JP2900229B2 - 半導体装置およびその作製方法および電気光学装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本明細書で開示する発明は、樹脂
基板（工業用プラスチク基板を含む）等の可撓性（フセ
キシブルな機械的な性質）を有する基板上に形成された
薄膜トランジスタの構成およびその作製方法に関する。
また、この薄膜トランジスタを用いて構成されたアクテ
ィブマトリクス型の液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガラス基板や石英基板上に形成された薄
膜トランジスタが知られている。このガラス基板上に形
成される薄膜トランジスタは、アクティブマトリクス型
の液晶表示装置に主に利用されている。アクティブマト
リクス型の液晶表示装置は、高速動画や微細な表示を行
うことができるので、単純マトリクス型の液晶表示装置
に代わるものと期待されている。

【０００３】アクティブマトリクス型の液晶表示装置と
いうのは、各画素のそれぞれに１つ以上の薄膜トランジ
スタをスイッチング素子として配置し、画素電極に出入
りする電荷をこの薄膜トランジスタで制御するものであ
る。基板としてガラス基板や石英基板が用いられるの
は、液晶表示装置を可視光が透過する必要があるからで
ある。

【０００４】一方、液晶表示装置は極めて応用範囲の広
い表示手段として期待されている。例えば、カード型の
計算機や携帯型のコンピュータ、さらには各種通信機器
等の携帯型の電子機器に用いられる表示手段として期待
されている。そしてこれら携帯型の電子機器に利用され
る表示手段においては、取り扱う情報の高度化に従っ
て、より高度な情報の表示が求められている。例えば、
数字や記号のみではなく、より微細な画像情報や動画を
表示する機能が求められれている。

【０００５】液晶表示装置により微細な画像情報や動画
を表示する機能を求める場合、アクティブマトリクス型
の液晶表示装置を利用する必要がある。しかし、基板と
してガラス基板や石英基板を用いた場合、 ・液晶表示装置自体の厚さを薄くすることに限界があ
る。 ・重量が大きくなる。 ・軽量化しようとして基板の厚さを薄くすると、基板が
割れる。 ・基板に柔軟性がない。 といった問題を有している。

【０００６】特にカード型の電子機器は、その取扱にお
いて、多少の応力が働いても破損しない柔軟性が要求さ
れるので、その電子機器に組み込まれる液晶表示装置に
も同様な柔軟性（フレキシビリティー）が要求される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本明細書で開示する発
明は、柔軟性を有するアクティブマトリクス型の液晶表
示装置を提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】液晶表示装置に柔軟性を
与える方法としては、基板として透光性を有するプラス
チック基板や樹脂基板を用いる方法がある。しかし、樹
脂基板はその耐熱性の問題からその上に薄膜トランジス
タを形成することは技術的に困難であるという問題があ
る。

【０００９】そこで、本明細書で開示する発明は、以下
に示すような構成を採用することにより、上記の困難性
を解決することを特徴とする。本明細書で開示する発明
の一つは、フィルム状の樹脂基板と、前記樹脂基板の表
面に形成された樹脂層と、前記樹脂層上に形成された薄
膜トランジスタと、を有することを特徴とする。

【００１０】上記構成の具体的な例を図１に示す。図１
に示す構成においては、フィルム状の樹脂基板であるＰ
ＥＴフィルム（厚さ１００μｍ）に接して、樹脂層１０
２が形成されており、さらにその上にＩｎｖｅｒｔｅｄ
ｓｔａｇｇｅｒｅｄ型の薄膜トランジスタが形成され
ている。

【００１１】フィルム状の樹脂基板としては、ＰＥＴ
（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレ
ンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエチレンサルファイ
ル）、ポリイミドから選ばれたものを用いることができ
る。ここで必要とされる条件は、可撓性を有すること、
それに透光性を有すること、である。またなるべく高い
温度に耐えることができることが望ましい。一般的にこ
れら樹脂基板は、加熱温度を２００℃程度以上に上げて
いくと、表面にオリゴマー（直径１μｍ程度の重合体）
が析出したり、ガスを発生したりし、その上に半導体層
を形成することは著しく困難になる。従って、その耐熱
温度がなるべく高いものである必要がある。

