JPH0467020A - 薄膜トランジスタアレイ - Google Patents

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、アクティブマトリクス液晶デイスプレィを構
成する薄膜トランジスタアレイに関するものである。

［従来の技術］ 一般に、液晶表示装置は液晶の機能低下を避けるために
純交流駆動することが望ましいとされている。ところが
、アクティブマトリクス液晶デイスプレィにおいては、
薄膜トランジスタに生じる寄生容量のために純交流駆動
が妨げられ、上記液晶の機能が次第に低下する傾向があ
った。液晶の機能が低下すると、ちらつきが生じたり、
静止画において長時間「黒」を表示したのち「白」に反
転させた際に「黒」表示の残像が残る現象（一般に焼付
きと呼ばれる）が生じたりして、表示品質が低下すると
の問題があった。そこで、薄膜トランジスタアレイに表
示用の補助容量を備えることが提案されている。

第２図は、上記補助容量を備えた従来の薄膜トランジス
タアレイの構成例を示す図であり、第２図（ａ）はその
部分平面図、第２図（ｂ）は第２図（ａ）のＩ−Ｉ線で
切る部分断面図である。

従来の薄膜トランジスタアレイは、第２図（ａ）及び（
ｂ）に示すように、ガラス基板２１上に走査信号電極２
２と補助容量用電極２３が備えられている。走査信号電
極２２はタンタル（Ｔａ）などの金属からストライプ状
に形成されており、ゲート電極２２ａなど薄膜トランジ
スタを形成する領域には上記金属を部分的に酸化した被
膜によりゲート絶縁膜２２ｂが形成されている。補助容
量用電極２３は、画素電極２４とほぼ重なる領域に備え
られており、液晶表示装置の表示品質を損わないように
ＩＴＯなどの透明電極から形成されている。信号走査電
極２２と補助容量用電極２３の上には、基板全体を覆う
ように誘電体層２５が備えられている。誘電体層２５は
一般に窒化シリコン（ＳｉＮ、）からなり、ゲート電極
２２ａを覆う部分では第二のゲート絶縁層としての機能
を兼ねている。また、誘電体層２５は、酸化シリコン（
Ｓｉｎ、）層とＳｉＮ０層との二層で構成されることも
ある。

誘電体層２５上の薄膜トランジスタを形成する領域（ゲ
ート電極２２ａと重なる領域）にはａＳｉからなる半導
体層２６が備えられており、半導体層２６上にはアルミ
ニウム、クロム、ニクロムなどからなるドレイン電極２
７ａ及びソース電極２７ｂが備えられている。ドレイン
電極２７ａはデータライン電極２７と一体的に形成され
ており、データライン電極２７は誘電体層２５上に信号
走査電極２２と直交するストライプ状に形成されている
。なお、データライン電極２７、ドレイン電極２７ａ及
びソース電極２７ｂは、同一材料から単一の工程にて形
成される。

上記装置では、ゲート電極２２ａ１ゲート絶縁膜２２ｂ
１誘電体層（第二ゲート絶縁膜）２５、半導体層２６、
ドレイン電極２７ａ１及び、ソース電極２７ｂにより、
薄膜トランジスタが構成されている。

信号走査電極２２及びデータライン電極２７に囲まれた
領域には、画素電極２４が備えられている。画素電極２
４は、ＩＴＯなど透明電極素材からなり、ソース電極２
７ｂと接続されている。

上記薄膜トランジスタ及び画素電極２４の上には、Ｓｉ
Ｎ、などからなる絶縁膜２８が、基板全面に形成されて
おり、絶縁膜２８上には、さらに、ラビング処理された
ポリイミド膜などからなる配向膜２９が形成されている
。

そして、上記した各構成要素により薄膜トランジスタア
レイが構成されている。

第３図は、上記薄膜トランジスタアレイを液晶表示装置
に組み込んだ例を示す部分断面図である。

第３図において第２図と同一の構成要素には同一の符号
を付して詳細な説明を省略する。第３図に示すように、
上記構成を有する薄膜トランジスタアレイ３１は、液晶
層３２を挟んで、ＩＴＯなどがなる共通電極３３、及び
、ラビング処理されたポリイミド膜などからなる配向膜
３４が備えられている前面ガラス基板３５と対向配置さ
れることにより、液晶表示装置を構成する。

