JPH10186408A - 液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板及びその製造方法並びに液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板及びその製造方法並びに液晶表示装置

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JPH10186408A
JPH10186408A JP9325008A JP32500897A JPH10186408A JP H10186408 A JPH10186408 A JP H10186408A JP 9325008 A JP9325008 A JP 9325008A JP 32500897 A JP32500897 A JP 32500897A JP H10186408 A JPH10186408 A JP H10186408A
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film transistor
liquid crystal
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Suiki Ro
水貴 廬
Teiko Ri
庭縞 李
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶配向の不良を減少させ、開口率を高める
ことにある。 【解決手段】 基板１０上に保護膜の役割をする平坦化
した流動性絶縁膜１００を回転コーティングして画素電
極１４０を形成した後、薄膜トランジスタ上部の保護膜
１００の一部をエッチングし、エッチング部分に有機ブ
ラックホトレジストを詰めてブラックマトリックス１１
０を形成する。保持容量電極３０上部の保護膜１００を
除去するか金属層を形成して十分な保持容量を確保す
る。ゲート絶縁膜４０に流動性絶縁膜と窒化シリコン膜
との２重膜を用いることにより基板を平坦化すると良好
な電気的特性を得ることができる。エッチストッパ方式
の薄膜トランジスタを用いる場合、エッチストップ層６
０を写真工程が可能な有機絶縁膜を用いて形成すること
によりゲート電極２０とドレイン電極９０との間の寄生
容量を減少することができ、工程を単純化することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は薄膜トランジスタ液
晶表示装置に係り、より詳しくはブラックマトリックス
が薄膜トランジスタ基板上に形成されている液晶表示装
置用薄膜トランジスタ基板及びその製造方法並びに液晶
表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】平板表示装置として広く用いられている
薄膜トランジスタ液晶表示装置は薄膜トランジスタ基板
とカラーフィルター基板とからなる。ブラックマトリッ
クスは隣接した画素の間の光漏れを防止するために用い
られ、通常はカラーフィルター基板上に形成される。し
かしながら、薄膜トランジスタ基板とカラーフィルター
基板との整列誤差のためにブラックマトリックスが光漏
れを防止するに限界がある。従って、最近にはブラック
マトリックスを薄膜トランジスタ基板上に形成する方法
が用いられている。かかる薄膜トランジスタ基板の製造
方法はブラックマトリックスオン薄膜トランジスタ（BM
on TFT ；black matrix on thin film transistor）と
言われている。
【０００３】図１は従来技術に従うブラックマトリック
スオン薄膜トランジスタ方式の薄膜トランジスタ基板の
断面図である。図１に示すように、透明な絶縁基板１上
にゲート電極２および保持容量(storage capacitor) 電
極３が形成されている。ゲート電極２および保持容量電
極３上にはゲート絶縁膜４が形成されている。ゲート絶
縁膜としては、通常の窒化シリコン(SiNx)膜を用いる。
ゲート電極２に対応する位置のゲート絶縁膜４上に非晶
質シリコン層５、エッチストップ(etch stop) 層６およ
びｎ＋非晶質シリコン層７が順に形成されている。ｎ＋
非晶質シリコン層７上にソース電極８とドレイン電極９
とが形成されており、ソース電極８はデータ線（図示省
略）と連結されている。薄膜トランジスタはゲート電極
２、ゲート絶縁膜４、非晶質シリコン層５、ｎ＋非晶質
シリコン層７、ソース電極８およびドレイン電極９から
なる。かかる薄膜トランジスタとゲート絶縁膜４上に保
護膜１０が形成されており、薄膜トランジスタ上に形成
されている保護膜１０上にブラックマトリックス１１が
形成されている。画素領域には保護膜１０上にＩＴＯ(i
ndium tin oxide)からなる画素電極１２が形成されてい
るが、この画素電極１２は接触孔を通じてドレイン電極
９と連結される。
【０００４】画素電極１２とデータ線はその一部が重な
るように形成されていて液晶表示装置が駆動されるとき
画素電極１２とデータ線との間で結合容量(coupling ca
pacitance)を発生することができ、この結合容量は液晶
表示装置の画像信号を歪曲させる。さらに、ブラックマ
トリックス１１が薄膜トランジスタ上に形成されていて
薄膜トランジスタと画素電極との間の段差が大きくな
り、これによって液晶配向の不良が発生して光漏れが発
生する。かかる光漏れはブラックマトリックス幅を広げ
ると解決することができるが、このようにする場合開口
率が減少するという短所がある。
【０００５】一方、液晶層の厚さであるセル間隔を一定
に保持するため、薄膜トランジスタと画素電極との間に
基板スペーサ(spacer)を挿入することが行われている。
従来には主に大きさが一定の球形の基板スペーサを散布
する方法が用いられた。しかしながら、画素電極と薄膜
トランジスタとの段差のために均一のセル間隔をつくる
ことができないし、画素電極１２上にも基板スペーサが
散布される。このように、セル間隔が不均一になると液
晶層の厚さが均一でなくなり表示特性が低下される。ま
た、液晶セルの画素電極１２上に散布された基板スペー
サにより液晶配向の不良および後面光(back light)の散
乱が生じることがある。かかる配向の不良や後面光の散
乱は液晶セルの透過率を減少させ、光漏れを発生させ
る。
【０００６】
【発明の目的】従って、本発明は前記従来の問題点を解
決するためのものであって、その目的は、画素電極とデ
ータ線との間から発生する結合容量を減少させ、液晶配
向の不良を減少させ、開口率を高めることにある。さら
に、液晶セルの間隔を均一にし、基板スペーサに基づい
た後面光の散乱を抑制して透過率の減少および光漏洩の
問題を解決することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本願第１発明は、透明性絶縁基板と、薄膜トランジ
スタと、保護膜と、ブラックマトリックスと、画素電極
とを含む液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を提供す
る。薄膜トランジスタは、前記絶縁基板上に形成されて
おり、ゲート電極、ドレイン電極、ソース電極、ゲート
絶縁膜および半導体層からなる。保護膜は、一定の高さ
で薄膜トランジスタを覆っており、流動性を有する有機
絶縁剤で形成され、薄膜トランジスタ上部に溝を有して
いる。ブラックマトリックスは、保護膜の溝に詰められ
ている。画素電極は、ドレイン電極と連結されている。
【０００８】保護膜は薄膜トランジスタ基板のゲート
線、データ線および薄膜トランジスタの上部に平坦に形
成されていて、保護膜上に形成されている画素電極と有
機絶縁膜の下部のデータ線との間における信号の干渉を
防ぐ役割をする。薄膜トランジスタとゲート線およびデ
ータ線上部の保護膜の一部が除去されて溝をなし、その
溝内に有機ブラックホトレジストからなるブラックマト
リックスが平坦に詰められている。ブラックマトリック
スの厚さは０．５〜１．７μｍが適当である。
【０００９】本願第２発明は、前記液晶表示装置用薄膜
トランジスタ基板において、保護膜がドレイン電極を露
出させる第１接触孔を有しており、画素電極が、保護膜
上に形成され、第１接触孔を通じてドレイン電極と連結
されている。本願第３発明は、前記液晶表示装置用薄膜
トランジスタ基板において、保持容量電極をさらに含ん
でいる。保持容量電極は、絶縁基板上に形成され、ゲー
ト絶縁膜を挟んで画素電極の下方に位置している。
【００１０】本願第４発明は、前記液晶表示装置用薄膜
トランジスタ基板において、保護膜の誘電常数が２．４
〜３．７である。本願第５発明は、前記液晶表示装置用
薄膜トランジスタ基板において、保護膜の厚さが２〜４
μｍの範囲である。保護膜の厚さは絶縁性を十分に高め
