JPH03186820A - マトリクス型液晶表示基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はマ）　＋７クス型液晶表示基板の製造方法、特
に、薄膜トランジスタをアドレス素子としてマトリクス
表示を行うためのマトリクス型液晶表示基板の製造方法
に関する。

（従来の技術） 従来のマ）　ＩＪクス型液晶表示基板の平面図を第６図
に示す。このマトリクス型液晶表示基板は、絶縁性基板
上に保護絶縁膜等を介してマトリクス状に配置された薄
膜トランジスタと絵素電極１１、及ヒ、ケートハスバー
（走査ｆｉ）２３とソースバスバー（信号線）２９とを
備えている。ゲートバスバー２３とソースバスバー２９
とは、互いに交差することによって、格子状のパターン
を形成している。ケートバスバー２３とソースバスバー
２９に囲まれた領域内の基板保護膜上には、絵素電極１
１が形成されている。絵素電極１１は、アドレス素子と
して機能する薄膜トランジスタのドレイン電極１０と接
続されている。また、薄膜トランジスタのゲート電極３
はゲートバスバー２３に、−２＝ ソース電極９はソースバスバー２９に、各々、接続され
いる。ゲート電極３の上方に於て、ソース電極９とドレ
イン電極１０との間には、ソース電極９とドレイン電極
１０とを分離する幅３μｍ程度のギャップ２０が設けら
れている。

ケートバスバー２３には走査信号力、ソースハスバー２
９には画像信号が各々入力され、走査信号により薄膜ト
ランジスタがオン状態になったときに、ソースハスバー
２９から絵素電極１１に画像信号電流が入力される。

第７図は上記マトリクス型液晶表示基板上に形成されて
いる薄膜トランジスタの構造を説明するための、第６図
のＢ−Ｂ線断面図である。

絶縁性基板１の上に基板保護膜２が形成されており、そ
の上には、ゲート電極３、第一のゲート絶縁膜４、第二
のゲート絶縁膜５、チャネル部Ｉ型アモルファスシリコ
ン膜６、チャネル部保護絶縁膜７、コンタクト層８ａｓ
８ｂｓ　ソース電極９とドレイン電極１０、保護絶縁膜
１２が絶縁性基板１側から、この順番で形成されている
。また、３− 絵素電極１１が基板保護膜５上に形成されており、ドレ
イン電極１０に接続されている。

従来のマトリクス型液晶表示基板の製造方法に於ては、
ゲート電極３上に第一のゲート絶縁膜４、第二のゲート
絶縁膜５及びチャネル部ｉ型アモルファスシリコン膜６
を形成し、チャネル部保護絶縁膜７となる保護絶縁膜を
堆積した後、チャネル部保護絶縁膜７のパターンを形成
するため、以下の工程を行っていた。

（１）まず、該保護絶縁膜上にレジストを形成する工程
。

（２）次に、該レジストに対して、絶縁性基板ｌの表面
（薄膜トランジスタ等が形成される面）側からチャネル
部保護絶縁膜７のパターンを有するフォトマスクを透過
した光を照射し、該レジストを露光することによって、
該保護絶縁膜上の所定位置に所定形状のパターンを有す
るレジストマスクを形成する工程。

（３）この後、該レジストマスクを用いて該保護絶縁膜
をエツチングすることにより、チャネル４− 部Ｉ型アモルファスシリコン膜６上に所定形状のチャネ
ル部保護絶縁膜７を形成する工程。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述の従来技術においては、以下に述べ
る問題点があった。

従来の製造方法に於て、チャネル部保護絶縁膜７となる
保護絶縁膜上に形成されたレジストに対して、絶縁性基
板１の表面側からチャネル部保護絶縁膜７のパターンを
有するフォトマスクを透過した光を照射し、該レジスト
を露光する際に、該フォトマスクを透過する光のパター
ンと絶縁性基板ｌの表面のパターンとの間に精度の高い
位置合わせが必要である。なぜなら、チャネル部保護絶
縁膜７の位置と形状は、薄膜トランジスタのオン−オフ
特性にとって重要な要素であるチャネルサイズを決める
ものだからである。もし、チャネル部保護絶縁膜７の位
置が薄膜トランジスタのゲート電極幅方向（チャネル長
方向）にずれると、ソース電極９とコンタクト層８ａの
接触面積又はドレイン電極１０とコンタクト層８ｂとの
接触面積−５＝ が小さくなるため、接触面積の小さくなった側のコンタ
クト抵抗が著しく増大してしまう。このように、チャネ
ル部保護絶縁膜７がチャネル長方向へ僅かにでもずれる
と、薄膜トランジスタのオン−オフ特性が劣化してしま
う。

