JP2007333808A - アクティブマトリクス表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】LTPS TFTのパターンニング工程数を削減したアクティブマトリクス表示装置を提供すること。
【解決手段】本発明にかかるアクティブマトリクス表示装置は、絶縁基板1上に形成されたソース領域2a、ドレイン領域2c及びチャネル領域2bを有するポリシリコン層2と、ポリシリコン層2上に形成されたゲート絶縁層4と、ゲート絶縁層4上に形成されたゲート電極5と、ゲート電極5上に形成された層間絶縁層7と、層間絶縁層7に設けられたコンタクトホール12を介してソース領域2a及びドレイン領域2cに接続された配線層9とを有する。さらに、絶縁基板1上に形成された第1の画素電極3a、ゲート絶縁層4及びゲート電極5と同一層に形成されたキャパシタ上部電極6によりキャパシタが構成されている。
【選択図】図2

Description

本発明は、ポリシリコンTFTを利用したアクティブマトリクス表示装置に関する。
近年の高度情報化社会の本格的な進展や、マルチメディアシステムの急速な普及に伴い、液晶表示装置(LCD:Liquid Crystal Display)や有機EL表示装置(EL:Electro Luminescence)などの重要性はますます増大している。これらの表示装置の画素の駆動方式としては、アレイ状に配列された、薄膜トランジスタ(TFT)を用いたアクティブマトリクス方式が広く採用されている。アクティブマトリクス型表示装置では、TFTがアレイ状に配列されたTFTアレイ基板が用いられる。
このような表示装置に用いられるTFTとしては、シリコン膜を用いたMOS構造が多用される。このシリコン膜には、非晶質シリコン(アモルファスシリコン:a−Si)膜や多結晶シリコン(ポリシリコン:p−Si)膜が利用される。ポリシリコンはa−Siに比べ、キャリア移動度が2桁程度も大きいため、TFTの性能を向上させることができる。他方、ポリシリコンの製造には、約1000℃もの高温を要し、絶縁基板として融点が1000℃以上の石英ガラス基板を使用する必要があるため、製造コストが高くなるという問題があった。しかし、低温プロセスの開発により、上記問題点を解決した低温ポリシリコン(LTPS:Low-Temperature Poly-Silicon)TFTが登場し、表示装置の大型化や高精細化に大きく寄与している。
このLTPS TFTは、一般に、絶縁基板上に形成されたソース領域、ドレイン領域及びチャネル領域を含むシリコン層、シリコン層上に形成されたゲート絶縁層、並びにゲート絶縁層の上に形成されたゲート電極を備えている。また、ゲート電極上にはゲート電極及びゲート絶縁層を覆う層間絶縁層領域が形成され、さらにドレイン領域及びゲート電極に接続する配線が設けられている。そして、この配線上には配線及び層間絶縁層を覆う上部絶縁層が設けられている。
LTPS TFTは表示装置周辺の回路形成に使用することにより、IC(Integrated Circuit)及びIC装着板の使用が削減され、表示装置の周辺を簡略化することができ、狭額縁で高信頼性の表示装置が実現されている。また、液晶表示装置においては、画素毎のスイッチングトランジスタの容量が小さくなるだけでなく、ドレイン側に接続するストレージキャパシタの面積も縮小できることから、高解像で高開口率の液晶表示装置が実現できる。このため、携帯電話用程度の小型パネルでQVGA(画素数:240×320)やVGA(画素数:480×640)の高解像液晶表示装置にはLTPS TFTが主導的な役割を果たしている。このように、LTPS TFTはa−Siと比較して、性能面で大きな優位点がある。
特許文献1はLTPS TFTの利点を活用したアクティブマトリクス表示装置の一例であり、TFTのドレイン領域とキャパシタ下部電極を直結させる構造である。この構造のキャパシタは絶縁層として、LTPS TFTの特徴である薄いゲート絶縁層を用いることができる。このため、キャパシタの占有面積が小さくなり、画素の開口率が拡大する。これは、LTPS TFTがa―Siと比較して、高解像化し易い要因の一つになっている。
特開平10−153801号公報
しかしながら、上記LTPS TFTは、a−Siと比較して製造プロセス工数が多いという問題点がある。すなわち、a−SiTFT LCDのパターンニングが必要な工程数が5工程であるのに対し、LTPS TFT LCDは8工程必要となる。LTPS TFT LCDのパターンニング工程数を増加させる工程の内訳は、以下の3工程である。
1)C/MOS構造のP型層形成のための選択ドーピング工程
2)ストレージキャパシタの下部電極用ポリシリコン層の低抵抗化のためのドーピング工程もしくは下部電極用金属電極形成工程
3)ソース・ドレイン配線用のコンタクトホール形成工程
このパターンニング工程数における3工程の差は生産性に大きく影響し、LTPS TFT LCDの利点とされるIC及びIC装着板等の部品コスト削減額以上に生産コストが高くなり、表示装置の製品競争力はa−Si TFTより低くなってしまう。また、特許文献1に記載の表示装置は、パターンニング工程数を削減するためにソース領域に配線されるソース配線と画素電極を同層に形成している。しかし、ソース配線と画素電極を同層に形成すると、ソース配線と画素電極の平均電位に差があるため液晶層に常時直流電圧がかかることになる。このため、表示装置の信頼性低下の恐れが危惧される。
従って本発明の目的は、上記問題点を解決するものであり、LTPS TFT LCDの利点を損なわず、製造工数を削減することができるアクティブマトリクス表示装置を提供することである。
上述した課題を解決するために、本発明にかかるアクティブマトリクス表示装置は、絶縁基板上に形成されたソース・ドレイン領域及びチャネル領域を有するポリシリコン層と、前記ポリシリコン層上に形成されたゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極上に形成された層間絶縁層と、前記層間絶縁層に設けられたコンタクトホールを介し前記ソース・ドレイン領域に接続された配線層とを有するアクティブマトリクス表示装置であって、前記絶縁基板上に形成された第1の画素電極と、前記ゲート電極と同一層に形成された上部電極とを有し、前記第1の画素電極、前記ゲート絶縁層及び前記上部電極によりキャパシタが構成されるものである。
本発明によれば、製造工数を削減しつつ、様々なレイアウトの画素を設計及び製造することができるアクティブマトリクス表示装置を提供することができる。
本実施の形態にかかるアクティブマトリクス表示装置は、LTPS TFTのパターンニング工程数を削減し、生産性を向上するものである。具体的には、ストレージキャパシタの下部電極として従来用いられるポリシリコン層又は金属電極層を画素電極層に置き換えることにより、ポリシリコン層への選択ドーピング工程を省略する。すなわち、ガラス基板上であってゲート絶縁膜より下層に画素電極を形成し、この画素電極に、キャパシタ下部電極としても機能を持たせることにより、従来のLTPS TFT LCDでは8工程のパターンニング工程が必要であったのに対し、7工程に削減することができる。また、相補型MOS(CMOS)構造ではなく、a−Si TFT LCDと同様の単一チャネル構造とすれば、そのパターンニング工程数は6工程とすることができる。
また、本実施の形態においては、半透過反射型LCDの工程数を大幅に削減することができる。すなわち、従来では透過型LCDよりさらにパターンニング工程数が増加する半透過反射型LCDにおいて、反射電極を従来のように透過電極とは重ねず、反射電極を配線層で置き換えることにより、パターンニング工程数を透過型LCDと同数にすることができる。さらに、本実施の形態にかかるアクティブマトリクス表示装置は、LCDだけでなく、AMOLED等の他のアクティブマトリクス表示装置にも同様に適用することができる。
以下に、本実施の形態を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定されるわけではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は適宜省略及び簡略化される。
実施の形態1.
