JP2001100247A

JP2001100247A - アクティブマトリクス型液晶表示装置及びその製造方法

Info

Publication number: JP2001100247A
Application number: JP27394299A
Authority: JP
Inventors: Kazutoshi Onozawa; 和利小野澤
Original assignee: Matsushita Electronics Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-09-28
Filing date: 1999-09-28
Publication date: 2001-04-13

Abstract

(57)【要約】【課題】液晶の配向不良を抑制する。【解決手段】薄膜トランジスタ２、ゲート配線４及び
ソース配線７の上部に第１の平坦化層１０を設け、第１
の平坦化層１０上に第１の画素電極１２を設け、ドレイ
ン領域と第１の画素電極１２とを接続するコンタクト上
に第２の平坦化層１１を設け、第１の画素電極１２及び
第２の平坦化層１１上に第２の画素電極１３を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アクティブマトリ
クス型液晶表示装置及びその製造方法に関し、特に、画
素電極とスイッチング用の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
とが集積的に形成されたアクティブマトリクス基板の平
坦化技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は従来技術におけるアクティブマト
リクス型液晶表示装置の一般的な構造を示す概略断面図
である。図７に示すように、絶縁基板３１の表面には複
数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３２がマトリクス状に
形成されている。薄膜トランジスタ３２は島状にパター
ニングされた半導体薄膜４４を素子領域として利用して
いる。半導体薄膜４４の上には一層のゲート絶縁膜を介
してゲート配線４３がパターニングして形成されてい
る。薄膜トランジスタ３２のソース領域には第１の層間
絶縁膜３３を介してソース配線３４が電気的に接続され
ている。また、薄膜トランジスタ３２のドレイン領域に
は第１の層間絶縁膜３３及び第２の層間絶縁膜３５を介
して画素電極３６が電気的に接続されている。このよう
に薄膜トランジスタ３２及び画素電極３６が集積的に形
成された下側の絶縁基板３１を、以下『アクティブマト
リクス基板４５』という。第２の層間絶縁膜３５及び画
素電極３６の表面は配向膜３７によって被覆されてい
る。アクティブマトリクス基板４５の対向位置には所定
の間隔をおいて対向基板３８が配置されている。対向基
板３８の内表面にはブラックマトリクス（遮光層）３
９、対向電極４０及び配向膜４１が形成されている。ア
クティブマトリクス基板４５と対向基板３８との間に
は、配向膜３７、４１によって配向制御された液晶４２
が注入されている。

【０００３】上記アクティブマトリクス型液晶表示装置
において、薄膜トランジスタ３２のゲート配線４３に選
択信号を印加した状態で、ソース配線３４を介して画像
信号が供給されると、画素電極３６に所定の信号電圧が
書き込まれ、画素電極３６と対向電極４０との間に生じ
た電圧によって液晶４２の分子配列が変化する。これに
より、画像表示が行なわれる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図７に示した従来のア
クティブマトリクス型液晶表示装置においては、アクテ
ィブマトリクス基板４５に薄膜トランジスタ３２、ゲー
ト配線４３、ソース配線３４などが集積的に形成されて
おり、その表面は起伏が激しく無数の凹凸や段差を含ん
でいる。このため、液晶４２の配向制御が困難となり、
均一な画像表示を得ることができないという問題があ
る。特に、画素電極３６の端部の段差部分においては液
晶の配向が乱れ、プレチルト角が逆転したリバースチル
トドメインが発生し、表示品位が著しく損なわれる。加
えて、従来の構造では、アクティブマトリクス基板４５
の表面の凹凸の影響を受け、液晶４２に印加される電界
の方向が不均一となり、一様な透過率制御が困難になる
という問題がある。また、液晶４２は画素電極３６と対
向電極４０との間に印加される電界によって配向状態が
変化し、オン／オフ制御が行なわれるが、画素電極３６
の周囲のソース配線３４やゲート配線４３等の横方向の
電界の影響を受け、これがプレチルト角の乱れと相乗的
に作用して、正常な動作が乱されてしまう。

【０００５】本発明は、従来技術における前記課題を解
決するためになされたものであり、液晶の配向不良の抑
制と液晶表示の開口率の向上を図ることができると共
に、製造工程を簡略化することができ、かつ、平坦化層
と画素電極との密着性も良く、ソース領域と画素電極と
の電気的な接続も良好なアクティブマトリクス型液晶表
示装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係るアクティブマトリクス型液晶表示装置
の構成は、マトリクス状に配列された複数の薄膜トラン
ジスタを備え、前記薄膜トランジスタが、ゲート配線に
接続されたゲート電極と、ソース配線に接続されたソー
ス領域と、画素電極に接続されたドレイン領域とを有す
るアクティブマトリクス型液晶表示装置であって、前記
薄膜トランジスタ、前記ゲート配線及び前記ソース配線
の上部に第１の平坦化層が設けられ、前記第１の平坦化
層上に第１の画素電極が設けられ、前記ドレイン領域と
前記第１の画素電極とを接続するコンタクト上に第２の
平坦化層が設けられ、前記第１の画素電極及び前記第２
の平坦化層上に第２の画素電極が設けられていることを
特徴とする。このアクティブマトリクス型液晶表示装置
の構成によれば、画素電極上を完全に平坦化することが
できる。その結果、画素電極上の液晶の配向が段差によ
って乱れることはないので、液晶を安定に制御すること
ができ、画像を正確に再生することができる。

