JP2005123620A - 薄膜トランジスタ表示板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板上にゲート電極124を有するゲート線を形成し、ゲート線を覆うゲート絶縁膜を積層する。次に、ゲート絶縁膜上に半導体層151を形成し、半導体層と接するソース電極173を有するデータ線171及びゲート電極124と重畳するドレイン電極175を形成し、半導体層を覆う保護膜を形成し、ドレイン電極と接続される画素電極を形成する。この時、半導体層、データ線及びドレイン電極又は画素電極は、フォトエッチング工程の露光工程で感光膜を露光及び現像した感光膜パターンをエッチングマスクにしてパターニングし、ドレイン電極と重畳するゲート電極の境界線を、露光工程で感光膜を露光するスキャニング方向に対して直交して配置する。
【選択図】図1
Description
このような液晶表示装置用表示板の製造方法では、マスクを用いるフォトエッチング工程にてパターニングして配線若しくは接触孔などのパターンを形成するが、一つの母基板(マザーボード)には複数の表示装置用表示板が作られ、フォトエッチング工程によってパターンを完成した後には母基板を表示板からそれぞれ分離する。
本発明の目的は、ゲート電極とドレイン電極の間の寄生容量を均一に確保して、画面のちらつきを防止することができる薄膜トランジスタ表示板及びその製造方法を提供することにある。
本発明の実施例による薄膜トランジスタ表示板には、第1絶縁基板、第1絶縁基板上に形成されている第1信号線、第1絶縁基板上に形成され、第1信号線と絶縁されて交差している第2信号線、第1信号線と第2信号線が交差して画定する画素ごとに形成されている画素電極、第1信号線、第2信号線及び画素電極と各々接続されているゲート電極、ソース電極及びドレイン電極と半導体層を有する薄膜トランジスタを含む。この時、ドレイン電極はゲート電極と重畳し、ドレイン電極と重畳するゲート電極の境界線は第1信号線と平行に位置する。
画素電極はドメイン規制手段を有し、ドメイン規制手段は画素電極が有する切開部であることが好ましい。
ドメイン規制手段は、第1信号線に対してほぼ±45度をなし、ドメイン規制手段は、画素の上下二等分線に対してほぼ鏡面対称をなすのが好ましい。
薄膜トランジスタのチャネルは、直線状若しくは馬蹄状を有することができる。
露光工程に際しては、互いに隣接する第1ショットと第2ショットを含む複数のショットで分割して露光する分割露光工程が好ましく、半導体層とデータ線及びドレイン電極は、一つの感光膜パターンを利用したフォトエッチング工程で形成することができ、画素電極はIZO又はITOで形成することが好ましい。
図面は、各種層及び領域を明確に表現するために、厚さを拡大して示している。明細書全体を通じて類似した部分については同一な図面符号を付けている。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の“上に”あるとする時、これは他の部分の“すぐ上に”ある場合に限らず、その中間に更に他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の“すぐ上に”あるとする時、これは中間に他の部分がない場合を意味する。
図1は本発明の第1実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板の構造を示す配置図であり、図2は本発明の第1実施例による液晶表示装置用対向表示板の構造を示す配置図であり、図3は本発明の図1及び図2の表示板を整列して完成した第1実施例による液晶表示装置の構造を示す配置図であり、図4は図3に示す液晶表示装置のIV-IV´線による断面図である。
液晶表示装置は、下側の薄膜トランジスタ表示板100、これと対向している上側の対向表示板200、及びこれらの間に形成され、二つの表示板100、200に対してほぼ垂直に配向されている液晶分子310を含む液晶層3からなる。
また、ガラス等の透明な絶縁物質からなり、薄膜トランジスタ表示板100と対向する対向表示板200には、画素の周縁で発生する光漏れを防止するためのブラックマトリックス220と、赤、緑、青のカラーフィルタ230及びITO又はIZOなどの透明な導電物質からなる共通電極270が形成されている。ブラックマトリックス220は、画素領域の周囲部分だけでなく、共通電極270の切開部271、272、273と重畳する部分にも形成することができる。これは、切開部271、272、273により発生する光漏れを防ぐためである。