本実施の形態1にかかるアクティブマトリクス表示装置について図1を参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態にかかるアクティブマトリクス表示装置の構成を示す平面図である。
本実施の形態にかかる表示装置は、薄膜トランジスタアレイ基板(以下TFTアレイ基板)20を有している。TFTアレイ基板20には、表示領域21と表示領域21を囲むように設けられた額縁領域22とが設けられている。この表示領域21には、複数の走査信号線23と複数の表示信号線24と形成されている。複数の走査信号線23は平行に設けられている。同様に、複数の表示信号線24は平行に設けられている。走査信号線23と、表示信号線24とは直行している。そして、隣接する走査信号線23と表示信号線24とで囲まれた領域が画素27となる。従って、TFTアレイ基板20上では、画素27がマトリクス状に配列される。
さらに、TFTアレイ基板20の額縁領域22には、走査信号駆動回路25と表示信号駆動回路26とが設けられている。走査信号線23は、表示領域21から額縁領域22まで延設されている。そして、表示信号線24も同様に表示領域21から額縁領域22まで延設されている。そして、表示信号線24は、TFTアレイ基板20の端部で、表示信号駆動回路26と接続される。走査信号駆動回路25の近傍には、外部配線28が接続されている。また、表示信号駆動回路26の近傍には、外部配線29が接続されている。外部配線28、29は、例えば、FPC(Flexible Printed Circuit)などの配線基板である。また、外部配線28、29は走査信号駆動回路25と表示信号駆動回路26の方式により、省略又は縮小されることもある。
外部配線28、29を介して走査信号駆動回路25、及び表示信号駆動回路26に外部からの各種信号が供給される。走査信号駆動回路25は外部からの制御信号に基づいて、走査信号を走査信号線23に供給する。この走査信号によって、走査信号線23が順次選択されていく。表示信号駆動回路26は外部からの制御信号や、表示データに基づいて表示信号を表示信号線24に供給する。これにより、表示データに応じた表示電圧を各画素27に供給することができる。なお、走査信号駆動回路25と表示信号駆動回路26は、TFTアレイ基板20上に配置される構成に限られるものではない。例えば、TCP(Tape Career Package)により駆動回路を接続してもよい。
有機EL表示装置の場合、走査信号線23及び表示信号線24の他に、共通電位を供給するための共通配線(図示せず)や、電源電圧を供給するための電源電圧配線(図示せず)が設けられる。共通配線及び電源電圧線も走査信号線23や表示信号線24と同様に表示領域21から額縁領域22まで延設されている。これによって、外部から共通電位、及び電源電圧を画素27に供給することができる。
画素27内には、少なくとも1つの薄膜トランジスタ(TFT)30が形成されている。例えば、このTFT30が有機EL発光素子に駆動電流を供給する駆動用TFTである場合、TFT30のドレインに有機EL発光素子が接続される。具体的には、TFT30のドレインに画素電極が接続される。また、TFT30のゲートには、走査信号が供給される。さらに、TFT30のソースには画素電流を供給する駆動用TFT(図示せず)の出力が接続される。そして、画素電極には対向電極が対向配置される。この画素電極と対向電極との間に有機発光層を配設することによって、有機EL発光素子が構成される。また、対向電極には、共通電位が供給されている。このように、画素電極と対向電極とが有機発光層を挟んで配置される。従って、TFT30が有機発光層に流れる駆動電流を走査する制御素子となる。
TFT30は、走査信号によって、表示輝度に応じた駆動電流を有機EL発光素子に供給する。ここで、走査信号は、走査信号線23を1本ずつ順次選択していく。そして、TFT30がオンしたタイミングで、表示信号線24からその画素に対応する表示電圧を供給する。駆動用TFT(図示せず)により、画素毎に表示データに応じた所定の駆動電流がTFT30を介して供給される。これにより、有機発光素子が表示データに応じた輝度で発光する。そして、走査信号により走査信号線23を順次走査することによって、表示領域21に所望の画像を表示することができる。
液晶表示装置の場合、画素27内には、1つのTFT30が形成されている。TFTは走査信号線23と表示信号線24の交差点近傍に配置される。例えば、このTFT30が画素電極に表示電圧を供給する。すなわち、走査信号線23からの走査信号によって、スイッチング素子であるTFT30がオンする。これにより、表示信号線24から、TFT30のドレイン電極に接続された画素電極に表示電圧が印加される。そして、画素電極と、対向電極との間に、表示電圧に応じた電界が生じる。なお、TFTアレイ基板20の表面には、配向膜(図示せず)が形成されている。
さらに、TFTアレイ基板20には、対向基板が対向して配置されている。対向基板は、例えば、カラーフィルタ基板であり、視認側に配置される。対向基板には、カラーフィルタ、ブラックマトリクス(BM)、対向電極、及び配向膜等が形成されている。なお、対向電極は、TFTアレイ基板20側に配置される場合もある。そして、TFTアレイ基板20と対向基板との間に液晶層が挟持される。すなわち、TFTアレイ基板20と対向電極との間には、液晶が注入されている。さらに、TFTアレイ基板20と対向基板との外側の面には、偏光板、及び位相差板等が設けられる。また、液晶表示パネルの反視認側には、バックライトユニット等が配設される。
