JP2011013450A - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造工程の簡略化を達成しつつ、基板表面の凹凸を低減させることが可能な液晶表示装置を提供することである。
【解決手段】
複数のゲート線と、前記ゲート線に交差する複数のドレイン線と、前記ゲート線と前記ドレイン線との交差部付近にそれぞれ形成された薄膜トランジスタと、隣接する一対の前記ゲート線と隣接する一対の前記ドレイン線とで囲まれた画素領域毎に形成された着色膜とを備え、隣接する画素の着色膜の端部を重ねてなる領域が前記ドレイン線に重畳して形成される液晶表示装置であって、前記ゲート線と前記ドレイン線とを電気的に分離する層間絶縁膜が前記薄膜トランジスタの上層に形成され、前記ドレイン線の形成領域に沿って前記層間絶縁膜に凹部が形成され、該凹部に前記ドレイン線が形成されてなる液晶表示装置である。
【選択図】図４

Description

本発明は、液晶表示装置に係り、特に薄膜トランジスタが形成される側の基板にカラーフィルタを設けた液晶表示装置に関するものである。

液晶表示装置（液晶表示パネル）は、液晶を挟持する一対の基板を外囲器とし、液晶の広がり方向に多数の画素が形成されて構成されている。これら画素は、それぞれ、独立に液晶の分子を駆動させる電界を生じさせるように構成され、該液晶の分子の駆動に対応した光透過率を得るようになっている。

このように形成される液晶表示装置では、ＣＯＡ（Ｃｏｌｏｒ Ｆｉｌｔｅｒ ｏｎ Ａｒｒａｙ）技術を用いて、例えば、従来のＬＴＰＳ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｐｏｌｙ Ｓｉｌｉｃｏｎ）基板における基板表面の平坦膜である有機絶縁膜を、有機絶縁物からなる着色膜（カラーフィルタ）で形成することが行われている。このように、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下、ＴＦＴと略記する）が形成される側の基板（以下、ＴＦＴ側基板と記す）に着色膜を形成することによって、製造工程の簡略化と画素開口率の拡大を達成している。

このようなＣＯＡ技術を用いた液晶表示装置として、ＴＦＴ側基板表面の平坦化が大きな問題となっており、この問題を解決する方法として、例えば、特許文献１に記載の液晶表示装置がある。この特許文献１に記載の液晶表示装置では、ガラス基板上にＴＦＴ等を形成した後に、その上層に透明な平坦化用の有機絶縁膜を形成することによって、基板表面を一旦平坦化する。その後、有機絶縁膜の上層にカラーフィルタとブラックマトリクスとを形成する構成となっている。

特開２００１−２１９１５号公報

特許文献１に記載の液晶表示装置では、従来では配向膜が形成される位置にカラーフィルタ及びブラックマトリクスが形成される構成となっている、すなわち、従来のＴＦＴ側基板の製造工程にＣＯＡ工程が追加される構成となっているので、ＣＯＡ技術を用いてカラーフィルタ及びブラックマトリクスの形成に行うことによる特徴の一つである製造工程の簡略化が出来ないという問題がある。

ＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式と称される液晶表示装置は、ＴＦＴ側基板の液晶側面に画素電極と対向電極とを設け、該画素電極と対向電極との間に、基板面に平行な成分を有する電界を生じさせることによって液晶の分子を駆動させるようになっている。このような液晶表示装置は、いわゆる広視野角表示ができるものとして知られ、液晶への電界の印加の特異性から横電界方式と称される場合もある。

この横電界方式の液晶表示装置においては、画素電極と液晶分子との距離が表示性能に大きく影響しているので、ＩＰＳ方式の液晶表示装置に特許文献１の技術を適用した場合には、カラーフィルタの上層に画素電極を形成する必要がある。しかしながら、カラーフィルタの上層に画素電極を形成するためには、他の薄膜層に比較して膜厚が厚いカラーフィルタ及び平坦化用の有機絶縁膜の両方を貫通するコンタクトホールを形成する必要があり、位置合わせ精度を考慮した場合、コンタクトホールの上底径が大きくなってしまうことで遮光しなければいけない領域が増大して、透過率が低減してしまうことが懸念されている。

本発明はこれらの問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、平坦化用の有機絶縁膜形成プロセスを削減した製造工程の簡略化を達成しつつ、基板表面の凹凸を低減させることが可能な液晶表示装置を提供することにある。

前記課題を解決すべく、複数のゲート線と、前記ゲート線に交差する複数のドレイン線と、前記ゲート線と前記ドレイン線との交差部付近にそれぞれ形成された薄膜トランジスタと、隣接する一対の前記ゲート線と隣接する一対の前記ドレイン線とで囲まれた画素領域毎に形成された着色膜とを備え、隣接する画素の着色膜の端部を重ねてなる領域が前記ドレイン線に重畳して形成される液晶表示装置であって、前記ゲート線と前記ドレイン線とを電気的に分離する層間絶縁膜が前記薄膜トランジスタの上層に形成され、前記ドレイン線の形成領域に沿って前記層間絶縁膜に凹部が形成され、該凹部に前記ドレイン線が形成されてなる液晶表示装置である。

