JP2005528641A - 液晶表示装置用薄膜トランジスタアレイ基板 - Google Patents

Abstract

絶縁基板上にゲート線、ゲート線の端に接続されているゲートパッド及びゲート線に接続されているゲート電極を含むゲート配線が形成されており、共通電圧が伝達される保持容量用配線が形成されている。ゲート配線及び保持容量用配線を覆うゲート絶縁膜上部には半導体層及びオーミックコンタクト層が形成されており、また、ゲート線と画素領域を画定するデータ線、オーミックコンタクト層の上部までのびているソース電極、ソース電極と分離されてゲート電極に対してソース電極の反対側に位置するドレイン電極を含むデータ配線が形成されている。また、ゲート絶縁膜上には保持容量用配線と重なって保持容量を形成する保持容量導電体が形成されている。この時、保持容量導電体はここから突出されてゲート線と重なっている修理部を有する。データ配線及び該配線により覆われない半導体層上部に保護膜が形成されており、その上部には保護膜の接触孔を通じてドレイン電極及び保持容量導電体と接続されている画素電極が形成されている。

Description

本発明は、薄膜トランジスタアレイ基板に関する。

一般に、液晶表示装置は、電極が形成されている二枚の基板の間に液晶を注入し、それぞれの電極に加える電圧の強度を調節することによって光透過量を調節する構造からなっている。
このような液晶表示装置は、画像を表示するための複数の画素を含み、これら画素はマトリクス配列を有し、かつ、各画素は透明な導電物質で形成されている。このような画素電極は、複数のゲート線及び複数のデータ線を含む複数の信号配線を通じて印加される信号によって駆動される。ゲート配線及びデータ配線は、互いに交差してマトリクス配列の複数の画素領域を画定し、これらの配線は、薄膜トランジスタ（TFT）などのスイッチング素子を通じて画素電極と接続されている。この時、スイッチング素子は、ゲート線からの走査信号によって、画素電極に伝達されるデータ線からの画像信号を制御する。そして、各々の画素は、画素電極とともに保持容量（ストレージキャパシタ）を形成する保持電極を備え、印加された画像信号を次の信号が印加されるまで保持させる。

薄膜トランジスタを有する液晶表示装置の製造工程において、製造コストを上げる原因としては、主として画素欠陥があり、このうち、画素が常に明るく表示されるホワイト欠陥は目立ってしまうので、ほとんど識別が不可能となるように、画素が常に暗く表示されるブラック欠陥に変えて修理することが好ましい。
ここで、ホワイト欠陥は、画素電極とスイッチング素子の接触不良や、スイッチング素子の誤動作によって発生するが、この場合、初期にブラック状態を表示していても、時間が経過すると画素電極から漏れ電流が発生し、画素電圧が画素電極と対向する共通電極の共通電圧に接近することにより、ホワイト欠陥に変わるようになる。また、ホワイト欠陥は、データ線と画素電極の間に導電物質が残留してこれらが電気的に短絡するか、又は画素電極と共通電極が互いに短絡して発生する。

このようなホワイト欠陥をブラック欠陥に変換修理する方法の一つは、画素電極をこれと重なるゲート線と短絡させてゲート信号が伝達されるようにすることである。この時、ゲート線は、隣接する画素行のスイッチング素子にゲート信号を伝達し、画素電極と重なって保持容量を構成するための保持容量配線として用いられる。

しかしながら、画素電極と重なるゲート線の間に２〜４μｍ程度の絶縁膜が介在している場合は、レーザーを利用してこれらを短絡させることが非常に難しい。また、画素電極と重なる保持容量用配線を別途に独立的に有する独立配線方式の保持容量用配線に共通電圧が伝達される液晶表示装置では、保持容量用配線と画素電極を短絡させても、画素電極に共通電圧が伝達されるため、画素はそのままホワイト欠陥を続けるという問題点がある。
本発明は、独立的に保持容量用配線を有する独立配線方式の液晶表示装置において、ホワイト欠陥を容易に修理することができる画素構造を有する薄膜トランジスタアレイ基板を提供することにある。

