(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に非晶質シリコン層を形成する工程と、前記非晶質シリコン層に線状エネルギービームを照射及び走査して、非晶質シリコン層を多結晶シリコン層に変換し、前記線状エネルギービームの照射及び走査は、多結晶シリコン層に変換される領域全体を覆うように、その位置をシフトして複数回行われる工程と、を備えたアレイ基板を形成する工程と、
前記アレイ基板と対向基板とを貼り合わせその間隙に液晶を封入する工程と、を備えた液晶表示装置の製造方法において、
前記線状エネルギービームはその長軸方向に沿って重ね合わせて走査される重複領域とこの重複領域に挟まれた非重複領域とを有し、前記重複領域と前記非重複領域との境界が非直線状となるように走査され、前記線状エネルギービームの走査は、走査方向に対し垂直に振動させながら行われることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項２】
前記複数回の走査のうち、前記線状エネルギービームの走査は、ｎ回目とｎ＋１回目との少なくとも一方において走査方向に対し垂直に振動させながら行われることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項３】
前記線状エネルギービームの走査は、前記アレイ基板を載せたステージを前記走査の方向とは垂直方向に移動させて行われることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項４】
基板上に非晶質シリコン層を形成する工程と、前記非晶質シリコン層に線状エネルギービームを照射及び走査して、非晶質シリコン層を多結晶シリコン層に変換し、前記線状エネルギービームの照射及び走査は、多結晶シリコン層に変換される領域全体を覆うように、その位置をシフトして複数回行われる工程と、を備えたアレイ基板を形成する工程と、
前記アレイ基板と対向基板とを貼り合わせその間隙に液晶を封入する工程と、を備えた液晶表示装置の製造方法において、
前記線状エネルギービームはその長軸方向に沿って重ね合わせて走査される重複領域とこの重複領域に挟まれた非重複領域とを有し、前記重複領域と前記非重複領域との境界が非直線状となるように走査され、前記線状エネルギービームの光路に、屈折率又は透過率を変化可能な複数の光変調素子からなる光変調素子アレイを配置し、前記線状エネルギービームの端部に対応する位置にある光変調素子の屈折率又は透過率を変化させることにより、前記重複領域と非重複領域との境界を非直線的にすることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項５】
前記線状エネルギービームが照射される前記アレイ基板は基板の周辺部に長軸方向に略平行なＸ駆動回路部、及び短軸方向に略平行なＹ駆動回路部とを有し、前記線状エネルギービームの走査方向は少なくとも一方の駆動回路部に略平行であることを特徴とする請求項１または請求項４記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項６】
少なくとも一方の駆動回路部には、前記線状エネルギービームが一度の走査のみで照射されることを特徴とする請求項５記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項７】
前記線状エネルギービームの走査方向はＸ駆動回路部に略平行であることを特徴とする請求項５記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項８】
前記重複領域と非重複領域との境界の形状は周期関数曲線に近似することを特徴とする請求項１または請求項４記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項９】
前記線状エネルギービームは、エキシマレーザビームであることを特徴とする請求項１または請求項４記載の液晶表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置にかかり、詳しくは非晶質シリコンに線状エネルギービームを複数回走査させて照射し、多結晶化するための走査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置の薄膜トランジスタの製造方法で、非晶質シリコン層の一部を多結晶化することにより低抵抗化し、ソース・ドレイン領域を形成する製造方法が開発されている。この非晶質シリコンを多結晶化するには、エネルギービームを照射し、溶融させ、再結晶化させる方法が採られている。
