JP2907177B2 - 液晶装置 - Google Patents

液晶装置

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JP2907177B2
JP2907177B2 JP5489297A JP5489297A JP2907177B2 JP 2907177 B2 JP2907177 B2 JP 2907177B2 JP 5489297 A JP5489297 A JP 5489297A JP 5489297 A JP5489297 A JP 5489297A JP 2907177 B2 JP2907177 B2 JP 2907177B2
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interlayer insulating
film
line
gate
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寿源 小平
弘之 大島
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は薄膜トランジスター
を用いた液晶装置に関する。 【0002】 【従来の技術】マトリックスアレーを用いた大面積表示
装置の開発が最近非常に活発に進められており、小型情
報機器、ハンディタイプのテレビ等広範囲にわたる応用
が期待されている。平面型の大容量の表示装置として
は、スイッチング素子をマトリックスアレー状に配列し
たものが最も有望視されている。 【0003】図1は非線型スイッチング素子をマトリッ
クスアレー状に配列したアクテイプマトリックスアレー
基板の構成の1例を示した配置図である。図中1で囲ま
れた領域が表示領域であり、その中に非線型素子2がマ
トリックス状に配置されている。3は非線型素子2への
データ信号ライン(ソースライン)であり、4は非線型
素子2へのタイミング信号ライン(ゲートライン)であ
る。 【0004】図1の様にマトリックスアレー基板を構成
した場合発生し易い欠陥として、各ライン及び非線型素
子のパターニング時に発生するパターン不良の他に、ソ
ースラインとゲートラインの交点における絶縁不良,非
線型素子2の絶縁不良が挙げられる。この内のパターン
不良は、工程の改善、無塵化の撤底等により相当低レベ
ルまで欠陥数を下げる事が可能であるのに対し、絶縁不
良については絶縁層の質の改善、厚みの増加等により初
期的に欠陥数を低下させる事は可能であっても、静電気
等によリマトリックスアレー完成以降にしばしばライン
間の絶縁不良欠陥が発生する。 【0005】この静電気による欠陥は、図1を見てわか
る様に、ソースライン又はゲートラインが、パネルの表
示領域外で静電気を受け、そのラインと直交するライン
との交点の絶縁不良となり、結果として、データ信号が
ゲートラインに漏れたり、タイミング信号がソースライ
ンに漏れ、絶縁不良個所を含むライン上の画素すべての
表示が不良となってしまい、いわゆるライン欠陥となっ
て、表示特性を著しくそこねる。この様な絶縁不良が発
生した場合の修正方法は、当該絶縁不良個所前後でソー
スライン又はゲートラインを切断する事による以外にな
く、この様な修正方法ではソースライン又はゲートライ
ンが断線してしまい、この断線したラインと接続した画
素はすべて非点燈の欠陥として残りライン欠陥を除去出
来ない。マトリックスアレーを単結晶シリコン基板上に
構成する場合は、静電気保護用のダイオード,抵抗をシ
リコン基板内に作り込むことにより、マトリックスアレ
ーを静電気より保護する事も可能であるが、ガラス板上
にマトリックスアレーを構成した場含、静電気の保護回
路を設け難く、従って前記の様な絶縁不良が多量に発生
し易く、マ卜リックスアレーの量産は困難である。 【0006】図2は、非線型素子にMOS型電界効果卜
ランジスターを用いたマトリックスアレーの例を示した
ものであり、マトリックスアレー液晶表示装置の1画素
の等価回路を示したものである。5はMOS型電界効果
