JPH06242467A - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本願は、画素電極の端が層間絶縁膜を介し
て、ドレインライン上にある構造をもつ液晶表示用薄膜
トランジスタ基板において、画素電極とドレインライン
との重畳部において生じる短絡や寄生容量を減少させ、
歩留の向上とクロストークの防止をはかるものである。 【構成】 ドレイン電極（１９）およびドレインライン
（２０）の全表面に陽極酸化膜（２３）が被覆された二
層絶縁膜構造である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高開口率、高歩留まり
およびクロストーク防止が達成された液晶表示装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、アクティブマトリックス型液晶表
示装置は、携帯用ＴＶ、ビデオモニター、液晶プロジェ
クターおよびＯＡ機器等のディスプレイ装置などに用い
られているが、これらの商品の画質は薄膜トランジスタ
が設けられる基板（以下、薄膜トランジスタ基板とい
う）の性能に大きく関係している。

【０００３】従来の薄膜トランジスタ基板の構造として
図１１、図１２に示すようなものがある。図１１は平面
図、図１２は図１１のＡ−Ａ′線に沿った断面図であ
る。先ずガラスより成る透明な絶縁性基板（５０）上
に、薄膜トランジスタのゲート電極（５１）がマトリッ
クス状に設けられ、このゲート電極（５１）と一体でゲ
ートライン（５２）が設けられている。このゲートライ
ン（５２）と平行に補助容量電極（５３）と、これと一
体の補助容量ラインが設けられている。

【０００４】これらの上層には、例えばＳｉＮｘより成
るゲート絶縁膜（５４）が積層され、前記薄膜トランジ
スタに対応するこのゲート絶縁膜（５４）上にはノンド
ープａ−Ｓｉ膜（５５）、不純物ドープａ−Ｓｉ膜（５
７）（５８）が設けられ、一方の不純物ド−プａ−Ｓｉ
膜（５７）上にはドレイン電極（５９）、他方の不純物
ド−プａ−Ｓｉ膜（５８）上にはソース電極（６１）が
設けられている。更には、ゲートライン（５２）とドレ
インライン（６０）で囲まれた領域には、点線で示す画
素電極（６２）が設けられている。この構造の薄膜トラ
ンジスタ基板は、以下の理由により開口率が低下する欠
点があった。第１の理由は、画素電極（６２）とドレイ
ンライン（６０）、画素電極（６２）とゲートライン
（５２）の短絡防止のために、画素電極（６２）がドレ
インライン（６０）およびゲートライン（５２）の内側
側辺より更に数μｍ内側に設けられていることである。
第２の理由は、補助容量電極（５３）がＡｌやＣｒ等の
光を遮断する金属で成っていることである。

【０００５】これらの問題を解決するために図９、図１
０で示される構造の薄膜トランジスタ基板があった。図
９は平面図、図１０は図９のＡ−Ａ′線に沿った断面図
である。この薄膜トランジスタ基板の特徴は、前述の構
成に加え、基板全面に層間絶縁膜（６３）が設けられて
いることである。層間絶縁膜（６３）が、画素電極（６
２′）とドレインライン（６０）、および画素電極（６
２′）とゲートライン（５２）との短絡を防止するため
に、画素電極（６２′）がドレインライン（６０）およ
びゲートライン（５２）上にまで延在でき、開口率を向
上できる特徴を有していた。また、図９においてゲート
ライン（５２）と一体の点線で示される突出部を設け
て、この突出部を含んだゲートライン（５２）と画素電
極（６２′）との重畳部で補助容量を形成し、補助容量
電極（５３）を省略して開口率を向上させる構成も考え
られた。なお、図９、図１０の図番は図１１、図１２と
共通のものについては、同じ番号を用いている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述の図９および図１
０で示される従来例において、電極材料としてＡｌを用
いた場合、製造過程において発生するヒロックや層間絶
縁膜（６３）のピンホールによって、特に画素電極（６
２）とドレインラインと（６０）の短絡が生じ、歩留ま
りが低下する問題を招いた。また、画素電極（６２）と
ドレインライン（６０）との間で寄生容量が生じ、クロ
ストークが発生するという問題もあった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記問題に鑑
みて成され、ドレイン電極およびドレインラインの表面
に自己酸化膜、特に陽極酸化膜を設けて解決するもので
ある。

【０００８】

【作用】ドレイン電極（１９）およびドレインライン
（２０）の表面に陽極酸化膜（２３）を設けることは、
画素電極（２２）とドレインライン（２０）との重畳部
は、従来の層間絶縁膜（２４）と、この陽極酸化膜（２
３）との二層絶縁膜となる。このことは、次のような作
用をもたらす。