画素電極と対向電極との間の電界によって、液晶が駆動される。すなわち、基板間の液晶の配向方向が変化する。これにより、液晶層を通過する光の偏光状態が変化する。すなわち、偏光板を通過して直線偏光となった光は液晶層によって、偏光状態が変化する。具体的には、バックライトユニットからの光あるいは、外部から入射した外光は、偏光板によって直線偏光になる。そして、この直線偏光が液晶層を通過することによって、偏光状態が変化する。
従って、偏光状態によって、対向基板側の偏光板を通過する光量が変化する。すなわち、液晶表示パネルを透過する透過光又は液晶表示パネルで反射された反射光のうち、視認側の偏光板を通過する光の光量が変化する。液晶の配向方向は、印加される表示電圧によって変化する。従って、表示電圧を制御することによって、視認側の偏光板を通過する光量を変化させることができる。すなわち、画素毎に表示電圧を変えることによって、所望の画像を表示することができる。LCDの場合、透過型、半透過型、又は反射型のいずれでもよい。
次に、このように構成されたアクティブマトリクス表示装置について、更に詳細に説明する。図2(a)及び図2(b)は、実施の形態1にかかるアクティブマトリクス表示装置の一部であるTFTとキャパシタ部の構成を示す断面図である。
図2(a)に示すように、絶縁基板1上の所定の領域にポリシリコン層2が形成されている。ポリシリコン層2には、ソース領域2a及びドレイン領域2cが形成され、ソース領域2aとドレイン領域2cとの間にチャネル領域2bが形成されている。絶縁基板1上には、さらに、離隔した位置に導電性層よりなる画素電極3が形成されている。ポリシリコン層2及び画素電極3の上面にはゲート絶縁層4が形成されている。
さらに、チャネル領域2bの上にはゲート絶縁層4を挟んでゲート電極5が形成されている。すなわち、ゲート電極5は、ポリシリコン層2のチャネル領域2bとゲート絶縁層4を挟んで対向配置される。ゲート電極5とチャネル領域2bを自己整合させるには、ゲート電極5形成後、ゲート電極5をマスクにして、ソース領域2aおよびドレイン領域2cを選択イオン注入により形成することが好ましい。
また、画素電極3の上の所定領域にはゲート絶縁層4を挟んでゲート電極5と同層に、キャパシタ上部電極6が形成されている。ここで、本実施の形態においては、画素電極3の一部がキャパシタ下部電極として機能し、その間のゲート絶縁層4がキャパシタ絶縁膜として機能し、これらとキャパシタ上部電極6とでキャパシタが構成されている。キャパシタ上部電極6を、ゲート絶縁層4を介して画素電極3上の一部に形成することにより、画素電極3の一部がキャパシタの下部電極となる。キャパシタ上部電極6はゲート電極5と同時形成することにより、製造プロセスが簡略化される。また、キャパシタ絶縁膜としてゲート絶縁層4以外の材料及び膜厚を用いることにより、キャパシタ容量を変更することが可能である。
また、ゲート電極5及びキャパシタ上部電極6上には、層間絶縁層7が形成されている。さらに、層間絶縁層7を貫いてソース領域2a、ドレイン領域2c、及び画素電極3の所定位置に接続するコンタクトホール12が形成され、コンタクトホール12上部に配線層9が埋め込まれて電気的に接続されている。この上にさらに、配線層9を覆う上部絶縁層10が形成されている。
配線層9はAl等のように電気伝導率の高い金属膜が好ましい。また、配線層9の電気的接続を良好にするための界面導電膜8を界面に設けることが好ましい。すなわち、配線層9の下側の界面に界面導電膜8を形成する。この界面導電膜8にはTi、Cr、Zr、Ta、W、Mo、TiN、ZrN、TaN、WN、若しくはVN等の高融点金属又はこれらのうち1以上を含む金属化合物を用いることが好ましい。なお、この配線層9を覆う上部絶縁層10は、この上に形成する表示のための層と配線層9間のリークを防ぐために用いるもので、表示装置の構造によっては不要の場合もある。
また、前記画素電極3上のゲート絶縁層4と層間絶縁層7を除去する構造を用いることにより、画素電極3と対向電極との間に充填する液晶に加えられる電界が増大し、画質を向上させることができる。透過型LCDの発光表示装置の場合、前記画素電極3は、ITO、IZO、又はITZO等の透明電極を用いることができる。
反射型LCDの発光表示装置の場合、前記画素電極3としてAlやAg等の反射電極を用いることができる。この時、反射電極としてAlやAg等の金属を用いた場合、後続製造プロセスの熱処理で結晶化が促進され、表面の反射率が低下する恐れがある。そこで、この反射電極の劣化を抑える方法としては、図2(b)に示すように、第1の画素電極3a及びその上層の第2の画素電極3bを形成することにより、画素電極3を複層化することが好ましい。具体的には、第1の画素電極3aとして、熱処理で変化の少ないTi、Cr、Zr、Ta、W、Mo、TiN、ZrN、TaN、WN、若しくはVN等の高融点金属またはこれらのうち1以上を含む金属化合物を使用することができる。そして、上部絶縁層10形成時に、上部絶縁層10を含め、第1の画素電極3a上にある絶縁層を除去する。その後、第2の画素電極3bとしてのAlやAg等の反射電極を重ねる。なお、この場合パターンニング工程数は1工程増加する。
このような複層化した画素電極3を備える場合、第1の画素電極の上に形成する第2の画素電極として可視光反射率の高い膜が好ましい。Al及びAgの波長500nmにおける反射率は各々91.8%及び97.7%であり(理科年表 丸善)、第2の画素電極を形成する材料として好ましい。
