JP3149793B2 - 反射型液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
置及びその製造方法に関し、特に薄膜トランジスタを使
った表示装置及びその製造方法に関する。
7に示すような特開平5−224186号公報に記載さ
れた例がある。すなわち、ガラス等の絶縁基板1の上
に、ゲート電極2があり、その上にゲート絶縁膜3があ
り、その上に島状に残された半導体層4がある。その半
導体層4の一端上にはドレイン電極6が形成され、他端
上には画素電極を兼ねた反射板5に接続されている電極
が形成され、とくに反射板5は高反射率を有するアルミ
(Al)等の金属で形成されている。
スタと同様な機能を有するもので、特に逆スタガ型薄膜
トランジスタと称するものである。この薄膜トランジス
タでは、半導体層4として非晶質シリコン(アモルファ
スシリコンと呼ぶことも多い)又は多結晶シリコン(ポ
リシリコンと呼ぶことも多い)がよく用いられ、半導体
層4とドレイン電極6等の金属との接続部分にはオーミ
ック接触のためにn型不純物を半導体層4にドープして
あることが多い。
説明する。ゲート電極2に所定電圧以上を印加すると、
ドレイン電極6と反射板5の間に電流が流れ、ドレイン
電極6と反射板5は同電位となる。その後ゲート電極2
を再び元の電圧に戻すとドレイン電極6と反射板5との
間に電流は流れなくなるから反射板5に電荷を保持した
ままにすることができる。
ジスタの形成されている基板と対向電極8を有する対向
基板9とが液晶7を介在させて対向配置されている。そ
こで、先に説明した原理により薄膜トランジスタにより
反射板5と対向電極8の間の電圧が制御できるようにな
っており、その間の電圧に応じて液晶7が光学的に変化
するので表示が可能となる。カラー表示をするために
は、反射板5上にカラーフィルタ10を形成すればよ
い。
は、非晶質シリコン等は光照射による電流が発生するの
で、図7に示すように、半導体層4に光が直接照射され
ると、反射板5に蓄えた電荷がドレイン電極6に逃げ
て、コントラストが低下する等の表示劣化が起きるとい
う問題点がある。このことは明るい環境で使用するため
の反射型液晶表示装置の目的に反することである。従っ
て、半導体層4に光が直接当たらない様に遮光層などを
別に設ける等の工夫が必要である。
ため反射率のよいアルミ(Al)を用いると、Alが半
導体層4の非晶質シリコン中又は多結晶シリコン中に拡
散して薄膜トランジスタの特性が劣化するという問題点
がある。クロム等の金属では特性劣化の問題はないが、
反射率が低いため、暗い画面となり、実用的ではない。
イン電極6と反射板5との間の半導体層は液晶と接触し
ているが、この例では液晶中のイオン等で半導体表面が
汚染されるので動作信頼性が著しく悪いという問題点が
ある。なお、図示してはいないが、液晶と半導体層4と
の界面には配向膜としてポリイミド等の有機膜が形成さ
れているのが一般的であると言えるが、その場合でも、
ポリイミドでは液晶中のイオンをブロックできず、半導
体表面が汚染される。その解決策として有効な手段は、
半導体をむき出しにしないように、プラズマエンハンス
トCVD法等により成膜された窒化シリコン(SiN
x)等の無機絶縁膜を半導体層4上に設けることであ
る。しかし、薄膜トランジスタを有する基板全体に無機
絶縁膜を成膜しただけでは、各電極は外部に存在する回
路との電気接続ができないので、必要な部分にのみ無機
絶縁膜を残すように形成する工程が必要であり、その工
程増加がコストの面で問題である。
ことにより引き起こされる表示劣化をなくすとともに明
るい反射型液晶表示装置を低コストで提供することを目
的とする。
装置は、薄膜トランジスタが順スタガ型に構成され、ゲ
ート絶縁膜上のゲート電極と、ソース電極上の反射板を
同時に形成できる構造となっている。半導体層がゲート
絶縁膜で覆われているので反射板として高反射率である
アルミ又はアルミを主成分とする合金を使用でき、明る
い反射型液晶装置が低コストで得られる。
に、ドレイン電極及びソース電極を形成する工程と、そ
の上全体に半導体層及びゲート絶縁膜及び少なくとも一
部をアルミ又はアルミを主成分とする合金を順次成膜し
た後、ドレイン電極とソース電極を股がる位置の上に半
導体層及びゲート絶縁膜及びゲート電極を島状に形成す
るのと同時に、ソース電極上の少なくとも一部に、半導
