JP2005215279A - 液晶表示装置とその製造方法 - Google Patents

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清弘 川崎
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Abstract

【課題】 ソース・ドレイン配線にアルミニウム層を用いると、5枚マスク・プロセスと4枚マスク・プロセスにおいてコンタクト形成工程では後続の絵素電極の段切れやコンタクト不安定が発生し易い。
【解決手段】 耐熱金属層とアルミニウム層との積層よりなるソース・ドレイン配線を採用し、ドレイン電極上の開口部内のアルミニウム層を除去して生じたパシベーション絶縁層のアンダカットを、前記開口部を拡大する製造工程の追加で解消する。
【選択図】 図2

Description

本発明はカラー画像表示機能を有する液晶表示装置、とりわけアクティブ型の液晶表示装置に関するものである。
近年の微細加工技術、液晶材料技術および高密度実装技術等の進歩により、5〜50cm対角の液晶表示装置でテレビジョン画像や各種の画像表示機器が商用ベースで大量に提供されている。また、液晶パネルを構成する2枚のガラス基板の一方にRGBの着色層を形成しておくことによりカラー表示も容易に実現している。特にスイッチング素子を絵素毎に内蔵させた、いわゆるアクティブ型の液晶パネルではクロストークも少なく、応答速度も早く高いコントラスト比を有する画像が保証されている。
これらの液晶表示装置(液晶パネル)は走査線としては200〜1200本、信号線としては300〜1600本程度のマトリクス編成が一般的であるが、最近は表示容量の増大に対応すべく大画面化と高精細化とが同時に進行している。
図5は液晶パネルへの実装状態を示し、液晶パネル1を構成する一方の透明性絶縁基板、例えばガラス基板2上に形成された走査線の電極端子群5に駆動信号を供給する半導体集積回路チップ3を導電性の接着剤を用いて接続するCOG(Chip−On−Glass)方式や、例えばポリイミド系樹脂薄膜をベースとし、金または半田メッキされた銅箔の端子を有するTCPフィルム4を信号線の電極端子群6に導電性媒体を含む適当な接着剤で圧接して固定するTCP(Tape−Carrier−Package)方式などの実装手段によって電気信号が画像表示部に供給される。ここでは便宜上二つの実装方式を同時に図示しているが実際には何れかの方式が適宜選択される。
液晶パネル1のほぼ中央部に位置する画像表示部内の画素と、走査線及び信号線の電極端子5,6との間を接続する配線路が7、8で、必ずしも電極端子5,6と同一の導電材で構成される必要はない。9は全ての液晶セルに共通する透明導電性の対向電極を対向面上に有するもう1枚の透明性絶縁基板である対向ガラス基板またはカラーフィルタである。
図6はスイッチング素子として絶縁ゲート型トランジスタ10を絵素毎に配置したアクティブ型液晶表示装置の等価回路図を示し、11(図5では7)は走査線、12(図5では8)は信号線、13は液晶セルであって、液晶セル13は電気的には容量素子として扱われる。実線で描かれた素子類は液晶パネルを構成する一方のガラス基板2上に形成され、点線で描かれた全ての液晶セル13に共通な対向電極14はもう一方のガラス基板9の対向する主面上に形成されている。絶縁ゲート型トランジスタ10のOFF抵抗あるいは液晶セル13の抵抗が低い場合や表示画像の階調性を重視する場合には、負荷としての液晶セル13の時定数を大きくするための補助の蓄積容量15を液晶セル13に並列に加える等の回路的工夫が加味される。なお16は蓄積容量15の共通母線となる蓄積容量線である。
図7は液晶表示装置の画像表示部の要部断面図を示し、液晶パネル1を構成する2枚のガラス基板2,9は樹脂性のファイバ、ビーズあるいはカラーフィルタ9上に形成された柱状スペーサ等のスペーサ材(図示せず)によって数μm程度の所定の距離を隔てて形成され、その間隙(ギャップ)はガラス基板9の周縁部において有機性樹脂よりなるシール材と封口材(何れも図示せず)とで封止された閉空間になっており、この閉空間に液晶17が充填されている。
カラー表示を実現する場合には、ガラス基板9の閉空間側に着色層18と称する染料または顔料のいずれか一方もしくは両方を含む厚さ1〜2μm程度の有機薄膜が被着されて色表示機能が与えられるので、その場合にはガラス基板9は別名カラーフィルタ(Color Filter 略語はCF)と呼称される。そして液晶材料17の性質によってはガラス基板9の上面またはガラス基板2の下面の何れかもしくは両面上に偏光板19が貼付され、液晶パネル1は電気光学素子として機能する。現在、市販されている大部分の液晶パネルでは液晶材料にTN(ツイスト・ネマチック)系の物を用いており、偏光板19は通常2枚必要である。図示はしないが、透過型液晶パネルでは光源として裏面光源が配置され、下方より白色光が照射される。
液晶17に接して2枚のガラス基板2,9上に形成された例えば厚さ0.1μm程度のポリイミド系樹脂薄膜20は液晶分子を決められた方向に配向させるための配向膜である。21は絶縁ゲート型トランジスタ10のドレインと透明導電性の絵素電極22とを接続するドレイン電極(配線)であり、信号線(ソース線)12と同時に形成されることが多い。信号線12とドレイン電極21との間に位置するのは半導体層23であり詳細は後述する。カラーフィルタ9上で隣り合った着色層18の境界に形成された厚さ0.1μm程度のCr薄膜層24は半導体層23と走査線11及び信号線12に外部光が入射するのを防止するための光遮蔽部材で、いわゆるブラックマトリクス(Black Matrix 略語はBM)として定着化した技術である。
ここでスイッチング素子として絶縁ゲート型トランジスタの構造と製造方法に関して説明する。現在絶縁ゲート型トランジスタには2種類のものが多用されており、そのうちの一つのエッチストップ型と呼称されるものを従来例として紹介する。図8は従来の液晶パネルを構成するアクティブ基板(表示装置用半導体装置)の単位絵素の平面図であり、図8(e)のA−A’、B−B’およびC−C’線上の断面図を図9に示し、その製造工程を以下に簡単に説明する。
