(57)【要約】遮光構造に依存することなく、画素トランジスタの耐光性自体を高めことが可能な表示装置及びその製造方法において、画素トランジスタの活性層となる多結晶シリコン膜１１１の平均結晶粒径を比較的小さく制御することで、光リーク電流を抑制する。結晶粒径が小さい程結晶欠陥を多く含む。光照射によって励起したキャリアは欠陥準位によって速やかに補足され、光リーク電流の増大を抑制している。一方、周辺トランジスタを構成する多結晶シリコン膜１１１の平均結晶粒径は比較的大きくなるように制御されている。結晶粒径が拡大する程キャリアの移動度が増大し、周辺トランジスタの駆動能力が高くなる。画素トランジスタに比べ周辺トランジスタは画素のスキャニングや画像信号のサンプリングのため、高速動作を要求されるからである。
2003105236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示部及び周辺の駆動部が一体的に形成された基板を備え、
前記表示部は、マトリクス状に配置された画素と、これを点灯／消灯の間でスイッチングする画素トランジスタとが集積的に形成されており、
前記駆動部は、画素トランジスタのマトリクスを走査するための駆動回路を構成する周辺トランジスタが集積的に形成されており、
前記画素トランジスタ及び周辺トランジスタはいずれもゲート絶縁膜を介して多結晶性の半導体薄膜とゲート電極を積層した薄膜トランジスタからなる表示装置であって、
前記画素トランジスタの半導体薄膜の平均結晶粒径と前記周辺トランジスタの半導体薄膜の平均結晶粒径とが異なる
表示装置。
【請求項２】
前記画素トランジスタの半導体薄膜の平均結晶粒径が、前記周辺トランジスタの半導体薄膜の平均結晶粒径よりも小さい
請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記半導体薄膜が多結晶シリコンである
請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】
前記画素トランジスタの半導体薄膜を構成する多結晶シリコンの平均結晶粒径が３００ｎｍ以下で、前記周辺トランジスタの半導体薄膜を構成する多結晶シリコンの平均結晶粒径が８００ｎｍ以上である
請求項３に記載の表示装置。
【請求項５】
前記多結晶シリコンの膜厚が２５〜５０ｎｍである
請求項３に記載の表示装置。
【請求項６】
前記画素トランジスタの半導体薄膜を構成する多結晶シリコンの膜厚は、前記周辺トランジスタの半導体薄膜を構成する多結晶シリコンの膜厚より薄い
請求項３に記載の表示装置。
【請求項７】
表示部及び周辺の駆動部が一体的に形成された基板を備え、
前記表示部は、マトリクス状に配置された画素と、これを点灯／消灯の間でスイッチングする画素トランジスタとが集積的に形成されており、前記駆動部は、画素トランジスタのマトリクスを走査するための駆動回路を構成する周辺トランジスタが集積的に形成されており、前記画素トランジスタ及び周辺トランジスタはいずれも多結晶シリコン膜を活性層とする薄膜トランジスタからなる表示装置を製造するため、
前記基板の表示部及び駆動部に亘って多結晶シリコン膜を形成する成膜工程と、
活性層としての多結晶シリコン膜の電気的な特性に影響を及ぼさない不活性なイオンを前記多結晶シリコン膜にイオン注入することにより一旦非晶質シリコン膜に転換するイオン注入工程と、
この非晶質シリコン膜を加熱処理することによって再び多結晶シリコン膜を得る再結晶化工程とを含む表示装置の製造方法であって、
前記イオン注入工程は、前記表示部と駆動部とでイオン注入量が異なるように行ない、
もって、前記再結晶化工程で得られる前記画素トランジスタの多結晶シリコン膜の平均結晶粒径と前記周辺トランジスタの多結晶シリコン膜の平均結晶粒径とが異なるようにした
表示装置の製造方法。
【請求項８】
前記再結晶化工程が、窒素雰囲気中にて５８０℃以上に設定された炉に前記基板を投入して所定時間加熱処理を行なう固相成長法による
請求項７に記載の表示装置の製造方法。
【請求項９】
前記再結晶化工程が、レーザー光を前記基板に照射して加熱処理を行なうレーザーアニール法による
請求項７に記載の表示装置の製造方法。
【請求項１０】
前記イオン注入工程は、前記表示部の方が前記駆動部よりもイオン注入量が少なくなるように行ない、
もって、前記再結晶化工程で得られる前記画素トランジスタの多結晶シリコン膜の平均結晶粒径が前記周辺トランジスタの多結晶シリコン膜の平均結晶粒径より小さくなるようにした
請求項７に記載の表示装置の製造方法。
【請求項１１】
前記再結晶化工程は、前記画素トランジスタの多結晶シリコン膜の平均結晶粒径が３００ｎｍ以下で、前記周辺トランジスタの多結晶シリコン膜の平均結晶粒径が８００ｎｍ以上にする
請求項１０に記載の表示装置の製造方法。
【請求項１２】
前記成膜工程は、膜厚が２５〜５０ｎｍの範囲で前記多結晶シリコン膜を形成する
請求項７に記載の表示装置の製造方法。
【請求項１３】
表示部及び周辺の駆動部が一体的に形成された基板を備え、
前記表示部は、マトリクス状に配置された画素と、これを点灯／消灯の間でスイッチングする画素トランジスタとが集積的に形成されており、前記駆動部は、画素トランジスタのマトリクスを走査するための駆動回路を構成する周辺トランジスタが集積的に形成されており、前記画素トランジスタ及び周辺トランジスタはいずれも多結晶シリコン膜を活性層とする薄膜トランジスタからなる表示装置を製造するため、
前記基板の表示部及び駆動部に亘って単結晶シリコン膜または多結晶シリコン膜を形成する成膜工程と、
活性層としての多結晶シリコン膜の電気的な特性に影響を及ぼさない不活性なイオンを前記多結晶シリコン膜にイオン注入することにより一旦非晶質シリコン膜に転換するイオン注入工程と、
この非晶質シリコン膜を加熱処理することによって再び多結晶シリコン膜を得る再結晶化工程とを含む表示装置の製造方法であって、
前記成膜工程は、前記画素トランジスタの活性層を構成する多結晶シリコンの膜厚が、前記周辺トランジスタの活性層を構成する多結晶シリコンの膜厚より薄くなるように成膜を行ない、
もって、前記再結晶化工程で得られる前記画素トランジスタの多結晶シリコン膜の平均結晶粒径と前記周辺トランジスタの多結晶シリコン膜の平均結晶粒径とが異なるようにした
表示装置の製造方法。
【請求項１４】
前記成膜工程は、前記基板の表示部及び駆動部に亘って単結晶シリコン膜または多結晶シリコン膜を第１の厚さまで成膜する第１の工程と、
前記基板の表示部に成膜された単結晶シリコン膜または多結晶シリコン膜を第２の厚さまで選択的に除去する第２の工程と、を含む
請求項１３に記載の表示装置の製造方法。
【請求項１５】
前記成膜工程は、前記基板の表示部及び駆動部に亘って単結晶シリコン膜または多結晶シリコン膜を所定の厚さまで成膜する第１の工程と、
前記基板の表示部に成膜された単結晶シリコン膜または多結晶シリコン膜を一旦除去する第２の工程と、
前記基板の表示部及び駆動部に亘って単結晶シリコン膜または多結晶シリコン膜をさらに成膜する第３の工程と、を含む
請求項１３に記載の表示装置の製造方法。
【請求項１６】
前記再結晶化工程が、窒素雰囲気中にて５８０℃以上に設定された炉に前記基板を投入して所定時間加熱処理を行なう固相成長法による
請求項１３に記載の表示装置の製造方法。
【請求項１７】
前記再結晶化工程は、前記画素トランジスタの多結晶シリコン膜の平均結晶粒径が３００ｎｍ以下で、前記周辺トランジスタの多結晶シリコン膜の平均結晶粒径が８００ｎｍ以上にする
請求項１３に記載の表示装置の製造方法。
【請求項１８】
光源による光を少なくとも一つの表示パネルに照射して当該表示パネルにより形成される画像をスクリーンに投射する投射型表示装置であって、
上記表示パネルは、
