JP5422757B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
装置およびその作製方法に関する。例えば、液晶表示パネルに代表される半導体装置およ
びその様な半導体装置を部品として搭載した電子機器に関する。
置全般を指し、半導体装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
いて薄膜トランジスタ(TFT)を構成する技術が注目されている。薄膜トランジスタは
ICや半導体装置のような電子デバイスに広く応用され、特に液晶表示装置のスイッチン
グ素子として開発が急がれている。
類のタイプが知られている。
、高品位な画像を得ることができる。アクティブマトリクス型の用途としてはノート型の
パーソナルコンピュータが一般的であるが、家庭用のテレビ、携帯端末用途としても期待
されている。
工程数が多い。このため、アクティブマトリクス型の液晶表示装置を汎用性のあるものと
するためには、マスク枚数を減らしコストを抑えることと、歩留まりの向上が必須である
。
生じてしまう。工程数が多くなると不良が発生する確率が高くなる。歩留まりの向上は、
素子基板側の工程数をいかに抑えるかにかかっている。
により液晶のディスクリネーションができてしまう。良質な黒レベルを得るためには、デ
ィスクリネーションによる光漏れを隠す遮光膜が必要である。
ると、遮光膜自体を形成するための工程及びマスクが増加するだけでなく、遮光膜と配線
の間に層間絶縁膜を設けて絶縁することが必要となってしまう。層間絶縁膜の形成によっ
ても、コストが上昇する。もちろん工程数の増加は歩留まりの低下を招く。
上を図ることができる。しかし、対向基板のみに遮光膜を形成すると、基板を貼り合わせ
るときの、アライメント精度によっては、遮光膜の位置ずれにより光漏れを隠しきれない
ときがあり、良質な黒レベルを確保できない。図23に示すように、対向基板に形成され
た遮光膜701がアライメントずれにより、ずれて素子基板と貼り合わせられ、ディスク
リネーションによる光漏れ703が見えてしまう。特にディスクリネーションのエッジ付
近の光漏れが見えてしまう。このため、黒表示702に光漏れが混じり黒レベルが悪くな
る。アライメントの位置ずれによる光漏れを防ぐために、遮光領域を増やすと、開口率が
低下し、逆に明るさが損なわれる。
側に遮光膜を形成することは、しごく、当たり前のことである。しかし、この当たり前の
ことを、素子基板側の工程数の増加を抑えて行うには、画素の配線パターンを効率よくレ
イアウトする必要がある。
て作製するには従来にない全く新しい画素構成が求められている。
数及び工程数を増加させることなく、良質な黒レベルを確保するアクティブマトリクス型
の液晶表示装置を提供することを課題とする。
て説明する。図19の上面図を鎖線K−K‘と鎖線L−L’で切断したときの断面図を図
21に示す。図19と図21において同じ要素を同符号で示している。
る。ソース配線601とゲート電極600が一枚のマスクでパターニングされている。第
一の層間絶縁膜615と第二の層間絶縁膜616(図19においては図示せず)を形成す
る。第二の層間絶縁膜616の上に接するように、ゲート配線602と接続電極603と
ドレイン電極604と容量接続電極605が一枚のマスクでパターニングされている。
606を形成する。透明画素電極606はゲート配線602、接続電極603とショート
しないようにマージンをとる。
向基板をセル組みし、液晶の配向を見た。素子基板の裏面から配向の観察をした。配向は
TN方式で、混入したカイラル材は左巻きである。液晶のディスクリネーションの出る領
域を解析するために対向基板には遮光膜がない。
に比べ短い画素では、ゲートライン反転駆動のほうがソースライン反転駆動に比べ、画素
に占めるディスクリネーションによる光漏れの割合を小さくできる。このときのディスク
リネーションを図19〜20に示す。
ションによる強い光漏れ607〜609が見られる。人間の眼の感度が緑において高いか
ら、比視感度の高い緑において、光漏れが強く認識される。
レイン電極604と接続電極603が形成されている。容量接続電極605とドレイン電
極604と接続電極603は絶縁膜により平坦化されていないため、電極自体の膜厚が液
晶配向面の段差を誘起する。これにより段差の周りに微弱な光漏れ610〜612が見ら
れた。直視型の液晶表示装置ではこのような微弱な光漏れ610〜612は大きな問題と
はならないが、投射型の液晶表示装置では良質な黒レベルを確保するために、場合によっ
ては段差による光漏れも遮光する必要がある。
ィスクリネーションによる光漏れがゲートラインに沿ってできる。
た。
クリネーションによる光漏れを効率良く隠す画素のレイアウトを作製した。注目すべきは
、たった二枚の遮光性の導電膜用のマスクで配線パターン等を形成し、素子基板において
、ディスクリネーションを隠していることである。
もディスクリネーションを隠しきれない領域ができてしまう。しかし、強く光漏れができ
る領域や、ディスクリネーションのエッジの部分を素子基板において確実に隠すことがで
きれば、対向基板の遮光膜は素子基板の遮光パターンに比べ小さくできる。素子基板を貼
り合わせるときの位置ずれが多少あっても、対向基板の遮光膜と合わせて、ディスクリネ
ーションを隠すことができる。
性を有する導電膜からなるソース配線及びドレイン電極と、前記ドレイン電極に電気的に
接続された透光性を有する導電膜とを有する半導体装置に適用することを特徴とする。
第二の遮光性を有する導電膜からなる前記島状のゲート電極に電気的に接続するゲート配
線と、前記第二の遮光性を有する導電膜からなるドレイン電極と、前記ドレイン電極に電
気的に接続された透光性を有する導電膜とを有する半導体装置に適用することを特徴とす
る。
ース配線及び透光性を有する導電膜のエッジに重なって配置されたことで、透光性の導電
膜のエッジにできるディスクリネーションによる光漏れを隠すことを特徴とする。
に孤立した島状のパターンを形成し、ディスクリネーションによる光漏れを隠しても良い
。
置して、透光性を有する導電膜のエッジにできるディスクリネーションによる光漏れを隠
しても良い。
傾向があるため、カラーフィルターの色に応じて遮光領域の面積を変えても良い。