【０００３】
このエネルギービームの照射方法に関し、特開平６１−１８７２２２号公報には、エネルギービームを線状に変換して照射する方法が開示されている。
また、特開平２−７８２１７号公報には、この線状のエネルギービームを複数回走査させて照射する場合に、その重複領域を一定に保つ方法が開示されている。
【０００４】
しかしながら、上述したように重複領域を持たせると、その重複領域が、当然他の領域に比べてエネルギービームの照射量が多くなり、薄膜トランジスタの特性、特に閾値特性が微妙に変化してしまい、画像に表示ムラが現れてしまう。図５に示すように特に上述したように重複領域を常に一定に保った場合、表示ムラが一直線状に現れてしまい、視覚的に非常に強調されて見えてしまうという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、線状ビームビームの照射方法に特徴を持たせることにより、視覚的に表示ムラが目立たない液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、非晶質シリコン層に線状エネルギービームを照射及び走査して、非晶質シリコン層を多結晶シリコン層に変換し、前記線状エネルギービームの照射及び走査は、多結晶シリコン層に変換される領域全体を覆うように、その位置をシフトして複数回行われる工程を備えた液晶表示装置の製造方法において、前記線状エネルギービームはその長軸方向に沿って重ね合わせて走査される重複領域とこの重複領域に挟まれた非重複領域とを有し、前記重複領域と前記非重複領域との境界が非直線状となるように走査され、線状エネルギービームの走査は、走査方向に対し垂直に振動させながら行われることを特徴とする液晶表示装置の製造方法である。
【０００７】
本発明によれば、エネルギービームの重複領域と非重複領域との境界が非直線状になることでエネルギービーム照射量による個々のＴＦＴの特性差に起因する表示ムラを視覚的にとらえにくくすることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
（実施例１）
図１０に液晶表示装置の構造を示す。絶縁基板１上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１０１と画素電極４が形成されたアレイ基板１０２と、他の絶縁基板１０３上にカラーフィルタ１０４と対向電極１０５とが形成された対向基板１０６とがスペーサ１０７及びシール１０８材を介して対向配置されており、この間隙に液晶１０９が封入されている。さらにアレイ基板１０２及び対向基板１０６の外側面には偏光板１１０、１１１が貼り付けてある。
【０００９】
図１に、本発明の一実施例に使用されるＴＦＴ１０１の構造を示す。まずガラスからなる絶縁基板１上にインジウム・錫酸化物（ＩＴＯ）からなる画素電極４が形成されている。そして、モリブデン・タングステン（ＭｏＷ）合金からなるソース電極５とドレイン電極６が形成されている。ドレイン電極６は、下層にＩＴＯ膜が敷かれており、２層構造となっている。また、ソース電極５はやはり下層に画素電極４の延長であるＩＴＯ膜が敷かれている。
【００１０】
次に、絶縁基板１上に、ソース電極５とドレイン電極６とに接続されたｎ型多結晶半導体層７と、このｎ型多結晶半導体層７に挟まれた非晶質シリコンからなる活性層７ａが形成されている。そして、半導体層７上に窒化シリコン（ＳｉＮｘ）からなるゲート絶縁膜８が形成され、さらにその上にアルミニウム（Ａｌ）層とモリブデン（Ｍｏ）層１０からなるゲート電極１１が形成されている。そして、最上部に窒化シリコンからなる保護膜１３が被覆されている。
【００１１】
以上のようにして構成されるＴＦＴ１０１の製造工程について、図２Ａ〜２Ｃを参照して、以下に詳細に説明する。