薄膜トランジスタ表示板100には、下部絶縁基板110上にゲート信号を伝達する複数のゲート線121が形成されている。ゲート線121は主に横方向にのびており、各ゲート線121の一部は複数のゲート電極124をなす。ゲート電極124の境界線の一部(G)は、ゲート線121がのびた方向と平行であり、以降のデータ線171がのびる方向に対して直交する。これは、製造工程において、マスクを用いるフォトエッチング工程で分割露光を実施する際に、誤整列が発生しても以降のドレイン電極175とゲート電極124の間で発生する寄生容量を均一に維持するためである。これに関しては、製造工程を説明する時に詳細に説明する。ゲート線121には、ゲート電極124が突出状に形成されており、ゲート線121は外部からのゲート信号をゲート線121に伝達するための接触部を有することができるが、そうでない場合には、ゲート線121の端部が基板110の上部に直接設けられているゲート駆動回路の出力端に接続される。
ゲート線121及び維持電極配線131、133a、133b、133c、133dは、Al、Al合金、Ag、Ag合金、Cr、Ti、Ta、Moなどの金属などで形成される。図4に示すように、本実施例のゲート線121及び維持電極配線131、133a、133b、133c、133dは単一層で構成されるが、物理、化学的な特性が優れたCr、Mo、Ti、Taなどの金属層と、低い比抵抗のAl系列又はAg系列の金属層を含む二重層で構成されることもできる。この他にも、種々の金属又は導電体にてゲート線121及び維持電極配線131、133a、133b、133c、133dを作ることができる。
ゲート線121と維持電極配線131、133a、133b、133c、133dの上には、窒化ケイ素(SiNx)などからなるゲート絶縁膜140が形成されている。
ゲート絶縁膜140上には、複数のデータ線171を始めとして複数のドレイン電極175が形成されている。この時、ドレイン電極175は、ゲート電極124の境界線のうち、ゲート線121がのびる方向と平行であるか、データ線171がのびる方向に対して直交してのびた部分(G)と重畳する。各データ線171は、主に縦方向にのびており、各ドレイン電極175に向けて複数の分枝をだしてデータ線171から拡張されたソース電極173を有する。データ線171の一端部に位置する接触部179は、外部からの画像信号をデータ線171に伝達する。また、ゲート絶縁膜140上には、ゲート線121と重なる橋部金属片172が形成されている。
データ線171、ドレイン電極175もゲート線121と同様に、クロムとアルミニウムなどの物質で作られ、単一層若しくは多重層で構成できる。
半導体151とデータ線171及びドレイン電極175との間には、両者の接触抵抗を各々減少させるための複数の線状抵抗性接触部材(ohmic contact)161と島状抵抗性接触部材165が形成されている。抵抗性接触部材161は、シリサイドやn型不純物が高濃度にドーピングされた非晶質シリコンなどで作られ、分岐としてのびた抵抗性接触部材163を有し、島状抵抗性接触部材165は、ゲート電極124を中心にして抵抗性接触部材163と対向する。
保護膜180には、ドレイン電極175の少なくとも一部とデータ線171の端部179を各々露出させる複数の接触孔185、182が備えられている。一方、ゲート線121の端部も外部の駆動回路と接続するための接触部を有する場合には、複数の接触孔がゲート絶縁膜140と保護膜180を貫通して設けられて、ゲート線121の端部を露出することができる。
保護膜180上には、切開部191、192、193を有する複数の画素電極190を始めとして複数のデータ接触補助部材82が形成されている。画素電極190及びデータ接触補助部材82は、ITO(indium tin oxide)やIZO(indium zinc oxide)などのような透明導電体やアルミニウム(Al)のような光反射特性が優れた不透明導電体を用いて形成する。
この時、上下の斜線切開部191、193は互いに直交しているが、これはフリンジフィールドの方向を4方向に均一に分散させるためである。
共通電極270の一組の切開部271、272、273は、画素電極190の切開部191、192、193のうちのゲート線121に対して45度をなす部分191、193と交互に配置され、これと並ぶ斜線部と画素電極190の辺と重なっている端部を含む。この時、端部は縦方向端部と横方向端部に分類される。
以上のような構造の薄膜トランジスタ基板と対向表示板を整列結合し、その間に液晶物質を注入して垂直配向すれば、本発明による液晶表示装置の基本構造が得られる。
この時、画素電極190の切開部191、192、193と共通電極270の切開部271、272、273は、液晶分子を分割配向するドメイン規制手段として働き、その幅は8μm〜12μmの範囲であることが好ましい。ドメイン規制手段として、切開部271、272、273、191、192、193の代わりに画素電極190及び共通電極270の上部又は下部に無機物質若しくは有機物質で突起を形成する場合には、幅が5μm〜10μmの範囲であることが好ましい。
