JPH10206893A

JPH10206893A - アクティブマトリクス型液晶表示装置

Info

Publication number: JPH10206893A
Application number: JP1982597A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Otani; 久大谷; Yasushi Ogata; 靖尾形
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1997-01-17
Filing date: 1997-01-17
Publication date: 1998-08-07
Anticipated expiration: 2017-01-17
Also published as: JP3808155B2

Abstract

(57)【要約】【課題】トップゲイト型もしくはボトムゲイト型の薄
膜トランジスタトランジスタ（ＴＦＴ）を用いたアクテ
ィブマトリクス型液晶表示装置において、画素の補助容
量の形成方法に関する新規な構造を提供する。【解決手段】ソースライン１８と、それと同一層内の
金属配線１９を覆って、窒化珪素の如き誘電率の高い第
１の絶縁性薄膜２０を形成し、さらにその上に平坦性に
優れた第２の絶縁膜２１を形成する。そして、第２の絶
縁膜２１をエッチングして、開孔部２２を設け、第１の
絶縁膜２０を選択的に露出させる。この上に遮光膜とし
て機能する導電性被膜２３を形成し、これと金属配線１
９の間に絶縁膜２０を誘電体とする容量を形成し、これ
を画素の補助容量とする。また、補助容量は液晶分子の
配向乱れ（ディスクリネーション）の影響の大きな部分
に選択的に設けることにより、実質的な開口率を向上で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本明細書で開示する発明は、
薄膜トランジスタを用い、かつ、ゲイトライン上にソー
スラインを有するアクティブマトリクス型の表示装置の
画素領域の回路構成・配置に関する。特に、補助容量の
構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、安価なガラス基板上に薄膜トラン
ジスタ（ＴＦＴ）を作製する技術が急速に発達してきて
いる。その理由は、アクティブマトリクス型液晶表示装
置の需要が高まったことにある。アクティブマトリクス
型液晶表示装置は、マトリクス状に配置された数十〜数
百万個もの各画素のそれぞれに薄膜トランジスタを配置
し、各画素電極に出入りする電荷を薄膜トランジスタの
スイッチング機能により制御するものである。

【０００３】各画素電極と対向電極との間には液晶が挟
み込まれ、一種のコンデンサを形成している。従って、
薄膜トランジスタによりこのコンデンサへの電荷の出入
りを制御することで液晶の電気光学特性を変化させ、液
晶パネルを透過する光を制御して画像表示を行うことが
出来る。

【０００４】また、このような構成でなるコンデンサは
電流のリークにより次第にその保持電圧が減少するた
め、液晶の電気光学特性が変化して画像表示のコントラ
ストが悪化するという問題を持つ。そこで、液晶で構成
されるコンデンサと直列に補助容量と呼ばれる別のコン
デンサを設置し、リーク等で損失した電荷を液晶で構成
されるコンデンサに供給する構成が一般的となってい
る。

【０００５】従来のアクティブマトリクス型液晶表示装
置の回路図を図１に示す。アクティブマトリクス型表示
回路は、大きく３つの部分に分けられる。すなわち、ゲ
イトライン（ゲイト配線、スキャン配線、走査配線）４
を駆動するためのゲイトドライバー回路２、ソースライ
ン（データ配線、ソース配線、信号配線）５を駆動する
ためのデータドライバー回路１、画素の設けられたアク
ティブマトリクス回路３である。このうち、データドラ
イバー回路１とゲイトドライバー回路２は周辺回路と総
称される。

【０００６】アクティブマトリクス回路３は、多数のゲ
イトライン４とソースライン５が互いに交差するように
設けられ、各々の交点には画素電極７が設けられる。そ
して、画素電極に出入りする電荷を制御するためのスイ
ッチング素子（薄膜トランジスタ）６が設けられる。薄
膜トランジスタとしては、トップゲイト型（活性層上に
ゲイト電極を有するもの）、ボトムゲイト型（ゲイト電
極上に活性層を有するもの）が、必要とする回路構造、
作製工程、特性等に応じて使い分けられる。また、上述
のようにリーク電流により画素の電圧の変動を抑制する
目的で、補助容量８が画素のコンデンサーと並列に設け
られる。（図１）

