JPH01216319A - 表示パネル内組み込み薄膜素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕′ 本発明は液晶表示パネル等のアクティブマトリックス方
式の表示パネルの面内に分布して画素ごとにその表示駆
動用に組み込まれる薄膜トランジスタや薄膜ダイオード
等の半導体薄膜素子であって、半導体１１１１１がアモ
ルファスシリコンからなり、この半導体膜に付随してそ
れへの光の侵入を妨げ−る遮光膜が設けられるものに関
する。

（従来の技術〕 テレビ画像等の複雑な可変画像の表示用には、面内に多
数の画素を行列状に配列したマトリックス形の表示パネ
ルが適しており、この種の表示パネルではその面に配列
された画素を水平、垂直両方向に走査しながら各画素に
逐次表示電圧を与えることにより画像表示がなされるが
、さらに最近では画素間のクロストークをなくすために
各画素に付属してトランジスタやダイオードを組み込ん
だアクティブマトリックス方式の表示パネルが開発され
、比較的小形のものからその実用化が進んでいる。かか
る表示パネルの面内に分布して組み込まれるトランジス
タやダイオードは、表示パネルの１対の基板間の１０ｎ
以下のごく狭い間隙内に納めてしまう要があるのですべ
て薄膜素子として構成され、このｆｌ膜素子用の半導体
ＤＩ膜には大面積の基板上に安価にかつ均質に成長させ
ることができる点でアモルファスシリコンを用いるのが
有利である。しかし、このアモルファスシリコンは薄膜
の状態であっても光に対して非常に敏感であって、表示
パネルを通過する表示光を受けるとそれに応動してしま
って、このアモルファスシリコンを半導体膜とする薄膜
素子がその本来の機能を果たせなくなるので、薄膜素子
内に遮光膜を設けてアモルファスシリコン薄膜への光の
侵入を防止してやらねばならない、第３図にかかる薄膜
素子を組み込んだアクティブマトリックス基板を、第４
図に薄膜素子の従来の構造例を薄膜素子が薄膜ダイオー
ドである場合について示す。

第３図はアクティブマトリックス方式の液晶表示パネル
の１対の基板中で薄膜素子が組み込まれる側のアクティ
ブマトリックス基板のごく一部を拡大して示すものであ
る。方形の画素電極１０は各画素の表示用電極であって
、基板面内に図のように行列状に多数個配列され、この
例では行方向に並ぶ画素電極に対して共通にそれらに与
えるべき電圧が乗せられる走査電極２０が設けられる。

薄膜素子３０は画素電極ＩＯごとにそれと走査電極２０
との間に設けられ、この薄膜素子３０はこの例のように
薄膜ダイオードである場合は互いに逆並列接続された２
個ないしは２組のダイオード３０ｐ、３０ｎからそれぞ
れ構成される。第４図はこの内の薄膜ダイオード３０ｐ
について、その従来の構造例をＹ−Ｙ矢視断面で示すも
のである。

第４図において、アクティブマトリックス基板用の絶縁
基板１はふつうはガラス板であり、その上にＩＴＯや第
二酸化錫の透明な導電性膜２を０．０５〜０．１ｎの厚
みで全面被着した上で、そのフォトエツチングによるパ
ターニングにより前述の画素電極１０と走査電極２０を
形成する。薄膜ダイオード用の半導体膜５はｐｉｎ構成
のアモルファスシリコンの０．５　ｔｎａ前後の薄膜で
あるが、図示のようにその上下をクローム等の金属から
なる０、０５〜０．１−の厚みの遮光膜４，７によって
挟まれる。この３層構成のダイオード本体部を作るには
、画素電極１０と走査電極２０が付けられた絶縁基板１
の全面上に遮光膜４用のクロームをスパッタ法等で被着
し、半導体膜５用のアモルファスシリコンをプラズマＣ
ＶＤ法等で全面成長させ、ついで再び遮光膜７用のクロ
ームを全面被着した上で、フォトエツチングによりそれ
らを例えば方形状にパターニングする０次に絶縁膜８用
に酸化シリコン膜等を全面被着し、そのフォトエツチン
グにより絶縁膜８を第３図に見られるように両薄膜ダイ
オード３０ｐ。