【０００７】また、前記本発明のアクティブマトリクス
型液晶表示装置の構成においては、前記第１の画素電極
と前記ドレイン領域とを接続する接続電極をさらに備
え、前記接続電極と前記第１の画素電極とが、前記第１
の平坦化層を貫通するコンタクトホールを介して接続さ
れているのが好ましい。この好ましい例によれば、第１
の画素電極とドレイン領域とを、接続電極によって容易
に接続することが可能となり、電気抵抗を安定させるこ
とができる。その結果、画素電極上の液晶を電気的に安
定に制御することができるので、画像を正確に再生する
ことができる。また、この場合には、前記接続電極の全
部又は一部が前記ソース配線と同じ層に設けられている
のが好ましい。この好ましい例によれば、接続電極にソ
ース配線と同一の材料を用いることにより、ソース配線
と同一のプロセスで接続電極を形成することができるの
で、接続電極の形成工程を省略することができる。ま
た、この場合には、前記第１の画素電極と前記接続電極
とを接続するシリサイド化合物層又は金属窒化物層をさ
らに備えているのが好ましい。この好ましい例によれ
ば、画素電極のコンタクト特性が向上する。その結果、
画素電極上の液晶を電気的に安定に制御することができ
るので、画像を正確に再生することができる。この場合
にはさらに、マトリクス状に配列された前記第１又は第
２の画素電極の境界に整合してブラックマトリクスが一
体的に形成され、前記ブラックマトリクスの一部が前記
シリサイド化合物層又は金属窒化物層によって形成され
ているのが好ましい。この好ましい例によれば、対向基
板側のブラックマトリクスを省略することができる。ま
た、ブラックマトリクスの形成精度を、アクティブマト
リクス基板と対向基板の機械的な合わせ精度から半導体
プロセスのリソグラフィーの精度まで向上させることが
できる。さらには、前記ブラックマトリクスが前記ソー
ス配線を兼ねるのが好ましい。この好ましい例によれ
ば、ソース配線の材料として遮光性を有する導電材料を
用いることにより、配向の乱れを遮光することができ
る。その結果、新たに遮光膜を設けることなく、表示品
位の向上と共に開口率の向上をも図ることができる。

【０００８】また、前記本発明のアクティブマトリクス
型液晶表示装置の構成においては、前記第１及び第２の
平坦化層の上に設けられた前記第１及び第２の画素電極
と、前記ゲート配線、前記ソース配線のうちの少なくと
もいずれかが配線幅方向に重ねて設けられているのが好
ましい。この好ましい例によれば、開口率を向上させる
ことが可能になると共に、横電界を防止することができ
る。その結果、画素電極上の液晶を垂直方向の電界によ
って安定に制御することができるので、液晶の配向不良
を抑制することが可能となり、画像を正確に再生するこ
とができる。

【０００９】また、前記本発明のアクティブマトリクス
型液晶表示装置の構成においては、前記第１及び第２の
平坦化層が有機膜からなるのが好ましい。また、この場
合には、前記有機膜がポジ型感光性アクリル樹脂からな
るのが好ましい。この好ましい例によれば、ポジ型感光
性アクリル樹脂をスピンコーティング法によって塗布
し、露光及びアルカリ現像によってパターニングして、
数μｍという膜厚の平坦化層を容易に得ることができ
る。その結果、無機膜を用いた場合に比べて生産性が良
く、低コストで画素電極上を完全に平坦化することがで
きる。

【００１０】また、前記本発明のアクティブマトリクス
型液晶表示装置の構成においては、前記第１及び第２の
平坦化層が光学的又は化学的な脱色処理が施された樹脂
からなるのが好ましい。この好ましい例によれば、透過
率の高いアクティブマトリクス型液晶表示装置を実現す
ることができる。

【００１１】また、本発明に係るアクティブマトリクス
型液晶表示装置の製造方法は、基板上に、複数の薄膜ト
ランジスタをマトリクス状に形成すると共に、前記薄膜
トランジスタのゲート電極に接続されるゲート配線と前
記薄膜トランジスタのソース領域に接続されるソース配
線を互いに交差するように形成し、かつ、前記薄膜トラ
ンジスタのドレイン領域に接続されるコンタクトを形成
する工程と、前記薄膜トランジスタ、前記ゲート配線、
前記ソース配線及び前記コンタクトの上部に、スピンコ
ーティング法によって有機膜を形成した後、前記有機膜
をパターニングして第１の平坦化層を形成すると共に、
前記第１の平坦化層を貫通させて前記コンタクトに達す
るコンタクトホールを形成する工程と、前記第１の平坦
化層上及び前記コンタクトホール内に第１の画素電極層
を形成する工程と、前記第１の画素電極層の上に、スピ
ンコーティング法によって有機膜を形成した後、前記有
機膜をパターニングして前記コンタクトホール内に第２
の平坦化層を形成する工程と、前記第１の画素電極層及
び前記第２の平坦化層の上に第２の画素電極層を形成す
る工程と、前記第１及び第２の画素電極層を所定の形状
にパターニングして画素電極を形成する工程とを備えた
ことを特徴とする。このアクティブマトリクス型液晶表
示装置の製造方法によれば、有機膜によって比較的膜厚
の厚い平坦化が可能となり、かつ、画素電極上を完全に
平坦化することができる。その結果、その下層の配線な
どによる段差部で起こっていた画素電極のドレイン側に
おける断線などを防止することができると共に、段差に
よる配向不良を防止することもできる。また、ソース配
線と画素電極との間が絶縁され、ソース配線と画素電極
と間の電気的リークによる欠陥絵素が極めて少なくなる
ので、製造歩留の向上が可能になると共に、製造コスト
の低減が可能になる。

【００１２】また、前記本発明のアクティブマトリクス
型液晶表示装置の製造方法においては、前記第１及び第
２の画素電極層を、その端部が前記ゲート配線、前記ソ
ース配線のうち少なくともいずれかと配線幅方向に重な
るように形成するのが好ましい。