るため２〜４μｍで形成するのが適当である。
【００１１】本願第６発明は、前記液晶表示装置用薄膜
トランジスタ基板において、ブラックマトリックスが有
機ブラックホトレジストで形成されている。本願第７発
明は、前記液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板におい
て、有機ブラックホトレジストの表面抵抗が１０10Ω／
ｍ2 以上である。本願第８発明は、前記液晶表示装置用
薄膜トランジスタ基板において、保持容量電極上部のゲ
ート絶縁膜が保護膜に覆われている。
【００１２】本願第９発明は、前記液晶表示装置用薄膜
トランジスタ基板において、ゲート絶縁膜が保持容量電
極を露出させる第２接触孔を有しており、金属層をさら
に含んでいる。金属層は、保持容量電極上部のゲート絶
縁膜上に形成され、保護膜に覆われており、第２接触孔
を通じて保持容量電極と連結されている。保持容量電極
は保護膜上部の画素電極と共に保持蓄電器をなすが、低
い誘電率を有する保護膜により保持容量が減少すること
を防止するため、前記の構成とすることが好ましい。
【００１３】本願第１０発明は、前記液晶表示装置用薄
膜トランジスタ基板において、保持容量電極上の保護膜
が他の部分の保護膜より薄く形成されている。前記と同
様、低い誘電率を有する保護膜により保持容量が減少す
ることを防止するため、保持容量電極上部の保護膜を除
去するか厚さを薄くして保持容量が十分な値を有するよ
うにする。
【００１４】本願第１１発明は、前記液晶表示装置用薄
膜トランジスタ基板において、保持容量電極上のゲート
絶縁膜が他の部分のゲート絶縁膜より薄く形成されてい
る。前記と同様、保持容量を補償するためである。本願
第１２発明は、前記液晶表示装置用薄膜トランジスタ基
板において、ゲート絶縁膜が互いに異なるエッチング選
択比を有する２重層で形成されており、保持容量電極上
のゲート絶縁膜が２重層のうちの一層で形成されてい
る。
【００１５】本願第１３発明は、前記液晶表示装置用薄
膜トランジスタ基板において、保持容量電極上方に形成
されており、画素電極と連結されている金属層をさらに
含んでいる。前記と同様、保持容量を補償するためであ
る。本願第１４発明は、前記液晶表示装置用薄膜トラン
ジスタ基板において、ゲート電極が絶縁基板上に形成さ
れ、ゲート絶縁膜がゲート電極上に形成され、半導体層
が、ゲート絶縁膜上に形成され、かつゲート電極上方に
位置し、半導体層上の両側に半導体層を挟んでソース電
極およびドレイン電極がそれぞれ形成されている。
【００１６】本願第１５発明は、前記液晶表示装置用薄
膜トランジスタ基板において、ゲート絶縁膜が流動性の
有機絶縁剤を用いて平坦に形成されている。ゲートパタ
ーン上部を平坦化しゲート電極とドレイン電極との間の
寄生容量を減少させるためにゲート絶縁膜として保護膜
のような流動性絶縁膜を用いることが好適である。ゲー
ト絶縁膜としての有機絶縁膜の厚さは２５００〜５５０
０Å程度が推奨される。
【００１７】本願第１６発明は、前記液晶表示装置用薄
膜トランジスタ基板において、ゲート絶縁膜上に窒化シ
リコン膜がさらに形成されている。薄膜トランジスタの
半導体層に用いられる非晶質シリコン層との界面特性を
確保するためである。有機絶縁膜上部に形成される窒化
シリコン膜の厚さは５００〜８００Å程度が好ましい。
【００１８】本願第１７発明は、前記液晶表示装置用薄
膜トランジスタ基板において、窒化シリコン膜が半導体
層の下部に形成されている。本願第１８発明は、前記液
晶表示装置用薄膜トランジスタ基板において、半導体層
が非晶質シリコンを用いて形成されている。本願第１９
発明は、前記液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板にお
いて、半導体層上に形成され、写真工程が可能な材料か
らなるエッチストップ層をさらに含んでいる。エッチス
トッパ構造を有する薄膜トランジスタ基板を用いる場
合、エッチストップ層を写真工程が可能な絶縁膜に形成
してドレイン電極とゲート電極との間の寄生容量を減少
することができ、工程の単純化が可能になる。エッチス
トップ層としては有機絶縁膜を用いるのが好ましく、有
機絶縁膜の厚さは３０００〜５０００Å程度が適当であ
る。本願第２０発明は、透明な絶縁基板と、基板上に形
成されているゲート電極と、ゲート電極上に形成されて
いるゲート絶縁膜と、窒化シリコン膜と、窒化シリコン
膜上部に形成されている半導体層と、ソース電極及びド
レイン電極とを含んでいる液晶表示装置用薄膜トランジ
スタ基板を提供する。窒化シリコン膜は、有機絶縁剤か
らなるゲート絶縁膜上に、かつゲート電極上部に形成さ
れている。ソース電極及びドレイン電極は、半導体層上
部に半導体層を挟んで両側に形成されている。
【００１９】本願第２１発明は、前記液晶表示装置用薄
膜トランジスタ基板において、半導体層に非晶質シリコ
ンを用いている。本願第２２発明は、透明な絶縁基板上
にゲート線およびゲート線の分枝であるゲート電極を形
成する段階と、ゲート電極および絶縁基板上に、有機絶
縁剤を用いてゲート絶縁膜を形成する段階と、ゲート絶
縁膜上に半導体層を形成する段階と、ゲート線と交差す
るデータ線、データ線の分枝であるソース電極およびド
レイン電極を含むデータパターンを半導体層上に形成す
る段階と、ゲート絶縁膜及びデータパターンを平坦に覆
う保護膜を形成する段階と、保護膜をエッチングしてド
レイン電極を露出させる第１接触孔を形成する段階と、
ゲート線とデータ線とで囲まれる画素領域の保護膜上に
画素電極を形成する段階と、画素電極をマスクにして保
護膜の一部をエッチングする段階と、保護膜がエッチン
グされた部分にブラックマトリックスを形成する段階と
を含む、液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板の製造方
法を提供する。
【００２０】保護膜上にＩＴＯなどからなる透明導電膜
を蒸着しパタニングして画素領域に画素電極を形成し、
画素電極をマスクに用いて保護膜を一定の深さにエッチ
ングした後、そのエッチングされた部分に有機ブラック
ホトレジストを詰めてブラックマトリックスを平坦に形
成する。本願第２３発明は、前記液晶表示装置用薄膜ト
ランジスタ基板の製造方法において、流動性の有機絶縁
剤を用いて保護膜を形成する。
【００２１】本願第２４発明は、前記液晶表示装置用薄
膜トランジスタ基板の製造方法において、誘電常数が
２．４〜３．７の有機絶縁剤を用いて保護膜を形成す
る。本願第２５発明は、前記液晶表示装置用薄膜トラン
ジスタ基板の製造方法において、有機ブラックホトレジ
ストを用いてブラックマトリックスを形成する。本願第
２６発明は、前記液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板
の製造方法において、有機ブラックホトレジストとして
表面抵抗が１０10Ω／ｍ2 以上のものを用いる。本願第
２７発明は、前記液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板
の製造方法において、絶縁基板上にゲート線、ゲート電
極及び保持容量電極を形成し、ゲート電極、絶縁基板及
び保持容量電極上にゲート絶縁膜を形成する。
【００２２】本願第２８発明は、前記液晶表示装置用薄
膜トランジスタ基板の製造方法において、保持容量電極
上の保護膜をエッチングする段階をさらに含んでいる。
本願第２９発明は、前記液晶表示装置用薄膜トランジス
タ基板の製造方法において、保持容量電極上のゲート絶
縁膜を一定の深さにエッチングする段階をさらに含んで
いる。
【００２３】本願第３０発明は、前記液晶表示装置用薄
膜トランジスタ基板の製造方法において、互いに異なる
エッチング選択比を有する２重層を形成し、２重層のう
ち上部層を除去してゲート絶縁膜を形成する。本願第３
１発明は、前記液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板の
製造方法において、ゲート絶縁膜上に、かつ保持容量電
極上部に金属層を形成する段階と、画素電極を金属層と
連結するために、保護膜をエッチングして金属層を露出
させる第２接触孔を形成する段階とをさらに含んでい
る。
【００２４】本願第３２発明は、前記液晶表示装置用薄
膜トランジスタ基板の製造方法において、ゲート絶縁膜
をエッチングし、保持容量電極を露出させる第２接触孔
を形成する段階をさらに含み、データパターンを形成す
る段階において、第２接触孔を通じて保持容量電極と連
結される金属層をゲート絶縁膜上にさらに形成する。本
願第３３発明は、前記液晶表示装置用薄膜トランジスタ
基板の製造方法において、有機絶縁剤を用いてゲート絶
縁膜を平坦に形成する。
【００２５】本願第３４発明は、前記液晶表示装置用薄