但し、第2の画素電極としてAl及びAg又はその合金膜を使用する場合、キャリア注入性能や表面変質防止のための保護膜が必要であり、このために反射率は10%程度の劣化を想定する必要がある。なお、第1の画素電極3aは図2(b)のように必ずしも第2の画素電極3bと広範囲に重ねず、電気的接続を保てる程度に重ねることも可能であり、有機EL等のラフネスが小さい滑らかな画素電極表面が必要な場合に有利となる。
有機EL等の発光表示装置の場合、発光層を形成するため、画素電極3上のゲート絶縁層4及び層間絶縁層7を除去する必要がある。ここで、画素電極3上のゲート絶縁層4及び層間絶縁層7は、上部絶縁層10の開口時に同時に除去することができる。また、有機EL等の発光表示装置でトップエミッション型の場合は、反射型LCDの時と同様に画素電極3としてAlやAg等の反射電極を用いることができる。また、有機EL等の発光表示装置でボトムエミッション型の場合は、画素電極3は透過型LCDの時と同様にITO、IZO、又はITZO等の透明電極を用いることができる。
このように構成された本実施の形態1にかかるアクティブマトリクス表示装置の一部であるTFTとキャパシタ部の製造方法について説明する。
透明なガラス基板などの絶縁基板1上の所定の位置にアモルファスシリコン層を形成する。次にアモルファスシリコン層のポリシリコン層2となる領域にレーザ光を照射してアニールする。レーザ光が照射されると、アモルファスシリコン層が多結晶化し、ポリシリコン層2が形成される。レーザとしては、エキシマレーザー、又はYAGレーザを用いることが可能である。または、CW(Continuous−Wave)レーザやパルスレーザを用いてもよい。また、ポリシリコン層2全面にレーザ光を照射してもよく、必要な領域のみにレーザ光を照射してもよい。すなわち、後のパターニング工程で残る領域のアモルファスシリコン層にのみレーザ光を照射してもよい。さらに、レーザアニールに限らず熱アニールを実施してもよい。
このように、アニールすることによって、アモルファスシリコン層が溶融し、結晶化する。アニールした後、写真製版法を用いて、所定のパターンのポリシリコン層2を形成する。パターンニングによりポリシリコン層2を形成した後、画素電極3を形成する。そして、ポリシリコン層2と同層の画素電極3を覆うようにゲート絶縁層4を形成する。ゲート絶縁層4は例えば、CVD法により形成される。ゲート絶縁層4には、ポリシリコン層2との界面で電子や正孔のトラップ準位を作らないことが重要である。
次に、ゲート絶縁層4の上に例えば金属又は不純物ドーピングしたポリシリコン層を形成し、ポリシリコン層2のチャネル領域2bにあたる領域の上にゲート電極5を形成すると同時に、ゲート電極5と同層で画素電極3上の一部にキャパシタ上部電極6を形成する。この場合、例えばアルミニウムやその合金を成膜した後、写真製版法によってパターンニングすることができ、これにより、ゲート絶縁層4の上にゲート電極5を形成することができる。ゲート電極5のパターンは、ポリシリコン層2のチャネル領域の上に配置される。本例においては、キャパシタ絶縁膜としてゲート絶縁層4を使用するものとして説明するが、ゲート絶縁層4以外の材料および膜厚を用いることにより、キャパシタ容量を変更すること可能である。このキャパシタ上部電極6はゲート電極5と同時に形成することにより、製造プロセスが簡略化される。
この後、ゲート電極5、及びゲート絶縁層4を介してP(リン)やAs(ヒ素)をポリシリコン層2に注入してソース・ドレイン領域を形成する。さらに、層間絶縁層7を形成する。これらは、通常の写真製版工程によって形成することができる。そして、層間絶縁層7を形成した後、コンタクトホール12を形成する。コンタクトホール12はソース領域2a及びドレイン領域2cが露出するように形成される。そして層間絶縁層7の上から配線層9を成膜する。配線層9はAl等のように電気伝導率の高い金属膜が好ましい。また、配線層9の電気的接続を良好にするための界面導電膜8を設けることが好ましい。この界面導電膜8にはTi、Cr、Zr、Ta、W、Mo、TiN、ZrN、TaN、WN、若しくはVN等の高融点金属又はこれらのうち1以上を含む金属化合物を使用することが好ましい。この後、配線層9を覆う上部絶縁層10を形成する。上部絶縁層10はこの上に形成する表示のための層と配線層9間のリークを防ぐために用いるもので、表示装置の構造によっては不要の場合もある。
上述したように、画素電極3上のゲート絶縁層4と層間絶縁層7を除去する構造を用いることにより、画素電極3と対向電極との間に充填する液晶に加えられる電界が増大し、画質を向上することができる。更に、有機EL等の発光表示装置の場合、画素電極3上の絶縁膜は除去する必要がある。この場合、上部絶縁層10の開口時に画素電極3上のゲート絶縁層4を除去することができる。
このように構成された本実施の形態においては、ゲート絶縁層4より下層に形成された第1の画素電極3aと、この第1の画素電極3aを挟んでゲート電極5と同一層に形成されたキャパシタ上部電極6との間でキャパシタを構成する。すなわち、第1の画素電極3aにキャパシタ下部電極としての機能をもたせキャパシタ上部電極6をゲート電極5と同時に形成することにより表示装置の製造工数を削減しつつ、様々なレイアウトの画素を設計及び製造することができる。また、画素電極3を複層化することにより、反射電極の劣化を抑えることができる。
また、上述の特許文献1に記載された表示装置のように、ソース配線と画素電極を同層にすると平均電位に差があることから液晶層に常に直流電圧がかけられるため表示装置の信頼性が低下するが、本実施の形態においては、ソース配線と画素電極とを別層にすることができ、表示装置の信頼性を保つことができる。
実施の形態2.