【０００９】第一に、絶縁膜が二層になることによっ
て、各層にピンホールが生じても、画素電極（２２）と
ドレインライン（２０）間の短絡にまでいたる可能性が
減る。第二に、画素電極（２２）とドレインライン（２
０）の間の誘電膜の膜厚が増大することにより、画素電
極（２２）とドレインライン（２０）の間に生ずる寄生
容量が減少し、クロストークが減る。

【００１０】また、ドレインライン（２０）がＡｌの場
合、その表面に陽極酸化膜（２３）を設けると、特に無
孔質なＡｌ₂Ｏ₃膜は緻密な膜であるので、これがＡｌの
保護膜となる。そのため、上に内部応力の大きいＳｉＮ
ｘなどを積層しても、ヒロックの発生を防止する作用が
ある。

【００１１】

【実施例】本発明の実施例を図１、図２に示す。図１は
平面図、図２は図１のＡ−Ａ′線に沿った断面図であ
る。まず、透明な絶縁性基板（１０）上にゲート電極
（１１）、このゲート電極（１１）と一体のゲートライ
ン（１２）、補助容量電極（１３）、およびこの補助容
量電極（１３）と一体の補助容量ラインが設けられ、そ
の上にゲート絶縁膜（１４）が基板全面にわたって積層
されている。ここでゲート電極（１１）、ゲートライン
（１２）及び補助容量電極（１３）は、例えば約２００
０ÅのＡｌまたはＣｒより成り、ゲート絶縁膜（１４）
は約４０００ÅのＳｉＮｘより成る。

【００１２】このゲート絶縁膜（１４）上の前記ゲート
電極（１１）に対応する位置に約１０００Åのノンドー
プのａ−Ｓｉ層（以下、ａ−Ｓｉ層と略す）（１５）が
設けられ、その上にはＳｉＮｘより成る半導体保護膜
（１６）が約２５００Åで設けられている。更に、互い
に離間して、不純物がドープされた二つのａ−Ｓｉ層
（以下Ｎ⁺ａ−Ｓｉ層と略す）（１７）（１８）が約５
００Åの厚さで設けられ、その上には、それぞれドレイ
ン電極（１９）およびソース電極（２１）が設けられ、
ドレイン電極（１９）と一体のドレインライン（２０）
が、ゲートライン（１２）と交差する方向に延在されて
いる。

【００１３】このドレイン電極（１９）とドレインライ
ン（２０）の表面は全域にわたって自己酸化膜、例えば
熱酸化膜や陽極酸化膜（２３）で覆われている。図１の
斜線部分は、この自己酸化領域を示している。更に、基
板全面に例えばＳｉＮｘより成る層間絶縁膜（２４）が
設けられ、この上の前記ゲートライン（１２）と前記ド
レインライン（２０）に囲まれた領域に、画素電極（２
２）が設けられている。この画素電極（２２）は、ゲー
トライン（１２）上およびドレインライン（２０）上に
まで延在され、表示領域が広くなっている。そして、図
２のＣで示されるコンタクトホールを介して、ソース電
極（２１）と電気的に接続されている。

【００１４】更に図では省略したが、必要によりパシベ
ーション膜が設けられ、更に配向膜が設けられている。
以上の構成により薄膜トランジスタ基板が達成される。
一方、この薄膜トランジスタ基板と対向する位置に対向
電極を備えた対向基板が設けられ、この基板には少なく
ともトランジスタに対応する位置に遮光膜、および全面
に被覆された配向膜が設けられる。

【００１５】そして、この一対の基板を貼り合わせ基板
間には、一定の間隔を保持するためのスペーサが設けら
れ、基板周辺がシールされて中に液晶が注入されて液晶
表示装置となる。本発明の特徴は、ドレインライン（２
０）に自己酸化膜を設ける事にある。ここで自己酸化膜
は、例えば熱酸化膜や陽極酸化膜（２３）をいう。つま
り画素電極（２２）とドレインライン（２０）の重畳部
には、自己酸化膜と層間絶縁膜（２４）が二層設けられ
る。従って仮に各層にピンホールが有ったとしても一致
する事はまず無いため、ピンホールによる短絡を無くす
ことができる。また寄生容量を構成する誘電体層は、厚
さが増大するため、その値が小さくなり、クロストーク
を減らすことができる。

【００１６】ここで、クロストーク発生の原理を説明し
よう。図１において、画素電極（２２）とドレインライ
ン（２０）との重畳部で左側の面積をＳ_Dn、右側をＳ
_Dn+1、画素面積をＳ_p、補助容量面積をＳ_SCとすると、
Ｃ＝ε′ε₀Ｓ／ｄの式より各容量が求まり、それぞれ
Ｃ_Dn、Ｃ_Dn+1、Ｃ_p、Ｃ_SCとする。薄膜トランジスタが
ＯＦＦの時、一画素についての等価回路は図１３のよう
になると考えられるので、画素電圧Ｖｐはドレイン電圧
Ｖｄに依存し、Ｖｐの変化量ΔＶｐとＶｄの変化量ΔＶ
ｄとの間には、次式が成立する。

