(57)【要約】【課題】  信頼性の高い薄膜トランジスタおよびその製造方法ならびに液晶表示装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】  液晶表示装置は、ガラス基板１上に、容量素子８と、ｎ型薄膜トランジスタ１１と、ｐ型薄膜トランジスタ１２とを備える。各薄膜トランジスタは、ガラス基板１上に下地膜２を介して形成されチャネル領域とソース／ドレイン領域とが形成される島状の結晶化ポリシリコン膜４ｂ，４ｃと、ポリシリコン膜４ｂ，４ｃ上に絶縁膜５を介して形成されたゲート電極６ａ，６ｂとを備える。そして、ポリシリコン膜４ｂ，４ｃの底面と側面とのなす角度が１５度以上８０度以下であり、ポリシリコン膜４ｂ，４ｃが表面上に形成されていない下地膜２の厚みを、ポリシリコン膜４ｂ，４ｃ直下に位置する下地膜２の厚みよりも薄くする。【選択図】        図１
2005057042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に下地膜を介して形成され、チャネル領域とソース／ドレイン領域とが形成される島状の結晶化シリコン膜と、
前記結晶化シリコン膜上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを備え、
前記結晶化シリコン膜の底面と側面とのなす角度が１５度以上８０度以下であり、
前記結晶化シリコン膜が表面上に形成されていない前記下地膜の厚みを、前記結晶化シリコン膜直下に位置する前記下地膜の厚みよりも薄くした、薄膜トランジスタ。
【請求項２】
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に下地膜を介して形成され、チャネル領域とソース／ドレイン領域とが形成される島状の結晶化シリコン膜と、
前記結晶化シリコン膜上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを備え、
前記結晶化シリコン膜の底面と側面とのなす角度が１５度以上８０度以下であり、
前記結晶化シリコン膜の周縁部近傍に位置する前記下地膜の表面に、前記結晶化シリコン膜下に入り込むことなく前記結晶化シリコン膜の周縁部あるいはその近傍に達する凹部を設けた、薄膜トランジスタ。
【請求項３】
前記結晶化シリコン膜の底面全面が前記下地膜と接する、請求項１または請求項２に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項４】
前記下地膜を、前記結晶化シリコン膜の酸化膜のエッチングレートよりも小さいエッチングレートの材質で構成した、請求項１から請求項３のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
【請求項５】
前記結晶化シリコン膜は、ＹＡＧレーザを照射して結晶化されたシリコンで構成される、請求項１から請求項４のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
【請求項６】
前記結晶化シリコン膜の厚みをｔ１、前記ゲート絶縁膜の厚みをｔ２としたときに、ｔ２≧ｔ１／２かつｔ２≦１５０ｎｍの関係を満足するように前記ゲート絶縁膜の厚みｔ２を設定した、請求項１から請求項５のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
【請求項７】
前記ゲート絶縁膜の厚みを５０ｎｍ以下とした、請求項６に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項８】
前記結晶化シリコン膜の厚みをｔ１、前記ゲート絶縁膜の厚みをｔ２としたときに、ｔ２≧（３×ｔ１）かつｔ２≦３００ｎｍの関係を満足するように前記ゲート絶縁膜の厚みｔ２を設定した、請求項１から請求項５のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
【請求項９】
前記結晶化シリコン膜の厚みをｔ１、前記ゲート絶縁膜の厚みをｔ２としたときに、ｔ２≧ｔ１かつｔ２≦１５０ｎｍの関係を満足するように前記ゲート絶縁膜の厚みｔ２を設定した、請求項１から請求項５のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれかに記載の薄膜トランジスタを有する液晶表示装置。
【請求項１１】
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に形成された下地膜と、
前記下地膜の第１の部分上に形成され、薄膜トランジスタのチャネル領域とソース／ドレイン領域とが形成される第１結晶化シリコン膜と、
前記第１結晶化シリコン膜上に絶縁膜を介して形成され、前記薄膜トランジスタのゲート電極として機能する第１電極と、
前記下地膜の第２の部分上に前記第１結晶化シリコン膜と間隔をあけて形成される第２結晶化シリコン膜と、
前記第２結晶化シリコン膜上に前記絶縁膜を介して形成される第２電極とを備え、
前記第１と第２結晶化シリコン膜の底面と側面とのなす角度がそれぞれ１５度以上８０度以下であり、
前記第１と第２結晶化シリコン膜間に位置する前記下地膜の厚みを、前記第１と第２結晶化シリコン膜直下に位置する前記下地膜の厚みよりも薄くした、液晶表示装置。
