(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に走査線と、信号線と、前記走査線及び信号線に対応して設けられたトランジスタと、前記トランジスタに対応して設けられた画素電極とを備えた液晶装置であって、
前記走査線と前記信号線との交差部に対向して前記トランジスタのチャネル領域が配置され、
前記チャネル領域上には前記走査線と、この走査線上に前記走査線の延在方向と同方向に延在すると共に、前記走査線の幅より広い遮光性導電層が配置され、
前記交差部における前記チャネル領域上には、前記遮光性導電層上にチャネル領域の幅よりも幅が広い前記信号線が配置され、
前記遮光性導電層は所定の電位に接続されてなることを特徴とする液晶装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリックス方式の液晶装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリックス方式の液晶装置を図２に示す。（ａ）は上視図、（ｂ）はＡＡ′における断面図である。ガラス、石英等の第１の絶縁基板２０１上に、ドナーあるいはアクセプタとなる不純物を添加したシリコン薄膜から成るソース領域２０３、ドレイン領域２０４、不純物を含まないシリコン薄膜から成るチャネル領域２０２が形成する。
【０００３】
これらを覆う様にゲート絶縁膜２０５を積層し、チャネル領域２０２の上部にゲート電極を兼ねた走査線２０６を形成し更にこれらを被覆する様に、走査線２０６と信号線２０９を絶縁する層間絶縁膜２０７を形成する。更に、コンタクトホール２１３、２１４を開口し、信号線２０９とドレイン領域２０４、画素電極２０８とソース領域２０３を接続する。第１の絶縁基板２０１と対向して、共通電極２１１を設けた第２の絶縁基板２１２を配置し、第１の絶縁基板２０１と第２の絶縁基板２１２の間に液晶層２１０を設ける。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の液晶装置は次のような課題を有していた。図３に液晶装置を駆動する一般的な時分割駆動の信号波形を示す。Ｖｇは走査線２０６へ印加する信号波形であり、選択期間Ｔ１と非選択期間Ｔ２に分けられる。選択期間Ｔ１において薄膜トランジスタのゲート電極に１５〜２０Ｖ程度印加し、薄膜トランジスタをオン状態とし、信号線２０９に印加されている表示信号ｖｓｉｇを画素電極２０８を通して液晶層２１０へ印加し、電荷を書き込む。次に非選択期間Ｔ２において薄膜トランジスタをオフ状態とし、液晶層２１０へ書き込まれた電荷を保持する。表示信号Ｖｓｉｇは液晶層２１０を交流駆動するために６０〜８０Ｈｚ程度の交流波形であり、液晶層２１０に正確に交流が印加される様に共通電極２１１の電位Ｖｃｏｍが決定される。液晶層２１０としてツイストネマチック型液晶を用いると表示信号Ｖｓｉｇの振幅は±４〜６Ｖ程度必要となる。一方選択期間Ｔ１は非選択期間Ｔ２に比べて短かく、走査線の数をｎ本とすればＴ１は一般的に
Ｔ１＝（Ｔ１＋Ｔ２）／ｎ
となり、ほとんどの時間、走査線２０６を共通電極２１１の間には直流電圧Ｖ２が印加される。このＶ１が層間絶縁膜２０７と液晶層２１０で分割され液晶層２１０へ、直流電圧が印加され、液晶層２１０を劣化させてしまい、液晶装置のコントラスト比の低下等の重大な表示品質劣化を招いてしまっていた。表示信号Ｖｓｉｇの振幅を±４〜６Ｖとすれば通常Ｖ１はこれより大きく７〜８Ｖとなり、液晶層２１０へ印加される直流電圧は３〜５Ｖ程度となる。
【０００５】