本実施の形態2にかかるアクティブマトリクス型表示装置について図3(a)及び図3(b)を参照して説明する。図3(a)及び図3(b)は、実施の形態2にかかるアクティブマトリクス型表示装置の一部であるTFTとキャパシタ部の構成を示す断面図である。
図3(a)に示すアクティブマトリクス表示装置において、図2(a)に示す実施の形態1と異なる点は、画素電極3がポリシリコン層2の下で接続する点である。つまり、ポリシリコン層2のドレイン領域2cが、画素電極3の上に一部重複して形成されている。従ってポリシリコン層2は画素電極3形成後に形成される。この場合、絶縁基板1はガラス基板や導電性基板上に保護絶縁層が形成されたものであることが好ましい。
すなわち、絶縁基板1上の所定の領域に画素電極3が形成され、この画素電極3の一部を覆うようにポリシリコン層2が形成されている。ポリシリコン層2には、画素電極3を覆う側にドレイン領域2cが形成され、ドレイン領域2cの反対側にソース領域2aが形成され、ソース領域2aとドレイン領域2cの間にチャネル領域2bが配置されている。
画素電極3の一部を覆うポリシリコン層2及び画素電極3の上面にはゲート絶縁層4が形成されている。さらに、チャネル領域2bの上にはゲート絶縁層4を挟んでゲート電極5が形成されている。
また、画素電極3の上の所定領域にはゲート絶縁層4を挟んでゲート電極5と同層に、キャパシタ上部電極6が形成されている。画素電極3の一部がキャパシタ下部電極として機能し、その間のゲート絶縁層4がキャパシタ絶縁膜として機能し、これらとキャパシタ上部電極6とでキャパシタが構成されている。すなわち、実施の形態1と同様に、キャパシタ上部電極6を、ゲート絶縁層4を介して画素電極3上の一部に形成することにより、画素電極3の一部がキャパシタの下部電極となる。キャパシタ上部電極6はゲート電極5と同時形成することにより、製造プロセスが簡略化される。
ゲート電極5及びキャパシタ上部電極6上には、層間絶縁層7が形成されている。さらに、層間絶縁層7を貫いてソース領域2a、ドレイン領域2cの所定位置に接続するコンタクトホール12が形成され、コンタクトホール12上部に配線層9が埋め込まれて電気的に接続されている。ポリシリコン層2のドレイン領域2cとキャパシタの下部電極も兼ねる画素電極3は既に直接接続されているので、特にコンタクトホール12を介して配線層9を接続する必要はない。この上にさらに、配線層9を覆う上部絶縁層10が形成されている。
なお、この配線層9を覆う上部絶縁層10は、この上に形成する表示のための層と配線層9の間のリークを防ぐために用いるもので、表示装置の構造によっては不要の場合もある。また、画素電極3上のゲート絶縁層4と層間絶縁層7を除去する構造を用いることにより、画素電極3と対向電極との間に充填する液晶に加えられる電界が増大し、画質を向上させることができる。
低温ポリシリコンにおけるポリシリコン層2の形成は、通常a−Si層形成後のレーザ等によるアニーリングで形成される。また、他の方法においてもポリシリコン層2形成の加熱プロセスに対し、画素電極3および界面導電膜11は耐性を有する必要がある。従って、特に界面導電膜11にはTi、Zr、Ta、W、Mo、TiN、ZrN、TaN、WN,VN、等の高融点金属または金属化合物を用いることが好ましい。
透過型LCD及び反射型LCDについては、実施の形態1と同様に画素電極を形成することができる。但し、上述したように、後続製造プロセスの熱処理化により画素電極3が劣化する場合がある。そこで、図3(b)に示すように、画素電極3を、第1の画素電極3a及びその上層の第2の画素電極3bを形成して複層化することが好ましい。
但し、第2の画素電極3bとしてAl及びAg又はその合金膜を使用する場合、キャリア注入性能や表面変質防止のための保護膜が必要であり、このために反射率は10%程度の劣化を想定する必要がある。なお、第1の画素電極3aは図3(b)のように必ずしも第2の画素電極3bと広範囲に重ねず、電気的接続を保てる程度に重ねることも可能であり、有機EL等のラフネスが小さい滑らかな画素電極表面が必要な場合に有利となる。また、有機EL等の発光表示装置の場合は実施の形態1と同様である。
このように構成された本実施の形態2にかかるアクティブマトリクス表示装置の一部であるTFTとキャパシタ部の製造方法について説明する。実施の形態1の製造方法と異なる点は、絶縁基板1上に形成されるポリシリコン層2と画素電極3の形成順である。
すなわち、まず、絶縁基板1上の所定の位置に画素電極3を形成する。そして、画素電極3の一部を覆うようにポリシリコン層2を形成する。ポリシリコン層2には、画素電極3を覆う側にドレイン領域2cが形成され、ドレイン領域2cの反対側にソース領域2aが形成され、ソース領域2aとドレイン領域2cの間にチャネル領域2bが配置される。この場合、画素電極3はポリシリコン層2と電気的特性のよい材料選択するか、界面に電気的接続性が良好な界面導電膜11を設ける。この界面導電膜11はポリシリコン層のパターン形成時にポリシリコン層をマスクにして選択除去することが可能である。これ以後の製造方法は実施の形態1の製造方法と同じである。
このように構成された本実施の形態においても、ゲート絶縁層4より下層に形成された第1の画素電極3aと、この第1の画素電極3aを挟んでゲート電極5と同一層に形成されたキャパシタ上部電極6との間でキャパシタを構成することで、上述の実施の形態1と同様の効果を奏する。さらに、ポリシリコン層2の一部が画素電極3上に一部重複して形成されるため、ポリシリコン層2のドレイン領域2cと画素電極3が直接接続されるので、特にコンタクトホールを介して配線層9を接続する必要がない。
また、実施の形態1と同様に、ソース配線と画素電極とを別層にすることができ、表示装置の信頼性を保つことができる。
実施の形態3.