上記液晶表示装置では、選択された画素が上記薄膜トラ
ンジスタにより駆動されて表示を行うが、このとき、上
記薄膜トランジスタのドレイン電極２７ａとゲート電極
２２ａとの間、及び、ソース電極２７ｂとゲート電極２
２ａとの間に寄生容量が発生する。これは、ドレイン電
極２７ａ及びソース電極２７ｂとゲート電極２２ａとの
位置をセルフアライメントにより規定することが技術的
に難しく、両者がわずかながら重なるように形成される
ためである。

そこで、上記液晶表示装置では、画素電極２４、液晶層
３２、及び、共通電極３３により構成される表示のため
の本来の容量に加えて、補助容量用電極２３、誘電体層
２５、及び、画素電極２４により構成される補助容量を
有している。上記補助容量には、第２図（ａ）に示すよ
うに、接続部２３ａにより隣接する信号走査電極から電
荷が供給されており、当該画素か選択されると上記本来
の容量とともに、表示用の容量として機能する。上記本
来の容量と補助容量とを合すれば、薄膜トランジスタに
生じる寄生容量は無視できる量となるので、実質的に純
交流駆動が可能になり、長期にわたって液晶機能が維持
され優れた表示品質を有する液晶表示装置か得られるこ
とが期待される。

また、補助容量に対する電荷の供給は、専用の電極から
各画素の補助容量用電極に配線して、まとめておこなう
方法もある。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来の補助容量を有する薄膜トラン
ジスタアレイでは、補助容量の誘電体の誘電率が低いた
めに誘電体層の面積を大きくせざるを得す、誘電体層に
ピンホールなどの欠陥ができる確率が高くなるとの問題
があった。誘電体層にピンホールが生じると、画素電極
と補助容量用電極とがショートし、好ましくない。

上記問題を解決するために、薄膜トランジスタ上に形成
する絶縁膜を基板のほぼ全面に形成し、該絶縁膜上に画
素電極を形成するとの技術が提案されている。上記提案
に従う薄膜トランジスタアレイの部分断面図を第４図に
示す。第４図において第２図と同一の構成要素には同一
の符号を付して詳細な説明を省略する。

第４図に示す薄膜トランジスタアレイでは、絶縁膜２８
はソース電極２７ｂ上に画素電極２４と接続するための
領域（コンタクトホール）２８ａを残して基板全面に形
成されている。そして、絶縁膜２８上の信号走査電極２
２及びデータライン電極２６に囲まれた領域に画素電極
２４が備えられ、画素電極２４はコンタクトホール２８
ａによりソース電極２７ｂに接続されている。配向膜２
９は画素電極２４上に備えられ、基板全面に形成されて
いる。

上記構成によれば、誘電体層が２層になるので、各層の
同一箇所でピンホールが発生しなければ画素電極と補助
容量用電極とがショートすることは避けられるが、上記
誘電体はいずれもＳｉＮ、から形成されており、しかも
誘電体層の面積は従来と変りないのでピンホールの発生
する確率自体を低減させるものではなく、従来技術を本
質的に改良するものとはいえない。

本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされ
たものであって、その目的とするところは、液晶表示装
置の液晶機能を長期にわたって維持でき、表示品質を改
良し得る薄膜トランジスタアレイを提供することにある
。

［課題を解決する手段］ 本発明の薄膜トランジスタアレイは、絶縁基板と、上記
絶縁基板上にストライプ状に備えられた信号走査電極と
、上記絶縁基板上に上記信号走査電極と直交するストラ
イプ状に備えられたデータライン電極と、上記信号走査
電極とデータライン電極との交点に備えられた薄膜トラ
ンジスタと、上記絶縁基板上に備えられた補助容量用電
極と、上記補助容量用電極を覆うように備えられた誘電
体層と、上記絶縁基板上に備えられ上記薄膜トランジス
タに接続されているとともに上記補助容量用電極及び誘
電体層の少なくとも一部と積層されて補助容量を形成す
る画素電極とからなる薄膜トランジスタアレイであって
、上記補助容量用電極が上記信号走査電極と同一の金属
から形成されていて、上記誘電体層の少なくとも一部が
上記信号走査電極と同一の金属の酸化物からなることを
特徴としている。