先ず図8(a)と図9(a)に示したように耐熱性と耐薬品性と透明性が高い絶縁性基板として厚さ0.5〜1.1mm程度のガラス基板2、例えばコーニング社製の商品名1737の一主面上にSPT(スパッタ)等の真空製膜装置を用いて膜厚0.1〜0.3μm程度の第1の金属層を被着し、微細加工技術によりゲート電極11Aも兼ねる走査線11と蓄積容量線16を選択的に形成する。走査線の材質は耐熱性と耐薬品性と耐弗酸性と導電性とを総合的に勘案して選択するが一般的にはCr,Ta,MoW合金等の耐熱性の高い金属または合金が使用される。
液晶パネルの大画面化や高精細化に対応して走査線の抵抗値を下げるためには走査線の材料としてAL(アルミニウム)を用いるのが合理的であるが、ALは単体では耐熱性が低いので上記した耐熱金属であるCr,Ta,Moまたはそれらのシリサイドと積層化する、あるいはALの表面に陽極酸化で酸化層(Al2O3)を付加することも現在では一般的な技術である。すなわち走査線11は1層以上の金属層で構成される。
次にガラス基板2の全面にPCVD(プラズマ・シーブイディ)装置を用いてゲート絶縁層となる第1のSiNx(シリコン窒化)層30、不純物をほとんど含まず絶縁ゲート型トランジスタのチャネルとなる第1の非晶質シリコン(a−Si)層31、及びチャネルを保護する絶縁層となる第2のSiNx層32と3種類の薄膜層を例えば、0.3−0.05−0.1μm程度の膜厚で順次被着し、図8(b)と図9(b)に示したように微細加工技術によりゲート電極11A上の第2のSiNx層をゲート電極11Aよりも幅細く選択的に残して保護絶縁層32Dとし、第1の非晶質シリコン層31を露出する。
続いて同じくPCVD装置を用いて全面に不純物として例えば燐を含む第2の非晶質シリコン層33を例えば0.05μm程度の膜厚で被着した後、図8(c)と図9(c)に示したようにSPT等の真空製膜装置を用いて膜厚0.1μm程度の耐熱金属層として例えばTi,Cr,Mo等の薄膜層34と、低抵抗配線層として膜厚0.3μm程度のAL薄膜層35と、さらに膜厚0.1μm程度の中間導電層として例えばTi薄膜層36を順次被着し、微細加工技術によりソース・ドレイン配線材であるこれら3種の薄膜層34A,35A及び36Aの積層よりなる絶縁ゲート型トランジスタのドレイン電極21とソース電極も兼ねる信号線12を選択的に形成する。この選択的パターン形成はソース・ドレイン配線の形成に用いられる感光性樹脂パターンをマスクとしてTi薄膜層36、AL薄膜層35、Ti薄膜層34を順次食刻した後、ソース・ドレイン電極12,21間の第2の非晶質シリコン層33を除去して保護絶縁層32Dを露出するとともに、その他の領域では第1の非晶質シリコン層31をも除去してゲート絶縁層30を露出することによってなされる。このようにチャネルの保護層である第2のSiNx層32D(保護絶縁層、エッチストップ層あるいはチャネル保護層)が存在して第2の非晶質シリコン層33の食刻が自動的に終了することからこの製法はエッチストップと呼称される。
絶縁ゲート型トランジスタがオフセット構造とならぬようソース・ドレイン電極12,21は保護絶縁層32Dと一部(数μm)平面的に重なって形成される。この重なりは寄生容量として電気的に作用するので小さいほど良いが、露光機の合わせ精度とフォトマスクの精度とガラス基板の膨張係数及び露光時のガラス基板温度で決定され、実用的な数値は精々2μm程度である。
さらに上記感光性樹脂パターンを除去した後、ガラス基板2の全面に透明性の絶縁層としてゲート絶縁層と同様にPCVD装置を用いて0.3μm程度の膜厚のSiNx層を被着してパシベーション絶縁層37とし、図8(d)と図9(d)に示したように微細加工技術によりドレイン電極21上と、走査線11と信号線12の電極端子が形成される領域に夫々開口部62,63,64を形成し、開口部63内のパシベーション絶縁層37とゲート絶縁層30を除去して開口部63内に走査線の一部5を露出するとともに、開口部62,64内のパシベーション絶縁層37を除去してドレイン電極21の一部と信号線の一部6を露出する。蓄積容量線16(を平行に束ねた電極パターン)上には開口部65を形成して蓄積容量線16の一部を露出する。
最後にSPT等の真空製膜装置を用いて膜厚0.1〜0.2μm程度の透明導電層として例えばITO(Indium−Tin−Oxide)あるいはIZO(Indium−Zinc−Oxide)を被着し、図8(e)と図9(e)に示したように微細加工技術により開口部62を含んでパシベーション絶縁層37上に絵素電極22を選択的に形成してアクティブ基板2として完成する。開口部63内の露出している走査線11の一部を電極端子5とし、開口部64内の露出している信号線12の一部を電極端子6としても良く、図示したように開口部63,64を含んでパシベーション絶縁層37上にITOよりなる電極端子5A,6Aを選択的に形成しても良いが、通常は電極端子5A,6A間を接続する透明導電性の短絡線40も同時に形成される。その理由は、図示はしないが電極端子5A,6Aと短絡線40との間を細長いストライプ状に形成することにより高抵抗化して静電気対策用の高抵抗とすることが出来るからである。同様に番号は付与しないが開口部65を含んで蓄積容量線16への電極端子が形成される。
信号線12の配線抵抗が問題とならない場合にはALよりなる低抵抗配線層35は必ずしも必要ではなく、その場合にはCr,Ta,MoW等の耐熱金属材料を選択すればソース・ドレイン配線12,21を単層化して簡素化することが可能である。このようにソース・ドレイン配線は耐熱金属層を用いて第2の非晶質シリコン層と電気的な接続を確保することが重要であり、絶縁ゲート型トランジスタの耐熱性については先行例である特開平7−74368号公報に詳細が記載されている。なお、図8(c)において蓄積容量線16とドレイン電極21とがゲート絶縁層30を介して平面的に重なっている領域50(右下がり斜線部)が蓄積容量15を形成しているがここではその詳細な説明は省略する。
特開平7−74368号公報
