JP3024620B2 - 液晶パネルの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、薄膜トランジスタ（Thin Film
Transistor、以下、ＴＦＴという。）アレイによって構
成される液晶表示パネルの製造方法に関し、特に、その
表示体の表示密度やコントラスト等の表示性能の向上を
達成するための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＴＦＴアレイによるアクティブマトリク
ス液晶表示パネルは、ＴＦＴの大きなＯＮ／ＯＦＦ抵抗
比に起因して走査線数の増大が可能かつ電荷蓄積用のコ
ンデンサが不要である点、及びＴＦＴアレイの大面積
化、量産化が容易である点が着目されたことから、従来
から盛んに研究開発が行われている。

【０００３】この液晶表示パネルは、走査信号を伝達す
るゲート線と画像信号を供給するデータ線がそれぞれ水
平方向と垂直方向に格子状に配置され、これらの格子に
よって区画された各画素領域内に、電位供給スイッチと
して用いられるＴＦＴと、液晶に電位を付与する画素電
極とが形成される。液晶はこの画素電極とこれに対向す
る共通電極との間に設置される。

【０００４】ここに、ＴＦＴのゲート電極はゲート線
に、ソースはデータ線に、ドレインは画素電極に、それ
ぞれ接続されており、ゲート線から入力された走査信号
に基づいてＴＦＴがオン状態になると、データ線から画
像信号が導入されて画素電極に所定の電位を付与し、共
通電極との間に電位差を生じさせて液晶を駆動する。

【０００５】ところが、上記液晶パネルは近年益々高精
細化されてきており、各画素領域の面積が微細化するこ
とによって画素領域の表示容量が減少し、オフ抵抗の高
いＴＦＴの微量なリーク電流であってもそのゲート線に
おける非選択期間（ｌフィールド期間）内に表示電圧の
低下を引き起こし、液晶パネルにおけるコントラスト等
の表示性能の劣化やＳ／Ｎ比の悪化を招来していた。

【０００６】この問題は、電荷蓄積容量を各画素領域に
形成することによって解決するものであるが、ＴＦＴア
レイによる液晶表示パネルにあっては、例えばシリコン
基板の表面側に形成した導電層と該基板の表面上に形成
した絶縁膜及び導電層とから簡単に電荷蓄積容量を作込
むことのできるＭＯＳ−ＦＥＴアレイの場合とは異な
り、ガラス基板等の絶縁体上にＴＦＴを形成することか
ら、容易に電荷蓄積容量を形成することができない。こ
のため、各画素領域にＴＦＴと同一構造のＭＯＳ構造を
形成し、これに高バイアスを印加して真性シリコン層の
表面を導電化することによりＭＯＳ容量を形成し、これ
を電荷蓄積容量として用いていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記液
晶パネルにおいては、ＭＯＳ容量を形成するために常時
２０Ｖ程度の高電圧を印加する必要があり、この高電界
の発生に起因して絶縁破壊等による信頼性の低下やリー
ク電流の増大を招き、折角形成した電荷蓄積容量の効果
を減殺するという問題があった。

【０００８】また、この電荷蓄積容量の形成は、特に透
過型の表示体として用いられるＴＦＴアレイ液晶表示に
あっては、液晶表示体の開口率（全パネル面積に対する
光の透過可能な面積の比）の低下をもたらし、表示性能
の低下に直結する。しかも、この開口率はＭＯＳ容量の
形成に必要な高電圧供給ラインの形成によって更に低下
することもあって、表示体の高精細化による各画素領域
の面積縮小との狭間で、液晶表示パネルの開発上の大き
な障害となっていた。

