CN103969869B - 液晶显示装置的制造方法及液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

一种液晶显示装置的制造方法及液晶显示装置，在形成将像素电路的薄膜晶体管与像素电极连接的通孔的情况下，减少有机绝缘膜上的无机绝缘膜的后退移动的量。液晶显示装置的制造方法包括：在薄膜晶体管的电极的上方形成具有第1孔的有机绝缘膜的工序；在有机绝缘膜的上方形成无机绝缘膜的工序；在第1孔的中心部之上形成具有第2孔的抗蚀膜的工序；使用抗蚀膜对无机绝缘膜进行干法刻蚀的工序；以及形成与被蚀刻后的无机绝缘膜的上表面接触的像素电极的工序。在进行干法刻蚀的工序中，使氟系气体及氧气的混合干法刻蚀气体的总流量为(腔室的容积)×(0.09～0.11)/分钟，使混合干法刻蚀气体中的氧气的比例为80％以上。

Description

液晶显示装置的制造方法及液晶显示装置

技术领域

本发明涉及液晶显示装置的制造方法及液晶显示装置。

背景技术

在近年来的液晶显示装置中，在各像素电路所包含的薄膜晶体管的上层设有有机绝缘膜的层，而且在有机绝缘膜的上层设有保护有机绝缘膜等的无机绝缘膜。另外，薄膜晶体管的电极和像素电极利用通孔而连接。

为了设置上述的液晶显示装置的通孔，按顺序进行以下工序：形成在通孔部分具有孔的有机绝缘膜的层的工序、在有机绝缘膜层的上层形成无机绝缘膜的层的工序、形成在通孔部分开有孔的抗蚀层的工序、和对无机绝缘膜进行蚀刻的工序。通过蚀刻工序，将通孔部分的无机绝缘膜除去，从而能够将之后形成的像素电极与薄膜晶体管电连接。另外，为了防止像素电极的破损，以在无机绝缘膜的端部设置正锥形的方式进行蚀刻。

在专利文献1中，公开有在薄膜晶体管与像素电极之间从下方开始按顺序设置下侧的无机绝缘膜的层、有机绝缘膜的层、及上侧的无机绝缘膜的层这三层的液晶显示装置、和贯穿这些层的通孔的形成方法的一例。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2011－59314号公报

发明内容

位于有机绝缘膜上侧的无机绝缘膜由于无法提高成膜温度所以容易变脆弱。因此，若在干法刻蚀时要在上侧的无机绝缘膜上形成正锥形，则该无机绝缘膜在平面方向上由于被蚀刻而产生的后退移动的量增多。因此，无机绝缘膜中的例如直到位于通孔外侧的部分也被除去。

另一方面，在智能手机等中使用的液晶显示面板的高分辨率化不断发展，存在在像素电路内通孔和其他结构要素之间的间隔变窄的倾向。因此，若无机绝缘膜被大范围地蚀刻，则会影响到其他结构要素。例如在通孔附近的有机绝缘膜和无机绝缘膜之间形成电极的情况下，该电极和像素电极会短路，容易产生像素缺陷。

本申请是鉴于上述课题而研发的，其目的在于，提供一种如下技术：在形成将像素电路的薄膜晶体管与像素电极连接的通孔的情况下，能够以在位于有机绝缘膜上的无机绝缘膜上形成正锥形的方式进行蚀刻，同时能够减少伴随该蚀刻的后退移动的量。

简单说明本申请中公开的发明中的代表性内容的概要，如下所述。

（1）一种液晶显示装置的制造方法，其特征在于，包括：在基板上形成薄膜晶体管的电极的工序；在所述薄膜晶体管的电极的上方形成具有第1孔的有机绝缘膜的工序；在所述有机绝缘膜的上方形成无机绝缘膜的工序；在所述第1孔的中心部之上形成具有第2孔的抗蚀膜的工序；使用所述抗蚀膜对所述无机绝缘膜进行干法刻蚀的工序；除去所述抗蚀膜的工序；以及形成与所述被蚀刻后的无机绝缘膜的上表面接触的像素电极的工序，在进行所述干法刻蚀的工序中，使氟系气体及氧气的混合干法刻蚀气体的总流量为（腔室的容积）×（0.09～0.11）/分钟，使所述混合干法刻蚀气体中的所述氧气的比例为80%以上。

