JP3710529B2

JP3710529B2 - 薄膜トランジスタ基板の製造方法

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Publication number: JP3710529B2
Application number: JP27355495A
Authority: JP
Inventors: 公二市村
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1995-09-27
Filing date: 1995-09-27
Publication date: 2005-10-26
Anticipated expiration: 2015-09-27
Also published as: JPH0990426A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜トランジスタ基板の製造方法に関し、特に、反射型のアクティブマトリックス型液晶ディスプレイ装置に利用される薄膜トランジスタ基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ワードプロセッサ、ラップトップパソコン、ポケットテレビなどの製品に、液晶ディスプレイ装置が広く利用されるに至っている。現在、一般的に用いられている液晶ディスプレイ装置は、単純マトリックス型ディスプレイ装置とアクティブマトリックス型ディスプレイ装置とに大別される。単純マトリックス型ディスプレイ装置は、液晶層をはさんで、一方の基板に垂直方向の配線を設け、他方の基板に水平方向の配線を設け、それぞれの配線の交差部分により１画素を形成するものである。これに対して、アクティブマトリックス型ディスプレイ装置は、薄膜トランジスタに代表される能動素子をマトリックス状に配列した基板を用い、各画素にそれぞれ１個ずつトランジスタを対応させて画素ごとに駆動を行うものである。単純マトリックス型ディスプレイ装置に比べて、アクティブマトリックス型ディスプレイ装置は、階調性や応答性に優れているが、基板上に多数のトランジスタ素子を配置するための領域を確保し、また、これらトランジスタ素子に対する配線領域を確保する必要があるため、画素の有効面積、すなわち開口率が低下するという問題がある。
【０００３】
ディスプレイ装置において開口率が低下すると、全体的に暗くなり、視認性が低下することになる。このような問題を解決する一手法として、いわゆるバックライト（光源）を内蔵させて視野を明るくする方法が知られており、多くのアクティブマトリックス型ディスプレイ装置において、この方法が利用されている。しかしながら、バックライトを内蔵させると、それだけ薄膜トランジスタ基板全体が大きくなり重量も重くなり、小型軽量化という需要に応えることができなくなる。
【０００４】
このような開口率の低下という問題を解決する別な手法として、反射型表示電極層を用いるアクティブマトリックス型ディスプレイ装置が知られている。この反射型のディスプレイ装置では、観測者側からの光の反射強度に基づいて画像表示を行うため、基板背面側から透過光を得る必要はない。このため、基板上のトランジスタ素子の形成領域や配線層の形成領域に重なる領域に表示電極層を形成することができ、表示電極層の面積を大きく確保することが可能になり、開口率を向上させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、反射型のアクティブマトリックス型ディスプレイ装置は、階調性や応答性に優れるというアクティブマトリックス型ディスプレイ装置の利点をもちつつ、高い開口率を確保することが可能であるが、薄膜トランジスタ基板の製造工程が若干複雑になるという問題がある。すなわち、表示電極層は、絶縁層上に形成されるため、絶縁層にコンタクトホールを開口し、表示電極層をトランジスタのドレイン電極もしくはソース電極に接続する工程が必要になる。通常は、絶縁層上にレジスト層を形成し、所定のフォトマスクを用いて、このレジスト層を露光し、更に現像し、続いてエッチング処理を施すことによりコンタクトホールを開口し、レジスト層を剥離除去する工程が行われている。しかしながら、このようなレジスト層を用いたフォトリソグラフィ工程は、レジスト液の塗布、乾燥、露光、現像、エッチング、レジスト層の剥離、といった諸工程からなり、製造にコストと時間を要することになる。
【０００６】