【００１３】また、前記本発明のアクティブマトリクス
型液晶表示装置の製造方法においては、前記有機膜がポ
ジ型感光性アクリル樹脂からなり、前記第１及び第２の
平坦化層と前記コンタクトホールは、前記ポジ型感光性
アクリル樹脂を露光及び現像することによって形成され
るのが好ましい。この好ましい例によれば、無機膜を用
いて平坦化層を形成するために必要なＣＶＤ等による成
膜、フォトレジストによるパターン形成工程、エッチン
グ、レジスト剥離、洗浄工程を必要とせず、感光性アク
リル樹脂の塗布、露光及び現像工程のみによって平坦化
層を形成することが可能となる。従って、製造工程の短
縮化、簡素化及び製造コストの低減を図ることができ
る。また、この場合には、前記ポジ型感光性アクリル樹
脂を露光及び現像した後、基板全面又は少なくとも前記
画素電極全面に露光を行う工程をさらに備えているのが
好ましい。この好ましい例によれば、感光性アクリル樹
脂に含有されている不要な感光剤を反応させて、透明化
することができる。従って、透明度の高い平坦化層を実
現することが可能となる。この場合にはさらに、前記ポ
ジ型感光性アクリル樹脂を露光及び現像した後、前記基
板全面又は少なくとも前記画素電極全面に露光を行う工
程が完了するまで、前記ポジ型感光性アクリル樹脂の温
度を１００℃以下に保つのが好ましい。この好ましい例
によれば、感光性アクリル樹脂に含有されている不要な
感光剤を安定して反応させることができる。従って、透
明度が高く、透過率が安定した平坦化層を実現すること
が可能となる。また、この場合には、前記ポジ型感光性
アクリル樹脂を、その濃度が０．１から０．５ｍｏｌ％
のテトラメチルアンモニウムヒドロオキサイド現像液に
よってパドル現像することにより、前記第１及び第２の
平坦化層を形成するのが好ましい。この好ましい例によ
れば、感光性アクリル樹脂に対して所望のパターンに従
って露光を行い、アルカリ性の溶液、テトラメチルアン
モニウムヒドロオキサイド（以下『ＴＭＡＨ』と略記す
る。）によって現像処理を行うことにより、露光された
部分がアルカリ性の溶液によってエッチングされ、コン
タクトホール等が形成される。しかし、ＴＭＡＨ現像液
の濃度が０．５ｍｏｌ％以上である場合には、露光され
ていない部分の感光性アクリル樹脂の膜厚の減少量が大
きく、膜厚の制御が困難となる。ＴＭＡＨ現像液の濃度
が２．４ｍｏｌ％と高濃度の場合には、現像のヌキの部
分に感光性アクリル樹脂の変質物が残さとして残り、コ
ンタクト不良が生じる。また、ＴＭＡＨ現像液の濃度が
０．１ｍｏｌ％以下の場合、現像液を循環して繰り返し
使用する方式の現像装置では濃度の変動が大きいために
濃度の制御が困難となる。一方、ＴＭＡＨ現像液の濃度
を０．１〜０．５ｍｏｌ％に設定すれば、上記のような
問題が解消され、安定して平坦化層を形成することがで
きる。

【００１４】また、前記本発明のアクティブマトリクス
型液晶表示装置の製造方法においては、前記第１の平坦
化層の厚さが１．０μｍ以上であるのが好ましい。この
好ましい例によれば、画素電極と各配線（ゲート配線、
ソース配線）とを１μｍ以上オーバーラップさせても、
各配線と画素電極との間の容量は十分小さくなり、時定
数も小さくなる。従って、容量成分が表示に与えるクロ
ストークなどの影響が低減され、より良好な表示が得ら
れる。

【００１５】また、前記本発明のアクティブマトリクス
型液晶表示装置の製造方法においては、前記有機膜を形
成する前に、前記有機膜が形成される部位にヘキサメチ
ルジシラザンを塗布する工程をさらに備えているのが好
ましい。この好ましい例によれば、有機膜と有機膜が形
成される部位との密着性が向上する。従って、その後の
拡散工程及び組立工程における有機膜の剥離の発生を防
止することができる。

【００１６】また、前記本発明のアクティブマトリクス
型液晶表示装置の製造方法においては、前記第１の画素
電極層を形成する前に、前記有機膜からなる第１の平坦
化層の表面に対してＲＦ（高周波）によるＡｒ逆スパッ
タ処理を行う工程をさらに備えているのが好ましい。こ
の好ましい例によれば、第１の平坦化層とその上に成膜
される第１の画素電極層との間の密着性が向上する。従
って、液晶パネル組立プロセス中の処理に対してより安
定なデバイスが実現され、歩留も向上する。また、この
場合には、前記Ａｒ逆スパッタ処理が、前記有機膜から
なる第１の平坦化層に前記コンタクトホールを形成した
後に行われるのが好ましい。この好ましい例によれば、
第１の画素電極とドレイン領域又は接続電極とを接続す
るコンタクトホール部の残留物を除去することができ
る。従って、コンタクトホール部における接続不良の発
生を抑制することができる。また、この場合には、前記
Ａｒ逆スパッタ処理を行う前に、前記有機膜を１１０℃
〜２４０℃に加熱する工程をさらに備えているのが好ま
しい。この好ましい例によれば、架橋反応によって有機
膜を硬化させることができる。従って、その後の拡散工
程及び組立工程における有機膜の剥離の発生を防止する
ことができる。また、画素電極の形成等のプロセスによ
る有機膜の劣化を抑制することができる。

【００１７】また、前記本発明のアクティブマトリクス
型液晶表示装置の製造方法においては、前記画素電極間
の前記第１の平坦化層を５〜１００ｎｍの厚み分だけ除
去するのが好ましい。この好ましい例によれば、画素電
極間の絶縁を完全なものにすることができる。従って、
画素間リークなどの不良を抑制し、歩留及び性能を安定
化させることができる。また、この場合には、前記第１
の平坦化層の除去を、酸素プラズマを用いたプラズマエ
ッチングによって行うのが好ましい。この好ましい例に
よれば、例えば、表面が変質して炭化している場合であ
っても画素電極間の第１の平坦化層を除去することが可
能となる。従って、前工程のプロセス条件に関係なく、
画素間リークなどの不良を抑制し、歩留及び性能を安定
化させることができる。

【００１８】また、前記本発明のアクティブマトリクス
型液晶表示装置の製造方法においては、前記有機膜を形
成する前に、前記コンタクトを外部に露出させる工程を
さらに備えているのが好ましい。この好ましい例によれ
ば、有機膜を形成する前に、外部と接続するためのコン
タクト端子上のＳｉＯ₂膜やＳｉＮ膜などの無機物を除
去し、コンタクト端子を露出させることにより、ＳｉＯ
₂膜やＳｉＮ膜などのエッチングや、そのためのレジス
ト除去工程における有機膜へのダメージを無くすことが
できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態を用いて本発明
をさらに具体的に説明する。尚、以下の説明に用いる各
図は本発明を理解することができる程度に概略的に示し
てあるにすぎず、本発明は各図に示す例のみに限定され
るものではない。

