JPH04336530A - 液晶ディスプレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜トランジスタをス
イッチング素子とする液晶ディスプレイに関わるもので
、開口率を低下させることなく、大きな保持容量を得ら
れる構造を有する液晶ディスプレイに関するものである
。

【０００２】

【従来の技術】図１１は、従来公知の非晶質珪素（アモ
ルファスＳｉ）薄膜トランジスタをスイッチング素子と
する液晶ディスプレイにおいて、各画素毎に保持容量を
付加したことに関する従来技術の一例の１画素の断面図
である（特開平１−１４０１２９号公報参照）。図１１
において、２０１はガラス基板、２０２ａ，２０２ｂは
ゲート配線、２０３はゲート絶縁膜、２０４，２０５は
アモルファスＳｉｉ層およびアモルファスＳｉｎ層、２
０６は透明画素電極、２０７はデータ線、２０８は保持
容量下部電極、２０９はトランジスタの保護膜である。 従来の薄膜トランジスタＴＦＴをスイッチング素子とす
る液晶ディスプレイでは、上記のように透明画素電極２
０６と対向して保持容量下部電極２０８を形成し、その
間にゲート絶縁膜２０３を挟んで保持容量Ｃを構成して
いる。

【０００３】上記した薄膜トランジスタＴＦＴをスイッ
チング素子とする液晶ディスプレイにおいて、保持容量
Ｃを付加することにより、液晶の放電や薄膜トランジス
タＴＦＴのオフ電流に起因する保持特性の低下を補い、
また、薄膜トランジスタＴＦＴの寄生容量を介した液晶
への直流成分印加に起因する残像，焼き付きやフリッカ
などの画質低下を防止できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の画質低下を防止
するためには、画素部の液晶容量の３倍から４倍の保持
容量Ｃを付加しなければならないことがわかっている。 例えば、画素面積２４０μｍ×１４０μｍの画素に、液
晶の画素部の容量の４倍の保持容量Ｃを付加するとする
と、１．７ｐＦの保持容量Ｃが必要となる。保持容量Ｃ
を構成する誘電体膜（ゲート絶縁膜２０３）に窒化珪素
を用い、窒化珪素の誘電率７．０，膜厚を０．３μｍと
すると、保持容量Ｃの面積は、９０μｍ×９０μｍ必要
となり、これは画素面積の２４％に相当する。このよう
な大面積の保持容量Ｃを１画素内に作ると開口率が低下
し、薄膜トランジスタＴＦＴをスイッチング素子とする
液晶ディスプレイの輝度が低下する。

【０００５】従来の保持容量Ｃを付加した薄膜トランジ
スタＴＦＴをスイッチング素子とする液晶ディスプレイ
は、図１１のようにゲート絶縁膜２０３が保持容量Ｃの
誘電体膜を兼ねている。また、保持容量Ｃを構成する誘
電体膜が保持容量下部電極２０８を覆うように形成され
ている。従来の保持容量Ｃを付加した薄膜トランジスタ
ＴＦＴをスイッチング素子とする液晶ディスプレイは、
以上のような構造となっているため、保持容量Ｃを構成
する誘電体膜によって、保持容量下部電極２０８と透明
画素電極２０６を完全に絶縁する必要があり、保持容量
Ｃを構成する誘電体膜を薄膜化できない。このため、保
持容量Ｃを大きくするには保持容量Ｃの面積を大きくし
なければならず、１画素の開口率が低下し、透過光が減
少するため液晶ディスプレイの輝度が低下する。さらに
、ハイビジョンＴＶなどの高解像度を要求されるディス
プレイに対応するためには画素面積を小さくしなければ
ならず、従来の構造では必要な容量値をもつ保持容量Ｃ
を１画素内に形成することができない。

