JP3221206B2 - 表示パネル用半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアクティブマトリクス型
液晶表示パネル等の駆動基板として用いられる表示パネ
ル用半導体装置及びその製造方法に関する。より詳しく
は、表示パネル用半導体装置に集積形成される薄膜トラ
ンジスタの遮光構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】表示パネル用半導体装置は画素電極を含
む画素領域と、各画素電極を駆動する薄膜トランジスタ
を含む非画素領域とが集積的に形成された透明絶縁基板
からなる。かかる構造を有する透明絶縁基板は所定の間
隙を介して透明対向基板に接合され、該間隙に液晶を保
持してアクティブマトリクス型液晶表示パネルが組み立
てられる。この液晶表示パネルは直視型のディスプレイ
に用いられる他、近年プロジェクタ等にも盛んに応用さ
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】アクティブマトリクス
型の液晶表示パネルをプロジェクタ等に組み込むと、強
力な光源光が透明絶縁基板に集積形成された薄膜トラン
ジスタに照射される。この時の光エネルギーによって薄
膜トランジスタのオフ電流が増大し、画素の輝点欠陥等
が発生するという課題があった。従来、光電流リーク等
を防止する為、薄膜トランジスタを金属等の遮光膜で被
覆したり、対向基板上に設けられたブラックマスクで遮
光する対策が採られていた。しかしながら、従来の遮光
構造では追加のパタニングが必要な為工程増加を招くと
いう課題があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題に鑑み、本発明は表示パネル用半導体装置に集積形成
された薄膜トランジスタの簡便且つ効率的な遮光構造を
提供する事を目的とする。かかる目的を達成する為に以
下の手段を講じた。即ち、本発明にかかる表示パネル用
半導体装置は透明絶縁基板からなり、基本的な構成とし
て画素電極を含む画素領域と、各画素電極を駆動する薄
膜トランジスタを含む非画素領域とが集積的に形成され
ている。平坦化層が画素電極の属する上層と薄膜トラン
ジスタの属する下層との間に介在している。この平坦化
層は感光性を有する光吸収剤を含有している。本発明の
特徴事項として、光吸収剤は画素領域において選択的に
露光処理され平坦化層を透明化する一方、非画素領域に
おいてそのまま保存され平坦化層に遮光機能を付与す
る。

【０００５】かかる構成を有する表示パネル用半導体装
置は以下の方法により製造される。先ず、透明絶縁基板
の表面に薄膜トランジスタを含む非画素領域を形成する
工程を行なう。次に、光吸収剤を含有して着色した平坦
化層を形成し、下側の非画素領域を被覆する一方、平坦
化された上側に透明画素電極が形成されるべき画素領域
を設ける工程を行なう。最後に、透明絶縁基板の裏面か
ら非画素領域をマスクとして平坦化層を露光し、画素領
域に位置する光吸収剤を分解して平坦化層を透明化する
一方、非画素領域に位置する光吸収剤をそのまま保存し
て平坦化層の着色を維持する工程を行なう。

【０００６】

【作用】本発明にかかる表示パネル用半導体装置では、
画素電極の属する上層と薄膜トランジスタの属する下層
との間に平坦化層が介在している。この平坦化層は薄膜
トランジスタを含む非画素領域の凹凸を埋めて透明絶縁
基板の表面を平坦化する。その上に画素電極を形成する
事により液晶配向処理等が均一に行なえ表示品質を改善
できる。画素電極と駆動用の薄膜トランジスタを互いに
電気接続する為、平坦化層はコンタクトホールの開口を
含むパタニング処理を施される。この為、平坦化層は直
接写真蝕刻加工が可能な感光性樹脂等からなり光吸収剤
を含有している。この光吸収剤は露光処理に用いられる
高圧水銀灯に含まれる短波長側の光を吸収する。従っ
て、平坦化層はもともと黄色に着色している。このまま
では可視光領域に吸収が残る為、液晶表示パネルの駆動
基板として用いる事ができない。従って、パタニングの
為の露光処理が終わった段階でさらに後露光処理を行な
い不要となった光吸収剤を分解して平坦化層を透明化し
ている。この際、本発明では後露光を透明絶縁基板の裏
面から行ない、セルフアライメントで画素領域に存在す
る平坦化層のみを透明化している。即ち、非画素領域に
は薄膜トランジスタ等を構成する不透明な半導体膜や電
極膜がパタニングされている為背面から入射した光はこ
れらにより遮断されその上の平坦化層に到達しない。非
画素領域に位置する光吸収剤は後露光を受けず分解しな
いので着色状態がそのまま保存され遮光機能を奏する。
即ち、着色状態にある平坦化層は短波長側の入射光を効
率的に遮断する為、薄膜トランジスタの光電流リークを
低減する事ができる。一般に、薄膜トランジスタを構成
する多結晶シリコン薄膜は長波長側よりも短波長側に対
してより敏感である為、着色した平坦化層の遮光機能は
極めて効果的である。

