(57)【要約】  シリコン酸化膜３１上のソース電極及びドレイン電極は、それぞれ透明電極であるＩＴＯ膜３２及びＩＴＯ膜３２上に形成された金属膜３３の２層構造を有する。ソース電極とドレイン電極との間には、ソース電極及びドレイン電極が存在しないギャップ３５が形成されている。ソース電極及びドレイン電極上並びにギャップ３５内には、ゲート絶縁膜であるシリコン窒化膜３４が形成されている。このシリコン窒化膜３４は、厚さが比較的厚い領域Ｄ1部と厚さが比較的薄い領域Ｄ2部を有する。シリコン窒化膜３４にＤ2部にＭＩＭ構造が設けられる。シリコン窒化膜３４上には、ゲートバス層３６が形成されている。これにより、Ｄ2部には、ＭＩＭ構造が構成される。
2007518119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＳＤ保護回路を有する液晶表示装置であって、
絶縁性基板上に層間絶縁膜を介して設けられたソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極及びドレイン電極上で部分的に比較的薄い薄膜部を有するゲート絶縁膜と、
少なくとも前記薄膜部を含む前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲートバス層と、
を具備し、
前記ソース電極及びドレイン電極と、前記薄膜部のゲート絶縁膜と、ゲートバス層とによりＭＩＭ構造が構成される液晶表示装置。
【請求項２】
複数の前記ＭＩＭ構造が直列で接続された請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記薄膜部の厚さが５０ｎｍ以下である請求項１又は請求項２記載の液晶表示装置。
【請求項４】
ＥＳＤ保護回路を有する液晶表示装置の製造方法であって、
絶縁性基板上に層間絶縁膜を介してソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極及びドレイン電極上で部分的に比較的薄い薄膜部を有するゲート絶縁膜を形成する工程と、
少なくとも前記薄膜部を含む前記ゲート絶縁膜上にゲートバス層を形成する工程と、
を具備し、
前記ソース電極及びドレイン電極と、前記薄膜部のゲート絶縁膜と、ゲートバス層とによりＭＩＭ構造が構成される液晶表示装置の製造方法。
【請求項５】
前記ゲート絶縁膜における前記薄膜部の形成は、前記ゲート絶縁膜上に有機膜を形成する工程と、前記薄膜部の形成領域の露光量が比較的少ないマスクを用いて前記有機膜を露光し、露光後の有機膜を現像する工程と、現像後の有機膜の厚さを薄くして前記薄膜部の形成領域の前記ゲート絶縁膜を露出させる工程と、前記露出したゲート絶縁膜に対してエッチングを施して凹部を形成する工程と、により行われる請求項４記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項６】
前記マスクは露光量が比較的多い部分を有し、その部分で前記有機膜を露光し、露光後の有機膜を現像した領域にコンタクトホールを形成する請求項５記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項７】
前記薄膜部の形成領域の露光量が比較的少ないマスクとして、ハーフトーンマスク又は回折マスクを用いる請求項５又は請求項６記載の液晶表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置及びその製造方法に関し、特に、ＥＳＤ保護回路を有する液晶表示装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アクティブマトリクス型の液晶表示装置においては、数万ボルトにまで達する有害な静電放電からデバイスを保護するために、ＥＳＤ保護回路が設けられている。従来のＥＳＤ保護回路としては、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）の飽和領域動作を利用したダイオードなどが用いられている。
【０００３】
図１は、従来のＥＳＤ保護回路を示す図であり、（ａ）は等価回路を示し、（ｂ）はＥＳＤ保護回路の配線を示す図である。
【０００４】
図１（ｂ）において、ＥＳＤ保護回路には、ソースバス１と、そのソースバス１上に設けられたゲートバス層２とにより構成されたＴＦＴ３が使用されている。具体的には、このＴＦＴ３の飽和領域動作を利用したダイオードがＥＳＤ保護回路として使用されている。
【０００５】