【０００６】本発明は、上記のような問題点を解決し、
開口率を低下させることなく、大きな保持容量を得られ
る液晶ディスプレイを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶ディスプレ
イは、保持容量を構成する誘電体膜と、保持容量下部電
極と透明画素電極を絶縁するための誘電体膜を異なる工
程で形成し、保持容量を構成する誘電体膜を任意の薄い
膜厚で形成できるようにしたものである。そして、保持
容量を構成する誘電体膜は、窒化珪素，二酸化珪素，酸
化タンタル，酸化アルミニウム，酸化クロムのいずれか
単層、あるいはこれらを積層したものを用いることがで
きる。さらに、半導体素子として多結晶珪素を用いるこ
とができ、また、保持容量下部電極をゲート線と共通化
してもよい。

【０００８】

【作用】本発明において、保持容量を構成する誘電体膜
と、保持容量下部電極と透明画素電極を絶縁する誘電体
膜を異なる工程で形成するため、保持容量を構成する誘
電体膜を任意の膜厚で形成でき、保持容量を構成する誘
電体膜を薄くすることができる。これにより、保持容量
の専有面積を大きくしなくても保持容量を大きくするこ
とが可能となるため、薄膜トランジスタをスイッチング
素子とする液晶ディスプレイの開口率が大きくなり、高
輝度が得られる。

【０００９】また、最適の保持容量を選べるため、残像
，焼き付きやフリッカのない高画質の薄膜トランジスタ
をスイッチング素子とする液晶ディスプレイが得られる
。さらに、ハイビジョンＴＶなどの高解像度を要求され
るディスプレイに対応するために１画素の面積を小さく
しても所望の保持容量を形成できる。また、大容量の保
持容量が作成できるため、比抵抗が１０１０Ω・ｃｍ以
下の液晶材料でも使用できる。そして、窒化珪素，二酸
化珪素，酸化タンタル，酸化アルミニウム，酸化クロム
等の誘電体膜を用いたことにより、液晶ディスプレイを
構成する他の膜との選択エッチング性が十分な絶縁体が
得られる。また、多結晶珪素を半導体素子に用いること
により、高精細，高密度液晶ディスプレイにおいて、高
移動度で微細加工ができる。さらに、保持容量下部電極
をゲート線と共通化したことにより、配線の交差個所が
減少し、配線短絡確率が下がる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図について説明す
る。 （実施例１）図１は本発明の実施例１の１画素の断面を
示すもので、図２のＡーＡ′線による断面図、図２はそ
の模式的平面図である。以下、実施例１の製造方法につ
いて説明する。はじめに、透明基板１を洗浄後、ゲート
電極２、例えばクロミニウム（Ｃｒ）をスパッタ法によ
り形成する。この時、同時に次段のゲート電極２を画素
内にのばして保持容量下部電極１０を形成する。次に保
持容量Ｃを構成する誘電体膜３、例えば二酸化珪素（Ｓ
ｉＯ２　）をＰＣＶＤ法により形成する。次いで、ゲー
ト絶縁膜４、例えば窒化珪素（Ｓｉ３　Ｎ４　）、半導
体膜５、例えばアモルファスＳｉ、チャネル保護膜６、
例えば窒化珪素（Ｓｉ３　Ｎ４　）をＰＣＶＤ法により
１００Å〜３０００Åの厚さで連続成膜した後、保持容
量下部電極１０の端面を絶縁する部分にゲート絶縁膜４
を残して除去し、さらに、トランジスタとなる部分を残
して半導体膜５、チャネル絶縁膜６を除去する。次に、
透明画素電極８、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ
　Ｏｘｉｄｅ）を形成する。ソース・ドレイン電極９と
オーミックコンタクトを取るために、半導体膜５上のチ
ャネル保護膜６の一部を除去し、その上に不純物をドー
プした半導体膜７、例えばリンをドープしたアモルファ
スＳｉを形成する。さらに、ソース・ドレイン電極９、
例えばアルミニウム（Ａｌ）を形成し、本発明の実施例
１の構造が完成する。

