JP2008139619A - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】輝点不良が少なく、画素ごとの開口率を減少させることなく補助容量電極の容量
を増大させた液晶表示装置及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明の液晶表示パネル10Aは、TFTのゲート電極G、走査線16及び
補助容量電極18aは厚肉の絶縁膜25及び薄肉化された絶縁膜部分26からなる第1の
絶縁膜27で被覆され、補助容量電極18a上の一部は薄肉化された絶縁膜部分26のみ
で被覆され、ドレイン電極Dは薄肉化されていない前記第1の絶縁膜27上を経て薄肉化
された絶縁膜部分26を被覆するように延在され、画素電極20と前記ドレイン電極Dと
の間に設けられた第2の絶縁膜28には補助容量電極18a上の薄肉化されていない第1
の絶縁膜27上のドレイン電極D上に位置する部分にコンタクトホール30が形成され、
このコンタクトホール30を介して画素電極20とドレイン電極Dとが電気的に接続され
ていることを特徴とする。
【選択図】図2

Description

本発明は液晶表示装置に関し、特に製造時に輝点不良の発生が少なく、しかも、画素ご
との開口率を減少させることなく補助容量を増大させ、比較的小さな画素面積ないしは高
精細化された画素を有する液晶表示装置であっても、フリッカやクロストークが少なく、
良好な表示画質が得られる液晶表示装置及びその製造方法に関する。
近年、情報通信機器のみならず一般の電気機器においても液晶表示装置が多く利用され
ている。このような液晶表示装置は、その表面にマトリクス状に走査線及び信号線を形成
し、この両配線により囲まれた領域に液晶駆動用のスイッチング素子である薄膜トランジ
スタ(Thin Film Transistor. 以下、「TFT」という。)、液晶に電圧を印加する画素
電極及び信号を保持するための補助容量を形成する補助容量線及び補助容量電極が形成さ
れたアレイ基板と、表面に赤(R)、緑(G)、青(B)等のカラーフィルタ層及び共通
電極等が形成された対向基板とを有し、両基板間に液晶が封入された構成を備えている。
アレイ基板に形成される補助容量電極は、信号線から供給される信号の電荷を一定期間
保持する補助容量を形成するために設けられるものであり、補助容量は、この補助容量電
極とTFTのドレイン電極ないしは画素電極の一部を電極とし、TFTのゲート電極を覆
うゲート絶縁膜を誘電体として補助容量コンデンサを形成することにより設けられている
。なお、この補助容量線及び補助容量電極は一般的にアルミニウム、モリブデンあるいは
クロムなどの遮光性導電部材から形成されている。そして、例えば液晶表示装置の1画素
分の概略平面図である図9に示すように、補助容量線51及び補助容量電極52をTFT
53から離れた位置の各画素の略中央部に設けることが普通に行われている。
補助容量は、液晶表示装置のフリッカあるいはクロストークを防止する観点から、その
容量を大きくする必要がある。しかしながら、近年の技術革新に伴って液晶表示装置の小
型化・高精細化が進展したことにより、個々の画素サイズが小さくなったため、図9に記
載されたような構成の液晶表示装置50における補助容量線51ないしは補助容量電極5
2の配置では、補助容量線51及び補助容量電極52が遮光性であるため、画素ごとの開
口率を考慮すると補助容量を大きくとるために補助容量線51ないし補助容量電極52自
体を太くすることは現実的に採用困難である。
上記のような問題点を解決するものとして、補助容量電極の大きさを変えずに従来例の
ものよりも補助容量を大きくした液晶表示装置の発明が開示されている。この下記特許文
献1に開示された液晶表示装置90のアレイ基板を図10及び図11を用いて説明する。
なお、図10は下記特許文献1に開示されているアレイ基板の数画素分の平面図であり、
図11(a)〜図11(g)は図10のアレイ基板の製造工程を順に示す部分断面図であ
る。
まず、ガラス板からなる絶縁性基板91上にITO(Indium Tin Oxide)ないしIZO
(Indium Zinc Oxide)からなる補助容量線92をパターン形成する。次に、ゲート金属
膜93を形成しパターニングする(図11(a))。更に、プラズマCVD等によって、
SiNあるいはSiOからなる絶縁膜94、活性層としての例えばa−Siからなる
非晶質半導体膜95、更に、不純物をドープした例えばna−Si膜からなるオーミッ
クコンタクト用半導体膜96を連続して形成する(図11(b))。このとき、絶縁膜の
膜厚Xは、ドレイン・ゲート、ソース・ゲート間のショートが発生しないように充分厚く
、例えばX=4000Åに設定する。
次に、オーミックコンタクト用半導体膜96と非晶質半導体膜95とを同一のレジスト
でパターンにエッチングする(図11(c))。そして、補助容量線92と、後工程で形
成される画素電極97とが重なる部分を開口パターン(図10の破線部分)として残した
レジスト(図11には図示せず)をコートし、絶縁膜94用のエッチャントにより、補助
容量用絶縁膜として所望の膜厚Y=2000Åにまで薄くなるようにエッチングする(図
11(d))。
次に、ITOからなる画素電極97を形成パターニングする(図11(e))。更にド
レイン、及びソース用金属膜98を形成パターニングし(図11(f))、TFTのチャ
ネル部に残されたオーミックコンタクト用半導体膜96をエッチング除去すると液晶表示
装置用アレイ基板が完成する(図11(g))。このような構成により得られたアレイ基
板を液晶物質を介して共通電極基板に対向配置することにより液晶表示装置90が得られ
る。
このような従来技術においては、補助容量線92及び画素電極97がコンデンサの電極
の電極に相当し、補助容量線92と画素電極97との間に存在する絶縁膜94がコンデン
サの誘電体に相当するが、ゲート金属膜93上の絶縁膜94の厚さがX=4000Åであ
るのに対し補助容量線92上の絶縁膜の厚さがY=2000Åとなされているから、ドレ
イン・ゲート、ソース・ゲート間のショートは発生し難くなっているとともに、補助容量
線92の面積を広くしなくても必要な補助容量を確保できるという効果を奏するものであ
る。
しかしながら、下記特許文献1に開示されている液晶表示装置90のアレイ基板におい
ては、補助容量線の表面のゲート絶縁膜の厚さのみをエッチングによって部分的に薄くす
ることにより、ゲート絶縁膜によって覆われるゲート電極及び走査線と他の部材との間の
電気的絶縁性を保ったまま補助容量を増大させているため、従来例の補助容量電極を用い
た場合に比すればより大きな補助容量を確保できるが、補助容量線92としてゲート金属
膜93とは異なるITO等の透明導電性材料を使用しているために工数が増えることとな
り、しかも、画素電極と重なっている補助容量線の面積が大きいため、開口率については
依然として改善の余地が存在する。
一方、発明者らは、下記特許文献1に開示されている液晶表示装置90の問題点を解決
すべく、補助容量を形成するコンデンサの一方の電極となる補助容量線と対になる電極と
してTFTのドレイン電極を延在させて使用するとともに、補助容量線とドレイン電極と
の間の距離をより短くするために、両者間にゲート絶縁膜に換えてゲート絶縁膜よりも薄
肉化された絶縁膜部分を介在させることにより、特に工数の増加や開口率の低下をもたら
すことなく補助容量コンデンサの容量を増大させることができることを見出し、既に特願
2006−184115号(以下、「先願」という。)として特許出願している。
この先願の明細書及び図面に記載されている液晶表示装置を図12〜図15を用いて説
明する。なお、図12は、先願発明の液晶表示装置の一画素に相当する部分を拡大し、カ
ラーフィルタ基板を透視して示した平面図であり、図13は図12の液晶表示装置のB−
B線で切断した状態を示す側断面図である。また、図14(a)〜図14(g)は図12
のアレイ基板を製造する製造工程を示す断面図であり、図15(a)〜図15(e)は図
14(g)に引き続く図12のアレイ基板を製造する製造工程を示す断面図である。なお
、図14及び図15はいずれも図12のB−B線において切断した断面の状態を示すもの
である。
先願の液晶表示装置10Dは、ガラス等からなる透明基板11、12上に各種配線等が
形成されたアレイ基板13及びカラーフィルタ基板14からなる一対の基板の表面外周部
をシール材(図示省略)により貼り合わせ、その内部に液晶15を注入することにより作
