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JPH0824193B2 - 平板型光弁駆動用半導体装置の製造方法 - Google Patents

平板型光弁駆動用半導体装置の製造方法

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Publication number
JPH0824193B2
JPH0824193B2 JP27743690A JP27743690A JPH0824193B2 JP H0824193 B2 JPH0824193 B2 JP H0824193B2 JP 27743690 A JP27743690 A JP 27743690A JP 27743690 A JP27743690 A JP 27743690A JP H0824193 B2 JPH0824193 B2 JP H0824193B2
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JP
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thin film
single crystal
forming
film
crystal semiconductor
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豊 林
昌明 神谷
芳和 小島
博昭 鷹巣
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Seiko Epson Corp
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Seiko Epson Corp
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Priority to US08/496,540 priority patent/US5759878A/en
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本願発明は、アクティブマトリクス型表示装置、特に
投影型表示装置に好適な平板型光弁駆動用半導体装置の
製造方法に関する。
〔従来の技術〕
アクティブマトリクス表示装置においては、通常、ガ
ラス基板を用い、その上に形成された各画素電極に画素
選択用スイッチングトランジスタをそれぞれ設けて、独
立に映像信号を印加することにより、画像の表示をおこ
なっていた。
これに用いられる薄膜トランジスタは、ガラス基板上
に蒸着、スパッタなどの方法によりシリコン薄膜を形成
していた。この製造方法のため、シリコン薄膜として、
単結晶薄膜を形成することはできず、α−Si:H、多結晶
シリコン薄膜などが用いられていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、この製造方法によるシリコン薄膜では結晶の
欠陥などの影響を無視することができず、特に、投影型
表示装置のように小型化を要求されるものにおいては好
ましい薄膜素材とはいえなかった。
また、電子移動度の低い点、さらに、光照射下で使用
するものである関係から、光の入射が避けられず、これ
によるリーク電流の増加が起こるなどで満足するものが
得られなかった。
本願発明は、上述の問題を解決するために、透明基板
上に単結晶半導体薄膜からなるスイッチング素子を搭載
し、かつ、入射光の影響を除去できる遮光層を形成した
平板型光弁駆動用半導体装置を製造する簡単な方法を提
供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本願発明は、上記目的を達成するために下記の手段を
採用した。
（１） 透明な支持基板とその上に順に重ねられた遮光
性薄膜、絶縁膜、及び単結晶半導体薄膜を含む積層構造
とからなる複合基板を準備する第１工程と、 前記積層構造を所望の形状にパタニングして残し、他
の積層部分を除去する第２工程と、 前記パタニングされた積層構造の単結晶半導体薄膜を
エッチングし、所望の形状の素子領域を形成し、引き続