表示部及び周辺の駆動部が一体的に形成された基板を備え、
前記表示部は、マトリクス状に配置された画素と、これを点灯／消灯の間でスイッチングする画素トランジスタとが集積的に形成されており、
前記駆動部は、画素トランジスタのマトリクスを走査するための駆動回路を構成する周辺トランジスタが集積的に形成されており、
前記画素トランジスタ及び周辺トランジスタはいずれもゲート絶縁膜を介して多結晶性の半導体薄膜とゲート電極を積層した薄膜トランジスタからなる表示装置であって、
前記画素トランジスタの半導体薄膜の平均結晶粒径と前記周辺トランジスタの半導体薄膜の平均結晶粒径とが異なる
投射型表示装置。
【請求項１９】
前記画素トランジスタの半導体薄膜の平均結晶粒径が、前記周辺トランジスタの半導体薄膜の平均結晶粒径よりも小さい
請求項１８に記載の投射型表示装置。
【請求項２０】
前記半導体薄膜が多結晶シリコンである
請求項１８に記載の投射型表示装置。
【請求項２１】
前記画素トランジスタの半導体薄膜を構成する多結晶シリコンの平均結晶粒径が３００ｎｍ以下で、前記周辺トランジスタの半導体薄膜を構成する多結晶シリコンの平均結晶粒径が８００ｎｍ以上である
請求項２０に記載の投射型表示装置。
【請求項２２】
前記多結晶シリコンの膜厚が２５〜５０ｎｍである
請求項２０に記載の投射型表示装置。
【請求項２３】
前記画素トランジスタの半導体薄膜を構成する多結晶シリコンの膜厚は、前記周辺トランジスタの半導体薄膜を構成する多結晶シリコンの膜厚より薄い
請求項２０に記載の投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、液晶表示装置（ＬＣＤ）によって代表されるフラット型の表示装置及びその製造方法、並びに投射型表示装置に関する。詳しくは、アクティブマトリクス構成の画素アレイ部（表示部）と周辺の駆動部が一体的に形成されたアクティブマトリクス型の表示装置及びその製造方法、並びに投射型表示装置に関する。更に具体的には、表示部及び駆動部に含まれる薄膜トランジスタの構成に関する。
背景技術
図１は、一般的なアクティブマトリクス型表示装置の全体構成を示す模式的な斜視図である。
図１に示すように、この表示装置は表示パネル１０からなり、一対のガラス基板１１，１２と両者の間に保持された電気光学物質とを備えたフラット構造を有する。電気光学物質としては、例えば液晶１３が用いられる。
ガラス基板１１には、表示部１４と周辺の駆動部とが集積化して形成されている。ガラス基板１１に形成された駆動部は、垂直駆動回路１５と水平駆動回路１６とを含む。基板１１の一周縁部には、外部接続用の端子部１７が形成されている。端子部１７は配線１８を介して垂直駆動回路１５及び水平駆動回路１６に接続されている。
表示部１４には、画素電極１４ａとこれを駆動する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）１４ｂを含む画素回路がマトリクス状に形成されている。そして、画素回路のマトリクス配列に対して行毎にゲート配線１９Ｇが形成され、列毎に信号配線１９Ｓが形成されている。両配線の交差部に各画素回路が配置され、ＴＦＴ１４ｂのゲート電極は対応するゲート配線１９Ｇに接続され、ドレイン領域は対応する画素電極１４ａに接続され、ソース領域は対応する信号配線１９Ｓに接続されている。ゲート配線１９Ｇは垂直駆動回路１５に接続され、信号配線１９Ｓは水平駆動回路１６に接続されている。
一方、ガラス基板１１に対向するガラス基板１２の内表面には、図示しないが対向電極が形成されており、この対向電極は各画素電極１４ａと対面配置している。画素電極１４ａと対向電極と両者の間に保持された液晶１３とで個々の画素が形成される。
ＴＦＴ１４ｂは、上述したように、各画素毎に対応して設けられており、各画素を点灯と消灯の間でスイッチングする。本明細書では、表示部１４に形成された画素スイッチング用のＴＦＴを画素トランジスタと呼ぶ場合がある。一方、周辺の垂直駆動回路１５及び水平駆動回路１６も画素トランジスタと同時並列的に集積形成されたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を含む。以下この明細書では周辺の駆動回路１５，１６を構成するＴＦＴを周辺トランジスタと呼ぶ場合がある。画素トランジスタ及び周辺トランジスタはいずれも、ゲート絶縁膜を介して多結晶性の半導体薄膜（例えば多結晶シリコン膜）とゲート電極を積層したＴＦＴ（薄膜トランジスタからなる。
図２は、図１に示した液晶表示パネル１０を応用した投射型表示装置（以下、プロジェクタ）の構成例を示す図である。
このプロジェクタ２０は、図２に示すように、光源２１と、一対の偏光板２２，２３に挟まれた透過型の液晶表示パネル１０Ａと、拡大投射光学系２４とを、光軸に沿って順に配置した構造を有している。ここで、液晶表示パネル１０Ａは、図１に示したフラット構成を有している。光源２１は楕円反射鏡２５とその中心に配置されたランプ２６とから構成されており、高強度の照明光を液晶表示パネル１０Ａの配置方向（前方）に放射する。光源２１の前面にはフィルタ２７が配置されており、照明光に含まれる不要な紫外光成分及び赤外光成分を吸収する。更にその前方には、コンデンサレンズ２８が配置されており、照明光を集光して液晶表示パネル１０Ａの光入射側全面に入射する。液晶表示パネル１０Ａの光透過側（前方）には、拡大投射光学系２４が配置されており、液晶表示パネル１０Ａの表示部１４Ａにより形成される画像を前方に拡大投射する。拡大投射された画像はスクリーン２９上に映し出される。
液晶表示パネル１０Ａは、例えばノーマリホワイトモードの表示部１４Ａと、周辺の非表示部２１２とに分かれている。非表示部１４Ｂは周辺の駆動回路などを含んでいる。一対の偏光板２２，２３はその偏光軸が互いに直交配置されている。液晶表示パネル１０Ａの表示部１４Ａはツイスト配向した液晶を含んでおり入射光に対して９０度の旋光能を有している。一方、一対の偏光板２２，２３はクロスニコル配置されている。従って、入射側の偏光板２２を通過した直線偏光は表示部１４Ａに含まれる液晶により９０度その偏光軸が回転し、出射側の偏光板２３を通過する。従って、ノーマリホワイトモードの表示が得られ、スクリーン２９上には拡大投射された画面が映し出される。
以上のように液晶表示装置（ＬＣＤ）を応用したプロジェクション表示装置（プロジェクタ）は、大画面表示が容易に得られることなどから、明るさの向上とともに急速に普及している。
プロジェクタは、強力な光源を有し、ライトバルブとなるＬＣＤによって画像制御を行ない、画像情報を拡大投影する装置であり、ＬＣＤには強力な光が入射することになる。プロジェクタに対する更なる画面輝度の向上あるいは小型化への要求から、ＬＣＤに対する単位面積当りの入射光量は益々大きくなりつつある状況である。
一方、強力な入射光により光学系あるいはＬＣＤ内部において生ずる反射光などが、一部画素トランジスタの活性層に当たることにより、画素トランジスタは光励起によるリーク電流（以下、光リーク電流）を生じてしまう。光リーク電流の増大は、フリッカや画面のざらつきの原因となり、画品位に致命的な欠陥をもたらす。
従来、入射光量の増大に対応すべく、画素トランジスタを上下から遮光するための遮光構造を形成していた。画素トランジスタの入射側及び出射側を覆うような形で金属膜あるいはシリサイド膜を配置し、その形状や寸法を最適化することによって、画素トランジスタへの光を遮光し、画品位の保持あるいは改善に努めてきた。
しかしながら、遮光構造は必然的に画素の開口率を犠牲とすることから、画面の高輝度化の要求には相反することになる。ＬＣＤパネルの開口率向上の必要性から、すでに遮光面積を十分に確保することは困難となっている。
発明の開示