【００２０】図１は本発明の一実施の形態におけるアク
ティブマトリクス基板の基本的な構成を示す概略断面
図、図２は本発明の一実施の形態におけるアクティブマ
トリクス型液晶表示装置の基本的な構成を示す概略断面
図である。

【００２１】図１において、アクティブマトリクス基板
１７は石英ガラス等からなる絶縁基板１を用いて構成さ
れており、その表面には複数の薄膜トランジスタ（以下
『ＴＦＴ』と略記する。）２がマトリクス状に配列され
た状態でそれぞれ集積的に形成されている。ＴＦＴ２は
島状にパターニングされた半導体薄膜３を素子領域とし
て利用している。すなわち、半導体薄膜３内にソース領
域３ａとドレイン領域３ｂが設けられている。半導体薄
膜３は、例えばポリシリコンからなる。尚、半導体薄膜
３の材料はポリシリコンに限定されるものではなく、単
結晶シリコンや非晶質シリコンを用いることもできる。
半導体薄膜３の上には一層のゲート絶縁膜４ａを介して
ゲート配線４がパターニングして形成されている。この
ゲート配線４は、例えばポリシリコンからなる。ここ
で、ゲート配線４の一部を構成し、半導体薄膜３と重な
った部分が『ゲート電極』となる。絶縁基板１の上に
は、ＴＦＴ２を被覆した状態で第１の層間絶縁膜５が形
成されている。第１の層間絶縁膜５は、例えば、窒素が
ドーピングされたガラスと、ボロンと燐がドーピングさ
れたガラスとの積層体からなる。ＴＦＴ２のソース領域
３ａには、第１の層間絶縁膜５に設けられた第１のコン
タクトホール６を介してソース配線７が電気的に接続さ
れている。ソース配線７は、例えばアルミニウムからな
り、画像信号ラインその他を構成している。一方、ＴＦ
Ｔ２のドレイン領域３ｂには、第１のコンタクトホール
６を介して接続電極１６が電気的に接続されている。こ
のように、接続電極１６は、その一部がソース配線７と
同じ層に設けられている。このため、接続電極１６にソ
ース配線７と同一の材料を用いれば、ソース配線７と同
一のプロセスで接続電極１６を形成することができるの
で、接続電極１６の形成工程を省略することができる。
尚、接続電極１６の全部をソース配線７と同じ層に設け
るようにしてもよい。

【００２２】第１の層間絶縁膜５の上には、ソース配線
７を被覆するように第２の層間絶縁膜８が成膜されてい
る。第２の層間絶縁膜８は、例えば、プラズマＣＶＤ法
によって成長させたシリコン酸化膜からなる。接続電極
１６上の第２の層間絶縁膜８には、第２のコンタクトホ
ール９が設けられており、さらにはシリサイド化合物で
あるＷＳｉがバリアメタル１４として形成されている。
また、ＷＳｉは第２の層間絶縁膜８の上にＴＦＴ２の遮
光層１５としても形成されている。尚、バリアメタル１
４、遮光層１５の材料としては必ずしもＷＳｉ等のシリ
サイド化合物に限定されるものではなく、例えば、金属
窒化物等を用いることもできる。

【００２３】さらに、第２の層間絶縁膜８の上には有機
膜材料からなる第１の平坦化層１０が形成され、この第
１の平坦化層１０には第２のコンタクトホール９が設け
られている。そして、第１の平坦化層１０の上には、第
１の画素電極１２と第２の画素電極１３がパターニング
して形成されており、第１の画素電極１２はバリアメタ
ル１４と接続電極１６を介してＴＦＴ２のドレイン領域
３ｂに電気的に接続されている。また、第１の画素電極
１２と第２の画素電極１３との間の第２のコンタクトホ
ール９内には有機膜材料からなる第２の平坦化層１１が
介在している。第１及び第２の平坦化層１０、１１の有
機膜材料としては、例えばアクリル樹脂やポリイミド樹
脂を挙げることができるが、本実施の形態においては、
所定の粘性を有し凹凸を埋めるのに好適なアクリル樹脂
を用いている。マトリクス状に配列された個々の第１の
画素電極１２は、第２の層間絶縁膜８と第１の平坦化層
１０に設けられた第２のコンタクトホール９を介して対
応するＴＦＴ２のドレイン領域３ｂに電気的に接続され
ている。

【００２４】図２に示すように、アクティブマトリクス
基板１７の対向位置には所定の間隔をおいて石英ガラス
等からなる対向基板２１が配置されている。対向基板２
１の内表面には、対向電極２３と配向膜２４が順に形成
されている。また、アクティブマトリクス基板１７の表
面にも配向膜２５が形成されている。そして、アクティ
ブマトリクス基板１７と対向基板２１との間には液晶４
２が注入され、これによりアクティブマトリクス型液晶
表示装置が構成されている。液晶２２の配向制御は、一
対の配向膜２４、２５によって行なわれ、例えばツイス
トネマティックモードが得られる。

【００２５】本アクティブマトリクス型液晶表示装置に
おいては、従来の構造と異なり、画素電極内にはコンタ
クトホールがなく、配向膜２５は極めて平坦な面を有し
段差部がないため、一様なラビング処理を行なうことが
できる。従って、画面全体にわたって均一な配向制御が
可能となる。また、画素電極内にはなんら凹凸部分が存
在しないため、液晶２２は対向電極２３と第２の画素電
極１３との間に作用する垂直方向の電界によって駆動制
御され、横方向の電界の影響は小さい。その結果、従来
問題となっていたリバースチルトドメインによる表示品
位の劣化を有効に改善することができる。また、互いに
隣接する画素電極の境界部分については、ソース配線７
をブラックマトリクスとして利用することにより、少な
くとも部分的に遮蔽することができる。しかし、ＴＦＴ
２部分についてはこの遮光構造を採用することはできな
い。そこで、ＴＦＴ２部分を選択的に遮蔽するために、
シリサイド化合物又は金属窒化物等からなる遮光層１５
が用いられている。