３０ｎの本体部を共通に覆う形状にパターニングし、同
時に各本体部の頂面の中央部に窓８ａを明ける。

最後に接続膜９用に例えばアルミを窓８ａ内の遮光膜７
に導電接触するように蒸着法等により全面被着し、その
フォトエツチングにより第３図に示されたような短冊形
状にパターニングして接続膜９とする。

第３図かられかるようにこの接続膜９により、走査電極
２０上に設けられた薄膜ダイオード３０ｐの本体部は画
素電極１０と接続され、画素電極ｌＯ上に設けられた薄
膜ダイオード３０ｎの本体部は走査電極２０と接続され
るので、これらの正負両方向の薄膜ダイオード３０ｐ、
３０ｎは画素電極１０と走査電極２０との間に逆並列接
続される。このように薄膜素子３０用に正負両方向のダ
イオードが設けられるのは、表示パネルのいわゆる交流
駆動のために走査電極２０に乗せられる表示電圧が走査
周期ごとに正負に切り換えられるためで、走査電極２０
上の表示電圧が正のとき正方向の薄膜ダイオード３０ｐ
が導通して表示電圧を画素電極１０に与え、表示電圧が
負のときには、負方向の薄膜ダイオード３０ｎが導通し
て表示電圧を画素電極ｌＯに与える。この両薄膜ダイオ
ード３０ｐ、３０ｎの導通、非導通の動作は、それらの
半導体膜５が前述のように遮光膜４．７によって挟まれ
ているので、表示パネルを通過する表示光等の半導体膜
５内への侵入によって狂わされることがない。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述の薄膜素子用の金属からなる遮光膜はその厚みが０
．０５〜０．１　ｉｒｍと薄くても充分な遮光性を有す
るが、この金属の遮光膜とアモルファスシリコンの半導
体膜とからなる複合構成層のフォトエツチングに手間が
掛り、またその際に生じやすいサイドエツチング効果に
よって薄膜素子に欠陥が発生しやすい問題がある。

サイドエツチングが生じるのは、もちろん遮光膜の金属
と半導体膜のアモルファスシリコンがエツチングされる
速度が本来異なることが原因であって、このサイドエツ
チング効果を極力減少させるためにいわゆる異方性エツ
チングに有利なドライエツチング法がこれらの複合構成
層のフォトエツチングに採用される。ところが、このド
ライエツチングの際に金属のエツチングには例えばＣ（
Ｊ　ａと０２を混合した塩素系の反応ガスを用い、アモ
ルファスシリコンのエツチングには例えばＣＦ　ａと０
．を混合した弗素系の反応ガスを用いなければならない
ので、ドライエツチング工程数が増えてしまうことにな
る。また、ドライエツチングを採用してもサイドエツチ
ングを完全にはなくすことが困難で、あまり確率は高く
はないがサイドエツチングに起因する欠陥が発生するこ
とがある。

第５図はこの様子を模式的に示すもので、半導体１１９
５がその上の遮光膜７よりも大きくサイドエツチングさ
れてしまっており、このため本体部の右側に示すように
上下の遮光膜が接触して短絡Ｓが発生している。一方、
図の本体部の左側では上側の遮光膜７に比べて半導体膜
５と下側の遮光膜４が大きくサイドエツチングされてい
るために、本体部の側面に被着したはずの絶縁膜８に破
断が生じ、さらにその上に付けられた接続膜９に断線Ｂ
が生じている。かかる短絡欠陥や断線欠陥の発生確率は
それ程高くなくても、アクティブマトリックス基板内に
は最低で数万、多いときには１００万以上の薄膜素子を
組み込まねばならないので、基板全面では数個から数十
個の欠陥が発生しうろことになり、ふつうは基板内の欠
陥画素の許容数が１０個程度なので、アクティブマトリ
ックス基板の製作歩留まりが落ちて結局は高価なものに
ついてしまうことになる。

なお、複合膜のエンチングにドライエツチングを採用す
るのは主に半導体膜のアモルファスシリコンに異方性エ
ツチングを施したいためであり、遮光膜の金属のエツチ
ングにはむしろ化学エツチングの方が適しているのであ
るが、化学エツチングとドライエツチングを併用したの
では工程が繁雑になるほか、アモルファスシリコンを弗
素系の反応ガスでドライエツチングした後ではその下側
の遮光膜の金属が弗素化していて化学エツチングが非常
にやりづらくなり、欠陥がこのために発生しやすくなる
問題がある。