製される。
アレイ基板13及びカラーフィルタ基板14上(内面側)には種々の配線等が形成され
ており、そのうちアレイ基板13には、マトリクス状に形成された複数本の走査線16及
び信号線17と、複数本の走査線16間に設けられ、この走査線16と平行な複数本の補
助容量線18と、ソース電極S、ゲート電極G、ドレイン電極D、及びアモルファスシリ
コン(a−Si)等からなる半導体層19からなる薄膜トランジスタTFTと、走査線1
6と信号線17とで囲まれた領域を覆う画素電極20と、が設けられている。そして、画
素電極20とドレイン電極Dとの間に電気的接続を形成するためのコンタクトホール30
が補助容量電極18aに対応する位置に形成されているが、この部分の構成については、
以下において、図14及び図15を用いて詳細に説明する。
カラーフィルタ基板14には、アレイ基板13の画素領域に合わせてマトリクス状に設
けられたブラックマトリクス21と、このブラックマトリクス21により囲まれた領域に
設けられる例えば赤(R)、緑(G)、青(B)等のカラーフィルタ22と、アレイ基板
側の電極に電気的に接続されカラーフィルタを覆うように設けられた共通電極23とが通
常設けられている。そして、アレイ基板13とカラーフィルタ基板14、及びシール材に
より囲まれた領域には基板間距離を均一にするための柱状スペーサ等が必要に応じて複数
個配設されているとともに、液晶15が封入されている。
次に上述の液晶表示装置10Dのアレイ基板13の製造工程を図14及び図15を参照
して以下に示す。先ず、図14(a)に示すように、透明基板11上に所定厚のアルミニ
ウム、モリブデン、クロムあるいはこれらの合金からなる導電物質層24を成膜する。そ
して、図14(b)に示すように、周知のフォトリソグラフィー法を用いてパターニング
することによりその一部をエッチングにより除去し、横方向に伸びる複数本の走査線16
と、これら複数本の走査線16間に補助容量線18とを形成する。なお、図14(b)に
おいては走査線16から伸びるゲート電極Gと補助容量線18の一部を幅広とすることに
より形成された補助容量電極18aが示されている。また、ここで示す走査線16及び補
助容量線18は、アルミニウムとモリブデンからなる多層構造の配線として示している。
これは、アルミニウムは抵抗値が小さいという長所を持っているが、その反面、腐食しや
すい、ITOとの接触抵抗が高いなどの欠点があるため、アルミニウムをモリブデンで覆
った多層構造にすることでそうした欠点を改善できる。
次に、図14(c)に示すように、前記工程によって走査線16と補助容量線18が形
成された透明基板11上を覆うように所定厚さの厚肉の絶縁膜25が成膜される。この厚
肉の絶縁膜25としては窒化シリコンなどからなる透明な無機絶縁性材料が用いられ、ま
た、この厚肉の絶縁膜25の厚さは走査線16及びゲート電極Gの絶縁性に関わるため2
000〜4500Åの範囲とすることが好ましく、より好ましくは2800Å以上とする
とよい。次いで、図14(d)に示すように、この厚肉の絶縁膜25の補助容量電極18
a上に位置する部分のみエッチングにより除去して窓部Wを形成する。
また、上記工程が完了した後、図14(e)に示すように、透明基板11上を覆うよう
に薄肉化された絶縁膜部分26を成膜する。この薄肉化された絶縁膜部分26は厚肉の絶
縁膜25及び前述のエッチングにより厚肉の絶縁膜25が除去された補助容量電極18a
上に成膜されるので、走査線16及びゲート電極Gは厚肉の絶縁膜25と薄肉化された絶
縁膜部分26の両方によって被覆され、この2層膜で厚さ2500〜5500Åの第1の
絶縁膜(ゲート絶縁膜とも言われる)27を構成する。そして補助容量電極18aは薄肉
化された絶縁膜部分26によってのみ被覆されている。なお、この薄肉化された絶縁膜部
分26の材料としては厚肉の絶縁膜25と同一材料、すなわち窒化シリコンからなるもの
であっても良く、また別の絶縁膜、例えば酸化シリコンなどでもよい。その肉厚は厚肉の
絶縁膜25よりも薄肉であればよく、好ましくは500〜1500Åとし、更に好ましく
は1000Å前後、例えば800〜1200Åとする。
次に、図14(f)に示すように、この薄肉化された絶縁膜部分26上にシリコン層、
例えばa−Siを1800Åの厚さで成膜するとともにその表面にna−Si層からな
るオーミックコンタクト層(図示せず)を500Åの厚さに成膜する。そして、図14(
g)に示すように、ゲート電極Gを覆う部分を残してa−Si層及びna−Si層をエ
ッチングにより除去し、TFTの一部となる半導体層19を形成する。
そして同様の手法により、透明基板11上に導電性物質を成膜し、図15(a)に示す
ように、走査線16に直交する方向に延びる複数本の信号線17、この信号線17から延
設され半導体層19に接続されるソース電極S、及び、補助容量電極18a上を覆うとと
もに一端が半導体層19に接続されるドレイン電極Dをパターニングする。これにより、
透明基板11の走査線16と信号線17との交差部近傍にはスイッチング素子となるTF
Tが形成される。
更にまた、図15(b)に示すように、これらの各種配線を覆うように透明基板11上
に表面の安定化のための無機絶縁材料からなる第2の絶縁膜(保護絶縁膜ないしパッシベ
ーション膜とも言われる)28を成膜し、続いて、図15(c)に示すように、アレイ基
板13の表面を平坦化するための有機絶縁材料からなる層間膜29を成膜する。
そして、図15(d)に示すように、この層間膜29の補助容量電極18a上に位置す
る部分の層間膜29及び第2の絶縁膜28を取り除いてコンタクトホール30を形成した
後、最後に、図15(e)に示すように、走査線16及び信号線17によって囲まれた1
画素領域ごとに例えばITO又はIZOからなる画素電極20を形成する。このとき好ま
しくはその一部が走査線16及び信号線17上に位置し、かつ隣接する画素電極20同士
が非接続状態となるように設ける。以上の工程によりアレイ基板13が製造される。
上述した製造方法によって形成されたアレイ基板13の補助容量は、下電極が補助容量
電極18aであり、上電極が画素電極20に接続されたドレイン電極Dであり、誘電体が
薄肉化された絶縁膜部分26であるコンデンサ構造からなる。そのため、誘電体として機
能する部分は、従来技術のように誘電体が2500〜5500Åのゲート絶縁膜よりも薄
肉な厚さ500〜1500Åの絶縁膜であるので、コンデンサ容量を飛躍的に増大させる
ことができる。また、ゲート電極G及び走査線16は厚肉の絶縁膜25と薄肉化された絶
縁膜部分26とからなる厚さ2500〜5500Åの2層構造の第1の絶縁膜27によっ
て被覆されているので、その絶縁性は十分に確保されている。
特許第2584290号公報(特許請求の範囲、2頁4欄30行〜3頁5欄17行、図1、図2) 特願2006−184115号
上述の先願発明に係る液晶表示装置10Dによれば、コンデンサの誘電体として作用す
る薄肉化された絶縁膜部分26の厚さを薄くすることでコンデンサ容量を増大させること
ができるため、補助容量を構成する電極部分を小さくでき、その結果として画素の開口率
を上げることができ、更に、ドレイン電極Dが補助容量を構成する電極を兼ねているため
、補助容量形成用の電極としてドレイン電極D以外に特別に電極(導電層)を設ける場合
よりも画素内の遮光部分を少なくすることができ、開口率をより向上することができると
いう優れた効果を奏するものである。
しかしながら、上述の先願発明に係る液晶表示装置10Dによれば、コンタクトホール
30は補助容量電極18a上に位置するように設けられている。このコンタクトホール3
0は、ドレイン電極D上の層間膜29及び第2の絶縁膜28をドライエッチング法(プラ
ズマエッチング法)によりエッチングすることにより形成されるが、ドレイン電極Dがプ
ラズマダメージを受けてピンホールができ易く、しかも、ドレイン電極Dの下部の薄肉化
された絶縁膜部分26の厚さが500〜1500Åと薄いため、このコンタクトホール3
0の形成部分でドレイン電極Dと補助容量電極18aとの間に短絡が生じ易く、輝点不良
が発生し、製造歩留まり低下の原因となっていた。
発明者らは、上記先願発明の問題点を解決すべく種々検討を重ねた結果、補助容量形成
領域の構成については上記先願発明と同様の構成を採用すると共に、コンタクトホールの
形成位置を、補助容量形成領域の絶縁層の厚さよりも厚い第1の絶縁膜側へずらすことに
より解決できることを見出し、本発明を完成するに至ったのである。
すなわち、本発明は、製造時に輝点不良の発生が少なく、かつ、補助容量を形成するコ