【請求項１２】
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に形成された下地膜と、
前記下地膜の第１の部分上に形成され、薄膜トランジスタのチャネル領域とソース／ドレイン領域とが形成される第１結晶化シリコン膜と、
前記第１結晶化シリコン膜上に絶縁膜を介して形成され、前記薄膜トランジスタのゲート電極として機能する第１電極と、
前記下地膜の第２の部分上に前記第１結晶化シリコン膜と間隔をあけて形成される第２結晶化シリコン膜と、
前記第２結晶化シリコン膜上に前記絶縁膜を介して形成される第２電極と備え、
前記第１と第２結晶化シリコン膜の底面と側面とのなす角度がそれぞれ１５度以上８０度以下であり、
前記第１と第２結晶化シリコン膜間に位置する前記下地膜の表面に、前記第１と第２結晶化シリコン膜下に入り込むことなく前記第１と第２結晶化シリコン膜の周縁部あるいはその近傍に達する凹部を設けた、液晶表示装置。
【請求項１３】
絶縁基板上に下地膜を形成する工程と、
前記下地膜上にアモルファスシリコン膜を形成する工程と、
前記アモルファスシリコン膜にレーザを照射して結晶化シリコン膜を形成する工程と、
前記結晶化シリコン膜を島状に加工する工程と、
前記結晶化シリコン膜の表面を酸化することにより酸化膜を形成する工程と、
前記酸化膜と、前記下地膜の露出した表面とをエッチングする工程と、
前記結晶化シリコン膜を覆うようにゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
を備えた、薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１４】
前記酸化工程を、紫外線照射処理、酸素プラズマ処理、酸素ガスを用いた酸化処理、水蒸気処理、酸化性の液体を用いた酸化処理およびオゾンガスを溶解した溶液を用いた酸化処理の中の少なくとも１つの処理を用いて行なう、請求項１３に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１５】
前記酸化膜と前記下地膜のエッチングを、フッ酸の濃度が１％以下の溶液を用いて行なう、請求項１３または請求項１４に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１６】
絶縁基板上に下地膜を形成する工程と、
前記下地膜上にアモルファスシリコン膜を形成する工程と、
前記アモルファスシリコン膜にレーザを照射して結晶化シリコン膜を形成する工程と、
前記結晶化シリコン膜を島状に加工することにより、前記下地膜上に間隔をあけて第１と第２結晶化シリコン膜を形成する工程と、
前記第１と第２結晶化シリコン膜の表面を酸化することにより第１と第２酸化膜を形成する工程と、
前記第１と第２酸化膜と、前記第１と第２結晶化シリコン膜間に位置する前記下地膜の表面とをエッチングする工程と、
前記第１と第２結晶化シリコン膜を覆うように絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に第１と第２電極をそれぞれ形成する工程と、
を備えた、液晶表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタおよびその製造方法ならびに液晶表示装置およびその製造方法に関し、より特定的には、結晶化シリコンを用いたタイプの薄膜トランジスタおよびその製造方法ならびに該薄膜トランジスタを有する液晶表示装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からポリシリコンを用いた薄膜トランジスタにおいては、結晶化手法として、エキシマレーザを照射してアモルファスシリコンを膜を溶融し、その後、冷却時に結晶化させる手法が採用されている。この手法によれば、基板自体がほとんど熱を受けないため、耐熱温度の低いガラス基板上に薄膜トランジスタを形成することができる。
【０００３】
このような薄膜トランジスタを有する液晶表示装置の一例が、たとえば特開平８−２５５９１５号公報に記載されている。また、薄膜トランジスタについては、たとえば特開２００２−３４３９７６号公報、特開２０００−１７４２８４号公報、特開平９−２１３９６１号公報、特開２００２−２９９２３４号公報などに記載されている。
【特許文献１】特開平８−２５５９１５号公報
【特許文献２】特開２００２−３４３９７６号公報
【特許文献３】特開２０００−１７４２８４号公報
【特許文献４】特開平９−２１３９６１号公報
【特許文献５】特開２００２−２９９２３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のいずれの文献に記載の薄膜トランジスタにおいても、活性層や半導体膜下の下地膜の厚みは、活性層や半導体膜下に位置する部分と、それ以外の部分とでほぼ等しくなっている。
【０００５】
