JPH04128823A

JPH04128823A - アクティブマトリックス基板

Info

Publication number: JPH04128823A
Application number: JP2251121A
Authority: JP
Inventors: Etsuko Kimura; 木村　悦子; Genshirou Kawachi; 玄士朗河内; Yasunori Aizawa; 会沢　康則; Akira Sasano; 笹野　晃; Hidenori Taniguchi; 秀則谷口
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Haramachi Electronics Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Power Semiconductor Device Ltd
Priority date: 1990-09-20
Filing date: 1990-09-20
Publication date: 1992-04-30

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】（産業上の利用分野）本発明は、薄膜トランジスタ（以下、ＴＰＴと略する）
をスイッチング素子として用いたアクティブマトリック
ス基板に係り、特に、ＴＰＴの光透過率を向上させて表
示特性を改首したアクティブマトリックス基板に関する
ものである。

（従来技術）第３図は従来のアクティブマトリックス基板の部分平面
図、第４図はその１画素分の等価回路図、第５図は第３
図のＡ−Ｂ線断面図である。

図において、ＴＰＴ−Ｔｒ、、のゲート電極４２Ｊは走査ラインＸ、に接続され、一方のソース／ドレイン
電極４４は信号ラインＹ、に接続されている。Ｔｒ、、
の他方のソース／ドレイン電極４３にＪは電荷保持容量Ｃ１ｊおよび液晶容＠Ｃｘ１ｊの一方の
電極となる透明画素電極４１が接続され、電荷保持容ｉ
ｃ、、の他端は透明共通電極４５を介してＪ接地され、液晶容量Ｃｘ、、の他端は対向電極Ｊ（図示せず）を介して対向電極配線４６に接続されてい
る。

また、第５図（ａ）において、保持８昔形成領域５０２
のガラス基板４０上にはＩＴＯ等の金属酸化膜から成る
透明共通電極４５が形成され、共通電極４５上には誘電
体膜４９が形成されている。

ＴＰＴ領域５０１の誘電体Ｉｆ！４９上にはゲート電極
４２が形成され、ゲート電極４２上には、能動層となる
アモルファスＳｉ層４７および透明画素電極４１がゲー
ト絶縁膜４８を介して形成されている。

能動層４７上にはソース／ドレイン電極４３．４４が形
成され、一方のソース／ドレイン電極４３は画素電極４
１に接続され、さらに、基板表面を覆うようにパッシベ
ーション絶縁膜５ｏが全面に形成されている。

一方、第５図（ｂ）に示した従来技術は、ゲート電極４
２が共通電極４５と共にガラス基板４ｏ上に直接形成さ
れた例であり、このような構成では、誘電体膜４９およ
びゲート絶縁膜４８が電荷保持容量用の誘電体膜として
作用する。

なお、透明共通電極４５に用いられるＩＴＯ等の金属酸
化膜は配線抵抗が金属配線に比べて１〜２桁程高いため
に、上記した構造のアクティブマトリックス基板では、
第３図に示したように、各ＴＰＴの共通電極４５を十文
字状に共通接続することによって配線抵抗の低減を図っ
ている。

（発明が解決しようとする３題）上記した従来技術には、以下に訂述するように、液晶表
示装置の品質を左右する表示特性上および機能上の大き
な問題があった。

（１）表示特性上の問題点透明共通電極４５にはＩＴＯ５酸化インジウム、酸化す
ず、酸化亜鉛等の金属酸化膜が用いられ、これを覆う誘
電体膜４９には、高周波プラズマＣＶＤ法で形成される
窒化シリコン膜が用いられる。

ところが、このような構成の従来技術では、窒化シリコ
ン膜の形成時に透明共通電極４５に白濁が生じて光透過
率が低下し、表示装置としての特性が著しく低下してし
まうという問題があった。

このような問題の発生原因は、ジャパニーズジャーナル
　オブ　アプライド　フィジクス、２０、　（ＩＩ）、
　（１９８１）、第７８３〜７８６頁（Ｊａｐａｎｅｓ
ｅＪｏｕｒｎａｌ　ｏｆ’　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓ
ｉｃｓ、２０．（１１）、（１９８１）。

