(57)【要約】【課題】クロストークやフリッカ等の表示不良を良好に抑えることができる小画素面積もしくは高精細化された液晶表示装置及びその製造方法を提供すること。【解決手段】本発明の液晶表示装置は、透明基板１１上にマトリクス状に設けられた複数の信号線１７及び走査線１６と、前記走査線に平行に設けられた補助容量線１８と、薄膜トランジスタＴＦＴと、前記薄膜トランジスタＴＦＴのドレイン電極Ｄに電気的に接続された画素電極２０とを備えた液晶表示装置１０において、走査線１６及び補助容量線１８と信号線１７との交差部は、それぞれゲート絶縁膜２５１、２５２及び半導体層１９１、１９２により分離されているとともに、画素電極２０が位置する部分の補助容量線１８の表面にはゲート絶縁膜２５よりも厚さが薄い絶縁層２６を介して前記薄膜トランジスタＴＦＴのドレイン電極Ｄが延在されていることを特徴とする。【選択図】      図２
2007121793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上にマトリクス状に配置された複数の信号線及び走査線と、前記走査線間に平行に設けられた複数の補助容量線と、前記信号線及び走査線の交点近傍に設けられた薄膜トランジスタと、前記信号線及び走査線により区画されるそれぞれの位置に配置されるとともに前記薄膜トランジスタのドレイン電極に電気的に接続された画素電極とを備えた液晶表示装置において、
前記走査線と信号線の交差部及び補助容量線と信号線の交差部はそれぞれゲート絶縁膜及び互いに独立して設けられた半導体層により分離されており、
更に、前記補助容量線の表面には前記ゲート絶縁膜の厚さよりも薄い絶縁層を介して前記薄膜トランジスタのドレイン電極が延在されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記ゲート絶縁膜及び絶縁層は同一の材料からなることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記ゲート絶縁膜は複層構造を有し、前記絶縁層は前記複層構造のゲート絶縁膜の少なくとも一層と同一の材料からなることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記ゲート絶縁膜の厚さは２５００〜５５００Åであり、前記絶縁層の厚さは５００〜１５００Åであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記画素電極と前記ドレイン電極との間には層間絶縁膜が形成されており、前記層間絶縁膜の前記補助容量線上に位置する部分にはコンタクトホールが形成されており、前記コンタクトホールを介して前記画素電極と前記ドレイン電極の前記補助容量線上に延在された部分とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記画素電極の前記薄膜トランジスタ及び補助容量線上に位置する背面、あるいは、前記画素電極の背面全域を覆うように反射板が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項７】
透明基板上に薄膜トランジスタのゲート電極に連なる走査線及び補助容量線を互いに平行に複数本配設する工程と、
前記透明基板上の全面を覆うようにゲート絶縁膜及び半導体層を順次形成する工程と、
前記半導体層を、前記ゲート電極の表面、前記走査線及び補助容量線と信号線の交差部に対応する位置を残して、選択的に除去する工程と、
露出している前記ゲート絶縁膜の一部をエッチングにより除去して前記ゲート絶縁膜の厚さよりも薄い絶縁層を形成する工程と、
前記走査線及び補助容量線上に位置する半導体層と前記絶縁層の表面に前記走査線に直交する方向に複数本の信号線を設け、前記走査線及び信号線の交点近傍に薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極を設けるとともに、前記ドレイン電極を前記補助容量線上の絶縁層を被覆するように延在させて補助容量を形成する工程と、
前記走査線及び信号線に囲まれた複数の領域のそれぞれに画素電極を形成するとともに、前記画素電極を前記薄膜トランジスタのドレイン電極に電気的に接続する工程と、
を含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項８】
前記ゲート絶縁膜は同一原料を用いてそれぞれの層毎に基板温度を変えることによって複層構造としたことを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項９】
前記基板温度は、最初のゲート絶縁膜の形成時が最も高く、更なるゲート絶縁膜の形成時に順次低くなるようにしたことを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項１０】