ンデンサの効率をより高くするとともに、特に工数の増加を招くことなく、しかも、画素
ごとの開口率を低下させることなくクロストークやフリッカ等の表示不良を抑制すること
ができる、小画素面積もしくは高精細化した画素を有する液晶表示装置及びその製造方法
を提供することにある。
本発明の上記第1の目的を達成するため、本発明の液晶表示装置は、
透明基板上にマトリクス状に配置された複数の信号線及び走査線と、前記走査線間に平
行に設けられた複数の補助容量線と、前記信号線及び走査線の交点近傍に設けられた薄膜
トランジスタと、前記信号線及び走査線により区画されるそれぞれの位置に配置されると
ともに前記薄膜トランジスタのドレイン電極に電気的に接続された画素電極とを備えた液
晶表示装置において、
前記薄膜トランジスタのゲート電極、走査線及び補助容量線は第1の絶縁膜で被覆され
ているとともに、前記補助容量線上の前記第1の絶縁膜の一部に薄肉化された絶縁膜部分
が形成され、
前記ドレイン電極は前記第1の絶縁膜上を薄肉化されていない部分の表面を経て前記薄
肉化された絶縁膜部分を被覆するように延在され、
前記画素電極とドレイン電極との間には第2の絶縁膜が形成され、
薄肉化されていない第1の絶縁膜上のドレイン電極上に位置する前記第2の絶縁膜には
コンタクトホールが形成され、
前記コンタクトホールを介して前記画素電極と前記ドレイン電極とが電気的に接続され
ていることを特徴とする。
また、本発明は、上記液晶表示装置において、前記コンタクトホールは、前記補助容量
線上の薄肉化されていない第1の絶縁膜の上に形成されたドレイン電極上に位置している
ことを特徴とする。
また、また、本発明は、上記液晶表示装置において、前記薄肉化されていない第1の絶
縁膜上のドレイン電極上に形成された前記コンタクトホールは、薄肉化された絶縁膜部分
よりも前記薄膜トランジスタ側に位置していることを特徴とする。
また、本発明は、上記液晶表示装置において、前記薄肉化された絶縁膜部分は複層構造
とされた前記第1の絶縁膜のうち最も表面側に形成された一層であることを特徴とする。
また、本発明は、上記液晶表示装置において、前記薄肉化された絶縁膜部分は複層構造
とされた前記第1の絶縁膜のうち最も透明基板側に形成された一層であることを特徴とす
る。
また、本発明は、上記液晶表示装置において、前記薄肉化された絶縁膜部分は複層構造
とされた前記第1の絶縁膜のうち最も厚みの薄い層で構成されていることを特徴とする。
また、本発明は、上記液晶表示装置において、前記補助容量線上の薄肉化された絶縁膜
部分のエッジは前記補助容量線のエッジよりも内側に位置することを特徴とする。
また、本発明は、上記液晶表示装置において、前記補助容量電極のエッジ部分は前記第
1の絶縁膜で被覆されていることを特徴とする。
また、本発明は、上記液晶表示装置において、前記第1の絶縁膜の厚さは2500〜5
500Åであり、前記薄肉化された絶縁膜部分の厚さは500〜1500Åであることを
特徴とする。
更に、本発明の上記第2の目的を達成するため、本発明の液晶表示装置の製造方法の発
明は、
透明基板上に走査線及び補助容量線を互いに平行に複数本配設する工程と、
前記透明基板上の全面を覆うように第1の絶縁膜を形成するとともに、前記補助容量線
上の前記第1の絶縁膜の一部に薄肉化された絶縁膜部分を形成する工程と、
前記走査線の一部に形成されるゲート電極に対応する位置の第1の絶縁膜の表面に半導
体層を形成する工程と、
前記走査線に直交するように一部にソース電極が形成された信号線を複数本配設すると
ともに、ドレイン電極を前記第1の絶縁膜の薄肉化されていない部分の表面を経て前記薄
肉化された絶縁膜部分を被覆するように形成する工程と、
前記信号線、ソース電極及びドレイン電極を含む基板表面を覆うように第2の絶縁膜を
形成する工程と、
薄肉化されていない第1の絶縁膜上のドレイン電極上に位置する前記第2の絶縁膜にコ
ンタクトホールを形成する工程と、
前記第2の絶縁膜上に前記コンタクトホールを介して前記ドレイン電極と電気的に接続
するように画素電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする。
また、本発明は、上記液晶表示装置の製造方法において、前記薄肉化された絶縁膜部分
を形成する工程は、前記第1の絶縁膜を複数回に分けて複数層に形成する工程と、その内
の少なくとも一層を除去する工程を含むことを特徴とする。
また、本発明は、上記液晶表示装置の製造方法において、前記薄肉化された絶縁膜部分
を形成する工程は、前記第1の絶縁膜を複数回に分けて複数層に形成する際に最初に形成
した層を除去する工程であることを特徴とする。
本発明は上記構成を備えることにより、以下に示すような優れた効果を奏する。すなわ
ち、本発明の液晶表示装置によれば、補助容量線の一部の表面上に設けられた第1の絶縁
膜の薄肉化された絶縁膜部分上に画素電極に接続されたドレイン電極が延在されているが
、この薄肉化された絶縁膜部分の厚さは補助容量線の周囲を覆う第1の絶縁膜の厚さより
も薄くなっており、この薄肉化された絶縁膜部分が補助容量の誘電体層を形成するため、
補助容量を飛躍的に大きくでき、以って補助容量線の面積を大きくすることなく、クロス
トークやフリッカ等の表示不良を抑制することができる液晶表示装置が得られる。なお、
本発明における補助容量線は、幅が太くされた補助容量電極と称される部分を含むもので
ある。
すなわち、第1の絶縁膜は本来層間の絶縁性を保つ目的で透明基板全体にわたって均一
の厚さに設けられるが、特にTFTの一端子となるゲート電極上ではTFTの静電耐圧を
維持するためにゲート絶縁膜として機能する第1の絶縁膜の厚さを薄くすることは不可能
である。しかしながら、本発明の液晶表示装置のように、補助容量線の表面の一部に第1
の絶縁膜の薄肉化された絶縁膜部分を形成することで、特に第1の絶縁膜全体の厚さを薄
くすることなく補助容量線上に薄肉化された絶縁膜部分を形成できるので、他の構成に何
ら悪影響を与えることなく上述した効果を奏することが可能となる。更にこの薄肉化され
た絶縁膜部分上にドレイン電極を延在させることによって補助容量を形成することができ
るため、遮光性の補助容量を効率よく配置することができ、開口率が向上する。
加えて、コンタクトホール形成位置を薄肉化されていない第1の絶縁膜上のドレイン電
極上の位置としたため、先願発明のような薄肉化された絶縁膜部分上にコンタクトホール
を形成した場合と比すると、第1の絶縁膜の厚さは薄肉化された絶縁膜部分の厚さよりも
厚いために、このコンタクトホール形成位置でのドレイン電極と補助容量電極との間に短
絡が少なくなるため、製造時に輝点不良の発生が少ない液晶表示パネルが得られる。
更には、本発明の液晶表示装置によれば、コンタクトホールが形成されている位置にお
いても、補助容量線とドレイン電極とが重なっているため、薄肉化されている部分ほど大
きな容量ではないが、補助容量線とドレイン電極との間で容量が形成される。このことに
よって、一つの画素における容量をより大きくすることができる。
また、本発明の液晶表示装置によれば、薄肉化して容量を形成する部分よりも薄膜トラ
ンジスタに近い位置にコンタクトホールが形成されているので、画素電極への書き込みの
遅れを低減することができる。特に本発明においては、第1の絶縁膜を薄肉化することで
非常に大きな補助容量を形成しているため、薄肉化されている部分がコンタクトホールよ
りも薄膜トランジスタに近いと、容量形成の方が先に行われ、画素電極への書き込みの遅
れを生じる恐れがある。したがって本構成は画素電極への書き込みの遅れを低減する上で
非常に有効である。
また、本発明の液晶表示装置によれば、第1の絶縁膜を複層構造とし、前記補助容量線
上の薄肉化された絶縁膜部分がその複数層のうちの一層、すなわち、第1の絶縁膜の最も
表面側に形成された層、あるいは最も透明基板側に形成された層から構成されるものとす
れば、例えば第1の絶縁膜の各層にエッチング特性の異なる材料を用い、不要な層のみを
エッチングにより除去することで、上述の薄い絶縁層を容易に形成することができるよう
になる。また、この絶縁層として用いられる層を第1の絶縁膜の各層のうち最も薄い層と
すれば、容易に補助容量コンデンサの容量を増大させることができるようになる。
また、本発明の液晶表示装置によれば、補助容量線上の絶縁層の薄い部分のエッジを補
助容量線のエッジよりも内側に位置させているので、補助容量を構成する上電極と走査線
との間に十分な間隔を取りながら、また補助容量線のエッジ付近における補助容量を構成
