JP3085305B2

JP3085305B2 - 液晶表示装置の製造方法

Info

Publication number: JP3085305B2
Application number: JP26666799A
Authority: JP
Inventors: 靖夫田中; 俊久塚田; 好之金子; 英明山本; 治男松丸; 謙筒井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-09-21
Filing date: 1999-09-21
Publication date: 2000-09-04
Anticipated expiration: 2015-09-04
Also published as: JP2000131718A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置に係
り、特に、画素の開口率を低下させることなく、付加容
量を増大できる構造を有する液晶表示装置の製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】あるゲート線に対応する画素と次段のゲ
ート線の間に付加容量を設けることに関する従来技術と
しては、特開昭５９−１１９３２９号、特開昭６０−８
７３９３号、特開昭６２−１５２１５７号などが挙げら
れる。

【０００３】図２は従来技術に係る付加容量を具備した
アクティブマトリックス液晶ディスプレイパネルの一画
素を示す図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその
断面図、（ｃ）は等価回路図である。一画素を選択する
薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと略称する）４は図２
（ｂ）に示すように、ゲート線２、ゲート絶縁膜１１，
ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ），ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｎ^＋）層１５，信
号線１，ソース電極５，画素電極９よりなっている。ま
た、付加容量（図２（ｃ）の７）は図２（ａ）に示すよ
うに画素電極９と次段のゲート線３とを重なり合わせて
形成する。誘電体層は図２（ｂ）に示すように、ゲート
絶縁膜１１と同一の材料をそのまま使用する。ここで、
１３はゲート配線抵抗を低減するための低抵抗金属配
線、１２は保護膜である。

【０００４】付加容量７を設ける目的に関して以下に概
説する。ＴＦＴにゲート線とソース電極５の重なり部分
に起因する寄生容量（図２（ａ）の６）が存在するた
め、寄生容量６を介して、ゲート線２の走査パルスが洩
れ込み、画素電極９の電位Ｖｓを変動させる。この洩れ
込み電圧成分は、通常、走査パルスのデューティ比が
（１／ゲート線数）であることと、正負方向に非対称な
パルスであるため、画素電位に直流成分が加算された形
となる。この直流成分は液晶パネルの焼付や残像特性を
劣化させる。

【０００５】また、ＴＦＴのＯＦＦ抵抗が低下した場
合、あるいは液晶の固有抵抗値が減少した場合に、画素
電極９と液晶を介して対向電極１７とで形成される画素
容量（図２（ｃ）の１６）が十分に大きくないと、一
旦、ＴＦＴ４を介して書き込まれた画素電位Ｖｓが次の
書き込みまでの期間内に保持できないという問題が発生
する。これは液晶パネルでは黒しずみ，白ヌケ，黒しみ
といった画質の欠陥を引き起こす。この時、付加容量７
は画素容量１６を増大させる効果があるので、上記画質
上の欠陥が発生しにくくなる。

【０００６】以上述べた如く付加容量を設置すること
は、ＴＦＴで画素選択を行うアクティブマトリックス液
晶パネルにおいては、その画質向上のために有効な方法
である。

【０００７】なお付加容量は、図２に示す様なゲート線
を付加容量の一方の電極として用いるものの他に、特開
昭６２−１４８９２９号公報に示す様なゲート線とは別
に付加容量の一方の電極を設けるものもあり、どちらも
画素電極の信号電圧を保持する点においては同じ機能を
果たす。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では付加
容量の誘電体膜として、図２（ｂ）に示した如く、ＴＦ
Ｔのゲート絶縁膜１１と同一の材料を使用している。ａ
−ＳｉＴＦＴを用いる場合には通常ＳｉＮをゲート絶縁
膜として用いる。ＳｉＮゲート絶縁膜の膜厚を０．３２
μｍ程度、その比誘電率を６．９とすると、付加容量の
占有面積は５０００μｍ^２／１ｐＦとなる。例えば画素
の面積を２００×２５０μｍ^２とすると、１ｐＦの付加
容量は一画素の１０％の面積を占有することになる。し
かし、液晶セルの応答特性を早め、かつ視角特性を改善
するためには、液晶セルのギャップ間隔を可能な限り狭
めることが必要となり、これに伴って、付加容量を大き
くすることが必要であるとの知見を得た。本願発明者ら
により種々の検討の結果、例えば、５μｍ程度のギャッ
プ間隔では必要な付加容量は２ｐＦから３ｐＦ程度とな
ることが判明した。この場合、一画素内での付加容量の
占有率が２０％から３０％に達するので、もはや、付加
容量を一画素内のブラックマトリックス領域で吸収する
ことが困難となる。ここで、ブラックマトリックス部分
とは、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）画素電極と一対一に
対応するような対向電極基板側に設けられた赤，緑，青
色のカラーフィルタパターンの外側の遮光した領域をさ
す。通常一画素内の占有面積１０％程度の付加容量はこ
のブラックマトリックス領域内に納まるように配置し、
開口率を低下させないようにすることが可能であるが、
付加容量の占有面積が２０〜３０％になると一画素当り
の開口率の低下を招くことなしに配置することが困難と
なる。

【０００９】本発明の目的は、付加容量の大きさを増加
してもその占有面積率を増加させず、従って、開口率の
低下を起こさないような液晶ディスプレイパネルを提供
することにある。

【００１０】なお、付加容量の誘電体膜に付加容量の一
方の電極の陽極酸化膜を用いる公知例には特開昭５８−
９３０９２号公報（先行技術１）がある。しかし上記先
行技術１には、本発明の、付加容量の誘電体膜をタンタ
ルの酸化膜とシリコンの窒化膜の複合膜で形成する構成
の記載はなかった。

