JP3926881B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリクス型の液晶表示装置やその他の表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータ等の各種事務機、計測機器に用いられる表示装置として、従来用いられて来たＣＲＴに代わり、液晶ディスプレイや、ＥＬ（電子発光）ディスプレイ、あるいはプラズマディスプレイ等の軽量かつ薄型の表示装置に対しての需要が高まっている。中でも液晶ディスプレイは低消費電力や低コストの観点から特に重要視されているものである。
【０００３】
この種の、従来の薄膜トランジスタの製造方法の典型として、多結晶シリコン薄膜トランジスタの製造方法を例にとって図１の製造工程図を参照して簡単に説明する。まず、光透過性の基板として、通常はガラス基板（１）を用いる。このガラス基板の上面に絶縁保護膜（２）を成膜し、さらにその上面にＣＶＤ法などの方法によりアモルファスシリコン膜を成膜し、これをレ−ザ−アニ−ルなどの方法により多結晶シリコン膜（３）を成膜した後、パタ−ニングして活性層を形成する。次にこの活性層を含むガラス基板の上面に、ゲ−ト絶縁膜（４）及び、ゲ−ト電極（５）を形成する。さらに、この上からイオンド−ピングなどの手法により、活性層にソース領域（６）及びドレイン領域（７）を発現させる。さらにその上面にＣＶＤ法などの方法により層間絶縁膜（８）を形成した後、通常のフォトリソグラフィ−及びエッチング技術を用いて、絶縁層にコンタクトホ−ルを開ける。しかる後、適当な金属、例えばアルミニウムを蒸着した後、フォトリソグラフィ−及びエッチング技術により、ソ−ス電極（９）、液晶表示装置を例にとるとドレイン電極として、ＩＴＯに代表される透明画素電極（１１）を形成し、図１に示すような、構造の薄膜トランジスタを得ている。さらに、カラー表示を得るためには各透明画素電極の位置に対応してカラーフィルタを配置する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来構造では各画素電極間にソース線が存在する事により、開口率に関して大きな負の要因となっている。
【０００５】
一般に高精細もしくは高品位の表示画像を実現するためには、画素数を増やせば良い。例えば対角２．４インチの表示面積を持つ液晶表示装置においてはおよそ６４０×４８０個の画素数を持つが、高精細カラー表示等に対応するためには更に微細な画素サイズが要求される。この要求を実現するためには各配線間隔及び配線幅を狭めれば良い。
【０００６】
しかしながら、配線幅を狭めるにはおのずと限界が存在し、その幅で配線間隔を狭めたとしても開口率の低下を招くだけであり、課題の解決にはつながらない。
【０００７】
そこで本発明は上述の諸課題の解決を目指し、その目的は薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリクス型の液晶表示装置やその他の表示装置の更なる高開口率化を図ることが出来る構造を提供することにある。
【０００８】
この目的を達成するため、本発明の液晶表示装置は、基板上に複数個の薄膜トランジスタを持つ液晶表示装置において、第１ソース領域及び第１ドレイン領域を含み、パターニングされた第１半導体薄膜と、第１ゲート絶縁膜と、第１ゲート線と、第１層間絶縁膜と、該第１層間絶縁膜及び前記第１ゲート絶縁膜の前記第１ソース領域と重なる領域に形成されたコンタクトホールを介して前記第１ソース領域に接続される第１ソース電極と、第１絶縁保護膜と、がこの順で積層されてなる第１薄膜トランジスタと、前記第１絶縁保護膜の上に、第２ソース領域及び第２ドレイン領域を含み、パターニングされた第２半導体薄膜と、第２ゲート絶縁膜と、第２ゲート線と、第２層間絶縁膜と、該第２層間絶縁膜及び前記第２ゲート絶縁膜の前記第２ソース領域と重なる領域に形成されたコンタクトホールを介して前記第２ソース領域に接続される第２ソース電極と、第２絶縁保護膜と、がこの順で積層されてなる第２薄膜トランジスタと、前記第２絶縁保護膜の上に、第３ソース領域及び第３ドレイン領域を含み、パターニングされた第３半導体薄膜と、第３ゲート絶縁膜と、第３ゲート線と、第３層間絶縁膜と、該第３層間絶縁膜及び前記第３ゲート絶縁膜の前記第３ソース領域と重なる領域に形成されたコンタクトホールを介して前記第３ソース領域に接続される第３ソース電極と、第３絶縁保護膜と、がこの順で積層されてなる第３薄膜トランジスタと、が配設され、前記第３層間絶縁膜上には、前記第１ドレイン領域に接続される第１ドレイン電極と、前記第２ドレイン領域に接続される第２ドレイン電極と、前記第３ドレイン領域に接続される第３ドレイン電極とが配設されており、前記第１ドレイン電極は、前記第１ドレイン領域と重なる領域に形成された第１コンタクトホールを介して前記第１ドレイン領域に接続され、前記第２ドレイン電極は、前記第２ドレイン領域と重なる領域に形成された第２コンタクトホールを介して前記第２ドレイン領域に接続され、前記第３ドレイン電極は、前記第３ドレイン領域と重なる領域に形成された第３コンタクトホールを介して前記第３ドレイン領域に接続され、前記第１、第２及び第３絶縁保護膜と、前記第１、第２及び第３層間絶縁膜は、珪素含有高分子液体から形成され、前記第１、第２及び第３ソース線が各層とも重なっていることを特徴とする。