そのため、活性層や半導体膜を覆うように絶縁膜を形成した場合に、活性層や半導体膜の周縁部と下地膜とが接する部分近傍上で、絶縁膜にクラックが発生し易くなる。その結果、薄膜トランジスタの信頼性が低下し、該薄膜トランジスタを有する液晶表示装置の信頼性低下の要因の１つとなるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、信頼性の高い薄膜トランジスタおよびその製造方法ならびに液晶表示装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る薄膜トランジスタは、絶縁基板と、該絶縁基板上に下地膜を介して形成されチャネル領域とソース／ドレイン領域とが形成される島状の結晶化シリコン膜と、結晶化シリコン膜上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを備え、結晶化シリコン膜の底面と側面とのなす角度が１５度以上８０度以下であり、結晶化シリコン膜が表面上に形成されていない部分の下地膜の厚みを、結晶化シリコン膜直下に位置する下地膜の厚みよりも薄くしている。本発明に係る液晶表示装置は、上記のような薄膜トランジスタを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、結晶化シリコン膜の底面と側面とのなす角度を上記の範囲に調節しながら、結晶化シリコン膜が表面上に形成されていない部分の下地膜の厚みを、結晶化シリコン膜直下に位置する下地膜の厚みよりも薄くしているので、結晶化シリコン膜を覆うようにゲート絶縁膜を形成した際に、結晶化シリコン膜の周縁部と下地膜とが接する部分近傍上に位置するゲート絶縁膜に生じる応力を軽減することができる。したがって、結晶化シリコン膜の周縁部と下地膜とが接する部分近傍上に位置するゲート絶縁膜にクラックが発生するのを抑制することができ、薄膜トランジスタの信頼性低下を効果的に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図１〜図１５を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における液晶表示装置の部分断面図である。図１に示すように、液晶表示装置は、表示画素が形成される表示画素領域と、周辺回路が形成される周辺回路領域とを備える。
【００１１】
表示画素領域では、絶縁基板であるガラス基板１上に、容量素子８とｎ型薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１１とを形成する。周辺回路領域では、ｐ型薄膜トランジスタ１２を含む種々の回路素子を形成する。容量素子８は、結晶化シリコン膜であるポリシリコン膜４ａと、共通電極７とを有し、ｎ型薄膜トランジスタ１１は、結晶化シリコン膜であるポリシリコン膜４ｂと、ゲート電極６ａとを有する。ｐ型薄膜トランジスタ１２は、結晶化シリコン膜であるポリシリコン膜４ｃと、ゲート電極６ｂとを有する。
【００１２】
ポリシリコン膜４ａ〜４ｃは、下地膜２上に互いに間隔をあけて島状に形成される。ポリシリコン膜４ａには、リンなどのｎ型不純物が導入される。ポリシリコン膜４ｂには、ｎ型薄膜トランジスタ１１のチャネル領域１６ａと、該チャネル領域１６ａの両側にｎ型のソース／ドレイン領域９ａ，９ｂとが形成される。ポリシリコン膜４ｃには、ｐ型薄膜トランジスタ１２のチャネル領域１６ｂと、該チャネル領域１６ｂの両側にｎ型のソース／ドレイン領域１０ａ，１０ｂとが形成される。
【００１３】
ポリシリコン膜４ａ〜４ｃ間に位置する下地膜２の表面には凹部が形成されており、該凹部の存在によりポリシリコン膜４ａ〜４ｃ間に位置する下地膜２の厚みが、ポリシリコン膜４ａ〜４ｃ直下に位置する下地膜２の厚みよりも薄くなっている。
【００１４】
ポリシリコン膜４ａ，４ｂ，４ｃを覆うように絶縁膜５を形成する。該絶縁膜５は、たとえばＴＥＯＳ（Tetra Etyle Ortho Silicate）、ＰＥＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）法を用いて形成したシリコン酸化膜で構成され、容量素子８においては電極（容量電極）間の誘電体膜として機能し、ｎ型薄膜トランジスタ１１およびｐ型薄膜トランジスタ１２においてはゲート絶縁膜として機能する。共通電極７は、ポリシリコン膜４ａ上に絶縁膜５を介して形成され、ゲート電極６ａは、ポリシリコン膜４ｂ上に絶縁膜５を介して形成され、ゲート電極６ｂは、ポリシリコン膜４ｃ上に絶縁膜５を介して形成される。
【００１５】
共通電極７と、ゲート電極６ａ，６ｂとを覆うように、シリコン酸化膜などからなる保護膜１３を形成する。該保護膜１３と絶縁膜５とを貫通してポリシリコン膜４ａに達するようにコンタクトホール１４ａを形成し、該保護膜１３と絶縁膜５とを貫通してポリシリコン膜４ｂのソース／ドレイン領域９ａ，９ｂに達するようにコンタクトホール１４ｂ，１４ｃを形成し、保護膜１３と絶縁膜５とを貫通してポリシリコン膜４ｃのソース／ドレイン領域１０ａ，１０ｂに達するようにコンタクトホール１４ｄ，１４ｅを形成する。コンタクトホール１４ａ，１４ｂ内から保護膜１３上に延在するように電極１５ａを形成し、コンタクトホール１４ｃ内から保護膜１３上に延在するように電極１５ｂを形成し、コンタクトホール１４ｄ，１４ｅ内から保護膜１３上に延在するように電極１５ｃ，１５ｄをそれぞれ形成する。電極１５ａ〜１５ｄは、図１の例では３層構造の導電膜で構成されているが、単層構造や、３層以外の複数層の導電膜の積層構造で構成してもよい。
【００１６】