膜トランジスタ基板の製造方法において、ゲート絶縁膜
上に窒化シリコン膜を形成する段階をさらに含んでい
る。本願第３５発明は、前記液晶表示装置用薄膜トラン
ジスタ基板の製造方法において、窒化シリコン膜を半導
体層の下部に残すようにエッチングする段階をさらに含
んでいる。
【００２６】本願第３６発明は、前記液晶表示装置用薄
膜トランジスタ基板の製造方法において、非晶質シリコ
ンを用いて半導体層を形成する。本願第３７発明は、前
記液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板の製造方法にお
いて、半導体層上に写真工程が可能な材料でエッチスト
ップ層を形成する段階をさらに含んでいる。エッチスト
ップ層を写真工程が可能な材料で形成する場合には半導
体層の上部に写真工程が可能な材料をコーティングしパ
ターニングする。
【００２７】本願第３８発明は、前記液晶表示装置用薄
膜トランジスタ基板の製造方法において、エッチストッ
プ層を形成する段階が、写真工程が可能な有機材料膜を
半導体層上に形成する段階と、エッチストップ層パター
ンが形成されているマスクを用いて絶縁基板の正面にお
いて露光する段階と、有機材料膜を現像する段階とを含
んでいる。本願第３９発明は、前記液晶表示装置用薄膜
トランジスタ基板の製造方法において、絶縁基板の後面
において露光した後、正面露光する。
【００２８】本願第４０発明は、前記液晶表示装置用薄
膜トランジスタ基板の製造方法において、現像段階後に
絶縁基板を熱処理する段階をさらに含んでいる。すなわ
ち、エッチストップ層をパターニングするための好まし
い過程は、写真工程が可能な材料をコーティングし後面
露光した後、エッチストップ層を形成するためのマスク
を用いて再び全面露光し現像した後、熱処理する段階か
らなる。次に、抵抗接触層、データパターンを順に形成
した後保護膜に用いられる流動性絶縁膜をコーティング
し、保持容量電極上部の保護膜をエッチングして厚さを
縮小する。
【００２９】本願第４１発明は、前記液晶表示装置用薄
膜トランジスタ基板の製造方法において、エッチストッ
プ層をマスクにして半導体層をエッチングする段階をさ
らに含んでいる。本願第４２発明は、透明な絶縁基板上
にゲート線およびゲート線の分枝であるゲート電極を含
むゲートパターンを形成する段階と、前記絶縁基板及び
ゲート電極上に流動性絶縁剤を回転コーティングし、平
坦なゲート絶縁膜を形成する段階と、ゲート絶縁膜上の
ゲート電極上部に窒化シリコン膜を形成する段階と、窒
化シリコン膜上に半導体層を形成する段階と、半導体層
上にゲート線と交差するデータ線、前記データ線の分枝
であるソース電極およびドレイン電極を含むデータパタ
ーンを形成する段階とを含む、液晶表示装置用薄膜トラ
ンジスタ基板の製造方法を提供する。
【００３０】かかる薄膜トランジスタ基板を製造する時
にはゲート線と保持容量電極とが形成されている基板上
に、ゲート絶縁膜に用いられる流動性絶縁膜を回転コー
ティングし、その上に窒化シリコン膜を蒸着する。半導
体層のパターンを形成した後、後述するように、窒化シ
リコン膜を半導体層の下部を除いて全面的にエッチング
することが好ましい。
【００３１】本願第４３発明は、前記液晶表示装置用薄
膜トランジスタ基板の製造方法において、ゲート絶縁膜
に有機絶縁剤を用いている。本願第４４発明は、前記液
晶表示装置用薄膜トランジスタ基板の製造方法におい
て、窒化シリコン膜を前記半導体層の下部に残すように
エッチングする段階をさらに含んでいる。
【００３２】本願第４５発明は、前記液晶表示装置用薄
膜トランジスタ基板の製造方法において、半導体層を非
晶質シリコンで形成する段階をさらに含んでいる。本願
第４６発明は、薄膜トランジスタ基板及びカラーフィル
ター基板からなるセルと、前記セルに注入された液晶
と、前記セルを駆動する駆動回路とを有する液晶表示装
置である。カラーフィルター基板は、薄膜トランジスタ
基板の薄膜トランジスタに対応する部分に位置する、か
つ写真エッチング工程が可能な有機絶縁膜からなる基板
スペーサを有している。
【００３３】薄膜トランジスタ基板とこれに対応するカ
ラーフィルター基板との間のセル間隔を保持するため、
前記基板スペーサをカラーフィルター基板上に形成す
る。また、基板スペーサを前記薄膜トランジスタ基板の
薄膜トランジスタに対応する部分にのみ設けるので、光
漏洩や透過率の減少を防止できる。
【００３４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を添付図面
に基づいて詳細に説明する。図面において各構成要素は
必要に従い実際比率と異にして示す。本発明の液晶表示
装置用薄膜トランジスタ基板（以下薄膜トランジスタ基
板という）は薄膜トランジスタ基板とカラーフィルター
基板とからなるセル、このセルに注入される液晶および
駆動回路を含む液晶表示装置に用いることができる。
【００３５】図２は本発明の実施例１に従う薄膜トラン
ジスタ基板の構造を示す平面図であり、図３は図２のII
I −III'線に沿い示す断面図である。図２および図３に
示す薄膜トランジスタ基板においては、ガラスなどの透
明な絶縁基板１０上には外部から走査信号を伝達するゲ
ート線２１、その分枝であるゲート電極２０およびゲー
ト線２１に平行した保持容量電極３０が形成されてお
り、ゲート絶縁膜４０がこれらを覆っている。ゲート絶
縁膜４０上にはゲート線２１と垂直に交差し外部からの
画像信号を伝達するデータ線８１が形成されている。ゲ
ート電極２０上部のゲート絶縁膜４０上には非晶質シリ
コン層５０が形成されており、その上にはエッチストッ
プ層６０およびｎ+ 非晶質シリコンからなる抵抗接触層
７１、７２が順に形成されている。抵抗接触層７１、７
２上にはそれぞれソース電極８０およびドレイン電極９
０が形成されており、ソース電極８０はデータ線８１と
連結されている。
【００３６】薄膜トランジスタはゲート電極２０、ソー
ス電極８０、ドレイン電極９０、ゲート絶縁膜４０、抵
抗接触層７１、７２および非晶質シリコン層５０からな
り、ソース電極８０とドレイン電極９０との間の非晶質
シリコン層５０は薄膜トランジスタのチャネル部にな
る。すなわち、ゲート線２１を通じてゲート電極２０に
走査信号が印加されると、薄膜トランジスタがターンオ
ンされ、これに従いデータ線８１を通じてソース電極８
０に印加された画像信号が非晶質シリコン層５０を通過
してドレイン電極に伝達される。
【００３７】保護膜１００が薄膜トランジスタとゲート
絶縁膜４０とを覆い平坦に形成されている。この保護膜
１００は流動性を有する有機絶縁剤からなり平坦に形成
されており、２．４〜３．７程度の低い誘電常数および
２．０〜４．０μｍ程度の厚さを有する。有機絶縁膜の
透過率を従来に保護膜として用いていた窒化シリコン膜
の場合と比較してみると、膜の厚さが１０倍以上になる
場合においても薄い厚さの窒化シリコン膜と同一の程度
の高い透過率を現す。具体的に、２．５μｍの有機絶縁
膜の透過率は大部分の可視光波長領域において０．２μ
ｍの窒化シリコン膜と同一の透過率を現す。
【００３８】流動性有機絶縁剤としては、ダーケミカル
社(Dow Chemical Co. ）のＰｈｏｔｏ−ＢＣＢ，ＢＣ
Ｂ，ＰＦＣＢまたはＪＳＲ社のホトレジスト系列のアク
リル系またはポリイミド系などの有機材料を用いること
ができ、ＳＯＧ(spin on glass) なども使用可能であ
る。保護膜１００は保持容量電極３０上部においてその
厚さが小さくなりトレンチ１２０をなすか除去されてゲ
ート絶縁膜４０が露出されることができ、ドレイン電極
９０を露出させる接触孔１３０を有している。ゲート線
２１とデータ線８１との交差と定義される画素領域にＩ
ＴＯ膜からなる画素電極１４０が保護膜１００上に形成
されているが、この画素電極１４０は接触孔１３０を通
じてドレイン電極９０と連結され画像信号が印加されて
液晶分子を駆動させる。
【００３９】画素電極１４０で覆われていない薄膜トラ
ンジスタとゲート線２１およびデータ線８１上部の保護
膜１００は一定の深さで掘られて溝をなしており、溝内
には有機ブラックホトレジストからなるブラックマトリ
ックス１１０が詰められて平坦に形成されている。ブラ
ックマトリックス１１０の厚さは０．５〜１．７μｍで
形成し２．５以上の光密度を有することにより、十分な
遮光特性を確保することができる。ブラックマトリック
スの厚さはブラックマトリックスをなす物質の特性に従
い変化することができ、特に構成物質の光密度に関係さ
れるが光密度が高い材料を用いることになるとブラック
マトリックスの厚さを縮小することができる。画素電極
１４０と保護膜１００とが互いに連結されているためブ
ラックマトリックス１１０の抵抗を大きくすることが好
ましく、表面抵抗は１０10Ω／ｍ 2 以上であることが好
ましい。
