表示装置
【課題】ゲート絶縁層として要求される耐圧や容量を確保しつつ、外光反射率によるコントラストの劣化を抑えやすくした表示装置を提供する。
【解決手段】透明基板ＧＡと、透明基板ＧＡの上側に形成されるゲート電極ＧＴと、ゲート電極ＧＴの上側に形成される微結晶半導体層ＭＳと、ゲート電極ＧＴと微結晶半導体層ＭＳの間に形成されて、微結晶半導体層ＭＳの外方に延在するゲート絶縁層ＧＩと、ゲート絶縁層ＧＩの微結晶半導体層ＭＳの外方に延在する部分の上面に接して、窒化ケイ素で形成される第２の窒化ケイ素層ＮＩ２と、を有し、ゲート絶縁層ＧＩは、第１の窒化ケイ素層ＮＩ１と、第１の窒化ケイ素層ＮＩ１の上側に形成されて微結晶半導体層ＭＳに接する酸化ケイ素層ＯＩと、を含み、ゲート絶縁層ＧＩは、微結晶半導体層ＭＳの下側の部分よりも第２の窒化ケイ素層ＮＩ２の下面に接する部分で薄く形成される、ことを特徴とする表示装置。
【解決手段】透明基板ＧＡと、透明基板ＧＡの上側に形成されるゲート電極ＧＴと、ゲート電極ＧＴの上側に形成される微結晶半導体層ＭＳと、ゲート電極ＧＴと微結晶半導体層ＭＳの間に形成されて、微結晶半導体層ＭＳの外方に延在するゲート絶縁層ＧＩと、ゲート絶縁層ＧＩの微結晶半導体層ＭＳの外方に延在する部分の上面に接して、窒化ケイ素で形成される第２の窒化ケイ素層ＮＩ２と、を有し、ゲート絶縁層ＧＩは、第１の窒化ケイ素層ＮＩ１と、第１の窒化ケイ素層ＮＩ１の上側に形成されて微結晶半導体層ＭＳに接する酸化ケイ素層ＯＩと、を含み、ゲート絶縁層ＧＩは、微結晶半導体層ＭＳの下側の部分よりも第２の窒化ケイ素層ＮＩ２の下面に接する部分で薄く形成される、ことを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、アモルファスシリコンよりも移動度が高い微結晶シリコンをチャネル層に用いる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）が知られており、微結晶シリコンを用いることで、閾値電圧（Ｖｔｈ）の変動を抑えることができる。
【０００３】
また、微結晶シリコンをチャネル層に用いた薄膜トランジスタにおいては、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）の絶縁膜と酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）の絶縁膜の順次積層膜をゲート絶縁層として構成し、酸化ケイ素の絶縁層とチャネル層とを接するようにすることで、界面での電荷蓄積が低減されて閾値電圧の変動をさらに抑えることができる。
【０００４】
なお特許文献１には、ゲート絶縁層に、窒化ケイ素膜と酸化ケイ素膜との順次積層膜が用いられた微結晶シリコンの薄膜トランジスタの製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２８３５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、ＳｉＮｘの絶縁層とＳｉＯｘの絶縁層の２層を含むゲート絶縁層を構成する場合には、ゲート絶縁層に必要とされる絶縁耐圧や電気容量を考慮してそれぞれの膜厚が設定される。
【０００７】
しかしながら、ＳｉＮｘ／ＳｉＯｘの積層膜をゲート絶縁層として用いると、表示パネルの外部からの光による外光反射率が増大し、明所コントラストの低下が生じることもある。
【０００８】
本発明は、上記のような課題に鑑みて、ゲート絶縁層として要求される耐圧や容量を確保しつつ、外光反射率によるコントラストの劣化を抑えやすくした表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明にかかる表示装置は、上記課題に鑑みて、透明基板と、前記透明基板の上側に形成されるゲート電極と、前記ゲート電極の上側に形成される微結晶半導体層と、前記ゲート電極と前記微結晶半導体層の間に形成されて、前記微結晶半導体層の外方に延在するゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層の前記微結晶半導体層の外方に延在する部分の上面に接して、窒化ケイ素で形成される第２の窒化ケイ素層と、を有し、前記ゲート絶縁層は、第１の窒化ケイ素層と、前記第１の窒化ケイ素層の上側に形成されて前記微結晶半導体層に接する酸化ケイ素層と、を含み、前記ゲート絶縁層は、前記微結晶半導体層の下側の部分よりも前記第２の窒化ケイ素層の下面に接する部分で薄く形成される、ことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る表示装置の一態様では、前記ゲート絶縁層では、前記第２の窒化ケイ素層の下面に接する部分が前記微結晶半導体層の下側の部分よりも３０nm以上薄く形成される、ことを特徴としてもよい。
【００１１】
また、本発明に係る表示装置の一態様では、前記ゲート絶縁層では、前記第２の窒化ケイ素層の下面に接する部分が前記微結晶半導体層の下側の部分よりも５０nm以上薄く形成される、ことを特徴としてもよい。
【００１２】
また、本発明に係る表示装置の一態様では、前記ゲート絶縁層における前記酸化ケイ素層は、前記微結晶半導体層の外方に延在して前記第２の窒化ケイ素層の下面に接して形成され、前記ゲート絶縁層の前記第２の窒化ケイ素層の下面に接する部分では、前記酸化ケイ素層が２５nm以下の厚みで形成される、ことを特徴としてもよい。
【００１３】
また、本発明に係る表示装置の一態様では、前記ゲート絶縁層における前記第１の窒化ケイ素層は、前記微結晶半導体層の外方に延在して前記第２の窒化ケイ素層の下面に接して形成される、ことを特徴としてもよい。
【００１４】
また、本発明に係る表示装置の一態様では、前記ゲート絶縁層の前記第２の窒化ケイ素層の下面に接する部分では、前記第１の窒化ケイ素層が１３０nm以上１６５nm以下の厚みで形成される、ことを特徴としてもよい。
【００１５】
また、本発明に係る表示装置の一態様では、前記微結晶半導体層の下側における前記酸化ケイ素層の厚みをｈ１（nm）とし、前記微結晶半導体層の下側における前記第１の窒化ケイ素層の厚みをｈ２（nm）とする場合に、３２０−１．８ｈ１≦ｈ２≦３８０−１．５ｈ１と、２０≦ｈ１≦６０と、の２つの条件を満たす、ことを特徴としてもよい。
【００１６】
また、本発明に係る表示装置の一態様では、前記微結晶半導体層には、前記第２の窒化ケイ素層の上側に形成される画素電極が電気的に接続され、前記画素電極は、前記画素電極が配置される画素が表示する輝度を制御する、ことを特徴としてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ゲート絶縁層として要求される耐圧や容量を確保しつつ、外光反射率によるコントラストの劣化を抑えやすくした表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る薄膜トランジスタ基板の等価回路を示す図である。
【図２】第１の実施形態における薄膜トランジスタ基板の画素領域を示す拡大平面図である。
【図３】図２のIII−III切断面における断面図である。
【図４】画素表示領域において生じうる外光反射を説明するための図である。
