JP3696687B2 - Liquid crystal display device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

【0001】
【発明が属する技術分野】
本明細書で開示する発明は、結晶性珪素膜を用いた半導体装置で制御する液晶表示装置の構成に関する。特に、アクティブマトリクス型液晶表示装置の画素領域の構成に関する。
【0002】
【従来の技術】
最近、安価なガラス基板上に薄膜トランジスタ(TFT)を作製する技術が急速に発達してきている。その理由は、アクティブマトリクス型液晶表示装置の需要が高まったことにある。
【0003】
アクティブマトリクス型液晶表示装置は、マトリクス状に配置された数百万個もの各画素のそれぞれに薄膜トランジスタを配置し、各画素電極に出入りする電荷を薄膜トランジスタのスイッチング機能により制御するものである。
【0004】
各画素電極と対向電極との間には液晶が挟み込まれ、一種のコンデンサを形成している。従って、薄膜トランジスタによりこのコンデンサへの電荷の出入りを制御することで液晶の電気光学特性を変化させ、液晶パネルを透過する光を制御して画像表示を行うことが出来る。
【0005】
また、このような構成でなるコンデンサはリーク等により次第にその保持電圧が減少するため、液晶の電気光学特性が変化して画像表示のコントラストが悪化するという問題を持つ。
【0006】
そこで、液晶で構成されるコンデンサと直列に保持容量と呼ばれる別のコンデンサを設置し、リーク等で損失した電荷を液晶で構成されるコンデンサに供給する構成が一般的となっている。
【0007】
ここで、従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置における画素領域の構成図を図1に示す。図1(A)に示す様に、ゲイト線101とそれに平行に形成された容量線102がデータ線103と格子状に交差している。それらで囲まれた領域内(以下、この領域を画素領域と呼ぶ)には画素電極104が配置されている。容量線102と画素電極104は第1、第2の層間絶縁膜を介して立体的に重なり、保持容量を形成している。
【0008】
なお、105で示されるのは薄膜トランジスタの活性層を構成する半導体層であり、106はデータ線とのコンタクト部、107は画素電極とのコンタクト部である。
【0009】
図1(A)において格子状に交差して形成されるゲイト線101とデータ線103とで囲まれた画素領域は画像表示を行う領域であり、可能な限り広い面積を確保することが要求される。
【0010】
しかしながら、図1(A)に示す構造ではその領域内に容量線102を設ける必要があるため、その分だけ画素領域が狭まる、即ち、開口率が悪くなるといった問題を抱えていた。
【0011】
また、図1(A)に示す様に画素電極104はゲイト線101およびデータ線103と重ならないように配置される。これは、重なった場合に形成される寄生容量が液晶表示装置の動作速度を落とすといった悪影響を及ぼすからである。
【0012】
しかし、一方で画素電極104の縁部分は電圧印加した際に電界の乱れが生じ、画像がぼやけるなどの表示不良が発生するので視野に入らないようにする、即ち、遮光する工夫が必要となる。
【0013】
さらに、薄膜トランジスタに活性層を構成する半導体層105は、外部からの光が照射されないように遮光する必要がある。これは、半導体層に光が照射されると光励起現象により半導体層の導電率が変化してしまうからである。
【0014】
このような遮光を目的としてブラックマトリクス(BM)を薄膜トランジスタを配置する側の基板もしくは対向基板に設ける手段が一般的に採られている。ここでは、ブラックマトリクスを配置した場合に視野に入る領域を図1(B)に示す。
【0015】
図1(B)に示す様に、ゲイト線101、容量線102、データ線103および半導体層105は全てブラックマトリクスに覆われ、視野に入らないような構成となる。従って、108で示される領域が実際の画像表示領域となる。
【0016】
以上の様に、容量線102が画素領域を必要以上に狭め、開口率を悪化させる要因となっている。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
本明細書で開示する発明は、上記従来の問題点を解決するための技術を提供するものである。即ち、開口率の高い画素領域を構成する技術を提供することを課題とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本明細書で開示する発明の構成は、
同一基板上にマトリクス状に配列される複数のゲイト線およびデータ線と、
前記ゲイト線およびデータ線の各交点に配置される画素電極および該画素電極に接続される薄膜トランジスタと、
を少なくとも有してなる液晶表示装置であって、
前記ゲイト線を覆う第1の層間絶縁膜および前記データ線を覆って成膜される有機性樹脂材料または無機性材料でなる第2の層間絶縁膜と、
前記第2の層間絶縁膜を介して前記薄膜トランジスタの上方に形成されるブラックマトリクスと、
前記ブラックマトリクスを覆って成膜される窒化膜でなる第3の層間絶縁膜と、
前記第3の層間絶縁膜上に形成される画素電極と、
を少なくとも有し、
前記ブラックマトリクスおよび前記画素電極との間に前記第3の層間絶縁膜を介して保持容量が形成されていることを特徴とする。
【0019】
また他の発明の構成は、
同一基板上にマトリクス状に配列される複数のゲイト線およびデータ線と、
前記ゲイト線およびデータ線の各交点に配置される画素電極および該画素電極に接続される薄膜トランジスタと、
を少なくとも有してなる液晶表示装置であって、
前記ゲイト線を覆う第1の層間絶縁膜および前記データ線を覆って成膜される有機性樹脂材料または無機性材料でなる第2の層間絶縁膜と、
前記第2の層間絶縁膜を介して前記薄膜トランジスタの上方に形成されるブラックマトリクスと、
前記ブラックマトリクスを覆って成膜される窒化膜でなる第3の層間絶縁膜と、
前記第3の層間絶縁膜上に形成される画素電極と、
を少なくとも有し、
前記ブラックマトリクスおよび前記画素電極との間には前記第3の層間絶縁膜を介して保持容量が形成され、
前記画素電極は前記第2の層間絶縁膜に直接触れないことを特徴とする。
【0020】
また他の発明の構成は、
同一基板上にマトリクス状に配列される複数のゲイト線およびデータ線と、
前記ゲイト線およびデータ線の各交点に配置される画素電極および該画素電極に接続される薄膜トランジスタと、
を少なくとも有してなる液晶表示装置を作製するにあたって、
前記ゲイト線を覆う第1の層間絶縁膜およびデータ線を覆って有機性樹脂材料または無機性材料でなる第2の層間絶縁膜を成膜する工程と、
前記第2の層間絶縁膜上に金属膜でなるブラックマトリクスを形成する工程と、
前記ブラックマトリクスを覆って窒化膜でなる第3の層間絶縁膜を成膜する工程と、
前記第2および第3の層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、
前記第3の層間絶縁膜上に透明導電性膜でなる画素電極を形成する工程と、
を少なくとも有し、
前記ブラックマトリクスと前記画素電極との間に前記第3の層間絶縁膜を介して保持容量を形成せしめることを特徴とする。
【0021】
本発明の主旨は、ブラックマトリクスに対して、本来の目的である遮光膜としての機能に加え保持容量を形成する電極としての機能を付与することにある。
【0022】
本発明により構成した液晶表示装置の画素領域の上面図を図2に示す。図2において、201はゲイト電極から延在するゲイト線、202は画像信号を伝達するデータ線である。
【0023】
ゲイト線201とデータ線202は同一基板上にマトリクス状に配列され、その各交点には薄膜トランジスタが配置される。203はその薄膜トランジスタの活性層を構成する半導体層である。
【0024】
そして、ゲイト線201、データ線202および半導体層203の上方にはこれらを遮蔽するようにブラックマトリクス204が配置される。なお、データ線202とブラックマトリクス204とは0.1 〜5.0 μmの膜厚の第2の層間絶縁膜によって絶縁されている。この第2の層間絶縁膜は有機性樹脂材料または無機性材料で構成されるものである。
【0025】
さらに、ブラックマトリクス204上には第3の層間絶縁膜を介して画素電極205が設けられる。この第3の層間絶縁膜は窒化膜で構成されるものであり、窒化膜としてはAlN、AlNX Y 、Si34 、SiOX Y で示される絶縁膜から選ばれた一種または複数種を用いることができる。また、この第3の層間絶縁膜の膜厚は0.1 〜0.3 μmであれば良い。
【0026】
このような構造とすると、画素電極205とブラックマトリクス204とが第3の層間絶縁膜を介して立体的に重なる領域206において容量が形成される。本発明はこの容量を保持容量として利用するものである。
【0027】
ここで本発明の特徴として、第3の層間絶縁膜が窒化膜であることが重要な意味を持つ。窒化膜を用いる利点として大きく3つを挙げることができる。
【0028】
その第1は、窒化膜のパッシベーション効果である。例えば、Si34 で示される窒化珪素膜は緻密であるため、外部汚染等からデバイスを保護する保護膜(パッシベーション膜)として広く用いられている。
【0029】
第2は、窒化膜の比誘電率が大きいことである。例えば、Si34 で示される窒化珪素膜の比誘電率は約7であり、第2の層間絶縁膜として用いる有機性樹脂材料または無機性材料の約2倍の比誘電率を有する。
【0030】
従って、ブラックマトリクス204と画素電極205との間で形成される保持容量は第3の層間絶縁膜の比誘電率が大きいため、必要十分なキャパシティを稼ぐことが出来る。
【0031】
第3は、第2の層間絶縁膜に開孔(コンタクトホール)を形成する際のマスクとしても活用できることである。これは、第2の層間絶縁膜である有機性樹脂材料または無機性材料と窒化膜との間でエッチングの選択比が大きくとれることによる。
【0032】
例えば、有機性樹脂材料であるポリイミドに開孔を形成する時にマスクとしてレジストマスクを用いると、同じ有機性材料であるために選択比がとれず、レジストマスクの膜厚以上の深さの開孔を形成できない問題があった。
【0033】
その点、窒化膜は十分な選択比がとれるので、最初に窒化膜のみをフッ酸系ガスでエッチングして、残存した窒化膜をマスクとすればポリイミドに対して所望の深さの開孔を形成することが可能となる。
【0034】
その他、例えばAlN、AlNX Y で示される窒化膜を用いる場合、これらの窒化膜は熱伝導性に優れるという利点を持つ。従って、デバイスに熱を籠もらせずに放熱できるため、ドライバTFTのように高速動作により発熱してしまうような場合には効果的である。
【0035】
一方、第2の層間絶縁膜として有機性樹脂材料または無機性材料を用いる利点としては、比誘電率が小さく、その膜厚を稼ぐことができる点にある。例えば、ブラックマトリクス204とゲイト線201およびデータ線202との間で形成される寄生容量は第2の層間絶縁膜の比誘電率が十分小さいため、問題とならない程度に抑えることができる。
【0036】
上記構成でなる本発明の詳細を、以下に記載の実施例でもって説明する。
【0037】
【実施例】
〔実施例1〕
本実施例では、本発明を利用して図2で示した構成を有する画素領域を形成する例を示す。具体的にはブラックマトリクスと画素電極とでもって保持容量を形成する技術の詳細な説明を行なうこととする。
【0038】
図3に示すのは、図2で示した画素領域を構成する画素TFTの作製工程図である。まず、表面に下地膜として2000Åの厚さの絶縁膜を有したガラス基板301の上に、図示しない非晶質珪素膜200 〜500 Åの厚さに成膜する。絶縁膜は酸化珪素(SiO2 )、酸化窒化珪素(SiOX Y )、窒化珪素膜(SiN)等をプラズマCVD法、減圧熱CVD法、スパッタ法等により成膜すれば良い。
【0039】