以上述べた5枚マスク・プロセスは詳細な経緯は省略するが、半導体層の島化工程の合理化と走査線へのコンタクト形成工程が削減された結果得られたもので、当初は7〜8枚程度必要であったフォトマスクもドライエッチ技術の導入により現時点では5枚に減少してプロセスコストの削減に大きく寄与している。液晶表示装置の生産コストを下げるためにはアクティブ基板の作製工程ではプロセスコストを、またパネル組立工程とモジュール実装工程では部材コストを下げることが有効であることは周知の開発目標である。プロセスコストを下げるためにはプロセスを短くする工程削減と、安価なプロセス開発またはプロセスへの置き換えとがあるが、ここでは4枚のフォトマスクでアクティブ基板が得られる4枚マスク・プロセスを工程削減の一例として説明する。4枚マスク・プロセスはハーフトーン露光技術の導入により写真食刻工程を削減するもので、図10は4枚マスク・プロセスに対応したアクティブ基板の単位絵素の平面図で、図10(e)のA−A’、B−B’およびC−C’線上の断面図を図11に示す。既に述べたように絶縁ゲート型トランジスタには2種類のものが多用されているが、ここではチャネルエッチ型の絶縁ゲート型トランジスタを採用している。
先ず5枚マスク・プロセスと同様にガラス基板2の一主面上にSPT等の真空製膜装置を用いて膜厚0.1〜0.3μm程度の第1の金属層を被着し、図10(a)と図11(a)に示したように微細加工技術によりゲート電極11Aも兼ねる走査線11と蓄積容量線16を選択的に形成する。
次にガラス基板2の全面にPCVD装置を用いてゲート絶縁層となるSiNx層30、不純物をほとんど含まず絶縁ゲート型トランジスタのチャネルとなる第1の非晶質シリコン層31、及び不純物を含み絶縁ゲート型トランジスタのソース・ドレインとなる第2の非晶質シリコン層33と3種類の薄膜層を、例えば0.3−0.2−0.05μm程度の膜厚で順次被着する。引き続き、SPT等の真空製膜装置を用いて膜厚0.1μm程度の耐熱金属層として例えばTi薄膜層34と、膜厚0.3μm程度の低抵抗配線層としてAL薄膜層35と、さらに膜厚0.1μm程度の中間導電層として例えばTi薄膜層36を、すなわちソース・ドレイン配線材を順次被着し、微細加工技術によりゲート電極11Aと一部重なるように絶縁ゲート型トランジスタのドレイン電極21とソース電極も兼ねる信号線12を選択的に形成するのであるが、この選択的パターン形成に当たりハーフトーン露光技術により図10(b)と図11(b)に示したようにソース・ドレイン間のチャネル形成領域80B(斜線部)の膜厚が例えば1.5μmで、ソース・ドレイン配線形成領域80A(12),80A(21)の膜厚3μmよりも薄い感光性樹脂パターン80A,80Bを形成する点が合理化された4枚マスク・プロセスの大きな特徴である。
このような感光性樹脂パターン80A,80Bは、液晶表示装置用基板の作製には通常ポジ型の感光性樹脂を用いるので、ソース・ドレイン配線形成領域80Aが黒、すなわちCr薄膜が形成されており、チャネル領域80Bは灰色、たとえば幅0.5〜1.5μm程度のラインアンドスペースのCrパターンが形成されており、その他の領域は白、すなわちCr薄膜が除去されているようなフォトマスクを用いれば良い。灰色領域は露光機の解像力が不足しているためにラインアンドスペースが解像されることはなく、ランプ光源からのフオトマスク照射光を半分程度透過させることが可能であるので、ポジ型感光性樹脂の残膜特性に応じて図11(b)に示したような断面形状を有する感光性樹脂パターン80A,80Bを得ることができる。
上記感光性樹脂パターン80A,80Bをマスクとして図11(b)に示したようにTi薄膜層36、AL薄膜層35、Ti薄膜層34、第2の非晶質シリコン層33及び第1の非晶質シリコン層31を順次食刻してゲート絶縁層30を露出した後、図10(c)と図11(c)に示したように酸素プラズマ等の灰化手段により感光性樹脂パターン80A,80Bを1.5μm以上膜減りさせると感光性樹脂パターン80Bが消失してチャネル領域が露出するとともに、ソース・ドレイン配線形成領域上にのみ80C(12),80C(21)を残すことができる。そこで膜減りした感光性樹脂パターン80C(12),80C(21)をマスクとして、再びソース・ドレイン配線間(チャネル形成領域)のTi薄膜層,AL薄膜層,Ti薄膜層,第2の非晶質シリコン層33A及び第1の非晶質シリコン層31Aを順次食刻し、第1の非晶質シリコン層31Aは0.05〜0.1μm程度残して食刻する。ソース・ドレイン配線が金属層をエッチングした後に第1の非晶質シリコン層31Aを0.05〜0.1μm程度残して食刻することによりなされるので、このような製法で得られる絶縁ゲート型トランジスタはチャネルエッチと呼称されている。なお上記酸素プラズマ処理においてレジストパターン80Aは80Cに変換されるのでパターン寸法の変化を抑制するため異方性を強めることが望ましく、具体的にはRIE(Reactive Ion Etching)方式、さらに高密度のプラズマ源を有するICP(Inductive Coupled Plasama)方式やTCP(Transfer Coupled Plasama)方式の酸素プラズマ処理がより望ましい。
さらに上記感光性樹脂パターン80C(12),80C(21)を除去した後は、5枚マスク・プロセスと同じく図10(d)と図11(d)に示したようにガラス基板2の全面に透明性の絶縁層として0.3μm程度の膜厚の第2のSiNx層を被着してパシベーション絶縁層37とし、ドレイン電極21上と、走査線11と信号線12の電極端子が形成される領域に夫々開口部62,63,64を形成し、開口部63内のパシベーション絶縁層37とゲート絶縁層30を除去して開口部63内に走査線の一部5を露出するとともに、開口部62,64内のパシベーション絶縁層37を除去してドレイン電極21の一部と信号線の一部6を露出する。同様に蓄積容量線16上には開口部65を形成して蓄積容量線16の一部を露出する。