【図５】ゲート絶縁層の絶縁容量を一定に維持し、第１の窒化ケイ素層と酸化ケイ素層の膜厚を変化させた場合の外光の波長に対する反射率の波長依存性を測定した結果を示す図である。
【図６】相対視感度曲線を示す図である。
【図７】図５において酸化ケイ素層の膜厚が６０ｎｍ〜１２０ｎｍとなる場合の反射率の測定結果に、相対視感度を乗じたものを示す図である。
【図８】図５における酸化ケイ素層の膜厚と平均反射率の関係を示すグラフである。
【図９】ゲート絶縁層の絶縁容量を一定に維持して、第１の窒化ケイ素層と酸化ケイ素層の膜厚を変化させた場合のドレイン−ゲート電極間の絶縁耐圧を示す図である。
【図１０】ゲート絶縁層の絶縁耐圧及び絶縁容量が望ましい値となる第１の窒化ケイ素層と酸化ケイ素層の厚みの関係を示すグラフである。
【図１１】平均反射率、及び、絶縁耐圧と絶縁容量を好適な値にするための第１の窒化ケイ素層と酸化ケイ素層の膜厚を示すグラフである。
【図１２】第２の実施形態に係る表示装置を説明するための図である。
【図１３】参考例に係る表示装置を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の各実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る表示装置は、ＩＰＳ（In-Plane Switching）方式の液晶表示装置であって、走査信号線、映像信号線、薄膜トランジスタ、画素電極、及びコモン電極が配置された薄膜トランジスタ基板と、当該薄膜トランジスタ基板と対向し、カラーフィルタが設けられた対向基板と、両基板に挟まれた領域に封入された液晶材料と、を含んで構成される。この薄膜トランジスタ基板では、ガラスを材料とする透明基板上に複数の薄膜トランジスタが配置されている。
【００２１】
図１は、上記の液晶表示装置の薄膜トランジスタ基板ＳＵＢの等価回路図を示す図であり、図２は、薄膜トランジスタ基板ＳＵＢの１つの画素領域の拡大平面図を示す図である。
【００２２】
これらの図において、薄膜トランジスタ基板ＳＵＢでは、多数の走査信号線ＧＬが互いに等間隔を置いて図中横方向に延びており、また、多数の映像信号線ＤＬが互いに等間隔をおいて図中縦方向に延びている。そして、これら走査信号線ＧＬ及び映像信号線ＤＬにより碁盤状に並ぶ画素のそれぞれが区画されている。また、各走査信号線ＧＬと平行に、共通信号線ＣＬが図中横方向に延びている。
【００２３】
走査信号線ＧＬ及び映像信号線ＤＬにより区画される画素領域には、ＭＩＳ（Metal-Insulator-Semiconductor）構造を有する薄膜トランジスタＴＦＴが形成されており、そのゲート電極ＧＴは走査信号線ＧＬに接続され、ドレイン電極ＤＴは映像信号線ＤＬに接続されている。また、各画素領域には一対の画素電極ＰＸ及び対向電極ＣＴが形成されており、画素電極ＰＸは、コンタクトホールＣＨおよびソース電極ＳＴを介して薄膜トランジスタＴＦＴの微結晶半導体層ＭＳに電気的に接続され、対向電極ＣＴは共通信号線ＣＬに接続されている。
【００２４】
以上の回路構成において、各画素の対向電極ＣＴに共通信号線ＣＬを介して基準電圧を印加し、走査信号線ＧＬにゲート電圧を印加することにより、画素行が選択される。また、その選択のタイミングにおいて、各映像信号線ＤＬに映像信号を供給することにより、各画素の画素電極ＰＸに映像信号の電圧が印加される。これにより、画素電極ＰＸと対向電極ＣＴの間に映像信号の電圧に応じた強度の横電界が発生して液晶分子の配向が決定され、液晶表示装置において発光する輝度が制御されることになる。
【００２５】
次に、図３は、図２におけるIII−III断面の様子を示す図である。同図で示されるように、本実施形態の薄膜トランジスタは、ガラスを材料とする透明基板ＧＡ上に形成されたゲート電極ＧＴの上側（対向基板側）に、チャネル層として機能する微結晶半導体層ＭＳが形成されるボトムゲート型の薄膜トランジスタとなっている。
【００２６】
微結晶半導体層ＭＳは、ＣＶＤ法によって積層された非晶質のシリコンに熱処理が施されて形成される微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）層である。この微結晶シリコンは、ＣＶＤ成膜時のガス組成やパワー、基板温度等を最適化することで直接的に形成しても良い。また、本実施形態の薄膜トランジスタは、微結晶半導体層ＭＳの上側に、非晶質のシリコンによって形成される非晶質半導体層ＡＳと、ソース電極ＳＴおよびドレイン電極ＳＴとオーミック接続するための不純物半導体層ＯＣとが配置されるチャネルエッチング型の薄膜トランジスタになっている。このため非晶質半導体層ＡＳは、不純物半導体層ＯＣを加工する際のプロセス等を考慮して比較的厚く形成される。
【００２７】
微結晶半導体層ＭＳとゲート電極ＧＴの間には、ゲート絶縁層ＧＩが形成され、本実施形態におけるゲート絶縁層ＧＩは、窒化ケイ素で形成される第１の窒化ケイ素層ＮＩ１と、酸化ケイ素で形成される酸化ケイ素層ＯＩとによる順次積層膜になっている。ゲート絶縁層ＧＩは、ゲート電極ＧＴと微結晶半導体層ＭＳの間から、平面的にみて微結晶半導体層ＭＳの外方となる領域に広がって、画素電極ＰＸによって表示する輝度が制御される領域（以下、画素表示領域ともいう）に延在する。ゲート絶縁層ＧＩは、透明基板ＧＡの上面、および、後述する保護絶縁層として形成される第２の窒化ケイ素層ＮＩ２の下面と接して形成される。このゲート絶縁層ＧＩの膜厚等についての詳細は後述する。
【００２８】
ソース電極ＳＴおよびドレイン電極ＤＴは、微結晶半導体層ＭＳと非晶質半導体層ＡＳと不純物半導体層ＯＣの積層膜の側面に接して、当該積層膜に乗り上げるようにして形成される。また、ソース電極ＳＴは、コンタクトホールＣＨを介して画素電極ＰＸと接続されて、映像信号線ＤＬから入力される映像信号が、微結晶半導体層ＭＳおよびソース電極ＳＴを経て画素電極ＰＸに入力されるようになっている。すなわち画素電極ＰＸは、微結晶半導体層ＭＳに電気的に接続されており、映像信号が入力されることで液晶層に横電界を発生させて、表示する輝度を制御するものとなっている。
【００２９】
また図３で示される薄膜トランジスタの上層には、共に窒化シリコンで形成される第２の窒化ケイ素層ＮＩ２および第３の窒化ケイ素層ＮＩ３が保護絶縁層として配置され、第２の窒化ケイ素層ＮＩ２は、非晶質半導体層ＡＳのエッチングされた部分を保護し、ソース電極ＳＴおよびドレイン電極ＤＴを上側から覆うものとなっている。また、本実施形態では、第２の窒化ケイ素層ＮＩ２は、画素表示領域において対向電極ＣＴの下地として形成され、第３の窒化ケイ素層ＮＩ３は、画素表示領域において画素電極ＰＸの下地として形成される。図３で示されるように、第２の窒化ケイ素層ＮＩ２および第３の窒化ケイ素層ＮＩ３は画素領域全体にわたって形成されて、第２の窒化ケイ素層ＮＩ２がゲート絶縁層ＧＩを下地として形成される。そして、画素電極ＰＸが平坦に形成される部分の下側において、第２の窒化ケイ素層ＮＩ２の下面は、ゲート絶縁層ＧＩの上面と接するようになっている。
【００３０】
本実施形態においては、図３で示されるように、酸化ケイ素層ＯＩが微結晶半導体層ＭＳの下地になるように形成されるため、微結晶半導体層ＭＳの界面での電荷蓄積が低減される。しかしながら、ゲート絶縁層ＧＩの一部を構成する第１の窒化ケイ素層ＮＩ１と、保護絶縁層として形成される第２の窒化ケイ素層ＮＩ２の間に、窒化ケイ素よりも屈折率が低い酸化ケイ素層ＯＩが介在することになるため、外光反射に悪影響に及ぼす場合が生じるものと考えられる。