トランジスターであリデータ信号のスイッチングを行な
う。6はコンデンサーであリデータ信号の保持用として
用いられる。7は液晶パネルであり、7ー1は液晶駆動
素子に対応して形成された液晶駆動電極であり、7ー2
は上側ガラスパネルである。 【0007】図2の例におけるマトリックスアレーの具
体例を示したものが図3の(a),(b)であり、
(a)が平面図、(b)は(a)内の一点鎖線イーロに
従って切断した断面図である。これはガラス基板15の
上に薄膜トランジスターを作る事によリマ卜リックスア
レーを構成した例であって、多結晶シリコン8の表面を
熱酸化してゲート絶縁膜13とし、次に第2層目の多結
晶シリコンを形成し、パターニングする事により、ゲー
トライン及びトランジスターのゲート電極9と、電荷蓄
積用コンデンサーの一方の電極12を同時に構成する。 【0008】さらに、第2層目の多結晶シリコン9及び
12に不純物を拡散すると同時に第一層目の多結晶シリ
コン8のゲート電極9におおわれていない領域にも不純
物を拡散し、トランジスターのソース・ドレインを形成
する。次に層間絶縁膜14を全面に形成した後卜ランジ
スターのソース・ドレイン領域にコンタクト穴を開け
る。最後にソースライン10及び画素駆動電極11を形
成して、マトリックスアレーは完成する。この場合層間
絶縁膜14はゲートライン9と、ソースライン10を絶
縁しているのみならず、電極11及び12によって成る
電荷蓄積用コンデンサーの絶縁膜をもかねている為に出
来る限り薄くしなければ、このコンデンサーの容量は十
分な値がとれない。 【0009】例えぱ一画素の大きさを1ミリメートル四
方とした場合コンデンサーの大きさは画面の明るさから
200ミクロン平方程度までであり、絶縁膜がシリコン
酸化で厚さを5000オングス卜ロームの場合コンデン
サー容量は約2.5ピコファラドしか得られない。 【0010】これに対し、画素液晶の容量は液晶厚みを
10ミクロンとすると約9ピコファラド有る。コンデン
サーの容量は、少なくとも液晶の容量程度を有しなけれ
ぱ存在価値が無く、理想的には2〜3倍必要である。従
ってこの為には、層間絶縁膜の膜厚を1/5〜1/10
程度に薄くするか、又は面積を5〜10倍にしなければ
ならない。 【0011】面積は前記の様にパネルの明るさから前記
の大きさ以上は無理であり、層間絶縁膜を薄くする方法
しか無く、この場台のシリコン酸化膜では1000オン
グス卜ローム以下の膜厚でなければならない、又比誘電
率の大きいシリコン窒化膜を用いた場合でも誘電率は高
々シリコン酸化膜の2倍でしかないので膜厚も1000
〜2000オングストローム程度に薄くしなければなら
ない。 【0012】一方トランジスターのゲート絶縁膜13に
ついて考えると、この厚さは通常薄い場合であっても1
000〜2000オングストロームあり、場合によって
はトランジスターの耐圧から5000オングストローム
又はそれ以上必要な時もある。 【0013】 【発明が解決しようとする課題】ここで層間絶縁膜とト
ランジスターのゲート絶縁膜の耐圧を比べると、ゲート
絶縁膜はシリコンの熱酸化膜であるので、層間絶縁膜の
様な気相成長法に依ったシリコン酸化膜に比べ、耐圧は
同一膜厚の場合約2倍有り、前記のごとく層間絶縁膜と
ゲート絶縁膜の膜厚を1000〜2000オングストロ
ームとした場合必ず層間絶縁膜の方が耐圧が低くなって
しまい、従ってゲートライン又はソースラインに静電気
が入った場合の破壊個所は必ずソースラインとゲートラ
インが交差した場合は、図3からわかる様に、コンデン
サー容量が少なくなってしまいコンデンサーを入れた効
果が無くなってしまう。 【0014】 【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に複数
のゲートライン及び該複数のゲートラインに交差する複
数のソースラインと、前記各ゲートライン及び前記各ソ
ースラインに接続された薄膜トランジスターを有する画
素マトリクスと、前記薄膜トランジスターに電気的に接
