(57)【要約】【課題】フレキシブル基板に対しても、良好な性能のＴＦＴ等を安価に作成する。【解決手段】金属や樹脂性のフレキシブル基板１上に半導体を形成してなる半導体装置において、フレキシブル基板１上にアモルファスシリコン２を配置し、その上に島状のポリシリコン３を配置した。基板の反りを防止するために、アモルファスシリコン層をフレキシブル基板の両面に設ける。金属や樹脂性のフレキシブル基板１上にアモルファスシリコン２を形成し、その表面をＸｅＣｌエキシマレーザー等を用いたレーザーアニールによりポリシリコン化する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレキシブル基板上に半導体を形成してなる半導体装置において、前記フレキシブル基板上にアモルファス半導体を配置し、その上に多結晶半導体を配置したことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置に係り、特に耐熱温度の低い樹脂基板又は、導電性のフレキシブル基板に半導体を形成する半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと記す）は液晶表示素子やＥＬ表示素子、またはエリアセンサーなどに用いられ、液晶表示素子について言えば、各画素において液晶に印加する電位を制御する素子として用いられる。
【０００３】
各画素に設けたＴＦＴに用いられる半導体膜には非晶質のシリコン薄膜（ａ−Ｓｉ：Ｈ薄膜）や多結晶のシリコン薄膜（ｐｏｌｙ−Ｓｉ薄膜）がある。
【０００４】
このうち、ｐｏｌｙ−Ｓｉ薄膜を用いたＴＦＴは基板上に形成したａ−Ｓｉ薄膜をエキシマレーザーによりアニールして用いられることが多い。
【０００５】
このエキシマレーザーによるアニールではａ−Ｓｉ薄膜を一旦溶融させるため瞬間的ではあるが、ａ−Ｓｉ薄膜を１４００℃にも加熱しなければならない。
【０００６】
この熱が基板に影響を与えないように断熱層としてＳｉＯ２を０．１〜５．０μｍ設ける提案が特許文献１に開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特表２００１−５０８９３７号
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１のように基板上に別種の材料を形成すると、工程数が増えその分余計なコストが掛かってしまう。
【０００９】
また、熱遮断層の引っ張り又は圧縮応力のため基板に反りが発生し、マスクアライメントが難しくなる等の製造時の問題となる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置は、フレキシブル基板上に半導体を形成してなる半導体装置において、前記フレキシブル基板上にアモルファスシリコンを配置し、その上にポリシリコンを配置したことを特徴とする。
【００１１】
本発明は、フレキシブル基板の上に半導体層のプリカーサーとなるアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を厚くつけることにより断熱絶縁層として機能させたものである。
【００１２】
又、膜の引っ張り応力、又は圧縮応力による基板の反りを防止するために、ａ−Ｓｉ層を基板の両面に設けたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００１４】
（実施形態１）
本発明の第１の実施形態について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態となるＴＦＴの構造を説明するための縦断面図である。
【００１５】
図１において、１は厚さが１ｍｍで、材質がポリイミド（ＰＩ）のフレキシブル基板、２は断熱絶縁層（材質：ａ−Ｓｉ）、３はレーザーアニールにより多結晶化したＳｉであり、４及び４′はレーザードーピングによりｎ型不純物をドーピングしたｎ＋層である。また、５はゲート絶縁層、５′，５″はゲート絶縁層５と同時に形成した絶縁層、６はゲート電極、７は画素電極、８，８′，８″は層間絶縁層である。１０はソース電極、１１はドレイン電極であり、コンタクトホール９，９′によりｎ＋層４，４′と接触している。これらを絶縁保護層１２で覆っている。
【００１６】
このＴＦＴを作る工程を図２〜図４によって順を追って説明する。
【００１７】