（2）如（1）所述的液晶显示装置的制造方法，其特征在于，还包括在所述有机绝缘膜与所述无机绝缘膜之间形成对置电极的工序，所述对置电极的上表面与所述无机绝缘膜接触，所述对置电极的下表面与所述有机绝缘膜接触，通过在所述对置电极与所述像素电极之间产生的电场来控制液晶的偏振。

（3）如（1）或（2）所述的液晶显示装置的制造方法，其特征在于，所述薄膜晶体管的电极是与该薄膜晶体管所包含的半导体膜的上表面电连接的金属。

（4）一种液晶显示装置，其特征在于，包括：薄膜晶体管，其包含半导体膜、和位于所述半导体膜的上层且与所述半导体膜电连接的电极膜；有机绝缘膜，其位于所述电极膜的上层，且形成有在俯视观察下与该电极膜重叠的第1孔；第2无机绝缘膜，其形成于所述有机绝缘膜的上方，具有在俯视观察下位于所述第1孔的内侧的第2孔，且在第2孔处具有锥形形状；像素电极，其位于所述第2无机绝缘膜的上方，且经由所述第1及第2孔与所述电极膜连接；以及对置电极，其形成于所述有机绝缘膜与所述第2无机绝缘膜之间，通过在该对置电极与所述像素电极之间产生的电场来控制液晶的偏振。

根据本发明，在将像素电路的薄膜晶体管与像素电极连接的通孔处，能够减少有机绝缘膜上的无机绝缘膜的后退移动的量。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的液晶显示装置的等效电路的一例的电路图。

图2是表示本发明的实施方式的阵列基板上的像素电路的局部俯视图。

图3是图2所示的像素电路的III－III剖面线处的剖视图。

图4是图2所示的像素电路的IV－IV剖面线处的剖视图。

图5A是表示抗蚀层形成后的阵列基板的剖视图。

图5B是表示蚀刻工序中途的阵列基板的剖视图。

图5C是表示蚀刻工序结束时的阵列基板的剖视图。

图6是表示像素电路的比较例的剖视图。

附图标记说明

CT公共电极，DL视频信号线，GL栅极信号线，PX像素电极，TR薄膜晶体管，XDV视频信号线驱动电路，YDV栅极扫描电路，DT漏电极，GI栅极绝缘膜，GT栅电极，IN1第1层间绝缘膜，IN2第2层间绝缘膜，PAS有机绝缘膜，PS半导体膜，ST源电极，SUB玻璃基板，TH1、TH2、TH3通孔，UI基底膜，CB腔室，LE下部电极，UE上部电极，PR抗蚀层，INA、INB、INC层间绝缘膜，SH短路部。

具体实施方式

以下，基于附图说明本发明的实施方式。对所出现的构成要素中的具有同一功能的要素标注相同的附图标记，并省略其说明。以下，说明将本发明应用于IPS方式的液晶显示装置的情况的例子。

本发明的实施方式的液晶显示装置构成为具有：阵列基板；与该阵列基板对置、且设有彩色滤光片的滤光片基板；在被这些基板夹持的区域中封入的液晶材料；和从阵列基板的外侧照射光的背光源。

图1是表示第1实施方式的液晶显示装置的等效电路的一例的电路图。在阵列基板上配置有多个栅极信号线GL、多个视频信号线DL、多个像素电极PX、多个公共电极CT、多个薄膜晶体管TR、视频信号线驱动电路XDV、栅极扫描电路YDV等。多个栅极信号线GL在阵列基板上的显示区域内排列并沿横向延伸，多个视频信号线DL在显示区域内排列并沿纵向延伸。这些视频信号线DL的一端与视频信号线驱动电路XDV连接，栅极信号线GL的一端与栅极扫描电路YDV连接。

被相邻的栅极信号线GL和相邻的视频信号线DL包围的部分是像素电路。多个像素电路排列成矩阵状。各像素电路包含薄膜晶体管TR、像素电极PX和公共电极CT。薄膜晶体管TR包含源电极ST、漏电极DT和栅电极GT。漏电极DT成为视频信号线DL的一部分，并与视频信号线驱动电路XDV电连接。源电极ST与像素电极PX连接。向公共电极CT供给公共电压。公共电压与通过各像素电路显示的亮度无关，是固定的电压，但也可以按固定时间（帧）而周期性地变化。

