JPH0990425A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボトムゲート型薄膜トランジスタを用いたア
クティブマトリクス型表示装置の駆動基板側にブラック
マトリクスを形成して光漏れを有効に防止する。 【解決手段】 表示装置は間隙を介して互いに接合した
駆動基板１及び対向基板２と、この間隙に保持された電
気光学物質３を備えている。駆動基板１にはゲート電極
６、ゲート絶縁膜７、半導体薄膜８を下から順に積層し
たボトムゲート型の薄膜トランジスタ５が集積形成され
ている。さらに、遮光性を有する配線パタン１０と層間
絶縁膜１２を介して配線パタン１０の上方に位置する遮
光性の金属パタン１３と、トランジスタ５に接続する画
素電極４とを備えている。配線パタン１０と金属パタン
１３は互いに部分的に重なり合い格子状のブラックマト
リクスの少なくとも一部を形成して画素電極４の周囲を
遮光している。配線パタン１０と金属パタン１３の端部
同志が重なり合った部分の幅寸法Ａは両パタンの間に介
在する層間絶縁膜１２の厚み寸法Ｂより大きく設定され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアクティブマトリク
ス型の表示装置に関する。より詳しくは、画素電極及び
ボトムゲート型薄膜トランジスタが集積形成された駆動
基板の遮光構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１１を参照して従来のアクティブマト
リクス型表示装置の一例を簡潔に説明する。図示する様
に、従来の表示装置は所定の間隙を介して互いに接合し
た駆動基板１０１及び対向基板１０２と、この間隙に保
持された液晶１０３等の電気光学物質とを備えている。
駆動基板１０１にはボトムゲート型の薄膜トランジスタ
１０４と画素電極１０５とが集積形成されている。薄膜
トランジスタ１０４はゲート電極１０６、陽極酸化膜１
０７、ゲート絶縁膜１０８、半導体薄膜１０９を下から
順に積層したボトムゲート構造を有している。薄膜トラ
ンジスタ１０４は第１層間絶縁膜１１０により被覆され
ている。その上には配線パタン１１１が形成されてお
り、薄膜トランジスタ１０４のソース領域Ｓ及びドレイ
ン領域Ｄに接続している。配線パタン１１１は第２層間
絶縁膜１１２により被覆されており、その上に前述した
画素電極１０５がパタニング形成されている。画素電極
１０５は片方の配線パタン１１１を介してドレイン領域
Ｄに電気接続している。一方、対向基板１０２の内表面
には対向電極１１３が全面的に形成されてる。さらに、
駆動基板１０１側の画素電極１０５の開口部以外を遮閉
する様に金属膜からなるブラックマトリクス１１４がパ
タニング形成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一般に、ボトムゲート
型の薄膜トランジスタは画素の高精細化が進んでいない
大面積のアクティブマトリクス型液晶表示装置に形成さ
れている。例えば、４インチ以上の対角寸法を有するＶ
ＧＡ型の液晶表示装置に使用され、その画素数は６４０
画素×４８０画素程度である。画面寸法に比べ画素数が
比較的少ない為、画素電極は微細化もしくは高精細化さ
れておらず、十分な画素電極の面積を確保できていた。
従って、対向基板側にブラックマトリクスを設けた場合
でも実用的には十分な画素開口率が得られ表示装置の透
過率も特に問題はなかった。しかしながら、画素の高精
細化が進むと、これに応じて薄膜トランジスタも微細化
しなければならないが、実際には半導体の微細加工限界
に至る為トランジスタサイズを縮小できず、その分画素
電極の面積が犠牲になってくる。さらに、対向基板側に
ブラックマトリクスを設けた従来の構造では、対向基板
と駆動基板の位置合わせ誤差を吸収する為、ブラックマ
トリクスのマージンが必要になり、その分画素開口率が
犠牲になる。微細化が進むとこの点が問題となり、従来
のボトムゲート型薄膜トランジスタを用いた大型の液晶
表示装置では画素の高精細化が困難な状況にあった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題を解決する為以下の手段を講じた。即ち、本発明にか
かる表示装置は基本的な構成として、所定の間隙を介し
て互いに接合した駆動基板及び対向基板と、該間隙に保
持された電気光学物質とを備えている。前記駆動基板は
薄膜トランジスタを有する。この薄膜トランジスタはゲ
ート電極、ゲート絶縁膜及び半導体薄膜を下から順に積
層したボトムゲート型である。前記駆動基板はさらに、
遮光性を有する配線パタンと、層間絶縁膜を介して該配
線パタンの上方に位置する遮光性の金属パタンと、該薄
膜トランジスタに接続する画素電極とを有する。一方、
前記対向基板は対向電極を有する。特徴事項として、前
記配線パタンと金属パタンは互いに部分的に重なり合い
格子状のブラックマトリクスの少なくとも一部を形成し
て該画素電極の周囲を遮光する。この際、前記配線パタ
ンと金属パタンの端部同志が重なり合った部分の幅寸法
は、両パタンの間に介在する該層間絶縁膜の厚み寸法よ
り大きく設定されている。好ましくは、前記金属パタン
はＴｉ，Ｍｏ，Ａｌ，ＡｌＳｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｃｒ及びＮ
ｉＣｒから選択された金属材料を用いる。又好ましく
は、前記ブラックマトリクスは、該薄膜トランジスタの
ゲート電極に接続する行状のゲート配線パタンと、該薄
膜トランジスタに信号を供給する列状の信号配線パタン
と、該薄膜トランジスタの上方を含む範囲を遮光する金
属パタンとで構成される。

