JP2678024B2 - 画像表示装置半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

画像表示装置半導体装置及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は画像表示装置、とりわけ液晶を表示材料とす
るアクティブ型の画像表示装置の構成および製造方法に
関するものである。
従来の技術 近年、微細加工技術,高密度実装技術および液晶材料
等の進歩により2〜6インチと小型ではあるが液晶パネ
ルを用いてテレビ画像が商用ベースで提供されるように
なってきた。一方のガラス基板上にRGBの着色層を形成
しておくことにより表示画像のカラー化も容易に達成さ
れ、また絵素毎にスイッチング素子を内蔵させた言わゆ
るアクティブ型の液晶パネルではクロストークも少な
く、かつ高いコントラスト比も保証される。
このような液晶パネルは走査線としては120〜240本、
信号線としては240〜720本程度のマトリクス編成が一般
的で、第5図に示すように液晶パネル1を構成する一方
の基板2上に形成された走査線および信号線の電極端子
群(図示せず)に例えばポリイミド系樹脂薄膜をベース
とし、金メッキされた銅箔の接続端子(図示せず)を多
数形成された接続フィルム5を圧接しながら接着しなが
ら固定したり、あるいは駆動用の電気信号を供給する半
導体集積回路チップ6を直付けしたりして液晶パネル1
の中央部の画像表示部に電気信号を供給する手段が実装
として付与される。実装に必要な電極端子群と画像表示
部の走査線や信号線とを接続する配線材3,4は同じ材質
である必要はなく実装方式によって適宜選定されるが一
般的な単純マトリクス型の液晶パネルでは透明導電性の
ITO(Indium−Tin−Oxide)が用いられて同一である。
なお7は全ての絵素電極に共通な透明導電性の共通電
極を有するもう一方のガラス板で、2枚のガラス板は10
μm前後の間隙を保持するようにスペーサ,封口剤,シ
ール材を用いて組立られ、内部に液晶材が充填されてい
る。カラー化のためにはガラス板7の閉空間側に染料ま
たは顔料を含む有機薄膜よりなる着色層を形成しておけ
ばよく、このようなガラス基板を別名カラーフィルタと
呼んでいる。そして例えばTN型の液晶を用いる場合には
ガラス板7上面上とガラス板2下面上に偏向板が貼付さ
れ、液晶パネル1は電気光学素子として機能する。
第6図はアクティブ型の液晶パネルの等価回路で、走
査線3と信号線4との交差点毎にスイッチング素子とし
て例えば絶縁ゲート型トランジスタ8と液晶セル9とが
配置される。実線に描かれた素子類は一方のマトリクス
基板2上に、そして破線で描かれた素子類がもう一方の
基板7上に形成されている。蓄積容量10は必ずしも必須
の構成要素とは言えないが、ゲート・ソース間等の寄生
容量によってもたらされる映像信号の利用効果の低下や
画像むら、あるいは絶縁ゲート型トランジスタ8と液晶
セル9の保持状態のリーク電流に伴なう画像のちらつき
(フリッカ)や画面上下の輝度むら(輝度傾斜)等の抑
圧には効果的存在で、開口率を低下させたり点欠陥を増
やす恐れはあっても適宜採用される。11は前述したよう
に全ての液晶セル9に共通する透明導電層よりなる対抗
電極で、12は蓄積容量10の共通線であり、一般的には11
と12は接続して同電位で駆動される。
絶縁ゲート型トランジスタ8と蓄積容量9、そして電
極線,端子等の構成および製造方法にはかなりの自由度
があり標準として確率したとは到底言えない現状ではあ
るが、ここではコストダウンと歩留り向上を目的として
最も簡単で合理化された2枚マスクの編成を文献(M.Bo
nnel et.al.,Proc.Japan Display'86 pp332〜334)より
従来例として引用する。
第7図は単位絵素の平面配置図であり、A−A′線上
の製造工程中の要部断面図第8図(a)〜(d)に示
す。まず第8図(a)に示すように絶縁性透光基板、例
えば厚さ1mm程度のガラス板2上に1000Å程度の膜厚の
透明導電性のITO膜13をスパッタ等で被着し、ついで不
純物として燐を含む第1の非晶質シリコン層14を500Å
程度の膜厚でプラズマCVDで被着する。つぎに第8図
(b)に示すようにこれらの積層を一対のパターン(4
と16,15と17)で選択的に残して4と16,15と17とする。
そして第8図(c)に示すように300Å程度の膜厚の不
純物をほとんど含まない第2の非晶質シリコン層18と30