【０００７】一方、薄膜トランジスタは光の照射により
導電性が変動するので、それを防止するために遮光性を
有する被膜（ブラックマトリクス）を薄膜トランジスタ
に重ねる必要がある。また、画素間の色、明るさが混合
することや、画素の境界部分での電界の乱れによる表示
不良を防止するためにも、画素間にも上記の遮光性の被
膜を形成する。

【０００８】このため、この遮光性被膜はマトリクス状
の形状を呈し、ブラックマトリクス（ＢＭ）と呼ばれ
る。ＢＭは、当初は製造工程上の有利さからアクティブ
マトリクス回路の設けられた基板に対向する基板（対向
基板）に設けられたが、画素の面積を大きくする（開口
率を上げる）必要から、アクティブマトリクス回路の設
けられた基板に設けることが提案されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】補助容量の構成に関し
ては、様々なものが提案されているが、画素の開口部分
（光の透過部分）を維持しつつ、大きな容量を得ること
は難しかった。本発明はこのような現状に鑑みてなされ
たものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本明細書で開示する発明
は、遮光膜をアクティブマトリクス側の基板に形成する
際に、この遮光膜を導電性のものとして、一定の電位に
保持し、これを補助容量の電極として用いることによ
り、上記の課題を解決することを特徴とする。そもそも
遮光膜は、光を透過させないので、これを補助容量の電
極に用いることによる開口率の低下はない。

【００１１】本発明のアクティブマトリクス型表示装置
は、薄膜トランジスタ、ゲイトラインと、その上に形成されたソースライン、遮光膜として機能し、一定の電位に保持された導電性
被膜、薄膜トランジスタのドレインに接続し、ソースライン
と同じ層の金属配線導電性被膜とソースラインの間にあり、少なくとも２
層の絶縁物層よりなる層間絶縁物とを有する。

【００１２】本発明においては、上記の条件を満たせば
薄膜トランジスタはトップゲイト、ボトムゲイトいずれ
も使用できる。なぜならば、本発明の主たる改良点が、
ソースラインより上の構造に関するものであるので、ソ
ースラインより下の構造（すなわち、ゲイトラインと活
性層の位置関係）に関しては、何ら問題とならないから
である。また、層間絶縁物の層構造は３層以上であって
もよい。

【００１３】本発明の第１は、上記の構造において、層
間絶縁物の上層の絶縁物層がエッチングされた部分に、
上記の金属配線と導電性被膜（遮光膜）を両電極とし、
少なくとも層間絶縁物の下層の絶縁物層を誘電体とする
補助容量が形成されていることを特徴とする。誘電体は
２層以上の絶縁物層よりなっていてもよい。

【００１４】本発明の第２は、上記の構造において、前
記層間絶縁物において、導電性被膜（遮光膜）は、金属
配線と重なる部分において、層間絶縁物の下層の絶縁物
層と接する部分を有することを特徴とする。上記の発明
の第１、第２において、層間絶縁物の下層を半導体プロ
セスで安定して生産でき、比誘電率も高い窒化珪素を主
成分とすることは有効である。その場合には、補助容量
の誘電体としては、窒化珪素層のみとすることも，他の
被膜（例えば、酸化珪素）との多層構造とすることも可
能である。

【００１５】この場合には、誘電体が薄くなり、かつ、
誘電率の大きい窒化珪素を用いることにより、より大き
な容量が得られる。本発明においては、窒化珪素層の厚
さは１０００Å以下、好ましくは５００Å以下とすると
よい。また、このような構造においては、窒化珪素膜が
ソースライン上からアクティブマトリクス回路を覆うこ
とになり、窒化珪素の耐湿性、耐イオン性等のバリア機
能が有効に利用できる。

【００１６】また、上記の発明において、層間絶縁物の
上層を平坦化の容易な有機樹脂（例えば、ポリイミド、
ポリアミド、ポリイミドアミド、エポキシ、アクリル
等）を用いて形成することも有効であるが、有機樹脂は
耐湿性や耐イオン性等のバリヤ機能が弱いので、下層は
窒化珪素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等のバ
リヤ機能の高い材料とすることが望まれる。

