显示装置及其制造方法

专利名称：显示装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及显示装置，特别是涉及针对具备薄膜晶体管和保持电容 的有源矩阵型显示装置的结构及其制造方法。
背景技术：
以往，作为一般的薄型面板之一的液晶显示装置(LCD)有效地利 用低功耗和小型轻量的优点而被广泛地应用于个人计算机的监视器和 便携式信息终端设备的监视器等。另外，近年来，作为TV用途也得到 广泛应用，将要取代现有的阴极射线管。进而，在解决了在液晶显示装
置中成为问题的视角和对比度的限制、以及对应动态图像的高速响应的 追踪困难这样的问题的自发光型中，EL元件有效地利用了宽视角、高 对比度、高速响应等LCD所没有的特长，将EL元件之类的发光体用于 图像显示部的电致发光型EL显示装置也被用作下一代的薄型面板用器 件。
在这样的显示装置的像素区形成有薄膜晶体管(TFT)等开关元件。 作为常用的TFT，可举出使用了半导体膜的MOS结构。作为TFT的结 构，有反交错型和顶栅型这些种类，另外，硅膜等半导体膜也有非晶半 导体膜和多晶半导体膜的分类，而这些要根据显示装置的用途或性能适 当地加以选择。在中型或大型的面板中，采取使用了非晶半导体膜的薄 膜晶体管(a-SiTFT)，而在小型面板中，就可提高显示区的开口率这 一点而言，多是使用可使TFT小型化的多晶半导体膜。
也就是说，通过在显示区采用使用了多晶半导体膜的薄膜晶体管 (LTPS-TFT),从而不仅可减小每个像素的开关晶体管的电容，也可 缩小与漏极侧连接的保持电容的面积，因此能够实现高分辨率且高开口 率的液晶显示装置。进而，通过将LTPS-TFT不仅用作显示区，也用 作显示装置周边的电路，从而可削减IC和IC安装基板，简化显示装置 的周边，因此能实现窄边框且高可靠性的显示装置。因此，在移动电话 使用程度的小型面板的QVGA (像素数240x320)或VGA (像素数 480x640)的高分辨率液晶显示装置中，LTPS-TFT起主导的作用。这 样，LTPS-TFT与a-SiTFT相比，在性能方面有较大的优点，预计今 后高精细化会进一步取得进展。
作为在LTPS-TFT中所用的多晶半导体膜的制作方法，我们知 道，首先在作为基板上的基底膜所形成的氧化硅膜等的上层形成非晶 半导体膜后，通过照射激光而使半导体膜多晶化的方法。还知道，在 制作了这样的多晶半导体膜后制造TFT的方法。具体地说，首先在基 板上所形成的多晶半导体膜上形成由氧化硅膜构成的栅绝缘膜并形 成栅电极后，以该栅电极为掩模，经栅绝缘膜向多晶半导体膜导入磷 或硼等杂质，从而形成源漏区。其后，在形成了层间绝缘膜用以覆盖 栅电极和栅绝缘膜后，在层间绝缘膜和栅绝缘膜内开口出到达源漏区 的接触孔。在层间绝缘膜上形成金属膜，并进行构图以形成源漏电 极，以便经接触孔与源漏区连接。(例如，参照专利文献l、 2)其后， 通过形成像素电极和自发光元件，使之与漏电极连接，从而形成有源 矩阵型显示装置。
在LTPS-TFT中， 一般采用上述说明过的顶栅型的TFT。在这 样的TFT中，作为栅绝缘膜，以100nm左右的非常薄的膜厚所形成 的氧化硅膜被栅电极与多晶半导体膜夹持，形成MOS结构。进而， 由于该氧化硅膜的膜厚非常薄，故通过兼用作与TFT同时形成的保持 电容的电介质绝缘膜，也有可减小保持电容的面积的效果。此时，为 了形成保持电容， 一般来说，首先在经栅绝缘膜向下层的多晶半导体 膜导入磷或硼等杂质使之低电阻化后，在栅绝缘膜上形成导电膜图 形，使之经栅绝缘膜与低电阻化了的多晶半导体膜对置。(例如，参 照专利文献3)
可是，在有源矩阵型显示装置的每个像素中配置的保持电容的结 构在LTPS-TFT与a-Si-TFT中有很大的不同。在与LTPS - TFT 同时形成的保持电容的情况下，相当于下部电极的是通过杂质的导入 而低电阻化了的多晶半导体膜，相当于电介质绝缘膜的是膜厚非常薄 的栅绝缘膜。另一方面，在与a-Si TFT-同时形成的保持电容中，用 于栅布线和源布线的金属膜之间多采取夹持具有300~700nm左右的 膜厚的绝缘膜的结构。因此，如先前说明过的，所需的保持电容的面 积以LTPS - TFT较小即可。
但是，在LTPS-TFT的情况下，由于构成保持电容的一个电极
的不是金属膜，而是多晶半导体膜，故随之出现高电阻的问题。 一般 来说，导入磷等杂质进行低电阻化，但即便如此，通过薄层电阻换算，
最多也只能降低至几kQ/口左右。因此，例如从TFT到保持电容将多 晶半导体膜迂回布线时就会出现大的问题。进而，源于多晶半导体膜
本身所具有的半导体的性质，保持电容产生了电压依赖性，从而也存 在得不到与绝缘膜的膜厚对应的所希望的电容值，使有源矩阵型显示 装置的显示品质下降的问题。为了解决这样的问题，例如可考虑在多 晶半导体膜的下层预先形成金属等的导电膜的技术，但激光等的高温 处理导致在半导体膜结晶化时导电膜对结晶化产生不良影响，不能得 到优质的多晶半导体膜，从这一点看，该技术是不现实的。(例如， 参照专利文献4)日本专利公开2003 - 75870号公报(图1)日本专利公开平11 -261076号公报(图1)日本专利公开2000 - 206566号公报(图1 )日本专利公开平10- 177163号公报(图10)

发明内容
本发明是为了解决上述那样的问题而进行的，其目的在于，在具备 了具有半导体膜的保持电容和薄膜晶体管的显示装置中，通过不影响对 半导体膜的高温处理地形成无电压依赖性的保持电容，从而使显示装置 的显示品质得到提高。