【０００５】本発明によれば、ボトムゲート型の薄膜ト
ランジスタを集積形成したアクティブマトリクス型の表
示装置において、画素部の開口率を向上させる為、ブラ
ックマトリクスを駆動基板上に形成した所謂オンチップ
ブラック構造を採用している。即ち、画素電極をスイッ
チング駆動するボトムゲート型薄膜トランジスタの部分
に遮光性の金属パタンを独自に設ける事により、従来対
向基板側に形成されていたブラックマトリクスを不要に
した。これにより、駆動基板と対向基板の位置合わせ精
度により決定されていた公差が小さくでき、その分駆動
基板側のブラックマトリクスのマージンを縮小化でき、
画素開口部の面積を拡大可能にし開口率の改善を図って
いる。このオンチップブラック構造では遮光性を有する
配線パタンと同じく遮光性を有する金属パタンを互いに
部分的に重ねて格子状のブラックマトリクスの少なくと
も一部を形成している。この際、配線パタンと金属パタ
ンの端部同志が重なり合った部分の幅寸法を、両パタン
の間に介在する層間絶縁膜の厚み寸法より大きく設定し
ている。これにより、配線パタンと金属パタンの間で光
漏れが発生しない様にしている。この結果、アクティブ
マトリクス型表示装置のコントラスト比の低下を防止で
きる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の最良
な実施形態を詳細に説明する。図１は本発明にかかるア
クティブマトリクス型表示装置の基本的な構造を示す模
式的な部分断面図である。図示する様に、本表示装置は
所定の間隙を介して互いに接合した駆動基板１及び対向
基板２と、この間隙に保持された液晶等の電気光学物質
３とを備えている。駆動基板１には画素電極４とこれを
スイッチング駆動する薄膜トランジスタ５とが集積形成
されている。薄膜トランジスタ５はゲート電極６、ゲー
ト絶縁膜７及び半導体薄膜８を下から順に積層したボト
ムゲート型である。かかる構成を有する薄膜トランジス
タ５は第１層間絶縁膜９により被覆されている。第１層
間絶縁膜９の上には遮光性を有する配線パタン１０とパ
ッドパタン１１がパタニング形成されている。配線パタ
ン１０は第１層間絶縁膜９に開口したコンタクトホール
を介して薄膜トランジスタ５のソース領域Ｓに電気接続
している。又、パッドパタン１１もコンタクトホールを
介して薄膜トランジスタ５のドレイン領域Ｄに電気接続
している。これら配線パタン１０及びパッドパタン１１
は第２層間絶縁膜１２により被覆されており、その上に
は遮光性の金属パタン１３が形成されている。金属パタ
ン１３は２カ所に分割されており、一方は浮游電位にあ
ると共に、他方はパッドパタン１１に電気接続してい
る。この金属パタン１３は第３層間絶縁膜１４により被
覆されており、その上には前述した画素電極４がパタニ
ング形成されている。画素電極４は片方の金属パタン１
３及びパッドパタン１１を介してドレイン領域Ｄに電気
接続している。これに対し、対向基板２の内表面には対
向電極１５が全面的に形成されている。なお、ゲート電
極６の表面は陽極酸化膜１６で覆われている。又、半導
体薄膜８の直上にはゲート電極６と平面的に整合してチ
ャネルストッパ１７がパタニング形成されている。

