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JP6832656B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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JP6832656B2
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功 鈴村
創 渡壁
創 渡壁
明紘 花田
明紘 花田
裕一 渡邊
裕一 渡邊
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Description

本発明は表示装置に係り、結晶質シリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）を用いたＴＦＴと酸化物半導体を用いたＴＦＴの両者による、ハイブリッド構造を用いた表示装置に関する。
液晶表示装置では画素電極および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等を有する画素がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に対向して対向基板が配置され、ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶が挟持されている構成となっている。そして液晶分子による光の透過率を画素毎に制御することによって画像を形成している。一方、有機ＥＬ表示装置は、各画素に自発光する有機ＥＬ層とＴＦＴを配置することによってカラー画像を形成する。有機ＥＬ表示装置はバックライトを必要としないので、薄型化には有利である。
ＬＴＰＳ（Lｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）は移動度が高いので、駆動回路用ＴＦＴとして適している。一方、酸化物半導体はＯＦＦ抵抗が高く、これをＴＦＴに用いるとＯＦＦ電流を小さくすることが出来る。
特許文献１には、ＬＴＰＳを用いたＴＦＴと酸化物半導体を用いたＴＦＴを有するハイブリッド構成の表示装置において、ＬＴＰＳによるＴＦＴを先に形成する構成が記載されている。特許文献１に記載の酸化物半導体によるＴＦＴは、ドレイン電極とソース電極が酸化物半導体のボトムで接触する、いわゆるボトムコンタクト型の構成となっている。なお、ボトムコンタクト型はコンタクト抵抗が高くなりやすいという問題がある。
ＷＯ２０１２−１７６４２２
画素のスイッチングとして用いられるＴＦＴは、リーク電流が小さいことが必要である。酸化物半導体によるＴＦＴは、リーク電流を小さくすることが出来る。以後酸化物半導体のうち光学的に透明でかつ結晶質でないものをＴＡＯＳ（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）と呼ぶ。ＴＡＯＳには、ＩＧＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＴＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯＮ（Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ Ｎｉｔｒｉｄｅ）、ＩＧＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ）等がある。以後酸化物半導体をＴＡＯＳで代表させて説明する。ＴＡＯＳはキャリアの移動度が小さいので、表示装置内に内蔵する駆動回路を、ＴＡＯＳを用いたＴＦＴで形成することは難しい場合がある。以後ＴＡＯＳは、ＴＡＯＳを用いたＴＦＴの意味でも使用する。
一方、ＬＴＰＳで形成したＴＦＴは移動度が大きいので、駆動回路をＬＴＰＳを用いたＴＦＴで形成することが出来る。以後ＬＴＰＳは、ＬＴＰＳを用いたＴＦＴの意味でも使用する。しかし、ＬＴＰＳを画素におけるスイッチングＴＦＴとして使用する場合には、ＬＴＰＳはリーク電流が大きいので、通常は、２個のＬＴＰＳを直列にして使用する。
そこで、表示領域における画素のスイッチング素子としてＴＡＯＳを用い、周辺駆動回路のＴＦＴにＬＴＰＳを用いれば、合理的である。しかし、ＬＴＰＳもＴＡＯＳも信号や電源の供給のためにＴＦＴを覆う絶縁膜にスルーホールを形成する必要がある。ＴＡＯＳとＬＴＰＳは、異なった層に形成する必要がある。そうすると、スルーホールを形成するための層数が異なってくる。