【００３１】
図４は、画素表示領域において生じうる外光反射を説明するための図である。図４で示されるように、本実施形態では、屈折率が１．８〜１．９となる第１の窒化ケイ素層ＮＩ１および第２の窒化ケイ素層ＮＩ２（屈折率は、組成および膜内水素量に依存）の間に挟まれて、屈折率が１．４５となる酸化ケイ素層ＯＩが配置され、さらに、第１の窒化ケイ素層ＮＩ１の下側には透明基板ＧＡ（屈折率が１．５〜１．５５）が配置されて光学干渉膜が形成される。このため、酸化ケイ素層ＯＩや第１の窒化ケイ素層ＮＩ１の膜厚によっては、光が強めあって明所コントラストの低下が生じることになる。
【００３２】
以上のような外光反射を抑えるため、本実施形態においては、図３で示されるように、ゲート絶縁層ＧＩにおける微結晶半導体層ＭＳの下面に接する部分の厚みよりも、第２の窒化ケイ素層ＮＩ２の下面に接して形成される部分の厚みが薄くなるように形成する。これにより、２つの部分における膜厚が異なるように形成されて設計的な負荷が緩和され、ゲート絶縁層ＧＩに必要とされる容量や耐圧を維持しつつ、外光反射を抑制できる。
【００３３】
このようなゲート絶縁層ＧＩの厚みを薄くする加工としては、例えば、微結晶半導体層ＭＳと非晶質半導体層ＡＳと不純物半導体層ＯＣの３層を成膜した後、これらを島状に加工するエッチングを継続して、さらに、微結晶半導体層ＭＳの下側の部分以外の酸化ケイ素層ＯＩをエッチングすることが考えられる。また、この際には、３層のみをエッチングする場合よりもレジストを厚く形成して、酸化ケイ素層ＯＩに対するエッチングを継続できるようにする。また、ソース電極ＳＴやドレイン電極ＤＴの形状を加工する際のエッチングを継続することにより、第２の窒化ケイ素層ＮＩ２の下面に接する部分の酸化ケイ素層ＯＩを薄くしてもよいし、不純物半導体層ＯＣおよび非晶質半導体層ＡＳをチャネルエッチングする際のエッチングにより、酸化ケイ素層ＯＩを薄くしても良い。また、これらのエッチングを組み合わせることにより、第２の窒化ケイ素層ＮＩ２の下面に接するゲート絶縁層ＧＩを薄く加工するようにしても良い。
【００３４】
第２の窒化ケイ素層ＮＩ２の下面に接する部分のゲート絶縁層ＧＩを、微結晶半導体層ＭＳの下側の部分よりも３０ｎｍ以上、あるいは５０ｎｍ以上薄く形成することにより、外光反射による悪影響を及ぼす酸化ケイ素層ＯＩの膜厚を少なくして、明所コントラストの低下を防ぐことが出来ると考えられる。
【００３５】
また、外光反射による悪影響を低減する上では、視感度の強い波長の反射率を低くさせるようにゲート絶縁層ＧＩの膜厚を設定するのが望ましい。
【００３６】
図５は、ゲート絶縁層ＧＩの絶縁容量を一定に維持して、第１の窒化ケイ素層ＮＩ１と酸化ケイ素層ＯＩの膜厚を変化させた場合の外光に対する反射率の波長依存性を測定した結果を示す図である。同図のグラフにおいては、酸化ケイ素層ＯＩの比誘電率を４．２、第１の窒化ケイ素層ＮＩ１の比誘電率を６．７とし、酸化ケイ素層ＯＩの膜厚が０ｎｍかつ第１の窒化ケイ素層ＮＩ１の膜厚が３５０ｎｍとなる場合の絶縁容量を維持して、ゲート絶縁層ＧＩにおける２つの絶縁層の膜厚を変化させている。
【００３７】
また、図６は、相対視感度曲線を示す図であり、図７は、図５における６０ｎｍ〜１２０ｎｍの場合の反射率波長依存性に、相対視感度を乗じた結果を示すものである。さらに、図８は、図５における酸化ケイ素層ＯＩの膜厚と平均反射率の関係を示すグラフである。図８における平均反射率は、図５の反射率波長依存性に相対視感度を乗じたものを積分し、可視波長領域の範囲の大きさで除すことにより得られる（すなわち、図７の各グラフが有する面積を、可視波長領域の範囲の大きさで除して得られる）ものであり、平均反射率は外光反射率の大きさを示す指標となっている。図８で示されるように、酸化ケイ素層ＯＩが９０ｎｍ程度となる場合に平均反射率が最も大きくなり、酸化ケイ素層ＯＩの膜厚が５０ｎｍよりも大きく１２０ｎｍよりも小さい場合に、平均反射率が１．０％以上となる。このため図５の場合に、平均反射率を１．０％以下にするには、酸化ケイ素層ＯＩの膜厚を５０ｎｍ以下、あるいは１２０ｎｍ以上とする。
【００３８】
一方、図９および図１０は、絶縁耐圧と絶縁容量とが望ましい値となるゲート絶縁層ＧＩの膜厚を説明するためのグラフである。
【００３９】
まず、図９は、ゲート絶縁層ＧＩの絶縁容量を一定に維持しつつ、第１の窒化ケイ素層ＮＩ１と酸化ケイ素層ＯＩの膜厚を変化させた場合のドレイン−ゲート電極間の絶縁耐圧を示すグラフである。同図で示されるように、酸化ケイ素層ＯＩの膜厚が増大することにより絶縁耐圧が徐々に減少する。ゲート絶縁層ＧＩの絶縁耐圧としては、２００Ｖ以上にするのが望ましいため、酸化ケイ素層ＯＩの膜厚は１６０ｎｍ以下に設定するのが望ましい。
【００４０】
次に、図１０は、ゲート絶縁層ＧＩの絶縁耐圧と絶縁容量とが望ましい値となる第１の窒化ケイ素層ＮＩ１と酸化ケイ素層ＯＩの厚みの関係を示すグラフである。酸化ケイ素層ＯＩの厚みをｈ１（ｎｍ）とし、第１の窒化ケイ素層ＮＩ１の厚みをｈ２（ｎｍ）とすると、これらの比誘電率も考慮して、３２０−１．８ｈ１≦ｈ２≦３８０−１．５ｈ１を満足する範囲内で絶縁耐圧と絶縁容量が望ましい値となる。また、酸化ケイ素層ＯＩとしては、成膜に２０ｎｍ以上の厚みが必要とされ、絶縁耐圧の観点から１６０ｎｍ以下に設定されることから（図９参照）、図１０では、ｈ１の下限を２０に、ｈ１の上限を１６０としている。
【００４１】
そして図１１は、平均反射率、および、絶縁耐圧および絶縁容量を好適な値にするための２つの絶縁層の膜厚を示すグラフであり、第１の窒化ケイ素層ＮＩ１の膜厚と酸化ケイ素層ＯＩの膜厚と平均反射率の関係、および、絶縁耐圧と絶縁容量とが望ましい値となる第１の窒化ケイ素層ＮＩ１の膜厚と酸化ケイ素層ＯＩの膜厚の範囲を示すものとなっている。同図においては、図１０と同様に、望ましい絶縁耐圧と絶縁容量となる膜厚の範囲が破線枠によって示される。また、平均反射率１．０％、１．５％、２．０％となる範囲が等高線状に示されており、平均反射率としては１．０％以下にするのが好適である。
【００４２】
図１１で示されるように、例えば、ゲート絶縁層ＧＩを、第１の窒化ケイ素層ＮＩ１を２００ｎｍ、酸化ケイ素層ＯＩを１２０ｎｍとして成膜をした場合には、島状加工やチャネル加工により、薄膜トランジスタが形成されない部分のゲート絶縁層ＧＩの膜厚を５０ｎｍ以上エッチングすることで、平均反射率を２．０％よりも低くすることができるようになる。このため、絶縁耐圧と絶縁容量が望ましい値となるようにゲート絶縁層ＧＩの膜厚を設定した場合に、平均反射率が２．０％以上となったとしても、第２の窒化ケイ素層ＮＩ２の下面に接する酸化ケイ素層ＯＩを５０ｎｍ以上エッチングすることで、平均反射率を２．０％よりも低くすることができる。
【００４３】
また、図１１で示されるように、画素表示領域の酸化ケイ素層ＯＩの膜厚を、４０ｎｍ以下に設定することで平均反射率が１．５％以下となり、さらに、２５ｎｍ以下に設定することで平均反射率が１．０％以下となって画素表示領域で生じる外光反射を抑えることができる。また、画素表示領域の第１の窒化ケイ素層ＮＩ１の膜厚を１０５ｎｍ以上１９０ｎｍ以下となるように設定することで平均反射率が２．０％以下となり、１３０ｎｍ以上１６５ｎｍ以下となるように設定することで平均反射率が１．０％以下となって、画素表示領域で生じる外光反射を抑えることができる。