在本发明的显示装置中，其特征在于，在以往用作保持电容的下部 电极的多晶半导体膜的上层层叠导电膜。
在本发明的显示装置中，由于在作为保持电容的下部电极的多晶半 导体膜的上层层叠导电膜，故可得到与绝缘膜的膜厚对应的所希望的保 持电容值，并可提高显示装置的显示品质。


图1是表示构成显示装置的TFT基板的结构的平面图。
图2是表示构成实施方式1的显示装置的TFT和保持电容的结构的 剖面图。
图3是表示构成实施方式1的显示装置的TFT和保持电容的制造方
法的制造工序的剖面图。
图4是表示构成实施方式1的显示装置的TFT和保持电容的制造方 法的制造工序的剖面图。
图5是表示构成实施方式1的显示装置的TFT和保持电容的制造方 法的制造工序的剖面图。
图6是表示构成实施方式1的显示装置的TFT和保持电容的制造方 法的制造工序的剖面图。
图7是表示构成实施方式1的显示装置的TFT和保持电容的制造方 法的制造工序的剖面图。
图8是表示构成实施方式2的显示装置的TFT和保持电容的结构的
剖面图。
图9是表示构成实施方式3的显示装置的TFT和保持电容的结构的 剖面图。
图10是表示构成实施方式4的显示装置的TFT和保持电容的结构 的剖面图。
图11是表示构成实施方式4的显示装置的TFT和保持电容的制造 方法的制造工序的剖面图。
图12是表示构成实施方式4的显示装置的TFT和保持电容的制造 方法的制造工序的剖面图。
具体实施方式
实施方式1
首先，说明构成本发明的显示装置的TFT基板。图l是表示显示装 置中所用的TFT基板的结构的正视图。虽然以液晶显示装置为例说明本 发明的显示装置，但这毕竟是例示性的，也可采用有机EL显示装置等 平面型显示装置(平板显示器)等。
本发明的显示装置具有TFT基板U0。 TFT基板110例如是TFT 阵列基板。在TFT基板110上，设置显示区lll和包围显示区111而设 置的边框区112。在该显示区lll上，形成有多条栅布线(扫描信号线) 121和多条源布线(显示信号线)122。多条栅布线121被平行地设置。 同样，多条源布线122也被平行地设置。栅布线121与源布线122相互 交叉地形成。栅布线121与源布线122正交 而且，由邻接的栅布线121
和源布线122包围的区域成为像素117。因此，在TFT基板UO上，像 素117被排列成矩阵状。进而，与栅布线121平行地形成有横截像素117 的蓄积电容布线123。
进而，在TFT基板110的边框区112，设置有扫描信号驱动电路115 和显示信号驱动电路116。栅布线121从显示区111被延伸设置到边框 区112。栅布线121在TFT基板110的端部，与扫描信号驱动电路115 连接。源布线122也同样地从显示区111被延伸设置到边框区112。源 布线122在TFT基板U0的端部，与显示信号驱动电路U6连接。在扫 描信号驱动电路115的附近，连接有外部布线118。另外，在显示信号 驱动电路116的附近，连接有外部布线119。外部布线118、 119例如是 FPC ( Flexible Printed Circuit:柔性印刷电路)等的布线基板。
经外部布线U8、 119对扫描信号驱动电路U5和显示信号驱动电 路U6供给来自外部的各种信号。扫描信号驱动电路U5根椐来自外部 的控制信号，对栅布线121供给栅信号(扫描信号)。按照该栅信号， 依次选择栅布线121。显示信号驱动电路U6根据来自外部的控制信号 或显示数椐，对源布线122供给显示信号。由此，可对各像素117供给 与显示数据对应的显示电压。
在像素U7内，形成有至少1个TFT120和与TFT120连接的保持 电容130。 TFT120被配置在源布线122与栅布线121的交叉点附近。例 如，该TFT120对像素电极供给显示电压。即，通过来自栅布线121的 栅信号，使作为开关元件的TFT120导通。由此，从源布线122对与 TFT的漏电极连接的像素电极施加显示电压。而且，在像素电极与对置 电极之间，产生与显示电压对应的电场。另一方面，对于保持电容130， 不仅与TFT120连接，还经保持电容布线123与对置电极电连接。因此， 保持电容130跟像素电极与对置电极之间的电容并联连接。另外，在TFT 基板110的表面上，形成有取向膜(未图示)。
进而，在TFT基板IIO上对置地配置有对置基板。对置基板例如是 滤色器基板，被配置在观察侧。在对置基板上，形成有滤色器、黑矩阵 (BM)、对置电极和取向膜等。再有，对置电极也有被配置在TFT基 板IIO侧的情况。而且，在TFT基板IIO与对置电极之间夹持有液晶层。 即，在TFT基板110与对置电极之间注入有液晶。进而，在TFT基板 110与对置电极的外侧的面上，设置有偏振板和相位差板等。另外，在液晶显示面板的反观察侧配设有背光单元等。
由像素电极与对置电极之间的电场来驱动液晶。即，基板间的液晶 的取向方向发生变化。由此，通过液晶层的光的偏振状态发生变化。即， 通过偏振板后成为线偏振光的光的偏振状态因液晶层而发生变化。具体 地说，来自背光单元的光因阵列基板侧的偏振板而成为线偏振光。而 且，利用该线偏振光通过液晶层，从而使其偏振状态发生变化。
因此，通过对置基板侧的偏振板的光量随偏振状态而变化。即，从 背光单元透过液晶显示面板的透射光之中通过观察侧的偏振板的光的 光量发生变化。液晶的取向方向随所施加的显示电压而变化。因此，通 过控制显示电压，可使通过观察侧的偏振板的光量发生变化。即，通过 按每个像素来改变显示电压，从而可显示所希望的图像。再有，在这一
