JP5507159B2 - 表示装置およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、表示装置およびその製造方法に係り、特に、表示部を形成する基板に薄膜トランジスタ等を備える表示装置およびその製造方法に関する。
たとえばアクティブ・マトリックス型の液晶表示装置は、液晶を挟持して対向配置される一対の基板のうち一方の基板の液晶側の面において、x方向に延在しy方向に並設されるゲート信号線と、y方向に延在しx方向に並設されるドレイン信号線が形成され、これらゲート信号線とドレイン信号線とで囲まれた矩形状の領域を画素領域としている。
各画素領域には、少なくとも、ゲート信号線からの信号(走査信号)によって駆動する薄膜トランジスタと、この薄膜トランジスタを通してドレイン信号線からの信号(映像信号)が供給される画素電極が形成されている。この画素電極は、この画素が形成されている基板、あるいはこの基板と対向する他方の基板に形成された対向電極との間に液晶を駆動させる電界を生じせしめるようになっている。
この場合、画素電極に映像信号が比較的長く蓄積できるように、各画素において容量素子を備えるのが通常となっている。容量素子は、その一方の電極において画素電極に電気的に接続され、他方の電極においてたとえば前記ゲート信号線の形成の際に同時に形成される容量信号線に電気的に接続されて形成される。容量信号線には前記映像信号に対して基準となる基準信号が供給されるようになっている。
そして、容量素子の誘電体膜となる絶縁膜は、前記薄膜トランジスタのゲート絶縁膜として形成される絶縁膜を用いており、このため、容量素子の誘電体膜と薄膜トランジスタのゲート絶縁膜は、同一の材料、同一の膜厚で形成されたものとなっている(下記特許文献1参照)。
なお、液晶表示装置には、同一の基板の表示部の周辺にて、ゲート信号線に走査信号を供給させるための走査信号駆動回路、およびドレイン信号線に映像信号を供給させるための映像信号駆動回路が形成されたものがある。これら走査信号駆動回路および映像信号駆動回路は、前記画素内に形成される薄膜トランジスタの形成の際に並行して形成される複数の薄膜トランジスタによって構成されている。
特開2002−182239号公報
しかし、上述した液晶表示装置は、ゲート信号線とドレイン信号線との交差部における層間絶縁膜においても、薄膜トランジスタのゲート絶縁膜と同一の材料、同一の膜厚からなる絶縁膜を用いた構成となってしまう。
このため、薄膜トランジスタの特性向上、および容量素子の容量の増大を図るため、前記絶縁膜(ゲート絶縁膜、誘電体膜)を薄膜化させようとした場合、ゲート信号線とドレイン信号線との間の寄生容量も増大してしまい、液晶表示装置の駆動速度が低下してしまうという不都合が生じる。
したがって、薄膜トランジスタのゲート絶縁膜、容量素子の誘電体膜、およびゲート信号線とドレイン信号線の層間絶縁膜において、それぞれ、少なくとも異なる層の絶縁膜で形成することによって、それぞれの特性に応じた膜厚とすることが要望される。
本発明の目的は、製造工数の増大をもたらすことなく、薄膜トランジスタのゲート絶縁膜と容量素子の誘電体膜を異なる層における絶縁膜を用いることによって、それらの特性に応じた膜厚に設定できる表示装置およびその製造方法を提供することにある。
本発明の目的は、製造工数の増大をもたらすことなく、ゲート信号線とドレイン信号線との間の寄生容量を低減できる表示装置およびその製造方法を提供することにある。
本発明の表示装置は、薄膜トランジスタとして、非晶質半導体をアニールによって信頼性よく多結晶化した半導体層を有し、また、オフ電流の低減を図った構造のものを用いることによって、容量素子の誘電体膜、あるいは、ゲート信号線とドレイン信号線との間の層間絶縁膜を所定の膜厚に形成できるようしたものである。
本発明の構成は、たとえば、以下のようなものとすることができる。
(1)本発明は、基板上に薄膜トランジスタと容量素子が形成されている表示装置であって、
前記薄膜トランジスタは、
ゲート電極上であり、前記ゲート電極の形成領域を被って形成された第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜上に形成され、平面的に観て、前記ゲート電極の形成領域内に開口を備える第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜上に前記開口を横切って形成され、両端に高濃度領域を備える島状の多結晶化された半導体層と、
前記半導体層の上面に前記半導体層の両端の高濃度領域のそれぞれの一部を露出させて形成された第3の絶縁膜と、
前記第3の絶縁膜から露出された前記半導体層の両端の高濃度領域のそれぞれに電気的接続がなされて形成された一対の電極と、を備えて構成され、
前記容量素子は、その誘電体膜が前記第3の絶縁膜と同層で同材料の絶縁膜によって構成されており、
前記薄膜トランジスタの前記ゲート電極と電気的に接続されるゲート信号線と、前記薄膜トランジスタの前記一対の電極のうち一方の電極と電気的に接続されるドレイン信号線との交差部における層間絶縁膜は、前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜との順次積層体から構成されていることを特徴とする。
(2)本発明は、基板上に薄膜トランジスタと容量素子が形成されている(1)の表示装置の製造方法であって、
前記薄膜トランジスタは、
前記基板上のゲート電極の形成領域を被って第1の絶縁膜を形成する第1工程と、
前記第1の絶縁膜上に第2の絶縁膜を形成し、平面的に観て、前記ゲート電極の形成領域内に開口を形成する第2工程と、
非晶質半導体層と第3の絶縁膜を順次形成し、平面的に観て、前記非晶質半導体層における前記第2の絶縁膜の開口およびその近傍の領域を除く他の領域を高濃度領域とする第3工程と、
前記非晶質半導体層にアニールを施すことによって多結晶半導体層とする第4工程と、
前記第3の絶縁膜を、平面的に視て、前記第2の絶縁膜の開口およびその近傍において残存させる選択エッチングと、残存された前記第3の絶縁膜の周囲に高濃度領域を露出させた状態で前記半導体層を残存させる選択エッチングを行う第5工程と、