【００１７】

【数１】

【００１８】このΔＶｐが大きくなるとクロストークが
発生する。したがってクロストークを防止するために
は、上式で（Ｃ_Dn＋Ｃ_Dn+1）／（Ｃ_p＋Ｃ_SC）を小さく
すればよい。すなわち、画素電極（２２）とドレインラ
イン（２０）の重畳部の絶縁層を、層間絶縁膜（２４）
と陽極酸化膜（２３）の二層絶縁膜とすることによっ
て、結果的に誘電体層の厚みがまし、画素電極（２２）
とドレインライン（２０）の重畳部で発生する寄生容量
が減少し、（Ｃ_Dn＋Ｃ_Dn+1）の値が小さくなって、クロ
ストークを減らすことができる。

【００１９】また、ドレイン電極（１９）およびドレイ
ンライン（２０）として、Ａｌを用いる場合、表面に陽
極酸化膜（２３）Ａｌ₂Ｏ₃を設けると、この陽極酸化膜
（２３）が保護膜となってＡｌにヒロックが発生するの
を防ぐことができ、短絡の防止にもつながる。次に、薄
膜トランジスタ基板の製造方法を説明する。

【００２０】先ず図３の如く、絶縁性ガラス基板（１
０）上に、スパッタリング法や蒸着法等によりゲート電
極（１１）とこれと一体のゲートライン（１２）を形成
する工程がある。材料としては、ＣｒやＡｌ等があり、
ここでは約１５００ÅのＣｒを採用している。またここ
では補助容量電極（１３）と、これと一体の補助容量ラ
インが設けられているため、この工程に於いて同時に形
成される。

【００２１】続いて、図４の如く、プラズマＣＶＤ法で
ゲート絶縁膜（１４）、ａ−Ｓｉ層（１５）および半導
体保護膜（１６）を形成する工程がある。ここではＴＦ
Ｔ特性を良好とするため、Ｓｉを主体とした材料、約４
０００ÅのＳｉＮｘ膜、約１０００Åのａ−Ｓｉ膜およ
び約２５００ÅのＳｉＮｘをプラズマＣＶＤ法で連続で
成膜し、最上層のＳｉＮｘだけパターンして、半導体保
護膜（１６）形成する。

【００２２】次に、プラズマＣＶＤ法によりＮ⁺ａ−Ｓ
ｉを積層し、続いてＡｌ／Ｍｏをスパッタリングして、
このＡｌ／Ｍｏをパターン化してソース電極（２１）、
ドレイン電極（１９）およびこれと一体のドレインライ
ン（２０）形成する。更には、ドレイン電極（１９），
ソース電極（２１）をマスクとしてソースおよびドレイ
ンに対応するＮ⁺ａ−Ｓｉ層（１７），（１８）および
ａ−Ｓｉ層（１５）をパターン化して図５の構造を得
る。

【００２３】続いて図６の如く、ドレイン電極（１９）
と、これと一体のドレインライン（２０）の全面に自己
酸化膜を形成する工程がある。自己酸化膜は、例えば熱
酸化膜や陽極酸化膜であり、画素電極（２２）をドレイ
ンライン（２０）上に重畳させる際の短絡を考慮して設
けられるので、全面ではなく重畳部だけに設けてもよ
い。

【００２４】自己酸化膜の膜質としては陽極酸化膜の方
が、無孔質で緻密な膜が形成されるため、ここでは陽極
酸化膜（２３）を用いている。陽極酸化溶液としては、
例えば酒石酸をエチレングリコールまたはプロピレング
リコールで希釈した約ＰＨ７の混合液を使用する。そし
て、この溶液中で本基板のゲートに負バイアス、ドレイ
ンに正バイアスを加えてＡｌ表面を陽極酸化しＡｌ₂Ｏ₃
膜を形成する。

【００２５】この製造方法の特徴は、ゲートに負バイア
スを加える点にある。これによって、ソース・ドレイン
間の導通が遮断され、ドレインのみに正バイアスが加わ
り、ドレイン電極（１９）およびドレインライン（２
０）が陽極酸化されることになる。ソース電極（２１）
の陽極酸化は、画素電極（２２）との電気的コンタクト
をとる際、製造過程で手間がかかるので不要であるが、
この方法ならソース電極（２１）が陽極酸化されるのを
防ぐことができる。