系列的工作中，在保持电容130中，通过跟像素电极与对置电极之间的 电场并列地形成电场，从而有助于显示电压的保持。
接着，用图2说明设置在TFT基板110上的TFT120和保持电容 130的结构。图2是实施方式1的显示装置中的TFT120和保持电容130 的剖面图。在作为绝缘性基板的玻璃基板1上的SiN膜2和Si02膜3 上形成有由多晶硅等构成的半导体层4。半导体层4在TFT120中具有 源区4a、沟道区4c、漏区4b，在保持电容130中具有保持电容下部4d。 源区4a和漏区4b中被导入杂质，形成比沟道区4c低的电阻。另外，在 保持电容下部4d上形成有导电膜5，保持电容下部4d与导电膜5的层 叠结构具有作为保持电容130的下部电极的功能。再有，在图2中，虽 未对保持电容下部4d与漏区4b的边界进行记述，但相当于导电膜5的 下部的部分在以下作为保持电容下部4d进行说明。接着，形成有由Si02 构成的栅绝缘膜6，使之覆盖在半导体层4、导电膜5和Si02膜3上。 在栅绝缘膜6的上层，形成有栅电极7，使之与作为半导体层4的一部 分的沟道区4c对置；形成有保持电容的上部电极8，使之与导电膜5对 置。在此处，保持电容130由半导体层4与导电膜5的层叠结构、保持 电容的上部电极8、和作为电介质绝缘膜的栅绝缘膜6构成。
进而，在以覆盖栅电极7和保持电容的上部电极8的方式形成的第 1层间绝缘膜9和栅绝缘膜6上，开口出第1接触孔10，第l层间绝缘 膜9上的源电极11、漏电极12经第l接触孔10与各个源区4a和漏区 4b连接。在此处，源电极11也可与源布线122形成为一体。在以覆盖
源电极11和漏电极12的方式形成的第2层间绝缘膜13上，开口出第2 接触孔14，第2层间绝缘膜13上形成的像素电极15和漏电极12经第2 接触孔14连接起来。在此处虽未图示，但通过利用像素电极15对液晶、 自发光材料等光电材料施加电压来进行显示。这样，通过使低电阻的导 电膜也具有作为保持电容的下部电极的功能，从而可对下部电极可靠地 施加所希望的电压，起到可形成稳定的电容的效果。通过使用如此完成 的TFT基板UO,可形成无电压依赖性的保持电容，所以具有与绝缘膜 厚对应的所希望的电容值，可得到初期故障少的显示装置。
接着，用图3至图7说明本实施方式1中的显示装置的TFT基板的 制造方法。图3至图7是表示与图2表示的剖面图相关的制造工序的工 序剖面图。首先，参照图3 (a)，在由玻璃或石英等具有光透过性的材 料构成的绝缘性基板即玻璃基板1上，用CVD法形成光透过性的绝缘 膜即SiN膜2或Si02膜3作为半导体层4的基底膜。在本实施方式中， 在玻璃基板上形成以40~60nm的膜厚将SiN膜成膜、进而以180~ 220nm的膜厚将Si02膜成膜的层叠结构。设置这些基底膜的目的在于， 主要是防止来自玻璃基板1的Na等可动离子扩散到半导体层4内，这 些基底膜不限于上述的膜结构和膜厚。
在基底膜上用CVD法形成非晶半导体膜。在本实施方式中，使用 了硅膜作为非晶半导体膜。硅膜以30~ 100nm的膜厚成膜，最好以60 ~ 80nm的膜厚成膜。优选这些基底膜和非晶半导体膜在同一装置或同一 腔室内连续地成膜。由此，可防止存在于大气气氛中的硼等污染物质取 入各膜的界面。再有，优选在非晶半导体膜成膜后在高温中进行退火。 这是为了减少包含于用CVD法成膜的非晶半导体膜的膜中的大量氢而 进行的。在本实施方式中，将在氮气氛的低真空状态下保持的腔室内加 热到480。C左右，将非晶半导体膜成膜后的基板保持45分钟。通过预先 进行这样的处理，从而在使非晶半导体膜结晶时，即使温度上升，也不 致引起氢的过激的脱离。而且，可抑制非晶半导体膜在结晶后所产生的 表面粗糙。
然后，用氬氟酸等刻蚀除去在非晶半导体膜表面上形成的自然氧化 膜。接着，对非晶半导体膜一边喷涂氮等气体， 一边从非晶半导体膜之 上照射激光。当激光通过规定的光学系统变换成线状的光束后，照射到 非晶半导体膜上。在本实施方式中，用YAG激光器的2次谐波(振荡
波长532nm)作为激光，但也可用受激准分子激光器来代替YAG激光 器的2次谐波。在此处，通过一边喷涂氮一边对非晶半导体膜照射激光， 可抑制晶粒边界部分所发生的隆起高度。这样一来，就形成了其后将要 被加工成半导体层4的多晶半导体膜16。
接着，将用于形成保持电容形成区的下部电极的导电膜5成膜。导 电膜5只要是Cr、 Mo、 W、 Ta或以它们为主要成分的合金膜即可。在 本实施方式中，用DC磁控管溅射法形成膜厚约为20nm的Mo膜。在 此处，将导电膜5的膜厚定为20nm,但为25nm以下即可。通过将导电 膜5的膜厚定为25nm以下，从而在其后进行的杂质离子掺杂时，由于 杂质离子到达至下层的半导体层4,故起到了可在导电膜5与半导体层4 之间得到良好的欧姆性接触的效果。
接着，用旋涂法将作为感光性树脂的光致抗蚀剂17涂敷在所形成 的导电膜5上，用公知的照相制版法将所涂敷的光致抗蚀剂17曝光、 显影。由此，光致抗蚀剂17被构图成所希望的形状。另外，导电膜5 的刻蚀通过使用了硝酸与磷酸的混合药液的湿法刻蚀进行。由此，如图 3(b)所示，对导电膜5进行了构图。在此处，导电膜5如图2所示形 成在保持电容下部4d上。