まずガラスからなる絶縁基板１上に、スパッタリング法によりＩＴＯ膜２と、ＭｏＷ合金膜３とを順次積層成膜する。次いで、フォトリソグラフィ法によりこれらＩＴＯ膜２及びＭｏＷ合金膜３をパターニングして、画素電極４、ドレインライン、ソース電極５、及びドレイン電極６を形成する（図２Ａ）。このとき、画素電極４上にはＭｏＷ合金膜３が被覆されているが、このＭｏＷ合金膜３は後に除去される。
【００１２】
次に、図２Ｂに示すように、厚さ１０００オングストロームの非晶質シリコン層７ａと、厚さ４０００オングストロームの窒化シリコン膜８とをプラズマＣＶＤ法により順次積層形成し、さらにスパッタ法により、Ａｌ膜９とＭｏ１０とを積層する。その後、フォトリソグラフィ法によりＭｏ膜１０、Ａｌ膜９、及びＳｉＮｘ膜８を同一パターンでエッチング加工し、Ａｌ膜９とＭｏ膜１０の２層からなるゲート電極１１、及びＳｉＮｘ膜からなるゲート絶縁膜８を形成する。このとき、非晶質シリコン層７ａまでエッチングしないようにする。非晶質シリコン層７ａへの過剰エッチングを防ぐため、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）等の膜を非晶質シリコン層７ａの上層に形成しておくこともある。その後、ゲート電極１１をマスクとして用いて、非晶質シリコン層７ａに、非質量分離型のイオン注入装置により、加速電圧６０ｋＶ、ドーズ量３×１０15／ｃｍ2 でリン（Ｐ）を添加し、非晶質シリコン層７ａの一部をｎ型非晶質シリコンとし、そして、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザ装置により、非晶質シリコン層７ａにエネルギー密度１５０ｍＪ／ｃｍ2 のエネルギービームを照射し、Ｐの添加された非晶質シリコン層７ａをｎ型多結晶シリコン層７とし、このｎ型多結晶シリコン層７をフォトリソグラフィ法によりエッチング加工して、ソース・ドレインコンタクト領域を形成する（図２Ｃ）。
【００１３】
次に、このようにして形成された構造体の全面に、例えばＳｉＮｘ等をプラズマＣＶＤ法により被覆し、保護膜１３を形成する。そして、周辺電極上と画素電極上の保護膜１３をフォトリソグラフィ法によってエッチング除去する。さらに、この時点でＩＴＯからなる画素電極４上にＭｏＷ合金膜３が残っているので、このＭｏＷ合金膜３をエッチング除去する。
【００１４】
こうして、図１に示すように、ソース電極５、ドレイン電極６、画素電極４、多結晶半導体層７、ゲート絶縁膜８、ゲート電極９、保護膜１３からなるＴＦＴを有する液晶表示装置のアレイ基板１０２を得ることができる。
【００１５】
このアレイ基板１０２に対し、絶縁基板１０３にカラーフィルタ１０４と対向電極１０５を形成した対向基板１０６をスペーサ１０７とシール材１０８を介して貼り合わせ、その中に液晶１０９を封入する。さらにアレイ基板１０２と対向基板１０６の外側面に偏光板１１０、１１１を貼り付けて液晶表示装置を得ることができる。
【００１６】
次に、前述した非晶質シリコンを多結晶化する際の線状エネルギービーム照射について詳細に説明する。
図３に本実施例で用いたエキシマレーザアニール装置の外観を示す。このエキシマレーザアニール装置は、線状エネルギービームを形成する光学系を有している。
【００１７】
図３において、レーザ発振源として、発振波長３０８ｎｍのエキシマレーザ発振源２１を用いた。このエキシマレーザ発振源２１から発振されたエネルギービーム２２は、第１のミラー２３により反射され、進路を変えられ、次いで、ホモジナイザを含む光学系２４を通り、第２のミラー２５により反射され進路を変えられる。
【００１８】
そして、エネルギービームは結像レンズ２６によりステージ台２７上に載せられた基板２８上に、線状ビーム２９として結像される。このステージ台２７は、Ｘ軸方向に移動することができ、一方向光学系の第１のミラーから結像レンズ２６までは一体となってＹ軸方向に移動することができる。つまり、走査方向をＸ軸方向、走査方向に対して垂直方向をＹ軸方向とする。
【００１９】
図４Ａは、線状エネルギービーム強度のＸ軸方向の断面プロファイルを、図４Ｂは、線状エネルギービーム強度のＹ軸方向の断面プロファイルを示しており、その両断面プロファイルはトップフラットの台形プロファイルを示している。線状エネルギービームのＸ軸方向（幅方向）のエネルギー密度均一部の長さは０．４ｍｍであり、Ｙ軸方向（長手方向）のエネルギー密度均一部の長さは１００ｍｍである。ただし、各軸の端部は裾を引いており、エネルギー強度最大値の１０％から９０％の間で、Ｘ軸方向では約０．０５ｍｍ、Ｙ軸方向では約１ｍｍの裾をひいている。
