(57)【要約】【課題】      アクティブマトリクス型の表示装置の構成に関する。【解決手段】  ガラス基板上に形成された下地膜と、前記下地膜上に形成された半導体層と、前記半導体層上に形成されたゲイト絶縁膜と、前記ゲイト絶縁膜上に形成されたゲイト電極と、前記ゲイト絶縁膜及び前記ゲイト電極上に形成された窒化珪素膜と、前記ゲイト絶縁膜及び前記窒化珪素膜を貫通している第１のコンタクトホールにおいて前記半導体層に接続された電極と、前記窒化珪素膜及び前記電極上に形成された有機樹脂膜と、前記有機樹脂膜を貫通し、前記第１のコンタクトホールと重ならない第２のコンタクトホールにおいて前記電極に接続された画素電極と、を有することを特徴とする。【選択図】    図１
2005134925.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板上に形成された下地膜と、
前記下地膜上に形成された半導体層と、
前記半導体層上に形成されたゲイト絶縁膜と、
前記ゲイト絶縁膜上に形成されたゲイト電極と、
前記ゲイト絶縁膜及び前記ゲイト電極上に形成された窒化珪素膜と、
前記ゲイト絶縁膜及び前記窒化珪素膜を貫通している第１のコンタクトホールにおいて前記半導体層に接続された電極と、
前記窒化珪素膜及び前記電極上に形成された有機樹脂膜と、
前記有機樹脂膜を貫通し、前記第１のコンタクトホールと重ならない第２のコンタクトホールにおいて前記電極に接続された画素電極と、を有することを特徴とする表示装置。
【請求項２】
ガラス基板上に形成された下地膜と、
前記下地膜上に形成された半導体層と、
前記半導体層上に形成されたゲイト絶縁膜と、
前記ゲイト絶縁膜上に形成されたゲイト電極と、
前記ゲイト絶縁膜及び前記ゲイト電極上に形成された窒化珪素膜と、
前記ゲイト絶縁膜及び前記窒化珪素膜を貫通している第１のコンタクトホールにおいて前記半導体層に接続された電極と、
前記窒化珪素膜及び前記電極上に形成された、表面が平坦な層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜を貫通し、前記第１のコンタクトホールと重ならない第２のコンタクトホールにおいて前記電極に接続された画素電極と、を有することを特徴とする表示装置。
【請求項３】
ガラス基板上に形成された下地膜と、
前記下地膜上に形成された半導体層と、
前記半導体層上に形成されたゲイト絶縁膜と、
前記ゲイト絶縁膜上に形成されたゲイト電極と、
前記ゲイト絶縁膜及び前記ゲイト電極上に形成された窒化珪素膜と、
前記ゲイト絶縁膜及び前記窒化珪素膜を貫通している第１のコンタクトホールにおいて前記半導体層に接続された電極と、
前記窒化珪素膜及び前記電極上に、スピンコーティング法により形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜を貫通し、前記第１のコンタクトホールと重ならない第２のコンタクトホールにおいて前記電極に接続された画素電極と、を有することを特徴とする表示装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一において、前記画素電極には、透明導電膜が用いられていることを特徴とする表示装置。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか一において、前記画素電極には、ＩＴＯが用いられていることを特徴とする表示装置。
【請求項６】
ガラス基板上に下地膜を形成し、
前記下地膜上に半導体層を形成し、
前記半導体層上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
前記ゲイト絶縁膜及び前記ゲイト電極上に窒化珪素膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜及び前記窒化珪素膜を貫通し、前記半導体層に達する第１のコンタクトホールを形成し、
前記第１のコンタクトホールにおいて前記半導体層に接続された電極を形成し、
前記窒化珪素膜及び前記電極上に有機樹脂膜を形成し、
前記有機樹脂膜を貫通し、前記電極に達する第２のコンタクトホールを、前記第１のコンタクトホールと重ならないように形成し、
前記第２のコンタクトホールにおいて前記電極に接続された画素電極を形成することを特徴とする表示装置の作製方法。
【請求項７】
ガラス基板上に下地膜を形成し、
前記下地膜上に半導体層を形成し、
前記半導体層上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
前記ゲイト絶縁膜及び前記ゲイト電極上に窒化珪素膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜及び前記窒化珪素膜を貫通し、前記半導体層に達する第１のコンタクトホールを形成し、