従来は、ＬＴＰＳをＴＡＯＳよりも先に形成していたので、スルーホールの深さはＬＴＰＳ側で深い。言い換えると、ＬＴＰＳのスルーホールを形成するために、ＴＡＯＳ側のスルーホールではオーバーエッチングとなり、ＴＡＯＳのドレインおよびソースがエッチングによって消失してしまうという問題があった。
また、ＴＡＯＳは、光が照射されると、特性が劣化するという問題があるが、これは、ＴＡＯＳを高温でアニールすることによって防止することが出来る。しかし、従来の構成では、ＬＴＰＳを先に形成するので、ＴＡＯＳを高温でアニールすると、ＬＴＰＳの特性が変化するという問題が生じていた。
本発明の課題は、ドレイン電極およびソース電極をＴＡＯＳの上側においてコンタクトさせる、いわゆるトップコンタクト型ＴＡＯＳと、ＬＴＰＳを用いた、いわゆるハイブリッド構成において、スルーホール形成時におけるＴＡＯＳの消失を防止し、かつ、光劣化の少ないＴＡＯＳＴＦＴを実現することである。
本発明は上記問題を克服するものであり、具体的な手段は次のとおりである。
（１）基板に酸化物半導体層を有する第１のＴＦＴとＰｏｌｙ−Ｓｉ層を有する第２のＴＦＴが形成された表示装置であって、前記基板に下地膜が形成され、前記下地膜の上または上方に前記酸化物半導体層が形成され、前記酸化物半導体層の上または上方に第１の層間絶縁膜が形成され、前記第１の層間絶縁膜の上に前記第２のＴＦＴが形成されていることを特徴とする表示装置。
（２）基板に酸化物半導体層を有する第１のＴＦＴとＰｏｌｙ−Ｓｉ層を有する第２のＴＦＴが形成された表示装置であって、前記基板に下地膜が形成され、前記下地膜の上または上方に前記酸化物半導体層が形成され、前記酸化物半導体層の上または上方にＡｌＯ層が形成され、前記ＡｌＯ層を覆って第２下地膜が形成され、前記第２下地膜の上に前記第２のＴＦＴが形成されていることを特徴とする表示装置。
（３）基板に酸化物半導体層を有する第１のＴＦＴとＰｏｌｙ−Ｓｉ層を有する第２のＴＦＴが形成された表示装置の製造方法であって、前記酸化物半導体層を形成した後、前記酸化物半導体層の上または上方に第１の層間絶縁膜を形成し、前記第１の層間絶縁膜の上に非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）層を形成してパターニングを行い、その後レーザを照射することによって、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層に変換することにより前記第２のＴＦＴを形成することを特徴とする表示装置の製造方法。
液晶表示装置の平面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施例１の断面図である。 第１ゲート電極形成までの工程を示す断面図である。 ａ−Ｓｉ膜形成までの工程を示す断面図である。 ａ−Ｓｉ膜パターニングまでの工程を示す断面図である。 ａ−ＳｉをＰｏｌｙ−Ｓｉに変換した状態を示す断面図である。 第２層間絶縁膜形成までの工程を示す断面図である。 スルーホールを形成した状態を示す断面図である。 本発明の実施例２の断面図である。 本発明の実施例３の断面図である。 液晶表示装置の表示領域の断面図である。 有機ＥＬ表示装置の平面図である。 図１３のＢ−Ｂ断面図である。 有機ＥＬ表示装置の表示領域の断面図である。
以下、実施例によって本発明の内容を詳細に説明する。
先ず、本発明を液晶表示装置に適用した場合を例にとって説明する。図１は、本発明が適用される液晶表示装置の平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図１および図２において、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００が対向して形成され、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間に液晶が挟持されている。ＴＦＴ基板１００の下には下偏光板１３０が貼り付けられ、対向基板２００の上側には上偏光板２３０が貼り付けられている。ＴＦＴ基板１００、対向基板２００、下偏光板１３０、上偏光板２３０の組み合わせを液晶表示パネル５００と呼ぶ。
ＴＦＴ基板１００は対向基板２００よりも大きく形成され、ＴＦＴ基板１００が対向基板２００と重なっていない部分が端子部１５０となっている。端子部１５０には、映像信号等を供給するドライバＩＣ１７０が搭載されている。また、端子部には、液晶表示装置に外部から信号や電力を供給するためのフレキシブル配線基板１６０が接続される。液晶表示パネル５００は自身では発光しないので、背面にバックライト４００が配置している。