前記第3の絶縁膜から露出された半導体層の高濃度領域に接触させて一対の電極を形成する第6工程を経ることにより形成し、
前記第3工程の際に形成した第3の絶縁膜を前記第5工程の際の前記第3の絶縁膜の選択エッチングによって、前記容量素子の誘電体膜を形成し、
前記第1工程において、前記基板上の前記ゲート電極と電気的に接続されるゲート信号線の形成領域を前記第1の絶縁膜で被い、
前記第6工程において、前記第5工程の前記半導体層の選択エッチングにより露出された前記第2の絶縁膜上に、前記一対の電極のうち一方の電極と電気的に接続されるドレイン信号線を形成することを特徴とする。
なお、上記した構成はあくまで一例であり、本発明は、技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。また、上記した構成以外の本発明の構成の例は、本願明細書全体の記載または図面から明らかにされる。
このように構成された表示装置およびその製造方法によれば、製造造工数の増大をもたらすことなく、薄膜トランジスタのゲート絶縁膜と容量素子の誘電体膜を異なる層における絶縁膜を用いることによって、それらの特性に応じた膜厚に設定できるようになる。
また、このように構成された液晶表示装置およびその製造方法によれば、製造工数の増大をもたらすことなく、ゲート信号線とドレイン信号線との間の寄生容量を低減できるようになる。
本発明のその他の効果については、明細書全体の記載から明らかにされる。
本発明の実施例1の表示装置の要部断面を示した図である。 本発明の実施例1の表示装置の表示領域における等価回路を示した図である。 本発明の実施例1の表示装置の画素の構成を示した平面図である。 本発明の実施例1の表示装置に形成されるブーストラップ回路の構成を示した平面図である。 本発明の実施例1の表示装置の製造方法を示し、図6ないし図11とともに一連の工程を示した図である。 本発明の実施例1の表示装置の製造方法を示し、図5、図7ないし図11とともに一連の工程を示した図である。 本発明の実施例1の表示装置の製造方法を示し、図5、図6、図8ないし図11とともに一連の工程を示した図である。 本発明の実施例1の表示装置の製造方法を示し、図5ないし図7、図9ないし図11とともに一連の工程を示した図である。 本発明の実施例1の表示装置の製造方法を示し、図5ないし図8、図10、図11とともに一連の工程を示した図である。 本発明の実施例1の表示装置の製造方法を示し、図5ないし図9、図11とともに一連の工程を示した図である。 本発明の実施例1の表示装置の製造方法を示し、図5ないし図10とともに一連の工程を示した図である。 本発明の実施例2の表示装置の画素の構成を示した平面図である。 本発明の実施例2の表示装置に形成されるブーストラップ回路の構成を示した平面図である。 本発明の実施例2の表示装置の要部断面を示した図である。 本発明の実施例2の表示装置の製造方法を示し、図16とともに一連の工程を示した図である。 本発明の実施例2の表示装置の製造方法を示し、図15とともに一連の工程を示した図である。 本発明の実施例3の要部断面を示した図である。 本発明の実施例3の表示装置の製造方法を示し、図19ないし図22とともに一連の工程を示した図である。 本発明の実施例3の表示装置の製造方法を示し、図18、図20ないし図22とともに一連の工程を示した図である。 本発明の実施例3の表示装置の製造方法を示し、図18、図19、図21、図22とともに一連の工程を示した図である。 本発明の実施例3の表示装置の製造方法を示し、図18ないし図20、図22とともに一連の工程を示した図である。 本発明の実施例3の表示装置の製造方法を示し、図18ないし図21とともに一連の工程を示した図である。 本発明の実施例4の表示装置に形成されるブーストラップ回路の構成を示した平面図である。 本発明の実施例4の表示装置の要部断面を示した図である。 本発明の実施例4の表示装置の製造方法を示し、図26ないし図30とともに一連の工程を示した図である。 本発明の実施例4の表示装置の製造方法を示し、図25、図27ないし図30とともに一連の工程を示した図である。 本発明の実施例4の表示装置の製造方法を示し、図25、図26、図28ないし図30とともに一連の工程を示した図である。 本発明の実施例4の表示装置の製造方法を示し、図25ないし図27、図29、図30とともに一連の工程を示した図である。 本発明の実施例4の表示装置の製造方法を示し、図25ないし図28、図30とともに一連の工程を示した図である。 本発明の実施例4の表示装置の製造方法を示し、図25ないし図29とともに一連の工程を示した図である。 参考例の表示装置に形成される薄膜トランジスタの断面図である。 本発明の実施例6の表示装置の要部断面を示した図である。
本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。なお、各図および各実施例において、同一または類似の構成要素には同じ符号を付し、説明を省略する。
本発明の表示装置の実施例1の液晶表示装置を例に挙げて説明する。
〈等価回路〉
図2は、本発明による液晶表示装置の等価回路を示した図である。図2は、液晶を挟持して対向配置される一対の基板のうちの一方の基板の液晶側の面に形成される回路を示している。図2は、等価回路であるが、実際の液晶表示装置の回路と幾何学的にほぼ同様となっている。
図2において、図中x方向に延在しy方向に並設されるゲート信号線GLと、図中y方向に延在しx方向に並設されるドレイン信号線DLがある。ゲート信号線GLのそれぞれのたとえば図中左端はゲートドライバGDRに接続され、このゲートドライバGDRによって各ゲート信号線GLには走査信号が供給されるようになっている。ドレイン信号線DLのそれぞれのたとえば図中上端はドレインドライバDDRに接続され、このドレインドライバDDRによって各ドレイン信号線DLには映像信号が供給されるようになっている。