先ず、図２（ａ）に示されるように、その後の製造工程で掛かる温度より高い温度でアニールされたＰＩ基板１（宇部興産株式会社製ユーピレックス）上にマグネトロンスパッタ法を用いて、断熱絶縁層２及び半導体層３となるＳｉを１μｍの厚さに形成した。この時の成膜条件は、ターゲットにリンドープＳｉ単結晶を用い、Ａｒ流量を１００ｓｃｃｍ、スパッタ室の圧力を０．２Ｐａ、ＤＣパワー密度を６Ｗ／ｃｍ２、基板温度を１００℃とした。
【００１８】
ここで、形成されたＳｉ層に波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザー１５を照射し多結晶Ｓｉ  （ｐ−Ｓｉ）３を形成した。ここで用いたＸｅＣｌレーザーはａ−Ｓｉ層の表面から極僅かしか進入しないためｐ−Ｓｉになるのは表面層のみである。ポリ化されるのは表面からおよそ５０ｎｍ程度である。このときのレーザーアニールの条件は３５０ｍＪ／ｃｍ２、２００Ｈｚで行った。ＸｅＣｌレーザーの他にＸｅＦ、ＫｒＦ、ＡｒＦ、Ｆ２、ＹＡＧの第２、３、４高調波等を用いることができる。
【００１９】
その後、半導体層３の上に既知の方法によりフォトレジストの所望の形状のパターンを形成した（不図示）。そのフォトレジストパターンをマスクとしてＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）によりエッチングを行い、図２（ｂ）に示すように、フォトレジスト以外の部分のポリＳｉを完全に除去した。この時のエッチングの条件はエッチングガスとしてＣＦ４、Ｏ２、エッチング圧力３Ｐａの条件で行った。
【００２０】
その上に、図２（ｃ）に示すように、ゲート絶縁膜５となる窒化シリコンをマグネトロンスパッタ法にて２００ｎｍの膜厚に形成した。この時の成膜条件は、ターゲットにＳｉ３Ｎ４を用い、Ａｒ流量を８０ｓｃｃｍ、Ｎ２流量を３０ｓｃｃｍ、Ｈ２流量を２０ｓｃｃｍ、スパッタ室の圧力を０．２５Ｐａ、ＲＦパワー密度を３Ｗ／ｃｍ２、基板温度を１００℃とした。
【００２１】
その上に、ゲート電極６及び画素電極７となるＡｌＣｕをマグネトロンスパッタ法にて膜厚が７００ｎｍとなるように形成した。この時の成膜条件は、ターゲットに２ｗｔ％のＣｕを含有したＡｌを用い、Ａｒ流量を５０ｓｃｃｍ、スパッタ室の圧力を０．１Ｐａ、ＤＣパワー密度を７Ｗ／ｃｍ２、基板温度を１００℃とした。
【００２２】
その上に既知の方法にてフォトレジストを塗布した後に所定の形状にパターニングし、フォトレジストパターン１３、１３′を形成した。
【００２３】
次に、図２（ｄ）に示すように、フォトレジスト１３、１３′をマスクとしてＲＩＥ法によりゲート電極６及び画素電極７を形成した。この時、ＡｌＣｕ層のＲＩＥにおいては、エッチングガスとしてＣｌ２、ＢＣｌ３、エッチング圧力３Ｐａの条件で行った。
【００２４】
次に、図３（ａ）に示すように、既知の方法にてフォトレジスト１４を塗布した後に所定の形状にパターニング、ＲＩＥ法により窒化シリコン層をエッチングしゲート絶縁層５を形成した。このときの窒化シリコンのＲＩＥにおいては、エッチングガスとしてＳＦ６、Ｏ２、エッチング圧力３Ｐａの条件で行った。
【００２５】
また、フォトレジスト１３及びゲート電極６をマスクとしてエキシマレーザー１６を半導体層３に照射しドーピングを行いｎ＋層４、４′を形成した。この時の条件はＨｅにＰＨ３を０．５％混合した雰囲気中で波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーを、先ず、フルエンス（１発のパルスエネルギーを照射面積で割ったもの）１００ｍＪ／ｃｍ２で１０パルス照射し、次に、フルエンスを２８０ｍＪ／ｃｍ２に変更し１０パルス照射した。
【００２６】
そして、図３（ｂ）に示すように、フォトレジスト１３，１３′、１４，１４′を取り除いた後、層間絶縁層８として窒化シリコン層をゲート絶縁膜５と同様の条件で６００ｎｍの厚さに形成した。
【００２７】
次に、図３（ｃ）に示すように、既知の方法にてフォトレジストを塗布した後に所定の形状にパターニングし、ＲＩＥ法により層間絶縁層８をパターニングすると共にコンタクトホール９、９′を形成した。ガス種としてはＳＦ６とＯ２の混合ガスを用い、圧力３Ｐａ、ＲＦパワー１．５ｋＷでレジスト後退法により、コンタクトホール９，９′をテーパー角５０°で形成した（図３（ｃ）では簡略化のためにテーパーが描かれていない。）。
【００２８】