本発明による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板は、画素電極と電気的に接続されている導電体パターンを有する。
より詳細には、本発明による薄膜トランジスタアレイ基板には、基板上にゲート線及びゲート線に接続されているゲート電極を含み、ゲート信号が伝達されるゲート配線と、ゲート線から分離されて共通電圧が伝達される保持容量用配線が形成されている。ゲート線及び前記保持容量用配線を覆うゲート絶縁膜上には、半導体層とゲート線が交差して画素領域を画定するデータ線、データ線に接続されて半導体層上に位置するソース電極、及びゲート電極を中心にソース電極と対向して半導体層上に位置するドレイン電極を含むデータ配線が形成されている。また、ゲート絶縁膜の上には、保持容量用配線と重なって保持容量を形成する導電体パターンが形成されており、これらの上には保護膜が形成されている。保護膜の上には、ドレイン電極または導電体パターンと電気的に接続されている画素電極が形成されている。この時、ゲート線または導電体パターンが互いに重なるようにゲート線または導電体パターンから延長された修理延長部を有する。

ここで、導電体パターンはドレイン電極と接続されることも、接続されないこともある。
そして、画素電極は、透明導電膜及び反射導電膜の少なくとも一方を含むことができ、透明導電膜と反射導電膜を共に有する場合には、反射導電膜が透明導電膜を露出する開口部を有することが好ましい。
修理延長部はリング状に形成され、ソース電極とドレイン電極の間のチャネル部を除く半導体層は、データ配線と同一のパターンを有することができる。

本発明による液晶表示装置用薄膜トランジスタアレイ基板では、画素電極に電気的に接続されている導電体パターンにゲート線と重畳する修理延長部を設けるか、又はゲート線に導電体パターンと重畳する修理延長部を設けて、画素電極とゲート線の間に厚い有機絶縁膜が介在しても、画素のホワイト欠陥を容易に修理することができる。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施例に対して、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳細に説明する。しかし、本発明は多様な形態で実現することができ、ここで説明する実施例に限定されない。
図面は、各種層及び領域を明確に表現するために、厚さを拡大して示している。明細書全体を通じて類似した部分については同一な図面符号を付けている。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の“上に”あるとする時、これは他の部分の“すぐ上に”ある場合に限らず、その中間に更に他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の“すぐ上に”あるとする時、これは中間に他の部分がない場合を意味する。

以下、本発明の実施例による液晶表示装置を、図面を参考にして詳細に説明する。
図１及び図２を参照して、本発明の第１実施例による液晶表示装置用の薄膜トランジスタアレイ基板の構造について説明する。
図１は本発明の第１実施例による液晶表示装置用の薄膜トランジスタアレイ基板の構造を示した平面図であり、図２は図１に示すII-II´線による断面図である。

絶縁基板１１０上に、低抵抗を有するアルミニウム系列の導電物質からなる単一膜若しくはこれを含む多層膜からなっているゲート配線と保持容量用配線が形成されている。
ゲート配線は横方向にのびているゲート線１２１、ゲート線１２１の端に接続されて、外部からのゲート信号の印加を受けてゲート線に伝達するゲートパッド１２５、及びゲート線１２１に接続されている薄膜トランジスタのゲート電極１２３を含む。

保持容量用配線は、横方向にのびている維持電極線１３１及び後に形成される画素電極１９０と電気的に接続されている保持容量用導電体１７７と重なって保持容量を構成する保持電極１３３を含み、保持容量用配線１３１、１３３には、絶縁基板１１０と対向する上部基板（図示せず）に形成されている共通電極（図示せず）に伝達される共通電圧が伝達される。
ここで、ゲート配線１２１、１２３、１２５が多層膜の場合には、他の物質と接触特性が優れたパッド用物質を含むことができる。
保持容量用配線１３１、１３３にはゲート信号が伝達される。

基板１１０上には、窒化ケイ素（SiNx）などからなるゲート絶縁膜１４０がゲート配線１２１、１２３、１２５を覆っている。
ゲート電極１２３に対向してのゲート絶縁膜１４０上には、非晶質シリコンなどの半導体からなる半導体層１５０が形成されており、半導体層１５０の上にはシリサイド若しくはn型不純物が高濃度にドーピングされているn+水素化非晶質シリコンなどの物質で作られたオーミックコンタクト層１６３、１６５が各々形成されている。
オーミックコンタクト層１６３、１６５及びゲート絶縁膜１４０上には、銀や銀合金またはアルミニウムやアルミニウム合金などのように低抵抗を有する単一膜若しくはこれを含む多層膜からなるデータ配線１７１、１７３、１７５、１７９が形成されている。