体層及びゲート絶縁膜及び反射板を形成することを特徴
とする。また、上記ソース電極上に反射板を形成する前
に半導体層及びゲート絶縁膜を除去して反射板をソース
電極上に直接形成することも特徴とする。
た半導体層への光照射の問題はゲート電極が遮光膜の役
目をすることにより解決でき、また、半導体層にアルミ
が直接接触することによる問題もなくなる。さらに、ア
ルミの上に薄膜トランジスタを作らずに済むのでアルミ
の変質やヒロックと呼ばれるアルミの変形現象による不
具合も生じない。そして、非常に構造が簡素であるので
製造工程数を少なくできるものである。
図面を参照して説明する。
形態は、絶縁基板1上にドレイン電極6とソース電極1
1があり、その上に順に、半導体層4、ゲート絶縁膜
3、そしてゲート電極2及び反射板5を有している。こ
こで、ゲート電極2と反射板5の両者は、少なくとも一
部をアルミ(Al)等の高反射率の同一の金属材料から
成っている。
間にゲート絶縁膜3と半導体層4が介在しているが、図
3に示すようにこれらは除去することもできる。
説明する。絶縁基板1上に金属膜を成膜し、リソグラフ
ィ法等によりドレイン電極6及びソース電極11をパタ
ーン化して形成した図が図2(a)である。次に、連続
して、半導体層、ゲート絶縁膜、高反射率の金属層を成
膜し、リソグラフィ法等により、半導体層4、ゲート絶
縁膜3、ゲート電極2、及び反射板5をパターン化して
形成したのが図2(b)である。パターン化は図2
(a)、図2(b)の2回だけであるので、リソグラフ
ィ法では、露光用のマスクは2枚で済むことになる。ま
た、印刷法では、版は2枚で済むことになる。
ス電極11の間に示してあるゲート絶縁膜3と半導体層
4が無い構造を作るときは、その為のさらに一回のリソ
グラフィ工程又は印刷工程が必要である。
説明をする。
例と同じであるが、本発明では薄膜トランジスタよりも
たらされた電荷は、ソース電極11と反射板5の間の容
量と反射板5と対向電極8の間の容量の合成容量につい
て保持されることになる。すなわち、ソース電極11と
反射板5の間はゲート絶縁膜3により絶縁されているか
らこの部分の容量をCinとし、反射板5と対向電極8の
間の液晶により絶縁されている部分の容量をClcとする
と、反射板5と対向電極8の間の電圧Vlcは、ソース電
極11と対向電極8の間の電圧Vを用いてVlc=V×C
lc/(Clc+Cin) …式(1)である。従って、
ソース電極の電位を薄膜トランジスタで変化させること
により、液晶に印加される電圧Vlcが変わるから、その
電圧に応じて液晶7が光学的に変化して表示が可能とな
るものである。ただし、上述の説明では反射板5の初期
電位が無い場合であるが、実際には反射板5が電気的に
接続されていない状態(フローティング状態)であるの
で、原理的には反射体5の初期電位によってVlcが変化
する。しかし、実際の応用では反射体5は、比抵抗10
12 Ωcm程度のわずかに導電性を有する液晶中に置か
れているので、各電極に電圧を与えていないときの反射
板5の初期電位は対向電極8の電位と同じであり特に問
題はない。
ート絶縁膜3及び半導体層4が無い場合、又は反射板5
とソース電極11が電気的に接触している場合は、式
(1)でCin=0なので当然Vlc=Vである。
照して詳細に説明する。
拡散問題を生じない金属薄膜としてCrのドレイン電極
6とソース電極11があり、ドレイン電極6とソース電
極11の間にまたがって非結晶シリコン又は多結晶シリ
コンから成る半導体層4と、その上に窒化シリコンから
成るゲート絶縁膜3、さらにその上に高反射率の金属層
としてアルミ(Al)から成るゲート電極2を有してい
る。一方、ソース電極11上には半導体層4、その上に
ゲート絶縁膜3、さらにその上に反射板5があり、特に
これら三つの層の材料は、それぞれ先の半導体層4、ゲ
ート絶縁膜3、ゲート電極2の材料と一致するものであ
る。
て図2を参照して説明する。
によりCr薄膜を50nmから100nm程度の膜厚で
膜を付け、次にリソグラフィ法又は印刷法によりドレイ
ン電極6とソース電極11をパターン化する。このエッ
チングのときにパターンの端がテーパ形状になるように
すると、後でその上に半導体層4を付けたときに段差部
分で亀裂が入りにくくなるので良い。これにより図2
(a)の様になる。
ハンストCVD法等により非晶質シリコンを30nmか
ら150nmの膜厚で成膜し、真空を破らずに連続して