【００１１】また、付加容量の誘電体膜をタンタルの酸
化膜とシリコンの窒化膜の複合膜で形成する構成の先出
願には、特開平１−２１７３２５号公報（先行技術２）
及び特開平１−２６７６１８号公報（先行技術３）が有
ることが分かった。しかし上記先行技術２及び先行技術
３の何れも、本発明の、タンタル配線の端部の段差にテ
ーパをつけた後で陽極酸化を行う構成の記載はなかっ
た。

【００１２】従って、上記先行技術２及び先行技術３の
開示する技術では、タンタル配線の表面を陽極酸化した
後その上に信号線を形成すると信号線が断線するという
課題の認識がないので、タンタル配線の陽極酸化膜が形
成する段差により信号電極及びソース、ドレイン電極が
断線しやすくなる問題があった。

【００１３】さらに、上記先行技術１、先行技術２及び
先行技術３の何れも、ガラス基板上に、ガラス保護用の
下地膜を堆積した後、タンタル膜を堆積し、パターン形
成し、陽極酸化を行う構成の記載はなかった。

【００１４】従って、上記先行技術１、先行技術２及び
先行技術３では、タンタル膜のパターン形成時にガラス
基板を損傷してしまう可能性もあった。また陽極酸化工
程でもガラス基板を損傷する可能性があった。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的は、上記付加容
量を構成する重畳部分の誘電体膜として、Ｔａを主成分
とする金属の酸化物を少なくとも含む材料を用いること
により達成される。

【００１６】即ち、ガラス基板上にガラス保護用の下地
膜を堆積した後、タンタル膜を堆積する工程と、上記タ
ンタル膜をエッチングして複数のタンタル配線をパター
ン形成し、該タンタル配線パターンの端部の段差にテー
パをつける工程と、上記タンタル配線を陽極酸化して、
上記タンタル配線の表面に８００Å以上３２００Å以下
のタンタル酸化膜を形成する工程と、シリコンの窒化物
からなるゲート絶縁膜及びｉ型アモルファスシリコン膜
を堆積する工程と、ｎ^＋型アモルファスシリコン膜を堆
積する工程と、上記ｎ^＋型アモルファスシリコン膜、ｉ
型アモルファスシリコン膜をパターン形成する工程と、
金属膜により、上記タンタル配線と交差する信号線パタ
ーン及びソース電極パターンを形成する工程と、透明電
極により画素電極を隣接するタンタル配線と重畳するよ
うにパターン形成する工程とよりなる液晶表示装置の製
造方法である。

【００１７】また、上記タンタル膜のエッチングは、Ｃ
−Ｃｌ−Ｆ系のガスを用いたドライエッチング法を用い
て行うことを特徴とする液晶表示装置の製造方法であ
る。

【００１８】また、上記タンタル酸化膜を形成する工程
は、上記タンタル配線パターンに化成用ホトレジスト工
程を施した後陽極酸化を行うことを特徴とする請求項１
記載の液晶表示装置の製造方法である。

【００１９】より具体的な例示としては、図１，図３，
図４，図８，図９あるいは図１０にその液晶ディスプレ
イの一画素部の主要部断面図を示した如き付加容量を設
置することにより達成される。

【００２０】即ち、図２（ａ）の７で示した従来例の付
加容量は、図２（ｂ）の断面図から明らかなように誘電
体膜としてａ−ＳｉＴＦＴのゲート絶縁膜であるＳｉの
窒化物または酸化物１１を利用しているが、本発明の付
加容量ではより比誘電率の大きいＴａ系金属の酸化物を
主たる誘電体膜として用いる。上記Ｔａ系金属酸化物と
しては、ゲート電極およびゲート配線材料として金属Ｔ
ａを使用し、これを陽極酸化して得られるＴａ_２Ｏ_５膜
を用いることができる。

【００２１】図１に示した実施例では付加容量はＴａゲ
ート配線２３／Ｔａの酸化物（Ｔａ_２Ｏ_５）２４／画素
電極９で構成されている。また、図３に示した実施例で
は付加容量はＴａゲート配線２３／Ｔａの酸化物（Ｔａ
_２Ｏ_５）２４／画素電極と電気的に接続した金属電極２
６で構成されている。また、図４に示した実施例では付
加容量はＴａゲート配線２３／Ｔａの酸化物（Ｔａ_２Ｏ
_５）２４／極めて薄いＳｉの窒化物または酸化物２１／
画素電極９で構成されている。

【００２２】Ｔａの酸化物（Ｔａ_２Ｏ_５）の比誘電率は
２６程度であり、ＳｉＮ膜の比誘電率６．９の３．８
倍、ＳｉＯ_２膜の比誘電率４．２の６．２倍程度に達す
る。

【００２３】付加容量付の液晶ディスプレイパネルでは
画素選択用のａ−ＳｉＴＦＴのゲート絶縁膜として、比
較的誘電率の大きいプラズマＣＶＤ法のＳｉＮ膜を用い
ていたが、前述の如く、このゲート絶縁膜を付加容量部
にも用いて膜厚０．３２μｍで３ｐＦの付加容量を得る
ためには１５００μｍ^２（一画素２００×２５０μｍ^２
の場合３０％）の占有面積を必要とする。ここで、誘電
体膜を同じ膜厚のＴａ_２Ｏ_５膜に置き換えると付加容量
の占有面積は１／３．８に低減することが可能となる。
この時、３ｐＦの付加容量は一画素面積の１０％以下と
なるので、一画素内のブラックマトリックス領域で吸収
するように付加容量パターンを配置することが可能とな
る。従って、一画素の開口率の低下による液晶ディスプ
レイパネルの輝度の低下を防止することができる。