本発明はこの様な課題を解決するものであり、その目的は、トランジスタの光による誤動作を防止し、画素電極に印加する印加電圧の容量を多くすることのできる高表示品質で信頼性の高いアクティブマトリックス方式の液晶装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板に走査線と、信号線と、前記走査線及び信号線に対応して設けられたトランジスタと、前記トランジスタに対応して設けられた画素電極とを備えた液晶装置であって、前記走査線と前記信号線との交差部に対向して前記トランジスタのチャネル領域が配置され、前記チャネル領域上には前記走査線と、この走査線上に前記走査線の延在方向と同方向に延在すると共に、前記走査線の幅より広い遮光性導電層が配置され、  前記交差部における前記チャネル領域上には、前記遮光性導電層上にチャネル領域の幅よりも幅が広い前記信号線が配置され、前記遮光性導電層は所定の電位に接続されてなることを特徴とする。
【０００７】
【実施例】
（実施例１）
以下実施例に基づいて本発明を詳しく説明する。図１に本発明による液晶装置の一例を示す。（ａ）は上視図であり、（ｂ）はＡＡ′における断面図、（ｃ）はＢＢ′における断面図である。ガラス、石英等の第１の絶縁基板１０１上に薄膜トランジスタのチャネル領域１０２、ドレイン領域１０３、ソース領域１０４を成す半導体層を減圧ＣＶＤ法により６００℃の雰囲気中でモノシランガスを熱分解して多結晶シリコンを２５〜５０ｎｍの厚さに形成する。半導体層は、多結晶シリコンに限定されるものではなくスパッタリング法、プラズマＣＶＤ法により非品質シリコンを用いてもよく、更に非晶質シリコンを５５０〜６００℃、５〜４０ｈ程度の熱処理をするかあるいはアルゴンレーザー、エキシマレーザー等を照射して多結晶化してもよい。
【０００８】
この半導体層を被覆するようにゲート絶縁膜１０５をＥＣＲプラズマＣＶＤ法により１００〜２００ｎｍの厚さにＳｉＯ２を積層した。ＥＣＲプラズマＣＶＤ法により形成したＳｉＯ２は緻密でトラップの少ない良質のＳｉＯ２が１００℃以下の低温で実現でき、ゲート絶縁膜としては最適である。ゲート絶縁膜１０５はチャネル領域１０２、ドレイン領域１０３、ソース領域１０４を構成する半導体層を酸素を含む酸化雰囲気中で熱酸化して得てもよい。
【０００９】
更にゲート電極を兼ねた走査線１０６をスパッタリング法により３００〜５００ｎｍの厚さにタンタルを積層し、走査線１０６をマスクとして、リンイオンをイオン打込み法によりゲート絶縁膜１０５を通して半導体層中の打込み、自己整合的にＮ型のソース領域１０４とドレイン領域１０３を設ける。更に、タンタルで構成された走査線１０６の表面を陽極酸化法により酸化し、２５０〜４５０ｎｍ厚のタンタル酸化物より成る第１の絶縁体１１５を設けた後、打込まれたリンイオンをエキシマレーザーにより得られるレーザー片を照射する事により活性化し、ソース領域１０４、ドレイン領域１０３の半導体層を低抵抗化する。
【００１０】
図４に更に詳しい薄膜トランジスタの構造を示す。イオン打込み法によりソース領域４０３、ドレイン領域４０４形成後、陽極酸化法によりタンタルより成る走査線４０６の表面を酸化し、第１の絶縁体４０７を得る。この時、走査線４０６は表面が酸化されて線幅が細り、ソース領域４０４と走査線４０６の間には△Ｌの間隔が生じる。薄膜トランジスタのスイッチング動作の際、この△Ｌがソース端４１０にかかる電界を低減させて、薄膜トランジスタのオフ時の電流を著しく低く抑える事ができる。ドレイン端４０９においても全く同様である。
【００１１】
一方タンタル酸化物より成る第１の絶縁体４０７形成後、レーザー光４０８を照射し、ソース領域４０３、ドレイン領域４０４に打込まれたリンイオンを活性化する際、第１の絶縁体４０７及びゲート絶縁膜４０５はレーザー光４０８を透過するため、ドレイン端４０９、ソース端４１０にも十分なレーザー光が照射され、ドレイン端４０９ソース端４１０における構造欠陥が減少し、ジャンクション特性が向上するとともに薄膜トランジスタの寄生抵抗も小さくできる。