このような位置ずれが生じても薄膜トランジスタの特性
が劣化しないようにするためには、薄膜トランジスタを
構成する各層の寸法を大きくすることによって、パター
ン間の位置合わせ余裕（マージン）を大きくすることが
必要となる。このことは、薄膜トランジスタの小型化を
困難にし、更には、液晶表示装置の開口率の低下及び浮
遊容量の増加による画質の低下を招いている。

上記従来技術の問題点を解決する方法として、本発明者
は、保護絶縁膜上に形成したポジ型レジストを基板裏面
側から露光することにより、ゲート電極の形状に対して
自己整合的にパターニングされたチャネル部保護絶縁膜
を形成する方法を開発した（特願平１−２４３８６８号
）。この方法によれば、チャネル部保護絶縁膜７の位置
ずれに６− よるトランジスタ特性の劣化がない小型化された薄膜ト
ランジスタを得ることができる。

しかし、上記の裏面露光による方法では、ゲート電極３
上の、ソース部分とドレイン部分とが分離されていない
状態の薄膜上に形成されたレジストに、ソース部分とド
レイン部分とが分離するギャップｚＯのパターンを形成
することはできない。

従って、上記薄膜にギャップ２０を形成するためには、
従来の基板表面側から露光する方法によらなければなら
ない。このため、下地パターンの寸法が小さいと、ギャ
ップ２０のパターンを下地パターンに高い精度で位置あ
わせすることができず、ギャップ２０のパターンずれが
生じやすくなる。

また、このパターンずれが生じると、ギャップ２０を形
成するためのエツチングを行う際に、下地のチャネル部
１型アモルファスシリコン膜６にエツチングによる強い
損傷を与えてしまうことになる。この結果、形成された
薄膜トランジスタは正常に動作しなくなってしまう。こ
のことを防ぐためには、どうしても下地各層の寸法を大
きくしておかなければならず、薄膜トランジスタの寸法
を縮小することが困難になる。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり
、その目的とするところは、薄膜トランジスタのソース
部分とドレイン部分を分離するギャップのパターンを下
地パターンと高い精度で整合させ、かつ、薄膜トランジ
スタを小型化することができるマトリクス型液晶表示基
板の製造方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明のマトリクス型液晶表示基板の製造方法は、光透
過性を有する基板上に薄膜トランジスタを備えたマトリ
クス型液晶表示基板の製造方法に於て、該ゲート電極上
方に薄膜を形成する工程と、該薄膜上にネガ型レジスト
を形成する工程と、該薄膜トランジスタのゲート電極を
遮光マスクとして、該基板の裏面側から該ネガ型レジス
トに光を照射し、該ネガ型レジストを過剰露光すること
により、該ゲート電極のエツジから内側にシフトしたパ
ターンを有するレジストマスクを該薄膜上に８− 形成する工程と、該レジストマスクを用いて、該薄膜を
エツチングし、該薄膜にギャップを形成する工程と、を
包含し、そのことにより上記目的が達成される。

（作用） 第４図（ａ）に、絶縁性基板上１に形成されたゲート電
極３を一種のフォトマスクとして、絶縁性基板１の下方
、裏面側から光を照射し、ゲート電極３上方に形成され
た薄膜３０上のポジ型レジスト１３を露光した場合のレ
ジストシフトを説明するための断面図を示す。ここでは
、絶縁性基板１上に基板保護膜２を介してパターニング
されたゲート電極３が形成されている。ゲート電極３上
には第一のゲート絶縁膜４及び第二のゲート絶縁膜５を
介して薄膜３０が形成されている。薄膜３０上にはレジ
スト１３が形成されている。レジスト１３の露光した部
分１３ｔ）は、破線によって示されている。一方、レジ
スト１３の露光されていない部分１３ａは実線で示され
ている。

