DE69110563T2

DE69110563T2 - Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung.

Info

Publication number: DE69110563T2
Application number: DE69110563T
Authority: DE
Inventors: Mitsushi Ikeda
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-07-12
Filing date: 1991-07-12
Publication date: 1996-02-29
Anticipated expiration: 2011-07-13
Also published as: KR920003084A; DE69110563D1; US5187602A; EP0466495A2; EP0466495B1; KR950006028B1; JP3226223B2; JPH07181514A; EP0466495A3

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit aktiver Matrix.
Eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung (LCD) mit aktiver Matrix, die mit Dünnschichttransistoren (TFT) mit amorpher Siliziumschicht (a-Si) als Schaltelementen ausgestattet ist, hat allgemeine Beachtung gefunden. Durch den Aufbau einer TFT-Matrix mit der amorphen Siliziumschicht, die sich bei niedriger Temperatur auf einem billigen Glassubstrat ausbilden läßt, kann ein Bildschirm (ein flacher Fernsehbildschirm) mit großer Bildfläche, hoher Bildschärfe und hoher Bildqualität kostengünstig hergestellt werden.
Fig. 1 zeigt eine Ersatzschaltung für ein Bildelement oder Pixel eines Substrats für einen Flüssigkristalltreiber-Halbleiterbaustein, der bei einer solchen Flüssigkristallvorrichtung verwendet wird. Wie im Bild gezeigt, fällt beim Schalten eines Pixels durch einen Adreßimpuls das Potential einer Pixelelektrode durch Kopplung über eine potentialfreie Kapazität (Cgs) zwischen der Gate- und der Source-Elektrode des TFT ab. Um den Potentialabfall des Pixels zu verhindern, wird eine Speicherkapazität (Cs) parallel zu einer Flüssigkristallschicht (Lc) geschaltet. In Fig. 1 bezeichnen die Bezugszahl 1 eine Adreßleitung und die Bezugszahl 2 eine Datenleitung.
Die Schnittansicht des Substrats einer Flüssigkristalltreiber- Halbleitermatrix, die den obenerwähnten Pixelschaltkreis einschließt, ist als Beispiel in Fig. 2 dargestellt. Mit anderen Worten, eine Adreßleitung 1; eine Gate-Elektrodenleitung 1a und eine Speicherkapazitätsleitung 1b, die mit der Adreßleitung 1 verbunden sind; eine Isolationsschicht 4, die auf der Adreßleitung 1, der Gate-Elektrodenleitung 1a und der Speicherkapazitätsleitung 1b aufgebracht ist; eine TFT-Halbleiterdünnschicht 5, die mittels der Isolationsschicht 4 auf der Gate-Elektrodenleitung 1a ausgebildet ist; eine Drain-Elektrode 2a und eine Source- Elektrode 2b, die an beiden Enden der TFT-Halbleiterdünnschicht 5 ausgebildet sind; eine Anzeigeelektrode 6, die mittels der Isolationsschicht 4 auf der Speicherkapazitätsleitung 1b ausgebildet ist, um eine Speicherkapazität zwischen der Speicherkapazitätsleitung 1b und der Anzeigeelektrode 6 zu schaffen; und eine Datenleitung 2, die annähernd senkrecht zur Adreßleitung 1 auf der Isolationsschicht 4 ausgebildet ist, sind auf einer Oberfläche eines Glassubstrats 3 angeordnet. Die TFT-Drain- Elektrode 2a ist mit der Datenleitung 2 verbunden. Die Source-Elektrode 2b ist mit der Anzeigeelektrode 6 verbunden.
Bei dem oben beschriebenen Aufbau dringt kein Licht in die Speicherkapazitätsleitung 1b ein. Somit wird das Öffnungsverhältnis ungünstigerweise um die Fläche der Speicherkapazitätsleitung 1b verringert. Dadurch wird es erforderlich, die Fläche der Speicherkapazitätsleitung 1b so klein wie möglich zu gestalten.
Bei dem Substrat des Flüssigkristalltreiber-Halbleiterbausteins verursacht ferner eine Deformation der Leitungsstruktur einen Kurzschluß zwischen der Datenleitung 2 und der Anzeigeelektrode 6, wodurch ein Punktdefekt entsteht. Daher werden, wie in Fig. 3 im Querschnitt für eine bekannte Vorrichtung dargestellt, die Anzeigeelektrode 6 und die unter der Anzeigeelektrode 6 ausgebildete Isolationsschicht 4 (im folgenden wird die Isolationsschicht 4 als erste Isolationsschicht bezeichnet), mit einer zweiten Isolationsschicht 7 überzogen, mit Ausnahme des Teils für den Anschluß der Anzeigeelektrode 6 und der Source-Elektrode 2b, wobei die zweite Isolationsschicht 7 das Auftreten solcher Punktdefekte verhindert.
Da jedoch bei dem oben beschriebenen Aufbau die Zwischenisolationsschicht aus zwei Schichten, der ersten Isolationsschicht 4 und der zweiten Isolationsschicht 7, gebildet wird, entstehen folgende Nachteile. Normalerweise wird die zweite Isolationsschicht 7 nach dem Verfahren der chemischen Aufdampfung (CVD) oder der plasmagestützten chemischen Aufdampfung (Plasma-CVD) gebildet. Da eine solche Einrichtung teuer ist, erhöht das zweifache Aufdampfen der CVD-Schicht die Produktionskosten. Zur richtigen Einstellung der Dicke der Isolationsschicht zwischen der Gate-Elektrodenleitung 1a und der Halbleiter-Dünnschicht 5 muß außerdem die Dicke der ersten Isolationsschicht 4 verringert werden. Dadurch kann leicht ein Kurzschluß zwischen der Anzeigeelektrode 6 und der Speicherkapazitätsleitung 1b auftreten.
Im folgenden bezeichnen &epsi;s die Dielektrizitätskonstante der Isolationsschicht, d die Schichtdicke, S die Elektrodenfläche und &epsi;&sub0; die Dielektrizitätskonstante des Vakuums. Bei dem obigen Substrataufbau für einen Flüssigkristalltreiber-Halbleiterbaustein läßt sich die Speicherkapazität Cs durch die folgende Gleichung ausdrücken:
CS = &epsi;&sub0; &epsi;S/(d S)
