JPH01236654A - アクティブマトリックス型液晶表示装置の製造方法 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） この発明は、薄膜トランジスタ（以下、ＴＰＴと称する
）をアクティブ素子として用いたアクティブマトリック
ス型液晶表示装置の製造方法に関する。

（従来の技術） 最近、液晶やエレクトロルミネセンス（Ｅ　Ｌ）を用い
た表示装置は、テレビ表示やグラフィックデイスプレィ
等を指向した大容量、高密度のアクティブマトリッ゛ク
ス型表示装置として開発、実用化が盛んである。

このような表示装置では、クロストークのない高いコン
トラストの表示が行えるように、各画素の駆動、制御を
行なう手段としてアクティブ素子が用いられている。

このアクティブ素子としては、単結晶Ｓｉ基板上に形成
されたＭＯＳＦＥＴや、最近では、透過型表示が可能で
あり、大面積化も容易である等の理由から透明絶縁基板
上に形成されたＴＰＴのアレイが用いられている。

第６図は、このようなＴＦＴのアレイを備えたアクティ
ブマトリックス型液晶表示装置を示すもので、ガラス或
いはプラスチックからなる第１の基板１上には、ゲート
線とゲート電極２が形成され、これを覆うようにゲート
絶縁膜である絶縁層３が形成されている。そして、この
絶縁層３上の所定の位置には、半導体層４例えば水素化
アモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉ：Ｈと記す）が
形成され、この半導体層４を挾むようにデータ線と一体
のドレイン電極５や、例えばＩｒＯ２（Ｉｎｄｉｕｍ　
　Ｔｉｎ　　０ｘｉｄｅ）からなる表示画素電極６と一
体のソース電極７が形成されている。

又、この表示画素電極６を除いた半導体層４とドレイン
電極５及びソース電極７上には、無機保護膜８として例
えば窒化シリコン膜が形成された後、有機保護膜９とし
て例えポリイミドが形成されている。この有機保護膜９
上には、光遮蔽電極１０、有機保護膜１１及び液晶配向
膜１２が順に形成されている。

一方、ガラス或いはプラスチックからなる第２の基板１
３上には、透明対向電極１４及び液晶配向膜１５が順次
形成されている。この第２の基板１３は第１の基板１と
１０μｍ程度の間隔を保って周囲部が封着され、その間
隙部には液晶１６が封入される。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上記のような液晶表示装置の表示特性の維持
には、駆動回路として用いているａ−Ｓｔ　：Ｈを用い
たＴＰＴ　（以下、ａ−ＳｉＴＦＴと記す）の特性安定
性が必要不可欠である。ａ　−Ｓｉ　：Ｈのバルク特性
自体も決して安定とはいい難いが、ａ−ＳｉＴＦＴの場
合、更に不安定要因としてゲート絶縁膜中のトラップ準
位やａ−Ｓｉ：Ｈとゲート絶縁膜の界面準位が挙げられ
る。

これらの不安定要因の評価法として、Ｖｌｋドリフト量
がある。このＶｌｈドリフト量が少ない程、ａ−５ｉＴ
ＦＴ特性は安定であるこを表わし、良好な表示特性の維
持が可能な液晶表示装置を提供することになる。

第５図に、ａ−ＳｉＴＦＴのＶｌｋドリフト量ΔＶｌｋ
を示す。この図で、横軸はバイアスストレス時間（ｓ　
ｅ　ｃ）を表わし、縦軸はドリフト量Δｖｌｈ（Ｖ）を
示している。図中の（Ｃ）は、シ′　ランに対するアン
モニアの流量比が４でゲート絶縁膜形成温度２４０℃の
例であり、（Ｂ）は同じくゲート絶縁膜形成温度２９０
℃の例である。両者共、プラスバイアス温度試験（以下
、＋ＢＴ試験と記す）においてドリフト量ΔＶ　ｔｈが
１００００ｓｅｃ経過後に３ｖ以上と大きな値を示して
いる。