隣接する一対のゲート信号線GLと隣接する一対のドレイン信号線DLによって囲まれる領域は画素領域(図中点線枠内)となる。この領域には、ゲート信号線GLからの走査信号によってオンされる薄膜トランジスタTFT(図中符号TFTpで示す)と、オンされた薄膜トランジスタTFTpを通してドレイン信号線DLからの映像信号が供給される画素電極PXとを備えて形成されている。画素電極PXは、この画素電極PXが形成される基板と液晶を挟持して対向配置される他方の基板に形成される対向電極CTとの間に電界を発生させるようになっている。画素電極PXが形成される一方の基板には、ゲート信号線GLと隣接して容量信号線CLが形成されている。この容量信号線CLと画素電極PXとの間には容量素子Cが接続されている。容量素子Cは画素電極PXに供給された映像信号を比較的長く蓄積させるために設けられている。画素電極PXと対向電極CTとの間に発生する電界は基板の表面と垂直となっており、この電界によって液晶の分子を駆動するようになっている。このような画素を備える液晶表示装置はたとえば縦電界方式と称されている。
なお、ここで、ゲートドライバGDRは、たとえばブーストラップ回路によって形成され、このブーストラップ回路は複数の薄膜トランジスタTFT(図中符号TFTcで示す)によって形成されている。この薄膜トランジスタTFTcは、各画素内に形成される薄膜トランジスタTFTpと同一の基板上に形成され、該薄膜トランジスタTFTpの形成と並行して形成されるようになっている。
〈画素の構成〉
図3は、前記画素の領域(図1の点線枠内の領域)における構成を示した平面図である。また、図3のA−A'線、B−B'線、C−C'線における断面図を、それぞれ、図1のA−A'部、B−B'部、C−C'部に示している。
図3において、まず基板SUB1(図1参照)があり、この基板SUB1の液晶側の面(表面)には、図中x方向に延在してゲート信号線GLが形成されている。このゲート信号線GLの一部には各画素領域側に突出する延在部を備え、この延在部は後述する薄膜トランジスタTFTpのゲート電極GTを構成するようになっている。
基板SUB1の表面には、ゲート信号線GL、ゲート電極GTをも被って、たとえば酸化シリコンからなる第1の絶縁膜IN1(図1参照)が形成されている。この第1の絶縁膜IN1は、薄膜トランジスタTFTの形成領域においてゲート絶縁膜の機能を有するようになっている。さらに、この第1の絶縁膜IN1の上面には、たとえば窒化シリコンからなる第2の絶縁膜IN2が形成されている。この第2の絶縁膜IN2は、その膜厚が第1の絶縁膜IN1の膜厚よりも大きくなるように形成されている。そして、第2の絶縁膜IN2は、薄膜トランジスタTFTpの形成領域におけるゲート電極GT上の一部に、ゲート信号線GLの走行方向と直交する方法(図中y方向)に長辺を有する矩形状の開口OPが形成されている。この開口OPは底面に第1の絶縁膜IN1の表面を露出させて形成されている。開口OPは、図1からも明らかなように、その側壁面は比較的なだらかなテーパを有して形成されたものとなっている。
第2の絶縁膜IN2の上面には、薄膜トランジスタTFTの半導体層SCL(図中SCLtで示す)と、容量素子Cの一方の電極を構成する半導体層SCL(図中SCLcで示す)が形成されている。薄膜トランジスタTFTpの半導体層SCLtは、ゲート信号線GLの延在方向(図中x方向)に沿って、第2の絶縁膜IN2の前記開口OPを跨ぐようにして形成されている。そして、半導体層SCLtは、前記開口OP上の部分を中央とした場合の両端のそれぞれにおいて、第2の絶縁膜IN2の表面(前記開口OPを除く部分の表面)に形成され、かつ高濃度半導体層(図中符号CNで示す)となっている。なお、上述の半導体層SCLtは、アモルファスシリコンをレーザアニールによってポリシリコン化させたものとなっており、前記高濃度半導体層CNは高濃度の不純物をドープして形成されたものとなっている。このように形成された半導体層SCLtは、図1に示すように、前記開口OPの底面に形成される部分においてチャネル領域として機能するようになっている。そして、チャネル領域の両側のそれぞれは前記開口OPのテーパ部を這って形成された後に高濃度半導体層CNに接続されて形成されている。前記開口OPのテーパ部に形成された半導体層SCLtは、オフセットの役割を果たし、ドレイン端の電界緩和によってオフ電流を低減できる効果を奏する。容量素子Cの一方の電極を構成する半導体層SCLcは、たとえば容量信号線CL(図中符号CL(S)で示す)とともに形成されるようになっている。半導体層SCLc、容量信号線CL(S)は、いずれも、アモルファスシリコンをレーザアニールによってポリシリコン化させ、さらに、高濃度の不純物をドープさせて形成した高濃度半導体層として形成されている。
ここで、薄膜トランジスタTFTの形成領域において、半導体層SCLtの表面には、第3の絶縁膜IN3が形成されている。この第3の絶縁膜IN3は、少なくとも、半導体層SCLtの両端における高濃度半導体層CNのそれぞれにおいて、その一部を露出させるようにして形成されている。後述の電極(ドレイン電極、ソース電極)との電気的接続を図るためである。第3の絶縁膜INは、半導体層SCLtを段切れなく第2の絶縁膜IN2の開口OPのテーパの形状に沿って形成するために設けられている。上述したように、半導体層SCLtは、アモルファスからなる半導体層をレーザアニールによる結晶化によって形成されるが、このレーザアニールによる溶融化の弊害を前記第3の絶縁膜IN3の形成によって回避せんとしているものである。そして、この第3の絶縁膜IN3は、容量素子Cの形成領域においても形成され、前記半導体層SCLcを被って形成されている。第3の絶縁膜IN3は容量素子Cの誘電体膜として機能するようになっている。この場合、この誘電体膜は、薄膜トランジスタTFTにおいて形成する第3の絶縁膜IN3と同時に形成できることから、製造工程の増大を回避させることができる効果を奏する。この場合、第3の絶縁膜IN3は、容量信号線CL(S)との接続部において、前記半導体層SCLcの一部を露出させるようにして形成されている。金属膜からなる後述の容量信号線CL(図中符号CL(M)で示す)との電気的接続を図るためである。