前記課題を解決すべく、複数のゲート線と、前記ゲート線に交差する複数のドレイン線と、前記ゲート線と前記ドレイン線との交差部付近にそれぞれ形成された薄膜トランジスタと、隣接する一対の前記ゲート線と隣接する一対の前記ドレイン線とで囲まれた画素領域毎に形成された着色膜とを備え、隣接する画素の着色膜の端部を重ねてなる領域が前記ドレイン線に重畳して形成される液晶表示装置の製造方法であって、前記薄膜トランジスタの半導体層となるポリシリコン層を形成すると共に、前記ドレイン線の形成領域に沿って前記ポリシリコン層を形成する工程と、前記ポリシリコン層の上層にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜の上層に、前記薄膜トランジスタのゲート電極と該ゲート電極に電気的に接続される前記ゲート線とを形成する工程と、前記ゲート電極及び前記ゲート線の上層に、前記ゲート線と前記ドレイン線とを電気的に分離する層間絶縁膜を形成する工程と、前記半導体層と前記ドレイン線とを接続するコンタクトホールを前記層間絶縁膜及び前記ゲート絶縁膜に形成すると共に、前記ドレイン線の形成領域に沿って前記層間絶縁膜と前記ゲート絶縁膜とを貫通し前記ポリシリコン層に至る凹部を形成する工程と、前記凹部に前記ドレイン線を形成する工程とを備える液晶表示装置の製造方法である。

本発明によれば、製造工程の簡略化を達成しつつ、基板表面の凹凸を低減させることができる。

本発明の実施形態１の液晶表示装置の概略構成を説明するための平面図である。 本発明の実施形態１の液晶表示装置における画素の概略構成を説明するための上面図である。 図２に示すＡ−Ａ’線での断面図である。 図２に示すＢ−Ｂ’線での断面図である。 図５は図２に示すＣ−Ｃ’線での断面図である。 本発明の実施形態２の液晶表示装置の概略構成を説明するための断面図である。 本発明の実施形態２の液晶表示装置の概略構成を説明するための断面図である。 本発明の実施形態２の液晶表示装置のプロセスフローである。 本発明の実施形態２の液晶表示装置のプロセスフローである。 本発明の実施形態２の液晶表示装置のプロセスフローである。 本発明の実施形態２の液晶表示装置のプロセスフローである。 本発明の実施形態２の液晶表示装置のプロセスフローである。 本発明の実施形態２の液晶表示装置のプロセスフローである。 本発明の実施形態３の液晶表示装置の概略構成を説明するための断面図である。

以下、本発明が適用された実施形態の例について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明は省略する。

〈実施形態１〉
〈全体構成〉
図１は本発明の実施形態１の液晶表示装置の概略構成を説明するための平面図である。図１に示す実施形態１の液晶表示装置は、画素電極やカラーフィルタ（着色層）等が形成される半導体素子側基板（ＴＦＴ側基板、第１基板）ＳＵＢ１と、該第１基板ＳＵＢ１に対向して配置される対向基板（第２基板）ＳＵＢ２と、該第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２とで挟持される図示しない液晶とで構成される液晶表示パネルＰＮＬを有し、該液晶表示パネルＰＮＬと光源となる図示しないバックライトユニットとを組み合わせることにより、液晶表示装置ができる。第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２との固定（固着）及び２枚の基板ＳＵＢ１、ＳＵＢ２で挟持される液晶の封止は、表示領域ＡＲの周辺に形成されるシール材ＳＬで固定され、液晶も封止される構成となっている。なお、以下の説明では、液晶表示パネルＰＮＬの説明においても、液晶表示装置と記す。

第１基板ＳＵＢ１及び第２基板ＳＵＢ２としては、例えば周知のガラス基板に限定されることはなく、石英ガラスやプラスチック（樹脂）のような他の絶縁性基板であってもよい。たとえば、石英ガラスを用いれば、プロセス温度を高くできるため、後述するゲート絶縁膜を緻密化できるので、後述する薄膜トランジスタＴＦＴの信頼性を向上することができる。また、プラスチック（樹脂）基板を用いれば、軽量で、耐衝撃性に優れた液晶表示装置を提供できる。

また、実施形態１の液晶表示装置では、液晶が封入された領域の内で表示画素（以下、画素と略記する）の形成される領域が表示領域ＡＲとなる。従って、液晶が封入されている領域内であっても、画素が形成されておらず表示に係わらない領域は表示領域ＡＲとはならない。

さらには、実施形態１の液晶表示装置では、薄膜トランジスタＴＦＴとして低温ポリシリコンＴＦＴ（ＬＴＰＳ）を用いており、図中上部の第１基板ＳＵＢ１上に映像信号駆動回路（ドレインドライバ）ＤＤＲが形成されており、図中左側の第１基板ＳＵＢ１上に走査信号駆動回路（ゲートドライバ）ＧＤＲが形成される構成となっている。なお、以下の説明においては、ドレインドライバＤＤＲとゲートドライバＧＤＲとを特に区別する必要がない場合には、単に駆動回路（ドライバ）と略記する。

図１に示すように実施形態１の液晶表示装置では、第１基板ＳＵＢ１の液晶側の面であって表示領域ＡＲ内には、図中Ｘ方向に延在しＹ方向に並設される走査線（ゲート線）ＧＬが形成されている。また、図中Ｙ方向に延在しＸ方向に並設される映像信号線（ドレイン線）ＤＬが形成されている。