次に、この図示しない非晶質珪素膜を加熱またはレーザーアニール、もしくは両者を併用するなどの手段により結晶化する。また、結晶化の際、結晶化を助長する金属元素を添加すると効果的である。
【0040】
結晶化が終了したら、得られた図示しない結晶性珪素膜をパターニングして島状半導体層302を形成する。島状半導体層302を形成したら、後にゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜303を1200Åの厚さに成膜する。勿論、酸化窒化珪素膜や窒化珪素膜であっても良い。
【0041】
次に、導電性被膜304を2000〜2500Åの厚さに成膜する。本実施例では、0.2 wt%のスカンジウムを含有したアルミニウム膜を用いる。スカンジウムは加熱処理等の際にアルミニウム表面に発生するヒロックやウィスカーといった突起物を抑える効果を持つ。このアルミニウム膜304は後にゲイト電極として機能する。
【0042】
こうして、図3(A)の状態が得られる。図3(A)の状態が得られたら、電解溶液中でアルミニウム膜304を陽極として陽極酸化を行う。電解溶液としては、3%の酒石酸のエチレングリコール溶液をアンモニア水で中和して、PH=6.92に調整したものを使用する。
また、白金を陰極として化成電流5mA、到達電圧10Vとして処理する。
【0043】
こうして形成される図示しない薄く緻密な陽極酸化膜は、アルミニウム膜304をパターニングする際にフォトレジストとの密着性を高める効果がある。また、電圧印加時間を制御することで膜厚を制御できる。
【0044】
次に、アルミニウム膜304をパターニングして、図示しないゲイト電極を形成する。ただし、実質的にゲイト電極として機能するのは最終的に残存する内部の一部分である。
【0045】
次に、2度目の陽極酸化を行い、多孔質の陽極酸化膜305を形成する(図3(B)参照)。電解溶液は3%のシュウ酸水溶液とし、白金を陰極として化成電流2〜3mA、到達電圧8Vとして処理する。
【0046】
この時陽極酸化は基板に対して平行な方向に進行する。また、電圧印加時間を制御することで多孔質の陽極酸化膜305の長さを制御できる。
【0047】
さらに、アルミニウム膜のパターニングに使用した図示しないフォトレジストを専用の剥離液で除去した後、3度目の陽極酸化を行い、図3(B)の状態を得る。
【0048】
この陽極酸化には、電解溶液は3%の酒石酸のエチレングリコール溶液をアンモニア水で中和して、PH=6.92に調整したものを使用する。そして、白金を陰極として化成電流5〜6mA、到達電圧40〜100 Vとして処理する。
【0049】
この際形成される陽極酸化膜306は、非常に緻密、かつ、強固である。そのため、ド−ピング工程などの後工程で生じるダメージや熱からゲイト電極307を保護する効果を持つ。また、その膜厚は500 〜1500Åとなる。
【0050】
次いで、イオンドーピング法により、島状半導体層302に不純物を注入する。例えば、Nチャネル型TFTを作製するならば、不純物としてP+イオンを、Pチャネル型TFTを作製するならば、不純物としてB+イオンを注入すれば良い。
【0051】
まず、図3(B)の状態で1度目のイオンドーピングを行う。なお、本実施例ではP+イオンの注入を加速電圧80kV、ドーズ量1×1015原子/cm2 で行う。
【0052】
すると、ゲイト電極307、多孔質の陽極酸化膜305がマスクとなり、後にソース/ドレインとなる領域308、309が自己整合的に形成される。(図3(C))
【0053】
次に、図3(C)に示す様に、多孔質の陽極酸化膜305を除去して、2度目のドーピングを行う。なお、2度目のP+イオンの注入は加速電圧80kV、ドーズ量1×1014原子/cm2 で行う。
【0054】
すると、ゲイト電極307がマスクとなり、ソース領域308、ドレイン領域309と比較して不純物濃度の低い、低濃度不純物領域310、311が自己整合的に形成される。
【0055】
同時に、ゲイト電極307の直下は不純物が全く注入されないため、TFTのチャネルとして機能する領域312が自己整合的に形成される。
【0056】
このようにして形成される低濃度不純物領域311は特にLDD領域と呼ばれ、チャネル領域312とドレイン領域309との間に高電界が形成されるのを抑制する効果を持つ。
【0057】
次いで、KrFエキシマレーザーを200 〜300mJ/cm2 のエネルギー密度で照射することによって、イオン注入されたP+イオンの活性化を行なう。なお、活性化は300 〜450 ℃2hr の熱アニールによっても良いし、レーザーアニールと熱アニールとを併用しても良い。
【0058】
次に、第1の層間絶縁膜313をプラズマCVD法により成膜する。層間絶縁膜313としては、酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化珪素膜等を用いることができる。また、その膜厚は0.5 〜1.0 μmとする。
【0059】
第1の層間絶縁膜313を成膜したら、ソース領域308にコンタクトホールを形成して、図示しないアルミニウム膜を3000Åの厚さに成膜する。次いで、図示しないアルミニウム膜をパターニングして、ソース電極314を形成する。(図3(D))
【0060】
次に、ソース電極314を覆って第2の層間絶縁膜315を0.1 〜5.0 μmの厚さに成膜する。本実施例では、1.5 μmの膜厚とする。この第2の層間絶縁膜315 は有機性樹脂材料や無機性材料を用いることが出来るが、本実施例では有機性樹脂材料として透過性ポリイミドを用いる。このポリイミドの比誘電率は2.8 〜3.4 と小さい値である。
【0061】
また、このような有機性樹脂材料は被膜形成が簡便であり、容易に膜厚を稼ぐことができるため、デバイス形状による凹凸を緩和して優れた平坦表面を実現することが可能である。
【0062】
次いで、第2の層間絶縁膜315の上にブラックマトリクス316としてチタン膜を1000Åの厚さに成膜する。勿論、クロム膜やアルミニウム膜等の金属膜を用いてもよい。(図4(A))
【0063】
図4(A)の状態を得たら、ブラックマトリクス316を覆って第3の層間絶縁膜317を0.1 〜0.3 μmの厚さに成膜する。この第3の層間絶縁膜317はAlN、AlNX Y 、Si34 、SiOX Y で示される絶縁膜から選ばれた一種または複数種を用いることができる。
【0064】
本実施例では、Si34 で示される窒化珪素膜を0.2 μmの厚さに成膜する。この窒化珪素膜は成膜ガスとしてSiH4 、NH3 、H2 を用いるため、膜中には水素が含まれ膜応力が緩和されている。
【0065】
そして、ドレイン領域309と接続するためのコンタクトホールを形成して、ITO等透明導電性膜でなる画素電極318を形成する。画素電極318の膜厚は1000〜1200Åとし、ブラックマトリクス316と出来るだけ広い面積でオーバーラップするように配置する。
【0066】
この場合、第3の層間絶縁膜317の表面は優れた平坦性を示すため、その上に形成された画素電極318も良好な平坦性を示し、セル組みの際のラビング不良や液晶への印加電界の乱れをなくすことが出来る。
【0067】
以上のような過程を経て、図4(B)に示す画素TFTが作製される。この時、図4(B)に示す画素TFTの点線で囲む領域319は図2(B)において206で示される領域に相当する。即ち、この領域319が保持容量して機能することになる。この保持容量のキャパシティは第3の層間絶縁膜317の比誘電率に比例し、その膜厚に反比例する。
【0068】
なお、図4(B)に記載の画素電極318において、画素TFT上で保持容量を形成しない領域(図4(B)においてドレイン電極309とのコンタクト部よりも右側の領域)は画像表示を行う画素領域へと延在する。
【0069】
また、図4(B)では示されないが、図4(B)で示す領域319を含めてブラックマトリクス316と画素電極318の縁部分が重なる全ての領域(図2(B)においてブラックマトリクス204と画素電極205が重なる領域)において保持容量が形成されている。
【0070】
従って、ブラックマトリクス316と画素電極318が重なる部分の面積と、第3の層間絶縁膜317の膜厚および比誘電率を計算して、所望のキャパシティを有する保持容量を設計することが可能である。
【0071】
なお、第2の層間絶縁膜315はその比誘電率が小さく、0.1 〜5.0 μmの範囲で膜厚を稼ぐことができるため、ゲイト線やデータ線とブラックマトリクス316との間に形成される寄生容量を無視しうるレベルに抑えられる。
【0072】
このような構成とすることで従来の容量線を排除して、かつ、ブラックマトリクスを利用して保持容量を形成することが可能となる。そのために必要な条件として次のことが挙げられる。
(1)第2の層間絶縁膜は比誘電率が小さい有機性樹脂材料または無機性材料を用い、その膜厚を厚くする。
(2)第3の層間絶縁膜は比誘電率が大きい窒化膜を用い、その膜厚を薄くする。
【0073】
以上に示す様な構成の効果として、寄生容量を抑制しつつ必要最低限のキャパシティを有する保持容量を、開口率を犠牲にすることなく形成することが可能となる。また、計算によると60μm×180 μmのサイズの画素に形成される保持容量のキャパシティは概算で0.6 〜1.8pF となる。
【0074】
また、本実施例では説明していないが、同一基板上に駆動回路を組み込む場合はドライバーTFTと画素TFTを同時に作製することになる。例えば、本実施例の様にアクティブマトリクス型液晶表示装置に組み込むことを念頭に置くと、Nチャネル型およびPチャネル型の薄膜トランジスタを相補的に組み合わせたCMOC構造を駆動回路に用いる。そして、本実施例で説明した様な画素TFTを画素領域に配置すれば良い。
【0075】
本発明をこのような液晶表示装置に応用する場合、必要とするパターニングマスクは9〜10枚程度である。従って、特に工程を複雑にすることがない。
【0076】
なお、前述のドライバーTFTは基本的に画素TFTと同じ工程で作製される。ただし、画素電極は必要なく、図3(D)においてソース電極314を形成すると同時にドレイン電極を形成することで完成することになる。
【0077】
〔実施例2〕
本実施例では、図2に示した構成と異なり薄膜トランジスタの上方にのみブラックマトリクスを設けた構成とする例を示す。本実施例の最大の特徴は、ゲイト線とデータ線をブラックマトリクスとして代用する点である。
【0078】
図5に示す構成において、501はゲイト線、502はデータ線、503は薄膜トランジスタの活性層を構成する半導体層、504はブラックマトリクスである。また、505は画素電極、506は半導体層503と画素電極505とのコンタクト部分である。
【0079】
本実施例において注目すべき点は、画素電極505はその縁がゲイト線501およびデータ線502と重なり合うように形成されることである。この場合、通常ならばゲイト線501およびデータ線502と画素電極505との間に形成される寄生容量が問題となる。
【0080】
しかしながら、本実施例では寄生容量の絶縁層となる第2の層間絶縁膜315が比誘電率の小さい材料であり、かつその膜厚を厚いものとすることができるため、寄生容量は悪影響を及ぼさない程度に小さいものとなる。
【0081】
一方、ブラックマトリクス504と画素電極505との間には第3の層間絶縁膜317を介して保持容量が形成される。前述のように第3の層間絶縁膜317はその膜厚が0.1 〜0.3 μmと薄く、比誘電率が第2の層間絶縁膜315よりも大きいので十分保持容量として機能しうるキャパシティを有する。
【0082】
従って、ブラックマトリクス504により画素領域が内側に狭められることがないため、より高い開口率を実現することが可能である。
【0083】
〔実施例3〕
本実施例では、実施例1において島状半導体層の構成を変えた例を説明する。具体的には、チャネル領域のチャネル長およびチャネル幅がTFTのオン状態とオフ状態とで変化する構造を採る例である。
【0084】
この技術は本発明者らによって既に報告されているもので、その主旨は、TFTがオフ状態の時に実質的にチャネル長を長く、チャネル幅を狭くすることでオフ電流を低減するものである。以下にその技術の概要を説明する。