又、第４図にＶ　ｔｈの初期値（（ａ）　ｌ　、十ＢＴ
試験１００００ｓｅｃ後のドリフト量Δｖｌｈの値（（
ｂ）ｌを示す。そして、横軸はゲート絶縁膜形成温度を
示す。図中の（Ａ）、（Ｂ）は第５図に対応して付しで
ある。（ａ）よりゲート絶縁膜形成温度が２９０℃以下
の場合、Ｖｌｈの初期値が大きい値を示し、（ｂ）より
ドリフト量Δｖ、ｈも大きい値を示していることが判る
。

更に、ａ−８ｔ：Ｈ成膜温度についてみると、ゲート絶
縁膜との界面準位を良くするため成膜温度を上げること
が考えられるが、例えば３５０℃程度まで上げて成膜す
ると、ａ−８ｉ：Ｈ膜中の水素脱離が始まり、膜質が悪
化してしまうという問題が発生する。

つまり、ゲート絶縁膜形成温度が低すぎる場合、或いは
ａ−８ｉ：Ｈ成膜温度が高すぎる場合、ａ−ＳｉＴＦＴ
は良好な特性を有するものが得られず、これを用いた液
晶表示装置においても、初期特性は勿論のこと寿命的に
も大きな問題を有していることになる。

この発明は、初期及び長時間使用時に発生する不具合を
解決するためになされたもので、高性能表示特性を維持
し、寿命上も問題のないアクティブマトリックス型液晶
表示装置の製造方法を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明は、ａ−ＳｉＴＦＴのゲート絶縁膜を酸化シリ
コン膜と窒化シリコン膜の複合層としており、窒化シリ
コン膜形成時のガス比がアンモニアとシランの場合は、
シランに対するアンモニアの流量比が４以上、窒素とシ
ランの場合は、シランに対する窒素の流量比を１０以上
とし、窒化シリコン膜を３３０℃以上で形成するアクテ
ィブマトリックス型液晶表示装置の製造方法である。

（作用） この発明によれば、初期的課題を解消すると共にａ−３
ｉＴＦＴの高性能化を確保でき、長寿命のアクティブマ
トリックス型液晶表示装置の製造方法を提供することが
できる。

（実施例） 以下、図面を参照して、この発明の一実施例を詳細に説
明する。

第１図及び第２図は、この製造方法により得られたアク
ティブマトリックス型液晶表示装置を示す断面図と等価
回路図であり、第１図においては前述した第６図と同様
に構成される透明対向電極２２を有する第２の基板及び
液晶２３は省略されている。又、第２図中のＸｌ（ｉ−
１，２，３、・・・ｍ）は複数のデータ線、Ｙｊ　　（
ｊ−１，２，３、・・・ｍ）は複数のゲート線であり、
これらデータ線Ｘｉとゲート線Ｙｊの各交点位置にＴＰ
Ｔ２０が構成されている。更に、２１は表示画素電極で
あり、各ＴＰＴ２０のソース電極に接続され、この表示
画素電極２１と透明対向電極２２との間に液晶２３が挟
持されている。

さて、このようなアクティブマトリックス型液晶表示装
置を製造方法するには、ガラス或いはプラスチックから
なる第１の基板２４上に、先ずゲート電極２５を所定パ
ターンに形成する。

次に、ゲート電極２５が形成された第１の基板２４をプ
ラズマＣＶＤ装置内に装着し、ヒータにより基板温度が
３３０℃になるように電圧・電流を調整し、加熱する。

　次に、基板温度が一定になった後に、シラン（ＳｉＨ
４）を例えば４０ｓｅｃｍ、亜酸化窒素（Ｎ２０）を例
えば２００ｓｅｃｍ、チャンバ内に導入し、圧力調整器
により所定の圧力、例えば０．３Ｔｏｒｒに設定し、高
周波電力を印加し、ゲート電極２５が形成された第１の
基板２４上にゲート絶縁膜である酸化シリコン膜２６を
例えば３５００人程度形成する。