液晶表示装置は図１に示すように、表示領域１０と周辺領域２０に分けることが出来る。表示領域１０には多数の画素がマトリクス状に形成され、各画素はスイッチングＴＦＴを有している。周辺領域２０には、走査線、映像信号線等を駆動するための、駆動回路が形成されている。
画素に使用されるＴＦＴは、リーク電流が小さいことが必要なので、ＴＡＯＳを用い、周辺駆動回路に使用されるＴＦＴは移動度が大きい必要があるので、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ（Ｐｏｌｙ−Ｓｉｌｉｃｏｎ）を使用することが合理的である。液晶表示装置では、Ｐｏｌｙ-ＳｉにＬＴＰＳ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｐｏｌｙ-Ｓｉ）を用いることが多いので、以下Ｐｏｌｙ-ＳｉをＬＴＰＳともいう。
ただし、適用製品によってはａ−Ｓｉの移動度でも設計可能な場合があるので、本発明の構成は周辺駆動回路にａ−Ｓｉを用いた場合にも有効である。
特許文献１等に記載のように、ハイブリッド構成においては、従来は、ＬＴＰＳを先に形成し、ＴＡＯＳを後で形成していた、その理由は、次のとおりである。すなわち、ＬＴＰＳは、まずａ−ＳｉをＣＶＤで形成し、その後、エキシマレーザを照射してＰｏｌｙ−Ｓｉに変換する。ＣＶＤで形成したａ−Ｓｉは多量の水素を含むので、脱水素アニールを行う必要がある。ＴＡＯＳは水素に晒されると特性が大きく変化する。ａ−Ｓｉの脱水素アニールにおいて発生した水素がＴＡＯＳに達するとＴＡＯＳの特性が不安定になる。
このような問題を対策するために、従来は、ＬＴＰＳを先に形成し、ＴＡＯＳを後で形成してきた。しかし、この構成は次のような問題を生ずる。すなわち、ＬＴＰＳをＴＡＯＳよりも上に形成すると、ＬＴＰＳにソース電極ドレイン電極を接続するためのスルーホールが貫通する層の数がＴＡＯＳにソースドレイン電極を接続するためのスルーホールが貫通する層よりも多い。そうすると、ＴＡＯＳがオーバーエッチングされ、接続部においてＴＡＯＳが消失していまい、ＴＡＯＳＴＦＴを安定して形成することが出来ない。
ＬＴＰＳを先に形成した場合の他の問題点は次のとおりである。すなわち、ＴＡＯＳは光によって特性が劣化するので、ＴＡＯＳが光劣化に対して耐性を有するようにするため高温で処理する。一方、ＬＴＰＳは高温処理されると、特性が変化する。ＬＴＰＳが先に形成されていると、ＴＡＯＳに対して高温処理しようとすると、ＬＴＰＳも同時に高温処理されるため、ＬＴＰＳの特性が変化する。
以上のような問題を解決するために、本発明は、ＴＡＯＳを先に形成し、ＬＴＰＳを後で形成することを可能とする構成を実現することである。図３は、本発明の構成を示す断面図である。図３において、左側のＴＦＴはＬＴＰＳであり、右側のＴＦＴはＴＡＯＳである。
図３において、ガラスあるいは樹脂で形成されたＴＦＴ基板１００の上に第１下地膜１０１が形成されている。第１下地膜１０１は、ガラス等からの不純物をブロックするもので、通常は、ＳｉＯあるいはＳｉＮ等の積層膜で形成されている。なお、本明細書におけるＡＢ(例：ＳｉＯ)等の表記はそれぞれＡ及びＢを構成元素とする化合物であることを示すものであって、Ａ，Ｂがそれぞれ等しい組成比であることを意味するのではない。それぞれに基本となる組成比が存在するが、一般には製造条件等によりその基本組成から乖離することが多い。後で出てくるＡｌＯについても同様である。
第１下地膜１０１に用いられるＳｉＮはＣＶＤで形成するが、このＳｉＮ膜は水素を放出する。第１下地膜１０１の上に形成されるＴＡＯＳ１０２は、水素によって特性が劣化するので、第１下地膜１０１において、ＴＡＯＳ１０２と接触する層、すなわち、最上層はＳｉＯで形成することが望ましい。また、ＳｉＯで形成することによって、ＴＡＯＳ１０２をアニールした際、ＳｉＯから酸素がＴＡＯＳ１０２に供給されるので、ＴＡＯＳ１０２の特性を向上させることが出来る。
図３において、ＴＡＯＳＴＦＴを形成するためのＴＡＯＳ１０２が形成され、パターニングされている。この状態において、ＴＦＴ基板１００に形成されているのは、第１下地膜１０１のみであるから、ＴＡＯＳ１０２を高温にてアニールすることが出来る。これによって、光が照射されても、特性劣化の小さいＴＡＯＳＴＦＴを実現することが出来る。
ＴＡＯＳ１０２を覆って、ＳｉＨ４（シラン）とＮ２Ｏ（亜酸化窒素）を用いたＣＶＤによるＳｉＯによって第１ゲート絶縁膜１０３が形成されている。第１ゲート絶縁膜１０３の上に第１ゲート電極１０４が形成される。このように半導体層が基板に対向している面と反対側の面にゲート電極が対向している構成のＴＦＴをトップゲート型のＴＦＴと呼ぶ。第１ゲート電極１０４は例えば、Ｔｉ−Ａｌ合金−Ｔｉ等の積層膜あるいは、ＭｏＷ合金等で形成される。なお、図３では省略されているが、第１ゲート電極１０４形成と同時に、後で形成されるＬＴＰＳに対応する部分に光電流を抑止するための遮光層を形成してもよい。