最後にSPT等の真空製膜装置を用いて膜厚0.1〜0.2μm程度の透明導電層として例えばITOあるいはIZOを被着し、図10(e)と図11(e)に示したように微細加工技術によりパシベーション絶縁層37上に開口部62を含んで透明導電性の絵素電極22を選択的に形成してアクティブ基板2として完成する。電極端子に関してはここでは開口部63,64を含んでパシベーション絶縁層37上にITOよりなる透明導電性の電極端子5A,6Aを選択的に形成している。
このように5枚マスク・プロセスと4枚マスク・プロセスにおいてはドレイン電極21と走査線11へのコンタクト形成工程が同時になされるため、それらに対応した開口部62,63内の絶縁層の厚さと種類が異なっている。パシベーション絶縁層37はゲート絶縁層30に比べると製膜温度が低く膜質が劣悪で、弗酸系のエッチング液による食刻では食刻速度が夫々数1000Å/分、数100Å/分と1桁も異なり、ドレイン電極21上の開口部62の断面形状は上部に余りにも過食刻が生じて穴径が制御できない理由から弗素系のガスを用いた乾式食刻(ドライエッチ)を採用している。
ドライエッチを採用してもドレイン電極21上の開口部62はパシベーション絶縁層37のみであるので、走査線11上の開口部63と比較して過食刻になるのは避けられず、材質によってはドレイン電極21(中間導電層36A)が食刻ガスによって膜減りすることがある。また食刻終了後の感光性樹脂パターンの除去に当たり、まずは弗素化された表面のポリマー除去のために酸素プラズマ灰化で感光性樹脂パターンの表面を0.1〜0.3μm程度削り、その後に有機剥離液、例えば東京応化製の剥離液106等を用いた薬液処理がなされるのが一般的であるが、中間導電層36Aが膜減りして下地のアルミニウム層35Aが露出した状態になっていると、酸素プラズマ灰化処理でアルミニウム層35Aの表面に絶縁体であるAL2O3が形成されて、絵素電極22との間でオーミック接触が得られなくなる。
そこで中間導電層36Aが膜減りしても良いようにその膜厚を例えば0.2μmと厚く設定することでこの問題から逃れようとしている。あるいは開口部62〜65の形成時、アルミニウム層35Aを除去して下地の耐熱金属層であるTi薄膜層34Aを露出してから絵素電極22を形成する回避策も可能であり、この場合には当初から中間導電層36Aは不要となるメリットもある。
しかしながら前者の対策ではこれら薄膜の膜厚の面内均一性が良好でないとこの取組も必ずしも有効に作用するわけではなく、また食刻速度の面内均一性が良好でない場合にも全く同様である。後者の対策では中間導電層36Aは不要となるが、アルミニウム層35Aの除去工程が増加し、また開口部62の断面制御が不十分であると絵素電極22が段切れを起こす恐れがあった。
本発明はかかる現状に鑑みなされたもので、開口部62の断面制御を容易なものとしてドレイン電極21と絵素電極22との接続を確保するだけでなく、信号線12の構成を耐熱金属層とアルミニウム層との2層で構成してデバイスを簡略化し、アクティブ基板の製造コストを下げる事を目的とする。
本発明においては開口部62の断面制御に当たり開口部62内のパシベーション絶縁層を追加食刻する事により開口部62の拡大を図り、これによってアルミニウム層のサイドエッチによって発生した開口部62の底部のアンダカットを解消している。
請求項1に記載の液晶表示装置は、一主面上に少なくとも絶縁ゲート型トランジスタと、前記絶縁ゲート型トランジスタのゲート電極も兼ねる走査線とソース配線も兼ねる信号線と、ドレイン配線に接続された絵素電極とを有する単位絵素が二次元のマトリクスに配列された第1の透明性絶縁基板と、前記第1の透明性絶縁基板と対向する第2の透明性絶縁基板またはカラーフィルタとの間に液晶を充填してなる液晶表示装置において、
第1の透明性絶縁基板の一主面上に走査線と、絶縁ゲート型トランジスタと、耐熱金属層とアルミニウム層との積層よりなる信号線が形成され、
少なくともドレイン配線上に開口部を有する無機パシベーション絶縁層が前記第1の透明性絶縁基板上に形成され、
前記開口部の底部の周囲にアルミニウム層がわずかに露出すると共に大部分は耐熱金属層が露出しており、
前記ドレイン配線上の開口部を含み絵素電極形成領域の無機パシベーション絶縁層上に絵素電極が形成されていることを特徴とする。
この構成によりアクティブ基板上の無機パシベーション絶縁層に形成されたドレイン電極上の開口部の断面は底部の周囲にアルミニウム層が存在し、しかもアルミニウム層よりも小さく下方に耐熱金属層が存在するので、前記開口部は外側から内側に向かって下向きの階段状の段差が形成される。その結果、前記開口部を含んで無機パシベーション絶縁層に形成された絵素電極が段切れを起こす事は皆無となる。
請求項2に記載の液晶表示装置は、同じく、
第1の透明性絶縁基板の一主面上に走査線と、絶縁ゲート型トランジスタと、耐熱金属層とアルミニウム層との積層よりなる信号線が形成され、
少なくともドレイン配線上に開口部を有し、その上層部が感光性有機絶縁層であるパシベーション絶縁層が前記第1の透明性絶縁基板上に形成され、
前記開口部の底部の周囲にアルミニウム層がわずかに露出すると共に大部分は耐熱金属層が露出しており、
前記ドレイン配線上の開口部を含み絵素電極形成領域のパシベーション絶縁層上に絵素電極が形成されていることを特徴とする。
この構成によりアクティブ基板上のその上層部が感光性有機絶縁層であるパシベーション絶縁層に形成されたドレイン電極上の開口部の断面は底部の周囲にアルミニウム層が存在し、しかもアルミニウム層よりも小さく下方に耐熱金属層が存在するので、前記開口部は外側から内側に向かって下向きの階段状の段差が形成される。その結果、前記開口部を含んでパシベーション絶縁層に形成された絵素電極が段切れを起こす事は皆無となる。
請求項3は請求項1に記載の液晶表示装置の製造方法であって、
透明性絶縁基板の一主面上に走査線と、絶縁ゲート型トランジスタと、耐熱金属層とアルミニウム層との積層よりなる信号線を形成する工程と、
少なくともドレイン配線上に開口部を有する無機パシベーション絶縁層を前記透明性絶縁基板上に形成する工程と、
前記開口部内に露出しているアルミニウム層を除去する工程と、
前記開口部を拡大する工程と、