【0085】
図6に示すのは実施例1の工程手順に従って形成した島状半導体層601である。後にチャネルとして機能する領域602に対しては選択的にイオン注入が行なわれる。例えば、Nチャネル型TFTを作製する場合、P+イオンを1×1012〜1×1014原子/cm2 、好ましくは3×1012〜3×1013原子/cm2 のドーズ量でドーピングする。
【0086】
すると、チャネル領域を遮るようにイオン注入された領域603〜605が形成される。この領域603〜605は必ずしも図6の様に島状半導体層の外縁に接してなくても構わない。即ち、後にチャネルとなる領域602の内に島状に点在するような状態であっても良い。
【0087】
このようなイオン注入が施された島状半導体層を用いて作製したTFTの電気特性の概略を図7を用いて説明する。
【0088】
図7(A)において701はソース領域、702はドレイン領域であり、703〜705は前述のように予めイオン注入した領域であり、浮島領域(またはイオン注入領域)と呼ぶこととする。この時、ドーピングされていない実質的に真性な半導体領域(ベース領域と呼ぶこととする)706と、浮島領域703〜705との境界はポテンシャルバリアが高い。そのため、Nチャネル型TFTがオフ状態の時はベース領域706の矢印に沿って僅かに電子が移動する。この電子の移動がオフ電流(またはリーク電流)として観測される。
【0089】
ところが、Nチャネル型TFTがオン状態の時はベース領域706が反転して浮島領域703〜705とのポテンシャルバリアが無視しうる程度となるため、図7(B)の矢印で示すような経路で大量の電子が移動する。この電子の移動がオン電流として観測される。
【0090】
このようにTFTのオフ状態とオン状態とでポテンシャルバリアが変化する様子を図8を用いて概略説明する。なお、図8においてVgはゲイト電圧(Vg>0)、Ecは伝導帯、Evは価電子帯、Efはフェルミレベルを表している。
【0091】
まず、Nチャネル型TFTがオフ状態(ゲイトに負電圧が印加された状態)の時、ベース領域706においては図8(A)のようなバンド状態となっている。即ち、少数キャリアであるホールが半導体表面に集まり、電子が払われた状態にあるため、ソース/ドレイン間の電子の移動は極めて少ない。
【0092】
一方、浮島領域703〜705はP+イオンを注入してあるため、フェルミレベルEfは伝導帯Ecの近くへと押し上げられている。この時、浮島領域703〜705においては図8(B)のようなバンド状態となっている。
【0093】
図8(B)のように、N型を示す半導体層である浮島領域703〜705においてはゲイトに負電圧を印加しても、エネルギーバンドは僅かにしか曲がらない。
【0094】
従って、図8(A)における半導体表面の価電子帯のエネルギーと図8(B)における半導体表面の価電子帯のエネルギーとのエネルギー差がポテンシャルバリアに相当する。そのため、電子がベース領域706と浮島領域703〜705を往復することはない。
【0095】
次に、Nチャネル型TFTがオン状態(ゲイトに正電圧が印加された状態)の時、ベース領域706においては図8(C)のようなバンド状態となっている。即ち、多数キャリアである電子が半導体表面に蓄積されるため、ソース/ドレイン間には電子の移動が生じる。
【0096】
この時、浮島領域703〜705においては図8(D)のようなバンド状態となっている。図8(D)に示す様に、前述のゲイトに負電圧を印加した時同様、N型を示す半導体層である浮島領域703〜705においてはゲイトに正電圧を印加してもエネルギーバンドは殆ど曲がらない。
【0097】
しかしながら、図8(D)において元々フェルミレベルEfは伝導帯Ecの近くに押し上げられているため、伝導体には多数の電子が常に存在している。
【0098】
従って、ゲイトに正電圧を印加した場合、ベース領域706および浮島領域703〜705は共に電子が移動し易いバンド状態となっているため、ベース領域706および浮島領域703〜705の境界のポテンシャルバリアは無視することが出来る。
【0099】
以上の様に、オフ状態ではベース領域706のみが電子の移動経路となり、オン状態ではベース領域706および浮島領域703〜705が電子の移動経路となる。
【0100】
即ち、TFTがオフ状態の時のW/L比に比べ、オン状態の時のW/L比は遙に大きくなり、オン電流を損なうことなくオフ電流を低減することが可能である。これにより、オン/オフ電流比を大きくすることが出来る。
【0101】
このような構造とすると、画素TFTの島状半導体層の占有面積をさほど変えずに、従来以上の応答特性を持つ画素TFTおよびドライバTFTを構成できる利点がある。
【0102】
従って、例えば図2に示すような回路構成を採った場合においても、開口率を落とすことなく高性能な画素TFTを配置することが可能である。
【0103】
また、今後ゲイト電極の微細加工が進むに従い、図7(A)においてTFTがオフ状態の時の実質的なチャネル幅が狭くなる傾向が予想される。さらに、半導体層601がいずれ200 Å程度にまで薄膜化されることを考慮すると、本実施例に示すリーク電流の低減効果はさらに高まると言える。
【0104】
〔実施例4〕
本実施例では、実施例3で説明した構成の半導体層の別の例を示す。具体的には、チャネル形成領域に高抵抗領域を付加する技術に関する。
【0105】
図9(A)に示すのは、図6で示した島状半導体層にゲイト電極901を書き加えたものである。このような形状のゲイト電極を設ければゲイト電極901をマスクとして不純物イオン注入を行い、浮島領域603、604、605を自己整合的に形成することが可能である。
【0106】
なお、ゲイト電極901に対して印加電圧を与えた場合の挙動については実施例3で説明したので省略する。また、以下に記載する例は実施例2同様、Nチャネル型TFTの場合について説明する。
【0107】
図9(B)は図9(A)のゲイト電極901の一部分をエッチング除去した構成を示している。このゲイト電極902のエッチング工程は不純物イオン注入により自己整合的に浮島領域603〜605を形成した後に行えば良い。
【0108】
この時、図9(B)においてゲイト電極902によって電圧を印加されない領域903は、常に実質的に真性な半導体層となる。即ち、いわゆるオフセットと同様に高い抵抗として振る舞う領域となる。
【0109】
従って、ゲイト電極902に負電圧が印加されている時(TFTがオフ状態の時)、高抵抗領域903が実質的にオフセットとして機能するためリーク電流が効果的に抑制される。また、ゲイト電極902に正電圧が印加されている時(TFTがオン状態の時)、実施例3で説明した様に島状半導体層の全域が電子の流れる経路となるため高抵抗領域903はオン電流に殆ど影響を与えない。
【0110】
従って、本実施例による構成を採れば、よりオフ電流を抑制した画素TFTを形成することが出来る。即ち、液晶に与えられた電荷を効率よく保持しておくことができるため、保持容量の設計マージンに余裕ができる。
【0111】
〔実施例5〕
本実施例では、実施例3で説明した構成の半導体層の別の例を示す。図9(C)に示すのは本実施例による半導体層周辺部の構成図である。
【0112】
本実施例の特徴は、チャネル形成領域を完全にゲイト電極904でもって覆うことにある。このような構成とすると、TFTがオン状態にある時電子の移動距離、即ち、実質的なチャネル長が短くて済む。従って、動作速度の速い薄膜トランジスタを形成することができる。なお、905で示されるのはゲイト電極904下に存在する浮島領域である。
【0113】
また、このような構成の別の利点としては、薄膜トランジスタを小さいサイズで形成して開口率を向上できることが挙げられる。
【0114】
〔実施例6〕
本実施例では、実施例1において第2の層間絶縁膜としてLPD(Liquid Phase Deposition )法により塗布した絶縁膜を利用する例を示す。なお、画素TFTやドライバTFTの作製工程は既に実施例1で説明したのでここでは省略する。
【0115】
LPD法(スピン法とも呼ばれる)による被膜形成の概要は以下の手順による。なお、説明は無機性材料である酸化珪素系被膜(SiOX )の場合について行なうが、他の無機性材料としてSiOF膜(比誘電率3.2 〜3.3 )や有機性樹脂材料としてポリイミド(比誘電率2.8 〜3.4 )等を用いることも出来る。
【0116】
まず、H2 SiF6 溶液を準備し、これにSiO2:xH2 Oを加えて3hrの攪拌を行なう。この時の処理温度は30℃に保持しておく。次に、攪拌後の溶液を濾過して、所望の濃度の溶液となるように調節する。調節が終了したら、ウォーターバス等で50℃に達するまで温めながら攪拌する。
【0117】
以上で、塗布用の溶液の準備が終了する。また、例えばこの溶液にH3 BO3 を加えれば膜中にB+イオンを含有した酸化珪素系被膜(いわゆるBSGと呼ばれる被膜)を形成することが出来る。
【0118】
上記手順に従って準備した溶液に被処理基体を浸した後、純粋でリンスして乾燥させれば被膜形成は完了する。なお、有機性樹脂材料を塗布するのであれば、所望の被膜塗布用溶液を準備し、LPD法により被膜形成を行えば良い。
【0119】
有機性樹脂材料としてはポリイミド等が挙げられ、比誘電率は2.8 〜3.4 と低い。この場合、スピナー上に保持した被処理基体上に被膜塗布用溶液を塗布し、スピナーを2000rpm で回転させることで被膜を形成する。被膜形成後は300 ℃30min 程度のベークを行い膜質を改善する。
【0120】
以上の様に、LPD法による場合、比較的容易に所望の被膜を形成することが出来る。即ち、スループットを大幅に向上することが可能である。また、溶液に浸す時間(スピナーを用いる場合は回転数等)や溶液濃度で自在に膜厚を調節できるため、厚く平坦な被膜を形成し易い。
【0121】
〔実施例7〕
本実施例では、本発明による保持容量(本実施例では、特に第1の保持容量とよぶ)以外にさらに別の第2の保持容量を付加した構成をとる例を示す。この第2の保持容量は本発明者らの研究によって発明されたものである。
【0122】
この第2の保持容量の構成は、ゲイト線と画素電極とが第1の層間絶縁膜を介して容量を形成するものである。具体的な説明を図10でもって行う。
【0123】
図10は本発明による第1の保持容量(11で示される破線で囲まれた領域)と先の発明による第2の保持容量(12で示される破線で囲まれた領域)を併用した場合の画素領域の上面図である。
【0124】
なお、13はゲイト線、14はデータ線、15は薄膜トランジスタの活性層を構成する半導体層である。
【0125】
第1の保持容量11の作製過程は実施例1に示した通りである。ここでは、第2の保持容量12の作製過程を図11を用いて簡単に説明する。なお、図中において、TFTを構成する部分は実施例1と同様の構造なので細かな説明を省略し、必要がある場合のみ実施例1で用いた符号を記載することとする。
【0126】
また、図11に示すのは図10においてA−A’で示される破線に沿って切断した断面図である。
【0127】
まず、実施例1に従って第3の層間絶縁膜を成膜したところまで形成し、図11(A)の状態を得る。16で示されるのはブラックマトリクスとなるチタン膜である。また、13で示されるのはゲイト電極307から延在するゲイト線である。
【0128】
この状態においてゲイト線13上には第1の層間絶縁膜313、第2の層間絶縁膜315、第3の層間絶縁膜317が積層されている。
【0129】
次に、ゲイト線13上の第2の層間絶縁膜315および第3の層間絶縁膜317をエッチングして開孔を形成し、画素電極17を形成する。なお、18で示されるのは隣接する画素領域に配置された画素電極の縁部分である。
【0130】
この時、第3の層間絶縁膜317を介してブラックマトリクス16と画素電極17との間に第1の保持容量11が形成される。また、ゲイト線13上には第1の層間絶縁膜313を介してゲイト線13と画素電極17との間に第2の保持容量12が形成される。
