JP3126655B2 - アクティブマトリクス型液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本明細書で開示する発明は、
結晶性珪素を用いた半導体装置で制御するアクティブマ
トリクス型液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、安価なガラス基板上に薄膜トラン
ジスタ（ＴＦＴ）を作製する技術が急速に発達してきて
いる。その理由は、アクティブマトリクス型液晶表示装
置の需要が高まったことにある。

【０００３】アクティブマトリクス型液晶表示装置は、
マトリクス状に配置された数百万個もの各画素のそれぞ
れにＴＦＴを配置し、各画素電極に出入りする電荷をＴ
ＦＴのスイッチング機能により制御するものである。

【０００４】各画素電極と対向電極との間には液晶が挟
み込まれ、一種のコンデンサーを形成している。従っ
て、ＴＦＴによりこのコンデンサーへの電荷の出入りを
制御することで液晶の電気光学特性を変化させ、液晶パ
ネルを透過する光を制御して画像表示を行うことが出来
る。

【０００５】ここで、従来のアクティブマトリクス型液
晶表示装置における画素領域の構成図を図５に示す。図
５（Ａ）に示す様に、ゲイト線５０１とそれに平行に形
成された容量線５０２がデータ線５０３と格子状に交差
している。そして、それらで囲まれた領域内には画素電
極５０４が配置されている。これら容量線５０２と画素
電極５０４は第１、第２の層間絶縁膜を介して立体的に
重なり、保持容量を形成している。この時の等価回路は
図６（Ａ）の様になる。

【０００６】なお、５０５で示されるのはＴＦＴの活性
層を構成する半導体膜であり、５０６はデータ線とのコ
ンタクト部、５０７は画素電極とのコンタクト部であ
る。

【０００７】また、図五（Ｂ）に示すように画素電極５
０４の縁部分や半導体膜５０５を隠すようにＢＭ（ブラ
ックマトリクス）を設けるのが一般的である。その理由
は、画素電極の縁部分は電界が乱れるため画質が悪くな
る事と、半導体膜に光が当たるとキャリアの光励起が生
じてリーク電流が増加する事による。

【０００８】しかし、図５（Ｂ）のようにブラックマト
リクス５０９は画像表示可能な領域５１０を内側に狭め
てしまうため、開口率が犠牲になるという問題を持つ。

【０００９】また、通常、前述の容量線５０２はゲイト
線５０１と同時に形成されるため、アルミニウムやタン
タルといった遮光性を有する金属被膜である場合が殆ど
である。従って、画像表示を行う際に容量線５０２が遮
光膜となってバックライトが遮断されるため、結局はブ
ラックマトリクスで遮光してしまうことが多い。

【００１０】以上のように、容量線やブラックマトリク
スは画像表示可能な領域を必要以上に狭め、開口率を落
とす原因となっている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本明細書で開示する発
明は上記問題点を解決し、液晶パネルの開口率を上げる
技術を提供することを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本明細書で開示する発明
の構成は、飛び越し走査方式により画像表示を行なう液
晶表示装置であって、ゲイト電極および該ゲイト電極か
ら延在するゲイト線を覆って形成される第１の層間絶縁
膜と、前記第１の層間絶縁膜上に形成される配線電極お
よび該配線電極から延在するデータ線と、前記配線電極
および該配線電極から延在するデータ線を覆って形成さ
れる第２の層間絶縁膜と、前記第２の層間絶縁膜上に形
成される透明導電膜でなる画素電極と、を有し、前記ゲ
イト線と前記画素電極の少なくとも一部は前記陽極酸化
膜と前記第１の層間絶縁膜との積層膜を介して保持容量
として機能しうるコンデンサーを形成することを特徴と
する。

【００１３】この場合、第１の層間絶縁膜および陽極酸
化膜の比誘電率は第２の層間絶縁膜の比誘電率よりも高
いものであり、第１の層間絶縁膜は250 〜2000Åの厚さ
の酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化珪素膜から選ばれ
た一種または複数種の絶縁膜でなることを特徴とする。

【００１４】また、他の発明の構成は、飛び越し走査方
式により画像表示を行なう液晶表示装置であって、ゲイ
ト電極および該ゲイト電極から延在するゲイト線を陽極
酸化して得られる陽極酸化膜と、前記陽極酸化膜を覆っ
て形成される第１の層間絶縁膜と、前記第１の層間絶縁
膜上に形成される配線電極および該配線電極から延在す
るデータ線と、前記配線電極および該配線電極から延在
するデータ線を覆って形成される第２の層間絶縁膜と、
前記第２の層間絶縁膜上に形成される透明導電膜でなる
画素電極と、を有し、前記ゲイト線と前記画素電極の少
なくとも一部は前記陽極酸化膜のみを介して保持容量と
して機能しうるコンデンサーを形成することを特徴とす
る。