また、本発明の液晶表示装置は、前記液晶表示装置において、前記第１、第２及び第３ゲート線が各層とも重なっている事を特徴とする。
【０００９】
【作用】
そこで、本願の発明者は、画素領域におけるソース配線の占有する面積を可能な限り最小に保つことが、薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリクス型の液晶表示装置やその他の表示装置の更なる高開口率化を図ることが出来るものであるという観点からこの発明を完成したものである。
【００１０】
上述したこの発明の構成によれば、基板表面に対し垂直方向から見た場合、ソース線が各層とも重なっていることにより、積層数をｎとすれば、基板表面に対し垂直方向から見た場合、ソース線の見かけの占有面積は１／ｎとすることができる。
【００１１】
また、絶縁膜としてポリシラザンに代表される珪素含有高分子液体を用いることにより、より平坦な各層を得ることが可能となり、画素電極上の液晶層の配向の乱れをより少なくでき、画素面積をより有効に活用できる。
【００１２】
以上の結果、画素領域におけるソース配線の占有する面積を可能な限り最小に保つことが、薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリクス型の液晶表示装置やその他の表示装置の更なる高開口率化を図ることが可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施例について説明をする。なお、各図面はこの発明が理解出来得る程度に、各構成部分の形状、寸法、及び配置関係を概略的に示してあるにすぎない。
【００１４】
図２はこの発明の実施例として、薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリクス型の液晶表示装置の断面図である。画素アレイは以下の工程により得られた。
【００１５】
絶縁性を有する光透過性基板として、通常はガラス基板（１）を用いる。このガラス基板の上面全面に例えば二酸化硅素による絶縁保護膜（２）を成膜する。この膜厚は絶縁保護膜としての目的が達成出来る厚みであればいくらであっても差し支えないが、２０００オングストローム程度が最も好ましい。
【００１６】
さらにその上面に半導体膜（３）を成膜した後、パタ−ニングして活性層を形成する。この膜厚は活性層としての目的が達成出来る厚みであればいくらであっても差し支えないが、１０００オングストローム程度が最も好ましい。
【００１７】
次にこの活性層を含むガラス基板の上面にゲ−ト絶縁膜（４）及び、ゲ−ト線（５）を形成する。ゲート絶縁膜の膜厚は絶縁膜としての目的が達成出来る厚みであればいくらであっても差し支えないが、１２００オングストローム程度が最も好ましい。また、ゲート線の厚みは７０００オングストローム程度が最も好ましい。
【００１８】
さらに、この上からイオンド−ピングなどの手法により、活性層にソース領域（６）及びドレイン領域（７）を発現させる。さらに、この上面に層間絶縁膜（８）として二酸化硅素を成膜し、通常のフォトリソグラフィ−及びエッチング技術を用いて、層間絶縁膜（８）及びゲ−ト絶縁膜（４）のソース領域に第一のコンタクトホ−ルを開口する。
【００１９】
なお、第一のコンタクトホ−ルを開口する手段としては湿式エッチングと反応性イオンエッチングの２種類の方法のうち、どちらの方法に依るものであっても差しつかえない。
【００２０】
エッチング条件は、湿式エッチングにはフッ化水素／フッ化アンモニウム／酢酸系のエッチング液を使用した。エッチング条件はエッチング後の段差形状や、エッチング速度の兼ね合いにより、液温は４０℃、エッチング時間は３００秒間が最も好ましい。
【００２１】
また、反応性イオンエッチングにはトリフロロメタンをエッチングガスとして用いた。エッチングは、エッチングガスの流量、反応室内の真空度、電極に印加する高周波放電などの諸条件によりその結果が異なるが、エッチング後の段差形状や、エッチング速度および選択比の兼ね合いにより、２０ｍｔｏｒｒの真空度において行い、この時エッチングガスとしてトリフロロメタンを流量２００ｓｃｃｍで反応室内に導き、電極には１３.５６ＭＨｚの高周波放電を１.５ｋｗのパワーで３００秒間印加する条件が最も好ましい。なお、この時の二酸化硅素と非単結晶シリコンとのエッチング選択比はおよそ２５であった。さらに、エッチング速度は約８００オングストローム／分であった。