このように形成された基板SUB1の表面には、図3中、図中y方向に延在するドレイン信号線DLが形成されている。このドレイン信号線DLは、その一部が、薄膜トランジスタTFTの半導体層SCLtの一端側(ドレイン信号線DL側の端部)の高濃度半導体層CNに重畳するように延在されて、薄膜トランジスタTFTのドレイン電極DTが形成されている。また、ドレイン電極DTの形成と同時に、前記半導体層SCLtの他端側の高濃度半導体層CNに重畳するソース電極STが形成され、このソース電極STは前記半導体層SCLtの形成領域外にまで延在され、後述の画素電極PXとの接続部(図中符号TH1で示す)を構成するようになっている。なお、薄膜トランジスタTFTにおいて、そのドレイン電極DTおよびソース電極STは、バイアスの印加状態によって入れ替わるものであるが、説明の便宜上、図中左側に位置づけられる電極をドレイン電極、図中右側に位置づけられる電極をソース電極と命名するとする。また、前記ドレイン信号線DL等の形成の際に、容量信号線CL(M)が形成されるようになっている。この容量信号線CLは、ドレイン信号線DLと交差する部分において切断部を有し、高濃度半導体層からなる前記容量信号線CL(S)と重畳されるようにして形成されている。
なお、図1のC−C'部は、ゲート信号線GLとドレイン信号線DLとの交差部における断面図となっており、ゲート信号線GLとドレイン信号線DLとの層間絶縁膜は第1の絶縁膜IN1、第2の絶縁膜IN2が用いられていることが明確となる。
このように形成された基板SUB1の表面には、保護膜PASが形成されている。この保護膜PASは、たとえば樹脂からなる有機絶縁膜から形成され、前記薄膜トランジスタTFTの液晶との直接の接触を回避させるようになっている。これは、薄膜トランジスタTFTと液晶との接触は薄膜トランジスタTFTの特性劣化を惹起せしめるからである。この保護膜PASの上面の画素領域には、面状の画素電極PXが形成されている。この画素電極PXはたとえばITO(Indium Tin Oxide)からなる透明導電膜からなっている。そして、この画素電極PXの延在部は、保護膜PASに予め形成されたスルーホールTH1を通して薄膜トランジスタTFTのソース電極STと接続され、また、保護膜PASに予め形成されたスルーホールTH2を通して容量素子Cの誘電体膜である第3の絶縁膜IN3上に形成されている。このことから、画素電極PXのスルーホールTH2に形成された部分は容量素子Cの他方の電極を構成することになり、前記スルーホールTH2の開口面積を大きくすることによって大きな容量を得ることができるようになる。
なお、このように構成された基板SUB1の表面には、画素電極PXをも被って配向膜が形成されているが、図1、図3では、この配向膜の図示を省略している。
(ゲートドライバの一部の構成)
図4は、前記ゲートドライバGDRの一部を構成するブートストラップ回路の平面図である。図4は、図2に示したブートストラップ回路(等価回路)と幾何学的に対応させて示している。また、図4のA−A'線、B−B'線における断面図は、図1のA−A'部、B−B'部に示したと同様になっている。
図4において、薄膜トランジスタTFTcは3個形成されている(それぞれ図中符号TFTc(1)、TFTc(2)、TFTc(3)で示している)。これら薄膜トランジスタTFTc(1)、TFTc(2)、TFTc(3)は、画素内の前記薄膜トランジスタTFTpの形成において、並行して形成されるようになっている。このため、薄膜トランジスタTFTc(1)、TFTc(2)、TFTc(3)は、いずれも、ボトムゲート型として構成され、その半導体層は、アモルファスシリコンをレーザアニールによってポリシリコン化した半導体層SCLtによって構成され、半導体層SCLtのレーザアニールによる溶融の不都合を第3の絶縁膜IN3によって回避させた構成となっている。ここで、薄膜トランジスタTFTc(1)は、ゲート電極GTがドレイン電極DTと電気的接続がなされてダイオードの機能を有するように形成されている。
また、容量素子Cにおいては、上層の電極をたとえばITO(Indium Tin Oxide)等の透明導電膜ITOによって形成している。画素領域における画素電極PXの形成と同時に前記上層の電極を形成する趣旨からである。そして、この容量素子Cにおける上層の電極は、比較的配線長の短い配線と一体に形成され、薄膜トランジスタTFTc(1)のソース電極およびドレイン電極のうちの一方の電極(図中上側の電極)、薄膜トランジスタTFTc(2)のゲート電極に接続されるようになっている。
なお、上述した薄膜トランジスタTFTcは、ゲートドライバGDR内に形成される薄膜トランジスタについて説明したものである。しかし、このような薄膜トランジスタの構成はドレインドライバDDR内に形成される薄膜トランジスタにも適用することができる。要は、表示部の周辺に形成される回路(周辺回路)を構成する薄膜トランジスタに適用することができる。
〈製造方法〉
表示装置の製造方法を図5ないし図11を用いて説明する。図5ないし図11のそれぞれは図1に対応させて描画した図となっている。以下、工程順に説明する。
工程1.(図5)
たとえばガラスからなる基板SUB1を用意し、この基板SUB1の表面にたとえばアルミニュウムからなるゲート信号線GL、ゲート電極GTを形成する。ゲート信号線GL、ゲート電極GTの膜厚はたとえば150nmとする。その後、基板SUB1の表面にゲート信号線GL、ゲート電極GTをも被って酸化シリコンからなる第1の絶縁膜IN1および窒化シリコンからなる第2の絶縁膜IN2を順次形成する。第1の絶縁膜IN1および第2の絶縁膜IN2は、たとえばCVD(Chemical Vapor Deposition)法により連続成膜し、第1の絶縁膜IN1の膜厚をたとえば100nm、第2の絶縁膜IN2の膜厚をたとえば500nmとする。
工程2.(図6)
薄膜トランジスタTFTの領域における第2の絶縁膜IN2に開口OPを形成する。この開口OPは、ゲート電極GTを横切るようにして形成され、その側壁面にはテーパが形成されるようにする。前記開口OPは公知のフォトエッチングにより形成し、この際、第1の絶縁膜IN1はエッチングレートの相違によって、孔が形成されないようにできる。
工程3.(図7)
第2の絶縁膜IN2の上面に、前記開口OPをも被って、アモルファスシリコンからなる半導体層ASと、酸化シリコンからなる第3の絶縁膜IN3を順次形成する。半導体層ASと第3の絶縁膜IN3は、たとえばCVD法により連続成膜し、半導体層ASの膜厚をたとえば50nm、第3の絶縁膜IN3の膜厚をたとえば200nmとする。