【００１１】上記のように構成される保持容量Ｃを付加
した薄膜トランジスタＴＦＴをスイッチング素子とする
液晶ディスプレイにおいては、保持容量下部電極１０の
端面と透明画素電極８との絶縁をゲート絶縁膜４で行う
ため、保持容量Ｃを構成する誘電体膜３を任意の膜厚で
形成できる。このため、保持容量Ｃの専有面積を大きく
せずに、保持容量値を大きくすることが可能となる。ま
た、絶縁破壊の主な原因は断差部での電界集中であるが
、断差部を保持容量Ｃを形成する誘電体膜３とは別のゲ
ート絶縁膜４で絶縁するので、絶縁破壊の確率は低くな
る。

【００１２】（実施例２）図３は本発明の実施例２の１
画素の断面図である。実施例１において、ソース・ドレ
イン電極９を形成した後に透明画素電極８の形成を行う
以外は実施例１と同じである。このような構成でも効果
は実施例１と同等である。

【００１３】（実施例３）図４は本発明の実施例３の１
画素の断面を示すもので、図５のＡ−Ａ′線による断面
図、図５はその模式的平面図を示す。実施例１と製造方
法，順序は同じであるが、保持容量下部電極１０を次段
（ｉ＋１）のゲート電極２とは別に形成する。このよう
な構成でも効果は実施例１と同等である。

【００１４】（実施例４）図６は本発明の実施例４の１
画素の断面図である。実施例１から実施例３までとは薄
膜トランジスタＴＦＴの構造が異なる。はじめに、透明
基板１を洗浄後、ゲート電極２、例えばＣｒをスパッタ
法により形成する。この時、同時に次段のゲート電極２
を画素内にのばして保持容量下部電極１０を形成する。 次に、保持容量Ｃを構成する誘電体膜３、例えば二酸化
珪素（ＳｉＯ２　）をＰＣＶＤ法により形成する。次い
で、ゲート絶縁膜４、例えば窒化珪素（Ｓｉ３　Ｎ４　
）、半導体膜５、例えばアモルファスＳｉ、不純物をド
ープした半導体膜７、例えば燐をドープしたアモルファ
スＳｉをＰＣＶＤ法で連続成膜した後、保持容量下部電
極１０の端面を絶縁する部分にゲート絶縁膜４を残して
除去し、さらにトランジスタとなる部分を残して半導体
膜５、不純物をドープした半導体膜７を除去する。次に
、透明画素電極８、例えばＩＴＯを形成する。ソース・
ドレイン電極９、例えばＡｌを形成し、チャネル部分の
不要な不純物をドープした半導体膜７を除去し、実施例
４の構造が完成する。このような薄膜トランジスタＴＦ
Ｔの構造でも本発明の効果が得られる。また、実施例２
と同様に、透明画素電極８とソース・ドレイン電極９の
形成順序を変えた構造でも本発明の効果が得られる。

【００１５】（実施例５）図７は本発明の実施例５の１
画素の断面を示すもので、第８図のＡ−Ａ′線による断
面図、図８はその模式的平面図である。この実施例は薄
膜トランジスタＴＦＴの半導体膜として多結晶質珪素を
用いた場合の製造方法である。はじめに、透明基板１０
１を洗浄後、多結晶Ｓｉ１０５を、例えばＬＰＣＶＤ法
により形成する。次に、ゲート絶縁膜１０４、例えば二
酸化珪素（ＳｉＯ２　）を、例えば熱酸化法により形成
する。次に、ゲート電極１０２、例えば不純物をドープ
した多結晶Ｓｉ膜を、例えばＬＰＣＶＤ法により形成す
る。この時、同時に保持容量下部電極１１０を形成する
。ゲート電極１０２をマスクとして、例えばイオン注入
法により多結晶Ｓｉ１０５に不純物を拡散させ、ソース
・ドレイン領域１０７を形成する。多結晶Ｓｉ１０５、
ソース・ドレイン領域１０７上以外のゲート絶縁膜１０
４を除去した後、保持容量Ｃを構成する誘電体膜１０３
、例えば二酸化珪素（ＳｉＯ２　）を形成し、端面保護
膜１０６、例えば窒化珪素（Ｓｉ３　Ｎ４　）を形成す
る。透明画素電極１０８、例えば窒化珪素ＩＴＯを形成
した後、ソース・ドレイン電極１０９とコンタクトする
部分のゲート絶縁膜１０４を除去し、ソース・ドレイン
電極１０９、例えばＡｌを形成し、実施例５の構造が完
成する。