また、反射型のアクティブマトリックス型ディスプレイ装置の中でもいわゆる直視タイプのもの（肉眼で直接観察するもの：スクリーンなどに画像を投影するプロジェクタタイプのものとは異なる）では、表示電極層からの反射光がそのまま画素の光として観測されるため、表示電極層の表面は散乱反射が生じるように、ある程度の粗面にしておく必要がある。一般に、半導体プレーナプロセスで成膜された層の上面は平坦面となる。したがって、平坦な絶縁層上にスパッタリング法や蒸着法で金属層を形成すると、この金属層の表面は鏡面反射が起こる程度の平坦面となる。そこで、反射型のアクティブマトリックス型ディスプレイ装置では、表示電極層の上面を散乱反射が起こる程度の粗面にするための付加的処理が必要になる。このような処理として、たとえば、特開平５−２３２４６号公報には、薄膜トランジスタ基板と絶縁層との間に島状のパターンをもつ付加的な絶縁層を形成することにより、反射型表示電極層の表面に微細凹凸構造を形成する方法が開示されている。また、特開平５−２８１５３９号公報には、絶縁層の表面にサンドブラスト処理を施すことにより微細凹凸構造を形成し、その上に反射型表示電極層を形成する方法が開示されている。しかしながら、これらの方法を実施するには、いずれも付加的な工程が必要になり、また、均一な微細凹凸構造を形成するには、非常に高度な技術が必要になるという問題がある。
【０００７】
そこで本発明は、反射型のアクティブマトリックス型液晶ディスプレイ装置に利用される薄膜トランジスタ基板を単純なプロセスで製造する方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
(1) 本発明の第１の態様は、薄膜トランジスタ基板の製造方法において、
基板上にマトリックス状に配列された多数の薄膜トランジスタを形成する段階と、
薄膜トランジスタを形成した基板上に、感光性をもった絶縁性樹脂からなる絶縁層を形成する段階と、
各薄膜トランジスタのドレイン電極もしくはソース電極に対する配線を行うコンタクトホールを形成するためのコンタクトホール用パターンと、光の乱反射に適した微細凹凸構造を絶縁層の表面に形成するための微細凹凸構造用パターンと、の双方を有するフォトマスクを用いて、絶縁層を露光する段階と、
露光後の絶縁層を現像し、この絶縁層の一部にコンタクトホールを形成するとともに、この絶縁層の表面に微細凹凸構造を同時に形成する段階と、
現像後の絶縁層の表面に、微細凹凸構造の痕跡が表面に残る程度の厚みをもった導電層を形成し、この導電層により、各薄膜トランジスタに対応した反射型表示電極層と、コンタクトホールを介して反射型表示電極層を対応する薄膜トランジスタのドレイン電極もしくはソース電極に接続する配線層と、を形成する段階と、
を行うようにしたものである。
【００１２】
(2) 本発明の第２の態様は、上述の第１の態様に係る薄膜トランジスタ基板の製造方法において、
感光性をもった絶縁性樹脂として、感光性のポリイミド樹脂を用いるようにしたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る薄膜トランジスタ基板は、基板上に多数の薄膜トランジスタがマトリックス状に配され、その上に感光性をもった絶縁性樹脂（たとえば、感光性ポリイミド樹脂）によって絶縁層が形成され、この絶縁層の上に各反射型表示電極層が形成された構造をもつ。このように、絶縁層を感光性樹脂によって構成すれば、コンタクトホールを形成する工程は非常に単純化される。すなわち、絶縁層それ自身が感光性を有するため、コンタクトホール用パターンを有するフォトマスクを用いて、絶縁層自身を露光現像すれば、コンタクトホールを形成することが可能になる。従来のように、レジスト層を形成／剥離したり、エッチング処理を行う必要はない。こうして、コンタクトホールを形成した後に導電層を形成すれば、この導電層により反射型表示電極層を構成することができ、更に、コンタクトホール内の導電層により、ドレイン電極もしくはソース電極に対する配線を行うことができる。
【００１４】