【００１７】さらに、上記の発明において、金属配線
を、画素において、ディスクリネーション（凹凸や横電
界の影響による液晶分子の配向乱れ）の発生しやすい部
分に設けることは以下の理由で効果がある。ディスクリ
ネーションのうち、ゴミ等に起因するものは、製造工程
の清浄化により対処できるが、素子構造の凹凸（例え
ば、画素電極のコンタクト付近の凹凸）や横電界による
ものに対しては抜本的な処置は不可能である。ディスク
リネーションの発生する部分は画素として用いるのに不
適切であり、従来、そのような部分は遮光膜で覆い、画
素として機能しないような処置が施されてきたが、本発
明ではそのような部分に補助容量を設けることができ、
面積を有効に利用できる。

【００１８】

【実施例】

〔実施例１〕本実施例の作製工程断面図を図３に、ま
た、作製工程上面図を図２に示す。図２と図３の番号は
対応する。以下の例における膜厚その他の数値は一例で
あり、最適なものであるとは限らない。さらに、本発明
を実施する者が必要に応じて変更しても何ら差し支えな
い。

【００１９】まず、ガラス基板１１上に非晶質珪素膜を
５００Åの厚さにプラズマＣＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ
法で成膜する。ガラス基板上には、下地膜として酸化珪
素膜を３０００Åの厚さにスパッタ法またはプラズマＣ
ＶＤ法で成膜されることが好ましいが、石英ガラス基板
上であれば、特に下地膜を設けなくともよい。次に、加
熱またはレーザー光の照射等の公知のアニール技術によ
って、非晶質珪素膜を結晶性珪素膜とし、これをエッチ
ングすることにより、薄膜トランジスタの活性層１２を
得る。

【００２０】次にゲイト絶縁膜として酸化珪素膜１３を
プラズマＣＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ法またはスパッタ
法により、１０００Åの厚さに成膜する。そして、燐を
有する多結晶珪素膜を減圧ＣＶＤ法で５０００Åの厚さ
に成膜し、これをエッチングすることにより、ゲイトラ
イン（ゲイト電極）１４を得る。（図３（Ａ））

【００２１】次に，Ｎ型を付与する不純物であるリンの
イオンを５×１０¹⁴〜５×１０¹⁵原子／ｃｍ³のドーズ
量で注入することにより、ソース１５とドレイン１６と
を形成する。いずれもＮ型となる。不純物イオンの注入
後、加熱処理またはレーザー光の照射、または強光の照
射を行うことにより、不純物イオンの注入が行われた領
域の活性化を行う。

【００２２】次に、公知の絶縁物層形成技術により、厚
さ５０００Åの酸化珪素の層間絶縁物１７を形成し、層
間絶縁物１７とゲイト絶縁膜１３をエッチングして、ソ
ース１５、ドレイン１６に達するコンタクトホールを開
孔する。そして、公知の金属配線形成技術によりソース
ライン１８、金属配線（補助容量電極）１９を形成す
る。（図３（Ｂ））ここまでの工程で得られた回路を上から見た様子を図２
（Ａ）に示す。番号は図３のものに対応する。（図５
（Ａ））

【００２３】次に窒化珪素膜２０をシランとアンモニ
ア、またはシランとＮ₂ Ｏ、またはシランとアンモニア
とＮ₂ Ｏを用いたプラズマＣＶＤ法により形成する。こ
の窒化珪素膜７は２５０〜１０００Å、ここでは５００
Åの厚さに成膜する。この窒化珪素膜の成膜方法は、ジ
クロールシランとアンモニアを用いる方法でもよい。ま
た減圧熱ＣＶＤ法や光ＣＶＤ法を用いるのでも、さらに
その他の方法によるものでもよい。

【００２４】続いて、スピンコーティング法によって、
ポリイミド層２１を少なくとも８０００Å以上、好まし
くは１．５μｍの厚さに成膜する。ポリイミド層の表面
は平坦に形成される。かくして、窒化珪素層２０とポリ
イミド層２１よりなる層間絶縁物を形成する。そして、
ポリイミド層２１をエッチングして、補助容量用の開孔
部２２を形成する。（図３（Ｃ））