図5は本発明の実施例による薄膜トランジスタ表示板の製造方法における分割露光工程を示す構成図であり、図6、図8、図10及び図12は、図1、図3及び図4に示す薄膜トランジスタ表示板を本発明の一実施例に基づいて製造する方法の中間ステップにおける薄膜トランジスタ表示板の配置図であって、その工程順で示したものであり、図7、図9、図11及び図13は、各々図6、図8、図10及び図12に示す薄膜トランジスタ表示板のVIIb-VIIb´線、IXb-IXb´線、XI-XI´線及びXIIIb-XIIIb´線による断面図である。
図5に示すように、本発明の実施例による薄膜トランジスタ表示板の製造工程に用いられる露光装置は、光源500、光源からの光を制限的に透過させる透過領域を画定するスリット610を有する露光マスク600、薄膜パターンに対応する部分にのみ光を択一的に透過又は遮断できる透過部又は遮断部を有するパターンマスク700、薄膜パターンが形成される母基板1の位置を固定し、母基板1を支持するプレート800などを含む。
この時、一つの母基板1によって同時にいくつかの薄膜トランジスタ表示板を作製することができ、一つの薄膜トランジスタ表示板のみを作製することもある。
まず、透明なガラスなどで作られた絶縁基板110上に、二つの層の金属膜、即ち導電膜をスパッタリング法などで順次に積層する。金属膜は、IZO又はITOとの接触特性が優れた金属、例えばモリブデン、モリブデン合金若しくはクロムなどからなる金属膜、又はアルミニウム系列金属からなる金属膜を含むことが好ましい。
アルミニウム系列金属のパターニングは、アルミニウムに対して側面傾斜を与えながらエッチングできるアルミニウムエッチング液であるCH3COOH(8-15%)/HNO3(5-8%)/H3PO4(50-60%)/H2O(その他)を使用した湿式エッチング法によって行うことができ、このようなエッチング液は、モリブデン又はモリブデン合金である場合にも、同じエッチング条件で側面傾斜を与えながらエッチングすることができる。
次に、導電膜をスパッタリングなどで順次に積層する。導電膜は、IZO又はITOとの接触特性が優れた金属、例えばモリブデン、モリブデン合金又はクロムなどからなる金属膜と、アルミニウム系列金属からなる金属膜を含むことが好ましい。
この時にも、フォトエッチング工程における感光膜パターンは、前記のように、分割露光で露光して現像し、これをエッチングマスクにして導電膜をパターニングして、複数のデータ線171及び複数のドレイン電極175及び複数の橋部金属片172を形成するが、ドレイン電極175は、ゲート電極124の境界線の、スキャニング方向(Y方向)に対して垂直な部分(G)を通るように配置する。すると、単位分割露光工程を実施したり、複数のショットを通じた分割露光を実施する時に、スキャニング方向に対して直交方向に誤整列が発生しても、一つの単位ショット又は互いに異なるショット領域においてゲート電極124とドレイン電極175が重畳する面積はほとんど変わらない。したがって、ゲート電極124とドレイン電極175の間で発生する寄生容量は、一つの単位ショット又は互いに異なるショットの領域でほとんど一定であり、これを通じてショット間の境界部分における画面の明るさの差異や画面のちらつきを解決することができ、ステッチ不良やフリッカー等の問題点を解決することができ、これにより、液晶表示装置の表示特性を向上させることができる。
この時、感光膜パターンを除去した後、データ線171及びドレイン電極175をエッチングマスクにして、露出された不純物半導体164を除去する時には、データ線171及びドレイン電極175をなすモリブデン系列の導電膜が損傷されるのを防ぐために、CF4+HCl気体を用いて不純物半導体164をエッチングする。
次に、窒化ケイ素のような無機絶縁膜又は低誘電率を有する有機絶縁膜を積層して保護膜180を形成し、その上に感光膜をスピンコーティング法で塗布した後、保護膜用パターンマスクを用いるフォトエッチング工程で保護膜180をエッチングして、接触孔182、183、184、185を形成する。ゲート線121の端部を露出する実施例では、ゲート絶縁膜140も共にパターニングする。
最後に、図1、図3及び図4に示すように、ITO又はIZO膜を積層し、マスクを用いるパターニングを実施して、切開部191、192、193を有する複数の画素電極190と複数の接触補助部材82を形成する。この時、接触抵抗を最少化するためには、IZO又はITOのスパッタリング温度が250℃以下であることが好ましい。
まず、図14及び図15を参考にして、本発明の第2実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板の単位画素構造について詳細に説明する。
図14は本発明の他の実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板の配置図であり、図15は図14に示す薄膜トランジスタ表示板のXV-XV´線による断面図である。