前記第１のコンタクトホールにおいて前記半導体層に接続された電極を形成し、
前記窒化珪素膜及び前記電極上に、表面が平坦な層間絶縁膜を形成し、
前記層間絶縁膜を貫通し、前記電極に達する第２のコンタクトホールを、前記第１のコンタクトホールと重ならないように形成し、
前記第２のコンタクトホールにおいて前記電極に接続された画素電極を形成することを特徴とする表示装置の作製方法。
【請求項８】
ガラス基板上に下地膜を形成し、
前記下地膜上に半導体層を形成し、
前記半導体層上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
前記ゲイト絶縁膜及び前記ゲイト電極上に窒化珪素膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜及び前記窒化珪素膜を貫通し、前記半導体層に達する第１のコンタクトホールを形成し、
前記第１のコンタクトホールにおいて前記半導体層に接続された電極を形成し、
前記窒化珪素膜及び前記電極上に、スピンコーティング法により層間絶縁膜を形成し、
前記層間絶縁膜を貫通し、前記電極に達する第２のコンタクトホールを、前記第１のコンタクトホールと重ならないように形成し、
前記第２のコンタクトホールにおいて前記電極に接続された画素電極を形成することを特徴とする表示装置の作製方法。
【請求項９】
請求項６乃至８のいずれか一において、前記画素電極として、透明導電膜を用いることを特徴とする表示装置の作製方法。
【請求項１０】
請求項６乃至８のいずれか一において、前記画素電極として、ＩＴＯを用いることを特徴とする表示装置の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する発明は、アクティブマトリクス型の表示装置（特に液晶表示装置）の画素の構成に関する。さらにいうならば、画素電極と並列に接続される補助容量とブラックマトリクス（ＢＭ）の構成に関する。
また、広くブラックマトリクスを必要とするフラットパネルディスプレイの画素の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
アクティブマトリクス回路を有する表示装置が知られている。これは、画像データを伝達するための複数のソース配線と、それに交差するように配置され、スイッチング信号を伝達するための複数のゲイト配線と、それらの交差部に設けられた複数の画素を有する構造のもので、スイッチング素子としては通常、トランジスタ（特に薄膜トランジスタ）が用いられる。
【０００３】
画素は、スイッチングのためのトランジスタのみならず、画素電極をも有し、トランジスタのゲイト電極をゲイト配線に、ソースをソース配線に、ドレインを画素電極に接続した構造となる。なお、トランジスタの動作上はソース、ドレインの区別は定常のものではなく、通常の電気回路的な定義からすると信号によって変動するものであるが、以下の記述では、トランジスタに設けられた不純物領域のうち、単にソース配線に接続する方をソース、画素電極に接続する方をドレインと称する。
【０００４】
各画素にはトランジスタを一つ以上有する。特に２つ以上のトランジスタを直列に接続したものではトランジスタが非選択状態でもリーク電流が低減できるので有効である。このような場合でも上記の定義を適用し、ソース配線、画素電極のいずれにも接続しない不純物領域は特に定義しないものとする。
【０００５】
画素電極は液晶を挟んで対向する電極との間で容量（キャパシタ）を形成している。上記のトランジスタは、この容量に電荷を出し入れするスイッチング素子として機能する。しかし、実際の動作においては、この画素電極部分のみでは、容量が値が小さすぎ、十分な時間、必要な電荷を保持できない。そのため、別に補助の容量を設ける必要がある。
【０００６】
従来は、この補助容量（保持容量ともいう）を金属等の不透明な導電材料を別に設け、これと、画素電極もしくは半導体層との間とで容量を形成していた。通常は、次行のゲイト配線が対向電極として用いられた。しかし、画素面積が大きい場合にはゲイト配線を用いて形成された容量でも十分であったが、画素面積が小さくなると、本来のゲイト配線のみでは容量が不十分となり、補助容量の電極の面積を確保するためにゲイト配線を必要以上に拡げることが要求された。このような構造では、画素内に光を遮蔽する部分が存在することとなるので、開口率が低下してしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、実質的な開口率の低下をともなうことなく、十分な容量を得ることのできる画素の構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