ＰＰ７８３〜７８６）で明らかにされているように、窒
化シリコン膜形成時のプラズマガス雰囲気中に含まれる
活性水素によって、金属酸化物である透明電極４５の表
面か還元され、組成比が変動してしまうためである。

しかも、このようにして形成された窒化シリコン膜は、
還元された電極４５の表面を核として成長するために凹
凸が顕著となり、透明画素電極４１との絶縁耐圧が低下
してしまうという問題もあった。

このような問題点の解決方法としては、例えば、特開昭
５９−９９６２号公報に記載されているように、雰囲気
中に水素プラズマガスを含まないスパッタ法やＣＶＤ法
等によって形成することのできる酸化シリコン膜から成
る透明絶縁層を保護膜としてＩＴＯ上に予め形成し、次
いて、前記窒化シリコン膜を積層する方法が提案されて
いる。

ところが、このような方法では、酸化シリコン膜を形成
するための工程が増えるために製造工程か繁雑化し、製
造コストも上昇してしまうという問題があった。

（２）機能上の問題点第３図に関して説明したように、電極４５は十文字状に
配線することによって配線抵抗の低減策がとられている
。ところが、このような構造とすると、特に第５図（ｂ
）に示したようにケート電極４２と共通電極４５とが同
一平面上に形成される構造では、ゲート電極４２と共通
電極４５との交差部分に新たな絶縁膜を形成しなければ
ならないという問題が生じる。

また、第５図（ａ）に示した構造であっても、ゲート電
極４２と共通電極４５との交差部分は誘電体膜４９て絶
縁されるのみなので、ピンホールなどによる絶縁不良が
発生し易いという問題か生じる。

本発明の目的は、上記した問題点を解決して、表示特性
の優れたアクティブマトリックス基板を提供することに
ある。

（課題を解決するための手段）上記した目的を達成するために、本発明では、絶縁性透
明基板上にマトリックス状に配置された薄膜トランジス
タと、各薄膜トランジスタの一方のソース／ドレインに
接続された透明画素電極と、薄膜トランジスタおよび透
明画素電極主面を覆うように形成されたパッシベーショ
ン膜と、誘電体膜を挟んで各透明画素電極裏面と対向し
て形成され、各々が共通接続された透明共通電極とを具
備したアクティブマトリックス基板において、以下のよ
うな手段を講じた点に特徴がある。

（１）パッシベーション膜および誘電体膜の少なくとも
一方を窒化シリコン膜で構成し、該窒化シリコン膜の少
なくとも一部の５ｉ−Ｈ結合数を１×１０　”２ｃ＋ｎ
　”以下１：　Ｌ　ｔ：。

（２）パッシベーション膜および誘電体膜の少なくとも
一方を窒化シリコン膜で構成し、該窒化シリコン膜の少
なくとも一部のＮ−Ｈ結合数／５ｉ−Ｈ結合数を０，３
５以下にした。

（３）前記窒化シリコン膜の膜形成温度を３００℃以下
とした。

（４）前記窒化シリコン膜を、アンモニアガスとモノシ
ランガスとの流量比（アンモニアガス／モノシランガス
）を３以上として形成した。

（５）薄膜トランジスタのゲート電極表面には、これを
酸化して得られる絶縁性金属酸化物を形成した。

（作用）上記した（＋）　、（２）の膜組成を有する窒化シリコ
ン膜形成、および上記した（３）　、（４）の駁形成条
件による窒化シリコン膜形成によれば、金属酸化物から
成る透明画素電極や透明共通電極に白濁が生じないので
該透明電極の光透過率が高く維持され、表示特性の優れ
たアクティブマトリックス基板を提供できるようになる
。

