JPH09218426A - 液晶表示基板とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 開口率の向上、信頼性の向上。 【解決手段】 前記薄膜トランジスタは、その半導体層
としてアモルファスＳｉからなり、不純物がドープされ
たコンタクト層を形成しない状態でアルミニュウムから
なるドレイン電極およびソース電極が形成された構成と
し、前記ドレイン信号線の下層に絶縁膜を介して遮光層
が該ドレイン信号線に沿い、かつゲート信号線と分離さ
れて形成するとともに、前記薄膜トランジスタのソース
電極は、保護膜の開口部に一部露呈される接続層を介し
て前記画素電極と接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示基板とその
製造方法方法に係り、特に、アクティブマトリックス型
液晶表示基板とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】アクティブマトリックス型液晶基板は、
マトリックス状に配置された各画素領域にスイッチング
素子としての薄膜トランジスタが備えられたものとして
知られている。

【０００３】すなわち、液晶を介して互いに対向配置さ
れる透明基板のうち一方の透明基板の液晶側の面の各画
素領域に、ゲート信号線に供給される走査信号によって
オンされる薄膜トランジスタと、このオンされた薄膜ト
ランジスタを介してドレイン信号線から供給される画素
信号が印加される画素電極等が形成されている。

【０００４】また、他方の透明基板の液晶側の面には、
各画素領域に共通な共通電極と、コントラストを良好に
するため各画素領域の周辺を縁取る遮光膜等が形成され
ている。

【０００５】このような構成からなる液晶表示基板とし
ては、たとえば、特開昭６３−３０９９２１号公報、あ
るいは「冗長構成を採用した12.5型アクティブマトリッ
クス方式カラー液晶ディスプレイ」、日経エレクトロニ
クス、頁193〜210、1986年12月15日、日経マグロウヒル
社発行、等に詳述されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そして、このような構
成からなる液晶表示基板は、上述したように複雑かつ微
細な構成となっていることから、製造工数を低減させ、
かつ信頼性のよい構造とする工夫がなされ、しかも各画
素領域における開口率を向上させることが常時試みられ
ている。

【０００７】たとえば、薄膜トランジスタにおいて、そ
の半導体層としてアモルファスＳｉを用いるとともに、
特にコンタクト層を設けない構成とするような技術（特
開昭６０−４９６６９号公報）、遮光膜を薄膜トランジ
スタが形成されている透明基板側に設ける構成とするよ
うな技術（特開昭６１−２３５８２０号公報）等が知ら
れるに至っている。

【０００８】ここで、これらの技術をそれぞれ単独で適
用させるのではなく、互いに組み合わせて構成しようと
した場合、それぞれ基本となる背景構成が全く別異のも
のであるため製造工数の増大をもたらすという弊害、あ
るいは信号線間の短絡が生じて信頼性に欠けるという弊
害が指摘されるに至った。

【０００９】本発明はこのような事情に基づいて考案さ
れたものである。

【００１０】その主目的は、開口率を向上させた液晶表
示基板を提供することにある。

【００１１】また、他の目的は、信号線間の短絡の惧れ
のない液晶表示基板を提供することにある。

【００１２】さらに、他の目的は、製造工数を少なくし
て構成できる液晶表示基板の製造方法を提供することに
ある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本願で開示される発明の
うち代表的なものを揚げれば次のような構成からなるも
のである。

【００１４】すなわち、液晶を介して互いに対向配置さ
れる透明基板のうちその一方の透明基板の液晶側の面の
各画素領域に、ゲート信号線に供給される走査信号によ
ってオンされる薄膜トランジスタと、このオンされた薄
膜トランジスタを介してドレイン信号線から供給される
画素信号が印加される画素電極が形成されている液晶表
示基板において、前記薄膜トランジスタは、その半導体
層としてアモルファスＳｉからなり、不純物がドープさ
れたコンタクト層を形成しない状態でアルミニュウムか
らなるドレイン電極およびソース電極が形成された構成
とし、前記ドレイン信号線の下層に絶縁膜を介して遮光
層が該ドレイン信号線に沿い、かつゲート信号線と分離
されて形成するとともに、前記薄膜トランジスタのソー
ス電極は、保護膜の開口部に一部露呈される接続層を介
して前記画素電極と接続されていることを特徴とする。