図２は、図１（ｂ）におけるII−II線に沿う断面図である。図２において、絶縁性透明基板であるガラス基板１０上には、ＴＦＴに直接光が入射されないようにするライトシールド膜１２が設けられている。このライトシールド膜１２は、ソース電極とドレイン電極との間の領域（ギャップ）を含む領域に対応するガラス基板上の領域に形成される。ライトシールド膜１２が形成されたガラス基板１０上には、層間絶縁膜であるシリコン酸化膜１１が形成されている。
【０００６】
シリコン酸化膜１１上には、ソース電極（ソースバス）及びドレイン電極が形成されている。このソース電極及びドレイン電極は、それぞれ透明電極であるＩＴＯ膜１３及びＩＴＯ膜１３上に形成された金属膜１４の２層構造を有する。ソース電極とドレイン電極との間には、ギャップが形成されており、そのギャップ及びギャップ周辺のソース電極及びドレイン電極上には、半導体膜であるａ−Ｓｉ膜１５が形成されている。
【０００７】
ａ−Ｓｉ膜１５上には、ゲート絶縁膜であるシリコン窒化膜１６が形成されている。このシリコン窒化膜１６には、コンタクトホール１６ａが形成されている。シリコン窒化膜１６のギャップを含む領域には、ゲートバス層１７が形成されている。コンタクトホール１６ａに形成されたゲートバス層１７と同一層である膜１７ａは、ソース電極と接続されている。
【０００８】
このような構成においては、ダイオード一つについてＥＳＤ保護回路用ＴＦＴが一つ必要であるので、図１（ｂ）に示すように、１本のバスラインについて最低２つのＴＦＴが必要となる。しかも、このダイオードは、ＴＦＴを利用しているため、構造が複雑であり、比較的広いスペースを必要とする。さらに、ＴＦＴの飽和領域での動作は、電流が電圧に対して二次曲線的に立ち上がるので、ダイオード特性という観点からは望ましいものではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、比較的狭いスペースに設けることができ、ダイオード特性に優れたＥＳＤ保護回路を有する液晶表示装置及びフォトリソグラフィー工程を増加させることなく液晶表示装置を製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のＥＳＤ保護回路を有する液晶表示装置は、絶縁性基板上に層間絶縁膜を介して設けられたソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極及びドレイン電極上で部分的に比較的薄い薄膜部を有するゲート絶縁膜と、少なくとも前記薄膜部を含む前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲートバス層と、を具備し、前記ソース電極及びドレイン電極と、前記薄膜部のゲート絶縁膜と、ゲートバス層とによりＭＩＭ構造が構成されることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、ＥＳＤ保護回路としてＭＩＭ構造を使用しているので、ＴＦＴの飽和領域を用いる場合よりも望ましい特性を発揮するＭＩＭをより小さい占有面積に形成することができ、デバイスの省スペース化、高集積化を実現することができる。
【００１２】
本発明の液晶表示装置においては、複数の前記ＭＩＭ構造が直列で接続されたことが好ましい。また、本発明の液晶表示装置においては、前記薄膜部の厚さが５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１３】
本発明のＥＳＤ保護回路を有する液晶表示装置の製造方法は、絶縁性基板上に層間絶縁膜を介してソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、前記ソース電極及びドレイン電極上で部分的に比較的薄い薄膜部を有するゲート絶縁膜を形成する工程と、少なくとも前記薄膜部を含む前記ゲート絶縁膜上にゲートバス層を形成する工程と、を具備し、前記ソース電極及びドレイン電極と、前記薄膜部のゲート絶縁膜と、ゲートバス層とによりＭＩＭ構造が構成されることを特徴とする。
【００１４】
本発明の液晶表示装置の製造方法においては、前記ゲート絶縁膜における前記薄膜部の形成は、前記ゲート絶縁膜上に有機膜を形成する工程と、前記薄膜部の形成領域の露光量が比較的少ないマスクを用いて前記有機膜を露光し、露光後の有機膜を現像する工程と、現像後の有機膜の厚さを薄くして前記薄膜部の形成領域の前記ゲート絶縁膜を露出させる工程と、前記露出したゲート絶縁膜に対してエッチングを施して凹部を形成する工程と、により行われることが好ましい。
【００１５】
この方法によれば、ＥＳＤ保護回路にＭＩＭを用いるので、より簡単な工程でより小さい領域にＥＳＤ保護回路を形成することができる。また、この場合において、場所により露光量が異なるマスクを用いることにより、マスク工程を増加させることなくＥＳＤ保護回路を形成することができる。