光性を有する導電膜及びゲート配線のエッジに重ねて配置してディスクリネーションによ
る光漏れを隠しても良い。
性の導電膜の遮光膜としても良い。
ことができる。例えば、R-TN方式、スメクチック液晶を用いた液晶表示装置、IPS
(In Plane Switching)方式において表示が不連続な領域を隠し、画
素内の輝度を一定にする手段として用いても良い。
装置において、画素内に表示が不連続な領域がある場合に、該領域を遮光する方法として
広く用いることができる。例えばEL表示装置のスイッチング素子を形成するさいに、本
発明を適用することが可能である。
な黒レベルを実現した画素構造を有する液晶表示装置を実現することができる。
のマスクはたった二枚である。二枚の配線パターンのマスクでディスクリネーションによ
る光漏れを隠す。
ングされる側と素子基板のラビング方向801で先にラビングされる側と画素電極のエッ
ジにディスクリネーション803による光漏れが出る。ディスクリネーションによる光漏
れを隠すことができるレイアウトとする。本実施例を図1〜2を用いて説明する。配向は
TN方式、駆動はソースライン反転駆動とする。図3にラビング方向と遮光領域の関係を
示す。図1の上面図の鎖線A−A‘と鎖線B−B’で切断したものがは図2のA−A‘と
鎖線B−B’で示される断面に対応する。
置されたソース配線108と、ゲート配線とソース配線の交差部近傍の画素TFTを有す
る画素部と、nチャネル型TFTやpチャネル型TFTを有する駆動回路とを含む。
層100はTFT素子の活性層である。第二の半導体層101は後述する保持容量の容量
電極として機能する。
03、ゲート配線104を形成する。遮光膜を兼ねた容量電極103は表示領域において
、短絡されている。
05〜107を開ける。次に、パターニングによりソース配線108、遮光膜を兼ねたド
レイン電極109、遮光電極110を形成する。
接続する。
09が電気的に接続する。
09が電気的に接続する。
11が遮光電極110、遮光膜を兼ねたドレイン電極109に重なり合うようにする。
109、遮光電極110により、TFT素子の活性層である第一の半導体層100を外光
から保護する。
よる光漏れが遮光できる。
ションを遮光膜を兼ねたドレイン電極107により遮光できる。
110が0.5〜0.75μm以上と厚い場合は、段差により液晶の配向が乱れて微細な
光漏れが生じるときがある。このような光漏れを遮光膜102で遮光できる。
08に沿ったディスクリネーションが出る。この光漏れは視認性に大きく影響するが、デ
ィスクリネーションができる位置に、遮光膜を兼ねた容量電極103を形成しているため
、ディスクリネーションを隠すことができる。遮光膜を兼ねた容量電極103により保持
容量の面積を大きくとることができる。
遮光膜を兼ねた容量電極103を電極とする。容量電極103はコンタクトホール107
によりドレイン電極109と画素電極111と同電位になる。
ゲート絶縁膜が、容量電極の絶縁膜として機能する。
ける透明画素電極118と半導体層117と、図4(C)において、遮光膜123と透明
画素電極122と遮光電極121は隣接する画素のものである。
子基板の遮光領域112を示す。たった二枚の配線パターンのマスクで遮光するため、光
が通る領域123〜126はあるが、ディスクリネーションの出る領域のエッジが隠れて
いる。対向基板の遮光膜を広めに取れば、位置ずれが多少あっても、光漏れが隠せる。ま
た、対向基板の遮光膜を広めにとっても、素子基板の遮光膜に重なり合うため、貼り合わ
せの位置ずれにより開口率は低下しない。
画素TFTを1枚の基板に作製できる。このとき、CMOSの駆動回路を作製するために
はnチャネル型TFTとpチャネル型TFTが必要である。
て、さらに1枚の追加マスクが必要である。それでも、図1に示す画素構造を有する画素
部と駆動回路とを有する素子基板を形成するために必要なマスク数は、6枚とすることが
できる。
ク、1枚が、ゲート配線104と遮光膜を兼ねた容量電極103と遮光膜102をパター
ニングするマスク、1枚がコンタクトホールを形成するマスク、1枚がソース配線108
及び遮光膜を兼ねたドレイン電極109、遮光電極110をパターニングするマスク、1
枚が透明画素電極111をパターニングするためのマスク、一枚がドーピング用のマスク
である。
駆動回路部と、画素TFT114、保持容量113とを有する画素部を同一基板上に形成
することができる。本明細書中ではこのような基板を便宜上アクティブマトリクス基板と
呼ぶ。
となくコントラストの良い透過型の液晶表示装置を実現することができる。
方法例として、画素部のスイッチング素子である画素TFTと、画素部の周辺に設けられ
る駆動回路(信号線駆動回路、走査線駆動回路等)のTFTを同一基板上に作製する方法
について工程に従って説明する。但し、説明を簡単にするために、駆動回路部にはその基
本構成回路であるCMOS回路を、画素部の画素TFTにはnチャネル型TFTとを、あ
る経路に沿った断面により図示することにする。
などに代表されるバリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガ
ラスから成る基板400上に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜
などの絶縁膜から成る下地膜401を形成する。例えば、プラズマCVD法でSiH4、
NH3、N2Oから作製される酸化窒化シリコン膜401aを10〜200nm(好ましくは
50〜100nm)形成し、同様にSiH4、N2Oから作製される酸化窒化水素化シリコン
膜401bを50〜200nm(好ましくは100〜150nm)の厚さに積層形成する。
本実施例では下地膜401を2層構造として示したが、前記絶縁膜の単層膜または2層以
上積層させた構造として形成しても良い。
知の熱結晶化法を用いて作製した結晶質半導体膜で形成する。この島状半導体層402〜
406の厚さは25〜80nm(好ましくは30〜60nm)
の厚さで形成する。結晶質半導体膜の材料に限定はないが、好ましくはシリコンまたはシ
リコンゲルマニウム(SiGe)合金などで形成すると良い。
エキシマレーザーやYAGレーザー、YVO4レーザーを用いる。これらのレーザーを用