本発明の目的は、遮光構造に依存することなく、画素トランジスタの耐光性自体を高めた、すなわち、画素の高開口率と画素トランジスタの高い耐光性を両立させることが可能な表示装置及びその製造方法、並びに投射型表示装置を提供することにある。
上記目的を達成するために以下の手段を講じた。すなわち、本発明の第１の観点は、表示部及び周辺の駆動部が一体的に形成された基板を備え、前記表示部は、マトリクス状に配置された画素と、これを点灯／消灯の間でスイッチングする画素トランジスタとが集積的に形成されており、前記駆動部は、画素トランジスタのマトリクスを走査するための駆動回路を構成する周辺トランジスタが集積的に形成されており、前記画素トランジスタ及び周辺トランジスタはいずれもゲート絶縁膜を介して多結晶性の半導体薄膜とゲート電極を積層した薄膜トランジスタからなる表示装置であって、前記画素トランジスタの半導体薄膜の平均結晶粒径と前記周辺トランジスタの半導体薄膜の平均結晶粒径とが異なることを特徴とする。
具体的には、前記画素トランジスタの半導体薄膜の平均結晶粒径が、前記周辺トランジスタの半導体薄膜の平均結晶粒径よりも小さい。また、前記半導体薄膜が多結晶シリコンである。また、前記画素トランジスタの半導体薄膜を構成する多結晶シリコンの平均結晶粒径が３００ｎｍ以下で、前記周辺トランジスタの半導体薄膜を構成する多結晶シリコンの平均結晶粒径が８００ｎｍ以上である。また、前記多結晶シリコンの膜厚が２５〜５０ｎｍである。
また、本発明の第２の観点は、表示部及び周辺の駆動部が一体的に形成された基板を備え、前記表示部は、マトリクス状に配置された画素と、これを点灯／消灯の間でスイッチングする画素トランジスタとが集積的に形成されており、前記駆動部は、画素トランジスタのマトリクスを走査するための駆動回路を構成する周辺トランジスタが集積的に形成されており、前記画素トランジスタ及び周辺トランジスタはいずれも多結晶シリコン膜を活性層とする薄膜トランジスタからなる表示装置を製造するため、前記基板の表示部及び駆動部に亘って多結晶シリコン膜を形成する成膜工程と、活性層としての電気的な特性に影響を及ぼさない不活性なイオンを前記多結晶シリコン膜にイオン注入することにより一旦非晶質シリコン膜に転換するイオン注入工程と、この非晶質シリコン膜を加熱処理することによって再び多結晶シリコン膜を得る再結晶化工程とを含む表示装置の製造方法であって、前記イオン注入工程は、前記表示部と駆動部とでイオン注入量が異なるように行ない、もって、前記再結晶化工程で得られる前記画素トランジスタの多結晶シリコン膜の平均結晶粒径と前記周辺トランジスタの多結晶シリコン膜の平均結晶粒径とが異なるようにしたことを特徴とする。
好ましくは、前記再結晶化工程は、窒素雰囲気中にて５８０℃以上に設定された炉に前記基板を投入して所定時間加熱処理を行なう固相成長法による。或いは、前記再結晶化工程は、レーザー光を前記基板に照射して加熱処理を行なうレーザーアニール法による。また、前記イオン注入工程は、前記表示部の方が前記駆動部よりもイオン注入量が少なくなるように行ない、もって、前記再結晶化工程で得られる前記画素トランジスタの多結晶シリコン膜の平均結晶粒径が前記周辺トランジスタの多結晶シリコン膜の平均結晶粒径より小さくなるようにする。また、前記再結晶化工程は、前記画素トランジスタの多結晶シリコン膜の平均結晶粒径が３００ｎｍ以下で、前記周辺トランジスタの多結晶シリコン膜の平均結晶粒径が８００ｎｍ以上にする。また、前記成膜工程は、膜厚が２５〜５０ｎｍの範囲で前記多結晶シリコン膜を形成する。
また、本発明の第３の観点は、表示部及び周辺の駆動部が一体的に形成された基板を備え、前記表示部は、マトリクス状に配置された画素と、これを点灯／消灯の間でスイッチングする画素トランジスタとが集積的に形成されており、前記駆動部は、画素トランジスタのマトリクスを走査するための駆動回路を構成する周辺トランジスタが集積的に形成されており、前記画素トランジスタ及び周辺トランジスタはいずれも多結晶シリコン膜を活性層とする薄膜トランジスタからなる表示装置を製造するため、前記基板の表示部及び駆動部に亘って単結晶シリコン膜または多結晶シリコン膜を形成する成膜工程と、活性層としての多結晶シリコン膜の電気的な特性に影響を及ぼさない不活性なイオンを前記多結晶シリコン膜にイオン注入することにより一旦非晶質シリコン膜に転換するイオン注入工程と、この非晶質シリコン膜を加熱処理することによって再び多結晶シリコン膜を得る再結晶化工程とを含む表示装置の製造方法であって、前記成膜工程は、前記画素トランジスタの活性層を構成する多結晶シリコンの膜厚が、前記周辺トランジスタの活性層を構成する多結晶シリコンの膜厚より薄くなるように成膜を行ない、もって、前記再結晶化工程で得られる前記画素トランジスタの多結晶シリコン膜の平均結晶粒径と前記周辺トランジスタの多結晶シリコン膜の平均結晶粒径とが異なるようにした。
好適には、前記成膜工程は、前記基板の表示部及び駆動部に亘って単結晶シリコン膜または多結晶シリコン膜を第１の厚さまで成膜する第１の工程と、前記基板の表示部に成膜された単結晶シリコン膜または多結晶シリコン膜を第２の厚さまで選択的に除去する第２の工程と、を含む。また、好適には、前記成膜工程は、前記基板の表示部及び駆動部に亘って単結晶シリコン膜または多結晶シリコン膜を所定の厚さまで成膜する第１の工程と、前記基板の表示部に成膜された単結晶シリコン膜または多結晶シリコン膜を一旦除去する第２の工程と、前記基板の表示部及び駆動部に亘って単結晶シリコン膜または多結晶シリコン膜をさらに成膜する第３の工程と、を含む。
また、本発明の第４の観点は、光源による光を少なくとも一つの表示パネルに照射して当該表示パネルにより形成される画像をスクリーンに投射する投射型表示装置であって、上記表示パネルは、表示部及び周辺の駆動部が一体的に形成された基板を備え、前記表示部は、マトリクス状に配置された画素と、これを点灯／消灯の間でスイッチングする画素トランジスタとが集積的に形成されており、前記駆動部は、画素トランジスタのマトリクスを走査するための駆動回路を構成する周辺トランジスタが集積的に形成されており、前記画素トランジスタ及び周辺トランジスタはいずれもゲート絶縁膜を介して多結晶性の半導体薄膜とゲート電極を積層した薄膜トランジスタからなる表示装置であって、前記画素トランジスタの半導体薄膜の平均結晶粒径と前記周辺トランジスタの半導体薄膜の平均結晶粒径とが異なる。
本発明によれば、画素トランジスタの多結晶シリコン膜と周辺駆動回路のトランジスタの多結晶シリコン膜の結晶粒径をそれぞれ最適化することによって、画素トランジスタの耐光性が各段に改善できるとともに、周辺トランジスタの電気特性も良好に維持可能である。具体的には、画素トランジスタの活性層となる多結晶シリコン膜の平均結晶粒径を比較的小さく制御することで、光リーク電流を抑制できる。結晶粒径が小さい程結晶欠陥を多く含む。光照射によって励起したキャリアは欠陥準位によって速やかに捕捉され、結果的にトランジスタのオフ抵抗が増加し、光リーク電流の増大を抑制しているものと考えられる。一方、周辺トランジスタを構成する多結晶シリコン膜の平均結晶粒径は比較的大きくなるように制御されている。結晶粒径が拡大する程キャリアの移動度が増大し、周辺トランジスタの駆動能力が高くなる。画素トランジスタに比べ周辺トランジスタは画素のスキャニングや画像信号のサンプリングのため、高速動作を要求される。本発明では、周辺トランジスタの駆動能力を確保して、画品位を維持している。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面に関連付けて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図３は本発明に係る表示装置の一実施形態を示す模式図であって、図３（Ａ）は表示パネルに形成される表示部及び駆動部の配置構成を示し、図３（Ｂ）はたとえば図３（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿って切断した表示パネルの断面構造を示している。