【００２５】なお、ポリイミド層２１のエッチングの際
に、用いるエッチャントによっては、窒化珪素をエッチ
ングする場合もあるので、窒化珪素の保護のために、厚
さ５０〜５００Å、例えば、２００Åの酸化珪素膜を窒
化珪素層とポリイミド層の間に設けてもよい。さらに、
厚さ１０００Åのチタン膜をスパッタリング法で成膜す
る。もちろん、クロム膜やアルミニウム膜等の金属膜を
用いてもよいし、他の成膜方法を用いてもよい。そし
て、これをエッチングし、ブラックマトリクス２３を形
成する。ブラックマトリクス２３は先に形成した補助容
量用の孔を覆うように形成する。（図３（Ｄ））

【００２６】ここまでの工程で得られる補助容量用の孔
２２とブラックマトリクス２３を上から見た様子を図２
（Ｂ）に示す。番号は図１のものに対応する。補助容量
用の孔２２とブラックマトリクス２３の重なった部分に
補助容量が形成される。（図２（Ｂ））

【００２７】さらに、層間絶縁物として、厚さ５０００
Åのポリイミド膜２４を成膜し、ポリイミド膜２１およ
び２４と窒化珪素層２０をエッチングして、金属配線１
９に達するコンタクトホールを形成する。さらに、スパ
ッタリング法により厚さ１０００ÅのＩＴＯ（インディ
ウム錫酸化物）膜を形成し、これをエッチングして、画
素電極２５を形成する。（図３（Ｅ））

【００２８】かくして、アクティブマトリクス回路が完
成する。本実施例のように、ポリイミド膜により絶縁層
を形成すると平坦化が容易であり、効果が大きい。本実
施例では、補助容量はブラックマトリクス２３とドレイ
ン１６の重なる部分２２に得られ、誘電体は窒化珪素層
１７である。

【００２９】〔実施例２〕本実施例の作製工程の上面図
を図４に示す。本実施例も作製工程自体は実施例１とほ
とんど同じであり、番号は実施例１のものに対応する。
本実施例は、回路配置が実施例１と異なっており、ディ
スクリネーションの発生しやすい部分に補助容量を設け
ることにより、画素を有効に形成する（実質的な開口率
を高める）方法を示す。

【００３０】まず、ディスクリネーションの発生につい
て図５を用いて説明する。図５は実施例１で作製した画
素と同じ回路配置のものである。図５に示すように、画
素の右上に画素電極のコンタクト３１が設けられ、図の
右上から左下の方向（左下から右上とは異なることに注
意）にラビングがおこなわれ、かつ、ソースライン反転
駆動（隣接するソースライン間に印加される信号を互い
に逆極性のものとする駆動方法、ドット反転駆動も含
む）をおこなう表示装置においては、画素の右上の部分
３０にディスクリネーションが生じやすい。この部分は
表示に用いるには不適当であるので、ＢＭで覆うことが
望まれる。（図５）

【００３１】そこで、図４（Ａ）に示すように、金属配
線１９の配置を実施例１のように、画素の上に設けるの
ではなく、画素の右側に設ける。（図４（Ａ））さらに、金属配線１９上に開孔部２２を形成し、その上
にＢＭ２３を設ける。画素電極のコンタクト３１も図４
（Ｂ）に示すように、右下に設けると効果的である。
（図４（Ｂ））

【００３２】かくして、ディスクリネーションの生じや
すい部分には補助容量が形成される。本実施例は、実施
例１の回路において、画素の上側に設けられたの補助容
量を左に移動させたもので、回路設計上の開口部の面積
は同じである。しかしながら、ディスクリネーションと
補助容量（もしくはＢＭ）を重ねることにより、実質的
にはより大きな開口面積を得ることができる。

【００３３】〔実施例３〕本実施例の作製工程の上面図
を図６に示す。本実施例も作製工程自体は実施例１とほ
とんど同じであり、番号は実施例１のものに対応する。
本実施例は、補助容量の配置は実施例２と実質的に同一
であるが、薄膜トランジスタの活性層の配置を変更する
ことにより、より面積の有効な利用をはかったものであ
る。