【００１２】上記構成において樹脂層は、樹脂基板の表
面を平坦化するための機能を有している。この平坦化と
いう意味には、半導体層の形成等の加熱が伴う工程にお
いて、樹脂基板の表面にオリゴマーが発生することを防
ぐ機能も含まれる。

【００１３】この樹脂層としては、アクリル酸メチルエ
ステル、アクリル酸エチルエステル、アクリル酸ブチル
エステル、アクリル酸２─エチルヘキシルエステルから
選ばれたアクリル樹脂を用いることができる。この樹脂
層を形成することで、樹脂基板を用いた場合でも、上述
した薄膜トランジスタを作製する場合の不都合を抑制す
ることができる。

【００１４】他の発明の構成は、フィルム状の樹脂基板
上に樹脂層を形成する工程と、前記樹脂層上に半導体層
をプラズマＣＶＤ法で形成する工程と、前記半導体層を
用いて薄膜トランジスタを形成する工程と、を有するこ
とを特徴とする。

【００１５】他の発明の構成は、フィルム状の樹脂基板
を所定の温度で加熱処理し樹脂基板からの脱ガス化を計
る工程と、フィルム状の樹脂基板上に樹脂層を形成する
工程と、前記樹脂層上に半導体層をプラズマＣＶＤ法で
形成する工程と、前記半導体層を用いて薄膜トランジス
タを形成する工程と、を有することを特徴とする。

【００１６】上記構成において、加熱処理を施し樹脂基
板からの脱ガス化を計るのは、後の加熱を従うプロセス
において、樹脂基板から脱ガス化現象が起こることを防
ぐためである。例えば、樹脂基板上に半導体薄膜を形成
している最中に樹脂基板からの脱ガス化が起こると、半
導体薄膜に大きなピンホールが形成されることになり、
その電気特性は大きく損なわれたものとなってしまう。
従って、予め後のプロセス中において加えられる加熱温
度よりも高い温度で加熱処理を行い、樹脂基板中からの
脱ガス化を行っておくことによって、後の工程における
樹脂基板からの脱ガス現象を抑制することができる。

【００１７】他の発明の構成は、フィルム状の樹脂基板
を所定の温度で加熱処理する工程と、フィルム状の樹脂
基板上に樹脂層を形成する工程と、前記樹脂層上に半導
体層をプラズマＣＶＤ法で形成する工程と、前記半導体
層を用いて薄膜トランジスタを形成する工程と、を有
し、前記プラズマＣＶＤ法での半導体層の形成に際し
て、前記所定の温度以下の温度で加熱を行うことを特徴
とする。

【００１８】他の発明の構成は、フィルム状の樹脂基板
を所定の温度で加熱処理する工程と、フィルム状の樹脂
基板上に樹脂層を形成する工程と、前記樹脂層上に半導
体層をプラズマＣＶＤ法で形成する工程と、前記半導体
層を用いて薄膜トランジスタを形成する工程と、を有
し、前記所定の温度は、他の工程における加熱温度より
高い温度であることを特徴とする。

【００１９】他の発明の構成は、一対のフィルム状の樹
脂基板と、前記樹脂基板間に保持された液晶材料と、前
記一対の樹脂基板の少なくとも一方の表面上に形成され
た画素電極と、前記画素電極に接続された薄膜トランジ
スタと、を有し、前記薄膜トランジスタは樹脂基板上に
形成されており、前記一対のフィルム状の樹脂基板の表
面にはその表面を平坦化するための樹脂層が形成されて
いることを特徴とする。

【００２０】上記構成の具体的な例を図３に示す。図３
に示す構成には、一対の樹脂基板３０１と３０２、これ
ら樹脂基板間に保持された液晶材料３０９、画素電極３
０６、画素電極３０６に接続された薄膜トランジスタ３
０５、樹脂基板３０１の表面を平坦化するための樹脂層
３０３が示されている。