Um eine hohe Kapazität zu erreichen, ist es günstig, die Dielektrizitätskonstante &epsi;S der Isolationsschicht und die Elektrodenfläche S zu erhöhen sowie die Schichtdicke d der Isolationsschicht zu verringern. Die Dielektrizitätskonstante &epsi;S der Isolationsschicht ist jedoch materialabhängig. Bei herkömmlicherweise verwendeten Schichten ist im Falle von SiOx die Dielektrizitätskonstante gleich 4. Im Falle von SiNx ist sie gleich 7. Mit anderen Worten, bei SiOx und SiNx ist es schwierig, einen hohen Wert der Dielektrizitätskonstante zu erreichen. Weiterhin kann die Schichtdicke d auf Grund von Beschränkungen durch die Durchbruchspannung, den Leckstrom und die Defektdichte nicht wesentlich verringert werden. Um das Öffnungsverhältnis zu verbessern, sollte die Elektrodenfläche S verringert werden. Daher wird eine Isolationsschicht mit hoher Dielektrizitätskonstante benötigt. Außerdem muß bei einer Verringerung der Pixelgröße das Öffnungsverhältnis weiter vergrößert werden. Beim Einschreiben von Daten tritt ein Datenspannungsabfall nach der folgenden Gleichung auf:
ΔVd = Cgs / (CLC + CS + CLC) Vg
(wobei ΔVd einen Spannungsabfall auf Grund des Umschaltens; Cgs eine potentialfreie Kapazität zwischen der Gate-Elektrode und der Source- Elektrode; CLC eine Kapazität der Flüssigkristallschicht; CS den Wert der Speicherkapazität und Vg eine Gate-Impulsspannung bezeichnen). Um den Spannungsabfall zu verringern, sollte der Wert der Speicherkapazität CS hoch sein. Da AVd eine Gleichstromkomponente im Flüssigkristall verursacht, sollte ΔVd höchstens gleich 1% der Datenspannung Vd sein. Da im herkömmlichen LCD Cgs ungefähr 0,1 pF und CLC ungefähr 0,2 pF betragen, sollte CS annähernd 100 Cgs, d. h. etwa 10 pF betragen. Außerdem muß zur Verminderung des Flimmerns die Datenhaltezeit (T = CS R) das Fünffache der Einzelbildzeit betragen, nämlich 5 33 ms. Deshalb sollte CS R normalerweise größer oder gleich 5.33 ms sein.
Wegen: CSR = &epsi;&sub0;-&epsi;S/ d S d / S = &epsi;&sub0; &epsi;S
gilt andererseits:
&epsi;&sub0; &epsi;S ≥ 1,9 10¹²
Im Falle von SiO&sub2; (&epsi;S = 4) ist daher ≥ 4,7 10¹¹ Ωcm; im Falle von SiN (&epsi;S = 7) ist ≥ 2,7 10¹¹ Ωcm, und im Falle von TaO (&epsi;S = 30) ist ≥ 6,2 10¹&sup0; Ωcm. Nun ist jedoch R eigentlich ein Parallelwiderstand von Ccs und dem Ausschaltwiderstandswert Roff des TFT. Deshalb sollte der Widerstand doppelt so hoch sein wie der obenerwähnte Wert. Zum Beispiel ist im Falle von TaO ≥ 1,2 10¹¹ Ωcm. Für TaO ist jedoch die obige Bedingung nicht erfüllt, da im Bereich von 3 10&sup9; Ωcm bis 5 10¹&sup0; Ωcm liegt. Mit anderen Worten, um den Wert der Speicherkapazität CS zu erhöhen, muß ein Material mit hoher Dielektrizitätskonstante &epsi;S und einem hohem spezifischen Widerstand verwendet werden,
Um einen Punktdefekt wegen einer Deformation der Leitungsstruktur zu verhindern, wurde andererseits ein Substrat für einen Flüssigkristalltreiber-Halbleiterbaustein untersucht, bei dem auf die Anzeigeelektrode 6 eine Isolationsschicht aufgebracht wird. Bei einem solchen Aufbau müßten jedoch zwei Schichten als Zwischenisolationsschicht durch chemische Aufdampfung oder plasmagestützte chemische Aufdampfung aufgebracht werden, wofür eine teure Ausrüstung benötigt wird. Außerdem tritt zwischen der Speicherkapazitätsleitung 1b und der Anzeigeelektrode 6 leicht ein Kurzschluß auf. Andererseits muß die Fläche der Speicherkapazitätsleitung 1b so klein wie möglich gestaltet werden, um eine Verringerung des Öffnungsverhältnisses zu verhindern.
In der EP-A-0 376 437 wird eine anodische Oxidschicht offenbart, die zwischen einer Speicherkapazitätsleitung und einer überlappten Anzeigeelektrode ausgebildet ist und als dielektrische und Isolationsschicht dient.
Daher besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung mit einer kleinen Fläche der Speicherkapazitätsleitung zu schaffen, um das Öffnungsverhältnis zu verbessern.
Eine weitere Aufgabe dererfindungbesteht darin, eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zur deutlichen Darstellung eines Bildes mit kleinen Pixeln zu schaffen, um eine hohe Bildauflösung zu erreichen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindungbesteht darin, eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zu schaffen, die einen Kurzschluß zwischen einer Speicherkapazitätsleitung und einer Anzeigeelektrode völlig ausschließt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zu schaffen, die sehr kostengünstig hergestellt werden kann.
Eine erfindungsgemäße Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung weist eine Matrix von Bildelementen oder Pixeln auf, wobei jedem Pixel ein Dünnschichttreibertransistor, eine Anzeigeelektrode und ein Speicherkapazitätsbaustein zugeordnet sind, wobei die Anzeigepixelmatrix auf einer Hauptfläche eines lichtdurchlässigen Substrats angeordnet ist, wobei jeder Speicherkapazitätsbaustein durch die folgenden Komponenten gebildet wird:
eine metallische Speicherkapazitätsleitung, die aus einem Ta-haltigen metallischen Material besteht und auf der einen Hauptfläche des lichtdurchlässigen Substrats angeordnet ist;
eine anodische Oxidschicht des Metalls, die auf der Vorderfläche der metallischen Speicherkapazitätsleitung und im Bereich der entsprechenden, die metallische Speicherkapazitätsleitung überlappenden Anzeigeelektrode ausgebildet ist; wobei das metallische Material außerdem N enthält, und wobei die entsprechende Anzeigeelektrode in dem Bereich, der die metallische Speicherkapazitätsleitung überlappt, in direkten Kontakt mit der anodischen Oxidschicht kommt.
Das erfindungsgemäße, Ta- und N-haltige Metall enthält Ta, Mo-Ta, W-Ta, Nb-Ta, Al-W-Ta, Al-Mo-Ta, Al-Nb-Ta, Ti-W-Ta, Ti-Nb-Ta, Zr-W-Ta, Zr-Nb-Ta oder dergleichen sowie N.
