JPH05323361A - アクティブマトリックス型画像表示パネルとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 画質と応答速度が共に優れたアクティブマト
リックス型画像表示パネルとその製造方法を提供するこ
と。 【構成】 画素密度に対応してマトリックス状に配置さ
れたスイッチング素子とこのスイッチング素子を駆動す
るドライブ回路とを同一のガラス基板３上に備えたアク
ティブマトリックス型画像表示パネルで、上記スイッチ
ング素子とドライブ回路の主要部を構成する薄膜トラン
ジスタアレイ４１、１が共にポリシリコンを活性層４
２、５２とし、かつ、ドライブ回路における活性層４２
の膜厚がスイッチング素子における活性層５２の膜厚よ
り大きく設定されていることを特徴とするもので、スイ
ッチング素子用トランジスタのオフ電流の低減とドライ
ブ回路におけるトランジスタの高移動度とを同時に達成
することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＴＶ、ＶＴＲ、コンピ
ュータ等の画像情報出力デバイスとして利用可能なアク
ティブマトリックス型の液晶ディスプレイやプラズマデ
ィスプレイ等画像表示パネルとその製造方法に係り、特
に、画質並びに応答速度が共に良好なアクティブマトリ
ックス型画像表示パネルとその製造方法の改良に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】この種のアクティブマトリックス型画像
表示パネルとして液晶ディスプレイを例に挙げて説明す
ると、この液晶ディスプレイは、図１１〜図１２に示す
ようにスイッチング素子用薄膜トランジスタアレイａと
このアレイａによって駆動される透明な表示電極ｂが画
素密度に対応してマトリックス状に配置されたガラス基
板ｃと、このガラス基板ｃ上に積層された液晶層ｄと、
この液晶層ｄ上に積層されたカラーフィルタｅと、この
カラーフィルタｅ上に積層された第二ガラス基板ｆと、
この第二ガラス基板ｆの表面並びに上記ガラス基板ｃの
背面にそれぞれ積層された偏光板ｇとでその主要部が構
成され、上記薄膜トランジスタアレイａのドレイン電極
ｈからは各ライン毎に引出し電極としてドレインバスＤ
が引出され、他方、ゲート電極ｊからは各ライン毎に引
出し電極としてゲートバスＧが引出されており、薄膜ト
ランジスタアレイａ群の周囲に配置されドライブ回路を
構成するデータドライバｋとスキャンドライバｍによっ
てそれぞれドレインバスＤ、ゲートバスＧを介し以下に
示す各画素のアクティブ駆動が行われるものである。

【０００３】すなわち、図１３の回路図に示すように線
順次方式でゲートバスＧ₁ 、Ｇ₂ 、……、Ｇ_n を順々に
走査して一時ゲートバスＧ上の全てのＦＥＴを一斉に導
通（ＯＮ）状態にする一方、上記ドレインバスＤ₁ 、Ｄ
₂ 、……、Ｄ_n を介しこの導通状態にあるＦＥＴに接続
された全のキャパシタｐに信号電荷を供給して蓄電させ
る。この蓄電された信号電荷により液晶ｑが励起されて
各画素は透明状態となる。

【０００４】次に、線順次方式で上記ゲートバスＧ₁ 、
Ｇ₂ 、……、Ｇ_n を順々に走査してその一部のゲートバ
スＧを選択的に導通（ＯＮ）状態にし、かつ、上記ドレ
インバスＤ₁ 、Ｄ₂ 、……、Ｄ_n を介し０Ｖの信号を一
様に入力することにより導通状態にあるＦＥＴに接続さ
れたキャパシタｐから信号電荷が放出されてその部位の
画素が不透明となる一方、オフ（ＯＦＦ）状態にあるＦ
ＥＴに接続されたキャパシタｐからは信号電荷が放出さ
れないためこの信号電荷で透明状態にある画素との対比
で所望の画像が表現されるものであった。

【０００５】ところで、この種のアクティブマトリック
ス型画像表示パネルにおいては、従来、アモルファスシ
リコンを活性層とした薄膜半導体でスイッチング素子を
構成する一方、データドライバｋやスキャンドライバｍ
等のドライブ回路については別体のＩＣ（集積回路）を
外付で適用した構造のものが主流を占めている。

【０００６】しかし、この構造のものを製造する場合、
上記スイッチング素子とＩＣとを別々の工程で製造する
必要があり、しかもスイッチング素子群とＩＣで構成さ
れたドライブ回路とをボンディングする工程が必要にな
るためその製造が繁雑でかつ接続不良に伴う欠陥品も多
量に生ずる欠点があった。

