JP2002182247A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JP2002182247A
JP2002182247A JP2001315963A JP2001315963A JP2002182247A JP 2002182247 A JP2002182247 A JP 2002182247A JP 2001315963 A JP2001315963 A JP 2001315963A JP 2001315963 A JP2001315963 A JP 2001315963A JP 2002182247 A JP2002182247 A JP 2002182247A
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JP
Japan
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electrode
gate
insulating film
liquid crystal
crystal display
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JP2001315963A
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English (en)
Inventor
Shiro Hirota
四郎 廣田
Niwaji Majima
庭司 間島
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アクティブマトリックス形の液晶表示装置に
おいて、補助容量を大きくするとともに、容量電極を小
さくして開口率の向上を図る。 【解決手段】 マトリックス状に配置したTFTと補助
容量を有し、該TFTが、該基板上のゲート電極、該ゲ
ート電極を覆うゲート絶縁膜、該ゲート絶縁膜上の動作
層、該動作層上のソース電極およびドレイン電極、およ
び、該ソース電極およびドレイン電極とを覆う保護膜と
を備え、該ゲート電極と同じ材料からなる補助容量電
極、該ソース電極上の該保護膜が除去された領域で該ソ
ース電極と接続された画素電極、および、該ゲート絶縁
膜と同じ材料からなる誘電体で構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、補助容量の製造工数を
削減した構造を有するアクティブマトリックス形の液晶
表示装置において、補助容量を大きくするとともに、容
量電極の面積を小さくして開口率の向上を図った液晶表
示装置に関する。
【0002】液晶表示装置には単純マトリックス形とア
クティブマトリックス形とがあり、用途によりそれぞれ
使い分けされているが、アクティブマトリックス形は薄
膜トランジスタを各画素に備えており、特定の画素を選
択する時にそのトランジスタをONさせ、それ以外はO
FFにしておくことから、走査線の数が多くてもクロス
トークを抑制することができ、高いコントラスト比を得
ることができる。
【0003】そのため、アクティブマトリックス形の液
晶表示装置は大面積表示用に適しており、実用化が進め
られている。
【0004】
【従来の技術】図4はアクティブマトリックス形液晶表
示装置の等価回路を示しており、また、図5は薄膜トラ
ンジスタ(TFT)と画素および補助容量の配置を示す
正面図である。
【0005】すなわち、複数のゲートバス1と複数のド
レインバス2とがそれぞれ直交し、その交差部に薄膜ト
ランジスタ(TFT)3があり、このTFT3のソース
電極4に容量5と補助容量6とを並列に配列する構造を
とる。
【0006】すなわち、TFTのソース電極4は画素7
を構成する一方の透明電極8と回路接続しているが、画
素7は透明電極8を電極とし、他のガラス基板上に形成
した透明電極との間に液晶を介在させて構成されるの
で、静電容量を有しており、電気的に容量5として示す
ことができる。
【0007】然し、この容量5だけでは静電容量が不足
し、TFT3のスイッチング動作に当たって画面のちら
つき(フリッカ)や残像(焼きつき)を生ずるという問
題がある。
【0008】そこで、補助容量5の付加が必要であり、
ガラス基板上に補助容量電極9を形成し、ガラス基板上
に形成してある絶縁膜を誘電体と、透明電極8と対向さ
せて補助容量6を構成している。
【0009】図3は逆スタッガー型TFTと画素と補助
容量の従来構造を示す断面図であり、次の工程により作