ドレイン線ＤＬとゲート線ＧＬとで囲まれる矩形状の領域は画素が形成される領域を構成し、これにより、各画素は表示領域ＡＲ内においてマトリックス状に配置される構成となる。また、この画素の領域には赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のいずれかの図示しないカラーフィルタが形成される構成となっている。特に、実施形態１の表示装置においては、Ｘ軸方向すなわちゲート線ＧＬの延在方向に隣接配置されるＲＧＢの各画素でカラー表示用の単位画素を形成する構成となっている。ただし、カラー表示用の単位画素の構成はこれに限定されるものではない。また、第２基板ＳＵＢ２には、ゲート線ＧＬの延在方向のブラックマトリクスと配向膜とが形成される構成となっている。なお、カラーフィルタの詳細な構成については、後述する。

また、各画素は例えば図１中丸印Ａの部分において、その拡大図Ａ’に示すように、ゲート線ＧＬからの走査信号によってオンされる薄膜トランジスタＴＦＴと、このオンされた薄膜トランジスタＴＦＴを介してドレイン線ＤＬからの映像信号が供給される画素電極ＰＸと、コモン線ＣＬに接続され映像信号の電位に対して基準となる電位を有する基準信号が供給される共通電極ＣＴとを備えている。画素電極ＰＸと共通電極ＣＴとの間には、第１基板ＳＵＢ１の面に平行な成分を有する電界が生じ、この電界によって液晶の分子を駆動させるようになっている。このような液晶表示装置は、いわゆる広視野角表示ができるものとして知られ、このような液晶への電界の印加の特異性から、ＩＰＳ方式、あるいは横電界方式と称される。

なお、拡大図Ａ’に示す共通電極ＣＴの構成では、画素毎に独立して形成される共通電極ＣＴにコモン線ＣＬを介して基準信号を入力する構成としたが、これに限定されることはなく、例えばＸ軸方向に隣接配置される画素の共通電極ＣＴが直接に接続されるように当該共通電極ＣＴを形成し、Ｘ軸方向の左右（第１基板ＳＵＢ１の端部）の一端から、又は両側からコモン線ＣＬを介して基準信号を入力する構成でもよい。

また、実施形態１では、各ドレイン線ＤＬ及び各ゲート線ＧＬはその端部においてシール材ＳＬを越えてそれぞれ延在され、ドレインドライバＤＤＲ又はゲートドライバＧＤＲにそれぞれ接続される構成となっている。ここで、実施形態１においては、前述するように第１基板ＳＵＢ１上に液晶表示装置用のドライバであるドレインドライバＤＤＲやゲートドライバＧＤＲがＬＴＰＳで形成される構成となっている。ドレインドライバＤＤＲやゲートドライバＧＤＲには、図示しない電極端子ＴＲＭに接続される図示しないフレキシブルプリント基板を介して、これらドレインドライバＤＤＲ及びゲートドライバＧＤＲの駆動信号を含む制御信号が入力される。

なお、実施形態１の液晶表示装置では、ドレインドライバＤＤＲ及びゲートドライバＧＤＲを第１基板ＳＵＢ１上にＬＴＰＳで形成する構成としたが、これに限定されることはない。例えば、半導体チップからなる半導体装置でドレインドライバ及びゲートドライバを形成し、この半導体チップを第１基板ＳＵＢ１に搭載してもよい。または、例えばテープキャリア方式やＣＯＦ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｆｉｌｍ）方式で形成した半導体装置の一辺を第１基板ＳＵＢ１に接続させるようにしてもよい。

〈ゲート線部分の構成〉
図２は本発明の実施形態１の液晶表示装置における画素の概略構成を説明するための上面図であり、図３は図２に示すＡ−Ａ’線での断面図であり、図４は図２に示すＢ−Ｂ’線での断面図であり、図５は図２に示すＣ−Ｃ’線での断面図である。また、以下に示す薄膜は公知のフォトリソグラフィ技術により形成可能であるので、形成方法の詳細な説明は省略する。

図２に示すように、第１基板ＳＵＢ１の液晶側の面（表面、上面）には、ゲート線ＧＬ及びドレイン線ＤＬがそれぞれ所定の距離を有して並設されている。

ゲート線ＧＬとドレイン線ＤＬの間の領域（画素）には、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のいずれかの色のカラーフィルタＣＦが形成されている。特に、実施形態１の表示装置では、各カラーフィルタＣＦはドレイン線ＤＬの延在方向（Ｙ軸方向）に沿って、ストライプ状に形成される構成となっている。例えば、図中中央の画素を含むＹ軸方向に隣接する画素は、緑色（Ｇ）のカラーフィルタＣＦ（Ｇ）が形成されている。一方、Ｘ軸方向には、ストライプ状に形成される各カラーフィルタＣＦ（赤色（Ｒ）のカラーフィルタＣＦ（Ｒ）、緑色（Ｇ）のカラーフィルタＣＦ（Ｇ）、青色（Ｂ）のカラーフィルタＣＦ（Ｂ））が隣接して形成される構成となっている。特に、実施形態１の液晶表示装置においては、隣接配置されるカラーフィルタＣＦの端部がドレイン線ＤＬに重畳して形成されている。

また、このゲート線ＧＬとドレイン線ＤＬとの間の領域には、たとえばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の透明導電材料からなり、共通電極となる図示しない透明導電膜が形成されている。該透明導電膜は、例えば、コモン線側の辺部において該コモン線に重畳されて形成され、コンタクトホールを介してコモン線と電気的に接続されて形成されている。なお、透明導電膜としてＩＴＯを用いた場合について説明するが、ＩＴＯに限定されることはなく、公知のＺｎＯ系透明導電膜を用いてもよい。