【0131】
第2の保持容量12は膜厚が厚く、比誘電率の小さい第2の層間絶縁膜315を除去してあるため、第1の層間絶縁膜313のみを絶縁層とすることができる。従って、第1の層間絶縁膜313として比誘電率が大きい材料を選択し、かつ膜厚を薄くすることで十分なキャパシティを有する保持容量を形成することが可能なる。
【0132】
さらに、本実施例は実施例2で説明したようにゲイト線13およびデータ線14をブラックマトリクスとして利用することも可能である。この場合、実施例2と異なり、第1の保持容量(ブラックマトリクスと画素電極とで形成する容量)に加えて第2の保持容量(ゲイト線と画素電極とで形成する容量)を設けるので、十分なキャパシティ確保することができる。
【0133】
以上、本実施例に示す構成によれば十分なキャパシティを有する保持容量を形成した上で、高い開口率の画素領域を実現することが可能である。さらに、実施例3に示した特殊な半導体層を用いることでさらなる改善が可能であることは言うまでもない。
【0134】
〔実施例8〕
本実施例は、本発明をAmorphous and Super-Multidomain AM-LCDに応用する例である。この場合、液晶材料として一般的なTN材料に光学活性材料を添加して用いるため、ラビング工程が不要であるという特徴を有する。
【0135】
〔実施例9〕
本実施例は、本発明を電界効果型モードの液晶表示装置に応用する例である。このようなモードは、ツイステッドネマテック(TN)モード、スーパーツイステッドネマテック(STN)モード、電界制御複屈折(ECB)モード、相転移(PC)モード、ゲストホスト(GH)モードの5つに分類して考えることができる。
【0136】
この動作モードは消費電力が少なく、駆動電圧が低いので低消費電力という特徴を生かして最も広く普及しているものである。
【0137】
〔実施例10〕
本実施例は、本発明を動的散乱型モードの液晶表示装置に応用する例である。このモードは電界効果に加えて、液晶中にドープしたイオン添加剤の存在によって生じる乱流運動に伴う光散乱状態を表示に利用するものである。
【0138】
〔実施例11〕
本実施例は、本発明を熱効果型モードの液晶表示装置に応用する例である。このモードは液晶の温度による相転移を加熱によって制御し、それに基づく光学特性の変化を表示に利用するものである。
【0139】
【発明の効果】
本明細書で開示する発明によれば、従来遮光膜として用いられていたブラックマトリクスを利用して保持容量を形成することが容易となる。これは、次に挙げる理由による。
【0140】
まず第1は、ブラックマトリクスを比誘電率が小さく、膜厚の厚い第2の層間絶縁膜上に形成することで、ゲイト線やデータ線との間に形成される寄生容量を抑制できることである。
【0141】
その第2は、ブラックマトリクス上に比誘電率が大きく、膜厚の薄い窒化膜でなる第3の層間絶縁膜を形成することで、第3の層間絶縁膜上に形成する画素電極との間に十分なキャパシティを有する保持容量を形成することが可能となるからである。
【0142】
以上の発明の効果として、従来の容量線を排除し、かつ、ブラックマトリクスを利用して保持容量を形成できるため、画素領域を最大限に有効利用して、高い開口率の液晶表示装置を構成することが可能となる。
【0143】
【図面の簡単な説明】
【図1】 液晶表示装置における画素領域の構成を示す図。
【図2】 液晶表示装置における画素領域の構成を示す図。
【図3】 画素TFTの作製工程の概略を示す図。
【図4】 画素TFTの作製工程の概略を示す図。
【図5】 液晶表示装置における画素領域の構成を示す図。
【図6】 半導体層の構造の概略を示す図。
【図7】 半導体層の電気特性の概略を示す図。
【図8】 半導体層のバンド状態の概略を示す図。
【図9】 半導体層の構造の概略を示す図。
【図10】 液晶表示装置における画素領域の構成を示す図。
【図11】 液晶表示装置における画素領域の断面構造を示す図。
【符号の説明】
101 ゲイト線
102 容量線
103 データ線
104 画素電極
105 半導体層
106 半導体層とデータ線とのコンタクト部
107 半導体層と画素電極とのコンタクト部
108 画像表示領域
301 ガラス基板
302 島状半導体層
303 酸化珪素膜
304 導電性被膜
305 多孔質の陽極酸化膜
306 緻密な陽極酸化膜
307 ゲイト電極
308 ソース領域
309 ドレイン領域
310、311 低濃度不純物領域
312 チャネル形成領域
313 第1の層間絶縁膜
314 配線電極
315 第2の層間絶縁膜(透過性ポリイミド)
316 ブラックマトリクス
317 第3の層間絶縁膜(窒化珪素膜)
318 画素電極
319 保持容量
601 島状半導体層
602 チャネ形成領域
603〜605 浮島領域(イオン注入領域)
901 ゲイト電極
903 高抵抗領域
905 浮島領域(イオン注入領域)
11 第1の保持容量
12 第2の保持容量
13 ゲイト線
16 ブラックマトリクス
17 画素電極
[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The invention disclosed in this specification relates to a structure of a liquid crystal display device controlled by a semiconductor device using a crystalline silicon film. In particular, the present invention relates to a configuration of a pixel region of an active matrix liquid crystal display device.
[0002]
[Prior art]
Recently, a technique for manufacturing a thin film transistor (TFT) on an inexpensive glass substrate has been rapidly developed. The reason is that the demand for active matrix liquid crystal display devices has increased.
[0003]
In an active matrix liquid crystal display device, a thin film transistor is disposed in each of millions of pixels arranged in a matrix, and charges entering and exiting each pixel electrode are controlled by a switching function of the thin film transistor.
[0004]
Liquid crystal is sandwiched between each pixel electrode and the counter electrode to form a kind of capacitor. Therefore, by controlling the flow of electric charges into and out of the capacitor with the thin film transistor, the electro-optical characteristics of the liquid crystal can be changed, and the light transmitted through the liquid crystal panel can be controlled to display an image.
[0005]
In addition, the capacitor having such a configuration has a problem in that the holding voltage gradually decreases due to leakage or the like, so that the electro-optical characteristics of the liquid crystal change and the contrast of image display deteriorates.
[0006]
Therefore, it is common to install another capacitor called a holding capacitor in series with a capacitor composed of liquid crystal, and to supply the charge lost due to leakage or the like to the capacitor composed of liquid crystal.
[0007]
Here, FIG. 1 shows a configuration diagram of a pixel region in a conventional active matrix liquid crystal display device. As shown in FIG. 1A, the gate line 101 and the capacitor line 102 formed in parallel thereto intersect with the data line 103 in a grid pattern. A pixel electrode 104 is disposed in a region surrounded by them (hereinafter, this region is referred to as a pixel region). The capacitor line 102 and the pixel electrode 104 are three-dimensionally overlapped with each other via the first and second interlayer insulating films to form a storage capacitor.
[0008]
Reference numeral 105 denotes a semiconductor layer that constitutes an active layer of the thin film transistor. Reference numeral 106 denotes a contact portion with the data line, and reference numeral 107 denotes a contact portion with the pixel electrode.
[0009]
In FIG. 1A, the pixel region surrounded by the gate lines 101 and the data lines 103 formed so as to intersect with each other in a lattice shape is an image display region, and it is required to secure as large an area as possible. The
[0010]
However, in the structure shown in FIG. 1A, since the capacitor line 102 needs to be provided in the region, the pixel region is narrowed by that amount, that is, the aperture ratio is deteriorated.