【００１５】このように構成した液晶表示基板は、製造
工数の少ない薄膜トランジスタを形成でき、これによっ
て必然的に材料が選定されるソース電極（ドレイン電極
も含む）と画素電極とのコンタクトの不良が生じるのを
接続層を介在させることによって解消したものとなって
いる。

【００１６】そして、この接続層を介在させることによ
ってコンタクト孔の形成を不要とし、開口率の向上を図
った構成となっている。

【００１７】さらに、後述のように、各構成要素を同一
の工程で可能な限り形成するために、それらの材料を選
定することによって、製造工程の増大をもたらすことな
く液晶表示基板を製造できる構成となっている。

【００１８】

【発明の実施の形態】まず、図２は、液晶を介して互い
に対向配置される透明基板のうち一方の透明基板の液晶
側の面における構成を示す平面図である。

【００１９】同図において、透明基板１があり、この透
明基板１の液晶側の面には、ゲート信号線２がｘ方向に
延在しかつｙ方向に並設されて形成されている。そし
て、これらゲート信号線２と絶縁されてドレイン信号線
３がｙ方向に延在しかつｘ方向に並設されて形成されて
いる。

【００２０】各ゲート信号線２とドレイン信号線３とで
囲まれる矩形の領域において単位画素領域（図中、点線
Ａで囲まれた領域）が形成され、マトリックス上に配置
されたこれら単位画素領域によって表示部（図中、点線
Ｂで囲まれた領域）が形成されるようになっている。

【００２１】各単位画素領域には、その大部分を占めて
透明な画素電極が形成され、また、一方のゲート信号線
に近接されて薄膜トランジスタが形成され、さらに、他
方のゲート信号線に近接されて浮遊容量が形成されてい
る。すなわち、各単位画素領域における等価回路は、図
３のように示され、ゲート信号線２を介して供給される
走査信号（電圧）によって薄膜トランジスタＴＦＴがオ
ンされ、このオンされた薄膜トランジスタＴＦＴを介し
てドレイン信号線３から供給された画素信号（電圧）が
画素電極４に印加されるようになっている。また、浮遊
容量Ｃａｄｄは該薄膜トランジスタＴＦＴがオフした際
に該画素信号を長く蓄積させるために設けられている。
なお、この画素電極４、薄膜トランジスタＴＦＴ、およ
び浮遊容量Ｃａｄｄの詳細な構成は後に詳述する。

【００２２】そして、図２に示すように、表示部の外周
に相当する透明基板１の外周には、ゲート信号線２の延
在部によって構成されるゲート電極端子２Ｔ、およびド
レイン信号線３の延在部によって構成されるドレイン電
極端子３Ｔが設けられている。

【００２３】表示部には、液晶を介して他の透明基板
（図示せず）が配置され、この透明基板の液晶側の面に
は各単位画素領域に共通な共通電極、およびカラーフィ
ルタ等が形成されている。なお、液晶は図中点線（Ｂで
示す点線）の部分に形成されるシール材によって各透明
基板の間に封止されるようになっている。

【００２４】図４は、前記単位画素領域における詳細な
構成を示した平面図で、図２の領域Ａの部分に相当する
図を示している。なお、図４においてI−I線における断
面図を図１に、また、V−V線における断面図を図５に示
している。

【００２５】まず、透明基板１の主表面に、図中ｘ方向
に延在するゲート信号線２、およびｙ方向に延在する遮
光層５が形成されている。この遮光層５は後に詳述する
ドレイン信号線が形成される部分に前記ゲート信号線２
とは分離（したがってゲート信号線２と接続されていな
い）して形成されるようになっている。このため、これ
らゲート信号２と遮光層５とで一単位画素領域を囲むよ
うにして形成されることになる。