［作用コ 本発明の薄膜トランジスタアレイでは、補助容量用電極
を信号走査電極と同一の金属材料で形成し、上記補助容
量用電極表面を酸化することにより形成される上記金属
の酸化物被膜により誘電体層を形成している。すなわち
、上記誘電体層はゲート絶縁膜と同一の金属酸化物から
なる。上記金属酸化物はＳ　ｉ　Ｎ　Ｉ＋に比較して誘
電率が高いので、所要の電荷に対して誘電体層の面積が
少なくて済み、ピンホールなどの膜欠陥が発生する確率
が低減される。従って、信号走査電極と画素電極とのシ
ョートが避けられ、液晶表示に当って補助容量が有効に
作用する。

また、本発明の補助容量用電極に使用する材料は光を透
過しにくい材質であるが、誘電体層の面積が小さいので
補助容量電極自体を小さくすることができ、開口率が低
くなることが避けられる。

［実施例コ 以下に本発明に係わる薄膜トランジスタアレイについて
、図示の実施例に基づいて説明する。

夾施何１ 第１図は、本発明に係わる薄膜トランジスタアレイの一
例を示す図であり、第１図（ａ）はその部分平面図、第
１図（ｂ）は第１図（ａ）のＩ−Ｉ線で切る部分断面図
である。

本実施例の薄膜トランジスタアレイは、第１図（ａ）及
び（ｂ）に示すように、ガラス基板１上に信号走査電極
２と補助容量用電極３が備えられている。信号走査電極
２は、タンタル、アルミニウム、タングステン、ジルコ
ニウム、ニオブなどのうちの一つの金属またはこれらを
組合せた金属からストライプ状に形成されていて、信号
走査電極２上のゲート電極２ａなど薄膜トランジスタを
形成する領域には上記金属を部分的に酸化した金属酸化
物被膜により第一のゲート絶縁膜２ｂが形成されている
。

本発明の薄膜トランジスタアレイにおいて、補助容量用
電極３は上記信号走査電極２と同一の金属から形成され
ており、誘電体層４は補助容量用電極３の表面を酸化し
て形成された金属酸化物被膜であることを特徴としてい
る。上記補助容量用電極３は、光を透過しにくい材質で
あるので、画素電極５と重なる領域をなるべく少なくす
ることが開口率を確保する上で好ましく、通常は、上記
画素電極５の端縁部に沿うように形成する。本実施例に
おいて、補助容量用電極３は上記画素電極５の端縁部の
全周に形成されているが、補助容量として十分な電荷と
十分な開口率とが得られればよく、その形成する領域及
び面積に特に限定はない。また、上記補助容量用電極３
は接続部３ａにより隣接する信号走査電極に接続されて
おり、上記接続部３ａから補助容量に電荷が供給される
。

補助容量に対する電荷の供給は、専用の電極から各画素
の補助容量用電極に配線して、まとめておこなうように
してもよい。

本発明の薄膜トランジスタアレイにおいて、上記補助容
量用電極３、接続部３ａ、及び、信号走査電極２は同一
材料により形成されているので、単一工程で同時に形成
できるので有利である。また、誘電体層４及び第一のゲ
ート絶縁膜２ｂも同様に単一工程で同時に形成できるの
で有利である。

ガラス基板１上には信号走査電極２上の薄膜トランジス
タを形成する領域を覆うようにＳｉＮ。

からなる第二のゲート絶縁膜６が備えられており、第二
のゲート絶縁膜６上にはａ−８ｉからなる半導体層７が
、また、半導体層７上にはアルミニウム、クロム、ニク
ロムなどからなるドレイン電極８ａ及びソース電極８ｂ
が備えられている。ドレイン電極８ａはデータライン電
極８と一体的に形成されており、データライン電極８は
信号走査電極２と直交するストライプ状に形成されてい
る。

なお、データライン電極８、ドレイン電極８ａ及びソー
ス電極８ｂは、同一材料から単一の工程にて形成される
。

上記装置では、ゲート電極２ａ、第一のゲート絶縁膜２
ｂ、第二のゲート絶縁膜６、半導体層７、ドレイン電極
８ａ、及び、ソース電極８ｂにより、薄膜トランジスタ
が構成されている。