【００２６】続いて図７の如く、少なくともドレインラ
イン（２０）上に層間絶縁膜（２４）を積層する工程が
ある。ここでこの絶縁膜は、ポリイミド等の樹脂でも良
いし、ＳｉＮｘやＳｉＯ₂でも良い。更に図８に示すよ
うに、ＩＴＯを形成し、パターン化して画素電極（２
２）を形成する。ここで、図のＣの部分で画素電極（２
２）はソース電極（２１）と電気的に接続している。こ
の接続部は層間絶縁膜（２４）にコンタクトホールを形
成して、ＩＴＯ膜の形成時に一部を埋めこませて形成す
る。最後に、必要に応じてファイナルパシベーション、
更に配向膜を積層して本発明の薄膜トランジスタ基板が
得られる。

【００２７】図１において、点線に囲まれた領域で示さ
れる、ゲートライン（１２）と一体の付加容量部を形成
し、補助容量電極（１３）を取り除いた構造の実施例も
ある。この場合でも、ドレインライン（２０）と画素電
極（２２）との重畳部が二層絶縁膜になるという構造は
前記実施例と同様である。また、製造方法については、
前記図３で示される工程のＣｒのパターン化の際に、使
用するマスクパターンが前記実施例のパターンと異なっ
ているのみである。

【００２８】

【発明の効果】ドレイン電極およびドレインラインを陽
極酸化膜で被覆し、従来の層間絶縁膜と合せて、二層絶
縁膜構造としたことは、画素電極とドレインラインの重
畳部での短絡を防止し、歩留まりが向上した。また、絶
縁膜の膜厚が増大するので寄生容量が減少し、クロスト
ークの防止につながった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の平面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ′線の断面図である。

【図３】本発明の実施例の製造工程の断面図である。

【図４】本発明の実施例の製造工程の断面図である。

【図５】本発明の実施例の製造工程の断面図である。

【図６】本発明の実施例の製造工程の断面図である。

【図７】本発明の実施例の製造工程の断面図である。

【図８】本発明の実施例の製造工程の断面図である。

【図９】従来の液晶表示装置の平面図である。

【図１０】図９のＡ−Ａ′線の断面図である。

【図１１】従来の液晶表示装置の平面図である。

【図１２】図１１のＡ−Ａ′線の断面図である。

【図１３】本発明の液晶表示装置の一画素の等価回路図
である。

【符号の説明】

１０ 透明絶縁性基板 １１ ゲート電極 １２ ゲートライン １３ 補助容量電極 １４ ゲート絶縁膜 １５ ａ−Ｓｉ層 １６ 半導体保護膜 １７，１８ Ｎ⁺ａ−Ｓｉ層 １９ ドレイン電極 ２０ ドレインライン ２１ ソース電極 ２２ 画素電極 ２３ 陽極酸化膜 ２４ 層間絶縁膜

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明な絶縁性基板上に設けられた複数の
   ゲートラインと、この複数のゲートラインに直交して設
   けられた複数のドレインラインと、前記ゲートラインと
   前記ドレインラインとの交点に設けられたソース電極、
   ドレイン電極、ゲート電極及び非単結晶シリコン膜より
   成る薄膜トランジスタと、前記ゲートラインと前記ドレ
   インラインに囲まれた領域に設けられた画素電極とを少
   なくとも有する液晶表示装置において、 前記ドレイン電極および前記ドレインラインは金属材料
   により成り、このドレイン電極およびドレインラインの
   表面が自己酸化膜により被覆されており、更に、この自
   己酸化膜を少なくとも覆う層間絶縁膜が設けられ、これ
   を介して前記画素電極が前記ドレインライン上にまで延
   在されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記ドレイン電極および前記ドレインラ
   インはアルミニウムまたはタンタルで成ることを特徴と
   する請求項１記載の液晶表示装置。
3. 【請求項３】 前記自己酸化膜は、陽極酸化膜より成る
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の液晶表
   示装置。
4. 【請求項４】 透明な絶縁性基板上に、ゲート電極およ
   びこれと一体のゲートラインを形成する工程と、このゲ
   ート電極およびゲートラインを覆うゲート絶縁膜を形成
   する工程と、このゲート絶縁膜上の前記ゲート電極に対
   応する領域に、非単結晶シリコン膜を形成する工程と、
   この非単結晶シリコン膜上にソース電極、ドレイン電
   極、更にこのドレイン電極と一体で前記ゲートラインと
   交差する方向にドレインラインを形成する工程と、この
   ドレイン電極およびドレインラインの表面に陽極酸化膜
   を形成する工程と、この陽極酸化膜を少なくとも覆う層
   間絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上の前記
   ゲートラインおよび前記ドレインラインに囲まれた領域
   に画素電極を形成する工程とを少なくとも有することを
   特徴とする液晶表示装置の製造方法。
5. 【請求項５】 前記陽極酸化膜は、陽極酸化溶液中で、
   ゲート電極に、薄膜トランジスタをオフ状態とするバイ
   アスを加えドレイン電極およびドレインラインに正バイ
   アスを加えて形成することを特徴とする液晶表示装置の
   製造方法。