また、 ゲート線ＧＬとドレイン線ＤＬの間の領域には、ＩＴＯ等の透明導電材料からなる矩形状の透明導電膜が形成されており、画素電極ＰＸとして機能する構成となっている。この画素電極ＰＸの一端は、コンタクトホールＣＨ３を介して、画素の辺部に形成される薄膜トランジスタＴＦＴのソース電極ＳＴに接続される構成となっている。

そして、図３に示すように、ゲート線ＧＬに沿った領域では、その断面構造は第１基板ＳＵＢ１の表面に、第１基板ＳＵＢ１から薄膜トランジスタＴＦＴへのＮａ（ナトリウム）やＫ（カリウム）などのイオンの混入をブロックするために、絶縁膜である下地膜ＵＣが形成されている。下地膜ＵＣとしては、例えば第１基板ＳＵＢ１側から順に窒化シリコン（ＳｉＮ）などからなる層と、酸化シリコン（ＳｉＯ）などからなる層を積層した構造の薄膜を用いるが、これに限定されるものではない。

この下地膜ＵＣの上層には、例えばポリシリコンからなる多結晶の半導体層ＦＧが形成されている。この半導体層ＦＧは薄膜トランジスタＴＦＴの半導体層となるものである。

半導体層ＦＧの上層には、当該半導体層ＦＧを被うようにして、酸化シリコン（ＳｉＯ）系の薄膜であるゲート絶縁膜ＧＩが形成されている。このゲート絶縁膜ＧＩは、薄膜トランジスタＴＦＴの形成領域において該薄膜トランジスタＴＦＴのゲート絶縁膜として機能するもので、それに応じて膜厚等が設定されるようになっている。また、ゲート絶縁膜ＧＩの上層には、ゲート線ＧＬが形成され、半導体層ＦＧと重畳する個所においてゲート線ＧＬがゲート電極を兼ねる構成となっており、このゲート線ＧＬの上層には層間絶縁膜ＩＮ１が形成される構成となっている。なお、実施形態１では、下地膜ＵＣを構成する窒化シリコン（ＳｉＮ）をエッチングストッパとしているので、層間絶縁膜ＩＮ１としては、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ）が好適である。

また、層間絶縁膜ＩＮ１の上層には、図２中のＹ軸方向に伸延するドレイン線ＤＬが形成される構成となっている。該ドレイン線ＤＬの一部は、ゲート絶縁膜ＧＩ及び層間絶縁膜ＩＮ１に形成されたコンタクトホールＣＨ２を介して半導体層ＦＧと接続される個所において、当該ドレイン線ＤＬがドレイン電極を兼ねる構成となっている。また、実施形態１の表示装置においては、ドレイン線ＤＬと共に半導体層ＦＧの他端側に形成されるソース電極ＳＴが、ゲート絶縁膜ＧＩ及び層間絶縁膜ＩＮ１に形成されたコンタクトホールＣＨ１を介して、半導体層ＦＧと接続される構成となっている。なお、後述するように、ゲート線ＧＬとドレイン線ＤＬとが交差する領域においては、従来の液晶表示装置と同様に、層間絶縁膜ＩＮ１を介してゲート線ＧＬとドレイン線ＤＬとが配置される構成となっている。

ドレイン線ＤＬ及びソース電極ＳＴの上層すなわち薄膜トランジスタＴＦＴの上層には、当該薄膜トランジスタＴＦＴを被う無機化合物からなる保護膜として層間絶縁膜ＩＮ２が形成される構成となっている。この層間絶縁膜ＩＮ２は有機絶縁物であるカラーフィルタＣＦの顔料に含まれる金属成分などから薄膜トランジスタＴＦＴを保護する役割を持っており、例えば無機質材料である窒化シリコン（ＳｉＮ）膜等からなり、薄膜トランジスタＴＦＴの上層の全面に当該層間絶縁膜ＩＮ２が形成されている。

層間絶縁膜ＩＮ２の上層には、有機絶縁物からなる着色膜（カラーフィルタＣＦ）であるＲＧＢのカラーフィルタＣＦが形成される構成となっている。実施形態１では赤色（Ｒ）のカラーフィルタＣＦ（Ｒ）、緑色（Ｇ）のカラーフィルタＣＦ（Ｇ）、青色（Ｂ）のカラーフィルタＣＦ（Ｂ）の順番に層間絶縁膜ＩＮ２の上層に形成される。このときのカラーフィルタＣＦの形成では、ドレイン線ＤＬを図中２のＹ軸方向（表示装置の縦方向）のブラックマトリクスとして利用する構成となっているので、隣接するカラーフィルタＣＦを当該ドレイン線ＤＬの上方で重ね合わせる、いわゆる色重ねを行う構成となっている。

色重ねの構成では、図３に示すようにドレイン線ＤＬに重畳する領域において、ＲのカラーフィルタＣＦ（Ｒ）がドレイン線ＤＬと重畳する領域まで形成された後に、この重畳領域内においてはＲのカラーフィルタＣＦ（Ｒ）の端部にＧのカラーフィルタＣＦ（Ｇ）の端部が上層となって重なる（重畳する）領域が形成されるように、ＧのカラーフィルタＣＦ（Ｇ）が形成される構成となっている。隣接配置されるＧのカラーフィルタＣＦ（Ｇ）の端部とＢのカラーフィルタＣＦ（Ｂ）の端部とが隣接する領域、及びＢのカラーフィルタＣＦ（Ｂ）とＲのカラーフィルタＣＦ（Ｒ）の端部とが隣接する領域においても、同様に、後に形成されるＢのカラーフィルタＣＦ（Ｂ）の端部が、ＧのカラーフィルタＣＦ（Ｇ）の端部及びＲのカラーフィルタＣＦ（Ｒ）の端部の上層となって重なる（重畳する）領域が形成される。