【００２６】次に、図１に示すアクティブマトリクス基
板の製造方法について、図３〜図５を参照しながら説明
する。

【００２７】まず、図３の工程Ａにおいて、石英ガラス
等からなる絶縁基板１の表面に、減圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶ
Ｄ）法によってアモルファスシリコンを成膜する。次い
で、アモルファスシリコンを固相成長させて大粒径化
し、ポリシリコン化する。次いで、このポリシリコンを
島状にパターニングして素子領域を形成する。これによ
り、ポリシリコンからなる半導体薄膜３が得られる。次
いで、ポリシリコンからなる半導体薄膜３の表面を熱酸
化する（加熱温度：１１００℃、加熱時間：２３分）。
これにより、ＳｉＯ₂からなるゲート酸化膜（ゲート絶
縁膜）４ａが得られる。尚、同時に、ポリシリコンから
なる半導体薄膜３をパターニングして保持容量を形成で
きるようにしておく。

【００２８】次に、図３の工程Ｂにおいて、ゲート酸化
膜４ａの上に、ＬＰＣＶＤ法によってポリシリコンを成
膜する。そして、リンドープによってこのポリシリコン
の低抵抗化を図った後、所定の形状にパターニングす
る。これにより、ゲート配線４と保持容量配線４ｂが得
られる。次いで、Ｎチャンネル型のＴＦＴ２は、ＬＤＤ
（lightly doped drain）構造とするために、セルフア
ライメントにより、ゲート配線４をマスクとしてポリシ
リコンからなる半導体薄膜３にドーズ量１×１０ ¹³／ｃ
ｍ²の燐イオンを注入し、さらにＬＤＤ領域をマスキン
グして、半導体薄膜３にドーズ量４×１０¹⁵／ｃｍ²の
燐イオンを注入し、半導体薄膜３内にソース領域３ａと
ドレイン領域３ｂを設ける。

【００２９】以上の工程により、絶縁基板１上に複数の
Ｎチャネル型のＴＦＴ２がマトリクス状に形成される。
尚、Ｐチャネル型のＴＦＴを形成する場合には、ボロン
イオンが注入される。

【００３０】次に、図３の工程Ｃにおいて、絶縁基板１
の表面に、窒素がドーピングされたガラスと、ボロンと
燐がドーピングされたガラスとの積層体からなる第１の
層間絶縁膜５を常圧ＣＶＤ（ＡＰＣＶＤ）法によって堆
積する。次いで、この第１の層間絶縁膜５に第１のコン
タクトホール６をパターン形成した後、スパッタリング
によってアルミニウム（Ａｌ）を全面的に成膜する。そ
して、これを所定の形状にパターニングして、ＴＦＴ２
のソース領域３ａに電気的に接続されるソース配線７に
加工する。このとき、同時に、接続電極１６も形成す
る。ここで、ソース配線７はゲート配線４と互いに交差
させて形成される。

【００３１】次に、図３の工程Ｄにおいて、第１の層間
絶縁膜５の上に、プラズマＣＶＤ法によってシリコン酸
化膜を堆積して第２の層間絶縁膜８を形成し、アルミニ
ウム（Ａｌ）からなるソース配線７を完全に被覆する。
さらに、接続電極１６上の第２の層間絶縁膜８に第２の
コンタクトホール９を形成する。

【００３２】次に、図３の工程Ｅにおいて、スパッタリ
ングによってＷＳｉを全面的に成膜する。そして、これ
を所定の形状にパターニングして、接続電極１６に対す
るバリアメタル１４とＴＦＴ２に対する遮光層１５を形
成する。

【００３３】次に、図４の工程Ｆにおいて、第２の層間
絶縁膜８の上に、所定の粘性（粘度：３０ｃｐ）を有す
る液状のポジ型感光性アクリル樹脂（有機膜）をスピン
コーティング法によって塗布して、第２の層間絶縁膜８
の表面を平坦化する。次いで、ポジ型感光性アクリル樹
脂を、ｉ線ステッパーを用いて露光し、濃度が０．１〜
０．５ｍｏｌ％のテトラメチルアンモニウムヒドロオキ
サイド現像液を用いたパドル現像法によって現像して、
第２のコンタクトホール９を形成する。この第２のコン
タクトホール９の底部には、ＴＦＴ２のドレイン領域３
ｂ又は接続電極１６が露出している。次いで、基板全面
又は少なくとも有効画素電極領域全面を紫外線を用いて
露光して、ポジ型感光性アクリル樹脂を透明化する。次
いで、加熱処理を施してポジ型感光性アクリル樹脂を硬
化させる。加熱方式としては、ホットプレート方式、ク
リーンオーブン方式のどちらでもよい。ホットプレート
方式の場合、加熱温度は２２０℃、加熱時間は１０分で
あり、クリーンオーブン方式の場合、加熱温度は２２０
℃、加熱時間は６０分である。これにより、第１の平坦
化層１０が得られる。第１の平坦化層１０の厚さは１．
０μｍ以上であるのが望ましい。第１の平坦化層１０の
厚さを１．０μｍ以上に設定すれば、画素電極と各配線
（ゲート配線、ソース配線）とを１μｍ以上オーバーラ
ップさせても、各配線と画素電極との間の容量は十分小
さくなり、時定数も小さくなる。従って、容量成分が表
示に与えるクロストークなどの影響が低減され、より良
好な表示が得られる。但し、第１の平坦化層１０の厚さ
が５．０μｍ以上になると、膜厚の均一性が悪く、ムラ
が発生し易くなるため、望ましくない。

【００３４】尚、ポジ型感光性アクリル樹脂を露光・現
像した後、基板全面又は少なくとも有効画素電極領域全
面を紫外線を用いて露光する工程が完了するまで、ポジ
型感光性アクリル樹脂の温度を１００℃以下に保つこと
により、ポジ型感光性アクリル樹脂の透明化を安定に行
うことができる。

【００３５】また、第２の層間絶縁膜８の上にポジ型感
光性アクリル樹脂（有機膜）を塗布する前に、第２の層
間絶縁膜８の表面にヘキサメチルジシラザンを塗布する
ことにより、第２の層間絶縁膜８とポジ型感光性アクリ
ル樹脂（有機膜）との密着性を向上させることができ
る。