前記ゲート絶縁膜は同一原料を用いてそれぞれの層毎に周囲の雰囲気ガスの成分を換えることにより組成の異なる複層構造としたことを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項１１】
前記ゲート絶縁膜の厚さを２５００〜５５００Åとし、前記絶縁層の厚さを５００〜１５００Åとしたことを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項１２】
前記画素電極を形成する前に、前記透明基板の表面全体に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜の前記補助容量線上に位置する部分にコンタクトホールを設ける工程を含み、前記画素電極の形成時にコンタクトホールを介して前記ドレイン電極と前記画素電極とを電気的に接続するようにしたことを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項１３】
前記画素電極を形成する前に、前記画素電極の薄膜トランジスタ及び補助容量線に対応する位置の背面、あるいは、前記画素電極の背面全域を覆うように反射板を形成する工程を更に備えることを特徴とする請求項７〜１２のいずれかに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、特に画素ごとの開口率を減少させることなく補助容量電極の容量を増大させた、比較的小さな画素面積ないしは高精細化に好適な液晶表示装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報通信機器のみならず一般の電気機器においても液晶表示装置が多く利用されている。液晶表示装置は、表面に電極等が形成された一対のガラス等からなる基板と、この一対の基板間に形成された液晶層と、からなり、基板上の電極に電圧が印加されることにより、液晶分子を再配列することで光の透過率を可変して種々の映像を表示するものである。
【０００３】
このような液晶表示装置は、その表面にマトリクス状に走査線及び信号線を形成し、この両配線により囲まれた領域に液晶駆動用のスイッチング素子である薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor ：ＴＦＴ）、液晶に電圧を印加する表示電極及び信号を保持するための補助容量を形成する補助容量線が形成されたアレイ基板と、表面に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）等のカラーフィルタ及び共通電極等が形成されたカラーフィルタ基板とからなり、両基板間に液晶が封入された構成を備えている。
【０００４】
アレイ基板に形成される補助容量線は、信号線から供給される信号の電荷を一定期間保持する補助容量を形成するために設けられるものであり、補助容量はこの補助容量線とＴＦＴのドレイン電極ないしは画素電極の一部を電極とし、ＴＦＴのゲート電極を覆うゲート絶縁膜を誘電体としてコンデンサを形成することにより設けられている。なお、この補助容量線は一般的にアルミニウム、モリブデンあるいはクロムなどの遮光性導電部材から形成されている。
【０００５】
ところで、この補助容量は、液晶表示装置のクロストークあるいはフリッカを防止する観点から、容量を多くする必要があるが、近年の技術革新に伴って液晶表示装置の小型化・高精細化が進展したことにより個々の画素サイズが小さくなったため、画素ごとの開口率を考慮すると補助容量を多くとるために補助容量線自体を太くすることは現実的に困難である。
【０００６】
上記のような問題点を解決するものとして、下記特許文献１に開示された液晶表示装置のアレイ基板７０を図４を用いて説明する。なお、図４（ａ）はアレイ基板の平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
【０００７】
この液晶表示装置のアレイ基板７０は、図４に示すように、透明な絶縁基板７１上にアルミニウム、クロム、モリブデン、窒化クロム、窒化モリブデンまたはこれらの合金などの導電物質からなる走査線７２、補助容量線７３及び長方形の補助容量パターン７４が形成されている。走査線７２は薄膜トランジスタＴＦＴのゲート電極Ｇに接続されており、補助容量パターン７４は補助容量線７３に接続されている。
【０００８】
絶縁基板７１上には窒化ケイ素または酸化ケイ素のような絶縁物質からなる厚さ２５００〜４５００Åのゲート絶縁膜７５が走査線７２、補助容量線７３及び補助容量パターン７４を覆っている。ゲート絶縁膜７５上にはゲート電極Ｇと重なり、非晶質シリコンなどからなる半導体パターン７６が形成されている。半導体パターン７６の一部とゲート絶縁膜７５上には導電物質からなる信号線７７及び補助容量用導電パターン７８が形成されている。信号線７７は縦方向に延びており、ＴＦＴのソース電極Ｓを兼ねている。