ガラス基板１上の信号走査電極２及びデータライン電極
８に囲まれた領域には、画素電極５が備えられている。

画素電極５は、ＩＴＯなど透明電極素材からなり、ソー
ス電極８ｂと接続されている。

上記薄膜トランジスタ及び画素電極５の上には、その表
面を保護するためにＳｉＮ、などからなる絶縁膜９か基
板全面に形成されており、絶縁膜９上には、さらに、ラ
ビング処理されたポリイミド膜などからなる配向膜１０
が形成されている。

そして、上記した各構成要素により薄膜トランジスタア
レイが構成されている。

本実施例の薄膜トランジスタアレイは、液晶表示装置を
構成した際に、補助容量用電極３、誘電体層４、及び、
画素電極５からなる部分が補助容量として作用するので
、薄膜トランジスタに発生する寄生容量を無視すること
ができ、液晶層を実質的に純交流駆動することができる
。また、補助容量の誘電体が補助容量用電極を形成する
金属の酸化物であるため誘電率か高く、小面積の誘電体
層でも十分な効果が得られる。従って、上記誘電体層は
ピンホールなどの膜欠陥か生じる確率が低く、補助容量
用電極と画素電極とかショートしにくい。

失施男） 第５図は、本実施例の薄膜トランジスタアレイの構成を
示す部分断面図である。第５図において第１図と同一の
構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する
。

本実施例の薄膜トランジスタアレイは、誘電体層が、補
助容量用電極３の表面を酸化して得られた金属酸化物被
膜４と、第二のゲート絶縁膜を兼ねるＳｉＮ工層６と、
の二層からなる点で異なっている他は実施例１と同様で
ある。

本実施例の薄膜トランジスタアレイは、液晶表示装置を
構成した際に、補助容量用電極３、誘電体（酸化物被膜
）層４、補助容量用電極３及び画素電極５に挟まれてい
る領域のＳ　ｉＮ　ｘ層６、及び、画素電極５からなる
部分か補助容量として作用するので、薄膜トランジスタ
に発生する寄生容量を無視することができ、液晶層を実
質的に純交流駆動することができる。また、実施例１で
述へた効果に加え、誘電体層を金属酸化物被膜層とＳｉ
Ｎｘ層との二層構造とすることにより、さらに膜欠陥が
生しる確率を低減させることかできる。

夾樵孤λ 第６図は、本実施例の薄膜トランジスタアレイの構成を
示す部分断面図である。第６図において第１図と同一の
構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する
。

本実施例の薄膜トランジスタアレイは、誘電体層のうち
第二のゲート絶縁膜を兼ねる層が、さらにＳｉｎ、層６
ａとＳｉＮ、層６ｂとの二層からなる点で異なっている
他は実施例２と同様である。

本実施例の薄膜トランジスタアレイは、液晶表示装置を
構成した際に、補助容量用電極３、誘電体（金属酸化物
被膜）層４、補助容量用電極３及び画素電極５に挟まれ
ている領域のＳｉｎ、層６ａ５上記領域のＳｉＮ８層６
ｂ、汲び、画素電極５からなる部分が補助容量として作
用するので、薄膜トランジスタに発生する寄生容量を無
視することができ、液晶層を実質的に純交流駆動するこ
とができる。また、実施例１で述べた効果に加え、誘電
体層を金属酸化物被膜層、Ｓｉｎ、層、及び、ＳｉＮ、
層との三層構造とすることにより、さらに膜欠陥が生じ
る確率を低減させることかできる。

夾旋扁１ 第７図は、本実施例の薄膜トランジスタアレイの構成を
示す部分断面図である。第７図において第１図と同一の
構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する
。

本実施例の薄膜トランジスタアレイは、絶縁膜９がソー
ス電極８ｂ上のコンタクトホール９ａを残して基板全面
に形成されていて、絶縁膜９上の信号走査電極２及びデ
ータライン電極８に囲まれた領域に画素電極５が備えら
れ、画素電極５はコンタクトホール９ａによりソース電
極８ｂに接続されている点て異なっている他は実施例２
と同様である。

本実施例の薄膜トランジスタアレイは、液晶表示装置を
構成した際に、補助容量用電極３、誘電体（金属酸化物
被膜）層４、補助容量用電極３及び画素電極５に挟まれ
ている領域のＳ　ｉ　Ｎ　ｘ層６、上記領域の絶縁膜９
、及び、画素電極５からなる部分が補助容量として作用
するので、薄膜トランジスタに発生する寄生容量を無視
することかでき、液晶層を実質的に純交流駆動すること
ができる。