本実施の形態3にかかるアクティブマトリクス型表示装置について図4(a)及び図4(b)を参照して説明する。図4(a)及び図4(b)は、実施の形態3にかかるアクティブマトリクス型表示装置の一部であるTFTとキャパシタ部の構成を示す断面図である。
図4(a)に示すアクティブマトリクス表示装置において、図3(a)に示す実施の形態2と異なる点は、画素電極3がポリシリコン層2上で接続される点である。すなわち、画素電極3がポリシリコン層2のドレイン領域2cに一部重複して形成されており、画素電極3はポリシリコン層2形成後に形成される。この場合、絶縁基板1はガラス基板や導電性基板上に保護絶縁層が形成されたものであることが好ましい。
すなわち、図4(a)に示すように、本実施の形態にかかるアクティブマトリクス表示装置は、絶縁基板1上の所定の領域にポリシリコン層2が形成されている。そして、このポリシリコン層2のドレイン領域2cを一部覆うように画素電極3が形成されている。ポリシリコン層には、ソース領域2a及びドレイン領域2cが形成され、ソース領域2aとドレイン領域2cとの間にチャネル領域2bが形成されている。
ポリシリコン層2及びポリシリコン層2のドレイン領域2cを一部覆う画素電極3の上面にゲート絶縁層4が形成されている。
さらに、チャネル領域2bの上にはゲート絶縁層4を挟んでゲート電極5が形成されている。すなわち、ゲート電極5は、ポリシリコン層2のチャネル領域2bとゲート絶縁層4を挟んで対向配置される。ゲート電極5とチャネル領域2bを自己整合させるには、ゲート電極5形成後、ゲート電極5をマスクにして、ソース領域2a及びドレイン領域2cを選択イオン注入により形成することが好ましい。
この選択イオン注入の際、ポリシリコン層2のドレイン領域を一部覆う画素電極3はイオン注入の障害となる。特にn型領域の形成は、同じ注入エネルギーで比較して、n型領域形成のためのリンイオンの注入深さがp型領域形成のボロンイオンの注入深さの約1/3であるため、イオン注入が難しい。リンイオン注入時は対象領域のゲート絶縁膜を30nm以下、画素電極膜厚を80nm以下、および界面導電膜は20nm以下として、リンイオンの注入エネルギーは100keVすることが好ましい。画素電極3には比較的イオンストッピングパワーの低い材質が望ましく、透明電極ではITO、不透明電極ではAl、Ti、Zr、界面導電膜11ではTi、Zrおよび導電性のTi、Zr化合物を含むことが好ましい。また、ゲート電極近傍は、画素電極を外し、リンイオンがポリシリコン層に十分到達できるようにすることが好ましい。このような条件でドレイン領域2cを形成すれば、画素電極3下のドレイン領域の実質注入量は少なくても画素電極3の導電性でドレイン抵抗は補われ、TFTの特性に障害はなくなる。
また、画素電極3の上の所定領域にはゲート絶縁層4を挟んでゲート電極5と同層に、キャパシタ上部電極6が形成されている。画素電極3の一部がキャパシタ下部電極として機能し、その間のゲート絶縁層4がキャパシタ絶縁膜として機能し、これらとキャパシタ上部電極6とでキャパシタが構成されている。すなわち、実施の形態1と同様に、キャパシタ上部電極6を、ゲート絶縁層4を介して画素電極3上の一部に形成することにより、画素電極3の一部がキャパシタの下部電極となる。このキャパシタ上部電極6はゲート電極5と同時形成することにより、製造プロセスが簡略化される。
ゲート電極5及びキャパシタ上部電極6上には、層間絶縁層7が形成されている。さらに、層間絶縁層7を貫いてソース領域2a、ドレイン領域2cの所定位置に接続するコンタクトホール12が形成されている。そして、コンタクトホール12上部に配線層9が埋め込まれてソース側は配線層9と直接、そしてドレイン側は画素電極3を介してドレイン領域2cと電気的に接続されている。ポリシリコン層2のドレイン領域2cとキャパシタの下部電極も兼ねる画素電極3は配線層9と直接接続されているので、特にコンタクトホールを介して配線層9を接続する必要はない。この上にさらに、配線層9を覆う上部絶縁層10が形成されている。
なお、この配線層9を覆う上部絶縁層10は、この上に形成する表示のための層と配線層9間のリークを防ぐために用いるもので、表示装置の構造によっては不要の場合もある。また、画素電極3上のゲート絶縁層4と層間絶縁層7を除去する構造を用いることにより、画素電極3と対向電極との間に充填する液晶に加えられる電界が増大し、画質を向上させることができる。
透過型LCD及び反射型LCDについては、実施の形態1及び実施の形態2と同様に画素電極3を形成することができる。但し、上述したように、後続製造プロセスの熱処理化により画素電極3が劣化する場合がある。そこで、図4(b)に示すように、画素電極3を、第1の画素電極3a及びその上層の第2の画素電極3bを形成して複層化することが好ましい。
但し、第2の画素電極としてAl及びAg又はその合金膜を使用する場合、キャリア注入性能や表面変質防止のための保護膜が必要であり、このために反射率は10%程度の劣化を想定する必要がある。なお、第1の画素電極3aは図4(b)のように必ずしも第2の画素電極3bと広範囲に重ねず、電気的接続を保てる程度に重ねることも可能であり、有機EL等のラフネスが小さい滑らかな画素電極表面が必要な場合に有利となる。また、有機EL等の発光表示装置の場合は実施の形態1と同様である。
このように構成された本実施の形態3にかかるアクティブマトリクス型表示装置の一部であるTFTとキャパシタ部の製造方法について説明する。本発明の実施の形態1の製造方法と違う点は絶縁基板1上に形成されるポリシリコン層2と画素電極3の形成順である。
すなわち、絶縁基板1上の所定の位置にポリシリコン層2を形成する。その後、ポリシリコン層2のドレイン領域2cを一部覆うように画素電極3を形成する。この場合、画素電極3はポリシリコン層2と電気的特性のよい材料選択するか、界面に電気的接続性が良好な界面導電膜11を設ける。この界面導電膜はポリシリコン層のパターン形成時にポリシリコン層をマスクにして選択除去することが可能である。これ以後の製造方法は実施の形態1と同じである。
ここで、実施の形態3では、半導体膜における選択イオン注入の際、ポリシリコン層2のドレイン領域2cを一部覆う画素電極3はイオン注入の障害となる。特にn型領域の形成は、同じ注入エネルギーで比較して、n型領域形成のためのリンイオンの注入深さがp型領域形成のボロンイオンの注入深さの約1/3であるため、イオン注入が難しい。リンイオン注入時は対象領域のゲート絶縁膜を30nm以下、画素電極膜厚を80nm以下、および界面導電膜は20nm以下として、リンイオンの注入エネルギーは100keVすることが好ましい。画素電極3には比較的イオンストッピングパワーの低い材質が望ましく、透明電極ではITO、不透明電極ではAl、Ti、Zr、界面導電膜ではTi、Zrおよび導電性のTi、Zr化合物を含むことが好ましい。また、ゲート電極近傍は、画素電極3を外し、リンイオンがポリシリコン層に十分到達できるようにすることが好ましい。このような条件でドレイン領域2cを形成すれば、画素電極3下のドレイン領域2cの実質注入量は少なくても画素電極3の導電性でドレイン抵抗は補われ、TFTの特性に障害はなくなる。
このように構成された本実施の形態においても、ゲート絶縁層4より下層に形成された第1の画素電極3aと、この第1の画素電極3aを挟んでゲート電極5と同一層に形成されたキャパシタ上部電極6との間でキャパシタを構成することで、上述の実施の形態1と同様の効果を奏する。さらに、画素電極3がポリシリコン層2上に一部重複して形成されるため、ポリシリコン層2のドレイン領域2cと画素電極3が直接接続されるので、特にコンタクトホールを介して配線層9を接続する必要がない。
また、実施の形態1と同様に、ソース配線と画素電極とを別層にすることができ、表示装置の信頼性を保つことができる。
実施の形態4.