【００１２】
次に図１に示す様にコンタクトホール１１３を開口にした後、厚さが３０〜２００ｎｍのＩＴＯ膜で画素電極１０８、シールド電極１１６を設ける。シールド電極１１６は、走査線１０６を完全に覆っており、走査線１０６とは第１の絶縁体１１５で絶縁されている。第１の絶縁体１１５は０．０１ｗｔ％のクエン酸水溶液を化成液として陽極酸化法により酸化した緻密なタンタル酸化物であり走査線１０６とシールド電極１１６の短絡欠陥はほとんど発生しない。走査線１０６とシールド電極１１６の絶縁をより完全なものとするため、第１の絶縁体１１５を図５に示す様に、第１の絶縁体５０７と第３の絶縁体５０８の２層構造としてもよい。第３の絶縁体５０８は、ゲート絶縁膜５０５と同一の材質とするとコンタクトホール５１１を開口する際、同一のエッチャントでコンタクトホール５１１が開口でき、合理的であり、スパッタリング法、ＣＶＤ法等によるＳｉＯ２が好ましい。
【００１３】
更に、図１に示す様に厚さが２００〜５００ｎｍのＳｉＯ２より成る第２の絶縁体１０７を設け、コンタクトホール１１４、画素開口窓１１７を開口した後、厚さが５００〜８００ｎｍのアルミニウムとシリコンの合金より成る信号線１０９を設ける。
【００１４】
第１の絶縁基板１０１と対向して、ＩＴＯ膜、金属より成る共通電極１１１を設けた第２の絶縁基板１１２を配置し、第１の絶縁基板１０１と第２の絶縁基板１１２の間に液晶層１１０を設け液晶装置を構成する。更に液晶装置の外部あるいは周辺部で、シールド電極１１６と共通電極１１１を接続し、この２つの電極が常に同電位となる様にする。この結果、走査線１０６は、液晶層１１０に対してシールド電極１１６により完全に静電シールドされた状態となり、図３に示す駆動波形を用いて液晶装置を駆動しても、液晶層１１０に直流電圧が印加される事はなく、長期に渡り信頼性が高く、良質の表示品質をもつ液晶装置が実現できる。
【００１５】
走査線１０６としてタンタルを適用した１例について説明したが、走査線１０６はタンタルに限定されるものではなく、陽極酸化法により表面に緻密で絶縁性の良好な酸化物が形成できる材質であれば何でもよく、ニオブ、アルミニウム等を用いても全く同様に構成できる。
（実施例２）
図６に本発明による液晶装置の他の実施例を示し、（ａ）は上視図、（ｂ）はＡＡ′における断面図、（ｃ）はＢＢ′における断面図である。
【００１６】
図６に示す液晶装置を構成する薄膜トランジスタ、第１の絶縁基板６０１、共通電極６１１を設けた第２の絶縁基板６１２液晶層６１０は参考例１と同様である。参考例１との相違点はタンタル酸化物より成る第１の絶縁体６１５を設けた後１００〜２００ｎｍの厚さにクロム等の可視光を遮断する金属により走査線６０６を覆う様にシールド電極６１６を構成し、更にこれらを被覆する様に膜厚が２００〜５００ｎｍのＳｉＯ２  より成る第２の絶縁体６０７を積層し、コンタクトホール６１３、６１４を通して信号線６０９と画素電極６０８がそれぞれソース領域６０４とドレイン領域６０３と接続される様に構成した点である。画素電極６０８は前段の走査線をシールドするシールド電極６１７及びシールド電極６１６と第２の絶縁体６０７で絶縁を保ち重なり合う様に構成されている。この結果走査線６０６と画素電極６０８の隙間から光が透過することがなくなり、信号線６０９と画素電極６０８の隙間から透過してくる光のみを遮光すれば良く、第１の絶縁基板６０１と第２の絶縁基板６１２を貼り合わせる際の精度が低くでき、更に液晶装置の開口率を大きくできる。
【００１７】
図７に第２の絶縁基板６１２に設けられる光遮光層と画素電極６０８の位置関係を示す。図を簡単とするため光遮光層と画素電極の位置関係のみを示し、（ａ）は従来の液晶表示装置、（ｂ）は本発明による液晶装置である。