【００２４】上記のＴａ_２Ｏ_５膜は、通常、ゲート電極
として金属Ｔａを用い、これを陽極酸化することによっ
て得られる。陽極酸化電圧と形成されるＴａ_２Ｏ_５陽極
酸化膜の膜厚は図７に示す如き直線関係を持つ。Ｔａ_２
Ｏ_５陽極酸化膜は、耐圧および絶縁性の優れた膜であ
る。これは陽極酸化反応がＴａ_２Ｏ_５膜の電気的にリー
クの多い部分から選択的に進行する（セルフヒーリング
効果と呼ばれている）ためである。従ってＴａ_２Ｏ_５陽
極酸化膜は付加容量部分のみならず、ゲート配線と信号
線の交叉部およびＴＦＴのゲート絶縁膜部分にも使用す
ることができ、好ましい。これにより、ゲート配線と信
号線との電気的短絡およびゲート電極とソース・ドレイ
ン電極の電気的短絡を大幅に低減することが可能とな
る。

【００２５】さらに本発明によれば、ガラス基板上にガ
ラス保護用の下地膜を堆積した後、タンタル膜を堆積
し、タンタル膜をエッチングすることにより、タンタル
膜エッチング工程でガラス基板の表面が保護される。ま
たタンタル膜を陽極酸化する工程でも、下地膜がガラス
基板を保護する役目を果たすので、ガラス基板を損傷す
ることがない。

【００２６】また、ａ−ＳｉＴＦＴのゲート絶縁膜に陽
極酸化のＴａ_２Ｏ_５膜のみを用い、Ｔａ_２Ｏ_５上に直接
ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）層を堆積すると、ＴＦＴの実効的な
移動度が大幅に低下する。従って、ａ−ＳｉＴＦＴのゲ
ート絶縁膜としては、第一層目のＴａ_２Ｏ_５ゲート絶縁
膜の上に、プラズマＣＶＤ法で堆積したＳｉＮ膜からな
る第二層目のゲート絶縁膜を重ねた二層膜を用いること
が望ましい。

【００２７】また、ゲート配線と信号線の交叉部におい
ても、ゲート線と信号線の線間容量を低減するためおよ
び線間の短絡率を低減するためにＴａ_２Ｏ_５／ＳｉＮ二
層膜を用いることが望ましい。

【００２８】また、Ｔａ_２Ｏ_５陽極酸化膜の膜厚が３２
００Å以上になると、通常１８００〜２０００Å程度の
厚さに形成されるゲート配線と合せた膜厚が５０００Å
以上程度となり、ゲート線／信号線交叉部における信号
線の乗り越え部の段差切れの確率が増加するので、Ｔａ
_２Ｏ_５の膜厚は３２００Å以下が望ましい。

【００２９】さらに、Ｔａからなるゲート配線の端部の
段差にテーパをつけることにより、ゲート線／信号線交
差部における信号線の乗り越え部の段差切れの確率が低
減するのでさらに望ましい。

【００３０】さらに、ガラス基板上に保護用の下地膜を
付けた後、Ｔａからなるゲート配線の端部の段差にテー
パをつけることにより、テーパエッチング時にガラス基
板がエッチングから保護されるので望ましい。

【００３１】また、付加容量部分のＴａ_２Ｏ_５膜が８０
０Å未満の膜厚にすると、リーク電流が増大し、絶縁性
が劣化する。この薄いＴａ_２Ｏ_５膜はＳｉＮまたはＳｉ
Ｏ_２膜との二層化によりリーク電流を抑制することがで
きる。しかし、付加容量としての長期間の寿命の点で信
頼性が低下する。従って、Ｔａ_２Ｏ_５膜の膜厚は８０
０Å以上とすることが望ましい。

【００３２】付加容量部分において、以下に述べる如き
最適な膜厚条件の設定を行うことにより、Ｔａ_２Ｏ_５／
ＳｉＮまたはＴａ_２Ｏ_５／ＳｉＯ_２の２層構造化を行う
ことができる。図６は付加容量部分の誘電体膜にＴａ_２
Ｏ_５／ＳｉＮ複合膜（ａ）およびＴａ_２Ｏ_５／ＳｉＯ_２
複合膜（ｂ）を用いた時の膜厚の組み合わせを示した図
である。図６（ａ），（ｂ）において、前記の如くＴａ
_２Ｏ_５の膜厚は８００Åから３２００Åの範囲内を選択
することが望ましく、各々、面積を一定とした場合、線
分ａ_１−ｂ_１は１ｐＦ、線分ａ_２−ｂ_２は２ｐＦ、線分
ａ_３−ｂ_３は３ｐＦの付加容量を設置した時の複合膜の
膜厚に対応している。

【００３３】図６（ａ），（ｂ）の１ｐＦの線分ａ_１−
ｂ_１より左側の領域が従来のＳｉＮ膜で形成した付加容
量よりも単位面積当りの容量が増加する領域であるが、
付加容量として２ｐＦ以上の値が必要とされている場合
には２ｐＦの線分ａ_２−ｂ_２より左側の斜線を施した領
域に含まれる膜厚の組み合わせが特に有効である。

【００３４】図６から、Ｔａ_２Ｏ_５／ＳｉＮ複合膜
（ａ）ではＳｉＮ膜厚は１０００Åとすることが特に有
効であり、Ｔａ_２Ｏ_５／ＳｉＯ_２複合膜（ｂ）ではＳ
ｉＯ_２膜厚は６００Å以下とすることが特に有効であ
る。

【００３５】また、タンタル膜のエッチングは、Ｃ−Ｃ
ｌ−Ｆ系のガスを用いたドライエッチング法を用いて行
うことにより簡単にタンタル配線の端部の段差にテーパ
をつけることができるので特に有効である。

【００３６】また、タンタル配線パターンに化成用ホト
レジスト工程を施した後陽極酸化を行うことにより、タ
ンタル配線上にタンタル酸化膜を選択的に形成すること
が出来る。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例により説明
する。