られている。
【0010】すなわち、硼珪酸ガラスなどよりなり、厚
さが約1mmのガラス基板11の上に、アルミニウム(Al)や
タンタル(Ta)のような金属を約100nm の厚さに形成した
後、写真蝕刻技術(フォトリソグラフィ) を用いて選択
エッチングを行い、ゲート電極12と補助容量電極13を形
成する。
【0011】次に、プラズマCVD法により窒化シリコ
ン(Si3Nx ) のような絶縁物を約400nm の厚さに被
覆してゲート絶縁膜14を形成する。
【0012】次に、この上に先と同様にプラズマCVD
法などにより動作層15として働く非晶質シリコン膜(以
下a-Si膜)とSi3Nx 膜を形成し、Si3Nx 膜は写真蝕刻
技術を用いてパターンニングし、チャネル保護膜16を形
成する。
【0013】次に、プラズマCVD法によりn型不純物
を添加した非晶質シリコン膜(n+a−Si膜)17と密
着を助けるためのTi膜18とAl膜とを形成し、先と同様に
写真蝕刻技術を用いてパターンニングを行なうことによ
り図示を省略したドレインバスラインに続くドレイン電
極19とソース電極20を形成する。
【0014】次に、この上にプラズマCVD法により保
護膜21を形成した後、画素形成部の保護膜21をエッチン
グして窓開けし、酸化錫(SnO2) と酸化インジウム(I
n2O3) の固溶体( 略称ITO)よりなる透明導電膜
をスパッタ法などで形成した後、写真蝕刻技術を用いて
パターンニングを行い、透明電極8をパターン形成する
ことにより画素と補助容量が完成している。
【0015】このようにしてTFTは作られているが、
補助容量はガラス基板11の上にゲート電極12と同時に形
成した補助容量電極13を一方の電極とし、ゲート絶縁膜
14と保護膜21を誘電体とし、透明電極8を対極として構
成されている。
【0016】こゝで、先に記したように、画面のちらつ
きや残像を無くするためには補助容量は大きい方が望ま
しいが、補助容量電極は画素の下に形成してあるため
に、この電極はむしろ縮小することが好ましい。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】TFTを使用するアク
ティブマトリックス形の液晶表示装置においては、TF
Tのスイッチング動作の際に生じる画面のちらつきや残
像を無くするために補助容量を画素の下に設けている
が、電気的には静電容量は従来よりも大きいことが望ま
しい。
【0018】一方、画像表示の面からは補助容量電極の
大きさを小さくして有効表示面積(開口率)を向上する
ことが必要である。
【0019】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、基板上に
薄膜トランジスタと補助容量を有する画素部とをマトリ
ックス状に配置してなる液晶表示装置であって、前記薄
膜トランジスタが、前記基板上のゲート電極、前記ゲー
ト電極を覆うゲート絶縁膜、前記ゲート絶縁膜上の動作
層、前記動作層上のソース電極およびドレイン電極、お
よび、前記ソース電極およびドレイン電極とを覆う保護
膜とを備え、前記ゲート電極と同じ材料からなる補助容
量電極、前記ソース電極上の前記保護膜が除去された領
域で前記ソース電極と接続された画素電極、及び、前記
ゲート絶縁膜と同じ材料からなる誘電体で構成される補
助容量、あるいは、前記ゲート電極と同じ材料からなる
補助容量電極、前記ソース電極上の前記保護膜が除去さ
れた領域で前記ソース電極と接続される画素電極、及
び、前記補助容量電極の表面を電解酸化して得られた酸
化膜からなる誘電体で構成される補助容量を有するよう
に構成された液晶表示装置によって解決することができ
る。
【0020】
【作用】先に記したようにアクティブマトリックス形の
液晶表示装置においては、高画質化のために補助容量の
付加が必要であり、必要とする静電容量はTFTのゲー
ト容量と画素容量から決められる。
【0021】例えば、ゲート長が10μm ,ゲート幅20μ
m のTFTを用い、画素電極の大きさを255 ×90μm と
する場合、画素の下にパターン形成されている補助容量
電極として50×90μm 程度のものが用いられている。
【0022】こゝで、従来の補助容量の誘電体は図3に
示すようにゲート絶縁膜14と保護膜21との二層構造をと
り、厚さが約700nm のSi3Nx を用いて形成されてい
る。
【0023】そこで、発明者らは誘電体の膜厚を減らす
ことにより補助容量の小形大容量化を行なうために、次