【００２１】

【実施例】

〔実施例１〕本実施例は、Ｉｎｖｅｒｔｅｄ ｓｔａｇ
ｇｅｒｅｄ型の薄膜トランジスタを有機樹脂基板である
ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）基板上に形成す
る例を示す。

【００２２】まず図１（Ａ）に示すように厚さ１００μ
ｍのＰＥＴフィルム１０１を用意し、脱ガス化のための
加熱処理を加える。この加熱処理は、後のプロセスにお
いて加わる最も高い温度以上の温度である必要がある。
本実施例で示すプロセスでは、プラズマＣＶＤ法による
非晶質珪素膜の成膜時における１６０℃の温度が最高加
熱温度であるので、このＰＥＴフィルムからの脱ガス化
を計るための加熱処理は１８０℃で行う。

【００２３】このＰＥＴフィルム上にアクリル樹脂の層
１０２を形成する。アクリル樹脂としては例えばアクリ
ル酸メチルエステルを用いることができる。このアクリ
ル樹脂の層１０２は、後の熱が加わるプロセスにおい
て、ＰＥＴフィルムの表面にオリゴマーが発生すること
を防ぐためのものである。また、このアクリル樹脂の層
１０２は、ＰＥＴフィルム表面の凹凸を平坦にする機能
を有している。一般にＰＥＴフィルムの表面は普通数百
Å〜１μｍオーダーの凹凸を有している。このような凹
凸は、厚さが数百Åである半導体層に対して電気的に大
きな影響を与えるこになる。従って、半導体層が形成さ
れる下地を平坦化することは極めて重要なこととなる。

【００２４】次にアルミニウムでなるゲイト電極１０３
を形成する。このゲイト電極の形成は、スパッタ法によ
ってアルミニウム膜２０００〜５０００Å（ここでは３
０００Å）の厚さに成膜し、さらにフォトリソグラフィ
ー工程による公知のパターニングを行うことにより行わ
れる。またパターンの側面はテーパー状になるようにエ
ッチングを行う。（図１（Ａ））

【００２５】次にゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素
膜１０４をスパッタ法で１０００Åの厚さに成膜する。
ゲイト絶縁膜としては、酸化珪素膜ではなく窒化珪素膜
を用いてもよい。

【００２６】次にプラズマＣＶＤ法を用いて実質的に真
正（Ｉ型）の非晶質珪素膜１０５を５００Åの厚さに成
膜する。以下に成膜条件を示す。

【００２７】 成膜温度（基板を加熱する温度） １６０℃ 反応圧力 ０．５Ｔｏｒｒ ＲＦ（13.56 ＭＨｚ） ２０ｍＷ／ｃｍ² 反応ガス ＳｉＨ₄ ここでは平行平板型のプラズマＣＶＤ装置を用いて成膜
を行う。また加熱は、樹脂基板が置かれる基板ステージ
内に配置されたヒーターによる基板の加熱温度である。
このようにして図１（Ｂ）に示す状態を得る。

【００２８】さらに後の工程において、エッチングスト
ッパーして機能する酸化珪素膜をスパッタ法で成膜し、
パターニングを施すことによりエッチングストッパー１
０６を形成する。

【００２９】次にＮ型の非晶質珪素膜１０７を平行平板
型のプラズマＣＶＤ法で３００Åの厚さに成膜する。以
下に成膜条件を示す。 成膜温度（基板を加熱する温度） １６０℃ 反応圧力 ０．５Ｔｏｒｒ ＲＦ（13.56 ＭＨｚ） ２０ｍＷ／ｃｍ² 反応ガス Ｂ₂Ｈ₆／ＳｉＨ₄＝１／１００