【００４４】
また、ゲート絶縁層ＧＩの微結晶半導体層ＭＳの下側の部分における、酸化ケイ素層ＯＩの厚みをｈ１（ｎｍ）とし、第１の窒化ケイ素層ＮＩ１の厚みをｈ２（ｎｍ）とすると、２０≦ｈ１≦６０と、３２０−１．８ｈ１≦ｈ２≦３８０−１．５ｈ１との２つの条件を満足するようにｈ１とｈ２を成膜するのが好適である。
【００４５】
［第２の実施形態］
次に、本発明に係る第２の実施形態の表示装置について説明をする。
【００４６】
上記の第１の実施形態では、図３で示されるように、ゲート絶縁層ＧＩを第１の窒化ケイ素層ＮＩ１と酸化ケイ素層ＯＩによって構成し、ゲート絶縁層ＧＩにおける酸化ケイ素層ＯＩと、保護絶縁層としての第２の窒化ケイ素層ＮＩ２とが互いに接するようになっている。しかしながら第２の実施形態では、図１２で示されるように、微結晶半導体層ＭＳから露出する部分の酸化ケイ素層ＯＩが、島状加工の際のエッチングにより全て削られるようにしているため、第２の窒化ケイ素層ＮＩ２の下面と、第１の窒化ケイ素層ＮＩ１とが接するようになっている。第２の実施形態は、かかる点で第１の実施形態と異なっており、かかる点以外の構成は第１の実施形態とほぼ同様であるため説明を省略するものとする。
【００４７】
第２の実施形態では、画素表示領域において、第２の窒化ケイ素層ＮＩ２と第１の窒化ケイ素層ＮＩ１の間に介在する酸化ケイ素層ＯＩが存在しないため、外光反射による悪影響が抑えられることになる。
【００４８】
なお、上記の各実施形態においては、第２の窒化ケイ素層ＮＩ２よりもさらに上層に形成される保護絶縁層である第３の窒化ケイ素層ＮＩ３も窒化ケイ素によって形成されるとしているが、第３の窒化ケイ素層ＮＩ３は、たとえば有機系の絶縁層によって形成されても良い。また、第２の窒化ケイ素層ＮＩ２と対向電極ＣＴの間には、さらに、有機系の絶縁層が介在しても良い。また、上記の各実施形態では、対向電極ＣＴの上側に画素電極ＰＸが形成されるとしているが、対向電極ＣＴと画素電極ＰＸの配置が逆転して、画素電極ＰＸの上側に対向電極ＣＴが形成されても良い。
【００４９】
なお、上記の各実施形態における表示装置は、ＩＰＳ型の液晶表示装置となっているが、ＶＡ（Vertical Alignment）型やＴＮ（Twisted Nematic）型などの他の方式の液晶表示装置であっても良いし、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）表示装置であってもよい。また、上記の各実施形態では、チャネルエッチング型の薄膜トランジスタとなっているが、例えば、チャネルストッパー型の薄膜トランジスタであってもよい。
【００５０】
本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、各実施形態で説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成、又は同一の目的を達成することができる構成でおきかえることが出来る。
【００５１】
［参考例］
以下においては、参考例に係る表示装置について説明をする。参考例に係る表示装置では、図１３で示されるように、図３における第２の窒化ケイ素層ＮＩ２の位置に、保護絶縁層として第２の酸化ケイ素層ＯＩ２が形成されている。参考例にかかる表示装置は、このような点で上記の各実施形態と異なっているが、第１の酸化ケイ素層ＯＩ１の上面に接して、保護絶縁層として第２の酸化ケイ素層ＯＩ２が形成されることで、微結晶半導体層ＭＳの下側に形成される酸化ケイ素層の厚みと、画素表示領域における酸化ケイ素層の厚みを異ならせることができ、これにより設計的な負荷を緩和できる。
【００５２】
なお、第２の酸化ケイ素層ＯＩ２と対向電極ＣＴの間には、他の有機系の絶縁層が形成されても良いし、窒化ケイ素層が配置されてもよい。また、参考例におけるゲート絶縁層ＧＩでは、微結晶半導体層ＭＳの下側の部分と、第２の窒化ケイ素層ＮＩ２の下面に接する部分とで厚みが同じとなっても良い。
【符号の説明】
【００５３】
ＳＵＢ 薄膜トランジスタ基板、ＴＦＴ 薄膜トランジスタ、ＰＸ 画素電極、 ＣＴ 対向電極、ＣＬ 共通信号線、ＧＬ 走査信号線、ＤＬ 映像信号線、ＤＴ ドレイン電極、ＳＴ ソース電極、ＣＨ コンタクトホール、ＭＳ 微結晶半導体層、ＡＳ 非晶質半導体層、ＯＣ 不純物半導体層、ＧＡ 透明基板、ＧＩ ゲート絶縁層、ＯＩ 酸化ケイ素層、ＮＩ１ 第１の窒化ケイ素層、ＮＩ２ 第２の窒化ケイ素層、ＮＩ３ 第３の窒化ケイ素層、ＯＩ１ 第１の酸化ケイ素層、ＯＩ２ 第２の酸化ケイ素層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、アモルファスシリコンよりも移動度が高い微結晶シリコンをチャネル層に用いる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）が知られており、微結晶シリコンを用いることで、閾値電圧（Ｖｔｈ）の変動を抑えることができる。
【０００３】
また、微結晶シリコンをチャネル層に用いた薄膜トランジスタにおいては、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）の絶縁膜と酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）の絶縁膜の順次積層膜をゲート絶縁層として構成し、酸化ケイ素の絶縁層とチャネル層とを接するようにすることで、界面での電荷蓄積が低減されて閾値電圧の変動をさらに抑えることができる。
【０００４】
なお特許文献１には、ゲート絶縁層に、窒化ケイ素膜と酸化ケイ素膜との順次積層膜が用いられた微結晶シリコンの薄膜トランジスタの製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２８３５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、ＳｉＮｘの絶縁層とＳｉＯｘの絶縁層の２層を含むゲート絶縁層を構成する場合には、ゲート絶縁層に必要とされる絶縁耐圧や電気容量を考慮してそれぞれの膜厚が設定される。
【０００７】
しかしながら、ＳｉＮｘ／ＳｉＯｘの積層膜をゲート絶縁層として用いると、表示パネルの外部からの光による外光反射率が増大し、明所コントラストの低下が生じることもある。
【０００８】
本発明は、上記のような課題に鑑みて、ゲート絶縁層として要求される耐圧や容量を確保しつつ、外光反射率によるコントラストの劣化を抑えやすくした表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明にかかる表示装置は、上記課題に鑑みて、透明基板と、前記透明基板の上側に形成されるゲート電極と、前記ゲート電極の上側に形成される微結晶半導体層と、前記ゲート電極と前記微結晶半導体層の間に形成されて、前記微結晶半導体層の外方に延在するゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層の前記微結晶半導体層の外方に延在する部分の上面に接して、窒化ケイ素で形成される第２の窒化ケイ素層と、を有し、前記ゲート絶縁層は、第１の窒化ケイ素層と、前記第１の窒化ケイ素層の上側に形成されて前記微結晶半導体層に接する酸化ケイ素層と、を含み、前記ゲート絶縁層は、前記微結晶半導体層の下側の部分よりも前記第２の窒化ケイ素層の下面に接する部分で薄く形成される、ことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る表示装置の一態様では、前記ゲート絶縁層では、前記第２の窒化ケイ素層の下面に接する部分が前記微結晶半導体層の下側の部分よりも３０nm以上薄く形成される、ことを特徴としてもよい。