いて支持基板に酸化膜を形成する第３工程と、 前記素子領域の上にゲート電極を形成し、さらに単結
晶半導体薄膜にドレイン領域、ソース領域を形成しスイ
ッチング素子を形成する第４工程と、 第４工程に引き続き、前記第２工程により積層部分が
除去された支持基板上に、前記スイッチング素子に接続
された透明電極を形成する第５工程とからなることを特
徴とする。
（２） 前記支持基板は表面に下地膜が形成されている
ことを特徴とする。
（３） 透明な支持基板を準備し、その表面に単結晶半
導体薄膜を成長させる第１工程と、 前記単結晶半導体薄膜を所望の形状にパタニングして
残し、他の部分を除去する第２工程と、 前記支持基板全体を、前記単結晶半導体薄膜の表面を
絶縁膜で被覆し、前記絶縁膜の一部を除去して前記単結
晶薄膜の一部表面を露出する第３工程と、 第３工程に続いて、前記一部表面を露出した前記単結
晶半導体薄膜を種として前記絶縁膜上に第２の単結晶半
導体薄膜をエピタキシャル成長させる第４工程と、 前記第２の半導体単結晶薄膜に所望の素子領域を形成
し、他の部分を除去し絶縁膜を露出する第５工程と、 前記素子領域の上に順次ゲート酸化膜、主ゲート電極
を形成し、さらに第２の単結晶半導体薄膜にドレイン領
域、ソース領域を形成しスイッチング素子を形成する第
６工程と、 前記第６工程に引き続き、前記スイッチング素子に接
続された透明電極を形成する第７工程とからなることを
特徴とする。
〔実施例〕
第１図は、本発明の１実施例を示す工程図で、第１図
（Ａ）に示す複合基板が先ず準備される。１は石英板か
らなる支持基板、２は積層構造で、この両者で複合基板
が形成されている。
複合基板２は、以下の複数の膜から形成されている。
24は支持基板１の上の下地膜で、化学気相成長法やスパ
ッタリング法により形成された酸化シリコン層である。
21は遮光性薄膜で、化学気相成長法により堆積されたポ
リシリコン膜である。22は絶縁膜で化学成長法により形
成された酸化シリコン膜、23は半導体薄膜でシリコン単
結晶からなる半導体薄膜である。半導体薄膜23は、シリ
コンウエハの表面を精密に平滑仕上げし、その面を絶縁
膜22に対して重ね合わせ熱加熱処理することにより両者
を強固に固着する。この状態で、シリコンウエハを所望
の厚さになるまで研磨加工することにより形成される。
シリコンウエハは、高品質のものが好ましく、その結晶
方位は「100」0.0±1.0゜の範囲の一様性を有し、単結
晶格子欠陥密度は500個/cm2以下のものが用いられる。
厚みの加工は研磨加工に代えてエッチング処理によるこ
ともできる。
第１図（Ｂ）は遮光領域を形成する工程で、11は遮光
層、10はゲート酸化膜、23は半導体薄膜、26は感光膜で
ある。これの形成方法は、上述の複合基板の上を所望の
形状にパターニングした感光膜26で被覆し、これをマス
クとして選択的に下地膜24を残して積層構造２をエッチ
ングすることにより得られる。
第１図（Ｃ）は素子領域25を形成する工程で、素子領
域の形状に合わせてパタニングされた感光膜26をマスク
として半導体薄膜23を選択的にエッチングすることによ
り得られる。
第１図（Ｄ）は、熱酸化膜形成処理を施す工程で、感
光膜26を除去した後、露出した半導体薄膜23の表面を含
めて熱酸化膜形成処理を施す。これにより形成された半
導体薄膜23の表面の酸化膜がゲート酸化膜８となる。
第１図（Ｅ）はゲート酸化膜８を介して半導体薄膜23
の上に主ゲート電極９を形成する工程で、素子領域25を
覆うように化学気相成長法により多結晶シリコン膜を堆
積し、この多結晶シリコン膜を所定の形状にパターニン
グされた感光膜（図示しない）をマスクとして選択的に
エッチングして主ゲート電極９を形成する。
第１図（Ｆ）は半導体薄膜23にドレイン領域５、ソー
ス領域６を形成しスイッチング素子を形成する工程で、
主ゲート電極９をマスクとしてゲート酸化膜８を介して
不純物のイオン注入を行い、半導体薄膜23の中にドレイ
ン領域５及びソース領域６を形成する。この結果、主ゲ
ート電極９の下はマスクされて不純物が注入されずチャ
ネル領域７となる。
第１図（Ｇ）は保護膜27を形成する工程で、複合基板
全体を保護膜27で覆う。保護膜27は酸化シリコンなど透
明性のある物質が選ばれる。
第１図（Ｈ）は保護膜の上に透明画素電極３を形成す