表示パネル１００は、図に示すように、一対のガラス基板１０１，１０２をシール材３で接合したフラット構造を有している。一対のガラス基板１０１１，１０２の間隙には、電気光学物質としてたとえば液晶１０４が充填されている。場合によっては、液晶に代えて他の電気光学物質を用いることができる。ガラス基板１０１の表面には、図３（Ａ）に示すように、表示部や周辺の駆動部が一体的に形成されている。これに対向するガラス基板１０２の内表面には対向電極が形成されている。このようなフラットパネル型のアクティブマトリクス表示装置は、基本的に図１に示した構造と同様の構造を有し、例えば図２に示したプロジェクタのライトバルブ、すなわち液晶表示パネル１０Ａとして用いられる。
本表示装置においては、図１（Ａ）に示すように、ガラス基板１０１には、表示部（ＤＳＰ）１０５及び周辺の駆動部が一体的に形成されている。周辺の駆動部は、表示部１０５の画素トランジスタのマトリクスを走査するため、左右一対の垂直駆動回路（ＶＤＲＶ）１０６Ｌ，１０６Ｒや水平駆動回路（ＨＤＲＶ）１０７とレベル変換回路１０８を含んでおり、表示部１０５を取り囲むように配置されている。
表示部１０５は、マトリクス状に配置された画素回路と、これを点灯／消灯の間でスイッチングする画素トランジスタとが集積化されて形成されている。たとえば図１を参照して説明すると、表示部１０５には、画素電極１０５１ａとこれを駆動するＴＦＴ（薄膜トランジスタ）１０５１ｂを含む画素回路１０５１がマトリクス状に形成されている。そして、画素回路１０５１のマトリクス配列に対して行毎にゲート配線１０９が形成され、列毎に信号配線１１０が形成されている。両配線の交差部に各画素回路１０５１が配置され、ＴＦＴ１０５１ｂのゲート電極は対応するゲート配線１０９に接続され、ドレイン領域は対応する画素電極１０５１ａに接続され、ソース領域は対応する信号配線１１０に接続されている。ゲート配線１０９は垂直駆動回路１０６Ｌ，１０６Ｒに接続され、信号配線１１０は水平駆動回路１０７に接続されている。
なお、レベル変換回路１０８は、外部から供給されるクロック信号などの電位レベルを変換して、垂直駆動回路１０６Ｌ，１０６Ｒや水平駆動回路１０７に供給する。
これら垂直駆動回路（ＶＤＲＶ）１０６Ｌ，１０６Ｒ、水平駆動回路（ＨＤＲＶ）１０７及びレベル変換回路１０８を含む周辺駆動部は、画素トランジスタと同時並列的にに集積化して形成された周辺トランジスタで構成されている。本実施形態に係る画素トランジスタ及び周辺トランジスタは、いずれもゲート絶縁膜を介して多結晶性の半導体薄膜とゲート電極を積層したＴＦＴ（薄膜トランジスタ）からなる。
本発明の特徴事項として、画素トランジスタの半導体薄膜の平均結晶粒径と周辺トランジスタの半導体薄膜の平均結晶粒径とが異なっている。具体的には、画素トランジスタの半導体薄膜の平均結晶粒径が、周辺トランジスタの半導体薄膜の平均結晶粒径よりも小さい。半導体薄膜は多結晶シリコンが主に用いられる。この場合、画素トランジスタの半導体薄膜を構成する多結晶シリコンの平均結晶粒径が３００ｎｍ以下で、周辺トランジスタの半導体薄膜を構成する多結晶シリコンの平均結晶粒径が８００ｎｍ以上に制御されている。多結晶シリコンの膜厚は２５〜５０ｎｍに制御されている。
図４（Ａ）は画素トランジスタ（画素ＴＦＴ：ＰＸＬ−ＴＦＴ）の断面構造を示す図であり、図４（Ｂ）は周辺トランジスタ（周辺ＴＦＴ：ＰＲＰ−ＴＦＴ））の断面構造を示す図である。
画素トランジスタにおいては、図４（Ａ）に示すように、基板１０１の表面に第１遮光膜１１３が形成されている。基板１０１および第１遮光膜１１３上には第１層間絶縁膜１１５が形成され、第１層間絶縁膜１１５上に多結晶シリコン膜１１１が形成されている。多結晶シリコン膜１１１上にはゲート絶縁膜１２５を介してゲート電極１１２が形成されている。
このように、画素ＴＦＴは、基本的にゲート絶縁膜１２５を介して多結晶シリコン膜１１１とゲート電極１１２を重ねた積層構造を有している。画素ＴＦＴは、第２層間絶縁膜１１６で被覆されており、その上に配線１１９が形成されている。配線１１９は信号配線を含んでおり、第２層間絶縁膜１１６に開口したコンタクトホールを介して画素ＴＦＴのソース領域に接続している。この信号配線１１９は第２遮光膜を兼ねている。配線１１９は第３層間絶縁膜１１７により被覆されており、その上に第３遮光膜１１４が形成されている。第３遮光膜１１４は第４層間絶縁膜１１８により被覆されており、その上にＩＴＯなどの透明導電膜からなる画素電極１２０が形成されている。画素電極１２０は第３遮光膜及び配線１１９を介して画素ＴＦＴのドレイン領域に電気接続している。
周辺ＴＦＴにおいては、図４（Ｂ）に示すように、基板１０１の上には第１層間絶縁膜１１５を介して多結晶シリコン膜１１１が形成されている。その上にはゲート絶縁膜１２５を介してゲート電極１１２が形成されている。この構造が、周辺ＴＦＴの基本構造である。周辺ＴＦＴは、第２層間絶縁膜１１６により被覆されており、その上に配線１１９が形成されている。配線１１９は第３層間絶縁膜１１７及び第４層間絶縁膜１１８により被覆されている。
周辺ＴＦＴは、画素ＴＦＴと同時並列的に形成され、基本的には同一の層構成となっている。但し、周辺ＴＦＴは画素ＴＦＴと異なり高度の遮光を要しないため、第１遮光膜１１３と第３遮光膜１１４が省かれている。
図４（Ａ）及び（Ｂ）に示した画素ＴＦＴ及び周辺ＴＦＴは、基本的に成膜工程とイオン注入工程と再結晶化工程とにより同時並列的に作製される。
成膜工程では、基板１０１の表示部及び駆動部に亘って多結晶シリコン膜１１１を形成する。イオン注入工程では、活性層としての電気的な特性に影響を及ぼさない不活性なイオンを多結晶シリコン膜１１１にイオン注入することにより、一旦非晶質シリコン膜に転換する。電気的な特性に影響を及ぼさない不活性なイオンとしては、例えばＳｉ＋イオンが挙げられる。その他、ＳｉＦ３＋イオンも使用可能である。再結晶化工程では、非晶質シリコン膜を加熱処理することによって再び多結晶シリコン膜を得ている。
本発明の特徴事項として、イオン注入工程は、たとえば表示部と駆動部とでイオン注入量が異なるように行ない、以って再結晶化工程で得られる画素ＴＦＴの多結晶シリコン膜１１の平均結晶粒径と周辺ＴＦＴの多結晶シリコン膜１１の平均結晶粒径とが異なるようにしている。
再結晶化工程は、窒素雰囲気中にて６００℃以上に設定された炉に基板１を投入して所定時間加熱処理を行なう固相成長法による。あるいは、再結晶化工程は、エキシマレーザー光などのレーザー光を基板に照射して加熱処理を行なうレーザーアニール法を採用してもよい。
イオン注入工程は、たとえば表示部の方が周辺駆動部よりもイオン注入量が少なくなるように行ない、以って再結晶化工程で得られる画素ＴＦＴの多結晶シリコン膜の平均結晶粒径が周辺トランジスタの多結晶シリコン膜の平均結晶粒径より小さくなるようにする。好ましくは、再結晶化工程は、画素ＴＦＴの多結晶シリコン膜１１の平均結晶粒径が３００ｎｍ以下で、周辺ＴＦＴの多結晶シリコン膜１１の平均結晶粒径が８００ｎｍ以上となるように調整する。
