JP4896314B2

JP4896314B2 - 表示装置

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Publication number: JP4896314B2
Application number: JP2001235469A
Authority: JP
Inventors: 久大谷; 幸夫田中; 寛柴田; 明石川
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2000-08-04
Filing date: 2001-08-02
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2021-08-02
Also published as: JP2002149087A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）をスイッチング素子に用いたアクティブマトリクス型表示装置に関する。より詳細には、前記アクティブマトリクス型表示装置の画素構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アクティブマトリクス型表示装置として、ＴＦＴを用いて駆動を行う方式（ＴＦＴ駆動方式）の液晶表示装置が知られている。前記液晶表示装置は、ガラス等の透明基板上に形成されたＴＦＴにより、液晶へ印加する電圧を１画素ごとに制御できるため、画像が鮮明であり、ＯＡ機器やＴＶ等に広く用いられている。
【０００３】
図１に、ＴＦＴ駆動方式の液晶表示装置における１画素の等価回路を示す。ゲート信号線１００とソース信号線１０１との交差部には、画素ＴＦＴ１０２が配置され、画素ＴＦＴ１０２のゲート端子はゲート信号線１００に電気的に接続し、画素ＴＦＴ１０２の入出力端子（ソースまたはドレイン端子）の一方はソース信号線１０１に接続し、もう一方には液晶１０３と保持容量１０４が接続されている。
【０００４】
ゲート信号線１００から画素ＴＦＴ１０２に出力される信号に応じて画素ＴＦＴ１０２がＯＮ状態になると、ソース信号線１０１の電位は、液晶１０３と保持容量１０４に書き込まれ、電荷が蓄積される。その後、画素ＴＦＴ１０２がＯＦＦ状態になっても、液晶１０３と保持容量１０４に蓄積された電荷が、書き込まれた電位を保持しようとする。保持容量１０４は、スイッチング素子となる画素ＴＦＴ１０２のｏｆｆ電流、保持時間、寄生容量等によって必要な値が決まる。
【０００５】
図２は、従来の保持容量の一例の断面構造を示す図である。ガラス基板２００上に形成された活性層２０１およびゲート配線と同一膜で形成された容量配線２０３を電極として、その間に挟まれるように形成されたゲート絶縁膜２０２を誘電体として、保持容量を形成している。ゲート絶縁膜２０２を誘電体として用いることにより、膜厚が薄くても非常に信頼性の高い良質の保持容量を形成することができる。
【０００６】
さらに、アクティブマトリクス型表示装置には遮光膜があることが望ましい。図３に、一例として画素ＴＦＴの下部に遮光膜を備えた該画素ＴＦＴの断面構造を示す。ガラス基板３００上に遮光膜３０１、絶縁膜３０２を形成し、その上に画素ＴＦＴを形成するための活性層３０３、ゲート絶縁膜３０４、ゲート配線３０５、と重ねていく。遮光膜は光漏れを防いでコントラストを向上させ、また画素ＴＦＴを遮光することで、画素ＴＦＴのｏｆｆ電流を低減する効果がある。画素ＴＦＴのｏｆｆ電流が減少すると、表示データの保持特性が向上し、良好な表示が得られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアクティブマトリクス型表示装置の表示品質（画像品質）を向上させ、表示装置の省電力化、小型化、高信頼性化を達成する方法として、以下の点があげられる。
【０００８】
第一に、アクティブマトリクス型表示装置において、高解像度化に伴い１画素あたりの面積が縮小しても、十分な保持容量を確保できる容量素子構造を得ることにある。各画素が大きな容量を有することが可能な保持容量を備えると、表示データの保持特性が向上し、良好な表示が得られる。
【０００９】
第二に、アクティブマトリクス型表示装置において、十分な保持容量を確保しても開口率を低下させないことである。各画素が高い開口率を持つと、バックライトの光利用効率が向上し、表示装置の省電力化、小型化が達成できる。
【００１０】
さらに遮光膜を配置することで、光漏れを防いでコントラストを向上させる。また、画素ＴＦＴを遮光することで、画素ＴＦＴのｏｆｆ電流を低減し、表示データの保持特性の向上につながる。
【００１１】
高精細化（画素ＴＦＴの微細化）、十分な保持容量の確保、大きな開口率、遮光膜、とアクティブマトリクス型表示装置の性能を向上させる要求は、一つの要求を高めると他の要求が犠牲になるという、互いに相反する要求である。これらの要求を互いに満たしながら、アクティブマトリクス型液晶表示装置の性能を向上させることが、本発明の課題である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記の互いに相反する要求を満たすために、本発明人は遮光膜を使って保持容量を形成することを考えた。また、さらに大きな容量を有する保持容量を開口率をさげることなく形成する方法を提案した。
【００１３】
図４（ａ）に、画素ＴＦＴのソース・ドレイン領域を延長して、遮光膜と容量を形成する例を断面図で示す。ガラス基板４００上に、遮光膜４０１、誘電体（第一絶縁膜）４０２を形成する。画素ＴＦＴのソース・ドレイン領域のうち、画素電極４０９に電気的に接続されている方を、必要な保持容量が確保できるように面積を広げて活性層４０３を形成する。
【００１４】
遮光膜４０１は導電性を有し、画素領域の外でＣＯＭＭＯＮ電位や電源など、一定の電位になるように接続すればよい。遮光膜４０１の容量が画素の保持容量に比べて十分に大きい場合など、定電位に接続しなくても、遮光膜の電位変動が十分に小さければよい。こうして活性層４０３と遮光膜４０１の間で保持容量が形成される。