ＲＧＢの各色のカラーフィルタＣＦの上層には、共通電極ＣＴとなるＩＴＯからなる透明導電膜が形成されており、その上層に容量性の絶縁膜である層間絶縁膜ＩＮ３が形成される構成となっている。層間絶縁膜ＩＮ３、カラーフィルタＣＦ、層間絶縁膜ＩＮ２にはソース電極ＳＴからの延在部に至るコンタクトホールＣＨ３が形成されており、層間絶縁膜ＩＮ３の上層に形成される画素電極ＰＸとなるＩＴＯからなる透明導電膜とソース電極ＳＴとが電気的に接続される構成となっている。

〈ドレイン線部分の構成〉
図４に示すように、ドレイン線ＤＬに沿った領域の内でゲート線ＧＬと交差しない領域においては、層間絶縁膜ＩＮ１及びゲート絶縁膜ＧＩには下地膜ＵＣに至るドレイン線ＤＬ幅の凹部領域（エッチング領域）が形成され、該凹部領域にドレイン線ＤＬが形成される構成となっている。すなわち、実施形態１の液晶表示装置では、ドレイン線ＤＬに必要とされる配線抵抗や配線容量に基づいて凹部領域の形成幅が決定され、この凹部領域にドレイン線ＤＬとなるアルミニウム（ＡＬ）薄膜を形成する構成となっている。ドレイン線ＤＬの厚さすなわち薄膜の積層方向に対する凹部の高さ（深さ）も配線抵抗や配線容量等に基づいて決定する。ただし、実施形態１の液晶表示装置では、ドレイン線ＤＬの頭頂部（表面）が層間絶縁膜ＩＮ１の上面（液晶層側の面）よりも低くなるように、ドレイン線ＤＬの厚さが決定される。なお、ドレイン線ＤＬの厚さは、前述の厚さ（ドレイン線ＤＬ表面が層間絶縁膜ＩＮ１の上面より突出しない厚さ）に限定されることはなく、ドレイン線ＤＬの頭頂部（表面）が層間絶縁膜ＩＮ１の上面（液晶層側の面）よりも高くなってもよく、凹部にドレイン線ＤＬを形成することにより、従来よりもカラーフィルタＣＦの色重ね部分の突出量（突出高さ）を低くすることが可能となるためである。

このような凹部の形成は、例えば、フッ酸（ＨＦ）によるウェットエッチングにより、層間絶縁膜ＩＮ１及びゲート絶縁膜ＧＩへのコンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２の形成時において、ドレイン線ＤＬの形成領域の層間絶縁膜ＩＮ１及びゲート絶縁膜ＧＩもエッチングし、下地膜ＵＣを形成する例えばＰ−ＳｉＮ膜をエッチングストッパとする。このコンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２の形成工程で凹部を形成することにより、特別な工程を追加することなく、ゲート線ＧＬとの交差領域を除くドレイン線の形成領域に凹部を形成することができる。すなわち、層間絶縁膜ＩＮ１及びゲート絶縁膜ＧＩにコンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２を形成するためのマスクパターンの変更のみで、凹部を形成することが出来る。

このエッチング工程の後に、ドレイン線ＤＬとソース電極ＳＴとなるアルミニウム（ＡＬ）薄膜を形成することによって、ドレイン線ＤＬの表面を層間絶縁膜ＩＮ１よりも凹ませることが可能となるドレイン線ＤＬが形成される。この後に、層間絶縁膜ＩＮ２を形成することによって、ドレイン線ＤＬの上方の層間絶縁膜ＩＮ２が周りの層間絶縁膜ＩＮ２の表面よりも凹んだ領域が形成される。この領域は、隣接配置されるカラーフィルタＣＦの端部が重なる領域となるので、カラーフィルタＣＦの重なり領域を形成することに伴う突出量、すなわち第１基板ＳＵＢ１の液晶側面の凹凸を低減できる。

また、図５はドレイン線ＤＬとゲート線ＧＬとが交差する領域の拡大断面図となっており、図５から明らかなように、層間絶縁膜ＩＮ１とゲート絶縁膜ＧＩとのエッチング面（凹部の側壁面）形状は傾斜を有する構成となる。すなわち、凹部を形成するエッチング後では、ゲート絶縁膜ＧＩと層間絶縁膜ＩＮ１とが、ゲート線ＧＬを囲むようにしてゲート線ＧＬの延在方向に形成されることとなるので、ゲート線ＧＬとドレイン線ＤＬとの電気的な短絡を防止することが可能となる。また、凹部の形成に伴うエッチングで形成された斜面に沿ってドレイン線ＤＬがゲート線ＧＬを跨ぐようにしてドレイン線ＤＬとゲート線ＧＬとが交差するので、ドレイン線ＤＬの断線を防止できるという格別の効果を得ることが出来る。

以上説明したように、実施形態１の液晶表示装置では、第１基板ＳＵＢ１側にカラーフィルタＣＦを形成する際に、ドレイン線ＤＬと重畳するように、隣接するカラーフィルタの端部を色重ねすることによって、ドレイン線ＤＬの延在方向に形成するブラックマトリクスをドレイン線ＤＬで兼用する構成となっている。このときコンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２を形成するためのエッチング工程において、ドレイン線ＤＬとゲート線ＧＬとが交差する領域を除くドレイン線ＤＬの形成領域に、該ドレイン線ＤＬに沿った凹部を形成し、この凹部にドレイン線ＤＬを形成するので、新たな製造工程の追加を行うことなくすなわち製造工程の簡略化を達成しつつ、基板表面の凹凸を低減させることができる。