次に、反応ガスを例えばシラン（ＳｉＨ４）をｌＱｓｃ
ｃｍ、アンモニア（ＮＨ，）を４０５ｃｃｍ％窒素（Ｎ
２）を２００ｓｅｃｍに切り換え、圧力調整器により所
定の圧力、例えば０．５Ｔｏｒｒに設定し、高周波電力
を印加し、酸化シリコン膜２６が形成された第１の基板
２４上に、ゲート絶縁膜である窒化シリコン膜２７を例
えば５００人程エソ成する。

次に、反応ガスをシラン（Ｓ　ｉＨ４）　、水素（Ｎ２
）に切り換え、基板温度を３００℃とし、窒化シリコン
膜２７が形成された基板２４上に、ａ−３ｉ：Ｈ膜を堆
積し、半導体層２８を形成する。

次に、半導体層２８を所定形状に形成後、この半導体層
２８を含む窒化シリコン膜２７上に例えばＩＴＯを堆積
し、これを所定形状にエツチングして表示画素電極２１
を形成する。

次に、表示画素電極２１、半導体層２８を含む窒化シリ
コン膜２７上に、例えばアルミニウムを堆積し、更にエ
ツチングして半導体層２８を挾んでデータ線Ｘｉと一体
のドレイン電極２９及び表示画素電極２１と一体のソー
ス電極３０を形成する。

次に、ドレイン電極２９、半導体層２８、表示画素電極
２１、及びソース電極３０上に、無機保護膜３１例えば
窒化シリコン膜及び有機保護膜３２例えばポリイミドを
順次形成した後、表示画素電極２１上の無機保護膜３１
と有機保護膜３２をエツチング除去する。

次に、６機保護膜３２上に、半導体層２８に対応して光
遮蔽電極３３を形成し、更にこの光遮蔽；１ｔ３３を覆
って有機保護膜３４を形成する。

次に、有機保護膜３４及び表示画素電極２１上に、液晶
配向膜３５を形成する。

上記のようにして、各部を形成した第１の基板２４に、
前述したように透明対向電極２２を形成した第２の基板
（図示せず）を所定間隔をもって配設し、周囲を封着し
、その間隙内に液晶２３を封入する。

さて、ゲート絶縁膜として酸化シリコン膜２６と窒化シ
リコン膜２７を基板温度３３０℃、ａ−Ｓｔ：Ｈ膜を３
００℃にて形成したａ−Ｓ　１ＴＦＴのＶ　ｌｈドリフ
ト試験結果を第５図（Ａ）に示す。十ＢＴストレス試験
の結果を見ると、各時間経過後において、低温形成した
ゲート絶縁膜を用いたａ−ＳｉＴＦＴの＋ＢＴストレス
試験結果である同図（Ｂ）、（Ｃ）の半分と非常に良好
な特性を示す。

又、第４図に示したように高温形成ゲート絶縁膜を用い
たａ−８ｉＴＦＴは、初期的にも、＋ＢＴストレス１０
０００ｓｅｃ後のΔｖｌｈは小さく良好な特性を示す。

このａ−３ｉＴＦＴを用いたアクティブマトリックス型
液晶表示装置は、初期的に良好な特性を示し、寿命的に
も十分良好な特性を示すことが判った。

ところで、第３図は上記実施例における表示電極アレイ
の一画素部分を示すもので、上述した第２図は第３図の
Ａ−Ｃ−Ｂ断面に相当する。但し、第３図においては、
図の繁雑さを避けるために、保護膜形成以前までに完成
された部分だけを図示した。

