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発明の名称 アライメントマーク及びその製造方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−42547(P2001−42547A)
公開日 平成13年2月16日(2001.2.16)
出願番号 特願平11−215894
出願日 平成11年7月29日(1999.7.29)
代理人 【識別番号】100082935
【弁理士】
【氏名又は名称】京本 直樹 (外2名)
【テーマコード(参考)】
2H091
2H092
5F046
5F110
【Fターム(参考)】
2H091 FA02Y FA35Y FC26 FD12 GA01 GA13 LA12 LA30 
2H092 HA28 JA25 JA34 JA37 JA41 JA47 JB51 JB58 KA05 KB24 MA05 MA12 MA19 MA29 MA30 NA07 NA27 NA29 NA30 PA01 PA08
5F046 EA13 EA18 EA19 EB01 FA03
5F110 CC07 DD02 EE03 EE04 EE44 FF03 GG02 GG15 GG45 HK04 HK09 HK33 HK35 HL07 HL23 NN02 NN24 NN35
発明者 中田 慎一 / 山本 勇司 / 岡本 守 / 坂本 道昭 / 吉川 周憲 / 丸山 宗生
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 基板と、前記基板の上方に形成された第1アライメントマークと、前記第1アライメントマークを覆う第2アライメントマークと、からなり、前記第2アライメントマークが目合わせ用光を透過し、前記第1アライメントマークが目合わせ用光を反射することにより後工程の目合わせ基準となることを特徴とするアライメントマーク。
【請求項2】 前記目合わせ用光がレーザ光であり、前記第2アライメントマークが赤色フィルタである請求項1記載のアライメントマーク。
【請求項3】 前記第2アライメントマークが1μm以上の厚さに形成される請求項1又は2記載のアライメントマーク。
【請求項4】 基板と、前記基板の上方に形成された第1アライメントマークと、前記第1アライメントマークの近傍に設けられた第3アライメントマークと、からなり、前記第3アライメントマークは前記第1アライメントマークを基準にして形成されており、前記第3アライメントマークが、目合わせ用光が前記第3アライメントマークにより形成される段部において回折することにより後工程の目合わせ基準となることを特徴とするアライメントマーク。
【請求項5】 前記目合わせ用光がレーザ光であり、前記第3アライメントマークが赤色フィルタである請求項4記載のアライメントマーク。
【請求項6】 前記第3アライメントマークが1μm以上の厚さに形成される請求項4又は5記載のアライメントマーク。
【請求項7】 前記第1アライメントマークが、薄膜トランジスタのソース・ドレイン電極と同じ材料で前記ソース・ドレイン電極の下地膜と同じ下地膜上に設けられる請求項1、2、3、4、5又は6記載のアライメントマーク。
【請求項8】 基板と、前記基板の上方に形成された第4アライメントマークと、前記第4アライメントマークの上に設けられた第5アライメントマークと、からなり、前記第4アライメントマークと前記第5アライメントマークとの厚さの合計が0.5μm以上の厚さに形成されることを特徴とするアライメントマーク。
【請求項9】 前記第4アライメントマークが、薄膜トランジスタを構成する半導体層と同じ材料で前記半導体層の下地膜と同じ下地膜上に設けられた半導体層からなり、前記第5アライメントマークが、前記薄膜トランジスタを構成するソース・ドレイン電極と同じ材料からなる請求項8記載のアライメントマーク。
【請求項10】 基板上にゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体薄膜、ソース・ドレイン電極を少なくとも含む薄膜トランジスタを形成し、前記薄膜トランジスタを構成する前記ゲート電極、前記半導体膜、前記ソース・ドレイン電極のうち少なくとも一つの材料と同じ材料を用いて、前記薄膜トランジスタ形成領域以外の領域に前記ゲート電極、前記半導体膜、前記ソース・ドレイン電極の形成と同時にアライメント基準マークを形成し、前記アライメント基準マークを覆ってその上方に赤色フィルタからなる赤色フィルタアライメント基準マークを形成し、この後、前記赤色フィルタアライメント基準マーク下の前記アライメント基準マークを基準として後工程パターンの目合わせを行うことを特徴とするアライメントマークの製造方法。
【請求項11】 前記アライメント基準マークが、遮光性のソース・ドレイン電極の形成と同時に形成され、前記目合わせが前記アライメント基準マークによる光の反射により行われる請求項10記載のアライメントマークの製造方法。
【請求項12】 基板上にゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体薄膜、ソース・ドレイン電極を少なくとも含む薄膜トランジスタを形成し、前記薄膜トランジスタを構成する前記ゲート電極、前記半導体膜、前記ソース・ドレイン電極のうち少なくとも一つの材料と同じ材料を用いて、前記薄膜トランジスタ形成領域以外の領域に前記ゲート電極、前記半導体膜、前記ソース・ドレイン電極の形成と同時にアライメント基準マークを形成し、前記アライメント基準マークを基準として前記薄膜トランジスタ形成領域以外の領域に在って前記アライメント基準マークから離間した領域に赤色フィルタからなる赤色フィルタアライメント基準マークを形成し、この後、前記赤色フィルタアライメント基準マークを基準として後工程パターンの目合わせを行うことを特徴とするアライメントマークの製造方法。
【請求項13】 前記目合わせが、前記赤色フィルタアライメント基準マークにより形成される段部における光の回折光により行われる請求項12記載のアライメントマークの製造方法。
【請求項14】 基板上にゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体薄膜、ソース・ドレイン電極を少なくとも含む薄膜トランジスタを形成し、前記薄膜トランジスタを構成する前記半導体膜及び前記ソース・ドレイン電極と同じ材料を用いて、前記薄膜トランジスタ形成領域以外の領域に前記半導体膜及び前記ソース・ドレイン電極からなる積層構造アライメント基準マークを形成し、この後、前記積層構造アライメント基準マークを基準として後工程パターンの目合わせを行うことを特徴とするアライメントマークの製造方法。
【請求項15】 前記半導体膜は、下層が活性半導体膜、上層がオーミック半導体膜により形成される請求項14記載のアライメントマークの製造方法。
【請求項16】 前記目合わせが、前記積層構造アライメント基準マークにより形成される段部における光の回折光により行われる請求項14又は15記載のアライメントマークの製造方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、逆スタガー型薄膜トランジスタ(以下、TFTと称する)を能動素子とし、薄膜トランジスタを搭載する基板側に色層を有するアクティブマトリクス型液晶表示装置に関し、特に、アクティブマトリクス基板に色層を形成する際に、各製造工程において目合わせ基準となるアライメントマークとその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図14は従来の第1の実施例を示すもので、液晶表示装置におけるアクティブマトリクス基板のチャネルエッチ型TFTの概略図である。図14(a)は一画素の平面図、図14(b)は図14(a)の切断線B−B’に沿ったTFT部近傍の断面図、図15は端子部断面図を示している。図14(b)において、透明絶縁性基板41上に、ゲート電極42aが形成され、その上を覆ってゲート絶縁膜43が形成されている。さらにその上にはゲート電極42aと重畳するように半導体層44が形成され、その中央部上で隔てられたソース電極46a、ドレイン電極47がオーミックコンタクト層45を介して半導体層44に接続されている。それらソース電極46aとドレイン電極47の間のオーミックコンタクト層はエッチング除去され、ソース電極46a、ドレイン電極47と半導体層44の間にのみオーミックコンタクト層45が形成されている。さらにこれらを覆うようにパッシベーション膜48が形成されている。このパッシベーション膜48上には、画素電極49となる透明導電膜が、パッシベーション膜48を貫くコンタクトスルーホール51を介してドレイン電極47と接続されている。このTFTにはゲート配線42b、ゲート電極42aを通してスイッチング信号が、ソース配線46b、ソース電極46aを通して映像信号が入力され、画素電極49へ電荷の書き込みが行われる。