【００１５】この場合も、陽極酸化膜の比誘電率は第２
の層間絶縁膜の比誘電率よりも高いものであることが必
要である。

【００１６】上記構成でなる本発明の概略を図１の模式
図を用いて説明する。図１において、１０１で示される
のがゲイト電極から延在するゲイト線、１０２がＴＦＴ
のソース領域と接続する配線電極から延在するデータ線
である。また、１０３の太線で示されるのがＩＴＯ等の
透明導電性膜でなる画素電極である。

【００１７】本発明の主旨は、ゲイト線１０１と画素電
極１０３とを利用して保持容量１０４を形成することで
ある。ただし、ある一つの画素に注目した時、その画素
の保持容量を形成するゲイト線が上からＮ本目のゲイト
線である時、その保持容量を形成する画素電極はＮ＋１
本目のゲイト線により制御される画素ＴＦＴによって電
圧を印加される。

【００１８】また、液晶パネルの表示方法として飛び越
し走査（インターレース）方式を採用しているのが本発
明の大きな特徴である。

【００１９】本発明では飛び越し走査方式により飛び越
されたゲイト線、即ちアクティブなゲイト線に隣接する
他のゲイト線を定電位に保ち、そのゲイト線でもって保
持容量を形成するため、保持容量に書き込まれたデータ
の電圧レベルがゲイト電圧の変化に引っ張られて降下す
るのを防ぐことが出来る。

【００２０】また、本来ゲイト線１０１と画素電極１０
３との間には第１、第２の層間絶縁膜が存在する。しか
しながら、本発明では画素電極１０３を成膜する前に、
予め保持容量１０４となる領域を選択的にエッチングし
てある。そのため、保持容量１０４はゲイト線１０１と
画素電極１０３との間に陽極酸化膜と第１の層間絶縁膜
との積層膜、または陽極酸化膜のみを有した構造となっ
ている。

【００２１】そのため、第１の層間絶縁膜はできる限り
比誘電率の高い材料を用いるのが望ましい。なぜなら
ば、比誘電率が高い程、保持容量のキャパシティーを稼
ぐことが出来るからである。また、第１の層間絶縁膜の
膜厚をできる限り薄くすることで同様の効果を得ること
が出来る。

【００２２】また、一方で問題となるのは画素電極１０
３とゲイト線１０１が重なる領域の内、保持容量としな
い領域に形成される寄生容量である。しかしながら、本
発明においては第２の層間絶縁膜として低い比誘電率を
持つ有機性樹脂材料や無機性材料を用いるため、寄生容
量を極力小さくすることが出来る。

【００２３】さらに、有機性樹脂材料や無機性材料を１
〜５μｍ程度に膜厚を稼いで成膜するため、寄生容量を
無視し得るレベルに抑えることが可能である。

【００２４】以上の様に、本発明の必要条件としては陽
極酸化膜および第１の層間絶縁膜の比誘電率は第２の層
間絶縁膜の比誘電率よりも高いことが挙げられる。望ま
しくは、第１の層間絶縁膜は比誘電率のできるだけ高い
材料、第２の層間絶縁膜は比誘電率のできるだけ低い材
料を用いると良い。

【００２５】なお、図１で示す構成の画素領域の等価回
路は図６（Ｂ）で示される構成となる。

【００２６】また、図１に示す様に配線電極および該配
線電極から延在するデータ線の形成と同時に、少なくと
もチャネルを形成する領域を遮光する遮光膜１０５を設
けることで半導体層の光励起を防ぐことが出来る。

【００２７】上記構成でなる発明について、以下に記載
する実施例でもって詳細な説明を行うこととする。

【実施例】

〔実施例１〕本実施例では、本発明を利用して図１で示
した構成を有する画素領域を形成する例を示す。具体的
にはゲイト線でもって容量線を代用する技術の詳細な説
明を行なうこととする。

【００２８】図３に示すのは、図１で示した画素領域を
構成する画素ＴＦＴの作製工程図である。まず、表面に
下地膜として2000Åの絶縁膜を有したガラス基板３０１
の上に、図示しない非晶質珪素膜500 Åの厚さに成膜す
る。絶縁膜は酸化珪素（ＳｉＯ₂ ）、酸化窒化珪素（Ｓ
ｉＯ_X Ｎ_Y ）、窒化珪素膜（ＳｉＮ）等をプラズマＣＶ
Ｄ法や減圧熱ＣＶＤ法により成膜すれば良い。

【００２９】次に、この図示しない非晶質珪素膜を加熱
またはレーザーアニール、もしくは両者を併用するなど
の手段により結晶化する。また、結晶化の際、結晶化を
助長する金属元素を添加すると効果的である。

【００３０】結晶化が終了したら、得られた図示しない
結晶性珪素膜をパターニングして島状半導体層３０２を
形成する。島状半導体層３０２を形成したら、後にゲイ
ト絶縁膜として機能する酸化珪素膜３０３を1500Åの厚
さに成膜する。勿論、酸化窒化珪素膜や窒化珪素膜であ
っても良い。