【０００９】そこで、本発明は上記問題点を解決するも
のであり、その課題は、ＴＦＴの製造工程を利用しつ
つ、高電圧供給が不要且つ小面積大容量の電荷蓄積容量
を形成するとともにその多層構造化を図ることによっ
て、開口率の保持と信号保持特性の向上とを両立させ、
高精細表示体の表示性能を向上させることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶パネルの製
造方法は、基板上にデータ線と、前記データ線に交差す
るゲート線と、前記データ線とゲート線に接続されたト
ランジスタと、前記トランジスタに電気的に接続される
画素電極及び蓄積容量とを有する液晶表示パネルの製造
方法において、前記基板上に前記蓄積容量の一方の電極
となる導電層を金属層あるいは導電性のシリコン層で形
成する工程と、前記導電層を形成した後に、前記導電層
に重なるとともに前記導電層に導電接続されるように前
記導電層上に前記トランジスタのソース・ドレイン・チ
ャネルとなる半導体層を形成する工程と、前記半導体層
及び前記導電層上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁
膜上にゲート電極と、前記蓄積容量の他方の電極を形成
する工程とを有することを特徴とする。

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【発明の実施の形態】次に、添付図面を参照して本発明
の実施例を説明する。

【００２４】図１は本発明に係る液晶表示パネルの第ｌ
実施例の平面図、図２は図１のII−II線に沿って切断し
た状態を示す断面図、図３は図１のIII−III線に沿って
切断した状態を示す断面図である。この実施例は、図１
に示すように、垂直方向のデータ線４ａ，４ｂ，・・・
と水平方向に伸びたゲート線６ａ，６ｂ，・・・とが格
子状に配線され、両者の間に５０μｍ×５５μｍの寸法
で各画素領域２ａａ，２ａｂ，・・・が形成されてい
る。

【００２５】以下に画素領域２ａａを例にとってその内
部構造を説明する。この画素領域２ａａ内には、ゲート
線６ａから引き出されたゲート電極８、デー夕線４ａに
接続されたソース１０、及びドレインｌ２からなるＴＦ
Ｔが形成されており、このドレインｌ２に接続層ｌ６を
介して下部電極ｌ８が接続され、その上方に前段のゲー
ト線６ｂが重なって形成されている。また、これらの構
造の上方には画素領域２ａａのほぼ全面に亘ってＩＴＯ
からなる透明電極２０が形成されており、この透明電極
２０も開ロ部を通してＴＦＴのドレインｌ２に接続され
ている。

【００２６】ＴＦＴの構造断面は、図２に示すようにな
っており、液晶パネル全体を支持する透明なガラス基板
ｌの表面上に多結晶シリコン層が被着され、ゲート電極
８直下の真性のチャネル領域ｌ４を除いてソース１０及
びドレインｌ２にｎ型の導電型不純物としてリンが導入
されている。この上に厚さｌ０００〜ｌ５００Åのゲー
ト酸化膜２２が形成されており、更に、ゲート電極８が
導電性の多結晶シリコンで形成されている。これらの上
には厚さ０．５〜１．０μｍの層間絶縁膜２４が堆積さ
れ、この層間絶縁膜２４を開口してソース１０に接続す
るデータ線４ａとドレインｌ２に接続する透明電極２０
が形成されている。ここで、ドレインｌ２の下層には導
電性多結晶シリコンで形成された接続層ｌ６が接触す
る。

【００２７】これに対し、ゲート線６ｂ下に作られた電
荷蓄積容量の形成領域の断面は、図３に示すようになっ
ている。ガラス基板ｌ上に導電型多結晶シリコン層で形
成された矩形状の下部電極ｌ８の上には、ＴＦＴのゲー
ト酸化膜２２と同時に形成された誘電絶縁膜２６があ
り、この上にゲート線６ｂが下部電極ｌ８の延長方向と
同じ方向に形成されている。これらの上には層間絶縁膜
２４を介して透明電極２０の一部が存在する。

【００２８】この液晶表示パネルは、導電性多結晶シリ
コンで形成した下部電極ｌ８と上部電極とを備えた電荷
蓄積容量を有しているので、非選択期間における液晶バ
イアス電圧の保持能力が高く、その表示特性の向上が達
成される。ここに、本実施例における各画素領域の液晶
自体の容量値はｌ４〜３５×１０^-15Ｆであり、電荷蓄
積容量の値は３００×１０１０^-15Ｆ以上である。