【０００７】本発明の特徴事項として、配線パタン１０
と金属パタン１３は互いに重なり合い格子状のブラック
マトリクスの少なくとも一部を形成して画素電極４の周
囲を遮光する。この際、配線パタン１０と金属パタン１
３の端部同志が重なり合った部分の幅寸法Ａは、両パタ
ンの間に介在する第２層間絶縁膜１２の厚み寸法Ｂより
大きく設定されている。これにより、配線パタン１０と
金属パタン１３間の多重反射による光漏れを防止し、表
示装置のコントラスト低下を抑制する。

【０００８】引き続き図１を参照して本表示装置の各部
の具体的構成を説明する。薄膜トランジスタ５はボトム
ゲート構造を有しており、半導体薄膜８はゲート電極６
の上部に存在する。ゲート電極６は例えばＭｏ／Ｔａか
らなり、半導体薄膜８は例えば多結晶シリコンからな
る。ゲート電極６を被覆する陽極酸化膜１６は例えばＴ
ａＯ_x からなる。ゲート絶縁膜７はＰ−ＳｉＯ₂ ／Ｐ−
ＳｉＮの二層構造からなる。第１層間絶縁膜９及び第２
層間絶縁膜１２は例えばＰＳＧからなる。配線パタン１
０及びパッドパタン１１は例えばＭｏ又はＡｌからな
る。チャネルストッパ１７は例えばＰ−ＳｉＯ₂ からな
る。第３層間絶縁膜１４は例えばＳｉＯ₂ からなる。画
素電極４は例えばＩＴＯからなる。最後に、遮光性を有
する金属パタン１３は例えばＴｉ，Ｍｏ，Ａｌ，ＡｌＳ
ｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｃｒ，ＮｉＣｒから選択され、その光学
濃度（ＯＤ）は３以上であり、十分な遮光性を有する。
金属パタン１３は第２層間絶縁膜１２の上部に存在して
いる。画素電極４はこの金属パタン１３の一部を介して
下方に存在する半導体薄膜８と接続する。半導体薄膜８
は前述した様に多結晶シリコンからなり、レーザ再結晶
化工程を経て作成される。又、層間絶縁膜やゲート絶縁
膜は６００℃以下の工程で作成されている。さらに、駆
動基板１はＡｌ₂ Ｏ₃ を主成分にした低融点の透明絶縁
材料を使用している。