[0011]
Further, as shown in FIG. 1A, the pixel electrode 104 is disposed so as not to overlap the gate line 101 and the data line 103. This is because the parasitic capacitance formed when they overlap each other adversely affects the operation speed of the liquid crystal display device.
[0012]
However, on the other hand, the edge of the pixel electrode 104 is disturbed by an electric field when a voltage is applied, and a display defect such as blurring of the image occurs. .
[0013]
Further, the semiconductor layer 105 constituting the active layer of the thin film transistor needs to be shielded from light from the outside. This is because when the semiconductor layer is irradiated with light, the conductivity of the semiconductor layer changes due to the photoexcitation phenomenon.
[0014]
For the purpose of light shielding, a means for providing a black matrix (BM) on a substrate on which a thin film transistor is disposed or a counter substrate is generally employed. Here, FIG. 1B shows a region entering the visual field when the black matrix is arranged.
[0015]
As shown in FIG. 1B, the gate line 101, the capacitor line 102, the data line 103, and the semiconductor layer 105 are all covered with a black matrix and do not enter the field of view. Therefore, the area indicated by 108 is the actual image display area.
[0016]
As described above, the capacitor line 102 narrows the pixel region more than necessary, and is a factor that deteriorates the aperture ratio.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
The invention disclosed in this specification provides a technique for solving the above-described conventional problems. That is, it is an object to provide a technique for forming a pixel region having a high aperture ratio.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The configuration of the invention disclosed in this specification is as follows.
A plurality of gate lines and data lines arranged in a matrix on the same substrate;
A pixel electrode disposed at each intersection of the gate line and the data line, and a thin film transistor connected to the pixel electrode;
A liquid crystal display device comprising at least
A first interlayer insulating film covering the gate line and a second interlayer insulating film made of an organic resin material or an inorganic material formed to cover the data line;
A black matrix formed above the thin film transistor via the second interlayer insulating film;
A third interlayer insulating film made of a nitride film formed to cover the black matrix;
A pixel electrode formed on the third interlayer insulating film;
Having at least
A storage capacitor is formed between the black matrix and the pixel electrode through the third interlayer insulating film.
[0019]
The configuration of another invention is as follows:
A plurality of gate lines and data lines arranged in a matrix on the same substrate;
A pixel electrode disposed at each intersection of the gate line and the data line, and a thin film transistor connected to the pixel electrode;
A liquid crystal display device comprising at least
A first interlayer insulating film covering the gate line and a second interlayer insulating film made of an organic resin material or an inorganic material formed to cover the data line;
A black matrix formed above the thin film transistor via the second interlayer insulating film;
A third interlayer insulating film made of a nitride film formed to cover the black matrix;
A pixel electrode formed on the third interlayer insulating film;
Having at least
A storage capacitor is formed between the black matrix and the pixel electrode through the third interlayer insulating film,
The pixel electrode does not directly touch the second interlayer insulating film.
[0020]
The configuration of another invention is as follows:
A plurality of gate lines and data lines arranged in a matrix on the same substrate;
A pixel electrode disposed at each intersection of the gate line and the data line, and a thin film transistor connected to the pixel electrode;
In producing a liquid crystal display device having at least
Forming a first interlayer insulating film covering the gate line and a second interlayer insulating film made of an organic resin material or an inorganic material covering the data line;
Forming a black matrix made of a metal film on the second interlayer insulating film;
Forming a third interlayer insulating film made of a nitride film covering the black matrix;
Forming a contact hole in the second and third interlayer insulating films;
Forming a pixel electrode made of a transparent conductive film on the third interlayer insulating film;
Having at least
A storage capacitor is formed between the black matrix and the pixel electrode through the third interlayer insulating film.
[0021]
The gist of the present invention is to provide the black matrix with a function as an electrode for forming a storage capacitor in addition to a function as a light shielding film which is an original purpose.
[0022]
A top view of a pixel region of a liquid crystal display device constructed according to the present invention is shown in FIG. In FIG. 2, 201 is a gate line extending from the gate electrode, and 202 is a data line for transmitting an image signal.
[0023]
The gate lines 201 and the data lines 202 are arranged in a matrix on the same substrate, and a thin film transistor is disposed at each intersection. Reference numeral 203 denotes a semiconductor layer constituting the active layer of the thin film transistor.
[0024]
A black matrix 204 is disposed above the gate line 201, the data line 202, and the semiconductor layer 203 so as to shield them. The data line 202 and the black matrix 204 are insulated by a second interlayer insulating film having a thickness of 0.1 to 5.0 μm. The second interlayer insulating film is made of an organic resin material or an inorganic material.
[0025]
Further, a pixel electrode 205 is provided on the black matrix 204 via a third interlayer insulating film. This third interlayer insulating film is composed of a nitride film, and as the nitride film, AlN, AlN X O Y , Si Three N Four , SiO X N Y One kind or a plurality of kinds selected from the insulating films represented by the above can be used. The film thickness of the third interlayer insulating film may be 0.1 to 0.3 μm.
[0026]
With such a structure, a capacitor is formed in a region 206 where the pixel electrode 205 and the black matrix 204 overlap three-dimensionally with the third interlayer insulating film interposed therebetween. The present invention uses this capacity as a storage capacity.
[0027]
Here, as a feature of the present invention, it is important that the third interlayer insulating film is a nitride film. There are three major advantages of using a nitride film.
[0028]
The first is the passivation effect of the nitride film. For example, Si Three N Four Since the silicon nitride film indicated by is dense, it is widely used as a protective film (passivation film) for protecting the device from external contamination and the like.
[0029]
Second, the relative dielectric constant of the nitride film is large. For example, Si Three N Four The dielectric constant of the silicon nitride film indicated by is about 7, and has a relative dielectric constant about twice that of the organic resin material or inorganic material used as the second interlayer insulating film.
[0030]
Accordingly, since the storage capacitor formed between the black matrix 204 and the pixel electrode 205 has a large relative dielectric constant of the third interlayer insulating film, a necessary and sufficient capacity can be obtained.
[0031]
Thirdly, it can also be used as a mask when forming an opening (contact hole) in the second interlayer insulating film. This is because the etching selectivity can be increased between the organic resin material or inorganic material which is the second interlayer insulating film and the nitride film.
[0032]
For example, if a resist mask is used as a mask when forming openings in polyimide, which is an organic resin material, the selection ratio cannot be obtained because the same organic material is used, and openings with a depth greater than the thickness of the resist mask are used. There was a problem that could not be formed.
[0033]
In that respect, since the nitride film has a sufficient selection ratio, if only the nitride film is first etched with a hydrofluoric acid gas and the remaining nitride film is used as a mask, an opening having a desired depth is formed in the polyimide. It becomes possible to form.
[0034]
Others such as AlN, AlN X O Y When using the nitride films shown by the above, these nitride films have the advantage of excellent thermal conductivity. Therefore, since heat can be dissipated without confining heat to the device, it is effective in the case where heat is generated by high-speed operation like a driver TFT.
[0035]
On the other hand, an advantage of using an organic resin material or an inorganic material as the second interlayer insulating film is that the relative dielectric constant is small and the film thickness can be increased. For example, the parasitic capacitance formed between the black matrix 204 and the gate line 201 and the data line 202 can be suppressed to a level that does not cause a problem because the relative dielectric constant of the second interlayer insulating film is sufficiently small.
[0036]
Details of the present invention configured as described above will be described with reference to the examples described below.
[0037]
【Example】
[Example 1]
In this embodiment, an example in which a pixel region having the structure shown in FIG. 2 is formed using the present invention will be described. Specifically, a technique for forming a storage capacitor with a black matrix and a pixel electrode will be described in detail.
[0038]
FIG. 3 is a manufacturing process diagram of the pixel TFT constituting the pixel region shown in FIG. First, an amorphous silicon film (not shown) having a thickness of 200 to 500 mm is formed on a glass substrate 301 having an insulating film with a thickness of 2000 mm as a base film on the surface. The insulating film is silicon oxide (SiO 2 ), Silicon oxynitride (SiO X N Y ), A silicon nitride film (SiN), or the like may be formed by a plasma CVD method, a low pressure thermal CVD method, a sputtering method, or the like.
[0039]
Next, the amorphous silicon film (not shown) is crystallized by means such as heating, laser annealing, or a combination of both. In addition, it is effective to add a metal element that promotes crystallization during crystallization.
[0040]
When crystallization is completed, the obtained crystalline silicon film (not shown) is patterned to form the island-shaped semiconductor layer 302. After the island-like semiconductor layer 302 is formed, a silicon oxide film 303 that functions as a gate insulating film later is formed to a thickness of 1200 mm. Of course, a silicon oxynitride film or a silicon nitride film may be used.
[0041]
Next, a conductive film 304 is formed to a thickness of 2000 to 2500 mm. In this embodiment, an aluminum film containing 0.2 wt% scandium is used. Scandium has the effect of suppressing protrusions such as hillocks and whiskers generated on the aluminum surface during heat treatment or the like. This aluminum film 304 later functions as a gate electrode.
[0042]
In this way, the state of FIG. When the state of FIG. 3A is obtained, anodization is performed in the electrolytic solution using the aluminum film 304 as an anode. As the electrolytic solution, an ethylene glycol solution of 3% tartaric acid neutralized with aqueous ammonia and adjusted to PH = 6.92 is used.
Moreover, it processes as a formation current 5mA and the ultimate voltage 10V by using platinum as a cathode.
[0043]
The thin and dense anodic oxide film (not shown) formed in this way has an effect of improving adhesion with the photoresist when the aluminum film 304 is patterned. Further, the film thickness can be controlled by controlling the voltage application time.
[0044]
Next, the aluminum film 304 is patterned to form a gate electrode (not shown). However, it is the part of the interior that finally remains that substantially functions as the gate electrode.
[0045]
Next, a second anodic oxidation is performed to form a porous anodic oxide film 305 (see FIG. 3B). The electrolytic solution is a 3% oxalic acid aqueous solution, which is treated with platinum as a cathode at a formation current of 2 to 3 mA and an ultimate voltage of 8V.
[0046]
At this time, anodic oxidation proceeds in a direction parallel to the substrate. Further, the length of the porous anodic oxide film 305 can be controlled by controlling the voltage application time.
[0047]
Further, after removing a photoresist (not shown) used for patterning the aluminum film with a special stripping solution, the third anodic oxidation is performed to obtain the state of FIG.
[0048]
For this anodic oxidation, an electrolytic solution is used in which an ethylene glycol solution of 3% tartaric acid is neutralized with ammonia water and adjusted to PH = 6.92. Then, treatment is performed with platinum as a cathode and a formation current of 5 to 6 mA and an ultimate voltage of 40 to 100 V.