【０００７】このため、近年、図１４に示すようにポリ
シリコンを活性層とした薄膜半導体でスイッチング素子
とドライブ回路の半導体素子とを各々構成した構造のも
のが盛んに利用されるようになってきている。

【０００８】尚、図１４中、Ｇはゲート電極、Ｄはドレ
イン電極、Ｓはソース電極、ｔはポリシリコンより成る
活性層、ｒは絶縁層を示している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このような構造を採る
ことで上記スイッチング素子とドライブ回路の半導体素
子とを同一の絶縁性基板上へしかも同一工程で形成でき
るためその製造効率を飛躍的に向上できる利点がある反
面、ポリシリコンを活性層とした薄膜半導体素子により
スイッチング素子とドライブ回路の半導体素子とが共に
構成されることになるため、これ等スイッチング素子と
ドライブ回路における半導体素子とのトランジスタ特性
に差異を持たせることが困難になり、得られたアクティ
ブマトリックス型画像表示パネルの特性が低下してしま
う問題点があった。

【００１０】すなわち、表示パネルの画質を上げるため
には上記スイッチング素子を構成する半導体素子の低オ
フ電流特性が優先して要求されるのに対し、表示パネル
の高速応答性や表示パネルの大型化を図るためにはドラ
イブ回路の主要部を構成する半導体素子の活性層の電子
移動度が高いことが優先して要求され、従って、同一の
ポリシリコンで各半導体素子の活性層を構成する限り両
者の目的を同時に達することは困難であった。

【００１１】このため、中間的な性質を示すポリシリコ
ンを適用してスイッチング素子におけるオフ電流特性の
低減とドライブ回路における半導体素子の高移動度を図
っているが十分ではなく、得られたアクティブマトリッ
クス型画像表示パネルの特性が低下してしまう問題点が
あった。

【００１２】尚、アモルファスシリコン層を一様に成膜
した後、ドライブ回路における半導体素子の活性層に対
応した部位にレーザビームを選択的に照射してその部位
を結晶化させ、スイッチング素子用の活性層をアモルフ
ァスシリコンで構成する一方ドライブ回路における半導
体素子の活性層をポリシリコンで構成することにより両
者の目的を同時に達成する方法も考案されているが、Ｉ
Ｃを外付する方法と同様に製造効率が極めて悪く現実的
には適用困難な方法であった。

【００１３】本発明はこのような問題点に着目してなさ
れたもので、その課題とするところは、画質並びに応答
速度が共に良好なアクティブマトリックス型画像表示パ
ネルとその製造方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】すなわち請求項１に係る
発明は、画素密度に対応してマトリックス状に配置され
たスイッチング素子用の薄膜半導体素子群と、これ等ス
イッチング素子の周囲に配置され各スイッチング素子を
駆動する薄膜半導体素子群を有するドライブ回路とを同
一の絶縁性基板上に備えるアクティブマトリックス型画
像表示パネルを前提とし、上記スイッチング素子用薄膜
半導体素子群の活性層がその膜厚を薄く設定したポリシ
リコン層により構成され、かつ、ドライブ回路における
薄膜半導体素子群の活性層がスイッチング素子用薄膜半
導体素子群の活性層よりその膜厚を厚く設定したポリシ
リコン層により構成されていることを特徴とするもので
あり、他方、請求項２に係る発明は、請求項１に係るア
クティブマトリックス型画像表示パネルを製造する方法
を前提とし、ポリシリコン層を一様に成膜するポリシリ
コン層成膜工程と、この成膜されたポリシリコン層の上
記スイッチング素子用薄膜半導体素子群の活性層に対応
する表面部位を選択的にエッチングしてその膜厚を薄く
設定するエッチング工程、とを具備することを特徴とす
るものである。