また、コンタクトホール用パターンと微細凹凸構造用パターンとを有するフォトマスクを用いて、感光性樹脂からなる絶縁層に対する露光、現像を行えば、コンタクトホールの形成とともに、絶縁層の表面に、光の乱反射に適した微細凹凸構造を形成することができる。この絶縁層上に、微細凹凸構造の痕跡が表面に残る程度の厚みをもった導電層を形成し、この導電層により、各薄膜トランジスタに対応した反射型表示電極層を構成すれば、表面が乱反射に適した粗面構造を有する反射型表示電極層が実現できる。コンタクトホールの形成工程と同時に微細凹凸構造の形成工程が行えるため、従来のような粗面加工のための付加的な処理は不要になる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明を図示する実施例に基づいて説明する。図１は、一般的な反射型のアクティブマトリックス型ディスプレイ装置の１画素分の構造を示す側断面図である。このディスプレイ装置は、薄膜トランジスタ基板１００と対向基板２００とによって構成されており、両基板間には液晶が充填される。薄膜トランジスタ基板１００は、ガラスなどの材質からなる基板１０上に、ゲート電極２０、ゲート絶縁層３０、半導体チャネル層４０、不純物ドープ層５１，５２、ソース電極６１、ドレイン電極６２からなる薄膜トランジスタを形成し、更にその上に絶縁層７０を介して導電層８０を形成したものである。絶縁層７０には、コンタクトホール７１が開口されており、導電層８０のうち、このコンタクトホール７１の内部に形成された部分は、配線層８１を構成することになる。すなわち、導電層８０は、この配線層８１を介してドレイン電極６２に接続されている。絶縁層７０の上面には、微細凹凸構造７２が形成されており、この微細凹凸構造７２は、導電層８０の上面にも微細凹凸構造８２として現れている。
【００１６】
なお、この実施例では導電層８０がドレイン電極６２に接続されているが、一般にＦＥＴトランジスタにおける「ドレイン電極」および「ソース電極」なる名称は、電流の方向を考慮して定めたものであり、可換性を有するものである。したがって、本実施例において「ドレイン電極」と「ソース電極」とを入れ換えた薄膜トランジスタの実施例についても、本発明は同様に適用可能である。
【００１７】
この図１に示す薄膜トランジスタでは、ゲート電極２０の電圧を制御することにより、ソース電極６１とドレイン電極６２との間で電荷の出し入れが可能になるので、配線層８１を介して、導電層８０に対する電荷の出し入れが行われることになる。導電層８０のうち、絶縁層７０の上面部分に形成されている主体部分（配線層８１以外の部分）は、反射型表示電極層を構成することになり、以下の説明では、この反射型表示電極層についても同じ符号８０で示すことにする。図示のとおり、この反射型表示電極層８０は、薄膜トランジスタ形成領域やソース電極６１あるいはゲート電極２０の形成領域の上方に形成することができるので、かなり広い面積を占有することが可能である。このように、広い面積をもった表示電極層を構成することにより開口率を高めることができる点が、反射型の薄膜トランジスタ基板の特徴である。図１には、１画素に相当する部分のみが示されているが、実際には、基板１０上には多数の薄膜トランジスタがマトリックス状に配列され、個々のトランジスタに対応した反射型表示電極層８０が形成され、１枚の反射型表示電極層が１画素の表示に用いられることになる。
【００１８】
なお、不純物ドープ層５１，５２は、ソース電極６１およびドレイン電極６２に対してオーミック接触を得るための層である。また、絶縁層７０は、反射型表示電極層８０と薄膜トランジスタとの絶縁を確保するとともに、薄膜トランジスタを保護する保護膜としての機能も果たす。
【００１９】
対向基板２００は、反射型表示電極層８０に対する対向電極として機能する導電性の透明基板である。薄膜トランジスタ基板１００と対向基板２００との間には液晶が充填されており、反射型表示電極層８０と対向基板２００との間に印加される電圧に基づいて、この液晶の光学的な配向が変化し、シャッターとしての機能を果たすことになる。このディスプレイ装置を、上方の視点５から観察した場合、個々の液晶の配向に基づいて、反射型表示電極層８０から得られる反射光強度が変化し、画像表示が行われることになる。微細凹凸構造８２によって、反射型表示電極層８０の上面は乱反射に適した粗面となっているため、上方から入射した光は乱反射して視点５において観察されることになる。
【００２０】
この図１に示すような構造をもった薄膜トランジスタ基板１００を製造するには、基板１０上に薄膜トランジスタを形成した後、基板上の全面に絶縁層７０を形成し、この絶縁層７０にコンタクトホール７１を開口するとともに、絶縁層７０の表面に微細凹凸構造７２を形成し、導電層８０を蒸着あるいはスパッタリングなどの方法で成膜するのが一般的である。既に述べたように、従来は、コンタクトホール７１を開口するために、絶縁層７０上にレジスト層を形成し、所定のフォトマスクを用いてこのレジスト層を露光現像し、絶縁層７０に対するエッチングを行った後に、レジスト層を剥離するという工程を行っていた。また、絶縁層７０の表面に微細凹凸構造７２を形成するためには、たとえば、サンドブラスト法などにより微小粒子を絶縁層７０の表面に吹き付ける付加的な工程を行っていた。