窒化シリコン膜を200nmから500nmの膜厚で成
膜する。さらにそのままの基板上にアルミ(Al)をス
パッタ法等により100nmから800nmの膜厚で成
膜する。
半導体層4及びゲート絶縁膜3及びゲート電極2から成
る順スタガ型薄膜トランジスタを構成する部分と、反射
板5を有する部分とをパターン化すると図2(b)の様
になる。
ので簡単に述べるが、透明な導電膜から成る対向電極8
を有する対向基板9を、先の薄膜トランジスタ及び反射
板を有する基板に球状のスペーサを使って約5ミクロン
メートルの間隔あけて重ね、その間に液晶を封入する工
程と、ドレイン電極6とゲート電極2とをそれぞれ液晶
を封入した部分の外に引き出した配線に信号を与える回
路を接続する工程等を経て液晶表示装置が完成する。
参照して詳細に説明する。
るドレイン電極6とソース電極11があり、ドレイン電
極6とソース電極11の間にまたがって非結晶シリコン
又は多結晶シリコンから成る半導体層4、その上に窒化
シリコンから成るゲート絶縁膜3、さらにその上にアル
ミ(Al)から成るゲート電極2を有している。ここま
での説明では第一実施例と同じであるが、ソース電極1
1上には第一実施例で存在する半導体層4及びゲート絶
縁膜3の全部若しくは少なくともその一部が無く、直接
反射板5とソース電極11が接する部分が少なくとも一
部あり、特にその反射板5の材料とゲート電極2の材料
は同一である。
て図4を参照して説明する。
によりCr薄膜を50nmから100nm程度の膜厚で
成膜し、次にリソグラフィ法又は印刷法によりドレイン
電極6とソース電極11をパターン化する。これにより
図4(a)の様になる。
ストCVD法等により非晶質シリコンを30nmから1
50nmの膜厚で成膜し、真空を破らずに連続して窒化
シリコン膜を200nmから500nmの膜厚で成膜す
る。次に、第一実施例と異なり、後に反射板5が作られ
る位置の全部又は少なくとも一部を除去すると同時に、
ドレイン電極6とソース電極11にまたがる位置に島状
に半導体層4及びゲート絶縁膜3を残す。すると図4
(b)の様になる。その後、基板上全体にアルミ(A
l)をスパッタ法等により100nmから800nmの
膜厚で成膜する。次に、リソグラフィ法又は印刷法によ
り半導体層4及びゲート絶縁膜3の上にアルミ(Al)
のゲート電極2が形成され薄膜トランジスタを構成する
部分ができ、またソース電極11と接触した反射板5を
有する部分がパターン化され図4(c)の様になる。
ては、第三実施形態例として図5に示すようにゲート電
極及び反射板の金属膜を二重にし、アルミに孔を形成し
て反射板に凹凸形状をつけることもできる。反射板に凹
凸をつけるのは、表示したときに鏡のような映りこみを
防ぎ、また色々な方向からよく見えるように視野角を広
げるためである。
ム(Cr)12とし、二層目をアルミ(Al)13とす
れば、アルミの凹凸形状をリソグラフィによりつくると
きに、一層目のCrがエッチングストッパーとなるの
で、凹凸の加工がし易い。すなわち、これはゲート電極
2及び反射板5を少なくとも一部をアルミとした例であ
る。
態として、第四の実施形態例として図6の構造を例示す
る。すなわち、既に述べたように、図3に示したソース
電極11上に半導体層4及びゲート絶縁膜3の少なくと
も一部に穴が空けられていて、直接に反射板5とソース
電極11が接する部分が少なくとも一部あり、そして反
射板5の材料とゲート電極2の材料は同一である構造の
例である。このようにすると、第三実施形態例よりも反
射板の凹凸形状を大きくできるので、表示したときに鏡
のような映りこみを防ぐことと、色々な方向からよく見
えるように視野角を広げることが効率良くできることに
ついて効果的である。
の実施形態例の製造方法と同様である。ここでは、図6
に示されるように、反射板の下に半導体層4とゲート絶
縁膜3を残しておき、半導体層4及びゲート絶縁膜3の
一部分にドライエッチング又はウエットエッチング等に
より穴を空ける工程が含まれている。
上とドレイン電極6及びソース電極11の間には酸化シ
リコンSiOxや窒化シリコンSiNx等の無機膜を全
面に敷いても良い。絶縁基板1に汚染イオン等が存在す
る場合に、ドレイン電極6とソース電極11の間の半導
体層4が直接に絶縁基板1と称するのを防ぐためであ
る。
ミ(Al)を主成分とする合金、例えばAl−Ndでも
良い。
ならばアルミに限定されるものではない。例えば白金や