データ配線は、縦方向に形成されてゲート線１２１と交差してマトリックス配列の画素領域を画定する複数のデータ線１７１、データ線１７１に接続されてオーミックコンタクト層１６３の上部までのびているソース電極１７３、ソース電極１７３と分離されてゲート電極１２３に対してソース電極１７３の反対側のオーミックコンタクト層１６５上部に形成されているドレイン電極１７５、及びデータ線１７１の一端に接続されて外部からの画像信号の印加を受けるデータパッド１７９を含む。また、データ配線は保持容量を向上させるために保持電極１３３と重なって保持容量を形成し、ゲート線１２１と重なっている修理部１７８を有する保持容量用導電体パターン１７７を含むことができる。

データ配線１７１、１７７、１７３、１７５、１７９及びこれらによって覆われない半導体層１５０上には、窒化ケイ素または平坦化特性が優れた有機絶縁物質からなる保護膜１８０が形成されている。
保護膜１８０には、ドレイン電極１７５、保持容量導電体１７７及びデータパッド１７９を各々露出する接触孔１８５、１８７、１８９が形成されており、また、保護膜１８０及びゲート絶縁膜１４０には、ゲートパッド１２５を露出する複数の接触孔１８２が形成されている。

保護膜１８０上には、接触孔１８７、１８５を通じて保持容量導電体１７７及びドレイン電極１７５と電気的に接続されている画素電極１９０が形成されている。また、保護膜１８０上には、補助ゲートパッド９２及び補助データパッド９７が形成されている。ここで、画素電極１９０、補助ゲート９２及び補助データパッド９７は、透明な導電物質であるITO（indium tin oxide）やIZO（indium zinc oxide）などからなっている。この時、画素電極１９０は、銀や銀合金、またはアルミニウムやアルミニウム合金などのように反射度を有する反射膜からなることができ、この場合、保護膜１８０は、反射膜の反射効率を増大するために反射膜が凹凸パターンを有するように表面に凹凸パターンを有することが望ましい。

修理部１７８は、画素電極１９０がフローティングしたり共通電圧が伝達されて、画素が常に明るく表示されるホワイト欠陥を生じる場合、画素の識別がほとんど不可能なブラック欠陥に容易に変えられる機能を有する。即ち、ゲート線１２１と画素電極１９０の間に２〜４μm程度の厚い絶縁膜１８０が介されていてレーザーを照射してゲート線１２１と画素電極１９０を短絡することが難しくても、ホワイト欠陥が発生する場合に、ゲート線１２１と重なっている修理部１７８にレーザーを照射して修理部１７８とゲート線１２１を短絡させると、修理部１７８と電気的に接続されている画素電極１９０にはゲートオフ電圧が伝達される。画素電極１９０とこれと対向する共通電極の間に電位差が形成されない状態で明るい色を表示するように設計されているノーマリーホワイトモードの液晶表示装置において、画素電極１９０にはゲートオフ電圧が伝達されて、画素電極１９０と共通電極の間に電界が形成され、画素は暗く表示される。

この時、修理部１７８が保持容量導電体１７７から延長されて、保持容量導電体１７７とゲート線１２１の重なりが形成されているが、ゲート線１２１から突出すか、又はゲート線１２１及び保持容量導電体１７７の両方から突き出すようにしてもより。また、修理部１７８は、種々の模様、例えば中央に開口部を持つリング状にしてもよい。
本発明の他の実施例では、保持容量用配線は、画素領域の上部及び下部に各々配置されている一対の保持容量用配線及び画素領域の縁に縦方向にのびている画素電極を含むことができる。

本発明の第１実施例では、画素電極が修理部を有する構造を示しているが、本発明の第２実施例では、前記したように、ゲート配線から突出している修理部を有する構造について、図３〜図５を参照して具体的に説明する。
図３は、本発明の第２実施例による液晶表示装置用の薄膜トランジスタアレイ基板の構造を示す配置図であり、図４及び図５は、図３に示すIV-IV´及びV-V´線によるそれぞれの断面図である。
大部分の構造は第１実施例と同様である。
しかしながら、ゲート配線は、ゲート線１２１からのびる複数の修理部１２８を有し、該修理部１２８は、保持容量導電体１７７とゲート絶縁膜１４０を介在して重なっている。

なお、ゲート配線１２１、１２５、１２３、１２８を覆うゲート絶縁膜１４０の上には、水素化非晶質シリコンなどの半導体からなる半導体パターン１５２、１５７が形成されており、半導体パターン１５２、１５７上には、リン（P）などのn型不純物で高濃度にドーピングされている非晶質シリコンなどからなるオーミックコンタクトパターン若しくは中間層パターン１６３、１６５、１６７が形成されている。