実施の形態4にかかるアクティブマトリクス型表示装置について図5を参照して説明する。図5は、実施の形態4にかかるアクティブマトリクス型表示装置の一部であるTFTとキャパシタ部の構成を示す断面図である。
図5は、配線層9および上部絶縁層10を除いて図2(a)と同じ構造であり、同一符号は同一層を示す。配線層9は画素領域の一部に広がり、画素反射電極として機能する。配線層9はAl等のように電気伝導率の高い金属膜が好ましい。また、配線層9の電気的接続を良好にするための界面導電膜8を第1の画素電極3a及びポリシリコン層2の界面に設けることが好ましい。
なお、この配線層9を覆う上部絶縁層10は、この上に形成する表示のための層と配線層9間のリークを防ぐために用いるもので、表示装置の構造によっては不要の場合もある。また、画素電極3上のゲート絶縁層4と層間絶縁層7を除去する構造を用いることにより、画素電極3と対向電極との間に充填する液晶に加えられる電界が増大し、画質を向上させることができる。また、ソース配線と画素電極とを別層にすることができ、表示装置の信頼性を保つことができる。
このように構成された本実施の形態においても、ゲート絶縁層4より下層に形成された第1の画素電極3aと、この第1の画素電極3aを挟んでゲート電極5と同一層に形成されたキャパシタ上部電極6との間でキャパシタを構成することで、上述の実施の形態1と同様の効果を奏する。さらに、配線層9を画素領域の一部を覆うように形成することにより、配線層9が、画素反射電極として機能することができる。従って上記の構成は、半透過型液晶表示装置に好適である。
また、実施の形態1と同様に、ソース配線と画素電極とを別層にすることができ、表示装置の信頼性を保つことができる。
実施の形態5.
実施の形態5にかかるアクティブマトリクス型表示装置について図6を参照して説明する。図6は、実施の形態5にかかるアクティブマトリクス型表示装置の一部であるTFTとキャパシタ部の構成を示す断面図である。
図6は、配線層9および上部絶縁層10を除いて図3(a)と同じ構造であり、同一符号は同一層を示す。配線層9は画素領域の一部に広がり、画素反射電極として機能する。配線層9はAl等のように電気伝導率の高い金属膜が好ましい。また、配線層9の電気的接続を良好にするための界面導電膜8をポリシリコン層2の界面に設けることが好ましい。
なお、この配線層9を覆う上部絶縁層10は、この上に形成する表示のための層と配線層9間のリークを防ぐために用いるもので、表示装置の構造によっては不要の場合もある。また、画素電極3上のゲート絶縁層4と層間絶縁層7を除去する構造を用いることにより、画素電極3と対向電極との間に充填する液晶に加えられる電界が増大し、画質を向上させることができる。
このように構成された本実施の形態においても、ゲート絶縁層4より下層に形成された第1の画素電極3aと、この第1の画素電極3aを挟んでゲート電極5と同一層に形成されたキャパシタ上部電極6との間でキャパシタを構成することで、上述の実施の形態1と同様の効果を奏する。さらに、ポリシリコン層2が画素電極3上に一部重複して形成されるため、ポリシリコン層2のドレイン領域2cと画素電極3は直接接続されるので、特にコンタクトホールを介して配線層9を接続する必要がない。また、配線層9を画素領域の一部に広げることにより、配線層9が、画素反射電極として機能することができる。従って上記の構成は、半透過型液晶表示装置に好適である。
また、実施の形態1と同様に、ソース配線と画素電極とを別層にすることができ、表示装置の信頼性を保つことができる。
実施の形態6.
本発明の実施の形態6にかかるアクティブマトリクス型表示装置について図7を参照して説明する。図7は、実施の形態6にかかるアクティブマトリクス型表示装置の一部であるTFTとキャパシタ部の構成を示す断面図である。
図7は、配線層9および上部絶縁層10を除いて図4(a)と同じ構造であり、同一符号は同一層を示す。配線層9は画素領域の一部に広がり、画素反射電極として機能する。配線層9はAl等のように電気伝導率の高い金属膜が好ましい。また、配線層9の電気的接続を良好にするための界面導電膜8をポリシリコン層2及び画素電極3の界面に設けることが好ましい。
なお、この配線層9を覆う上部絶縁層10は、この上に形成する表示のための層と配線層9間のリークを防ぐために用いるもので、表示装置の構造によっては不要の場合もある。また、画素電極3上のゲート絶縁層4と層間絶縁層7を除去する構造を用いることにより、画素電極3と対向電極との間に充填する液晶に加えられる電界が増大し、画質を向上させることができる。また、実施の形態1と同様に、ソース配線と画素電極とを別層にすることができ、表示装置の信頼性を保つことができる。
このように構成された本実施の形態においても、ゲート絶縁層4より下層に形成された第1の画素電極3aと、この第1の画素電極3aを挟んでゲート電極5と同一層に形成されたキャパシタ上部電極6との間でキャパシタを構成することで、上述の実施の形態1と同様の効果を奏する。そして、画素電極3がポリシリコン層2上に一部重複して形成されるため、ポリシリコン層2のドレイン領域2cと画素電極3は直接接続されるので、特にコンタクトホールを介して配線層9を接続する必要がない。また、配線層9を画素領域の一部に広げることにより、配線層9が、画素反射電極として機能することができる。従って上記の構成は、半透過型液晶表示装置に好適である。
また、実施の形態1と同様に、ソース配線と画素電極とを別層にすることができ、表示装置の信頼性を保つことができる。
その他の実施の形態.