【０００９】
補助容量用導電パターン７８はこのような信号線７７と同一層に島形状で形成されており、ゲート絶縁膜７５を介してその下部に位置する補助容量パターン７４と重なって補助容量を形成する。この時、補助容量用導電パターン７８は後述する画素電極７９と電気的に接続されている。
【００１０】
そして、このような信号線７７、補助容量用導電パターン７８及び半導体パターン７６を窒化ケイ素または酸化ケイ素のような絶縁物質からなる５００〜２０００Å厚さの保護絶縁膜８０が覆っている。保護絶縁膜８０にはドレイン電極Ｄの上部にコンタクトホール８１が形成されており、補助容量用導電パターン７８の上部に開口８２が設けられている。そして、保護絶縁膜８０上には画素電極７９が形成され、コンタクトホール８１を介して画素電極７９とドレイン電極Ｄとが電気的に接続されているとともに、開口８２を介して補助容量用導電パターン７８と画素電極７９とが接続され、結果として補助容量用導電パターン７８とドレイン電極Ｄとが画素電極７９を介して電気的に接続される。この画素電極７９はＩＴＯ（Indium Tin Oxide）またはＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）のような透明導電物質で形成されている。
【００１１】
このような従来技術において、画素電極７９は、補助容量線７３及び補助容量用導電パターン７８と重なるが、補助容量線７３とは保護絶縁膜８０及びゲート絶縁膜７５を間に置いて補助容量を形成し、また、画素電極７９は補助容量用導電パターン７８に電気的に接続されているが、補助容量用導電パターン７８は補助容量パターン７４とゲート絶縁膜７５を隔てて他の補助容量を形成する。この場合、補助容量用導電パターン７８と補助容量パターン７４の間に介在しているゲート絶縁膜７５の厚さが薄いために、補助容量パターン７４が画素電極７９と重なって補助容量を形成する場合に比べて同一の重畳面積を有しても更に大きい静電容量を確保することができる。したがって、下記特許文献１に開示されている液晶表示装置においては、補助容量パターン７４及び補助容量線７３の面積を広げなくても静電容量を増加させることができるので、静電容量対比開口率を向上させることができるというものである。
【特許文献１】特表２００５−５０６５７５号公報（図８、図９、段落［００６９］〜［００８５］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記特許文献１に開示された液晶表示装置のアレイ基板７０においては、静電容量（補助容量）が、補助容量用導電パターン７８と補助容量パターン７４とを電極とし、その間に設けられているゲート絶縁膜７５を誘電体としており、このゲート絶縁膜７５の厚さは薄いとされているが、それでもゲート絶縁膜７５の厚さは２５００〜４５００Åともあるため、クロストークあるいはフリッカ等の表示不良を抑制するのに十分な補助容量を確保するためには、やはり遮光性の導電物質からなる補助容量パターン７４の面積を大きくせざるを得ない。すなわち、上記特許文献１に開示された液晶表示装置のアレイ基板７０において、補助容量を大きくするにはゲート絶縁膜７５の厚さを薄くすることによっても可能であるが、ゲート絶縁膜７５の厚さそのものをより薄くするとゲート絶縁膜７５によって覆われるゲート電極Ｇや走査線７２と他の部材との間の電気的絶縁性を保つことが困難となるため、直ちには採用し難い。
【００１３】
本願の発明者らは、上記の問題点に鑑み、補助容量を形成するコンデンサの効率をより高くする方法を種々検討した結果、この補助容量を形成するコンデンサの電極となる補助容量線と画素電極との間の距離、あるいは、補助容量線と画素電極に接続されたドレイン電極との距離をより短くするために、両者間に介在するゲート絶縁膜に換えてゲート絶縁膜よりも厚さが薄い絶縁層を介在させれば、両電極間距離をより縮めることができ、もって補助容量コンデンサの容量を増大させることができることを見出し、本発明に至ったものである。
【００１４】
すなわち、本発明の目的は、画素ごとの開口率を低下させることなく、しかもクロストークやフリッカ等の表示不良を抑制することができる、小画素面積もしくは高精細化した画素を有する液晶表示装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の上記第１の目的は以下の構成により達成し得る。すなわち、請求項１に係る液晶表示装置の発明は、透明基板上にマトリクス状に配置された複数の信号線及び走査線と、前記走査線間に平行に設けられた複数の補助容量線と、前記信号線及び走査線の交点近傍に設けられた薄膜トランジスタと、前記信号線及び走査線により区画されるそれぞれの位置に配置されるとともに前記薄膜トランジスタのドレイン電極に電気的に接続された画素電極とを備えた液晶表示装置において、