〈実施形態２〉
図６及び図７は本発明の実施形態２の液晶表示装置の概略構成を説明するための断面図であり、特に図６は実施形態１の図１におけるＢ−Ｂ’線での断面図（図４）に相当する断面図であり、図７は実施形態１の図１におけるＣ−Ｃ’線での断面図（図５）に相当する断面図である。ただし、実施形態２の液晶表示装置は、ドレイン線に沿って形成する凹部のエッチングストッパとしてポリシリコン層ＦＧ’を形成し、ドライエッチングで凹部を形成する以外の構成は、実施形態１と同じ構成となる。従って、以下の説明では、ポリシリコン層ＦＧ’と凹部の形成方法とについて詳細に説明する。なお、エッチングストッパとしてポリシリコン層ＦＧ’を用いるので、ウェットエッチングで凹部を形成してもよい。

図６に示すように、実施形態２の液晶表示装置では、半導体層ＦＧを形成する際に、エッチングストッパとなるポリシリコン層ＦＧ’をドレイン線ＤＬの形成領域に沿って形成する構成となっている。従って、実施形態２では、層間絶縁膜ＩＮ１及びゲート絶縁膜ＧＩにはポリシリコン層ＦＧ’に至るドレイン線ＤＬ幅の凹部領域（エッチング領域）が形成され、該凹部領域にドレイン線ＤＬが形成される構成となっている。なお、ポリシリコン層ＦＧ’の幅は、ドレイン線ＤＬの幅よりも大きく形成される。また、凹部領域の形成方法の詳細については、後述する。

また、実施形態２の液晶表示装置においても、ドレイン線ＤＬの頭頂部（表面）が層間絶縁膜ＩＮ１の上面（液晶層側の面）よりも低くなるように、当該ドレイン線ＤＬの厚さが決定される。なお、ドレイン線ＤＬの厚さは前述の厚さに限定されることはなく、ドレイン線ＤＬの頭頂部（表面）が層間絶縁膜ＩＮ１の上面（液晶層側の面）よりも高くなってもよく、凹部にドレイン線ＤＬを形成することにより、従来よりもカラーフィルタＣＦの色重ね部分の突出量（突出高さ）を低くすることが可能となる。

また、図７から明らかなように、実施形態２の液晶表示装置にいても、層間絶縁膜ＩＮ１とゲート絶縁膜ＧＩとのエッチング面（凹部の側壁面）形状は傾斜を有する構成となる。すなわち、凹部を形成するエッチング後では、ゲート絶縁膜ＧＩと層間絶縁膜ＩＮ１とが、ゲート線ＧＬを囲むようにしてゲート線ＧＬの延在方向に形成されることとなるので、ゲート線ＧＬとドレイン線ＤＬとの電気的な短絡を防止することが可能となる。また、凹部の形成に伴うエッチングで形成された斜面に沿ってドレイン線ＤＬがゲート線ＧＬを跨ぐようにしてドレイン線ＤＬとゲート線ＧＬとが交差するので、ドレイン線ＤＬの断線を防止できるという格別の効果を得ることが出来る。

次に、図８〜図１３に本発明の実施形態２の液晶表示装置のプロセスフローを示し、以下、図８〜図１３に基づいて、実施形態２の液晶表示装置におけるカラーフィルタの製造工程を説明する。

まず、図８に示すように、第１基板ＳＵＢ１の表面に、絶縁膜である下地膜ＵＣを形成する。なお、下地膜ＵＣの構造は、実施形態１と同様である。次に、この下地膜ＵＣの上層にエッチングストッパとして機能するポリシリコン層ＦＧ’をドレイン線ＤＬの形成位置に沿って形成する。なお、ポリシリコン層ＦＧ’の形成は、図示しない薄膜トランジスタの半導体層の形成と同じ工程でなされる。

次に、図９に示すように、半導体層及びポリシリコン層ＦＧ’を被うようにしてゲート絶縁膜ＧＩが形成される。該ゲート絶縁膜ＧＩの形成の後に、ゲート線となる例えばモリブデン系金属薄膜を形成する。該ゲート線は図示しない半導体層ＦＧと重畳する個所において、ゲート線がゲート電極を兼ねる構成となっている。次に、このゲート線ＧＬの上層に層間絶縁膜ＩＮ１を形成する。なお、層間絶縁膜ＩＮ１の材料は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、又は正珪酸四エチル（ＴＥＯＳ）等が好適である。

次に、図１０に示すように、図示しない薄膜トランジスタの半導体層と、ソース電極及びドレイン電極とを接続するコンタクトホールを層間絶縁膜ＩＮ１及びゲート絶縁膜ＧＩに形成する工程において、ポリシリコン層ＦＧ’をエッチングストッパとして凹部ＣＲを形成する。前述するように、ゲート線とドレイン線とが交差する領域には、凹部ＣＲを形成しない構成とすることにより、ゲート線とドレイン線との電気的な短絡を防止する。

次に、図１１に示すように、ドレイン線となるアルミニウム（ＡＬ）薄膜を形成する工程において、前述する工程で形成した凹部ＣＲにドレイン線ＤＬ（ドレイン電極を兼ねる）を形成する。このときのアルミニウム（ＡＬ）薄膜の厚さは、凹部ＣＲの深さよりも薄い構成とすることにより、層間絶縁膜ＩＮ２表面よりもドレイン線ＤＬの頭頂部が窪んだ構成となる。また、この工程においては、ソース電極となるアルミニウム（ＡＬ）薄膜も形成される。