電極１５ａ〜１５ｄを覆うようにシリコン窒化膜などの絶縁膜１７を形成する。この絶縁膜１７上に、感光性樹脂などで構成される平坦化膜１８を形成する。平坦化膜１８に、電極１５ａに達するコンタクトホール１９を形成し、該コンタクトホール１９内に画素電極２０を形成する。該画素電極２０は、たとえばＩＴＯ（錫添加酸化インジウム）で構成される。
【００１７】
次に、図７〜図１２を用いて、本実施の形態における薄膜トランジスタおよび液晶表示装置の特徴的構成について説明する。なお、以下の説明では、ｎ型薄膜トランジスタについて説明するが、ｐ型薄膜トランジスタについても同様である。
【００１８】
図７に、図１におけるｎ型薄膜トランジスタ１１の部分拡大図を示す。図７に示すように、ポリシリコン膜４ｂの端部はテーパ形状となっており、ポリシリコン膜４ｂの側面２６と底面２５とのなす角度（テーパ角）θは、１５度以上８０度以下である。
【００１９】
ポリシリコン膜４ｂの端部が上記のようなテーパ形状を有することにより、ポリシリコン膜４ｂの端部上における絶縁膜５のカバレッジを向上することができる。絶縁膜５をプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などで形成した場合、垂直な端面の被覆性は優れているとは言えない。したがって、たとえば図８（ａ）に示すように、ポリシリコン膜４ｂの側面（端面）がガラス基板１の主面に対しほぼ垂直方向に延び、ポリシリコン膜４ｂの端部のテーパ角が８０度を超える場合には、ポリシリコン膜４ｂの側面上に位置する絶縁膜５の厚みが薄くなり、絶縁膜５にクラック２２またはクラックのような筋が発生し易くなる。
【００２０】
図８（ａ）に示す状態のまま薄膜トランジスタや容量素子を形成すると、絶縁耐圧不良などによる初期不良や、信頼性不良などを引き起こす可能性が高くなる。また、この上に図８（ｂ）に示すように配線となる導電膜２３を形成した場合には、導電膜２３がクラック２２上で途切れ、配線の断線不良の原因ともなり得る。しかし、上記のようにポリシリコン膜４ｂの端部のテーパ角を８０度以下とすることにより、上記の絶縁耐圧不良などの各種不良の発生を回避することができる。
【００２１】
他方、ポリシリコン膜４ｂの端部のテーパ角があまりに小さいと、次のような特性面での問題が生じ得る。図９（ａ）に、ポリシリコン膜４ｂの端部のテーパ角θ１が小さい場合のシリコン端面近傍の模式図を示し、図９（ｂ）に、ポリシリコン膜４ｂの端部のテーパ角θ２が比較的大きい場合のシリコン端面近傍の模式図を示す。
【００２２】
ポリシリコン膜４ｂの側面（テーパ面）２６の表面には、通常はエッチング時のダメージが残っており、比較的荒れた状態となっている。そのため、ポリシリコン膜４ｂの側面２６あるいはその近傍においてリーク電流が大きくなったり、オン特性も悪くなる。また、ポリシリコン膜４ｂのテーパ部ではシリコンの実効膜厚も薄いことから、テーパのない部分のトランジスタ（ＴＦＴ１）と、テーパ部におけるトランジスタ（ＴＦＴ２）とが並んで配置されたのと等価な状態となる。つまり、ＴＦＴ１に相当するトランジスタの両側に、ＴＦＴ２に相当する寄生トランジスタが形成されたような状態となる。
【００２３】
図９（ｂ）に示すように、ポリシリコン膜４ｂの端部のテーパ角θ２が比較的大きいと、寄生トランジスタに相当するＴＦＴ２部分が少なく、ほとんどトランジスタの実効部の長さに比べて無視できる程度となる。したがって、ポリシリコン膜４ｂの端部のテーパ角θ２を大きくすることにより、寄生トランジスタによる悪影響を低減することができる。
【００２４】
また、テーパ角θ１が小さくなると、トランジスタの実質的な大きさ（チャネル幅）も無視できなくなる。ポリシリコン膜４ｂの膜厚をｔ１とすると、チャネル幅はｔ１／ｔａｎ（θ１）となり、テーパ角θ１が５度で、ポリシリコン膜４ｂの膜厚が５０ｎｍの場合には、チャネル幅は０．６μｍ程度となる。したがって、トランジスタＴＦＴ１の両側に２つの寄生トランジスタが存在することを考慮すると、寄生トランジスタの合計のチャネル幅は１μｍ以上になる。
【００２５】
一般に、画素トランジスタや駆動回路を構成するトランジスタのチャネル幅は５〜１０μｍ程度であるので、テーパ角θ１が小さくなると寄生トランジスタのチャネル幅が、画素トランジスタや駆動回路を構成するトランジスタのチャネル幅の１割以上にもなり、寄生トランジスタによる悪影響が無視できなくなる。特に小さいトランジスタの場合には、寄生トランジスタのチャネル幅の割合が３割程度にも及ぶことが考えられ、この場合には寄生トランジスタによる深刻な悪影響が懸念される。
【００２６】
図１０に、チャネルの厚さ（ポリシリコン膜４ｂの膜厚）が５０ｎｍのときのテーパ角θと寄生トランジスタ（寄生ＴＦＴ）のチャネル幅との関係を示す。
【００２７】
図１０に示すように、１／ｔａｎθの値が大きくなってこない１０度以上、好ましくは１５度以上にテーパ角θを設定することにより、シリコン膜の端部に形成される寄生トランジスタの影響をほとんど無視できる程度に抑えることが可能となる。
【００２８】
以上より、ポリシリコン膜の端部のテーパ角を１０度以上（好ましくは１５度以上）８０度以下に制御することにより、薄膜トランジスタの特性、歩留りおよび信頼性を向上することができる。
【００２９】
次に、本実施の形態の薄膜トランジスタにおけるポリシリコン膜の端部付近での下地膜の構造について説明する。