【００１８】
図７（ａ）に示す従来の液晶装置は、走査線と画素電極の容量結合により走査線の信号が画素電極に書き込まれるのを防ぐ為、走査線と画素電極の間に液晶層と同程度の厚さに相当する隙間を設け、更に走査線の配線幅を考慮し、隣り合う画素電極７０２と７０３の間隔Ｌ１を１５〜２０μｍとしていた。
【００１９】
更に第２の絶縁基板に設けられた光遮光層７０１と第１の絶縁基板に設けられた画素電極７０２は、両者の基板の貼り合わせ精度より、Ｌ２が１０μｍ必要とされていた。信号線の配線方向についても同様に隣り合う画素電極７０４と７０５の間隔Ｌ３は１５〜２０μｍ、光遮光層７０１と画素電極７０４の貼り合わせ精度Ｌ４は１０μｍ必要とされていた。画素ピッチをＸ、Ｙそれぞれ１００μｍピッチとして開口率を求めると、４２〜３６％となる。これに対し、本発明による液晶装置は図７（ｂ）に示す様に、画素電極７０６と７０７の間隔Ｌ６、画素電極７０７と光遮光層７０８の貼り合わせ精度Ｌ７は従来と同様であるが、走査線の配線方向の光遮光層は、第１の絶縁基板に設けられたクロム等の金属より成るシールド電極が光遮光層を兼ねており、Ｌ５は、走査線の配線幅を５〜１０μｍとすれば、１０〜１５μｍあれば十分である。
【００２０】
従来例と同様にＸ、Ｙの画素ピッチをそれぞれ１００μｍピッチとし開口率を求めると５８〜５１％となり従来に比べ開口率が３８〜４２％以上向上し、液晶装置の明るさを著しく向上できる。一方第１の絶縁基板と第２の絶縁基板の貼り合わせ精度がＸ方向については従来と変わらないがＹ方向についてはアライメントフリーとなり、貼り合わせの合理化、歩留りの向上が図れる。実施例１と同様にシールド電極と共通電極を同電位とすることにより、走査線はシールド電極により静電シールドされ液晶層に直流電圧が印加される事はない。
（実施例３）
図８に本発明による液晶装置の実施例３を示し、（ａ）は上視図、（ｂ）はＡＡ′における断面図、（ｃ）はＢＢ′における断面図である。
【００２１】
図６に示した実施例２との相違点は、走査線８０６と信号線８０９の交叉部に薄膜トランジスタを設けた点と、保持容量部８１７をドレイン領域８０３、ゲート絶縁膜８０５、シールド電極８１６、第２の絶縁体８０７、画素電極８０８を積層する事により設けた点である。
【００２２】
図８（ｂ）に走査線８０６と信号線８０９の交叉部の断面構造を示す。薄膜トランジスタの基本的な構造は、実施例１、実施例２と同様であるが、ドレイン領域８０３と信号線８０９が容量結合により信号線８０９の信号がドレイン領域８０３を通して画素電極８０８へ書き込まれるのを防ぐ為ドレイン電極８０３をシールド電極８１６により静電シールドし、容量結合を無くすこの結果、薄膜トランジスタは走査線８０６と信号線８０９の下部に構成でき、液晶表示装置の開口率が向上する。
【００２３】
図８（ｃ）に保持容量部の断面構造を示す。保持容量部８１７は、不純物を添加したシリコンより成るドレイン領域８０３、ゲート絶縁膜８０５、シード電極８１６、第２の絶縁体８０７、画素電極８０８の積層構造となっており、ドレイン電極８０３と画素電極８０８はコンタクトホール８１３を介して同電位となっている。この結果保持容量は、シールド電極８１６を一方の電極として、ゲート絶縁膜８０５をドレイン領域８０３で挟んだ容量と、第２の絶縁体８０７を画素電極８０８で挟んだ容量が並列に構成されており、小さな専有面積で十分な大きさの保持容量が実現でき開口率が向上する。この様に構成されたシールド電極８１６は３つの役目を有する。第１に実施例１、実施例２同様、液晶層８１０へ直流電圧が印加されるのを防ぐ静電シールドとしての役目、第２に実施例２同様、走査線８０６と画素電極８０８、８１８の隙間より漏れる光の光遮光層としての役目、第３に、保持容量の一方の電極の電位を固定する保持容量線の役目がある。
