JPH10508387A - 反射形ディスプレイの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ０反射形ディスプレイの平坦化された反射表面の下に複数のＳＯＩトランジスタのパターンを形成する方法が記載されている。この方法によれば反射形ＬＣＤデバイスのような装置に有用な情報画素を形成することができる。ＳＯＩトランジスタを設ける特定の技術が記載されている。

Description

【発明の詳細な説明】 反射形ディスプレイの製造方法 本発明はディスプレイ装置に関するものであり、且つ液晶ディスプレイ（ＬＣ Ｄ）に使用されるタイプの反射形ディスプレイを製造する方法に関するものであ る。特に、本発明の方法は、シリコン・オン・インスレータ（ＳＯＩ）形の薄膜 トランジスタ（ＴＦＴ）が画素の反射表面の下に設けられた反射形ディスプレイ 用の画素を提供するものである。 フラットパネルプロジェクションＴＶシステムのようなフラットパネルディス プレイでは、石英板又はガラス板のような透明基板を用いてＴＦＴアクティブマ トリクスを製造している。画素のＴＦＴ，蓄積キャパシタ及び金属導体によって 占められる区域がディスプレイの透過率を著しく低減する。更に、基板、インジ ウム錫酸化物（ＩＴＯ）電極及び液晶材料自体の吸収による光の損失もある。 反射形のＬＣＤパネルでは、基板のタイプの制限なしに画素のマトリクスアレ イのレイアウトに大きなキシビリティが得られる。このようなディスプレイの製 造において生ずる主要な問題は基板を平坦化して良好な反射表面を形成すること にある。 反射形ＬＣＤパネルのこのような平坦化技術の一例が特開昭５５−３２０２６ 号に開示されており、この発明では電界効果トランジスタ（ＴＦＴ）をシリコン 基板上に形成し、これをワニス型絶縁材料の平坦化層で被覆している。この平坦 化層は次の透明導電膜及び液晶の配向膜形成中に蒸着膜が良好に堆積しないギザ ギザの形成を阻止する。 米国特許第４，２０５，４２５号でも、適切な材料の平滑化層を用いて平坦液 晶マトリクスアレイ構造を形成している。このような平滑化材料はポリイミドで あり、その上に次の反射電極を形成している。 反射形ＬＣＤパネルの構成における主要な問題は画素区域の反射電極間の構造 部内に入射する光により誘起されるＴＦＴのリーク電流の除去にある。 本発明の目的は、リーク電流の問題を除去した複数の画素を有するアクティブ マトリクス形のディスプレイを提供することにある。この目的のために、本発明 の装置においては、画素が画像電極の下にあって少なくとも一つのスイッチング 素子を覆う絶縁層に形成した溝で囲まれ、制御ラインと、スイッチング素子と画 像電極との間の導電性相互接続ラインとが少なくとも部分的に前記溝内に設けら れていることを特徴とする。特に、本発明の方法においては、複数のＳＯＩトラ ンジスタを基板上に所定のパターンに形成し、次いでＳＯＩトランジスタの各々 の上に平坦化された反射金属表面を形成して複数の反射形画素を形成する。 反射電極の下方にＳＯＩ型のトランジスタを形成することにより、トランジス タのリーク電流の発生が阻止される。 これを達成するために、本発明では、最初に基板上にＳｉＯ₂層を形成し、こ のＳｉＯ₂層上に薄膜シリコンのパターンを形成し、このパターン内の前記薄膜 シリコンの各々の第１部分をマスクし、前記パターン内の前記薄膜シリコンの各 々の第２残存部分を酸化し、前記マスクを除去し、前記薄膜シリコンの各々の前 記第１部分の一部分上にゲート構造を形成し、前記薄膜シリコンの各々の前記第 １部分の互いに離間した他の部分にソース及びドレイン構造を形成する。 ＳＯＩトランジスタの各々の上に平坦化された反射金属表面を形成することは 、少なくとも複数のＳＯＩトランジスタの上に平坦化材料を堆積し、この平坦化 材料を前記複数のトランジスタの各々から離間した区域で分離して複数の画素を 形成し、反射金属を分離した平坦化材料上に堆積して前記複数の反射形画素を形 成することにより達成する。 更に、平坦化材料の構造を形成する前に、金属ラインを前記パターン内の酸化 された残存部分間の溝内に形成し、他の金属ラインを前記ＳＯＩトランジスタの 各々のソース、ドレイン及びゲート構造と接触させて形成する。また、平坦化材 料の層を形成するステップを実行する前に、各画素区域内に蓄積キャパシタも形 成する。 最後に、画素の境界部からの光反射を低減するために、ポリシリコンのような 反射防止膜を各反射形画素構造の間に堆積して光の反射を阻止し、解像度の低下 を阻止する。このようにすると、画素の境界部における大きな面積を占めること により開口比を低減する対向電極上の遮光マスクを除去することができる。 