【０００９】図２は、本発明にかかるアクティブマトリ
クス表示装置の１画素分を示す模式的な平面図である。
前述した様に、本発明では格子状のブラックマトリクス
は駆動基板側に設けられている。即ち、ブラックマトリ
クスは、薄膜トランジスタのゲート電極６に接続する行
状のゲート配線パタン（第１遮光層）６ａと、薄膜トラ
ンジスタに信号を供給する列状の信号配線パタン（第２
遮光層）１０と、薄膜トランジスタの上方を含む範囲を
遮光する金属パタン（第３遮光層）１３とで構成されて
いる。なお、薄膜トランジスタはアイランド状の半導体
薄膜８を素子領域とし、そのドレイン領域には画素電極
４が接続され、ソース領域には信号配線パタン１０が接
続されている。この様に、ブラックマトリクスは遮光用
に特に設けた金属パタン１３だけではなく、信号配線パ
タン１０等も利用している。この場合、金属パタン１３
と信号配線パタン１０やゲート配線パタン６ａとの間で
光漏れが発生しない様に、互いに重なり合った部分をと
る必要がある。この重なり部分の幅寸法Ａは上下パタン
の間に介在する層間絶縁膜の厚み寸法より大きく設定さ
れている。

【００１０】上述した本発明の特徴事項を明らかにする
為、図３を参照して光漏れの現象を説明する。本図は第
１遮光層、第２遮光層、第３遮光層間の重なり部分を十
分に確保しなかった場合における光漏れの状態を模式的
に表わしている。駆動基板１の下方から光が入射する
と、先ず金属パタン（第３遮光層）１３で反射し、それ
がさらに多重反射を起して、下層の配線パタン（第２遮
光層）１０及びゲート電極（第１遮光層）６に反射し
て、光が上方に漏れてくる。これにより、表示装置のコ
ントラスト比の低下を招き画質が悪化する。これを防ぐ
為には、第１遮光層、第２遮光層、第３遮光層の間に存
在する第１層間絶縁膜９及び第２層間絶縁膜１２の膜厚
を薄くする必要がある。しかしながら現実には絶縁耐圧
の低下及び層間絶縁膜のピンホールの発生を招く為限界
がある。この点に鑑み、本発明では第１遮光層及び第２
遮光層と第３遮光層との間の重なり部分の面積を層間絶
縁膜の膜厚以上の寸法に設定している。この様にする事
で、最大４５°の傾斜角をもって入射した光の漏れ出し
を効果的に防ぐ事が可能である。

【００１１】図４は本発明にかかる表示装置の他の実施
形態を示す模式的な部分断面図である。基本的には図１
に示した実施形態と同様であり、対応する部分には対応
する参照番号を付して理解を容易にしている。異なる点
は、２個に分割された金属パタン１３の片方が浮游電位
ではなく固定電位に保持されている事である。本例で
は、この金属パタン１３は表示駆動時における中心電位
（ＶＣＯＭ電位）に固定されている。この様にする事
で、画素電極４の電気的なシールドを図ると共に、下層
の配線パタン１０との間で生じる容量結合の影響を軽減
している。

【００１２】図５は本発明にかかる表示装置の別の実施
形態を示す模式的な部分断面図である。基本的には図１
に示した実施形態と同様であり、対応する部分には対応
する参照番号を付して理解を容易にしている。異なる点
は、金属パタン１３と画素電極４との間に介在する第３
層間絶縁膜１４ａがＳｉＯ₂ の無機物ではなくアクリル
樹脂等の有機物からなり平坦化膜を兼ねている事であ
る。この平坦化膜は薄膜トランジスタや配線パタン等の
凹凸を埋め、駆動基板１の表面の平坦化を図るものであ
って、特に電気光学物質として液晶等を用いる場合その
配向制御に有利となる。

【００１３】図６は本発明にかかる表示装置のさらに別
の実施形態を示しており、図１の実施形態と対応する部
分には対応する参照番号が付してある。本実施形態では
第２層間絶縁膜が取り除かれており、金属パタン１３と
配線パタン１０とが直接接触している。同様に金属パタ
ン１３とパッドパタン１１も直接に接触している。即
ち、金属パタン１３はＴｉ等からなり画素電極４とパッ
ドパタン１１との間に介在してバリア層として機能し両
者の電気的な接続を良好なものにしている。