像素电极PX和公共电极CT隔着液晶而构成电容器。薄膜晶体管TR的栅电极GT是栅极信号线GL的一部分。若从栅极扫描电路YDV供给扫描脉冲的导通电压，则薄膜晶体管TR导通，与其相配合地，视频信号线驱动电路XDV向包含在被供给导通电压的像素电路中的像素电极PX供给视频信号的电位。由此，上述的电容器存储基于视频信号的电位与公共电压的电位差。通过由该电位差产生的电场来使液晶的透过率变化，从而控制各像素电路所透过的光量。此外，薄膜晶体管TR没有极性，源电极ST和漏电极DT的名称根据电压的朝向而方便地决定，因此这些配置和接入点也可以相反。

图2是表示本发明的实施方式的阵列基板上的像素电路的局部俯视图。图3是图2所示的像素电路的III－III剖面线处的剖视图，图4是图2所示的像素电路的IV－IV剖面线处的剖视图。薄膜晶体管TR是顶栅结构。在顶栅结构中，栅电极GT位于多晶硅的半导体膜PS的上方，该半导体膜PS中的位于栅电极GT之上的部分成为沟道。

在构成阵列基板的玻璃基板SUB上形成有基底膜UI，在基底膜UI之上形成有半导体膜PS。基底膜UI包含氧化硅层和氮化硅层，通过玻璃基板SUB的组成来防止半导体膜PS被污染。在半导体膜PS的上层以覆盖半导体膜PS的方式设有栅极绝缘膜GI。另外，在栅极绝缘膜GI的上层设有栅极信号线GL（栅电极GT）的层，沿图2的左右方向延伸。在栅极信号线GL的上层以覆盖栅极信号线GL的方式设有第1层间绝缘膜IN1，在第1层间绝缘膜IN1之上设有包含视频信号线DL和源电极ST的层。视频信号线DL沿图2的上下方向延伸，但在相邻的栅极信号线GL之间的部分处相对于上下方向稍微倾斜。栅极信号线GL、视频信号线DL、源电极ST是Al等的金属膜。第1层间绝缘膜IN1和栅极绝缘膜GI是无机绝缘膜。

从图2来看，源电极ST位于相邻的视频信号线DL的中央部，以下侧的部分与位于像素电路下侧的栅极信号线GL重叠的方式配置，其形状为大致矩形。另外，从图2来看，源电极ST的上侧的两个角呈被斜着切除的形状。第1层间绝缘膜IN1及栅极绝缘膜GI具有位于图2的源电极ST的左右方向的中央部且位于上侧的通孔TH1。源电极ST经由该通孔TH1而与半导体膜PS的源极侧的一端的上表面连接。

从图2来看，半导体膜PS从与通孔TH1连接的位置向下方延伸，在与栅极信号线GL交叉后向左侧延伸，进入视频信号线DL的下层而向上方延伸，再次与栅极信号线GL交叉。另外，在第1层间绝缘膜IN1及栅极绝缘膜GI中的、相邻的栅极信号线GL的中间部分设有通孔TH3，视频信号线DL经由该通孔TH3与半导体膜PS的漏极侧的一端的上表面连接。

半导体膜PS中的与栅极信号线GL交叉的部分成为薄膜晶体管TR的沟道区域，该部分的栅极信号线GL特别地作为薄膜晶体管TR的栅电极GT发挥作用。此外，也可以在半导体膜PS的下方形成有遮光膜。

在源电极ST的上层形成有有机绝缘膜PAS的层和第2层间绝缘膜IN2的层。有机绝缘膜PAS及第2层间绝缘膜IN2分别具有构成通孔TH2的孔。从图2来看，通孔TH2位于比源电极ST的中央稍靠右侧且位于栅极信号线GL的上侧的位置。对于有机绝缘膜PAS，使其上部平坦化，使位于其下侧的凸凹不显著。第2层间绝缘膜IN2主要包含氮化硅（SiN），而且孔的外周部分呈锥形形状。

另外，在有机绝缘膜PAS的层与第2层间绝缘膜IN2的层之间设有包含公共电极CT的层。公共电极CT在俯视观察下形成在相邻的栅极信号线GL之间的大致整个区域，但在通孔TH2与其外缘（图2中用单点划线包围的区域）处未形成公共电极CT。另外，第2层间绝缘膜IN2覆盖公共电极CT之上和通孔TH2的内周壁的至少一部分。