【００２０】
この第１のミラー２３から結像レンズ２６までの光学系は、エネルギービームの発振に同期させて移動させる。そして、エネルギービームの発振周波数は１００Ｈｚで、線状エネルギービームのＸ軸方向のオーバーラップ量が７５％となるように線状エネルギービームの１パルス照射に対してステージ台２９を０．１ｍｍＸ軸方向に移動させる。つまり、線状エネルギービームのＸ軸方向の幅は０．４ｍｍなので、一カ所につき４ショットのエネルギービーム照射が行われることになる。
【００２１】
ここで、本実施例においては、第ｎ＋１列目との重複領域が直線的になるのを防ぐために、第ｎ列目の線状エネルギービーム照射の走査の時に、光学系をＹ軸方向にランダムに振動中心に対して±２ｍｍの範囲で、１ショット０．５ｍｍのステップで移動させている。
【００２２】
次に、第ｎ列目の線状エネルギービームの走査後、第１のミラー２３から結像レンズ２６までの光学系をＹ軸方向に９６ｍｍ移動させ、続いて、第ｎ＋１列目の走査を行う。そして、光学系を第ｎ列目の照射時と同様にＹ軸方向にランダムに最大幅２ｍｍの範囲で１ショット０．５ｍｍのステップで移動させて走査する。このような線状エネルギービームのｎ列とｎ＋１列の走査の状態を図５に模式的に示す。
【００２３】
図７は、走査方向と垂直な方向に振動させつつ走査させた第ｎ列目と第ｎ＋１列目の線状エネルギービームを重ね合わせた場合の、Ｘ軸方向０．１ｍｍ、Ｙ軸方向０．５ｍｍの領域のショット回数を、個別の回数と重ね合わせた回数とを表した図である。図７から、第ｎ列目と第ｎ＋１列目の線状エネルギービームの重複領域のショット回数は、徐々に変化していることが分かる。
【００２４】
図６Ａは線状エネルギービームの第ｎ列目と第ｎ＋１列目の重複領域を示す図、図６Ｂは、Ｙ軸方向に振動する第ｎ列目と第ｎ＋１列目の線状エネルギービームの端部の形状を示す図である。図６Ａおよび６Ｂから明らかなように、線状エネルギービームの第ｎ列目と第ｎ＋１列目の重複領域はランダムな形状とされており、そうすることにより、重複領域と重複していない領域との境界部におけるＴＦＴの特性（特に閾値特性）が徐々に変化していくため、これに起因する表示ムラが視覚的にとらえにくくなり、見た目に良好な画像が得られる。
【００２５】
また、本実施例では第ｎ列目、第ｎ＋１列目ともにＹ軸方向にランダムに動かしながらＸ軸方向に走査したが、例えば、第ｎ列目をランダムに、第ｎ＋１列目を直線状に走査してもかまわないし、また、第ｎ列目をランダムに、第ｎ＋１列目は第ｎ列目と同様の挙動で走査してもかまわない。第ｎ列目と第ｎ＋１列目の境界の形状は、周期関数曲線とすることができる。
【００２６】
以上の例では、光学系をＹ軸方向に移動させることにより線状エネルギービームの振動を行ったが、ステージを移動させることも可能である。
さらに、以上の例では、光学系又はステージをＹ軸方向に移動させることにより、第ｎ列目と第ｎ＋１列目の線状エネルギービームの重複領域を非直線的にしているが、図９に示すように、結像レンズ２６の下に、複数の光変調素子３０を線状エネルギービーム２９に沿って並べた光変調素子アレイ４０を配置し、線状エネルギービームの端部に対応する位置にある光変調素子３０の屈折率又は透過率を変化させても良い。
【００２７】
（実施例２）
次に実施例１とは構成の異なるＴＦＴを例に挙げて説明する。
図１１に本実施例のＴＦＴ２０１の構成を示す。ガラスからなる絶縁基板２０２上に多結晶シリコン層２０３が形成されており、この多結晶シリコン層２０３はチャネル領域２０３ａとこのチャネル領域２０３ａを挟むようにソース領域２０３ｂ及びドレイン領域２０３ｃを有している。その他結晶シリコン層２０３を覆うようにゲート絶縁膜２０４が形成されている。さらにゲート絶縁膜２０４上にゲート電極２０５がパターニング形成されており、ゲート電極２０５を覆うように層間絶縁膜２０６が形成されている。そして層間絶縁膜２０６に設けられたコンタクトホールを介してソース電極２０７とソース領域２０３ｂが、またドレイン領域２０３ｃとドレイン電極２０８がそれぞれ接続している。そしてソース電極２０７に画素電極２０９が接続されている。
【００２８】