る工程で、ソース領域６の上にあるゲート酸化膜８の一
分を除去してコンタクトホールを形成しこの部分を覆う
ように透明画素電極３を形成する。画素電極３はITOの
ような透明材料から構成される。その後、図示していな
いが、ドレイン領域５にもコンタクトホールを形成して
これに接続される信号線７を形成する。
第１図（Ｉ）は、前工程に引き続いて得られた平板型
光弁駆動用半導体装置を示す。スイッチング素子は単結
晶シリコンで形成されているので、電子移動度が高く、
しかも結晶欠陥が少たいために小型化に有利であり、ま
た、主ゲート電極９及び遮光層11は光学的に不透明であ
るポリシリコンから構成されているので、上下方向の何
れからの入射光も遮断できチャネル領域に流れる電流を
防止することができる。
第２図は、本願発明の他の実施例を示す工程図、第２
図（Ａ）に示す基板101が先ず準備される。基板101は単
結晶酸化アルミニウムから構成されている。
第２図（Ｂ）は基板101の上にヘテロエピタキシャル
成長法により単結晶シリコン膜102を形成した工程を示
している。基板101が単結晶酸化アルミニウムであるた
め、その表面に単結晶シリコンを形成することができ
る。
第２図（Ｃ）は単結晶シリコン膜102をパターニング
して遮光膜111とするために一部を残した工程を示す。
第２図（Ｄ）は基板101の全面にわたって絶縁膜110を
被覆形成した工程、第２図（Ｅ）は絶縁膜110の一部に
孔112を明けて、単結晶シリコン膜111の表面を露出させ
た工程を示す。
第２図（Ｆ）は、基板の全面にわたって非晶質または
多結晶の半導体膜123を形成した工程を示す。
第２図（Ｇ）は、前記工程に続き高温熱処理を施した
工程により得られた結果を示している。斜線で示す123A
は単結晶半導体領域で、高温熱処理工程により単結晶シ
リコン膜111が種となって、これと接している孔112の部
分にある多結晶半導体膜123からラテラルエピ成長を遂
げ、孔の近い領域123Aが単結晶化する。単結晶化しなか
った領域123Bは多結晶状態のままである。
第２図（Ｇ）の結果を得る手段としては、第２図
（Ｅ）において、気相エピタキシャル成長法、又は、液
相エピタキシャル成長法によっても得られる。これによ
る半導体膜としては、シリコン膜、GaAs膜など可能であ
る。
第２図（Ｈ）は123Aをトランジスタの基板となる領域
124をパタニングして形成した工程を示す。第２図
（Ｉ）はゲート絶縁膜108を形成した工程で、第２図
（Ｊ）はゲート電極125、ソース領域105、ドレイン領域
106、チャネル領域107からなるトランジスタを形成し、
透明電極103をドレイン領域106に接続して画素部を形成
する。第２図（Ｊ）では遮光膜111とソース領域105とが
接続された例を示しているか、必ずしもこの必要はな
い。
第３図はこのようにしてできた本願発明にかかる平板
型光弁駆動用半導体装置を用いた光弁装置の１例であ
る。
光弁装置は本願発明にかかる半導体装置28、対向基板
29、及び半導体装置28と対向基板29との間に配置された
電気光学物質層、例えば液晶層30から構成されている。
本願発明に係る半導体装置28は石英ガラスからなる支
持基板１と支持基板１の上に形成された積層構造２とか
らなっている。支持基板の裏面には偏光板31が接着され
ている。スイッチング素子４はマトリクス状に複数個配
置され、電界効果型絶縁ゲートトランジスタで構成され
ている。トランジスタのソース領域は対応する画素電極
３に接続されており、主ゲート電極は走査線32に接続さ
れ、ドレイン電極は信号線７に接続されている。半導体
装置28はさらにＸドライバ33を含み列状の信号線７に接
続されている。さらに、Ｙドライバ34を含み行状の走査
線32に接続されている。又、対向基板29はガラス基板35
と、ガラス基板35の外側面に接着された偏光板36と、ガ
ラス基板35の内側面に形成された対向電極あるいは共通
電極37とから構成されている。
図示しないが、各スイッチング素子４に含まれる遮光
層も好ましくは主ゲート電極と共通に走査線32に接続さ
れている。これにより遮光層は副ゲート電極として動作
する。かかる接続により、スイッチング素子を構成する
トランジスタのチャネル領域に流れるリーク電流を有効