Da die Dielektrizitätskonstante der anodischen Metalloxidschicht der erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung größer ist als die einer SiOx-Schicht und einer SiNx-Schicht, die nach den herkömmlichen Verfahren der chemischen Aufdampfung und der plasmagestützten chemischen Aufdampfung hergestellt werden, kann die Fläche der Speicherkapazitätselektrode verringert und dadurch das Öffnungsverhältnis verbessert werden. Die Dielektrizitätskonstante der SiOx-Schicht beträgt 4, und die der SiNx- Schicht beträgt 7. Im Gegensatz dazu haben die anodischen Oxidschichten eine hohe Dielektrizitätskonstante. Mit anderen Worten, die Dielektrizitätskonstante einer AlOx-Schicht beträgt 8; die einer TaOx- Schicht beträgt 30; die einer Ta-N-O-Schicht liegt zwischen 10 und 30; die einer TiOx-Schicht beträgt 80, und die einer ZrOx-Schicht beträgt 9.
Da ferner die anodischen Oxidschichten mit einer billigen Ausrüstung ausgebildet werden, läßt sich die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zu niedrigeren Kosten herstellen als die Vorrichtungen mit Isolationsschichten, die nach dem herkömmlichen Verfahren der chemischen Aufdampfung und der plasmagestützten chemischen Aufdampfung hergestellt werden.
Da außerdem die anodische Oxidschicht keine Defekte aufweist, auch wenn sie als Dünnschicht ausgebildet ist, kommt es nicht zu einem Kurzschluß zwischen der Speicherkapazitätsleitung und der Pixelelektrode. Mit anderen Worten, da die CVD-Schicht und die Plasma-CVD-Schicht durch Aufdampfen entstehen, ist das Auftreten von Defekten oder Nadellöchern auf Grund von abgeschiedenen Teilchen unvermeidlich. Dagegen hat die anodische Oxidschicht, da sie von der Oberfläche her oxidiert wird, eine Fähigkeit zur Eigenreparatur, und dadurch treten keine Nadellöcher auf. Folglich treten auch dann keine Defekte auf, wenn die anodische Oxidschicht als Dünnschicht ausgebildet ist.
Fig. 1 zeigt ein Schaltschema, das eine Ersatzschaltung für ein Pixel oder Bildelement eines TFT-LCD darstellt;
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht, die ein Beispiel für einen Aufbau des Hauptteils eines Substrats für einen Flüssigkristalltreiber- Halbleiterbaustein darstellt, mit dem eine herkömmliche Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung ausgestattet ist;
Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht, die ein Beispiel für einen anderen Aufbau des Hauptteils eines Substrats für einen Flüssigkristalltreiber- Halbleiterbaustein darstellt, mit dem eine herkömmliche Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ausgestattet ist;
Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht, die ein Beispiel für einen Aufbau des Hauptteils eines Substrats für einen Flüssigkristalltreiber- Halbleiterbaustein darstellt, mit dem eine erfindungsgemäße Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ausgestattet ist;
Fig. 5 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem spezifischen Widerstand und der Zusammensetzung einer anodischen TaNx- Oxidschicht darstellt,
Fig. 6 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Leitfähigkeit einer Ta-Schicht, die auf einer TaNx-Schicht ausgebildet ist, und der Zusammensetzung der TaNx-Schicht darstellt;
Fig. 7 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem spezifischen Widerstand einer anodischen Oxidschicht einer Ta-Nb-N-Schicht und deren Zusammensetzung darstellt;
Fig. 8 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem spezifischen Widerstand einer anodischen Oxidschicht einer Ta-Nb-N-Schicht und deren Zusammensetzung darstellt;
Fig. 9 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Leitfähigkeit einer Ta-Schicht, die auf einer Ta-Nb-N-Schicht ausgebildet ist, und deren Zusammensetzung darstellt;
Fig. 10 zeigt eine Schnittansicht, die ein Beispiel für einen weiteren Aufbau des Hauptteils eines Substrats für einen Flüssigkristalltreiber-Halbleiterbaustein darstellt, mit dem eine erfindungsgemäße Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ausgestattet ist;
Fig. 11 zeigt eine Schnittansicht, die ein Beispiel für einen weiteren Aufbau des Hauptteils eines Substrats für einen Flüssigkristalltreiber-Halbleiterbaustein darstellt, mit dem eine erfindungsgemäße Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ausgestattet ist;
Fig. 12 zeigt eine Schnittansicht, die ein Beispiel für einen weiteren Aufbau des Hauptteils eines Substrats für einen Flüssigkristalltreiber-Halbleiterbaustein darstellt, mit dem eine erfindungsgemäße Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ausgestattet ist;
Fig. 13 zeigt eine Schnittansicht, die ein Beispiel für einen weiteren Aufbau des Hauptteils eines Substrats für einen Flüssigkristalltreiber-Halbleiterbaustein darstellt, mit dem eine erfindungsgemäße Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ausgestattet ist;
Fig. 14 zeigt eine Schnittansicht, die ein Beispiel für einen weiteren Aufbau des Hauptteils eines Substrats für einen Flüssigkristalltreiber-Halbleiterbaustein darstellt, mit dem eine erfindungsgemäße Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ausgestattet ist; und
Fig. 15 zeigt eine Schnittansicht, die ein Beispiel für einen weiteren Aufbau des Hauptteils eines Substrats für einen Flüssigkristalltreiber-Halbleiterbaustein darstellt, mit dem eine erfindungsgemäße Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ausgestattet ist.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.

AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 1

Fig. 4 zeigt in Schnittdarstellung einen Aufbau des Hauptteils eines Substrats für einen Flüssigkristalltreiber-Halbleiterbaustein, der in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird.
Eine Gate-Elektrodenleitung 11a, eine Speicherkapazitätsleitung 11b und eine Adreßleitung 11, die aus einem metallischen Leitungsmaterial bestehen, z. B. aus Ta0,8N0,2, sind auf einer Oberfläche eines lichtdurchlässigen Substrats 13, z B. eines Glassubstrats, angeordnet. Die Oberflächen der Leitungen 11a, 11b und 11 sind mit einer anodischen Oxidschicht 18 überzogen, z. B. mit einer Ta-N-O-Schicht.
Auf der anodischen Metalloxidschicht 18 über der Speicherkapazitätsleitung 11b wird mit einem Anzeigeelektrodenmaterial, z. B. mit ITO (In&sub2;O&sub3;- SnO&sub2;), eine Anzeigeelektrode 16 ausgebildet. Die Anzeigeelektrode 16 und die Gate-Elektrodenleitung 11a werden mit einer Isolationsschicht 14, z. B. einer SiOx-Schicht, überzogen. Mittels der Isolationsschicht 14 werden beispielsweise eine a-Si-Schicht 15a und eine n&spplus;a-Si-Schicht 15b in dieser Reihenfolge auf der Gate-Elektrodenleitung 11a ausgebildet. An beiden Enden der Halbleiterdünnschicht 15 werden eine Drain-Elektrode 12a und eine Source-Elektrode 12-b ausgebildet, z. B. aus Al/Mr. Die Drain-Elektrode 12a wird mit einer Datenleitung 12 verbunden, die auf der Isolationsschicht 14 ausgebildet wird. Die Source-Elektrode 12b wird durch ein Durchkontaktloch in der Isolationsschicht 14, die auf der Anzeigeelektrode 16 angebracht ist, mit der Anzeigeelektrode 16 verbunden. Danach wird die n&spplus;a-Si-Schicht als Kanalteil entfernt, wodurch ein TFT entsteht.
Bezüglich der anodischen Metalloxidschicht des Substrats für den Flüssigkristalltreiber-Halbleiterbaustein mit dem obigen Aufbau liegt die Dielektrizitätskonstante einer TaNO-Schicht im Bereich von 10 bis 30, und die einer TaOx-Schicht beträgt 30. Dagegen ist die Dielektrizitätskonstante einer SiOx-Schicht gleich 4, und die einer SiNx-Schicht beträgt 7. Mit anderen Worten, die Dielektrizitätskonstante der ersteren Schichten ist größer als die der letzteren. Somit kann die Fläche der Speicherkapazitätsleitung 11b verkleinert werden (im Falle der TaOx-Schicht kann ihre Fläche auf etwa 1/7 der Fläche der SiOx-Schicht verkleinert werden; und im Falle einer (Ta0,8N0,2)xO-Schicht auf etwa 1/6 der Fläche der SiOx-Schicht). So läßt sich das Öffnungsverhältnis entsprechend verbessern.
Als anodische Oxidschicht kann anstelle der TaNO-Schicht eine TaOx- Schicht verwendet werden. Da jedoch bei diesem Aufbau der Leckstrom ansteigt, muß die Anodisationsspannung der Anodenschicht auf etwa 200 V erhöht werden, um die Bedingung für zu erfüllen. Folglich wird die TaOx- Schicht doppelt so dick wie die TaNO-Schicht. Die Kapazität wird dadurch halbiert. Außerdem wird der Schritt zwischen den Leitungen groß. Dadurch kann die Datenleitung leicht brechen.
Fig. 5 zeigt die Abhängigkeit des spezifischen Widerstandes der TaNO- Schicht von der Zusammensetzung und der Anodisationsspannung. Bei der Berechnung des Leckstroms der Speicherkapazität unter Verwendung eines erforderlichen spezifischen Widerstandes sollte der Leckstrom höchstens 2 10&supmin;&sup6; A/cm² betragen (der spezifische Widerstand sollte mindestens 1,2 10¹¹ Ωcm betragen). (Diese Werte variieren bis zu einem gewissen Grade in Abhängigkeit von der Größe des TFT, der Bildwechselfrequenz usw.). Wie in Fig. 5 dargestellt, ist im Falle der TaNOx-Schicht mit einem Zusatz von 1 Atom-% N zu dem Ta die Bedingung für den Leckstrom auch dann erfüllt, wenn die Anodisationsspannung 100 V beträgt. Dagegen ist die Bedingung für den Leckstrom im Falle der TaOx-Schicht ohne N-Zusatz nicht erfüllt, selbst wenn die Anodisationsspannung 150 V beträgt. Wenn daher die Isolationsschicht mit TaNOx gebildet wird, kann sie bei Verwendung der gleichen Fläche mit einer großen Speicherkapazität versehen werden, da die Dicke verringert werden kann. Im Falle der TaOx-Schicht kann der Leckstrom in Abhängigkeit von den Sputterbedingungen von Ta und von der Gegenwart eines geringen Störstellenanteils leicht ansteigen. Bei einem N-Zusatz zur TaOx-Schicht stabilisiert sich jedoch der Leckstrom auf einem niedrigen Wert.