【００３０】
本実施の形態１では、図７に示すように、ポリシリコン膜４ｂの端部（周縁部）近傍に位置する下地膜２の表面に凹部２４が形成され、それによりポリシリコン膜４ｂが形成されていない部分の下地膜２の厚みｔ４が、ポリシリコン膜４ｂ直下に位置する下地膜２の厚みｔ３よりも薄くなっている。
【００３１】
図１２に示すように、下地膜２の厚みが、ポリシリコン膜４ｂが形成されていない部分と、ポリシリコン膜４ｂ直下に位置する部分とで等しい場合には、ポリシリコン膜４ｂの端部と下地膜２とが接する部分近傍において絶縁膜５にクラックが発生することが多くなる。
【００３２】
そこで、図７に示すようにポリシリコン膜４ｂが形成されていない部分の下地膜２の厚みｔ４を、ポリシリコン膜４ｂ直下に位置する下地膜２の厚みｔ３よりも薄くすることにより、ポリシリコン膜４ｂの側面（テーパ面）２６上から下地膜２上へとなだらかに絶縁膜５を延在させることができ、絶縁膜５にクラックが発生することを効果的に抑制することができる。
【００３３】
また、凹部２４は、ポリシリコン膜４ｂ下に入り込むことなく、ポリシリコン膜４ｂの端部あるいはその近傍に達しており、なだらかに傾斜する斜面を有している。その結果、ポリシリコン膜４ｂの底面全面が下地膜２と接することとなる。
【００３４】
図１１（ａ）に示すように、凹部２４ａがポリシリコン膜４ｂ下に入り込むように形成された場合、絶縁膜５のカバレッジが悪くなり、カバレッジ不良が発生する可能性が高くなる。そして図１１（ｂ）に示すように絶縁膜５上に導電膜２３を形成した場合に、導電膜２３とポリシリコン膜４ｂとの間で絶縁耐圧不良などによる初期不良や、信頼性不良が生じ得る。
【００３５】
そこで、上述のように図７に示す凹部２４がポリシリコン膜４ｂ下に入り込むことなくポリシリコン膜４ｂの端部あるいはその近傍に達することにより、カバレッジ不良を効果的に抑制することができ、絶縁耐圧不良などによる初期不良や、信頼性不良を回避することができる。
【００３６】
また、凹部２４が形成された部分の下地膜２の表面粗度（たとえばＲｍａｘ）は、ポリシリコン膜４ｂ直下に位置する下地膜２の表面粗度よりも大きいものとなる。それにより、ポリシリコンパターン間の距離が短い場合でも、ポリシリコン間の表面リーク電流を少なくすることができる。
【００３７】
さらに、後述のようにＹＡＧ（Yttrium-Aluminum-Garnet）レーザなどを用いて結晶化して得られた大粒径（たとえば平均粒径が０．３μｍ程度）のポリシリコン膜を使用し、絶縁膜５の厚みを３００ｎｍ以下とすることにより、ゲート絶縁膜としては厚いものの、チャネル領域の結晶性が良好となることから、特性面で通常使用には充分なレベルの薄膜トランジスタを得ることができる。また、ポリシリコン膜の周囲の構造として上述のような構造を採用するとともに、絶縁膜５の厚みｔ２をポリシリコン膜４ｂの厚みｔ１の２倍以上とすることにより、通常レベルを超える高耐圧、高信頼性の薄膜トランジスタを得ることが可能となる。該薄膜トランジスタを採用することにより、特に高寿命、高耐久性を要求される、産業用、軍事用、医療用などの特殊用途の分野でも有効な液晶表示装置が得られる。
【００３８】
次に、図２〜図５を用いて、上述の構造を有する本実施の形態における薄膜トランジスタおよび液晶表示装置の製造方法について説明する。
【００３９】
図２に示すように、たとえばＰＥＣＶＤ法により、ガラス基板１（絶縁基板）上に２５０ｎｍ程度の厚さの下地膜２を形成する。下地膜２としては、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜またはこれらの積層膜などを使用可能である。この下地膜２上に、ｐ型薄膜トランジスタおよびｎ型薄膜トランジスタのチャネル領域を形成するためのアモルファスシリコン膜３を５０ｎｍ程度の厚さで形成する。
【００４０】
次に、ＹＡＧレーザなどの固体レーザを用いてアモルファスシリコン膜３をアニールすることにより、アモルファスシリコン膜３が溶融され、溶融したアモルファスシリコン膜３が冷却されて結晶化し、ポリシリコン膜となる。
【００４１】
なお、固体レーザとしては、ＹＡＧレーザ以外に、ＹＶＯ4レーザを使用することができ、Ｎｄ（ネオジム）イオンやＹｂ（イッテルビウム）イオンをドープしたＹＡＧレーザや、Ｎｄイオンをドープした結晶を用いることが好ましい。さらに好ましくは、ＮｄイオンをドープしたＹＡＧレーザの第二高調波（波長５３２ｎｍ）のパルスレーザ光や、ＮｄイオンをドープしたＹＶＯ4レーザの第二高調波（波長５３２ｎｍ）のパルスレーザ光や、ＹｂイオンをドープしたＹＡＧレーザの第二高調波（波長５１５ｎｍ）のパルスレーザ光を用いる。
【００４２】
次に、上記のようにして形成されたポリシリコン膜上に写真製版によりマスク膜（図示せず）を形成し、該マスク膜を用いてドライエッチングを行なう。それにより、ポリシリコン膜を選択的にエッチングすることができ、図３に示すように、島状のポリシリコン膜４ａ〜４ｃを形成することができる。この際に、ポリシリコン膜４ａ〜４ｃの端部がテーパ形状となるようなエッチング条件を採用する。具体的には、エッチングガスとしてＣＦ４を０．１５リットル／分（１５０ｓｃｃｍ）、Ｏ２を０．０３リットル／分（３０ｓｃｃｍ）それぞれ供給しながら、圧力５Ｐａ、パワー８００Ｗの条件でエッチングを行なう。エッチング時間は６０秒である。それにより、ポリシリコン膜４ａ〜４ｃの端部をテーパ形状とすることができ、本実施の形態ではテーパ角θを２０度程度とすることができる。なお、エッチング条件を適切に調節することにより、テーパ角θを１０度以上８０度以下の任意の角度とすることが可能である。