また、上記した（５）の構成によれば、ゲート電極と透
明共通電極との交差部分の絶縁性が向上してアクティブ
マトリックス基板の製造歩留が向上する。

（実施例）本発明の発明者達が、金属酸化膜上に窒化シリコン膜を
積層したときの該積層膜の透過率と窒化シリコン膜の組
成との関係を調査したところ１、積層膜の透過率と窒化
シリコン膜の５ｉ−Ｎ結合数、および積層膜の透過率と
Ｎ−Ｎ結合数に対する５ｉ−Ｎ結合数の比（Ｓｉ−Ｈ結
合数／Ｎ−Ｎ結合数）との間に強い相関を有することを
発見した。

初めに、第６〜９図を参照して、窒化シリコン膜の組成
と金属酸化膜の透過率との関係について説明する。

第６図（ａ）は、高周波プラズマＣＶＤ法で形成された
窒化シリコン膜の赤外吸収スペクトルの測定例であり、
波数３３５０ｃ＋ｎ−’付近１：　Ｎ　−Ｈ伸縮振動に
よる吸収ピーク、波数２１８０ｃｍ’付近に５ｉ−Ｈ伸
縮振動による吸収ピーク、波数ｇ５Ｑｃｍ−’付近に５
ｉ−Ｎ伸縮振動による吸収ピークか表れている。

各ピークの吸光度Ａは、同図（ｂ）に示したようにピー
クの高さから求められ、半値幅Δνは吸光度がＡ／２の
ときのピーク幅として求められる。

積分吸収強度Ｓおよび単位体積あたりの結合数Ｃは、窒
化シリコン膜の膜厚をｄｒ１比例定数をｋとすると次式
（１）　、（２）から求められる。

なお、ジャパニーズジャーナル　オブ　アプライド　フ
ィジクス、４７．（４）、（１９７８）　、第２４７３
〜２４７７頁ＩＪａｐａｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏ
ｆ’　ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ、４７．（４）、
（１９７ｇ）、ＰＰ２４７３〜２４７７１かられかるよ
うに、比例定数には、５ｉ−Ｈ吸収ピークの場合が７．
　４　Ｘ　１０”　ａｍ２．　Ｎ−Ｈ吸収ピークの場合
が５．３ｘ１０　１８ｃｍ２となる。

吸収強度Ｓ−Ａ・Δν／ｄｆ　　・・・（１）結合数Ｃ
−３／ｋ　　　　・・・（２）第７図は、高周波プラズ
マＣＶＤ法を用いて、膜形成温度３００℃でＩＴＯ上に
窒化シリコン膜を積層したときの、波長６００ｎｍの光
に対するＩＴｏ／窒化シリコン積層膜の透過率と該窒化
シリコン膜の５ｉ−Ｎ結合数との関係を示した図であり
、透過率と５ｉ−Ｎ結合数とは強い相関を示す。

同図によれば、Ｓｉ−Ｎ結合数が増加すると透過率が低
下すること、およびＩＴＯ膜に白濁が生ぜずにＩＴＯ／
窒化シリコン積層膜本来の透過率を維持できる窒化シリ
コン膜の５ｉ−Ｎ結合数は１、　　Ｏｘ　１０２”ａｍ
−３以下であることが解る。

一方、第８図は、波長６００ｎｗの光に対する前記ＩＴ
Ｏ／窒化シリコン積層膜の透過率と該窒化シリコン膜の
Ｓｉ−Ｈ結合数／Ｎ−Ｎ結合数との関係を示した図であ
り、透過率は結合比とも強い相関を示す。

同図によれば、結合比が大きくなると透過率が低下する
こと、およびＩＴＯ膜に白濁を生じさせない窒化シリコ
ン膜の５ｉ−Ｈ結合数／Ｎ−Ｎ結合数は０．３５以下で
あることが解る。

また、本発明の発明者達は、上記した透過率と窒化シリ
コン膜の５ｉ−Ｎ結合数との相関関係、および透過率と
５ｉ−Ｈ結合数／Ｎ−Ｎ結合数との相関関係がそれぞれ
窒化シリコン膜の膜形成温度に依存し、膜形成温度が低
くなると各相関関係は第７．８図にそれぞれ点線矢印で
示した方向にシフトすることを発見した。