Fig. 6 zeigt die Beziehung zwischen der Zusammensetzung und dem spezifischen Widerstand in dem Falle, wo eine Ta-Schicht, die aus einer unteren TaNx-Schicht und einer aufgesputterten oberen Ta-Schicht besteht, von β-Ta mit hohem spezifischem Widerstand zu α-Ta mit niedrigem spezifischem Widerstand übergeht. Bei dem Ta/TaNx-Aufbau kann der Widerstand der Leitungen verringert werden.
Fig. 7 und Fig. 8 zeigen. daß der Leckstrom der anodischen Oxidschichten einer mit N gemischten Nb-Ta-Legierung (NbxTayN0,2 in Fig. 7 und (Ta0,85Nb0.15)xNy in Fig. 8) mit zunehmendem N-Anteil gewöhnlich abnimmt, wie im Falle von TaNx. Fig. 9 (a) und 9 (b) zeigen die Beziehung zwischen der Zusammensetzung der unteren NbTaNx-Schicht und dem spezifischen Widerstand der als oberer Schicht ausgebildeten Ta-Schicht. Bei diesem Aufbau (Laminierung) sinkt der Widerstand der Ta-Schicht. Mit anderen Worten, beim Legieren mit Nb nimmt der Widerstand von Ta ab, auch wenn der zugesetzte N-Anteil gering ist (10 Atom-% oder weniger). Folglich können eine Ta-Nb-N-Schicht, eine Ta-Mo-N-Legierungsschicht, eine Ta-W-N- Legierungsschicht usw. mit niedrigem Leckstrom der anodischen Oxidschicht als Metalle für die untere Schicht verwendet werden. Der N-Anteil, der die obenerwähnte Bedingung erfüllt, ist zwar auch von den Produktionsbedingungen abhängig, liegt aber vorzugsweise im Bereich von 5 bis 45 Atom-%. Außerdem betragen die Nb-, Mo- und W-Anteile vorzugsweise bis zu 50 Atom-%.
Nachstehend wird anhand von Fig. 4 ein Beispiel für die Herstellung des obenerwähnten Substrats für einen Flüssigkristalltreiber-Halbleiterbaustein beschrieben.
Ein metallisches Leitungsmaterial, z. B. Ta-N, wird in einer Dicke von 300 nm mittels Sputterbeschichtung auf das lichtdurchlässige Substrat 13 aufgebracht, zum Beispiel auf ein Glassubstrat. Danach wird das metallische Leitungsmaterial strukturiert und anschließend geätzt, um die Gate-Elektrodenleitung 11a, die Speicherkapazitätsleitung 11b und die Adreßleitung 11 auszubilden.
Danach werden die Leitungen 11a, 11b und 11 bei einem konstanten Strom von 0,5 mA/cm² in Zitronensäure oxidiert, bis die Spannung 100 V erreicht. Dann werden die Leitungen 11a, 11b und 11 bei einer konstanten Spannung von 100 V oxidiert. Auf diese Weise wird die anodische Oxidschicht 18, z. B. eine TaNO-Schicht mit einer Dicke von 200 nm. auf den Oberflächen der Leitungen 11a, 11b und 11 ausgebildet. Danach wird auf die anodische Oxidschicht 18 über der Speicherkapazitätsleitung 11b durch Sputterbeschichtung ein Anzeigeelektrodenmaterial aufgebracht, z. B. eine ITO- Schicht mit einer Dicke von 100 nm. Danach wird das Anzeigeelektroden material strukturiert und anschließend geätzt, um die Anzeigeelektrode 16 zu bilden. Dann wird eine SiOx-Schicht mit einer Dicke von etwa 300 nm ausgebildet, beispielsweise durch plasmagestützte chemische Aufdampfung. An einer bestimmten Stelle der SiOx-Schicht wird das Durchkontaktloch 19 angebracht, z. B. durch den Ätzverfahren.
Die a-Si-Schicht 15a mit einer Dicke von 300 nm und die n&spplus;a-Si- Schicht 15b mit einer Dicke von 50 nm werden in dieser Reihenfolge auf der Isolationsschicht 14 ausgebildet, z. B. durch plasmagestützte chemische Aufdampfung, um eine a-Si-Insel zu bilden. Danach werden Elektrodenmaterialien , z. B. Mo und Al, in einer Dicke von etwa 1 um durch Sputterbeschichten aufgebracht. Dann werden die Leitungsmaterialien strukturiert und anschließend geätzt, um die Drain-Elektrode 12a, die Source-Elektrode 12b und die Datenleitung 12 auszubilden. Danach wird die n&spplus;a-Si-Schicht 15b am Kanalteil geätzt, wodurch das Substrat für den Flüssigkristalltreiber-Halbleiterbaustein mit dem oben beschriebenen Aufbau entsteht.
Fig. 10 zeigt ein weiteres Beispiel eines Substrataufbaus für den Flüssigkristalltreiber-Halbleiterbaustein. Bei diesem Aufbau wird mittels Sputterbeschichtung Al 11' auf das lichtdurchlässige Substrat 13 aufgebracht, z. B. auf das Glassubstrat, um den Widerstand der Leitungen zu verringern. Danach wird das Al 11' strukturiert und dann mit Ta. TaNx oder dergleichen beschichtet. Anschließend wird das Substrat auf die gleiche Weise wie in dem obenerwähnten Ausführungsbeispiel hergestellt. Bei diesem Beispiel können Cu, Au, Pt und eine Legierung dieser Metalle oder dergleichen anstelle von Al verwendet werden. Außerdem kann auf der gesamten Oberfläche des Substrats eine TaNx-Schicht ausgebildet werden, und das Al kann anodisch oxidiert werden, so daß es lichtdurchlässig wird.

AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 2

Fig. 11 zeigt eine Schnittansicht eines Substrats für einen Flüssigkristalltreiber-Halbleiterbaustein nach einem anderen
Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel werden Legierungen 11a' , 11b' und 11c' , die mit Ta-N, Mo-Ta-N, Nb-Ta-N, W-Ta-N oder einer Kombination dieser Materialien angesetzt werden, als Trägermetalle mit einer Dicke von 30 nm beispielsweise auf das Glassubstrat 13 aufgebracht, um den Widerstand der Adreßleitung zu verringern. Danach werden die Ta-Schichten 11a", 11b" bzw. 11c" mit niedrigem Widerstand auf die Legierungen 11a' , 11b' bzw. 11c' laminiert. Außerdem werden Legierungsschichten 11a"', 11b"' bzw. 11c"', die mit Ta-N, Mo-Ta-N, Nb-Ta-N oder W-Ta-N angesetzt werden, mit einer Dicke von 100 nm auf die Ta-Schichten 11a", 11b" bzw. 11c" laminiert, um den spezifischen Widerstand der anodischen Oxidschicht zu erhöhen. Dann werden die Oberflächen der Legierungsschichten 11a"', 11b"' und 11c"' anodisch oxidiert. Anschließend wird das Substrat auf die gleiche Weise wie beim obigen Ausführungsbeispiel 1 hergestellt.
Wie in Fig. 6, 9 (a) und 9 (b) bezüglich Ta dargestellt, entsteht durch die Sputterbeschichtung normalerweise tetragonales Ta (β-Ta). Durch Auflaminieren von Ta auf die Trägermetallschichten 11a', 11b' und 11c' können jedoch kubische Ta-Schichten (α-Ta-Schichten) 11a", 11b" und 11c" mit niedrigem Widerstand entstehen. Außerdem haben die anodischen Oxidschichten der Legierungen 11a"', 11b"' und 11c"', bei denen N mit Mo-Ta, Nb-Ta oder W-Ta legiert ist und die auf den Ta-Schichten 11a" 11b" und 11c" gebildet werden, ebenso wie die anodische TaNx-Oxidschicht einen hohen Isolationswiderstand. In diesem Beispiel kann anstelle des Auflaminierens einer Legierung aus einem Metall und N auf die Oberfläche und des Einstellens der Anodisationsspannung auf etwa 200 V der gleiche Effekt mit einem Doppelschichtaufbau der Legierungsschichten 11a' , 11b' und 11c' und der Ta-Schichten 11a", 11b" und 11c" erzielt werden. Natürlich kann den Ta-Schichten ein geringer N-Anteil zugesetzt werden.
Beim selektiven Ätzen der Isolationsschicht 14, welche die obere Schicht bildet, wirken die Trägermetallschichten 11a' , 11b' und 11c' als Ätzstopper des Glassubstrats 13.

AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 3

Fig. 12 zeigt eine Schnittansicht eines Substrats für einen Flüssigkristalltreiber-Halbleiterbaustein nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Substrat wird nach einem ähnlichen Verfahren wie in den obenerwähnten Ausführungsbeispielen hergestellt und aufgebaut, außer daß nach der Bildung des TFT die Isolationsschicht des Pixelteils geätzt und entfernt wird, um den Abfall einer Spannung zu verhindern, die an einem Flüssigkristall mit Isolationsschicht auf der aus ITO bestehenden Anzeigeelektrode 16 anliegt. Fig. 13 zeigt ein Beispiel für ein Substrat, das so aufgebaut wird, daß die Gate-Isolationsschicht der Speicherkapazität CS entfernt und dann die aus ITO bestehende Anzeigeelektrode 16 ausgebildet wird. Andererseits zeigt Fig. 14 ein Beispiel für einen Aufbau, bei dem außer der Elektrode 16 eine Passivierungs-Isolationsschicht 20 für die SpeicherkapazitätC&sub5; ausgebildet wird und danach auf der Oberfläche die Anzeigeelektrode 16 ausgebildet wird, um eine Lücke im Anzeigeteil zu entfernen. Wie in Fig. 15 gezeigt wird, kann außerdem der größte Teil der Matrix, statt nur der Anzeigeteil, mit der Isolationsschicht 18' aus TaNO oder dergleichen überzogen werden. In jedem Fall wird die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung durch Injektion eines Flüssigkristalls zwischen das Matrixsubstrat (das Substrat für den Flüssigkristalltreiber-Halbleiterbaustein) und die Gegenelektrodenplatte ausgebildet. In Fig. 12 bis 15 bezeichnet die Bezugszahl 21 eine auf die Oberfläche der Halbleiterdünnschicht 15 aufgebrachte Stopper-Isolationsschicht.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die obenerwähnten Ausführungsbeispiele. Mit anderen Worten, als TFT kann der Kanalteil nicht nur als rückseitiger Kanaleinschnitt mit geätztem Kanalteil konstruiert werden, sondern auch in der Ausführung, in der ein aus einer Isolationsschicht bestehender Kanalstopper auf dem Kanal angebracht wird. Weiterhin kann eine versetzte Ausführung verwendet werden, bei der das Gate an der Oberseite angebracht wird. Ferner können als Halbleiter nicht nur a-Si, sondern auch p-Si und CdSe verwendet werden. Die Isolationsschicht am Anzeigeteil auf dem ITO (In&sub2;O&sub3;-SnO&sub2;) kann geätzt und dann entfernt werden.
Außerdem können die Gate-Elektrodenleitung 11a, die Speicherkapazitätsleitung 11b und die Adreßleitung 11 nicht nur aus Ta und TaNx bestehen, sondern auch aus einem anodisch oxidierbaren Metall. Beispiele für anodisch oxidierbare Metalle sind Ta, Mo-Ta, W-Ta, Ta-N, Al, Ti , Zr und deren Legierungen. Darüberhinaus können die Leitungen 11a, 11b und 11 Laminate aus derartigen Materialien sein. Die für das anodische Oxidieren solcher Metalle und Legierungen verwendete Lösung kann nicht nur Zitronensäure. sondern auch Phosphorsäure sein. Auf jeden Fall kann die einzusetzende Lösung eine für die verwendeten Metalle geeignete Lösung sein.
Die Isolationsschicht 14 kann nicht nur eine durch plasmagestützte chemische Aufdampfung ausgebildete SiOx-Schicht, sondern auch eine nach verschiedenen filmbildenden Verfahren ausgebildete SiOx- oder SiNx-Schicht oder ein Laminat aus diesen Schichten sein. Die Anzeigeelektrode kann nicht nur aus ITO, sondern auch aus einem Metall bestehen.
Wie oben beschrieben, kann wegen der hohen Dielektrizitätskonstante der anodischen Oxidschicht bei der erfindungsgemäßen Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung die Fläche der Speicherkapazitätselektrode verringert und dadurch das Öffnungsverhältnis entsprechend verbessert werden. Zum Beispiel wird die Fläche der erfindungsgemäßen Speicherkapazitätselektrode im Vergleich zu derjenigen der Isolationsschicht aus SiOx oder SiNx erheblich verringert. Beispielsweise wird bei einem Pixel mit einer Seitenlänge von 40 um das Öffnungsverhältnis um annähernd das Zweifache verbessert. Da außerdem bei der erfindungsgemäßen Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung eine defektfreie anodische Oxidschicht verwendet wird, die mittels einer billigen Ausrüstung ausgebildet werden kann, weist sie keine Defekte auf. Außerdem steigen die Produktionskosten nicht an. Darüberhinaus tritt im Speicherkapazitätsteil kein Kurzschluß auf.
Außerdem zeigt ein Vergleich der in Fig. 3 und 4 dargestellten Konstruktionen, daß bei dem herkömmlichen Aufbau mit vergrabener Anzeigeelektrode 6 (Fig. 3) leicht Defekte auftreten, da die auf beiden Seiten der Anzeigeelektrode 6 angeordnete Isolationsschicht dünner ist als die Gate-Isolationsschicht, und daß dadurch im Vergleich zu jedem erfindungsgemäßen Aufbau (Fig. 4), wo die Isolationsschicht auf der Anzeigeelektrode 16 die gleiche Dicke aufweist wie die Gate-Isolationsschicht, mit Ausnahme der anodischen Oxidationsschicht, der Leckstrom ansteigt. Daraus ergibt sich beim herkömmlichen Aufbau eine höhere Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines Kurzschlusses zwischen der Pixelelektrode und der Datenleitung mit abweichender Leitungsstruktur sowie zwischen der Anzeigeelektrode 6 und der Gate-Leitung. Gegenüber diesen Problemen kann bei jedem erfindungsgemäßen Aufbau eine ausreichende Isolierung ohne Einschaltstromverlust des TFT erreicht werden, da die Isolationsschicht auf der Anzeigeelektrode 16 genügend dick ausgeführt werden kann und die anodische Oxidschicht auf der Speicherkapazitätsleitung CS eine gute Qualität und eine hohe Dielektrizitätskonstante aufweist.