いる場合には、レーザー発振器から放射されたレーザー光を光学系で線状に集光し半導体
膜に照射する方法を用いると良い。結晶化の条件は実施者が適宣選択するものであるが、
エキシマレーザーを用いる場合はパルス発振周波数30Hzとし、レーザーエネルギー密
度を100〜400mJ/cm2(代表的には200〜300mJ/cm2)とする。また、YAGレー
ザーを用いる場合にはその第2高調波を用いパルス発振周波数1〜10kHzとし、レー
ザーエネルギー密度を300〜600mJ/cm2(代表的には350〜500mJ/cm2)とすると
良い。
そして幅100〜1000μm、例えば400μmで線状に集光したレーザー光を基板全
面に渡って照射し、この時の線状レーザー光の重ね合わせ率(オーバーラップ率)を80
〜98%として行う。
ゲート絶縁膜407はプラズマCVD法またはスパッタ法を用い、厚さを40〜150n
mとしてシリコンを含む絶縁膜で形成する。本実施例では、120nmの厚さの酸化窒化
シリコン膜で形成する。勿論、ゲート絶縁膜はこのような酸化窒化シリコン膜に限定され
るものでなく、他のシリコンを含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。例
えば、酸化シリコン膜を用いる場合には、プラズマCVD法でTEOS(Tetraethyl Ort
hosilicate)とO2とを混合し、反応圧力40Pa、基板温度300〜400℃とし、高周
波(13.56MHz)電力密度0.5〜0.8W/cm2で放電させて形成することができる。
このようにして作製される酸化シリコン膜は、その後400〜500℃の熱アニールによ
りゲート絶縁膜として良好な特性を得ることができる。
2の導電膜409とを形成する。本実施例では、第1の導電膜408をTaで50〜10
0nmの厚さに形成し、第2の導電膜409をWで100〜300nmの厚さに形成する
。
rに適量のXeやKrを加えると、Ta膜の内部応力を緩和して膜の剥離を防止すること
ができる。また、α相のTa膜の抵抗率は20μΩcm程度でありゲート電極に使用するこ
とができるが、β相のTa膜の抵抗率は180μΩcm程度でありゲート電極とするには不
向きである。α相のTa膜を形成するために、Taのα相に近い結晶構造をもつ窒化タン
タルを10〜50nm程度の厚さでTaの下地に形成しておくとα相のTa膜を容易に得
ることができる。
ッ化タングステン(WF6)を用いる熱CVD法で形成することもできる。いずれにして
もゲート電極として使用するためには低抵抗化を図る必要があり、W膜の抵抗率は20μ
Ωcm以下にすることが望ましい。W膜は結晶粒を大きくすることで低抵抗率化を図るこ
とができるが、W中に酸素などの不純物元素が多い場合には結晶化が阻害され高抵抗化す
る。このことより、スパッタ法による場合、純度99.9999%のWターゲットを用い
、さらに成膜時に気相中からの不純物の混入がないように十分配慮してW膜を形成するこ
とにより、抵抗率9〜20μΩcmを実現することができる。
いずれもTa、W、Ti、Mo、Al、Cuから選ばれた元素、または前記元素を主成分
とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をドー
ピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜を用いてもよい。本実施例以外の組み
合わせとしては、第1の導電膜を窒化タンタル(TaN)で形成し、第2の導電膜をWと
する組み合わせ、第1の導電膜を窒化タンタル(TaN)で形成し、第2の導電膜をAl
とする組み合わせ、第1の導電膜を窒化タンタル(TaN)で形成し、第2の導電膜をC
uとする組み合わせなどがある。
第1のエッチング処理を行う。本実施例ではICP(Inductively Coupled Plasma:誘導
結合型プラズマ)エッチング法を用い、エッチング用ガスにCF4とCl2を混合し、1Pa
の圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成し
て行う。基板側(試料ステージ)にも100WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的
に負の自己バイアス電圧を印加する。CF4とCl2を混合した場合にはW膜及びTa膜と
も同程度にエッチングされる。
、基板側に印加するバイアス電圧の効果により第1の導電層及び第2の導電層の端部がテ
ーパー部の角度が15〜45°のテーパー形状となる。ゲート絶縁膜上に残渣を残すこと
なくエッチングするためには、10〜20%程度の割合でエッチング時間を増加させると
良い。W膜に対する酸化窒化シリコン膜の選択比は2〜4(代表的には3)であるので、
オーバーエッチング処理により、酸化窒化シリコン膜が露出した面は20〜50nm程度エ
ッチングされることになる。こうして、第1のエッチング処理により第1の導電層と第2
の導電層から成る第1の形状の導電層419〜426(第1の導電層419a〜426a
と第2の導電層419b〜426b)を形成する。418はゲート絶縁膜であり、第1の
形状の導電層419〜426で覆われない領域は20〜50nm程度エッチングされ薄くな
った領域が形成される。
(B))ドーピングの方法はイオンドープ法若しくはイオン注入法で行えば良い。イオン
ドープ法の条件はドーズ量を1×1013〜5×1014atoms/cm2とし、加速電圧を60〜
100keVとして行う。n型を付与する不純物元素として15族に属する元素、典型的
にはリン(P)または砒素(As)を用いるが、ここではリン(P)を用いる。この場合
、導電層419〜423がn型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、自己整合的
に第1の不純物領域427〜431が形成される。第1の不純物領域427〜431には
1×1020〜1×1021atomic/cm3の濃度範囲でn型を付与する不純物元素を添加する。
法を用い、エッチングガスにCF4とCl2とO2を混合して、1Paの圧力でコイル型の電
極に500WのRF電力(13.56MHz)を供給し、プラズマを生成して行う。基板側(試料ス
テージ)には50WのRF(13.56MHz)電力を投入し、第1のエッチング処理に比べ低い