工程4.(図8)
第3の絶縁膜IN3を通して半導体層ASにイオン打ち込みをする。この場合、第2の絶縁膜IN2に形成された開口OPおよびその周辺にある半導体層ASにあってはイオン打ち込みがなされないようにマスクが施される。その後、半導体層ASにレーザアニールを行い、イオン打ち込みがなされた部分において低抵抗の高濃度半導体層CNを形成するともに、イオン打ち込みが回避された部分において多結晶の半導体層SCLを形成する。なお、このレーザアニールによる結晶化工程において、アモルファスからなる半導体層ASは一旦溶融化されるが、第3の絶縁膜IN3の形成によって、段切れを起こすことなく、第2の絶縁膜IN2の開口OPのテーパの形状に沿った多結晶の半導体層SCLを形成することができる。
工程5.(図9)
第3の絶縁膜IN3の上面にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ技術によって、薄膜トランジスタTFTの形成領域において、第2の絶縁膜IN2の開口、およびその外方であって高濃度半導体層CNが形成される領域にまで及んで被覆されるフォトレジスト膜RSTと、容量素子Cの形成領域において、高濃度半導体層CNによって形成すべく電極(下層電極)のパターンに対応させた形状のフォトレジスト膜RSTを残存させる。そして、残存されたフォトレジスト膜RSTをマスクとして、第3の絶縁膜IN3をエッチングし、この下層の高濃度半導体層CNを露出させる。この場合、第3の絶縁膜IN3はフォトレジスト膜RSTに対してサイドエッチがなされるようにする。この場合のサイドエッチング量としては1μm以上とすることが好ましい。
工程6.(図10)
前記フォトレジスト膜RSTをマスクとして、高濃度半導体層をエッチングし、下層の第2の絶縁膜IN2を露出させる。そして、フォトレジスト膜RSTを除去する。工程5における第3の絶縁膜IN3のサイドエッチングによって、平面的に観て、第3の絶縁膜IN3の周辺には高濃度半導体層CNが露出するように構成される。
工程7.(図11)
基板SUB1の表面にたとえばアルミニュウムを被着し、これをパターン化することにより、電極および配線を形成する。アルミニュウムの膜厚はたとえば500nmとする。薄膜トランジスタTFTの形成領域においては、ドレイン電極DTおよびソース電極STが形成され、これら電極は、少なくとも第3の絶縁膜IN3の周辺に露出された高濃度半導体層CNに重畳されて形成される。容量素子Cの形成領域においては、誘電体膜となる第3の絶縁膜IN3の周辺に露出された高濃度半導体層(下部電極)に重畳され、前記下部電極に接続された配線(容量信号線CL(S))が形成される。配線交差部の形成領域においては、ゲート信号線GLと交差するドレイン信号線DLが形成される。第2の絶縁膜IN2は層間絶縁膜として機能するようになる。
その後は、図1に示すように、基板SUB1の表面にたとえば樹脂材からなる保護膜PASを形成する。この保護膜PASの膜厚はたとえば300nmとする。そして、容量素子Cの形成領域において、保護膜PASに第3の絶縁膜IN3の一部を露出するスルーホールTH2を形成し、このスルーホールTH2を通して前記第3の絶縁膜IN3に当接する電極を形成する。この電極は、たとえばITOで形成され、容量素子Cの上部電極となる。
〈画素の構成〉
図12は、画素を示す平面図で、図3に対応した図となっている。図12のD−D'線、E−E'線、F−F'線における断面図を、それぞれ、図14のD−D'部、E−E'部、F−F'部に示している。
図12、図14から明らかとなるように、実施例1の場合と比較して異なる構成は、容量素子Cの形成領域にあり、誘電体膜として機能する第3の絶縁膜IN3の上層には保持電極TMが形成されている。この保持電極TMは、ドレイン信号線DL、薄膜トランジスタTFTのドレイン電極DTおよびソース電極ST、容量信号線CL(M)の形成の際に、同時に形成され、たとえばアルミニュウム等から構成されている。このため、保持電極TMは保護膜PASの下層に形成され、この保護膜PASに形成されたスルーホールTH2を通して、前記保護膜PASの上面に形成される画素電極PXと電気的な接続が図れるようになっている。
このような構成は、保護膜PASにスルーホールTH2を形成する場合に、保持電極TMがエッチングストッパとして機能し、その下層の誘電体膜(第3の絶縁膜IN3)にダメージを与えなくて済むようになる。したがって、耐圧を向上できる容量素子Cを形成できる効果を奏する。
〈ゲートドライバの一部の構成〉
図13は、ゲートドライバの一部を示す平面図で、図4に対応した図となっている。図13のD−D'線、E−E'線における断面図を、それぞれ、図14のD−D'部、E−E'部に示している。
この場合においても、図4の場合と比較して異なる構成は容量素子Cの形成領域にあり、誘電体膜として機能する第3の絶縁膜IN3の上層に保持電極TMが形成されている。この保持電極TMが形成された容量素子Cは、実施例2における画素領域内の前記容量素子Cと同様の構成となっている。
〈製造方法〉
この実施例2における製造方法は、最初、実施例1の製造方法における工程1から工程6までと同様となっている。図15は、実施例1に示した製造方法の工程6の図と同じになっている。
その後、図16に示すように、実施例1の工程7に示したと同様に、ドレイン信号線DL、薄膜トランジスタTFTのドレイン電極DT、ソース電極STを形成するが、この際に、容量素子Cの形成領域において、第3の絶縁膜IN3の上面に保持電極TMを形成するようになっている。保持電極TMは、容量信号線CL(M)と電気的に接続させることなく形成される。これにより、保持電極TMはドレイン信号線DL等と同材料で形成され、たとえばアルミニュウムによって構成されるようになる。
そして、図14に示すように、基板SUB1の表面にたとえば樹脂材からなる保護膜PASを形成する。そして、容量素子Cの形成領域において、保護膜PASに保持電極TMの一部を露出するスルーホールTH2を形成し、このスルーホールTH2を通して、保護膜PAS上に形成される画素電極PXと前記保持電極TMとを接続させるようにする。