の何れかの方法をとる。 補助容量の誘電体をゲート絶縁膜のみで形成する。 補助容量電極をAlで形成し、誘電体としてはAlを電
解酸化して得た酸化アルミニウム皮膜を使用する。
【0024】本発明は、TFTの駆動が低電圧で行なわ
れるために補助容量が必ずしも高い絶縁破壊電圧を必要
としない点に着目してなされたもので、これにより補助
容量電極の大きさを減少することができる。
【0025】
【実施例】〔実施例1〕(請求項1関連、図1に対応) 図1は本発明の一実施法を示すもので、本発明に係る補
助容量とTFTの断面図である。
【0026】すなわち、ガラス基板11の上にスパッタ法
を用いてAlを100nm の厚さに形成した後、写真蝕刻技術
を用い、ゲート電極12は、ゲート長10μm 、ゲート幅20
μmの寸法で、また、補助容量電極13は、幅25μm 、長
さ90μm の寸法にパターン形成した。
【0027】次に、これらのパターンを含む基板上にゲ
ート絶縁膜14として、基板温度を350 ℃に保つ高温プラ
ズマCVD法によってSi3Nx を350nm の厚さに形成し
た。次に、従来と同様にa-Si膜からなる動作層15、チャ
ネル保護膜16,n+a−Si膜17、Ti膜18、Al膜を順次に
膜形成し、写真蝕刻技術を用いてゲート絶縁膜14の上ま
でドライエッチングを行い、ドレイン電極19, ソース電
極20および、図示していないバスラインをパターン形成
する。
【0028】次に、基板上にSi3Nx を基板温度を200
℃に保つ低温プラズマCVD法により350nm の厚さに形
成して保護膜21を形成する。ここまでの工程は、従来の
工程と変わらない。
【0029】すなわち、画素形成部はガラス基板11の上
に補助容量電極13があり、その上にSi3Nx からなるゲ
ート絶縁膜14と保護膜21が積層されている。
【0030】次に、基板上の全域にレジストを被覆した
後、画素電極の形成領域のみを窓開けし、次の条件でプ
ラズマエッチングを行い、低温で形成してエッチングさ
れ易い保護膜21のみを除いた。
【0031】 エッチャント:CF4 とO2(構成比1:0.1) 総流量 :500 sccm ガス圧 :20 Pa μ波電力 :800 W 次に、スパッタ法によりITOを100nm の厚さに形成
し、写真蝕刻技術を用いて透明電極8を形成した。
【0032】すなわち、従来の補助容量の膜厚が700nm
であるため、補助容量電極13として50×90μm の面積が
必要であったが、膜厚を1/2 にすることにより面積を25
×90μm に小形化することができた。その結果、開口率
を向上することができる。
【0033】なお、ゲート絶縁膜をこの例のように単一
膜で構成する代わりに複合膜、例えばSi3N4/SiO2
で形成されている場合もある。その場合は、保護膜21を
除く際に、同時にゲート絶縁膜の上層を除くと効果的で
ある。
【0034】〔実施例2〕(請求項2関連、図2に対
応) 図2は本発明の他の実施法を示すもので、本発明に係る
別の補助容量とTFTの断面図である。
【0035】すなわち、ガラス基板11の上にスパッタ法
を用いてAlを500nm の厚さに形成した後、写真蝕刻技術
を用い、ゲート電極12はゲート長10μm 、ゲート幅20μ
m の寸法で、また、補助容量電極13は幅5μm 、長さ90
μm の寸法にパターン形成した。
【0036】次に、これらのパターンを含む基板上にゲ
ート絶縁膜14として、基板温度を350 ℃に保つ高温プラ
ズマCVD法によりSi3Nx を350nm の厚さに形成し、
次に従来と同様にa-Si膜よりなる動作層15, チャネル保
護膜16,n+a−Si膜17, Ti膜18, Al 膜と順次に膜形
成し、写真蝕刻技術を用いてゲート絶縁膜14の上までド
ライエッチングを行い、ドレイン電極19、ソース電極20
および、図示していないバスラインをパターン形成す
る。
【0037】次に、基板上にSi3Nx を基板温度を200
℃に保つ低温プラズマCVD法により350nm の厚さに形
成して保護膜21を形成する。ここまでの工程は従来の工
程と変わらない。
【0038】すなわち、画素形成部はガラス基板11の上
に補助容量電極13があり、この上にSi3Nx よりなるゲ
ート絶縁膜14と保護膜21が積層されている。
【0039】次に、基板上の全域にレジストを被覆した
後、画素電極形成領域のみを窓開けし、次の条件で反応
性イオンエッチング(略称RIE)を行い、保護膜21と
ゲート絶縁膜14を除き、Alよりなる補助容量電極13を露