特にアクティブマトリクス型の液晶表示装置においては、画素電極の周囲には、ブラックマトリクスという光を遮蔽する部材が必要とされる。
一般に、格子状に配置されたソース配線とゲイト配線が形成されている領域においては、その上部が盛り上がってしまう。
【０００９】
この結果、この部分における配向膜に対するラビング処理が上手くいかず、その部分での液晶分子の配向性が乱れてしまう。そしてこのことにより、画素の周辺部において、光が漏れたり、逆に光が十分に透過しなかったりする現象が現れてしまう。また、この部分において液晶に所定の電気光学的な動作を行わすことができなくなってしまう。
【００１０】
上記の現象が生じると、画素周辺の表示がぼやけたようになり、全体としての画像の鮮明さが失われてしまう。
この問題を解決するための構成として、画素電極の縁の部分を覆うように遮光膜を配置する構成がある。この遮光膜はブラックマトリクス（ＢＭ）と称されている。
【００１１】
本明細書で開示する第１の発明は、
（１）ソース配線およびゲイト配線を覆って可視光を遮蔽する電極（一定の電位に保持されるので、コモン電極と称する）が配置されている。
（２）画素電極の周辺部は前記コモン電極と重なっている。
（３）前記コモン電極は、前記画素電極と同一層の被膜を介して、ソース配線と同一層の配線と接続されている。
という特徴を有する。
【００１２】
上記の構成においては、画素電極およびトランジスタのソース、ドレインの一部以外の領域を全てコモン電極によって入射光から遮光することができる。特に、ソース配線やゲイト配線を完全に外部からシールドすることができる。このようにすることにより、ソース配線やゲイト配線に外部から電磁波が飛び込み、装置の誤動作や動作不良が生じてしまうことも防ぐことができる。
【００１３】
また開口率の低下の招かずに補助容量を形成することができる。これは、ブラックマトリクス自体は本来必要とされているものであり、本発明では、ブラックマトリクスとしても機能するコモン電極と画素電極の重なりの部分に補助容量を形成することができる。
上記構成において、画素電極はＩＴＯ（インディウム錫酸化物）等の透明導電膜で構成される。基本的な構成においては、画素電極は各画素に一つであるが、一つの画素において、画素電極を複数に分割する構成も採用してもよい。
【００１４】
画素電極の周囲の縁の部分と重なる形で配置されるコモン電極（ブラックマトリクス）は、チタンやクロムで構成される。上記の説明から明らかなようにコモン電極は、補助容量を構成する一方の電極としても機能する。
そのためには、コモン電極を外部と接続する必要がある。本発明では、その目的のために（３）の要件を設けた。すなわち、（３）の要件において、ソース配線と同一層の配線は外部の配線とのボンディング部分に接続した配線である。しかしながら、一般のプロセスにおいてはコモン電極の層と、上記の配線とを直接、コンタクトさせる工程は存在しない。そこで、本発明では、画素電極と同一層の被膜を仲介して、コモン電極と外部のボンディング部分とを電気的に接続させる。
【００１５】
コモン電極は、下層の配線部分と絶縁層（第１の絶縁層）を介して存在する。また、画素電極の層は、コモン電極と別の絶縁層（第２の絶縁層）を介して存在する。そこで、コモン電極上と、コモン電極の存在しない部分のそれぞれに、第２の絶縁層をエッチングしてコンタクトホールを形成する。さらに、連続的に第１の絶縁層をもエッチングし、コンタクトホールを形成する。その際には、コモン電極は後者のエッチング工程でエッチングされないことが望ましい。
【００１６】
以上の工程によって、コモン電極に達するコンタクトホール（第１のコンタクトホール）と、下層の配線に達するコンタクトホール（第２のコンタクトホール）が形成される。その後、透明導電性被膜を形成し、画素電極の形成と同一の工程でこれをエッチングし、第１のコンタクトホールと第２のコンタクトホールを接続する配線を該透明導電性被膜により構成する。かくして、コモン電極が外部の配線と接続される。
【００１７】
第２の発明の構成は、
（１）画素電極の周辺部に重ねて光を遮蔽するコモン電極が配置されている。
（３）前記画素電極と同一層の被膜よりなり、前記コモン電極および前記ソース配線と同一層の配線とコンタクトする被膜を有する。
た有機樹脂層に配置されている
という特徴を有する。第２の発明の作用、効果は、第１の発明に関して説明したものと同じである。
【００１８】
上記の第１もしくは第２の発明において、画素電極の層とコモン電極の間の絶縁層（第２の絶縁層）はポリイミド等の有機樹脂を用いて、その表面が平坦となるようにしてもよい。