【００３４】本実施例ではラビングの方向は左下から右
上であり、この場合は画素の左下の部分にディスクリネ
ーションが生じやすい。実施例２においては、このよう
なディスクリネーションの生じやすい部分に補助容量を
設けることを示したが、本実施例においては、次行の薄
膜トランジスタの活性層の一部をもこの部分に設ける。
すなわち、図６（Ａ）に示すように、金属配線１９の配
置を画素の左側に配置すると同時に、ゲイトラインの枝
部を除去して直線状にし、活性層がこれを横断するよう
に配置する。（図６（Ａ））

【００３５】さらに、金属配線１９上に開孔部２２を形
成し、その上にＢＭ２３を設ける。（図６（Ｂ））かくして、ディスクリネーションの生じやすい部分には
補助容量と薄膜トランジスタの一部が形成される。本実
施例は、実施例２の回路において、ゲイトラインの枝部
が不要になった分、面積の効率的な利用が可能となっ
た。

【００３６】〔実施例４〕本実施例の作製工程の上面図
を図８に、また、本実施例の薄膜トランジスタの主要部
および回路図を図７に示す。本実施例も作製工程自体は
実施例１とほとんど同じであり、番号は実施例１のもの
に対応する。また、図７と図８の番号も相互に対応す
る。本実施例は、補助容量の配置は実施例２と実質的に
同一であるが、薄膜トランジスタの活性層およびゲイト
電極の配置を変更することにより、薄膜トランジスタの
特性を高めより面積の有効な利用をはかったものであ
る。

【００３７】本実施例も、実施例３と同じくラビングが
左下から右上になされるので、画素の左下の部分にディ
スクリネーションが生じやすい。実施例２においては、
このような部分に補助容量を設けることを示し、また、
実施例３においては、補助容量とシングルゲイト（単ゲ
イト）の薄膜トランジスタの活性層の一部を設けること
を示したが、本実施例においては、トリプルゲイト（３
重ゲイト）の薄膜トランジスタの活性層とゲイト電極を
もこの部分に設ける。

【００３８】まず、図７（Ａ）を用いて、本実施例のト
リプルゲイト薄膜トランジスタの概要について説明す
る。この薄膜トランジスタはゲイトライン１４に枝部２
９を設け、活性層１２がゲイトラインとその枝部と図に
示すように重なる構造とする。交差した部分２６〜２８
はそれぞれトランジスタとなる（図７（Ａ））

【００３９】すなわち、図７（Ｂ）に示すように、ソー
スライン１８と金属配線１９の間に３つの薄膜トランジ
スタが直列に接続した構造となる。（図７（Ｂ））この
ような多重トランジスタはアクティブマトリクスのスイ
ッチングトランジスタとして用いると特に有効であるこ
とが知られている（特公平５−４４１９５）。

【００４０】このような構造の薄膜トランジスタは次行
の画素の左下の部分を占有するが、この部分はディスク
リネーションの発生しやすい領域であるので、実施例
２、３と同様、このことが開口率の低下をもたらすこと
はない。すなわち、図８（Ａ）に示すように、ゲイトラ
イン１４に枝部２９を設け、活性層１２がゲイトライン
１４およびその枝部２９と３回交差するように配置す
る。さらに、金属配線１９を図に示すように画素の左側
に配置する。（図８（Ａ））

【００４１】さらに、金属配線１９上に開孔部２２を形
成し、その上にＢＭ２３を設ける。（図８（Ｂ））かくして、ディスクリネーションの生じやすい部分には
補助容量と薄膜トランジスタの一部が形成される。本実
施例は、実施例２の回路と同様にゲイトラインの枝部が
必要である点で実施例３のものより不利であるが、３重
ゲイト薄膜トランジスタとすることにより、補助容量は
はるかに小さくてもよい。したがって、総合的には、本
実施例の方が、実施例３のものより特性が優れている。