【００３１】次に、遮光性を有した導電性被膜３０４を
3000Åの厚さに成膜する。本実施例では、0.2 ｗｔ％の
スカンジウムを含有したアルミニウム膜を用いる。スカ
ンジウムは加熱処理等の際にアルミニウム表面に発生す
るヒロックやウィスカーといった突起物を抑える効果を
持つ。このアルミニウム膜３０４は後にゲイト電極とし
て機能する。

【００３２】こうして、図３（Ａ）の状態が得られる。
図３（Ａ）の状態が得られたら、電解溶液中でアルミニ
ウム膜３０４を陽極として陽極酸化を行う。電解溶液と
しては、３％の酒石酸のエチレングリコール溶液をアン
モニア水で中和して、ＰＨ＝６．９２に調整したものを
使用する。また、白金を陰極として化成電流５ｍＡ、到
達電圧１０Ｖとして処理する。

【００３３】こうして形成される図示しない薄く緻密な
陽極酸化膜は、アルミニウム膜３０４をパターニングす
る際にフォトレジストとの密着性を高める効果がある。
また、電圧印加時間を制御することで膜厚を制御でき
る。

【００３４】次に、アルミニウム膜３０４をパターニン
グして、図示しないゲイト電極を形成する。ただし、実
質的にゲイト電極として機能するのは最終的に残存する
内部の一部分である。

【００３５】次に、２度目の陽極酸化を行い、多孔質の
陽極酸化膜３０５を形成する。電解溶液は３％のシュウ
酸水溶液とし、白金を陰極として化成電流２〜３ｍＡ、
到達電圧８Ｖとして処理する。

【００３６】この時陽極酸化は基板に対して平行な方向
に進行する。また、電圧印加時間を制御することで多孔
質の陽極酸化膜３０５の長さを制御できる。

【００３７】さらに、アルミニウム膜のパターニングに
使用した図示しないフォトレジストを専用の剥離液で除
去した後、３度目の陽極酸化を行い、図３（Ｂ）の状態
を得る。

【００３８】この陽極酸化には、電解溶液は３％の酒石
酸のエチレングリコール溶液をアンモニア水で中和し
て、ＰＨ＝６．９２に調整したものを使用する。そし
て、白金を陰極として化成電流５〜６ｍＡ、到達電圧１
００Ｖとして処理する。

【００３９】この際形成される陽極酸化膜３０６は、非
常に緻密、かつ、強固である。そのため、ド−ピング工
程などの後工程で生じるダメージや熱からゲイト電極３
０７を保護する効果を持つ。

【００４０】また、強固な陽極酸化膜３０６はエッチン
グされにくいため、コンタクトホール開孔の際にエッチ
ング時間が長くなる問題がある。そのため、1000Å以下
の厚さにするのが望ましい。

【００４１】次に、多孔質の陽極酸化膜３０５およびゲ
イト電極３０７をマスクとして酸化珪素膜３０３をドラ
イエッチングし、ゲイト絶縁膜３０８を形成する。

【００４２】次いで、イオンドーピング法により、島状
半導体層３０２に不純物を注入する。例えば、Ｎチャネ
ル型ＴＦＴを作製するならば、不純物としてＰ＋イオン
を、Ｐチャネル型ＴＦＴを作製するならば、不純物とし
てＢ＋イオンを注入すれば良い。

【００４３】まず、図３（Ｂ）の状態で１度目のイオン
ドーピングを行う。なお、本実施例ではＰ＋イオンの注
入を加速電圧９０ｋＶ、ドーズ量３×１０¹³原子／ｃｍ
² で行う。

【００４４】すると、ゲイト電極３０７、多孔質の陽極
酸化膜３０５がマスクとなり、後にソース／ドレインと
なる領域３０９、３１０が自己整合的に形成される。
（図３（Ｃ））

【００４５】次に、図３（Ｃ）に示す様に、多孔質の陽
極酸化膜３０５を除去して、２度目のドーピングを行
う。なお、２度目のＰ＋イオンの注入は加速電圧１０ｋ
Ｖ、ドーズ量5 ×１０¹⁴原子／ｃｍ² で行う。

【００４６】すると、ゲイト電極３０７がマスクとな
り、ソース領域３０９、ドレイン領域３１０と比較して
不純物濃度の低い、低濃度不純物領域３１１、３１２が
自己整合的に形成される。

【００４７】同時に、ゲイト電極３０７の直下は不純物
が全く注入されないため、ＴＦＴのチャネルとして機能
する領域３１３が自己整合的に形成される。

【００４８】このようにして形成される低濃度不純物領
域（またはＬＤＤ領域）３１２は、チャネル領域３１３
とドレイン領域３１０との間に高電界が形成されるのを
抑制する効果を持つ。

【００４９】次いで、ＫｒＦエキシマレーザーを200 〜
300mJ/cm² のエネルギー密度で照射することによって、
イオン注入されたＰ＋イオンの活性化を行なう。なお、
活性化は300 〜450 ℃2hr の熱アニールによっても良い
し、レーザーアニールと熱アニールとを併用しても良
い。