本発明はかかる問題を解決して、アクティブマトリック
ス基板の製作工程が少なくてすみ、かつ半導体膜と遮光
膜との複合膜のフォトエツチングが容易で欠陥の発生す
るおそれも少なくできる表示パネル内組み込み薄膜素子
を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この目的は本発明によれば、半導体膜と組み合わされる
遮光膜がゲルマニウムを含むアモルファスシリコンゲル
マニウムないしはアモルファスゲルマニウムに不純物を
ドープした薄膜からなる薄膜素子によって達成される。

上にいうアモルファスシリコンゲルマニウムのゲルマニ
ウム含有率は、それに与える不純物ドープ濃度によって
も若干異なって来るが、その遮光膜としての効果を確実
にする上では５０〜１００％とするのが適切である。

〔作用〕

前述のように従来の問題点は根源的には被エツチング性
の異なるアモルファスシリコンと金属とに同種のエツチ
ング処理を施している点に起因しているといえるが、本
発明はゲルマニウムがシリコンと同系列の元素であって
同じエツチング処理を施すに遺し、かつアモルファス状
態ではアモルファスシリコンより可視光近傍の波長領域
で光吸収係数がずっと大きい点に着目してなされたもの
で、このゲルマニウムを純粋なアモルファスゲルマニウ
ムの形でまたはアモルファスシリコンにゲルマニウムを
含有させたアモルファスシリコンゲルマニウムの形で遮
光膜に適用することにより、半導体膜用のアモルファス
シリコンとの複合膜を同じ反応ガスを用いてドライエツ
チングできるようにしたものである。すなわち、アモル
ファスシリコンに適する弗素系の反応ガスで同時にアモ
ルファスゲルマニウムやアモルファスシリコンゲルマニ
ウムをドライエツチングできるので、半導体膜と遮光膜
との複合膜に対するエツチングは１回のドライエ７チン
グですみ、かつゲルマニウムとシリコンがもともと同系
列の元素なので両者の被エツチング性にも大差がなくサ
イドエツチングの問題もアモルファスシリコンと金属と
の複合膜に比べてずっと少なくなる。

しかし、薄膜素子の構造にもよるが従来遮光膜に用いら
れていた金属は遮光機能のほか、半導体膜を接続膜と低
い抵抗で接続する役目をも兼ねており、この点アモルフ
ァスゲルマニウムないしはアモルファスシリコンゲルマ
ニウムは遮光性ではあまり遜色はないものの、そのまま
では固有抵抗が金属に比べて非常に高い問題がある。従
って本発明では、遮光膜用のアモルファスゲルマニウム
やアモルファスシリコンゲルマニウムに不純物をドープ
することによってその比抵抗を極力減少させる。このド
ープによってその光吸収係数を一層高めることも可能で
ある。もちろん、かなり高い不純物ドープを施しても金
属よりはその抵抗がまだかなり高いが、幸いアクティブ
マトリックス基板に組み込まれる薄膜素子に流れる電流
はふつう多くても１００ｎＡ以下なので、金属はど比抵
抗を下げなくても実用上とくに支障はない。

〔実施例〕

以下、図を参照しながら本発明の詳細な説明する。第１
図は前の第４図に対応して本発明による表示パネル内組
み込み薄膜素子の構造例をその断面で示すものである。

第１図において、絶縁基板１とその上に付けられた画素
電極１０および走査電極２０は従来と同じであるが、そ
の全面上に遮光１１３用のアモルファスゲルマニウムま
たはアモルファスシリコンゲルマニウムをプラズマＣＶ
Ｄ法等により例えば０．３μの厚みに成長させる。この
成長に当たっては、例えばアルゴン稀釈の１０％の５ｉ
ｎｅと水素稀釈の８％のＧｅＨａとを所望のゲルマニウ
ム含有量が得られる比率でそれぞれプラズマＣＶＤ装置
に導入するとともに不純物源としてＢＪｂまたはＰＨ３
を１％強これに添加する。これによってｐ形またはｎ形
にドープされた比抵抗が１００Ω−ｊ程度のアモルファ
スシリコンゲルマニウムが成長される。引き続いてこの
上にｐｌｎ構成のアモルファスシリコンが半導体膜用に
成長されるので、これが下側からｐ。