【０００７】

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図１は本発明にかかる表示パネル用半
導体装置の基本的な構成を示す部分断面図である。図示
する様に表示パネル用半導体装置は石英等の透明絶縁基
板１を用いて構成されている。透明絶縁基板１の表面２
には画素電極３を含む画素領域と、各画素電極３を駆動
する薄膜トランジスタ４を含む非画素領域とが集積的に
形成されている。薄膜トランジスタ４は所定の形状にパ
タニングされた多結晶シリコン薄膜５を素子領域として
構成されており、その上には３層のゲート絶縁膜を介し
てゲート電極Ｇがパタニング形成されている。このゲー
ト電極Ｇは例えば低抵抗化された多結晶シリコン薄膜か
らなる。又多結晶シリコン薄膜５には補助容量６も同時
に形成されている。これら薄膜トランジスタ４や補助容
量６は第１層間絶縁膜７により被覆されている。第１層
間絶縁膜７は例えば燐をドーピングしたガラス（ＰＳ
Ｇ）からなる。第１層間絶縁膜７の上には金属アルミニ
ウム等からなる配線パタン８が形成されており、コンタ
クトホールを介して薄膜トランジスタ４のソース領域Ｓ
に導通している。この配線パタン８は同じくＰＳＧ等か
らなる第２層間絶縁膜９により被覆されている。以上に
説明した多結晶シリコン薄膜５、ゲート電極Ｇ、配線パ
タン８は何れも光学的に不透明であり、非画素領域は全
体として不透明な状態にある。

【０００８】以上に説明した薄膜トランジスタ４等が属
する下層と画素電極３が属する上層との間に、平坦化層
１０が介在している。平坦化層１０は下側の非画素領域
を被覆し凹凸を埋めるとともに、平坦化された上側に透
明画素電極３が形成される画素領域が設けられる。図か
ら理解される様に、画素電極３は極めて平坦な表面を有
している為液晶配向の為のラビング処理が均一に行な
え、表示品質を大幅に改善する事が可能である。上側の
画素電極３は平坦化層１０に開口したコンタクトホール
を介して下側の薄膜トランジスタ４のドレイン領域Ｄに
電気接続している。このコンタクトホールを開口する
為、平坦化層１０は直接写真蝕刻加工が可能な材料から
構成されており、本例では透明なアクリル樹脂に光吸収
剤を含有させた材料を用いている。平坦化層１０のパタ
ニングには例えばステッパ露光機が用いられる。ステッ
パの光源光に含まれるｉ線（３６５nm）あるいはｇ線
（４３６nm）に対して特異的な感度を有する光吸収剤が
含有されている。光吸収剤は比較的短波長側を吸収する
為、平坦化層１０はもともと黄色に着色する事になる。

【０００９】光吸収剤は画素領域において選択的に露光
処理され分解して平坦化層１０を透明化する。図から理
解される様に、画素領域では透明絶縁基板１、第１層間
絶縁膜７、第２層間絶縁膜９、平坦化層１０及び画素電
極３の積層が全て透明であり、光透過型のアクティブマ
トリクス液晶表示パネルを組み立てる事が可能である。
一方、非画素領域においては光吸収剤がそのまま保存さ
れ、平坦化層１０に遮光機能を付与している。即ち、非
画素領域において薄膜トランジスタ４を被覆する平坦化
層１０の部分は着色されたままであり、透明絶縁基板１
の表面２側から入射する光の短波長側成分を効率的に遮
断する。この為、薄膜トランジスタ４の光電流リークが
大幅に低減し、液晶表示パネルとして組み込んだ場合画
素の輝点欠陥等を抑制できる。以上に説明した平坦化層
１０の選択的な透明化処理は、透明絶縁基板１の裏面１
１から所謂後露光処理を行なう事によりセルフアライメ
ントで実施できる。即ち、非画素領域に含まれる多結晶
シリコン薄膜５、ゲート電極Ｇ、配線パタン８等は前述
した様に不透明である為、裏面１１から入射した後露光
用の光は表面側の平坦化層１０に到達できない。従っ
て、この部分に含まれる光吸収剤は分解されずそのまま
保存される事になる。

