor.
The FF leak current I C is changed to the thickness t of the first silicon thin film.
This is plotted with changing si . The inventor has found through experiments that a film thickness of 3700 ° or less results in a leakage current of 500 PA or less, which is no problem in use. Next, as a second contrivance, it is conceivable to locally perform high-temperature annealing on the first silicon thin film so that the substrate is not affected by a laser or an electron beam. FIG. 6B shows the mobility of a transistor obtained by illuminating a silicon thin film formed in the same manner as in the above-described case A with a laser beam by a Q switch of 0.12 mJ per pulse. It can be seen that it is further improved. In addition, the mobility of the transistor by a low-temperature process obtained by depositing a high-melting glass at 500 ° C. to 540 ° C. and then performing laser annealing under the same conditions almost coincides with the curve of FIG. This indicates that local annealing using a laser beam, an electron beam, or the like is effective in both low-temperature and high-temperature processes. (Embodiment 2) FIG. 8 shows a configuration example of a cell according to a second embodiment of the present invention.
(A) is a plan view, and an address line 51 is a data line 50.
Are the source, the drive electrode and the electrode 52 of the capacitor are the drains, the gates of the channels 54 of the transistors. The GND line 53 is formed at the same time as the address line 51 and forms a capacitance between the GND line 53 and the electrode 52. FIG. 8B shows a cross section taken along the line AB in FIG. 8A. To explain an example of the manufacturing process, polysilicon is grown on a glass substrate 57 as a silicon thin film by about 3000 °. . However, in some cases, in order to improve adhesion, a thin SiO 2 may be formed in advance. Further, after forming the gate 50 and the capacitor electrode 53 by photo-etching, about 15
A SiO 2 film 55 of 00 ° is grown as a gate insulating film and a dielectric film of a capacitor. Thereafter, a second layer of polysilicon is applied, a pattern is formed by photo-etching, and P ions are implanted into the portions other than the channel portion 54 using a resist mask to form source / drain electrodes and data line wiring portions.
A liquid crystal drive electrode also serving as a capacitor electrode is formed. Since the transistor performance (threshold value, conductance) is insufficient in this state, laser is irradiated to the channel portion 54 locally or uniformly over the entire substrate to weld the polysilicon in a short time. The performance is improved by solidifying and growing the grains. Further, the activation of the impurities of the source / drain electrodes can be performed. This is what is called laser annealing. The feature of this structure is that, contrary to FIG. 4, the gate of the transistor uses the first-layer silicon thin film and the channel uses the second-layer silicon thin film. Arbitrarily high-density diffusion is possible, and a gate oxide film obtained by oxidizing the first silicon thin film or a gate insulating film on the first silicon film is
A dielectric film for forming a capacitor for holding electric charges can be used, and a process for forming an oxide film is sufficient in one process. Another feature is that the first silicon film becomes the address line and the GND line, and the second silicon film becomes the data line wiring even if no new wiring material is provided as shown in FIG. 4, the process of depositing the wiring material and performing the photoetching can be omitted, and the process is further simplified. In this method, a silicon film is used as a transparent driving electrode of the liquid crystal.
Below this, the effect is great because it is sufficiently transparent. Embodiment 3 FIG. 9 shows a cross section of a cell structure according to a third embodiment of the present invention by a low-temperature process in which a cell is formed on a normal glass substrate. A silicon film is formed on the glass substrate 70 by a low-temperature film formation method such as a sputtering method or a plasma CVD method, and P ions or B ions are implanted over the entire surface. Next, the gate 73 and the capacitor electrode 72 are formed by photoetching. Further, an insulating film 74 is formed. We are also still used SiO 2 or the like by low-temperature growth. In addition, the source / drain of the transistor, the capacitor and the second electrode for double use as the drive electrode
The silicon film of the layer is also formed at a low temperature. This polysilicon is not doped at all, or is implanted with a sufficient amount of B ions to enhance the threshold value. Thereafter, annealing is performed by irradiating a laser beam locally or entirely. A part of the laser beam is absorbed by the first layer of silicon, but is transmitted through the glass substrate 70. Therefore 1
Activation of the ion-implanted impurities in the silicon of the layer, appropriate beam energy for the growth of the second polysilicon grains (particularly the channel portion 78), and appropriate time (pulse laser Interval, CW
When processing is performed with laser (depending on the scanning speed), annealing can be performed within a range that hardly affects the glass substrate. The features of this method are that laser annealing can greatly reduce the effect on the glass substrate compared to conventional thermal annealing, so that low-cost glass can be used. The feature is that the characteristics (particularly, mobility) of the transistor can be improved by growing the grains of the film. Thereafter, Al is applied and photoetched to form source / drain electrodes 76 and 77. Since it is difficult to make contact between Al and silicon as they are, a little heat treatment or a weak laser beam may be applied thereafter. FIG. 10 shows a simple cross section of a liquid crystal display device using the matrix substrate of the present invention. A liquid crystal 68 is sandwiched between a transparent substrate 65 on which a transparent driving electrode 67 is mounted and a glass 66 on which a common electrode 69 made of a Nesa film is mounted. Furthermore, after sandwiching with the polarizing plates 62 and 63, the reflecting plate 6