前記走査線と信号線の交差部及び補助容量線と信号線の交差部はそれぞれゲート絶縁膜及び互いに独立して設けられた半導体層により分離されており、
更に、前記補助容量線の表面には前記ゲート絶縁膜の厚さよりも薄い絶縁層を介して前記薄膜トランジスタのドレイン電極が延在されていることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の液晶表示装置において、前記ゲート絶縁膜及び絶縁層は同一の材料からなることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項３に係る発明は、請求項１に記載の液晶表示装置において、前記ゲート絶縁膜は複層構造を有し、前記絶縁層は前記複層構造のゲート絶縁膜の少なくとも一層と同一の材料からなることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項４に係る発明は、請求項１に記載の液晶表示装置において、前記ゲート絶縁膜の厚さは２５００〜５５００Åであり、前記絶縁層の厚さは５００〜１５００Åであることを特徴とする
また、請求項５に係る発明は、請求項１に記載の液晶表示装置において、前記画素電極と前記ドレイン電極との間には層間絶縁膜が形成されており、前記層間絶縁膜の前記補助容量線上に位置する部分にはコンタクトホールが形成されており、前記コンタクトホールを介して前記画素電極と前記ドレイン電極の前記補助容量線上に延在された部分とが電気的に接続されていることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の液晶表示装置において、前記画素電極の前記薄膜トランジスタ及び補助容量線上に位置する背面、あるいは、前記画素電極の背面全域を覆うように反射板が形成されていることを特徴とする。
【００２０】
更に、本発明の上記第２の目的は以下の方法により達成し得る。すなわち、請求項７に係る液晶表示装置の製造方法の発明は、
透明基板上に薄膜トランジスタのゲート電極に連なる走査線及び補助容量線を互いに平行に複数本配設する工程と、
前記透明基板上の全面を覆うようにゲート絶縁膜及び半導体層を順次形成する工程と、
前記半導体層を、前記ゲート電極の表面、前記走査線及び補助容量線と信号線の交差部に対応する位置を残して、選択的に除去する工程と、
露出している前記ゲート絶縁膜の一部をエッチングにより除去して前記ゲート絶縁膜の厚さよりも薄い絶縁層を形成する工程と、
前記走査線及び補助容量線上に位置する半導体層と前記絶縁層の表面に前記走査線に直交する方向に複数本の信号線を設け、前記走査線及び信号線の交点近傍に薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極を設けるとともに、前記ドレイン電極を前記補助容量線上の絶縁層を被覆するように延在させて補助容量を形成する工程と、
前記走査線及び信号線に囲まれた複数の領域のそれぞれに画素電極を形成するとともに、前記画素電極を前記薄膜トランジスタのドレイン電極に電気的に接続する工程と、
を含むことを特徴とする。
【００２１】
また、請求項８に係る発明は、請求項７に記載の液晶表示装置の製造方法において、前記ゲート絶縁膜は同一原料を用いてそれぞれの層毎に基板温度を変えることによって複層構造としたことを特徴とする。
【００２２】
また、請求項９に係る発明は、請求項８に記載の液晶表示装置の製造方法において、前記基板温度は、最初のゲート絶縁膜の形成時が最も高く、更なるゲート絶縁膜の形成時に順次低くなるようにしたことを特徴とする。
【００２３】
また、請求項１０に係る発明は、請求項７に記載の液晶表示装置の製造方法において、前記ゲート絶縁膜は同一原料を用いてそれぞれの層毎に周囲の雰囲気ガスの成分を換えることにより組成の異なる複層構造としたことを特徴とする。
【００２４】
また、請求項１１に係る発明は、請求項７に記載の液晶表示装置の製造方法において、前記ゲート絶縁膜の厚さを２５００〜５５００Åとし、前記絶縁層の厚さを５００〜１５００Åとしたことを特徴とする。
【００２５】
また、請求項１２に係る発明は、請求項７に記載の液晶表示装置の製造方法において、前記画素電極を形成する前に、前記透明基板の表面全体に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜の前記補助容量線上に位置する部分にコンタクトホールを設ける工程を含み、前記画素電極の形成時にコンタクトホールを介して前記ドレイン電極と前記画素電極とを電気的に接続するようにしたことを特徴とする。