【００２１】
本発明の特徴は、絶縁層７０を感光性をもった絶縁性樹脂によって構成することにより、コンタクトホール７１の開口工程および微細凹凸構造７２の形成工程を単純化した点にある。以下、本発明に係る製造工程を図２〜図７に示す側断面図を参照しながら説明する。
【００２２】
まず、図２に示すように、基板１０上に薄膜トランジスタを形成し、続いて、図３に示すように、感光性をもった絶縁性樹脂からなる絶縁層７０を形成する。この実施例では、次のような化学式で示される感光性のポリイミド樹脂によって絶縁層７０を構成している。
【００２３】
【化１】

なお、この化学式において「Ｒ」で示されている基は、
【００２４】
【化２】

もしくは、
【００２５】
【化３】

を示している。このような感光性の絶縁性樹脂としては、感光性ポリイミド樹脂の他にも、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、環状オレフィン樹脂、ノボラック樹脂などの樹脂に感光性を付与した樹脂を用いることもできる。
【００２６】
続いて、図４に示すように、絶縁層７０の上面にフォトマスク３００をのせ、露光を行う。フォトマスク３００は、透光部３１０と遮光部３２０とからなる。この実施例で用いている感光性ポリイミド樹脂はネガ型の感光性を示すため、遮光部３２０が形成すべきコンタクトホール７１の上面パターンに対応している。すなわち、フォトマスク３００を用いた露光を行うと、遮光部３２０を除く領域に光が照射されることになり、フォトマスク３００を除去して、現像液を用いて絶縁層７０に対する現像を行えば、遮光部３２０によって光が遮蔽された領域が現像液に溶解し、図５に示すように、コンタクトホール７１が形成される。このように、本発明では、絶縁層７０自身が感光性を有するため、従来のようにレジスト層を形成したり剥離したりする工程を省略することが可能になる。
【００２７】
この後、従来のように、サンドブラスト法を用いて、絶縁層７０の表面に微細凹凸構造７２を形成し、図６に示す構造を得て、更に、導電層８０を蒸着法やスパッタリング法によって形成すれば、図１に示す薄膜トランジスタ基板１００の構造が実現できる。もっとも、本発明では、コンタクトホール７１の形成とともに、微細凹凸構造７２を同時形成することも可能である。そのためには、図７に示すようなフォトマスク３５０を用いて露光を行えばよい。図８は、このフォトマスク３５０の上面図であり、透光部３１０，遮光部３２０，遮光部３３０によって構成されている点が明瞭に示されている。ここで、遮光部３２０は、コンタクトホール７１を形成するためのコンタクトホール用パターンであり、遮光部３３０は、微細凹凸構造７２を形成するための微細凹凸構造用パターンである。遮光部３２０の寸法は、コンタクトホール７１を形成するために適当な大きさとする必要があり、絶縁層７０の厚みや現像速度によっても最適な寸法は変化するが、この実施例では、厚み３〜５μｍ程度の絶縁層７０に対して、遮光部３２０は直径２０μｍ程度の円形パターンとしている。また、遮光部３３０の寸法は、光の乱反射に適した微細凹凸構造７２を形成するために適当な大きさとする必要があり、この実施例では、直径２μｍ程度の円形パターンとしている。もちろん、実際に形成されるコンタクトホール７１や微細凹凸構造７２の大きさや形状は、現像時間によっても左右されるので、本発明の方法によって実際に薄膜トランジスタ基板１００を量産する場合には、最適なパターンをもったフォトマスク３５０を用意するとともに、最適な現像時間を設定する必要がある。
【００２８】