【００４３】
その後、露出したポリシリコン膜４ａ〜４ｃの表面を酸化する効果を持つ、ＵＶ（紫外線）照射を行なう。図６（ａ），（ｂ）に、ポリシリコン膜４ｂ付近の模式図を示す。図図６（ａ）に示すように、ＵＶ照射により、ポリシリコン膜４ｂの表面に酸化膜２１を形成することができる。このとき同時に、ポリシリコン膜４ａ，４ｃの表面にも酸化膜が形成される。また、図６（ａ）に示すように、ポリシリコン膜４ａ〜４ｃの近傍に位置する下地膜２の表面には、ポリシリコン膜４ａ〜４ｃのパターニング時に凹部２４が形成されている。
【００４４】
次に、図６（ｂ）に示すように、フッ酸を含むエッチング液を用いてウエットエッチングを行なうことにより、露出している下地膜２の表面をエッチングするとともに、酸化膜２１を除去する。このとき、下地膜２の表面とともにポリシリコン膜４ａ〜４ｃの表面の酸化膜もエッチングされるので、ポリシリコン膜４ａ〜４ｃの側面（端面）が後退し、ポリシリコン膜４ａ〜４ｃの下に凹部２４が入り込むのを抑制することができる。この効果は、下地膜２として、フッ酸を含むエッチング液によるエッチングレートが、シリコンの自然酸化膜よりも遅いものを採用することでより顕著となる。
【００４５】
なお、上記のフッ酸を含むエッチング液としては、たとえばバッファードフッ酸（ＨＦとＮＨ４Ｆとの混合液）を用いることができる。ＨＦとＮＨ４Ｆとの混合比を１：１００とし、ＨＦ濃度が１％以下のものを使用することが好ましい。この場合、下地膜２のエッチング量の制御が容易となる。また、下地膜２の成膜レートを遅くして下地膜２を緻密な膜とすることにより、フッ酸を含むエッチング液による下地膜２のエッチングレートを、通常の自然酸化膜のエッチングレートよりも充分に遅くすることができる。
【００４６】
なお、本実施の形態では、ポリシリコン膜４ａ〜４ｃの酸化手法としてＵＶ照射を行なう例を示したが、酸素プラズマ処理、常圧から高圧の範囲での酸素ガスを用いた酸化処理あるいは水蒸気処理、酸化性の液体（硫酸、過酸化水素、硝酸、アミン系レジスト剥離液など）を用いた酸化処理およびオゾンガスを溶解した溶液を用いた酸化処理の中の少なくとも１つの処理を採用することもできる。
【００４７】
その後、ＰＥＣＶＤ法などを用いて絶縁膜５を形成する。該絶縁膜５は、ポリシリコン膜４ａ〜４ｃの膜厚をｔ１とし、絶縁膜５の膜厚をｔ２とした場合に、ｔ２≧２×ｔ１〜３×ｔ１（ｔ２がｔ１の２〜３倍以上）、かつｔ２≦３００ｎｍを満たすように、２００ｎｍ程度の厚みに形成される。
【００４８】
次に、ポリシリコン膜４ｂ，４ｃをレジスト膜（図示せず）で覆った状態で、ポリシリコン膜４ａにｎ型の導電性不純物であるリン（Ｐ）イオンを注入する。それにより、容量素子の下部電極を形成する。
【００４９】
次に、スパッタリング法を用いて、絶縁膜５上にＣｒ（クロム）などよりなる導電膜を形成し、写真製版技術およびエッチング技術により導電膜を島状にパターニングする。それにより、図４に示すように、ゲート電極６ａ，６ｂおよび共通電極７を形成する。
【００５０】
その後、ポリシリコン膜４ｂ以外の部分をレジスト膜（図示せず）で覆い、このレジスト膜をマスクとしてポリシリコン膜４ｂの両端にｎ型不純物であるＰ（リン）イオンを注入する。これにより、ポリシリコン膜４ｂの両端にソース／ドレイン領域（ｎ型不純物拡散領域）９ａ、９ｂが形成される。また、ポリシリコン膜４ｃ以外の部分をレジスト膜（図示せず）で覆い、このレジスト膜をマスクとして絶縁膜５を介してポリシリコン膜４ｃの両端にＢ（ボロン）イオンを注入する。これにより、ポリシリコン膜４ｃの両端にソース／ドレイン領域（ｐ型不純物拡散領域）１０ａ、１０ｂが形成される。
【００５１】
次に、ＣＶＤ法などを用いて、ゲート電極６ａ，６ｂおよび共通電極７を覆うように絶縁膜５上に保護膜１３を形成する。保護膜１３としては、たとえば６００ｎｍ程度の厚さのＴＥＯＳやシリコン酸化膜を使用する。その後、４００℃程度の温度での活性化アニールを行なう。それにより、ポリシリコン膜に注入された不純物が活性化される。以上の方法により薄膜トランジスタを製造することができる。
【００５２】
次に、図５に示すように、写真製版技術およびエッチング技術を採用して絶縁膜５と保護膜１３と選択的にエッチングすることにより、絶縁膜５と保護膜１３とを貫通してポリシリコン膜４ａ〜４ｃに達するようにコンタクトホール１４ａ〜１４ｅを形成する。該コンタクトホール１４ａ〜１４ｅを充填するように、スパッタリング装置内で、Ｍｏ（モリブデン）膜、Ａｌ（アルミニウム）膜、Ｍｏ膜の３層膜の成膜を行なう。写真製版技術およびエッチング技術を採用して、上記の３層膜をパターニングすることにより、電極１５ａ〜１５ｄを形成する。
【００５３】
その後、水素プラズマを用いて各薄膜トランジスタのチャネル領域１６ａ，１６ｂを水素化を行なう。それにより、各薄膜トランジスタの特性向上および動作の安定化を図る。そして、図１に示すように、電極１５ａ〜１５ｄの上に、たとえばシリコン窒化膜よりなる絶縁膜１７を形成する。その上に、たとえば感光性樹脂よりなる平坦化膜１８を形成する。