ＳＯＩトランジスタの製造は０．５〜０．２μm の範囲の厚さを有するシリコ ンの薄膜を用いて行う。このシリコンの薄膜が形成されるＳｉＯ₂の層は約２μm の厚さに設ける。シリコン薄膜の不活性部分を選択的に酸化して、３〜６μm の範囲のフィールド酸化物の厚さを有するＳｉＯ₂層を形成する。この絶縁分離 層は画素境界部を経て侵入する光によるリーク電流の発生を阻止し、高画質像の 形成を大いに助ける。 複数のＳＯＩトランジスタのパターンを基板上に形成するこれらの特徴は反射 形液晶ディスプレイの製造方法に使用することができ、この場合には各々反射電 極構造の下にＳＯＩトランジスタを具え、これにより制御される反射電極構造の 複数の画素を第１基板に形成した後に、連続透明電極表面を有する第２透明基板 及び液晶層を反射電極表面と連続透明電極表面との間に設ける。 更に、反射形マトリクス構成のＬＣＤディスプレイの製造においては、ポリイ ミドのような平坦化材料の層の厚さを約２μm にすることができるとともに、ア ルミニウムのような反射金属表面は例えば約１μm の厚さにすることができる。 連続対向電極と反射電極との間の液晶材料は約１ミクロの厚さにすることができ るとともに、アクティブマトリクスの反射表面間の液晶材料部分の深さは約３μ m にすることができる。 本発明を図面を参照して一例につき詳細に説明する。ここで、 図１、２、３、４及び５はアクティブマトリクスディスプレイのＳＯＩデバイ スを形成する種々のステップを示し、 図６は本発明による画素の一例を示し、 図７は図６の７−７線に沿うＬＣＤデバイスの断面図を示し、 図８は図６の８−８線に沿うＬＣＤデバイスの断面図を示す。 各図において対応する部分は同一の符号用いて示されている。更に、図を明瞭 にするために種々の厚さが一定の倍率で示されていない。 ＳＯＩトランジスタ化された反射形画素の製造が図１−５に順に示されている 。この点につき説明すると、図１は最初にシリコン基板１上にＳｉＯ₂層２を設 けることを示す。ＳＯＩ出発材料に対し、ＳｉＯ₂層２は約２μm の厚さにする ことができ、０．５μm 〜２μm の範囲の厚さを有する薄いシリコン膜３のパタ ーンをシリコン酸化膜２上に用意する。薄膜シリコン層３の一部分上に、ＬＯＣ ＯＳ酸化用のＳｉＯ₂パッド４及びＳｉ₃Ｎ₄窒化物層５を成長させる。窒化物層 ５はマスクとして作用し、図２に示すように、薄膜シリコン層３のマスクされて いない部分をＬＯＣＯＳ酸化により酸化してＳｉＯ₂フィールド酸化物層６を形 成する。 図３に示すように、ＳｉＯ₂−Ｓｉ₃Ｎ₄マスク４、５の除去後に、清浄なゲー ト酸化膜８を成長し、ポリシリコンのゲート７を堆積し、パターン化し、保護酸 化膜で覆う。次いでゲート酸化膜の露出部分を薄膜シリコン層３から除去する。 かかる後に、アルミニウムのような金属層を図３の構造の全表面上に形成する 。次いでこの金属層をパターン化して金属ライン９をＳＯＩトランジスタのソー ス及びドレイン領域に残存させるとともに、金属ライン９’及び９”をＳｉＯ₂ フィールド酸化物部分６間の溝内に残存させる。このような製造技術は金属ライ ンの形成における追加のステップが最少になる。 最後に、図５に示すように、ポリイミド１０を図４の全表面上に形成し、平坦 化された構造表面を形成する。これは、ポリイミドの多重層を設けることにより 達成することができる。この平坦化層は金属ライン９’の上の部分をエッチング してこの金属ラインを露出させる。かかる後に、アルミニウムのような第２の金 属材料を平坦化された表面上に堆積し、反射形画素の反射部分を形成する。ポリ イミドの傾斜エッチ部分において第２金属層１１を金属ライン９’を経てアクテ ィブデバイスに接触させる。 図６は矩形の破線で示す画素２０のレイアウトの概略上面図を示す。この画素 では、蓄積キャパシタ２２を画素の反射表面１１の下に設けることができる。画 素のアクティブデバイス、即ちＳＯＩ薄膜トランジスタは区域２１に位置する。 アクティブマトリクスディスプレイの行電極ライン２３及び列電極ライン２４が 画素２０に対し図６に示されている。例えば、ポリシリコン膜のような反射防止 膜３３を画素の境界に沿ってポリイミド平坦化層に形成された溝内に堆積する。 全てのアクティブ及びパッシブ構成素子を画素の反射金属の下に埋設すること によりサイズの制限がなくなるので、蓄積キャパシタ２２を、反射金属電極との 過大なクロストークが性能を妨害しないかぎり、必要なだけ大きくすることがで きる。蓄積キャパシタ２２を画質向上のために大きくすることができ、また隣接 ゲートラインの代わりに独立の接地プレートに接続することもできる。