【００１５】
図４（ｂ）は、遮光膜４０１と活性層４０３で形成された保持容量に加えて、さらに容量配線４１０を形成し、より大きな容量を有する保持容量を確保しようとした図である。活性層４０３の上にゲート絶縁膜４０４を形成し、ゲート配線４０５と同時に容量配線４１０を形成する。容量配線４１０は、画素領域の外でＣＯＭＭＯＮ電位や電源など、一定の電位に接続され、活性層４０３との間で容量を形成する。このようにして、開口率を下げることなく、さらに大きな保持容量を確保している。また図４（ｂ）では、容量配線４１０の下部に形成されたゲート絶縁膜を薄く形成し、保持容量を大きくする工夫をしている。
【００１６】
図４では、画素ＴＦＴのソース・ドレイン領域の両方に下部に配置した遮光膜４０１との容量が形成されるが、ソース信号線が接続されている方とは、容量をもたせたくない。ソース信号線に容量が形成されると、ソース信号線にビデオ信号を書き込む時の負荷が増えてしまうからである。そこで図５のように、遮光膜を２層にわけ、ソース信号線が接続されている方とは、容量を形成しないようにした構造を提案する。
【００１７】
図５（ａ）に、遮光膜を２層使った例を示す。ガラス基板５００上に第一の遮光膜５０１を形成し、絶縁膜５０２で絶縁して、第二の遮光膜５０３を形成する。図５では、第一の遮光膜５０１は画素ＴＦＴのソース・ドレイン領域のうち、ソース信号線に接続されているほうを遮光し、活性層５０５と容量をもたないようにしている。さらに、第一の遮光膜５０１は、さらにゲート配線５０７にコンタクトをとることで、ゲート信号線として使用している。
【００１８】
第二の遮光膜５０３は、画素ＴＦＴのソース・ドレイン領域のうち、画素電極に接続されているほうを遮光し、活性層５０５と容量を形成する。第一の遮光膜５０１と第二の遮光膜５０３を合わせて、活性層５０５に光が入射しないように構成する。図５（ｂ）は、図５（ａ）に容量配線５１２を設けたものである。
【００１９】
なお、遮光膜で遮光されていない部分というのは、基板側から見て、見える部分のことをいう。第一の遮光膜５０１と第二の遮光膜５０３により、活性層５０５が有するゲート電極下のチャネル部（チャネル形成領域）、ＬＤＤ領域、オフセット領域は少なくとも遮光したほうがよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明による、アクティブマトリクス型表示装置の遮光膜を容量電極（保持容量）に使った表示装置（液晶表示装置あるいはＥＬ表示装置等）の作製プロセスについて、図面を用いて説明する。
【００２１】
【実施例】
[実施例１]
ここではアクティブマトリクス基板の作製方法、特に画素部を作製する方法について、図６〜図８を用いて説明する。画素部は、画素に設けられたＴＦＴである画素ＴＦＴのある領域（ＴＦＴ形成領域）と、表示領域とからなる。なお、本明細書中において「電極」とは「配線」の一部であり、説明の便宜上、「配線」と「電極」とを使い分けるが、「電極」という言葉に「配線」は常に含められているものとする。
【００２２】
図６（Ａ）において、基板６００にはガラス基板や石英基板を使用することができる。その他にもシリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを基板として用いてもよい。耐熱性が許せば、プラスチック基板を用いることも可能である。そして、第一遮光膜６０１として、ポリシリコン膜５０ｎｍとタングステンシリサイド（Ｗ-Ｓｉ）膜１００ｎｍとを島状に積層して形成する。
【００２３】
第一遮光膜６０１上に第一絶縁膜６０２を形成する（図６（Ｂ））。本実施例では、第一絶縁膜６０２として１００〜１０００ｎｍ（代表的には３００〜５００ｎｍ）の厚さの酸化シリコン膜を用いる。なお、第一絶縁膜６０２としては、シリコンを含む窒化膜や酸化窒化シリコン膜を用いてもよい。さらに、第一絶縁膜６０２上に第二遮光膜６０３として、ポリシリコン膜５０ｎｍとタングステンシリサイド（Ｗ-Ｓｉ）膜１００ｎｍとを島状に積層して形成する。
【００２４】
なお、第一遮光膜６０１、第二遮光膜６０２としては、タングステン膜以外にも、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、シリコン（Ｓｉ）から選ばれた元素、または前記元素を組み合わせた合金膜を用いることができる。
【００２５】
次に、第二絶縁膜６０４として、酸化シリコン膜を１０〜１５０ｎｍの厚さに形成する（図６（Ｃ））。なお、第二絶縁膜６０４は、第二遮光膜６０３とＴＦＴの活性層で容量を形成する誘電体となる。第二遮光膜６０３としては、本実施例の遮光膜の厚さ１５０ｎｍの２倍の３００ｎｍ以上でつけたいところであるが、単位面積当たりの容量が少なくなってしまうので、少なくとも３００ｎｍ以下、好ましくは１５０ｎｍ以下がよい。
【００２６】
次いで、第二絶縁膜６０４の上に１０〜１００ｎｍの厚さの、非晶質半導体膜（本実施例では非晶質シリコン膜（アモルファスシリコン膜）６０５）を公知の成膜法で形成する。なお、非晶質半導体膜としては、非晶質シリコン膜以外にも、非晶質シリコンゲルマニウム膜などの非晶質の化合物半導体膜を用いることもできる。
【００２７】
そして、特開平７−１３０６５２号公報（ＵＳＰ５，６４３，８２６号に対応）に記載された技術に従って結晶構造を含む半導体膜（本実施例では結晶質シリコン膜）６０６を形成する。同公報記載の技術は、非晶質シリコン膜の結晶化に際して、結晶化を助長する触媒元素（ニッケル、コバルト、錫、鉛、パラジウム、鉄、銅から選ばれた一種または複数の元素、代表的にはニッケル）を用いる結晶化手段である。
【００２８】
具体的には、非晶質シリコン膜表面に触媒元素を保持させた状態で加熱処理を行い、非晶質シリコン膜を結晶質シリコン膜に変化させるものである。本実施例では同公報の実施例１に記載された技術を用いるが、実施例２に記載された技術を用いてもよい。なお、結晶質シリコン膜にはいわゆる単結晶シリコン膜も多結晶シリコン膜も含まれるが、本実施例で形成される結晶質シリコン膜は結晶粒界を有するシリコン膜である。