[0049]
The anodic oxide film 306 formed at this time is very dense and strong. Therefore, it has an effect of protecting the gate electrode 307 from damage and heat generated in a subsequent process such as a doping process. The film thickness is 500 to 1500 mm.
[0050]
Next, an impurity is implanted into the island-shaped semiconductor layer 302 by ion doping. For example, if an N-channel TFT is manufactured, P + ions may be implanted as an impurity, and if a P-channel TFT is manufactured, B + ions may be implanted as an impurity.
[0051]
First, the first ion doping is performed in the state of FIG. In this embodiment, P + ions are implanted at an acceleration voltage of 80 kV and a dose of 1 × 10. 15 Atom / cm 2 To do.
[0052]
As a result, the gate electrode 307 and the porous anodic oxide film 305 serve as a mask, and regions 308 and 309 to be the source / drain later are formed in a self-aligned manner. (Figure 3 (C))
[0053]
Next, as shown in FIG. 3C, the porous anodic oxide film 305 is removed and a second doping is performed. The second P + ion implantation is an acceleration voltage of 80 kV and a dose of 1 × 10. 14 Atom / cm 2 To do.
[0054]
Then, the gate electrode 307 serves as a mask, and low-concentration impurity regions 310 and 311 having a lower impurity concentration than the source region 308 and the drain region 309 are formed in a self-aligned manner.
[0055]
At the same time, since no impurities are implanted immediately below the gate electrode 307, a region 312 functioning as a TFT channel is formed in a self-aligned manner.
[0056]
The low-concentration impurity region 311 thus formed is particularly called an LDD region, and has an effect of suppressing the formation of a high electric field between the channel region 312 and the drain region 309.
[0057]
Next, KrF excimer laser is applied to 200-300mJ / cm. 2 By irradiating with the energy density of P +, the ion-implanted P + ions are activated. The activation may be performed by thermal annealing at 300 to 450 ° C. for 2 hours, or laser annealing and thermal annealing may be used in combination.
[0058]
Next, a first interlayer insulating film 313 is formed by a plasma CVD method. As the interlayer insulating film 313, a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, a silicon nitride film, or the like can be used. The film thickness is 0.5 to 1.0 μm.
[0059]
After forming the first interlayer insulating film 313, a contact hole is formed in the source region 308, and an aluminum film (not shown) is formed to a thickness of 3000 mm. Next, a source electrode 314 is formed by patterning an aluminum film (not shown). (Fig. 3 (D))
[0060]
Next, a second interlayer insulating film 315 is formed to a thickness of 0.1 to 5.0 μm so as to cover the source electrode 314. In this embodiment, the film thickness is 1.5 μm. The second interlayer insulating film 315 can be made of an organic resin material or an inorganic material. In this embodiment, transparent polyimide is used as the organic resin material. The relative dielectric constant of this polyimide is a small value of 2.8 to 3.4.
[0061]
In addition, since such an organic resin material is easy to form a film and can easily increase the film thickness, it is possible to reduce unevenness due to the device shape and realize an excellent flat surface.
[0062]
Next, a titanium film as a black matrix 316 is formed on the second interlayer insulating film 315 to a thickness of 1000 mm. Of course, a metal film such as a chromium film or an aluminum film may be used. (Fig. 4 (A))
[0063]
When the state of FIG. 4A is obtained, a third interlayer insulating film 317 is formed to a thickness of 0.1 to 0.3 μm so as to cover the black matrix 316. This third interlayer insulating film 317 is made of AlN, AlN. X O Y , Si Three N Four , SiO X N Y One kind or a plurality of kinds selected from the insulating films represented by the above can be used.
[0064]
In this example, Si Three N Four Is formed to a thickness of 0.2 μm. This silicon nitride film has SiH as a deposition gas. Four , NH Three , H 2 Therefore, hydrogen is contained in the film and the film stress is relieved.
[0065]
Then, a contact hole for connecting to the drain region 309 is formed, and a pixel electrode 318 made of a transparent conductive film such as ITO is formed. The film thickness of the pixel electrode 318 is 1000 to 1200 mm, and is arranged so as to overlap with the black matrix 316 in as wide an area as possible.
[0066]
In this case, since the surface of the third interlayer insulating film 317 exhibits excellent flatness, the pixel electrode 318 formed thereon also exhibits good flatness, and the rubbing failure during cell assembly and application to the liquid crystal Disturbance of the electric field can be eliminated.
[0067]
Through the above process, the pixel TFT shown in FIG. 4B is manufactured. At this time, a region 319 surrounded by a dotted line of the pixel TFT shown in FIG. 4B corresponds to a region 206 shown in FIG. That is, this region 319 functions as a storage capacitor. The capacity of this storage capacitor is proportional to the relative dielectric constant of the third interlayer insulating film 317 and inversely proportional to its film thickness.
[0068]
Note that in the pixel electrode 318 illustrated in FIG. 4B, an image display is performed in a region where a storage capacitor is not formed over the pixel TFT (a region on the right side of the contact portion with the drain electrode 309 in FIG. 4B). Extends to the pixel area.
[0069]
Although not shown in FIG. 4B, the black matrix 316 overlaps with the edge portion of the pixel electrode 318 including the region 319 shown in FIG. 4B (the black matrix 204 in FIG. 2B). A storage capacitor is formed in a region where the pixel electrode 205 overlaps.
[0070]
Accordingly, it is possible to design a storage capacitor having a desired capacity by calculating the area where the black matrix 316 and the pixel electrode 318 overlap, the thickness of the third interlayer insulating film 317, and the relative dielectric constant. is there.
[0071]
Note that the second interlayer insulating film 315 has a small relative dielectric constant and can increase the film thickness in the range of 0.1 to 5.0 μm. Therefore, the second interlayer insulating film 315 is a parasitic element formed between the gate line or the data line and the black matrix 316. Capacity can be suppressed to a negligible level.
[0072]
By adopting such a configuration, it is possible to eliminate the conventional capacitance line and form a storage capacitor using a black matrix. The following are listed as necessary conditions for this purpose.
(1) The second interlayer insulating film is made of an organic resin material or an inorganic material having a small relative dielectric constant, and the film thickness is increased.
(2) A nitride film having a large relative dielectric constant is used as the third interlayer insulating film, and the film thickness is reduced.
[0073]
As an effect of the configuration as described above, it is possible to form a storage capacitor having a necessary minimum capacity while suppressing parasitic capacitance without sacrificing the aperture ratio. In addition, according to the calculation, the capacity of the storage capacitor formed in a pixel having a size of 60 μm × 180 μm is approximately 0.6 to 1.8 pF.
[0074]
Although not described in this embodiment, when a drive circuit is incorporated on the same substrate, a driver TFT and a pixel TFT are manufactured simultaneously. For example, considering that it is incorporated in an active matrix liquid crystal display device as in this embodiment, a CMOC structure in which N-channel and P-channel thin film transistors are complementarily combined is used for a drive circuit. Then, pixel TFTs as described in this embodiment may be arranged in the pixel region.
[0075]
When the present invention is applied to such a liquid crystal display device, the required patterning mask is about 9 to 10 sheets. Therefore, the process is not particularly complicated.
[0076]
The driver TFT described above is basically manufactured in the same process as the pixel TFT. However, the pixel electrode is not necessary, and the pixel electrode is completed by forming the source electrode 314 and the drain electrode at the same time in FIG.
[0077]
[Example 2]
In this embodiment, an example in which a black matrix is provided only above a thin film transistor, unlike the structure shown in FIG. The greatest feature of this embodiment is that the gate line and the data line are substituted as a black matrix.
[0078]
In the structure shown in FIG. 5, 501 is a gate line, 502 is a data line, 503 is a semiconductor layer constituting an active layer of the thin film transistor, and 504 is a black matrix. Reference numeral 505 denotes a pixel electrode, and reference numeral 506 denotes a contact portion between the semiconductor layer 503 and the pixel electrode 505.
[0079]
What should be noted in this embodiment is that the pixel electrode 505 is formed so that the edge thereof overlaps the gate line 501 and the data line 502. In this case, normally, parasitic capacitance formed between the gate line 501 and the data line 502 and the pixel electrode 505 becomes a problem.
[0080]
However, in this embodiment, since the second interlayer insulating film 315 serving as the insulating layer of the parasitic capacitance is a material having a small relative dielectric constant and can be made thick, the parasitic capacitance has an adverse effect. It will be as small as possible.
[0081]
On the other hand, a storage capacitor is formed between the black matrix 504 and the pixel electrode 505 through a third interlayer insulating film 317. As described above, the third interlayer insulating film 317 has a thin film thickness of 0.1 to 0.3 μm and a relative dielectric constant larger than that of the second interlayer insulating film 315, and thus has a capacity capable of functioning as a sufficient storage capacity.
[0082]
Accordingly, since the pixel region is not narrowed inward by the black matrix 504, a higher aperture ratio can be realized.
[0083]
Example 3
In this example, an example in which the configuration of the island-shaped semiconductor layer is changed in Example 1 will be described. Specifically, this is an example in which the channel length and the channel width of the channel region change depending on whether the TFT is on or off.
[0084]
This technique has already been reported by the present inventors, and the gist is to reduce the off-current by substantially increasing the channel length and reducing the channel width when the TFT is in the OFF state. The outline of the technology will be described below.
[0085]
FIG. 6 shows an island-shaped semiconductor layer 601 formed according to the process procedure of the first embodiment. Ions are selectively implanted into a region 602 that functions as a channel later. For example, when an N-channel TFT is manufactured, 1 × 10 P + ions are used. 12 ~ 1x10 14 Atom / cm 2 , Preferably 3 × 10 12 ~ 3x10 13 Atom / cm 2 Doping with a dose amount of
[0086]
Then, regions 603 to 605 into which ions are implanted so as to block the channel region are formed. These regions 603 to 605 are not necessarily in contact with the outer edge of the island-shaped semiconductor layer as shown in FIG. That is, a state in which islands are scattered in the region 602 to be a channel later may be used.
[0087]
An outline of electrical characteristics of a TFT manufactured using an island-shaped semiconductor layer subjected to such ion implantation will be described with reference to FIG.
[0088]
7A, reference numeral 701 denotes a source region, reference numeral 702 denotes a drain region, reference numerals 703 to 705 denote regions previously implanted with ions as described above, which are referred to as floating island regions (or ion implantation regions). At this time, the boundary between the substantially undoped semiconductor region (hereinafter referred to as a base region) 706 and the floating island regions 703 to 705 has a high potential barrier. Therefore, when the N-channel TFT is off, electrons move slightly along the arrow in the base region 706. This electron movement is observed as an off-current (or leakage current).