すなわち、膜形成温度を３００℃以下とすれば、Ｓｉ−
Ｎ結合数が１．　　ＯＸ　１０”２ｃｍ−３を多少越え
ても、あるいは５ｉ−Ｈ結合数／Ｎ−Ｎ結合数が０．３
５を多少越えても高い透過率が得られる。

さらに、本発明の発明者達は、前記各相関関係が成膜時
のガス流量比に依存し、膜形成温度３００℃の場合、ア
ンモニアガスとモノシランガスとの流量比（アンモニア
ガス／モノシランガス）を３以上とすれば、５ｉ−Ｎ結
合数が１．０×１０２２ｃ＠−３以下、５ｉ−Ｈ結合数
／Ｎ−Ｎ結合数が０．３５以下の窒化シリコン膜が得ら
れることを発見した。

これは、ＩＴＯ表面を還元して白濁を生じさせる原因と
なる水素プラズマの供給源が主にモノシランガスである
ことによる。

第９図は、波長６００ｎＩ１１の光に対するＩＴＯ／窒
化シリコン積層膜の透過率と窒化シリコン膜の膜形成温
度との関係を表した図であり、このときのガス流量比（
アンモニアガス／モノシランガス）は６である。

同図によれば、膜形成温度の上昇と共に透過率が低下す
る一方、膜形成温度か３００℃以下であればＩＴＯに白
濁を生じさせること無く窒化シリコン膜を形成できるこ
とが解る。

次いで、本発明の一実施例について説明する。

第１図は本発明の一実施例であるアクティブマトリック
ス基板の部分断面図であり、第５図と同一の符号は同一
または同等部分を表している。同図は前記第３図のＡ−
Ｂ線での断面図に相当する。

本実施例では、電荷保持容量用の誘電体膜として作用す
る窒化シリコン膜１０３か前記した組成を有している点
に特徴かある。該窒化シリコン膜１０３は、高周波プラ
ズマＣＶＤ法により、基板温度３００℃、ＳｉＨ４流ｆ
ｆｌ’ｌ　Ｏｓ　ｃ　ｃｍ。

ＮＨ３流ｍ６０ｓｃｃｍ、Ｎ２流量２００ｓｃｃｍ、圧
力０　、　６　Ｔｏｏｒ、投入パワー１７５Ｗで形成し
た。

本実施例によれば、金属酸化膜から成る透明共通電極４
５に白濁を生しさせること無く誘電体膜１０３を形成す
ることか可能になるので、透明共通電極４５の透過率が
向上し、表示特性の優れたアクティブマトリックス基板
を得ることができる。

ところで、ＴＰＴ特性はゲート絶縁膜の膜形成温度が高
いはと安定化することが知られている。

本実施例では窒化シリコン膜１０３上にケート電極４２
が形成され、窒化シリコン膜から成るゲート絶縁膜４８
形成時には透明共通電極４５か既に窒化シリコン膜１０
３て覆われているので、ケート絶縁膜４８形成時のプラ
ズマガス雰囲気から透明共通電極４５が保護される。

したかって、ゲート絶縁膜４８の形成条件等は透明共通
電極４５の白濁を意識することなく設定できる。本実施
例では、膜形成温度３５０℃で形成した窒化シリコン膜
をゲート絶縁膜４８とした。

なお、このように保護膜として作用させるために必要な
窒化シリコン膜１０３の膜厚は５００オングストロ一ム
程度である。

同図（ｂ）は、本発明の他の実施例の主要部の断面図で
あり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表して
いる。

本実施例では、基板４０上にゲート電極４２および透明
共通電極４５を形成し、電荷保持容量用の誘電体膜とし
て作用する窒化シリコン股１０３をゲート絶縁膜として
も作用させるようにして前記ゲート絶縁膜４８を省略し
た点に特徴がある。