図４（ａ）に示すように、その上に電極となるＡｌＣｕ膜をマグネトロンスパッタ法により前述のゲート電極６と同様の成膜条件で膜厚が７００ｎｍとなるように形成した。その後、既知の方法で所望の形状にパターニングし、ソース電極１０とドレイン電極１１を形成した。
【００２９】
更に、図４（ｂ）に示すように、この上に絶縁保護層１２として窒化シリコンを先ほどの層間絶縁膜８の成膜時と同様の条件で、マグネトロンスパッタ法にて５００ｎｍの厚さに形成した。
【００３０】
このように、熱伝導率の低いａ−Ｓｉを厚く成膜することにより、断熱層として機能させることが出来る。この方法で作製したＴＦＴはＯＮ／ＯＦＦ比＝１×１０５、Ｖｔｈ＝１．２Ｖ、μ＝１００ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃという良好な性能であった。
【００３１】
更に、この基板を用いて液晶表示装置を作製したところ、良好な表示装置を作ることが出来た。その時の回路構成を図５に示す。図５において、１０２はゲート電極、１０２Ｂは走査ライン、１０７はソース電極、１０７Ｂはデータライン、１０８はドレイン電極、１１０は画素電極を示す。
【００３２】
又、本実施形態では断熱絶縁層として光が透過しないａ−Ｓｉを用いているため、反射式の表示素子として構成した。そのため、画素電極としてゲート電極と同じ材質を用いた。このため一般に用いられるＩＴＯを使用した場合より工程削減になり、より安価に製造可能となる。
【００３３】
（実施形態２）
本発明の第２の実施形態について、図６により説明する。図６は、本発明の実施形態２となるＴＦＴの構造を説明するための縦断面図である。尚、図中の番号は図１と同じ目的の膜は同じ番号を付してある。
【００３４】
まず、その後の加工で掛かる温度より高い温度でアニールされた材質がＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）で、厚さが０．７ｍｍの基板１（東レ製ルミラー）を両面が露出するように基板の縁のみを固定するホルダーに支持し、マグネトロンスパッタ法を用いて、両面にＳｉ層を膜厚が１．５μｍとなるように形成した。この時の成膜条件は、実施形態１と同様である。
【００３５】
以下、実施形態１と同様にしてＴＦＴを作製し、ＯＮ／ＯＦＦ比＝１×１０５、Ｖｔｈ＝１．２Ｖ、μ＝１００ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃという良好な性能を得た。
【００３６】
このように、熱伝導率の低いａ−Ｓｉ層を断熱絶縁層に用いると、成膜工程が短縮できＴＦＴ基板を安価に製作することが可能となる。
【００３７】
更に、この基板を用いて有機ＥＬ表示装置を作製した所、良好な表示装置を作ることが出来た。その時の回路構成を図７に示す。図７において、５０１はＸ方向信号線、５０２はＹ方向信号線、５０３は電源線、５０４はスイッチ用薄膜トランジスター、５０５は電流制御用薄膜トランジスター、５０６は有機ＥＬ素子、  ５０７はコンデンサーを示す。
【００３８】
また、第２の実施形態では基板の反対面にもａ−Ｓｉ層を形成したため、ａ−Ｓｉ層の膜厚を厚くしても基板に反りが少なく、製作時の扱いが容易なだけでなく、表示装置とした時に品質の良いデバイスとなった。
【００３９】
（実施形態３）
本発明の第３の実施形態について、図８により説明する。図６は、本発明の実施形態３となるＴＦＴの構造を説明するための縦断面図である。尚、図中の番号は図１と同じ目的の膜は同じ番号を付してある。
【００４０】
まず、その後の加工で掛かる温度より高い温度でアニールされた、厚さが０．１ｍｍのＳＵＳ４３０（ＪＩＳ規格）基板１にマグネトロンスパッタ法を用いて、Ｓｉ層を膜厚が０．５μｍとなるように形成した。この時の成膜条件は実施形態１と同様である。
【００４１】
以下、実施形態１と同様にしてＴＦＴを作製し、実施形態３においても実施形態１及び２と同様に性能の良いＴＦＴを作ることが出来た。ａ−Ｓｉの断熱絶縁層を設けると、導電性の金属基板にも工程を増やすことなく安価にＴＦＴを形成することが出来る。
【００４２】
さらに、この基板を用いて液晶表示装置を作製したところ、良好な表示装置を作ることが出来た。その時の回路構成は図５と同様である。
【００４３】