【００２６】
また、請求項１３に係る発明は、請求項７〜１２のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法において、前記画素電極を形成する前に、前記画素電極の薄膜トランジスタ及び補助容量線に対応する位置の背面、あるいは、前記画素電極の背面全域を覆うように反射板を形成する工程を更に備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は上記構成を備えることにより、以下に示すような優れた効果を奏する。すなわち、本願の請求項１に係る発明によれば、補助容量線の表面に設けられた絶縁層を介して画素電極に接続されたドレイン電極が設けられているが、この絶縁膜の厚さはゲート絶縁膜の厚さよりも薄く、この絶縁層が補助容量の誘電体層を形成するため、補助容量を飛躍的に大きくでき、以って補助容量線の面積を大きくすることなく、クロストークやフリッカ等の表示不良を抑制することができる液晶表示装置が得られる。
【００２８】
すなわち、ゲート絶縁膜は本来層間の絶縁性を保つ目的で透明基板全体にわたって均一の厚さに設けられるが、特にＴＦＴのゲート電極上、走査線及び補助容量線と信号線の交差部では静電耐圧を維持するためにゲート絶縁膜の厚さを薄くすることは不可能である。しかしながら、請求項１に係る発明では、ゲート電極上、走査線及び補助容量線と信号線の交差部では静電耐圧を維持するために必要なゲート絶縁膜の厚さを確保した上で、少なくとも補助容量線の表面に絶縁層を薄く形成したから、他の構成に何ら悪影響を与えることなく上述した効果を奏することが可能となる。
【００２９】
また、走査線及び補助容量線と信号線の交差部にはゲート絶縁膜の表面に半導体を設けたから、エッチングの際にこの半導体層をマスクとして利用できるようになるとともに、この半導体層の存在により静電気の局部集中が生じないようになるため、静電耐圧が向上する。なお、半導体層としてはアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）又はポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）を用いることができるが、形成温度が低いことからａ−Ｓｉを用いる方がよい。
【００３０】
また、請求項２及び３に係る発明によれば、従来例と同様に透明基板全体にゲート絶縁膜を形成した後に、必要な部分のみゲート絶縁膜の厚さを薄くした絶縁層を形成できるので、特に工数を増やすことなく請求項１に係る発明の効果を奏することができる液晶表示装置が得られる。
【００３１】
また、請求項４に係る発明によれば、ゲート絶縁膜の厚さが２５００〜５５００Åと絶縁性を損なわない程度の肉厚が保たれているとともに、絶縁層は５００〜１５００Åと薄肉になっているので、補助容量を従来例と比較すると大幅に大きくすることができる。なお、ゲート絶縁膜の厚さとしてはより好ましくは２８００Å以上とし、絶縁層の厚さはより好ましくは１０００Å前後とするとよい。
【００３２】
また、請求項５に係る発明によれば、走査線、信号線及び薄膜トランジスタ等の各種配線が形成された後に層間絶縁膜によってこれらの配線が覆われることとなるが、画素電極は、この層間膜の表面に設けられているため、表面が平らになる。そのため、液晶表示装置のセルギャップを均一にすることができ、表示画質の良好な液晶表示装置が得られる。更に、画素電極は、補助容量線上に設けたコンタクトホールを介してドレイン電極と電気的に導通させたので、このコンタクトホール上のセルギャップがその周囲のセルギャップとは相違しても、このセルギャップの部分は遮光性のドレイン電極によりバックライトからの光を遮光するので、表示品質に悪影響が出ることはない。
【００３３】
また、請求項６に係る発明によれば、画素電極の薄膜トランジスタ及び補助容量線に対応する位置の背面に反射板を設ければ簡単に半透過型の液晶表示装置とすることができ、更には、画素電極の背面全域を覆うように反射板を設ければ簡単に反射型の液晶表示装置とすることができる。
【００３４】
更に、請求項７に係る発明によれば、請求項１に係る発明の効果を奏する液晶表示装置を容易に製造することができることに加えて、ゲート絶縁膜及び半導体層を順次連続的に成膜したために、ゲート絶縁膜の成膜及びエッチング工程を行った後に半導体層の成膜を行う方法と比較すれば、基板の周囲を常圧状態から真空状態に保持する工程を１回少なくすることができるとともに、補助容量線の表面に絶縁層を残した半導体層をマスクとしてエッチングにより形成することができるため、リソグラフィー工程を１回少なくすることができ、しかも、ゲート絶縁膜のエッチング工程で生じるコンタミネーションの影響を受け難くなるためにＴＦＴの特性が悪化することが少なくなる。