する上電極と下電極の静電耐圧を確保しながら、補助容量の容量を大きくすることができ
る。
また、本発明の液晶表示装置によれば、第1の絶縁膜の厚さが2500〜5500Åと
絶縁性を損なわない程度の肉厚が保たれているとともに、絶縁層は500〜1500Åと
薄肉になっているので、コンデンサの容量を大きくすることができる。なお、第1の絶縁
膜の厚さとしてはより好ましくは2800Å以上とし、絶縁層の厚さはより好ましくは1
000Å前後とする。
また、本発明の液晶表示装置の製造方法によれば、第1の絶縁膜を複数回に分けて複数
層に形成し、前記補助容量線上に形成された複数層の絶縁層のうちの一層、すなわち、第
1の絶縁膜の最初に形成された層を除去するようにしたので、簡単に補助容量線の表面の
一部に第1の絶縁膜よりも薄い厚さの薄肉化された絶縁膜部分を形成することができる。
以下、図面を参照して本発明の最良の実施形態を説明する。但し、以下に示す実施形態
は、本発明の技術思想を具体化するための液晶表示装置及びその製造方法を例示するもの
であって、本発明をこの液晶表示装置及びその製造方法に特定することを意図するもので
はなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものも等しく適応し得るものであ
る。なお、以下に示す実施例の液晶表示装置としては透過型の液晶表示装置について説明
するが、本発明の液晶表示装置は透過型に限らず、半透過型あるいは反射型の液晶表示装
置についても適応可能であることは明白である。
図1は本発明の実施例1に係る液晶表示装置の一画素に相当する部分を拡大し、かつ他
方基板、例えばカラーフィルタ基板を透視して示した平面図であり、図2は図1の液晶表
示装置のA−A線で切断した状態を示す側断面図であり、図3及び図4は図1の液晶表示
装置のアレイ基板を製造する製造工程を示す断面図である。なお、図3及び図4はいずれ
も図1のA−A線において切断した断面の状態を示すものである。
本実施例1の液晶表示装置10Aは、ガラス等からなる透明基板11、12上に各種配
線等が形成されたアレイ基板13及びカラーフィルタ基板14からなる一対の基板の表面
外周部をシール材(図示省略)により貼り合わせ、その内部に液晶15を注入することに
より作製される。
アレイ基板13及びカラーフィルタ基板14上(内面側)には種々の配線等が形成され
ており、そのうちアレイ基板13には、マトリクス状に形成された複数本の走査線16及
び信号線17と、複数本の走査線16間に設けられ、この走査線16と平行な複数本の補
助容量線18及び補助容量電極18aと、ゲート電極G、ソース電極S、ドレイン電極D
、及び半導体層19からなる薄膜トランジスタTFTと、走査線16と信号線17とで囲
まれた領域を覆う画素電極20と、が設けられている。
なお、TFTのゲート電極Gは走査線16と接続されており、ソース電極Sは信号線1
7と接続されている。また、TFTの半導体層19としてはポリシリコン(p−Si)又
はアモルファスシリコン(a−Si)が通常用いられるがこれに限られずアクティブ素子
であればよい。そして、この実施例1の液晶表示パネル10Aにおいては、補助容量電極
18a上の構成及びコンタクトホール30の形成位置に特徴があるが、これらの具体的構
成はアレイ基板13の製造工程を示す図3及び図4により説明する。
カラーフィルタ基板14には、アレイ基板13の画素領域に合わせてマトリクス状に設
けられたブラックマトリクス21と、このブラックマトリクス21により囲まれた領域に
設けられる赤(R)、緑(G)、青(B)等のカラーフィルタ22と、アレイ基板側の電
極に電気的に接続されカラーフィルタを覆うように設けられた共通電極23とが通常設け
られている。ただし、本発明はこれに限定されることなく、横電界方式の場合には共通電
極がない場合もあるし、白黒表示であればカラーフィルタがない場合もあるし、色補完型
のカラー表示の場合には三原色ではなくもっと多種類のカラーフィルタで構成する場合も
ある。
そして、アレイ基板13とカラーフィルタ基板14、及びシール材により囲まれた領域
には基板間距離を均一にするための柱状スペーサ等が必要に応じて複数個配設されている
とともに、液晶15が封入されている。
次に上述の液晶表示装置10Aのアレイ基板13の製造工程を図3及び図4により説明
する。先ず、図3(a)に示すように、透明基板11上に所定厚のアルミニウム、モリブ
デン、クロムあるいはこれらの合金からなる導電物質層24を成膜する。そして、図3(
b)に示すように、周知のフォトリソグラフィー法を用いてパターニングすることにより
その一部をエッチングにより除去し、横方向に伸びる複数本の走査線16と、これら複数
本の走査線16間に補助容量線18とを形成する。なお、図3(b)においては走査線1
6から伸びるゲート電極Gと補助容量線18の一部を幅広とすることにより形成された補
助容量電極18aが示されている。また、ここで示す走査線16及び補助容量線18は、
アルミニウムとモリブデンからなる多層構造の配線として示している。これは、アルミニ
ウムは抵抗値が小さいという長所を持っているが、その反面、腐食しやすい、ITOとの
接触抵抗が高いなどの欠点があるため、アルミニウムをモリブデンで覆った多層構造にす
ることでそうした欠点を改善できる。
次に、図3(c)に示すように、前記工程によって走査線16と補助容量線18が形成
された透明基板11上を覆うように所定厚さの厚肉の絶縁膜25を成膜する。この厚肉の
絶縁膜25としては窒化シリコンなどからなる透明な無機絶縁材料が用いられ、また、こ
の厚肉の絶縁膜25の厚さは走査線16及びゲート電極Gの絶縁性に関わるため2000
〜4500Åの範囲とすることが好ましく、より好ましくは2800Å以上とするとよい
。次いで、図3(d)に示すように、この厚肉の絶縁膜25の補助容量電極18a上に位
置する部分の一部、すなわち、ドレイン電極Dから離間している側をエッチングにより除
去して窓部Wを形成する。
また、上記工程が完了した後、図3(e)に示すように、透明基板11上を覆うように
厚肉の絶縁膜25より薄肉な絶縁膜部分26を成膜する。この薄肉化された絶縁膜部分2
6は厚肉の絶縁膜25及び前述のエッチングにより厚肉の絶縁膜25が除去された補助容
量電極18a上に成膜されるので、走査線16及びゲート電極Gは厚肉の絶縁膜25と薄
肉化された絶縁膜部分26の両層によって被覆され、この2層膜で厚さ2500〜550
0Åのゲート絶縁膜として機能する第1の絶縁膜27が構成される。
また、補助容量電極18aには、厚肉の絶縁膜25と薄肉化された絶縁膜部分26の両
層からなる第1の絶縁膜27によって被覆された領域xと、薄肉化された絶縁膜部分26
によってのみ被覆された補助容量形成領域yとが形成される。なお、このとき領域xは補
助容量形成領域yよりもTFTに近い側に形成されている。つまりコンタクトホール30
の方が補助容量形成領域yよりもTFTに近いので、コンタクトホール30を介して行わ
れる画素電極20への書き込みの遅れを低減することができる。また、この薄肉化された
絶縁膜部分26の材料としては厚肉の絶縁膜25と同一材料、すなわち窒化シリコンから
なるものであっても良く、また別の絶縁膜、例えば酸化シリコンなどでもよい。その肉厚
は厚肉の絶縁膜25よりも薄肉であって、好ましくは500〜1500Åとし、更に好ま
しくは1000Å前後、例えば800〜1200Åとする。
補助容量電極18a上に設ける絶縁層は、第1の絶縁膜27として補助容量電極18a
の領域x部分の厚みを確保した上で、この第1の絶縁膜27よりも薄い絶縁膜を補助容量
電極18aの補助容量形成領域y部分に形成するのが目的なので、薄肉化された絶縁膜部
分26を特別に形成することも考えられるが、第1の絶縁膜27を例えば2〜5層とし、
薄肉化された絶縁膜部分26はそのうちの少なくとも一層で構成するのが効率的であり、
良好な膜質の薄肉化された絶縁膜部分26が得られる。その場合膜質を変えるなどしてエ
ッチング特性を変えて、第1の絶縁膜27の表面に形成されたうちの一層とすることもで
きる。最も効率的なのは、上述の如く厚肉の絶縁膜25を形成し、これを補助容量電極1
8aの表面までエッチングにより除去し、その上に薄肉化された絶縁膜部分26を形成す
る方法のように、薄肉化された絶縁膜部分26を第1の絶縁膜27の表面側に形成された
一層とすることである。これにより、薄肉化された絶縁膜部分26は、第1の絶縁膜27
を構成する複数層の内の最も厚みの薄い層で構成することができ、補助容量を格段に大き