00Å程度の膜厚の窒化シリコン(Si3N4)層19を同じく
プラズマCVDで被着した後、例えばAl等の金属20を1000
Å以上の膜厚で被着する。最後は第8図(d)に示すよ
うに金属層20を選択的に残してゲート3とし、ゲート3
をマスクとして基板2上の不要なSi3N4層と第2,第1の
非晶質シリコン層を除去して露出した透明導電性の一対
のITO膜の一方15をドレイン(絵素電極)とするもので
ある。もう一方のITO膜4は信号線となっている。
発明が解決しようとする課題 以上述べた引例は強度に合理化されたものであるため
電気的特性と歩留に関して以下に述べるような問題点を
有している。
まず信号線がITO膜で形成されるために抵抗値が金属
薄膜と比べると10倍以上高く、大面積化,高密度化に対
応しにくく、忠実度の高い画像を得るには無理がある。
つぎに第8図(d)に示すようにゲート3とソース4
・ドレイン15とがゲート絶縁膜19′と面一であるため沿
面リークが大きく、液晶セル9に貯えられた電荷が失わ
れ易い、すなわち中間調の保持で難点がある。
そしてITO膜4,15からの含有酸素が不純物を含む非晶
質シリコン層16′と17′との境界面でバリア層を形成
し、絶縁ゲート型トランジスタのON電流のばらつきがひ
どく画像むらを生じ同じく中間調の保持で難点があり、
加えて不純物を含む非晶質シリコン層とITO膜との密着
力も弱く、断線や短絡の原因となることが多いことが分
った。
課題を解決するための手段 本発明においては信号線の抵抗値の低下、信号線と絶
縁ゲート型トランジスタとの間のオーミック接触および
密着力確保に関しては、透明導電層と不純物を含む非晶
質シリコン層との間に金属薄膜を介在させて残すことに
よって達成し、ゲートとソース・ドレイン間の沿面リー
クに関しては、ゲート電極の形成と半導体層の形成とを
別工程で行なうことによって回避するものである。
作 用 透明導電層上に金属薄膜が存在することにより、不純
物を含む非晶質シリコン層の被着条件によらず透明導電
層と不純物を含む非晶質シリコン層との直接反応が阻止
され、透明導電層−金属薄膜−不純物を含む非晶質シリ
コン層の間でオーミック性のみならず密着力までが保証
される。また透明導電層の抵抗値よりも低くなるような
金属薄膜の材質および膜厚を選定しておけば、信号線の
低抵抗化も容易に達成される。
また不要な半導体層の除去を絶縁層をマスクとして行
い、絶縁層上にゲート電極や走査線を配置することによ
って沿面リークの通路が絶縁層の厚み分(1μm以下)
からパターン合わせ精度(数μm)まで長くなり、沿面
リークが著しく減少する。
実施例 第1図は本発明による画像表示装置用半導体装置の第
1の実施例における単位絵素の平面配置図であり、第2
図はA−A′線上の製造工程中の要部断面図を示す。ま
ず第2図(a)に示すようにガラス基板2上に膜厚500
〜1000ÅのITO膜13と膜厚500〜1000Åの第1の金属層、
例えばCrの薄膜層21とをスパッタ等で被着した後に、不
純物として燐を含む第1の非晶質シリコン層14を膜厚20
0〜500Åで被着する。つぎに第2図(b)に示したよう
にソース・ドレインとなる一対のパターン4,22,16と15,
23,17とを選択的食刻によって残す。その後、第2図
(c)に示したように半導体層となる不純物をほとんど
含まない第2の非晶質シリコン層18とゲート絶縁層とな
るSi3N4層19とをそれぞれ200〜300Å,2000〜5000Å程度
の膜厚で被着し、第2図(d)に示したように絵素電極
となる領域と、図示はしないが画像表示部の信号線の端
子電極が設置される領域のみSi3N4層19、第1と第2の
非晶質シリコン層18,17およびCr層23を順次食刻して開
口部24を形成して絵素電極15を露出する。最後に残され
たSi3N4層19″上にゲートとともに走査線を兼ねる第2
の金属層パターン3を例えば2000〜3000Åの膜厚でAlを
被着形成することによって第2図(e)で示されるマト
リクス基板2を完成する。
第3図,第4図は本発明の第2の実施例を示し、第4
図(c)までは第2図(c)と全く同一の工程を経た
後、第4図(d)(e)に示したようにトランジスタを
構成する領域と信号線と走査線の交差点の近傍25とを除
いてSi3N4層19と第1と第2の非晶質シリコン層18,22,2
3を除去し、Cr層22,23とを大部分露出する。最後に残さ
れたSi3N4層19上にゲートとともに走査線を兼ねる3
と、信号線の抵抗を下げるCr層を残すためにCr層22′上
に並列パターン26とを例えば5000〜10000Åの膜厚でAl