次に、図１２に示すように、ドレイン線ＤＬ及びソース電極の上層すなわち薄膜トランジスタＴＦＴの上層に、当該薄膜トランジスタＴＦＴを被う無機化合物からなる保護膜である層間絶縁膜ＩＮ２を形成する。この層間絶縁膜ＩＮ２により、有機絶縁物であるカラーフィルタＣＦの顔料に含まれる金属成分などから薄膜トランジスタＴＦＴを保護する。この層間絶縁膜ＩＮ２は、例えば無機質材料である窒化シリコン（ＳｉＮ）膜等を用いる。

次に、層間絶縁膜ＩＮ２の上層に、有機絶縁物からなるＲＧＢのカラーフィルタＣＦを形成する。このカラーフィルタＣＦは、実施形態１と同様に、赤色（Ｒ）のカラーフィルタＣＦ（Ｒ）、緑色（Ｇ）のカラーフィルタＣＦ（Ｇ）、青色（Ｂ）のカラーフィルタＣＦ（Ｂ）の順番に層間絶縁膜ＩＮ２の上層に形成する。また、実施形態１と同様に、カラーフィルタＣＦの形成では、ドレイン線ＤＬをブラックマトリクスとして利用する構成となっているので、隣接するカラーフィルタＣＦを当該ドレイン線ＤＬの上方で重ね合わせる、いわゆる色重ねを行う構成とする。

次に、図１３に示すように、ＲＧＢの各色のカラーフィルタＣＦの上層に、共通電極となるＩＴＯからなる透明導電膜を形成し、その上層に容量性の絶縁膜である層間絶縁膜ＩＮ３を形成する。次に、層間絶縁膜ＩＮ３、カラーフィルタＣＦ、層間絶縁膜ＩＮ２にはソース電極からの延在部に至るコンタクトホールを形成した後に、層間絶縁膜ＩＮ３の上層に、画素電極ＰＸとなるＩＴＯからなる透明導電膜を形成することによって、ソース電極と画素電極ＰＸとを電気的に接続する。

この後に、少なくとも液晶が封入される表示領域に図示しない配向膜を形成し、該配向膜に初期配向を形成（配向処理）することにより、第１基板ＳＵＢ１側の基板が形成される。

以上説明したように、実施形態２の液晶表示装置では、第１基板ＳＵＢ１側にカラーフィルタＣＦを形成する際に、ドレイン線ＤＬと重畳するように、隣接するカラーフィルタの端部を色重ねすることによって、ドレイン線ＤＬの延在方向に形成するブラックマトリクスをドレイン線ＤＬで兼用する構成となっている。このとき、コンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２を形成するためのエッチング工程において、予め形成したポリシリコン層ＦＧ’をエッチングストッパとして、ドレイン線ＤＬとゲート線ＧＬとが交差する領域を除くドレイン線ＤＬの形成領域に、該ドレイン線ＤＬに沿った凹部を形成し、この凹部にドレイン線ＤＬを形成するので、実施形態と同様に、新たな製造工程の追加を行うことなくすなわち製造工程の簡略化を達成しつつ、基板表面の凹凸を低減させることができる。

〈実施形態３〉
図１４は本発明の実施形態３の液晶表示装置の概略構成を説明するための断面図であり、特に、実施形態１の図２におけるＤ−Ｄ’線での断面図に相当する断面図である。ただし、実施形態３の液晶表示装置は、ドレイン線に沿って凹部を形成する際にエッチングストッパを用いずに層間絶縁膜ＩＮ１を貫通させない凹部を形成する構成としているが、他の構成は、実施形態１と同じ構成となる。従って、以下の説明では、エッチングストッパを用いない凹部の形成方法について詳細に説明する。

図１４に示すように、本実施形態３の液晶表示装置では、ドレイン線ＤＬを埋め込んで形成するための凹部が層間絶縁膜ＩＮ１を貫通しない構成となっている。すなわち、実施形態３においては、凹部を形成する際に、周知のハーフ露光（ハーフトーン露光）とハーフエッチング技術を用いて、所望の深さの凹部を形成し、該凹部にドレイン線ＤＬとなるアルミニウム（ＡＬ）薄膜を形成するものである。

実施形態３における凹部の形成では、層間絶縁膜ＩＮ１及びゲート絶縁膜ＧＩにコンタクトホールと凹部とを形成するためのフォトレジスト膜を形成する際に、まず、ハーフ露光によりコンタクトホール部のみが露出されるフォトレジスト膜を形成する。このとき、凹部領域に相当する部分の膜厚と他の領域の膜厚とが異なるフォトレジスト膜を形成する。実施形態３では、凹部領域の膜厚よりも他の領域の膜厚が厚いフォトレジスト膜となる。