図５は、多結晶シリコンの平均粒径と、画素ＴＦＴの光リーク電流と周辺ＴＦＴのオン電流との関係を示すグラフである。図５において、横軸が多結晶シリコンの平均粒径（グレインサイズ）ＧＳを、図中の左側の縦軸が画素ＴＦＴの光リーク電流ＩＬＫを、図中の右側の縦軸が周辺ＴＦＴのオン電流ＩＯＮをそれぞれ表している。また、図中Ｌで示す曲線が多結晶シリコンの平均粒径に対する画素ＴＦＴの光リーク電流の特性を、Ｏで示す曲線が多結晶シリコンの平均粒径に対する周辺ＴＦＴのオン電流の特性を示している。なお、測定は、画素ＴＦＴ及び周辺ＴＦＴのゲート・ソース間電圧Ｖｇｓ＝−６Ｖ、ドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓ＝１０Ｖとし光照射下で行なった。この場合、光照射は、超高圧水銀ランプ（例えば、ＵＨＰランプ（Ｐｈｉｌｉｐｓ社製）若しくはメタルハライドランプで、トランジスタ上に約３０００〜５０００１ｘ照射する。この際、ランプには４２５ｎｍ、５０％カット紫外線カットフィルタ、及び、赤外線（ＩＲ）カットフィルタを設置し、不要光はカットする条件で測定している。
図５に示すように、多結晶シリコンの平均粒径が大きくなる程画素ＴＦＴの光リーク電流も大きくなっている。また、周辺ＴＦＴのオン電流は多結晶シリコンの平均粒径が大きくなる程増加している。これらの関係に基づいて、本実施形態では画素トランジスタの多結晶シリコンと周辺トランジスタの多結晶シリコンの平均結晶粒径を異ならせ、それぞれ最適化している。
実験により多結晶シリコンの粒径を小さくすることによって、光照射時のリーク電流を抑制できることが確認されている。光学系内での反射やＬＣＤ内部での多重反射あるいは回折などにより、迷光となった入射光の一部が、画素ＴＦＴのチャネル部に当たり易くなる。これにより、画素トランジスタの光リーク電流が増大し、画品位に悪影響を及ぼす。画品位を維持するため、光照射時のリーク電流は、例えば６０Ｈｚのリフレッシュレートにてフレーム画像情報を表示部に書き込むＬＣＤの場合、２ｐＡ以下に制御する必要がある。好ましくは、１ｐＡ前後、あるいはそれ以下に制御する。
このような内容は、そのグレインサイズに相当する画素トランジスタの活性層を持つＬＣＤパネルを形成し、市販されている３板式プロジェクタの実機、あるいは、図２に示すような、市販３板式プロジェクタ光学照射条件に近い光学投影系で、暗室内でスクリーン上に投影照射して画質を目視観察した結果を求めたものである。
したがって、図５のグラフに示すように、多結晶シリコンの粒径を３００ｎｍ以下に制御することによって、光照射時でも十分に画素ＴＦＴのリーク電流を２ｐＡ以下、好ましくは、１ｐＡ前後、あるいはそれ以下に抑制することが可能である。
一方、粒径の小さい多結晶シリコンを活性層とするＴＦＴは、粒径の大きな多結晶シリコンを活性層とするＴＦＴより、駆動能力が低下する。周辺ＴＦＴはパネルの構造上見切り板などによって十分に遮光されていることもあり、動作特性上からは低い光リーク電流よりも、キャリアの移動度が高くオン電流値の大きなトランジスタ特性が望まれている。
そこで、本実施形態では、周辺ＴＦＴの多結晶シリコンの平均粒径を、図５に示すように、周辺ＴＦＴのオン電流ＩＯＮが飽和し始める８００ｎｍ以上に制御して、所望の動作特性を得ている。これにより、白色光で５×１０７（１ｘ）に相当する入射光量に対応可能な、高い耐光性と良好な画品位を併せ持ったＬＣＤを得ることができる。
図６はシリコンイオンの注入量と固相成長後の多結晶シリコンの平均粒径との関係を示すグラフである。図６において、横軸がＳｉイオン注入量（Ｓｉ・ｉｏｎ・ＡＭＴ）を、縦軸が固相成長後の多結晶Ｓｉの粒径ＧＳＡＧをそれぞれ表している。
図から明らかなように、シリコンイオンの注入量が増す程再結晶化後の多結晶シリコンの粒径が拡大している。例えば、シリコンイオン注入量が４．０×１０１４ａｔｍｓ／ｃｍ２の場合、多結晶シリコンの平均粒径は１００ｎｍ程度である。これに対し、シリコンイオンの注入量が１．２×１０１５ａｔｍｓ／ｃｍ２になると、多結晶シリコンの平均結晶粒径は１０００ｎｍに達し、条件によっては２０００ｎｍ程度に至る場合もある。
シリコンイオンを注入すると、成膜時の多結晶構造が破壊され、一旦非晶質構造になる。その際、後工程の再結晶化の際の核となる部分も残される。シリコンイオンの注入量が少ないと核として残される部分が多くなる。従って、後工程で再結晶化処理を行なった場合、個々の核の周りで結晶成長が始まり、比較的短時間で結晶粒同士が境界で接するようになり、個々の結晶粒径自体は小さい段階に止まる。一方、シリコンイオンの注入量を増やしてより非晶質状態に近づけると残された核の密度が下がる。その結果、後工程の再結晶化処理では個々の核の周りに結晶が十分に成長できるようになり、比較的大きな粒径が得られる。但し、シリコンイオンを過剰に注入すると完全に非晶質化し、核が残らない状態となる。
本実施形態は、この現象を利用し、第１の方法として、表示部の方が駆動部よりもイオン注入量が少なくなるようにイオン注入工程を行ない、以って再結晶化工程で得られる画素トランジスタの結晶シリコン膜の平均結晶粒径が、周辺トランジスタの多結晶シリコン膜の平均結晶粒径より小さくなるように制御している。
以下、図７〜図９の（Ａ），（Ｂ）を参照して、本発明に係る表示装置の製造方法の実施形態を詳細に説明する。尚、図７〜図９の（Ａ），（Ｂ）に示した工程図で、図中、左側の部分が画素ＴＦＴ形成領域を表わし、右側が周辺ＴＦＴ形成領域を表わしている。本実施形態においては、これら画素ＴＦＴ形成領域及び周辺ＴＦＴ形成領域の両領域に対し同時並列的に画素ＴＦＴ及び周辺ＴＦＴを集積形成していく。
まず、図７（Ａ）に示すように、合成石英などの透明絶縁基板１０１上に、画素トランジスタ形成領域においては裏面からの戻り光が画素トランジスタに入射することを防ぐ目的で、ＷＳｉなどのシリサイド膜あるいは金属膜などからなる第１遮光膜１３を、例えば２００ｎｍの厚みで形成する。
この後、ＳｉＯ２などからなる第１層間絶縁膜１１５を基板１０１の全面にＣＶＤ法などで形成する。その上に、画素トランジスタ及び周辺トランジスタの活性層となる多結晶シリコン膜１１１をＣＶＤ法により形成する。このとき、多結晶シリコンの膜厚は２０〜８０ｎｍの間に調整されることが望ましい。本実施形態では、多結晶シリコン膜１１１の厚みを４０ｎｍ〜４５ｎｍに設定している。
次に、図７（Ｂ）に示すように、多結晶シリコン膜１１１に、シリコンを主成分とする電気的に不活性な不純物を適量だけイオン注入することにより、均質な非晶質シリコン膜を得る。本実施形態では、ＴＦＴの活性層のエネルギー準位に影響を及ぼさない不活性な不純物としてＳｉ＋をイオンインプランテーション装置で打ち込んでいる。このときの注入量は、固相成長後に画素トランジスタにおいて所望の結晶粒径が得られるように調整している。本実施形態では、イオン注入量を４×１０１４ａｔｍｓ／ｃｍ２として、固相成長後の多結晶シリコン膜の平均結晶粒径が１００ｎｍ程度となるように調整している。尚、Ｓｉ＋イオンの加速エネルギーは３０ｋｅＶ〜５０ｋｅＶに設定している。
続いて、図８（Ａ）に示すように画素トランジスタ形成領域をレジスト１２１などで被覆し、周辺トランジスタ形成領域にのみ前工程と同様にシリコンを主成分とする電気的に不活性な不純物を適量イオン注入する。このときの注入量と前工程での注入量との和が、固相成長後に周辺トランジスタにおいて所望の結晶粒径が得られるように調整される。本実施形態では、一回目の注入量と二回目の注入量との和が１．２×１０１５ａｔｍｓ／ｃｍ２程度となるようにして、固相成長後の多結晶シリコン膜の平均結晶粒径が１０００ｎｍを超えるようにしている。このときの加速エネルギーは、一回目の注入と同様に３０ｋｅＶ〜５０ｋｅＶである。このように、本実施形態では画素ＴＦＴ形成領域にのみ選択的にレジストを形成する一方、シリコンイオンの打ち込みを二段階に分けることで、注入量を異ならせるようにしている。