【００３５】
また、請求項８及び９に係る発明によれば、複層構造のゲート絶縁膜形成時に、単に周囲雰囲気を変更せずに単に基板温度を変えることによりそれぞれ組成が実質的に同一であるが物性が異なる複層構造のゲート絶縁膜を形成することができ、しかもこの物性の差異を利用してエッチングにより所定厚さの絶縁層のみを簡単に残すことができる。したがって、複層のゲート絶縁膜形成時に、各膜毎にエッチング処理を行わなくてもよいので、各膜の表面の汚染を避けることができるだけでなく、短時間に所定の絶縁膜及びゲート絶縁膜を形成することができるようになる。この場合、ゲート絶縁膜形成材料として窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸化アルミニウム等を使用し得る。
【００３６】
また、請求項１０に係る発明によれば、複層構造のゲート絶縁膜の形成時に、同一のゲート絶縁膜生成材料を用いて単に周囲雰囲気を変えることにより、異なる組成の薄膜からなる複層構造のゲート絶縁膜を形成することができ、しかもこの組成の差異に基づく物性の差異を利用してエッチングにより補助容量線の表面の絶縁層のみを残すことができる。したがって、複層のゲート絶縁膜形成時に、各膜毎にエッチング処理を行わなくてもよいので、各膜の表面の汚染を避けることができるだけでなく、短時間に所定の絶縁膜及びゲート絶縁膜を形成することができるようになる。この異なる組成の薄膜からなる複層構造のゲート絶縁膜は、窒化ケイ素層及び酸化ケイ素層からなることが好ましく、更には最上層が窒化ケイ素層からなることがより好ましい。
【００３７】
また、請求項１１〜１３に係る発明によればそれぞれ請求項４〜６に係る発明の液晶表示装置を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、図面を参照して本発明の最良の実施形態を説明する。但し、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための液晶表示装置及びその製造方法を例示するものであって、本発明をこの液晶表示装置及びその製造方法に特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものも等しく適応し得るものである。
【実施例】
【００３９】
図１は本発明の一実施例に係る液晶表示装置のカラーフィルタ基板を透視して表したアレイ基板の一画素に相当する部分の拡大平面図であり、図２は図１の液晶表示装置のＡ−Ａ断面図であり、また、図３（ａ）〜図３（ｊ）は図１の液晶表示装置のアレイ基板を製造する製造工程を示す断面図である。なお、図３（ａ）〜図３（ｊ）はいずれも図１のＡ−Ａ断面に対応する位置の状態を示す。
【００４０】
本実施例の液晶表示装置１０は、ガラス等からなる透明基板１１、１２上に各種配線等が形成されたアレイ基板１３及びカラーフィルタ基板１４からなる一対の基板の表面外周部をシール材（図示省略）により貼り合わせ、その内部に液晶層１５が封入された構成を備えている。
【００４１】
アレイ基板１３には、マトリクス状に形成された複数本の走査線１６及び信号線１７と、複数本の走査線１６間に平行に設けられた複数本の補助容量線１８と、ソース電極Ｓ、ゲート電極Ｇ、ドレイン電極Ｄ、及び半導体層１９からなるＴＦＴと、走査線１６と信号線１７とで囲まれた領域を覆うように設けられたＩＴＯ（Indium Tin Oxide）ないしはＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）等からなる透明な画素電極２０とが設けられている。なお、ＴＦＴの半導体層１９としてはアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）が通常用いられるが、場合によってはポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）を用いる場合もある。
【００４２】
カラーフィルタ基板１４には、アレイ基板１３の画素領域に合わせてマトリクス状に設けられたブラックマトリクス２１と、このブラックマトリクス２１により囲まれた領域に設けられる赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）等のカラーフィルタ２２と、カラーフィルタ２２を覆うように設けられた共通電極２３とが通常設けられている。ただし、本発明はこれに限定されることなく、横電界方式の場合には共通電極がない場合もあり、白黒表示であればカラーフィルタがない場合もあり、更には、色補完型のカラー表示の場合には三原色ではなくもっと多くの種類のカラーフィルタで構成する場合もある。
【００４３】