【0003】次に、図14、15に示したアクティブマトリクス基板の製造方法について、図16、17を用いて説明する。但し、図16の左側にTFT部分を、右側に各フォトリソ工程の露光装置でマスクとの位置合わせに用いられるアライメント部を示した。このアライメント部は図18(a)に示すようにアクティブマトリクス基板の画素表示領域65外側に設けられている。図18(b)はそのアライメント部の拡大平面図であり、図18(c)はその断面図である。
【0004】図16(a)に示すように、ガラスなどの透明絶縁性基板41上にスパッタリングによってAl、Mo、Crなどからなる導電層を100〜400nmの厚さで堆積し、フォトリソ工程によりゲート配線(図示なし)、ゲート電極42aおよび表示用の外部信号処理基板と接続されるゲート端子(図示なし)を形成する第1のパターニング工程を行う。ここで、後工程でゲート配線、ゲート電極に重ね合わせするためのゲートアライメントマーク63aを同層で表示領域外に形成する。次に図16(b)に示すように、シリコン窒化膜などからなるゲート絶縁膜43とアモルファスシリコンからなる半導体層44、n+アモルファスシリコンからなるオーミックコンタクト層45とをプラズマCVDによって、それぞれ400nm、300nm、50nm程度の厚さで連続的に積層し、半導体層44、オーミックコンタクト層45とを一括してパターニングする第2のパターニング工程を行う。ここで、パターニングする際、図16(b)に示すように、露光装置でマスク61とアクティブマトリクス基板50cとの位置合わせが必要である。この位置合わせは図16(b)に示すように、ゲート電極42aなどの形成を行う第1のパターニング工程で形成されたゲートアライメントマーク63aを用い、マスク61に形成されたマスク側アライメントマーク62と位置合わせすることによって行われる。このアライメントマークの位置合わせは図19(a)に示すようにアクティブマトリクス基板50cとマスク61にそれぞれ形成されたアライメントマークをレーザ光により読み取り、マスク側アライメントマーク62とアクティブマトリクス基板側アライメントマーク63を位置合わせする。この時、アライメントマークの読み取りは図19(b)に示すように、アライメントマーク60に透明膜67を通して露光アライメントレーザ66を照射し、アライメントマーク60からの反射光、又は、図19(c)に示すように、アライメントマーク60による段差部からの回折光の読み取りにより行われる。反射光で読み取る場合には、アライメントマークはレーザ光を反射させる金属で形成され、その上に膜がある場合は反射光を吸収しない材料である必要がある。また、段差による回折光で読み取る場合には、アライメントマークの材料に制限は無く、また、その上に膜がある場合には、図19(c)のように、不透明膜68であっても良く、更に、アライメントマークの段差を平坦化しない材料およびその膜厚である必要がある。
【0005】次に、図16(c)に示すように、ゲート絶縁膜43およびオーミックコンタクト層45を覆うようにスパッタリングによってMo,Crなどを100〜200nmの厚さで堆積し、これをフォトリソ工程によりソース電極46a、ソース配線46b、ドレイン電極47、および表示用の外部信号処理基板に接続されるデータ端子47aの下部電極(図15(b))を形成する第3のパターニング工程を行う。ここで露光工程のマスク61とアクティブマトリクス基板50cの位置合わせは図16(c)に示すように、第1のパターニング工程で形成されたゲートアライメントマーク63aを用いて位置合わせする。更に、図17(a)に示すように、この第3のパターニング工程でドレイン金属材料によるドレイン層アライメントマーク63bを同時に形成する。この第3のパターニング工程の後に、TFTのチャネル部となるソース電極46a、ドレイン電極47の下以外の不要なオーミックコンタクト層45を除去する。
【0006】次に、図17(a)に示すように、TFTのバックチャネル、ソース電極46a、ソース配線46b、ドレイン電極47、データ端子47aの下部電極(図15(b))を覆うようにプラズマCVDによりシリコン窒化膜などの無機膜からなるパーシベーション膜48を100〜200nm程度の厚さで成膜し、ドレイン電極47と画素電極49とのコンタクトをとるためのコンタクトスルーホール51の形成と、データ端子47aの下部電極(図15(b))上の不要なパッシベーション膜48とゲート端子42cの下部電極(図15(a))上の不要なゲート絶縁膜43およびパッシベーション膜48を除去する第4のパターニング工程を行う。ここで露光工程のマスク61とアクティブマトリクス基板50cの位置合わせは図17(a)に示すように、第3のパターニング工程で形成されたドレイン層アライメントマーク63bを用いて位置合わせする。
【0007】最後に、図17(b)に示すように、画素電極となる透明導電膜149をスパッタリングで成膜し、第5のパターニング工程を行う。ここで露光工程のマスク61とアクティブマトリクス基板50cの位置合わせは図17(b)に示すように、第3のパターニング工程で形成されたドレイン層アライメントマーク63bを用いて位置合わせする。
【0008】図14(b)のアクティブマトリクス基板は、このような製造方法により5つのパターニング工程によって製造されるので製造工程が大幅に短縮化される。このアクティブマトリクス基板を用いて、カラーフィルタおよび電極を設けたもう1枚の基板と組み合わせ、2枚の基板間に液晶を挟んで液晶表示装置を構成する。
【0009】しかし、このアクティブマトリクス基板では、図14(a)の平面図で見たとき、ゲート配線42bおよびソース配線46bと画素電極49との間から光漏れが起こるため、カラーフィルタ基板上に設けられたブラックマトリクスで遮光する必要がある。この時、カラーフィルタ基板とアクティブマトリクス基板の重ね合わせ精度を考慮すると、ブラックマトリクスによる遮光領域を大きく取らなければならず、液晶表示装置の開口率が小さくなってしまい、バックライトが有効に利用されない問題があった。
【0010】そこで、開口率を大きくする手段として、アクティブマトリクス基板の上にカラーフィルタ基板を形成する方法(CFonTFT構造)が、従来の第2の実施例として、例えば特開平10−39292号公報に提案されている。この構造を製造するに際して、この公報に記載されていない条件等を補うと、実際の製造方法は次のようになる。
【0011】図20(b)に示すように、パッシベーション膜78の上に、顔料分散型の感光性樹脂ブラックマトリクスをスピンコート法で塗布し、フォトリソ工程によりブラックマトリクス85’をコンタクトホール形成予定領域上とチャネルエッチ型TFT10a上を含めたゲート配線上に形成する。膜厚は約1.5μmになるようにスピンコーターのスピン回転数を調整する。ここで露光工程のマスク91とアクティブマトリクス基板80cの位置合わせは図23(b)に示すように、TFT形成工程で形成されたアクティブマトリクス基板側アライメントマーク93を用いて位置合わせする。
【0012】次に、図20(c)に示すように、UV洗浄を行ったアクティブマトリクス基板上に顔料分散型の感光性赤色カラーレジストをスピンコート法で約1.2μmの厚さに塗布し、フォトリソ工程により赤色フィルタ83a’を所定のパターンに形成する。ここで露光工程のマスク91とアクティブマトリクス基板80cの位置合わせは図23(c)に示すように、TFT形成工程で形成されたアクティブマトリクス基板側アライメントマーク93を用いて位置合わせする。