【００５０】次に、第１の層間絶縁膜３１４をプラズマ
ＣＶＤ法により成膜する。層間絶縁膜３１４としては、
酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化珪素膜等を用いるこ
とができる。この第１の層間絶縁膜３１４は図１におい
て保持容量１０４の絶縁層となるため、できるだけ比誘
電率の高い絶縁膜を用いることが望ましい。そのため、
本実施例では比誘電率が約７である窒化珪素膜を用い
る。また、その膜厚は1000Å程度に薄くすることで容量
を稼ぐことが可能である。

【００５１】第１の層間絶縁膜３１４を成膜したら、ソ
ース領域３０９にコンタクトホールを形成して、図示し
ないアルミニウム膜を3000Åの厚さに成膜する。次い
で、図示しないアルミニウム膜をパターニングして、ソ
ース電極３１５と遮光膜３１６を形成する。遮光膜３１
６は、チャネル領域３１３の周辺部に光が照射されてキ
ャリアが励起するのを防ぐ役割を担う。（図３（Ｄ））

【００５２】次に、ソース電極３１５、遮光膜３１６を
覆って第２の層間絶縁膜３１７を１〜５μｍの厚さに成
膜する。この第２の層間絶縁膜３１７は有機性樹脂材料
や無機性材料を用いることが出来るが、本実施例では有
機性樹脂材料としてポリイミドを用いる。

【００５３】そして、第２の層間絶縁膜３１７をパター
ニングして、保持容量を形成するための開孔をゲイト線
上に形成した後、透明導電性膜でなる画素電極３１８を
形成する。（図３（Ｅ））

【００５４】この樹脂材料３１７の表面は優れた平坦性
を示すため、その上に形成された画素電極３１８も良好
な平坦性を示し、セル組みの際のラビング不良や液晶へ
の印加電界の乱れをなくすことが出来る。

【００５５】このようにして、図３（Ｅ）に示すような
構造の画素ＴＦＴが作製される。なお、本実施例では図
１で示したような画素電極の縁部分がゲイト線またはデ
ータ線上に重なるようような構造とする。

【００５６】また、本発明はアクティブマトリクス型液
晶表示装置に適用するため、同一基板上に駆動回路を組
み込むことになる。その場合はドライバーＴＦＴと画素
ＴＦＴを同時に作製することになる。

【００５７】ドライバーＴＦＴは、基本的に画素ＴＦＴ
と同じ工程で作製される。ただし、画素電極は必要な
く、図３（Ｄ）においてソース電極３１５、遮光膜３１
６を形成すると同時にドレイン電極を形成することで完
成することになる。

【００５８】ここで、図１においてＡ−Ｂで示した線で
保持容量１０４を分断した断面図を図４に示す。図４
（Ａ）において、４０１はゲイト絶縁膜、４０２はゲイ
ト電極から延在するゲイト線、４０３は陽極酸化膜であ
る。

【００５９】図４（Ａ）に示す様に、第１の層間絶縁膜
４０４は膜厚が1000Å程度と薄く、かつ、高比誘電率で
あるので画素電極４０５とゲイト線４０２との間に保持
容量として機能しうるコンデンサーを形成する。なお、
４０６で示されるのは、隣接する別の画素電極の縁部分
である。

【００６０】また、図４（Ｂ）に示す様に、保持容量の
絶縁層として陽極酸化膜のみを用いた構造とすることも
可能である。この時、保持容量の厚さを500 〜1000Å程
度まで薄くすることが出来る。

【００６１】本発明では保持容量をゲイト線４０２上に
形成する都合上、必ずゲイト線４０２と画素電極４０５
とが立体的に重なり合う領域が存在する。この領域にお
いて、第２の層間絶縁膜に開孔を形成した領域は保持容
量となるが、それ以外の領域は不要な寄生容量を形成し
てしまうことになる。

【００６２】しかしながら、本実施例で第２の層間絶縁
膜として用いる樹脂材料は、比誘電率が2.8 〜3.4 と窒
化珪素膜等の珪化膜と比較して低く、さらに容易に１〜
５μｍ程度の膜厚を稼ぐことができるため、寄生容量を
問題ないレベルとすることが可能である。

【００６３】なお、本実施例では画素電極の縁部分をゲ
イト線またはデータ線で遮光する構造を採っているが、
上記理由により寄生容量を無視できることが前提である
ことは言うまでもない。

【００６４】以上に示したように、第１の層間絶縁層と
して薄い高比誘電率の材料を用い、第２の層間絶縁膜と
して厚い低誘電率の材料を用いることが本発明の必要条
件である。

【００６５】また、本発明は上記構造のＴＦＴを制御す
るに際し、ゲイト線の走査方法を公知の飛び越し走査方
式による点が大きな特徴である。飛び越し走査方式の概
略を図１１を用いて説明する。

【００６６】図１１において、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ
４、・・・で示されるのがゲイト線、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ
３、Ｍ４、・・・で示されるのがデータ線である。ゲイ
ト線およびデータ線は互いに直交してマトリクス状に配
列され、各交点に画素電極に電圧を印加するための画素
ＴＦＴが形成される。