自己バイアス電圧を印加する。このような条件によりW膜を異方性エッチングし、かつ、
それより遅いエッチング速度で第1の導電層であるTaを異方性エッチングして第2の形
状の導電層433〜440(第1の導電層433a〜440aと第2の導電層433b〜
440b)を形成する。432はゲート絶縁膜であり、第2の形状の導電層433〜43
7で覆われない領域はさらに20〜50nm程度エッチングされ薄くなった領域が形成され
る。
またはイオン種と反応生成物の蒸気圧から推測することができる。WとTaのフッ化物と
塩化物の蒸気圧を比較すると、Wのフッ化物であるWF6が極端に高く、その他のWCl5
、TaF5、TaCl5は同程度である。従って、CF4とCl2の混合ガスではW膜及びT
a膜共にエッチングされる。しかし、この混合ガスに適量のO2を添加するとCF4とO2
が反応してCOとFになり、FラジカルまたはFイオンが多量に発生する。その結果、フ
ッ化物の蒸気圧が高いW膜のエッチング速度が増大する。一方、TaはFが増大しても相
対的にエッチング速度の増加は少ない。また、TaはWに比較して酸化されやすいので、
O2を添加することでTaの表面が酸化される。Taの酸化物はフッ素や塩素と反応しな
いためさらにTa膜のエッチング速度は低下する。従って、W膜とTa膜とのエッチング
速度に差を作ることが可能となりW膜のエッチング速度をTa膜よりも大きくすることが
可能となる。
ピング処理よりもドーズ量を下げて高い加速電圧の条件としてn型を付与する不純物元素
をドーピングする。例えば、加速電圧を70〜120keVとし、1×1013/cm2のドー
ズ量で行い、図5(B)で島状半導体層に形成された第1の不純物領域の内側に新な不純
物領域を形成する。ドーピングは、第2の形状の導電層433〜437を不純物元素に対
するマスクとして用い、第1の導電層433a〜437aの下側の領域にも不純物元素が
添加されるようにドーピングする。こうして、第1の導電層433a〜437aと重なる
第3の不純物領域441〜445と、第1の不純物領域と第3の不純物領域との間の第2
の不純物領域446〜450とを形成する。n型を付与する不純物元素は、第2の不純物
領域で1×1017〜1×1019atoms/cm3の濃度となるようにし、第3の不純物領域で1
×1016〜1×1018atoms/cm3の濃度となるようにする。
に一導電型とは逆の導電型の第4の不純物領域454〜456を形成する。第2の形状の
導電層434を不純物元素に対するマスクとして用い、自己整合的に不純物領域を形成す
る。このとき、nチャネル型TFTを形成する島状半導体層402、404、405、4
06はレジストマスク451〜453で全面を被覆しておく。不純物領域454〜456
にはそれぞれ異なる濃度でリンが添加されているが、ジボラン(B2H6)を用いたイオン
ドープ法により、そのいずれの領域においても不純物濃度を2×1020〜2×1021atom
s/cm3となるようにする。
と重なる導電層433〜436がTFTのゲート電極として機能する。
また、439は信号線、440は走査線、437は容量配線、438は駆動回路内の配線
として機能する。
に添加された不純物元素を活性化する工程を行う。この工程はファーネスアニール炉を用
いる熱アニール法で行う。その他に、レーザーアニール法、またはラピッドサーマルアニ
ール法(RTA法)を適用することができる。熱アニール法では酸素濃度が1ppm以下
、好ましくは0.1ppm以下の窒素雰囲気中で400〜700℃、代表的には500〜
600℃で行うものであり、本実施例では500℃で4時間の熱処理を行う。ただし、4
33〜440に用いた配線材料が熱に弱い場合には、配線等を保護するため層間絶縁膜(
シリコンを主成分とする)を形成した後で活性化を行うことが好ましい。
処理を行い、島状半導体層を水素化する工程を行う。この工程は熱的に励起された水素に
より半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。水素化の他の手段として、プ
ラズマ水素化(プラズマにより励起された水素を用いる)を行っても良い。
で形成する。その上に有機絶縁物材料から成る第2の層間絶縁膜458を形成する。次い
で、コンタクトホールを形成するためのエッチング工程を行う。
配線459〜461、ドレイン領域とコンタクトを形成するドレイン配線462〜464
を形成する。また、画素部においては、ソース配線465、遮光膜を兼ねたドレイン電極
466〜467と468を形成する。遮光膜を兼ねたドレイン電極468は隣接する画素
に形成されたものである(図7)。図7において、図1と同一の要素は括弧内に対応する
数字を示している。図7の鎖線A−A‘、B−B’は図1の上面図の切断線の鎖線A−A
‘、B−B’と対応している。
に、遮光膜を兼ねたドレイン電極467は保持容量505を形成する島状半導体層431
と電気的な接続が形成される。なお、遮光膜を兼ねたドレイン電極468は隣り合う画素
のものである。
ッチング処理により透明画素電極469〜471を形成する。透明画素電極470は、遮
光膜を兼ねたドレイン電極466に重なるように形成される。
また、画素TFT504の遮光膜を兼ねたドレイン電極467と重なる部分を設け、保持
容量505の電極として機能する島状半導体膜406に電位が与えられる。
n2O3―SnO2;ITO膜)などをスパッタ法や真空蒸着法などを用いて形成して用い
ることができる。このような材料のエッチング処理は塩酸系の溶液により行う。しかし、
特にITO膜のエッチングは残渣が発生しやすいので、エッチング加工性を改善するため
に酸化インジウム酸化亜鉛合金(In2O3―ZnO)を用いても良い。酸化インジウム酸
化亜鉛合金は表面平滑性に優れ、ITO膜に対して熱安定性にも優れているので、容量電
極を兼ねたドレイン電極466〜468にAlを用いても、表面で接触するAlとの腐蝕
反応を防止できる。同様に、酸化亜鉛(ZnO)も適した材料であり、さらに可視光の透
過率や導電率を高めるためにガリウム(Ga)を添加した酸化亜鉛(ZnO:Ga)など
を用いることができる。
ル型TFT503を有する駆動回路部と、画素TFT504、保持容量505とを有する