[0089]
However, when the N-channel TFT is in the ON state, the base region 706 is inverted so that the potential barrier with the floating island regions 703 to 705 can be ignored. Therefore, the path shown by the arrow in FIG. A lot of electrons move. This electron movement is observed as an on-current.
[0090]
The manner in which the potential barrier changes between the off state and the on state of the TFT in this way will be schematically described with reference to FIG. In FIG. 8, Vg represents a gate voltage (Vg> 0), Ec represents a conduction band, Ev represents a valence band, and Ef represents a Fermi level.
[0091]
First, when the N-channel TFT is in an off state (a state where a negative voltage is applied to the gate), the base region 706 is in a band state as shown in FIG. That is, since holes that are minority carriers gather on the semiconductor surface and electrons are removed, there is very little movement of electrons between the source and drain.
[0092]
On the other hand, since the floating island regions 703 to 705 are implanted with P + ions, the Fermi level Ef is pushed closer to the conduction band Ec. At this time, the floating island regions 703 to 705 are in a band state as shown in FIG.
[0093]
As shown in FIG. 8B, in the floating island regions 703 to 705 which are N-type semiconductor layers, even if a negative voltage is applied to the gate, the energy band is bent only slightly.
[0094]
Therefore, the energy difference between the energy of the valence band on the semiconductor surface in FIG. 8A and the energy of the valence band on the semiconductor surface in FIG. 8B corresponds to the potential barrier. Therefore, electrons do not reciprocate between the base region 706 and the floating island regions 703 to 705.
[0095]
Next, when the N-channel TFT is in an on state (a state where a positive voltage is applied to the gate), the base region 706 is in a band state as shown in FIG. That is, electrons, which are majority carriers, are accumulated on the semiconductor surface, so that electrons move between the source and drain.
[0096]
At this time, the floating island regions 703 to 705 are in a band state as shown in FIG. As shown in FIG. 8D, as in the case where a negative voltage is applied to the gate described above, in the floating island regions 703 to 705 which are N-type semiconductor layers, even if a positive voltage is applied to the gate, there is almost no energy band. Unyielding.
[0097]
However, since the Fermi level Ef is originally pushed up near the conduction band Ec in FIG. 8D, a large number of electrons are always present in the conductor.
[0098]
Therefore, when a positive voltage is applied to the gate, the base region 706 and the floating island regions 703 to 705 are both in a band state in which electrons easily move. Therefore, the potential barrier at the boundary between the base region 706 and the floating island regions 703 to 705 is Can be ignored.
[0099]
As described above, in the off state, only the base region 706 is an electron movement path, and in the on state, the base area 706 and the floating island areas 703 to 705 are electron movement paths.
[0100]
In other words, the W / L ratio when the TFT is in the on state is much larger than the W / L ratio when the TFT is in the off state, and the off current can be reduced without impairing the on current. Thereby, the on / off current ratio can be increased.
[0101]
With such a structure, there is an advantage that a pixel TFT and a driver TFT having response characteristics higher than those of the conventional one can be configured without changing the occupied area of the island-shaped semiconductor layer of the pixel TFT.
[0102]
Therefore, for example, even when the circuit configuration as shown in FIG. 2 is adopted, it is possible to dispose a high-performance pixel TFT without reducing the aperture ratio.
[0103]
Further, as the fine processing of the gate electrode proceeds, it is expected that the substantial channel width when the TFT is in the OFF state in FIG. Furthermore, it can be said that the effect of reducing the leakage current shown in this embodiment is further enhanced considering that the semiconductor layer 601 is thinned to about 200 mm.
[0104]
Example 4
In this example, another example of the semiconductor layer having the structure described in Example 3 is shown. Specifically, the present invention relates to a technique for adding a high resistance region to a channel formation region.
[0105]
FIG. 9A shows a gate electrode 901 added to the island-like semiconductor layer shown in FIG. If the gate electrode having such a shape is provided, impurity ions can be implanted using the gate electrode 901 as a mask, and the floating island regions 603, 604, and 605 can be formed in a self-aligning manner.
[0106]
The behavior when an applied voltage is applied to the gate electrode 901 has been described in the third embodiment and will not be described. In the example described below, an N-channel TFT is described as in the second embodiment.
[0107]
FIG. 9B shows a structure in which a part of the gate electrode 901 in FIG. 9A is removed by etching. The etching process of the gate electrode 902 may be performed after the floating island regions 603 to 605 are formed in a self-aligning manner by impurity ion implantation.
[0108]
At this time, a region 903 to which no voltage is applied by the gate electrode 902 in FIG. 9B is always a substantially intrinsic semiconductor layer. That is, it becomes a region that behaves as a high resistance like a so-called offset.
[0109]
Accordingly, when a negative voltage is applied to the gate electrode 902 (when the TFT is in an off state), the high resistance region 903 substantially functions as an offset, so that leakage current is effectively suppressed. Further, when a positive voltage is applied to the gate electrode 902 (when the TFT is on), the entire region of the island-shaped semiconductor layer becomes a path for electrons to flow as described in Embodiment 3, so that the high resistance region 903 is Little effect on on-current.
[0110]
Therefore, by adopting the configuration according to this embodiment, it is possible to form a pixel TFT in which off current is further suppressed. That is, since the charge given to the liquid crystal can be efficiently held, the design margin of the storage capacitor can be afforded.
[0111]
Example 5
In this example, another example of the semiconductor layer having the structure described in Example 3 is shown. FIG. 9C is a configuration diagram of the periphery of the semiconductor layer according to this example.
[0112]
The feature of this embodiment is that the channel formation region is completely covered with the gate electrode 904. With such a configuration, when the TFT is in the on state, the electron moving distance, that is, the substantial channel length can be shortened. Accordingly, a thin film transistor having a high operating speed can be formed. Reference numeral 905 denotes a floating island region existing under the gate electrode 904.
[0113]
Another advantage of such a configuration is that the aperture ratio can be improved by forming a thin film transistor with a small size.
[0114]
Example 6
In this embodiment, an example in which an insulating film applied by an LPD (Liquid Phase Deposition) method is used as the second interlayer insulating film in the first embodiment will be described. Note that the manufacturing steps of the pixel TFT and the driver TFT have already been described in Embodiment 1, and thus are omitted here.
[0115]
The outline of film formation by the LPD method (also called spin method) is as follows. The description is based on an inorganic material silicon oxide-based film (SiO 2 X However, it is also possible to use a SiOF film (relative dielectric constant: 3.2 to 3.3) as another inorganic material and polyimide (relative dielectric constant: 2.8 to 3.4) as an organic resin material.
[0116]
First, H 2 SiF 6 Prepare a solution and add SiO 2 : xH 2 Add O and stir for 3 hr. The processing temperature at this time is kept at 30 ° C. Next, the solution after stirring is filtered to adjust the solution to a desired concentration. When the adjustment is complete, stir while warming up to 50 ° C in a water bath or the like.
[0117]
This completes the preparation of the coating solution. In addition, for example, H Three BO Three Can be added to form a silicon oxide-based film (so-called BSG film) containing B + ions in the film.
[0118]
After the substrate to be treated is immersed in the solution prepared according to the above procedure, the film formation is completed if it is rinsed pure and dried. Note that if an organic resin material is applied, a desired solution for coating a film may be prepared and a film may be formed by the LPD method.
[0119]
Examples of the organic resin material include polyimide and the relative dielectric constant is as low as 2.8 to 3.4. In this case, the coating solution is applied onto the substrate to be processed held on the spinner, and the spinner is rotated at 2000 rpm to form a coating. After film formation, improve the film quality by baking at 300 ° C for about 30 min.
[0120]
As described above, when the LPD method is used, a desired film can be formed relatively easily. That is, the throughput can be greatly improved. In addition, since the film thickness can be freely adjusted by the time of immersion in the solution (rotation speed or the like when using a spinner) and the solution concentration, it is easy to form a thick and flat film.
[0121]
Example 7
In this embodiment, an example is shown in which a second holding capacitor is added in addition to the holding capacitor according to the present invention (in this embodiment, particularly called the first holding capacitor). This second holding capacity was invented by the inventors' research.
[0122]
In the second storage capacitor, the gate line and the pixel electrode form a capacitor through the first interlayer insulating film. A specific description will be given with reference to FIG.
[0123]
FIG. 10 shows a case where the first storage capacitor according to the present invention (region surrounded by a broken line indicated by 11) and the second storage capacitor according to the previous invention (region surrounded by a broken line indicated by 12) are used together. It is a top view of a pixel region.
[0124]
Note that 13 is a gate line, 14 is a data line, and 15 is a semiconductor layer constituting an active layer of the thin film transistor.
[0125]
The manufacturing process of the first storage capacitor 11 is as described in the first embodiment. Here, a manufacturing process of the second storage capacitor 12 will be briefly described with reference to FIGS. In the drawing, since the portion constituting the TFT has the same structure as that of the first embodiment, detailed description is omitted, and the reference numerals used in the first embodiment are described only when necessary.
[0126]
FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the broken line indicated by AA ′ in FIG.
[0127]
First, the third interlayer insulating film is formed according to Example 1 to obtain the state shown in FIG. Reference numeral 16 denotes a titanium film serving as a black matrix. Reference numeral 13 denotes a gate line extending from the gate electrode 307.
[0128]
In this state, a first interlayer insulating film 313, a second interlayer insulating film 315, and a third interlayer insulating film 317 are stacked on the gate line 13.
[0129]
Next, the second interlayer insulating film 315 and the third interlayer insulating film 317 on the gate line 13 are etched to form openings, and the pixel electrode 17 is formed. Reference numeral 18 denotes an edge portion of the pixel electrode disposed in the adjacent pixel region.
[0130]
At this time, the first storage capacitor 11 is formed between the black matrix 16 and the pixel electrode 17 via the third interlayer insulating film 317. On the gate line 13, the second storage capacitor 12 is formed between the gate line 13 and the pixel electrode 17 via the first interlayer insulating film 313.
[0131]
Since the second storage capacitor 12 has a large film thickness and the second interlayer insulating film 315 having a small relative dielectric constant is removed, only the first interlayer insulating film 313 can be used as an insulating layer. Therefore, a storage capacitor having a sufficient capacity can be formed by selecting a material having a high relative dielectric constant as the first interlayer insulating film 313 and reducing the film thickness.
[0132]
Further, as described in the second embodiment, this embodiment can also use the gate lines 13 and the data lines 14 as a black matrix. In this case, unlike the second embodiment, in addition to the first storage capacitor (capacity formed by the black matrix and the pixel electrode), the second storage capacitor (capacitance formed by the gate line and the pixel electrode) is provided. Sufficient capacity can be secured.