【００１６】
本発明の液晶表示装置の製造方法においては、前記マスクは露光量が比較的多い部分を有し、その部分で前記有機膜を露光し、露光後の有機膜を現像した領域にコンタクトホールを形成することが好ましい。
【００１７】
本発明の液晶表示装置の製造方法においては、前記薄膜部の形成領域の露光量が比較的少ないマスクとして、ハーフトーンマスク又は回折マスクを用いることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
図３は、本発明の一実施の形態に係るＥＳＤ保護回路を示す図であり、（ａ）は等価回路を示し、（ｂ）はＥＳＤ保護回路の配線を示す図である。
【００２０】
図３（ｂ）において、ＥＳＤ保護回路には、ソースバス２１と、そのソースバス２１上に設けられたゲートバス層（ゲートバス及びガードリング）２２とにより構成されたＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal）２３が使用されている。具体的には、このＭＩＭ２３のダイオードがＥＳＤ保護回路として使用されている。ここでは、図３（ａ）に示すように、ＭＩＭが直列に３つ接続されている場合について説明する。
【００２１】
ＥＳＤ保護回路において電流のリークが起こると、デバイス全体の消費電力が増加してしまう。したがって、ＥＳＤ保護回路のダイオードは、リーク電流を下げるという観点から、できるだけ直列に多く接続することが望ましい。
【００２２】
図４は、図３（ｂ）におけるIV−IV線に沿う断面図である。図４において、絶縁性透明基板であるガラス基板３０上には、層間絶縁膜であるシリコン酸化膜（例えば、ＳｉＯ２）３１が形成されている。なお、ここでガラス基板の代わりに石英基板や透明プラスチック基板を用いても良い。液晶表示装置が半透過型である場合には、このように絶縁性透明基板を用いるが、液晶表示装置が反射型である場合には、シリコン基板を用いても良い。
【００２３】
シリコン酸化膜３１上には、ソース電極及びドレイン電極が形成されている。このソース電極及びドレイン電極は、それぞれ透明電極であるＩＴＯ膜３２及びＩＴＯ膜３２上に形成された金属膜３３の２層構造を有する。なお、ソース電極及びドレイン電極は、２層構造に限定されず、１層又は３層以上で構成しても良い。ソース電極とドレイン電極との間には、ソース電極及びドレイン電極が存在しないギャップ３５が形成されている。
【００２４】
ソース電極及びドレイン電極上並びにギャップ３５内には、ゲート絶縁膜であるシリコン窒化膜３４が形成されている。このシリコン窒化膜（例えば、ＳｉＮｘ）３４は、厚さが比較的厚い領域Ｄ1部と厚さが比較的薄い領域Ｄ2部を有する。シリコン窒化膜３４にＤ2部にＭＩＭ構造が設けられる。このＤ2部は、後述する方法により形成することができる。なお、Ｄ2部の厚さは、ＭＩＭのＯＮ電流が十分にとれることを考慮して、５０ｎｍ以下であることが望ましい。
【００２５】
このようにＤ2部を有するシリコン窒化膜３４上には、ゲートバス層３６が形成されている。これにより、Ｄ2部には、ＭＩＭ構造が構成される。ゲートバス層３６は、必要に応じてフォトリソグラフィー法及びエッチングによりパターニングされる。
【００２６】
このように、本発明のＥＳＤ保護回路を有する液晶表示装置においては、ＥＳＤ保護回路としてＭＩＭ構造を用いている。このため、図４から分かるように、３つのＭＩＭ２３を狭い領域に設けることができる。このため、デバイスにおける省スペース化、高集積化を図ることが可能となる。
【００２７】
例えば、従来のＴＦＴを用いたＥＳＤ保護回路においては、２つのＴＦＴで一つのＭＩＭに対応する。したがって、図４に示すように、３つのＭＩＭと同等のものを作製する場合、ＴＦＴを６つ形成する必要がある。このように、６つのＴＦＴを形成する領域に比べると３つのＭＩＭを形成する領域の方が小さいスペースでＥＳＤ保護回路を実現することができる。
【００２８】
また、上述したように、ＥＳＤ保護回路用のダイオードはリーク電流を考慮すると直列で接続することが望ましい。本発明のようにＭＩＭでＥＳＤ保護回路を構成する場合には、ＭＩＭ自体の構造は簡単であり、ＭＩＭの占有面積が小さいので、複数のＭＩＭを直列に接続してもそれほど問題にならないが、複数のＴＦＴを直列に接続すると、ＴＦＴ自体の構造が複雑で占有面積が大きいので、小さいスペースで簡単に構成することはできない。
【００２９】
図５は、本発明の一実施の形態に係るＥＳＤ保護回路の電流−電圧特性を示す図であり、図６は、従来のＥＳＤ保護回路の電流−電圧特性を示す図である。ＭＩＭの電流−電圧特性は、図５に示すように、Ｉ＝ｋ[exp（Ｖ）−１]（ここで、ｋ：定数、Ｉ：電流、Ｖ：電圧）で近似できる。一方、ＴＦＴの飽和領域の電流−電圧特性は、図６に示すように、Ｉ＝ｋ'（Ｖg−Ｖth）2（ただし、Ｖg＞Ｖth）で近似できる。なお、図５及び図６において、ｋ，ｋ'：定数、Ｉ：電流、Ｖ：電圧を表す。