Add 4. In this way, the light incident from above almost passes through the electrode 67 and is reflected by the reflection plate 64 and is sensed by the human eye. The transistor constituted by the manufacturing method of the present invention comprises an external drive circuit for an active matrix,
That is, the shift register and the sample hold circuit can be formed on the same substrate. FIG. 11 shows an example of a gate line side driving circuit using a transistor formed by the manufacturing method of the present invention. The shift register cell 80 includes four transistors 81 to 84 and one bootstrap capacitor 85. The clock is a start pulse SP "1" potential by the input is a phase of φ 1 and φ 2 is slide into transferred in synchronization with the clock. Is input to the output D 1 to D m are gate lines of each shift register, as shown in Results Figure 12, slide into sequentially selects the gate lines. The input transfer gate transistor 81 is used for the shift register input, and T 1
~ Once stored in TN, by bootstrap capacity,
D "1" is written to 1 to D m. If not used this transfer gate is short-circuited to the D 1 and T 2 and T 3 ......, there is much to be larger than the bootstrapping slap capacitance of the gate line capacitance C Gi, patterns increases,
Decreases yield. Also written in D 1 to D m
To discharge 1 "to 0", the transistor 84 has T 3
However, if this shift register operates at a low frequency, it will malfunction even with a slight leak, so a potential fixing transistor 83 is added to improve the yield and stabilize the operation. Then, it is refreshed to the “0” level every half cycle of the clock. FIG. 13 shows an example of a driving circuit on the data line side in a liquid crystal device using a transistor formed by the manufacturing method of the present invention. The shift register cell 86 includes a bootstrap capacitor 88 and a transistor 8 necessary for operation.
9 and 91 and a reset transistor 90 for selecting a shift register to be described later. A start pulse SP is applied to the first stage via an input gate 87. Each shift register output S 1 to S m is a capacitance C D1 that parasitics a sample-and-hold transistor H 1 to Hm signal) to a data line.
Let ~ C Dm sample and hold. The data line side driving circuit is high speed because it performs all the processing within one scanning line, and it is not necessary to consider leakage current. However, on the contrary, it is necessary to secure high speed operation and to realize high speed operation. It is necessary to consider suppressing the increasing power consumption. This shift register is input when only one bit out of m bits is "1", and the video input V, S (video signal or data is not written, so that power consumption other than the clock is small in synchronization with the scanning signal. . the sample and hold transistor H 1 ~Hm but is quite fast switching request, by the bootstrap operation to the gate input, because it is applied at nearly twice the amplitude of the clock signal as shown in FIG. 14, very 15 shows a case where these elements are actually arranged on an active matrix substrate, data-side shift registers 90 and 91, and a dummy cell for forming a feedback signal at the last stage. 94, 95 and sample-and-hold transistor H 1 ~Hm are arranged is located vertically control. The gate-side shift registers 92 and 93 and the dummies 96 and 97 are arranged in left-right contrast.The peripheral circuits are not necessarily two-sided, and only one of them is required, but a plurality of shift register rows are prepared in consideration of the yield. Naturally, the number of rows may be four or eight, but an example of two rows is shown here: The following advantages are obtained by forming the drive circuit shown in FIG. First, since the clock frequency on the data line side is as high as several MHz, the parasitic capacitance of the clock line consumes more than the internal power consumption of the shift register, especially in bulk silicon, the connection between the wiring capacitance of the clock line and the substrate. Since the capacitance is more than 100 PF, the speed of the clock is reduced and the power consumption becomes 10 mA or more. The quantity is number P
F, the power consumption can be extremely reduced and the speed can be improved. Next, for bulk silicon, for example, FIG.
When the source potential of the transistor 82 increases, the threshold value increases due to the back gate effect. As a result, in order to obtain a necessary signal voltage, the gate T
It is necessary to increase the voltage of 1 and eventually increase the signal level of the clock or considerably increase the area of the bootstrap capacitor 85. However, in the structure of the present invention, the substrate of the transistor is floating, and there is no back gate effect. Therefore, the clock amplitude can be small, so that the power consumption can be reduced and the bootstrap capacitance can be small. The bootstrap capacitance in the peripheral driving circuit of the present invention is different from the charge holding capacitor, and basically uses an insulating film between a gate and a channel forming a transistor. This requires that the bootstrap capacitance has a variable inter-electrode capacitance depending on the gate voltage, which is the upper electrode. Therefore, the lower electrode of the capacitance is made of a low-concentration or non-doped silicon film. As described above, when the cell portion of the active matrix and the peripheral drive are simultaneously formed using the silicon thin film on the insulating substrate, the connection becomes easy, and the overall cost is reduced. Considering that the peripheral drive circuit is constituted by a non-inverting rain-shear shift register as shown in FIGS. 11 and 13 and that the parasitic capacitance is much lower, etc.