また、上記の第１もしくは第２の発明において、画素電極の層とコモン電極の間の絶縁層（第２の絶縁層）は、高誘電材料としてもよい。特に、コモン電極がその表面に形成される絶縁層（第１の絶縁層）よりも高い誘電率のものを用いると良い。
【００１９】
画素電極とコモン電極の間に存在する絶縁層の誘電率が、コモン電極がその表面に形成される有機樹脂層の誘電率よりも高くすると、当然のことながら、補助容量を大きくできる。一般に、配線間の容量結合が大きくなるので、半導体回路においては絶縁層の誘電率を高くすることは避けられてきた。しかしながら、本発明においては、主たる配線であるソース配線、ゲイト配線はコモン電極によって遮蔽された状態にあり、該絶縁層を介して、画素電極と容量結合する配線は皆無である。したがって、該絶縁層を高誘電材料とすることに関しては全く問題がない。
【００２０】
また、ボンディングを強固なものとするには、上記の第１もしくは第２の発明において、ボンディングされる部分（ボンディングパッド）は、画素電極と同一層の被膜と、ソース配線と同一層の配線の多層構造とするとよい。
【発明の効果】
【００２１】
画素電極の周辺部を覆うブラックマトリクスと画素電極とを絶縁膜を介して一部重ねることにより、その部分を補助容量として構成することができる。このこと自体は、画素の開口率を低下させる要因ではない。また、絶縁膜を薄くすることができるので、その容量値を大きなものとすることができる。
【００２２】
本明細書に開示する発明は、アクティブマトリクス型の液晶電気光学装置のみではなく、画素電極とその周辺を覆うブラックマトリクスと、薄膜トランジスタに接続される補助容量とが必要とされるフラットパネルディスプレイ一般に利用することができる。このように本発明は工業上、有益である。
【実施例】
【００２３】
図１乃至図３に本明細書で開示する発明を利用したアクティブマトリクス型の液晶表示装置の画素の構成を示す。図１に本実施例の画素のＴＦＴ部分の作製工程断面図の概略を、また、図２に上記画素の各配線、コモン電極、画素電極、半導体層等の配置を示す。図２（Ａ）の点線Ｘ−Ｙに沿った断面を図１に示すが、図１は概念的なものであり、図２の配置とは厳密には同一ではない。さらに、図３は表示装置のコモン電極と下層の配線のコンタクト部分（層間コンタクト領域）、外部引き出し端子（ボンディングされる部分、端子領域）およびＴＦＴ領域の作製工程断面図を示す。図中の番号は全ての図において対応する。
【００２４】
なお、図１乃至図３に示されているのは、薄膜トランジスタが配置された基板側の構成のみであり、実際には、対向する基板（対向基板）も存在し、対向基板と図１に示す基板との間に液晶が数μｍの間隔を有して保持される。
以下、作製工程を説明する。図１（Ａ）に示すように、下地の酸化珪素膜（図示せず）の設けられたガラス基板１１上にはトランジスタの半導体層（活性層）１２が設けられる。
【００２５】
活性層１２は、非晶質珪素膜を加熱またはレーザー光の照射によって、結晶化させた結晶性珪素膜で構成される。活性層１２を覆って、ゲイト絶縁膜１３が形成される。ゲイト絶縁膜１３の材料としては、酸化珪素もしくは窒化珪素が好ましく、例えば、プラズマＣＶＤ法によって形成された酸化珪素膜を用いればよい。ゲイト絶縁膜上には、公知のスパッタ法によりアルミニウム−チタン合金によってゲイト配線（ゲイト電極）１４が形成される。（図１（Ａ）、図３（Ａ））
【００２６】
この状態での画素部分の回路の配置を図２（Ａ）に示す。（図２（Ａ））
次にゲイト配線をマスクとして公知のイオンドーピング法によって活性層にＮ型もしくはＰ型の不純物を導入し、不純物領域１５を形成する。不純物導入後、必要によっては、熱アニールもしくはレーザーアニール等によって不純物の活性化（半導体膜の再結晶化）をおこなってもよい。
以上の工程の後，窒化珪素膜（もしくは酸化珪素膜）１６をプラズマＣＶＤ法で堆積する。これは第１の層間絶縁物として機能する。（図１（Ｂ）、図３（Ｂ））
【００２７】
次に、第１の層間絶縁物１６に不純物領域１５に達するコンタクトホールを形成する。そして、公知のスパッタ法によりチタンとアルミニウムの多層膜を形成し、これをエッチングして、ソース配線１７ａおよびドレイン電極１７ｂ、さらに、ボンディングパッドに接続する配線１７ｃを形成する。図３においては、配線１７ｃは端子領域と層間コンタクト領域の双方に記載されているが、これは同一のものである。
以上の工程の後，窒化珪素膜（もしくは酸化珪素膜）１８をプラズマＣＶＤ法で堆積する。これは第２の層間絶縁物として機能する。（図１（Ｃ）、図３（Ｃ））
【００２８】
この状態での画素部分の回路の配置を図２（Ｂ）に示す。（図２（Ｂ））
次に、公知のスパッタ法により、クロム膜を形成し、これをエッチングして、コモン電極２２を形成する。クロム以外にチタンを用いてもよい。