通常、絶縁性基板、基板保護膜、ゲート絶縁膜、９− チャネル部半導体膜、チャネル部保護絶縁膜及びコンタ
クト層等は光透過性を有する材料で形成されている。こ
こでも、絶縁性基板１、基板保護膜２、第一のゲート絶
縁膜４、第二のゲート絶縁膜５及び薄膜３０は、光透過
性を有する材料で形成されている。従って、ゲート電極
３として光を透過しない材料を用いて、透明の絶縁性基
板１の裏面側から薄膜３０上に形成したレジスト１３に
光を照射すると、その照射光は、ゲート電極３によって
遮光されない領域に形成されているレジスト１３を露光
する。露光量を多くすると、ゲート電極３によって遮光
される領域の中で、前記遮光されない領域に近い部分か
らレジス）１３の過剰露光が始まる。従って、ゲート電
極３の上方にあって、レジス）１３の露光される部分は
、露光量の増加とともに、ゲート電極１３の端（エツジ
）上方の部分から一様に内側に延びてゆく。こうして、
ゲート電極１３のパターンを一種のフォトマスクとして
利用し、絶縁性基板ｌの下方、裏面側からレジスト１３
に所定量の光を照射することにより、０ ゲート電極の工・ノジ上方から所定長さだけシフトした
パターンを形成することができる。レジストとしてポジ
型レジストを用いた場合、現像後、第４図（ａ）に示す
ように、露光されていない部分１３ａが薄膜３０上に残
る。

一方、レジストとしてネガ型レジスト２６を用いた場合
、現像後、第４図（ｂ）に示すように、露光されていな
い部分２６ａ（破線で示す）は除去されてしまい、露光
された部分２６ｂが薄膜３０上に残る。こうして、ゲー
ト電極３の上方にギャップを有するレジストパターンを
、ゲート電極３のパターンに対して自己整合的に形成す
ることができる。

第５図に、ポジ型レジストのシフト量と露光量との関係
を示す。レジストシフト量は、ゲート電極３の上方にお
いて、レジスト１３の露光した部分１３ａの幅をゲート
電極３の幅方向に沿って、ゲート電極３の端（エツジ）
から計った値である（第４図参照）。第５図かられかる
ように、露光量とレジストシフト量とは比例的な関係に
ある。

１１− ネガ型レジストのシフト量と露光量との関係についても
、第５図に示す関係と類似したものが得られる。これら
の関係に基づいて露光量を調節することによって、レジ
ストシフト量を所望の大きさに高精度で制御することが
できる。

なお、このレジストシフト量は、露光量の他にゲート電
極３の側面傾斜角度（テーパ角度）によっても調節する
ことができる。

このように、基板上に形成したネガ型レジストに対する
裏面側からの露光量を変化させることによって、ゲート
電極上に形成された薄膜に、ゲート電極幅方向について
幅及び位置が高精度で制御されたギャップを自己整合的
に形成することができる。

（実施例） 以下に本発明を実施例について説明する。

第２図に、本実施例の方法により形成されたマトリクス
型液晶表示基板の部分平面図を示す。このマトリクス型
液晶表示基板は、光透過性の絶縁性基板上に形成された
保護絶縁膜等を介してマド１２− リクス状に配置された逆スタガ型構造の薄膜トランジス
タ、絵素電極１１、ゲートバスバー（走査線）２３、及
びソースバスバー（信号線）２９を有シている。ケート
バスバー２３とソースバスバー２９は、互いに交差する
ことによって、格子状のパターンを形成している。ゲー
トバスバー２３とソースバスバー２９に囲まれた領域内
の該保護絶縁膜上には、透明電極からなる絵素電極１１
が形成されている。絵素電極１１は、アドレス素子とし
て機能する薄膜トランジスタのドレイン電極１０と一体
として形成されいる。薄膜トランジスタのゲート電極３
はゲートバスバー２３に接続されている。また、ソース
電極９はソースバスバー２９に電気的に接続されている
。ゲート電極３の上方に於て、ソース電極９とドレイン
電極１０との間には、ソース電極９とドレイン電極ｌＯ
とを分離する幅３μｍのギャップ２０が設けられている
。