像素电极PX在通孔TH2的下部与源电极ST的上表面连接。另外，像素电极PX配置在被相邻的视频信号线DL和相邻的栅极信号线GL包围的区域中，像素电极PX为所谓的梳齿状。像素电极PX具有沿视频信号线DL延伸的多个线状的区域，而且，该多个线状的区域在两端与位于同一像素电路内的其他线状的区域连接。

接着，对以上说明的液晶显示装置的制造方法进行说明。首先，在玻璃基板SUB上形成包含氧化硅和氮化硅的层的基底膜UI。在形成基底膜UI后，层叠包含多晶硅的半导体的层，通过使该半导体的层形成图案而形成半导体膜PS。另外，对半导体膜PS进行离子掺杂。接着，在半导体膜PS的上层形成包含氧化硅等无机绝缘体的栅极绝缘膜GI。

接着，在栅极绝缘膜GI的上层形成由Al等金属构成的栅极信号线GL（栅电极GT）。在栅极绝缘膜GI的上层层叠包含氧化硅的第1层间绝缘膜IN1的层，通过对其一部分进行蚀刻而形成通孔TH1和通孔TH3。在形成通孔TH1、TH3后，层叠由Al构成的金属膜，通过使该金属膜形成图案而形成源电极ST和视频信号线DL。此外，关于以上说明的各层，可以根据需要改变材料。

在形成源电极ST等后，在源电极ST的上方形成具有构成通孔TH2的孔的有机绝缘膜PAS。有机绝缘膜PAS的孔是通过将感光性树脂材料涂布于阵列基板上、并使该感光性树脂材料曝光而形成的。

在有机绝缘膜PAS的上层层叠由ITO（Indium Tin Oxide，氧化铟锡）构成的导电膜的层，通过使该导电膜的层形成图案而形成公共电极CT。另外，通过CVD装置在公共电极CT的上层形成以比有机绝缘膜PAS的耐热温度低的温度成膜的氮化硅的层（以下记作“蚀刻对象层”）。此外，使蚀刻对象层成膜的温度比使与有机绝缘膜PAS相比位于下层的无机绝缘膜成膜的温度低。此外，蚀刻对象层的厚度为120纳米，但其厚度也可以不同。

接着，对蚀刻对象层进行蚀刻，形成构成通孔TH2的孔。以下，对该工序进行说明。

首先，为了准备蚀刻而形成抗蚀层PR（抗蚀膜）。在形成抗蚀层PR的工序中，首先涂布感光性树脂材料。该感光性树脂材料含有80～90%左右的丙二醇单甲醚乙酸酯作为溶剂，含有10%以上的感光性的酚醛树脂衍生物。另外，该感光性树脂材料含有1%到10%的苯甲醇，且重氮萘醌衍生物的浓度为5%以下。接着，为了除去溶剂而使阵列基板干燥，使其一部分曝光。由此，形成在相当于通孔TH2的中央的位置开有孔的抗蚀层PR。

在形成抗蚀层PR后，使用该抗蚀层PR进行对蚀刻对象层进行蚀刻的工序。在蚀刻的工序中，首先，在进行干法刻蚀的蚀刻装置的腔室CB内配置阵列基板。图5A是表示在形成抗蚀层PR后配置在腔室CB内的阵列基板的剖视图。在腔室CB的上部具有上部电极UE，在腔室CB的下部具有下部电极LE。阵列基板载置于下部电极LE上。

图5B是表示蚀刻工序的中途的阵列基板的剖视图。在将阵列基板配置于腔室CB内时，蚀刻装置使混合干法刻蚀气体从上部电极UE向下部电极LE流动，形成通孔TH2。该混合干法刻蚀气体是将氟系气体和氧气混合而成的，混合干法刻蚀气体中的氧气的比例为80%以上。另外，在使该混合干法刻蚀气体流动的工序中，使混合干法刻蚀气体的总流量为（腔室CB的容积）×（0.09～0.11）/分钟。图5C是表示蚀刻工序结束时的阵列基板的剖视图。

在进行该蚀刻时，通孔TH2部分的抗蚀层PR由于氧气而具有后退的倾向。由此，能够在第2层间绝缘膜IN2上形成正锥形。更具体而言，只要氧气浓度为80%以上就能够形成正锥形，但特别优选为85%到90%。此外，若超过95%，则难以控制蚀刻的进行方式，若不足80%，则难以形成正锥形。