【００１１】
また、本発明に係る表示装置の一態様では、前記ゲート絶縁層では、前記第２の窒化ケイ素層の下面に接する部分が前記微結晶半導体層の下側の部分よりも５０nm以上薄く形成される、ことを特徴としてもよい。
【００１２】
また、本発明に係る表示装置の一態様では、前記ゲート絶縁層における前記酸化ケイ素層は、前記微結晶半導体層の外方に延在して前記第２の窒化ケイ素層の下面に接して形成され、前記ゲート絶縁層の前記第２の窒化ケイ素層の下面に接する部分では、前記酸化ケイ素層が２５nm以下の厚みで形成される、ことを特徴としてもよい。
【００１３】
また、本発明に係る表示装置の一態様では、前記ゲート絶縁層における前記第１の窒化ケイ素層は、前記微結晶半導体層の外方に延在して前記第２の窒化ケイ素層の下面に接して形成される、ことを特徴としてもよい。
【００１４】
また、本発明に係る表示装置の一態様では、前記ゲート絶縁層の前記第２の窒化ケイ素層の下面に接する部分では、前記第１の窒化ケイ素層が１３０nm以上１６５nm以下の厚みで形成される、ことを特徴としてもよい。
【００１５】
また、本発明に係る表示装置の一態様では、前記微結晶半導体層の下側における前記酸化ケイ素層の厚みをｈ１（nm）とし、前記微結晶半導体層の下側における前記第１の窒化ケイ素層の厚みをｈ２（nm）とする場合に、３２０−１．８ｈ１≦ｈ２≦３８０−１．５ｈ１と、２０≦ｈ１≦６０と、の２つの条件を満たす、ことを特徴としてもよい。
【００１６】
また、本発明に係る表示装置の一態様では、前記微結晶半導体層には、前記第２の窒化ケイ素層の上側に形成される画素電極が電気的に接続され、前記画素電極は、前記画素電極が配置される画素が表示する輝度を制御する、ことを特徴としてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ゲート絶縁層として要求される耐圧や容量を確保しつつ、外光反射率によるコントラストの劣化を抑えやすくした表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る薄膜トランジスタ基板の等価回路を示す図である。
【図２】第１の実施形態における薄膜トランジスタ基板の画素領域を示す拡大平面図である。
【図３】図２のIII−III切断面における断面図である。
【図４】画素表示領域において生じうる外光反射を説明するための図である。
【図５】ゲート絶縁層の絶縁容量を一定に維持し、第１の窒化ケイ素層と酸化ケイ素層の膜厚を変化させた場合の外光の波長に対する反射率の波長依存性を測定した結果を示す図である。
【図６】相対視感度曲線を示す図である。
【図７】図５において酸化ケイ素層の膜厚が６０ｎｍ〜１２０ｎｍとなる場合の反射率の測定結果に、相対視感度を乗じたものを示す図である。
【図８】図５における酸化ケイ素層の膜厚と平均反射率の関係を示すグラフである。
【図９】ゲート絶縁層の絶縁容量を一定に維持して、第１の窒化ケイ素層と酸化ケイ素層の膜厚を変化させた場合のドレイン−ゲート電極間の絶縁耐圧を示す図である。
【図１０】ゲート絶縁層の絶縁耐圧及び絶縁容量が望ましい値となる第１の窒化ケイ素層と酸化ケイ素層の厚みの関係を示すグラフである。
【図１１】平均反射率、及び、絶縁耐圧と絶縁容量を好適な値にするための第１の窒化ケイ素層と酸化ケイ素層の膜厚を示すグラフである。
【図１２】第２の実施形態に係る表示装置を説明するための図である。
【図１３】参考例に係る表示装置を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の各実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る表示装置は、ＩＰＳ（In-Plane Switching）方式の液晶表示装置であって、走査信号線、映像信号線、薄膜トランジスタ、画素電極、及びコモン電極が配置された薄膜トランジスタ基板と、当該薄膜トランジスタ基板と対向し、カラーフィルタが設けられた対向基板と、両基板に挟まれた領域に封入された液晶材料と、を含んで構成される。この薄膜トランジスタ基板では、ガラスを材料とする透明基板上に複数の薄膜トランジスタが配置されている。
【００２１】
図１は、上記の液晶表示装置の薄膜トランジスタ基板ＳＵＢの等価回路図を示す図であり、図２は、薄膜トランジスタ基板ＳＵＢの１つの画素領域の拡大平面図を示す図である。
【００２２】
これらの図において、薄膜トランジスタ基板ＳＵＢでは、多数の走査信号線ＧＬが互いに等間隔を置いて図中横方向に延びており、また、多数の映像信号線ＤＬが互いに等間隔をおいて図中縦方向に延びている。そして、これら走査信号線ＧＬ及び映像信号線ＤＬにより碁盤状に並ぶ画素のそれぞれが区画されている。また、各走査信号線ＧＬと平行に、共通信号線ＣＬが図中横方向に延びている。
【００２３】
走査信号線ＧＬ及び映像信号線ＤＬにより区画される画素領域には、ＭＩＳ（Metal-Insulator-Semiconductor）構造を有する薄膜トランジスタＴＦＴが形成されており、そのゲート電極ＧＴは走査信号線ＧＬに接続され、ドレイン電極ＤＴは映像信号線ＤＬに接続されている。また、各画素領域には一対の画素電極ＰＸ及び対向電極ＣＴが形成されており、画素電極ＰＸは、コンタクトホールＣＨおよびソース電極ＳＴを介して薄膜トランジスタＴＦＴの微結晶半導体層ＭＳに電気的に接続され、対向電極ＣＴは共通信号線ＣＬに接続されている。
【００２４】
以上の回路構成において、各画素の対向電極ＣＴに共通信号線ＣＬを介して基準電圧を印加し、走査信号線ＧＬにゲート電圧を印加することにより、画素行が選択される。また、その選択のタイミングにおいて、各映像信号線ＤＬに映像信号を供給することにより、各画素の画素電極ＰＸに映像信号の電圧が印加される。これにより、画素電極ＰＸと対向電極ＣＴの間に映像信号の電圧に応じた強度の横電界が発生して液晶分子の配向が決定され、液晶表示装置において発光する輝度が制御されることになる。
【００２５】
次に、図３は、図２におけるIII−III断面の様子を示す図である。同図で示されるように、本実施形態の薄膜トランジスタは、ガラスを材料とする透明基板ＧＡ上に形成されたゲート電極ＧＴの上側（対向基板側）に、チャネル層として機能する微結晶半導体層ＭＳが形成されるボトムゲート型の薄膜トランジスタとなっている。
【００２６】