【００２９】
非晶質シリコン膜は含有水素量にもよるが、好ましくは４００〜５５０℃で数時間加熱処理して脱水素処理を行い、含有水素量を５ａｔｏｍｉｃ％以下として結晶化の工程を行うことが望ましい。また、非晶質シリコン膜をスパッタ法や蒸着法などの他の作製法で形成してもよいが、膜中に含まれる酸素、窒素などの不純物元素を十分に低減させておくことが望ましい。
【００３０】
又は他の結晶化の方法として、非晶質シリコン膜６０５に対して、レーザーから発する光（レーザー光）を照射して結晶質シリコン膜６０６を形成してもよい。レーザーとしては、パルス発振型または連続発振型のエキシマレーザーを用いればよいが、連続発振型のアルゴンレーザーでもよい。または、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーもしくはＮｄ：ＹＶＯ₄レーザーの第二高調波、第三高調波または第四高調波を用いてもよい。さらに、レーザー光のビーム形状は線状（長方形状も含む）であっても矩形状であってもかまわない。
【００３１】
また、レーザー光のかわりにランプから発する光（ランプ光）を照射（以下、ランプアニールという）してもよい。ランプ光としては、ハロゲンランプ、赤外線ランプ等から発するランプ光を用いることができる。
【００３２】
このようにレーザー光またはランプ光により熱処理（アニール）を施す工程を光アニール工程という。光アニール工程は短時間で高温熱処理が行えるため、ガラス基板等の耐熱性の低い基板を用いる場合にも効果的な熱処理工程を高いスループットで行うことができる。もちろん、目的はアニールであるので電熱炉を用いたファーネスアニール（熱アニールともいう）で代用することもできる。
【００３３】
本実施例では、パルス発振型エキシマレーザー光を線状に加工してレーザーアニール工程を行った。レーザーアニール条件は、励起ガスとしてＸｅＣｌガスを用い、処理温度を室温、パルス発振周波数を３０Ｈｚとし、レーザーエネルギー密度を２５０〜５００ｍＪ／ｃｍ²（代表的には３５０〜４００ｍＪ／ｃｍ²）とする。
【００３４】
上記条件で行われるレーザーアニール工程は、熱結晶化後に残存した非晶質領域を完全に結晶化するとともに、既に結晶化された結晶質領域の欠陥等を低減する効果を有する。そのため、本工程は光アニールにより半導体膜の結晶性を改善する工程、または半導体膜の結晶化を助長する工程と呼ぶこともできる。このような効果はランプアニールの条件を最適化することによっても得ることが可能である。
【００３５】
次に、結晶質シリコン膜６０６上に、後の不純物添加工程のために保護膜６０７を形成する。保護膜６０７は１００〜２００ｎｍ（好ましくは１３０〜１７０ｎｍ）の厚さの窒化酸化シリコン膜または酸化シリコン膜を用いる。この保護膜６０７は不純物添加工程の際に結晶質シリコン膜６０６が直接プラズマにさらされないようにするためと、微妙な温度制御を可能にするために用いられる。
【００３６】
続いて、保護膜６０７を介してｐ型を付与する不純物元素（以下、ｐ型不純物元素という）を添加する。ｐ型不純物元素としては、代表的には周期表の１３族に属する元素、典型的にはボロンまたはガリウムを用いることができる。この工程（チャネルドープ工程という）は、ＴＦＴしきい値電圧を制御するための工程である。なお、ここではジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を質量分離しないでプラズマ励起したイオンドープ法でボロンを添加した。もちろん、質量分離を行うイオンインプランテーション法を用いてもよい。
【００３７】
この工程により１×１０¹⁵〜１×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³（代表的には５×１０¹⁶〜５×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³）の濃度で、ｐ型不純物元素（本実施例ではボロン）を含むｐ型不純物領域（ａ）６０８を形成する（図６（Ｅ））。
【００３８】
次に、保護膜６０７を除去した後、結晶質シリコン膜の不要な部分を除去して、島状の半導体膜（以下、活性層という）６０９を形成する（図６（Ｆ））。
【００３９】
次いで、活性層６０９を覆って、ゲート絶縁膜６１０を形成する（図６（Ｇ））。ゲート絶縁膜６１０は、１０〜２００ｎｍ、好ましくは５０〜１５０ｎｍの厚さに形成すればよい。本実施例では、プラズマＣＶＤ法でＮ₂ＯとＳｉＨ₄を原料とした窒化酸化シリコン膜を二回成膜する。まず、第一窒化酸化シリコン膜（絶縁膜）を２０ｎｍ成膜する。次いで、容量配線を形成する領域の第一窒化酸化シリコン膜（絶縁膜）をエッチングする。そして、第二窒化酸化シリコン膜（絶縁膜）を６０ｎｍ成膜する。そうすると、容量配線の下は６０ｎｍの絶縁膜（第二窒化酸化シリコン膜）、ＴＦＴのチャネル部には８０ｎｍのゲート絶縁膜（第一窒化酸化シリコン膜＋第二酸化窒化シリコン膜）ができる。つまり、活性層と容量配線で挟まれた絶縁膜の厚さは６０ｎｍであり、活性層とゲート電極で挟まれた絶縁膜の厚さは８０ｎｍとなっており、厚さが異なっている。
【００４０】
厚さ２０ｎｍで絶縁膜（ゲート絶縁膜）を形成した部分だけを残してレジストマスク６１１で覆い、ｎ型不純物元素（本実施例ではリン）を添加して高濃度にリンを含むｎ型不純物領域（ａ）６１２を形成する（図７（Ａ））。ｎ型不純物領域（ａ）６１２は、フォスフィン（ＰＨ₃）を用いたイオンドープ法（もちろん、イオンインプランテーション法でもよい）で行い、この領域のリンの濃度は１×１０²⁰〜１×１０²¹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³（代表的には２×１０²⁰〜５×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³）とする。また、ｎ型不純物領域（ａ）６１２が形成された領域には、すでに前工程で添加されたボロンが含まれるが、十分に高い濃度でリンが添加されることになるので、前工程で添加されたボロンの影響は考えなくてよい。