【００３６】本実施の形態のように、平坦化層をポジ型
感光性アクリル樹脂で構成するようにすれば、スピンコ
ーティング法を用いて薄膜を形成することができるの
で、数μｍという膜厚の薄膜を容易に形成することがで
きる。しかも、露光及びアルカリ現像によってパターニ
ングを行うことができるので、生産性の点でも有利であ
る。ここで用いたポジ型感光性アクリル樹脂は塗布前に
着色されているものであり、パターニング後に全面露光
処理を施こすことによって脱色し、透明化することがで
きる。このような脱色処理は、光学的に行うことができ
るだけでなく、化学的にも行うことができる。

【００３７】次に、図４の工程Ｇにおいて、第１の平坦
化層１０の上に、スパッタリングによって透明導電膜を
成膜して第１の画素電極１２を形成する。本実施の形態
においては、透明導電膜の材料としてＩＴＯが用いられ
ている。透明導電膜の材料としてのＩＴＯは第２のコン
タクトホール９の内部にも充填され、第１の画素電極１
２はバリアメタル１４と接続電極１６とを介してＴＦＴ
２のドレイン領域３ｂに電気的に接続される。

【００３８】尚、スパッタリングによって透明導電膜を
成膜して第１の画素電極１２を形成する前に、ＲＦ（高
周波）によるＡｒ逆スパッタ処理によって第１の平坦化
層１０の表面処理を行えば、第１の平坦化層１０とその
上に成膜される透明導電膜からなる第１の画素電極１２
との間の密着性が向上し、組立プロセス中の処理に対し
てより安定なデバイスを実現することができると共に、
歩留も向上する。

【００３９】また、Ａｒ逆スパッタ処理を行う前に、ポ
ジ型感光性アクリル樹脂（有機膜）を１１０℃〜２４０
℃に加熱すれば、架橋反応によってポジ型感光性アクリ
ル樹脂（有機膜）を硬化させることができる。従って、
その後の拡散工程及び組立工程におけるポジ型感光性ア
クリル樹脂（有機膜）の剥離の発生を防止することがで
きる。また、画素電極の形成等のプロセスによるポジ型
感光性アクリル樹脂（有機膜）の劣化を抑制することも
できる。

【００４０】次に、図４の工程Ｈにおいて、第１の画素
電極１２の上に、所定の粘性を有する液状のポジ型感光
性アクリル樹脂をスピンコーティング法によって塗布す
る。次いで、ポジ型感光性アクリル樹脂を、ｉ線ステッ
パーを用いて露光し、パドル現像法を用いて現像して、
不要部分を除去する。これにより、第２のコンタクトホ
ール９の内部にポジ型感光性アクリル樹脂が充填され
る。次いで、基板全面又は少なくとも有効画素電極領域
全面を紫外線を用いて露光して、ポジ型感光性アクリル
樹脂を透明化する。次いで、加熱処理を施してポジ型感
光性アクリル樹脂を硬化させる。これにより、第２の平
坦化層１１が得られる。

【００４１】尚、この場合にも、ポジ型感光性アクリル
樹脂を露光・現像した後、基板全面又は少なくとも有効
画素電極領域全面を紫外線を用いて露光する工程が完了
するまで、ポジ型感光性アクリル樹脂の温度を１００℃
以下に保つのが望ましい。

【００４２】また、この場合にも、第１の画素電極１２
の上にポジ型感光性アクリル樹脂（有機膜）を塗布する
前に、第１の画素電極１２の表面にヘキサメチルジシラ
ザンを塗布するのが望ましい。

【００４３】次に、図５の工程Ｉにおいて、第２の平坦
化層１１及び第１の画素電極１２の上に、スパッタリン
グによって透明導電膜を成膜して第２の画素電極１３を
形成する。本実施の形態においては、透明導電膜の材料
としてＩＴＯが用いられている。

【００４４】次に、図５の工程Ｊにおいて、第１及び第
２の画素電極１２、１３の材料であるＩＴＯを所定の形
状にパターニングして、画素電極とする。

【００４５】ところで、ＲＦによるＡｒ逆スパッタ処理
によって第１の平坦化層１０の表面処理を行う場合や、
スパッタリングによって透明導電膜を成膜して第１及び
第２の画素電極１２、１３を形成する場合に、平坦化層
がダメージを受けて絶縁性が低下する場合がある。

【００４６】このため、最後に、図５の工程Ｋにおい
て、図５の工程Ｊにおいて所定の形状にパターニングさ
れた画素電極間の第１の平坦化層１０を、酸素プラズマ
を用いたプラズマエッチングによって５〜１００ｎｍの
厚み分だけ除去する。この場合の酸素プラズマエッチン
グの条件は、３００Ｗ、８００ｍＴｏｒｒ、４００ｓｃ
ｃｍ、５０℃である。

【００４７】以上の工程により、画素電極上が完全に平
坦化されたアクティブマトリクス基板が得られる。

【００４８】以下、本発明における開口率の改善手段に
ついて、図６を参照しながら説明する。図６は本発明の
一実施の形態におけるブラックマトリクス構造を示す模
式的な断面図である。

【００４９】まず、理解を容易にするために、従来のブ
ラックマトリクス構造について、図８を参照しながら説
明する。図８に示すように、アクティブマトリクス基板
５１の内表面には、所定の配列ピッチで複数の画素電極
５２がマトリクス状に形成されている。隣接する画素電
極５２間にはソース配線５３が形成されており、画素電
極５２とソース配線５３との間には所定の間隙が設けら
れている。従って、画素電極５２の寸法は配列ピッチに
比べ小さい。また、アクティブマトリクス基板５１の対
向位置には、液晶５４を挟んで対向基板５５が配置され
ている。対向基板５５の内表面には対向電極５６が形成
されている。さらに、対向基板５５の内表面には、互い
に隣接する画素電極５２間に整合するようにブラックマ
トリクス５７がパターン形成されている。アクティブマ
トリクス基板５１と対向基板５５とのアライメントマー
ジンを確保するために、ブラックマトリクス５７は平面
的に見て画素電極５２の端部と重なっており、ブラック
マトリクス５７によって囲まれた開口部の寸法は画素電
極５２の寸法に比べ小さくなっている。以上の構成によ
り、ブラックマトリクス５７によって光の漏れが防止さ
れ、コントラストの改善が図られている。しかし、図８
から理解されるように、配列ピッチに比べて画素電極５
２の寸法は小さく、有効画素面積を規定する開口部の寸
法はさらに小さくなっている。従って、開口率は比較的
小さな値に止まっている。