【００４０】ブラックマトリックスを形成する物質とし
ては有機ブラックホトレジストが好ましく、具体的には
炭素を主にする有機材料と顔料タイプの有機材料などを
用いることができるが、炭素を主にする有機材料の方が
さらに高い光密度を現しているためこれを用いることが
好ましい。黒鉛タイプの材料は高い光密度を有している
が、表面抵抗が低くてブラックマトリックスの材料とし
ては適切でない。
【００４１】ここで、保持容量電極３０と画素電極１４
０は保持蓄電器の役割をするが、２つの電極の間に厚い
保護膜１００が形成されると保持容量が減少されるた
め、これを補償するために保持容量電極３０と画素電極
１４０との間のゲート絶縁膜を覆う保護膜１００を除去
するか厚さを薄くして２つの電極間の距離を縮小させ
る。
【００４２】かかる薄膜トランジスタ基板は保持容量を
補償するために各種の形態を有することができる。図４
ないし図６は保持容量を補償するために改善された本発
明の実施例２ないし４に従う薄膜トランジスタ基板の構
造を示す断面図である。本発明の実施例２に従う薄膜ト
ランジスタ基板は図４に示すように、保持容量電極３０
上の保護膜１００以外にもゲート絶縁膜４０を一定の深
さでエッチングして除去した形態である。この場合、ゲ
ート絶縁膜４０を均一の深さでエッチングするため、互
いに異なるエッチング比を有する２重層に形成して上部
層のみを除去することができる。
【００４３】本発明の実施例３に従う薄膜トランジスタ
基板においては図５に示すように、保持容量電極３０上
部のゲート絶縁膜４０上に金属層３１が形成されてい
る。この金属層３１は接触孔３２を通じて保持容量電極
３０と連結され、金属層３１は保護膜１００で覆われて
いる。本発明の実施例４に従う薄膜トランジスタ基板は
図６に示すように、保持容量電極３０上部のゲート絶縁
膜４０上に金属層３１が形成されており、金属層３１上
の保護膜１００は除去されて画素電極１４０が金属層３
１を覆っている。
【００４４】このように、低い誘電常数を有する有機保
護膜１００が画素電極１４０とデータ線８１との間に形
成されているので、画素電極１４０とデータ線８１との
間で発生する結合容量が減少され、これに従い画素電極
１４０をデータ線８１およびゲート線２１と重畳するよ
うに形成することができる。従って、ブラックマトリッ
クス１１０が占有する面積を縮小し、画素電極１４０が
占有する面積を広げることにより薄膜トランジスタ基板
の開口率を増加させることができる。
【００４５】また、ブラックマトリックス１１０が薄膜
トランジスタ基板上に形成されて後面光の反射に基づい
た光誘導電流(photo induced leakage current) を抑制
することができ、基板１０の表面が平坦に形成されてい
るため液晶配向工程において発生する基板１０に形成さ
れたパターン間の段差に基づいた配向不良の問題点を解
決することができ、均一にラビングすることができる。
結局、光誘導電流が抑制され、液晶配向の不良が減少し
て光漏洩を抑制することができる。
【００４６】図７は本発明の実施例５に従う薄膜トラン
ジスタ基板の構造を示す断面図である。本発明の実施例
５においてはエッチバック構造の薄膜トランジスタが形
成されている薄膜トランジスタ基板に有機絶縁膜で保護
膜を形成し、薄膜トランジスタ上部の保護膜に溝を形成
し、有機ブラックホトレジストを詰めてブラックマトリ
ックスを形成した。
【００４７】図７に示すように、本発明の実施例５に従
う薄膜トランジスタ基板においてはガラスなどの透明な
絶縁基板１０上にゲート電極２０および保持容量電極３
０が形成されており、ゲート絶縁膜４０がこれらを覆っ
ている。ゲート電極２０上部のゲート絶縁膜４０上には
非晶質シリコン層５０が形成されており、その上にはｎ
＋非晶質シリコンからなる抵抗接触層７１、７２が形成
されている。抵抗接触層７１、７２上にはそれぞれソー
ス電極８０とドレイン電極９０とが形成されており、ソ
ース電極８０はデータ線（図示省略）と連結されてい
る。
【００４８】保護膜１００が薄膜トランジスタとゲート
絶縁膜４０とを覆い平坦に形成されており、保持容量電
極３０上部においてその厚さが小さくなりトレンチ１２
０をなすか除去されてゲート絶縁膜４０を露出すること
ができ、ドレイン電極９０を露出させる接触孔１３０を
有している。画素領域にはＩＴＯ膜からなる画素電極１
４０が保護膜１００上に形成されており、接触孔１３０
を通じてドレイン電極９０と連結されている。
【００４９】薄膜トランジスタ上部の保護膜１００は一
定の深さで掘られて溝をなしており、溝内には有機ブラ
ックホトレジストからなるブラックマトリックス１１０
が詰められて平坦に形成されている。保護膜に用いられ
る流動性絶縁膜やブラックマトリックスをなす有機ブラ
ックホトレジストの種類や性質、厚さなどは本発明の実
施例１の場合と同様である。
【００５０】エッチバック構造の薄膜トランジスタを有
する基板の場合、エッチストッパ構造の場合とは異な
り、薄膜トランジスタのチャネル部と有機絶縁膜とが直
接接触することになるが、この場合においても薄膜トラ
ンジスタの性能の低下は発生しないことが確認された。
本発明の実施例５に従う薄膜トランジスタ基板において
も本発明の実施例２ないし実施例４での同様に保持容量
を補償するための異なる形態を有することができる。こ
の異なる形態を有する薄膜トランジスタ基板は薄膜トラ
ンジスタの構造を除いては本発明の実施例２ないし４に
従う薄膜トランジスタ基板の構造と同様である。
【００５１】一方、ゲートパターン上に形成されるゲー
ト絶縁膜を平坦に形成するためゲート絶縁膜に流動性絶
縁膜を用いることができる。本発明の実施例６において
はゲート絶縁膜を流動性絶縁膜と窒化シリコン膜との２
重膜で形成する。図８は本発明の実施例６に従う薄膜ト
ランジスタ基板の構造を示す断面図である。透明な絶縁
基板１０上にゲート線（図示省略）およびその分枝であ
るゲート電極２０とゲート線に平行した保持容量電極３
０が形成されており、その上に２５００〜５５００Å厚
さの流動性絶縁膜４１が覆われている。ゲート電極２０
上部の流動性絶縁膜４１上には５００〜８００Å厚さの
窒化シリコン膜４２が形成されており、その上には非晶
質シリコン層５０が形成されている。
【００５２】ゲート絶縁膜に流動性有機絶縁膜を用いる
場合、平坦化を容易にすることができる一方で、流動性
絶縁膜のみを用いるとその上に形成される非晶質シリコ
ン層の膜特性が低下することがある。従って、従来の窒
化シリコン膜をゲート絶縁膜に用いた場合と同一の膜特
性を得るために、流動性絶縁膜の上部に窒化シリコン膜
を蒸着して２重膜に形成する。このようにする場合、そ
の上に形成される非晶質シリコン層の厚さを１０００Å
以下に薄くすることができ、光誘導電流を減少すること
ができる。しかしながら、窒化シリコン膜４１は必要に
従い形成しなくともよく、窒化シリコン膜４１を形成し
なくてもゲート絶縁膜の平坦化には何らの支障を与えな
い。
【００５３】図８において窒化シリコン膜４２は非晶質
シリコン層５０の下方にのみ形成されている。窒化シリ
コン膜４２が全面に形成されている場合、その上に保護
膜を形成することになるとゲートパッド部には、流動性
絶縁膜４１、窒化シリコン膜４２および流動性絶縁膜を
順次積層した３重膜を形成する。この場合、ゲートパッ
ド部に接触孔１０３を形成する過程において流動性絶縁
膜と窒化シリコン膜のエッチング選択比の差異によりエ
ッチングが容易に行われないことがある。従って、非晶
質シリコン層５０の下方を除いた残りの部分の窒化シリ
コン膜を予め除去することにより、ゲートパッド部の接
触孔１０３を形成する過程を容易に行なうことができ
る。
【００５４】非晶質シリコン層５０上にはｎ+ 非晶質シ
リコンからなる抵抗接触層７１、７２が形成されてお
り、抵抗接触層７１、７２上にはソース電極８０および
ドレイン電極９０が形成されている。ソース電極８０は
ゲート絶縁膜に用いられる流動性絶縁膜４１上にゲート
線と垂直に交差するように形成されているデータ線（図
示省略）と連結されている。
【００５５】ここで、ゲート電極２０、ソース電極８
０、ドレイン電極９０、流動性絶縁膜４１と窒化シリコ
ン膜４２との２重膜からなるゲート絶縁膜４０および非
晶質シリコン層５０は薄膜トランジスタをなし、ソース
電極８０とドレイン電極９０との間の非晶質シリコン層
５０は薄膜トランジスタのチャネル部になる。その他の
構造は実施例１と同様であり、保護膜に用いられる流動
性絶縁膜１００の厚さおよび誘電常数とブラックマトリ
ックス１１０の厚さ、光密度および表面抵抗も本発明の
実施例１に従う薄膜トランジスタ基板の場合と同様であ
る。
【００５６】また、実施例７として図９に示すように、
本発明の実施例４における改善された構造のように保持
容量を大きくするため保持容量電極３０上に金属層を形