【００３８】実施例１．図１を用いて実施例１を説明す
る。透光性ガラス基板１４上にガラス基板保護用のＳｉ
Ｏ_２下地膜２０を約３０００Åの膜厚に堆積する。次
に、金属Ｔａをスパッタリング法により膜厚３０００Å
に堆積し、ホトエッチング法により所望のゲート配線パ
ターンとする。Ｔａパターン端部の段差にテーパをつけ
るために、エッチングにはＣ−Ｃｌ−Ｆ系のガスを用い
たドライエッチング法を用いる。次に、陽極酸化を行う
部分以外をホトレジストで被覆した基板を０．１％Ｈ_３
ＰＯ_４水溶液中に浸漬し、白金電極を陰極、Ｔａゲート
配線パターンを陽極として１８０Ｖの陽極酸化電圧（化
合電圧）で陽極酸化を行うと、Ｔａのゲート配線を完全
に被覆するように約３０００Åの膜厚のＴａ陽極酸化膜
（Ｔａ_２Ｏ_５）が形成される。即ち、図１において、Ｔ
ａ_２Ｏ_５膜２４はａ−ＳｉＴＦＴのＴａゲート電極２２
上ではＴＦＴの第一層のゲート絶縁膜となり、隣接する
Ｔａゲート配線２３上では付加容量の誘電体膜となる。
化成電圧と形成されるＴａ_２Ｏ_５膜の膜厚は図７に示す
ような直線関係にあり、勾配は１６．５Å／Ｖである。
従って、１８０Ｖの化成電圧では図７から３０００Åの
膜厚のＴａ_２Ｏ_５が得られる。陽極酸化は最初０．５ｍ
Ａ／ｃｍ^２の定電流密度で定電流化成を行い、化成電圧
が１８０Ｖに達した時点から３０分間、１８０Ｖ（＝一
定）として定電圧化成を行うと信頼性の高いＴａ_２Ｏ_５
膜が得られる。３０００Åの膜厚のＴａ_２Ｏ_５が形成さ
れるためには、それの約１／３の膜厚のＴａが消費され
るため、Ｔａゲート電極２２および隣接するＴａゲート
配線の付加容量部分２３のＴａ残膜厚は約２０００Åと
なる。

【００３９】次に、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）透明電
極をスパッタリング法により１２００Åの膜厚に堆積
し、ＨＣｌ系水溶液を用いたホトエッチング法により画
素電極パターン９を形成する。この時、画素電極９は隣
接するＴａゲート配線２３と重畳するようにパターン化
する。重畳部の面積は１７０×２５μｍ^２であり、付加
容量は３ｐＦとした。ここで付加容量の幅２５μｍは一
画素のサイズ２５０μｍ（Ｖ）×２００μｍ（Ｈ）のブ
ラックマトリックス領域で容易に吸収され、一画素の開
口率の低下を招くことはない。

【００４０】次に、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＮゲー
ト絶縁膜（第二層のゲート絶縁膜）２１，ａ−ＳｉＨ
（ｉ）膜８、ＳｉＮチャンネル保護膜２５をそれぞれ３
０００Å，２５０Å，２０００Åの膜厚に連続的に堆積
する。次に、ＨＦ−ＮＨ_４Ｆ系のエッチング液を用いた
ホトエッチング法により、ＳｉＮチャンネル保護膜２５
の島状パターンを形成する。

【００４１】次に、プラズマＣＶＤ法によりａ−Ｓｉ：
Ｈ（ｎ^＋）膜厚４００Åに堆積する。

【００４２】次に、ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｎ^＋）１５およびａ
−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）８島状パターンを形成する。この時、
ホトレジストのパターンはソース部分、ドレイン部分に
２分割したパターンを用いて、ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｎ^＋），
（ｉ）島状パターンを形成すると、ＳｉＮチャンネル保
護膜２５上のａ−Ｓｉ：Ｈ（ｎ^＋）膜はソース・ドレイ
ン間で分離され、ＳｉＮチャンネル保護膜パターン２５
の下のａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）膜はＳｉＮチャンネル保護膜
がエッチングストッパーとなって残される。

【００４３】次に、第２層のゲート絶縁膜であるＳｉＮ
ゲート絶縁膜２１に、ＩＴＯ画素電極９とソース電極５
とのコンタクトホールおよびゲート配線の端子取り出し
用パターンをホトエッチング法により形成する。

【００４４】次に、金属Ａｌを膜厚３０００Åに堆積
し、ホトエッチング法にて、信号線パターン１およびソ
ース電極パターン５を形成する。

【００４５】最後に、ＴＦＴ基板の画面領域全体を被覆
するように保護膜１２を形成して液晶ディスプレイパネ
ル用ＴＦＴ基板が完成する。このＴＦＴ基板を通常の対
向基板、液晶等と組み合せることにより液晶ディスプレ
イパネルが完成する。

【００４６】本実施例によれば、ガラス基板に保護用の
下地膜を堆積した後に、金属Ｔａを堆積し、ホトエッチ
ング法によりＴａ配線パターンを形成するので、金属Ｔ
ａエッチング時にガラス基板の表面が損傷することがな
い。またＴａパターン端部の段差にテーパをつけるエッ
チングを行ってもガラス基板は下地膜によって保護され
る。また、Ｔａ配線に陽極酸化膜を形成する工程でも、
ガラス基板は下地膜によって保護される。従って本実施
例によれば、基板に様々な種類のガラス基板を用いる事
が可能になる。