【００１０】図２は、図１に示した非画素領域における
平坦化層の分光透過率を示すグラフである。（Ａ）は後
露光前の分光透過率を表わしており、（Ｂ）は後露光後
の分光透過率を表わしている。（Ａ）に示す様に後露光
前では光吸収剤が分解されておらず、ステッパ露光機の
光源光ｉ線及びｇ線を含む短波長側で光吸収が生じてい
る。一方（Ｂ）に示す様に、後露光後でも短波長側の光
吸収がそのまま残されている。非画素領域では後露光処
理の照射光が多結晶シリコン薄膜等により遮断される為
光吸収剤が分解しない。着色状態がそのまま保存される
ので、非画素領域に対する効果的な遮光機能を奏する事
になる。

【００１１】図３は、図１に示した画素領域における平
坦化層の分光透過率を示すグラフである。（Ａ）は後露
光前の分光透過率を表わし、（Ｂ）は後露光後の分光透
過率を表わしている。後露光前では光吸収剤が分解して
いないので、平坦化層は短波長側の入射光を吸収する。
一方後露光処理後では高圧水銀灯等を用いた強力な光の
照射により光吸収剤が分解され、短波長側の光吸収が消
滅している。換言すると平坦化層は脱色され略完全に透
明化されている。

【００１２】次に、図４及び図５を参照して本発明にか
かる表示パネル用半導体装置の製造方法を詳細に説明す
る。先ず最初に図４の工程（Ａ）で、透明絶縁基板１の
表面２に薄膜トランジスタ４を含む非画素領域を形成す
る。なおこの非画素領域には薄膜トランジスタ４の他に
補助容量６も含まれている。これら薄膜トランジスタ４
や補助容量６を被覆する様に第１層間絶縁膜７を成膜す
る。第１層間絶縁膜７にコンタクトホールを開口した
後、金属アルミニウムを所定の形状にパタニング形成し
て配線パタン８を設ける。この配線パタン８は薄膜トラ
ンジスタ４のソース領域Ｓに導通している。続いて配線
パタン８を被覆する様に第２層間絶縁膜９を成膜する。
さらに第２層間絶縁膜９及び第１層間絶縁膜７の積層
に、薄膜トランジスタ４のドレイン領域Ｄに連通するコ
ンタクトホールを開口する。

【００１３】次に工程（Ｂ）で、光吸収剤を含有して着
色した平坦化層１０を形成し、下側の非画素領域を被覆
する一方、平坦化された上側に透明画素電極が形成され
るべき画素領域を設ける。本例では光吸収剤を含有した
感光性アクリル樹脂をスピンコート法もしくは転写法に
より塗布して平坦化層１０を成膜した。平坦化層１０は
薄膜トランジスタ４や配線パタン８の凹凸を埋め平坦化
する為に十分な厚みを有している。平坦化層１０の表面
は略完全な平面状態にあり、その上に画素電極を後工程
でパタニング形成する事ができる。従って画素電極のレ
ベルには何等凹凸が存在しない。続いて、ステッパ露光
機等を用いて平坦化層１０を露光処理した後現像し、薄
膜トランジスタ４のドレイン領域Ｄに連通するコンタク
トホールを開口する。このコンタクトホールは後工程で
画素電極との電気接続に用いられるものである。

【００１４】次に図５に示す工程（Ｃ）で、例えば高圧
水銀灯を用い絶縁基板２の裏面１１側から非画素領域を
マスクとしてセルフアライメントで平坦化層１０を後露
光処理する。画素領域では高圧水銀灯等から照射された
強力な光が直接入射するので、光吸収剤は分解され平坦
化層１０が透明化する。一方、非画素領域に位置する光
吸収剤はそのまま保存され平坦化層１０の着色を維持で
きる。この後平坦化層１０を焼成しライトアッシングを
施して安定化させる。この後露光処理の後では、短波長
側の強力な光は入射されない為、非画素領域における平
坦化層１０の着色はそのまま維持される。

【００１５】最後に工程（Ｄ）で、平坦化層１０の上に
ＩＴＯ等からなる透明導電膜が成膜され、所定の形状に
パタニングして画素電極３が設けられる。図示する様
に、透明画素電極３は先に透明化された画素領域に及ん
でいる。なお、本例では先に平坦化層を透明化した後画
素電極を形成しているが、場合によっては逆に画素電極
を形成した後、前述した裏面からの後露光処理を実施し
ても良い。以上により、本発明にかかる表示パネル用半
導体装置が完成する。この後、所定の間隙を介し透明ガ
ラス等からなる対向基板２１を接合する。この対向基板
２１の内表面には予め透明な対向電極２２が形成されて
いる。両基板１及び２１の間に液晶２３を封入充填する
事により透過型のアクティブマトリクス液晶表示パネル
を組み立てる事ができる。図示する様に、対向基板２１
側からの入射光に対し、選択的に着色された平坦化層１
０は遮光機能を奏し、下側の薄膜トランジスタ４等をマ
スクする。着色された平坦化層１０は特に短波長側の光
を遮断する為、薄膜トランジスタ４の光電流リークを効
果的に抑制できる。これにより、画素の輝点欠陥等が低
減可能になる。