The overall power consumption can be reduced, and at the same time, the yield can be improved and the cost can be reduced. According to the present invention, the following excellent effects can be obtained. (A) It is possible to crystallize the silicon thin film by irradiating the silicon thin film to be a channel region with a laser beam or an electron beam. (B) After forming the silicon thin film to be one electrode of the channel region and the storage capacitor, the laser beam or the electron beam is applied to the silicon thin film to be the channel region and one electrode. Can grow. [0044]
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のアクティブマトリックスに用いたセルの
回路図。
【図2】従来のセルの平面図。
【図3】本発明の第1実施例のセルの構成図。
【図4】(a)、(b)はその平面図と断面図。
【図5】(a)、(b)、(c)はその製造工程図。
【図6】シリコン薄膜の特性を示す図。
【図7】シリコン薄膜の特性を示す図。
【図8】(a)、(b)は本発明の第2の実施例のセル
構成図。
【図9】本発明の第3の実施例のセル構成図。
【図10】本発明のアクティブマトリックスパネルに組
立てた際の断面図。
【図11】本発明に用いる周辺駆動回路の一例を示す
図。
【図12】本発明の周辺駆動回路の動作波形図。
【図13】本発明に用いる周辺駆動回路の一例を示す
図。
【図14】本発明の周辺駆動回路の動作波形図。
【図15】本発明に用いる周辺駆動回路の一例を示す
図。
【符号の説明】
7、8、9・・・・コンタクトホール
10・・・・・・・トランジスタ
11・・・・・・・コンデンサ3のポリシリコンの上部
電極
13・・・・・・・Alによる駆動電極
25、31・・・・透明低抵抗体
26、45、50、52、75・・・・・2層目のシリ
コン薄膜
28、40、51、53、72、73・・1層目のシリ
コン薄膜
30、44、54、78・・チャンネル
33、57、70・・・・・基板
36、41、55、74・・ゲート絶縁膜
37、46・・・・容量用絶縁膜
62、63・・・・偏光板
64・・・・・・・反射板
65、66・・・・透明基板
67・・・・・・・透明駆動電極
68・・・・・・・液晶体
69・・・・・・・ネサ膜
76、77・・・・Al
85、88・・・・・・・・・ブートストラップ容量
89・・・・・・・・・・・・アクティブマトリックス
90、91、92、93・・・シフトレジスタBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a circuit diagram of a cell used in a conventional active matrix. FIG. 2 is a plan view of a conventional cell. FIG. 3 is a configuration diagram of a cell according to the first embodiment of the present invention. FIGS. 4A and 4B are a plan view and a sectional view, respectively. FIGS. 5A, 5B, and 5C are manufacturing process diagrams. FIG. 6 is a diagram showing characteristics of a silicon thin film. FIG. 7 is a diagram showing characteristics of a silicon thin film. FIGS. 8A and 8B are cell configuration diagrams of a second embodiment of the present invention. FIG. 9 is a diagram showing a cell configuration according to a third embodiment of the present invention. FIG. 10 is a cross-sectional view when assembled to the active matrix panel of the present invention. FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a peripheral driver circuit used in the present invention. FIG. 12 is an operation waveform diagram of the peripheral drive circuit of the present invention. FIG. 13 is a diagram showing an example of a peripheral driver circuit used in the present invention. FIG. 14 is an operation waveform diagram of the peripheral drive circuit of the present invention. FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a peripheral driver circuit used in the present invention. [Description of Signs] 7, 8, 9 ... Contact hole 10 ... Transistor 11 ... Upper electrode 13 of polysilicon of capacitor 3 ... Al ... Transparent low-resistance elements 26, 45, 50, 52, 75... Second-layer silicon thin films 28, 40, 51, 53, 72, 73. Channels 33, 57, 70... Substrates 36, 41, 55, 74... Gate insulating films 37, 46... Capacitive insulating films 62, 63 ... Polarizing plate 64 ... Reflecting plates 65, 66 ... Transparent substrate 67 ... Transparent driving electrode 68 ... ... Nesa films 76, 77 ... Al 85, 88 ... Boot strap Capacity 89 ............ active matrix 90, 91, 92, 93 ... shift register
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(56)参考文献 特開 昭55−162224(JP,A)
テレビジョン学会技術報告,電子装
置,Vol.4,No.23(1980.10)
pp.33−38
日経エレクトロニクス,第252号,
1980年11月24日,pp.66−73
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Continuation of front page
(56) References JP-A-55-162224 (JP, A)
ITEJ Technical Report, Electronics
, Vol. 4, No. 23 (1980.10)
pp. 33-38
Nikkei Electronics, No. 252,
November 24, 1980, pp. 66−73