【００５４】
次に、露光・現像を行なうことにより、絶縁膜１７および平坦化膜１８にコンタクトホール１９を形成する。このコンタクトホール１９の内部から平坦化膜１８上に延在するように透明性導電体膜を形成する。該透明性導電体膜としては、たとえばＩＴＯを用いることができる。写真製版技術およびエッチング技術により、透明性導電体膜を部分的に除去することにより、画素電極２０を形成することができる。
【００５５】
なお、周辺回路領域には、図１に示すｐ型薄膜トランジスタ１２以外にｎ型薄膜トランジスタを上述の手法で形成し、ｐ型薄膜トランジスタとｎ型薄膜トランジスタとを組合せて周辺回路を形成する。また、表示画素領域においては、ｎ型薄膜トランジスタ１１と、別途形成する透明電極とを電気的に接続することにより、表示画素を形成する。さらに、半導体装置としての、これらの素子が形成されたガラス基板を、カラーフィルタや対向電極が形成されたもう一方のガラス基板と貼り合わせる。そして、これらのガラス基板間に形成された間隙に液晶を注入、封止するなどの所定の工程を実施することにより、液晶表示装置が得られる。
【００５６】
また、本実施の形態では、画素電極にＩＴＯ膜を使用した透過型の液晶表示装置について説明を行なったが、Ａｌなどの反射電極を用いた反射型の液晶表示装置や、両方を備えた半透過型の液晶表示装置、さらには有機ＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイ装置などにも本実施の形態の思想を適用可能である。
【００５７】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について図１３を用いて説明する。
【００５８】
本実施の形態２では、図１３に示すポリシリコン膜４ｂの厚みｔ１と絶縁膜５の厚みｔ２とが所定の関係を満足するように絶縁膜５の厚みを設定する。すなわち、ｔ２≧ｔ１かつｔ２≦１５０ｎｍの関係を満たすように絶縁膜５の厚みを設定する。具体的には、本実施の形態２では、絶縁膜５の厚みを７０ｎｍ程度とする。それ以外の構成については実施の形態１と基本的に同様である。
【００５９】
本実施の形態２によれば、ＹＡＧレーザなどを用いて結晶化して得られた大粒径（たとえば平均粒径が０．３μｍ程度）のポリシリコン膜を使用し、絶縁膜５の厚みを１５０ｎｍ以下とすることにより、ゲート絶縁膜としては標準レベルの厚みであるが、チャネル領域の結晶性が良好となることから、特性面で通常レベルを超える、高移動度、低しきい値電圧などを実現した薄膜トランジスタを得ることができる。
【００６０】
また、ポリシリコン膜の周囲の構造として実施の形態１のような適正化された構造を採用するとともに、絶縁膜５の厚みｔ２をポリシリコン膜４ｂの厚みｔ１以上とすることにより、通常レベルの膜厚との相乗効果によって、通常使用には充分な耐圧、信頼性の薄膜トランジスタを得ることが可能となる。これによって、特に高いトランジスタ特性が要求される、高度な周辺回路を内蔵した高性能な液晶表示装置を得ることができる。
【００６１】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について図１４を用いて説明する。
【００６２】
本実施の形態３では、固体レーザの代わりにエキシマレーザなどのガスレーザを用いてアモルファスシリコン膜をアニールして結晶化させ、ポリシリコン膜を形成している。具体的には、ＸｅＣｌエキシマレーザ（３０８ｎｍ）を用いてポリシリコン膜を形成している。また、図１４に示す絶縁膜５の厚みｔ２と、ポリシリコン膜４ｂの厚みｔ１とが、ｔ２≧（ｔ１／２）かつｔ２≦１５０ｎｍの関係を満たすように絶縁膜５の厚みを設定する。具体的には、本実施の形態３では、絶縁膜５の厚みを７０ｎｍ程度とする。それ以外の構成については実施の形態１と基本的に同様である。
【００６３】
本実施の形態３によれば、絶縁膜５の厚みを１５０ｎｍ以下とすることにより、ゲート絶縁膜としては標準レベルの厚みであり、エキシマレーザなどのガスレーザを用いて結晶化した通常レベルのチャネル領域の結晶性を有していることから、特性面で通常使用には充分なレベルの薄膜トランジスタを得ることができる。
【００６４】
また、ポリシリコン膜の周囲の構造として実施の形態１のような適正化された構造を採用するとともに、絶縁膜５の厚みｔ２をポリシリコン膜４ｂの厚みｔ１の１／２以上とすることにより、比較的薄い膜厚の範囲においても、通常使用には充分な耐圧、信頼性の薄膜トランジスタを得ることが可能となる。これによって、通常レベルのトランジスタ特性で動作可能な周辺回路を内蔵した高性能な液晶表示装置を、通常使用には充分な耐圧、信頼性と両立した形で得ることができる。
【００６５】
さらに、ｔ２≧（ｔ１／２）を満たす範囲で、たとえば絶縁膜５の厚みが５０ｎｍ以下となるように絶縁膜５の厚みを４０ｎｍ程度に設定した場合には、エキシマレーザを利用した場合でも実施の形態２の場合と同様に、通常レベルを超える、高移動度、低しきい値電圧などを実現した薄膜トランジスタを得ることができる。
【００６６】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について図１５を用いて説明する。