Claims

1. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit einer Matrix von Anzeigebildelementen oder Anzeigepixeln, denen jeweils ein Dünnschicht- Treibertransistor, eine Anzeigeelektrode und ein Baustein mit Speicherkapazität zugeordnet sind, wobei die Matrix von Anzeigepixeln auf einer Hauptfläche eines lichtdurchlässigen Substrats (13) angeordnet ist, wobei jeder Baustein mit Speicherkapazität gebildet wird durch:

eine Metalleitung mit Speicherkapazität (11b), die aus einem metallischen Material besteht, das Ta enthält, wobei die Metalleitung mit Speicherkapazität auf der einen Hauptfläche des lichtdurchlässigen Substrats angeordnet ist;

eine Schicht (18) aus einem anodischen Oxid des Metalls, die auf der Vorderfläche der Metalleitung mit Speicherkapazität ausgebildet ist;

und wobei der Bereich der entsprechenden Anzeigeelektrode (18) die Metalleitung mit Speicherkapazität überlappt; dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Material ferner N enthält und daß sich die entsprechende Anzeigeelektrode (18) in dem Überlappungsbereich mit der Metallleitung mit Speicherkapazität in direktem Kontakt mit der anodischen Oxidschicht befindet.

2. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Ta- und N-haltige Metall mindestens einen aus der Gruppe Ta, Mo-Ta, W-Ta, Nb-Ta, Al-W-Ta, Al-Mo-Ta, Al-Nb-Ta. Ti-W-Ta, Ti-Nb-Ta, Zr-W-Ta und Zr-Nb-Ta ausgewählten Vertreter enthält.

3. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 wobei das Ta- und N-haltige Metall Ta0,8N0,2 ist.

4, Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Ta- und N-haltige Metall Ta0,85N0,15 ist.

5. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Ta- und N-haltige Metall mit zwei oder mehr Schichten Ta-N, Nb-Ta-N, Ta-Mo-N, Ta-W-N oder Ta-Nb-N laminiert ist.

6. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei der N-Gehalt des Ta- und N-haltigen Metalls 45 Atom-% oder weniger beträgt.

7. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei als Basis des Ta- und N-haltigen Metalls eine Metallschicht ausgebildet wird, die aus der Gruppe Al. Cu, Au und Pt ausgewählt ist.

8. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Ta- und N-haltige Metall eine Schichtung aus Ta-N, Nb-Ta-N, Ta-Mo-N oder Ta-W-N mit einer Ta-Schicht als Zwischenschicht ist.

9 Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Metall des anodischen Oxids der Metallschicht mindestens ein aus der Gruppe Ta. Al, Mo-Ta, W-Ta, Nb-Ta, Al-W-Ta, Al-Mo-Ta, Al-Nb-Ta, Ti-W-Ta, Ti-Nb-Ta, Zr-W-Ta und Zr-Nb-Ta ausgewählter Vertreter ist.

10. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 9. wobei die anodische Oxidschicht TaO oder TANO ist.

11. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 9, wobei das anodische Oxid der Metallschicht (Ta0,8N0,2)xOy ist.

12. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei auf der Anzeigeelektrode eine Gate-Isolationsschicht (14) des Dünnschichttransistors ausgebildet wird.

13. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 12, wobei das Metall, aus dem eine Metalleitung mit Speicherkapazität besteht, Ta und N enthält.

14. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 12, wobei das anodische Oxid eines Metalls Ta und N enthält.