この時、オーミックコンタクトパターン１６３、１６５、１６７は、その下部の半導体パターン１５２、１５７とその上部のデータ配線１７１、１７７、１７３、１７５、１７９の接触抵抗を低くする役割をし、データ配線１７１、１７７、１７３、１７５、１７９と完全に同一の形態を有する。即ち、オーミックコンタクトパターン１６３、１６５、１６７は、データ配線１７１、１７９、１７３とほぼ同一形状の複数のデータ配線用オーミックコンタクト１６３と、ドレイン電極１７５とほぼ同一形状の複数のドレイン電極用オーミックコンタクト１６５と、保持容量導電体１７７とほぼ同一形状の複数の保持容量用オーミックコンタクト１６７とを含んでいる。

一方、半導体パターン１５２、１５７は、薄膜トランジスタのチャネル部Ｃを除いて、データ配線１７１、１７７、１７３、１７５、１７９及びオーミックコンタクトパターン１６３、１６５、１６７と同じ形状である。詳細には、半導体パターン１５７と１５７は、保持容量導電体１７７及び保持容量オーミックコンタクト１６７とほぼ同一形状の複数の保持容量半導体１５７と、複数の薄膜トランジスタ用半導体１５２からなり、薄膜トランジスタ用半導体１５２は、はデータ配線及びオーミックコンタクトパターンのその他の部分と多少異なる。即ち、薄膜トランジスタのチャネル部Ｃで、ソース電極１７３とドレイン電極１７５が分離され、データ線用オーミックコンタクト１６３とドレイン電極用オーミックコンタクト１６５も分離される。しかしながら、薄膜トランジスタ用半導体１５２は、ここで切れずに接続されて、薄膜トランジスタのチャネルを生成する。

また、画素電極１９０と接続され、保持容量線１３１と重なって保持容量を形成する保持容量導電体１７７は、ドレイン電極１７５と接続されている。
また、保護膜１８０は、表面に凹凸パターンを有し、その上にある画素電極１９０は、IZOやITOなどのような透明な導電物質からなる透明電極１９１と銀や銀合金またはアルミニウムやアルミニウム合金などのような反射度を有する導電物質からなっており、画素領域に透過領域（T）を有する反射電極１９２を含む。
勿論、本発明の第２実施例の構造においても、修理部１２８がリング状であってもよい。

以下、このような本発明の第１及び第２実施例による液晶表示装置用の薄膜トランジスタアレイ基板の製造方法について、図１〜図５を参照して簡略に説明する。
まず、絶縁基板１１０上に、低抵抗を有する銀や銀合金若しくはアルミニウムやアルミニウム合金の単一膜、またはこれを含む多層膜を積層し、マスクを用いるフォトエッチング工程でパターニングして、ゲート配線１２１、１２５、１２３及び保持容量用配線１３１、１３３を形成する。

次に、窒化ケイ素からなるゲート絶縁膜１４０、非晶質シリコンからなる半導体層、ドーピングされた非晶質シリコン層の３層膜を連続積層し、マスクを用いるパターニング工程で、半導体層１５０とドーピングされた非晶質シリコン層をパターニングして、ゲート電極１２３と対向するゲート絶縁膜１４０上に、半導体層１５０とオーミックコンタクト層を同じ形状に形成する。
次に、データ配線用導電物質を積層した後マスクを用いるフォト工程でパターニングして、データ配線１７１、１７３、１７５、１７７、１７８、１７９を形成する。この時、保持容量が十分に確保できる場合には、第２実施例のように保持容量用導電体パターン１７７を形成しないこともある。
次に、データ配線１７１、１７７、１７３、１７５、１７９によって覆われないオーミックコンタクト層をエッチングして、ゲート電極１２３を中心に両側に分離された部分オーミックコンタクト１６３、１６５を完成し、これら部分１６３、１６５の間の半導体層パターン１５０を露出する。次に、露出された半導体層１５０の表面を安定化するために、酸素プラズマ処理を施すのが良い。

次に、低誘電率を有し平坦化特性が優れた有機絶縁物質または窒化ケイ素などの絶縁物質を基板１１０の上に積層して保護膜１８０を形成し、フォトエッチング工程でゲート絶縁膜１４０と共にパターニングして、ゲートパッド１２５、ドレイン電極１７５、保持容量導電体１７７及びデータパッド１７９を露出する接触孔１８２、１８５、１８７、１８９を形成する。この時、保持容量電極を形成しない場合には、接触孔１８７も形成する必要がない。
最後に、ITOまたはIZO膜を積層し、マスクを用いるパターニングを実施して、接触孔１８５、１８７を通じてドレイン電極１７５及び保持容量導電体１７７とそれぞれ接続される画素電極１９０と、接触孔１８２、１８９を通じてゲートパッド１２５及びデータパッド１７９と各々接続される補助ゲートパッド９２及び補助データパッド９７を各々形成する。