これに代えて、イオンインプランテーション装置で基板全面をスキャンしながらイオン注入を行なう際、画素ＴＦＴ形成領域と周辺ＴＦＴ形成領域とで注入量を異ならせるようにスキャニング制御を行なってもよい。あるいは、あらかじめ画素ＴＦＴ形成領域にのみ薄く酸化膜を形成した後、基板全面に対して同一条件でイオン注入を行なうことも考えられる。この場合、画素ＴＦＴ形成領域に照射されたシリコンイオンは一部が酸化膜に捕捉されるため、実質的な注入量は周辺ＴＦＴ形成領域に比べ低くなる。このように、本発明は領域間で注入量を異ならせるため、種々の方策を採用することが可能である。
続いて、レジスト１２１を剥離後、非晶質シリコン膜に６００℃〜６５０℃程度の熱処理による固相成長を行なうことによって、多結晶シリコン膜を得ることができる。本実施例では、６００℃程度に設定された炉に基板１０１を１２時間投入することで、固相成長による再結晶化処理を行なっている。この結果、画素トランジスタ形成領域では平均的な粒径が１００ｎｍ程度になった。一方、周辺トランジスタ形成領域では１０００ｎｍ程度の多結晶シリコン膜１１１を同時に得ることができた。尚、場合によっては固相成長法に代え、エキシマレーザー光源などを用いたレーザー光照射によるアニールで、非晶質シリコンを多結晶シリコンに再結晶化してもよい。
続いて、図８（Ｂ）に示すように、多結晶シリコン膜１１１をフォトリソグラフィ及びドライエッチング法で各トランジスタの素子領域の形状にパタニングする。その上にＳｉＯ２などからなるゲート絶縁膜１２５を介してゲート電極１１２を配置し、画素トランジスタ及び周辺トランジスタの基本的な構造を作り込む。この時、ゲート絶縁膜１２５の膜厚は８０ｎｍ程度である。また、ゲート電極１１２は多結晶シリコンあるいはＷＳｉなどのシリサイド化合物などが用いられる。
続いて、図９（Ａ）に示すように、ＳｉＯ２などからなる第２層間絶縁膜１１６をＣＶＤ法により、例えば６００ｎｍの厚みで形成する。この第２層間絶縁膜１１６に対し、層間接続のためのコンタクトホールをドライエッチング法により形成した上で、配線１１９を形成する。画素ＴＦＴの側では、配線１１９はデータ配線を兼ねた第２遮光膜を含んでいる。このため、配線１１９は遮光性を備えたＷ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉなどの金属あるいはシリサイド化合物の単層もしくは多層膜からなる。配線１１９の膜厚は一般的に４００〜８００ｎｍ程度である。配線１１９は、適宜設計に応じてフォトリソグラフィ及びドライエッチングによりパタニングされている。
最後に、図９（Ｂ）に示すように、プラズマＣＶＤ法などによりＳｉＯ２からなる第８層間絶縁膜１１７を堆積する。更にＣＭＰ法（化学機械研磨法）などにより第３層間絶縁膜１１７の表面を平滑化する。ここで第３層間絶縁膜１１７に層間接続のためのコンタクトホールをドライエッチング法により形成した後、Ｗ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｌなどの金属あるいはシリサイド化合物などからなる第３遮光膜１１４を形成する。この第３遮光膜１４は画素ＴＦＴを覆うように形成され、その膜厚は遮光するに十分な値を有している。例えば、Ｔｉからなる第３遮光膜１１４の場合には、２００ｎｍ以上の膜厚とすることが望ましい。更に第４層間絶縁膜１１８を介してＩＴＯなどの透明導電膜などからなる画素電極１２０を形成する。
以上により、絶縁基板１０１の上に画素ＴＦＴと周辺ＴＦＴが同時に集積形成され、ＴＦＴ基板が完成する。尚、この後図示しないが、ＴＦＴ基板と対向基板を接合し、両者の間隔に液晶を注入することによって液晶表示装置が完成する。
以上説明したように、本実施形態によれば、画素トランジスタの半導体薄膜の平均結晶粒径と周辺トランジスタの半導体薄膜の平均結晶粒径をそれぞれ別個に最適化している。これにより、従来と同じ開口率あるいは遮光構造を有する表示装置において、光リークに起因するフリッカ、ざらつき、コントラスト低下といった画品位の低下を各段に改善することが可能になった。
また、このような表示装置をプロジェクタに適用することで、ＬＣＤの入射光の許容量が拡大し、より明るく小型のプロジェクタを実現することができる。また、開口率を損なうことなく耐光性の改善を図ることが可能である。
画素トランジスタと周辺トランジスタの活性層における多結晶シリコンを作り分けることによって、画素トランジスタに求められる低光リーク性と、周辺トランジスタに求められる高移動度を両立させることができる。本発明により、領域的に粒径の異なる多結晶シリコン膜を有するＴＦＴ基板を均質に且つ大量に製造することができる。
なお、上述した実施形態において、画素トランジスタの半導体薄膜（活性層）の平均結晶粒径と周辺トランジスタの活性層（半導体薄膜）の平均結晶粒径をそれぞれ別個に最適化する方法として、Ｓｉイオンの注入量が異なるように行う方法を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば画素トランジスタと周辺トランジスタの活性層（半導体薄膜）の平均結晶粒径をそれぞれ別個に最適化する方法として、画素トランジスタと周辺トランジスタにおける非晶質シリコン層の厚さを変えておき、Ｓｉを固相成長させる第２の製造方法、あるいは、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）から固相成長させる第３の製造方法を採用することができる。
以下に、第２の製造方法と第３の製造方法について図面に関連付けて説明する。尚、以下の説明では、理解を容易にするために図７〜図９の（Ａ），（Ｂ）と同一構成部分については同一符号を用いる。
まず、図１０及び図１１の（Ａ），（Ｂ）に関連付けて第２の製造方法について説明する。
まず、図１０（Ａ）に示すように、合成石英などの透明絶縁基板１０１上に、画素トランジスタ形成領域においては裏面からの戻り光が画素トランジスタに入射することを防ぐ目的で、ＷＳｉなどのシリサイド膜あるいは金属膜などからなる第１遮光膜１３を、例えば２００ｎｍの厚みで形成する。
この後、ＳｉＯ２などからなる第１層間絶縁膜１１５を基板１０１の全面にＣＶＤ法などで形成する。
その上に、画素トランジスタ及び周辺トランジスタの活性層となる多結晶シリコン膜１１１をＳｉＨ４系の減圧ＣＶＤ法により形成する。このとき、多結晶シリコンの膜厚はたとえば５０ｎｍに調整される。この場合、たとえば炉中の温度は約６２０°Ｃ、真空度は０．１Ｔｏｒｒ、ＳｉＨ４は１５０ｓｃｃｍに設定される。
次に、図１０（Ｂ）に示すように、多結晶シリコン膜１１１の膜厚を、画素トランジスタにおける厚さが３０ｎｍとなり、周辺トランジスタの厚さは５０ｎｍに保持するように、たとえばフォトリソグラフィ及びドライエッチング法により選択的にパターニングする。たとえば平行平板型ＲＩＥ装置を用いる。この場合、ＲＦパワーが１５０Ｗ／ｃｍ２、真空度は０．２〜０．４Ｐａに設定され、ＣＬ２ガスは１８０ｍｌ／ｍｉｎ、Ｏ２ガスは６ｍｌ／ｍｉｎに流量が設定される。
次に、図１１（Ａ）に示すように、多結晶シリコン膜１１１に、シリコンを主成分とする電気的に不活性な不純物を適量だけイオン注入することにより、均質な非晶質シリコン膜を得る。本実施形態では、ＴＦＴの活性層のエネルギー準位に影響を及ぼさない不活性な不純物としてＳｉ＋をイオンインプランテーション装置で打ち込んでいる。このときの注入量は、固相成長後に画素トランジスタにおいて所望の結晶粒径が得られるように調整している。この場合、たとえばイオン注入量が２×１０１５ａｔｍｓ／ｃｍ２に設定され、Ｓｉ＋イオンの加速エネルギーは３０ｋｅＶ〜５０ｋｅＶ、好適には４０にｋｅＶに設定される。
続いて、非晶質シリコン膜に対して熱処理による固相成長を行なうことによって、多結晶シリコン膜を得ることができる。この場合、Ｎ２ガス中において、温度６００°Ｃの雰囲気下に２４時間投入することで、固相成長による再結晶化処理を行なっている。その結果、画素ＴＦＴ形成領域における固相成長後の平均結晶粒径が２５０ｎｍ程度となり、周辺ＴＦＴ形成領域における固相成長後の平均結晶粒径が１５００ｎｍ程度となった。