成することができる。図９には保持容量電極３０上部の
ゲート絶縁膜をなす流動性絶縁膜４１上に金属層３１が
形成されており、金属層３１上の保護膜１００は除去さ
れて画素電極１４０が金属層３１を覆っている本発明の
実施例７に従う薄膜トランジスタ基板が示されている。
【００５７】図１０に示すように本発明の実施例８にお
いてはエッチストッパ構造を有する薄膜トランジスタ基
板においてエッチストップ層を有機絶縁剤を用いて形成
する。図１０は本発明の実施例８に従う薄膜トランジス
タ基板の構造を示す断面図である。本発明の実施例８に
おいては本発明の実施例６に示すようにゲート絶縁膜を
流動性絶縁膜と窒化シリコン膜との２重膜に形成し、エ
ッチストッパ構造を取っている。
【００５８】透明な絶縁基板１０上にゲート線（図示省
略）およびその分枝であるゲート電極２０と保持容量電
極３０とが形成されており、その上には２５００〜５５
００Å厚さの流動性絶縁膜４１が覆われている。ゲート
電極２０上部の流動性絶縁膜４１上には５００〜８００
Å厚さの窒化シリコン膜４２が形成されており、その上
には非晶質シリコン層５０が形成されている。
【００５９】非晶質シリコン層５０上には写真工程が可
能な有機絶縁剤からなるエッチストップ層６１が形成さ
れている。このようにエッチストップ層６１に有機絶縁
剤を用いて形成する場合誘電常数が低いため、ゲート電
極とドレイン電極との間の寄生容量を減少させることが
できてこれによるキックバック(kickback)を縮めること
ができる。また、写真工程でエッチストップ層をパター
ニングし、これを用いてその下方の非晶質シリコン層５
０および窒化シリコン膜４２をエッチングすることがで
きて工程を単純化することができる。
【００６０】エッチストップ層６１上にはｎ+ 非晶質シ
リコンからなる抵抗接触層７１、７２が形成されてお
り、抵抗接触層７１、７２上にはソース電極８０および
ドレイン電極９０が形成されている。ソース電極８０は
ゲート絶縁膜の役割をする流動性絶縁膜４１上にゲート
線と垂直に交差するように形成されているデータ線（図
示省略）と連結されている。
【００６１】その他の構造は本発明の実施例６の場合と
同様であり、流動性保護膜１００の厚さおよび誘電常数
とブラックマトリックス１１０の厚さ、光密度および表
面抵抗は本発明の実施例１の場合と同様である。図１１
に示す実施例９は、前記した構造に本発明の第４実施例
でのように保持容量を大きくするための金属層を形成し
た例を示している。保持容量電極３０上部のゲート絶縁
膜をなす流動性絶縁膜４１上に金属層３１が形成されて
おり、金属層３１上の保護膜１００は除去されて画素電
極１４０が金属層３１を覆っている。
【００６２】図１２に本発明の液晶表示装置用薄膜トラ
ンジスタ基板とともに用いられ、本発明の液晶表示装置
を構成するカラーフィルター基板の一実施例の断面構造
を示す。同図に示すように、カラーフィルター基板は透
明な絶縁基板１５０上にカラーフィルター１６０が形成
されており、カラーフィルター１６０上に保護膜１７０
が形成されており、保護膜１７０上に共通電極１８０が
形成されている。
【００６３】図１３に、本発明に係る液晶表示装置にお
ける液晶セルの断面構造を示す。この液晶セルは、本発
明の液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板及び前記カラ
ーフィルター基板を用いて構成され、前記実施例と同様
の要素については同じ符号を用いて示してある。薄膜ト
ランジスタ基板とカラーフィルター基板との間のセル間
隔を保持するため、柱形状の基板スペーサ１９０がカラ
ーフィルター基板上に形成されている。この基板スペー
サ１９０は写真工程が可能な有機絶縁膜で形成されてお
り、薄膜トランジスタ基板において薄膜トランジスタの
チャネル部上に置かれている。この場合、薄膜トランジ
スタチャネル上部は一定の厚さを有する平坦化した膜か
らなっているので、その上に基板スペーサ１９０が形成
されても薄膜トランジスタが損傷されない。
【００６４】図１４Ａは基板スペーサ１９０が形成され
たカラーフィルター基板の平面図であり、図１４Ｂは図
１４ＡのXIV −XIV'部分に対する断面図である。同図に
おいて、Ｒ，Ｇ，Ｂはそれぞれ赤色、緑色および青色の
カラーフィルターを現す。かかるカラーフィルター１６
０は中間に図１０でのように凹部分２００を有し基板ス
ペーサはこの部分に形成される。
【００６５】カラーフィルター基板においては基板スペ
ーサ１９０が写真エッチング工程が可能な有機絶縁膜で
形成されるので、セル間隔の調節が容易で所望する位置
に基板スペーサ１９０を形成することができる。従っ
て、基板スペーサを薄膜トランジスタ基板の画素電極に
対応するカラーフィルター１６０上に形成せず前記薄膜
トランジスタ基板の薄膜トランジスタのチャネルに対応
する部分にのみ形成することにより、段差によるセル間
隔の不良を減少することができ、基板スペーサ１９０が
開口部に位置することによって発生される光漏れおよび
透過率の減少の問題を防止することができる。また、セ
ル間隔を一定に保持するためにはＲ，Ｇ，Ｂカラーフィ
ルターすべてを同一の厚さで形成しなければならない従
来の基板とは異なり、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれのカラーフィ
ルターが互いに異なる厚さを有するように形成しても一
定のセル間隔の保持に影響を与えないので、カラーフィ
ルターの色座標および透過率の調整が容易になる。
【００６６】かかる基板スペーサ１９０は一定の高さを
有するので、これにより陰影領域が発生する。一般的
に、かかる陰影領域はラビング工程において液晶配向の
不良を起こす。しかしながら、前記した場合の陰影領域
は薄膜トランジスタのチャネル部より狭く形成されてブ
ラックマトリックスにより覆われるため、配向膜の塗布
およびラビング不良に基づいたディスプレー不良が起こ
りにくい。
【００６７】以下、本発明の液晶表示装置用薄膜トラン
ジスタ基板の製造方法について図面を参照して説明す
る。図１５、図１７および図１９は本発明の実施例に従
う薄膜トランジスタ基板の製造方法を示す平面図であ
り、図１６、図１８および図２０はそれぞれ図１５のXV
−XV' 、図１７のXVI −XVI'および図１９のXVII−XVI
I' 線に沿い示す断面図である。
【００６８】図１５，１６に示すように、透明な絶縁基
板１０上に３０００Å程度厚さの金属層を蒸着しパター
ニングしてゲート電極２０、ゲート線２１および保持容
量電極３０を形成する。次いで、化学気相蒸着法を用い
て基板１０上部に窒化シリコンなどからなるゲート絶縁
膜４０、非晶質シリコン層５０およびエッチストップ層
６０を形成するための窒化シリコン膜を続けて形成す
る。このとき、ゲート絶縁膜４０の厚さは３０００〜６
０００Å程度であり、非晶質シリコン層の厚さは５００
〜１０００Å、エッチストップ層に用いられる窒化シリ
コン膜の厚さは１０００〜２０００Åである。次に、窒
化シリコン膜上にホトレジストを蒸着した後、基板１０
の後面において露光してホトレジストパターンを形成す
る。前記ホトレジストをマスクにして窒化膜をエッチン
グしエッチストップ層６０を形成する。次いで、高濃度
でドーピングされたｎ＋非晶質シリコン層を蒸着し、非
晶質シリコン層と共にエッチングする。次に、基板１０
上部に３０００Å程度の金属を蒸着しパターニングして
ソース電極８０、ドレイン電極９０およびデータ線８１
を形成し、これをマスクにしてｎ+ 非晶質シリコン層か
らなる抵抗接触層７１、７２をエッチングする。薄膜ト
ランジスタはゲート電極２０、ソース電極８０、ドレイ
ン電極９０、ゲート絶縁膜４０、抵抗接触層７１、７２
および非晶質シリコン層５０からなる。
【００６９】次に、図１７および図１８に示すように、
基板１０上部に低い誘電常数と高い光透過率を有する流
動性絶縁膜からなる保護膜１００を形成する。保護膜１
００は回転コーティング方法で形成して平坦化する。保
護膜１００は２．４〜３．７程度の誘電常数を有する有
機材料からなり、２．０〜４．０μｍ程度の厚さを有す
ることが最も好ましい。保護膜１００の一部をエッチン
グし、ドレイン電極９０上に接触孔１３０を形成し保持
容量電極３０上部にトレンチ１２０を形成する。このと
き、接触孔を形成する過程は一般的な写真エッチング工
程を用いて形成するものであって、Ｏ2 、ＳＦ6 および
ＣＦ4 などを用いた乾式エッチング方法で形成すること
ができる。そして、このときに用いられる有機材料が写
真工程が可能な材料である場合であると、別途のホトレ
ジストを塗布する必要なしにマスクを用いて露光し、現
像する過程のみにもパターン形成が可能になる。
【００７０】次に、図１９および図２０に示すように、
基板１０上部にＩＴＯ膜を蒸着しパターニングしてゲー