この状態での画素部分の回路の配置を図２（Ｃ）に示す。図からわかるように、コモン電極はソース配線とゲイト配線を覆うように形成される。（図２（Ｃ））
【００２９】
さらに、スピンコーティング法によりポリイミドの有機樹脂層２０を形成する。その厚さは、コモン電極の厚さより厚いことが必要であるが、典型的には、０．５〜１μｍとするとよい。この場合、コモン電極上の部分での厚さは０．３μｍ以上とできる。そして、有機樹脂層にコンタクトホール２１を形成する。ここで、コンタクトホール２１ａは画素電極とＴＦＴを接続するコンタクトを形成するものである。また、コンタクトホール２１ｂはボンディングする部分の開口部分である。さらに、コンタクトホール２１ｃおよび２１ｄは、本発明のコモン電極と下層配線とを接続する配線を設けるためのコンタクトホールである。（図１（Ｄ）、図３（Ｄ））
【００３０】
さらに、エッチングを進め、第２の層間絶縁膜１８をもエッチングする。この工程によって、コンタクトホール２１ａ、２１ｂおよび２１ｄでは下層の配線１７に達する。しかしながら、コンタクトホール２１ｃにおいては、コモン電極１９がエッチングストッパーとなり、それ以上、エッチングが進行しない。
次に、公知のスパッタ法により、ＩＴＯ膜を形成し、これをエッチングして、画素電極２２ａ、２２ｂおよび２２ｃ、ボンディング部の表面の保護膜２２ｄおよび層間接続配線２２ｅを形成する。
【００３１】
画素電極２２ｃは当該トランジスタの画素電極であり、画素電極２２ａおよび２２ｂは隣接する画素電極である。本実施例では、保護膜２２ｄは配線１７ｃとのみコンタクトし、層間接続配線２２ｅは配線１７ｃおよびコモン電極１９のみとコンタクトするものとする。
【００３２】
画素電極２２ａ乃至２２ｂがコモン電極１９と重なる部分には、有機樹脂層２０を介して、容量２３ａ、２３ｂ、２３ｃが、それぞれ形成される。コンタクトホール２１ｂ（ボンディングパッド）においては、ボンディング配線２４を接続する。該部分では配線１７ｃと透明導電性被膜の保護膜２２ｄが多層に設けれており、保護膜２２ｄは表面が外気によって劣化しないので、いつでも安定したボンディングができる。（図１（Ｅ）、図３（Ｅ））
【００３３】
この状態での画素部分の回路の配置を図２（Ｄ）に示す。なお、図においては画素電極および画素電極とコモン電極の重なりの部分（すなわち、容量の存在する部分）の位置を分かりやすくするため、網掛けで示す。図からわかるように、画素電極はコモン電極に重なるように形成され、コモン電極がブラックマトリクスとして機能する。例えば、強光の照射による電荷の発生や蓄積を防ぐこともできる。
【００３４】
また、単なる遮光のみではなく、コモン電極１９は、外部からの電磁波に対するシールドとしても機能する。即ち、ゲイト配線１４やソース配線１７ａがアンテナとなることによる不要な信号の侵入を防ぐ機能も有する。（図２（Ｄ））
なお、図２（Ｃ）に明らかなように、コモン電極１９は、薄膜トランジスタのチャネルをも覆うように配置されている。これは、薄膜トランジスタに光が照射されることによって、その動作に影響が出ることを防ぐためである。
【００３５】
ここでは、有機樹脂層２０を単層にした構成を示したが、多層構造にしてもよい。また、無機材料やより誘電率の高い材料により構成してもよい。なぜならば、有機樹脂層に相当する絶縁層を介して画素電極と下層の配線が容量結合することは全くないからである。有機樹脂層２０に相当する絶縁層を高誘電材料とすると補助容量を高くする上で効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の１実施例の作製工程断面図を示す。
【図２】実施例の配線等の配置を示す。
【図３】実施例の作製工程断面図を示す。
【符号の説明】
【００３７】
１１            ガラス基板
１２            活性層
１３            ゲイト絶縁膜
１４            ゲイト配線（ゲイト電極）
１５            不純物領域
１６            第１の層間絶縁物
１７            ソース配線およびそれと同一層配線
１８            第２の層間絶縁物
１９            コモン電極  
２０            有機樹脂層
２１            コンタクトホール
２２            画素電極およびそれと同一層配線
２３            補助容量
２４            ボンディングされた配線
【図１】
2005134925.tif 000003
【図２】
2005134925.tif 000004
【図３】
2005134925.tif 000005