【００４７】実施例２．図３を用いて実施例２を説明す
る。ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｎ^＋）１５およびａ−Ｓｉ：Ｈ
（ｉ）８島状パターン化工程までは実施例１と同様の方
法で作製する。但し、スパッタリング法で堆積するＴａ
の膜厚は２７００Åとし、化成電圧は１２０Ｖを用いて
おり、形成されるＴａ_２Ｏ_５膜厚は図７より２０００Å
となり、化成後のＴａゲート線の残膜厚も約２０００Å
となっている。また、ＩＴＯ透明電極からなる画素電極
パターン９は隣接するゲート配線２３と重畳していな
い。実施例１と同様に、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＮ
ゲート絶縁膜（第二層のゲート絶縁膜）２１，ａ−Ｓ
ｉ：Ｈ（ｉ）８、ＳｉＮチャンネル保護膜２５をそれぞ
れ２０００Å，２００Å，１８００Åの膜厚に連続的に
堆積した後、ＳｉＮ島状パターン２５形成、プラズマＣ
ＶＤによるａ−Ｓｉ：Ｈ（ｎ^＋）膜形成（膜厚３００
Å）、ソース・ドレイン２分割ホトレジパターンによる
ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｎ^＋）１５，（ｉ）８島状パターン形成
を行う。

【００４８】次に、ＳｉＮゲート絶縁膜（第二層ゲート
絶縁膜）２１に、ＩＴＯ画素電極９と次段のゲート配線
２３上に形成された付加容量用のＴａ_２Ｏ_５誘電体膜２
４が露出するようにホトエッチングを行う。この時、実
施例１と同様に端子取り出し用のホトエッチングも同時
に行う。

【００４９】次に、金属Ａｌを膜厚３０００Åに堆積
し、ホトエッチング法にて、信号線パターン１、ソース
電極パターン５、および付加容量用上部電極パターン２
６を形成する。実施例１ではＩＴＯ画素電極９と次段の
ゲート配線２３がＴａ_２Ｏ_５２４を介して直接重畳部分
を形成するように付加容量を設けたが、本実施例ではＩ
ＴＯ画素電極９と電気的に接続したＡｌ電極２６が付加
容量用の上部電極となる。本実施例の付加容量の構造は
実施例１のＩＴＯを用いた構造と比較して、Ｔａ_２Ｏ_５
誘電体パターン２４の端部の段差において断線が発生し
にくいという利点がある。しかし、ＩＴＯ画素電極９上
で金属Ａｌとコンタクトを形成する必要があるため、開
口率が低下し易くなる問題点も若干有する。しかし、Ｔ
ａ_２Ｏ_５陽極酸化膜の膜厚を２０００Åと薄膜化するこ
とにより、３ｐＦの付加容量でも重畳部の面積は２００
×１４μｍ^２と占有面積を縮小することが可能である。
従ってＩＴＯ画素電極９とのコンタクトの重なりを６μ
ｍ、画素電極９とゲート配線２３のギャップを５μｍと
して、２００×２５μｍ^２のＡｌ電極パターン２６を形
成すれば、一画素のブラックマトリックス領域に納める
ことができ、一画素の開口率の低下を招くことはない。

【００５０】最後に、ＴＦＴ基板の画面領域全体を被覆
するように保護膜１２を形成して液晶ディスプレイパネ
ル用ＴＦＴ基板が完成する。

【００５１】本実施例も実施例１と同様に、ガラス基板
に保護用の下地膜を堆積した後に、金属Ｔａを堆積し、
ホトエッチング法によりＴａ配線パターンを形成するの
で、金属Ｔａエッチング時にガラス基板の表面が損傷す
ることがない。またＴａパターン端部の段差にテーパを
つけるエッチングを行ってもガラス基板は下地膜によっ
て保護される。また、Ｔａ配線に陽極酸化膜を形成する
工程でも、ガラス基板は下地膜によって保護される。従
って本実施例によれば、基板に特殊なガラス基板を用い
る必要がなく、安価なガラス基板を用いることができ
る。

【００５２】実施例３．図４により実施例３を説明す
る。実施例１と同様の工程を用いて膜厚２３００ÅのＴ
ａゲート配線パターン化工程まで行う。

【００５３】次に、化成用ホトレジスト工程を施した
後、５０Ｖの化成電圧で定電流、定電圧化成を行う。形
成されたＴａ_２Ｏ_５の膜厚は図７より８００Åである。
陽極酸化の条件は化成電圧設定が５０Ｖである点以外
は、実施例１と同様の条件である。化成後のＴａゲート
の残膜厚は約２０００Åである。

【００５４】次に、実施例１，２とは異なり、ＩＴＯ透
明電極堆積、加工工程を行わずに、プラズマＣＶＤ法で
ＳｉＮゲート絶縁膜（第二層のゲート絶縁膜）２１、ａ
−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）８、ＳｉＮチャンネル保護膜２５をそ
れぞれ６００Å、２５０Å、１５００Åの膜厚に連続的
に堆積する。次に、ＨＦ−ＮＨ_４Ｆ系エッチング液を用
いて、ＳｉＮチャンネル保護膜２５の島状パターンを形
成する。

【００５５】次に、プラズマＣＶＤ法によりａ−Ｓｉ：
Ｈ（ｎ^＋）膜を膜厚４００Åに堆積する。

【００５６】次に、ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｎ^＋）１５およびａ
−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）８島状パターンを実施例１と同様に、
ソース・ドレイン部分に２分割したホトレジパターンを
用いて形成すると、ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｎ^＋）膜はソース・
ドレイン間で分離され、ＳｉＮチャンネル保護膜２５下
のａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）膜はａ−Ｓｉ_２：Ｈ（ｉ）島状パ
ターン８化が完了した時点で残される。