【００２９】また、本実施例は透過型（各画素領域上の
液晶の透過率をデータ線に導入される画像信号に基づい
て変化させ、バックライト光の透過量の分布によって画
像を形成表示する。）の液晶表示パネルであるが、電荷
蓄積容量の電位供給配線が不要であり、しかもその上部
電極はゲート線６ａ自体で構成しているので電荷蓄積容
量による透過面積の減少がないことから、電荷蓄積容量
の形成されていない液晶パネルに比して接続層ｌ６の形
成のみが開口率の低下をもたらす。したがって、この実
施例では全表示面積に対する開口率を３６．２％に止め
ることができた。

【００３０】次に、図４及び図５を参照して本発明に係
る液晶表示パネルの第２実施例を説明する。この実施例
は第ｌ実施例とほぼ同様であり、同一部分には同一符号
を付し、その説明は省略する。

【００３１】この液晶表示パネルの平面構造は、図４に
示すように、ドレインｌ２と下部電極ｌ８とを接続する
接続層ｌ６の一部が隣接するデータ線４ｂの下方に形成
されており、第ｌ実施例よりも液晶パネルの開口率が向
上している。なお、図５に示すように、このデータ線４
ｂの下方に形成された接続層ｌ６の部分とデータ線４ｂ
との間には、誘電絶縁膜２６よりも充分に厚い層間絶縁
膜２４が形成されているので、接続層ｌ６とデー夕線４
ｂとの間の容量は電荷蓄積容量に殆ど影響を与えない。

【００３２】上記接続層ｌ６とドレインｌ２との接続部
分は図４のドレインｌ２から下部電極ｌ８までの経路上
のどの部分にも形成することができる。

【００３３】上記第ｌ及び第２実施例以外の異なった実
施例を、ＴＦＴ構造部と電荷蓄積容量部との断面を模式
的示す図６及び参考例を図７から図８までを参照して説
明する。まず、図６は、下部電極ｌ８及び接続層ｌ６の
代わりに金属電極３８を形成するものであり、Ａｌ又は
高融点金属を材料とすることができる。また、図７は、
ＴＦＴのドレインｌ２から接続層ｌ６、下部電極ｌ８ま
でを一体の多結晶シリコン層４０で形成したものであ
る。更に、図８には、接続層ｌ６を形成することなく、
ＴＦＴのドレインｌ２と導電接触する透明電極２０に下
部電極４２を直接接続した例を示している。この例によ
れば、下部電極４２を上部電極たるゲート線６ｂの直下
から若干張り出した部分を形成するだけでよいので、接
続部を極めて小面積のものとすることが可能であり、開
口率の低下をほぼ完全に除去することができる。

【００３４】なお、図４及び図５に示す実施例、及び図
６に示す実施例においては、ドレインｌ２が、それぞれ
接続層３６及び下部電極ｌ８上、金属電極３８上の全面
若しくは一部を覆う構造となっていてもよい。

【００３５】次に、本発明に係る液晶パネルの製造方法
の実施例を説明する。

【００３６】この製造方法の第ｌ実施例を説明するため
の工程断面図を図９に示す。先ず、図９（ａ）に示すよ
うに、ガラス基板ｌの表面上にＣＶＤ法によりリンをド
ープした多結晶シリコン層を堆積して下部電極ｌ８を形
成する。次に、図９（ｂ）に示すように、真性の多結晶
シリコン層ｌ０３を下部電極ｌ８のうち接続層ｌ６の部
分に接触するように堆積し、更に図９（ｃ）に示すよう
に、これらの上を同じくＣＶＤ法によるシリコン酸化膜
ｌ０４で被覆する。ここで、多結晶シリコン層ｌ０３が
下部電極ｌ８の全部又は一部を覆うように形成すること
もできる。この後、図９（ｄ）に示すように、ＴＦＴの
ゲート電極８と電荷蓄積容量の上部電極ｌ０５をリンド
ープの多結晶シリコンをＣＶＤ法により形成し、ゲート
電極８をマスクとしてセルフアラインによりリン又は砒
素イオンを注入し、ＴＦＴのソース１０及びドレインｌ
２を形成する。その後図９（ｅ）に示すように、ＣＶＤ
法により層間絶縁膜２４を全面上に堆積形成し、図９
（ｆ）に示すように、この層間絶縁膜２４のドレインｌ
２の上方位置に開口部を設けて画素領域のほぼ全面にＩ
ＴＯからなる透明電極２０をスパッタリング法により形
成する。最後に図９（ｇ）に示すように、層問絶縁膜２
４の開口部を通してＴＦＴのソース１０に接続するデー
タ線４ａをＡｌで被着する。