【００２２】
次に、コンタクトホ−ルを埋めるべく、ソース線材として導電性金属材料、もしくは導電性有機化合物を成膜する。ここで用いられる導電性金属材料、もしくは導電性有機化合物については、一般のフォトリソグラフィ−及びエッチング技術を用いて所望のパタ−ンの形成が可能な材料であり、且つソ−ス電極として代表的に用いられるアルミニウム系のエッチング条件に耐え得る性質を兼備することが必要である。これら条件を満たす材料としては、金属材料としては、アルミニウム、銅、チタン、タンタル、金、銀、ジルコニウムの他、各種金属、貴金属類、及びそれらの合金が挙げられる。また、有機化合物としては、ポリアセチレン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリパラフェニレンスルフィドが挙げられ、導電性を付与する為にいずれもケミカルド−ピング処理を施したものを使用する。
【００２３】
しかる後、ソース電極として適当な金属、例えばアルミニウムを蒸着した後、通常のフォトリソグラフィ−及びエッチング技術により、ソ−ス線（９）を形成する。ソース電極の膜厚については、その目的が達成出来る厚みであればいくらであっても差し支えないが、８０００オングストローム程度が最も好ましい。
【００２４】
続いてその上面に絶縁保護膜（１０）として二酸化硅素を成膜する。この膜厚は絶縁保護膜としての目的が達成出来る厚みであればいくらであっても差し支えないが、５０００オングストローム程度が最も好ましい。
【００２５】
また、種々の絶縁膜としてポリシラザンに代表される珪素含有高分子液体から形成されるものを用いることにより、より平坦な各層を得ることが可能となり、画素電極上の液晶層の配向の乱れをより少なくでき、画素面積をより有効に活用できる。
【００２６】
この後、この上面に必要とされる積層数に応じて構成（３）から（１０）までを１層のユニットとして、ユニットの積層を行なう。実施例においては３層構造とした。
【００２７】
積層後、通常のフォトリソグラフィ−及びエッチング技術を用いて、絶縁保護膜（１０）、層間絶縁膜（８）及びゲ−ト絶縁膜（４）のドレイン領域に第二のコンタクトホ−ルを開口する。
【００２８】
なお、第二のコンタクトホ−ルを開口する手段としては湿式エッチングと反応性イオンエッチングの２種類の方法のうち、どちらの方法に依るものであっても差しつかえない。
【００２９】
エッチング条件は、湿式エッチングにはフッ化水素／フッ化アンモニウム／酢酸系のエッチング液を使用した。エッチング条件はエッチング後の段差形状や、エッチング速度の兼ね合いにより、液温は４０℃が最も好ましい。
【００３０】
また、反応性イオンエッチングにはトリフロロメタンをエッチングガスとして用いた。エッチングは、エッチングガスの流量、反応室内の真空度、電極に印加する高周波放電などの諸条件によりその結果が異なるが、エッチング後の段差形状や、エッチング速度および選択比の兼ね合いにより、２０ｍｔｏｒｒの真空度において行い、この時エッチングガスとしてトリフロロメタンを流量２００ｓｃｃｍで反応室内に導き、電極には１３.５６ＭＨｚの高周波放電を１.５ｋｗのパワーで印加する条件が最も好ましい。なお、この時の二酸化硅素と非単結晶シリコンとのエッチング選択比はおよそ２５であった。さらに、エッチング速度は約８００オングストローム／分であった。
【００３１】
さらにその上面からドレイン電極として適当な金属、例えば酸化インジウム錫を蒸着した後、通常のフォトリソグラフィ−及びエッチング技術により、ドレイン電極（１１）を形成する。ドレイン電極の膜厚については、その目的が達成出来る厚みであればいくらであっても差し支えないが、１６００オングストローム程度が最も好ましい。さらに、カラー表示を得るためには各透明画素電極の位置に対応してカラーフィルタを配置する。
【００３２】
上記の工程により、図２に示すような構造体の、この発明の薄膜トランジスタを得ることが出来る。
【００３３】
図３は図２に示すような構造体の表示画素部を基板表面に対し垂直方向から示したものである。
【００３４】
また、ゲ−ト線（５）は基板表面に対し垂直方向から見た場合、必ずしも各層とも重なっている必要はなく、一例として図４に示す構造のように各層のゲート線（５）を基板表面に対し垂直方向から見た場合、適切にずらせて配置する事により全構成の厚みをより軽減させることができる。
【００３５】
さらに、ゲート線（５）に対してドレイン電極（１１）の引き出し方向は必ずしも各層とも同一方向である必要もなく、一例として図５に示す構造のようであっても何ら問題はない。