くすることができる。
次に、図3(f)に示すように、この薄肉化された絶縁膜部分26を含む第1の絶縁膜
27上にa−Si層及びna−Si層からなる半導体層19を所定の厚さ(例えばa−
Si層1800Å及びna−Si層500Å)に形成する。そして、図3(g)に示す
ように、ゲート電極Gを覆う部分を残して半導体層19をエッチングにより除去し、TF
Tの一部となる半導体層19を形成する。
次いで、透明基板11上に導電物質を成膜した後、フォトリソグラフィー法を用いてパ
ターニングすることによりその一部をエッチングにより除去し、図4(a)に示すように
、走査線16に直交する方向に延びる複数本の信号線17、この信号線17から延設され
半導体層19に接続されるソース電極S、及び、一端が半導体層19に接続されていると
ともに他端が補助容量電極18a上の第1の絶縁膜27上を延在されて薄肉化された絶縁
膜部分26を被覆するようにドレイン電極Dを形成する。これにより、透明基板11の走
査線16と信号線17との交差部近傍にはスイッチング素子となるTFTが形成される。
更にまた、図4(b)に示すように、これらの各種配線を覆うように透明基板11上に
表面の安定化のための無機絶縁材料からなる第2の絶縁膜28を成膜し、続いて、図4(
c)に示すように、アレイ基板13の表面を平坦化するための有機絶縁材料からなる層間
膜29を成膜する。次いで、図4(d)に示すように、補助容量電極18a上の領域x(
図3(e)参照)に位置する部分のドレイン電極D上に形成されている層間膜29及び第
2の絶縁膜28にプラズマエッチング法によってコンタクトホール30を形成する。
このコンタクトホール30の形成時には、領域xに位置するドレイン電極Dの下部には
厚膜の厚肉の絶縁膜25と薄肉化された絶縁膜部分26の両層からなる第1の絶縁膜27
が存在しているため、コンタクトホール30の形成部分でドレイン電極Dと補助容量電極
18aとの間に短絡が生じることがなくなる。また、このように、コンタクトホール30
を形成する位置を遮光性材料である補助容量電極18a上とすることにより、液晶表示装
置10Aとしてカラーフィルタ基板14と貼り合わせた際にその基板間距離が他の部分と
異なることに起因する表示品質のバラつきが目立たなくなる。なおこの領域xにおいても
補助容量電極18aとドレイン電極Dとの間に第1の絶縁膜27が介在しているため、領
域xでも容量が形成されることになる。したがって一つの画素における補助容量を大きく
することができる。
最後に、図4(e)に示すように、走査線16及び信号線17によって囲まれた1画素
領域ごとに例えばITOからなる画素電極20を形成する。このとき好ましくはその一部
が走査線16及び信号線17上に位置し、かつ隣接する画素電極20同士が非接続状態と
なるように設ける。以上の工程によりアレイ基板13が製造される。
上述した製造方法によって形成されたアレイ基板13の補助容量は、下電極が補助容量
電極18aであり、上電極が画素電極20に接続されたドレイン電極Dであり、誘電体が
厚さ500〜1500Åの薄肉化された絶縁膜部分26であるコンデンサ構造からなる。
よって、誘電体が従来技術のような2500〜4500Åのゲート絶縁膜よりも薄肉化さ
れた絶縁膜部分26からなるので、補助容量を従来技術のものよりも飛躍的に増大させる
ことができる。また、ゲート電極G、走査線16及びコンタクトホール30の形成部分は
厚肉の絶縁膜25と薄肉化された絶縁膜部分26の積層体からなる第1の絶縁膜27によ
って被覆されているので、その絶縁性は十分に確保されており、輝点不良が少ない液晶表
示パネル10Aが得られる。
また、補助容量を増大させることで補助容量を構成する電極部分を小さくでき、画素の
開口率を上げることができる。更に、ドレイン電極Dが補助容量を構成する電極を兼ねて
いるため、補助容量の電極としてドレイン電極D以外に特別に電極(導電層)を設ける場
合よりも画素内の遮光部分を少なくすることができ、開口率をより向上することができる
なお、補助容量の容量を増大させるためには、補助容量を形成する全ての部分で絶縁膜
を薄くした方がよい。この実施例1では厚肉の絶縁膜25を部分的に取り除くことで補助
容量部分に薄い薄肉化された絶縁膜部分26を得ているので、単に補助容量を大きくする
ためにはこの厚肉の絶縁膜25を取り除く部分を補助容量電極18aよりも大きくするこ
とにより達成し得る。つまり厚肉の絶縁膜25の窓部Wのエッジが補助容量電極18aの
エッジの外側になるようにすればよい。
しかしながら、ドレイン電極Dが補助容量の上電極を兼ねる場合、補助容量は走査線1
6の近くに配置される。そのため補助容量部分の外側まで薄肉化された絶縁膜部分26を
薄くしてしまうと、補助容量の上電極(ドレイン電極D)と走査線16の間隔が近くなり
過ぎてしまい、寄生容量などの問題が発生する。従ってドレイン電極Dが補助容量の上電
極を兼ねる場合は、補助容量の上電極と走査線16の間隔を広く取りながら、補助容量部
分の薄肉化された絶縁膜部分26を薄くする必要があり、薄肉化された絶縁膜部分26の
薄い部分のエッジが補助容量電極18aのエッジの内側に位置するようにする。
また、補助容量電極18a上に形成される薄肉化された絶縁膜部分26は補助容量電極
18aのエッジ付近ではその他の部分よりも薄くなりやすいため、補助容量電極18aの
エッジ付近において補助容量電極18aと上電極との静電耐圧を確保するためにも、補助
容量電極18aのエッジ付近の絶縁膜を補助容量電極18aの中央付近の薄肉化された絶
縁膜部分26よりも厚くした方がよい。この実施例1では、厚肉の絶縁膜25を取り除く
部分(窓部W)のエッジが補助容量電極18aの内側になるようにすることで、補助容量
の上電極(ドレイン電極D)との走査線16との間に十分な間隔を取ると共に上電極と補
助容量電極との静電耐圧も確保している。
また、この実施例1では、補助容量部分の薄肉化された絶縁膜部分26を薄くする方法
として、先に厚肉の絶縁膜25を成膜し、その厚肉の絶縁膜25の補助容量電極18aと
対応する部分を完全に取り除き、その上から厚肉の絶縁膜25よりも薄肉化された絶縁膜
部分26を積層している。補助容量部分の薄肉化された絶縁膜部分26を薄くする方法と
しては、この他にも先に厚めの絶縁膜を成膜し、その絶縁膜を部分的にエッチングして薄
くする方法もあるが、この実施例1の方が補助容量部分の薄肉化された絶縁膜部分26の
厚みを制御しやすく、均一な厚さの薄肉化された絶縁膜部分26を形成することができる
以上述べたように、実施例1の液晶表示装置によれば、コンタクトホール30の形成位
置を補助容量電極18a上の厚肉の絶縁膜25と薄肉化された絶縁膜部分26の両層から
なる第1の絶縁膜27によって被覆された領域xとなるようにしたため、コンタクトホー
ル30の形成部分でドレイン電極Dと補助容量電極18aとの間に短絡が生じることがな
くなる。加えて、遮光性材料からなる補助容量電極の面積を大きくすることなく補助容量
コンデンサの容量を増大させることができ、しかも、画素電極20は、その一部が走査線
16及び信号線17上に位置し、かつ隣接する画素電極20同士が非接続状態となるよう
に設けるので、画素ごとの開口率を低下させることなく、クロストーク及びフリッカ等の
表示不良を抑えることができる。加えて、画素電極20は平らな層間膜29上に設けられ
ているので、得られる液晶表示装置10のセルギャップを均一となし得るため、表示画質
の良好な液晶表示装置10が得られる。
なお、本実施例1の液晶表示装置10Aを透過型ではなく半透過型とする場合には、画
素電極のコンタクトホール30を除く領域に形成された層間膜29の表面に部分的に微細
な凹凸を形成するとともに、この凹凸部と画素電極20との間又は画素電極20の表面に
光反射材料からなる反射膜を成膜すればよい。半透過型の液晶表示装置においては、透過
型の液晶表示装置に比べて透過部の面積が狭いため、開口部の面積を広くすることができ
る本発明の液晶表示装置及びその製造方法は特に有効である。また、この液晶表示装置を
反射型としたい場合は、層間膜29との間又は画素電極20の表面の全域に反射膜を成膜
すればよい。
次に、実施例2の液晶表示装置10Bのアレイ基板の製造工程を図5及び図6を用いて
説明する。なお、実施例2の液晶表示装置10Bのカラーフィルタ基板を透視して表した
アレイ基板の一画素に相当する部分の拡大平面図は図1に示した実施例1の液晶表示装置
10Aの場合と同様であり、同じく実施例2のアレイ基板における図1のA−A断面図に