【００３７】この製造方法において、前記下部電極ｌ８
は、電荷蓄積容量の画素領域内の作成位置によって様々
な平面形状をとることができる。また、上部電極ｌ０５
も、その下部電極ｌ８の平面形状に応じて種々の形状を
とることができるが、特に、先に説明した液晶パネルの
実施例のように、上部電極ｌ０５をゲート線６ｂ自体と
してもよい。

【００３８】この実施例では、ゲート酸化膜２２と誘電
絶縁膜２６を同時に形成し、ゲート電極８と上部電極ｌ
０５を同時に形成するので、工程数の増加を最小限に抑
制することができる。また、誘電絶縁膜２６は必然的に
薄いゲート酸化膜と同厚になるので、電荷蓄積容量の容
量値を占有面積に比して大きくすることができる。

【００３９】次に、液晶パネルの製造方法の第参考例を
図１０を参照して説明する。この参考例では、まず、図
１０（ａ）に示すように、ガラス基板ｌ上に真性多結晶
シリコン層１０６を形成し、図９（ｂ）に示すように、
この上にＣＶＤ法によりシリコン酸化膜ｌ０７を堆積し
た後、このうちの一部をレジスト層ｌ０８で被覆してリ
ンイオンの注入を施し、真性多結晶シリコン層ｌ０６の
一部を下部電極ｌ８とする。この後、図９（ｃ）に示す
ように、第ｌ実施例と同様にゲート電極８及び上部電極
ｌ０５を形成し、更に第ｌ実施例と同様にイオン注入を
行ってソース１０、ドレインｌ２を形成する。ここで、
シリコン酸化層ｌ０７を熱酸化法によって形成すること
も可能であり、この場合には、ＴＦＴのドレイン予定領
域とチャネル予定領域との境界と、下部電極ｌ８のドレ
イン予定領域側の先端部との間隔ｄは、加熱にともなう
横拡散を防止するために少なくとも１０μｍ以上を取る
必要がある。この工程以後は、第ｌ実施同様に、層間絶
縁膜２４、透明電極２０及びデータ線４ａを形成するこ
とによって、液晶パネルが完成する。

【００４０】この参考例は、予め一体の真性多結晶シリ
コン層ｌ０６を形成し、後にこれを下部電極とＴＦＴの
活性層の双方に形成することに特徴を有するものであ
り、工程数は変わらないものの、第ｌ実施例のような下
部電極ｌ８とドレインｌ２の接続部分の段差を生じな
い。

【００４１】最後に、第ｌｌ図を参照して本発明に係る
製造方法の第２参考施例を説明する。この参考例では、
まず、第ｌｌ図（ａ）に示すように、ガラス基板ｌの表
面上に予め相互に離間させた真性多結晶シリコン層ｌ０
７と導電性多結晶シリコン層ｌ０８を形成する。この形
成方法は、真性多結晶シリコン層をＣＶＤ法で２つ分離
して形成し、片方のみにリンを導入しても良いし、或い
は、ＣＶＤ法で別々に非ドープ層とドープ層とを形成す
るものでも良い。次に、第ｌｌ図（ｂ）に示すように、
熱酸化法によってこれらの表面にゲート酸化膜２２と誘
電絶縁膜２６を形成し、誘電絶縁膜２６の下にある導電
性多結晶シリコン層を下部電極４２とする。更に、第ｌ
ｌ図（ｃ）に示すように、この上にゲート電極８、上部
電極１０５を形成し、ゲート電極８をマスクとしてリン
を注入してＴＦＴのソース１０、ドレインｌ２を形成す
る。この後層間絶縁膜２４を堆積した後に、第ｌｌ図
（ｄ）に示すように、ドレインｌ２の露出部ｌ２ａ、下
部電極４２の露出部４２ａを形成するように層間絶縁膜
２４をエッチング除去し、この開口部分をも含めて透明
電極２０を被着して両露出部ｌ２ａ，４２ａに導電接触
状態に形成する。