導電層を被着後、前記拡大された開口部を含んで絵素電極を形成する工程を有することを特徴とする。
この構成によりドレイン配線上に形成された開口部の底部に生じた無機パシベーション絶縁層のアンダカットは消滅し、拡大された開口部を含んで形成された絵素電極が段切れを起こす事はなくなる。
請求項4は請求項2に記載の液晶表示装置の製造方法であって、
透明性絶縁基板の一主面上に走査線と、絶縁ゲート型トランジスタと、耐熱金属層とアルミニウム層との積層よりなる信号線を形成する工程と、
少なくともドレイン配線上に開口部を有し、その上層部が感光性有機絶縁層であるパシベーション絶縁層を前記透明性絶縁基板上に形成する工程と、
前記開口部内に露出しているアルミニウム層を除去する工程と、
前記パシベーション絶縁層の膜厚を減少せしめて前記開口部を拡大する工程と、
導電層を被着後、前記拡大された開口部を含んで絵素電極を形成する工程を有することを特徴とする。
この構成によりドレイン配線上に形成された開口部の底部に生じたその上層部が感光性有機絶縁層であるパシベーション絶縁層のアンダカットは消滅し、拡大された開口部を含んで形成された絵素電極が段切れを起こす事はなくなる。
以上述べたように本発明はドレイン電極上のパシベーション絶縁層に形成された開口部内のアルミニウム層を除去した結果生じるパシベーション絶縁層のアンダカットを、開口部を拡大する事で解消せしめる技術を中核とし、この構成に基づいてさまざまなアクティブ基板を提案している。ドレイン電極上の開口部にはパシベーション絶縁層のアンダカットが生じないので開口部を含んで形成された絵素電極が段切れを起こす事は皆無となる。
さらに本発明に記載の液晶表示装置の一部はパシベーション絶縁層に感光性有機絶縁層を用いているので、感光性有機絶縁層の膜厚を大きくすることで開口率を高める、あるいは配向処理が容易となる付加的な効果も得られる。
加えてソース・ドレイン配線が耐熱金属層とアルミニウム層との積層で構成されるので信号線の低抵抗化が容易なだけでなく、従来の中間導電層を含む3層構成よりも簡素化され低コスト化にも寄与する。
本発明の要件は上記の説明からも明らかなように耐熱金属層とアルミニウム層との積層よりなるドレイン電極上のパシベーション絶縁層に開口部を形成するに当たり、開口部内のアルミニウム層を除去して発生するパシベーション絶縁層のアンダカットを、前記開口部を拡大することにより解消せしめた点にあり、それ以外の構成に関しては走査線、ゲート絶縁層等の材質や膜厚等が異なった液晶表示装置あるいはその製造方法の差異も本発明の範疇に属することは自明であり、本発明は透過型だけでなく反射型や半透過型の液晶表示装置においても有効であり、また液晶のモードもTN型に限られるものではなく垂直配向の液晶モードに対しても有効である。また絶縁ゲート型トランジスタの半導体層は如何なる制約も受けないことも明らかである。
本発明の実施例を図1〜図4に基づいて説明する。図1に本発明の実施例1に係る表示装置用半導体装置(アクティブ基板)の平面図を示し、図2に図1(f)のA−A’線上とB−B’線上及びC−C’線上の製造工程の断面図を示す。同様に実施例2は図3と図4とで夫々アクティブ基板の平面図と製造工程の断面図を示す。なお従来例と同一の部位については同一の符号を付して詳細な説明は省略する。本発明ではソース・ドレイン配線が耐熱金属層とアルミニウム層との積層よりなることを除けば絶縁ゲート型トランジスタの構造や蓄積容量の形態は任意であり、ドレイン電極上のパシベーション絶縁層に開口部を形成する製造工程に発明性が存在する。そこで実施例1ではチャネルエッチ型の5枚マスク・プロセスを採用して詳細な説明を行うが、合理化されたチャネルエッチ型の4枚マスク・プロセスを採用しても何ら支障は無い。
実施例1では先ず従来例と同様にガラス基板2の一主面上にSPT等の真空製膜装置を用いて膜厚0.1〜0.3μm程度の第1の金属層としてCr,Ta,MoW合金等の耐熱性の高い金属または合金の薄膜を被着し、図1(a)と図2(a)に示したように微細加工技術によりゲート電極11Aも兼ねる走査線11を選択的に形成する。走査線11とゲート電極11Aの形成と同時に画像表示部外の領域で走査線11の一部よりなる(電極端子)5も同時に形成する。
次にガラス基板2の全面にPCVD装置を用いてゲート絶縁層となるSiNx層30、不純物をほとんど含まず絶縁ゲート型トランジスタのチャネルとなる第1の非晶質シリコン層31、及び不純物を含み絶縁ゲート型トランジスタのソース・ドレインとなる第2の非晶質シリコン層33と3種類の薄膜層を、例えば0.3−0.2−0.05μm程度の膜厚で順次被着する。そして図1(b)と図2(b)に示したように微細加工技術によりゲート電極11A上に第2の非晶質シリコン層33Aと第1の非晶質シリコン層31Aとの積層よりなる島状の半導体層をゲート11電極Aよりも幅広く選択的に形成してゲート絶縁層30を露出する。
引き続きソース・ドレイン配線の形成工程ではSPT等の真空製膜装置を用いて膜厚0.1μm程度の耐熱金属層として例えばTi,Ta等の薄膜層34と、膜厚0.3μm程度の低抵抗配線層としてAL薄膜層35を順次被着する。そして図1(c)と図2(c)に示したように微細加工技術により感光性樹脂パターンを用いてこれらの薄膜層を順次食刻し、ゲート電極11Aと一部重なるように34Aと35Aの積層よりなる絶縁ゲート型トランジスタのドレイン電極21とソース配線も兼ねる信号線12を選択的に形成するが、ここでは第2の非晶質シリコン層33A及び第1の非晶質シリコン層31Aを順次食刻し、第1の非晶質シリコン層31Aは0.05〜0.1μm程度残して食刻する。ソース・ドレイン配線12,21の形成と同時に画像表示部外の領域で信号線12の一部よりなる(電極端子)6も同時に形成する。