【００２６】なお、この遮光層５の形成によって、いま
まで他方の透明基板側に設けられていた遮光層を形成し
なくて済むことから、透明基板１に対する該他方の透明
基板の位置合わせ裕度を考慮する必要がなく、実質的に
開口率の向上が図れるという効果を奏することになる。

【００２７】そして、一方の側（図中上側）におけるゲ
ート信号線２は、画素領域側に延在する延在部２Ａが一
体に形成され、この延在部２Ａは後に詳述する薄膜トラ
ンジスタＴＦＴのゲート電極を構成するようになってい
る。

【００２８】この薄膜トランジスタＴＦＴは、そのドレ
イン電極３Ａがドレイン信号線３に一体的に形成され、
そしてソース電極３Ｂが後に詳述する画素電極４に接続
されるようになるが、これらソース電極３Ｂと画素電極
４の接続において介在層ともなるべく接続層６が透明基
板１面に形成されている。

【００２９】さらに、他方の側（図中下側）におけるゲ
ート信号線２は、やはり画素領域側に延在する延在部２
Ｂが一体に形成され、この延在部２Ｂは後に詳述する浮
遊容量Ｃａｄｄの一方の電極を構成するようになってい
る。

【００３０】ここまで説明した、ゲート信号線２（延在
部２Ａ、２Ｂをも含む）、遮光層５、および接続層６
は、いずれもクロム（Ｃｒ）によって形成され、かつ同
一のフォトマスク工程で同時に形成されるようになって
いる。この場合、この実施例では、後述する効果を引き
出すために、クロム層の厚さを特に６０ｎｍ以下として
形成している。これにより、このクロム層からなるゲー
ト信号線２は充分に低抵抗の信号線として形成されるこ
とはないが、後に詳述する低抵抗層（図５参照）を一部
積層させることによってその弊害を除去せんとしてい
る。

【００３１】なお、同時に形成される前記ゲート信号線
２（延在部２Ａ、２Ｂをも含む）、遮光層５、および接
続層６は、必ずしもクロムに限定されることはなく、た
とえばモリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ある
いはチタン（Ｔｉ）等の高融点金属であってもよい。

【００３２】そして、このように加工された透明基板１
の表面には、所定のパターンで順次シリコン窒化膜７Ａ
（厚さ３００ｎｍ）とアモルファスＳｉ７Ｂ（厚さ１０
０ｎｍ）からなる積層体７が形成されている。

【００３３】この積層体７は、前記遮光層５を覆って後
述するドレイン信号線３の形成領域に沿って形成され、
しかも、その一部が薄膜トランジスタＴＦＴの形成領域
に延在した延在部７Ａを備えて形成されている。

【００３４】この積層体７は、薄膜トランジスタＴＦＴ
の形成領域においてはゲート酸化膜と半導体層としての
機能を、ゲート信号線２の後述するドレイン信号線３と
の交差部においては層間絶縁膜としての機能を、さら
に、前記遮光層５を覆う領域においては液晶との間の容
量を低減させる機能を有するようになっている。

【００３５】シリコン窒化膜７ＡとアモルファスＳｉ７
Ｂとの順次積層からなる積層体７は、同一の蒸着装置に
よって連続して形成され、かつ同一のフォトマスク工程
で同時に形成されるようになっている。この場合の選択
エッチングとしては、ＳＦ₆ガスを用いたプラズマエッ
チングが好適となる。

【００３６】そして、このように加工された透明基板１
の表面には、ドレイン信号線３が形成されている。この
ドレイン信号線３は、その一部が薄膜トランジスタＴＦ
Ｔの形成領域（積層体７上）に延在されたドレイン電極
３Ａが一体的に形成されている。また、この際に同時に
薄膜トランジスタＴＦＴのソース電極３Ｂをも形成さ
れ、このソース電極３Ｂは前記積層体７の段差部を股い
で該積層体７から露呈されている前記接続層６の一部に
接続されるようになっている。