次に、第２図に示す薄膜トランジスタの断面構成を、第
２図のＡ−Ａ線断面図である第３図を用いて説明する。

１３− ゲート電極３上に、第−及び第二のゲート絶縁膜４．５
及ヒチャネル部ｉ型アモルファスシリコン膜６を介して
、チャネル部保護絶縁膜７が形成されている。チャネル
部保護絶縁膜７は、ゲート電極３の端からその内側へ、
２μｍずつシフトしたパターンｔ［している。チャネル
部ｊ型アモルファスシリコン膜６上には、ギャップ２０
によって分離されたコンタクト層８ａ、８ｂが形成され
ている。ソース側コントクト層８ａ上にはソース電極９
が、ドレイン側コンタクト層８ｂ上にはドレイン電極Ｉ
Ｏが各々設けられている。これらソース電極９及びドレ
イン電極１０は何れも透明電極からなる。ソース電極９
上にはソースバスバー２９の一部が接触しており、ドレ
イン電極１０上には、補助用ドレイン電極１４が設けら
れている。

上記の薄膜トランジスタに於いては、後述するように基
板裏面側から過剰露光する自己整合的パターニング方法
により、ゲート電極３上にチャネル部保護絶縁膜７が形
成されており、また、チャネル部保護膜７上方にギャッ
プ２０が形成されて１４− いる。このため、これらのパターン間の位置ずれを考慮
した設計上の寸法余裕が不要となっている。

従って、位置ずれによる薄膜トランジスタの特性不良が
生じず、しかも、薄膜トランジスタは小型化され、マト
リックス型液晶表示基板の開口率が向上している。

次に、上記のマトリクス型液晶表示基板の製造方法を第
１図を参照して説明する。

まず、ガラス製の透明絶縁性基板１上にスパッタリング
法により五酸化タンタルからなる基板保護膜（膜厚５０
００大）２を堆積した。基板保護膜２上にスパッタリン
グ法によってタンタル（膜厚４０００Ａ）を堆積した。

このタンタルは光を透過しない材料である。堆積後、フ
ォトエツチングによってゲート電極３を形成した。本実
施例では、このとき、同時にゲートバスバー２３（第２
図参照）もタンタルを用いて形成された。

次に、陽極酸化によってゲート電極３の表面を酸化し、
五酸化タンタル（膜厚３０００　Ａ）の第一のゲート絶
縁膜４を形成した。この上にブラズ１５− マＣＶＤ法によって窒化膜（ＳｉＮｘ膜、膜厚４０００
　Ａ）を形成し、第二のゲート絶縁膜５とした。

ｉ二のケート絶縁膜５上に、チャネル部１型アモルファ
スシリコン膜６となるアモルファスシリコン膜（膜厚３
００大）１６を形成した後、チャネル部保護絶縁膜７と
なる保護絶縁膜１７として、窒化膜（ＳｉＮｘ膜、膜厚
２０００大）を堆積した（第１図（ａ））。

このようにして形成した、基板保護膜２、第二のゲート
絶縁膜５、アモルファスシリコン膜１６及び保護絶縁膜
１７は、何れも、光透過性を有する材料で構成されてい
る。

次に、保護絶ＲＭｌＶ上にポジ型レジスト１３を塗布し
、絶縁性基板１の裏面側から露光量７５０ｍＪ／ｃｍ２
の過剰露光を行った（第１図（ｂ））。

こうして、ゲート電極３のパターンに対して自己整合的
にレジスト１３のバターニングを行った。

しかし、この裏面露光によって形成されたレジストパタ
ーンは、ゲート電極３のパターンに対応し１６− たものであるため、第２図に示すアイランド状のパター
ンとするためには、更に、ゲート電極３により遮光され
る領域に於ける露光すべき部分に対して、通常の基板表
面側からの露光を行わなければならない。この表面側か
らの露光によって、ゲート電極幅方向に垂直な方向（チ
ャネル幅方向）に関してチャネル部保護絶縁膜７の位置
及びパターン幅を決定する。そこで、先の裏面露光によ
り露光されなかった部分の内、除去すべき部分を基板表
面側から露光し、レジスト１３ａのパターンを所望のア
イランド状パターンとした。