〈構成〉
図17は、本発明の実施例3を示す構成図で、実施例2における図14の構成に対応づけて示している。図17において、図14の場合と比較して異なる構成は、容量素子Cの保持電極MTが若干厚く構成されていることにある。このため、画素の平面を示す構成は図12と同様となっており、ゲートドライバGDRの一部の平面を示す構成は図13と同様となっている。
〈製造方法〉
この実施例3における製造方法は、最初、実施例1の製造方法における工程1から工程4までと同様となっている。図18は、実施例1に示した製造方法の工程4の図と同じになっている。
次に、図19に示すように、第3の絶縁膜IN3の表面に、たとえばアルミニュウムからなる金属膜MTLをたとえば膜厚300nmで形成する。
そして、金属膜MTLの上面にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ技術によって、薄膜トランジスタTFTの形成領域において、第2絶縁膜の開口OP、およびその外方であって高濃度半導体層が形成される領域にまで及んで被覆されるフォトレジスト膜RSTと、容量素子Cの形成領域において、高濃度半導体層によって形成すべく電極(下層電極)のパターンに対応させた形状のフォトレジスト膜RSTを残存させる。そして、残存されたフォトレジスト膜RSTをマスクとして、金属膜MTLをエッチングし、この下層の第3の絶縁膜IN3を露出させる。この場合、金属膜MTLはフォトレジスト膜RSTに対してサイドエッチがなされるようにする。この場合のサイドエッチング量としては1μm以上とすることが好ましい。
次に、図20に示すように、前記フォトレジスト膜RSTをマスクとして、第3の絶縁膜IN3、高濃度半導体層CNを順次エッチングし、下層の第2の絶縁膜IN2を露出させる。そして、フォトレジスト膜RSTを除去する。図19における金属膜MTLのサイドエッチングによって、平面的に観て、金属膜MTLの周辺には第3の絶縁膜IN3が露出するように構成される。
次に、図21に示すように、金属膜MTLをマスクとして、第3の絶縁膜IN3をエッチングし、高濃度半導体層CNの一部を露出させる。
次に、図22に示すように、ドレイン信号線DL、薄膜トランジスタTFTのドレイン電極DTおよびソース電極ST、容量素子Cの保持電極MTを形成する。この場合、前記金属膜MTLを残存させたままで、その上層に新たな金属膜を形成し、ドレイン信号線DL、薄膜トランジスタTFTのドレイン電極DTおよびソース電極ST、容量素子Cの保持電極MTの形成をする。このため、容量素子Cの保持電極MTの膜厚が大きくなる。
そして、図17に示すように、基板SUB1の表面にたとえば樹脂材からなる保護膜PASを形成する。そして、容量素子Cの形成領域において、保護膜PASに保持電極TMの一部を露出するスルーホールTH2を形成し、このスルーホールTH2を通して、保護膜PAS上に形成される画素電極PXと前記保持電極TMとを接続させるようにする。
上述した製造方法は、第3の絶縁膜IN3の上面に金属膜MTLを形成し、この金属膜MTLにサイドエッチングを施すことによって、薄膜トランジスタTFTの形成領域において、ソース・ドレイン電極と高濃度半導体層とのコンタクト領域を形成するようにしたものである。このことは、サイドエッチング量を考慮することなく、第3の絶縁膜IN3の膜厚を大幅に小さく(たとえば50nm程度)でき、容量素子Cにおける保持容量を増大させることができる効果を奏する。
〈ゲートドライバの一部の構成〉
図23は、本発明の実施例4を示す構成図で、図4に対応した図となっている。図23のG−G'線、H−H'線における断面図は、それぞれ、図24のG−G'部、H−H'部に示している。
図23において、図4の場合と比較して異なる構成は、薄膜トランジスタTFTc(1)にある。この薄膜トランジスタTFTc(1)は、ゲート電極GTがドレイン電極DTと電気的接続がなされてダイオードの機能を有するように形成されている。そして、この薄膜トランジスタTFTc(1)は、トップゲート型の薄膜トランジスタとして形成されている。すなわち、薄膜トランジスタTFTc(1)の形成領域には、その第1の絶縁膜IN1の下層にゲート電極GTが形成されていないようになっている。そして、薄膜トランジスタTFTc(1)に形成されるドレイン電極DTは、ソース電極ST側に延在され、第2の絶縁膜IN2に形成された開口OP内に埋設されるようにして形成されている。このように形成されたドレイン電極DTの延在部はゲート電極GTとして構成される。この場合、第3の絶縁膜IN3は、薄膜トランジスタTFTc(1)のゲート絶縁膜として機能するようになる。
このように構成した薄膜トランジスタTFTc(1)は、たとえば図4に示したように、ドレイン電極DTとゲート電極GTとの接続をスルーホールを通して行ったものと比べ、素子の面積を大幅に小さくできる効果を奏する。
〈製造方法〉
表示装置の製造方法を図25ないし図30を用いて説明する。図25ないし図30のそれぞれは図24に対応させて描画している。以下、工程順に説明する。
工程1.(図25)
たとえばガラスからなる基板SUB1を用意し、この基板SUB1の表面において、ボトムゲート型の薄膜トランジスタTFTを形成する領域に、たとえばアルミニュウムからなるゲート電極GTを形成する。このゲート電極GTの膜厚はたとえば150nmとする。トップゲート型の薄膜トランジスタTFTを形成領域には、この段階において、ゲート電極を形成しないようにする。その後、基板SUB1の表面にゲート電極GTをも被って酸化シリコンからなる第1絶縁膜IN1および窒化シリコンからなる第2絶縁膜IN2を順次形成する。第1絶縁膜IN1および第2絶縁膜IN2は、たとえばCVD法により連続成膜し、第1絶縁膜IN1の膜厚をたとえば100nm、第2絶縁膜IN2の膜厚をたとえば500nmとする。
工程2.(図26)
ボトムゲート型およびトップゲート型のいずれの薄膜トランジスタTFTの形成領域における第2絶縁膜IN2に開口OPを形成する。この開口OPは、ボトムゲート型の薄膜トランジスタTFTを形成領域の形成領域にあってゲート電極GTを横切るようにして形成される。そして、これら開口OPは、その側壁面にテーパが形成されるようにする。前記開口OPは公知のフォトエッチングにより形成し、この際、第1絶縁膜IN1はエッチングレートの相違によって、孔が形成されないようにできる。