【００１４】最後に図７ないし図１０の工程図を参照し
て、本発明にかかる表示装置の製造方法を詳細に説明す
る。先ず図７の工程Ａで低融点ガラス等からなる透明絶
縁基板５１を用意する。工程Ｂに進みＭｏ／Ｔａからな
るゲート電極膜５２をスパッタリングにより成膜する。
工程Ｃに進みＭｏ／Ｔａをドライエッチングしてゲート
電極５３に加工する。工程Ｄに進みゲート酸化処理を行
なってゲート電極５３を被覆する様に陽極酸化膜５４を
形成する。さらに陽極酸化用の電極部分をエッチングに
より除去する。工程Ｅに進み、必要に応じてゲート電極
５３やこれに接続するゲート配線パタンの一部から陽極
酸化膜５４をエッチングで取り除き予めコンタクト部分
を設ける。

【００１５】図８の工程Ｆに進み、Ｐ−ＣＶＤ法により
ゲート絶縁膜５５及び半導体薄膜５６を連続成膜する。
本例ではゲート絶縁膜５５はＳｉＮ／ＳｉＯ₂ の二層構
造であり、半導体薄膜５６は非晶質シリコンである。こ
の後レーザアニールを行なって非晶質シリコンを再結晶
化して多結晶シリコンに転換する。工程Ｇに進み、ゲー
ト電極５３をマスクとした裏面露光を行なって、絶縁基
板５１の表面にレジストパタン５７を形成する。工程Ｈ
に進みレジストパタン５７をマスクとしてイオンドーピ
ングを行ない半導体薄膜５６に不純物を注入してソース
領域及びドレイン領域を設ける。本例では、原料ガスと
してＰＨ₃ を用いたイオンドーピングを行なってＮチャ
ネル型の薄膜トランジスタを形成する。工程Ｉに進み再
びレーザアニールを行なって、半導体薄膜５６に注入さ
れた不純物を活性化する。この際照射されるレーザ光の
エネルギー密度は２００mJ／cm² 〜５００mJ／cm² 程度
である。

【００１６】図９の工程Ｊに進み半導体薄膜５６をＨＦ
によりウェットエッチングしてアイランド状にパタニン
グする。工程Ｋに進みＣＶＤでＰＳＧを堆積し第１層間
絶縁膜５８を形成する。工程Ｌに進みＨＦによるウェッ
トエッチングで一対のコンタクトホール５９を第１層間
絶縁膜５８に開口する。これらのコンタクトホール５９
は薄膜トランジスタのソース領域及びドレイン領域に連
通している。工程Ｍに進みスパッタリングでアルミニウ
ム膜６０を形成する。

【００１７】図１０の工程Ｎに進みアルミニウム膜をパ
タニングして信号配線パタン６１及びパッドパタン６２
に加工する。工程Ｏに進みＰ−ＣＶＤ法でＳｉＯ₂ を堆
積し第２層間絶縁膜６３を形成する。さらに熱アニール
を行なって第１層間絶縁膜５８に含有されていた水素を
半導体薄膜５６に拡散させる。所謂水素化処理を行なっ
て薄膜トランジスタの動作特性を改善する。この後ＨＦ
によるウェットエッチングでコンタクトホール６４を第
２層間絶縁膜６３に開口する。工程Ｐに進み、第２層間
絶縁膜６３の上にスパッタリングで金属を堆積し、さら
に所定の形状にパタニングして遮光用の金属パタン６４
に加工する。最後に工程Ｑに進み金属パタン６４を第３
層間絶縁膜６５で被覆する。この第３層間絶縁膜６５に
コンタクトホールを開口した後ＩＴＯを低温スパッタリ
ングで成膜する。成膜されたＩＴＯをエッチングでパタ
ニングし画素電極６６に加工する。