【００２４】
図９に、シールド電極９１６にタンタル、第２の絶縁体９０７として、シールド電極９１６の表面を陽極酸化法により酸化したタンタル酸化物で構成した薄膜トランジスタの断面を示す。陽極酸化法により形成したタンタル酸化物は、緻密でピンホール等の欠陥の少ない絶縁膜が室温で得られ、更に膜厚の制御性、再現性に優れている。この結果、信号線９０９とシールド電極９１６の短絡欠陥を無くせる。タンタル酸化物は比誘電率が２５〜２８と大きく、ＳｉＯ２の６〜７倍有り、保持容量の専有面積をＳｉＯ２を使用した場合の１／６〜１／７にでき、上記の例に比べ更に開口率を大きくできる。一方保持容量の短絡欠陥も無くせるため、液晶表示装置の画素欠陥も大幅に減少できる。実施例２においてもタンタルを用いれば低欠陥化が実現できる。
【００２５】
【発明の効果】
本願発明は上記の構成要件を具備することにより、以下に述べるごとき顕著な効果を奏することができる。
（ａ）トランジスタのチャネル領域の直上に走査線と、信号線と、遮光性導電性電極とが形成されいるので、これらの配線及び電極によりチャネル領域への光の侵入を防ぐことができる。
（ｂ）導電性電極は所定の電位に接続されているため、信号線と走査線への信号の影響を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液晶装置の参考例を示す図。
【図２】従来の液晶装置を示す図。
【図３】液晶装置を駆動する一般的な時分割駆動の信号波形を示す図。
【図４】
【図５】薄膜トランジスタの構造を示す断面図。
【図６】本発明による液晶装置の参考例を示す図。
【図７】第２の絶縁基板に設けられる光遮光層と画素電極の位置関係を示す図。
【図８】本発明による液晶装置を示す図。
【図９】薄膜トランジスタの構造を示す断面図。
【符号の説明】
１０１、２０１、４０１、５０１、６０１、８０１、９０１  第１の絶縁基板
１０２、２０２、４０２、５０２、６０２、８０２、９０２  チャネル領域
１０３、２０４、４０３、５０３、６０３、８０３、９０３  ドレイン領域
１０４、２０３、４０４、５０４、６０４、８０４、９０４  ソース領域
１０５、２０５、４０５、５０５、６０５、８０５、９０５  ゲート絶縁膜
１０６、２０６、４０６、５０６、６０６、８０６、９０６  走査線
１０７、６０７、８０７、９０７  第２の絶縁体
１０８、２０８、５１０、６０８、８０８、７０２、７０３、７０４、７０５、７０６、７０７、８１８  画素電極
１０９、２０９、６０９、８０９、９０９  信号線
１１０、２１０、６１０、８１０  液晶層
１１１、２１１、６１１、８１１  共通電極
１１２、２１２、６１２、８１２  第２の絶縁基板
１１３、１１４、２１３、２１４、５１１、６１３、６１４、８１３、８１４コンタクトホー  ル
１１５、４０７、５０７、６１５、８１５、９１５  第１の絶縁体
１１６、５０９、６１６、６１７、８１６、９１６  シールド電極
１１７  画素開口窓
２０７  層間絶縁膜
４０８  レーザー光
４０９  ドレイン端
４１０  ソース端
５０８  第３の絶縁体
７０１、７０８  光遮光層
８１７  保持容量部
【図１】
0003605337.tif 000002
【図２】
0003605337.tif 000003
【図３】
0003605337.tif 000004
【図４】
0003605337.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003605337.tif 000007
【図７】
0003605337.tif 000008
【図８】
0003605337.tif 000009
【図９】
0003605337.tif 000010