チャネル部保護絶縁膜７の形状にパターニングされたレ
ジスト１３ａをマスクとして保護絶縁膜１７をエツチン
グすることによって、第１図（Ｃ）に示すように、ゲー
ト電極３の端から２μｍずつ内側にシフトしたアイラン
ド状パターンを有するチャネル部保護絶縁膜７を形成し
た。こうして、チャネル長方向に関しては、裏面露光に
よりゲート電極３対して自己整合的にバターニングされ
、チャネル幅方向に関しては、通常の表面側からの露１
７ 光によりパターニングされたチャネル部保護絶縁膜７を
得た。

レジスト１３ａを除去した後、プラズマＣＶＤ広によっ
て、コンタクト層８ａ、８ｂとなるｎ４型微結晶ンリコ
ン膜（膜厚４００Ａ）を堆積し、ｎ＋ｍ　微結晶シリコ
ン膜とｉ型アモルファスシリコン膜１６を続けて通常の
方法でフォトエツチングすることによって、まず薄膜ト
ランジスタのチャネ／ｌ［ｆ型アモルファスシリコン膜
６、及ヒンース部分とドレイン部分とが分離されていな
い状態のコンタクト層１８を形成した（（第１図（ｄ）
）。

この後、スパッタリング法によって酸化インジウムを主
成分とする透明導電膜（膜厚１０００Ａ）を堆積し、こ
れを通常の方法でフォトエツチングし、絵素電極１１、
及びソース部分とドレイン部分とが分離されていない状
態の電極２１を形成した（（第１図（ｅ））。

次に、ネガ型フォトレジスト２６を塗布し、絶縁性基板
ｌの裏面側から、露光量１５００〜２゜００ｍＪ／ｃｍ
２の過剰露光を行った。これによって、１８− 現像後、ゲート電極３上方に、ゲート電極のエツジから
のレジストシフト量３μｍ１幅３μｍの露光されていな
い部分２６ａをギャップパターンとして有するレジスト
パターンを形成した（（第１図（ｆ））。

次に、レジストの露光された部分２６ｂをマスクとして
、ソース部分とドレイン部分とが分離されていない状態
の電極２１及びコンタクト層１８を続けてエツチングす
ることによって、ギャップ２０を形成し、電極２１及び
コンタクト層１８のソース部分とドレイン部分とを分離
した。こうして、ソース電極９、ソース側コンタクト層
８ａ、ドレイン電極１０、及びドレイン側コンタクト層
８ｂを形成した。

この後、スパッタリング法によってＴｉ、Ｍｏ。

Ｗ等の金属膜を堆積し、金属膜を通常の方法でフォトエ
ツチングすることにより、ソースパスライン２９、補助
用ドレイン電極１４を形成した。

保護絶縁膜１２として窒化膜（ＳｉＮｘ膜、膜厚３００
０Å）を全面に堆積し、本実施例のマド１９− リクス型液晶表示基板を作製した。

このように本実施例では、ゲート電極３のパターンに対
して自己整合的にパターニングされたチャネル部保護絶
縁膜７とギャップ２０とを形成した。このため、チャネ
ル部保護絶縁膜７及びギャップ２０の位置ずれによるト
ランジスタ特性の劣化が生じなかった。

なお、上記実施例では、透光性を有する電極２１上に形
成した。ネガ型レジスト２６に対して裏面露光を行った
。このため、レジスト２６ｂをマスクとして、ソース部
分とドレイン部分とが分離されていない状態の電極２１
及びコンタクト層１８を続けてエツチングすることがで
きた。しかし、本発明の方法は上記実施例に限られるも
のではない。例えば、ソース電極９及びドレイン電極ｌ
Ｏとなる電極薄膜を形成する前に、ソース部分とドレイ
ン部分とが分離されていない状態のコンタクト層１８上
にネガ型レジストを形成し、このレジストに対して本発
明の裏面露光を行っても良い。