本実施例でも、窒化シリコン膜１０３を前記と同様の条
件で形成したので、窒化シリコン膜１０３に白濁か生じ
ることはない。

同図（Ｃ）は、本発明のさらに他の実施例の主要部の断
面図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を
表している。

本実施例では、基板４０上に形成したゲート電極４２お
よび透明共通電極４５」二に電荷保持容量用の誘電体膜
として窒化シリコン膜１０３を形成すると共に、さらに
ゲート絶縁膜４８を形成した点に特徴がある。

本実施例でも、窒化シリコンｆｆ１０３を前記と同様の
条件で■ｒ成したので、窒化シリコン膜１０３に白濁か
生しることはない。

第２図は、ゲート電極４２と透明共通電極４５との交差
部分の絶縁性を向上させた実施例の断面図であり、前記
と同一の符号は同一または同等部分を表している。なお
、同図（ａ）は前記第３図のＡ−Ｂ線での断面図に相当
し、同図（ｂ）はＣ−Ｄ線での断面図に相当する。

本実施例では、ＡＩから成るゲート電極４２を陽極酸化
して、その表面に酸化膜２０３を形成した点に特徴かあ
る。酸化膜２０３はゲート電極４２を酸化することによ
って得られるので、ゲルト電極４２の上面および側面に
均一に形成される。

この結果、ゲート電極４２と透明共通電極４５との交差
部分の絶縁性が向上してアクティブマトリックス基板の
製造歩留を向上させることかできる。なお、ゲート電極
４２の酸化方法は陽極酸化に限らす、プラズマ酸化によ
って酸化膜２０３を形成しても同等の効果が得られる。

上記した各実施例では、本発明を透明共通電極４５上に
形成される窒化シリコン膜１０３に適用して説明したが
、本発明はこれのみに限定されるものではなく、透明画
素電極４１上に窒化シリコン膜から成るパッシベーショ
ン膜５０を形成する際に本発明を適用すれば、透明画素
電極４１の白濁も防止できるようになる。

また、上記した各実施例では、本発明の窒化シリコン膜
を高周波プラズマＣＶＤ法で形成するものとして説明し
たが、例えば、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を利
用したマイクロ波プラズマＣＶＤ法で形成するようにし
ても良い。

ＥＣＲ−マイクロ波プラズマＣＶＤ法によれば、室温程
度の低温でも窒化シリコン膜を形成できるので、本発明
の膜組成および形成条件を満足する窒化シリコン膜を容
易に形成できる。

さらに、上記した各実施例では、透明電極を構成する金
属酸化膜がＩＴＯであるものとして説明したが、酸化イ
ンジウム、酸化スズ、酸化亜鉛等の酸化物半導体の場合
であっても同等の効果か得られる。

第１０図は、上記した構成のアクティブマトリックス基
板を利用したカラー液晶パネルの構成を示した斜視図で
ある。

同図において、ガラス基板４０上には、前記した構成の
ＴＦＴ３０３および画素電極４１等か構成されてアクテ
ィブマトリックス基板６０を構成している。

アクティブマトリックス基板６０の表面には、液晶層３
０６を介して対向電極３０７が形成され、対向電極３０
７上にはカラーフィルタ３０８が形成され、カラーフィ
ルタ３０８　Ｊ：には絶縁基板３０９が形成されている
。

前記ガラス基板４０および絶縁基板３０９の外部に露出
した主表面には偏光板３１０か形成されている。

このような構成のアクティブマトリックス基板では、光
源からの光を画素電極４１への印加電圧で調整すること
によってカラー表示が可能になる。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ＩＴ
Ｏ等の金属酸化物からなる透明電極に白濁による失透を
生じさせること無く、その表面に窒化シリコン膜を直接
形成することができるので、表示特性を劣化させること
なく、電荷保持容量を有するアクティブマトリックス基
板を得ることができるようになる。