【００１６】（実施例６）図９は本発明の実施例６の１
画素の断面を示すもので、図１０のＡ−Ａ′線による断
面図、図１０はその模式的平面図を示す。実施例５と製
造方法，順序は同じであるが、保持容量下部電極１０を
次段のゲート電極とは別に形成する。このような構成で
も他の実施例と同等である。

【００１７】なお、上記実施例では、保持容量Ｃを構成
する誘電体膜３，１０３は二酸化珪素を用いたが、窒化
珪素を用いてもよい。また、タンタル（Ｔａ），Ａｌ，
Ｃｒなどの金属の酸化膜を用いても同様の効果が得られ
る。さらに、これらの膜を多層に積層したものでもよい
。また、ソース・ドレイン電極９，１０９としてＡｌを
用いたが、Ｃｒ，チタニウム（Ｔｉ），Ｔａ，Ａｌ−銅
（Ｃｕ）合金，Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金，あるいはこれら
を積層したものでもよい。さらに、透明画素電極８，１
０８としてＩＴＯを用いたが、酸化錫，酸化インジュウ
ムを用いてもよい。

【００１８】本発明の実施例１から実施例４では、ゲー
ト電極２としてＣｒを用いたが、Ａｌ，チタニウム（Ｔ
ｉ），Ｔａ，Ａｌ−Ｃｕ合金，Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金，
あるいはこれらを積層したものでもよい。また、実施例
５，実施例６ではゲート電極１０２として不純物をドー
プした多結晶Ｓｉを用いたが、Ｃｒ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｔａ
，Ａｌ−Ｃｕ合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金，あるいはこ
れらを積層したものでもよい。

【００１９】さらに、実施例１から実施例４は、ゲート
絶縁膜４として窒化珪素を用いたが、二酸化珪素を用い
てもよい。また、Ｔａ，Ａｌ，Ｃｒなどの酸化膜を用い
ても同様の効果が得られる。さらに、これらの膜を多層
に積層したものでもよい。また、実施例５，実施例６で
は、ゲート酸化膜１０４として二酸化珪素を熱酸化法に
より形成したが、二酸化珪素，窒化珪素をＰＣＶＤ法あ
るいはスパッタ法により形成してもよい。

【００２０】さらに、本発明の実施例では、保持容量Ｃ
を構成する誘電体膜３，１０３を保持容量下部電極１０
，１１０よりも内側の範囲に形成した例を示したが、保
持容量下部電極１０，１１０よりも大きくしても、ある
いは半導体素子の一部を構成するようにしても効果は変
わらない。さらに、保持容量下部電極１０，１１０の端
面と透明画素電極８，１０８の絶縁を、ゲート絶縁膜４
，１０４で兼ねた例を示したが、その他の絶縁膜で行っ
ても本発明の効果が得られる。

【００２１】

【発明の効果】以上のように本発明は、保持容量を構成
する誘電体膜と、保持容量下部電極と透明画素電極を絶
縁する誘電体膜を異なる工程で形成するため、保持容量
を構成する誘電体膜を任意の膜厚で形成でき、保持容量
の専有面積を大きくしなくても保持容量値を大きくする
ことが可能となるため、薄膜トランジスタをスイッチン
グ素子とする液晶ディスプレイの開口率が大きくなり高
輝度が得られる。