なお、上記の実施の形態では、レーザーアニーリンングにより形成するポリシリコンを特徴とする従来の低温ポリシリコンを使用したが、これに限られるものではない。他の様々な方法で形成されるポリシリコンTFT及びマイクロクリスタルシリコンTFTを用いたアクティブマトリクス表示装置に適用することができる。また、上記実施の形態においては、TFT構造に関して、SA(Self−Aligned)TFTの場合について主に説明したが、LDD(Lightly Doped Drain)TFT及びGOLD(Gate−Overlapped LDD)TFTの場合も同様の効果を奏する。
本発明の実施の形態1にかかるアクティブマトリクス表示装置の平面図である。 本発明の実施の形態1にかかるアクティブマトリクス型表示装置の一部であるTFTとキャパシタ部の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態2にかかるアクティブマトリクス型表示装置の一部であるTFTとキャパシタ部の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態3にかかるアクティブマトリクス型表示装置の一部であるTFTとキャパシタ部の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態4にかかるアクティブマトリクス型表示装置の一部であるTFTとキャパシタ部の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態5にかかるアクティブマトリクス表示装置の一部であるTFTとキャパシタ部の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態6にかかるアクティブマトリクス型表示装置の一部であるTFTとキャパシタ部の構成を示す断面図である。
符号の説明
1 絶縁基板、2 ポリシリコン層、2a ソース領域、2b チャネル領域、2c ドレイン領域、3 画素電極、3a 第1の画素電極、3b 第2の画素電極、4 ゲート絶縁層、5 ゲート電極、6 キャパシタ上部電極、7 層間絶縁層、8 界面導電膜、9 配線層、10 上部絶縁層、11 界面導電膜、12 コンタクトホール、20 TFTアレイ基板、21 表示領域、22 額縁領域、23 走査信号線、24 表示信号線、25 走査信号駆動回路、26 表示信号駆動回路、27 画素、28 外部配線、29 外部配線、30 TFT

Claims (10)

  1. 絶縁基板上に形成されたソース・ドレイン領域及びチャネル領域を有するポリシリコン層と、前記ポリシリコン層上に形成されたゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極上に形成された層間絶縁層と、前記層間絶縁層に設けられたコンタクトホールを介し前記ソース・ドレイン領域に接続された配線層とを有するアクティブマトリクス表示装置であって、
    前記絶縁基板上に形成された第1の画素電極と、
    前記ゲート電極と同一層に形成された上部電極とを有し、
    前記第1の画素電極、前記ゲート絶縁層及び前記上部電極によりキャパシタが構成されるアクティブマトリクス表示装置。
  2. 前記第1の画素電極は、前記ポリシリコン層の前記ドレイン領域上にその一部が重複して形成されている
    ことを特徴とする請求項1記載のアクティブマトリクス表示装置。
  3. 前記ポリシリコン層の前記ドレイン領域は、前記第1の画素電極上に一部重複して形成されている
    ことを特徴とする請求項1記載のアクティブマトリクス表示装置。
  4. 前記第1の画素電極は、高融点金属若しくは金属化合物からなる層を有するか、又は前記第1の画素電極と前記ポリシリコン層との間に高融点金属若しくは金属化合物からなる層を有する
    ことを特徴とする請求項2又は3記載のアクティブマトリクス表示装置。
  5. 前記第1の画素電極がTi、Cr、Zr、Ta、W、Mo、TiN、ZrN、TaN、WN、及びVNからなる群から選択された1以上の材料を含む層からなるか、又は前記第1の画素電極と前記ポリシリコン層との間にTi、Cr、Zr、Ta、W、Mo、TiN、ZrN、TaN、WN、及びVNからなる群から選択された1以上の材料を含む層を有する
    ことを特徴とする請求項4記載のアクティブマトリクス表示装置。
  6. 前記配線層及び前記層間絶縁層を覆う上部絶縁層を有し、
    前記第1の画素電極上の一部において前記ゲート絶縁層、前記層間絶縁層、及び前記上部絶縁層が除去されている
    ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載のアクティブマトリクス表示装置。
  7. 前記第1の画素電極の上の一部において前記ゲート絶縁層、前記層間絶縁層及び前記上部絶縁層が除去された部分に設けられた当該第1の画素電極に電気的に接続する第2の画素電極を有し、
    前記第2の画素電極は可視光の反射率が70%以上である
    ことを特徴とする請求項6記載のアクティブマトリクス表示装置。
  8. 前記配線層がドレイン領域と接続され画素電極の反射電極として機能する
    ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載のアクティブマトリクス表示装置。
  9. 前記配線層は高融点金属若しくは金属化合物からなるか、又は前記配線層の下側の界面に高融点金属若しくは金属化合物からなる層を有する
    ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項記載のアクティブマトリクス表示装置。
  10. 前記配線層はTi、Cr、Zr、Ta、W、Mo、TiN、ZrN、TaN、WN、及びVNからなる群から選択された1以上の材料を含む層からなるか、又は前記配線層の下側の界面にTi、Cr、Zr、Ta、W、Mo、TiN、ZrN、TaN、WN、及びVNからなる群から選択された1以上の材料を含む層を有する
    ことを特徴とする請求項9記載のアクティブマトリクス表示装置。
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