この場合 にはゲートラインに沿う信号伝搬速度が著しく増大する。また、蓄積キャパシタ を２重ポリシリコン層で形成して従来のタイプのシングルパネルＴＦＴアレイに 使用される金属ゲートのような高導電性ゲートを必要としないようにすることも できる。 図７は図６の７−７線に沿うＬＣＤデバイスの断面を示す。この構成では、光 がＬＣＤデバイスの対向ガラス基板３１、ＩＴＯ電極からなる導電性連続透明電 極３２及び液晶層３０を経て方向Ａに入射し、反射画素電極１１から方向Ａ’に 反射される。それぞれの層、例えば平坦化層１０の厚さは２μm、金属層１１の 厚さは１μm、及び液晶層３０の厚さは１μm にすることができる。 平坦化層１０、反射層１１、及びＬＣＤ層３０間の画素境界部におけるＬＣＤ の厚さは約４μm であり、厚すぎてシングルパネルＨＤＴＶ動作に応答しないた め、それぞれの画素の反射電極間のギャップをギャップが暗黒に見える十分な深 さにすることができる。従って、対向電極３２上にダークマスク又は遮光マスク を設ける必要がなくなる。このことは、対向電極３２を基板に対しアライメント する必要がなくなることも意味し、製造上極めて有利である。 更に、ギャップには反射金属がないためにギャップからの反射を小さくするこ とができる。しかし、ギャップからの反射はポリシリコンのような反射防止層３ ３を被覆することにより更に減少させることができる。この反射防止材料は対向 電極３２上にダークマスクを設ける必要も除去する。 反射層１１からアクティブデバイスへの接続はアクティブデバイス、即ちＳＯ Ｉトランジスタの接点３５に至る導電ライン３４により行なう。 図８は図６の８−８線に沿う図７と同様の断面図を示す。この図に示されるよ うに、蓄積キャパシタ２２は画素構造内に、反射層１１の下方に設ける。 上述した材料と異なる他の材料を選択することのもできる。ＴＦＴトランジス タの代わりにダイオード又は金属−絶縁体−金属素子をスイッチング素子として 使用することもできる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．制御ラインと画素の画像電極との間にスイッチング素子が設けられた第１基 板を具えたディスプレイ装置において、画素が画像電極の下にあって少なくとも 一つのスイッチング素子を覆う絶縁層に形成した溝で囲まれ、前記制御ラインと 、スイッチング素子と画像電極との間の導電性相互接続ラインとが少なくとも部 分的に前記溝内に設けられていることを特徴とするディスプレイ装置。 ２．他の電極が画像電極の下方に設けられていることを特徴とする請求の範囲１ 記載のディスプレイ装置。 ３．前記溝には少なくとも部分的に反射防止材料が充填されていることを特徴と する請求の範囲１又は２記載のディスプレイ装置。 ４．前記絶縁層が平坦化されたポリイミド層を具えることを特徴とする請求の範 囲１、２又は３記載のディスプレイ装置。 ５．（Ａ）基板上に互いに絶縁された複数のトランジスタのパターンを形成する ステップと、 （Ｂ）前記ＳＯＩトランジスタの各々の上に平坦化された反射金属表面を形 成して複数の反射形画素を形成するステップと、 （Ｃ）前記基板と第２の基板との間に電気光学材料を設けるステップとを具 えることを特徴とする反射形ディスプレイ装置の製造方法。 ６．前記ステップ（Ａ）は、 （ａ１）前記基板上にＳｉＯ₂の層を形成し、 （ａ２）前記ＳｉＯ₂の層上に薄膜シリコンのパターンを形成し、 （ａ３）前記パターン内の前記薄膜シリコンの各々の第１部分をマスクし、 （ａ４）前記パターン内の前記薄膜シリコンの各々のマスクされてない第２ 残存部分を酸化し、 （ａ５）前記マスクを除去し、前記薄膜シリコンの各々の前記第１部分の一 部分上にゲート構造を形成し、 （ａ６）前記薄膜シリコンの各々の前記第１部分の互いに離間した他の部分 にソース及びドレイン構造を形成する、 ことにより実行することを特徴とする請求の範囲５記載の方法。 ７．前記ステップ（Ｂ）は、 （ｂ１）少なくとも前記複数のＳＯＩトランジスタの上に平坦化材料を堆積 し、 （ｂ２）前記平坦化材料を前記複数のトランジスタの各々から離間した区域 で分離して複数の画素を形成し、 （ｂ３）反射金属を分離した平坦化材料上に堆積して前記複数の反射形画素 を形成する、 ことにより実行することを特徴とする請求の範囲５又は６記載の方法。 ８．前記ステップ（Ａ）の後であって、前記ステップ（Ｂ）の前に、第１の金属 ラインを前記パターン内の酸化された残存部分間の溝内に形成し、第２の金属ラ インを前記トランジスタの各々の前記ソース、ドレイン及びゲート構造と接触さ せて形成することを特徴とする請求の範囲５、６又は７記載の方法。