続されてなる電荷保持コンデンサーとを有する液晶装置
において、前記電荷保持用コンデンサーは2つの電極間
にシリコン窒化膜からなる絶縁膜を介在してなり、前記
ゲートラインと前記ソースラインとの交差領域には、前
記ゲートラインと前記ソースラインとの間に複数の層間
絶縁膜を介在してなり、前記複数の層間絶縁膜は前記2
つの電極間に形成された絶縁膜よりも厚く、前記複数の
層間絶縁膜のうちの第1層間絶縁膜は前記絶縁膜と同一
膜からなるシリコン窒化膜からなり、前記複数の層間絶
縁膜のうち第2層間絶縁膜は前記2つの電極間には形成
されていないことを特徴とする。 【0015】以下本発明を図面によって詳細に説明す
る。 【0016】 【発明の実施の形態】図4は本発明を実施した1例を示
したものであり、(a)は図3(b)の断面図と同じ位
置での断面図であり、(b)は、ソースライン10とゲ
ートライン9の交差点近傍のみを示す平面図である。図
4の各部材番号は図3同様であり、製造方法もゲートラ
イン9及びコンデンサー電極12の形成及び不純物の拡
散までは図3の例と同一である。 【0017】層間絶縁膜はまず第一層目のシリコン窒化
膜14−1を基板全面に形成した後、第二層間のシリコ
ン酸化膜を基板全面に形成し、フォトエッチング技術に
より図4の14−2の様にゲートライン9とソースライ
ン10の交差領域以外の第二層目のシリコン酸化膜をエ
ッチング除去する。 【0018】次は図3の例と同様にトランジスターのソ
ース・ドレイン領域の第1層目のシリコン窒化膜にコン
タクトホールを開け、ソースライン10を形成して完成
する。第1層目のシリコン窒化膜14−1の厚さはコン
デンサー容量を確保する為に1000オングストローム
以下であり、第二層目のシリコン酸化膜の膜厚は、ゲー
トラインとソースライン間の耐圧を考慮して5000オ
ングストローム以上が良い。これによりコンデンサーの
容量を十分とれて、ゲートラインとソースラインの交差
点での耐圧をトランジスターのゲート耐圧より高くする
事が可能である。 【0019】図4の例では、基板全面に形成する層間絶
縁膜14−1を最初に形成した後、ソースラインとゲー
トラインの交差領域にのみ設ける層間絶縁膜14−2を
形成したが、この順序は逆であっても良い。また、図4
の様に絶縁膜14−1を最初に形成する場合これをシリ
コン窒化膜で形成し、絶縁膜14−2をシリコン酸化膜
で形成すれば図のようなパターニングに際し、エッチン
グの選択性が有り、より良好である。 【0020】図5は本発明の他の実施例を示したもので
あって(a)が平面図、(b)は(a)内の一点鎖線ハ
ーニに従って切断した断面図である。製造工程は図4の
例と同一であり、シリコン薄膜8の表面に熱酸化膜13
を成長させ、その上へ2層目のシリコン薄膜9及び12
を形成パターニングする。 【0021】さらにこの2層目のシリコン薄膜9及び1
2と、シリコン薄膜8の内シリコン薄膜9におおわれて
いない領域へ不純物の拡散を行なう。この後まず第一層
目の層間絶縁膜14ー2をエッチング除去し、コンデン
サーの一方の電極として用いるシリコン薄膜12の表面
上の層間絶縁膜は14ー1の第一層目のみとする。次に
トランジスターのソース・ドレイン領域上の層間絶縁膜
にコンタクト穴を開け、ソースライン10及び画素駆動
電極11を形成してアレーは完成する。 【0022】図4の例の場合と同様に層間絶縁膜14ー
1の膜厚を1000オングストローム程度、又層間絶縁
膜14ー2の膜厚を5000オングストローム以上とす
れば、やはり、ソースラインとゲートラインの交差部で
の両ライン間の耐圧を卜ランジスターのゲート耐圧より
高くする事が出来、しかも、画素内コンデンサーの容量
も十分な値とする事が可能である。 【0023】図5の場合、厚い層間絶縁膜がトランジス
ターをも覆うので、素子の保護に役立ち、信頼性も高く
なる。また厚い層間絶縁膜14−2は図5内の破線16
で示した様に、コンデンサー電極よりはずす必要はな
く、コンデンサー電極の周辺をおおっても良いが、出来
るだけ層間膜14−2をエッチング除去する面積が大き