【００４２】この参考例では、熱酸化による加熱が行わ
れても、ＴＦＴの活性層と下部電極４２とが完全に分離
して形成されていることから、下部電極からＴＦＴ活性
層への横拡散が発生しないので、橿拡散によるＴＦＴ特
性の悪化（特にオフ抵抗値の減少）を考慮することなく
工程設計を行うことができる。したがって、熱酸化法を
採用し、しかも、高温処理が可能となることによってゲ
ート酸化膜２２及び誘電絶縁膜２６の膜質の向上を図る
ことができるので、液晶パネルのリーク電流が低減され
ることもあって、表示特性の更なる向上に寄与すること
ができる。

【００４３】上記液晶パネル又はその製造方法の各実施
例においては、ゲート電極、ゲート線、及びデータ線を
ポリサイド構造としてもよく、或いは、これらの形成工
程においてサリサイド技術を採用することもできる。ま
た、ゲート電極とゲート線を別工程で形成することも可
能であり、特に、ゲート電極を多結晶シリコン又はポリ
サイドで、ゲート線を高融点金属シリサイドで、それぞ
れ形成することもできる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば下
記の効果を奏することができる。 （１）蓄積容量の一方の電極となる導電層をソース・ド
レイン・チャネル領域となるシリコン層とは別に、金属
層あるいは導電性のシリコン層で形成するため、蓄積容
量の電極を低抵抗にすることができる。 （２）一般に、ソース・ドレイン・チャネルとなるシリ
コン層と蓄積容量の下部電極とが同一層からなる場合、
蓄積容量の下部電極を低抵抗にするために、イオン打ち
込みの工程が必要である。しかも、下部電極となる領域
に選択的にイオン打ち込みする場合、ソース・ドレイン
・チャネルとなるシリコン層をレジストで覆う必要があ
り、イオン打ち込みの後、レジストを剥離してもレジス
ト残りが発生してソース・ドレイン・チャネルとなるシ
リコン層とゲート絶縁膜との界面がダメージを受けると
いう問題がある。しかし、本発明の製造方法によれば、
蓄積容量の下部電極となる導電層を低抵抗な材料である
金属層あるいは導電性のシリコン層で形成した後に、ソ
ース・ドレイン・チャネル領域となるシリコン層を形成
するため、ソース・ドレイン・チャネルとなる領域が蓄
積容量の下部電極を低抵抗にするためのイオン打ち込み
によるダメージを受けることがなく、ＴＦＴ特性の悪化
を防止することができる。

【００４５】下部電極を形成したことによって、ＴＦ
Ｔアレイを備えた液晶パネルであっても、高電圧の印加
なしに電荷蓄積容量を動作させることが可能であり、更
に、隣接ゲート線の電位を付与することで電位供給配線
の付加が不要となるので、開口率の低下を抑制しつつリ
ーク電流の少ない電荷蓄積容量を高い信頼性を以て機能
させることが可能であり、高精細表示パネルの表示特性
の向上を図ることができる。

【００４６】上部電極を隣接ゲート線自体とした場合
には、電荷蓄積容量の占有面積による開口率の低下を回
避することができる。

【００４７】下部電極にＴＦＴドレイン電位を付与す
るための接続部を設ける場合には、この接続部をデータ
線下に配置することによって接続部による開口率の低下
を抑制することができる。