出させた。
【0040】 エッチャント:SF6 流量 :200 sccm ガス圧 :2.6 Pa 電力 :800 W 次に、硼酸アンモン: (NH4)3BO3の3%水溶液を電
解液とし、露出しているAlを陽極とし、白金(Pt)板を陰
極とし、定電流化成を行なって150 Vまで電圧を上昇せ
しめ、10分間そのまゝの電圧に保持してAlからなる補助
容量電極13の表面を酸化アルミニウム( γ´Al203)23
に変換させた。
【0041】こゝで、酸化アルミニウム23の成長速度は
約14Å/Vであるので、200nm の厚さのAl酸化膜が成長
している。この比誘電率は約9であるために静電容量は
従来の厚さが700nm のSi3Nx を用い、補助容量電極の
大きさが50×90μm のものと等価となる。
【0042】すなわち、補助容量電極の大きさを1/10に
小形化することができ、開口率を向上することができ
た。
【0043】なお、最近開口率を向上する方法としてゲ
ートバスラインの一部を補助容量電極として使用する提
案もなされているが、この場合にも同様にこの方法を適
用することができる。
【0044】
【発明の効果】本発明の実施によって補助容量を小形化
して開口率の向上を図り、しかも、補助容量の製造工数
を削減した構造を有するアクティブマトリックス形の液
晶表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る補助容量とTFTの断面図であ
る。
【図2】 本発明に係る別の補助容量とTFTの断面図
である。
【図3】 TFTと画素と補助容量の従来構造を示す断
面図である。
【図4】 アクティブマトリックス形液晶表示装置の等
価回路である。
【図5】 TFTと画素および補助容量の配置を示す正
面図である。
【符号の説明】
3 TFT 4 ソース電極 6 補助容量 7 画素 8 透明電極 9、13 補助容量電極 11 ガラス基板 12 ゲート電極 14 ゲート絶縁膜 21 保護膜 23 酸化アルミニウム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H092 JA26 JA34 JB63 JB66 KA05 MA05 MA08 MA13 MA17 MA24 NA07 NA27 5F110 AA30 BB01 CC07 DD02 EE03 EE44 FF02 FF03 FF09 FF30 GG02 GG15 GG28 GG29 GG45 HK03 HK04 HK07 HK09 HK16 HK22 HK35 HM18 NN04 NN24 NN35 NN72 NN73 QQ04

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に薄膜トランジスタと補助容量と
    をマトリックス状に配置してなる液晶表示装置であっ
    て、 前記薄膜トランジスタが、前記基板上のゲート電極、前
    記ゲート電極を覆うゲート絶縁膜、前記ゲート絶縁膜上
    の動作層、前記動作層上のソース電極およびドレイン電
    極、および、前記ソース電極およびドレイン電極とを覆
    う保護膜とを備え、 前記ゲート電極と同じ材料からなる補助容量電極、前記
    ソース電極上の前記保護膜が除去された領域で前記ソー
    ス電極と接続された画素電極、及び、前記ゲート絶縁膜
    と同じ材料からなる誘電体で構成される補助容量を有す
    ることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 【請求項2】 基板上に薄膜トランジスタと補助容量と
    をマトリックス状に配置してなる液晶表示装置であっ
    て、 前記薄膜トランジスタが、前記基板上のゲート電極、前
    記ゲート電極を覆うゲート絶縁膜、前記ゲート絶縁膜上
    の動作層、前記動作層上のソース電極およびドレイン電
    極、および、前記ソース電極およびドレイン電極とを覆
    う保護膜とを備え、 前記ゲート電極と同じ材料からなる補助容量電極、前記
    ソース電極上の前記保護膜が除去された領域で前記ソー
    ス電極と接続される画素電極、及び、前記補助容量電極
    の表面を電解酸化して得られた酸化膜からなる誘電体で
    構成される補助容量を有することを特徴とする液晶表示
    装置。
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