接着，参照图3(c),用公知的照相制版法将多晶半导体膜16构 图成所希望的形状，形成半导体层4。在本实施方式中，通过使用了 CF4 与02的混合气体的干法刻蚀，将半导体层4加工成岛状。另外，由于 在刻蚀气体中混合了 02，故可一边使通过照相制版法形成的光致抗蚀剂 17后退、 一边刻蚀。因此，半导体层4可形成在端部具有锥形的结构。
在多晶半导体膜16和其上相接的导电膜5的构图中，通过采用公 知的半色调掩模(halftone mask),也可在1次照相制版工序中形成。 即，对多晶半导体膜的形成部分的光致抗蚀剂进行半曝光(halfexpose) 以减薄膜厚而形成，增厚导电膜形状部分的光致抗蚀剂的膜厚而形成。 采用这样的抗蚀剂图形将导电膜和多晶半导体膜构图。接着，通过灰化 处理，除去预先减薄膜厚所形成的部分的抗蚀剂，仅保留所希望的导电 膜形状部分的光致抗蚀剂图形。只要采用所保留的光致抗蚀剂图形，再 次将导电膜构图即可。
以下，用图4、图5详细地进行说明。图4 (a)是形成了多晶半导 体膜16后的工序剖面图，与图3(a)相同。接着，在导电膜5上进行
涂敷，并通过在采用公知的半色调掩模进行半曝光的照相制版后进行显
影，从而形成图4 (b)所示的光致抗蚀剂17。在图4 (b)中，光致抗 蚀剂17包含与半导体层4对应的区域的光致抗蚀剂17a和与保持电容 130对应的区域的光致抗蚀剂17b。再有，在此处，所谓与半导体层4 对应的区域，是指为了最终形成半导体层4所需的光致抗蚀剂17a的形 成区域，在发生图形伴随加工而缩小等的情况下，不用说必须有预料到 这些的区域。光致抗蚀剂17b也是同样的。
在本实施方式中，使用了正型的光致抗蚀剂，但正型抗蚀剂的曝光 量越大，显影后所残存的光致抗蚀剂的膜厚就变得越薄。因此，为了形 成图4 (b)所示的形状的光致抗蚀剂17,在曝光时，在半导体层4中 照射到保持电容下部4d以外的区域17a的光量比照射到相当于保持电 容下部4d的区域17 b的光量大，并且比照射到不形成半导体层4的区
域的光量小即可。在本实施方式中，以按每个膝光部位调整照射光量的 方式，用具有透过光量以至少2级不同的区域的半曝光用光掩模进行曝 光。通过使用这样的光掩模，可曝光1次。
在此处，也可分为对保持电容下部4d以外的区域用弱的光量进行 照射的曝光工序以及对半导体层4以外的区域用强的光量进行照射的曝 光工序。此时，曝光工序需要2次，但无需透过光量以至少2级不同的 半曝光用的光掩模，即使用通常的光掩模也可形成图4(b)所示的光致 抗蚀剂17。另外，在使用负型的抗蚀剂的情况下，不用说曝光时的照射
光量的大小关系变为相反。
在以图4(b)所示的光致抗蚀剂17为掩模对导电膜5进行刻蚀后， 对多晶半导体膜16进行刻蚀后加工成半导体层4的状态示于图4(c)。 在本实施方式中，由于用Mo合金膜作为导电膜5，故采取使用了 CF4 与02的混合气体的干法刻蚀。由于混合了 02，故可一边使光致抗蚀剂 17的图形端部后退、 一边刻蚀，导电膜5和半导体层4可被加工成其图 形端部成为锥形形状。
接着，参照图5 (a)，将光致抗蚀剂17的膜厚减薄至仅在相当于 保持电容下部4d的区域残存光致抗蚀剂17b。在本实施方式中，借助于 采用了 02气的灰化，使光致抗蚀剂17的膜厚均匀地减薄。再有，灰化 时间既可预先决定，又可当导电膜5暴露于灰化的等离子体中时通过监 视所产生的发光现象来决定。再有，此处虽可在将导电膜5和多晶半导 体膜i6刻蚀后，减薄光致抗蚀剂n的膜厚，但也可同时进行这2道工 序。即，通过考虑了刻蚀的膜的膜厚和刻蚀速度的比率的刻蚀，从而即
使从图4(b)所示的状态立刻转移到图5(a)所示的状态也没有关系。 接着，参照图5(b),以光致抗蚀剂17b为掩模，刻蚀除去导电膜 5。虽然优选具有不刻蚀基底层的半导体层4那样的选择性的刻蚀，但 也可刻蚀除去在导电膜5与半导体层4的界面产生的反应层。在本实施 方式中，由于使用了 Mo合金作为导电膜5，故通过使用了磷酸与硝酸 的混合药液的湿法刻蚀以刻蚀除去导电膜5。
按照以上的工序，应用l次照相制版工序就能得到图5(b)所示的 结构，即导电膜5的图形被配置在半导体层4的图形内所希望的位置上 的结构。换言之，形成有导电膜5的区域是形成有半导体层4的区域的 内部。另外，通过采取这样的结构，从而在制造方法中，比起分别将导 电膜5和多晶半导体膜16构图，可减少照相制版工序l道，可提高生产率。
接着，参照作为TFT和保持电容的工序剖面图的图6,形成栅绝缘 膜6，使之覆盖整个基板表面。即，在半导体层4和导电膜5上使栅绝 缘膜6成膜。作为栅绝缘膜6，采用SiN膜、Si02膜等。在本实施方式 中，用Si02膜作为栅绝缘膜6,用CVD法以80 ~ 100nm的膜厚成膜。 另外，由于将半导体层4的表面粗糙度定为3nm以下，将与栅电极7交 叉的图形的端部形成为锥形，故栅绝缘膜6的覆盖性高，从而可大幅度 减少初期故障。
进而，在将用于形成栅电极7和布线的导电膜成膜后，应用公知的 照相制版法，构图成所希望的形状，形成保持电容的上部电极8、栅电 极7和栅布线121 (参照图1 )。保持电容的上部电极8与导电膜5对 置地形成。作为保持电容的上部电极8和栅电极7，可采用Cr、 Mo、 W、 Ta或以它们为主要成分的合金膜等。在本实施方式中，通过使用了DC 磁控管的溅射法以200~400nm的膜厚形成以Mo为主要成分的合金 膜。另外，导电膜的刻蚀采取使用了磷酸与硝酸的混合药液的湿法刻蚀 来进行》