【００１６】図６は表示パネル用半導体装置の参考例を
示す模式的な部分断面図である。基本的な構成は、図１
に示した本発明にかかる表示パネル用半導体装置と同一
であり、対応する部分には対応する参照番号を付して理
解を容易にしている。この参考例では平坦化層１０の脱
色の為の後露光処理を透明絶縁基板１の表面２側から行
なっている。この様にすると、画素領域のみならず非画
素領域に対しても強力な光が入射し、透明絶縁基板１の
全面に渡って光吸収剤が分解する。従って、平坦化層１
０は全面的に透明化され、非画素領域に対して何等遮光
機能を奏しない。

【００１７】図７は、図６に示した平坦化層の非画素領
域における分光透過率を示したグラフである。（Ａ）は
後露光前の分光透過率を表わしており、（Ｂ）は後露光
後の分光透過率を表わしている。後露光処理を行なう事
により、短波長側に存在した光吸収が消滅している。従
って、非画素領域において平坦化層は透明化されてお
り、何等遮光機能を奏さない。

【００１８】図８は、図６に示した平坦化層の画素領域
における分光透過率を示すグラフである。（Ａ）は後露
光前の分光透過率を表わしており、（Ｂ）は後露光後の
分光透過率を表わしている。後露光処理を施す事によ
り、短波長側の光吸収が消滅しており、画素領域は略完
全に透明化される。

【００１９】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、透
明絶縁基板の裏面から非画素領域をマスクとしてセルフ
アライメントにより平坦化層を後露光処理し、画素領域
に位置する光吸収剤を分解して平坦化層を透明化する一
方、非画素領域に位置する光吸収剤をそのまま保存して
平坦化層の着色を維持している。着色した平坦化層は非
画素領域に含まれる薄膜トランジスタ等に対して特に短
波長側で遮光機能を奏する。これにより、薄膜トランジ
スタの光電流リークを大幅に抑制する事ができるという
効果がある。又、平坦化層をそのまま利用しセルフアラ
イメントによる後露光処理で遮光層を形成しているの
で、何等工程増加をもたらす事なく効率的に遮光マスク
を作成する事ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる表示パネル用半導体装置の構成
を示す模式的な部分断面図である。

【図２】図１に示した表示パネル用半導体装置の非画素
領域における分光透過率を示すグラフである。

【図３】同じく画素領域における分光透過率を示すグラ
フである。

【図４】本発明にかかる表示パネル用半導体装置の製造
方法を示す工程図である。

【図５】同じく製造方法を示す工程図である。

【図６】表示パネル用半導体装置の参考例を示す模式的
な部分断面図である。

【図７】図６に示した表示パネル用半導体装置の非画素
領域における分光透過率を示すグラフである。

【図８】同じく画素領域における分光透過率を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１ 透明絶縁基板 ２ 表面 ３ 画素電極 ４ 薄膜トランジスタ ５ 多結晶シリコン薄膜 ６ 補助容量 ７ 第１層間絶縁膜 ８ 配線パタン ９ 第２層間絶縁膜 １０ 平坦化層 １１ 裏面

フロントページの続き (72)発明者 林 久雄 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソ ニー株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−253028（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−124824（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1368 G09F 9/30 338 H01L 29/786

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画素電極を含む画素領域と各画素電極を
   駆動する薄膜トランジスタを含む非画素領域とが集積的
   に形成された透明絶縁基板からなり、 平坦化層が画素電極の属する上層と薄膜トランジスタの
   属する下層との間に介在しており、 前記平坦化層は感光性を有する光吸収剤を含有してお
   り、 該光吸収剤は画素領域において選択的に露光処理され該
   平坦化層を透明化する一方、非画素領域においてそのま
   ま保存され該平坦化層に遮光機能を付与する事を特徴と
   する表示パネル用半導体装置。
2. 【請求項２】 透明絶縁基板の表面に薄膜トランジスタ
   を含む非画素領域を形成する工程と、 光吸収剤を含有して着色した平坦化層を形成し、下側の
   該非画素領域を被覆する一方、平坦化された上側に透明
   画素電極が形成される画素領域を設ける工程と、 該透明絶縁基板の裏面から該非画素領域をマスクとして
   平坦化層を露光し、画素領域に位置する光吸収剤を分解
   して平坦化層を透明化する一方、非画素領域に位置する
   光吸収剤をそのまま保存して平坦化層の着色を維持する
   工程とを行なう表示パネル用半導体装置の製造方法。