【００１５】このような技術的手段においてポリシリコ
ン層を成膜する手段としては、化学的気相成長法（ＣＶ
Ｄ法）が適用でき、例えば、ＳｉＨ₄ 、Ｓｉ₂ Ｈ₆ 、Ｓ
ｉ₃Ｈ₈ 等の水素化珪素を用いた熱ＣＶＤ法、Ｓｉ
Ｈ₄ 、Ｓｉ₂ Ｈ₆ 、Ｓｉ₃ Ｈ₈ 等の水素化珪素、ＳｉＨ
_m Ｘ_4-m （但し、ｍは１〜４好ましくは２〜４、ＸはＣ
ｌ又はＦ原子好ましくはＦ原子である）で示されるハロ
ゲン化シラン、ＳｉＦ₄ 、ＳｉＣｌ₄ 、Ｓｉ₂ Ｆ₆ より
任意に選択されたハロゲン化珪素を用いるプラズマＣＶ
Ｄ法等が適用できる。尚、一旦アモルファスシリコン層
を一様に成膜しこれを結晶化アニール処理によりポリシ
リコン層にする方法でポリシリコン層を形成してもよ
い。

【００１６】また、成膜時におけるポリシリコン層の膜
厚については、上記ドライブ回路における活性層の高移
動度（電子移動度：μ≧３０cm² ／ｖ・ｓ）を図る観点
から１０００〜１００００オングストローム程度に設定
することが望ましい。

【００１７】次に、成膜されたポリシリコン膜をエッチ
ングしてその膜厚を薄く設定するエッチング手段として
は特に制限はなくウエットエッチング法でもドライエッ
チング法でも適用可能である。この場合、所定の膜厚で
エッチングが止められるように、例えば、ウエットエッ
チング法を適用した際にはエッチャントの種類や処理温
度、処理時間等のファクターを適宜調整し、また、プラ
ズマエッチング等のドライエッチング法を適用した際に
はエッチャントガスの種類並びに供給速度、適用圧力、
ＲＦ出力、処理時間等のファクターを適宜調整して処理
することを要する。

【００１８】そして、エッチング処理後におけるポリシ
リコン層の膜厚については、スイッチング素子における
活性層のオフ電流特性の低減（Ｉ_OFF ≦１０^-12 Ａ）を
図る観点から１００〜１０００オングストローム程度に
設定することが望ましい。

【００１９】尚、ポリシリコンを活性層とする薄膜半導
体素子の構造としては従来例に挙げられた『ボトムゲー
ト型』の半導体素子や『トップゲート型』の半導体素子
等任意である。

【００２０】

【作用】請求項１に係る発明によれば、スイッチング素
子用薄膜半導体素子群の活性層がその膜厚を薄く設定し
たポリシリコン層により構成されているためその膜厚効
果により抵抗が上がりオフ電流の低減が図れる一方、上
記ドライブ回路における薄膜半導体素子群の活性層がス
イッチング素子用薄膜半導体素子群の活性層よりその膜
厚を厚く設定したポリシリコン層により構成されそのポ
リシリコン層の結晶粒径が大きいため電子移動度を高め
ることが可能となる。

【００２１】他方、請求項２に係る発明によれば、ポリ
シリコン層を一様に成膜するポリシリコン層成膜工程
と、この成膜されたポリシリコン層の上記スイッチング
素子用薄膜半導体素子群の活性層に対応する表面部位を
選択的にエッチングしてその膜厚を薄く設定するエッチ
ング工程、とを具備しているため、それぞれ要求特性が
異なるスイッチング素子用薄膜半導体素子群とドライブ
回路における薄膜半導体素子群とを同一の絶縁性基板上
へ選択的に簡便かつ確実に形成することが可能になる。

【００２２】

【実施例】以下、アクティブマトリックス型液晶表示パ
ネルに適用された実施例について図面を参照して詳細に
説明すると、この実施例に係るアクティブマトリックス
型液晶表示パネルは、図１〜図２に示すようにスイッチ
ング素子用薄膜トランジスタアレイ１とこのアレイ１に
よって駆動される透明な表示電極２が画素密度に対応し
てマトリックス状に配置されたガラス基板３と、このガ
ラス基板３上に積層された液晶層４と、この液晶層４上
に積層されたカラーフィルタ５と、このカラーフィルタ
５上に積層された第二ガラス基板６と、この第二ガラス
基板６の表面並びに上記ガラス基板３の背面にそれぞれ
積層された偏光板７とでその主要部が構成され、上記薄
膜トランジスタアレイ１のドレイン電極１０からは各ラ
イン毎に引出し電極としてドレインバスＤが引出され、
他方、ゲート電極１１からは各ライン毎に引出し電極と
してゲートバスＧが引出されており、薄膜トランジスタ
アレイ１群の周囲に配置されドライブ回路を構成するデ
ータドライバ８１とスキャンドライバ８２によってそれ
ぞれドレインバスＤ、ゲートバスＧを介し従来と同様に
各画素のアクティブ駆動が行われるように構成されてい
るものである。