接着，以所形成的栅电极7为掩模经栅绝缘膜6将杂质导入半导体 层4内。作为此处导入的杂质元素可采用P、 B。如导入P,则可形成n 型的TFT。另外，对栅电极7的加工如分成n型TFT用栅电极和p型 TFT用栅电极两次来进行，则可在同一基板上分开制作n型和p型的 TFT,形成CMOS结构。(未图示)在此处，P或B的杂质元素的导入
用离子掺杂法进行。在该离子掺杂法中，也可应用从与玻璃基板1的表 面和垂直的方向照射离子的公知的方法，但从斜方向照射离子亦可。
在利用离子掺杂法如图6所示形成导入了杂质的源区4a和漏区4b 的同时，还形成因被栅电极7掩蔽而未导入杂质的沟道区4c。另外，虽 然在保持电容下部4d的上层形成有导电膜5，但如先前说明过的那样， 导电膜5的膜厚薄至25nm以下。因此，例如在有导电膜5未被保持电 容的上部电极8覆盖而伸出的区域的情况下，杂质也被导入该区域内的 保持电容下部4d，可在导电膜5与半导体层4之间得到欧姆性接触。另 外，即使在导电膜5没有那样的伸出区域的情况下，通过从斜方向进行 离子照射，可避开保持电容的上部电极8而将杂质导入保持电容下部4d 的情形也可收到同样的效果。
按照以上的工序，如图6所示，在形成有TFT的区域中，形成有栅 电极7、栅绝缘膜6和半导体层4的层叠结构，而在形成有保持电容的 区域中则形成有保持电容的上部电极8、栅绝缘膜6、导电膜5和保持 电容下部4d的层叠结构。
接着，参照作为本实施方式的TFT和保持电容的工序剖面图的图 7,使第l层间绝缘膜9成膜，使之覆盖整个基板表面。也就是说，在 栅电极7上使第1层间绝缘膜9成膜。在本实施方式中，用CVD法使 膜厚为500-700nm的Si02膜成膜，作为第1层间绝缘膜9。然后，在 氮气氛中在加热到45(TC的退火炉中保持1小时左右。这是为了使导入 半导体层4的源区4a、漏区4b的杂质元素激活而进行的。再有，第1 层间绝缘膜9不限于Si02膜，也可以是SiN膜或有机膜。
进而，应用公知的照相制版法将形成的栅绝缘膜6和第l层间绝缘 膜9构图成所希望的形状。在此处，形成到达半导体层4的源区4a和 漏区4b的第1接触孔10。也就是说，在第1接触孔10内，除去栅绝缘 膜6和第l层间绝缘膜9，露出半导体层4的源区4a和漏区4b。在本实 施方式中，第1接触孔10的刻蚀通过使用了 CHF3、 02和Ar的混合气 体的干法刻蚀来进行。
接着，参照作为本实施方式的TFT和保持电容的剖面图的图7,在 第1层间绝缘膜9上使导电膜成膜，使之覆盖第1接触孔10，应用公知
的照相制版法构图成所希望的形状，形成作为信号线的源电极11、漏电
极12和源布线122 (参照图1)。作为本实施方式中的导电膜，采用了 通过使用DC》兹控管的溅射法使Mo膜、Al膜和Mo膜连续地成膜所形 成的Mo/Al/Mo的层叠结构。膜厚为将A1膜定为200~400nm，将Mo 膜定为50~ 150nm。另夕卜，导电膜的刻蚀通过使用了 SFs与02的混合气 体和012与Ar的混合气体的干法刻蚀来进行。按照以上的工序，如图2 和图7所示，在源区4a上形成有与半导体层4连接的源电极11。另外， 在漏区4b上形成有与半导体层4连接的漏电极12。
经过这一系列的工序，可形成TFT120和保持电容130。形成与TFT 串联连接的保持电容的不是仅半导体层4，而是在上层形成了导电膜5 的层叠结构。这样，通过使低电阻的导电膜也作为保持电容的下部电极 发挥功能，从而能可靠地对下部电极施加所希望的电压，会起到可形成 稳定的电容的效果。
在将以上那样形成的TFT应用于有源矩阵型的显示装置时，将像素 电极附加于漏电极12上。以下，参照图7至表示进而形成了像素电极 的状况的剖面图的图2进行说明。首先，使第2层间绝缘膜13成膜， 使之覆盖整个基板表面。也就是说，在源电极11和漏电极12上使第2 层间绝缘膜13成膜。其后，应用公知的照相制版法在第2层间绝缘膜 13内开口出到达漏电极12的第2接触孔14。在本实施方式中，用CVD 法使膜厚为200-300rnn的SiN膜成膜，作为第2层间绝缘膜13。第2 接触孔14的开口通过使用了 CF4与02的混合气体的干法刻蚀来进行。
接着，为了形成像素电极，使ITO或IZO等具有透明性的导电膜成 膜，通过公知的照相制版法构图成所希望的形状，形成像素电极15。在 本实施方式中，通过使用了应用Ar气、02气和H20气的混合气体的 DC磁控管的溅射法，使加工性能优越的非晶透明导电膜作为导电膜成 膜。在此处，对像素电极15进行构图，使之经第2接触孔14与漏电极 12连接。另外，导电膜的刻蚀通过使用了以草酸为主要成分的药液的湿 法刻蚀来进行。
其后，通过在除去不需要的抗蚀剂后进行退火，使由非晶性透明导 电膜构成的像素电极15结晶，以完成显示装置中所使用的TFT基板 110。在实施方式1中，只在形成与TFT串联连接的保持电容的半导体 层上形成导电膜。这样，通过使低电阻的导电膜也作为保持电容的下部
电极发挥功能，从而能可靠地对下部电极施加所希望的电压，会起到可
形成稳定的电容的效果。通过使用如此完成的TFT基板llO，可形成无 电压依赖性的保持电容，所以可具有与绝缘膜膜厚对应的所希望的电容 值，能得到初期故障少的显示装置。
实施方式2
在实施方式l中，只在作为形成保持电容的下部电极的半导体层的 保持电容下部的上部形成导电膜。在实施方式2中，其特征在于，在半 导体层的上部形成的导电膜不仅在保持电容处形成，而且还在漏区中与 漏电极接触的部分和在源区中与源电极接触的部分形成。在图8中示出 了实施方式2的显示装置中的TFT120和保持电容130的剖面图。