この場合、フンタクト層１８のソース部分とドレ２０− イン部分とを分離し、レジストを除去した後、ソース電
極９及びドレイン電極１ｏとなる電極薄膜を形成し、該
膜上にソース電極９とドレイン電極ｌＯとを分離するた
めのレジストパターンヲ形成することになる。従って、
上記実施例に比較して工程数が増加するが、電極薄膜材
料として透光性を有しないものを用いることが可能とな
る。但し、電極薄膜材料として透光性を有しないものを
用いる場合、ソース電極とドレイン電極とを分離するギ
ャップのパターンは、従来の表面側から行う露光により
形成される。

また、本実施例ではコンタクト抵抗低減のためにコンタ
クト層８ａｓｓｂとしてｎ＋型微結晶シリコン膜を用い
たが、他に、ｎ＋型アモルファスシリコン膜等を用いて
もよい。

（発明の効果〉 このように、本発明の方法によれば、基板裏面側からの
露光量を調節することにより、ゲニト電極の形状に対し
て自己整合的にパターニングされたギャップをゲート電
極上方の薄膜に形成するこ２１− とができる。このため、該ギャップの位置及び幅が高精
度に制御され、該ギャップの位置ずれによるトランジス
タ特性の劣化がない薄膜トランジスタを得ることができ
る。また、従来必要であったギャップパターンの位置合
わせのための下地パターンの寸法余裕が不要になった分
、薄膜トランジスタを小型化することができ、マトリク
ス型液晶表示基板を高密度化、高画質化することができ
る。

４、　　　の　　な含日 第１図（ａ）〜（ｆ）は本発明の実施例を示す断面図、
第２図は第１図に示す実施例の方法により作製されたマ
トリクス型液晶表示基板の部分平面図、第３図は第２図
のＡ−Ａ線断面図、第４図（ａ）、　（ｂ）はレジスト
シフト量を説明するための断面図、第５図は露光量とレ
ジストシフト量の関係を示すグラフ、第６図は従来の方
法により作製されたマトリクス型液晶表示基板の部分平
面図、第７図は第６図のＢ−Ｂ線断面図である。

ｌ・・・絶縁性基板、２・・・基板保護膜、３・・・ゲ
ート電極、４・・・第一のゲート絶縁膜、５・・・第二
のゲー２２ ト絶縁膜、６・・・チャネル部Ｉ型アモルファスシリコ
ン膜、７・・・チャネル部保護絶縁膜、８ａ、８ｂ・・
・コンタクト層、９・・・ソース電極、ｉ　ｏ−・・ド
レイン電極、１１・・・絵素電極、１２・・・保護絶縁
膜、１３・・・ポジ型レジスト、１３ａ・・・ポジ型レ
ジストの露光されていない部分、１３ｂ・・・ポジ型レ
ジストの露光された部分、２０・・・ギヤツブ、２６・
・・ネガ型レジスト、２６ａ・・・ネガ型レジストの露
光されていない部分、２６ｂ・・・ネガ型レジストの露
光された部分、２３・・・ゲートバスバー（走査線）、
２９・・・ソースバスバー（信号線）、３０・・・薄膜
。

以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光透過性を有する基板上に薄膜トランジスタを備え
   たマトリクス型液晶表示基板の製造方法に於て、 該薄膜トランジスタのゲート電極上方に薄膜を形成する
   工程と、 該薄膜上にネガ型レジストを形成する工程と、該ゲート
   電極を遮光マスクとして、該基板の裏面側から該ネガ型
   レジストに光を照射し、該ネガ型レジストを過剰露光す
   ることにより、該ゲート電極のエッジから内側にシフト
   したパターンを有するレジストマスクを該薄膜上に形成
   する工程と、該レジストマスクを用いて該薄膜をエッチ
   ングし、該薄膜にギャップを形成する工程と、 を包含するマトリクス型液晶表示基板の製造方法。