ト線２１とデータ線８１との交差により定義されるそれ
ぞれの画素領域に画素電極１４０を形成する。次に、図
２および図３に示すように、画素電極１４０をマスクに
用いて保護膜１００を一定の深さでエッチングし、その
エッチングされた部分に有機性ブラックホトレジストを
詰めてブラックマトリックス１１０を平坦に形成する。
このとき、好ましいエッチング深さは０．５〜１．７μ
ｍであり、有機性ブラックホトレジストの表面抵抗は１
０10Ω／ｍ2 以上の値を有する。このように形成された
ブラックマトリックス１１０は２．５以上の光密度を有
する。
【００７１】かかる薄膜トランジスタ基板は保持容量を
増加させるため、幾つの異なる形態を有することができ
る。図４ないし図６を参照して互いに異なる保持容量電
極３０を有する薄膜トランジスタ基板の製造方法につい
て説明する。本発明の実施例２に従う薄膜トランジスタ
基板は図４に示すように、保護膜１００をエッチングし
てトレンチ１２０を形成した後保持容量電極３０上のゲ
ート絶縁膜４０の一部を乾式エッチング方法を用いてエ
ッチングする。従って、保持容量電極３０上のゲート絶
縁膜４０の厚さが縮小して保持容量が増加される。この
とき、ゲート絶縁膜４０を均一の深さでエッチングする
ために互いに異なるエッチング比を有する２重層で形成
し、上部層のみを除去することができる。
【００７２】本発明の実施例３に従う薄膜トランジスタ
基板は、図５に示すように、ゲート絶縁膜４０の一部を
エッチングして保持容量電極３０上に接触孔３２を形成
する。次に、ソース電極８０を形成するとき保持容量電
極３０上部に金属層３１を形成する。この金属層３１は
接触孔３２を通じて保持容量電極３０と連結される。本
発明の実施例４に従う薄膜トランジスタ基板は、図６に
示すように、ソース電極８０が形成されるとき保持容量
電極３０上部に金属層３１を形成する。この場合、金属
層３１は以後に形成される画素電極１４０と連結され
る。
【００７３】次に、本発明の実施例６に従う薄膜トラン
ジスタ基板の製造方法について説明する。図２１に示す
ように、透明な絶縁基板１０上に金属を蒸着しパターニ
ングしてゲート電極２０、ゲート線（図示省略）および
保持容量電極３０を形成する。次いで、２５００〜５５
００Å厚さの流動性絶縁膜４１を形成し、化学気相蒸着
法を用いて５００〜８００Å厚さの窒化シリコン膜４２
を蒸着する。窒化シリコン膜４２上に１０００Å以下の
非晶質シリコン層５０および高濃度でドーピングされた
ｎ＋非晶質シリコン層７０を順に蒸着する。次に、ホト
レジストを蒸着した後露光してホトレジストパターンを
形成する。前記ホトレジストをマスクにして高濃度でド
ーピングされたｎ+ 非晶質シリコン層７０、非晶質シリ
コン層５０および窒化シリコン膜４２を順にエッチング
する。このとき、ゲート絶縁膜の一部である窒化シリコ
ン膜４２も同一のパターンで全面的にエッチングする。
次に、図２２に示すように、基板１０上部に金属を蒸着
しパターニングしてソース電極８０、ドレイン電極９０
およびデータ線（図示省略）を形成し、これをマスクに
して接触層７１、７２をエッチングする。薄膜トランジ
スタはゲート電極２０、ソース電極８０、ドレイン電極
９０、ゲート絶縁膜４０、抵抗接触層７１、７２、およ
び非晶質シリコン層５０からなる。
【００７４】以後の工程は本発明の実施例１の場合と同
一である。本発明の実施例７に従う薄膜トランジスタ基
板は、ソース電極８０を形成する段階において、図９に
示すように、保持容量電極３０上部に金属層３１を形成
する。この場合、金属層３１は以後に形成される画素電
極１４０と連結される。図２３および図２４には、本発
明の実施例８におけるエッチストッパ構造を有する薄膜
トランジスタの製造方法が示されている。
【００７５】図２３に示すように、透明な絶縁基板１０
上に金属を蒸着しパターニングしてゲート電極２０、ゲ
ート線（図示省略）および保持容量電極３０を形成す
る。次いで、ゲート絶縁膜の一部に用いられる４０００
〜５５００Å厚さの有機絶縁膜４１を形成し、化学気相
蒸着法を用いて５００〜８００Å厚さの窒化シリコン膜
４２を蒸着する。窒化シリコン膜４２上に１０００Å以
下の非晶質シリコン層５０を形成し、その上に写真工程
が可能な陽性(positive type) の有機絶縁膜６１を３０
００〜５０００Å厚さで形成する。このとき、有機絶縁
膜６１にはホトＢＣＢ、写真工程が可能なアクリル系重
合体などが好ましく用いられる。次に、写真工程が可能
な有機絶縁膜を２００〜６００ｍＪ程度に後面露光し、
エッチストップ層を露出させるマスクを用いて５０〜１
００ｍＪで全面露光し現像する。そして２００〜２３０
℃においてＮ2 雰囲気中でエッチストップ層を熱処理(a
nnealing) する。このようにするとエッチストッパパタ
ーンが完成される。
【００７６】このパターンをマスクにして非晶質シリコ
ン層５０および窒化シリコン膜４２をエッチングする。
このとき、窒化シリコン膜４２を全面的にエッチングす
るのは本発明の実施例６の場合と同一である。次に、図
２４に示すように高濃度でドーピングされたｎ＋非晶質
シリコン層７１、７２を蒸着する。その上に金属を蒸着
しパターニングしてソース電極８０、ドレイン電極９０
およびデータ線（図示省略）を形成し、ソース電極８０
およびドレイン電極９０をマスクにして接触層７０をエ
ッチングする。薄膜トランジスタはゲート電極２０、ソ
ース電極８０、ドレイン電極９０、ゲート絶縁膜４０、
抵抗接触層７１、７２および非晶質シリコン層５０から
なる。
【００７７】以後の工程は本発明の実施例１の場合と同
一である。本発明の実施例９に従う薄膜トランジスタ基
板は、ソース電極８０を形成するとき、図１１に示すよ
うに保持容量電極３０上部に金属層３１を形成する。こ
の場合、金属層３１は以後に形成される画素電極１４０
と連結される。一方、図１２および図１３を参照して本
発明の実施例に従うカラーフィルター基板の製造方法に
ついて説明する。図１２に示すように、透明な基板１５
０上にカラーレジストを塗布し写真エッチング工程を通
じてカラーフィルター１６０を形成する。かかるカラー
フィルター１６０は基板スペーサが形成される領域を十
分に提供するため、部分的に除去された形態を有するこ
とができる。カラーフィルター１６０上に保護膜１７０
を形成し、ＩＴＯ膜を用いて保護膜１７０上に共通電極
１８０を形成する。
【００７８】次に、図１３でのように、基板１５０上に
有機絶縁膜を塗布し写真エッチング工程を通じて柱形状
の基板スペーサ１９０を形成する。基板スペーサ１９０
は前記薄膜トランジスタ基板において薄膜トランジスタ
のチャネル部にのみ置かれている。前記薄膜トランジス
タ基板とカラーフィルター基板とを結合して液晶セルを
つくり、ここに液晶を注入し付加回路を取付けて薄膜ト
ランジスタ液晶表示装置をつくる。
【００７９】前記のように、本発明の液晶表示装置用薄
膜トランジスタ基板は、低い誘電常数を有する有機絶縁
膜からなる保護膜を用いて平坦化したブラックマトリッ
クスオン薄膜トランジスタ基板である。従って、カラー
フィルター基板上にブラックマトリックスが形成された
ときに発生する後面光の反射を除去して光誘導電流を減
少させることができる。また、画素電極パターンを用い
てブラックマトリックスを形成するので開口率を最大化
することができ、液晶配向工程において基板に形成され
たパターン間の段差に基づいた配向不良を減少させるこ
とができる。
【００８０】ゲート絶縁膜として有機絶縁膜と窒化シリ
コン膜との２重膜を用いることにより、基板を平坦化す
ると同時に良好な電気的な特性を得ることができる。エ
ッチストッパ方式の薄膜トランジスタを形成する場合エ
ッチストップ層に有機絶縁膜を用いることにより、ゲー
ト電極とドレイン電極との間の寄生容量を減少させるこ
とができ、工程を単純化することができる。
【００８１】一方、写真エッチング工程が可能な有機絶
縁膜に基板スペーサを形成するので、カラーフィルター
上に基板スペーサが存在しないように形成してカラーフ
ィルターの段差に基づいたセル間隔の不良を減少させる
ことができ、カラーフィルターの色座標および透過率の
調整が容易になる。また、基板スペーサが薄膜トランジ
スタのチャネル部にのみ存在するので、基板スペーサが
開口部に位置するに従い発生する光漏洩および透過率の
減少の問題を防止することができ、基板スペーサの陰影
領域が薄膜トランジスタのチャネル部の面積より小さい
ので、配向膜の塗布およびラビング不良に基づいたディ
スプレーにおける不良を減少させることができる。
【００８２】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る薄膜トラン
ジスタ液晶表示装置及びその製造方法並びに液晶表示装
置を利用すれば、開口率が高く、光の漏洩が少ない液晶