【００６７】本発明で採用する飛び越し走査方式による
場合、各ゲイト線はまず、Ｎ１、Ｎ３、・・・の順に奇
数本目が走査される。この走査が開始されてから終了す
るまでの期間を奇数フィールドと呼ぶ。

【００６８】奇数フィールドが終了すると、今度はＮ
２、Ｎ４、・・・の順に偶数本目が走査される。この走
査が開始されてから終了するまでの期間を偶数フィール
ドと呼ぶ。

【００６９】この場合、例えば奇数フィールドが走査さ
れている間、偶数本目のゲイト線はゲイト線として機能
しない。また逆に偶数フィールドが走査されている間、
奇数本目のゲイト線はゲイト線として機能しない。

【００７０】本発明はこのゲイト線として機能しないゲ
イト線を有効に利用する技術であるとも言える。即ち、
飛び越し走査方式により飛び越されたゲイト線、即ちア
クティブなゲイト線に隣接する他のゲイト線を定電位に
保ち、そのゲイト線でもって形成された保持容量を実効
的な保持容量として機能させる。

【００７１】このような表示方法を採ると、アクティブ
なゲイト線と隣接する他のゲイト線を定電位に保てるた
め、保持容量に書き込まれたデータの電圧レベルがゲイ
ト電圧の変化に引っ張られて変化するのを防ぐことが出
来る。この事は、保持容量の保持能力を高める上で非常
に効果的である。

【００７２】また、飛び越し走査方式は伝送系のデータ
量を低減できるという利点もある。例えば、ゲイト線を
飛び越し走査方式で１本おきに走査すれば伝送系の１回
のデータ量は半分になる。即ち、データ信号の周波数が
半分で済むため、ＴＶ画像のデータを送る際に周波数幅
を抑えることが出来る。

【００７３】また、１フレームの走査を２フィールドに
分けて走査するため、１回の垂直走査に要する時間が半
減する。この結果、視覚的にちらつきを感じにくい画像
表示を行なうことが可能となる。

【００７４】以上説明したように、図４で示される構造
の保持容量をゲイト線上に形成することで従来の容量線
が必要なくなり、高い開口率のアクティブマトリクス型
液晶表示装置を実現することが可能となる。

【００７５】また、表示方法を飛び越し走査方式とする
ことで、保持容量のデータ保持能力を高めることが可能
となる。

【００７６】〔実施例２〕本実施例では、実施例１にお
いて島状半導体層の形状を変化させた例を説明する。画
素ＴＦＴやドライバＴＦＴの作製工程は既に実施例１で
詳細に説明したのでここでは省略する。

【００７７】図２において、２０１で示されるのがゲイ
ト線、２０２がデータ線、２０３が活性層を構成する島
状半導体層である。図２が示す通り、ゲイト線２０１は
そのままゲイト電極として機能する。

【００７８】本実施例の特徴は、島状半導体層２０３が
完全にゲイト線２０１およびデータ線２０２によって遮
光される点である。このため、画像表示領域には画素電
極２０４とのコンタクト部分のみが突出する構成とな
る。従って、実施例１で必要であったアルミニウム膜で
なる遮光膜３１６を設ける必要もない。

【００７９】他の構成は、実施例１と同様にゲイト線２
０１が画素電極２０４と陽極酸化膜と第１の層間絶縁膜
との積層膜または陽極酸化酸化膜のみを介して保持容量
２０５を形成し、ゲイト線２０１およびデータ線２０２
がブラックマトリクスの役割を果たしている。

【００８０】従って、本実施例によれば画像表示可能な
領域を最大限に活用した９０％以上の高開口率を有する
液晶表示装置を作製することが可能である。 〔実施例３〕

【００８１】本実施例では、実施例１または実施例２に
おいて島状半導体層に付加価値を加えた例を説明する。
具体的には、チャネル領域のチャネル長およびチャネル
幅がＴＦＴのオン状態とオフ状態とで変化する構造を採
る例である。

【００８２】この技術は本発明者らによって既に報告さ
れているもので、その主旨は、ＴＦＴがオフ状態の時に
実質的にチャネル長を長く、チャネル幅を狭くすること
でオフ電流を低減するものである。以下にその技術の概
要を説明する。

【００８３】図７に示すのは実施例１の工程手順に従っ
て形成した島状半導体層７０１である。後にチャネルと
して機能する領域７０２に対しては選択的にイオン注入
が行なわれる。例えば、Ｎチャネル型ＴＦＴを作製する
場合、Ｐ＋イオンを１×１０ ¹²〜１×１０¹⁴原子／ｃｍ
² 、好ましくは３×１０¹²〜３×１０¹³原子／ｃｍ²の
ドーズ量でドーピングする。

【００８４】すると、チャネル領域を遮るようにイオン
注入された領域７０３〜７０５が形成される。この領域
７０３〜７０５は必ずしも図７の様に島状半導体層の外
縁に接してなくても構わない。即ち、後にチャネルとな
る領域７０２の内に島状に点在するような状態であって
も良い。