次に、層間絶縁膜ＩＮ１をエッチングし、コンタクトホールを途中まで形成する。この後に、フォトレジスト膜を薄くして凹部領域も露出させる。この後に、コンタクトホール部において半導体層ＦＧが露出するまでエッチングを行うことにより、凹部領域では層間絶縁膜ＩＮ１がエッチングされ、図１４に示すように、層間絶縁膜ＩＮ１を貫通しない深さの凹部が形成される。この後の工程においては、実施形態１と同様に、ドレイン線ＤＬを形成することにより、新たな工程を追加することなく、層間絶縁膜ＩＮ１の表面より窪んだドレイン線ＤＬが形成される。その結果、カラーフィルタＣＦを形成する際の色重ね領域をドレイン線ＤＬと重畳する領域に設けた場合であっても、ドレイン線ＤＬは他の領域よりも窪んだ構成となっているので、実施形態１、２の表示装置と同じ効果すなわちカラーフィルタＣＦの色重ねの形成に伴うドレイン線ＤＬ上の突出高さすなわち基板表面の凹凸を低減できるという効果を得ることができる。なお、ドレイン線の厚さは前述の厚さに限定されることはなく、ドレイン線ＤＬの頭頂部（表面）が層間絶縁膜ＩＮ１の上面（液晶層側の面）よりも高くなってもよく、凹部にドレイン線ＤＬを形成することにより、従来よりもカラーフィルタＣＦの色重ね部分の突出量を低くすることができるからである。

なお、実施形態１〜３の液晶表示装置においては、ストライプ状のカラーフィルタを第１基板側に形成する場合について説明したが、カラーフィルタの形状はストライプに限定されるものではない。

以上、本発明者によってなされた発明を、前記発明の実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記発明の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない。

ＡＲ・・・表示領域、ＳＵＢ１・・・第１基板、ＳＵＢ２・・・第２基板
ＤＬ・・・ドレイン線、ＧＬ・・・ゲート線、ＣＬ・・・コモン線
ＴＦＴ・・・薄膜トランジスタ、ＰＸ・・・画素電極、ＣＴ・・・共通電極
ＳＬ・・・シール材、ＴＲＭ・・・電極端子、ＰＮＬ・・・液晶表示パネル
ＤＤＲ・・・ドレインドライバ、ＧＤＲ・・・ドレインドライバ
ＣＦ・・・カラーフィルタ、ＣＨ１〜３・・・コンタクトホール
ＳＴ・・・ソース電極、ＦＧ・・・半導体層、ＦＧ’・・・ポリシリコン層
ＩＮ１〜３・・・層間絶縁膜、ＵＣ・・・下地膜、ＧＩ・・・ゲート絶縁膜

Claims (6)

1. 複数のゲート線と、前記ゲート線に交差する複数のドレイン線と、前記ゲート線と前記ドレイン線との交差部付近にそれぞれ形成された薄膜トランジスタと、隣接する一対の前記ゲート線と隣接する一対の前記ドレイン線とで囲まれた画素領域毎に形成された着色膜とを備え、隣接する画素の着色膜の端部を重ねてなる領域が前記ドレイン線に重畳して形成される液晶表示装置であって、
   前記ゲート線と前記ドレイン線とを電気的に分離する層間絶縁膜が、前記薄膜トランジスタの上層に形成され、
   前記ドレイン線の形成領域に沿って前記層間絶縁膜に凹部が形成され、該凹部に前記ドレイン線が形成されてなることを特徴とする液晶表示装置。
2. 請求項１に記載の液晶表示装置において、
   前記ゲート線と前記ドレイン線とが重畳する領域には、前記凹部が形成されないことを特徴とする液晶表示装置。
3. 請求項１又は２に記載の液晶表示装置において、
   前記薄膜トランジスタは、半導体層と該半導体層の上層に形成されるゲート絶縁膜と該ゲート絶縁膜の上層に形成されるゲート電極とを有し、
   前記ドレイン線の膜厚は、前記ゲート絶縁膜と前記層間絶縁膜との膜厚を加算した膜厚よりも小さいことを特徴とする液晶表示装置。
4. 請求項３に記載の液晶表示装置において、
   前記凹部は、前記層間絶縁膜と前記ゲート絶縁膜とを貫通して形成されることを特徴とする液晶表示装置。
5. 請求項１または２に記載の液晶表示装置において、
   前記凹部は前記着色膜が配置される側に開口し、該開口の高さが前記層間絶縁膜の膜厚よりも小さいことを特徴とする液晶表示装置。
6. 複数のゲート線と、前記ゲート線に交差する複数のドレイン線と、前記ゲート線と前記ドレイン線との交差部付近にそれぞれ形成された薄膜トランジスタと、隣接する一対の前記ゲート線と隣接する一対の前記ドレイン線とで囲まれた画素領域毎に形成された着色膜とを備え、隣接する画素の着色膜の端部を重ねてなる領域が前記ドレイン線に重畳して形成される液晶表示装置の製造方法であって、
   前記薄膜トランジスタの半導体層となるポリシリコン層を形成すると共に、前記ドレイン線の形成領域に沿って前記ポリシリコン層を形成する工程と、
   前記ポリシリコン層の上層にゲート絶縁膜を形成する工程と、
   前記ゲート絶縁膜の上層に、前記薄膜トランジスタのゲート電極と該ゲート電極に電気的に接続される前記ゲート線とを形成する工程と、
   前記ゲート電極及び前記ゲート線の上層に、前記ゲート線と前記ドレイン線とを電気的に分離する層間絶縁膜を形成する工程と、
   前記半導体層と前記ドレイン線とを接続するコンタクトホールを前記層間絶縁膜及び前記ゲート絶縁膜に形成すると共に、前記ドレイン線の形成領域に沿って前記層間絶縁膜と前記ゲート絶縁膜とを貫通し前記ポリシリコン層に至る凹部を形成する工程と、
   前記凹部に前記ドレイン線を形成する工程とを備えることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。

Images