【００４１】
レジストマスク６１１を除去し、第一遮光膜からゲート配線にコンタクトをとるための開孔部６１３を形成する（図７（Ｂ））。本実施例では、第一遮光膜がゲート信号線の役割をはたすので、画素部で第一遮光膜とゲート配線をつなぐコンタクトを形成する。
【００４２】
図示しないが、ゲート配線６１４として、厚さ５０ｎｍの窒化タングステン（ＷＮ）と、厚さ３５０ｎｍのタンタル（Ｔａ）との２層の積層膜を形成する（図７（Ｃ））。ゲート配線６１４は単層の導電膜で形成してもよいが、必要に応じて２層、３層といった積層膜とすることが好ましい。
【００４３】
なお、ゲート配線６１４としては、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、シリコン（Ｓｉ）から選ばれた元素、または前記元素を組み合わせた合金膜（代表的には、Ｍｏ-Ｗ合金、Ｍｏ-Ｔａ合金）を用いることができる。
【００４４】
次に、ゲート配線６１４をマスクとして自己整合的にｎ型不純物元素（本実施例ではリン）を添加する（図７（Ｄ））。こうして形成されたｎ型不純物領域（ｂ）６１５には、前記のチャネルドープ工程で添加されたボロン濃度よりも５〜１０倍高い濃度（代表的には１×１０¹⁶〜５×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³、典型的には３×１０¹⁷〜３×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³）でリンが添加されるように調整する。
【００４５】
レジストマスク６１６を形成し、ｎ型不純物元素（本実施例ではリン）を添加して、高濃度にリンを含むｎ型不純物領域（Ｃ）６１７を形成する（図７（Ｅ））。この工程においても、フォスフィン（ＰＨ₃）を用いたイオンドープ法（もちろん、イオンインプランテーション法でもよい）で行い、この領域のリンの濃度は１×１０²⁰〜１×１０²¹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³（代表的には２×１０²⁰〜５×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³）とする。
【００４６】
また、ｎ型不純物領域（Ｃ）６１７が形成された領域には、すでに前工程で添加されたリンまたはボロンが含まれるが、十分に高い濃度でリンが添加されることになるので、前工程で添加されたリンまたはボロンの影響は考えなくてよい。
【００４７】
レジストマスク６１６を除去した後、第四絶縁膜６１８を形成する（図８（Ａ））。第四絶縁膜６１８としては、シリコンを含む絶縁膜、具体的には窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜またはそれらを組み合わせた積層膜で形成し、膜厚は６００ｎｍ〜１．５μｍとすればよい。本実施例では、第四絶縁膜６１８としてプラズマＣＶＤ法でＳｉＨ₄、Ｎ₂Ｏ、ＮＨ₃を原料ガスとし、１μｍ厚の窒化酸化シリコン膜（但し窒素濃度が２５〜５０ａｔｏｍｉｃ％）を用いる。
【００４８】
その後、それぞれの濃度で添加されたｎ型またはｐ型不純物元素を活性化するために熱処理工程を行う（図８（Ａ））。この工程はファーネスアニール法、レーザーアニール法、またはラピッドサーマルアニール（ＲＴＡ）法で行うことができる。ここでは、ファーネスアニール法で活性化工程を行う。加熱処理は窒素雰囲気中において３００〜６５０℃、好ましくは４００〜５５０℃で行う。本実施例では、５５０℃、４時間の熱処理を行う。
【００４９】
このように、触媒元素を用いて結晶化を行った場合、非晶質シリコン膜の結晶化に用いた触媒元素（本実施例ではニッケル）が、矢印で示す方向に移動して、前記の図７（Ｅ）の工程で形成された高濃度にリンを含むｎ型不純物領域（Ｃ）６１７に捕獲（ゲッタリング）される。これは、リンによる金属元素のゲッタリング効果に起因する現象であり、この結果、チャネル領域６１９は前記触媒元素の濃度が１×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下（好ましくは１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下）となる。
【００５０】
また、触媒元素のゲッタリングサイトとなった領域（図７（Ｅ）の工程で形成されたｎ型不純物領域（Ｃ）６１７）は高濃度に触媒元素が偏析して、５×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以上（代表的には１×１０¹⁹〜５×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³）の濃度となる。
【００５１】
さらに、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行い、活性層を水素化する工程を行う。この工程は熱的に励起された水素により、半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。水素化の他の手段として、プラズマ水素化（プラズマにより励起された水素を用いる）を行ってもよい。
【００５２】
その後、ＴＦＴのソース・ドレイン領域に達する開孔部６２０（図８（Ｂ））、ソース・ドレイン配線６２１を形成する（図８（Ｃ））。また、図示していないが、本実施例ではこの配線を、Ｔｉ膜を１００ｎｍ、Ｔｉを含むアルミニウム膜を３００ｎｍ、Ｔｉ膜１５０ｎｍをスパッタ法で連続して形成した３層構造の積層膜で形成した。
【００５３】