画素部を同一基板上に形成することができる。本明細書中ではこのような基板を便宜上ア
クティブマトリクス基板と呼ぶ。
する導電層433と重なる第3の不純物領域441(GOLD領域)、ゲート電極の外側
に形成される第2の不純物領域446(LDD領域)とソース領域またはドレイン領域と
して機能する第1の不純物領域427を有している。
pチャネル型TFT502にはチャネル形成領域469、ゲート電極を形成する導電層4
34と重なる第4の不純物領域456、ゲート電極の外側に形成される第4の不純物領域
455、ソース領域またはドレイン領域として機能する第4の不純物領域454を有して
いる。nチャネル型TFT503にはチャネル形成領域470、ゲート電極を形成する導
電層435と重なる第3の不純物領域443(GOLD領域)、ゲート電極の外側に形成
される第2の不純物領域448(LDD領域)とソース領域またはドレイン領域として機
能する第1の不純物領域429を有している。
436と重なる第3の不純物領域444(GOLD領域)、ゲート電極の外側に形成され
る第2の不純物領域449(LDD領域)とソース領域またはドレイン領域として機能す
る第1の不純物領域430を有している。また、保持容量505の一方の電極として機能
する半導体層431には第1の不純物領域と同じ濃度で、半導体層445には第3の不純
物領域と同じ濃度で、半導体層450には第2の不純物領域と同じ濃度で、それぞれn型
を付与する不純物元素が添加されており、容量配線437とその間の絶縁層(ゲート絶縁
膜と同じ層)とで保持容量を形成している。
ができるように、画素電極の端部をゲート線や遮光膜を兼ねた容量電極と重なるように配
置されている。さらに画素電極に接して遮光性の電極を形成している。
マスクの数を6枚(島状半導体層パターン、第1配線パターン(ソース線、ゲート配線、
遮光膜を兼ねた容量電極、遮光膜)、第2配線パターン(ソース配線、ドレイン電極、遮
光膜)、コンタクトホールパターン、透明画素電極パターン、nチャネル領域のマスクパ
ターン)とすることができる。その結果、工程を短縮し、製造コストの低減及び歩留まり
の向上に寄与することができる。
クス型液晶表示装置を作製する工程を以下に説明する。説明には図8を用いる。図8の鎖
線A−A‘と鎖線B−B’は、図1の上面図を鎖線A−A‘と鎖線B−B’で切断した断
面に対応している。
ティブマトリクス基板上に、感光性樹脂によりスペーサ515を形成する。
レイン電極(466)上に位置が合うように対向基板に配置すると良い。また、駆動回路
部のTFT上にその位置を合わせてスペーサを対向基板上に配置してもよい。このスペー
サは駆動回路部の全面に渡って配置しても良いし、ソース配線およびドレイン配線を覆う
ようにして配置しても良い。
図1〜2の基板を用いた場合、少なくとも図2の透光領域123〜126を遮光する必要
があるため、遮光領域123〜126に対し、1〜1.5μm広めに遮光膜を形成する。
のカラーフィルタ層のうち、二色が図示されている。各色のカラーフィルタ層はアクリル
樹脂に顔料を混合したもので1〜3μmの厚さで形成する。これは感光性材料を用い、マ
スクを用いて所定のパターンに形成することができる。オーバーコート層510は光硬化
型または熱硬化型の有機樹脂材料で形成し、例えば、ポリイミドやアクリル樹脂などを用
いる。
配向膜513を形成した後ラビング処理を行う。
ール剤513で貼り合わせる。アクティブマトリクス基板と対向基板のラビング方向が互
いに直交するように貼り合わせることで液晶の配向がTN方式となる。シール剤513に
はフィラーが混入されていて、このフィラーとスペーサ515によって均一な間隔を持っ
て2枚の基板が貼り合わせられる。その後、両基板の間に液晶514を注入し、封止剤(
図示せず)によって完全に封止する。液晶514には公知の液晶材料を用いれば良い。こ
のようにして図8に示すアクティブマトリクス型液晶表示装置が完成する。
構造のTFTやその他の構造のTFTに対しても本発明は適用され得る。
材料を用いた自発光型の画像表示装置であるEL表示装置に対しても本発明は適用され得
る。
ウトに比べて、透明画素電極316をソース配線302の上方にオーバーラップさせるこ
とができるため、開口率が高くできる。
が形成されている。比視感度が高い緑色のカラーフィルタが形成された画素では、ディス
クリネーションによる光漏れが赤色、青色の画素に比べはっきりと見えてしまう。このた
め、画素の比視感度に応じて、遮光領域の面積を変えている。
にしなければならなかった。実施例4においては、透明画素電極に直接に接するドレイン
電極を遮光膜とするため、画素の表示色に応じて遮光領域の面積を変えることができる。
ンを効率的に隠すレイアウトとする。
る。配向はTN方式である。ラビング方向とディスクリネーションの関係から遮光領域を
設定する。ラビング方向と遮光領域の関係を図10に示す。
置されたソース配線302と、ゲート配線とソース配線の交差部近傍の画素TFTを有す
る画素部と、nチャネル型TFTやpチャネル型TFTを有する駆動回路とを含む。
ものを指している。また、ゲート配線311は第二の層間絶縁膜上に接して設けられたも
のである。
層300はTFT素子の活性層である。第二の半導体層301は後述する保持容量の容量
電極として機能する。
成する。
0、第二の半導体層301、ソース配線302に達するコンタクトホール304〜308
、317を開ける。次にパターニングにより、接続電極309、ドレイン電極310、ゲ
ート配線311、容量接続電極312、遮光膜を兼ねたドレイン電極313〜314、青
表示の画素の遮光膜315を形成する。
第一の半導体層300とソース配線302が電気的に接続する。
13〜314が電気的に接続する。コンタクトホール317とドレイン電極313〜31
4が電気的に接続する。
接続する。
る。
12、遮光膜を兼ねたドレイン電極313〜314、青表示の画素の遮光膜315に重な
り合うように形成する。
電極として機能する第二の半導体層301に電位を与える。ゲート電極303と島状の半
導体層301により保持容量ができる。ゲート絶縁膜が保持容量の絶縁膜として機能する
。
極313〜314により、TFT素子の活性層である第一の半導体層300を外光から保
護する。光による素子の劣化、光電流による電位の変動を防止できる。