一方、第２実施例による液晶表示装置用の薄膜トランジスタアレイ基板の製造方法では、製造工程を単純化するために、半導体パターン１５２、１５７、オーミックコンタクトパターン１６３、１６５、１６７及びデータ配線１７１、１７３、１７５、１７７、１７９を一つの感光膜パターンを用いるフォトエッチング工程にて形成する。
詳細には、ゲート配線を形成した後にゲート絶縁膜１４０、非晶質シリコンからなる半導体層、ドーピングされた非晶質シリコン層の３層膜を連続積層する。
次に、データ配線用導電層を積層しその上に感光膜を形成し、チャネル部Ｃの光透過調節膜を有するマスクを用いて部分的に異なる厚さを有する感光膜パターンを形成する。この時、感光膜パターンは、データ配線に対応する第１部分よりもチャネル部Ｃに対応する第２部分が薄い厚さであり、その他の部分は感光膜が全て除去されている。

まず、このような感光膜パターンをエッチングマスクとして用いて、半導体パターン１５２、１５７を形成する。次に、第２部分の感光膜を除去し、第１部分の感光膜パターンをエッチングマスクとして、チャネル部Ｃからデータ配線用導電物質を除去してデータ配線１７１、１７３、１７７、１７５、１７９を形成し、これをエッチングマスクとしてドーピングされた非晶質シリコン層をエッチングしてオーミックコンタクトパターン１６３、１６５、１６７を完成する。
なお、画素電極１９０を形成するためにはまず、凹凸パターンを有する保護膜１８０の上に透明な導電物質を積層し、マスクを用いる写真エッチング工程でパターニングして透明電極１９１を形成し、その上に反射度を有する導電物質を積層しパターニングして反射電極１９２を形成する。

本発明の第１実施例による液晶表示装置用の薄膜トランジスタアレイ基板の構造を示す配置図である。 図１のII-II´線による断面図である。 本発明の第２実施例による液晶表示装置用の薄膜トランジスタアレイ基板の構造を示す配置図である。 図３のIV-IV´による断面図である。 図３のV-V´線による断面図である。

Claims (9)

1. 基板、
   前記基板上に形成され、ゲート線及び前記ゲート線に接続されているゲート電極を含み、ゲート信号が伝達されるゲート配線、
   前記基板上に形成されて共通電圧が伝達される保持容量用配線、
   前記基板上部に形成されて前記ゲート線及び前記保持容量用配線を覆うゲート絶縁膜、
   前記ゲート電極と反対側の前記ゲート絶縁膜上に形成されている半導体層、
   前記ゲート絶縁膜上に形成されて前記ゲート線と交差して画素領域を画定するデータ線、前記データ線に接続されて前記半導体層上に位置するソース電極及び前記ゲート電極を中心に前記ソース電極と対向して前記半導体層上に位置するドレイン電極を含むデータ配線、
   前記ゲート絶縁膜上に形成されて、前記保持容量用配線と重なって保持容量を形成する導電体パターン、
   前記データ配線及び前記半導体層を覆う保護膜、及び
   前記保護膜上の前記画素領域に形成されて、前記ドレイン電極または前記導電体パターンと電気的に接続されている画素電極
   を含み、
   前記ゲート線及び前記導電体パターンが互いに重なるように、前記ゲート線及び前記導電体パターンから延長した修理延長部を有する
   ことを特徴とする液晶表示装置用の薄膜トランジスタアレイ基板。
2. 前記導電体パターンは、前記ドレイン電極と接続されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスタアレイ基板。
3. 前記導電体パターンは、前記ドレイン電極から分離されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスタアレイ基板。
4. 前記画素電極は、透明導電膜及び反射導電膜の少なくとも一方であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスタアレイ基板。
5. 前記画素電極は、前記透明導電膜と前記反射導電膜を共に有し、前記反射導電膜は、前記透明導電膜を露出する開口部を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスタアレイ基板。
6. 前記修理延長部は、リング状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスタアレイ基板。
7. 前記修理延長部は、前記導電体パターンからのびていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスタアレイ基板。
8. 前記修理延長部は、前記ゲート線からのびていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスタアレイ基板。
9. 前記半導体層は、前記ソース電極と前記ドレイン電極の間のチャネル部を除いて、前記データ配線と同一のパターンを有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板。

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