【００５０】これに対し、図６に示す本発明のブラック
マトリクス構造においては、アクティブマトリクス基板
６１の表面凹凸を埋めるように平坦化層６８が形成され
ており、さらにその上にはマトリクス状に所定の配列ピ
ッチで画素電極６２が形成されている。また、アクティ
ブマトリクス基板６１には、互いに隣接する画素電極６
２の境界部と整合するようにソース配線６３がパターン
形成されている。従って、このソース配線６３がブラッ
クマトリクスとして機能することとなる。ソース配線６
３は、平面的に見て、画素電極６２の端部と１μｍ程度
配線幅方向に重なっている。従って、画素電極６２の寸
法は配列ピッチに比べて若干短くなっている。一方、ア
クティブマトリクス基板６１の対向位置に液晶６４を挟
んで配置された対向基板６５にはブラックマトリクスを
形成する必要がないため、対向基板６５側から見た開口
部の寸法は、画素寸法からソース配線６３が重複した部
分を差し引いたものとなり、配列ピッチに比べて若干小
さくなるに過ぎない。従って、従来のブラックマトリク
ス構造に比べて開口率を相当程度改善することができ
る。

【００５１】尚、ここでは、ソース配線６３とブラック
マトリクスを兼用しているが、必ずしもこの構成に限定
されるものではなく、例えば、互いに隣接する画素電極
６２の境界部に沿って第２の層間絶縁膜上に遮光用の金
属系の膜を配置してもよい。しかし、ＴＦＴの部分につ
いては、ソース配線６３だけを用いた遮光構造を採用す
ることはできない。そこで、図１に示す構造において
は、ＴＦＴ２を選択的に遮蔽するために、第２の層間絶
縁膜８の上にシリサイド化合物層又は金属窒化物層から
なる遮光層１５が設けられている。

【００５２】また、ここでは、平面的に見て、ソース配
線６３が画素電極６２の端部と配線幅方向に重なってい
る場合を例に挙げて説明しているが、ゲート配線、ソー
ス配線のうち少なくともいずれかが画素電極６２と配線
幅方向に重ねて設けられていれば、同様の効果が得られ
る。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
画素電極上を完全に平坦化することができる。その結
果、画素電極上の液晶の配向が段差によって乱れること
はないので、液晶を安定に制御することができ、画像を
正確に再生することができる。また、マトリクス状の画
素電極を被覆するように設けられる配向層が段差部の影
響を受けることがないので、リバースチルトドメインを
低減させることが可能となる。また、画素電極の周囲に
盛り上がった部分が存在しないため、横方向の電界の影
響を受けることがなく、液晶のオン／オフ制御を安定に
行なうことができる。さらに、平坦化層を利用してアク
ティブマトリクス基板上にブラックマトリクスパターン
を一体的に形成することができるため、貼り合わせのア
ライメント誤差を考慮する必要がなくなり、上下一対の
基板のアライメント精度を緩和することができると共
に、従来に比べて画素電極の有効表示部を拡大し開口率
の改善を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態におけるアクティブマト
リクス基板の基本的な構成を示す概略断面図

【図２】本発明の一実施の形態におけるアクティブマト
リクス型液晶表示装置の基本的な構成を示す概略断面図

【図３】本発明の一実施の形態におけるアクティブマト
リクス基板の製造方法を示す工程図

【図４】本発明の一実施の形態におけるアクティブマト
リクス基板の製造方法を示す工程図

【図５】本発明の一実施の形態におけるアクティブマト
リクス基板の製造方法を示す工程図

【図６】本発明の一実施の形態におけるブラックマトリ
クス構造を示す模式的な断面図

【図７】従来技術におけるアクティブマトリクス型液晶
表示装置の一般的な構造を示す概略断面図

【図８】従来技術におけるブラックマトリクス構造を示
す模式的な断面図

【符号の説明】

１絶縁基板２薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３半導体薄膜４ゲート配線５第１の層間絶縁膜６第１のコンタクトホール７ソース配線８第２の層間絶縁膜９第２のコンタクトホール１０第１の平坦化層１１第２の平坦化層１２第１の画素電極１３第２の画素電極１４バリアメタル１５遮光層１６接続電極１７アクティブマトリクス基板