在图8中，导电膜5不是仅在保持电容130处形成，而是在从保持 电容120处延伸至TFT120的漏区4b上形成。另外，也在源区4a上形 成 即，作为导电膜5，不仅有在保持电容130而且有在源区4a上形成 的导电膜5和在漏区4b上形成的导电膜5。按照该结构，除了在实施方 式1中所得到的效果外，还收到可防止在开口出第1接触孔10时容易 产生的半导体层4的穿通的效果。进而，通过将导电膜5从保持电容130 延伸至TFT120,会起到可降低TFT120与保持电容130之间的布线连接 电阻的效果。进而，在导电膜5上使用了 Mo或以Mo为主要成分的膜 的情况下，在形成接触孔时干法刻蚀气体的沉积物难以附着，从而起到 可获得与源电极或与漏电极的良好的电接触特性的效果。
就制造方法而言，由于与实施方式1不同点只是导电膜5的构图形 状不同这一点，故省略其详细的说明。另外，在采用公知的半色调掩模 的方法中，除了使光致抗蚀剂17的最厚的形成区域17b从保持电容下 部4d上延伸至漏区4b上，也在源区4a上形成外，由于与实施方式l 相同，故省略其说明。再有，在本实施方式2中，由于导电膜5的膜厚 为25nm以下，故即使是导电膜5的下层，也可用离子掺杂法向源区4a 和漏区4b导入杂质。
再有，在图8中，导电膜5从保持电容下部4d延伸至漏区4b,但 不一定必须使之延伸。也可只在漏区4b和保持电容下部4d的上部形成 导电膜5。虽然没有使TFT与保持电容之间的布线连接电阻降低的效 果，但可收到防止在开口出第l接触孔10时的半导体层4的穿通的效 果。通过这些效果，在显示装置中也收到可提高显示品质的效果。
实施方式3
在图9中示出了本实施方式3的显示装置中的TFT120和保持电容 130的剖面图。在本实施方式3中，在栅绝缘膜6和第l层间绝缘膜9 中所形成的第l接触孔IO与在第2层间绝缘膜13中所形成的第2接触 孔14在大致同一位置重叠形成这一点，以及像素电极15与导电膜5不 经漏电极12而直接连接这一点，与实施方式l、 2不同。另外，在制造 方法中，只是漏电极12的有无和第1接触孔10的形成时期不同。即， 与在实施方式2中在形成了第1层间绝缘膜9后开口出第1接触孔10 相比，在本实施方式3中，其特征在于，在形成了第2层间绝缘膜13 后，连续开口出第2接触孔14和第1接触孔10，其后形成的像素电极 15经第2接触孔14和第l接触孔IO至少与在漏区4b上所形成的导电 膜5直接连接。
在现有的结构中，在由透明导电性氧化膜形成像素电极15、使源漏 区4a、 4b与像素电极15直接接触的情况下，在作为像素电极15的透 明导电性氧化膜与半导体层4的界面上，半导体层4被氧化，在界面上 形成绝缘性的氧化物。因此，难以使像素电极15与半导体层4直接接 触而得到良好的接触电阻，因而要经作为金属膜的源电极11、漏电极12 使之接触。因此，在实施方式l中，半导体层4与像素电极15也至少 经漏电极12连接。但是，在图9所示的本实施方式3的TFT结构中， 由于在半导体层4上形成导电膜5，即使在不经漏电极12连接的情况 下，半导体层4也不被氧化，可得到良好的接触电阻。
另外，在本实施方式3中，其特征还在于，在结构上，影响到像素 电极15与导电膜5的连接的接触孔开口工序只是1次。即，接触孔的 开口一般采用干法刻蚀，但此情况下，因为有在开口时对基底造成损 伤、或生成覆盖所露出的基底的残渣物的可能，往往阻碍电接触。因此， 在接触孔开口工序较少的本实施方式3中，与实施方式l、 2相比，收 到可进一步降低接触电阻的效果。进而，在本实施方式3中，与实施方 式2同样地，也有防止在接触孔开口时伴生的半导体层4的穿通的效 果。由于这些效果，在显示装置中也收到可提高显示品质的效果。
实施方式4
在图10中示出了构成本实施方式4中的显示装置的TFT120和保持 电容130的剖面图。在玻璃基板1上的SiN膜2和Si02膜3上形成有由 多晶硅等构成的多晶半导体膜4作为半导体层。半导体层4在TFT120 中具有源区4a、沟道区4c、漏区4b,在保持电容130中具有保持电容 下部4d。源区4a和漏区4b中被导入杂质，形成比沟道区4c^f氐的电阻。 另夕卜，在保持电容下部4d上形成导电膜5，保持电容下部4d与导电膜5 的层叠结构作为保持电容130的下部电极发挥功能。导电膜5进而也在 源区4a和漏区4b上形成。形成由Si02构成的栅绝缘膜6，使之覆盖在 半导体层4、导电膜5和Si02膜3上。在栅绝缘膜6的上层，形成栅电 极7，使之与沟道区4c对置；也在保持电容130中，形成保持电容的上 部电极8，使之与导电膜5对置。在此处，保持电容130由保持电容下 部4d与导电膜5的层叠结构、保持电容的上部电极8和作为电介质绝 缘膜的栅绝缘膜6构成。
形成第1层间绝缘膜9使之覆盖栅电极7和保持电容的上部电极 8,在第1层间绝缘膜9上形成源电极11,使第2层间绝缘膜13成膜， 使之覆盖第l层间绝缘膜9和源电极11。在第2层间绝缘膜13内形成 第2接触孔14a、 14b,在第1层间绝缘膜9和栅绝缘膜6内形成第l接 触孔10a、 10b。第1接触孔10a与第2接触孔14a，第1接触孔10b与 第2接触孔14b分别在相同的位置重叠形成，各自抵达在源区4a上所 形成的导电膜5和在漏区4b上所形成的导电膜5。进而，在第2层间绝 缘膜13内形成第3接触孔19,使之到达源电极ll。 .