と第二の層間絶縁膜を間に挟んで、ソース配線302の上方に形成されている。これによ
り、素子基板の先にラビングされる側にできるディスクリネーションを隠すことができる
。
13〜314の面積を変えている。
0.11、青色(波長450nm)の比視感度は0.04である。単一波長で比較して、
青色に対し赤は約3倍、緑は約25倍の明るさで見える。比視感度の波長依存性を図24
に示す。
ラストを優先して、確実にディスクリネーションを遮光できるように、遮光膜を兼ねたド
レイン電極313の面積を広くする。赤色を表示する画素については遮光膜を兼ねた遮光
電極314を狭い幅で設ける。青色については明るさを優先してのため青表示の画素の遮
光膜315を一部のみ形成する。
ラーフィルタの透過率の両方を考慮して遮光電極の面積を決めても良い。比視感度と光源
の波長分布の両方を考慮して遮光電極の面積を決めても良い。
ィスクリネーションによる光漏れを効率良く隠すことができる。
るため、光が通る領域はあるが、ディスクリネーションの出る領域のエッジが隠れている
ため、対向基板の遮光膜のアライメントが多少ずれても、光漏れが隠せる。また、対向基
板の遮光膜を広めにとっても、素子基板の遮光領域に比べ、遮光領域の面積が小さいため
、アライメントがずれても、対向基板の遮光領域が素子基板の遮光領域に重なり合い、開
口率は低下しない。
ようにするため、比視感度に応じて、赤表示の画素328の開口率と、緑表示の画素32
9の開口率と、青表示の画素330の開口率が変わる。
鎖線G−G‘は、図9を鎖線E−E‘、鎖線F−F’、鎖線G−G‘で切断したものを示
す。図11は実施例2の図6(C)で示される基板に対し、以下の工程を追加し、作製し
たものである。図11(A)により説明する。
する。その上に有機絶縁物材料から成る第2の層間絶縁膜324を形成する。次いで、コ
ンタクトホールを形成するためのエッチング工程を行う。
配線328〜330、ドレイン領域とコンタクトを形成するドレイン配線331〜333
を形成する。
量接続電極312、遮光膜を兼ねたドレイン電極313〜314を形成する。膜厚は0.
3μm〜0.75μmが望ましい。
示してはいないが、ゲート配線311はゲート電極303とコンタクトホールにより電気
的に接続する。容量接続電極312は第二の半導体層301と電気的に接続する。
ッチング処理により透明画素電極316を形成する。膜厚は100nm〜1400nmが
望ましい。透明画素電極316は、画素TFT321のドレイン電極310に重なるよう
に形成される。透明画素電極316により保持容量322の電極として機能する島状半導
体膜301に電位が与えられる。
n2O3―SnO2;ITO膜)などをスパッタ法や真空蒸着法などを用いて形成して用い
ることができる。このような材料のエッチング処理は塩酸系の溶液により行う。しかし、
特にITO膜のエッチングは残渣が発生しやすいので、エッチング加工性を改善するため
に酸化インジウム酸化亜鉛合金(In2O3―ZnO)を用いても良い。酸化インジウム酸
化亜鉛合金は表面平滑性に優れ、ITO膜に対して熱安定性にも優れているので、ドレイ
ン電極316にAlを用いても、表面で接触するAlとの腐蝕反応を防止できる。同様に
、酸化亜鉛(ZnO)も適した材料であり、さらに可視光の透過率や導電率を高めるため
にガリウム(Ga)を添加した酸化亜鉛(ZnO:Ga)などを用いることができる。
313〜314の面積を画素の表示色に応じて変えている点が特徴である。ソース配線3
25〜327付近にできるディスクリネーションによる光漏れを隠すために、表示色の比
視感度が高い緑においては、広い面積の遮光膜を兼ねたドレイン電極313を用いる。表
示色の比視感度が緑に比べ低い赤においては、やや狭い面積の遮光膜を兼ねたドレイン電
極314を用いる。青表示の画素においては、開口率を優先し、強く光漏れが認識される
部分のみに遮光膜を形成する。
有する駆動回路部と、画素TFT321、保持容量322とを有する画素部を同一基板上
に形成することができる。本明細書中ではこのような基板を便宜上アクティブマトリクス
基板と呼ぶ。
枚の基板に作製できる。このとき、CMOSの駆動回路を作製するためにはnチャネル型
TFTとpチャネル型TFTが必要である。
画素部と、駆動回路とを有する素子基板を形成するために必要なマスク数は6枚でよい。
スク、2枚目が、ソース配線302及びゲート電極303をパターニングするマスク、3
枚目がp型を付与する不純物のドーピングマスク、4枚目が第1の半導体層300と第2
の半導体層301とソース配線302とゲート電極303とにそれぞれ達するコンタクト
ホールを形成するマスク、5枚目は、接続電極309、ドレイン電極310、ゲート配線
311、容量接続電極312、遮光膜を兼ねたドレイン電極313〜314、遮光膜31
5をパターニングするマスク、6枚目は透明画素電極316をパターニングするためのマ
スクである。
板のマスク数を増加させることなく、コントラストの良い透過型の液晶表示装置を実現す
ることができる。対向基板には遮光膜を補助的に形成すればよいので、貼り合わせの位置
ずれによる光漏れ、開口率の低下はそれほど起こらない。
率が高くできる。かつ、表示色の比視感度に応じて遮光領域を決定するため、開口率の低
下を抑えて、コントラストを確保できる。
例を示す。
口率が高くなる。
し45°の角度とする。このため、45°方向にラビングしたときに出るディスクリネー
ションに合わせて遮光領域を設定した。
、列方向に配置された遮光膜を兼ねたソース配線202と、ゲート配線とソース配線の交
差部近傍の画素TFTを有する画素部と、nチャネル型TFTやpチャネル型TFTを有
する駆動回路とを含む。
ゲート電極203と接続したものを指している。また、ゲート配線は第二の層間絶縁膜上
に接して設けられたものである。
層200はTFT素子の活性層である。第二の半導体層201は後述する保持容量の容量
電極として機能する。
を兼ねたゲート電極203を形成する。液晶のディスクリネーションは後述する透明画素
電極214のエッジ付近と、透明画素電極214の四隅のうち素子基板の先にラビングさ
れる側に強く出る傾向がある。このため遮光膜を兼ねたソース配線202と遮光膜を兼ね