【００３０】こうして図１（Ｃ）に示す状態を得る。そ
の後、Ｎ型の非晶質珪素膜１０７と実質的に真正（Ｉ
型）の非晶質珪素膜１０５とに対してドッライエッチン
グによるパターニングを行う。そしてアルミニウム膜を
３０００Åの厚さにスパッタ法で成膜する。さらにこの
アルミニウム膜とその下のＮ型の非晶質珪素膜とをエッ
チングすることにより、ソース電極１０８とドレイン電
極１０９を形成する。このエッチング工程において、エ
ッチングストッパー１０６の作用によって、ソース／ド
レインの分離が確実に行われる。（図１（Ｄ））

【００３１】そして、酸化珪素膜またはポリイミド等の
樹脂材料を用いて層間絶縁層１１０を６０００Åの厚さ
に形成する。酸化珪素膜を形成する場合には、酸化珪素
被膜形成用の塗布液を用いればよい。最後にコンタクト
ホールの形成を行い、ＩＴＯを用いて画素電極１１１を
形成する。以上のようにして、透光性を有する樹脂基板
を用いて、アクティブマトリクス型の液晶表示装置の各
画素電極に配置される薄膜トランジスタを得ることがで
きる。（図１（Ｅ））

【００３２】〔実施例２〕本実施例は、実施例１に示し
た薄膜トランジスタを利用して、アクティブマトリクス
型の液晶表示装置を構成する場合の例を示す。図３に本
実施例に示す液晶電気光学装置の断面を示す。

【００３３】図３において、３０１と３０２とが一対の
基板を構成する厚さ１００μｍのＰＥＴフィルムであ
る。３０３で示されるのが平坦化層として機能するアク
リル樹脂層である。３０６が画素電極である。図３に
は、２画素分の構成が示されている。

【００３４】３０４は対向電極である。そして３０７と
３０８が液晶３０９を配向させる配向膜である。液晶３
０９は、ＴＮ型液晶やＳＴＮ型液晶、さらには強誘電性
液晶等を用いることができる。一般的にＴＮ液晶が利用
される。また液晶層の厚さとしては、数μｍ〜１０μｍ
程度が利用される。

【００３５】画素電極３０６には、薄膜トランジスタ３
０５が接続されており、この画素電極３０６に出入りす
る電荷は、薄膜トランジスタ３０５によって制御され
る。ここでは、１つの画素電極３０６における構成を代
表的に示すが、他に必要とする数で同様な構成が形成さ
れる。

【００３６】図３に示すような構成においては、基板３
０１と３０２とが、可撓性を有しているので、液晶パネ
ル全体をフレキシブルなものとすることができる。

【００３７】〔実施例３〕本実施例は、アクティブマト
リクス型の液晶表示装置に利用されるＣｏｐｌａｎａｒ
型の薄膜トランジスタを作製する場合の例を示す。図２
に本実施例に示す薄膜トランジスタの作製工程を示す。
まずフィルム状の有機樹脂基板として、厚さ１００μｍ
のＰＥＴフィルム２０１を用意する。そして１８０℃の
加熱処理を加えて、ＰＥＴフィルム中からの脱ガス化を
促進させる。そしてその表面にアクリル樹脂からなる層
２０２を形成する。ここでは、アクリル樹脂としてアク
リル酸エチルエステルを用いる。

【００３８】次にチャネル形成領域が形成される実質的
に真正（Ｉ型）な半導体層２０３をプラズマＣＶＤ法で
成膜する。以下に成膜条件を示す。 成膜温度（基板を加熱する温度） １６０℃ 反応圧力 ０．５Ｔｏｒｒ ＲＦ（13.56 ＭＨｚ） ２０ｍＷ／ｃｍ² 反応ガス ＳｉＨ₄ ここでは平行平板型のプラズマＣＶＤ装置を用いて成膜
を行う。

【００３９】さらにＮ型の非晶質珪素膜を平行平板型の
プラズマＣＶＤ法で３００Åの厚さに成膜する。以下に
成膜条件を示す。 成膜温度（基板を加熱する温度） １６０℃ 反応圧力 ０．５Ｔｏｒｒ ＲＦ（13.56 ＭＨｚ） ２０ｍＷ／ｃｍ² 反応ガス Ｂ₂Ｈ₆／ＳｉＨ₄＝１／１００