次にこのＴＦＴ２０１の製造方法を以下に説明する。まずガラスからなる絶縁基板２０２上におよそ８００オングストロームの非晶質シリコン層をプラズマＣＶＤ法により成膜する。続いてこの非晶質シリコン層に線状エネルギービームを走査しながら照射して多結晶シリコン層２０３とする。このときのエネルギー密度は３００〜５００ｍＪ／ｃｍ2 程度に設定する。そして、実施例１と同様に複数の走査の重複領域が非直線状になるように照射を行う。このようにして形成された多結晶シリコン層２０３を島状にパターニングする。
【００２９】
次に多結晶シリコン層２０３を覆うようにゲート絶縁膜２０４としてＳｉＯｘを成膜し、ＭｏＷ合金をスパッタ法により堆積させる。堆積したＭｏＷ合金をパターニングしてゲート電極２０５とする。次にこのゲート電極２０５をマスクとして多結晶シリコン層２０３のソース領域２０３ｂ及びドレイン領域２０３ｃとなる領域にイオンドーピングを行う。次にこのゲート電極２０５を覆うように層間絶縁膜２０６としてＳｉＯｘを成膜する。さらにこの状態で先程ドーピングしたイオンの活性化を行い、続いて多結晶シリコン層２０３への水素化を行う。そしてソース領域２０３ｂ及びドレイン領域２０３ｃ上の層間絶縁膜２０６にコンタクトホールを形成し、Ａｌ等のソース電極２０７およびドレイン電極２０８をそれぞれソース領域２０３ｂ、ドレイン領域２０３ｃに接続するように形成する。
【００３０】
以上の実施例１、２では、画素領域のＴＦＴの製造に本発明を適用したが、周辺の駆動回路、即ち図８に示すＸドライバ、Ｙドライバに本発明を適用することも可能である。この場合、Ｘドライバが第ｎ列目と第ｎ＋１列目の線状エネルギービームの重複領域を横切らないように、線状エネルギービームの走査方向をＸドライバの延びる方向と平行にして、線状エネルギービームの重複領域をＸドライバから外すことが好ましい。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によればＴＦＴを形成する際に、線状エネルギービームを複数回走査する場合、重複して照射される領域を非直線的にすることにより、エネルギービーム照射量による個々のＴＦＴの特性差に起因する表示ムラを視覚的にとらえにくくすることができ、その結果、良好な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における液晶表示装置の薄膜トランジスタを示す断面図である。
【図２】図１に示す薄膜トランジスタの製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例に使用されるエキシマレーザアニール装置の外観図である。
【図４】本発明の実施例に使用される線状エネルギービームのＸ軸方向、Ｙ軸方向それぞれにおける照射幅とエネルギー強度の関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例における第ｎ列と第ｎ＋１列の走査の状態を模式的に示す図である。
【図６】本発明の実施例における第ｎ列目と第ｎ＋１列目の線状エネルギービーム照射の重複領域を示す拡大図である。
【図７】本発明の実施例における第ｎ列目と第ｎ＋１列目の線状エネルギービームを重ね合わせた場合のショット回数の、個別の回数と重ね合わせた回数とを表した図である。
【図８】本発明の実施例における周辺駆動回路を含む液晶表示装置を模式的に示す図である。
【図９】本発明に適用される線状エネルギービームの重複領域を非直線的にする他の装置を示す図である。
【図１０】本発明の実施例における液晶表示装置の断面図である。
【図１１】本発明の実施例２における薄膜トランジスタの断面図である。
【符号の説明】
１、２０２…絶縁基板
４、２０９…画素電極
５、２０７…ソース電極
６、２０８…ドレイン電極
７、２０３…半導体層
７ａ…活性層
８、２０４…ゲート絶縁膜
１１、２０５…ゲート電極
１３…保護膜
２１…レーザ発振源
２６…結像レンズ
２７…ステージ台
２８…基板
２９…線状ビーム
【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】
0003825515.tif 000011
【図１１】
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