たゲート電極203が透明画素電極のエッジを覆い、かつ、透明画素電極の四隅のうちデ
ィスクリネーションのでやすい場所を遮光できるような形状にする。
04〜208を開けて、接続電極209、ドレイン電極210、ゲート配線211、容量
接続電極212、遮光電極213を形成する。
第一の半導体層200とソース配線202が電気的に接続する。
接続する。
接続する。
電気的に接続する。
2、ドレイン電極120に重なり合うように形成する。
電極として機能する第二の半導体層201に電位を与える。遮光膜を兼ねたゲート電極2
03と第二のの半導体層201により保持容量ができる。ゲート絶縁膜が保持容量の絶縁
膜として機能する。
である第一の半導体層200を外光から保護する。光による素子の劣化、光電流による電
位の変動を防止できる。
せ、透明画素電極214の四隅のうち先にラビングされる側で強く出る光漏れを確実に隠
すことができる。視認性に大きく影響するディスクリネーションを隠す。つまり、遮光膜
を兼ねたソース配線202を列方向に伸びる配線形状に加えて、三角状の突起形状にして
、ディスクリネーションが出る位置を遮光する。また、遮光膜を兼ねたゲート電極203
の一部を三角状にして、ディスクリネーションを遮光する。また、遮光膜を兼ねたゲート
電極203の一部をゲート配線211と、透明画素電極214の間隙に形成して、ディス
クリネーションによる光漏れを遮光する。
間隙がある。この間隙はソースライン反転駆動により、強くディスクリネーションが出る
領域である。このため、絶縁膜を介して遮光電極213を形成する。
ィスクリネーションによる光漏れを効率良く隠すことができる。
で遮光するため、光が通る領域はあるが、ディスクリネーションの出る領域のエッジが隠
れているため、対向基板の遮光膜のアライメントが多少ずれても、光漏れが隠せる。また
、対向基板の遮光膜を広めにとっても、素子基板の遮光領域の内側に対向基板の遮光領域
が存在するため、アライメントがずれても、対向基板の遮光領域が素子基板の遮光領域に
重なり合い、開口率の低下を防げる。
I’、鎖線J−J’は、図12及び図13を鎖線H−H‘、鎖線I−I’、鎖線J−J’
で切断したものを示す。図15は実施例2の図6(C)で示される基板に対し、以下の工
程を追加し、作製したものである。図15(A)により説明する。
する。その上に有機絶縁物材料から成る第2の層間絶縁膜216を形成する。次いで、コ
ンタクトホールを形成するためのエッチング工程を行う。
配線217〜219、ドレイン領域とコンタクトを形成するドレイン配線220〜222
を形成する。
量接続電極212を形成する。膜厚は0.3μm〜0.75μmが望ましい。
に接続する。図示してはいないが、ゲート配線211は遮光膜を兼ねたゲート電極203
とコンタクトホールにより電気的に接続する。容量接続電極212は第二の半導体層20
1と電気的に接続する。
ッチング処理により透明画素電極214を形成する。膜厚は100nm〜1400nmが
望ましい。透明画素電極214は、画素TFT222のドレイン電極210に重なるよう
に形成される。また、保持容量223の電極として機能する島状半導体膜201に電位が
与えられる。
n2O3―SnO2;ITO膜)などをスパッタ法や真空蒸着法などを用いて形成して用い
ることができる。このような材料のエッチング処理は塩酸系の溶液により行う。しかし、
特にITO膜のエッチングは残渣が発生しやすいので、エッチング加工性を改善するため
に酸化インジウム酸化亜鉛合金(In2O3―ZnO)を用いても良い。酸化インジウム酸
化亜鉛合金は表面平滑性に優れ、ITO膜に対して熱安定性にも優れているので、ドレイ
ン電極210にAlを用いても、表面で接触するAlとの腐蝕反応を防止できる。同様に
、酸化亜鉛(ZnO)も適した材料であり、さらに可視光の透過率や導電率を高めるため
にガリウム(Ga)を添加した酸化亜鉛(ZnO:Ga)などを用いることができる。
配線211と透明画素電極214の間隙に形成し、ゲート電極203をディスクリネーシ
ョンによる光漏れを遮光する膜としている。第一の層間絶縁膜215と第二の層間絶縁膜
216が、透明画素電極214とゲート電極203の間にある。
有する駆動回路部と、画素TFT222、保持容量223とを有する画素部を同一基板上
に形成することができる。本明細書中ではこのような基板を便宜上アクティブマトリクス
基板と呼ぶ。
枚の基板に作製できる。このとき、CMOSの駆動回路を作製するためにはnチャネル型
TFTとpチャネル型TFTが必要である。
る画素部と、駆動回路とを有する素子基板を形成するために必要なマスク数は6枚でよい
。さらに、実施例1に比べ画素電極をソース配線に重なり合うように形成できるため、開
口率が高くできる。
スク、2枚目が、遮光膜を兼ねたソース配線202及び遮光膜を兼ねたゲート電極203
をパターニングするマスク、3枚目がp型を付与する不純物のドーピングマスク、4枚目
がコンタクトホールを形成するマスク、5枚目は接続電極209、ドレイン電極210、
ゲート配線211、容量接続電極212、遮光電極213をパターニングするマスク、6
枚目は透明画素電極214をパターニングするためのマスクである。
基板のマスク数を増加させることなく、コントラストの良い透過型の液晶表示装置を実現
することができる。対向基板には遮光膜を補助的に形成すればよいので、貼り合わせの位
置ずれによる光漏れ、開口率の低下を防げる。
する結晶質半導体層の他の作製方法について示す。本実施例では特開平7−130652
号公報で開示されている触媒元素を用いる結晶化法を適用することもできる。以下に、そ
の場合の例を説明する。
で形成する。例えば、非晶質シリコン膜を55nmの厚さで形成する。そして、重量換算で
10ppmの触媒元素を含む水溶液をスピンコート法で塗布して触媒元素を含有する層を
形成する。触媒元素にはニッケル(Ni)、ゲルマニウム(Ge)、鉄(Fe)、パラジ
ウム(Pd)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、コバルト(Co)、白金(Pt)、銅(Cu
)、金(Au)などである。この触媒元素を含有する層170は、スピンコート法の他に
スパッタ法や真空蒸着法によって上記触媒元素の層を1〜5nmの厚さに形成しても良い。