ソース・ドレイン配線12,21の形成後は従来の5枚マスク・プロセスと同様にガラス基板2の全面に透明性の絶縁層として0.3μm程度の膜厚のSiNx層を被着してパシベーション絶縁層37とし、微細加工技術により感光性樹脂パターン81を用いて図1(d)と図2(d)に示したようにドレイン電極21上、走査線の一部5上及び信号線の一部6上に夫々開口部62,63及び64を形成し、開口部62,64内のパシベーション絶縁層37と、開口部63内のパシベーション絶縁層37とゲート絶縁層30を選択的に除去してこれらの電極を露出する。さらに感光性樹脂パターン81をマスクとして開口部62,64内に露出しているドレイン電極21と信号線の一部6のアルミニウム層を除去すると、アルミニウム層の除去方法によるが、アルミニウム層の膜厚とほぼ同等すなわち0.3μm程度、アルミニウム層がサイドエッチングされて開口部62,64の底部にはパシベーション絶縁層37のアンダカット40が形成され、ソース・ドレイン配線材の下層配線である耐熱金属層が露出する。
開口部63内には走査線の一部5が露出しているが耐熱性の観点から走査線材料にアルミニウムが単独で用いられる事はなく、通常Mo,Cr等の耐熱金属薄膜との積層で構成されるため、開口部63内にはこれらの耐熱金属薄膜が露出するので走査線の一部5がアルミニウム層の除去時に除去されて消滅する事は無い。しかしながら耐熱性の高い、例えばTa,Nd等を数%含んだアルミニウム合金AL(Ta)やAL(Nd)単層で形成された走査線11ではアルミニウム層の除去時にこれらのアルミニウム合金が除去されて消滅するので、この場合にはソース・ドレイン配線12,21と同様に耐熱金属層とアルミニウム合金との積層で走査線11を構成すれば良い事は容易に理解されよう。
アンダカット40が存在したまま後続の絵素電極22を形成すると絵素電極22が段切れを起こすのでアンダカット40を解消する必要があり、その回避策の一つとして開口部62,64の穴径を拡大してアンダカット40を解消する。このためには感光性樹脂パターン81をマスクとして再び、開口部62,64内のパシベーション絶縁層37と、開口部63内のパシベーション絶縁層37とゲート絶縁層30を追加食刻して、図1(e)と図2(e)に示したように拡大された開口部L62,L63,L64を得ると開口部L62,L64の底部周囲にはアルミニウム層P35が部分的に露出する。開口部L63は単に穴径が広がるだけである。穴径の拡大量はサイドエッチ(アンダカット)量の2倍程度、0.5μmで十分である。
この追加食刻にあたりパシベーション絶縁層37とゲート絶縁層30の食刻ガスである弗素系のガスに酸素ガスを混入して感光性樹脂パターン81も同時に食刻すると追加除去工程の短縮化が図られる。それは感光性樹脂パターン81が膜減りすると感光性樹脂パターン81に形成された開口部62,63,64の穴径が広がるからである。その混合比は対象とする膜質による影響も大きいので生産現場で最適化を図ると良い(プロセス・チューニング)。実施例1ではこのようにパシベーション絶縁層37はサイドエッチされるだけで、パシベーション絶縁層37が膜減りするわけではない。
パシベーション絶縁層37のアンダカット40を解消した後、感光性樹脂パターン81を除去し、ガラス基板2の全面にSPT等の真空製膜装置を用いて膜厚0.1〜0.2μm程度の透明導電層として例えばITOを被着し、図1(f)と図2(f)に示したように微細加工技術により透明導電層を選択的に除去して絵素電極22と走査線の電極端子5Aと信号線の電極端子6Aを形成する。開口部L62,L64内に露出しているアルミニウム層P35はその露出面積が小さいので、アルカリ性の現像液やレジスト剥離液で還元されて開口部L62,L64を含んで形成された透明導電性パターンである絵素電極22が剥離するような不具合は生じない。なおここでは従来例と同様にアクティブ基板2の外周に透明導電性の短絡線40を設け、電極端子5A,6Aと短絡線40との間を細長いストライプ状に形成することにより高抵抗化して静電気対策用の高抵抗としている。
このようにして得られたアクティブ基板2とカラーフィルタとを貼り合わせて液晶パネル化し、本発明の実施例1が完了する。蓄積容量15の構成に関しては図1(f)に示したようにソース・ドレイン配線12,21と同時に形成された蓄積電極72と前段の走査線11に設けられた突起部とがゲート絶縁層30を介して平面的に重なることで構成している例(右下がり斜線部52)を例示しているが、蓄積容量15の構成はこれに限られるものではなく、従来例と同様に走査線11と同時に形成される蓄積容量線16とドレイン電極21との間にゲート絶縁層30を含む絶縁層を介して構成しても良い。なお絵素電極22と蓄積電極72との電気的接続は蓄積電極72上のパシベーション絶縁層37に形成された開口部L62Aを介して与えられている。
実施例1ではこのようにパシベーション絶縁層には無機材質のSiNx層37が用いられているが、パシベーション絶縁層に透明性と耐熱性の高い有機材質の感光性アクリル樹脂を用いてアクティブ基板2表面の平坦化を図り、かつ感光性アクリル樹脂の膜厚を3μm以上と厚く形成してから絵素電極22を形成した、いわゆる高開口率の液晶表示装置においても実施例1と同様な取組が可能であり、それを実施例2として説明する。既に述べたように本発明では絶縁ゲート型トランジスタの構造や蓄積容量の形態は任意であり、実施例2ではエッチストップ型の5枚マスク・プロセスを採用して詳細な説明を行う。
実施例2ではソース・ドレイン配線の形成工程において耐熱金属層として例えばTi,Ta等の薄膜層34と、そして膜厚0.3μm程度の低抵抗配線層としてAL薄膜層35を順次被着し、これら2層の薄膜層よりなるソース・ドレイン配線材と第2の非晶質シリコン層33と第1の非晶質シリコン層31を微細加工技術により感光性樹脂パターンを用いて順次食刻してゲート絶縁層30と保護絶縁層32Dを露出し、図3(c)と図4(c)に示したように34Aと35Aとの積層よりなり保護絶縁層32Dと一部重なるように絶縁ゲート型トランジスタのソース配線も兼ねる信号線12と、絶縁ゲート型トランジスタのドレイン電極21と、信号線12の一部よりなる(電極端子)6を選択的に形成するまでは従来例とほぼ同一の製造工程で進行する。