ｉ、ｎの順序で成長される場合は、遮光膜３の成長時に
はＢＪｉを導入してｐ形にしておくのがよい。

第２図はＳｉ、、　Ｇ＠、の組成をもつノンドープのア
モルファス半導体膜の光吸収係数αの光の波長λとの関
係を示すもので、図かられかるようにｘ　−０のアモル
ファスシリコンは波長が６０ｏｎ−以上の光に対して吸
収係数が低く可視光を透過するが、ｘ＝１のアモルファ
スゲルマニウムは９００ｎｓ以下の波長の光に対して高
い吸収係数を持ち、ごく薄い遮光膜で可視光を完全に遮
断できる。！＝０．５のすなわち５０％のゲルマニウム
を含育するアモルファスシリコンゲルマニウムは表示上
重要な７００Ωｍ以下の波長の可視光に対して高い吸収
係数を持ち、前述のように遮光膜を０．３　ｎ程度の厚
みにすることによりほぼ完全な遮光効果を持たせること
ができる。

上のように遮光膜３を成長させた後に、そのままでＧｅ
Ｈｅの供給を断つことにより連続して半導体膜５用のア
モルファスシリコンをｐｌｎ構成で０．５−前後の厚み
に成長させる。この際最初はＢＪｉを適量導入してｐ形
部を作り、ＢｔＨ＊の供給を断ってｉ形部を作り、次に
ＰＨｓを導入してｎ形部を作る。

この半導体膜５の成長後に、再びＧｅＨａの装置への供
給を開始して上側の遮光膜６用のアモルファスシリコン
ゲルマニウムを前と同様に０．３−程度の厚みに、ただ
し今度はｎ形で成長させる。これかられかるように本発
明による薄膜素子では、薄膜３、半導体膜５．遮光膜６
からなる複合膜を同じプラズマＣＶＤ装置内で原料ガス
やドープ剤の供給を単に切り換えるだけで連続して成長
させることが可能である。

上のようにして成長された半導体膜と遮光膜との複合膜
に対するフォトエツチングは、ＣＦ４やＳＦ４とＯオと
を混合した弗素系の反応ガス内のドライエツチングによ
って１工程でなされ、これによって薄膜素子の本体部が
形成される。このドライエンチング時には異方性エツチ
ングとはいえもちろん多少のサイドエツチングは生じる
が、本発明の場合は同系の半導体材料からなる半導体膜
と遮光膜に対するサイドエツチング量がほぼ同じなので
、エツチング終了後の複合膜の断面がやや先細な台形状
になることはあっても、その側面はおおむね平滑に仕上
がる。この薄膜素子の本体部の形成後に絶縁膜８と接続
膜９が設けられるが、その要領は全（従来と同じでよい
ので、その説明は省略する。なお、以上の説明では遮光
膜３．６がアモルファスシリコンゲルマニウムであると
したが、アモルファスゲルマニウムをこれに用いる場合
は、原料ガスの供給の要領が若干異なるだけで上記と同
じでよい。

遮光膜に５０％程度のゲルマニウムを含むアモルファス
シリコンゲルマニウムを用いる場合、前述のようにその
厚みを０．３−程度とするのが望ましいので、従来と比
べて薄膜素子の高さが従来よりも０．５−程度大になる
が、表示パネルの１対の基板間の間隙が５μ程度と小な
場合でも、もちろんこの間隙内に充分薄膜素子を納めて
しまうことができる。アモルファスシリコンゲルマニウ
ムのゲルマニウム含有量を増しあるいはアモルファスゲ
ルマニウムを遮光膜に用いれば遮光膜をより薄くするこ
とが可能で、アモルファスゲルマニウムの場合には薄膜
素子の高さを従来と余り変わらないようにすることがで
きる。アモルファスシリコンゲルマニウム膜のゲルマニ
ウム含を量は成膜上の困難なく自由に選ぶことができる
。

以上のようにして薄膜ダイオードを組み込んだアクティ
ブマトリックス基板について、光照射下と暗状態下でダ
イオードの電圧−電流特性試験を行なった結果、期待と
暗時の特性に変わりは認められず、本発明による遮光膜
の光遮蔽効果が充分なことが証明された。このアクティ
ブマトリックス基板を表示パネルに組み立てた上で、全
面明表示試験と全面暗表示試験をした結果、サンプルに
よって若干差はあるが面内の欠陥画素数が従来の１７３
から１／ｌＯに減少することがわかった。これには本発
明により工程数が減少して工程の誤差の累積が少なくな
ったことと、薄膜素子の本体部の側面形状が平滑化され
たことが寄与しているものと考えられる。また、テレビ
画像の表示試験の結果、画像のコントラストないしは鮮
明度は視覚上従来のものと同等であった。