微結晶半導体層ＭＳは、ＣＶＤ法によって積層された非晶質のシリコンに熱処理が施されて形成される微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）層である。この微結晶シリコンは、ＣＶＤ成膜時のガス組成やパワー、基板温度等を最適化することで直接的に形成しても良い。また、本実施形態の薄膜トランジスタは、微結晶半導体層ＭＳの上側に、非晶質のシリコンによって形成される非晶質半導体層ＡＳと、ソース電極ＳＴおよびドレイン電極ＳＴとオーミック接続するための不純物半導体層ＯＣとが配置されるチャネルエッチング型の薄膜トランジスタになっている。このため非晶質半導体層ＡＳは、不純物半導体層ＯＣを加工する際のプロセス等を考慮して比較的厚く形成される。
【００２７】
微結晶半導体層ＭＳとゲート電極ＧＴの間には、ゲート絶縁層ＧＩが形成され、本実施形態におけるゲート絶縁層ＧＩは、窒化ケイ素で形成される第１の窒化ケイ素層ＮＩ１と、酸化ケイ素で形成される酸化ケイ素層ＯＩとによる順次積層膜になっている。ゲート絶縁層ＧＩは、ゲート電極ＧＴと微結晶半導体層ＭＳの間から、平面的にみて微結晶半導体層ＭＳの外方となる領域に広がって、画素電極ＰＸによって表示する輝度が制御される領域（以下、画素表示領域ともいう）に延在する。ゲート絶縁層ＧＩは、透明基板ＧＡの上面、および、後述する保護絶縁層として形成される第２の窒化ケイ素層ＮＩ２の下面と接して形成される。このゲート絶縁層ＧＩの膜厚等についての詳細は後述する。
【００２８】
ソース電極ＳＴおよびドレイン電極ＤＴは、微結晶半導体層ＭＳと非晶質半導体層ＡＳと不純物半導体層ＯＣの積層膜の側面に接して、当該積層膜に乗り上げるようにして形成される。また、ソース電極ＳＴは、コンタクトホールＣＨを介して画素電極ＰＸと接続されて、映像信号線ＤＬから入力される映像信号が、微結晶半導体層ＭＳおよびソース電極ＳＴを経て画素電極ＰＸに入力されるようになっている。すなわち画素電極ＰＸは、微結晶半導体層ＭＳに電気的に接続されており、映像信号が入力されることで液晶層に横電界を発生させて、表示する輝度を制御するものとなっている。
【００２９】
また図３で示される薄膜トランジスタの上層には、共に窒化シリコンで形成される第２の窒化ケイ素層ＮＩ２および第３の窒化ケイ素層ＮＩ３が保護絶縁層として配置され、第２の窒化ケイ素層ＮＩ２は、非晶質半導体層ＡＳのエッチングされた部分を保護し、ソース電極ＳＴおよびドレイン電極ＤＴを上側から覆うものとなっている。また、本実施形態では、第２の窒化ケイ素層ＮＩ２は、画素表示領域において対向電極ＣＴの下地として形成され、第３の窒化ケイ素層ＮＩ３は、画素表示領域において画素電極ＰＸの下地として形成される。図３で示されるように、第２の窒化ケイ素層ＮＩ２および第３の窒化ケイ素層ＮＩ３は画素領域全体にわたって形成されて、第２の窒化ケイ素層ＮＩ２がゲート絶縁層ＧＩを下地として形成される。そして、画素電極ＰＸが平坦に形成される部分の下側において、第２の窒化ケイ素層ＮＩ２の下面は、ゲート絶縁層ＧＩの上面と接するようになっている。
【００３０】
本実施形態においては、図３で示されるように、酸化ケイ素層ＯＩが微結晶半導体層ＭＳの下地になるように形成されるため、微結晶半導体層ＭＳの界面での電荷蓄積が低減される。しかしながら、ゲート絶縁層ＧＩの一部を構成する第１の窒化ケイ素層ＮＩ１と、保護絶縁層として形成される第２の窒化ケイ素層ＮＩ２の間に、窒化ケイ素よりも屈折率が低い酸化ケイ素層ＯＩが介在することになるため、外光反射に悪影響に及ぼす場合が生じるものと考えられる。
【００３１】
図４は、画素表示領域において生じうる外光反射を説明するための図である。図４で示されるように、本実施形態では、屈折率が１．８〜１．９となる第１の窒化ケイ素層ＮＩ１および第２の窒化ケイ素層ＮＩ２（屈折率は、組成および膜内水素量に依存）の間に挟まれて、屈折率が１．４５となる酸化ケイ素層ＯＩが配置され、さらに、第１の窒化ケイ素層ＮＩ１の下側には透明基板ＧＡ（屈折率が１．５〜１．５５）が配置されて光学干渉膜が形成される。このため、酸化ケイ素層ＯＩや第１の窒化ケイ素層ＮＩ１の膜厚によっては、光が強めあって明所コントラストの低下が生じることになる。
【００３２】
以上のような外光反射を抑えるため、本実施形態においては、図３で示されるように、ゲート絶縁層ＧＩにおける微結晶半導体層ＭＳの下面に接する部分の厚みよりも、第２の窒化ケイ素層ＮＩ２の下面に接して形成される部分の厚みが薄くなるように形成する。これにより、２つの部分における膜厚が異なるように形成されて設計的な負荷が緩和され、ゲート絶縁層ＧＩに必要とされる容量や耐圧を維持しつつ、外光反射を抑制できる。
【００３３】
このようなゲート絶縁層ＧＩの厚みを薄くする加工としては、例えば、微結晶半導体層ＭＳと非晶質半導体層ＡＳと不純物半導体層ＯＣの３層を成膜した後、これらを島状に加工するエッチングを継続して、さらに、微結晶半導体層ＭＳの下側の部分以外の酸化ケイ素層ＯＩをエッチングすることが考えられる。また、この際には、３層のみをエッチングする場合よりもレジストを厚く形成して、酸化ケイ素層ＯＩに対するエッチングを継続できるようにする。また、ソース電極ＳＴやドレイン電極ＤＴの形状を加工する際のエッチングを継続することにより、第２の窒化ケイ素層ＮＩ２の下面に接する部分の酸化ケイ素層ＯＩを薄くしてもよいし、不純物半導体層ＯＣおよび非晶質半導体層ＡＳをチャネルエッチングする際のエッチングにより、酸化ケイ素層ＯＩを薄くしても良い。また、これらのエッチングを組み合わせることにより、第２の窒化ケイ素層ＮＩ２の下面に接するゲート絶縁層ＧＩを薄く加工するようにしても良い。
【００３４】
第２の窒化ケイ素層ＮＩ２の下面に接する部分のゲート絶縁層ＧＩを、微結晶半導体層ＭＳの下側の部分よりも３０ｎｍ以上、あるいは５０ｎｍ以上薄く形成することにより、外光反射による悪影響を及ぼす酸化ケイ素層ＯＩの膜厚を少なくして、明所コントラストの低下を防ぐことが出来ると考えられる。
【００３５】
また、外光反射による悪影響を低減する上では、視感度の強い波長の反射率を低くさせるようにゲート絶縁層ＧＩの膜厚を設定するのが望ましい。
【００３６】
図５は、ゲート絶縁層ＧＩの絶縁容量を一定に維持して、第１の窒化ケイ素層ＮＩ１と酸化ケイ素層ＯＩの膜厚を変化させた場合の外光に対する反射率の波長依存性を測定した結果を示す図である。同図のグラフにおいては、酸化ケイ素層ＯＩの比誘電率を４．２、第１の窒化ケイ素層ＮＩ１の比誘電率を６．７とし、酸化ケイ素層ＯＩの膜厚が０ｎｍかつ第１の窒化ケイ素層ＮＩ１の膜厚が３５０ｎｍとなる場合の絶縁容量を維持して、ゲート絶縁層ＧＩにおける２つの絶縁層の膜厚を変化させている。
【００３７】
また、図６は、相対視感度曲線を示す図であり、図７は、図５における６０ｎｍ〜１２０ｎｍの場合の反射率波長依存性に、相対視感度を乗じた結果を示すものである。さらに、図８は、図５における酸化ケイ素層ＯＩの膜厚と平均反射率の関係を示すグラフである。図８における平均反射率は、図５の反射率波長依存性に相対視感度を乗じたものを積分し、可視波長領域の範囲の大きさで除すことにより得られる（すなわち、図７の各グラフが有する面積を、可視波長領域の範囲の大きさで除して得られる）ものであり、平均反射率は外光反射率の大きさを示す指標となっている。図８で示されるように、酸化ケイ素層ＯＩが９０ｎｍ程度となる場合に平均反射率が最も大きくなり、酸化ケイ素層ＯＩの膜厚が５０ｎｍよりも大きく１２０ｎｍよりも小さい場合に、平均反射率が１．０％以上となる。このため図５の場合に、平均反射率を１．０％以下にするには、酸化ケイ素層ＯＩの膜厚を５０ｎｍ以下、あるいは１２０ｎｍ以上とする。