[0133]
As described above, according to the configuration shown in this embodiment, it is possible to realize a pixel region with a high aperture ratio while forming a storage capacitor having sufficient capacity. Furthermore, it goes without saying that further improvement is possible by using the special semiconductor layer shown in the third embodiment.
[0134]
Example 8
In this embodiment, the present invention is applied to an amorphous and super-multidomain AM-LCD. In this case, since an optically active material is added to a common TN material as a liquid crystal material, a rubbing process is unnecessary.
[0135]
Example 9
In this embodiment, the present invention is applied to a field effect mode liquid crystal display device. Such modes are classified into five types: twisted nematic (TN) mode, super twisted nematic (STN) mode, electric field controlled birefringence (ECB) mode, phase transition (PC) mode, and guest host (GH) mode. Can be considered.
[0136]
This operation mode has the most widespread use of the feature of low power consumption because of low power consumption and low driving voltage.
[0137]
Example 10
In this embodiment, the present invention is applied to a liquid crystal display device in a dynamic scattering mode. In this mode, in addition to the electric field effect, the light scattering state accompanying the turbulent motion caused by the presence of the ion additive doped in the liquid crystal is used for display.
[0138]
Example 11
This embodiment is an example in which the present invention is applied to a liquid crystal display device in a heat effect mode. In this mode, the phase transition due to the temperature of the liquid crystal is controlled by heating, and a change in optical characteristics based on the phase transition is used for display.
[0139]
【The invention's effect】
According to the invention disclosed in this specification, it is easy to form a storage capacitor by using a black matrix that has been conventionally used as a light shielding film. This is due to the following reasons.
[0140]
First, the parasitic capacitance formed between the gate line and the data line can be suppressed by forming the black matrix on the second interlayer insulating film having a small relative dielectric constant and a large film thickness. .
[0141]
Second, by forming a third interlayer insulating film made of a nitride film having a large relative dielectric constant and a small film thickness on the black matrix, the pixel electrode formed on the third interlayer insulating film is formed. This is because a storage capacitor having a sufficient capacity can be formed.
[0142]
As an effect of the above-described invention, since a conventional capacitor line can be eliminated and a storage capacitor can be formed using a black matrix, a liquid crystal display device with a high aperture ratio can be configured by utilizing the pixel area to the maximum extent possible. It becomes possible to do.
[0143]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a structure of a pixel region in a liquid crystal display device.
FIG. 2 shows a structure of a pixel region in a liquid crystal display device.
FIG. 3 is a diagram showing an outline of a manufacturing process of a pixel TFT.
FIG. 4 is a diagram showing an outline of a manufacturing process of a pixel TFT.
FIG. 5 illustrates a structure of a pixel region in a liquid crystal display device.
FIG. 6 is a diagram schematically showing the structure of a semiconductor layer.
FIG. 7 is a diagram showing an outline of electrical characteristics of a semiconductor layer.
FIG. 8 is a diagram showing an outline of a band state of a semiconductor layer.
FIG. 9 is a diagram schematically showing the structure of a semiconductor layer.
FIG. 10 illustrates a structure of a pixel region in a liquid crystal display device.
FIG. 11 illustrates a cross-sectional structure of a pixel region in a liquid crystal display device.
[Explanation of symbols]
101 Gate line
102 capacity line
103 data lines
104 Pixel electrode
105 Semiconductor layer
106 Contact portion between semiconductor layer and data line
107 Contact portion between semiconductor layer and pixel electrode
108 Image display area
301 glass substrate
302 Island-like semiconductor layer
303 Silicon oxide film
304 Conductive coating
305 Porous anodic oxide film
306 Dense anodic oxide film
307 Gate electrode
308 Source area
309 drain region
310, 311 Low concentration impurity region
312 Channel formation region
313 First interlayer insulating film
314 Wiring electrode
315 Second interlayer insulating film (permeable polyimide)
316 Black Matrix
317 Third interlayer insulating film (silicon nitride film)
318 pixel electrode
319 Retention capacity
601 Island-like semiconductor layer
602 Channel formation area
603 to 605 Floating island region (ion implantation region)
901 Gate electrode
903 High resistance region
905 Floating island area (ion implantation area)
11 First holding capacity
12 Second holding capacity
13 Gate line
16 Black matrix
17 Pixel electrode

Claims (5)

同一基板上にマトリクス状に配列される複数のゲイト線およびデータ線と、
前記ゲイト線およびデータ線の各交点に配置される画素電極および該画素電極に接続され、前記ゲイト線から延在したゲイト電極を有する薄膜トランジスタと、
を有する液晶表示装置であって、
前記ゲイト線および前記ゲイト電極を覆う第1の層間絶縁膜と、
前記第1の層間絶縁膜および前記データ線を覆って成膜される有機性樹脂材料でなる第2の層間絶縁膜と、
前記薄膜トランジスタの上方の前記第2の層間絶縁膜上に形成されるブラックマトリクスと、
前記第2の層間絶縁膜上に、前記ブラックマトリクスを覆って成膜される窒化膜でなる第3の層間絶縁膜と、
前記ゲイト線上の前記第2の層間絶縁膜および前記第3の層間絶縁膜に設けられた開孔部に形成され、且つ前記第3の層間絶縁膜上に形成される前記画素電極と、
を有し、
前記第2の層間絶縁膜および前記第3の層間絶縁膜の表面は、平坦性を有するものであり、
前記ブラックマトリクスおよび前記画素電極との間に前記第3の層間絶縁膜を介して第1の保持容量が形成され、
前記開孔部において、前記ゲイト線および前記画素電極との間に前記第1の層間絶縁膜を介して第2の保持容量が形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
A plurality of gate lines and data lines arranged in a matrix on the same substrate;
A pixel electrode disposed at each intersection of the gate line and the data line and a thin film transistor having a gate electrode connected to the pixel electrode and extending from the gate line;
A liquid crystal display device comprising:
A first interlayer insulating film covering the gate line and the gate electrode;
A second interlayer insulating film made of organic resin materials to be deposited over the first interlayer insulating film and the data line,
A black matrix formed on the second interlayer insulating film above the thin film transistor;
A third interlayer insulating film made of a nitride film formed on the second interlayer insulating film so as to cover the black matrix;
The pixel electrode formed in an opening provided in the second interlayer insulating film and the third interlayer insulating film on the gate line, and formed on the third interlayer insulating film;
Have
The surfaces of the second interlayer insulating film and the third interlayer insulating film are flat.
A first storage capacitor is formed between the black matrix and the pixel electrode through the third interlayer insulating film,
2. A liquid crystal display device according to claim 1, wherein a second storage capacitor is formed between the gate line and the pixel electrode via the first interlayer insulating film in the opening portion .
請求項1において、第2の層間絶縁膜の膜厚は0.1〜5.0μmであり、第3の層間絶縁膜の膜厚は0.1〜0.3μmであることを特徴とする液晶表示装置。  2. The liquid crystal according to claim 1, wherein the second interlayer insulating film has a thickness of 0.1 to 5.0 μm and the third interlayer insulating film has a thickness of 0.1 to 0.3 μm. Display device. 請求項1または請求項2において、窒化膜としてAlN、AlNXY、Si34、SiOXYで示される絶縁膜から選ばれた一種または複数種が用いられることを特徴とする液晶表示装置。According to claim 1 or claim 2, the liquid crystal, characterized in that AlN as nitride, AlN X O Y, Si 3 N 4, SiO X N one or more kinds selected from an insulating film represented by Y is used Display device. 同一基板上にマトリクス状に配列される複数のゲイト線およびデータ線と、
前記ゲイト線およびデータ線の各交点に配置される画素電極および該画素電極に接続され、前記ゲイト線から延在したゲイト電極を有する薄膜トランジスタと、
を有する液晶表示装置を作製するにあたって、
前記ゲイト線および前記ゲイト電極を覆う第1の層間絶縁膜を成膜する工程と、
前記第1の層間絶縁膜およびデータ線を覆って、有機性樹脂材料でなり、表面が平坦性を有する第2の層間絶縁膜を成膜する工程と、
前記薄膜トランジスタ上方の前記第2の層間絶縁膜上に、金属膜でなるブラックマトリクスを形成する工程と、
前記第2の層間絶縁膜上に、前記ブラックマトリクスを覆って窒化膜でなり、表面が平坦性を有する第3の層間絶縁膜を成膜する工程と、
前記ゲイト線上の前記第2および第3の層間絶縁膜に開孔部を形成する工程と、
前記開孔部および前記第3の層間絶縁膜上に透明導電性膜でなる画素電極を形成する工程と、
を有し、
前記ブラックマトリクスと前記画素電極との間に前記第3の層間絶縁膜を介して第1の保持容量を形成せしめ、
前記開孔部において、前記ゲイト絶縁膜および前記画素電極との間に前記第1の層間絶縁膜を介して第2の保持容量を形成せしめることを特徴とする液晶表示装置の作製方法。
A plurality of gate lines and data lines arranged in a matrix on the same substrate;
A pixel electrode disposed at each intersection of the gate line and the data line and a thin film transistor having a gate electrode connected to the pixel electrode and extending from the gate line;
In manufacturing a liquid crystal display device having
Forming a first interlayer insulating film covering the gate line and the gate electrode;
Covering the first interlayer insulating film and the data line, it becomes an organic resin materials, a step of surface forming the second interlayer insulating film having a flatness,
Forming a black matrix made of a metal film on the second interlayer insulating film above the thin film transistor;
On the second interlayer insulating film, forming a third interlayer insulating film made of a nitride film covering the black matrix and having a flat surface;
Forming an opening in the second and third interlayer insulating films on the gate line;
Forming a pixel electrode made of a transparent conductive film on the opening and the third interlayer insulating film;
Have
Forming a first storage capacitor through the third interlayer insulating film between the black matrix and the pixel electrode;
A method for manufacturing a liquid crystal display device, wherein a second storage capacitor is formed in the opening portion between the gate insulating film and the pixel electrode through the first interlayer insulating film.
請求項4において、開孔部を形成する工程は、第3の層間絶縁膜をエッチング除去して開孔を形成する工程と、
前記第3の層間絶縁膜をマスクとして前記開孔の部に露出した第2の層間絶縁膜をエッチング除去して開孔を形成する工程と、
で構成されることを特徴とする液晶表示装置の作製方法。
The step of forming the opening portion according to claim 4, wherein the step of forming the opening by etching away the third interlayer insulating film;
Etching the second interlayer insulating film exposed at the bottom of the opening with the third interlayer insulating film as a mask to form an opening;
A method for manufacturing a liquid crystal display device, comprising:
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