工程3.(図27)
第2絶縁膜IN2の上面に、前記開口OPをも被って、アモルファスシリコンからなる半導体層ASと、酸化シリコンからなる第3絶縁膜を順次形成する。半導体層ASと第3絶縁膜は、たとえばCVD(Chemical Vapor Deposition)法により連続成膜し、半導体層の膜厚をたとえば50nm、第3絶縁膜の膜厚をたとえば200nmとする。
工程4.(図28)
第3絶縁膜を通して半導体層ASにイオン打ち込みをする。この場合、第2絶縁膜IN2に形成された開口OPおよびその周辺にある半導体層ASにあってはイオン打ち込みがなされないようにマスクが施される。その後、半導体層ASにレーザアニールを行い、イオン打ち込みがなされた部分において低抵抗の高濃度半導体層CNを形成するともに、イオン打ち込みが回避された部分において多結晶の半導体層SCLtを形成する。この場合、このレーザアニールによる結晶化工程において、アモルファスからなる半導体層ASは一旦溶融化されるが、第3絶縁膜IN3の形成によって、段切れを起こすことなく、第2絶縁膜IN2の開口OPのテーパの形状に沿った多結晶の半導体層SCLtを形成できるのは上述した実施例の場合と同様である。
工程5.(図29)
第3の絶縁膜IN3の上面にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ技術によって、それぞれの薄膜トランジスタTFTの形成領域において、第2絶縁膜の開口OP、およびその外方であって高濃度半導体層CNが形成される領域にまで及んで被覆されるフォトレジスト膜RSTを残存させる。そして、残存されたフォトレジスト膜RSTをマスクとして、第3の絶縁膜IN3の一部をエッチングし、この下層の高濃度半導体層CNを露出させる。この場合、第3の絶縁膜IN3はフォトレジスト膜RSTに対してサイドエッチがなされるようにする。この場合のサイドエッチング量としては1μm以上とすることが好ましい。
工程6.(図30)
前記フォトレジスト膜RSTをマスクとして、高濃度半導体層CNをエッチングし、下層の第2の絶縁膜IN2を露出させる。そして、フォトレジスト膜RSTを除去する。工程5における第3の絶縁膜IN3のサイドエッチングによって、平面的に観て、第3の絶縁膜IN3の周辺には高濃度半導体層CNが露出するように構成される。
その後は、図24に示すように、ボトムゲート型の薄膜トランジスタTFTの形成領域においてドレイン電極DTおよびソース電極STを形成する。ドレイン電極DTおよびソース電極STは、少なくとも第3絶縁膜の周辺に露出された高濃度半導体層CNに重畳されて形成される。また、トップゲート型の薄膜トランジスタTFTの形成領域において、ドレイン電極DT、ソース電極ST、さらにゲート電極GTを形成する。ゲート電極GTはドレイン電極DTの先端をソース電極ST側へ延在させ、第2の絶縁膜IN2の開口OPに埋設させるようにして形成する。上述した各電極は、基板SUB1の表面にたとえばアルミニュウムを被着し、これをパターン化することにより形成する。アルミニュウムの膜厚はたとえば500nmとする。
上述したそれぞれの実施例では、容量素子Cは、多結晶の半導体層SCLcと画素電極PXとの間において形成しているが、これに加えて、図32に示すように、多結晶の半導体層SCLcの下方にゲート電極GTを形成して、多結晶の半導体層SCLcとゲート電極GTとの間にも容量素子を形成してもよい。この場合、保持容量は、多結晶の半導体層SCLcと画素電極PXとで形成される容量素子と、多結晶の半導体層SCLcとゲート電極GTとで形成される容量素子の並列素子となり、さらに容量を大きくすることができる。なお、図32は実施例1の容量素子に適用した場合の例を示しているが、本実施例は、上述の実施例2および実施例3の容量素子についても適用することができる。
上述したそれぞれの実施例では、基板としてたとえばガラスを用いたものである。しかし、これに限らず、石英ガラスあるいは樹脂を用いるようにしてもよい。石英ガラスを基板とすることによって、プロセス温度を高くし、たとえばゲート絶縁膜を緻密化でき、これにより薄膜トランジスタの特性の信頼性を向上させることができる。また、樹脂を基板とすることによって、軽量で耐衝撃性に優れた液晶表示装置を得ることができる。
上述したそれぞれの実施例では、薄膜トランジスタTFTのゲート絶縁膜として酸化シリコンを用いたものである。しかし、これに限らず、酸化シリコンと窒化シリコンの積層膜としてもよい。このようにした場合、基板SUB1からの不純物がゲート絶縁膜中に拡散侵入するのを防止でき、薄膜トランジスタTFTの特性変動を抑制することができる。
上述したそれぞれの実施例では、半導体層として、アモルファスシリコンをレーザアニールしたポリシリコンを用いたものである。しかし、これに限らず、アモルファスシリコンの結晶化法として、熱アニールによる固相成長法を用いてもよく、熱アニールとレーザアニールの組み合わせであっても良い。またPECVDや反応熱CVDを用いてポリシリコンを直接成膜してもよい。PECVDや反応熱CVDなどの直接成膜法を用いれば、製造工程を簡略化でき、スループットが向上する。また、半導体層としては、粒径が20nmから100nm程度の微結晶シリコンでもよく、シリコンとゲルマニウムの化合物であってもよい。シリコンとゲルマニウムの化合物を用いれば薄膜トランジスタTFTの性能を向上できる効果を奏する。
上述したそれぞれの実施例では、ゲート電極およびソース・ドレイン電極のバリア膜の材料はモリブデン(Mo)としたものである。しかし、Ti、TiW、TiN、W、Cr、Ta、Nb等の金属、またはそれらの合金としてもよい。
上述したそれぞれの実施例では、表示装置として液晶表示装置を例に挙げてしめしたものである。しかし、これに限らず、たとえば有機EL表示装置等のように他の表示装置にも適用することができる。有機EL表示装置においても、上述したような薄膜トランジスタを形成することによって、画素駆動を行うようになっているからである。