次に、パッシベーション膜６２２として、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、または窒化酸化シリコン膜で５０〜５００ｎｍ（代表的には２００〜３００ｎｍ）の厚さで形成する（図８（Ｄ））。この時、本実施例では膜の形成に先立ってＨ₂、ＮＨ₃等水素を含むガスを用いてプラズマ処理を行い、成膜後に熱処理を行う。この前処理により励起された水素が第四絶縁膜６１８中に供給される。この状態で熱処理を行うことで、パッシベーション膜６２２の膜質を改善するとともに、第四絶縁膜６１８中に添加された水素が下方側に拡散するため、効果的に活性層を水素化することができる。
【００５４】
また、パッシベーション膜６２２を形成した後に、さらに水素化工程を行ってもよい。例えば、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行うとよい。あるいはプラズマ水素化法を用いても同様の効果が得られる。なお、この工程において、後に画素電極とソース・ドレイン配線を接続するための開孔部を形成する位置において、パッシベーション膜６２２に開孔部を形成しておいてもよい。
【００５５】
その後、有機樹脂からなる第五絶縁膜６２３を約１μｍの厚さに形成する（図８（Ｄ））。有機樹脂としては、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）等を使用することができる。有機樹脂膜を用いることの利点は、成膜方法が簡単である点や、比誘電率が低いので、寄生容量を低減できる点、平坦性に優れる点などが上げられる。なお、本発明は、上述した以外の有機樹脂膜や有機系ＳｉＯ化合物などあらゆる材料を用いることができる。本実施例では、基板に塗布後、熱重合するタイプのポリイミドを用い、３００℃で焼成して形成する。
【００５６】
次に、第五絶縁膜６２３及びパッシベーション膜６２２にソース・ドレイン配線６２１に達する開孔部６２４を形成し、画素電極６２５を形成する（図８（Ｄ、Ｅ））。画素電極６２５は、透過型液晶表示装置とする場合には透明導電膜を用い、反射型の液晶表示装置とする場合には金属膜を用いれば良い。ここでは透過型の液晶表示装置とするために、酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）膜を１１０ｎｍの厚さにスパッタ法で形成する。
【００５７】
こうして画素部には、表示領域６２７の面積を確保しつつ、ｎチャネル型ＴＦＴでなる画素ＴＦＴ領域６２６が形成され、十分な保持容量を得ることができる。
【００５８】
なお、本実施例では形成しなかったが、結晶質シリコン膜６０６に、公知の方法を用いてＬＤＤ領域を形成してもよい。なお、本明細書において、ＬＤＤ領域とは、低濃度不純物領域（Light-Doped-Drain領域）を指す。また、結晶質シリコン膜６０６には公知の方法を用いて、オフセット領域を形成してもよい。なお、本明細書において、オフセット領域とは、ゲート電極からずらして不純物元素を打ち込んだ領域のことを指す。
【００５９】
[実施例２]
本実施例では、実施例１で作製したアクティブマトリクス基板から、アクティブマトリクス型液晶表示装置を作製する工程を説明する。図９に示すように、図８（Ｅ）の状態の基板に対し、配向膜９０１を形成する。本実施例では配向膜としてポリイミド膜を用いた。また、対向基板９０５には、透明導電膜で対向電極９０４を、そして配向膜９０３を形成する。なお、対向基板には必要に応じてカラーフィルターや遮蔽膜を形成しても良い。
【００６０】
配向膜を形成した後、ラビング処理を施して液晶分子がある一定のプレチルト角を持って配向するようにする。そして、画素部と駆動回路が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とを、公知のセル組み工程によってシール材やスペーサ（共に図示せず）などを介して貼りあわせる。その後、両基板の間に液晶９０２を注入し、封止剤（図示せず）によって完全に封止する。液晶には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図９に示すアクティブマトリクス型液晶表示装置が完成する。
【００６１】
次に、このアクティブマトリクス型液晶表示装置の構成を、図１０の斜視図を用いて説明する。尚、図１０は、図６〜図９の断面構造図と対応付けるため、共通の符号を用いている。アクティブマトリクス基板は、ガラス基板６００上に形成された画素部１００１と、ゲート信号駆動回路１００３と、データ（ソース）信号駆動回路１００２で構成される。画素ＴＦＴ１００８はｎチャネル型ＴＦＴであり、周辺に設けられる駆動回路はＣＭＯＳ回路を基本として構成されている。ゲート信号駆動回路１００３と、データ信号駆動回路１００２はそれぞれゲート配線６１４とソース・ドレイン配線６２１（ソース信号線）で画素部１００１に接続されている。また、ＦＰＣ１００４が接続された入力端子１００５から駆動回路の入出力端子までの接続配線１００６、１００７が設けられている。
【００６２】
なお、本実施例は、実施例１と自由に組み合わせることが可能である。
【００６３】
[実施例３]
本実施例では、本発明を用いてＥＬ（エレクトロルミネセンス）表示装置を作製した例について説明する。なお、図１１は本発明のＥＬ表示装置の上面図であり、図１２はその断面図である。
【００６４】
図１１、１２において、４００１は基板、４００２は画素部、４００３はソース信号駆動回路、４００４はゲート信号駆動回路であり、それぞれの駆動回路は接続配線４００５を経てＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）４００６に至り、外部機器へと接続される。
【００６５】
このとき、画素部４００２、ソース信号駆動回路４００３及びゲート信号駆動回路４００４を囲むようにして第１シール材４１０１、カバー材４１０２、充填材４１０３及び第２シール材４１０４が設けられている。
【００６６】
図１２は、図１１をＡ―Ａ'で切断した断面図に相当し、基板４００１の上にソース信号駆動回路４００３に含まれる駆動ＴＦＴ（但し、ここではｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴを図示している）４２０１及び画素部４００２に含まれる画素ＴＦＴ（但し、ここではＥＬ素子への電流を制御するＴＦＴを図示している）４２０２が形成されている。