【００３０】
図５、図６から分かるように、電流値の立ち上がりはＭＩＭの方がＴＦＴよりも急峻である。したがって、ＥＳＤ保護回路のダイオードとして使用する場合、ＭＩＭの方が優れている。
【００３１】
次に、本発明の実施の形態に係るＥＳＤ保護回路を有する液晶表示装置の製造方法について図７及び図８を用いて説明する。図７（ａ）〜（ｃ）及び図８（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施の形態に係るＥＳＤ保護回路を製造する工程を示す図である。
【００３２】
まず、図７（ａ）に示すように、ガラス基板３０上に層間絶縁膜であるシリコン酸化膜３１を形成する。次いで、シリコン酸化膜３１上にＩＴＯ膜３２及び金属膜３３を順次形成し、フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程により、開口部（ギャップ）３５を形成する。この開口部には、この上に形成する膜のカバレッジを良好にするためにシリコン酸化膜３１側に向かって幅が狭くなるようなテーパ面が設けられている。
【００３３】
その後、開口部を有する金属膜３３上にシリコン窒化膜３４を形成し、その上に、有機膜３７の材料を塗布し、有機膜３７を形成する。この有機膜３７に対して、場所により露光量が異なるマスク、例えばハーフトーンマスクを用いてパターニングを施す。有機膜３７の材料としては、感光性レジストなどを用いることができる。
【００３４】
このハーフトーンマスクは、光を通さない遮光部と、光の一部を通す半透過部（比較的露光量が少ない）と、すべての光を通す透過部（比較的露光量が多い）とを有する。ハーフトーンマスクの透過部は、ゲート絶縁膜にコンタクトホールを形成する領域に対応して設けられており、遮光部は、ギャップ３５に対応して設けられており、半透過部は、ＭＩＭ構造を形成する領域に対応して設けられている。
【００３５】
このハーフトーンマスクを用いて露光すると、透過部においてはすべての露光光が通過し、半透過部においては一部の露光光が通過する。一方、遮光部においては露光光が通過しない。露光後の有機膜に現像処理を施すと、透過部に対応する部分３７ａの有機膜３７はほとんど除去される。また、半透過部に対応する部分３７ｃの有機膜３７は部分的に除去される。また、遮光部に対応する部分３７ｂの有機膜３７はほぼ全て残存する。このようにして、図７（ａ）に示すようにそれぞれ厚さの異なる部分３７ａ〜３７ｃを有する有機膜３７が一つのマスク工程で形成される。
【００３６】
次いで、図７（ｂ）に示すように、有機膜３７をマスクとして開口部分３７ａで露出したシリコン窒化膜３４に対してドライエッチングを行ってコンタクトホール３８を形成する。なお、このドライエッチングは、コンタクトホールを形成する領域のシリコン窒化膜３４を除去するために行うので、その目的を達成できる範囲内で使用ガスや条件を適宜変更することができる。
【００３７】
次いで、図７（ｃ）に示すように、有機膜３７に対してドライエッチングを行って、有機膜３７の全体の厚さを減少させて、ＭＩＭ形成領域Ｘのシリコン窒化膜３４を露出させる（開口部形成）。このとき、ＭＩＭ形成領域Ｘのシリコン窒化膜３４上に有機膜３７が残存する場合には、アッシングなどにより有機膜３７を除去するのが好ましい。
【００３８】
なお、このドライエッチングは、ＭＩＭを形成する領域上の有機膜３７を除去するために行うので、その目的を達成できる範囲内で使用ガスや条件を適宜変更することができる。また、露出したシリコン窒化膜３４（ＭＩＭ形成領域）は、ＥＰＤ（End Point Detector）により検出することができる。また、ドライエッチングを誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）モードや反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）モードで行うことにより、有機膜３７の厚さを均一に減少させることができるので、ドライエッチング後に凹凸形状を維持することができる。
【００３９】
次いで、図８（ａ）に示すように、厚さを減少させた有機膜３７ｄをマスクとして、露出したシリコン窒化膜３４（ＭＩＭ形成領域Ｘ）をドライエッチングして、ＭＩＭ形成領域Ｘのシリコン窒化膜３４に凹部３９を形成する。なお、このドライエッチングは、凹部３９を形成する領域のシリコン窒化膜３４を除去するために行うので、その目的を達成できる範囲内で使用ガスや条件を適宜変更することができる。