【0013】次に、図21(a)に示すように、緑色カラーフィルタを形成するため、UV洗浄を行ったアクティブマトリクス基板上に顔料分散型の感光性緑色カラーレジストをスピンコート法で約1.2μmの厚さに塗布し、フォトリソ工程により緑色フィルタ83b’を所定のパターンに形成する。ここで露光工程のマスク91とアクティブマトリクス基板80cの位置合わせは図24(a)に示すように、TFT形成工程で形成されたアクティブマトリクス基板側アライメントマーク93を用いて位置合わせする。
【0014】次に、図21(b)に示すように、青色フィルタを形成するため、UV洗浄を行ったアクティブマトリクス基板上に顔料分散型の感光性青色レジストをスピンコート法で約1.2μmの厚さに塗布し、フォトリソ工程により青色フィルタ83cを所定のパターンに形成する。ここで露光工程のマスク91とアクティブマトリクス基板80cの位置合わせは図24(b)に示すように、TFT形成工程で形成されたアクティブマトリクス基板側アライメントマーク93を用いて位置合わせする。
【0015】次に、図21(c)に示すように、ブラックマトリクス85’、赤色フィルタ83a’、緑色フィルタ83b’、青色フィルタ83c’を形成したTFT基板の上に、TFT基板を平坦化するためのオーバーコート層84を約3μmの厚さに形成する。オーバーコート層には、感光性アクリル樹脂を用い、スピンコート法で塗布した後、フォトリソ工程によりコンタクトスルーホール81部のオーバーコート層の開口を行う。露光工程でのマスクとアクティブマトリクス基板の位置合わせは前記工程までと同様に行われ、以降の工程も同様であるため、省略する(図示なし)。
【0016】次に、図22(a)に示すように、オーバーコート層84の上にポジ型ノボラック系感光性レジスト87を塗布し、パターニング後、このノボラック系感光性レジスト87をマスクとして、コンタクトスルーホール部のブラックマトリクスの除去をドライエッチングで行う。
【0017】次に、図22(b)に示すように、コンタクトスルーホール部のパッシベーション膜78の開口を同じくドライエッチングで行い、コンタクトスルーホール81の開口が完了する。最後に、画素電極となる透明導電膜をスパッタリングで成膜し、所定のパターンにフォトリソ工程にて加工し、画素電極79とドレイン電極77の接続を行い、TFTの上にカラーフィルタを形成したアクティブマトリクス基板を形成することができる。
【0018】しかし、本発明者が、この方法を検討したところ、樹脂ブラックマトリクスの遮光性を向上させるために、OD(Optical Density)値の大きな、具体的にはOD値3以上の樹脂ブラックマトリクス材料を使用したり、樹脂ブラックマトリクスの膜厚を厚くする、具体的には膜厚1.2μm以上にすると、露光工程のアライメントマークの検出が出来なくなるという問題があった。これは、OD値を大きくすると、露光アライメントレーザが樹脂ブラックマトリクスに吸収されてしまい、アライメントマークからの反射光が検出できないためであり、また、樹脂ブラックマトリクスの膜厚を厚くすると、アライメントマークの段差が平坦化されてしまい、露光アライメントレーザの回折光が検出できないためである。また、同様に、緑色フィルタ、青色フィルタの場合でも、膜厚を厚くする、具体的には膜厚1.2μm以上にすると、露光工程で露光アライメントレーザが吸収され、アライメントマークの検出が出来なくなるという問題があった。
【0019】これらの問題に影響されずにアクティブマトリクス基板の上にカラーフィルタ基板を形成する方法として、樹脂ブラックマトリクスを用いず金属遮光膜でブラックマトリクスを形成する方法が、従来の第3の実施例として、特開平8−122824号公報に提案されている。第3の実施例について図25、26を用いて詳細に説明する。
【0020】図25(a)に示すように、透明絶縁性基板101の上にチャネル保護型TFT10bを形成し、その上をパッシベーション膜108で覆う。
【0021】次に、図25(b)に示すように、パッシベーション膜108に画素電極と電気接続をとるためのコンタクトスルーホール111を開口する。この上に遮光性を有する金属膜、例えばMo、Cr、Ti、Alなどをスパッタリング等の手段により、50〜1000nm程度の厚みで成膜し、所定の形状にパターニングしてブラックマトリクス115’に加工する。この時、ブラックマトリクス115と下地配線との重ね合わせが重要であるが、ブラックマトリクス115’を形成するためのマスク121とアクティブマトリクス基板110cの位置合わせは、図27(b)に示すように行われる。この場合、ブラックマトリクス115は金属膜であるため、位置合わせするためのアライメントマークの読み取りは反射光によってではなく、アライメントマークの段差による回折光によって認識される。アライメントマークはドレイン層アライメントマーク123bを用いる。
【0022】次に、図25(c)に示すように、顔料分散型の感光性赤色レジスト113aをスピンコート法で約1.2μmの厚さに塗布し、フォトリソ工程により赤色フィルタ113a’を所定のパターンに形成する。この時、赤色フィルタ113a’を形成するためのマスク121とアクティブマトリクス基板110cの位置合わせは図27(c)に示すように行われる。アライメントマークはドレイン層アライメントマーク123bを用いる。赤色レジスト113aはアライメントマークの読み取りに用いられる露光アライメントレーザ(He−Ne)をほとんど吸収しないため、赤色レジスト113aの膜厚に依らずドレイン層アライメントマーク123bからの反射光でアライメントマークの読み取りができる。
【0023】次に、図26(a)に示すように、緑色フィルタ113b’を形成するため、顔料分散型の感光性緑色レジスト113bをスピンコート法で約1.2μmの厚さに塗布し、フォトリソ工程により緑色フィルタ113b’を所定のパターンに形成する。この時、緑色フィルタ113b’を形成するためのマスク121とアクティブマトリクス基板110cの位置合わせは図28(a)に示すように緑色レジスト113bを通して行われる。アライメントマークはドレイン層アライメントマーク123bを用いる。
【0024】次に、図26(b)に示すように、青色フィルタを形成するため、顔料分散型の感光性青色レジスト113cをスピンコート法で約1.2μmの厚さに塗布し、フォトリソ工程により青色フィルタ113c’を所定のパターンに形成する。この時、青色レジストを形成するためのマスク121とアクティブマトリクス基板110cの位置合わせは図28(b)に示すように青色レジスト113cを通して行われる。アライメントマークはドレイン層アライメントマーク123bを用いる。
【0025】次に、図26(c)に示すように、ブラックマトリクス115’、赤色フィルタ113a’、緑色フィルタ113b、青色フィルタ113c’を形成したTFT基板の上に、TFT基板を平坦化するためのオーバーコート層114を約3μmの厚さに形成する。オーバーコート層には、感光性アクリル樹脂を用い、スピンコート法で塗布した後、フォトリソ工程によりコンタクトスルーホール161部のオーバーコート層の開口を行う。最後に、画素電極109となる透明導電膜をスパッタリングで成膜し、所定のパターンにフォトリソ工程にて加工し、画素電極109とドレイン電極107の接続を行う。
【0026】以上の方法でTFTの上にカラーフィルタを形成したアクティブマトリクス基板を有する液晶表示装置を製造することができる。しかし、第3の実施例の方法では、ブラックマトリクスに金属遮光膜が使われているため、対向基板側から入射する室内光が金属遮光膜で反射し良好な表示特性が得られないという問題があった。また、導電膜をTFTの上や配線の上に形成するため容量結合が発生するという問題があった。これらフォトリソ工程で色層をTFTの上に形成する方法に対して、従来の第4の実施例として、例えば、特開平7−72473には電着法で色層をTFTの上に形成する方法が提案されている。その製造方法を図29を用いて説明する。
【0027】まず、図29(a)に示すように、透明絶縁性基板121の上に多結晶シリコン膜153、ゲート絶縁膜123、ゲート電極122a、層間絶縁膜151、ソース配線126b、下地電極152等を半導体プロセスにより集約的に形成する。そして、下地電極152以外の部分をレジスト137aでカバーする。このカバーされた領域にはTFTのドレイン側コンタクト部141も含まれる。