表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のブラックマトリックスオン薄膜トランジ
スタ基板の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例１に従う薄膜トランジスタ基板
の構造を示す平面図である。
【図３】図２のIII −III'線に沿い示す断面図である。
【図４】実施例２における薄膜トランジスタ基板の断面
構造図。
【図５】実施例３における薄膜トランジスタ基板の断面
構造図。
【図６】実施例４における薄膜トランジスタ基板の断面
構造図。
【図７】実施例５における薄膜トランジスタ基板の断面
構造図。
【図８】実施例６における薄膜トランジスタ基板の断面
構造図。
【図９】実施例７における薄膜トランジスタ基板の断面
構造図。
【図１０】実施例８における薄膜トランジスタ基板の断
面構造図。
【図１１】実施例９における薄膜トランジスタ基板の断
面構造図。
【図１２】本発明の薄膜トランジスタ基板とともに用い
られるカラーフィルター基板の構造の一例を示す断面
図。
【図１３】本発明の薄膜トランジスタ基板を用いた液晶
セルの構造の一例を示す断面図。
【図１４】Ａ；図１２のカラーフィルター基板において
基板スペーサが形成された部分に対する平面図、Ｂ；図
１４ＡにおけるXIV −XIV'線に沿い示す断面図。
【図１５】本発明の実施例１における薄膜トランジスタ
基板の製造方法を示す平面図。
【図１６】図１５のXV−XV' 線に沿い示す断面図。
【図１７】本発明の実施例１における薄膜トランジスタ
基板の製造方法を示す平面図。
【図１８】図１７のXVI −XVI'線に沿い示す断面図。
【図１９】本発明の実施例１における薄膜トランジスタ
基板の製造方法を示す平面図。
【図２０】図１９のXVII−XVII' 線に沿い示す断面図。
【図２１】本発明の実施例６における薄膜トランジスタ
基板の製造方法を示す断面図。
【図２２】本発明の実施例６における薄膜トランジスタ
基板の製造方法を示す断面図。
【図２３】本発明の実施例８における薄膜トランジスタ
基板の製造方法を示す断面図。
【図２４】本発明の実施例８における薄膜トランジスタ
基板の製造方法を示す断面図。
【符号の説明】
１０ 絶縁基板 ２０ ゲート電極 ２１ ゲート線 ３０ 保持容量電極 ３１ 金属層 ４０ ゲート絶縁膜 ４１ 流動性絶縁膜 ４２ 窒化シリコン膜 ５０ 非晶質シリコン層 ６０ エッチストップ層 ７１、７２ 抵抗接触層 ８０ ソース電極 ８１ データ線 ９０ ドレイン電極 １００ 保護膜 １１０ ブラックマトリックス １２０ トレンチ １３０ 接触孔 １４０ 画素電極 １６０ カラーフィルター １９０ 基板スペーサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 29/78 ６１９Ａ

Claims (46)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】透明性絶縁基板と、 前記絶縁基板上に形成されており、ゲート電極、ドレイ
    ン電極、ソース電極、ゲート絶縁膜および半導体層から
    なる薄膜トランジスタと、 一定の高さで前記薄膜トランジスタを覆っており、流動
    性を有する有機絶縁剤で形成され、前記薄膜トランジス
    タ上部に溝を有する保護膜と、 前記保護膜の溝に詰められているブラックマトリックス
    と、 前記ドレイン電極と連結されている画素電極と、を含む
    液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板。
  2. 【請求項２】前記保護膜は前記ドレイン電極を露出させ
    る第１接触孔を有しており、 前記画素電極は、前記保護膜上に形成されており、前記
    第１接触孔を通じて前記ドレイン電極と連結されてい
    る、請求項１に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスタ
    基板。
  3. 【請求項３】前記絶縁基板上に形成され、前記ゲート絶
    縁膜を挟んで前記画素電極の下方に位置している保持容
    量電極をさらに含む請求項１に記載の液晶表示装置用薄
    膜トランジスタ基板。
  4. 【請求項４】前記保護膜の誘電常数は２．４〜３．７で
    ある請求項１に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスタ
    基板。
  5. 【請求項５】前記保護膜の厚さは２〜４μｍの範囲であ
    る、請求項２に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスタ
    基板。
  6. 【請求項６】前記ブラックマトリックスは有機ブラック
    ホトレジストで形成されている請求項１に記載の液晶表
    示装置用薄膜トランジスタ基板。
  7. 【請求項７】前記有機ブラックホトレジストの表面抵抗
    は１０10Ω／ｍ2 以上である請求項６に記載の液晶表示
    装置用薄膜トランジスタ基板。
  8. 【請求項８】前記保持容量電極上部の前記ゲート絶縁膜
    が前記保護膜に覆われている、請求項３に記載の液晶表
    示装置用薄膜トランジスタ基板。
  9. 【請求項９】前記ゲート絶縁膜は前記保持容量電極を露
    出させる第２接触孔を有しており、 前記保持容量電極上部の前記ゲート絶縁膜上に形成さ
    れ、前記保護膜に覆われており、前記第２接触孔を通じ
    て前記保持容量電極と連結されている金属層をさらに含
    む請求項８に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスタ基
    板。
  10. 【請求項１０】前記保持容量電極上の前記保護膜は他の
    部分の前記保護膜より薄く形成されている、請求項８に
    記載の液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板。
  11. 【請求項１１】前記保持容量電極上の前記ゲート絶縁膜
    は他の部分の前記ゲート絶縁膜より薄く形成されている
    請求項３に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスタ基
    板。
  12. 【請求項１２】前記ゲート絶縁膜は互いに異なるエッチ
    ング選択比を有する２重層で形成されており、前記保持
    容量電極上の前記ゲート絶縁膜は前記２重層のうちの一
    層で形成されている、請求項１１に記載の液晶表示装置
    用薄膜トランジスタ基板。
  13. 【請求項１３】前記保持容量電極上方に形成されてお
    り、前記画素電極と連結されている金属層をさらに含む
    請求項３に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスタ基
    板。
  14. 【請求項１４】前記ゲート電極は前記絶縁基板上に形成
    され、 前記ゲート絶縁膜は前記ゲート電極上に形成され、 前記半導体層は、前記ゲート絶縁膜上に形成され、かつ
    前記ゲート電極上方に位置し、 前記半導体層上の両側に、前記半導体層を挟んで前記ソ
    ース電極および前記ドレイン電極がそれぞれ形成されて
    いる、請求項１に記載の液晶表示装置用薄膜トランジス
    タ基板。
  15. 【請求項１５】前記ゲート絶縁膜は流動性の有機絶縁剤
    を用いて平坦に形成されている、請求項１４に記載の液
    晶表示装置用薄膜トランジスタ基板。
  16. 【請求項１６】前記ゲート絶縁膜上に窒化シリコン膜が
    さらに形成されている、請求項１５に記載の液晶表示装
    置用薄膜トランジスタ基板。
  17. 【請求項１７】前記窒化シリコン膜は前記半導体層の下
    部に形成されている、請求項１６に記載の液晶表示装置
    用薄膜トランジスタ基板。
  18. 【請求項１８】前記半導体層は非晶質シリコンからな
    る、請求項１４に記載の液晶表示装置用薄膜トランジス
    タ基板。
  19. 【請求項１９】前記半導体層上に形成され、写真工程が
    可能な材料からなるエッチストップ層をさらに含む、請
    求項１４に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスタ基
    板。
  20. 【請求項２０】透明な絶縁基板と、 前記基板上に形成されているゲート電極と、 前記ゲート電極上に形成されており有機絶縁剤からなる
    ゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜上に、かつ前記ゲート電極上部に形成