【００２３】そして、このアクティブマトリックス型液
晶表示パネルにおいてはそのドライブ回路の薄膜トラン
ジスタアレイ４１とスイッチング素子用の薄膜トランジ
スタアレイ１とが図３に示すようにポリシリコンを活性
層とした『トップゲート型』薄膜トランジスタで構成さ
れている。

【００２４】すなわち、ドライブ回路の薄膜トランジス
タアレイ４１は、ガラス基板３上に形成された膜厚５０
００オングストロームのポリシリコン製の活性層４２
と、この活性層４２にそれぞれ接続されて設けられたク
ロム製のソース電極４３並びにドレイン電極４４と、こ
れ等面上に成膜されたＳｉＮ_x 製のゲート絶縁膜４５
と、上記活性層４２の対向部位に設けられたアルミニウ
ム製のゲート電極４６と、上記ソース電極４３とドレイ
ン電極４４にそれぞれ接続されたアルミニウム製の配線
部４７とでその主要部が構成されており、他方、上記ス
イッチング素子用の薄膜トランジスタアレイ１は、ガラ
ス基板３上に形成された膜厚５００オングストロームの
ポリシリコン製の活性層５２と、この活性層５２にそれ
ぞれ接続されて設けられたクロム製のドレイン電極１０
並びにＩＴＯ（酸化インジウム錫）製の表示電極２と、
これ等面上に成膜されたＳｉＮ_x 製のゲート絶縁膜５５
と、上記活性層５２の対向部位に設けられたアルミニウ
ム製のゲート電極１１と、上記ドレイン電極１０に接続
されたアルミニウム製の配線部５７とでその主要部が構
成されている。

【００２５】この様にこのアクティブマトリックス型液
晶表示パネルにおいては、上記スイッチング素子用薄膜
トランジスタアレイ１の活性層５２がその膜厚を薄く
（５００オングストローム）設定したポリシリコン層に
より構成されているためその膜厚効果により抵抗が上が
りオフ（ＯＦＦ）電流の低減が図れる一方、上記ドライ
ブ回路における薄膜トランジスタアレイ４１群の活性層
４２がスイッチング素子用薄膜トランジスタアレイ１群
の活性層５２よりその膜厚を厚く（５０００オングスト
ローム）設定したポリシリコン層により構成されている
ため膜厚が大きい分だけそのポリシリコン層の結晶粒径
が大きくなり電子移動度を高めることが可能になってい
る。

【００２６】従って、スイッチング素子用薄膜トランジ
スタアレイ１群のオフ（ＯＦＦ）電流が低減するためこ
れ等スイッチング素子用薄膜トランジスタアレイ１を作
動させて表示した画素部と表示させない画素部との明確
な差別化が図れて表示画質が良好になる利点を有してお
り、かつ、ドライブ回路における薄膜トランジスタアレ
イ４１群の電子移動度が高まるため応答速度の向上と表
示パネルの大型化が図れる利点を有している。

【００２７】『アクティブマトリックス型液晶表示パネ
ルの製造工程』以下、実施例に係るアクティブマトリッ
クス型液晶表示パネルの製造法について説明すると、図
４に示すようにガラス基板３面上に厚さ５０００オング
ストロームのポリシリコン層２０を熱ＣＶＤ法により一
様に成膜した。

【００２８】尚、成膜条件は以下の通りであった。

【００２９】適用ガス：ＳｉＨ₄ 適用圧力：常圧 基板温度：６００℃ 次に、ドライブ回路を形成する部位にレジスト膜２１を
パターン状に設けた後、上記ポリシリコン層２０につい
てプラズマエッチング処理を施し図５に示すようにレジ
スト膜２１から露出するポリシリコン層２０の表面部位
を除去して厚さ５００オングストロームの薄膜ポリシリ
コン層２２を形成した。

【００３０】尚、エッチング条件は以下の通りであっ
た。

【００３１】 適用ガス：ＣＦ₄ （９５％）＋Ｏ₂ （５％） 供給速度：４０ｓｃｃｍ 適用圧力：１７Ｐａ ＲＦ出力：０．０８Ｗ／cm² 次いで、上記ポリシリコン層２０と薄膜ポリシリコン層
２２上へ図６に示すようにレジスト膜２１を形成し、か
つ、同じくプラズマエッチング処理を施してそれぞれ活
性層４２、５２を形成すると共に、これ等活性層４２、
５２に接続させてクロム製のドライブ回路用のソース電
極４３並びにドレイン電極４４とスイッチング素子用の
ドレイン電極１０とを形成し（図７参照）、更に、図８
に示すように活性層５２の残りの一方側にＩＴＯ（酸化
インジウム錫）で構成された透明な表示電極２を形成し
た。