上記のように製造したアクティブマトリックス型液晶表
示装置の動作について述べると、ゲート線Ｙｊはアドレ
ス信号により順次走査駆動され、Ｔｆをフレーム走査周
期とすると、ＴＰＴ２０は行毎に（Ｔ　ｆ　／　ｎ　）
周期ずつ順次導通状態にされる。一方、このゲート線Ｙ
ｊの走査と同期して、データ線Ｘｉには例えばｍ並列の
画素信号が供給される。これにより、信号電圧は行毎に
順次、表示画素電極２１に導かれ、透明対向電極２２と
の間に挾持された液晶２３が励起されて画素表示がなさ
れる。

上記アクティブマトリックス型液晶表示装置の製造方法
によると、ゲート絶縁膜２６．２７を高温で形成するの
で、良好な膜質の絶縁膜が形成でき、ａ−ＳｉＴＦＴの
Ｖ、ゎドリフトが抑制でき、長寿命のアクティブマトリ
ックス型液晶表示装置が得られる。

尚、上記実施例では、ゲート絶縁膜の酸化シリコン膜及
び窒化シリコン膜を３３０℃で形成したが、更に高温で
形成した場合にも、良好な特性のアクティブマトリック
ス型液晶表示装置が得られる。

又、上記実施例では、窒化シリコン膜形成時にシラン（
ＳｉＨ４）とアンモニア（ＮＨ３）を用いる場合、シラ
ンに対するアンモニアの比を４としたが、それ以上の場
合にも同様の特性のアクティブマトリックス型液晶表示
装置が得られる。

［発明の効果コ 以上説明したように、この発明によれば、ａ−ＳｉＴＦ
Ｔの高性能化を確保でき、長寿命のアクティブマトリッ
クス型液晶表示装置の製造方法を提１共することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る製造方法を説明する
ために示したアクティブマトリックス型液晶表示装置の
主要部の断面図、第２図はアクティブマトリックス型液
晶表示装置の等価回路を示す回路構成図、第３図は第２
図の適用される表示電極アレーを示す平面図、第４図（
ａ）、（ｂ）はゲート絶縁膜形成温度に対するｖｌｈの
変化を示す特性曲線図、第５図はＢＴストレス試験に対
するドリフトａΔＶＩｈの変化を示す特性曲線図、第６
図は従来のアクティブマトリックス型液晶表示装置を示
す断面図である。 ２０・・・ＴＦＴ、２１・・・表示画素電極、２２・・
・透明対向電極、２３・・・液晶、２４・・・第１の基
板、２５・・・ゲート電極、２６・・・酸化シリコン膜
、２７・・・窒化シリコン膜、２８・・・半導体層、２
９・・・ドレイン電極、３０・・・ソース電極、３１・
・・無機保護膜、３２．３４・・・有機保護膜、３３・
・・光遮蔽膜、３５・・・液晶配設内膜。 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　絶縁基板上に設けられたゲート電極に対応してドレイ
   ン電極及びソース電極間に半導体薄膜を有し上記ゲート
   電極がゲート絶縁膜に覆われた薄膜トランジスタと、こ
   の薄膜トランジスタを覆い保護する無機保護膜及び有機
   保護膜と表示画素電極がマトリックス状に配列形成され
   た第１の基板と、透明基板の一主面上に透明対向電極を
   形成してなる第２の基板と、上記第１の基板と第２の基
   板との間に挾持される液晶とを備えたアクティブマトリ
   ックス型液晶表示装置の製造方法において、上記薄膜ト
   ランジスタのゲート絶縁膜が酸化シリコン膜と窒化シリ
   コン膜からなり、上記窒化シリコン膜形成時のガス比が
   アンモニアとシランの場合は、シランに対するアンモニ
   アの流量比が４以上、窒素とシランの場合は、シランに
   対する窒素の流量比が１０以上であり、上記窒化シリコ
   ン膜形成温度が３３０℃以上であることを特徴とするア
   クティブマトリックス型液晶表示装置の製造方法。