対応する図は図2に示した実施例1の液晶表示装置10Aの場合と同様であるので、必要
に応じて図1及び図2を援用して説明することとし、実施例1の液晶表示装置10Aの構
成と同一の部分には同一の参照符号を付与して説明する。また、図5(a)〜図5(b)
及び図6(a)〜図6(d)は実施例2の液晶表示装置10Bのアレイ基板を製造する製
造工程を示す断面図である。なお、図5(a)〜図5(e)及び図6(a)〜図6(d)
はいずれも図1のA−A断面に対応する位置の状態を示す。
先ず、図5(a)に示すように、透明基板11上に所定厚のアルミニウム、モリブデン
、クロムあるいはこれらの合金からなる導電物質層24を成膜する。そして、図5(b)
に示すように、周知のフォトリソグラフィー法を用いてパターニングすることによりその
一部をエッチングして除去し、横方向に伸びる複数本の走査線16、この走査線16に連
なるゲート電極G及びこれら複数本の走査線16の間にそれぞれ補助容量線18を形成す
る。なお、図5(b)においては走査線16から伸びるゲート電極Gと補助容量線18の
一部を幅広とすることにより形成された補助容量電極18aが示されている。
次に、図5(c)に示すように、前記工程によって走査線16と補助容量線18が形成
された透明基板11を真空装置内で高温、例えば350℃に加熱し、常法に従ってプラズ
マCVD(Chemical Vapor Deposition)法等により表面に所定厚さ(例えば1000Å
)の窒化ケイ素からなる薄肉化された絶縁膜部分26を形成する。その後、表面に薄肉化
された絶縁膜部分26を形成した透明基板11の温度を最初の温度よりも低い温度、例え
ば250℃に下げ、同様にプラズマCVD法等により所定厚さ(例えば3000Å)の窒
化ケイ素からなる厚肉の絶縁膜25を形成する。この薄肉化された絶縁膜部分26及び厚
肉の絶縁膜25の両者が第1の絶縁膜27となる。更に、厚肉の絶縁膜25の表面全体に
例えばa−Si層及びna−Si層からなる半導体層19を所定の厚さ(例えばa−S
i層1800Å及びna−Si層500Å)に形成する。
この薄肉化された絶縁膜部分26及び厚肉の絶縁膜25及び半導体層19は、何れも真
空装置から透明基板11を取り出すことなしに連続的に形成することができる。なお、薄
肉化された絶縁膜部分26及び厚肉の絶縁膜25とは、それぞれの絶縁膜形成時の基板温
度が相違しているため、同じ窒化ケイ素からなるものであっても膜の硬さが異なり、基板
温度が高い薄肉化された絶縁膜部分26の方が硬くなるために緩衝フッ酸による湿式エッ
チングレートが低下する。なお、薄肉化された絶縁膜部分26の厚さは短絡を起こさない
限り薄い方が好ましく、500〜1500Åとするとよい。また、薄肉化された絶縁膜部
分26と厚肉の絶縁膜25の両者を合わせた第1の絶縁膜27の厚さは、TFTのゲート
電極G部分で静電気により絶縁破壊を起こさないようにするため、2500〜5500Å
とするとよい。
ここでは絶縁膜を積層するときの基板温度を変えることでエッチングレートの異なる絶
縁膜を形成したが、この他にも雰囲気ガスの成分を変えてエッチングレートの異なる絶縁
膜を形成しても良い。例えば、窒化ケイ素を形成する場合、シランガスと窒素ガスを用い
るが、第2層目を形成する際に第1層目を形成するときよりもシランガスの割合を増やす
ことで、第1層の絶縁膜の方を硬くすることができる。
その後、図5(d)に示すように、TFTのゲート電極Gの表面に半導体層19が残る
ように半導体層19をドライエッチングにより除去し、次いで補助容量電極18aの表面
の厚肉の絶縁膜25を薄肉化された絶縁膜部分26が露出するように緩衝フッ酸を用いた
湿式エッチングないしはドライエッチングにより除去して窓部Wを形成する。この際、薄
肉化された絶縁膜部分26のエッチング速度は厚肉の絶縁膜25のエッチング速度よりも
遅いため、薄肉化された絶縁膜部分26は実質的にエッチングされない状態で残すことが
できる。
次いで、透明基板11上にアルミニウム、モリブデン、クロムあるいはこれらの合金か
らなる導電物質層を成膜した後、図1及び図5(e)に示すように、走査線16に直交す
る方向に延びる複数本の信号線17、この信号線17から延設されて半導体層19に接続
されるソース電極S、及び、補助容量電極18a上を覆うとともに一端が半導体層19に
接続されるドレイン電極Dをパターニングする。これにより、透明基板11の走査線16
及び信号線17との交差部近傍にはスイッチング素子となるTFTが形成される。
更に、図6(a)に示すように、これらの各種配線を覆うように透明基板11上に表面
の安定化のための無機絶縁性材料(例えば窒化ケイ素)からなる第2の絶縁膜28を成膜
し、続いて、図6(b)に示すように、アレイ基板13の表面を平坦化するためのポリイ
ミド等の有機絶縁材料からなる層間膜29を成膜したのち、図6(c)に示すように、補
助容量電極18a上の領域x(図3(e)参照)に位置する部分のドレイン電極D上に形
成されている層間膜29及び第2の絶縁膜28にプラズマエッチング法によってコンタク
トホール30を形成する。
この場合も、領域xは補助容量形成領域yよりもTFTに近い側に形成されており、コ
ンタクトホール30の方が補助容量形成領域yよりもTFTに近いので、コンタクトホー
ル30を介して行われる画素電極20への書き込みの遅れを低減することができる。また
、このコンタクトホール30の形成時には、領域xに位置するドレイン電極Dの下部には
厚膜の薄肉化された絶縁膜部分26と厚肉の絶縁膜25の両層からなる第1の絶縁膜27
が存在しているため、コンタクトホール30の形成部分でドレイン電極Dと補助容量電極
18aとの間に短絡が生じることがなくなるとともに、この領域xにおいても容量が形成
されることになるので一つの画素における補助容量を大きくすることができる。更に、こ
のように、コンタクトホール30を形成する位置を遮光性材料である補助容量電極18a
上とすることにより、液晶表示装置10Bとしてカラーフィルタ基板14と貼り合わせた
際にその基板間距離が他の部分と異なることに起因する表示品質のバラつきが目立たなく
なる。
そして、図6(d)に示すように、走査線16及び信号線17によって囲まれた1画素
領域ごとに例えばITOからなる画素電極20を形成する。このとき、光漏れを防止する
ために、好ましくは画素電極20の一部が走査線16及び信号線17上に位置し、かつ隣
接する画素電極20同士が非接続状態となるように設ける。以上の工程によりアレイ基板
13が製造される。
上述した製造方法によって形成された実施例2の液晶表示装置10Bのアレイ基板13
の補助容量は、上述の実施例1の液晶表示装置10Aの場合と同様に、下電極が補助容量
電極18aであり、上電極が画素電極20に接続されたドレイン電極Dであり、誘電体が
厚さ500〜1500Åの薄肉化された絶縁膜部分26であるコンデンサ構造からなる。
よって、誘電体が従来技術のような2500〜4500Åのゲート絶縁膜よりも薄肉化さ
れた絶縁膜部分26からなるので、補助容量を従来技術のものよりも飛躍的に増大させる
ことができる。また、ゲート電極G、走査線16及びコンタクトホール30の形成部分は
厚肉の絶縁膜25と薄肉化された絶縁膜部分26の積層体からなる第1の絶縁膜27によ
って被覆されているので、その絶縁性は十分に確保されており、輝点不良が少ない液晶表
示パネル10Bが得られる。
なお、上述の実施例2では、薄肉化された絶縁膜部分26と厚肉の絶縁膜25をともに
窒化ケイ素からなるものとした例を示したが、両者共に酸化ケイ素で形成してもよく、更
には、薄肉化された絶縁膜部分26と厚肉の絶縁膜25の何れか1方を酸化ケイ素として
他方を窒化ケイ素とすることもできる。ただし、エッチングレートの速い層を最上層にも
ってくるのがよく、また、絶縁性の点からすると薄肉化された絶縁膜部分26は窒化ケイ
素からなるものとする方がよい。また、補助容量線をアルミニウムで形成し、その表面を
陽極酸化して酸化アルミニウムとし、その膜を補助容量部分の薄肉化された絶縁膜部分2
6とすることもできる。
次に、実施例3の液晶表示装置10Cのアレイ基板の製造工程を図7及び図8を用いて
説明する。なお、実施例3の液晶表示装置10Cのカラーフィルタ基板を透視して表した
アレイ基板の一画素に相当する部分の拡大平面図は図1に示した実施例1の液晶表示装置
10の場合と同様であり、同じく実施例3のアレイ基板における図1のA−A断面図に対
応する図は図2に示した実施例1の液晶表示装置10Aの場合と同様であるので、必要に