【００５７】次に、ＳｉＮゲート絶縁膜に端子取り出し
用のホトエッチングを行うが、画面領域内には全面にＳ
ｉＮゲート絶縁膜を残す。

【００５８】次に、金属Ａｌを膜厚２０００Åに堆積
し、ホトエッチング法にて、信号線パターン１およびソ
ース電極パターン５を形成する。

【００５９】次に、ＩＴＯ透明電極をスパッタリング法
により１２００Åの膜厚に堆積し、ＨＣｌ系水溶液を用
いたホトエッチング法により画素電極パターン９および
Ａｌ信号線被覆パターン電極５を被覆し、かつ、隣接す
るＴａゲート配線２３と重畳するようにパターン化す
る。この時、重畳の誘電体膜は、膜厚８００ÅのＴａ_２
Ｏ_５膜２４と膜厚６００ÅのＳｉＮ膜２１の複合膜で構
成されている。重畳部の面積は１７０×２５μｍ^２であ
り、付加容量は３ｐＦである。ここで、付加容量の幅２
５μｍは一画素のサイズ２５０μｍ（Ｈ）×２００μｍ
（Ｈ）のブラックマトリックス領域で吸収され、一画素
の開口率の低下を招くことはない。

【００６０】ＩＴＯ透明電極はプラズマＣＶＤ工程の後
で堆積するので、ＳｉＨ_４−ＮＨ_３−Ｎ_２系の原料ガス
を用いてＳｉＮゲート絶縁膜２１を堆積中に、還元性の
プラズマに曝されてＩＴＯが還元され劣化することがな
い。Ａｌソース電極パターン５とＴａ_２Ｏ_５誘電体膜パ
ターン２４の端部のＩＴＯ画素電極の段差切れに対して
は、それぞれＡｌおよびＴａ_２Ｏ_５の膜厚を２０００Å
および８００Åと薄膜化したことにより対策できる。

【００６１】この時、Ｔａ_２Ｏ_５の単層膜は８００Å未
満の膜厚にすると、絶縁性の劣化した膜になった。図５
の曲線ａは膜厚８００ÅのＴａ_２Ｏ_５陽極酸化膜の電圧
−電流特性を示した図であるが、付加容量に印加される
最大の電圧条件２１Ｖを印加した場合、付加容量の面積
相当で、Ｃ点の１０^−１１Ａに近いリーク電流が流れ
た。Ｔａ_２Ｏ_５（８００Å）／ＳｉＮ（６００Å）の複
合膜では曲線ｂに示すような電圧−電流特性であり、２
１Ｖ印加時においても、５×１０^−１４Ａ以下で十分低
いリーク電流であった。しかし、Ｔａ_２Ｏ_５単層膜で２
１Ｖ印加時のリーク電流がＣ点（１０^−１１Ａ）を越え
る膜では、ＳｉＮあるいはＳｉＯ_２を重ねて複合膜とし
ても、長期間の寿命の点で信頼性がやや低下することが
判明した。

【００６２】従ってＴａ_２Ｏ_５陽極酸化膜の膜厚は８０
０Å以上であるのが好ましく、図７から化成電圧は５０
Ｖ以上とするのが好ましい。一方、開口率を低下させな
いので３ｐＦの付加容量を設置し、かつ、信号線のゲー
ト線乗り越え部における段差切れを防止するためにはＴ
ａ_２Ｏ_５の膜厚を３２００Å以下にすることが望まし
い。

【００６３】さらに、Ｔａからなるゲート配線の端部の
段差にテーパをつけることにより、ゲート線／信号線交
差部における信号線の乗り越え部分の段差切れの確率が
低減するのでさらに望ましい。

【００６４】さらに、Ｔａゲート配線の端部の段差にテ
ーパをつけた後、Ｔａゲート配線の表面を陽極酸化して
Ｔａ_２Ｏ_５膜を形成するので、Ｔａゲート配線の端部で
Ｔａ_２Ｏ_５膜に応力が集中しクラックが発生することが
無く、Ｔａゲート配線と信号線間の耐圧が低下すること
がない。

【００６５】図６は先にも述べたように、膜厚３０００
ÅのＴａ_２Ｏ_５単層膜の容量と等しい容量を実現するた
めに必要なＴａ_２Ｏ_５／ＳｉＮ複合膜（ａ）およびＴａ
_２Ｏ_５／ＳｉＯ_２複合膜（ｂ）膜厚の組み合わせを示し
た図である。例えば、図６（ａ）のＴａ_２Ｏ_５／ＳｉＮ
複合膜で、Ｔａ_２Ｏ_５膜の膜厚が８００Å以上という条
件を考慮すると、実線で示した線分ａ_３−ｂ_３上の点が
複合膜の膜厚の組み合わせとして好ましい範囲であり、
ＳｉＮ膜の膜厚の範囲は約６００Å以下であることがわ
かる。同様に、図６（ｂ）のＴａ_２Ｏ_５／ＳｉＯ_２複合
膜の場合は線分ａ_３−ｂ_３が好ましい範囲となり、Ｓｉ
Ｏ_２膜の膜厚の範囲は約３５０Å以下となる。

【００６６】最後に、ＴＦＴ基板の画面領域全体を被覆
するように保護膜１２を形成して液晶ディスプレイパネ
ル用ＴＦＴ基板が完成する。

【００６７】図４に示す実施例によれば、付加容量の誘
電体膜をＴａ_２Ｏ_５膜とＳｉＮ膜の多層膜で形成するこ
とにより、仮に容量を大きくするためＴａ_２Ｏ_５膜を薄
く形成したとしても、ＳｉＮ膜がリーク電流を抑えてく
れるので、付加容量の上電極と下電極の間でリーク電流
が多くなることがなく、画素電極の信号電圧の保持特性
を完全にすることが出来る。