【００３６】
上述したこの発明の実施例は、単なる好適例にすぎず、従ってこの発明は、上述した実施例のみに限定されるものではなく、多くの変形及び変更を行うことが出来る。例えば、ゲ−ト線（５）としてタンタル系を用いたが、それ以外の金属であってもよい。また、活性層を非単結晶もしくは多結晶シリコン層で形成すること以外の上述した材料、形状、数値的、その他諸条件は好適例にすぎないため、これになんら限定されるものではない。
【００３７】
【発明の効果】
上述した説明からもわかるように、この発明による表示装置の構成によれば、基板表面に対し垂直方向から見た場合、ソース線が各層とも重なっていることにより、積層数をｎとすれば、基板表面に対し垂直方向から見た場合、ソース線の見かけの占有面積は１／ｎとすることができる。
【００３８】
また、絶縁膜としてポリシラザンに代表される珪素含有高分子液体を用いることにより、より平坦な各層を得ることが可能となり、画素電極上の液晶層の配向の乱れをより少なくでき、画素面積をより有効に活用できる。
【００３９】
以上の結果、画素領域におけるソース配線の占有する面積を可能な限り最小に保つことが、薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリクス型の液晶表示装置やその他の表示装置の更なる高開口率化を図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の薄膜トランジスタの製造工程とその構造図。
【図２】本発明の実施例における表示装置の断面構造図。
【図３】本発明の実施例における表示装置の基板表面に対し垂直方向からの表示画素部の構造図。
【図４】本発明の実施例における表示装置の基板表面に対し垂直方向からの表示画素部の構造の一例図。
【図５】本発明の実施例における表示装置の基板表面に対し垂直方向からの表示画素部の構造の一例図。

Claims (2)

1. 基板上に複数個の薄膜トランジスタを持つ液晶表示装置において、
   第１ソース領域及び第１ドレイン領域を含み、パターニングされた第１半導体薄膜と、第１ゲート絶縁膜と、第１ゲート線と、第１層間絶縁膜と、該第１層間絶縁膜及び前記第１ゲート絶縁膜の前記第１ソース領域と重なる領域に形成されたコンタクトホールを介して前記第１ソース領域に接続される第１ソース電極と、第１絶縁保護膜と、がこの順で積層されてなる第１薄膜トランジスタと、
   前記第１絶縁保護膜の上に、第２ソース領域及び第２ドレイン領域を含み、パターニングされた第２半導体薄膜と、第２ゲート絶縁膜と、第２ゲート線と、第２層間絶縁膜と、該第２層間絶縁膜及び前記第２ゲート絶縁膜の前記第２ソース領域と重なる領域に形成されたコンタクトホールを介して前記第２ソース領域に接続される第２ソース電極と、第２絶縁保護膜と、がこの順で積層されてなる第２薄膜トランジスタと、
   前記第２絶縁保護膜の上に、第３ソース領域及び第３ドレイン領域を含み、パターニングされた第３半導体薄膜と、第３ゲート絶縁膜と、第３ゲート線と、第３層間絶縁膜と、該第３層間絶縁膜及び前記第３ゲート絶縁膜の前記第３ソース領域と重なる領域に形成されたコンタクトホールを介して前記第３ソース領域に接続される第３ソース電極と、第３絶縁保護膜と、がこの順で積層されてなる第３薄膜トランジスタと、が配設され、
   前記第３層間絶縁膜上には、前記第１ドレイン領域に接続される第１ドレイン電極と、前記第２ドレイン領域に接続される第２ドレイン電極と、前記第３ドレイン領域に接続される第３ドレイン電極とが配設されており、
   前記第１ドレイン電極は、前記第１ドレイン領域と重なる領域に形成された第１コンタクトホールを介して前記第１ドレイン領域に接続され、
   前記第２ドレイン電極は、前記第２ドレイン領域と重なる領域に形成された第２コンタクトホールを介して前記第２ドレイン領域に接続され、
   前記第３ドレイン電極は、前記第３ドレイン領域と重なる領域に形成された第３コンタクトホールを介して前記第３ドレイン領域に接続され、
   前記第１、第２及び第３絶縁保護膜と、前記第１、第２及び第３層間絶縁膜は、珪素含有高分子液体から形成され、
   前記第１、第２及び第３ソース線が各層とも重なっていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記液晶表示装置において、前記第１、第２及び第３ゲート線が各層とも重なっている事を特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。

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