続いて、図１０（Ｂ）に示すように、多結晶シリコン膜１１１をフォトリソグラフィ及びドライエッチング法で各トランジスタの素子領域の形状にパタニングする。その上にＳｉＯ２などからなるゲート絶縁膜１２５を介してゲート電極１１２を配置し、画素トランジスタ及び周辺トランジスタの基本的な構造を作り込む。この時、ゲート絶縁膜１２５の膜厚は８０ｎｍ程度である。また、ゲート電極１１２は多結晶シリコンあるいはＷＳｉなどのシリサイド化合物などが用いられる。
以降の工程は、図９（Ａ），（Ｂ）の場合と同様に行われることから、ここではその詳細な説明は省略する。
次に、図１２（Ａ）〜（Ｃ）及び図１３（Ａ），（Ｂ）に関連付けて第３の製造方法について説明する。
まず、図１２（Ａ）に示すように、合成石英などの透明絶縁基板１０１上に、画素トランジスタ形成領域においては裏面からの戻り光が画素トランジスタに入射することを防ぐ目的で、ＷＳｉなどのシリサイド膜あるいは金属膜などからなる第１遮光膜１３を、例えば２００ｎｍの厚みで形成する。
この後、ＳｉＯ２などからなる第１層間絶縁膜１１５を基板１０１の全面にＣＶＤ法などで形成する。
その上に、画素トランジスタ及び周辺トランジスタの活性層となるａ−Ｓｉ膜１１１ａをＳｉ２Ｈ６系の減圧ＣＶＤ法により形成する。このとき、ａ−ｓｉ膜の膜厚はたとえば２０ｎｍに調整される。この場合、たとえば炉中の温度は約４２５°Ｃ、真空度は１．２Ｔｏｒｒ、Ｓｉ２Ｈ６は３００ｓｃｃｍに設定される。
次に、図１２（Ｂ）に示すように、画素トランジスタにおけるａ−Ｓｉ膜１１１ａの膜厚を、周辺トランジスタの厚さは２０ｎｍに保持したままで、たとえばエッチングにより選択的に剥離する。たとえば平行平板型ＲＩＥ装置を用いる。この場合、ＲＦパワーが１５０Ｗ／ｃｍ２、真空度は０．２〜０．４Ｐａに設定され、ＣＬ２ガスは１８０ｍｌ／ｍｉｎ、Ｏ２ガスは６ｍｌ／ｍｉｎに流量が設定される。
次に、たとえばＨＦ系エッチャントで軽く自然酸化膜を剥離した後、図１２（Ｃ）に示すように、画素トランジスタ及び周辺トランジスタの活性層となるａ−Ｓｉ膜１１１ｂをＳｉ２Ｈ６系の減圧ＣＶＤ法により形成する。このとき、ａ−ｓｉ膜の膜厚はたとえば３０ｎｍに調整される。従って、画素ＴＦＴ形成領域のａ−ｓｉ膜１１１ｂの膜厚はたとえば３０ｎｍとなり、周辺ＴＦＴ形成領域のａ−Ｓｉ膜の膜厚１１１ｂは５０ｎｍとなる。この場合も、たとえば炉中の温度は約４２５°Ｃ、真空度は１．２Ｔｏｒｒ、Ｓｉ２Ｈ６は３００ｓｃｃｍに設定される。
次に、図１３（Ａ）に示すように、ａ−Ｓｉ膜１１１ｂに、シリコンを主成分とする電気的に不活性な不純物を適量だけイオン注入することにより、均質な非晶質シリコン膜を得る。本実施形態では、ＴＦＴの活性層のエネルギー準位に影響を及ぼさない不活性な不純物としてＳｉ＋をイオンインプランテーション装置で打ち込んでいる。このときの注入量は、固相成長後に画素トランジスタにおいて所望の結晶粒径が得られるように調整している。この場合、たとえばイオン注入量が５×１０１９ａｔｍｓ／ｃｍ２に設定され、Ｓｉ＋イオンの加速エネルギーは３０ｋｅＶ〜５０ｋｅＶ、好適には４０にｋｅＶに設定される。
続いて、非晶質シリコン膜に対して熱処理による固相成長を行なうことによって、多結晶シリコン膜を得ることができる。この場合、Ｎ２ガス中において、温度６００°Ｃの雰囲気下に１０〜３０時間、好適には２４時間投入することで、固相成長による再結晶化処理を行なっている。その結果、画素ＴＦＴ形成領域における固相成長後の平均結晶粒径が２００ｎｍ程度となり、周辺ＴＦＴ形成領域における固相成長後の平均結晶粒径が１０００ｎｍ程度となった。
ａ−Ｓｉ膜から固相成長する場合、核生成は膜中からより基板との界面、ａ−Ｓｉ膜表面、若しくは２層成長させた場合には第１層と第２層との界面からが多い。この場合、膜厚を薄くすれば界面の効果が大きく平均結晶粒径は小さくなとものと考えられる。さらにａ−Ｓｉの減圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）による成膜においては、完全にアモルファス化しない極小領域が存在し、そこから核生成する場合がある。したがって、ＬＰＣＶＤによるａ−Ｓｉ膜に１×１０１２〜１０１５ａｔｍｓ／ｃｍ２のイオン注入を行なうことができる。これは、微小な核を完全にアモルファス化するためである。特に、２層成長の場合には有効であり、この場合には、１×１０１３ａｔｍｓ／ｃｍ２のイオン注入を行なうことが好ましい。
勿論、ＬＰＣＶＤ成長条件によってもこのような微小核領域は、形成しにくくなる。たとえばＳｉＨ４系においては、５５０°Ｃ弱、Ｓｉ２Ｈ８系においては４３０°Ｃ弱が成長レートも考慮すると望ましい。
続いて、図１３（Ｂ）に示すように、多結晶シリコン膜１１１をフォトリソグラフィ及びドライエッチング法で各トランジスタの素子領域の形状にパタニングする。その上にＳｉＯ２などからなるゲート絶縁膜１２５を介してゲート電極１１２を配置し、画素トランジスタ及び周辺トランジスタの基本的な構造を作り込む。この時、ゲート絶縁膜１２５の膜厚は８０ｎｍ程度である。また、ゲート電極１１２は多結晶シリコンあるいはＷＳｉなどのシリサイド化合物などが用いられる。
以降の工程は、図９（Ａ），（Ｂ）の場合と同様に行われることから、ここではその詳細な説明は省略する。
なお、第２の製造方法において、ａ−Ｓｉ系により形成して良く、また、第３の製造方法において、多結晶Ｓｉ系で形成しても良い。
また、ゲート酸化膜の形成工程は、ＳｉＨ４のＬＰＣＶＤ法を採用しているが、通常の高温（熱）酸化でも勿論良い。その際の周辺ＴＦＴ形成領域は、計８０ｎｍ、画素ＴＦＴ形成領域は５０ｎｍ程度に、多結晶Ｓｉ化し、酸化膜の厚さを調整する必要がある。この場合、たとえば周辺ＴＦＴ形成領域における酸化膜の厚さは５０ｎｍ、画素ＴＦＴ形成領域の酸化膜の厚さは５０ｎｍ、残った多結晶Ｓｉ膜は、周辺ＴＦＴ形成領域で５５ｎｍ、画素ＴＦＴ形成領域で２５ｎｍとなる。
上記方法によって、実際には、画素ＴＦＴ形成領域における活性層の平均粒径は１５０ｎｍ〜２００ｎｍ、周辺ＴＦＴ形成領域における活性層の平均粒径は２０００〜２５００ｎｍ程度が得られた。
以上のように作製された表示装置は、上述したように、図２に示したプロジェクタのライトバルブ、すなわち液晶表示パネルとして用いることができるが、透過型の液晶表示パネルを３枚用いてカラー画像表示を行う、図１４に示すようないわゆる３板方式プロジェクタにも適用することもできる。
図１４は、本実施形態に係る表示装置（液晶表示パネル）の応用例である３板方式プロジェクタ（投射型表示装置）の全体構成の一例を示す図である。
図１４に示すプロジェクタ２００は、透過型の液晶表示パネルを３枚用いてカラー画像表示を行ういわゆる３板方式のものであって、図１４に示す液晶表示パネル２２５Ｒ，２２５Ｇ，２２５Ｂは、それぞれ図３及び図４の（Ａ），（Ｂ）に示す構造を有している。
プロジェクタは、光を出射する光源２１１と、一対の第１および第２レンズアレイ２１２，２１３と、第１および第２レンズアレイ２１２，２１３間に設けられ、光路（光軸２１０）を第２レンズアレイ２１３側に略９０度曲げるように配置された全反射ミラー２１４とを備えている。第１および第２レンズアレイ２１２，２１３には、それぞれ複数のマイクロレンズ２１２Ｍ，２１３Ｍが２次元的に配列されている。第１および第２レンズアレイ２１２，２１３は、光の照度分布を均一化させるためのものであり、入射した光を複数の小光束に分割する機能を有している。