応じて図1及び図2を援用して説明することとし、実施例1の液晶表示装置10Aの構成
と同一の部分には同一の参照符号を付与して説明する。また、図7(a)〜図7(f)及
び図8(a)〜図8(f)は実施例3の液晶表示装置10Cのアレイ基板を製造する製造
工程を示す断面図である。なお、図7(a)〜図7(f)及び図8(a)〜図8(f)は
いずれも図1のA−A断面に対応する位置の状態を示す。
先ず、図7(a)に示すように、透明基板11上に所定厚のアルミニウム、モリブデン
、クロムあるいはこれらの合金からなる導電物質層24を成膜する。そして、図7(b)
に示すように、周知のフォトリソグラフィー法を用いてパターニングすることによりその
一部をエッチングして除去し、横方向に伸びる複数本の走査線16、この走査線16に連
なるゲート電極G及びこれら複数本の走査線16の間にそれぞれ補助容量線18を形成す
る。なお、図7(b)においては走査線16から伸びるゲート電極Gと補助容量線18の
一部を幅広とすることにより形成された補助容量電極18aが示されている。また、ここ
で示す走査線16及び補助容量線18は、画素電極との接合コンタクトを取るために、ア
ルミニウムとモリブデンからなる複層構造となっている。
次に、図7(c)に示すように、前記工程によって走査線16と補助容量線18が形成
された透明基板11の表面に、常法に従ってプラズマCVD法等により表面に所定厚さ(
例えば4500Å)の窒化ケイ素からなる第1の絶縁膜27を形成し、更に、第1の絶縁
膜27の表面全体に例えばa−Si層及びna−Si層からなる半導体層19を所定の
厚さ(例えばa−Si層1800Å及びna−Si層500Å)に形成する。この第1
の絶縁膜27及び半導体層19は、何れも真空装置から透明基板11を取り出すことなし
に連続的に形成することができる。なお、第1の絶縁膜27の厚さはTFTのゲート電極
G部分で静電気により絶縁破壊を起こさないようにするため、2500〜5500Åとす
るとよい。
その後、図7(d)に示すように、透明基板11の表面全体にポジ型のフォトレジスト
31を均一な厚さになるように設け、このフォトレジスト31をハーフトーンマスク32
を用いて露光する。このハーフトーンマスク32は、TFTのゲート電極Gに対応する部
分33は完全遮光性、補助容量電極18aの補助容量形成領域y(図3(e)参照)に対
応する部分34は透光性、その他の部分35は半透過性となされている。したがって、フ
ォトレジスト31を露光後に現像すると、図7(e)に示すように、ゲート電極Gの表面
には厚いフォトレジスト31が残り、補助容量電極18aの補助容量形成領域yの表面
にはフォトレジストは存在せずに半導体層19が露出し、残りの部分にはゲート電極Gの
表面のフォトレジスト31よりも厚さが薄いフォトレジスト31が残る。
この状態で、補助容量電極18aの表面上の半導体層19をドライエッチングにより除
去して第1の絶縁膜27を露出させ、図7(f)に示すように、補助容量電極18aの表
面に露出している第1の絶縁膜27の一部を緩衝フッ酸により湿式エッチングないしはド
ライエッチングし、所定厚さ(例えば500〜1500Å)の薄肉化された絶縁膜部分2
6が残るようにする。
次いで、図8(a)に示すように、薄いフォトレジスト層31をアッシングにより除
去して半導体層19を露出させる。この際、ゲート電極G上に位置していた厚いフォトレ
ジスト層31は、その一部がアッシングされるために、厚さは薄くなるがそのまま半導
体層19を被覆したまま残る。その後、図8(b)に示すように、ドライエッチングによ
り露出した半導体層19を除去する。
その後、ゲート電極G上に位置していた厚いフォトレジスト層31をアッシングによ
り除去し、透明基板11上にアルミニウム、モリブデン、クロムあるいはこれらの合金か
らなる導電物質層を成膜した後、図1及び図8(c)に示すように、走査線16に直交す
る方向に延びる複数本の信号線17、この信号線17から延設されて半導体層19に接続
されるソース電極S、及び、補助容量電極18a上の第1の絶縁膜27を通って薄肉化さ
れた絶縁膜部分26を覆うとともに一端が半導体層19に接続されるドレイン電極Dをパ
ターニングする。これにより、透明基板11の走査線16及び信号線17との交差部近傍
にはスイッチング素子となるTFTが形成される。更に、図8(d)に示すように、これ
らの各種配線を覆うように透明基板11上に表面の安定化のための無機絶縁性材料(例え
ば窒化ケイ素)からなる第2の絶縁膜28を成膜し、続いて、アレイ基板13の表面を平
坦化するためのポリイミド等の有機絶縁材料からなる層間膜29を成膜する。
そして、図8(e)に示すように、エッチングにより補助容量電極18a上の領域x(
図3(e)参照)に位置する部分のドレイン電極D上に位置する層間膜29と保護絶縁膜
28にコンタクトホール30を形成する。この場合も、領域xは補助容量形成領域yより
もTFTに近い側に形成されており、コンタクトホール30の方が補助容量形成領域yよ
りもTFTに近いので、コンタクトホール30を介して行われる画素電極20への書き込
みの遅れを低減することができる。また、このコンタクトホール30の形成時には、領域
xに位置するドレイン電極Dの下部には厚膜の薄肉化された絶縁膜部分26と厚肉の絶縁
膜25の両層からなる第1の絶縁膜27が存在しているため、コンタクトホール30の形
成部分でドレイン電極Dと補助容量電極18aとの間に短絡が生じることがなくなるとと
もに、この領域xにおいても容量が形成されることになるので一つの画素における補助容
量を大きくすることができる。更に、このように、コンタクトホール30を形成する位置
を遮光性材料である補助容量電極18a上とすることにより、液晶表示装置10Bとして
カラーフィルタ基板14と貼り合わせた際にその基板間距離が他の部分と異なることに起
因する表示品質のバラつきが目立たなくなる。
そして、図8(f)に示すように、走査線16及び信号線17によって囲まれた1画素
領域ごとに例えばITO等からなる画素電極20を形成する。このとき、光漏れを防止す
るために、好ましくは画素電極20の一部が走査線16及び信号線17上に位置し、かつ
隣接する画素電極20同士が非接続状態となるように設ける。以上の工程により実施例3
の液晶表示装置10Cのアレイ基板13が製造される。
上述した実施例3の製造方法によって形成されたアレイ基板13の補助容量は、補助容
量電極18a及び画素電極20に接続されたドレイン電極Dがコンデンサの電極に相当し
、補助容量電極18a及びドレイン電極Dとの間に配置された薄肉化された絶縁膜部分2
6がコンデンサの誘電体に相当し、しかもこの薄肉化された絶縁膜部分26からなる誘電
体の厚さは、従来から使用されているゲート絶縁膜の厚さ2500〜4500Åよりも大
幅に薄い500〜1500Åとすることができるから、補助容量電極18aの面積を大き
くしなくても補助容量を飛躍的に増大させることができる。また、ゲート電極G、走査線
16及びコンタクトホール30の形成部分は薄肉化された絶縁膜部分26よりも厚さが厚
い第1の絶縁膜27によって覆われているので、絶縁性は十分に確保されるとともにドレ
イン電極Dと補助容量電極18aとの間の短絡も少なくなる。
なお、上述の実施例3では、第1の絶縁膜27として単一の窒化ケイ素層からなるもの
を示したが、このような場合には、第1の絶縁膜27は均質となるため、第1の絶縁膜2
7を緩衝フッ酸により湿式エッチングして厚さの薄い薄肉化された絶縁膜部分26を形成
する際にはエッチング時間で厳密に管理する必要がある。しかしながら、この第1の絶縁
膜27をエッチング速度が異なる材料からなる複層構造とすれば、エッチング条件をより
柔軟とすることができ、製造が容易となる。例えば、最初に透明基板11の温度を高くし
て硬質な窒化ケイ素膜を設けた後、透明基板11の温度を低くして軟質な窒化ケイ素膜を
積層するようにすれば、軟質な窒化ケイ素膜は緩衝フッ酸によりエッチング速度が速いた
め、多少のエッチング時間の誤差があっても下層の硬質な窒化ケイ素膜はほとんどエッチ
ングされないため、正確な厚さの薄肉化された絶縁膜部分26を得ることができる。
なお、上述の実施例3では、第1の絶縁膜27を窒化ケイ素からなるものとした例を示
したが、酸化ケイ素などで形成することができ、更には、第1の絶縁膜27を複層構造と
して、一方を酸化ケイ素として他方を窒化ケイ素とすることもできる。ただし、絶縁性の
点からすると最上層は窒化ケイ素膜からなるものとする方がよい。
以上述べたように、実施例3の液晶表示装置10Cによれば、補助容量電極18aの面