第１ゲート電極１０４を覆って第１層間絶縁膜１０５が形成される。第１層間絶縁膜１０５はＳｉＯあるいはＳｉＮ、または、ＳｉＯとＳｉＮの積層膜で形成される。ＳｉＮは水素を放出するので、第１層間絶縁膜１０５を積層膜で形成する場合、ＴＡＯＳ１０２への影響を考慮すると、下層側をＳｉＯとすることが望ましい。あるいは、ＳｉＮの上下をＳｉＯでサンドイッチする構成でもよい。
第１層間絶縁膜１０５の上にＬＴＰＳＴＦＴのためのＬＴＰＳ１０６が形成されている。本発明では、後で説明するように、ａ−Ｓｉを形成し、先にパターニングを行い、その後、脱水素アニールを４００℃乃至５００℃で行う。その後、エキシマレーザを照射してＰｏｌｙ−Ｓｉに変換している。これによって、ＴＡＯＳ１０２をＬＴＰＳ１０６よりも先に形成することを可能としている。
ＬＴＰＳ１０６を覆って第２ゲート絶縁膜１０７が形成されている、第２ゲート絶縁膜１０７はＴＥＯＳ(Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）を原料とするＳｉＯによって形成することが出来る。第２ゲート絶縁膜１０７の上に第２ゲート電極１０８が形成される。第２ゲート電極１０８も第１ゲート電極１０４と同様、Ｔｉ−Ａｌ合金−Ｔｉ等の積層膜あるいは、ＭｏＷ合金等で形成される。
ゲート電極１０８及び第２ゲート絶縁膜１０７を覆って第２層間絶縁膜１０９が形成される。第２層間絶縁膜１０９はＳｉＯあるいはＳｉＮ、または、ＳｉＯとＳｉＮの積層膜で形成される。ＳｉＮからの水素によってＬＴＰＳの終端処理を行わせるためには、ＳｉＮが下層にあったほうが合理的である。
終端処理は、Ｓｉにおけるダングリングボンドを水素よって終端させ、ＬＴＰＳの特性を安定化させるものである。終端処理は、水素の存在下、ＬＴＰＳを４００℃乃至５００℃でアニールすることによって行われる。
その後、ＬＴＰＳＴＦＴにソースドレイン電極１１２を形成すためのスルーホール１１０、及び、ＴＡＯＳＴＦＴにソースドレイン電極１１３を形成するためのスルーホール１１１を形成する。スルーホールは、例えば、ＣＦ系（例えばＣＦ４）、あるいは、ＣＨＦ系（例えばＣＨＦ３）のガスを用いたドライエッチングで形成される。
図３に示すように、ＬＴＰＳ１０６側ではスルーホール１１０は２層の絶縁膜に対して形成するのに対し、ＴＡＯＳ１０２側では、４層の絶縁膜に対してスルーホール１１１を形成する。したがって、スルーホールを形成するためのエッチング条件は、ＴＡＯＳ１０２側に合わせる必要がある。つまり、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ１０８側はより長くエッチングガスに晒されるが、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ１０８側は、ドライエッチングに対する選択比が高く取れるようなエッチング条件があり、それを採用することで対処できる。
図４乃至図９は以上で説明した構成を実現する各プロセスにおける断面図である。図４は、ＴＦＴ基板１００上に第１下地膜１０１を形成して、その上にＴＡＯＳ１０２を形成し、これを覆って第１ゲート絶縁膜１０３を形成し、その上に第１ゲート電極１０４を形成した状態を示している。図４において、第１ゲート電極１０４をマスクにしてイオンインプランテーション（Ｉ／Ｉ）を行い、ゲート電極１０４で覆われた部分以外のＴＡＯＳ１０２に導電性を付与する。
イオンインプランテーションのイオンには、Ｂ（ボロン）、Ｐ（リン）、Ａｒ（アルゴン）等が使用されるが、トータルのプロセス条件や設備仕様によってイオン種は選択可能である。イオンインプランテーションの目的は、ソース・ドレインコンタクト領域を形成するためである。イオンインプランテーションによって、ＴＡＯＳ１０２にドレインとソースが形成される。
なお、上記の目的を達成するためにイオンインプランテーション以外の方法を用いることができる（例えばＴＡＯＳに酸素欠損を導入する）。
図５はゲート電極１０４を覆って、第１層間絶縁膜１０５およびａ−Ｓｉ１０６１を形成した状態を示す断面図である。第１層間絶縁膜１０５は図３で説明したように、ＳｉＮとＳｉＯの積層膜で形成される場合は、ＳｉＯ膜を下層とするほうが良い。第１層間絶縁膜１０５の少なくとも上層部およびａ−Ｓｉ１０６１はＣＶＤによって連続して形成することができる。
図６は、ａ−Ｓｉ１０６１をパターニングした状態を示している。従来は、ＬＴＰＳ１０６を形成する場合は、ａ−Ｓｉ１０６１を形成した後、脱水素のためのアニールを４００℃乃至５００℃で行い、その後エキシマレーザを照射してａ−Ｓｉ１０６１をＰｏｌｙ−Ｓｉ１０６に変換する。その後、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ１０６をパターニングしていた。