【００４０】そしてＮ型の非晶質珪素膜をパターニング
して、ソース領域２０５とドレイン領域２０４を形成す
る。（図２（Ａ））

【００４１】そしてゲイト絶縁膜として機能する酸化珪
素膜または窒化珪素膜をスパッタ法で成膜し、パターニ
ングを施すことにより、ゲイト絶縁膜２０６を形成す
る。さらにアルミニウムによりゲイト電極２０７を形成
する。（図２（Ｂ））

【００４２】次に層間絶縁膜としてポリイミドの層２０
８を５０００Åの厚さに成膜する。さらにコンタクトホ
ールの形成を行い、画素電極となるＩＴＯ電極２０９を
スパッタ法で形成し、薄膜トランジスタを完成させる。
（図２（Ｃ））

【００４３】〔実施例４〕本実施例では、実施例１また
は実施例２に示した構成において、半導体層を微結晶半
導体膜で構成する場合の例を示す。まず実質的に真正な
半導体層を微結晶（マイクロクリスタル）半導体層とす
る場合の成膜条件を示す。 成膜温度（基板を加熱する温度） １６０℃ 反応圧力 ０．５Ｔｏｒｒ ＲＦ（13.56 ＭＨｚ） １５０ｍＷ／ｃｍ² 反応ガス ＳｉＨ₄／Ｈ₂＝１／３０ ここでは平行平板型のプラズマＣＶＤ装置を用いて成膜
を行う。

【００４４】次にＮ型の微晶質珪素膜を成膜する場合の
成膜条件を示す。この場合も平行平板型のプラズマＣＶ
Ｄ装置を用いて成膜を行う場合の例である。 成膜温度（基板を加熱する温度） １６０℃ 反応圧力 ０．５Ｔｏｒｒ ＲＦ（13.56 ＭＨｚ） １５０ｍＷ／ｃｍ² 反応ガス Ｂ₂Ｈ₆／ＳｉＨ₄＝１／１００

【００４５】一般的に投入パワーを１００〜２００ｍＷ
／ｃｍ²とすることによって、微結晶珪素膜を得ること
ができる。またＩ型の半導体層の場合には、パワーを高
くするのに加えて、シランを水素で１０〜５０倍程度希
釈すると効果的である。しかしながら水素希釈を行う
と、成膜速度が低下する。

【００４６】〔実施例５〕本実施例は、他の実施例で示
すようなプラズマＣＶＤ法で形成れた珪素膜に対して、
フィルム状の基体（基板）を加熱しない程度のパワーで
レーザー光を照射する構成に関する。

【００４７】ガラス基板上に形成された非晶質珪素膜に
対してレーザー光（例えばＫｒＦエキシマレーザー光）
を照射して、結晶性珪素膜に変成する技術が知られてい
る。また珪素膜に対して、一導電型を付与する不純物イ
オンを注入した後に、レーザー光を照射することによっ
て、結晶化（イオンの注入により珪素膜は非晶質化す
る）と不純物イオンの活性化を行う技術が知られてい
る。

【００４８】本実施例に示す構成は、上記のようなレー
ザー光の照射プロセスを利用したものであって、図１の
非晶質珪素膜１０５や図２の非晶質珪素膜２０３や２０
４に対して極弱いレーザー光を照射し、非晶質珪素膜を
結晶化させることを特徴とする。また予め成膜される膜
が微結晶珪素膜である場合には、その結晶性を向上させ
ることができる。

【００４９】レーザー光としては、ＫｒＦエキシマレー
ザーやＸｅＣｌエキシマレーザーを用いればよい。また
その照射エネルギーは、１０〜５０ｍＪ／ｃｍ²とし、
樹脂基板１０１または２０１に対して熱的なダメージを
与えないようにすることが重要である。