積を大きくすることなく補助容量を増大させることができるとともにドレイン電極Dと補
助容量電極18aとの間の短絡も少なくなるので、輝点不良が少なく、しかも、画素ごと
の開口率を低下させることなくクロストーク及びフリッカ等の表示不良を抑えることがで
きる。
また、実施例3の液晶表示装置10Cの製造方法によれば、ゲート絶縁膜及び半導体層
を順次連続的に成膜したために、ゲート絶縁膜の成膜及びエッチング工程を行った後に半
導体層の成膜を行う従来例の方法と比較すれば、基板の周囲を常圧状態から真空状態に保
持する工程を1回少なくすることができるとともに、ハーフトーンマスクにより補助容量
線の周囲に残したフォトレジスト層をマスクとしてエッチングにより補助容量線の表面に
位置する半導体層の除去を行うことができ、しかも、ゲート絶縁膜のエッチング工程で生
じるコンタミネーションの影響を受け難くなるためにTFTの特性が悪化することが少な
くなる。加えて、実施例3の液晶表示装置10Cの製造方法によれば、補助容量線の表面
の半導体層をエッチングした後、残ったフォトレジスト層及び半導体層をそのままマスク
としてエッチングにより絶縁層の形成を行うことができるので、絶縁層形成後に半導体層
のエッチング工程が増えるとはいえ、特に絶縁層形成時にフォトリソグラフィー工程を設
ける必要がなくなる。
実施例1に係る液晶表示装置の一画素に相当する部分を拡大し、カラーフィルタ基板を透視して示した平面図である。 図1の液晶表示装置のA−A線で切断した状態を示す側断面図である。 図3(a)〜図3(g)は図1のアレイ基板を製造する製造工程を示す断面図である。 図4(a)〜図4(e)は図3(g)に引き続く図1のアレイ基板を製造する製造工程を示す断面図である。 図5(a)〜図5(e)は実施例2のアレイ基板を製造する製造工程を示す断面図である。 図6(a)〜図6(d)は図5(e)に引き続く実施例2のアレイ基板を製造する製造工程を示す断面図である。 図7(a)〜図7(f)は実施例3のアレイ基板を製造する製造工程を示す断面図である。 図8(a)〜図8(f)は図7(f)に引き続く実施例3のアレイ基板を製造する製造工程を示す断面図である。 従来の液晶表示装置の1画素分の概略平面図である。 別の従来例のアレイ基板の数画素分の平面図である。 図11(a)〜図11(g)は図10のアレイ基板の製造工程を順に示す部分断面図である。 先願発明の液晶表示装置の一画素に相当する部分を拡大し、カラーフィルタ基板を透視して示した平面図である。 図12の液晶表示装置のB−B線で切断した状態を示す側断面図である。 図14(a)〜図4(g)は図12のアレイ基板を製造する製造工程を示す断面図である。 図15(a)〜図15(e)は図14(g)に引き続く図12のアレイ基板を製造する製造工程を示す断面図である。
符号の説明
10A〜10D 液晶表示装置
11、12 透明基板
13 アレイ基板
14 カラーフィルタ基板
15 液晶
16 走査線
17 信号線
18 補助容量線
18a 補助容量電極
19 半導体層
20 画素電極
22 カラーフィルタ
23 共通電極
24 導電物質層
25 厚肉の絶縁膜
26 薄肉化された絶縁膜部分
27 第1の絶縁膜
28 第2の絶縁膜
29 層間膜
30 コンタクトホール
W 窓部

Claims (12)

  1. 透明基板上にマトリクス状に配置された複数の信号線及び走査線と、前記走査線間に平
    行に設けられた複数の補助容量線と、前記信号線及び走査線の交点近傍に設けられた薄膜
    トランジスタと、前記信号線及び走査線により区画されるそれぞれの位置に配置されると
    ともに前記薄膜トランジスタのドレイン電極に電気的に接続された画素電極とを備えた液
    晶表示装置において、
    前記薄膜トランジスタのゲート電極、走査線及び補助容量線は第1の絶縁膜で被覆され
    ているとともに、前記補助容量線上の前記第1の絶縁膜の一部に薄肉化された絶縁膜部分
    が形成され、
    前記ドレイン電極は前記第1の絶縁膜上を薄肉化されていない部分の表面を経て前記薄
    肉化された絶縁膜部分を被覆するように延在され、
    前記画素電極とドレイン電極との間には第2の絶縁膜が形成され、
    薄肉化されていない第1の絶縁膜上のドレイン電極上に位置する前記第2の絶縁膜には
    コンタクトホールが形成され、
    前記コンタクトホールを介して前記画素電極と前記ドレイン電極とが電気的に接続され
    ていることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記コンタクトホールは、前記補助容量線上の薄肉化されていない第1の絶縁膜の上に
    形成されたドレイン電極上に位置していることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装
    置。
  3. 前記薄肉化されていない第1の絶縁膜上のドレイン電極上に形成された前記コンタクト
    ホールは、薄肉化された絶縁膜部分よりも前記薄膜トランジスタ側に位置していることを
    特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  4. 前記薄肉化された絶縁膜部分は複層構造とされた前記第1の絶縁膜のうち最も表面側に
    形成された一層であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  5. 前記薄肉化された絶縁膜部分は複層構造とされた前記第1の絶縁膜のうち最も透明基板
    側に形成された一層であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  6. 前記薄肉化された絶縁膜部分は複層構造とされた前記第1の絶縁膜のうち最も厚みの薄
    い層で構成されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  7. 前記補助容量線上の薄肉化された絶縁膜部分のエッジは前記補助容量線のエッジよりも
    内側に位置することを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  8. 前記補助容量電極のエッジ部分は前記第1の絶縁膜で被覆されていることを特徴とする
    請求項7に記載の液晶表示装置。
  9. 前記第1の絶縁膜の厚さは2500〜5500Åであり、前記薄肉化された絶縁膜部分
    の厚さは500〜1500Åであることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  10. 透明基板上に走査線及び補助容量線を互いに平行に複数本配設する工程と、
    前記透明基板上の全面を覆うように第1の絶縁膜を形成するとともに、前記補助容量線
    上の前記第1の絶縁膜の一部に薄肉化された絶縁膜部分を形成する工程と、
    前記走査線の一部に形成されるゲート電極に対応する位置の第1の絶縁膜の表面に半導
    体層を形成する工程と、
    前記走査線に直交するように一部にソース電極が形成された信号線を複数本配設すると
    ともに、ドレイン電極を前記第1の絶縁膜の薄肉化されていない部分の表面を経て前記薄
    肉化された絶縁膜部分を被覆するように形成する工程と、
    前記信号線、ソース電極及びドレイン電極を含む基板表面を覆うように第2の絶縁膜を
    形成する工程と、
    薄肉化されていない第1の絶縁膜上のドレイン電極上に位置する前記第2の絶縁膜にコ
    ンタクトホールを形成する工程と、
    前記第2の絶縁膜上に前記コンタクトホールを介して前記ドレイン電極と電気的に接続
    するように画素電極を形成する工程と、
    を含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
  11. 前記薄肉化された絶縁膜部分を形成する工程は、前記第1の絶縁膜を複数回に分けて複
    数層に形成する工程と、その内の少なくとも一層を除去する工程を含むことを特徴とする
    請求項10に記載の液晶表示装置の製造方法。
  12. 前記薄肉化された絶縁膜部分を形成する工程は、前記第1の絶縁膜を複数回に分けて複
    数層に形成する際に最初に形成した層を除去する工程であることを特徴とする請求項11
    に記載の液晶表示装置の製造方法。
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