以上、本発明を実施例を用いて説明してきたが、これまでの各実施例で説明した構成はあくまで一例であり、本発明は、技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。また、それぞれの実施例で説明した構成は、互いに矛盾しない限り、組み合わせて用いてもよい。
GL……ゲート信号線、DL……ドレイン信号線、GDR……ゲートドライバ、DDR……ドレインドライバ、TFT、TFTp、TFTc……薄膜トランジスタ、C……容量素子、PX……画素電極、CT……対向電極、SUB1……基板、GT……ゲート電極、IN1……第1の絶縁膜、IN2……第2の絶縁膜、OP……開口、IN3……第3の絶縁膜、SCL、SCLt、SCLc……多結晶の半導体層、CN……高濃度半導体層、AS……アモルファスシリコン、CL(S)、CL(M)……容量信号線、PAS……保護膜。

Claims (10)

  1. 基板上に薄膜トランジスタと容量素子が形成されている表示装置であって、
    前記薄膜トランジスタは、
    ゲート電極上であり、前記ゲート電極の形成領域を被って形成された第1の絶縁膜と、
    前記第1の絶縁膜上に形成され、平面的に観て、前記ゲート電極の形成領域内に開口を備える第2の絶縁膜と、
    前記第2の絶縁膜上に前記開口を横切って形成され、両端に高濃度領域を備える島状の多結晶化された半導体層と、
    前記半導体層の上面に前記半導体層の両端の高濃度領域のそれぞれの一部を露出させて形成された第3の絶縁膜と、
    前記第3の絶縁膜から露出された前記半導体層の両端の高濃度領域のそれぞれに電気的接続がなされて形成された一対の電極と、を備えて構成され、
    前記容量素子は、その誘電体膜が前記第3の絶縁膜と同層で同材料の絶縁膜によって構成されており、
    前記薄膜トランジスタの前記ゲート電極と電気的に接続されるゲート信号線と、前記薄膜トランジスタの前記一対の電極のうち一方の電極と電気的に接続されるドレイン信号線との交差部における層間絶縁膜は、前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜との順次積層体から構成されていることを特徴とする表示装置。
  2. 前記容量素子は、前記第2の絶縁膜上において、下部電極、前記第3の絶縁膜、および上部電極の順次積層体によって形成されていることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記下部電極は、前記薄膜トランジスタの半導体層と同層で形成された高濃度の半導体層からなっていることを特徴とする請求項2に記載の表示装置。
  4. 前記薄膜トランジスタ、前記容量素子および前記ドレイン信号線は保護膜によって被われ、前記容量素子の前記上部電極は、前記保護膜の上面に形成された画素電極が前記第3の絶縁膜の一部を露出させる前記保護膜のスルーホールを被って延在された延在部によって構成されていることを特徴とする請求項2、3のいずれかに記載の表示装置。
  5. 前記容量素子の前記上部電極は、薄膜トランジスタの前記一対の電極と同層、同一の材料で構成されていることを特徴とする請求項2、3のいずれかに記載の表示装置。
  6. 基板上に薄膜トランジスタと容量素子が形成されている請求項1の表示装置の製造方法であって、
    前記薄膜トランジスタは、
    前記基板上のゲート電極の形成領域を被って第1の絶縁膜を形成する第1工程と、
    前記第1の絶縁膜上に第2の絶縁膜を形成し、平面的に観て、前記ゲート電極の形成領域内に開口を形成する第2工程と、
    非晶質半導体層と第3の絶縁膜を順次形成し、平面的に観て、前記非晶質半導体層における前記第2の絶縁膜の開口およびその近傍の領域を除く他の領域を高濃度領域とする第3工程と、
    前記非晶質半導体層にアニールを施すことによって多結晶半導体層とする第4工程と、
    前記第3の絶縁膜を、平面的に視て、前記第2の絶縁膜の開口およびその近傍において残存させる選択エッチングと、残存された前記第3の絶縁膜の周囲に高濃度領域を露出させた状態で前記半導体層を残存させる選択エッチングを行う第5工程と、
    前記第3の絶縁膜から露出された半導体層の高濃度領域に接触させて一対の電極を形成する第6工程を経ることにより形成し、
    前記第3工程の際に形成した第3の絶縁膜を前記第5工程の際の前記第3の絶縁膜の選択エッチングによって、前記容量素子の誘電体膜を形成し、
    前記第1工程において、前記基板上の前記ゲート電極と電気的に接続されるゲート信号線の形成領域を前記第1の絶縁膜で被い、
    前記第6工程において、前記第5工程の前記半導体層の選択エッチングにより露出された前記第2の絶縁膜上に、前記一対の電極のうち一方の電極と電気的に接続されるドレイン信号線を形成することを特徴とする表示装置の製造方法。
  7. 前記4工程の際に形成された高濃度領域の多結晶半導体層を前記第5工程の際の前記多結晶半導体層の選択エッチングによって、前記容量素子の下部電極を形成することを特徴とする請求項6に記載の表示装置の製造方法。
  8. 前記第6工程の後に、
    前記薄膜トランジスタ、前記容量素子および前記ゲート信号線をも被って保護膜を形成し、前記保護膜の前記容量素子の形成領域に前記第3の絶縁膜の一部を露出させるスルーホールを形成する第7工程と、
    前記保護膜の上面に画素電極を形成し、前記スルーホールを被って形成される延在部によって、前記容量素子の上部電極を形成する工程を備えることを特徴とする請求項6に記載の表示装置の製造方法。
  9. 前記第6工程で形成する一対の電極と同一の材料によって、前記容量素子の上部電極を形成することを特徴とする請求項6に記載の表示装置の製造方法。
  10. 前記ゲート信号線は、前記薄膜トランジスタの前記ゲート電極と同層、同一材料からなり、前記ドレイン信号線は、前記薄膜トランジスタの前記一対の電極と同層、同一材料からなることを特徴とする請求項6に記載の表示装置の製造方法。
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