【００４８】下部電極を画素電極に直接接続する場合
には、接続部の占有面積をほとんど不要とすることが可
能であり、開口率の低下をほぼ完全に防止することがで
きる。

【００４９】下部電極形成後にゲート絶縁膜と誘電絶
縁膜を同時に形成し、更にゲート電極と上部電極とを同
時に形成する場合には、少ない工程数によって、ＴＦＴ
アレイを備えた液晶表示パネルに電荷蓄積容量を作り込
むことができる。この製造方法によって形成された液晶
パネル内の電荷蓄積容量は、高電位の付与を必要としな
いので液晶駆動の信頼性を高めることができる。

【００５０】電荷蓄積容量の下部電極を予めＴＦＴの
活性層とは分離して形成し、画素電極をＴＦＴのドレイ
ンと下部電極の露出部上に接触するように形成する場合
には、加熱工程による下部電極からＴＦＴ活性層への横
拡散を完全に遮断することができるので、ＴＦＴ特性の
悪化を防止することができるとともに、工程設計が容易
となり、特に熱拡散法によってゲート絶縁膜及び誘電絶
縁膜を形成する場合には、高温処理が可能となるので高
品質の絶縁膜が得られ、表示特性の更なる向上を期すこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図ｌ】本発明に係る液晶表示パネルの第ｌ実施例の構
造を示す平面図である。

【図２】図１のII−II線に沿って切断した状態を示す断
面図である。

【図３】図１のIII−III線に沿って切断した状態を示す
断面図である。

【図４】本発明に係る液晶表示パネルの第２実施例の構
造を示す平面図である。

【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿って切断した状態を示す断
面図である。

【図６】本発明に係る液晶表示パネルのそれぞれ異なる
実施例を示す概略断面図である。

【図７】本発明に係る液晶表示パネルの参考例を示す概
略断面図である。

【図８】本発明に係る液晶表示パネルの参考例を示す概
略断面図である。

【図９】（ａ）乃至（ｇ）は本発明に係る液晶表示パネ
ルの製造方法の第ｌ実施例を示す工程断面図である。

【図１０】（ａ）乃至（ｄ）は本発明に係る液晶表示パ
ネルの製逢方法の参考例を示す工程断面図である。

【図ｌｌ】（ａ）乃至（ｄ）は本発明に係る液晶表示パ
ネルの製造方法の第参考例を示す工程断面図である。

【符号の説明】

ｌ・・・ガラス基板 ２ａａ・・・画素領域 ４ａ，４ｂ・・・データ線 ６ａ，６ｂ・・・ゲート線 ８・・・ゲート電極 １０・・・ソース ｌ２・・・ドレイン ｌ４・・・チャネル領域 ｌ６，３６・・・接続層 ｌ８，４２・・・下部電極 ２０・・・透明電極 ２２・・・ゲート酸化膜 ２４・・・層間絶縁膜 ２６・・・誘電絶縁膜 ３８・・・金属電極 ４０，ｌ０９・・・導電性多結晶シリコン層 ｌ０３，ｌ０６，ｌ０７・・・真性多結晶シリコン層 ｌ０４・・・シリコン酸化層 ｌ０５・・・上部電極

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上にデータ線と、前記データ線に交
   差するゲート線と、前記データ線とゲート線に接続され
   たトランジスタと、前記トランジスタに電気的に接続さ
   れる画素電極及び蓄積容量とを有する液晶表示パネルの
   製造方法において、 前記基板上に前記蓄積容量の一方の電極となる導電層を
   金属層あるいは導電性のシリコン層で形成する工程と、 前記導電層を形成した後に、前記導電層に重なるととも
   に前記導電層に導電接続されるように前記導電層上に前
   記トランジスタのソース・ドレイン・チャネルとなる半
   導体層を形成する工程と、 前記半導体層及び前記導電層上に絶縁膜を形成する工程
   と、 前記絶縁膜上にゲート電極と、前記蓄積容量の他方の電
   極を形成する工程とを有することを特徴とする液晶パネ
   ルの製造方法。