【００８５】このようなイオン注入が施された島状半導
体層を用いて作製したＴＦＴの電気特性の概略を図８を
用いて説明する。

【００８６】図８（Ａ）において８０１はソース領域、
８０２はドレイン領域であり、８０３〜８０５は前述の
ように予めイオン注入した領域であり、浮島領域と呼ぶ
こととする。この時、ドーピングされていない実質的に
真性な半導体領域（ベース領域と呼ぶこととする）８０
６と、浮島領域８０３〜８０５との境界はポテンシャル
バリアが高い。そのため、Ｎチャネル型ＴＦＴがオフ状
態の時はベース領域８０６の矢印に沿って僅かに電子が
移動する。この電子の移動がオフ電流（またはリーク電
流）として観測される。

【００８７】ところが、Ｎチャネル型ＴＦＴがオン状態
の時はベース領域８０６が反転して浮島領域８０３〜８
０５とのポテンシャルバリアが無視しうる程度となるた
め、図８（Ｂ）の矢印で示すような経路で大量の電子が
移動する。この電子の移動がオン電流として観測され
る。

【００８８】このようにＴＦＴのオフ状態とオン状態と
でポテンシャルバリアが変化する様子を図９を用いて概
略説明する。なお、図９においてＶｇはゲイト電圧（Ｖ
ｇ＞０）、Ｅｃは伝導帯、Ｅｖは価電子帯、Ｅｆはフェ
ルミレベルを表している。

【００８９】まず、Ｎチャネル型ＴＦＴがオフ状態（ゲ
イトに負電圧が印加された状態）の時、ベース領域８０
６においては図９（Ａ）のようなバンド状態となってい
る。即ち、少数キャリアであるホールが半導体表面に集
まり、電子が払われた状態にあるため、ソース／ドレイ
ン間の電子の移動は極めて少ない。

【００９０】一方、浮島領域８０３〜８０５はＰ＋イオ
ンを注入してあるため、フェルミレベルＥｆは伝導帯Ｅ
ｃの近くへと押し上げられている。この時、浮島領域８
０３〜８０５においては図９（Ｂ）のようなバンド状態
となっている。

【００９１】図９（Ｂ）のように、Ｎ型を示す半導体層
である浮島領域８０３〜８０５においてはゲイトに負電
圧を印加しても、エネルギーバンドは僅かにしか曲がら
ない。

【００９２】従って、図９（Ａ）における半導体表面の
価電子帯のエネルギーと図９（Ｂ）における半導体表面
の価電子帯のエネルギーとのエネルギー差がポテンシャ
ルバリアに相当する。そのため、電子がベース領域８０
６と浮島領域８０３〜８０５を往復することはない。

【００９３】次に、Ｎチャネル型ＴＦＴがオン状態（ゲ
イトに正電圧が印加された状態）の時、ベース領域８０
６においては図９（Ｃ）のようなバンド状態となってい
る。即ち、多数キャリアである電子が半導体表面に蓄積
されるため、ソース／ドレイン間には電子の移動が生じ
る。

【００９４】この時、浮島領域８０３〜８０５において
は図９（Ｄ）のようなバンド状態となっている。図９
（Ｄ）に示す様に、前述のゲイトに負電圧を印加した時
同様、Ｎ型を示す半導体層である浮島領域８０３〜８０
５においてはゲイトに正電圧を印加してもエネルギーバ
ンドは殆ど曲がらない。

【００９５】しかしながら、図９（Ｄ）において元々フ
ェルミレベルＥｆは伝導帯Ｅｃの近くに押し上げられて
いるため、伝導体には多数の電子が常に存在している。

【００９６】従って、ゲイトに正電圧を印加した場合、
ベース領域８０６および浮島領域８０３〜８０５は共に
電子が移動し易いバンド状態となっているため、ベース
領域８０６および浮島領域８０３〜８０５の境界のポテ
ンシャルバリアは無視することが出来る。

【００９７】以上の様に、オフ状態ではベース領域８０
６のみが電子の移動経路となり、オン状態ではベース領
域８０６および浮島領域８０３〜８０５が電子の移動経
路となる。

【００９８】即ち、ＴＦＴがオフ状態の時のＷ／Ｌ比に
比べ、オン状態の時のＷ／Ｌ比は遙に大きくなり、オン
電流を損なうことなくオフ電流を低減することが可能で
ある。これにより、オン／オフ電流比を大きくすること
が出来る。

【００９９】このような構造とすると、画素ＴＦＴの島
状半導体層を極力小さくすることが出来る上、オン／オ
フ電流比を大きくすることが出来る。従って、例えば図
１に示すような回路構成を採った場合においても、開口
率を落とすことなく高性能な画素ＴＦＴを配置すること
が可能である。

【０１００】〔実施例４〕本実施例では実施例１乃至実
施例３において、保持容量の形状を変化させた例を示
す。ＴＦＴや保持容量の作製工程は実施例１と同様であ
るので、ここでは説明を省略する。