〔発明の効果〕

以上のとおり本発明では、半導体薄膜がアモルファスシ
リコンからなり、この半導体膜に付随してそれへの光の
侵入を妨げる遮光膜が設けられるアクティブマトリック
ス方式の表示パネルに組み込まれる薄膜素子用の遮光膜
に、不純物をドープされたアモルファスゲルマニウムあ
るいはアモルファスシリコンゲルマニウムを用いるよう
にしたので、薄膜素子用の半導体膜と遮光膜との複合膜
の成長工程とフォトエツチング工程を従来に比べて大幅
に簡単にすることができる。すなわち、従来のアモルフ
ァスシリコンの半導体膜と金属の遮光膜を組み合わせた
ものでは、アモルファスシリコンはプラズマＣＶＤ法で
成長させ、金属はスパッタ法や蒸着法で被着しなければ
ならないので、それぞれ別の装置を用い別工程が必要で
あったが、本発明ではプラズマＣＶＤ！Ｊ置内で連続し
て半導体膜と遮光膜の複合膜を成膜できる。また、従来
の薄膜素子のドライエツチングにはアモルファスシリコ
ン用と金属用に別の反応ガスを用いなければならないの
で、この場合も装置と工程が別であったが、本発明では
弗素系の反応ガスを用いて１工程でドライエツチングを
すませることができる。

また従来のドライエツチングでは前述のようにサイドエ
ツチングが発生することがあり、あるいは遮光膜用の金
属の塩化物が薄膜素子の本体部の側面に付着しやす（、
洗浄によってもその残渣を完全に取り除くことが容易で
なく、欠陥発生の原因となっていたが、本発明では薄膜
素子本体部の側面がおおむね平滑にかつ清浄になるので
、欠陥の発生確率を１桁近く減少させることができる。

このように本発明は、アクティブマトリックス基板の製
作工程数の減少と欠陥数の減少による歩留まりの向上と
により、その製作コストを低減できる著効を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図までが本発明に関し、第１図は本発明
による表示パネル内組み込み薄膜素子の構成例を示す断
面図、第２図はアモルファスゲルマニウムおよびアモル
ファスシリコンゲルマニウムの光吸収特性線図、第３図
は薄膜素子を組み込んだアクティブマトリックス基板の
一部拡大平面図である。・第４図以降は従来技術に関し
、第４図は従来の表示パネル内組み込み薄膜素子の断面
図、第５図はそれに発生しうる欠陥を模式的に示す断面
図である０図において、 １ニアクチイブマトリツクス基板用絶縁基板、２：導電
性膜、３：遮光膜、４：従来の遮光膜、５：半導体膜、
６：遮光膜、７：従来の遮光膜、８：絶縁膜、８ａ：絶
縁膜の窓、９：接続膜、１０：画素電極、２０：走査電
極、３０：薄膜素子、３０ｐ、３０ｎ：薄膜ダイオード
、ａ　Ｇ　：アモルファスゲルマニウム％　ａ　Ｓ　：
アモルファスシリコン、ａｓＧ：アモルファスシリコン
ゲルマニウム、α：　光＋ｉ収ａｔ、Ｂ：断線欠陥、λ
；光の波長、Ｓ：短絡欠陥、Ｘ：ゲルマニウム含有率、
である。 Ｂ光層 第１［！１ 第２図 第４図　　　　　　　第５６

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　アクティブマトリックス方式の表示パネルの面内に分
   布して画素ごとにその表示駆動用に組み込まれる薄膜素
   子であって、その半導体薄膜がアモルファスシリコンか
   らなり、この半導体膜に付随してそれへの光の侵入を妨
   げる遮光膜が設けられるものにおいて、遮光膜がゲルマ
   ニウムを含むアモルファスシリコンゲルマニウムないし
   はアモルファスゲルマニウムに不純物をドープした薄膜
   からなることを特徴とする表示パネル内組み込み薄膜素
   子。