質シリコン膜の含有水素量を5atom%以下にする。そして、ファーネスアニール炉を用い
、窒素雰囲気中で550〜600℃で1〜8時間の熱アニールを行う。以上の工程により
結晶質シリコン膜から成る結晶質半導体層を得ることができる。
と同様にしてアクティブマトリクス基板を完成させることができる。しかし、結晶化の工
程においてシリコンの結晶化を助長する触媒元素を使用した場合、島状半導体層中には微
量(1×1017〜1×1019atoms/cm3程度)の触媒元素が残留する。勿論、そのような
状態でもTFTを完成させることが可能であるが、残留する触媒元素を少なくともチャネ
ル形成領域から除去する方がより好ましかった。この触媒元素を除去する手段の一つにリ
ン(P)によるゲッタリング作用を利用する手段がある。
工程で同時に行うことができる。ゲッタリングに必要なリン(P)の濃度は高濃度n型不
純物領域の不純物濃度と同程度でよく、活性化工程の熱アニールにより、nチャネル型T
FTおよびpチャネル型TFTのチャネル形成領域から触媒元素をその濃度でリン(P)
を含有する不純物領域へ偏析させることができる。その結果その不純物領域には1×10
17〜1×1019atoms/cm3程度の触媒元素が偏析した。このようにして作製したTFTは
オフ電流値が下がり、結晶性が良いことから高い電界効果移動度が得られ、良好な特性を
達成することができる。
る。
トリクス型液晶ディスプレイ、アクティブマトリクス型ECディスプレイ)に用いること
ができる。即ち、それら半導体装置を表示部に組み込んだ電子機器全てに本願発明を実施
できる。以下の装置にセンサーを組み込み、消費電力低減のため、外部の明るさを検出し
て、暗いところでは、輝度を落とすようにしても良い。
03、表示装置9004、操作スイッチ9005、アンテナ9006から構成されている
。本願発明は音声出力部9002、音声入力部9003、及びアクティブマトリクス基板
を備えた表示装置9004に適用することができる。
103、操作スイッチ9104、バッテリー9105、受像部9106から成っている。
本願発明は音声入力部9103、及びアクティブマトリクス基板を備えた表示装置910
2、受像部9106に適用することができる。
メラ部9202、受像部9203、操作スイッチ9204、表示装置9205で構成され
ている。本願発明は受像部9203、及びアクティブマトリクス基板を備えた表示装置9
205に適用することができる。
、アーム部9303で構成される。本願発明は表示装置9302に適用することができる
。また、表示されていないが、その他の信号制御用回路に使用することもできる。
、受信装置9404、増幅装置9405等で構成される。実施例5で示す液晶表示装置や
、実施例6または7で示すEL表示装置は表示装置9403に適用することができる。
体9504、操作スイッチ9505、アンテナ9506から構成されており、ミニディス
ク(MD)やDVDに記憶されたデータや、アンテナで受信したデータを表示するもので
ある。表示装置9502、9503は直視型の表示装置であり、本発明はこの適用するこ
とができる。
表示装置9603、キーボード9604で構成される。
ーヤーであり、本体9701、表示装置9702、スピーカ部9703、記録媒体970
4、操作スイッチ9705で構成される。なお、この装置は記録媒体としてDVD(Di
gtial Versatile Disc)、CD等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲ
ームやインターネットを行うことができる。
03、操作スイッチ9804、受像部(図示しない)で構成される。
02で構成される。本発明は表示装置やその他の信号制御回路に適用することができる。
ミラー10003、スクリーン10004で構成される。本発明は表示装置やその他の信
号制御回路に適用することができる。
10002の構造の一例を示した図である。投射装置9901、10002は、光源光学
系10101、ミラー10102、10104〜10106、ダイクロイックミラー10
103、プリズム10107、液晶表示装置10108、位相差板10109、投射光学
系10110で構成される。投射光学系10110は、投射レンズを含む光学系で構成さ
れる。本実施例は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式であってもよい
。また、図18(C)中において矢印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光
機能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィルム、IRフィルム等の光学系を
設けてもよい。
示した図である。本実施例では、光源光学系10201は、リフレクター10211、光
源10212、レンズアレイ10213、10214、偏光変換素子10215、集光レ
ンズ10216で構成される。なお、図18(D)に示した光源光学系は一例であって特
に限定されない。例えば、光源光学系に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有する
フィルムや、位相差を調節するフィルム、IRフィルム等の光学系を設けてもよい。
Claims (1)
- 半導体層を有し、
前記半導体層よりも上方に第1の絶縁層を有し、
前記第1の絶縁層よりも上方にゲート配線を有し、
前記第1の絶縁層よりも上方に第1の導電層を有し、
前記ゲート配線及び前記第1の導電層よりも上方に第2の絶縁層を有し、
前記第2の絶縁層よりも上方に第2の導電層を有し、
前記第2の導電層よりも上方に透明導電層を有し、
前記第1の導電層は、遮光性を有し、
前記第2の導電層は、遮光性を有し、
前記ゲート配線は、前記半導体層と重なる領域を有し、
前記第2の導電層は、前記半導体層と重なる領域を有し、
前記透明導電層は、前記第2の導電層の有するエッジと重なる領域を有し、
前記第1の導電層は、前記第2の導電層の有するエッジと重なる領域を有し、
前記第1の導電層は、電気的に孤立していることを特徴とする液晶表示装置。
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