次に上述の液晶表示装置のアレイ基板１３の製造工程を図１及び図３を参照しながら説明する。先ず、図３（ａ）に示すように、透明基板１１上に所定厚のアルミニウム、モリブデン、クロムあるいはこれらの合金からなる導電物質層２４を成膜する。そして、図３（ｂ）に示すように、周知のフォトリソグラフィー法を用いてパターニングすることによりその一部をエッチングして除去し、横方向に伸びる複数本の走査線１６、ゲート電極Ｇ及びこれら複数本の走査線１６の間にそれぞれ補助容量線１８を形成する。なお、図３（ｂ）においては走査線１６から伸びるゲート電極Ｇと補助容量線１８の一部を幅広とすることにより形成された補助容量電極１８ａも示されている。また、ここで示す走査線１６及び補助容量線１８は、画素電極との接合コンタクトをとるために、アルミニウムとモリブデンからなる複層構造となっている。
【００４４】
次に、図３（ｃ）に示すように、前記工程によって走査線１６と補助容量線１８が形成された透明基板１１を真空装置内で常法に従ってプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等により表面に所定厚さ（例えば４０００Å）の窒化ケイ素からなるゲート絶縁膜２５を形成し、更に、ゲート絶縁膜２５の表面全体に例えばａ−Ｓｉ層及びｎ＋ａ−Ｓｉ層からなる半導体層１９を所定の厚さ（例えばａ−Ｓｉ層１８００Å及びｎ＋ａ−Ｓｉ層５００Å）に形成する。このゲート絶縁膜２５及び半導体層１９は何れも真空装置から透明基板１１を取り出すことなしに連続的に形成することができる。なお、ゲート絶縁膜の厚さは、少なくともＴＦＴのゲート電極Ｇの表面で静電気によって絶縁破壊しないようにするため、２５００〜５５００Åとするとよい。
【００４５】
その後、図３（ｄ）に示すように、ＴＦＴのゲート電極Ｇの表面、走査線１６及び補助容量線１８と信号線１７の交差部に対応する位置のゲート絶縁膜２５の表面にそれぞれ半導体層１９Ｇ、１９１及び１９２が残るように半導体層１９をドライエッチングにより除去する。次いで、図３（ｅ）に示すように、これらの半導体層１９Ｇ、１９１及び１９２をエッチング用のマスクとして使用し、半導体層１９Ｇ、１９１及び１９２により被覆されていない部分のゲート絶縁膜の一部を緩衝フッ酸により湿式エッチングないしはドライエッチングすることにより除去し、所定厚さ（例えば１０００Å）の絶縁層２６を形成する。この場合、ゲート絶縁膜２５は単層膜を使用したため、エッチング時間を制御することにより所定厚さの絶縁層２６を得ることができる。
【００４６】
次いで、透明基板１１上に導電物質を成膜した後、図３（ｆ）に示すように、走査線１６に直交する方向に延びる複数本の信号線１７、この信号線１７から延設されて半導体層１９Ｇに接続されるソース電極Ｓ、及び、補助容量電極１８ａ上を覆うとともに一端が半導体層１９Ｇに接続されるドレイン電極Ｄをパターニングする。これにより、透明基板１１の走査線１６及び信号線１７との交差部近傍にはスイッチング素子となるＴＦＴが形成される。
【００４７】
更に、図３（ｇ）に示すように、これらの各種配線を覆うように透明基板１１上に表面の安定化のための無機絶縁性材料からなる保護絶縁膜２８を成膜し、続いて、図３（ｈ）に示すように、アレイ基板１３の表面を平坦化するためのポリイミド等の有機絶縁材料からなる層間膜２９を成膜したのち、図３（ｉ）に示すように、エッチングにより補助容量電極１８ａ上に位置する層間膜２９と保護絶縁膜２８にコンタクトホール３０を形成する。なお、このコンタクトホール３０を形成する位置は、補助容量電極１８ａ上に限らないが、コンタクトホール３０が形成された部分は液晶表示装置１０としてカラーフィルタ基板１４と貼り合わせた際にその基板間距離、すなわちセルギャップが他の部分と異なるので、表示品質のバラつきが生じる恐れがあるために、好ましくは遮光性材料である補助容量電極１８ａ上に設けた方がよい。
【００４８】
そして、図３（ｊ）に示すように、走査線１６及び信号線１７によって囲まれた１画素領域ごとに例えばＩＴＯからなる画素電極２０を形成する。このとき、光漏れを防止するために、好ましくは画素電極２０の一部が走査線１６及び信号線１７上に位置し、かつ隣接する画素電極２０同士が非接続状態となるように設ける。以上の工程によりアレイ基板１３が製造される。
【００４９】
上述した製造方法によって形成されたアレイ基板１３の補助容量は、補助容量電極１８ａ及び画素電極２０に接続されたドレイン電極Ｄがコンデンサの電極に相当し、補助容量電極１８ａ及びドレイン電極Ｄとの間に配置された絶縁層２６がコンデンサの誘電体に相当し、しかもこの絶縁層２６からなる誘電体の厚さは、従来から使用されているゲート絶縁膜の厚さ２５００〜４５００Åよりも大幅に薄い１０００Åとなっているから、補助容量電極１８ａの面積を大きくしなくても補助容量を飛躍的に増大させることができる。
【００５０】