フロントページの続きＦターム(参考） 2H092 GA29 HA27 JA24 JA37 JA41 JA46 JB58 MA05 MA07 MA08 MA09 MA10 MA12 MA17 MA29 NA04 NA07 NA18 NA19 NA25 NA27 NA29 5C094 AA03 AA05 AA10 AA36 AA43 AA55 BA03 BA43 CA19 DA13 DB04 EA04 EA05 EB02 ED14 ED20 FA01 FA02 FB01 FB02 FB12 FB15 GB10 JA01 JA08 JA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マトリクス状に配列された複数の薄膜ト
ランジスタを備え、前記薄膜トランジスタが、ゲート配
線に接続されたゲート電極と、ソース配線に接続された
ソース領域と、画素電極に接続されたドレイン領域とを
有するアクティブマトリクス型液晶表示装置であって、
前記薄膜トランジスタ、前記ゲート配線及び前記ソース
配線の上部に第１の平坦化層が設けられ、前記第１の平
坦化層上に第１の画素電極が設けられ、前記ドレイン領
域と前記第１の画素電極とを接続するコンタクト上に第
２の平坦化層が設けられ、前記第１の画素電極及び前記
第２の平坦化層上に第２の画素電極が設けられているこ
とを特徴とするアクティブマトリクス型液晶表示装置。
【請求項２】前記第１の画素電極と前記ドレイン領域
とを接続する接続電極をさらに備え、前記接続電極と前
記第１の画素電極とが、前記第１の平坦化層を貫通する
コンタクトホールを介して接続されている請求項１に記
載のアクティブマトリクス型液晶表示装置。
【請求項３】前記接続電極の全部又は一部が前記ソー
ス配線と同じ層に設けられた請求項２に記載のアクティ
ブマトリクス型液晶表示装置。
【請求項４】前記第１の画素電極と前記接続電極とを
接続するシリサイド化合物層又は金属窒化物層をさらに
備えた請求項２に記載のアクティブマトリクス型液晶表
示装置。
【請求項５】マトリクス状に配列された前記第１又は
第２の画素電極の境界に整合してブラックマトリクスが
一体的に形成され、前記ブラックマトリクスの一部が前
記シリサイド化合物層又は金属窒化物層によって形成さ
れた請求項４に記載のアクティブマトリクス型液晶表示
装置。
【請求項６】前記ブラックマトリクスが前記ソース配
線を兼ねる請求項５に記載のアクティブマトリクス型液
晶表示装置。
【請求項７】前記第１及び第２の平坦化層の上に設け
られた前記第１及び第２の画素電極と、前記ゲート配
線、前記ソース配線のうちの少なくともいずれかが配線
幅方向に重ねて設けられた請求項１に記載のアクティブ
マトリクス型液晶表示装置。
【請求項８】前記第１及び第２の平坦化層が有機膜か
らなる請求項１に記載のアクティブマトリクス型液晶表
示装置。
【請求項９】前記有機膜がポジ型感光性アクリル樹脂
からなる請求項８に記載のアクティブマトリクス型液晶
表示装置。
【請求項１０】前記第１及び第２の平坦化層が光学的
又は化学的な脱色処理が施された樹脂からなる請求項１
に記載のアクティブマトリクス型液晶表示装置。
【請求項１１】基板上に、複数の薄膜トランジスタを
マトリクス状に形成すると共に、前記薄膜トランジスタ
のゲート電極に接続されるゲート配線と前記薄膜トラン
ジスタのソース領域に接続されるソース配線を互いに交
差するように形成し、かつ、前記薄膜トランジスタのド
レイン領域に接続されるコンタクトを形成する工程と、
前記薄膜トランジスタ、前記ゲート配線、前記ソース配
線及び前記コンタクトの上部に、スピンコーティング法
によって有機膜を形成した後、前記有機膜をパターニン
グして第１の平坦化層を形成すると共に、前記第１の平
坦化層を貫通させて前記コンタクトに達するコンタクト
ホールを形成する工程と、前記第１の平坦化層上及び前
記コンタクトホール内に第１の画素電極層を形成する工
程と、前記第１の画素電極層の上に、スピンコーティン
グ法によって有機膜を形成した後、前記有機膜をパター
ニングして前記コンタクトホール内に第２の平坦化層を
形成する工程と、前記第１の画素電極層及び前記第２の
平坦化層の上に第２の画素電極層を形成する工程と、前
記第１及び第２の画素電極層を所定の形状にパターニン
グして画素電極を形成する工程とを備えたアクティブマ
トリクス型液晶表示装置の製造方法。
【請求項１２】前記第１及び第２の画素電極層を、そ
の端部が前記ゲート配線、前記ソース配線のうち少なく
ともいずれかと配線幅方向に重なるように形成する請求
項１１に記載のアクティブマトリクス型液晶表示装置の
製造方法。
【請求項１３】前記有機膜がポジ型感光性アクリル樹
脂からなり、前記第１及び第２の平坦化層と前記コンタ
クトホールは、前記ポジ型感光性アクリル樹脂を露光及
び現像することによって形成される請求項１１に記載の
アクティブマトリクス型液晶表示装置の製造方法。
【請求項１４】前記ポジ型感光性アクリル樹脂を露光
及び現像した後、基板全面又は少なくとも前記画素電極
全面に露光を行う工程をさらに備えた請求項１３に記載
のアクティブマトリクス型液晶表示装置の製造方法。
【請求項１５】前記ポジ型感光性アクリル樹脂を露光
及び現像した後、前記基板全面又は少なくとも前記画素
電極全面に露光を行う工程が完了するまで、前記ポジ型
感光性アクリル樹脂の温度を１００℃以下に保つ請求項
１４に記載のアクティブマトリクス型液晶表示装置の製
造方法。
【請求項１６】前記ポジ型感光性アクリル樹脂を、そ
の濃度が０．１から０．５ｍｏｌ％のテトラメチルアン
モニウムヒドロオキサイド現像液によってパドル現像す
ることにより、前記第１及び第２の平坦化層を形成する
請求項１３に記載のアクティブマトリクス型液晶表示装
置の製造方法。
【請求項１７】前記第１の平坦化層の厚さが１．０μ
ｍ以上である請求項１１に記載のアクティブマトリクス
型液晶表示装置の製造方法。
【請求項１８】前記有機膜を形成する前に、前記有機
膜が形成される部位にヘキサメチルジシラザンを塗布す
る工程をさらに備えた請求項１１に記載のアクティブマ
トリクス型液晶表示装置の製造方法。
【請求項１９】前記第１の画素電極層を形成する前
に、前記有機膜からなる第１の平坦化層の表面に対して
ＲＦ（高周波）によるＡｒ逆スパッタ処理を行う工程を
さらに備えた請求項１１に記載のアクティブマトリクス
型液晶表示装置の製造方法。
【請求項２０】前記Ａｒ逆スパッタ処理が、前記有機
膜からなる第１の平坦化層に前記コンタクトホールを形
成した後に行われる請求項１９に記載のアクティブマト
リクス型液晶表示装置の製造方法。
【請求項２１】前記Ａｒ逆スパッタ処理を行う前に、
前記有機膜を１１０℃〜２４０℃に加熱する工程をさら
に備えた請求項１９に記載のアクティブマトリクス型液
晶表示装置の製造方法。
【請求項２２】前記画素電極間の前記第１の平坦化層
を５〜１００ｎｍの厚み分だけ除去する請求項１１に記
載のアクティブマトリクス型液晶表示装置の製造方法。
【請求項２３】前記第１の平坦化層の除去を、酸素プ
ラズマを用いたプラズマエッチングによって行う請求項
２２に記載のアクティブマトリクス型液晶表示装置の製
造方法。
【請求項２４】前記有機膜を形成する前に、前記コン
タクトを外部に露出させる工程をさらに備えた請求項１
１に記載のアクティブマトリクス型液晶表示装置の製造
方法。