【0028】次に、図29(b)に示すように、緑色の画素に対応するソース配線126bを電気的に選択し、電着処理を施すと下地電極152に整合して緑色の電着膜からなる緑色フィルタ133b’が形成される。この電着処理は、緑色に着色した電着溶液が入った槽に被塗物を浸漬し、対極板との間に適当な条件下で直流電流を通電し、被塗物に着色された電着膜を形成するものである。一旦成膜された電着膜はプリベークを施すことにより通電性を失う。電着溶液は着色顔料を分散した高分子樹脂の水溶液または水分散液であり、例えばカルボキシル基を有するポリエステル樹脂を有機アミンで中和したアニオン型を用いることができる。また着色材としては有機顔料を使用し精密分散にてカラーフィルタの品質を確保している。
【0029】次に、図29(c)に示すように、赤色の画素に対応するソース配線を電気的に選択し、赤色の電着液に浸漬し赤色フィルタ133a’を形成する。この時、先に形成した緑色の電着膜はプリベークにより導電性を失っているので赤色の電着膜が重ねて付着する惧れはない。同様の方法で青色に着色された電着膜も対応する画素領域に形成される。RGB三原色のカラーフィルタが全て成膜された段階で本焼成を行う。
【0030】次に、図30(a)に示すように、使用済みになったレジスト137aを剥離し、下地電極152のドレイン側コンタクト部141を露出させ、各カラーフィルタに整合して画素電極129をパターニング形成する。この画素電極129はドレイン側コンタクト部141を介してTFTのドレイン電極127に電気接続している。
【0031】次に、図30(b)に示すように、RGBカラーフィルタを遮光膜として背面露光法によりブラックマトリクス135’を部分的に形成する。この背面露光法はRGBカラーフィルタを紫外線の遮光膜として活用し、RGBカラーフィルタ間のギャップ部に整合して主基板の上にブラックマトリクス135’を設けるものである。なお遮光性のソース配線126bの上にはブラックマトリクスは形成されない。
【0032】最後に、図30(c)に示すように、主基板平坦化のため、全てのソース配線を選択した状態でブラックの電着液に浸漬し、ソース配線126b上に他のブラックマトリクス155’を堆積する。
【0033】以上の方法でTFTの上に電着法でカラーフィルタを形成したアクティブマトリクス基板を有する液晶表示装置を製造することができる。しかし、この電着法によりTFTの上にカラーフィルタを形成する場合、ソース配線に通電するための引きまわし配線が必要であり、設計上の自由度が大幅に狭まり、高精細TFTの製造には適していないという問題点があった。
【0034】
【発明が解決しようとする課題】上記に説明した従来のアクティブマトリクス基板の製造方法の問題点をまとめると、以下のようになる。
【0035】まず、従来の第1の実施例では、カラーフィルタ基板とアクティブマトリクス基板の重ね合わせ精度を考慮すると、ブラックマトリクスによる遮光領域を大きく取らなければならず、液晶表示装置の開口率が小さくなってしまい、バックライトが有効に利用されない。
【0036】次に、従来の第2の実施例については、OD値3以上の樹脂ブラックマトリクス材料を使用したり、樹脂ブラックマトリクスの膜厚を厚くすると、露光工程のアライメントマークの検出が出来なくなるという問題があった。これは、OD値を大きくすると、露光アライメントレーザが樹脂ブラックマトリクスに吸収されてしまい、アライメントマークからの反射光が検出できないためであり、また、樹脂ブラックマトリクスの膜厚を厚くすると、アライメントマークの段差が平坦化されてしまい、露光アライメントレーザの回折光が検出できないためである。また、同様に、緑色フィルタ、青色フィルタの場合でも、膜厚を厚くすると、露光工程で露光アライメントレーザが吸収され、アライメントマークの検出が出来なくなるという問題がある。
【0037】次に、従来の第3の実施例については、ブラックマトリクスに金属遮光膜が使われているため、対向基板側から入射する室内光が金属遮光膜で反射し良好な表示特性が得られないという問題があった。また、導電膜をTFTの上や配線の上に形成するため容量結合が発生するという問題がある。
【0038】最後に、従来の第4の実施例については、そこに示された電着法によりTFTの上にカラーフィルタを形成する場合、ソース配線に通電するための引きまわし配線が必要であり、設計上の自由度が大幅に狭まり、高精細TFTの製造には適していないという問題点がある。
【0039】本発明の目的は、薄膜トランジスタを搭載したアクティブマトリクス基板側に色層を形成する場合に、これらの製造工程において用いられる材料を利用して位置精度の良い色層パターンを形成し、開口率の向上、歩留まりの向上を実現できるアライメントマーク及びそれを用いたアクティブマトリクス基板の製造方法を提供することにある。
【0040】
【課題を解決するための手段】本発明のアライメントマークの第1の構造は、基板と、前記基板の上方に形成された第1アライメントマークと、前記第1アライメントマークを覆う第2アライメントマークと、からなり、前記第2アライメントマークが目合わせ用光を透過し、前記第1アライメントマークが目合わせ用光を反射することにより後工程の目合わせ基準となることを特徴とし、前記目合わせ用光がレーザ光であり、前記第2アライメントマークが赤色フィルタであり、又、前記第2アライメントマークが1μm以上の厚さに形成される、というものである。
【0041】本発明のアライメントマークの第2の構造は、基板と、前記基板の上方に形成された第1アライメントマークと、前記第1アライメントマークの近傍に設けられた第3アライメントマークと、からなり、前記第3アライメントマークは前記第1アライメントマークを基準にして形成されており、前記第3アライメントマークが、目合わせ用光が前記第3アライメントマークにより形成される段部において回折することにより後工程の目合わせ基準となることを特徴とし、前記目合わせ用光がレーザ光であり、前記第3アライメントマークが赤色フィルタであり、又、前記第3アライメントマークが1μm以上の厚さに形成され、更には、前記第1アライメントマークが、薄膜トランジスタのソース・ドレイン電極と同じ材料で前記ソース・ドレイン電極の下地膜と同じ下地膜上に設けられる、というものである。
【0042】本発明のアライメントマークの第3の構造は、基板と、前記基板の上方に形成された第4アライメントマークと、前記第4アライメントマークの上に設けられた第5アライメントマークと、からなり、前記第4アライメントマークと前記第5アライメントマークとの厚さの合計が0.5μm以上の厚さに形成されることを特徴とし、前記第4アライメントマークが、薄膜トランジスタを構成する半導体層と同じ材料で前記半導体層の下地膜と同じ下地膜上に設けられた半導体層からなり、前記第5アライメントマークが、前記薄膜トランジスタを構成するソース・ドレイン電極と同じ材料からなる、というものである。
【0043】本発明のアライメントマークの第1の製造方法は、基板上にゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体薄膜、ソース・ドレイン電極を少なくとも含む薄膜トランジスタを形成し、前記薄膜トランジスタを構成する前記ゲート電極、前記半導体膜、前記ソース・ドレイン電極のうち少なくとも一つの材料と同じ材料を用いて、前記薄膜トランジスタ形成領域以外の領域に前記ゲート電極、前記半導体膜、前記ソース・ドレイン電極の形成と同時にアライメント基準マークを形成し、前記アライメント基準マークを覆ってその上方に赤色フィルタからなる赤色フィルタアライメント基準マークを形成し、この後、前記赤色フィルタアライメント基準マーク下の前記アライメント基準マークを基準として後工程パターンの目合わせを行うことを特徴とし、前記アライメント基準マークが、遮光性のソース・ドレイン電極の形成と同時に形成され、前記目合わせが前記アライメント基準マークによる光の反射により行われる、というものである。