また、ゲート線121は、端部129に駆動回路と接続するための接触部を有するが、接触部であるゲート線121の端部129は、ゲート絶縁膜140及び保護膜180に形成されている接触孔181を通じて露出されており、保護膜180上に形成されている接触補助部材81及び接触孔181を通じて接続されている。
図16は本発明の第3実施例による薄膜トランジスタ表示板の構造を示す配置図であり、図17は図16に示すXVII-XVII´線による断面図である。
図16及び図17のように、本発明の第3実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板の層状構造は、図1、図3及び図4に示す液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板の層状構造とほぼ同一である。
ところが、第3の実施例では、保護膜180の下部に、赤、緑及び青のカラーフィルタ230R、230G、230Bが画素に順次に形成されている。赤、緑、青のカラーフィルタ230R、230G、230Bは、各々データ線171上部に境界を設け、画素列に沿って縦に長く形成されており、互いに隣接するカラーフィルタがデータ線171上で互いに部分的に重なっていてデータ線171上で丘状体が形成されている。この時、互いに重なっている赤、緑、青のカラーフィルタ230R、230G、230Bは、互いに隣接する画素領域の間から漏れる光を遮断するブラックマトリックスの機能を果たすことができる。したがって、本実施例による液晶表示装置用対向表示板には、ブラックマトリックスが省略され、共通電極270のみが形成されることもある。
110、210 絶縁基板
121 ゲート線
124 ゲート電極
140 ゲート絶縁膜
151 半導体
161、165 抵抗性接触部材
171 データ線
173 ソース電極
175 ドレイン電極
180 保護膜
190 画素電極
191、192、193 切開部
220 ブラックマトリックス
230 カラーフィルタ
270 共通電極
271、272、273 切開部
310 液晶分子
500 光源
600 露光マスク
700 パターンマスク
800 プレート
Claims (10)
- 第1絶縁基板、
前記第1絶縁基板上に形成されている第1信号線、
前記第1絶縁基板上に形成され、前記第1信号線と絶縁されて交差している第2信号線、
前記第1信号線と前記第2信号線が交差して画定する画素ごとに形成されている画素電極、
前記第1信号線、前記第2信号線及び前記画素電極と各々接続されているゲート電極、ソース電極及びドレイン電極と半導体層を有する薄膜トランジスタ、
を含み、
前記ドレイン電極は前記ゲート電極と重畳し、前記ドレイン電極と重畳する前記ゲート電極の境界線が前記第1信号線と平行である薄膜トランジスタ表示板。 - 前記画素電極は、ドメイン規制手段を有する、請求項1に記載の薄膜トランジスタ表示板。
- 前記ドメイン規制手段は、前記画素電極が有する切開部である、請求項2に記載の薄膜トランジスタ表示板。
- 前記ドメイン規制手段は、前記第1信号線に対してほぼ±45度をなす、請求項3に記載の薄膜トランジスタ表示板。
- 前記ドメイン規制手段は、前記画素の上下二等分線に対してほぼ鏡面対称をなす、請求項3に記載の薄膜トランジスタ表示板。
- 前記薄膜トランジスタのチャネルは、直線状又は馬蹄状である、請求項1に記載の薄膜トランジスタ表示板。
- 基板上にゲート電極を有するゲート線を形成するステップ、
前記基板上にゲート絶縁膜を積層するステップ、
前記ゲート絶縁膜上に半導体層を形成するステップ、
前記半導体層と接するソース電極を有するデータ線及び前記ゲート電極と重畳するドレイン電極を形成するステップ、
前記半導体層を覆う保護膜を形成するステップ、
前記ドレイン電極と接続される画素電極を形成するステップ、
を含み、
前記半導体層、前記データ線及び前記ドレイン電極又は前記画素電極は、フォトエッチング工程の露光工程で感光膜を露光及び現像した感光膜パターンをエッチングマスクにしてパターニングし、前記ドレイン電極と重畳する前記ゲート電極の境界線は、前記露光工程で前記感光膜を露光するスキャニング方向に対して直交して配置される薄膜トランジスタ表示板の製造方法。 - 前記露光工程は、互いに隣接する第1ショット及び第2ショットを含む複数のショットに分割して露光する分割露光工程によって実施する、請求項7に記載の薄膜トランジスタ表示板の製造方法。
- 前記半導体層と前記データ線及び前記ドレイン電極は、一つの感光膜パターンを用いるフォトエッチング工程で形成する、請求項7に記載の薄膜トランジスタ表示板の製造方法。
- 前記画素電極は、IZO又はITOで形成する、請求項7に記載の薄膜トランジスタ表示板の製造方法。
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