脱水素アニール時にａ−Ｓｉ１０６１から大量の水素が放出されるが、この水素が第１層間絶縁膜１０５および第１ゲート絶縁膜１０４を通ってＴＡＯＳ１０２に到達する。そうすると、この水素がＴＡＯＳ１０２の特性を変化させる。この現象を避けるために、従来は、ＬＴＰＳ１０６をＴＡＯＳ１０２より先に形成していた。
本発明の特徴は、図６に示すように、ａ−Ｓｉ１０６１を形成した後、脱酸素アニールをする前に、ａ−Ｓｉ１０６１をパターニングすることである。その後、脱酸素アニールを行う。脱酸素アニールをおこなうとａ−Ｓｉ１０６１から水素が放出されるが、ａ−Ｓｉ１０６１はすでにパターニングされているので、ＴＡＯＳ１０２からは離れた場所に存在するため、放出された水素がＴＡＯＳ１０２に到達する可能性は極めて低い。また、ａ−Ｓｉ１０６１はすでにパターニングされているので、放出される水素絶対量も大幅に減少する。なお、本発明の効果を上げるためには、ＴＡＯＳ１０２とＬＴＰＳ１０６が、平面で視て、重なっていないほうが良い。
脱酸素アニールは、４００℃乃至５００℃で行われるが、この時同時に、ＴＡＯＳ１０２のアニールを行うことが出来る。その後、図７に示すように、パターニングされたａ−Ｓｉ１０６１にエキシマレーザを照射してＰｏｌｙ−Ｓｉ１０６に変換する。この場合のレーザ照射は、局所的レーザ結晶化技術を用いることが出来る。
その後、図８に示すように、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ１０６を覆って第２ゲート絶縁膜１０７を形成し、その上に第２ゲート電極１０８を形成する。なお、第２ゲート電極１０８を形成した後、第２ゲート電極１０８をマスクにして、Ｂ（ボロン）あるいはＰ（リン）をイオンインプランテーションでドープし、ＬＴＰＳ１０６に対し第２ゲート電極１０８で覆われた以外の部分に対しＰ型あるいはＮ型の導電性を付与し、ＬＴＰＳ１０６にドレインあるいはソースを形成しておく。
その後、第２層間絶縁膜１０９をＳｉＯあるいはＳｉＮまたはそれらの積層膜によって形成する。第２層間絶縁膜１０９を積層膜で形成する場合、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ１０６に対し水素による終端処理を行うためには、第２層間絶縁膜１０９の下層がＳｉＮであることが合理的である。
その後、図９に示すように、ＬＴＰＳ１０６のドレインおよびソースに対応する部分において、第２層間絶縁膜１０９および第２ゲート絶縁膜１０７に、フッ素系ガスを用いたドライエッチングによってスルーホール１１０を形成する。また、ＴＡＯＳ１０２のドレインおよびソースに対応する部分において、第２層間絶縁膜１０９、第２ゲート絶縁膜１０７、第１層間絶縁膜１０５、第１ゲート絶縁膜１０３にスルーホール１１１をドライエッチングによって形成する。図９におけるＤＥＴおよび矢印はドライエッチングを示している。
この場合、ＴＡＯＳ１０２側では、４層の絶縁膜に対してスルーホール１１１を形成するのに対してＬＴＰＳ１０６側では２層の絶縁膜に対してスルーホール１１０を形成すればよい。つまり、エッチング条件はＴＡＯＳ１０２側のスルーホール１１１に合わせる必要がある。ＬＴＰＳ１０６側のスルーホール１１０においては、ＬＴＰＳ１０６が、例えば、フッ素系ガスを用いたドライエッチングの雰囲気に長く晒されることになるが、ＬＴＰＳ１０６とゲート絶縁膜等とのエッチング選択比を高く取れるようなエッチング条件があり、それを採用することで対処できる。
一方、ＴＡＯＳ１０２と第１ゲート電極１０４等とのエッチング選択比は小さいが、エッチング条件をＴＡＯＳ１０２側のスルーホール１１１に合わせることが出来るので、ＴＡＯＳ１０２が消失しないようなエッチング条件に設定することが出来る。したがって、ＬＴＰＳ１０６側でもＴＡＯＳ１０２側でも、ソース、ドレインが消失するという問題を解決することが出来る。
その後、スルーホール１１０にソースドレイン電極１１２、スルーホール１１１にソースドレイン電極１１３を形成し、図３の構成となる。なお、本明細書では、ソース電極とドレイン電極を合わせてソースドレイン電極１１２、１１３と呼ぶ。ソースドレイン電極は、例えば、Ｔｉ、Ａｌ合金、Ｔｉ等の積層膜で形成される。
以上のように、本発明によれば、ＴＡＯＳ１０２を高温アニールすることが可能であるために、ＴＡＯＳ１０２の光劣化を抑制することが出来る。また、スルーホール１１１形成時に、ＴＡＯＳ１０２におけるソースおよびドレイン部分のＴＡＯＳが消失することを免れることが出来る。したがて、特性の優れたハイブリッド型ＴＦＴアレイ基板を実現することが出来る。