再有，在此处，第l接触孔10a是在栅绝缘膜6和第1层间绝缘膜 9内开口并对源区4a上所形成的导电膜5开口的接触孔，第1接触孔 10b是在栅绝缘膜6和第l层间绝缘膜9内开口并对漏区4b上所形成的 导电膜5开口的接触孔。另外，第2接触孔14a在第2层间绝缘膜13 内形成，在与第l接触孔10a相同的位置处重叠，第2接触孔14b在第 2层间绝缘膜13内形成，在与第l接触孔10b相同的位置处重叠。另夕卜， 第3接触孔19也与第2接触孔14a、 14b同样地，在第2层间绝缘膜13 内形成，而在第2接触孔14a、 14b的底部连接的对方是源区4a和漏区 4b,或在其上部所形成的导电膜5。另一方面，在开口部的孔底处连接 的对方为源电极U的情况下，为了区别起见，称为第3接触孔19。在第2层间绝缘膜13上，形成由透明性氧化导电膜等构成的像素 电极15和连接电极18。与实施方式3同样地，像素电极15经第1接触 孔10b和第2接触孔14b，与在漏区4b上所形成的导电膜5连接。另外， 连接电极18经第1接触孔10a和第2接触孔14a,与在源区4a上所形 成的导电膜5连接，进而，经第3接触孔19与源电极11连接。即，通 过经第3接触孔19、第1接触孔10a和第2接触孔14a,连接电极18 将源电极11和在源区4a上所形成的导电膜5连接。在此处虽未图示， 但通过像素电极15将电压施加到液晶或自发光材料等光电材料上来进 行显示。
以往，一旦在第1层间绝缘膜9和栅绝缘膜6内形成第1接触孔10， 形成源电极11和漏电极12,进而在形成了第2层间绝缘膜13后，必须 形成用于连接像素电极15和漏电极12的接触孔，但在本实施方式4的 TFT的结构中，同时将第1 ~第3接触孔构图，并可以借助于与像素电 极15相同、作为透明性导电膜的连接电极18将布线之间连接起来。其 结果是，可削减照相制版工序数，从而收到提高生产率的效果。另外， 在本实施方式4中，与实施方式2、 3同样地，可防止接触孔开口所伴 生的半导体层的穿通。另外，与实施方式1~3同样地，通过使低电阻
的导电膜也作为保持电容的下部电极的发挥功能，故能可靠地对下部电 极施加所希望的电压，从而收到可形成稳定的电容的效果。通过^f吏用如 此完成的TFT基板110，可形成无电压依赖性的保持电容，所以可具有 与绝缘膜膜厚对应的所希望的电容值，得到初期故障少的显示装置。
接着，说明本实施方式4的显示装置中的TFT和保持电容的制造方 法。在使第1层间绝缘膜9成膜的工序以前，由于与实施方式2、 3相 同，故省略其说明。参照图11,在使第l层间绝缘膜9成膜后使导电膜 成膜，应用公知的照相制版法构图成所希望的形状，形成源电极11和 源布线122 (参照图1)。作为本实施方式4中的导电膜，采用了通过 使用了 DC磁控管的濺射法使Mo膜、Al膜和Mo膜连续地成膜所形成 的Mo/Al/Mo的层叠结构。膜厚为将Al膜定为200~400nm，将Mo 膜定为50- 150nm。另夕卜，导电膜的刻蚀通过使用了 SFs与02的混合气 体和Ch与Ar的混合气体的干法刻蚀来进行。再有，在本实施方式4中， 由于源电极11与其它布线连接的部位只是上层，故也可没有下层的Mo 膜，也可用由上层为Mo膜、下层为Al膜或Al合金膜构成的层叠膜形
成。
其后，使第2层间绝缘膜13成膜，使之覆盖整个基板表面。也就 是说，在源电极11和源布线上使第2层间绝缘膜13成膜。其后，参照 图12，应用公知的照相制版法和蚀刻法在第2层间绝缘膜13内开口出 到达源电极11的第3接触孔19。与此同时，在第2层间绝缘膜13、第 1层间绝缘膜9和栅绝缘膜6内开口出第2接触孔14a、 14b和第1接触 孔10a、 10b，使之到达在源区4a上和漏区4b上所形成的导电膜5。在 本实施方式中，用CVD法使膜厚为200 300nm的SiN膜成膜，作为第 2层间绝缘膜13。第1~第3接触孔的开口采取使用了 CF4与02的混合 气体的干法刻蚀来进行。
接着，为了形成像素电极15和连接电极18,使ITO或IZO等具有
透明性的导电膜成膜，应用公知的照相制版法构图成所希望的形状，形 成像素电极15和连接电极18。在此处，像素电极15构图成经第l接触 孔10b和第2接触孔14b与在漏区4b上所形成的导电膜5连接。另夕卜， 连接电极18形成为经第1接触孔10a和第2接触孔14a与在源区4a上 所形成的导电膜5连接并且经第3接触孔19与源电极11连接。在本实 施方式中，通过使用了应用Ar气、02气和H20气的混合气体的DC磁 控管的溅射法，使加工性能优越的非晶透明导电膜成膜，作为导电膜。 另外，导电膜的刻蚀通过使用了以草酸为主要成分的药液的湿法刻蚀来 进行。