に防止することができる。あるいは、遮光層は対応する
トランジスタのソース領域又はドレイン領域に結線する
こともできる。何れにしても、遮光層に所定の電圧を印
加することによりバックチャネルに基づくリーク電流を
有効に防止することができる。さらには、遮光層に印加
される電圧を制御することによりチャネル領域の閾値電
圧を所望の値に設定することも可能である。
〔発明の効果〕
本願発明は、上述の製造工程によるので、透明基板上
に単結晶半導体薄膜からなるスイッチング素子を搭載
し、かつ、入射光の影響を除去できる遮光層を形成した
平板型光弁駆動用半導体装置を簡単な方法で製造するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第１図（Ａ）〜（Ｉ）は本願発明の実施例を示す製造工
程図、第２図（Ａ）〜（Ｊ）は他の実施例を示す製造工
程図、第３図は本願発明の製造方法により得られた平板
型光弁駆動用半導体装置の応用例を示す。 １……支持基板、２……積層構造、３……画素電極、４
……スイッチング素子、５……ドレイン領域、６……ソ
ース領域、７……チャネル領域、８……ゲート酸化膜、
９……主ゲート電極、10……ゲート酸化膜、11……遮光
層、21……遮光性薄膜、22……絶縁膜、23……半導体薄
膜、24……下地膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鷹巣 博昭 東京都江東区亀戸６丁目31番１号 セイコ ー電子工業株式会社内 審査官 河本 充雄 (56)参考文献 特開 昭60−45219（ＪＰ，Ａ) 米国特許4751196（ＵＳ，Ａ)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】透明な支持基板とその上に順に重ねられた
    遮光性薄膜、絶縁膜、及び単結晶半導体薄膜を含む積層
    構造とからなる複合基板を準備する第１工程と、 前記積層構造を所望の形状にパタニングして残し、他の
    積層部分を除去する第２工程と、 前記パタニングされた積層構造の単結晶半導体薄膜をエ
    ッチングし、所望の形状の素子領域を形成し、引き続い
    て支持基板に酸化膜を形成する第３工程と、 前記素子領域の上にゲート電極を形成し、さらに単結晶
    半導体薄膜にドレイン領域、ソース領域を形成しスイッ
    チング素子を形成する第４工程と、 第４工程に引き続き、前記第２工程により積層部分が除
    去された支持基板上に、前記スイッチング素子に接続さ
    れた透明電極を形成する第５工程とからなることを特徴
    とする平板型光弁駆動用半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項２】前記支持基板は表面に下地膜が形成されて
    いることを特徴とする請求項１記載の平板型光弁駆動用
    半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項３】透明な支持基板を準備し、その表面に単結
    晶半導体薄膜を成長させる第１工程と、 前記単結晶半導体薄膜を所望の形状にパタニングして残
    し、他の部分を除去する第２工程と、 前記支持基板全体を、前記単結晶半導体薄膜の表面を絶
    縁膜で被覆し、前記絶縁膜の一部を除去して前記単結晶
    薄膜の一部表面を露出する第３工程と、 第３工程に続いて、前記一部表面を露出した前記単結晶
    半導体薄膜を種として前記絶縁膜上に第２の単結晶半導
    体薄膜をエピタキシャル成長させる第４工程と、 前記第２の半導体単結晶薄膜に所望の素子領域を形成
    し、他の部分を除去し絶縁膜を露出する第５工程と、 前記素子領域の上に順次ゲート酸化膜、主ゲート電極を
    形成し、さらに第２の単結晶半導体薄膜にドレイン領
    域、ソース領域を形成しスイッチング素子を形成する第
    ６工程と、 前記第６工程に引き続き、前記スイッチング素子に接続
    された透明電極を形成する第７工程とからなることを特
    徴とする平板型光弁駆動用半導体装置の製造方法。
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