【００３７】この場合の薄膜トランジスタＴＦＴにおい
て、そのアモルファスＳｉにはたとえばｎ型の高濃度不
純物がドープされたいわゆるコンタクト層が形成されて
おらず、後述するようにドレイン電極３Ａおよびソース
電極３Ｂの材料をアルミニュウムにすることによって、
該アルミニュウムを主成分とした合金層が形成され、こ
の合金層がコンタクト層としての機能を有するからであ
る。このことから、不純物をドープしてコンタクト層を
形成する工程を削減させる効果を奏する。

【００３８】さらに、ドレイン信号線３の形成と同時
に、前記積層体７から露呈されている部分のゲート信号
線２に積層されるようにして低抵抗層８が形成されるこ
とによって、該ゲート信号線２の抵抗値を下げるように
構成されている。

【００３９】これにより、ゲート信号線２は、ドレイン
信号線３との交差部においてそれ自体の層厚（６０ｎｍ
以下）を有し、それ以外の部分において前記低抵抗層８
によって層厚を大きくすることによって、ゲート信号線
２の全体として低抵抗化を図った構成となっている。

【００４０】このような構成としたのは、ゲート信号線
２とシリコン窒化膜７Ａを介して交差するドレイン信号
線との短絡発生を防止するためであり、その理由につい
ては後述する。

【００４１】ここまで説明した、ドレイン信号線２（ド
レイン電極２Ａをも含む）、ソース電極２Ｂ、および低
抵抗層８は、いずれもアルミニュウム（Ａｌ）によって
形成され、かつ同一のフォトマスク工程で同時に形成さ
れるようになっている。

【００４２】そして、このように加工された透明基板１
の表面には、たとえばシリコン窒化膜からなる保護膜１
０が形成されている。この保護膜１０は、画素領域のう
ち薄膜トランジスタＴＦＴが形成されている領域を除い
た部分に開口が設けられたものとなっている。この保護
膜１０の主たる機能は、薄膜トランジスタＴＦＴの液晶
との直接の接触からその特性が劣化してしまうのを防止
することにあるからである。

【００４３】この場合における保護膜の開口は、フォト
マスク工程を経ることによってなされるが、その開口部
からは前記接続層６の一端（ソース電極３Ｂとの接続部
と反対側の端部）が充分に露呈するように形成すること
が必要となる。この露呈された部分は、次の工程で形成
される画素電極４とのコンタクトを図る部分となるから
である。

【００４４】さらに、このように加工された透明基板１
の表面には、たとえばＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide）膜か
らなる画素電極４が形成されている。この画素電極４
は、保護膜１０の開口部に形成され、かつその周辺にお
いて該保護膜１０の上面に延在するように形成されてい
る。

【００４５】この画素電極４の形成にょって、該画素電
極４は、前記接続層６との接続が必然的になされるよう
になり、したがって該接続層６を介して薄膜トランジス
タＴＦＴのソース電極３Ｂとの接続がなされるようにな
る。

【００４６】このことから、保護膜１０にコンタクト孔
を特に形成する必要なくソース電極３Ｂとの接続が図れ
ることから、該コンタクト孔の形成領域を不要とでき、
開口率が向上できることになる。

【００４７】このようにして構成された液晶表示基板
は、その薄膜トランジススタＴＦＴの断面図を図１に示
すように、半導体層となるアモルファスＳｉ７Ｂの表面
にはいわゆるコンタクト層と称される不純物（たとえば
高濃度のｎが不純物）をドープした層が形成されていな
い構造となっている。

【００４８】これは、ドレイン電極３Ａおよびソース電
極３Ｂとしてアルミニュウムを用い、かつアモルファス
Ｓｉ７Ｂを一定の条件下で形成することにより、コンタ
クト層を形成しなくてもよい構造とすることができる。
アルミニュウムはアモルファスＳｉ７Ｂ中のボイドや粒
界に沿って拡散し、アルミニュウムを主成分とした合金
層を形成し、この合金層が金属的な導電性を示すことに
よってエネルギー障壁を小さくできるからである。