【００２２】また、最適の保持容量値を選べるため、残
像，焼き付きやフリッカのない高画質の薄膜トランジス
タをスイッチング素子とする液晶ディスプレイが得られ
る。さらに、ハイビジョンＴＶなどの高解像度を要求さ
れるディスプレイに対応するために１画素の面積を小さ
くしても所望の保持容量を形成できる。

【００２３】さらに、大容量の保持容量が作成できるた
め、比抵抗が１０１０Ω・ｃｍ以下の液晶材料を使用で
きる。

【００２４】また、保持容量を構成する誘電体膜が、窒
化珪素，二酸化珪素，酸化タンタル，酸化アルミニウム
，酸化クロム等を用いたので、液晶ディスプレイを構成
する他の膜との選択エッチング性が十分な絶縁体を得る
ことができる。さらに、半導体素子に多結晶質珪素を用
いたので、高移動度で微細な加工を施すことができる。 また、保持容量下部電極をゲート電極と共通化したこと
により、配線の交差個所が減少し、配線短絡確率が下が
り、歩留りの向上がはかれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１を示す１画素の断面図である
。

【図２】本発明の実施例１を示す１画素の平面図である
。

【図３】本発明の実施例２を示す１画素の断面図である
。

【図４】本発明の実施例３を示す１画素の断面図である
。

【図５】本発明の実施例３を示す１画素の平面図である
。

【図６】本発明の実施例４を示す１画素の断面図である
。

【図７】本発明の実施例５を示す１画素の断面図である
。

【図８】本発明の実施例５を示す１画素の平面図である
。

【図９】本発明の実施例６を示す１画素の断面図である
。

【図１０】本発明の実施例６を示す１画素の平面図であ
る。

【図１１】薄膜トランジスタをスイッチング素子とする
液晶ディスプレイにおいて、各画素毎に保持容量を付加
したことに関する従来技術の１画素の断面図である。

【符号の説明】

１　　　　透明基板 ２　　　　ゲート電極 ３　　　　保持容量を構成する誘電体膜４　　　　ゲー
ト絶縁膜 ５　　　　半導体膜 ６　　　　チャネル保護膜 ７　　　　不純物をドープした半導体膜８　　　　透明
画素電極 ９　　　　ソース・ドレイン電極 １０　　保持容量下部電極

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数本のゲート線とこれと交差する複数本
   のデータ線を有し、前記ゲート線と前記データ線の各交
   点に、透明画素電極およびこの透明画素電極に接続され
   る半導体素子を有し、かつ前記透明画素電極およびこの
   透明画素電極と対向する保持容量下部電極で誘電体膜を
   挟んで形成される電荷の保持容量を有する第１の基板と
   、基板面に表示電極を有する第２の基板とを対向してそ
   の間に液晶を挟持してなる液晶ディスプレイにおいて、
   前記保持容量を構成する誘電体膜を形成する工程とは異
   なる工程で、前記透明画素電極と対向する保持容量下部
   電極の端面と前記透明画素電極を絶縁する誘電体膜を前
   記保持容量を構成する誘電体膜より厚く形成したことを
   特徴とする液晶ディスプレイ。
2. 【請求項２】保持容量を構成する誘電体膜が、窒化珪素
   ，二酸化珪素，酸化タンタル，酸化アルミニウム，酸化
   クロムのいずれか単層、あるいはこれらを積層した構造
   であることを特徴とする請求項１記載の液晶ディスプレ
   イ。
3. 【請求項３】第１の基板上に形成される半導体素子が、
   多結晶質珪素からなることを特徴とする請求項１記載の
   液晶ディスプレイ。
4. 【請求項４】透明画素電極と対向する保持容量下部電極
   を、ゲート線と共通としたことを特徴とする請求項１記
   載の液晶ディスプレイ。