【００１８】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、配
線パタンと金属パタンは駆動基板上で互いに部分的に重
なり合い格子状のブラックマトリクスの少なくとも一部
を形成して画素電位の周囲を遮光する。低融点絶縁材料
等からなる駆動基板側にブラックマトリクスが形成でき
る為、基板下方から入射する光に対して散乱が少なくな
り画素の解像度が向上する。又、配線パタンと金属パタ
ンの端部同志が重なり合った部分の幅寸法が両パタンの
間に介在する層間絶縁膜の厚み寸法より大きく設定して
いる為、特に多重反射による入射光の光漏れを防止する
事ができる。本発明ではブラックマトリクスはボトムゲ
ート型の薄膜トランジスタが形成された駆動基板側に作
成する為、各遮光層の合わせ精度が半導体技術の合わせ
精度に近くなり、薄膜トランジスタとの公差が少ない
分、開口率が大きくとれる様になる。さらに、ボトムゲ
ート構造を採用する事で低温プロセスにより絶縁基材上
に半導体薄膜を集積形成できる為、安価で且つ大面積の
液晶表示装置が作成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる表示装置の一実施形態を示す部
分断面図である。

【図２】本発明にかかる表示装置の１画素分を示す模式
的な平面図である。

【図３】アクティブマトリクス型表示装置の参考例を示
す部分断面図である。

【図４】本発明にかかる表示装置の他の実施形態を示す
部分断面図である。

【図５】本発明にかかる表示装置の別の実施形態を示す
部分断面図である。

【図６】本発明にかかる表示装置のさらに別の実施形態
を示す部分断面図である。

【図７】本発明にかかる表示装置の製造方法を示す工程
図である。

【図８】同じく製造方法を示す工程図である。

【図９】同じく製造方法を示す工程図である。

【図１０】同じく製造方法を示す工程図である。

【図１１】従来の表示装置の一例を示す部分断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 駆動基板 ２ 対向基板 ３ 電気光学物質 ４ 画素電極 ５ 薄膜トランジスタ ６ ゲート電極 ７ ゲート絶縁膜 ８ 半導体薄膜 ９ 第１層間絶縁膜 １０ 配線パタン １２ 第２層間絶縁膜 １３ 金属パタン １５ 対向電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の間隙を介して互いに接合した駆動
   基板及び対向基板と、該間隙に保持された電気光学物質
   とを備えた表示装置であって、 前記駆動基板は、ゲート電極、ゲート絶縁膜及び半導体
   薄膜を下から順に積層したボトムゲート型の薄膜トラン
   ジスタと、遮光性を有する配線パタンと、層間絶縁膜を
   介して該配線パタンの上方に位置する遮光性の金属パタ
   ンと、該薄膜トランジスタに接続する画素電極とを有
   し、 前記対向基板は対向電極を有し、 前記配線パタンと金属パタンは互いに部分的に重なり合
   い格子状のブラックマトリクスの少なくとも一部を形成
   して該画素電極の周囲を遮光し、 前記配線パタンと金属パタンの端部同志が重なり合った
   部分の幅寸法は、両パタンの間に介在する該層間絶縁膜
   の厚み寸法より大きく設定されている事を特徴とする表
   示装置。
2. 【請求項２】 前記金属パタンはＴｉ，Ｍｏ，Ａｌ，Ａ
   ｌＳｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｃｒ及びＮｉＣｒから選択された金
   属材料を用いる事を特徴とする請求項１記載の表示装
   置。
3. 【請求項３】 前記ブラックマトリクスは、該薄膜トラ
   ンジスタのゲート電極に接続する行状のゲート配線パタ
   ンと、該薄膜トランジスタに信号を供給する列状の信号
   配線パタンと、該薄膜トランジスタの上方を含む範囲を
   遮光する金属パタンとで構成される事を特徴とする請求
   項１記載の表示装置。