另外，需要如上所述地使每分钟的混合干法刻蚀气体的总流量为腔室CB的容积的0.09倍到0.11倍的范围。若混合蚀刻气体的总流量比上述最低值少，则对蚀刻对象层进行蚀刻的速率显著变慢，生产率降低。另一方面，若总流量比上述最高值大，则相对于向下方蚀刻的速率，向横向蚀刻的速率变快。因此，后者会对周围的像素电路的构造物（在此为公共电极CT）产生不良影响，从而成品率降低。

在形成通孔TH2后，进行除去抗蚀层PR的工序。然后，形成与位于通孔TH2下表面的源电极ST接触的像素电极PX。像素电极PX由ITO构成，在俯视观察时，在距离通孔TH2一定距离以上的部分与公共电极CT重叠。

在形成像素电极PX后，在其上层形成取向膜，以与阵列基板对应的方式配置彩色滤光片基板。然后，在彩色滤光片基板与阵列基板之间填充液晶，在阵列基板上配置柔性基板等电路或其他光学部件而完成液晶显示面板。

图6是表示阵列基板所包含的像素电路的比较例的剖视图。在图6的例子中，为了形成通孔TH2而对层间绝缘膜INB和层间绝缘膜INC进行一次干法刻蚀，但在该蚀刻中不使用上述条件。为了不依赖抗蚀层PR的后退地形成锥形，在层间绝缘膜INC中的上侧的30纳米左右的厚度设有后退层。后退层比其下方的层更容易被蚀刻，由此形成锥形。

若使用这种蚀刻方法，则产生由于蚀刻而层间绝缘膜INC被沿横向除去的问题。由此，即使贯穿至源电极ST的孔的底部直径为d1，处于比通孔TH2的范围（直径为d2）宽的范围内的层间绝缘膜INC也会被除去，存在例如不存在覆盖公共电极CT的部分的情况。在这样的情况下，会产生像素电极PX与公共电极CT接触的短路部SH，从而无法进行像素的显示。

在图6所示的剖视图中，与图3和图4所示的剖视图不同，除相当于第1层间绝缘膜IN1的层间绝缘膜INA和相当于第2层间绝缘膜IN2的层间绝缘膜INC之外，在包含源电极ST的层与有机绝缘膜PAS的层之间还包含层间绝缘膜INB的层。但是，假设即使不存在层间绝缘膜INB，若要通过蚀刻的方法使通孔TH2的底部可靠地贯穿至源电极ST，则也会产生层间绝缘膜INC被除去的范围扩大这一问题。

另一方面，在本发明的实施方式的阵列基板中，第2层间绝缘膜IN2被除去的范围比图6小，收纳在通孔TH2的范围内。由此，即使将公共电极CT置于与比较例相比更靠近通孔TH2的位置，也能够防止短路的发生等。由此，不仅能够提高成品率，也能够缓和像素电路的设计的制约，容易实现像素电路的小型化和高分辨率化。

以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述结构。例如，也可以适用于不是IPS方式而是TN方式或VA方式等其他方式的液晶显示装置。这是因为，这些方式中也设置有上述的将薄膜晶体管TR与像素电极PX连接的构造。

Claims (3)

1.一种液晶显示装置的制造方法，其特征在于，包括：

在基板上形成薄膜晶体管的电极的工序；

在所述薄膜晶体管的电极的上方形成具有第1孔的有机绝缘膜的工序；

在所述有机绝缘膜的上方形成无机绝缘膜的工序；

在所述第1孔的中心部之上形成具有第2孔的抗蚀膜的工序；

使用所述抗蚀膜对所述无机绝缘膜进行干法刻蚀的工序；

除去所述抗蚀膜的工序；以及

形成与被蚀刻后的所述无机绝缘膜的上表面接触的像素电极的工序，

在进行所述干法刻蚀的工序中，使氟系气体及氧气的混合干法刻蚀气体的总流量为(腔室的容积)×(0.09～0.11)/分钟，使所述混合干法刻蚀气体中的所述氧气的比例为80％以上。

2.如权利要求1所述的液晶显示装置的制造方法，其特征在于，

还包括在所述有机绝缘膜与所述无机绝缘膜之间形成对置电极的工序，

所述对置电极的上表面与所述无机绝缘膜接触，所述对置电极的下表面与所述有机绝缘膜接触，

通过在所述对置电极与所述像素电极之间产生的电场来控制液晶的偏振。

3.如权利要求1或2所述的液晶显示装置的制造方法，其特征在于，

所述薄膜晶体管的电极是与该薄膜晶体管所包含的半导体膜的上表面电连接的金属。