なお、本実施例はＬＴＰＳ ＴＦＴがトップゲート型であるとして記述したが、第２ゲート電極の位置はＰｏｌｙ−Ｓｉより基板寄りであってもよい。本発明の核心は、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層がＴＡＯＳ層よりも基板から遠い位置にあることによりソースドレイン接続のためのスルーホールがＬＴＰＳ側よりＴＡＯＳ側が長くでき、前述のＴＡＯＳが消失しないようなプロセスを実現できることにある。
図１０は本発明の実施例２を示す断面図である。図１０が図３と異なる点は、第１層間絶縁膜１０５とＬＴＰＳ１０６との間にブロック層としてのＡｌＯ膜１１４を配置し、その上に第２下地膜１１５を形成している点である。ＡｌＯは水素に対するブロック性が優れている。なお、水素に対するブロック性が優れていれば、ＡｌＯ以外の膜でもよい。ここでは、金属酸化物あるいは金属窒化物からなる絶縁膜が望ましい。ＡｌＯ膜１１４はアニール時酸素を放出するが、この酸素によって、ＴＡＯＳ１０２の特性をより安定化させることが出来る。ＡｌＯ膜１１４はスパッタリングによって形成され、厚さは例えば５０ｎｍである。
一方、アニール時、ＡｌＯ膜１１４から酸素が放出されるので、この酸素がＬＴＰＳ１０６に対して悪影響を与えることを防止するために、第２下地膜１１５を形成する。第２下地膜１１５は、ＳｉＮおよびＳｉＯの積層膜が使用される。第２下地膜１１５の上にＬＴＰＳ１０６が形成されるので、第２下地膜１１５がＳｉＮの上下をＳｉＯでサンドイッチする構成であるほうがよい。
本実施例においても、ＬＴＰＳ１０６は最初にａ−Ｓｉ１０６１を形成し、これにエキシマレーザを用いてＬＴＰＳ１０６に変換する。この場合、実施例１のように、先にａ−Ｓｉ１０６１をパターニングし、その後、脱酸素アニールを行い、その後、エキシマレーザを用いてＰｏｌｙ−Ｓｉ１０６に変換することがベストである。
しかし、本実施例ではＡｌＯ膜１１４が存在しているために、水素をブロックすることが出来る。そこで、従来のように、第１下地膜１１５の上にａ−Ｓｉ１０６１を形成し、脱酸素アニールを行い、ａ−Ｓｉ１０６１全面にエキシマレーザを照射して、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ１０６に変換し、その後、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１０６をパターニングする構成とすることも出来る。
なお、図１０の構成では、第１層間絶縁膜１０５を省略することも出来る。すなわち、上層からの水素はＡｌＯ膜１１４によってブロックすることが出来るからである。また、ＬＴＰＳ１０６を脱水素アニール、あるいは終端アニールする時にＡｌＯ膜１１４から酸素が放出されるが、この酸素は、ＴＡＯＳ１０２の特性を安定化させることができるので、むしろ好ましい。
実施例２においても、ＴＡＯＳ１０２を下層に形成し、ＬＴＰＳ１０６を上層に形成するので、スルーホール１１０、１１１を形成するときに、ＴＡＯＳ１０２におけるソースおよびドレイン部分のＴＡＯＳが消失するという現象を防止することが出来る。また、ＴＡＯＳ１０２を先に形成するので、ＴＡＯＳ１０２を十分な温度でアニールすることが出来るので、特性の安定したＴＡＯＳ１０２を形成することが出来る。
以上のように、本実施例においても、特性の安定したハイブリッド型ＴＦＴアレイ基板を実現することが出来る。
図１１は、本発明の実施例３を示す断面図である。図１１が図３と異なる点は、ＴＡＯＳ１０２がボトムゲート型ＴＦＴである点である。ボトムゲート型ＴＦＴとは、半導体層と対向しているゲート電極が半導体層と基板の間にある構成のＴＦＴをいう。図１１において、ＴＦＴ基板１００の上に第１下地膜１０１を形成し、その上に第１ゲート電極１０４を形成する。これを第１ゲート絶縁膜１０３で覆い、その上にＴＡＯＳ１０２を形成する。第１ゲート絶縁膜１０３は、図３と同様、ＳｉＨ４（シラン）とＮ２Ｏ（亜酸化窒素）を用いたＣＶＤによるＳｉＯによって形成することが出来る。
第１ゲート絶縁膜１０３の上にＴＡＯＳ１０２を形成する。ＴＡＯＳ１０２の上には第１層間絶縁膜１０５が形成される。第１層間絶縁膜１０５はＳｉＯあるいは、ＳｉＯおよびＳｉＮの積層膜で形成される。第１層間絶縁膜１０５がＴＡＯＳ１０６と接触する層はＳｉＯである。ＳｉＮはアニール工程において、水素を発生するので、ＴＡＯＳ１０２と接触して形成することは出来ない。一方、第１層間絶縁膜１０５の上側にＳｉＮが形成されれば、第１層間絶縁膜１０５の上に形成されるＬＴＰＳ１０２の、終端処理のための、水素の供給源となるので好都合である。