を選択的に被着形成し、不要となったCr層を除去し、絵
素電極15を露出して本発明のマトリクス基板が完成す
る。
発明の効果 以上述べたごとく、本発明においては信号線は透明導
電層に金属薄膜が全線または大部分にわたって積層され
て構成されているので抵抗値を透明導電層単体に比べて
1/10以下にすることは極めて容易で、表示画面の大面積
化や高密度化への対応が苦にならず、チップ・オン・グ
ラス方式で半導体チップを実装した場合でも高速クロッ
ク信号線や電源線への流用も可能となる。
また不純物を含む非晶質シリコン層は必らず金属層を
介して透明導電層に接続されるので、絶縁ゲート型トラ
ンジスタのON電流のばらつきが少なくなり画像のむらが
目立たなくなると同時に中間調表示の階調を上げること
が可能となる。加えて製造工程中の加熱処理に対して不
純物を含む非晶質シリコン層が剥離することもなくなり
従来のように剥離した小片が原因となるような断線や短
絡は皆無となり、歩留りも著しく向上する。
そしてゲートおよび走査線は絶縁層を階段的に介在し
て信号線や絵素電極に接するので沿面リークがほとんど
なく、液晶セルに保持される電荷が失われにくくなって
中間調と保持が容易となると同時に駆動信号もリーク電
流に対応した量だけ低消費電力化できるなどの優れた効
果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図,第3図は本発明による画像表示装置用半導体装
置の単位絵素の平面配置図、第2図,第4図は同装置の
製造工程中の要部断面図、第5図は液晶パネルへの実装
を示す斜視図、第6図はアクティブ型液晶パネルの等価
回路図、第7図,第8図は先行例によるマトリクス基板
の単位絵素の平面配置図と製造工程中の要部断面図を示
す。 1……液晶パネル、2……マトリクス基板、3……走査
線、4……信号線、8……絶縁ゲート型トランジスタ、
9……液晶セル、11……対抗電極、13……透明導電層、
14,16,17……不純物を含む非晶質シリコン層、18……不
純物を含まない非晶質シリコン層、19……(ゲート)絶
縁層、20……(ゲート)金属層、21,22,23……金属層、
24……開口部、25……島状領域、26……金属層。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁性基板上に選択的に被着形成された、
    第1の金属層と不純物を含む第1の非晶質シリコン層と
    を部分的に積層された透明導電層よりなる一対のパター
    ンをソース(信号線)・ドレイン(絵素電極)とし、不
    純物をほとんど含まない第2の非晶質シリコン層の絶縁
    層とを介して前記ソース・ドレインの一部と重なってソ
    ース・ドレイン間上に選択的に形成された第2の金属層
    が絶縁ゲート型トランジスタのゲートとともに走査線を
    構成し、前記走査線と信号線との交点近傍および薄膜ト
    ランジスタの近傍を除いて前記絶縁層、第1の非晶質シ
    リコン層、第2の非晶質シリコン層および第1の金属層
    が除去されて前記透明導電層が露出するとともに、前記
    信号線上に部分的に存在する第1の金属層上に第2の金
    属層が被着形成されていることを特徴とする画像表示装
    置用半導体装置。
  2. 【請求項2】絶縁性基板上に透明導電層、第1の金属層
    及び不純物を含む第1の非晶質シリコン層を順次被着す
    る工程と、前記3つの薄膜層を選択的にパターニングし
    て一対のソース・ドレインを形成する工程と、全面に不
    純物を含まない第2の非晶質シリコン層と絶縁層とを被
    着する工程と、走査線と信号線との交点近傍及び薄膜ト
    ランジスタの近傍を除き、前記絶縁層、前記第2の非晶
    質シリコン層及び前記第1の非晶質シリコン層を選択的
    に除去し前記第1の金属層を露出する工程と、前記信号
    線上に部分的に低抵抗化領域と、前記絶縁層上に前記ソ
    ース・ドレインと一部重なる絶縁ゲート型トランジスタ
    のゲートとを、第2の金属層で選択的に被着形成する工
    程と、前記第2の金属層をマスクとして前記第1の金属
    層を選択的に除去して絵素電極となる領域の透明導電層
    を露出する工程とを含むことを特徴とする画像表示装置
    用半導体装置の製造方法。
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