このように、フォトマスク３５０を用いた露光現像を行えば、図３に示す構造から直ちに図６に示す構造（コンタクトホール７１および微細凹凸構造７２を有する構造）を得ることができるので、従来のようにサンドブラスト法などの付加的な工程は不要になる。この後、蒸着法やスパッタリング法によって導電層８０を形成すれば、図１に示す薄膜トランジスタ基板１００の構造が実現できる。この実施例では、アルミニウムを導電層８０として用いており、その厚みは０．１〜０．２μｍ程度である。もっとも、導電層８０の厚みは、絶縁層７０上の微細凹凸構造７２の痕跡が表面に微細凹凸構造８２として残る程度の厚みであれば、どのような厚みにしてもかまわない。一般に、サンドブラスト法によって微細凹凸構造を形成すると、均一な凹凸分布を得ることが困難であり、部分的に凹凸の大きさが変動しやすくなる。これに対して、本発明の方法により微細凹凸構造を形成すれば、凹凸の大小を簡単に制御することができる。すなわち、用いるフォトマスク３５０に形成する遮光部３３０の大きさや分布を適宜設定することにより、均一な分布をもった微細凹凸構造を形成することも可能であるし、意図的に特殊な分布をもった微細凹凸構造を形成することも可能である。また、形成する微細凹凸構造の大きさも自由に設定することが可能であり、用途に応じた最適な表面粗さをもった表示電極を形成することが可能になる。
【００２９】
以上、本発明を図示する実施例に基づいて説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、この他にも種々の態様で実施可能である。たとえば、上述の実施例では、バックチャネルエッチングタイプの逆スタガ型薄膜トランジスタを用いた例を示したが、本発明は、順スタガ型薄膜トランジスタを用いたものや、いわゆるチャネル保護タイプの薄膜トランジスタを用いたものにも同様に適用することが可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上のとおり本発明によれば、薄膜トランジスタ基板の絶縁層に、感光性の絶縁性樹脂を用いるようにしたため、コンタクトホールの形成や、反射型表示電極層の微細凹凸構造の形成を単純なプロセスで行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な反射型のアクティブマトリックス型ディスプレイ装置の１画素分の構造を示す側断面図である。
【図２】基板１０上に薄膜トランジスタを形成した状態を示す側断面図である。
【図３】図２に示す状態において、更に感光性の絶縁性樹脂からなる絶縁層７０を形成した状態を示す側断面図である。
【図４】図３に示す状態において、フォトマスク３００を用いて露光を行う工程を示す側断面図である。
【図５】図４に示す露光工程の後に現像を行い、コンタクトホール７１を形成した状態を示す側断面図である。
【図６】図５に示す状態において、絶縁層７０の上面に微細凹凸構造７２を形成した状態を示す側断面図である。
【図７】図４に示すフォトマスク３００の代わりに、フォトマスク３５０を用い、コンタクトホール７１と微細凹凸構造７２とを同時に形成するための露光を行う工程を示す側断面図である。
【図８】図７に示すフォトマスク３５０の上面図である。
【符号の説明】
５…視点
１０…基板
２０…ゲート電極
３０…ゲート絶縁層
４０…半導体チャネル層
５１，５２…不純物ドープ層
６１…ソース電極
６２…ドレイン電極
７０…絶縁層
７１…コンタクトホール
７２…微細凹凸構造
８０…導電層，反射型表示電極層
８１…配線層
８２…微細凹凸構造
１００…薄膜トランジスタ基板
２００…対向基板
３００…フォトマスク
３１０…透光部
３２０…遮光部（コンタクトホール用パターン）
３３０…遮光部（微細凹凸構造用パターン）
３５０…フォトマスク

Claims

基板上にマトリックス状に配列された多数の薄膜トランジスタを形成する段階と、
薄膜トランジスタを形成した前記基板上に、感光性をもった絶縁性樹脂からなる絶縁層を形成する段階と、
各薄膜トランジスタのドレイン電極もしくはソース電極に対する配線を行うコンタクトホールを形成するためのコンタクトホール用パターンと、光の乱反射に適した微細凹凸構造を前記絶縁層の表面に形成するための微細凹凸構造用パターンと、の双方を有するフォトマスクを用いて、前記絶縁層を露光する段階と、
露光後の絶縁層を現像し、この絶縁層の一部にコンタクトホールを形成するとともに、この絶縁層の表面に微細凹凸構造を同時に形成する段階と、
現像後の絶縁層の表面に、微細凹凸構造の痕跡が表面に残る程度の厚みをもった導電層を形成し、この導電層により、各薄膜トランジスタに対応した反射型表示電極層と、コンタクトホールを介して前記反射型表示電極層を対応する薄膜トランジスタのドレイン電極もしくはソース電極に接続する配線層と、を形成する段階と、
を有することを特徴とする薄膜トランジスタ基板の製造方法。
請求項１に記載の製造方法において、
感光性をもった絶縁性樹脂として、感光性のポリイミド樹脂を用いたことを特徴とする薄膜トランジスタ基板の製造方法。