ＬＴＰＳの形成以後のプロセスは、図３で説明したのと同様である。つまり、ａ−Ｓｉ１０６１を形成後、ただちにパターニングを行い、その後、脱水素アニールを行う。そしてパターニングされたａ−Ｓｉ１０６１に対してエキシマレーザを照射してＰｏｌｙ−Ｓｉ１０６に変換する。
本実施例においても、ＴＡＯＳ１０２がＬＴＰＳ１０６よりも下層に形成されているので、ＴＡＯＳ１０２側のスルーホール１１１の深さを正確に制御することが出来、スルーホール１１１においてＴＡＯＳが消失する現象を防止することが出来る。また、ＴＡＯＳ１０２は、ＬＴＰＳ１０６形成前に形成されるので、ＬＴＰＳ１０６への影響を考慮することなく、必要な温度でアニールすることが出来るので、光劣化に対して優れた耐性を持つＴＦＴを形成することが出来る。
図１１は、実施例１の構成に対してボトムゲートタイプのＴＡＯＳ１０２を適用した例である。図１１に示すボトムゲートタイプのＴＡＯＳ１０２は実施例２の構成に対しても適用することが出来る。この場合、ＡｌＯ層１１４は図１０の場合よりもＴＡＯＳ１０２に近づくことになるが、アニール時には、ＡｌＯ１１４は酸素を放出するので、ＴＡＯＳ１０２の特性に対してはむしろ好ましい
図１２は、実施例１乃至３で説明した、ＴＡＯＳによるＴＦＴを液晶表示装置の表示領域に適用した場合を示す断面図である。図１２において、ＴＦＴ基板１００の上にＴＦＴアレイ層１２０が形成されている。ＴＦＴアレイ層１２０は例えば図３で示すＴＡＯＳ ＴＦＴの層構造を有しており、その上に有機パッシベーション膜１１６が形成されている。
図１２はＩＰＳ方式の液晶表示装置の場合であり、有機パッシベーション膜１１６の上にコモン電極１２１が平面状に形成されている。コモン電極１２１を覆って容量絶縁膜１２２が形成され、その上に画素電極１２３が形成されている。画素電極１２３は、櫛歯状あるいはストライプ状である。画素電極１２３を覆って液晶分子３０１を初期配向させるための配向膜１２４が形成されている。
画素電極１２３とコモン電極１２１の間に映像信号が印加されると、矢印で示すように電気力線が発生し、液晶分子３０１を回転させて液晶層３００の透過率を制御することによって、画像を形成する。
図１２において液晶層３００を挟んで対向基板２００が配置されている。対向基板２００にはカラーフィルタ２０１とブラックマトリクス２０２が形成されている。カラーフィルタ２０１とブラックマトリクス２０２を覆ってオーバーコート膜２０３が形成され、その上に液晶分子３０１を初期配向させるための配向膜２０４が形成されている。
液晶表示装置において、画素電極１２３に映像信号が書き込まれると、画素電極１２３とコモン電極１２１と容量絶縁膜１２２によって形成される保持容量によって、１フレームの間、電圧が保持される。この時ＴＦＴのリーク電流が大きいと、画素電極１２３の電圧が変化し、フリッカ等が発生して、良好な画像を形成できなくなる。本発明のＴＡＯＳ ＴＦＴを用いることによって、リーク電流が小さい、良好な画像を有する液晶表示装置を実現することが出来る。
実施例１乃至３で説明したＬＴＰＳ ＴＦＴとＴＡＯＳ ＴＦＴの組み合わせは、有機ＥＬ表示装置にも適用することが出来る。図１３は、有機ＥＬ表示装置２の平面図である。図１３において、表示領域１０と周辺回路領域２０が形成されている。表示領域１０には、有機ＥＬ駆動ＴＦＴやスイッチングＴＦＴが形成されている。表示領域に形成されるＴＦＴには、リーク電流の小さいＴＡＯＳ ＴＦＴが好適である。周辺駆動回路はＴＦＴによって形成されるが、主に、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ ＴＦＴが用いられる。
図１３において、表示領域１０を覆って反射防止用偏光板２２０が貼り付けられている。有機ＥＬ表示装置には反射電極が形成されているので、外光反射を抑えるために偏光板２２０が使用されている。表示領域１０以外の部分に端子部１５０が形成され、端子部１５０にはドライバＩＣ１７０が搭載され、また、有機ＥＬ表示装置に電源や信号を供給するためのフレキシブル配線基板１６０が接続している。
図１４は図１３のＢ−Ｂ断面図である。図１４において、ＴＦＴ基板１００に有機ＥＬ層を含む表示素子層２１０が形成されている。表示素子層２１０は図１３の表示領域１０に対応して形成されている。有機ＥＬ材料は水分によって分解するので、外部からの水分の侵入を防止するために、表示素子層２１０を覆って保護層２１４がＳｉＮ等によって形成されている。保護層２１４の上に偏光板２２０が貼り付けられている。また、表示素子層２１０以外の部分には端子部１５０が形成され、端子部１５０には、ドライバＩＣ１７０が搭載され、フレキシブル配線基板１６０が接続している。