光源２１１は、カラー画像表示に必要とされる、赤色光、青色光、緑色光を含んだ白色光を出射する。光源２１１は、白色光を発する図示しない発光体と、発光体から発せられた光を反射、集光する凹面鏡とを含んで構成される。発光体としては、例えば、ハロゲンランプ、メタルハライドランプまたはキセノンランプ等が使用される。凹面鏡は、集光効率が良い形状であることが望ましく、例えば回転楕円面鏡や回転放物面鏡等の回転対象な面形状となっている。
第２レンズアレイ２１３の光の出射側に、ＰＳ合成素子２１５と、コンデンサレンズ２１６と、ダイクロイックミラー２１７とが順に配置されている。ダイクロイックミラー２１７は、入射した光を、例えば赤色光ＬＲと、その他の色光とに分離する。
ＰＳ合成素子２１５には、第２レンズアレイ２１３における隣り合うマイクロレンズ２１３Ｍ間に対応する位置に、複数の１／２波長板２１５Ａが設けられている。ＰＳ合成素子２１５は、入射した光をＰ偏光成分およびＳ偏光成分の偏光光に分離する機能を有している。また、ＰＳ合成素子２１５は、分離された２つの偏光光のうち、一方の偏光光を、その偏光方向（例えば、Ｐ偏光）を保ったままＰＳ合成素子２１５から出射し、他方の偏光光（例えば、Ｓ偏光）を、１／２波長板２１５Ａの作用により、他の偏光成分（Ｐ偏光成分）に変換して出射する機能を有している。
ダイクロイックミラー２１７によって分離された赤色光ＬＲの光路に沿って、全反射ミラー２１８と、フィールドレンズ２２４Ｒと、液晶表示パネル２２５Ｒとが順に配置されている。全反射ミラー２１８は、ダイクロイックミラー２１７によって分離された赤色光ＬＲを液晶表示パネル２２５Ｒに向けて反射する。液晶表示パネル２２５Ｒは、フィールドドレンズ２２４Ｒを介して入射した赤色光ＬＲを、画像信号に応じて空間的に変調する。
ダイクロイックミラー２１７によって分離された他の色光の光路に沿って、ダイクロイックミラー２１９が設けられている。ダイクロイックミラー２１９は、入射した光を例えば緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。
ダイクロイックミラー２１９によって分離された緑色光ＬＧの光路に沿って、フィールドレンズ２２４Ｇと、液晶表示パネル２２５Ｇとが順に配置されている。液晶表示パネル２２５Ｇは、フィールドレンズ２２４Ｇを介して入射した緑色光ＬＧを、画像信号に応じて空間的に変調する。
ダイクロイックミラー２１９によって分離された青色光ＬＢの光路に沿って、リレーレンズ２２０と、全反射ミラー２２１と、リレーレンズ２２２と、全反射ミラー２２３と、フィールドレンズ２２４Ｂと、液晶表示パネル２２５Ｂとが順に配置されている。全反射ミラー２２１は、リレーレンズ２２０を介して入射した青色光ＬＢを、全反射ミラー２２３に向けて反射する。全反射ミラー２２３は、全反射ミラー２２１によって反射され、リレーレンズ２２２を介して入射した青色光ＬＢを、液晶表示パネル２２５Ｂに向けて反射する。液晶表示パネル２２５Ｂは、全反射ミラー２２３によって反射され、フィールドレンズ２２４Ｂを介して入射した青色光ＬＢを、画像信号に応じて空間的に変調する。
赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢの光路が交わる位置に、３つの色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢを合成する機能を有するクロスプリズム２２６が配置されている。また、クロスプリズム２２６から出射された合成光を、スクリーン２２８に向けて投射するための投射レンズ２２７が設けられている。
クロスプリズム２２６は、３つの入射面２２６Ｒ，２２６Ｇ，２２６Ｂと、一つの出射面２２６Ｔとを有している。入射面２２６Ｒには、液晶表示パネル２２５Ｒから出射された赤色光ＬＲが入射する。入射面２２６Ｇには、液晶表示パネル２２５Ｇから出射された緑色光ＬＧが入射する。入射面２２６Ｂには、液晶表示パネル２２５Ｂから出射された青色光ＬＢが入射する。クロスプリズム２２６は、入射面２２６Ｒ，２２６Ｇ，２２６Ｂに入射した３つの色光を合成して出射面２２６Ｔから出射する。
本実施形態に係る液晶表示パネルを上記のような非常に強力な光源を用いるプロジェクタに適用した場合、高速駆動よりも高い耐光性が要求される画素トランジスタの活性層に光感度の低い多結晶あるいは非晶質の非単結晶シリコンを用い、回路特性上比較的光による誤動作に強く、耐光性よりも高速駆動が要求される駆動トランジスタの活性層に単結晶シリコンを用いていることから、耐光性と高速駆動とを両立させることができ、プロジェクタの表示品質を高めることができる。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明の表示装置およびその製造方法は、画素トランジスタと周辺トランジスタの活性層における多結晶シリコンを作り分けることによって、画素トランジスタに求められる低光リーク性と、周辺トランジスタに求められる高移動度を両立させることができることから、一般的な開口率あるいは遮光構造を有する液晶表示装置やプロジェクタに適用すること可能である。
【図面の簡単な説明】
図１は、一般的なアクティブマトリクス型表示装置の全体構成を示す模式的な斜視図である。
図２は、図１に示した液晶表示パネルを応用したプロジェクタの構成例を示す図である。
図３は本発明に係る表示装置の一実施形態を示す模式図であって、図３（Ａ）は表示パネルに形成される表示部及び駆動部の配置構成を示し、図３（Ｂ）はたとえば図３（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿って切断した表示パネルの断面構造を示している。
図４（Ａ）は画素トランジスタ（画素ＴＦＴ：ＰＸＬ−ＴＦＴ）の断面構造を示す図であり、図４（Ｂ）は周辺トランジスタ（周辺ＴＦＴ：ＰＲＰ−ＴＦＴ））の断面構造を示す図である。
図５は、多結晶シリコンの平均粒径と、画素ＴＦＴの光リーク電流と周辺ＴＦＴのオン電流との関係を示すグラフである。
図６はシリコンイオンの注入量と固相成長後の多結晶シリコンの平均粒径との関係を示すグラフである。
図７（Ａ），（Ｂ）は本発明に係る表示装置の第１の製造方法を示す工程図である。
図８（Ａ），（Ｂ）は本発明に係る表示装置の第１の製造方法を示す工程図である。
図９（Ａ），（Ｂ）は本発明に係る表示装置の第１の製造方法を示す工程図である。
図１０（Ａ），（Ｂ）は本発明に係る表示装置の第２の製造方法を示す工程図である。
図１１（Ａ），（Ｂ）は本発明に係る表示装置の第２の製造方法を示す工程図である。
図１２（Ａ）〜（Ｃ）は本発明に係る表示装置の第３の製造方法を示す工程図である。
図１３（Ａ），（Ｂ）は本発明に係る表示装置の第３の製造方法を示す工程図である。
図１４は、本実施形態に係る液晶表示パネルを適用した３板方式プロジェクタ（投射型表示装置）の全体構成の一例を示す図である。
符号の説明
１００・・・表示パネル
１０１・・・ガラス基板
１０２・・・ガラス基板
１０３・・・シール材
１０４・・・液晶
１０５・・・表示部（ＤＳＰ）
１０６Ｌ，１０６Ｒ・・・垂直駆動回路（ＶＤＲＶ）
１０７・・・水平駆動回路（ＨＤＲＶ）
１１１・・・多結晶シリコン膜
１１２・・・ゲート電極
１１３・・・第１遮光膜
１１４・・・第３遮光膜
１１５・・・第１層間絶縁膜
１１６・・・第２層間絶縁膜
１１７・・・第３層間絶縁膜
１１８・・・第４層間絶縁膜
１１９・・・配線（第２遮光膜を含む）
１２０・・・画素電極
２０，２００・・投射型表示装置（プロジェクタ）
２１１・・・光源
２２５Ｒ，２２５Ｇ，２２５Ｂ・・・液晶表示パネル
２２８・・・スクリーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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