【００３８】
一方、図９および図１０は、絶縁耐圧と絶縁容量とが望ましい値となるゲート絶縁層ＧＩの膜厚を説明するためのグラフである。
【００３９】
まず、図９は、ゲート絶縁層ＧＩの絶縁容量を一定に維持しつつ、第１の窒化ケイ素層ＮＩ１と酸化ケイ素層ＯＩの膜厚を変化させた場合のドレイン−ゲート電極間の絶縁耐圧を示すグラフである。同図で示されるように、酸化ケイ素層ＯＩの膜厚が増大することにより絶縁耐圧が徐々に減少する。ゲート絶縁層ＧＩの絶縁耐圧としては、２００Ｖ以上にするのが望ましいため、酸化ケイ素層ＯＩの膜厚は１６０ｎｍ以下に設定するのが望ましい。
【００４０】
次に、図１０は、ゲート絶縁層ＧＩの絶縁耐圧と絶縁容量とが望ましい値となる第１の窒化ケイ素層ＮＩ１と酸化ケイ素層ＯＩの厚みの関係を示すグラフである。酸化ケイ素層ＯＩの厚みをｈ１（ｎｍ）とし、第１の窒化ケイ素層ＮＩ１の厚みをｈ２（ｎｍ）とすると、これらの比誘電率も考慮して、３２０−１．８ｈ１≦ｈ２≦３８０−１．５ｈ１を満足する範囲内で絶縁耐圧と絶縁容量が望ましい値となる。また、酸化ケイ素層ＯＩとしては、成膜に２０ｎｍ以上の厚みが必要とされ、絶縁耐圧の観点から１６０ｎｍ以下に設定されることから（図９参照）、図１０では、ｈ１の下限を２０に、ｈ１の上限を１６０としている。
【００４１】
そして図１１は、平均反射率、および、絶縁耐圧および絶縁容量を好適な値にするための２つの絶縁層の膜厚を示すグラフであり、第１の窒化ケイ素層ＮＩ１の膜厚と酸化ケイ素層ＯＩの膜厚と平均反射率の関係、および、絶縁耐圧と絶縁容量とが望ましい値となる第１の窒化ケイ素層ＮＩ１の膜厚と酸化ケイ素層ＯＩの膜厚の範囲を示すものとなっている。同図においては、図１０と同様に、望ましい絶縁耐圧と絶縁容量となる膜厚の範囲が破線枠によって示される。また、平均反射率１．０％、１．５％、２．０％となる範囲が等高線状に示されており、平均反射率としては１．０％以下にするのが好適である。
【００４２】
図１１で示されるように、例えば、ゲート絶縁層ＧＩを、第１の窒化ケイ素層ＮＩ１を２００ｎｍ、酸化ケイ素層ＯＩを１２０ｎｍとして成膜をした場合には、島状加工やチャネル加工により、薄膜トランジスタが形成されない部分のゲート絶縁層ＧＩの膜厚を５０ｎｍ以上エッチングすることで、平均反射率を２．０％よりも低くすることができるようになる。このため、絶縁耐圧と絶縁容量が望ましい値となるようにゲート絶縁層ＧＩの膜厚を設定した場合に、平均反射率が２．０％以上となったとしても、第２の窒化ケイ素層ＮＩ２の下面に接する酸化ケイ素層ＯＩを５０ｎｍ以上エッチングすることで、平均反射率を２．０％よりも低くすることができる。
【００４３】
また、図１１で示されるように、画素表示領域の酸化ケイ素層ＯＩの膜厚を、４０ｎｍ以下に設定することで平均反射率が１．５％以下となり、さらに、２５ｎｍ以下に設定することで平均反射率が１．０％以下となって画素表示領域で生じる外光反射を抑えることができる。また、画素表示領域の第１の窒化ケイ素層ＮＩ１の膜厚を１０５ｎｍ以上１９０ｎｍ以下となるように設定することで平均反射率が２．０％以下となり、１３０ｎｍ以上１６５ｎｍ以下となるように設定することで平均反射率が１．０％以下となって、画素表示領域で生じる外光反射を抑えることができる。
【００４４】
また、ゲート絶縁層ＧＩの微結晶半導体層ＭＳの下側の部分における、酸化ケイ素層ＯＩの厚みをｈ１（ｎｍ）とし、第１の窒化ケイ素層ＮＩ１の厚みをｈ２（ｎｍ）とすると、２０≦ｈ１≦６０と、３２０−１．８ｈ１≦ｈ２≦３８０−１．５ｈ１との２つの条件を満足するようにｈ１とｈ２を成膜するのが好適である。
【００４５】
［第２の実施形態］
次に、本発明に係る第２の実施形態の表示装置について説明をする。
【００４６】
上記の第１の実施形態では、図３で示されるように、ゲート絶縁層ＧＩを第１の窒化ケイ素層ＮＩ１と酸化ケイ素層ＯＩによって構成し、ゲート絶縁層ＧＩにおける酸化ケイ素層ＯＩと、保護絶縁層としての第２の窒化ケイ素層ＮＩ２とが互いに接するようになっている。しかしながら第２の実施形態では、図１２で示されるように、微結晶半導体層ＭＳから露出する部分の酸化ケイ素層ＯＩが、島状加工の際のエッチングにより全て削られるようにしているため、第２の窒化ケイ素層ＮＩ２の下面と、第１の窒化ケイ素層ＮＩ１とが接するようになっている。第２の実施形態は、かかる点で第１の実施形態と異なっており、かかる点以外の構成は第１の実施形態とほぼ同様であるため説明を省略するものとする。
【００４７】
第２の実施形態では、画素表示領域において、第２の窒化ケイ素層ＮＩ２と第１の窒化ケイ素層ＮＩ１の間に介在する酸化ケイ素層ＯＩが存在しないため、外光反射による悪影響が抑えられることになる。
【００４８】
なお、上記の各実施形態においては、第２の窒化ケイ素層ＮＩ２よりもさらに上層に形成される保護絶縁層である第３の窒化ケイ素層ＮＩ３も窒化ケイ素によって形成されるとしているが、第３の窒化ケイ素層ＮＩ３は、たとえば有機系の絶縁層によって形成されても良い。また、第２の窒化ケイ素層ＮＩ２と対向電極ＣＴの間には、さらに、有機系の絶縁層が介在しても良い。また、上記の各実施形態では、対向電極ＣＴの上側に画素電極ＰＸが形成されるとしているが、対向電極ＣＴと画素電極ＰＸの配置が逆転して、画素電極ＰＸの上側に対向電極ＣＴが形成されても良い。
【００４９】
なお、上記の各実施形態における表示装置は、ＩＰＳ型の液晶表示装置となっているが、ＶＡ（Vertical Alignment）型やＴＮ（Twisted Nematic）型などの他の方式の液晶表示装置であっても良いし、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）表示装置であってもよい。また、上記の各実施形態では、チャネルエッチング型の薄膜トランジスタとなっているが、例えば、チャネルストッパー型の薄膜トランジスタであってもよい。
【００５０】
本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、各実施形態で説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成、又は同一の目的を達成することができる構成でおきかえることが出来る。
【００５１】
［参考例］
以下においては、参考例に係る表示装置について説明をする。参考例に係る表示装置では、図１３で示されるように、図３における第２の窒化ケイ素層ＮＩ２の位置に、保護絶縁層として第２の酸化ケイ素層ＯＩ２が形成されている。参考例にかかる表示装置は、このような点で上記の各実施形態と異なっているが、第１の酸化ケイ素層ＯＩ１の上面に接して、保護絶縁層として第２の酸化ケイ素層ＯＩ２が形成されることで、微結晶半導体層ＭＳの下側に形成される酸化ケイ素層の厚みと、画素表示領域における酸化ケイ素層の厚みを異ならせることができ、これにより設計的な負荷を緩和できる。
【００５２】
なお、第２の酸化ケイ素層ＯＩ２と対向電極ＣＴの間には、他の有機系の絶縁層が形成されても良いし、窒化ケイ素層が配置されてもよい。また、参考例におけるゲート絶縁層ＧＩでは、微結晶半導体層ＭＳの下側の部分と、第２の窒化ケイ素層ＮＩ２の下面に接する部分とで厚みが同じとなっても良い。
【符号の説明】
【００５３】