【0044】本発明のアライメントマークの第2の製造方法は、基板上にゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体薄膜、ソース・ドレイン電極を少なくとも含む薄膜トランジスタを形成し、前記薄膜トランジスタを構成する前記ゲート電極、前記半導体膜、前記ソース・ドレイン電極のうち少なくとも一つの材料と同じ材料を用いて、前記薄膜トランジスタ形成領域以外の領域に前記ゲート電極、前記半導体膜、前記ソース・ドレイン電極の形成と同時にアライメント基準マークを形成し、前記アライメント基準マークを基準として前記薄膜トランジスタ形成領域以外の領域に在って前記アライメント基準マークから離間した領域に赤色フィルタからなる赤色フィルタアライメント基準マークを形成し、この後、前記赤色フィルタアライメント基準マークを基準として後工程パターンの目合わせを行うことを特徴とし、前記目合わせが、前記赤色フィルタアライメント基準マークにより形成される段部における光の回折光により行われる、というものである。
【0045】本発明のアライメントマークの第3の製造方法は、基板上にゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体薄膜、ソース・ドレイン電極を少なくとも含む薄膜トランジスタを形成し、前記薄膜トランジスタを構成する前記半導体膜及び前記ソース・ドレイン電極と同じ材料を用いて、前記薄膜トランジスタ形成領域以外の領域に前記半導体膜及び前記ソース・ドレイン電極からなる積層構造アライメント基準マークを形成し、この後、前記積層構造アライメント基準マークを基準として後工程パターンの目合わせを行うことを特徴とし、前記半導体膜は、下層が活性半導体膜、上層がオーミック半導体膜により形成され、又、前記目合わせが、前記積層構造アライメント基準マークにより形成される段部における光の回折光により行われる、というものである。
【0046】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を説明する前に、まず、本発明の特徴を下記項目順に説明しておく。
【0047】(1)本発明の第1の特徴本発明の第1の特徴の構造は、カラーレジスト、樹脂ブラックマトリクスを用いてTFT基板上にカラーフィルタを形成するアクティブマトリクス基板において、カラーフィルタ、樹脂ブラックマトリクスの形成順序を赤色フィルタの形成から行い、且つアクティブマトリクス基板上に設けられたアライメントマークの上に、アライメントマークを覆うように赤色フィルタを孤立パターンで残すことである。
【0048】図3(b)は、図3(a)で構成される画素表示領域の外側に設けられた露光アライメントマーク部の断面図であり、本発明の特徴が最も良く表れている図である。透明絶縁性基板1の上にゲート絶縁膜3が形成される。その上にドレイン金属層で形成されたドレイン層アライメントマーク23bが設けられ、そのドレイン層アライメントマーク23bを覆う領域に赤色フィルタ13aが孤立して設けられている。さらにそれらを覆うようにオーバーコート層14が形成されているが、このオーバーコート層はパターニングにより除去されていても構わない。本実施例では、ドレイン金属層で形成されたドレイン層アライメントマーク23bを用いているが、ゲート金属層で形成されたゲート層アライメントマークであっても構わない。
【0049】本発明の第1の特徴の製造方法は、図4〜7に示される。図4(b)に示すように、赤色顔料をアクリル系樹脂に分散させたネガ型光硬化性カラーレジストを、スピンコート法で基板上に塗布する。膜厚は約1.2μm程度になるようスピン回転数を調整する。次にホットプレートで80℃/2分プリベークを行い、露光した後、TMAH(テトラメチルアンモニウムヒドロオキサイド)液で現像し、対応する部分に赤色フィルタ13aを形成する。その際、後の工程でドレイン電極7と画素電極9を接続するためのコンタクトスルーホールを形成する領域には、赤色フィルタを設けず開口12を設ける。この開口の大きさは、少なくともコンタクトスルーホールが含まれる程度の大きさである。次にクリーンオーブンで220℃/60分焼成を行い、赤色フィルタ13aを硬化させる。この赤色フィルタ13aの露光工程では、図6(b)に示すように、画素領域周辺に設けられた露光用アライメントマーク部は赤色フィルタ13aで覆われ、露光時のマスク位置合わせは赤色フィルタ13aを介してドレイン層アライメントマーク23bを読み取る必要がある。赤色フィルタ13aは膜厚が1μm以上あるため、アライメントマークによる凹凸を平坦化してしまい、段差によるアライメントマークの読み取りを不可能にしている。しかし、赤色フィルタ13aは、アライメントマークの読み取りに用いられるレーザ光(He−Ne、波長633nm)を十分透過させることができるため、赤色フィルタ13aの膜厚が1μm以上あっても下のドレイン層アライメントマーク23bを検出することが出来る。このパターニング工程により、図6(c)に示すように、ドレイン層アライメントマーク23bの上に孤立した赤色フィルタ13aを形成する。孤立した赤色フィルタ13aは、ドレイン層アライメントマーク13aを覆い、且つ、必要最小限度の大きさにする必要がある。
【0050】次に、図4(c)に示すように、赤色フィルタ13a形成と同様の方法で緑色フィルタ13bを形成し、オーブンで220℃/60分の焼成を行うと緑色フィルタ13bが得られる。この緑色フィルタ13bの露光工程では、図6(c)に示すように、ドレイン層アライメントマーク23bの上に形成された孤立した赤色フィルタ13aを緑色フィルタ13bが覆っており、孤立した赤色フィルタ13aを含むドレイン層アライメントマーク23bを平坦化している。緑色フィルタ13bで、孤立した赤色フィルタ13aを含むドレイン層アライメントマーク23bを平坦化するためには、前述したように孤立した赤色フィルタ13aが必要最小限度の大きさである必要があり、5mm角以内或いは直径5mm以内の円である必要がある。このように緑色フィルタ13bで、孤立した赤色フィルタ13aを含むドレイン層アライメントマーク23bを平坦化することで、1μm以上ある緑色フィルタ13bが孤立した赤色フィルタ13a上では1μm以下の膜厚しか形成されず、露光アライメントレーザの吸収を減少させることができ、ドレイン層アライメントマーク23bからの露光アライメントレーザの反射光を読み取ることが出来る。図4(d)、図5(e)、図6(d)、図6(e)に示すように、青色フィルタ13c、ブラックマトリクス15の形成も同様に行うことができる。本発明により、ブラックマトリクスのOD値やカラーフィルタの膜厚に関係なく、露光アライメントマークの検出を容易に行うことができる。
【0051】(2)本発明の第2の特徴本発明の第2の特徴の構造は、カラーレジスト、樹脂ブラックマトリクスを用いてTFT基板上にカラーフィルタを形成するアクティブマトリクス基板において、カラーフィルタ、樹脂ブラックマトリクスの形成順序を赤色フィルタの形成から行い、且つ赤色フィルタの形成時に赤色フィルタ層でアライメントマークを形成することである。
【0052】本発明の第2の特徴の製造方法は、図7、8に示される。図7は、本発明の第2の特徴を示したアライメントマーク部の断面図であり、図8は、その製造工程図である。図8(b)に示すように、赤色顔料をアクリル系樹脂に分散させたネガ型光硬化性カラーレジストを、スピンコート法で基板上に塗布する。膜厚は約1.2μm程度になるようスピン回転数を調整する。次にホットプレートで80℃/2分プリベークを行い、露光した後、TMAH(テトラメチルアンモニウムヒドロオキサイド)液で現像し、対応する部分に赤色フィルタ13aを形成する。この赤色フィルタ13aの露光工程で、赤色フィルタ13a層は露光アライメントレーザを十分透過させるため、赤色フィルタ13a層の下にあるドレイン層アライメントマーク23bの読み取りは容易に行われる。この露光工程で、赤色フィルタ層により赤色フィルタ層アライメントマーク24を形成する。この赤色フィルタ層アライメントマーク24は、線幅10μm程度で形成し、膜厚は赤色フィルタ13aと同じ約1.2μm程度になるように形成される。