其后，通过在除去不需要的抗蚀剂后进行退火，使由非晶性透明导 电膜构成的像素电极15和连接电极18结晶，以完成显示装置中所使用 的TFT基板llO。在本实施方式4中，与实施方式1 ~3同样地在形成 与TFT串联连接的保持电容的半导体层上形成导电膜。这样，通过使低 电阻的导电膜也作为保持电容的下部电极发挥功能，从而能可靠地对下 部电极施加所希望的电压，会收到可形成稳定的电容的效果。另外，与 实施方式2同样地，由于也在漏区和源区的上部形成了导电膜，故收到 防止在接触孔开口时的半导体层的穿通的效果。进而，与实施方式3同 样地，由于将连接像素电极与在漏区上所形成的导电膜的接触孔开口工 序减少到l道工序，故收到可进一步降低接触电阻的效果。最后，在本 实施方式4中，通过同时将第1~第3接触孔构图，并用连接电极连接 布线之间，从而收到可削减照相制版工序数并提高生产率的效果。
通过使用如此完成的TFT基板110,可形成无电压依赖性的保持电 容，所以可具有与绝缘膜膜厚对应的所希望的电容值，能得到初期故障 少的显示装置。另外，由于照相制版工序少，故可得到低成本的显示装 置。
权利要求
1.一种显示装置，在绝缘性基板上具备薄膜晶体管、像素电极和保持电容，其特征在于，上述薄膜晶体管具备半导体层；栅绝缘膜，覆盖在上述半导体层上；栅电极，具有经上述栅绝缘膜与上述半导体层对置的区域；以及源电极，与上述半导体层电连接，上述像素电极与上述半导体层电连接，上述保持电容具备上述半导体层延伸而成的保持电容下部与在上述保持电容下部的上层所形成的导电膜的层叠结构；以及经上述栅绝缘膜与上述层叠结构对置的保持电容的上部电极。
2. 如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该显示装置还具备导电膜，形成在上述半导体层的漏区上； 第l层间绝缘膜，覆盖上述栅绝缘膜和上述栅电极； 第l接触孔，形成在上述第l层间绝缘膜和上述栅绝缘膜中； 第2层间绝缘膜，形成在上述第1层间绝缘膜的上层；以及 第2接触孔，形成在上述第2层间绝缘膜中， 其中，形成在上述漏区上的导电膜经上述第l接触孔和上迷第2接 触孔与上述像素电极电连接。
3. 如权利要求2所述的显示装置，其特征在于， 该显示装置还具备形成在上述第1层间绝缘膜的上层的漏电极， 其中，形成在上迷漏区上的导电膜经上述第l接触孔与上述漏电极电连接，上述漏电极经上述第2接触孔与上述像素电极连接。
4. 如权利要求2所述的显示装置，其特征在于， 形成在上述漏区上的导电膜经上述第1接触孔和上迷第2接触孔与上述像素电极直接连接。
5. 如权利要求2所述的显示装置，其特征在于， 该显示装置还具备形成在上述半导体层的源区上的导电膜， 其中，上述源电极形成在上述第1层间绝缘膜上， 形成在上述源区上的导电膜经上述第1接触孔与上述源电极连接。
6. 如权利要求4所述的显示装置，其特征在于，还具备导电膜，形成在上述半导体层的源区上； 源电极，形成在上述第1层间绝缘膜上；第3接触孔，形成为在上述第2层间绝缘膜中对上述源电极进行开 口；以及连接电极，经上述第1接触孔和上述第2接触孔与形成在上述源区 上的导电膜连接，并且经上述第3接触孔与上述源电极连接。
7. 如权利要求6所述的显示装置，其特征在于， 上述连接电极形成在与上述像素电极相同的层中。
8. 如权利要求2所述的显示装置，其特征在于，上述导电膜从上述薄膜晶体管延伸至上述保持电容。
9. 如权利要求1所述的显示装置，其特征在于， 形成有上述导电膜的区域是形成有上述半导体层的区域的内部。
10. 如权利要求9所述的显示装置，其特征在于， 上述导电膜由Mo或以Mo为主要成分的合金膜形成。
11. 如权利要求9所述的显示装置，其特征在于， 上述导电膜的膜厚为25nm以下。
12. —种根据权利要求1所述的显示装置的制造方法，其中，具备 下述工序在绝缘性基板上形成多晶半导体膜； 在上述多晶半导体膜上形成导电膜； 在上述导电膜上涂敷抗蚀剂；加工上述抗蚀剂，使得在形成上述半导体层的区域以外不残留上述 抗蚀剂，并且使相当于上述保持电容下部的区域的上述抗蚀剂膜厚为最 厚；在对未被上述抗蚀剂覆盖的上述导电膜进行刻蚀后，对上述多晶半 导体膜进行刻蚀，加工成上述半导体层，并均匀地减薄上述抗蚀剂，以 除去相当于上述保持电容下部的区域以外的上述抗蚀剂；除去相当于上述保持电容下部的区域以外的上述导电膜，形成上述 保持电容下部与上述导电膜的层叠结构；除去上述抗蚀剂；在上述导电膜和上述半导体层上使上述栅绝缘膜成膜； 以与上述半导体层对置的方式在上述栅绝缘膜上形成上述栅电极和上述保持电容的上部电极；形成与上述半导体层连接的上述源电极；以及 形成与上述半导体层连接的上述像素电极。
全文摘要
本发明涉及显示装置及其制造方法。在使用了多晶半导体膜的薄膜晶体管中，在形成保持电容的情况下，多是将多晶半导体膜也用于电容的一个电极。在具备了具有这样的多晶半导体膜的保持电容和薄膜晶体管的显示装置中，由于保持电容表现出起因于半导体膜的电压依赖性，故引起了显示不良。在本发明的显示装置中，在由用作保持电容(130)的下部电极的多晶半导体膜构成的半导体层(4d)的上层层叠了金属性导电膜(5)。
文档编号G02F1/1368GK101196668SQ20071019891
公开日2008年6月11日 申请日期2007年12月7日 优先权日2006年12月7日
发明者今村卓司, 入住智之, 山吉一司, 本并薰, 竹口彻, 西浦笃德 申请人:三菱电机株式会社