また、実施例１で述へた効果に加え、誘電体層を金属酸
化物被膜層、絶縁膜（ＳｉＮ、）層、及び、Ｓ　ｉ　Ｎ
　ｘ層との三層構造とすることにより、さらに膜欠陥が
生じる確率を低減させることができる。

［発明の効果］ 本発明の薄膜トランジスタアレイによれば、誘電体層の
面積を小さくすることにより補助容量用電極と画素電極
とのショートを避けることかできるので補助容量を有効
に作用させることができ、薄膜トランジスタの寄生容量
に起因する液晶の機能低下、及び、液晶表示装置の表示
品質低下を避けることができる。

上記補助容量用電極と画素電極とのショートを避ける効
果は、金属酸化物層を形成した補助容量用電極上にＳ　
ｉ　Ｏｘ、ＳｉＮ工などの層を積層することにより、さ
らに高めることができる。上記５ｉＯ８、ＳｉＮヨなど
の層は、補助容量用電極と画素電極とをショートしにく
くするばかりでなく、誘電体としても機能するので好都
合である。

また、誘電体層の面積が小さくてもよいので補助容量用
電極自体・も小さくてよく、上記補助容量用電極が光を
透過しにくい材質であるにもかかわらず、高い開口率が
得られる。

従って、本発明によれば、液晶表示装置の液晶機能を長
期にわたって維持でき、表示品質を改良し得る薄膜トラ
ンジスタアレイを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明に係わる薄膜トランジスタアレイ
の一実施例の構成を示す部分平面図、第１図（ｂ）は第
１図（ａ）のＩ−Ｉ線で切る部分断面図であり、 第２図（ａ）は従来の薄膜トランジスタアレイの構成例
を示す部分平面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のＩ−
１線で切る部分断面図であり、第３図は第２図に示す薄
膜トランジスタアレイを液晶表示装置に組み込んだ例を
示す部分断面図であり、 第４図は従来の薄膜トランジスタアレイの他の構成例を
示す部分断面図であり、 第５図乃至第７図は本発明に係わる薄膜トランジスタア
レイの他の実施例の構成を示す部分断面図である。 ３・・・補助容量用電極、 ４・・・誘電体（金属酸化物）層、 ５・・・画素電極。 、５−身芒イ列、ｇ万＼［２コ 第２図 ／ ７ａ ２２゜ ７ｂ ４來り東晶長拒釆籠３貞威゛口 第３図 ２２ｔ） ２ａ ８ａ イン（乙　。ａ［イ多」」７プド醪し或ｔシつ第４ 図 手続補正言動式） １　事件の表示 平成２年特許願第１７８３１７号 ２　発明の名称 薄膜トランジスタアレイ ３　補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　　　東京都港区虎ノ門１丁目７番１２号名称（０
２９）　　沖電気工業株式会社代表者　　小　杉　　信
　光 ４代理人 住所（〒１６０）東京都新宿区西新宿７丁目６番２号７
　補正の内容 明細書の「図面の簡単な説明」を以下の通り補正する。 １、明細書第２０頁第７行乃至第８行に、「第１図（ｂ
）は第１図（ａ）」とあるのを、「第２図（ｂ）は第２
図（ａ）」と補正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 絶縁基板と、 上記絶縁基板上にストライプ状に備えられた信号走査電
   極と、 上記絶縁基板上に上記信号走査電極と直交するストライ
   プ状に備えられたデータライン電極と、上記信号走査電
   極とデータライン電極との交点に備えられた薄膜トラン
   ジスタと、上記絶縁基板上に備えられた補助容量用電極
   と、上記補助容量用電極を覆うように備えられた誘電体
   層と、 上記絶縁基板上に備えられ、上記薄膜トランジスタに接
   続されているとともに、上記補助容量用電極及び誘電体
   層の少なくとも一部と積層されて補助容量を形成する画
   素電極とからなる薄膜トランジスタアレイであって、 上記補助容量用電極が上記信号走査電極と同一の金属か
   ら形成されていて、上記誘電体層の少なくとも一部が上
   記信号走査電極と同一の金属の酸化物からなることを特
   徴とする薄膜トランジスタアレイ。