銀などが考えられるが、これらは製造コストを増加させ
るので、実用性の点から90%以上の反射率を有するア
ルミまたはその合金が望ましいと言える。また、反射板
は光を乱反射して表示を色々な方向から見やすくする為
に、粗面としても良い。
ス電極の材料としてCrを用いたが、W,Mo,Tiな
どを用いても良い。これらは反射率が80%に満たない
ので、反射板材料として使うのは不適当と考えられる。
示すようにゲート電極により半導体層4が遮光されてお
り、直接光が半導体層4に照射されることがないので、
ソース電極11からドレイン電極6へ逃げる電荷が無
く、コントラスト比低下等の表示劣化を起こさないこと
である。
層4のドレイン電極6とソース電極11の間の半導体層
4の表面が液晶又はポリイミドに曝されることが無いの
で、液晶又はポリイミド中のイオンによる半導体表面の
汚染がなく薄膜トランジスタの動作信頼性が向上するこ
とである。
構造をつくる必要が無いので、反射板5及びゲート電極
2の材料であるアルミ等の膜を厚くして、反射板5を荒
らし、鏡のような映りこみを防ぎ、表示を色々な方向か
ら見やすくすることができることである。さらに、反射
板5を、アルミと、アルミとエッチング選択性のある金
属の二層にすれば、エッチングによりアルミに凹凸形状
をつくれるので、反射板を荒らすことが容易である。
も低抵抗にできるので信号の伝達遅延も少なくできると
いう効果も有する。
解決しつつ、従来よりも少ない工程で優れた明るい反射
型液晶表示装置を提供するものである。
示装置の断面図である。
膜トランジスタ側基板の断面図である。
示装置の断面図である。
膜トランジスタ側基板の断面図である。
スタ側基板の断面図である。
スタ側基板の断面図である。
である。
Claims (6)
- 【請求項1】 絶縁基板上に、ドレイン電極及びソース
電極を有し、前記ドレイン電極と前記ソース電極の間に
股がる位置上に、半導体層及びゲート絶縁膜及びゲート
電極膜がこの順に積層された薄膜トランジスタと、前記
ソース電極上に形成され、かつ前記ゲート電極と同一材
料で形成された反射板とを有し、前記ソース電極と前記
反射板との間には前記半導体層及び前記ゲート絶縁膜が
介在していることを特徴とする反射型液晶表示装置。 - 【請求項2】 前記半導体層及びゲート絶縁膜の少なく
とも一部に貫通孔が形成され、前記反射板の一部が前記
貫通孔を介して前記ソース電極に電気的に接続されてい
ることを特徴とする請求項1記載の反射型液晶表示装
置。 - 【請求項3】 絶縁基板上に、ドレイン電極及びソース
電極を形成する工程と、前記ドレイン電極及び前記ソー
ス電極上に半導体層及びゲート絶縁膜及び少なくとも一
部をアルミ又はアルミを主成分とする合金を順次成膜し
た後、パターニングを行い、前記ドレイン電極の一部及
び前記ソース電極の一部と重なるように前記半導体層、
前記ゲート絶縁膜及び前記アルミ又は前記アルミを主成
分とする合金からなるゲート電極を形成すると同時に、
前記ソース電極の一部と重なるように前記半導体層、前
記ゲート絶縁膜及び前記アルミ又は前記アルミを主成分
とする合金からなる反射板とを形成する工程を有するこ
とを特徴とする反射型液晶表示装置の製造方法。 - 【請求項4】 前記反射板に凹凸形状を形成することを
特徴とする請求項3記載の反射型液晶表示装置の製造方
法。 - 【請求項5】 絶縁基板上に、ドレイン電極及びソース
電極を形成する工程と、前記ドレイン電極及び前記ソー
ス電極上に半導体層及びゲート絶縁膜を成膜する工程
と、前記半導体層及び前記ゲート絶縁膜を、後に反射板
が作られる位置の少なくとも一部を除去すると同時に、
前記ドレイン電極及び前記ソース電極にまたがる位置に
島状に前記半導体層及び前記ゲート絶縁膜を残す工程
と、アルミ又はアルミを主成分とする合金を成膜した
後、パターニングを行い、前記アルミ又は前記アルミを
主成分とする合金からなるゲート電極を形成すると同時
に、前記ソース電極と接触した前記アルミ又は前記アル
ミを主成分とする合金からなる 反射板とを形成する工程
を有することを特徴とする請求項1記載の反射型液晶表
示装置の製造方法。 - 【請求項6】 前記絶縁基板上にあらかじめ無機膜を全
面に成膜する工程を有することを特徴とする請求項3記
載の反射型液晶表示装置の製造方法。
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