    されている窒化シリコン膜と、 前記窒化シリコン膜上部に形成されている半導体層と、 前記半導体層上部に前記半導体層を挟んで両側に形成さ
    れているソース電極及びドレイン電極と、を含む液晶表
    示装置用薄膜トランジスタ基板。
  21. 【請求項２１】前記半導体層は非晶質シリコンからな
    る、請求項２０に記載の液晶表示装置用薄膜トランジス
    タ基板。
  22. 【請求項２２】透明な絶縁基板上にゲート線および前記
    ゲート線の分枝であるゲート電極を形成する段階と、 前記ゲート電極および前記絶縁基板上に、有機絶縁剤を
    用いてゲート絶縁膜を形成する段階と、 前記ゲート絶縁膜上に半導体層を形成する段階と、 前記ゲート線と交差するデータ線、前記データ線の分枝
    であるソース電極およびドレイン電極を含むデータパタ
    ーンを、前記半導体層上に形成する段階と、 前記ゲート絶縁膜及び前記データパターンを平坦に覆う
    保護膜を形成する段階と、 前記保護膜をエッチングして前記ドレイン電極を露出さ
    せる第１接触孔を形成する段階と、 前記ゲート線とデータ線とで囲まれる画素領域の前記保
    護膜上に画素電極を形成する段階と、 前記画素電極をマスクにして前記保護膜の一部をエッチ
    ングする段階と、 前記保護膜がエッチングされた部分にブラックマトリッ
    クスを形成する段階と、を含む液晶表示装置用薄膜トラ
    ンジスタ基板の製造方法。
  23. 【請求項２３】流動性の有機絶縁剤を用いて前記保護膜
    を形成する、請求項２２に記載の液晶表示装置用薄膜ト
    ランジスタ基板の製造方法。
  24. 【請求項２４】誘電常数が２．４〜３．７の有機絶縁剤
    を用いて保護膜を形成する、請求項２３に記載の液晶表
    示装置用薄膜トランジスタ基板の製造方法。
  25. 【請求項２５】有機ブラックホトレジストを用いて前記
    ブラックマトリックスを形成する、請求項２２に記載の
    液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板の製造方法。
  26. 【請求項２６】前記有機ブラックホトレジストは表面抵
    抗が１０10Ω／ｍ2 以上である請求項２５に記載の液晶
    表示装置用薄膜トランジスタ基板の製造方法。
  27. 【請求項２７】前記絶縁基板上に前記ゲート線、前記ゲ
    ート電極及び保持容量電極を形成し、前記ゲート電極、
    前記絶縁基板及び保持容量電極上に前記ゲート絶縁膜を
    形成する、請求項２２に記載の液晶表示装置用薄膜トラ
    ンジスタ基板の製造方法。
  28. 【請求項２８】前記保持容量電極上の前記保護膜をエッ
    チングする段階をさらに含む、請求項２７に記載の液晶
    表示装置用薄膜トランジスタ基板の製造方法。
  29. 【請求項２９】前記保持容量電極上の前記ゲート絶縁膜
    を一定の深さにエッチングする段階をさらに含む請求項
    ２７に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板の製
    造方法。
  30. 【請求項３０】互いに異なるエッチング選択比を有する
    ２重層を形成し、前記２重層のうち上部層を除去して前
    記ゲート絶縁膜を形成する、請求項２９に記載の液晶表
    示装置用薄膜トランジスタ基板の製造方法。
  31. 【請求項３１】前記ゲート絶縁膜上に、かつ前記保持容
    量電極上部に金属層を形成する段階と、 前記画素電極を前記金属層と連結するために、前記保護
    膜をエッチングして前記金属層を露出させる第２接触孔
    を形成する段階と、をさらに含む請求項２７に記載の液
    晶表示装置用薄膜トランジスタ基板の製造方法。
  32. 【請求項３２】前記ゲート絶縁膜をエッチングし、前記
    保持容量電極を露出させる第２接触孔を形成する段階を
    さらに含み、 前記データパターンを形成する段階において、前記第２
    接触孔を通じて前記保持容量電極と連結される金属層を
    前記ゲート絶縁膜上にさらに形成する、 請求項２７に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスタ基
    板の製造方法。
  33. 【請求項３３】有機絶縁剤を用いて前記ゲート絶縁膜を
    平坦に形成する、請求項２２に記載の液晶表示装置用薄
    膜トランジスタ基板の製造方法。
  34. 【請求項３４】前記ゲート絶縁膜上に窒化シリコン膜を
    形成する段階をさらに含む、請求項３３に記載の液晶表
    示装置用薄膜トランジスタ基板の製造方法。
  35. 【請求項３５】前記窒化シリコン膜を前記半導体層の下
    部に残すようにエッチングする段階をさらに含む、請求
    項３４に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板の
    製造方法。
  36. 【請求項３６】非晶質シリコンを用いて前記半導体層を
    形成する、請求項２２に記載の液晶表示装置用薄膜トラ
    ンジスタ基板の製造方法。
  37. 【請求項３７】前記半導体層上に写真工程が可能な材料
    でエッチストップ層を形成する段階をさらに含む、請求
    項２２に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板の
    製造方法。
  38. 【請求項３８】前記エッチストップ層を形成する段階
    は、 写真工程が可能な有機材料膜を前記半導体層上に形成す
    る段階と、 エッチストップ層パターンが形成されているマスクを用
    いて前記絶縁基板の正面において露光する段階と、 前記有機材料膜を現像する段階と、を含む請求項３７に
    記載の液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板の製造方
    法。
  39. 【請求項３９】前記絶縁基板の後面において露光した
    後、正面露光する、請求項３８に記載の液晶表示装置用
    薄膜トランジスタ基板の製造方法。
  40. 【請求項４０】前記現像段階後に絶縁基板を熱処理する
    段階をさらに含む、請求項３８に記載の液晶表示装置用
    薄膜トランジスタ基板の製造方法。
  41. 【請求項４１】前記エッチストップ層をマスクにして前
    記半導体層をエッチングする段階をさらに含む、請求項
    ３７に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板の製
    造方法。
  42. 【請求項４２】透明な絶縁基板上にゲート線および前記
    ゲート線の分枝であるゲート電極を含むゲートパターン
    を形成する段階と、前記絶縁基板及びゲート電極上に流
    動性絶縁剤を回転コーティングし、平坦なゲート絶縁膜
    を形成する段階と、前記ゲート絶縁膜上の前記ゲート電
    極上部に窒化シリコン膜を形成する段階と、 前記窒化シリコン膜上に半導体層を形成する段階と、 前記半導体層上に、前記ゲート線と交差するデータ線、
    前記データ線の分枝であるソース電極およびドレイン電
    極を含むデータパターンを形成する段階と、を含む液晶
    表示装置用薄膜トランジスタ基板の製造方法。
  43. 【請求項４３】有機絶縁剤を用いて前記ゲート絶縁膜を
    形成する、請求項４２に記載の液晶表示装置用薄膜トラ
    ンジスタ基板の製造方法。
  44. 【請求項４４】前記窒化シリコン膜を前記半導体層の下
    部に残すようにエッチングする段階をさらに含む、請求
    項４２に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板の
    製造方法。
  45. 【請求項４５】前記半導体層を非晶質シリコンで形成す
    る請求項４２に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスタ
    基板の製造方法。
  46. 【請求項４６】薄膜トランジスタ基板及びカラーフィル
    ター基板からなるセルと、前記セルに注入された液晶
    と、前記セルを駆動する駆動回路とを有する液晶表示装
    置であって、前記カラーフィルター基板は、前記薄膜ト
    ランジスタ基板の薄膜トランジスタに対応する部分に位
    置する、かつ写真エッチング工程が可能な有機絶縁膜か
    らなる基板スペーサを備えている液晶表示装置。
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