【００６８】また、信号線の金属膜を画素電極と同時形
成される透明電極により被覆して多層構造とすることに
より、簡単な構成で、信号線の断線防止及び信号線の低
抵抗化を図ることが出来る。

【００６９】従って図４に示す実施例によれば、表示画
面の大きな液晶表示装置を構成しても、信号線の給電側
と反対側で画面の明るさが異なることがない。

【００７０】特に画素電極に付加容量を設けた液晶表示
装置は、付加容量の容量を大きくすればするほど、画素
電極への給電が問題となる。

【００７１】しかし、本実施例のように信号線の金属膜
を透明電極で被覆して多層構造とし信号線の低抵抗化を
図ることにより、付加容量の容量を大きくしても、信号
線の給電側と反対側で画素電極への給電が間に合わなく
なるという問題は生じない。

【００７２】また、ゲート電極及びゲート線の表面を酸
化して表面酸化膜を設ける構成の液晶表示装置において
は、金属膜を酸化した分だけ堆積が増えるので、ゲート
電極の端部及びゲート線の端部に形成される段差がきつ
くなり、その段差の上に形成される信号線やソース、ド
レイン電極が断線する可能性が有る。

【００７３】しかし本実施例のように、信号線及びソー
ス、ドレイン電極を透明電極により被覆して多層構造と
することにより、ゲート電極及びゲート線に表面酸化膜
を設けても、信号線及びソース、ドレイン電極が断線す
ることがない。

【００７４】本実施例も実施例１と同様に、ガラス基板
に保護用の下地膜を堆積した後に、金属Ｔａを堆積し、
ホトエッチング法によりＴａ配線パターンを形成するの
で、金属Ｔａエッチング時にガラス基板の表面が損傷す
ることがない。またＴａパターン端部の段差にテーパを
つけるエッチングを行ってもガラス基板は下地膜によっ
て保護される。また、Ｔａ配線に陽極酸化膜を形成する
工程でも、ガラス基板は下地膜によって保護される。従
って本実施例も、Ｔａのテーパをつけるエッチング工程
や、陽極酸化工程の為に、基板に特殊なガラス基板を用
いる必要が無い。

【００７５】実施例４．図８を用いて実施例４を説明す
る。

【００７６】実施例１と同様にＳｉＯ_２下地膜２０をコ
ーテイングした後、Ｃｒゲート配線パターン３２，３３
を形成する。次に、ＴａＣｌ_５−Ｏ_２系の原料ガスを水
銀ランプ照射下で基板温度４００゜Ｃとして光ＣＶＤを
行い、膜厚８００ÅのＴａ_２Ｏ_５膜２８を堆積せしめ
る。この時、ＴａＣｌ_５−Ｏ_２系の原料ガスを用いたプ
ラズマＣＶＤ法によりＴａ_２Ｏ_５膜２８を堆積しても良
い。

【００７７】次に、プラズマＣＶＤ法によるＳｉＮゲー
ト絶縁膜２１，ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）膜８，ＳｉＮチャン
ネル保護膜の連続形成工程以降の工程は実施例３と同様
の工程を経て、図８に示した如き液晶ディスプレイパネ
ル用ＴＦＴ基板を作製する。図８の実施例では、ゲート
配線としてＴａ以外の金属が使用可能であり、Ｔａ_２Ｏ
_５膜はＴａゲート配線の陽極酸化膜を用いないので、液
晶ディスプレイパネルの画面内全体がＴａ_２Ｏ_５２８／
ＳｉＮゲート絶縁膜２１の二層構造となる。

【００７８】実施例５．図９を用いて実施例５を説明す
る。

【００７９】実施例４と同様の方法により膜厚２０００
ÅのＴａ_２Ｏ_５ＣＶＤ膜２８を堆積し、次に、真空を破
らずに連続して膜厚２５０Åのａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）膜
８、膜厚２０００ÅのＳｉＮチャンネル保護膜２５を堆
積する。

【００８０】次に、実施例３と同様の工程を経て、図９
に示した如き断面図の液晶ディスプレイパネル用ＴＦＴ
基板を作製する。

【００８１】図９に示した如きＴＦＴ基板では、ＴＦＴ
部分のＴａ_２Ｏ_５ＣＶＤ膜からなるゲート絶縁膜２８上
に直接ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）８が堆積されているが、前記
の作用の項で述べた場合と異なり、Ｔａ_２Ｏ_５ＣＶＤ膜
から真空を破らずに連続してａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）膜をプ
ラズマＣＶＤするため、ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）膜の移動度
の劣化を制御することができる。

【００８２】実施例６．図１０により実施例６を説明す
る。

【００８３】実施例２と同様の方法を用いて、膜厚２０
００ÅのＴａ_２Ｏ_５陽極酸化膜２７の工程まで行う。

【００８４】次に、Ｔａ_２Ｏ_５ＣＶＤ膜２８堆積工程以
降の工程は実施例５と同様の方法を用いて、図１０に示
した如き断面図の液晶ディスプレイパネル用ＴＦＴ基板
を作用する。ここで、Ｔａ_２Ｏ_５ＣＶＤ膜の膜厚は１０
００Åとする。

【００８５】図１０に示した如きＴＦＴ基板では、信号
線１とゲート配線２２，２３との短絡不良の少ない利点
を有している。

【００８６】

【発明の効果】本発明によれば、付加容量部分に誘電率
の大きいＴａの酸化物を用いているので、付加容量部分
の一画素内での占有面積率を低減でき、一画素の開口率
の高い（従って、輝度の高い）液晶ディスプレイパネル
を得ることができる。また、十分な大きさの付加容量が
設置できるので、一画素に書き込んだ信号電圧の保持特
性が良好となり、焼付きや残像特性が良好で、黒しず
み，白ヌケ，黒しみといった画質上の欠陥のない液晶デ
ィスプレイパネルが得られる。