図１５は有機ＥＬ表示装置の表示領域の断面図である。図１５において、ＴＦＴ基板１００の上にＴＦＴアレイ層１２０が形成されている。ＴＦＴアレイ層１２０は図８で示すＴＡＯＳ ＴＦＴの層構造を含むものであり、その上に有機パッシベーション膜１１６が形成されている。
図１５において、有機パッシベーション膜１１６の上に下部電極２１１がＡｌ合金等によって形成されている。下部電極２１１は、反射電極を構成する合金または金属と、アノードを構成する透明導電膜との積層構造である。下部電極２１１の上には、有機ＥＬ層２１２が形成されている。有機ＥＬ層２１２は、例えば電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層等で形成される。
有機ＥＬ層２１２の上には、カソードとしての上部電極２１３が形成される。上部電極２１３は、透明導電膜であるＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等によって形成されるほか、銀等の金属あるいは合金の薄膜で形成される場合もある。上部電極２１３を覆って保護膜２１４がＳｉＮ等によって形成され、保護膜２１４には反射を防止するための偏光板２２０が粘着材２２１によって接着している。
ＴＦＴアレイ層１２０には、駆動ＴＦＴ、スイッチングＴＦＴ等の種々のＴＦＴが形成されるが、本発明を用いることによって、ＬＴＰＳ ＴＦＴとＴＡＯＳ ＴＦＴを共通のプロセスで形成できるので、ＬＴＰＳ ＴＦＴとＴＡＯＳ ＴＦＴの種々の組み合わせを用いることが出来るため、画像品質の優れた、かつ、消費電力を小さくすることができる有機ＥＬ表示装置を実現することが出来る。
以上の説明では、ＴＡＯＳ ＴＦＴを表示領域に使用し、ＬＴＰＳ ＴＦＴを周辺駆動回路に使用するとして説明したが、製品仕様に応じて、周辺回路にＴＡＯＳ ＴＦＴを加えても良いし、表示領域にＬＴＰＳ ＴＦＴを加えても良い。
１…液晶表示装置、 ２…有機ＥＬ表示装置、 １０…表示領域、 １００…ＴＦＴ基板、 １０１…第１下地膜、 １０２…ＴＡＯＳ、 １０３…第１ゲート絶縁膜、 １０４…第１ゲート電極、 １０５…第１層間絶縁膜、 １０６…ＬＴＰＳ、 １０８…第２ゲート電極、 １０９…第２層間絶縁膜、 １１０…ＬＴＰＳ用スルーホール、 １１１…ＴＡＯＳ用スルーホール、 １１２…ＬＴＰＳ用ソースドレイン電極、 １１３…ＴＡＯＳ用ソースドレイン電極、 １１４…ＡｌＯ膜、 １１５…第２下地膜、 １１６…有機パッシベーション膜、 １２０…ＴＦＴアレイ層、 １２１…コモン電極、 １２２…容量絶縁膜、 １２３…画素電極、 １２４…配向膜、 １３０…下偏光板、 １５０…端子部、 １６０…フレキシブル配線基板、 １７０…ドライバＩＣ、 ２００…対向基板、 ２０１…カラーフィルタ、 ２０２…ブラックマトリクス、 ２０３…オーバーコート膜、 ２１０…表示素子層、 ２１１…下部電極、 ２１２…有機ＥＬ層、 ２１３…上部電極、 ２１４…保護層、 ２２０…反射防止用偏光板、 ２２１…粘着材、 ２３０…上偏光板、 ３００…液晶層、 ３０１…液晶分子、 ４００…バックライト、 ５００…液晶表示パネル、 １０６１…ａ−Ｓｉ、 ＤＥＴ…ドライエッチング、 Ｉ／Ｉ…イオンインプランテーション

Claims (2)

  1. 基板に酸化物半導体層を有する第１のＴＦＴとＰｏｌｙ−Ｓｉ層を有する第２のＴＦＴが形成された半導体装置の製造方法であって、
    前記酸化物半導体層を形成した後、前記酸化物半導体層の上または上方に第１の層間絶縁膜を形成し、
    前記第１の層間絶縁膜の上にａ−Ｓｉ層を形成してパターニングを行い、その後レーザ照射をすることによって、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層に変換することにより前記第２のＴＦＴを形成し、
    前記第２のＴＦＴを第２の層間絶縁膜で覆い、前記第２のＴＦＴと接続する第２のスルーホールを前記第２の層間絶縁膜を貫通して形成し、
    前記第１のＴＦＴと接続する第１のスルーホールを前記第２の層間絶縁膜と前記第１の層間絶縁膜を貫通して形成し、
    前記第１のスルーホールと前記第２のスルーホールを同一プロセスで形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 前記ａ−Ｓｉ層をパターニング後、半導体レーザ照射を行う前に前記ａ−Ｓｉ層をアニールすることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
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