また、ＴＦＴのゲート電極Ｇの表面、走査線１６及び補助容量線１８と信号線１７の交差部に対応する位置に設けられているゲート絶縁膜２５は、厚さが２５００〜５５００Åと厚くなっているために絶縁性は十分に確保されている。加えて、走査線１６及び補助容量線１８と信号線１７の交差部に対応する位置に設けられているゲート絶縁膜２５の表面と信号線１７との間にはそれぞれ半導体層１９１及び１９２を介して信号線１７が積層されているため、信号線１７に静電気が加わっても半導体層１９１及び１９２の存在により静電気の局部集中が生じないようになるため、静電耐圧が向上する。
【００５１】
以上述べたように、本発明の液晶表示装置によれば、補助容量電極１８ａの面積を大きくすることなく補助容量を増大させることができるので、画素ごとの開口率を低下させることなく、クロストーク及びフリッカ等の表示不良を抑えることができる。
【００５２】
また、本発明の液晶表示装置の製造方法によれば、ゲート絶縁膜及び半導体層を順次連続的に成膜したために、ゲート絶縁膜の成膜及びエッチング工程を行った後に半導体層の成膜を行う方法と比較すれば、基板の周囲を常圧状態から真空状態に保持する工程を１回少なくすることができるとともに、補助容量線の表面に絶縁層を残した半導体層をマスクとしてエッチングにより形成することができるため、リソグラフィー工程を１回少なくすることができ、しかも、ゲート絶縁膜のエッチング工程で生じるコンタミネーションの影響を受け難くなるためにＴＦＴの特性が悪化することが少なくなる。
【００５３】
なお、本発明においては、画素電極２０と層間膜２９との間ないしは画素電極２０の表面に光反射材料からなる反射板を設けると、半透過型ないしは反射型の液晶表示装置とすることもできる。すなわち、半透過型の液晶表示装置とする場合には平面視で反射板をＴＦＴ及び補助容量電極１８ａに重複する領域に反射板を設ければよく、また、反射型の液晶表示装置とする場合には画素電極と重なる領域に反射板を設ければよい。この場合、反射板を設ける層間膜２９の表面に微細な凹凸を形成しておくと、反射部の視野角が広くなるので好ましい。
【００５４】
なお、上述の実施例では、ゲート絶縁膜２５として単一の窒化ケイ素層からなるものを示したが、このような場合には、ゲート絶縁膜２５は均質となるため、ゲート絶縁膜２５を緩衝フッ酸により湿式エッチングして厚さの薄い絶縁層２６を形成する際にはエッチング時間で厳密に管理する必要がある。しかしながら、このゲート絶縁膜２５をエッチング速度が異なる材料からなる複層構造とすれば、エッチング条件をより柔軟とすることができ、製造が容易となる。例えば、最初に透明基板１１の温度を高くして硬質な窒化ケイ素膜を設けた後、透明基板１１の温度を低くして軟質な窒化ケイ素膜を積層するようにすれば、軟質な窒化ケイ素膜は緩衝フッ酸によりエッチング速度が速いため、多少のエッチング時間の誤差があっても下層の硬質な窒化ケイ素膜はほとんどエッチングされないため、正確な厚さの絶縁層２６を得ることができる。
【００５５】
さらに、ゲート絶縁膜２５は、酸化ケイ素の単一層からなるものとすることができ、更には窒化ケイ素層と酸化ケイ素層の複層構造からなるものとすることもできる。ただし、エッチングレートの速い膜を最上層に持て来るのがよく、また、絶縁性の点からすると最上層は窒化ケイ素膜からなるものとする方がよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施例に係る液晶表示装置のカラーフィルタ基板を透視して表したアレイ基板の一画素分の拡大平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｊ）は、図１の液晶表示装置のアレイ基板の製造工程を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）は従来技術のアレイ基板の平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０    液晶表示装置
１１、１２    透明基板
１３    アレイ基板
１４    カラーフィルタ基板
１５    液晶層
１６    走査線
１７    信号線
１８    補助容量線
１８ａ    補助容量電極
１９、１９Ｇ、１９１、１９２    半導体層
２０    画素電極
２２    カラーフィルタ
２３    共通電極
２４    導電物質層
２５    ゲート絶縁膜
２６    絶縁層
２８    保護絶縁膜
２９    層間膜
３０    コンタクトホール
【図１】
2007121793.tif 000003
【図２】
2007121793.tif 000004
【図３】
2007121793.tif 000005
【図４】
2007121793.tif 000006