【０１０１】本実施例における保持容量断面構造図を図
１０に示す。図１０（Ａ）において、１１はゲイト絶縁
膜、１２はゲイト電極から延在するゲイト線、１３は陽
極酸化膜である。

【０１０２】図１０（Ａ）に示す様に、第１の層間絶縁
膜１４は膜厚が1000Å程度と薄く、かつ、高比誘電率で
あるので画素電極１５とゲイト線１２との間に保持容量
として機能しうるコンデンサーを形成する。なお、１６
で示されるのは、隣接する別の画素の画素電極端であ
る。

【０１０３】実施例１で説明した図４（Ａ）との相違点
は、図４（Ａ）がゲイト線の上面でのみ容量を形成して
いるのに対し、図１０（Ａ）ではゲイト線の上面と側面
で容量を形成している点である。

【０１０４】また、画素電極１５、１６はゲイト線１２
と立体的に重なるため、ゲイト線１２にブラックマトリ
クスと同等の効果を付与することが出来る。この場合、
樹脂材料でなる第２の層間絶縁膜１７は膜厚が１〜５μ
ｍと厚く、かつ、低比誘電率であるので画素電極１５と
ゲイト線１２との間に形成される寄生容量の影響は無視
することが出来る。

【０１０５】また、図１０（Ｂ）に示す様に、保持容量
の絶縁層として陽極酸化膜のみを用いた構造とすること
も可能である。この時、保持容量の厚さを500 〜1000Å
程度まで薄くすることが出来る。

【０１０６】以上の様な構造とすることで、保持容量を
さらに大きく確保することが出来る。即ち、アクティブ
マトリクス型液晶表示装置において高い開口率と高精彩
な画像表示を実現することが可能となる。

【０１０７】〔実施例５〕本実施例では、第２の層間絶
縁膜としてＬＰＤ（Ｌｉｑｕｉｄ ＰｈａｓｅＤｅｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ）法により塗布した絶縁膜を利用する例を
示す。勿論、実施例１で示した様に、低比誘電率であり
膜厚を容易に稼げるものであることが重要である。な
お、画素ＴＦＴやドライバＴＦＴの作製工程は既に実施
例１で詳細に説明したのでここでは省略する。

【０１０８】ＬＰＤ法（スピン法とも呼ばれる）による
被膜形成の概要は以下の手順による。なお、説明は無機
性材料である酸化珪素系被膜（ＳｉＯ_X ）の場合につい
て行なうが、他の無機性材料としてＳｉＯＦ膜（比誘電
率3.2 〜3.3 ）や有機性樹脂材料としてポリイミド（比
誘電率2.8 〜3.4 ）等を用いることも出来る。

【０１０９】まず、Ｈ₂ ＳｉＦ₆ 溶液を準備し、これに
ＳｉＯ₂:ｘＨ₂ Ｏを加えて３ｈｒの攪拌を行なう。この
時の処理温度は３０℃に保持しておく。次に、攪拌後の
溶液を濾過して、所望の濃度の溶液となるように調節す
る。調節が終了したら、ウォーターバス等で５０℃に達
するまで温めながら攪拌する。

【０１１０】以上で、塗布用の溶液の準備が終了する。
また、例えばこの溶液にＨ₃ ＢＯ₃を加えれば膜中にＢ
＋イオンを含有した酸化珪素系被膜（いわゆるＢＳＧと
呼ばれる被膜）を形成することが出来る。

【０１１１】上記手順に従って準備した溶液に被処理基
体を浸した後、純粋でリンスして乾燥させれば被膜形成
は完了する。なお、有機性樹脂材料を塗布するのであれ
ば、所望の被膜塗布用溶液を準備し、ＬＰＤ法により被
膜形成を行えば良い。

【０１１２】有機性樹脂材料としてはポリイミド等が挙
げられ、比誘電率は2.8 〜3.4 と低い。この場合、スピ
ナー上に保持した被処理基体上に被膜塗布用溶液を塗布
し、スピナーを2000rpm で回転させることで被膜を形成
する。被膜形成後は300 ℃30min 程度のベークを行い膜
質を改善する。

【０１１３】以上の様に、ＬＰＤ法による場合、比較的
容易に所望の被膜を形成することが出来る。即ち、スル
ープットを大幅に向上することが可能である。また、溶
液に浸す時間（スピナーを用いる場合は回転数等）や溶
液濃度で自在に膜厚を調節できるため、厚く平坦な被膜
を形成し易い。

【０１１４】

【発明の効果】本明細書で開示する発明によれば、従来
別に設ける必要のあった容量線をゲイト線でもって代用
することが可能となる。即ち、容量線を設けずに画素領
域を構成できるため、ゲイト線およびデータ線で囲まれ
た領域を最大限に有効利用して、高開口率を実現するこ
とが可能となる。

【０１１５】また、そのような構成でなるアクティブマ
トリクス型液晶表示装置を飛び越し走査方式により画像
表示すると、アクティブなゲイト線と隣接する他のゲイ
ト線を容量線としてのみの目的で利用できるため、書き
込まれたデータを次の書き込みまで確実にホールドして
おくことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 液晶表示装置における画素領域の構成を示
す図。