ソース・ドレイン配線12,21の形成後はガラス基板2の全面に透明性の絶縁層として3μm程度の膜厚の透明性と耐熱性の高い感光性アクリル樹脂を塗布して平坦化層39とし、図3(d)と図4(d)に示したようにフォトマスクを用いた選択的紫外線照射によりドレイン電極21上と、走査線の一部5上及び信号線の一部6上に夫々開口部62,63及び64を形成し、各開口部62,64内に夫々ドレイン電極21の一部と信号線の一部6を露出する。そして現像処理の後、平坦化層39を熱硬化する。さらに平坦化層39をマスクとして開口部63内のゲート絶縁層30を選択的に除去して走査線の一部5を露出する。走査線の一部5と同様に蓄積容量線16上には開口部65を形成して蓄積容量線16の一部を露出する。
そして平坦化層39をマスクとして開口部62,64内に露出しているアルミニウム層を除去すると、アルミニウム層の除去方法にもよるが、アルミニウム層の膜厚とほぼ同等すなわち0.3μm程度アルミニウム層がサイドエッチングされて開口部62,64の底部には平坦化層39のアンダカット40が形成される。
アンダカット40が存在したまま後続の絵素電極22を形成すると絵素電極22が段切れを起こすので、開口部62,64の穴径を拡大してアンダカット40を解消する必要がある。このためには平坦化層39を酸素プラズマで処理して平坦化層39を等方的に膜減りさせ、図3(e)と図4(e)に示したように拡大された開口部L62,L63,L64.L65を得ると開口部L62,L64の底部周囲にはアルミニウム層P35が部分的に露出する。開口部L63,L65は単に平坦化層39に形成された穴径が広がるだけであり、ゲート絶縁層30は酸素プラズマでは食刻されないので、開口部L63,L65の断面形状も開口部L62,L64と同様に外側から内側に向かって下向きの階段状の段差が形成されることになる。穴径の拡大量はサイドエッチ(アンダカット)寸法の2倍程度、0.5μmで十分である。
平坦化層39のアンダカット40を解消した後、ガラス基板2の全面にSPT等の真空製膜装置を用いて膜厚0.1〜0.2μm程度の透明導電層として例えばITOを被着し、図3(f)と図4(f)に示したように微細加工技術により透明導電層を選択的に除去して絵素電極22と走査線の電極端子5Aと信号線の電極端子6Aを形成する。同様に番号は付与しないが開口部65を含んで蓄積容量線16への電極端子が形成される。
このようにして得られたアクティブ基板2とカラーフィルタとを貼り合わせて液晶パネル化し、本発明の実施例2が完了する。蓄積容量15の構成に関しては図3(c)に示したように走査線11と同時に形成された蓄積容量線16とドレイン電極21がゲート絶縁層30を介して平面的に重なることで構成している例(右下がり斜線部50)を例示しているが、蓄積容量15の構成はこれに限られるものではなく、実施例1で紹介したようにソース・ドレイン配線12,21と同時形成された蓄積電極72と前段の走査線11との間にゲート絶縁層30を含む絶縁層を介して構成しても良い。
実施例2では透明度の高いアクリル樹脂よりなる平坦化層39がアクティブ基板2上に形成されているのでドレイン電極21の段差によって発生するドレイン電極21近傍の非配向が阻止できるだけでなく、図3(h)に示したように絵素電極22を走査線11上と信号線21上に重ねて形成して開口率を高める事ができる副次的な効果も生じる。これは平坦化層39が厚いために絵素電極22と走査線11及び信号線21との平面的な重なりから生じる電気的な干渉(寄生容量)が小さく、クロストークが起き難いためである。
エッチストップ型の絶縁ゲート型トランジスタではチャネル上に保護絶縁層32Dを有するのでアクティブ基板2のパシベーション層にアクリル樹脂を形成しても絶縁ゲート型トランジスタの電気的な特性が変動することは無いが、チャネルエッチ型の絶縁ゲート型トランジスタでは通常SiNxよりなるパシベーション絶縁層37をアクティブ基板2上に被着した後、アクリル樹脂による平坦化層39の形成が必要である。勿論、開口部62,63,64,65内のパシベーション絶縁層37の除去も必要である。
この場合、開口部62,64の底部にはSiNx層37のアンダカット40が形成される。本発明の主題である開口部62,64の穴径を拡大するためには、平坦化層39をマスクとして再び、開口部62,64内のパシベーション絶縁層37と、開口部63,65内のパシベーション絶縁層37とゲート絶縁層30を追加食刻して、拡大された開口部L62,L63,L64,L65を得ると開口部L62,L64の底部周囲にはアルミニウム層P35が露出する。開口部L63,L65は単に穴径が広がるだけであり、穴径の拡大量はサイドエッチ(アンダカット)量の2倍程度、0.5μmで十分である。
この追加食刻にあたりパシベーション絶縁層37とゲート絶縁層30の食刻ガスである弗素系のガスに酸素ガスを混入して平坦化層39も同時に食刻すると追加除去工程の短縮化が図られる。その混合比は対象とする膜質による影響もあるので生産現場で最適化を図ると良いことも実施例1と同じである。ただし実施例2ではアクリル樹脂による平坦化層39はサイドエッチされるだけでなく膜減りするので、予めその膜減り量を見込んで若干厚めに塗布する必要がある。
ドレイン電極21上のパシベーション絶縁層に形成された開口部L62を含んで形成されるのは透明導電性の絵素電極22に限らず、既に説明したように透明導電性の信号線の電極端子6Aは画像表示部外の領域で信号線12の一部6上に形成された開口部L64を含んで形成されて同一の構成である。通常、反射型の液晶表示装置においても絵素電極となる反射電極はドレイン電極上に形成された開口部を含んでパシベーション絶縁層上に形成されるので、本発明で取り扱う絵素電極は透明導電性に限らず金属性の導電性薄膜でも良い事は容易に理解されよう。このように本発明は絵素電極と信号線の電極端子の形成以外にも画像表示部外の領域で耐熱金属層とアルミニウム層との積層よりなる配線パターンと絵素電極形成用薄膜を用いた薄膜パターンとの接続が多層配線技術の一環として採用される場合にも極めて有効な技術である。
本発明の実施例1にかかるアクティブ基板の平面図 本発明の実施例1にかかるアクティブ基板の製造工程断面図 本発明の実施例2にかかるアクティブ基板の平面図 本発明の実施例2にかかるアクティブ基板の製造工程断面図 液晶パネルの実装状態を示す斜視図 液晶パネルの等価回路図 従来の液晶パネルの断面図 従来例のアクティブ基板の平面図 従来例のアクティブ基板の製造工程断面図 合理化されたアクティブ基板の平面図 合理化されたアクティブ基板の製造工程断面図