【００６７】
本実施例では、本発明の容量素子構造を用いて画素ＴＦＴ４２０２が作製される。すなわち、画素ＴＦＴ４２０２には図８（Ｅ）と同じ構造のＴＦＴが用いられる。
【００６８】
駆動ＴＦＴ４２０１及び画素ＴＦＴ４２０２の上には樹脂材料でなる層間絶縁膜（平坦化膜）４３０１が形成され、その上に画素ＴＦＴ４２０２のソース・ドレイン領域の一方と電気的に接続する画素電極４３０２が形成される。画素電極４３０２としては仕事関数の大きい透明導電膜が用いられる。透明導電膜としては、酸化インジウムと酸化スズとの化合物または酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物を用いることができる。
【００６９】
そして、画素電極４３０２の上には絶縁膜４３０３が形成され、絶縁膜４３０３は画素電極４３０２の上に開口部が形成されている。この開口部において、画素電極４３０２の上にはＥＬ層４３０４が形成される。ＥＬ層４３０４は公知の有機ＥＬ材料または無機ＥＬ材料を用いることができる。また、有機ＥＬ材料には低分子系（モノマー系）材料と高分子系（ポリマー系）材料があるがどちらを用いても良い。
【００７０】
ＥＬ層４３０４の形成方法は公知の技術を用いれば良い。また、ＥＬ層の構造は正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層または電子注入層を自由に組み合わせて積層構造または単層構造とすれば良い。
【００７１】
ＥＬ層４３０４の上には遮光性を有する導電膜（代表的にはアルミニウム、銅もしくは銀を主成分とする導電膜またはそれらと他の導電膜との積層膜）からなる陰極４３０５が形成される。また、陰極４３０５とＥＬ層４３０４の界面に存在する水分や酸素は極力排除しておくことが望ましい。従って、真空中で両者を連続成膜するか、ＥＬ層４３０４を窒素または希ガス雰囲気で形成し、酸素や水分に触れさせないまま陰極４３０５を形成するといった工夫が必要である。本実施例ではマルチチャンバー方式（クラスターツール方式）の成膜装置を用いることで上述のような成膜を可能とする。
【００７２】
そして陰極４３０５は４３０６で示される領域において接続配線４００５に電気的に接続される。接続配線４００５は陰極４３０５に所定の電圧を与えるための配線であり、導電性材料４３０７を介してＦＰＣ４００６に電気的に接続される。
【００７３】
以上のようにして、画素電極４３０２、ＥＬ層４３０４及び陰極４３０５からなるＥＬ素子が形成される。このＥＬ素子は、第１シール材４１０１によって基板４００１に貼り合わされたカバー材４１０２で囲まれ、充填材４１０３により封入されている。
【００７４】
なお、本明細書において、ＥＬ素子（発光素子）は一対の電極（陽極と陰極）間にＥＬ層（有機化合物層）が挟まれた構造とする。有機化合物層は、公知の発光材料を用いて作製することが出来る。また、有機化合物層には、単層構造と積層構造の二つの構造があるが、本発明はどちらの構造を用いてもよい。なお、有機化合物層におけるルミネッセンスには、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（蛍光）と、三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（リン光）とがあるが、本発明はどちらの発光を用いた発光装置にも適用することが出来る。
【００７５】
カバー材４１０２としては、ガラス板、金属板（代表的にはステンレス板）、セラミックス板、ＦＲＰ（ＦｉｂｅｒｇｌａｓｓＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓ）板、ＰＶＦ（ポリビニルフルオライド）フィルム、マイラーフィルム、ポリエステルフィルムまたはアクリルフィルムを用いることができる。また、アルミニウムホイルをＰＶＦフィルムやマイラーフィルムで挟んだ構造のシートを用いることもできる。
【００７６】
但し、ＥＬ素子からの光の放射方向がカバー材側に向かう場合にはカバー材は透明でなければならない。その場合には、ガラス板、プラスチック板、ポリエステルフィルムまたはアクリルフィルムのような透明物質を用いる。
【００７７】
また、充填材４１０３としては紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂を用いることができ、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、アクリル、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）またはＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）を用いることができる。この充填材４１０３の内部に吸湿性物質（好ましくは酸化バリウム）を設けておくとＥＬ素子の劣化を抑制できる。
【００７８】
また、充填材４１０３の中にスペーサを含有させてもよい。このとき、スペーサを酸化バリウムで形成すればスペーサ自体に吸湿性をもたせることが可能である。また、スペーサを設けた場合、スペーサからの圧力を緩和するバッファ層として陰極４３０５上に樹脂膜を設けることも有効である。
【００７９】
また、接続配線４００５は導電性材料４３０７を介してＦＰＣ４００６に電気的に接続される。接続配線４００５は画素部４００２、ソース信号駆動回路４００３及びゲート信号駆動回路４００４に送られる信号をＦＰＣ４００６に伝え、ＦＰＣ４００６により外部機器と電気的に接続される。
【００８０】
また、本実施例では第１シール材４１０１の露呈部及びＦＰＣ４００６の一部を覆うように第２シール材４１０４を設け、ＥＬ素子を徹底的に外気から遮断する構造となっている。こうして図１２の断面構造を有するＥＬ表示装置となる。なお、本実施例のＥＬ表示装置は実施例１の構成と組み合わせて作製しても構わない。