また、ゲート電極の表面を酸化させて酸化膜を形成する
ようにすれば、ゲート電極と電荷保持容量電極との絶縁
性を高く保つことができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるアクティブマトリック
ス基板の部分断面図、第２図は本発明の他の実施例の断
面図、第３図は従来のアクティブマトリックス基板の部
分平面図、第４図は１画素分の等価回路図、第５図は第
３図のＡ−Ｂ線断面図、第６図は窒化シリコン膜の赤外
吸収スペクトルを示した図、第７図はＩＴＯ／窒化シリ
コン積層膜の透過率と５ｉ−Ｈ結合数との関係を示した
図、第８図はＩＴＯ／窒化シリコン積層膜の透過率と５
ｉ−Ｈ結合数／Ｎ−Ｈ結合数との関係を示した図、第９
図はＩＴＯ／窒化シリコン積層膜の透過率と窒化シリコ
ン膜の膜形成温度との関係を表した図、第１０図はカラ
ー液晶パネルの構成を示した斜視図である。４０・・・ガラス基板、４１・・・画素電極、４２・、
・ゲート電極、４３．４４・・・ソース／ドレイン電極
、４５・・・透明共通電極、４７・・・アモルファスＳ
ｉ層、４８・・・ゲート絶縁膜、４９．１０３・・・誘
電体膜、５０・・・パッシベーション絶縁膜

Claims

【特許請求の範囲】

（１）絶縁性透明基板上にマトリックス状に配置された
薄膜トランジスタと、各薄膜トランジスタの一方のソース／ドレインに接続さ
れた透明画素電極と、薄膜トランジスタおよび透明画素電極主面を覆うように
形成されたパッシベーション膜と、誘電体膜を挟んで各
透明画素電極裏面と対向するように形成され、各々が共
通接続された透明共通電極とを具備したアクティブマト
リックス基板において、前記透明画素電極および透明共通電極の少なくとも一方
は金属酸化物から成り、透明画素電極が金属酸化物から
成るときのパッシベーション膜、および透明共通電極が
金属酸化物から成るときの誘電体膜の少なくとも一方は
、Ｓｉ−Ｈ結合数が１×１０＾２＾２ｃｍ＾−＾３以下
の窒化シリコン膜であることを特徴とするアクティブマ
トリックス基板。
（２）絶縁性透明基板上にマトリックス状に配置された
薄膜トランジスタと、各薄膜トランジスタの一方のソース／ドレインに接続さ
れた透明画素電極と、薄膜トランジスタおよび透明画素電極主面を覆うように
形成されたパッシベーション膜と、誘電体膜を挟んで各
透明画素電極裏面と対向するように形成され、各々が共
通接続された透明共通電極とを具備したアクティブマト
リックス基板において、前記透明画素電極および透明共通電極の少なくとも一方
は金属酸化物から成り、透明画素電極が金属酸化物から
成るときのパッシベーション膜、および透明共通電極が
金属酸化物から成るときの誘電体膜の少なくとも一方は
、Ｎ−Ｈ結合数／Ｓｉ−Ｈ結合数が０．３５以下の窒化
シリコン膜であることを特徴とするアクティブマトリッ
クス基板。
（３）前記窒化シリコン膜の膜形成温度は３００℃以下
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
２項記載のアクティブマトリックス基板。
（４）前記窒化シリコン膜は、薄膜トランジスタのゲー
ト絶縁膜を兼ねることを特徴とする特許請求の範囲第１
項ないし第３項のいずれかに記載のアクティブマトリッ
クス基板。
（５）前記窒化シリコン膜と透明画素電極との間に、第
２の窒化シリコン膜をさらに具備したことを特徴とする
特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の
アクティブマトリックス基板。
（６）前記窒化シリコン膜は、アンモニアガスとモノシ
ランガスとの流量比（アンモニアガス／モノシランガス
）を３以上として形成されたことを特徴とする特許請求
の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記載のアクティ
ブマトリックス基板。
（７）前記薄膜トランジスタのゲート電極表面には、こ
れを酸化して得られる絶縁性金属酸化物が形成されてい
ることを特徴とする特許請求の範囲１項ないし第６項の
いずれかに記載のアクティブマトリックス基板。