符号の説明
1:液晶パネル
2:アクティブ基板(ガラス基板)
3:半導体集積回路チップ
4:TCPフィルム
5:走査線の一部または電極端子
5A:透明導電性の走査線の電極端子
6:信号線の一部または電極端子
6A:透明導電性の信号線の電極端子
9:カラーフィルタ(対向するガラス基板)
10:絶縁ゲート型トランジスタ
11:走査線
11A:ゲート配線、ゲート電極
12:信号線(ソース配線、ソース電極)
16:蓄積容量線
17:液晶
19:偏光板
20:配向膜
21:ドレイン電極(ドレイン配線、ドレイン電極)
22:透明導電性の絵素電極
30:ゲート絶縁層
31:不純物を含まない(第1の)非晶質シリコン層
32D:保護絶縁層(エッチストップ層、チャネル保護絶縁層)
33:不純物を含む(第2の)非晶質シリコン層
34:耐熱金属層
35:低抵抗金属層(AL層)
36:中間導電層
40:アンダカット
37:(無機)パシベーション絶縁層
39:平坦化層(アクリル樹脂層)
50,52:蓄積容量形成領域
62:(ドレイン電極上の)開口部
62A:(蓄積電極上の)開口部
63:(走査線の一部上または走査線の電極端子上の)開口部
64:(信号線の一部上または信号線の電極端子上の)開口部
65:(対向電極上の)開口部
72: 蓄積電極
80A ,80B:ハーフトーン露光で形成された(通常の)感光性樹脂パターン
81:開口部62,63,64,65の形成に用いられる感光性樹脂パターン

Claims (4)

  1. 一主面上に少なくとも絶縁ゲート型トランジスタと、前記絶縁ゲート型トランジスタのゲート電極も兼ねる走査線とソース配線も兼ねる信号線と、ドレイン配線に接続された絵素電極とを有する単位絵素が二次元のマトリクスに配列された第1の透明性絶縁基板と、前記第1の透明性絶縁基板と対向する第2の透明性絶縁基板またはカラーフィルタとの間に液晶を充填してなる液晶表示装置において、
    第1の透明性絶縁基板の一主面上に走査線と、絶縁ゲート型トランジスタと、耐熱金属層とアルミニウム層との積層よりなる信号線が形成され、
    少なくともドレイン配線上に開口部を有する無機パシベーション絶縁層が前記第1の透明性絶縁基板上に形成され、
    前記開口部の底部の周囲にアルミニウム層がわずかに露出すると共に大部分は耐熱金属層が露出しており、
    前記ドレイン配線上の開口部を含み絵素電極形成領域の無機パシベーション絶縁層上に絵素電極が形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 一主面上に少なくとも絶縁ゲート型トランジスタと、前記絶縁ゲート型トランジスタのゲート電極も兼ねる走査線とソース配線も兼ねる信号線と、ドレイン配線に接続された絵素電極とを有する単位絵素が二次元のマトリクスに配列された第1の透明性絶縁基板と、前記第1の透明性絶縁基板と対向する第2の透明性絶縁基板またはカラーフィルタとの間に液晶を充填してなる液晶表示装置において、
    第1の透明性絶縁基板の一主面上に走査線と、絶縁ゲート型トランジスタと、耐熱金属層とアルミニウム層との積層よりなる信号線が形成され、
    少なくともドレイン配線上に開口部を有し、その上層部が感光性有機絶縁層であるパシベーション絶縁層が前記第1の透明性絶縁基板上に形成され、
    前記開口部の底部の周囲にアルミニウム層がわずかに露出すると共に大部分は耐熱金属層が露出しており、
    前記ドレイン配線上の開口部を含み絵素電極形成領域のパシベーション絶縁層上に絵素電極が形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
  3. 一主面上に少なくとも絶縁ゲート型トランジスタと、前記絶縁ゲート型トランジスタのゲート電極も兼ねる走査線とソース配線も兼ねる信号線と、前記絶縁ゲート型トランジスタのドレインに接続された絵素電極と、前記絵素電極とは所定の距離を隔てて形成された対向電極とを有する単位絵素が二次元のマトリクスに配列された第1の透明性絶縁基板と、前記第1の透明性絶縁基板と対向する第2の透明性絶縁基板またはカラーフィルタとの間に液晶を充填してなる液晶表示装置において、
    第1の透明性絶縁基板の一主面上に走査線と、絶縁ゲート型トランジスタと、耐熱金属層とアルミニウム層との積層よりなる信号線を形成する工程と、
    少なくともドレイン配線上に開口部を有する無機パシベーション絶縁層を前記第1の透明性絶縁基板上に形成する工程と、
    前記開口部内に露出しているアルミニウム層を除去する工程と、
    前記開口部を拡大する工程と、
    導電層を被着後、前記拡大された開口部を含んで絵素電極を形成する工程を有する液晶表示装置の製造方法。
  4. 一主面上に少なくとも絶縁ゲート型トランジスタと、前記絶縁ゲート型トランジスタのゲート電極も兼ねる走査線とソース配線も兼ねる信号線と、ドレイン配線に接続された絵素電極とを有する単位絵素が二次元のマトリクスに配列された第1の透明性絶縁基板と、前記第1の透明性絶縁基板と対向する第2の透明性絶縁基板またはカラーフィルタとの間に液晶を充填してなる液晶表示装置において、
    第1の透明性絶縁基板の一主面上に走査線と、絶縁ゲート型トランジスタと、耐熱金属層とアルミニウム層との積層よりなる信号線を形成する工程と、
    少なくともドレイン配線上に開口部を有し、その上層部が感光性有機絶縁層であるパシベーション絶縁層を前記第1の透明性絶縁基板上に形成する工程と、
    前記開口部内に露出しているアルミニウム層を除去する工程と、
    前記パシベーション絶縁層の膜厚を減少せしめて前記開口部を拡大する工程と、
    導電層を被着後、前記拡大された開口部を含んで絵素電極を形成する工程を有する液晶表示装置の製造方法。

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