【００４２】

【発明の効果】以上に示したごとく、ブラックマトリク
スとして用いられる導電性被膜を電極とし、これとソー
スラインと同層の金属配線との間で補助容量を形成する
方法が提案された。実施例ではトップゲイト型の薄膜ト
ランジスタを用いる例を示したが、本発明がソースライ
ンよりも上の構造に関する改良であることから、ボトム
ゲイト型の薄膜トランジスタにおいても同様に実施でき
ることは明らかである。このように本発明は産業上、有
益である。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的なアクティブマトリクス回路の回路図
を示す。

【図２】実施例１のアクティブマトリクス回路の作製
工程上面図を示す。

【図３】実施例１のアクティブマトリクス回路の作製
工程断面図を示す。

【図４】実施例２のアクティブマトリクス回路の作製
工程上面図を示す。

【図５】ディスクリネーションを説明する図。

【図６】実施例３のアクティブマトリクス回路の作製
工程上面図を示す。

【図７】実施例４の薄膜トランジスタの概要と回路図
を示す。

【図８】実施例４のアクティブマトリクス回路の作製
工程上面図を示す。

【符号の説明】

１データドライバー回路２ゲイトドライバー回路３アクティブマトリクス回路領域４ゲイトライン５ソースライン６薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）７画素電極８補助容量１１ガラス基板１２活性層１３酸化珪素膜（ゲイト絶縁膜）１４ゲイトライン（ゲイト電極）１５ソース１６ドレイン１７酸化珪素（層間絶縁物）１８ソースライン１９金属配線（補助容量電極）２０窒化珪素層２１、２４ポリイミド層２２開孔部（補助容量）２３遮光膜（ブラックマトリクス）２５画素電極２６、２７、２８薄膜トランジスタ２９ゲイトラインの枝部３０ディスクリネーションの生じや
すい部分

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スイッチング素子として薄膜トランジス
タを用いたアクティブマトリクス型液晶表示装置におい
て、ゲイトライン上に形成されたソースラインと、遮光膜として機能し、一定の電位に保持され、前記ソー
スラインと画素電極の中間の層にある導電性被膜と、ソースラインと前記導電性被膜との間に形成された層間
絶縁物と、を有し、前記層間絶縁物は、下層の絶縁物層上に、異種の材料よ
りなる上層の絶縁物層があり、前記層間絶縁物には、その上層の絶縁物層を選択的にエ
ッチングすることによって得られた開孔部が設けられ、前記開孔部において、前記導電性被膜と、下層の金属配
線を両電極とし、前記下層の絶縁物層を誘電体とする補
助容量が形成されており、前記下層の金属配線は、ソースラインと同層で、かつ、
ソースラインと物理的に絶縁し、薄膜トランジスタのド
レインと画素電極との間にコンタクトを有することを特
徴とする。
【請求項２】薄膜トランジスタと、ゲイトライン上に形成されたソースラインと、前記薄膜トランジスタのドレインに接続し、前記ソース
ラインと同層の金属配線と、前記金属配線に接続する画素電極と、遮光膜として機能し、一定の電位に保持され、前記ソー
スラインと画素電極の中間の層にある導電性被膜と、前記導電性被膜と前記ソースラインとの間にあり、少な
くとも２層の絶縁物層よりなる層間絶縁物と、を有し、前記導電性被膜は、前記金属配線と重なる部分におい
て、前記層間絶縁物の下層の絶縁物層と接する部分を有
することを特徴とするアクティブマトリクス型表示装
置。
【請求項３】請求項１もしくは請求項２において、層
間絶縁物の下層は窒化珪素を主成分とすることを特徴と
するアクティブマトリクス型表示装置。
【請求項４】請求項１もしくは請求項２において、層
間絶縁物の上層は有機樹脂を主成分とすることを特徴と
するアクティブマトリクス型表示装置。
【請求項５】請求項１において、前記補助容量は、誘
電体として、窒化珪素のみからなることを特徴とするア
クティブマトリクス型表示装置。
【請求項６】請求項３において、前記窒化珪素を主成
分とする層の厚さは１０００Å以下であることを特徴と
するアクティブマトリクス型表示装置。
【請求項７】請求項１もしくは請求項２において、前
記金属配線は、画素において、ディスクリネーションの
発生しやすい部分に設けられることを特徴とするアクテ
ィブマトリクス型表示装置。