【００３２】そして、ＳｉＮ_x 製のゲート絶縁膜４５、
５５を一様に成膜し、かつ、図９に示すようにこれにコ
ンタクトホール６０を開設した後、アルミニウム製のゲ
ート電極４６、１１と配線部４７、５７を形成して図１
０に示すような薄膜トランジスタアレイ４１、１を完成
し、かつ、従来と同様な各工程を経て図１に示したアク
ティブマトリックス型液晶表示パネルを製造した。

【００３３】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、スイッチ
ング素子用薄膜半導体素子群のオフ電流が低減するため
これ等スイッチング素子用薄膜半導体素子を作動させて
表示した画素部と表示させない画素部との明確な差別化
が図れて表示画質が良好になる効果を有しており、か
つ、ドライブ回路における薄膜半導体素子群の電子移動
度が高まるため応答速度の向上と表示パネルの大型化が
図れる効果を有している。

【００３４】他方、請求項２に係る発明によれば、それ
ぞれ要求特性が異なるスイッチング素子用薄膜半導体素
子群とドライブ回路における薄膜半導体素子群とを同一
の絶縁性基板上へ選択的に簡便かつ確実に形成すること
が可能になる。

【００３５】従って、画質及び応答速度が共に良好な大
画面のアクティブマトリックス型画像表示パネルを安価
に製造できる効果を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係るアクティブマトリックス型液晶表
示パネルの概略斜視図。

【図２】スイッチング素子用の薄膜トランジスタアレイ
の概略斜視図。

【図３】図１のIII-III 面の一部断面図。

【図４】実施例に係るアクティブマトリックス型液晶表
示パネルの製造工程図。

【図５】実施例に係るアクティブマトリックス型液晶表
示パネルの製造工程図。

【図６】実施例に係るアクティブマトリックス型液晶表
示パネルの製造工程図。

【図７】実施例に係るアクティブマトリックス型液晶表
示パネルの製造工程図。

【図８】実施例に係るアクティブマトリックス型液晶表
示パネルの製造工程図。

【図９】実施例に係るアクティブマトリックス型液晶表
示パネルの製造工程図。

【図１０】実施例に係るアクティブマトリックス型液晶
表示パネルの製造工程図。

【図１１】従来のアクティブマトリックス型液晶表示パ
ネルの概略斜視図。

【図１２】従来のスイッチング素子用の薄膜トランジス
タアレイの概略斜視図。

【図１３】アクティブマトリックス型液晶表示パネルの
回路図。

【図１４】図１１のＸIV−ＸIV面の一部断面図。

【符号の説明】

１ 薄膜トランジスタアレイ ３ ガラス基板 ４１ 薄膜トランジスタアレイ ４２ 活性層 ５２ 活性層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画素密度に対応してマトリックス状に配
   置されたスイッチング素子用の薄膜半導体素子群と、こ
   れ等スイッチング素子の周囲に配置され各スイッチング
   素子を駆動する薄膜半導体素子群を有するドライブ回路
   とを同一の絶縁性基板上に備えるアクティブマトリック
   ス型画像表示パネルにおいて、 上記スイッチング素子用薄膜半導体素子群の活性層がそ
   の膜厚を薄く設定したポリシリコン層により構成され、
   かつ、ドライブ回路における薄膜半導体素子群の活性層
   がスイッチング素子用薄膜半導体素子群の活性層よりそ
   の膜厚を厚く設定したポリシリコン層により構成されて
   いることを特徴とするアクティブマトリックス型画像表
   示パネル。
2. 【請求項２】 請求項１に係るアクティブマトリックス
   型画像表示パネルを製造する方法において、 ポリシリコン層を一様に成膜するポリシリコン層成膜工
   程と、 この成膜されたポリシリコン層の上記スイッチング素子
   用薄膜半導体素子群の活性層に対応する表面部位を選択
   的にエッチングしてその膜厚を薄く設定するエッチング
   工程、とを具備することを特徴とするアクティブマトリ
   ックス型画像表示パネルの製造方法。