【0053】次に、赤色フィルタ13a形成と同様の方法で緑色フィルタ13bを形成し、オーブンで220℃/60分の焼成を行うと緑色フィルタ13bが得られる。この緑色フィルタ13bの露光工程では、図8(c)に示すように、パッシベーション膜8上に形成された赤色フィルタ層アライメントマーク24を緑色フィルタ13bが覆っており、約1.2μmの高さのある赤色フィルタ層アライメントマーク24上に形成される緑色フィルタ13bは、その凹凸を十分平坦化できない。これにより、緑色フィルタ13bの露光工程では、赤色フィルタ13a層で形成された赤色フィルタ層アライメントマーク24の段差によりアライメントマークを読み取ることができる。図8(d)、図8(e)に示すように、青色フィルタ13c、ブラックマトリクス15も同様の方法で形成することができる。本発明の第3の特徴は、カラーレジスト、樹脂ブラックマトリクスを用いてTFT基板上にカラーフィルタを形成するアクティブマトリクス基板において、カラーフィルタ、樹脂ブラックマトリクスを形成する露光工程で用いるアライメントマークの下に凹凸を設けることである。
【0054】(3)本発明の第3の特徴本発明の第2の特徴の製造方法は、図9、10に示される。図9は、本発明の第3の特徴を示すアライメントマーク部の断面図であり、図10は、その製造工程図である。図4(a)、図10(a)に示すように、例えばガラス等の透明性絶縁基板1上にチャネルエッチ型TFT10aを形成する。この形成方法は、従来と同様に、次のように行うことができる。透明絶縁性基板1上にスパッタリングによってAl、Mo、Crなどからなる導電層を100〜400nmの厚さで堆積し、フォトリソ工程によりゲート配線(図示なし)、ゲート電極2aおよび表示用の外部信号処理基板と接続されるゲート端子(図示なし)を形成する。
【0055】次に、シリコン窒化膜などからなるゲート絶縁膜3とアモルファスシリコンからなる半導体層4、n+アモルファスシリコンからなるオーミックコンタクト層5とをプラズマCVDによって、それぞれ400nm、300nm、50nm程度の厚さで連続的に積層し、半導体層4、オーミックコンタクト層5とを一括してパターニングする。このとき、半導体層4、オーミックコンタクト層5との積層パターンをドレイン層アライメントマーク23bが形成される領域に孤立パターンで残しておく。その大きさは、ドレイン層アライメントマーク23bがその上に形成することができる必要最小限度の大きさでよい。
【0056】次に、ゲート絶縁膜3およびオーミックコンタクト層5を覆うようにスパッタリングによってMo,Crなどを100〜200nmの厚さで堆積し、これをフォトリソ工程によりソース電極6a、ソース配線(図示なし)、ドレイン電極7、および表示用の外部信号処理基板に接続されるデータ端子(図示なし)を形成する。このとき、同一金属層でドレイン層アライメントマーク23bを、半導体層4、オーミックコンタクト層5との積層パターンで形成された孤立パターンの上に形成する。
【0057】次に、プラズマCVDによって、シリコン窒化膜などからなるパッシベーション膜8で覆い、赤色フィルタ13aを形成した後、緑色フィルタ13bを形成し、オーブンで220℃/60分の焼成を行うと緑色フィルタ13bが得られる。この緑色フィルタ13bの露光工程では、図10(c)に示すように、パッシベーション膜8下のドレイン層アライメントマーク23bの下には半導体層4とオーミックコンタクト層5の積層孤立パターンが形成されているため、その積層孤立パターンを含むドレイン層アライメントマーク23bの段差は0.5μm以上になる。このため、この上を覆う緑色フィルタ13bはこの段差分だけ薄く形成される。これにより、露光アライメントレーザが緑色フィルタ13bに完全には吸収されず、アライメントマークからの反射光を検出することが出来る。図10(d)、図10(e)に示すように、青色フィルタ13c、ブラックマトリクス15の形成も同様の方法で行うことができる。
【0058】以上で、本発明の第1〜3の特徴を説明したので、以下に、本発明の特徴に従った実施形態について説明する。
【0059】本発明の第1の実施形態を、液晶表示装置にスイッチング素子としてTFTを用いた例を示して説明する。
【0060】図1は、液晶表示装置におけるアクティブマトリクス基板の構成を示す回路図である。透明絶縁性基板の上にゲート配線2bおよびソース配線6bが互いに直交するように配置され、これらの信号線の交差部分に対応するようにTFT10および画素容量16が形成される。ゲート配線2bはTFT10のゲート電極に接続され、ゲート配線2bからゲート電極に入力される走査信号によって選択された画素に対応するTFT10が駆動される。ソース配線6bは、TFT10のソース電極に接続され、ソース電極へデータ信号を入力する。TFT10のドレイン電極には画素電極が接続される。各画素電極は隣接するゲート配線2bにゲート絶縁膜を介して重畳し付加容量電極の役割を果たしている。
【0061】図2は、画素部分の構成を示したものであり、同一図面に表すと重なり関係が不明瞭になるので、図2(a)に電極および配線等の平面図、図2(b)に画素電極、カラーフィルタ、ブラックマトリクス、コンタクトスルーホールのみの位置関係を示す平面図、を分けて示した。各々の画素電極9の下にオーバーコート層を挟んで対応するカラーフィルタ13が形成されている。また、ゲート配線2b上のパッシベーション膜の上にはブラックマトリクス15が形成され、TFTの遮光を兼ねている。このブラックマトリクス15はコンタクトスルーホール11の周囲には形成されていない。画素電極9はオーバーコート層14の開口部を介してドレイン電極7と接続されている。ブラックマトリクス15、カラーフィルタ13の下には、互いに直交するように複数のゲート配線2bと複数のソース配線6bが設けられ、それらゲート配線2b、ソース配線6bの交差部にはTFTが設けられ、このTFTのゲート電極2aにはゲート配線2bが接続され、ソース電極6aにはソース配線6bが接続され、ドレイン電極7にはオーバーコート層14、パッシベーション膜8を貫くコンタクトスルーホール11を介して画素電極9が接続されている。このTFTにはゲート配線2b、ゲート電極2aを通してスイッチング信号が、ソース配線6b、ソース電極6aを通して映像信号が入力され、画素電極9への電荷の書き込みが行われる。
【0062】図3(a)は、図2(a)の平面図に示した切断線A−A’で基板を切断したときの断面図である。透明絶縁性基板1上にゲート電極2aが設けられ、それらを覆うようにゲート絶縁膜3が形成される。その上にゲート電極2aと重畳するように半導体層4が設けられ、その半導体層4の中央部上で隔てられたソース電極6a、ドレイン電極7がオーミックコンタクト層5を介して半導体層4に接続されている。それらソース電極6aとドレイン電極7の間のオーミックコンタクト層はエッチング除去され、ソース電極6a、ドレイン電極7と半導体層4の間にのみオーミックコンタクト層5が設けられている。さらにオーミックコンタクト層5がエッチング除去されたチャネル部を含めて、これらを覆うようにパッシベーション膜8が設けられている。このようなTFTは一般にチャネルエッチ型と呼ばれている。このようにTFTをスイッチング素子として用いる場合は、ドレイン電極7が画素電極9と接続するための引き出し電極として働き、オーバーコート層14とパッシベーション膜8を貫通して設けられたコンタクトスルーホール11を通じてドレイン電極7と画素電極9が接続されている。パッシベーション膜8の上には、R、G、Bの各色層のカラーフィルタ13が画素表示領域に対応した部分に設けられているが、このコンタクトスルーホール11の周囲には、カラーフィルタ13が形成されておらず、カラーフィルタ13はコンタクトスルーホール11含む領域が開口された構成となっている。尚、図2(b)および図3(a)では、カラーフィルタ層に開口が設けられた形態になっているが、ブラックマトリクスの層の中に開口を設けてもよいし、断面でみたときに片側がカラーフィルタで他方側がブラックマトリクスになるように開口を設けてもよい。
【0063】また、図3(b)は、図3(a)で構成される画素表示領域の外側に設けられた露光アライメントマーク部の断面図であり、本発明の特徴が最も良く表れている図である。透明絶縁性基板1の上にゲート絶縁膜3が形成される。その上にドレイン金属層で形成されたドレイン層アライメントマーク23bが設けられ、そのドレイン層アライメントマーク23bを覆う領域に赤色フィルタ13aが孤立して設けられている。さらにそれらを覆うようにオーバーコート層14が形成されているが、このオーバーコート層14はパターニングにより除去されていても構わない。本実施形態では、ドレイン金属層で形成されたドレイン層アライメントマーク23bを用いているが、ゲート金属層で形成されたゲート層アライメントマークであっても構わない。