【００４０】
次いで、図８（ｂ）に示すように、シリコン窒化膜３４上の有機膜を除去して、シリコン窒化膜３４上にゲートバス層３６を形成する。このとき、コンタクトホール３８領域でソース・ドレイン電極用の金属膜３３とゲートバス層３６とが接続する。その後、図８（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程によりゲートバス層３６をパターニングする。このようにして、ＥＳＤ保護回路としてＭＩＭ２３を有する構造を形成することができる。
【００４１】
上述した方法によれば、ＴＦＴを用いてＥＳＤ保護回路を構成する場合に比べてマスク工程を増加することなく、ＭＩＭを用いたＥＳＤ保護回路を作製することができる。
【００４２】
このようにしてアレイ基板を作製し、通常の方法により対向基板を作製し、これらのアレイ基板と対向基板とを用いてアセンブリしてアクティブマトリクス型液晶表示装置を作製する。
【００４３】
本発明は上記実施の形態に限定されず、その条件、材料、使用ガスなどについては種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態において使用した材料や構造に限定なく、その機能を発揮することができる代替材料や代替構造を用いても良い。すなわち、上記実施の形態では、層間絶縁膜としてシリコン酸化膜を用い、ゲート絶縁膜としてシリコン窒化膜を用いた場合について説明しているが、本発明においては、等価な機能を発揮するのであれば、他の材料を用いても良い。また、各膜の厚さは、それぞれの膜の機能を発揮するならば特に制限はない。
【００４４】
また、上記実施の形態においては、ハーフトーンマスクを用いた場合について説明しているが、本発明においては、遮光部、透過部、半透過部（解像度限界以下の微小パターン部）を有する回折マスクを使用して、厚膜部及び開口部を有する有機膜を形成しても良い。なお、この回折マスクの場合、露光機の解像限界以下の小さいパターンを形成し、この部分を半透過部とする。この小さいパターンで光が回折することにより、弱い光がマスクを透過する。
【００４５】
以上説明したように本発明は、ＥＳＤ保護回路としてＭＩＭ構造を使用しているので、ＴＦＴの飽和領域を用いる場合よりも望ましい特性を発揮するＭＩＭをより小さい占有面積に形成することができ、デバイスの省スペース化、高集積化を実現することができる。
【００４６】
また、本発明は、ＥＳＤ保護回路にＭＩＭを用いるので、より簡単な工程でより小さい領域にＥＳＤ保護回路を形成することができる。また、この場合において、場所により露光量が異なるマスクを用いることにより、マスク工程を増加させることなくＥＳＤ保護回路を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
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ことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、従来のＥＳＤ保護回路を示す図であり、（ａ）は等価回路を示し、（ｂ）はＥＳＤ保護回路の配線を示す図である。
【図２】図２は、図１（ｂ）におけるII−II線に沿う断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施の形態に係るＥＳＤ保護回路を示す図であり、（ａ）は等価回路を示し、（ｂ）はＥＳＤ保護回路の配線を示す図である。
【図４】図４は、図３（ｂ）におけるIV−IV線に沿う断面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施の形態に係るＥＳＤ保護回路の電流−電圧特性を示す図である。
【図６】図６は、従来のＥＳＤ保護回路の電流−電圧特性を示す図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施の形態に係るＥＳＤ保護回路を製造する工程を示す図である。
【図８】図８（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施の形態に係るＥＳＤ保護回路を製造する工程を示す図である。
【図１】
2007518119.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2007518119.tif 000009
【図８】
2007518119.tif 000010
【国際調査報告】
2007518119.tif 000011
2007518119.tif 000012
2007518119.tif 000013