【００６７】
本実施の形態４では、ＹＡＧレーザなどを用いて結晶化して得られた大粒径（たとえば最大粒径が０．３μｍ程度）のポリシリコン膜４ｂを使用するとともに、図１５に示すように、ポリシリコン膜４ｂの端部のテーパ角θを８５度程度と大きくしている。
【００６８】
このようにポリシリコン膜４ｂの側面（端面）をガラス基板１の主面に対しほぼ垂直とするには、たとえばエッチングガスとしてＣＦ４を０．２５リットル／分（２５０ｓｃｃｍ）、Ｏ２を０．０２リットル／分（２０ｓｃｃｍ）それぞれ供給しながら、圧力１０Ｐａ、パワー１５００Ｗの条件でエッチングを行なえばよい。エッチング時間は４０秒でよい。それ以外の構成については実施の形態１と基本的に同様である。
【００６９】
本実施の形態４によれば、ＹＡＧレーザなどを用いて結晶化して得られた大粒径のポリシリコン膜４ｂを使用するとともに絶縁膜５の厚みを３００ｎｍ以下することにより、ゲート絶縁膜としては比較的厚いものの、チャネル領域の結晶性が良好となることから、特性面で通常使用に充分なレベルの薄膜トランジスタを得ることができる。
【００７０】
一方、ポリシリコン膜の周囲の構造は適正化されていないが、ゲート絶縁膜が、標準レベル以上の厚み、つまりｔ２≧（２×ｔ１）〜（３×ｔ１）：ｔ２がｔ１の２〜３倍以上の関係を満たす厚みを有しているので、通常使用に充分な耐圧、信頼性の薄膜トランジスタを得ることが可能となる。これによって、通常レベルのトランジスタ特性で動作可能な周辺回路を内蔵した高性能な液晶表示装置を、通常使用には充分な耐圧、信頼性と両立した形で得ることができる。
【００７１】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、各実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変形が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施の形態１における液晶表示装置の部分断面図である。
【図２】図１に示す液晶表示装置の製造工程の第１工程を示す断面図である。
【図３】図１に示す液晶表示装置の製造工程の第２工程を示す断面図である。
【図４】図１に示す液晶表示装置の製造工程の第３工程を示す断面図である。
【図５】図１に示す液晶表示装置の製造工程の第４工程を示す断面図である。
【図６】（ａ）は酸化後のポリシリコン膜およびその付近の構造例、（ｂ）は酸化膜エッチング後のポリシリコン膜およびその付近の構造例を示す模式図である。
【図７】図１における薄膜トランジスタの部分拡大図である。
【図８】（ａ）は、ポリシリコン膜の端部のテーパ角が大きい場合に絶縁膜にクラックが発生している状態を示す模式図であり、（ｂ）は（ａ）に示す絶縁膜上に導電膜を形成した状態を示す模式図である。
【図９】（ａ）は、端部のテーパ角が小さい場合のポリシリコン膜およびその付近の模式図であり、（ｂ）は、端部のテーパ角が比較的大きい場合のポリシリコン膜およびその付近の模式図である。
【図１０】チャネルの厚さが５０ｎｍのときのポリシリコン膜の端部のテーパ角と寄生トランジスタ（ＴＦＴ）のチャネル幅との関係を示す図である。
【図１１】（ａ），（ｂ）は、ポリシリコン膜下に入り込むように凹部が形成された場合を示す模式図である。
【図１２】下地膜の厚みが均一な場合のポリシリコン膜およびその付近の模式図である。
【図１３】本発明の実施の形態２の液晶表示装置における薄膜トランジスタの部分拡大図である。
【図１４】本発明の実施の形態３の液晶表示装置における薄膜トランジスタの部分拡大図である。
【図１５】本発明の実施の形態４の液晶表示装置における薄膜トランジスタの部分拡大図である。
【符号の説明】
【００７３】
１  ガラス基板、２  下地膜、３  アモルファスシリコン膜、４ａ〜４ｃ  ポリシリコン膜、５，１７  絶縁膜、６ａ，６ｂ  ゲート電極、７  共通電極、８  容量素子、９ａ，９ｂ，１０ａ，１０ｂ  ソース／ドレイン領域、１１  ｎ型薄膜トランジスタ、１２  ｐ型薄膜トランジスタ、１３  保護膜、１４ａ〜１４ｃ，１９  コンタクトホール、１５ａ〜１５ｄ  電極、１６ａ，１６ｂ  チャネル領域、１８  平坦化膜、２０  画素電極、２１  酸化膜、２２  クラック、２３  導電膜、２４，２４ａ  凹部、２５  底面、２６  側面。
【図１】
2005057042.tif 000003
【図２】
2005057042.tif 000004
【図３】
2005057042.tif 000005
【図４】
2005057042.tif 000006
【図５】
2005057042.tif 000007
【図６】
2005057042.tif 000008
【図７】
2005057042.tif 000009
【図８】
2005057042.tif 000010
【図９】
2005057042.tif 000011
【図１０】
2005057042.tif 000012
【図１１】
2005057042.tif 000013
【図１２】
2005057042.tif 000014
【図１３】
2005057042.tif 000015
【図１４】
2005057042.tif 000016
【図１５】
2005057042.tif 000017