【００４９】そして、この場合、アモルファス−Ｓｉ
は、アルミニュウムからの電荷注入に際し該エネルギー
障壁の中間に位置するような局在準位をもったものにす
ることにより、薄膜トランジスタを動作させた場合に前
記エネルギー障壁によって発生する特性歪みを回避する
ことができるようになる。

【００５０】このため、アモルファスＳｉを毎分６０ｎ
ｍ以上の高速で形成すると結晶欠陥の多い、すなわち浅
い局在準位の多い膜質のものが得られる。価電子帯から
約１．５〜１．４ｅＶ程度の位置に１ｃｍ³当たりの１
０の１７乗〜１８乗の準位を有するアモルファスＳｉを
用いればこのエネルギー障壁によるトランジスタ特性の
歪みは改善されるようになる。

【００５１】また、アモルファスＳｉにアルミニュウム
を拡散させる場合、該アモルファスＳｉの表面を、１〜
２％のフッ酸処理、フッ素系ガスのプラズマエッチン
グ、アルゴンプラズマスパッタ等によって酸化膜を除去
することが好適となる。

【００５２】このようにして得られた薄膜トランジスタ
ＴＦＴの特性およびアモルファスＳｉを局在準位密度が
低い低速成膜条件で形成した特性を図６に示している。
Ｖｇ−Ｉｄ特性に若干の歪があるが実用上問題ない範囲
にあることが判る。

【００５３】そして、このトランジスタを分解調査した
ところ、アルミニュウムに被覆されていたアモルファス
シリコン部分からオージュ分光分析によってアルミニュ
ウムが検出された。パッシベーション膜の形成温度は２
００℃であり、透明基板は予備加熱を含め約１０分間加
熱されるため、その間にアルミニュウムがアモルファス
Ｓｉ中に拡散したものと思われる。

【００５４】そして、図１から明らかなように、薄膜ト
ランジスタＴＦＴのソース電極３Ｂは、積層体７の段差
を跨るようにして延在し、該積層体７からはみ出て形成
されている接続層６に一旦接続され、この接続層６は保
護膜１０を介しかつこの保護膜１０の上面にまで延在す
る画素電極４と接続されるように構成されている。すな
わち、アルミニュウムからなるソース電極３ＢはＩＴＯ
からなる画素電極４との直接な接続を避け、クロムから
なる接続層６を介して接続される構造となっている。

【００５５】アルミニュウムとＩＴＯとの直接な接続は
その界面に酸化膜が形成されやすいという事実に基づ
き、該接続層６を介在させることによってソース電極３
Ｂと画素電極４との良好なコンタクトを図らんとしてい
るものである。

【００５６】そして、この場合において、接続層６に対
する画素電極４との接続は、該接続層６を保護膜からは
み出すように形成し、このはみ出した部分において画素
電極４を形成する構成とすることによって、該保護膜１
０において特にコンタクト孔を形成する構成を回避し、
このコンタクト孔による開口率の向上の妨げを回避でき
る構成となっている。

【００５７】また、ゲート信号線２は、その断面図であ
る図５示すように、ドレイン信号線３と交差する部分を
除いて、アルミニュウムからなる低抵抗層８が形成され
た構成となっている。

【００５８】このために、ゲート信号線２を全体として
高抵抗の信号線とすることなく、シリコン窒化膜７Ａを
介して交差するドレイン信号線３との短絡を事前に防止
できる効果を奏するようになる。

【００５９】すなわち、ゲート信号線２をそれ自体その
層厚を大きくして低抵抗の信号線として形成すれば、ド
レイン信号線３との交差部におけるシリコン窒化膜７Ａ
内にボイドが発生しやすくなり、ドレイン信号線３を構
成するアルミニュウムが拡散し易くなることによりゲー
ト信号線２との短絡が発生する。

【００６０】この場合、その解決方法の一つとして、該
ゲート信号線２の層厚をたとえば６０ｎｍ以下にすれば
よいことを見出し、ゲート信号線２の交差部においては
上述した層厚に形成し、これにより高抵抗化してしまう
弊害を該交差部以外の部分においてアルミニュウムから
なる低抵抗層８を積層させることによって除去せんとし
た構成としている。