【００８１】
なお、本実施例は、実施例１乃至実施例２と自由に組み合わせることが可能である。
【００８２】
[実施例４]
本実施例では、トランジスタの下部に設けた下部遮光膜に加えて、上部遮光膜を設けた表示装置の断面構造について、図１４を用いて説明する。
【００８３】
図１４において、１９１０は絶縁表面を有する基板である。基板１９１０には、ガラス基板や石英基板等を用いることが出来る。基板１９１０上には遮光膜１９０６が設けられる。なお、遮光膜１９０６は、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、シリコン（Ｓｉ）から選ばれた元素、または前記元素を組み合わせた合金膜を公知の方法で形成する。また遮光膜１９０６は、トランジスタを遮光する機能を有する。
【００８４】
次いで、遮光膜１９０６上に、第一絶縁膜１９１１が設けられ、該第一絶縁膜１９１１上に、半導体膜１９０７が設けられる。なお、本実施例では、第一絶縁膜１９１１として酸化シリコン膜を３００ｎｍの厚さに形成した。また、半導体膜１９０７は、公知の材料を用いて公知の方法で形成した。
【００８５】
次いで、半導体膜１９０７上にゲート絶縁膜１９１２が設けられる。そして、ゲート絶縁膜１９１２上には、ゲート電極１９０８と容量配線１９０９が設けられる。なお、本実施例において、遮光膜１９０６と、半導体膜１９０７と、容量配線１９０９との重なっている領域が保持容量に相当する。
【００８６】
１９１３は第二絶縁膜である。本実施例では、第二絶縁膜１９１３として酸化シリコン膜を形成した。そして、ゲート絶縁膜１９１２及び第二絶縁膜１９１３にはコンタクトホールが形成され、ソース配線１９１７及びドレイン配線１９１８が設けられる。
【００８７】
１９１４は第三絶縁膜である。本実施例では、第三絶縁膜１９１３として酸化シリコン膜を形成した。第三絶縁膜１９１３上には、公知の材料を用いて形成された上部遮光膜１９１６が設けられている。上部遮光膜１９１６は、公知の材料を用いて形成され、トランジスタを遮光する機能を有する。
【００８８】
１９２０は第四絶縁膜である。次いで、第三絶縁膜１９１４及び第四絶縁膜１９２０にコンタクトホールが形成され、画素電極１９１９が設けられる。
【００８９】
図１４に示すように、画素電極１９１９は、ドレイン配線１９１８と電気的に接続されている。なお、本実施例においては、画素電極１９１９は、ドレイン配線１９１８と接続されているが、本発明はこれに限定されず、ソース配線１９１７と接続されていてもよい。なお、画素電極に接続されたソース領域及びドレイン領域の一方は、他方よりも広い面積を有する。
【００９０】
１９０１は配向膜である。本実施例では配向膜１９０１としてポリイミド膜を用いた。また、対向基板１９０５には、透明導電膜で対向電極１９０４と、配向膜１９０３を形成する。なお、対向基板１９０５には必要に応じてカラーフィルターや遮蔽膜を形成しても良い。
【００９１】
配向膜１９０３を形成した後には、ラビング処理を施して液晶分子がある一定のプレチルト角を持って配向するようにする。そして、画素部と駆動回路が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とを、公知のセル組み工程によってシール材やスペーサ（共に図示せず）などを介して貼りあわせる。その後、両基板の間に液晶１９０２を注入し、封止剤（図示せず）によって完全に封止する。液晶１９０２は公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図１４に示すアクティブマトリクス型液晶表示装置が完成する。
【００９２】
なお、本実施例は、実施例１乃至実施例３と自由に組み合わせることが可能である。
【００９３】
[実施例５]
本発明のアクティブマトリクス型表示装置は電気器具の表示部として用いることができる。そのような電気器具としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター、プロジェクションＴＶ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置などが挙げられる。それら電気器具の具体例を図１３に示す。
【００９４】
図１３（Ａ）は携帯電話であり、本体２００１、音声出力部２００２、音声入力部２００３、表示部２００４、操作スイッチ２００５、アンテナ２００６で構成される。本発明のアクティブマトリクス型表示装置は表示部２００４に用いることができる。
【００９５】
図１３（Ｂ）はビデオカメラであり、本体２１０１、表示部２１０２、音声入力部２１０３、操作スイッチ２１０４、バッテリー２１０５、受像部２１０６で構成される。本発明のアクティブマトリクス型表示装置は表示部２１０２に用いることができる。
【００９６】
図１３（Ｃ）はモバイルコンピュータ（モービルコンピュータ）であり、本体２２０１、カメラ部２２０２、受像部２２０３、操作スイッチ２２０４、表示部２２０５で構成される。本発明のアクティブマトリクス型表示装置は表示部２２０５に用いることができる。
【００９７】
図１３（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体２３０１、表示部２３０２、アーム部２３０３で構成される。本発明のアクティブマトリクス型表示装置は表示部２３０２に用いることができる。
【００９８】
図１３（Ｅ）はリアプロジェクター（プロジェクションＴＶ）であり、本体２４０１、光源２４０２、液晶表示装置２４０３、偏光ビームスプリッタ２４０４、リフレクター２４０５、２４０６、スクリーン２４０７で構成される。本発明は液晶表示装置２４０３に用いることができる。
【００９９】
図１３（Ｆ）はフロントプロジェクターであり、本体２５０１、光源２５０２、液晶表示装置２５０３、光学系２５０４、スクリーン２５０５で構成される。
本発明は液晶表示装置２５０３に用いることができる。