又、実施形態１及び２で用いたプラスチック基板はＰＩとＰＥＴで有るが、本発明はこれに限ることなく、ＰＥＳ（ポリエーテルサルホン）、ＰＡ（ポリアミド）、等の基板にも適応可能である。
【００４４】
又、実施形態３で用いた金属基板はＳＵＳ４３０であるが、ＳＵＳ３０４等の他の金属基板にも適応可能である。
【００４５】
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明の好適な実施の態様は以下に説明する態様である。
【００４６】
（実施態様１）  フレキシブル基板上に半導体を形成してなる半導体装置において、前記フレキシブル基板上にアモルファスシリコンを配置し、その上にポリシリコンを配置したことを特徴とする半導体装置。
【００４７】
（実施態様２）  フレキシブル基板上に半導体を形成してなる半導体装置において、前記フレキシブル基板の両面にアモルファスシリコンを配置し、その基板の片面上にポリシリコンを配置したことを特徴とする半導体装置。
【００４８】
（実施態様３）  前記フレキシブル基板は、金属基板又は樹脂基板である実施態様１又は２に記載の半導体装置。
【００４９】
（実施態様４）  前記ポリシリコンは島状をなしている実施態様１から３のいずれかに記載の半導体装置。
【００５０】
（実施態様５）  フレキシブル基板上にアモルファスシリコンを形成し、その表面をレーザーアニールによりポリシリコン化することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００５１】
（実施態様６）  フレキシブル基板の両面にアモルファスシリコンを形成し、その基板の片面の表面をレーザーアニールによりポリシリコン化することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００５２】
（実施態様７）  ポリシリコン化された層をエッチングして島状のポリシリコンを形成する実施態様５又は６に記載の半導体装置の製造方法。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、耐熱温度の低い樹脂基板等のフレキシブル基板に対しても、良好な性能のＴＦＴ等を安価に作成することが可能である。さらに、導電性のフレキシブル基板に対しても製造工程を増やすことなく良好な性能のＴＦＴ等を形成することが可能である。
【００５４】
又、ａ−Ｓｉ層を基板の両面に形成したものは、製造工程中に反りが出にくいだけでなく、表示装置とした場合に表示装置の外側の保護膜となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係るＴＦＴ基板の構造を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るＴＦＴ基板の作製方法を示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態１に係るＴＦＴ基板の作製方法を示す模式図である。
【図４】本発明の実施形態１に係るＴＦＴ基板の作製方法を示す模式図である。
【図５】本発明の実施形態１に係る液晶表示装置の説明図である。
【図６】本発明の実施形態２に係るＴＦＴ基板の構造を示す模式図である。
【図７】本発明の実施形態２に係る有機ＥＬ表示装置の説明図である。
【図８】本発明の実施形態３に係るＴＦＴ基板の構造を示す模式図である。
【符号の説明】
１  フレキシブル基板
２  断熱絶縁層
３  半導体層
４、４′  ｎ＋層
５  ゲート絶縁層
５′、５″  絶縁層
６  ゲート電極
７  画素電極
８、８′、８″  層間絶縁層
９、９′  コンタクトホール
１０  ソース電極
１１  ドレイン電極
１２  絶縁保護層
１３、１３′  フォトレジスト
１４、１４′  フォトレジスト
１５、１６  エキシマレーザー
１０２  ゲート電極
１０２Ｂ  走査ライン
１０７  ソース電極
１０７Ｂ  データライン
１０８  ドレイン電極
１１０  画素電極
５０１  Ｘ方向信号線
５０２  Ｙ方向信号線
５０３  電源線
５０４  スイッチ用薄膜トランジスター
５０５  電流制御用薄膜トランジスター
５０６  有機ＥＬ素子
５０７  コンデンサー
【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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