【００６１】また、上述した各効果を奏するにも関わら
ず、５回のフォトマスク工程で済むことから、製造工程
の増大をもたらすことなく、簡単な製造で済むようにな
るという多大な効果を有するようになる。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明による液晶表示基板によれば、開口率を向上させ
ることができるようになる。また、信号線間の短絡の惧
れのないものを得ることができるようになる。

【００６３】また、本発明による液晶表示基板の製造方
法によれば、製造工数の増大をもたらすことなく上述し
た効果を奏するようにできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による液晶表示基板の一実施例を示す断
面図である。

【図２】本発明による液晶表示基板の一方のガラス基板
の液晶側の面における構成の一実施例を示す概略平面図
である。

【図３】本発明による液晶表示基板の単位画素当たりの
等価回路の一実施例を示す回路図である。

【図４】本発明による液晶表示基板の単位画素当たりの
構成の一実施例を示す平面図である。

【図５】図４のV−V線における断面図である。

【図６】本発明による液晶表示基板に組み込まれる薄膜
トランジスタの特性を示す図である。

【符号の説明】

２……ゲート信号線、３……ドレイン信号線、３Ａ……
ドレイン電極、３Ｂ……ソース電極、４……画素電極、
５……遮光膜、６……接続層、７Ａ……シリコン窒化
膜、７Ｂ……アモルファスＳｉ、８……低抵抗層。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶を介して互いに対向配置される透明
   基板のうちその一方の透明基板の液晶側の面の各画素領
   域に、ゲート信号線に供給される走査信号によってオン
   される薄膜トランジスタと、このオンされた薄膜トラン
   ジスタを介してドレイン信号線から供給される画素信号
   が印加される画素電極が形成されている液晶表示基板に
   おいて、 前記薄膜トランジスタは、その半導体層としてアモルフ
   ァスＳｉからなり、不純物がドープされたコンタクト層
   を形成しない状態でアルミニュウムからなるドレイン電
   極およびソース電極が形成された構成とし、 前記ドレイン信号線の下層に絶縁膜を介して遮光層が該
   ドレイン信号線に沿い、かつゲート信号線と分離されて
   形成するとともに、 前記薄膜トランジスタのソース電極は、保護膜の開口部
   に一部露呈される接続層を介して前記画素電極と接続さ
   れていることを特徴とする液晶表示基板。
2. 【請求項２】 ゲート信号線、遮光層、および接続層
   は、同一の材料で形成され、かつ同一の工程で形成され
   ることを特徴とする請求項１記載の液晶表示基板の製造
   方法。
3. 【請求項３】 ゲート信号線、遮光層、および接続層は
   高融点金属材料から構成されていることを特徴とする請
   求項２記載の液晶表示基板の製造方法。
4. 【請求項４】 高融点金属材料としてＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、
   およびＴｉのうちいずれか、またはそれらの合金である
   ことを特徴とする液晶表示基板の製造方法。
5. 【請求項５】 ドレイン信号線はアルミニュウムから構
   成され、かつ薄膜トランジスタのドレイン電極およびソ
   ース電極と同一の工程で形成することを特徴とする請求
   項１記載の液晶表示基板の製造方法。
6. 【請求項６】 ソース電極の形成によって、そのソース
   電極が接続層に接続されることを特徴とする請求項１記
   載の液晶表示基板の製造方法。
7. 【請求項７】 ゲート信号線は、絶縁膜を介してドレイ
   ン線と交差する部分を除いて低抵抗層が積層されている
   ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示基板。
8. 【請求項８】 低抵抗層はアルミニュウムで形成されて
   いることを特徴とする請求項７記載の液晶表示基板。
9. 【請求項９】 低抵抗層は、アルミニュウムからなるド
   レイン信号線と同一の工程で形成することを特徴とする
   請求項８記載の液晶表示基板の製造方法。