【００８７】また、誘電体膜をＴａ_２Ｏ_５／ＳｉＮまた
はＴａ_２Ｏ_５／ＳｉＯ_２の二重構造化を行った場合、付
加容量の面積占有率を増加させることなく、絶縁性、信
頼性の優れた付加容量を設置することができる。

【００８８】さらに本発明によれば、ガラス基板上にガ
ラス保護用の下地膜を堆積した後、タンタル膜を堆積
し、タンタル膜をエッチングすることにより、タンタル
膜エッチング工程でガラス基板の表面が保護される。ま
たタンタル膜を陽極酸化する工程でも、下地膜がガラス
基板を保護する役目を果たすので、ガラス基板を損傷す
ることがない。

【００８９】またＴａ_２Ｏ_５の膜厚を８００Å以上にす
るので、Ｔａ_２Ｏ_５膜の絶縁性が劣化することがない。

【００９０】またＴａ_２Ｏ_５の膜厚を３２００Å以下に
するので、信号線のゲート線乗り越え部における段差切
れの確率が増加することがない。

【００９１】さらに、Ｔａからなるゲート配線の端部の
段差にテーパをつけることにより、ゲート線／信号線交
差部における信号線の乗り越え部の段差切れの確率が低
減する。

【００９２】さらに、ガラス基板上に保護用の下地膜を
付けた後、Ｔａからなるゲート配線の端部の段差にテー
パをつけることにより、テーパエッチング時にガラス基
板がエッチングから保護される。

【００９３】さらに、Ｔａゲート配線の端部の段差にテ
ーパをつけた後、Ｔａゲート配線の表面を陽極酸化して
Ｔａ_２Ｏ_５膜を形成するので、Ｔａゲート配線の端部で
Ｔａ_２Ｏ_５膜に応力が集中しクラックが発生することが
無く、Ｔａゲート配線と信号線間の耐圧が低下すること
がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の液晶ディスプレイパネルの
一画素分の主要部の断面図。

【図２】（ａ）は従来技術に係るアクティブマトリック
ス液晶ディスプレイパネルの一画素部を示す平面図であ
る。（ｂ）は（ａ）のＡ_２−Ａ_２'で切った断面図であ
る。（ｃ）は（ａ）に示す一画素部の等価回路図であ
る。

【図３】本発明の実施例２の液晶ディスプレイパネルの
一画素分の主要部の断面図。

【図４】本発明の実施例３の液晶ディスプレイパネルの
一画素分の主要部の断面図。

【図５】付加容量のリーク電流の電圧依存性を示した図
である。

【図６】Ｔａ_２Ｏ_５／ＳｉＮまたはＴａ_２Ｏ_５／ＳｉＯ
_２複合誘電体膜の膜厚の条件を示した図である。

【図７】Ｔａ_２Ｏ_５陽極酸化膜の膜厚の陽極酸化電圧依
存性を示した図である。

【図８】本発明の実施例４の液晶ディスプレイパネルの
一画素分の主要部の断面図。

【図９】本発明の実施例５の液晶ディスプレイパネルの
一画素分の主要部の断面図。

【図１０】本発明の実施例６の液晶ディスプレイパネル
の一画素分の主要部の断面図。

【符号の説明】

１…信号線、２，３２…ゲート線、３，３３…隣接する
ゲート線、４…ＴＦＴ、５…ソース電極、６…ゲート・
ソース間容量、７…付加容量、８…ａ−Ｓｉ：Ｈ
（ｉ）、９…画素電極、１０…信号線カバーＩＴＯ、１
１…ゲート絶縁膜、１２…保護膜、１３…低抵抗金属、
１４…透光性ガラス基板、１５…ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｎ^＋）
層、１６…画素容量、１７…コモン電極端子、２０…下
地膜、２１…Ｓｉの窒化物又は酸化物、２２…Ｔａゲー
ト線、２３…隣接するＴａゲート線、２４…Ｔａ酸化
物、２５…チャンネル保護膜、２６…付加容量用金属上
部電極、２７…Ｔａ_２Ｏ_５陽極酸化膜、２８…Ｔａ_２Ｏ
_５ＣＶＤ膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山本英明東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所 (72)発明者松丸治男東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所 (72)発明者筒井謙東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所 (56)参考文献特開平１−267618（ＪＰ，Ａ) 特開平１−217325（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1368

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス基板上にガラス保護用の下地膜を堆
積した後、タンタル膜を堆積する工程と、上記タンタル膜をエッチングして複数のタンタル配線を
パターン形成し、該タンタル配線パターンの端部の段差
にテーパをつける工程と、上記タンタル配線を陽極酸化して、上記タンタル配線の
表面に８００Å以上３２００Å以下のタンタル酸化膜を
形成する工程と、シリコンの窒化物からなるゲート絶縁膜及びｉ型アモル
ファスシリコン膜を堆積する工程と、ｎ^＋型アモルファスシリコン膜を堆積する工程と、上記ｎ^＋型アモルファスシリコン膜、ｉ型アモルファス
シリコン膜をパターン形成する工程と、金属膜により、上記タンタル配線と交差する信号線パタ
ーン及びソース電極パターンを形成する工程と、透明電極により画素電極を隣接するタンタル配線と重畳
するようにパターン形成する工程とよりなる液晶表示装
置の製造方法。
【請求項２】上記タンタル膜のエッチングは、Ｃ−Ｃｌ
−Ｆ系のガスを用いたドライエッチング法を用いて行う
ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置の製造方
法。
【請求項３】上記タンタル酸化膜を形成する工程は、上
記タンタル配線パターンに化成用ホトレジスト工程を施
した後陽極酸化を行うことを特徴とする請求項１記載の
液晶表示装置の製造方法。