【００５０】

【発明の効果】本明細書に開示する発明を採用すること
により、アクティブマトリクス型の液晶表示装置におい
て、 ・装置自体の厚さを薄くすることができる。 ・重量を軽くすることができる。 ・外力によって基板が割れたりしないものを得ることが
できる。 ・柔軟性を有するものを得ることができる。 このような液晶表示装置は、広い用途に利用することが
でき、極めて有用なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の薄膜トランジスタの作製工程を示す
図。

【図２】 実施例の薄膜トランジスタの作製工程を示す
図。

【図３】 液晶パネルの断面の概略を示す図。

【符号の説明】

１０１、２０１ ＰＥＴフィルム基板（ポリエチレ
ンテレフタレート） ３０１、３０２ １０２、２０２ アクリル樹脂層 ３０３ １０３、２０７ ゲイト電極 １０４、２０６ ゲイト絶縁膜 １０５、２０３ 実質的に真正な非晶質珪素膜 １０６ エッチングストッパー層 １０７ Ｎ型の非晶質珪素膜 １０８ ソース電極 １０９ ドレイン電極 １１０ 層間絶縁膜 １１１、２０９ 画素電極 ２０５ ソース領域 ２０４ ドレイン領域 ３０４ 対向電極 ３０５ 薄膜トランジスタ ３０６ 画素電極 ３０７、３０８ 配向膜 ３０９ 液晶材料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−33863（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−66865（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−35574（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−184424（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 29/786 H01L 21/336 G02F 1/136 500

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フィルム状の樹脂基板と、 前記樹脂基板の表面に形成された樹脂層と、 前記樹脂層上に形成された薄膜トランジスタと、 を有することを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記樹脂層の表面は平
   坦化されていることを特徴とする半導体装置。
3. 【請求項３】請求項１において、前記樹脂層はアクリル
   樹脂からなることを特徴とする半導体装置。
4. 【請求項４】フィルム状の樹脂基板上に樹脂層を形成す
   る工程と、 前記樹脂層上に半導体層をプラズマＣＶＤ法で形成する
   工程と、 前記半導体層を用いて薄膜トランジスタを形成する工程
   と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
5. 【請求項５】フィルム状の樹脂基板を所定の温度で加熱
   処理し前記樹脂基板からの脱ガス化を計る工程と、前記 樹脂基板上に樹脂層を形成する工程と、 前記樹脂層上に半導体層をプラズマＣＶＤ法で形成する
   工程と、 前記半導体層を用いて薄膜トランジスタを形成する工程
   と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
6. 【請求項６】フィルム状の樹脂基板を所定の温度で加熱
   処理する工程と、前記 樹脂基板上に樹脂層を形成する工程と、 前記樹脂層上に半導体層をプラズマＣＶＤ法で形成する
   工程と、 前記半導体層を用いて薄膜トランジスタを形成する工程
   と、 を有し、 前記プラズマＣＶＤ法での半導体層の形成に際して、前
   記所定の温度以下の温度で前記樹脂基板を加熱すること
   を特徴とする半導体装置の作製方法。
7. 【請求項７】フィルム状の樹脂基板を所定の温度で加熱
   処理する工程と、前記 樹脂基板上に樹脂層を形成する工程と、 前記樹脂層上に半導体層をプラズマＣＶＤ法で形成する
   工程と、 前記半導体層を用いて薄膜トランジスタを形成する工程
   と、 を有し、 前記所定の温度は、他の工程における加熱処理温度より
   高い温度であることを特徴とする半導体装置の作製方
   法。
8. 【請求項８】一対のフィルム状の樹脂基板と、 前記樹脂基板間に保持された液晶材料とを有する電気光
   学装置において、 前記樹脂基板の少なくとも一方の基板上に形成された薄
   膜トランジスタと、 前記薄膜トランジスタに接続された画素電極と、 を有し、 前記一方の基板の表面には平坦化された表面を有する樹
   脂層が形成されていることを特徴とする電気光学装置。