【0064】本発明は、画素電極とスイッチング素子の接続が、カラーフィルタまたはブラックマトリクス層を貫通して行われるような液晶表示装置であれば適用することが可能であり、スイッチング素子としては特に制限はなく、TFTに限らずMIM、ダイオード等であってもよく、また、TFTとしてもゲート電極が下に位置するような逆スタガード型でなくとも、順スタガード型であってもよい。
【0065】また、本発明の液晶表示装置では、上記以外の構成については特に制限はなく、例えば液晶材料、配向膜、対向基板、対向電極等は、アクティブマトリクス型液晶表示装置一般に用いられるように構成すればよい。また、各色のカラーフィルタは、フルカラー表示のための一般的な赤(R)、緑(G)、青(B)の3色で構成するが、適宜変更することもできる。
【0066】次に、本発明の第1の実施形態の製造方法を、図3(a)、(b)に対応する領域の断面図を、パッシベーション膜8の形成以降の製造フローに注目して説明する。図4、図5および図3(b)の断面図に対応する工程図、図6を用いて説明する。図4、図5は画素表示領域の製造方法を、図6は露光アライメントマーク部の製造方法を示している。
【0067】図4(a)に示すように、例えばガラス等の透明性絶縁基板1上にチャネルエッチ型TFT10aを形成する。この形成方法は、従来と同様に、次のように行うことができる。透明絶縁性基板1上にスパッタリングによってAl、Mo、Crなどからなる導電層を100〜400nmの厚さで堆積し、フォトリソ工程によりゲート配線(図示なし)、ゲート電極2aおよび表示用の外部信号処理基板と接続されるゲート端子(図示なし)を形成する。次に、シリコン窒化膜などからなるゲート絶縁膜3とアモルファスシリコンからなる半導体層4、n+アモルファスシリコンからなるオーミックコンタクト層5とをプラズマCVDによって、それぞれ400nm、300nm、50nm程度の厚さで連続的に積層し、半導体層4、オーミックコンタクト層5とを一括してパターニングする。次に、ゲート絶縁膜3およびオーミックコンタクト層5を覆うようにスパッタリングによってMo,Crなどを100〜200nmの厚さで堆積し、これをフォトリソ工程によりソース電極6a、ソース配線(図示なし)、ドレイン電極7、および表示用の外部信号処理基板に接続されるデータ端子(図示なし)を形成すると共に、TFTのチャネル部となるソース電極6a、ドレイン電極7下以外の不要なオーミックコンタクト層5を除去する。次に、TFTのバックチャネル、ソース電極6a、ソース配線(図示なし)、ドレイン電極7、データ端子(図示なし)を覆うようにプラズマCVDによりシリコン窒化膜などの無機膜からなるパーシベーション膜8を100〜200nm程度の厚さで成膜する。
【0068】次に、図4(b)に示すように、赤色顔料をアクリル系樹脂に分散させたネガ型光硬化性カラーレジストを、スピンコート法で基板上に塗布する。膜厚は約1.2μm程度になるようスピン回転数を調整する。次にホットプレートで80℃/2分プリベークを行い、露光した後、TMAH(テトラメチルアンモニウムヒドロオキサイド)液で現像し、対応する部分に赤色フィルタ13a’を形成する(図4(c))。その際、後の工程でドレイン電極7と画素電極9を接続するためのコンタクトスルーホールを形成する領域には、赤色フィルタを設けず開口12を設ける。この開口の大きさは、少なくともコンタクトスルーホールが含まれる程度の大きさである。次にクリーンオーブンで220℃/60分焼成を行い、赤色フィルタ13a’を硬化させる。この赤色フィルタ13a’を形成する露光工程では、図4(b)に示すように、画素領域周辺に設けられた露光用アライメントマーク部は赤色フィルタ13aで覆われ、露光時のマスク位置合わせは赤色フィルタ13aを介してドレイン層アライメントマーク23bを読み取る必要がある。赤色フィルタ13aは膜厚が1μm以上あるため、アライメントマークによる凹凸を平坦化してしまい、段差によるアライメントマークの読み取りを不可能にしている。しかし、赤色フィルタ13aは、アライメントマークの読み取りに用いられるレーザ光(He−Ne、波長633nm)を十分透過させることができるため、赤色フィルタ13aの膜厚が1μm以上あっても下のドレイン層アライメントマーク23bを検出することが出来る。このパターニング工程により、図4(c)に示すように、ドレイン層アライメントマーク23bの上に孤立した赤色フィルタ13a’を形成する。孤立した赤色フィルタ13a’は、ドレイン層アライメントマーク23bを覆い、且つ、必要最小限度の大きさにする必要がある。
【0069】次に、図5(a)に示すように、赤色フィルタ13a’形成と同様の方法で緑色フィルタ13bを形成し、オーブンで220℃/60分の焼成を行うと緑色フィルタ13b’が得られる(図5(b))。この緑色フィルタ13b’を形成する露光工程では、図5(a)に示すように、ドレイン層アライメントマーク23bの上に形成された孤立した赤色フィルタ13a’を緑色フィルタ13bが覆っており、孤立した赤色フィルタ13a’を含むドレイン層アライメントマーク23bを平坦化している。緑色フィルタ13bで、孤立した赤色フィルタ13a’を含むドレイン層アライメントマーク23bを平坦化するためには、前述したように孤立した赤色フィルタ13a’が必要最小限度の大きさである必要があり、5mm角以内或いは直径5mm以内の円である必要がある。このように緑色フィルタ13bで、孤立した赤色フィルタ13a’を含むドレイン層アライメントマーク23bを平坦化することで、1μm以上ある緑色フィルタ13bが孤立した赤色フィルタ13a’上では1μm以下の膜厚しか形成されず、露光アライメントレーザの吸収を減少させることができ、ドレイン層アライメントマーク23bからの露光アライメントレーザの反射光を読み取ることが出来る。
【0070】次に、図5(c)、図6(a)に示すように、青色フィルタ13c’の形成も同様の方法で形成する。また、青色フィルタ13c’を形成する露光工程は、図5(c)に示すように緑色フィルタ13b’の形成と同様の方法で行われる。また、周辺アライメントマークの読み取りも図5(c)に示すように緑色フィルタと同様の方法で行われる。
【0071】次に、図6(b)、(c)に示すように、カラーフィルタの形成後、ブラックマトリクス15’を形成する。ブラックマトリクス15’はアクリル樹脂にカーボンあるいは顔料を分散させた感光性樹脂ブラックマトリクスを用いる。本実施形態では、粘度20cp程度の材料を使いスピンコート法で前記基板上に約1.5μmの膜厚に形成し、コンタクトスルーホール上には設けない。また、ブラックマトリクス15’を形成する露光工程は、図6(b)に示すように緑色フィルタ13b’、青色フィルタ13c’の形成と同様の方法で行われる。
【0072】次に、図7(a)に示すように、平坦化のため例えばアクリル系の透明の感光性樹脂を塗布し、露光・現像によりコンタクトスルーホール11の部分に開口を有するパターン状に形成し、更に220℃/60分焼成を行い硬化させることでオーバーコート層14を形成する。
【0073】続いて、ノボラック系感光性レジストを塗布し、パターニング後ノボラック系感光性レジストをマスクとしてパッシベーション膜8のエッチングしてコンタクトスルーホール11を形成する。またこのとき同時に、データ端子部(図示無し)上の不要なパッシベーション膜8とゲート端子部(図示無し)上の不要なパッシベーション膜とゲート絶縁膜も同時に除去する。
【0074】最後に、図7(b)に示すように、ノボラック系感光性レジストを剥離した後、オーバーコート層14、コンタクトスルーホール11から露出したドレイン電極上にスパッタ法でITO等の透明導電膜を成膜し、パターニングして画素電極9を形成する。この時、膜厚は厚いほど良好なカバレッジが得られ、ドレイン電極7との電気的な接続が安定するが、透明導電膜に用いるITO(Indium−Tin−Oxide)膜の加工性を考慮すると約100nmの膜厚が適当である。その後、通常の方法に従って対向基板と重ね合わせ、液晶を注入して液晶表示装置を完成する。