い程コンデンサー容量は大きくとれる。 【0024】尚2つの層間絶縁膜14−1及び14−2
の材料はシリコン窒化膜が良く、また2層の形成順序は
図4の例同様にどちらを先に形成しても良いことはいう
までもない。また、図5の実施例では、画素駆動電極の
デッドスペースが小さくなりコントラストの向上にもな
る。 【0025】この様にゲートライン9はトランジスター
8を画素駆動電極11でおおう事は絶縁膜が14の1の
みの場合も可能であるが、さらに厚い絶縁膜14ー2の
存在によつてシヨート等の欠陥が減少し有効である。 【0026】 【発明の効果】以上述べた如く、本発明によれば下記の
優れた効果を有することができる。 (a)電荷保持用コンデンサーは2つの電極間に絶縁膜
を介在してなり、ゲートラインとソースラインとの交差
領域には、ゲートラインとソースラインとの間に複数の
層間絶縁膜を介在してなり、層間絶縁膜の厚さは絶縁膜
の厚さよりも厚いため、交差領域の耐圧を電荷保持用コ
ンデンサーよりも高くすることが可能である。 (b)また、絶縁膜及び第1層間絶縁膜はシリコン窒化
膜で形成することにより交差領域及び電荷保持用コンデ
ンサーの耐湿性を向上させるとともに、シリコン窒化膜
は誘電率が高いので、電荷保持用コンデンサーの容量を
高めることができる。 【0027】 【0028】 【0029】 【0030】本発明の応用は、上記実施例で示した榛に
コンデンサー電極を独立して設けたマ卜リックスアレー
に限らず、隣接画素のゲー卜ラインを当該画素のコンデ
ンサー電極と共用するタイプのマ卜リックスアレーにも
適用可能である。
【図面の簡単な説明】 【図1】マトリックスアレーの構成例を示した配置図。 【図2】表示体に液晶を用いたマトリックスアレー表示
装置の例を等価回路を示した配線図。 【図3】(a),(b)は図2の例の具体例を示す平面
図及び断面図。 【図4】(a),(b)は本発明を実施した例を示した
平面図及び断面図。 【図5】(a),(b)は本発明の他の実施例を示した
平面図及び断面図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−154289(JP,A) 特開 昭48−104561(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/136

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.基板上に複数のゲートライン及び該複数のゲートラ
    インに交差する複数のソースラインと、前記各ゲートラ
    イン及び前記各ソースラインに接続された薄膜トランジ
    スターを有する画素マトリクスと、前記薄膜トランジス
    ターに電気的に接続されてなる電荷保持コンデンサーと
    を有する液晶装置において、 前記電荷保持用コンデンサーは2つの電極間にシリコン
    窒化膜からなる絶縁膜を介在してなり、 前記ゲートラインと前記ソースラインとの交差領域に
    は、前記ゲートラインと前記ソースラインとの間に複数
    の層間絶縁膜を介在してなり、前記複数の層間絶縁膜は
    前記2つの電極間に形成された絶縁膜よりも厚く、前記
    複数の層間絶縁膜のうちの第1層間絶縁膜は前記絶縁膜
    と同一膜からなるシリコン窒化膜からなり、前記複数の
    層間絶縁膜のうち第2層間絶縁膜は前記2つの電極間に
    は形成されていないことを特徴とする液晶装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0656461B2 (ja) * 1982-05-06 1994-07-27 セイコーエプソン株式会社 マトリックスアレー
JPH0656461A (ja) * 1992-07-31 1994-03-01 Sumitomo Metal Mining Co Ltd ガラスペースト組成物

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