ＳＵＢ 薄膜トランジスタ基板、ＴＦＴ 薄膜トランジスタ、ＰＸ 画素電極、 ＣＴ 対向電極、ＣＬ 共通信号線、ＧＬ 走査信号線、ＤＬ 映像信号線、ＤＴ ドレイン電極、ＳＴ ソース電極、ＣＨ コンタクトホール、ＭＳ 微結晶半導体層、ＡＳ 非晶質半導体層、ＯＣ 不純物半導体層、ＧＡ 透明基板、ＧＩ ゲート絶縁層、ＯＩ 酸化ケイ素層、ＮＩ１ 第１の窒化ケイ素層、ＮＩ２ 第２の窒化ケイ素層、ＮＩ３ 第３の窒化ケイ素層、ＯＩ１ 第１の酸化ケイ素層、ＯＩ２ 第２の酸化ケイ素層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と、
前記透明基板の上側に形成されるゲート電極と、
前記ゲート電極の上側に形成される微結晶半導体層と、
前記ゲート電極と前記微結晶半導体層の間に形成されて、前記微結晶半導体層の外方に延在するゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層の前記微結晶半導体層の外方に延在する部分の上面に接して、窒化ケイ素で形成される第２の窒化ケイ素層と、を有し、
前記ゲート絶縁層は、
第１の窒化ケイ素層と、
前記第１の窒化ケイ素層の上側に形成されて前記微結晶半導体層に接する酸化ケイ素層と、
を含み、
前記ゲート絶縁層は、前記微結晶半導体層の下側の部分よりも前記第２の窒化ケイ素層の下面に接する部分で薄く形成される、
ことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載された表示装置であって、
前記ゲート絶縁層では、前記第２の窒化ケイ素層の下面に接する部分が前記微結晶半導体層の下側の部分よりも３０nm以上薄く形成される、
ことを特徴とする表示装置。
【請求項３】
請求項１に記載された表示装置であって、
前記ゲート絶縁層では、前記第２の窒化ケイ素層の下面に接する部分が前記微結晶半導体層の下側の部分よりも５０nm以上薄く形成される、
ことを特徴とする表示装置。
【請求項４】
請求項１に記載された表示装置であって、
前記ゲート絶縁層における前記酸化ケイ素層は、前記微結晶半導体層の外方に延在して前記第２の窒化ケイ素層の下面に接して形成され、
前記ゲート絶縁層の前記第２の窒化ケイ素層の下面に接する部分では、前記酸化ケイ素層が２５nm以下の厚みで形成される、
ことを特徴とする表示装置。
【請求項５】
請求項１に記載された表示装置であって、
前記ゲート絶縁層における前記第１の窒化ケイ素層は、前記微結晶半導体層の外方に延在して前記第２の窒化ケイ素層の下面に接して形成される、
ことを特徴とする表示装置。
【請求項６】
請求項１に記載された表示装置であって、
前記ゲート絶縁層の前記第２の窒化ケイ素層の下面に接する部分では、前記第１の窒化ケイ素層が１３０nm以上１６５nm以下の厚みで形成される、
ことを特徴とする表示装置。
【請求項７】
請求項１に記載された表示装置であって、
前記微結晶半導体層の下側における前記酸化ケイ素層の厚みをｈ１（nm）とし、
前記微結晶半導体層の下側における前記第１の窒化ケイ素層の厚みをｈ２（nm）とする場合に、
３２０−１．８ｈ１≦ｈ２≦３８０−１．５ｈ１と、
２０≦ｈ１≦６０と、の２つの条件を満たす、
ことを特徴とする表示装置。
【請求項８】
請求項１に記載された表示装置であって、
前記微結晶半導体層には、前記第２の窒化ケイ素層の上側に形成される画素電極が電気的に接続され、
前記画素電極は、前記画素電極が配置される画素が表示する輝度を制御する、
ことを特徴とする表示装置。
【請求項１】
透明基板と、
前記透明基板の上側に形成されるゲート電極と、
前記ゲート電極の上側に形成される微結晶半導体層と、
前記ゲート電極と前記微結晶半導体層の間に形成されて、前記微結晶半導体層の外方に延在するゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層の前記微結晶半導体層の外方に延在する部分の上面に接して、窒化ケイ素で形成される第２の窒化ケイ素層と、を有し、
前記ゲート絶縁層は、
第１の窒化ケイ素層と、
前記第１の窒化ケイ素層の上側に形成されて前記微結晶半導体層に接する酸化ケイ素層と、
を含み、
前記ゲート絶縁層は、前記微結晶半導体層の下側の部分よりも前記第２の窒化ケイ素層の下面に接する部分で薄く形成される、
ことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載された表示装置であって、
前記ゲート絶縁層では、前記第２の窒化ケイ素層の下面に接する部分が前記微結晶半導体層の下側の部分よりも３０nm以上薄く形成される、
ことを特徴とする表示装置。
【請求項３】
請求項１に記載された表示装置であって、
前記ゲート絶縁層では、前記第２の窒化ケイ素層の下面に接する部分が前記微結晶半導体層の下側の部分よりも５０nm以上薄く形成される、
ことを特徴とする表示装置。
【請求項４】
請求項１に記載された表示装置であって、
前記ゲート絶縁層における前記酸化ケイ素層は、前記微結晶半導体層の外方に延在して前記第２の窒化ケイ素層の下面に接して形成され、
前記ゲート絶縁層の前記第２の窒化ケイ素層の下面に接する部分では、前記酸化ケイ素層が２５nm以下の厚みで形成される、
ことを特徴とする表示装置。
【請求項５】
請求項１に記載された表示装置であって、
前記ゲート絶縁層における前記第１の窒化ケイ素層は、前記微結晶半導体層の外方に延在して前記第２の窒化ケイ素層の下面に接して形成される、
ことを特徴とする表示装置。
【請求項６】
請求項１に記載された表示装置であって、
前記ゲート絶縁層の前記第２の窒化ケイ素層の下面に接する部分では、前記第１の窒化ケイ素層が１３０nm以上１６５nm以下の厚みで形成される、
ことを特徴とする表示装置。
【請求項７】
請求項１に記載された表示装置であって、
前記微結晶半導体層の下側における前記酸化ケイ素層の厚みをｈ１（nm）とし、
前記微結晶半導体層の下側における前記第１の窒化ケイ素層の厚みをｈ２（nm）とする場合に、
３２０−１．８ｈ１≦ｈ２≦３８０−１．５ｈ１と、
２０≦ｈ１≦６０と、の２つの条件を満たす、
ことを特徴とする表示装置。
【請求項８】
請求項１に記載された表示装置であって、
前記微結晶半導体層には、前記第２の窒化ケイ素層の上側に形成される画素電極が電気的に接続され、
前記画素電極は、前記画素電極が配置される画素が表示する輝度を制御する、
ことを特徴とする表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−２６４５５（Ｐ２０１３−２６４５５Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６０１２４（Ｐ２０１１−１６０１２４）
【出願日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【出願人】（５０２３５６５２８）株式会社ジャパンディスプレイイースト (2,552)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【出願人】（５０２３５６５２８）株式会社ジャパンディスプレイイースト (2,552)
【Ｆターム（参考）】
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