【0075】以上の説明で、各色フィルタの厚さおよびブラックマトリクスの厚さは、使用する材料等によっても変わるが、一般的に用いられている材料を用いた場合、各色フィルタについては、塗布時の厚さが1.0〜2.5μm程度、ブラックマトリクスについては、塗布時の厚さが1.0〜2.5μm程度の厚さである。また、オーバーコート層は表面を平坦化できる程度の厚さがあればよく、通常は塗布時の厚さが2.0〜4.5μm程度の厚さである。
【0076】上記第1の実施形態を用いた第1の効果は、色層、ブラックマトリクスの露光アライメントマークの読み取りが精度良く行われ、パターンズレを防ぐことが出来るだけでなく、露光装置のアラオメントマーク検出エラーに伴う稼働率の低下を防ぐことができる。これは、色層、ブラックマトリクスの形成を赤色フィルタの形成から行い、その赤色フィルタ層でアライメントマークをカバーする孤立パターンを形成したことにより可能になる。
【0077】また、第2の効果は、露光アライメントマークの読み取りがブラックマトリクスの高OD化或いは色度の高純度化に対応可能になるため、色度域の広い、高コントラストの液晶表示装置を製造することが可能になる。
【0078】次に、本発明の第2の実施形態について、図8の露光アライメントマーク部の断面図と、図9、10の工程図を用いて説明する。
【0079】図9(a)については、第1の実施形態と同様なので説明は省略する。図9(b)に示すように、赤色顔料をアクリル系樹脂に分散させたネガ型光硬化性カラーレジストを、スピンコート法で基板上に塗布する。膜厚は約1.2μm程度になるようスピン回転数を調整する。次にホットプレートで80℃/2分プリベークを行い、露光した後、TMAH(テトラメチルアンモニウムヒドロオキサイド)液で現像し、対応する部分に赤色フィルタ13aを形成する。この赤色フィルタ13aの露光工程で、赤色フィルタ13a層は露光アライメントレーザを十分透過させるため、赤色フィルタ13a層の下にあるドレイン層アライメントマーク23bの読み取りは容易に行われる。この露光工程で、図8に示すように、赤色フィルタ層により赤色フィルタ層アライメントマーク24を形成する。この赤色フィルタ層アライメントマーク24は、線幅10μm程度で形成し、膜厚は赤色フィルタ13aと同じ約1.2μm程度になるように形成される。
【0080】次に、赤色フィルタ13a形成と同様の方法で緑色フィルタ13bを形成し、オーブンで220℃/60分の焼成を行うと緑色フィルタ13bが得られる。この緑色フィルタ13bの露光工程では、図9(c)に示すように、パッシベーション膜8上に形成された赤色フィルタ層アライメントマーク24を緑色フィルタ13bが覆っており、約1.2μmの高さのある赤色フィルタ層アライメントマーク24上に形成される緑色フィルタ13bは、その凹凸を十分平坦化できない。これにより、緑色フィルタ13bの露光工程では、赤色フィルタ13a層で形成された赤色フィルタ層アライメントマーク24の段差によりアライメントマークを読み取ることができる。
【0081】次に、緑色フィルタ13b形成と同様の方法で青色フィルタ13cを形成し、オーブンで220℃/60分の焼成を行うと青色フィルタ13cが得られる。この青色フィルタ13cの露光工程では、図10(a)に示すように、緑色フィルタ13bと同様の方法でアライメントマークの読み取りが可能である。
【0082】次に、図10(b)に示すように、ブラックマトリクス15の形成も色層の形成と同様の方法で行われる。
【0083】以下、第1の実施形態と同様の方法により、本願提案の第2の実施形態のアクティブマトリクス基板を有する液晶表示装置を製造することができる。
【0084】次に、本発明の第3の実施形態を、図11のアライメントマーク部の断面図と、図12の工程図を用いて製造方法を説明する。
【0085】図4(a),図12(a)に示すように、例えばガラス等の透明性絶縁基板1上にチャネルエッチ型TFT10aを形成する。この形成方法は、従来と同様に、次のように行うことができる。透明絶縁性基板1上にスパッタリングによってAl、Mo、Crなどからなる導電層を100〜400nmの厚さで堆積し、フォトリソ工程によりゲート配線(図示なし)、ゲート電極2aおよび表示用の外部信号処理基板と接続されるゲート端子(図示なし)を形成する。
【0086】次に、シリコン窒化膜などからなるゲート絶縁膜3とアモルファスシリコンからなる半導体層4、n+アモルファスシリコンからなるオーミックコンタクト層5とをプラズマCVDによって、それぞれ400nm、300nm、50nm程度の厚さで連続的に積層し、半導体層4、オーミックコンタクト層5とを一括してパターニングする。このとき、図11に示すように、半導体層/オーミックコンタクト層積層パターン34をドレイン層アライメントマーク23bが形成される領域に孤立パターンで残しておく。その大きさは、ドレイン層アライメントマーク23bがその上に形成することができる必要最小限度の大きさでよい。
【0087】次に、ゲート絶縁膜3およびオーミックコンタクト層5を覆うようにスパッタリングによってMo,Crなどを100〜200nmの厚さで堆積し、これをフォトリソ工程によりソース電極6a、ソース配線6b、ドレイン電極7、および表示用の外部信号処理基板に接続されるデータ端子7a部を形成する。このとき、同一金属層でドレイン層アライメントマーク23bを、半導体層4、オーミックコンタクト層5との積層パターンで形成された孤立パターンの上に形成する。その後、TFTのチャネル部となるソース電極6a、ドレイン電極7下以外の不要なオーミックコンタクト層5を除去する。
【0088】次に、TFTのバックチャネル、ソース電極6a、信号配線6b、ドレイン電極7、データ端子7a部を覆うようにプラズマCVDによりシリコン窒化膜などの無機膜からなるパーシベーション膜8を100〜200nm程度の厚さで成膜する。
【0089】次に、図12(b)に示すように、赤色顔料をアクリル系樹脂に分散させたネガ型光硬化性カラーレジストを、スピンコート法で基板上に塗布する。膜厚は約1.2μm程度になるようスピン回転数を調整する。次にホットプレートで80℃/2分プリベークを行い、露光した後、TMAH(テトラメチルアンモニウムヒドロオキサイド)液で現像し、対応する部分に赤色フィルタ13aを形成する。この赤色フィルタ13aの露光工程で、赤色フィルタ13a層は露光アライメントレーザを十分透過させるため、赤色フィルタ13a層の下にあるドレイン層アライメントマーク23bの読み取りは容易に行われる。
【0090】次に、赤色フィルタ13a形成と同様の方法で緑色フィルタ13bを形成し、オーブンで220℃/60分の焼成を行うと緑色フィルタ13bが得られる。この緑色フィルタ13bの露光工程では、図12(c)に示すように、パッシベーション膜8下のドレイン層アライメントマーク23bの下には半導体層4とオーミックコンタクト層5の積層孤立パターンが形成されているため、その積層孤立パターンを含むドレイン層アライメントマーク23bの段差は0.5μm以上になる。このため、この上を覆う緑色フィルタ13bはこの段差分だけ薄く形成される。これにより、露光アライメントレーザが緑色フィルタ13bに完全には吸収されず、アライメントマークからの反射光を検出することが出来る。次に、緑色フィルタ13b形成と同様の方法で青色フィルタ13cを形成し、オーブンで220℃/60分の焼成を行うと青色フィルタ13cが得られる。この青色フィルタ13cの露光工程では、図13(a)に示すように、緑色フィルタ13bと同様の方法でアライメントマークの読み取りが可能である。
【0091】次に、図13(b)に示すように、ブラックマトリクス15の形成も色層の形成と同様の方法で行われる。
【0092】以下、第1の実施形態と同様の方法により、本願提案の第3の実施形態のアクティブマトリクス基板を有する液晶表示装置を製造することができる。
【0093】
【発明の効果】以上のように、本発明のアライメントマーク及びその製造方法に従えば、TFT側に色層を有するアクティブマトリックス基板の製造工程において、色層を構成する赤色フィルタの光透過性と段差を利用して精度の良い目合わせを行うことができるので、目合わせマージンの低減、開口率の向上が実現できる。又、赤色フィルタを用いなくても、TFTを構成する半導体層の段差を利用しても同様の効果が得られる。




 

 


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