JP2004110054A - 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

Abstract

【課題】　本発明の目的は、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】　第１絶縁基板と、第１絶縁基板上部に形成されており、ゲート電極を有するゲート線と、ゲート線を覆うゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上部に形成されている半導体層と、半導体層上部に形成されているソース電極及びドレイン電極とソース電極に連結されており、ゲート線と交差するデータ線と、有機絶縁膜からなっており、ドレイン電極を露出する第１接触孔を有する保護膜と、第１接触孔を通じてドレイン電極と連結されている画素電極と、第１絶縁基板と対向する第２絶縁基板と、ゲート線またはデータ線と重なるブラックマトリックスと、第１絶縁基板と第２絶縁基板の間でブラックマトリックスと重なって位置し、写真エッチング工程で形成された基板スペーサとを含む液晶表示装置を提供する。
【選択図】　　　図１

Description

　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。

　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。

　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(indium 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。

　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 capacitance)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。

　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。

　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。

　前記課題を解決するため、本願第１発明は第１絶縁基板と、前記第１絶縁基板上部に形成されており、ゲート電極を有するゲート線と、前記ゲート線を覆うゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁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形成されているソース電極及びドレイン電極と前記ソース電極に連結されており、前記ゲート線と交差するデータ線と、有機絶縁膜からなっており、前記ドレイン電極を露出する第１接触孔を有する保護膜と、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画素電極と、前記第１絶縁基板と対向する第２絶縁基板と、前記ゲート線または前記データ線と重なるブラックマトリックスと、前記第１絶縁基板と前記第２絶縁基板の間で前記ブラックマトリックスと重なって位置し、写真エッチング工程で形成された基板スペーサとを含む液晶表示装置を提供する。

　本願第２発明は、本願第１発明において、前記保護膜の誘電率は２．４〜４．７の範囲内である液晶表示装置を提供する。
　本願第３発明は、本願第１発明において、前記保護膜の表面は平坦化されている液晶表示装置を提供する。
　本願第４発明は、本願第１発明において、前記画素電極は少なくとも前記データ線と重なる液晶表示装置を提供する。

　本願第５発明は、本願第１発明において、前記ブラックマトリックスは前記保護膜の溝に詰められている液晶表示装置を提供する。
　本願第６発明は、本願第１発明において、前記半導体層と前記保護膜の間に形成されているエッチストッパーをさらに含む液晶表示装置を提供する。
　本願第７発明は、本願第１発明において、前記ゲート絶縁膜上部に形成された金属パターンをさらに含む液晶表示装置を提供する。

　本願第８発明は、本願第７発明において、前記保護膜は前記金属パターンを露出する第２接触孔を有し、前記金属パターンは前記第２接触孔を通じて前記画素電極と連結されている液晶表示装置を提供する。
　本願第９発明は、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を提供する。

　本願第１０発明は、本願第９発明において、前記半導体層は非晶質シリコンからなる液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を提供する。
　本願第１１発明は、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を提供する。

　本願第１２発明は、本願第１１発明において、有機絶縁剤を用いて前記ゲート絶縁膜を形成する、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。
　本願第１３発明は、本願第１１発明において、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、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。

　本願第１４発明は、本願第１１発明において、前記半導体層を非晶質シリコンで形成する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。
　本願第１５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し、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を提供する。

　本願第１６発明は、基板の上部に形成されているゲート電極と、前記ゲート電極の上部に形成されており、有機絶縁物質からなるゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の上部に形成されている半導体層と、前記半導体層の上部に互いに分離されて形成されているソース電極とドレーン電極及び前記ソース電極と電気的に連結されているデータ線と、前記ドレーン電極を露出させる第１接触孔を有する保護膜と、前記第１接触孔を通じて前記ドレーン電極と電気的に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を提供する。

　本願第１７発明は、本願第１６発明において、前記ゲート絶縁膜と前記半導体層との間に形成されている窒化シリコン膜をさらに含む液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を提供する。
　本願第１８発明は、本願第１７発明において、前記窒化シリコン膜はパターニングされている液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を提供する。

　本願第１９発明は、本願第１６発明において、前記ゲート絶縁膜の上部にしま模様に形成されている金属パターンをさらに含むことを特徴とする液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を提供する。
　本願第２０発明は、本願第１９発明において、前記保護膜は有機絶縁物質からなることを特徴とする液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を提供する。

　本願第２１発明は、本願第２０発明において、前記保護膜は前記金属パターンを露出させる第２接触孔を有し、前記金属パターンは前記第２接触孔を通じて前記画素電極と連結されていることを特徴とする液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を提供する。
　本願第２２発明は、本願第１９発明において、前記保護膜は前記金属パターンを露出させる第２接触孔を有し、前記金属パターンは前記第２接触孔を通じて前記画素電極と連結されていることを特徴とする液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を提供する。

　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。
　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。

　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。
　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。

　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。
　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。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。

　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。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。

　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２５００〜５５００Å程度が推奨される。

　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。
　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。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。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。

　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。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。

　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。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。

　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。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。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。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。

　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。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。
　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。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。

　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。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。

　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。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。
　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。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。

　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。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。

　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。

　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。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。

　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。
　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。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。

　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。

　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。

　本発明を用いれば、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ができる。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ができる。

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。

　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III −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、７２上にはそれぞれソース電極８０およびドレイン電極９０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。