【０１００】
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電気器具に適用することが可能である。また、本実施例の電気器具は実施例１〜４のどのような組み合わせからなる構成を用いても実現することができる。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明を用いた保持容量を有するアクティブマトリクス型表示装置を作製すれば、１画素の面積が縮小しても、遮光膜を用いて十分な保持容量が確保できるため、表示品位を向上できる。同時に、本発明を用いたアクティブマトリクス型表示装置を表示部として用いた電気器具の品質をも向上させることができる。
【０１０２】
【図面の簡単な説明】
【図１】アクティブマトリクス型液晶表示装置の１画素の等価回路を示す図。
【図２】従来の保持容量構造を示す断面図。
【図３】画素ＴＦＴの下部に遮光膜を備えた図
【図４】本発明における保持容量の構造を示す図。
【図５】本発明における保持容量の構造を示す図。
【図６】実施例１の画素部の作製工程を示す図。
【図７】実施例１の画素部の作製工程を示す図。
【図８】実施例１の画素部の作製工程を示す図。
【図９】アクティブマトリクス型液晶表示装置の断面図。
【図１０】アクティブマトリクス型液晶表示装置の斜視図。
【図１１】アクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の構成を示す図。
【図１２】アクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の構成を示す断面図。
【図１３】電気器具の一例を示す図。
【図１４】アクティブマトリクス型表示装置の断面図。

Claims

絶縁表面上に形成された第１の遮光膜と、
前記第１の遮光膜上に形成された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に形成された第２の遮光膜と、
前記第２の遮光膜上に形成された第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜上に形成され、ソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域を有する半導体膜と、
前記半導体膜上に形成された第３の絶縁膜と、
前記第３の絶縁膜上に形成されたゲート電極と、を有し、
前記第２の遮光膜は、前記ソース領域及び前記ドレイン領域の一方と重なり、且つ、前記ソース領域及び前記ドレイン領域の他方と重ならないように形成されていることを特徴とする表示装置。
絶縁表面上に形成された第１の遮光膜と、
前記第１の遮光膜上に形成された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に形成された第２の遮光膜と、
前記第２の遮光膜上に形成された第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜上に形成され、ソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域を有する半導体膜と、
前記半導体膜上に形成された第３の絶縁膜と、
前記第３の絶縁膜上に形成されたゲート電極と、を有し、
前記第２の遮光膜は、前記ソース領域及び前記ドレイン領域のうち画素電極と電気的に接続されている方と重なり、且つ、前記ソース領域及び前記ドレイン領域のうちソース信号線と電気的に接続されている方と重ならないように形成されており、
前記第１の遮光膜は、前記ソース領域及び前記ドレイン領域のうち前記ソース信号線と電気的に接続されている方と重なって形成されていることを特徴とする表示装置。
絶縁表面上に形成された第１の遮光膜と、
前記第１の遮光膜上に形成された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に形成された第２の遮光膜と、
前記第２の遮光膜上に形成された第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜上に形成され、ソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域を有する半導体膜と、
前記半導体膜上に形成された第３の絶縁膜と、
前記第３の絶縁膜上に形成されたゲート電極及び容量配線と、を有し、
前記第２の遮光膜は、前記ソース領域及び前記ドレイン領域の一方及び前記容量配線と重なり、且つ、前記ソース領域及び前記ドレイン領域の他方と重ならないように形成されていることを特徴とする表示装置。
絶縁表面上に形成された第１の遮光膜と、
前記第１の遮光膜上に形成された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に形成された第２の遮光膜と、
前記第２の遮光膜上に形成された第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜上に形成され、ソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域を有する半導体膜と、
前記半導体膜上に形成された第３の絶縁膜と、
前記第３の絶縁膜上に形成されたゲート電極及び容量配線と、を有し、
前記第２の遮光膜は、前記ソース領域及び前記ドレイン領域のうち画素電極と電気的に接続されている方及び前記容量配線と重なり、且つ、前記ソース領域及び前記ドレイン領域のうちソース信号線と電気的に接続されている方と重ならないように形成されており、
前記第１の遮光膜は、前記ソース領域及び前記ドレイン領域のうち前記ソース信号線と電気的に接続されている方と重なって形成されていることを特徴とする表示装置。
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記第１の遮光膜は、ゲート信号線であることを特徴とする表示装置。