【図２】 液晶表示装置における画素領域の構成を示
す図。

【図３】 画素ＴＦＴの作製工程の概略を示す図。

【図４】 保持容量の断面構造を示す図。

【図５】 従来の量の液晶表示装置における画素領域
の構成を示す図。

【図６】 液晶表示装置における画素領域の等価回路
を示す図。

【図７】 半導体層の構造の概略を示す図。

【図８】 半導体層の電気特性の概略を示す図。

【図９】 半導体層のバンド状態の概略を示す図。

【図１０】 保持容量の断面構造を示す図。

【図１１】 液晶表示装置における画素領域の構成を示
す図。

【符号の説明】

１０１ ゲイト線 １０２ データ線 １０３ 画素電極 １０４ 保持容量 １０５ 遮光膜 ３０１ ガラス基板 ３０２ 島状半導体層 ３０３ 酸化珪素膜 ３０４ 導電性被膜 ３０５ 多孔質の陽極酸化膜 ３０６ 緻密な陽極酸化膜 ３０７ ゲイト電極 ３０８ ゲイト絶縁膜 ３０９ ソース領域 ３１０ ドレイン領域 ３１１、３１２ 低濃度不純物領域 ３１３ チャネル形成領域 ３１４ 第１の層間絶縁膜 ３１５ 配線電極 ３１６ 遮光膜 ３１７ 第２の層間絶縁膜 ３１８ 画素電極 ５０８ すきま部分 ５０９ ブラックマトリクス ７０１ 島状半導体層 ７０２ チャネル領域 ７０３〜７０５ イオン注入領域 ８０１ ソース領域 ８０２ ドレイン領域 ８０３〜８０５ 浮島領域 ８０６ ベース領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−302912（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−288824（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−305627（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−342809（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−43328（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−267618（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−4291（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−283729（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−202154（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−68318（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−95150（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−274029（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−67210（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/136 G02F 1/1343

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ゲート線上の第１の層間絶縁膜、前記第１
   の層間絶縁膜上のデータ線、前記データ線上の第２の層
   間絶縁膜および前記第２の層間絶縁膜上の画素電極を含
   み、前記ゲート線が飛び越し走査方式により走査される
   アクティブマトリクス型液晶表示装置であって、 前記ゲート線と前記画素電極を含む保持容量を有し、前
   記保持容量をなす部分において前記第２の層間絶縁膜が
   除去されている ことを特徴とするアクティブマトリクス
   型液晶表示装置。
2. 【請求項２】 ゲート線上の第１の層間絶縁膜、前記第１
   の層間絶縁膜上のデータ線、前記データ線上の有機性樹
   脂からなる第２の層間絶縁膜および前記第２の層間絶縁
   膜上の画素電極を含み、前記ゲート線が飛び越し走査方
   式により走査されるアクティブマトリクス型液晶表示装
   置であって、 前記ゲート線と前記画素電極を含む保持容量を有し、前
   記保持容量をなす部分において前記第２の層間絶縁膜が
   除去されていることを特徴とするアクティブマトリクス
   型液晶表示装置。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２において、前記第
   １の層間絶縁膜の比誘電率は前記第２の層間絶縁膜の比
   誘電率よりも高いことを特徴とするアクティブマトリク
   ス型液晶表示装置。
4. 【請求項４】請求項１乃至請求項３のいずれか一におい
   て、前記第１の層間絶縁膜は酸化珪素膜、酸化窒化珪素
   膜もしくは窒化珪素膜であることを特徴とするアクティ
   ブマトリクス型液晶表示装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれか一におい
   て、前記画素電極が前記第２の層間絶縁膜を介して前記
   データ線に重なっていることを特徴とするアクティブマ
   トリクス型液晶表示装置。
6. 【請求項６】 請求項１乃至請求項５のいずれか一におい
   て、前記保持容量は前記ゲート線、前記画素電極および
   前記ゲート線の陽極酸化膜からなることを特徴とするア
   クティブマトリクス型表示装置。
7. 【請求項７】 請求項１乃至請求項５のいずれか一におい
   て、前記保持容量は前記ゲート線、前記画素電極ならび
   に前記ゲート線の陽極酸化膜および前記第１の層間絶縁
   膜からなることを特徴とするアクティブマトリクス型表
   示装置。
8. 【請求項８】請求項１乃至請求項７のいずれか一におい
   て、前記保持容量をなすゲート線は飛び越し走査方式に
   より飛び越され、かつ、定電位に保たれたゲート線であ
   ることを特徴とするアクティブマトリクス型液晶表示装
   置。
9. 【請求項９】請求項１乃至請求項８のいずれか一におい
   て、前記保持容量に含まれたゲート線がＮ本目のゲート
   線である時、前記保持容量に含まれた画素電極は（Ｎ＋
   １）本目のゲート線により制御される画素ＴＦＴによっ
   て電圧を印加されることを特徴とするアクティブマトリ
   クス型液晶表示装置。