　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８０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。

　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０．２μｍの窒化シリコン膜と同一の透過率を現す。

　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，ＢＣＢ，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ＩＴＯ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。

　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／ｍ² 以上であることが好ましい。

　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。

　ここで、保持容量電極３０と画素電極１４０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。
　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。

　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３１を覆っている。

　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。

　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。

　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。
　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。

　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１２０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１４０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。

　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。
　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。

　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３０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。

　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。

　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。

　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。
　ここで、ゲート電極２０、ソース電極８０、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。

　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。

　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。

　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２５００〜５５００Å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。

　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５０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。

　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。
　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。

　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。

　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。

　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１６０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。
　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。

　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。

　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−XVII' 線に沿い示す断面図である。
　図１５，図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３０００〜６０００Å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。

　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１００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。

　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０．５〜１．７μｍであり、有機性ブラックホトレジストの表面抵抗は１０¹⁰Ω／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。

　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。

　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。

　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、２５００〜５５００Å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。

　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。

　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３０００〜５０００Å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５０〜１００ｍＪ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(annealing) 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。

　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。

　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１５０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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　本発明を用いれば、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ができる。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ができる。

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。 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２のIII −III'線に沿い示す断面図である。 実施例２における薄膜トランジスタ基板の断面構造図。 実施例３における薄膜トランジスタ基板の断面構造図。 実施例４における薄膜トランジスタ基板の断面構造図。 実施例５における薄膜トランジスタ基板の断面構造図。 実施例６における薄膜トランジスタ基板の断面構造図。 実施例７における薄膜トランジスタ基板の断面構造図。 実施例８における薄膜トランジスタ基板の断面構造図。 実施例９における薄膜トランジスタ基板の断面構造図。 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。 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。 図１４ＡにおけるXIV −XIV'線に沿い示す断面図。 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１５のXV−XV' 線に沿い示す断面図。 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１７のXVI −XVI'線に沿い示す断面図。 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１９のXVII−XVII' 線に沿い示す断面図。 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。 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。 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。 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

Claims (22)

1. 　第１絶縁基板と、
   　前記第１絶縁基板上部に形成されており、ゲート電極を有するゲート線と、
   　前記ゲート線を覆うゲート絶縁膜と、
   　前記ゲート絶縁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形成されているソース電極及びドレイン電極と前記ソース電極に連結されており、前記ゲート線と交差するデータ線と、
   　有機絶縁膜からなっており、前記ドレイン電極を露出する第１接触孔を有する保護膜と、
   　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画素電極と、
   　前記第１絶縁基板と対向する第２絶縁基板と、
   　前記ゲート線または前記データ線と重なるブラックマトリックスと、
   　前記第１絶縁基板と前記第２絶縁基板の間で前記ブラックマトリックスと重なって位置し、写真エッチング工程で形成された基板スペーサと、
   　を含む液晶表示装置。
2. 　前記保護膜の誘電率は２．４〜４．７の範囲内である、請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 　前記保護膜の表面は平坦化されている、請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 　前記画素電極は少なくとも前記データ線と重なる、請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 　前記ブラックマトリックスは前記保護膜の溝に詰められている、請求項１に記載の液晶表示装置。
6. 　前記半導体層と前記保護膜の間に形成されているエッチストッパーをさらに含む、請求項１に記載の液晶表示装置。
7. 　前記ゲート絶縁膜上部に形成された金属パターンをさらに含む、請求項１に記載の液晶表示装置。
8. 　前記保護膜は前記金属パターンを露出する第２接触孔を有し、前記金属パターンは前記第２接触孔を通じて前記画素電極と連結されている、請求項７に記載の液晶表示装置。
9. 　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。
10. 　前記半導体層は非晶質シリコンからなる、請求項９に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板。
11. 　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。
12. 　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１１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。
13. 　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１１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。
14. 　前記半導体層を非晶質シリコンで形成する請求項１１に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板の製造方法。
15. 　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し、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。
16. 　基板の上部に形成されているゲート電極と、
    前記ゲート電極の上部に形成されており、有機絶縁物質からなるゲート絶縁膜と、
    前記ゲート絶縁膜の上部に形成されている半導体層と、
    前記半導体層の上部に互いに分離されて形成されているソース電極とドレーン電極及び前記ソース電極と電気的に連結されているデータ線と、
    前記ドレーン電極を露出させる第１接触孔を有する保護膜と、
    前記第１接触孔を通じて前記ドレーン電極と電気的に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。
17. 　前記ゲート絶縁膜と前記半導体層との間に形成されている窒化シリコン膜をさらに含む請求項１６に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板。
18. 　前記窒化シリコン膜はパターニングされていることを特徴とする請求項１７に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板。
19. 　前記ゲート絶縁膜の上部にしま模様に形成されている金属パターンをさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板。
20. 　前記保護膜は有機絶縁物質からなることを特徴とする請求項１９に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板。
21. 　前記保護膜は前記金属パターンを露出させる第２接触孔を有し、前記金属パターンは前記第２接触孔を通じて前記画素電極と連結されていることを特徴とする請求項２０に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板。
22. 　前記保護膜は前記金属パターンを露出させる第２接触孔を有し、前記金属パターンは前記第２接触孔を通じて前記画素電極と連結されていることを特徴とする請求項１９に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板。

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