JP2012053371A - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】対向電極が平面ベタで形成され、層間絶縁膜を介して櫛歯状の画素電極が形成されたＩＰＳ方式液晶表示装置において、対向電極とその上に形成された層間絶縁膜が剥離することを防止する。
【解決手段】有機パッシベーション膜１０７の上に平面ベタで対向電極１０８が形成されている。対向電極１０８の上に層間絶縁膜１０９を形成する前に、プラズマアッシャー処理を行う。プラズマアッシャー処理によって有機パッシベーション膜１０７の表面が削れてオーバーハング部であるＡ部が形成される。プラズマアッシャー処理によって有機パッシベーション膜１０７の表面が削れるとともに、対向電極１０８の表面も粗面化されるので、層間絶縁膜１０９の有機パッシベーション膜１０７あるいは対向電極１０８との接触面積が増大し、接着力が上昇する。また、プラズマアッシャーによって対向電極１０８上のレジスト残りも除去されるので、層間絶縁膜１０９の接着力が増大する。
【選択図】図２

Description

本発明は表示装置に係り、特に、層間の膜剥がれを対策し、信頼性を改善した、ＩＰＳ方式の液晶表示装置に関する。

液晶表示装置では画素電極および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に対向して、ＴＦＴ基板の画素電極と対応する場所にカラーフィルタ等が形成された対向基板が設置され、ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶が挟持されている。そして液晶分子による光の透過率を画素毎に制御することによって画像を形成している。

液晶表示装置はフラットで軽量であることから、ＴＶ等の大型表示装置から、携帯電話やＤＳＣ（Digital Still Camera）等、色々な分野で用途が広がっている。一方、液晶表示装置では視野角特性が問題である。視野角特性は、画面を正面から見た場合と、斜め方向から見た場合に、輝度が変化したり、色度が変化したりする現象である。視野角特性は、液晶分子を水平方向の電界によって動作させるＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式が優れた特性を有している。

ＩＰＳ方式も種々存在するが、例えば、対向電極を平面ベタで形成し、その上に、絶縁膜を挟んで櫛歯状の画素電極を配置し、画素電極と対向電極の間に発生する電界によって液晶分子を回転させる方式が透過率を大きくすることが出来るので、現在主流となっている。このような方式の液晶表示装置を記載したものとして、「特許文献１」が挙げられる。なお、画素電極を平面ベタで形成し、その上に、絶縁膜を挟んで櫛歯状の対向電極を配置する構成も存在するが、原理は同様である。

特開２００７−３２８２１０号公報

ＴＦＴ基板には、ＴＦＴや映像信号線、走査線等が形成され、表面に凹凸が存在するので、有機パッシベーション膜を２μｍ程度に厚く形成する。ＩＰＳでは、対向電極と画素電極をＴＦＴ基板に形成する。有機パッシベーション膜の上に平面ベタで、透明電極であるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）によって対向電極を形成し、その上に層間絶縁膜をＳｉＮによって形成し、その上にＩＴＯによって櫛歯状の画素電極を形成する。

層間絶縁膜はＣＶＤによって形成される。一般に、ＣＶＤ膜は、高温で形成したほうが、下地膜との接着力は強くすることが出来る。したがって、一般には、ＣＶＤ膜は３００℃程度の高温で行われる。しかし、本発明が対象とする液晶表示装置においては、層間絶縁膜の下には有機パッシベーション膜がすでに形成されているので、２３０℃以上の高温にすると、有機パッシベーション膜の特性が変化するため、層間絶縁膜１１１の形成は低温ＣＶＤで行われる。低温ＣＶＤで層間絶縁膜を形成することによって、層間絶縁膜のすぐ下に形成されている対向電極との接着力が問題となる。

層間絶縁膜をＣＶＤ膜によって成膜し、エッチングによってスルーホールを形成し、その後、画素電極を形成する。画素電極を形成後、配向膜を塗布し、配向膜のベーキングを行う。その後、配向膜をラビング処理する。

対向電極と層間絶縁膜との膜剥がれは、ラビング処理を行った後、発見される場合が多い。ラビング処理において、膜剥がれが生じていると、剥離した膜が異物となって、ラビング工程を汚染することになる。

したがって、対向電極と層間絶縁膜との膜剥がれの問題は、該当する液晶パネルが不良になるのみならず、ラビング工程を汚染して、該工程における液晶表示装置の製造歩留まりを低下させるという問題を生ずる。

本発明の課題は、対向電極と層間絶縁膜の接着力を向上させ、対向電極と層間絶縁膜との間の膜剥がれを防止することである。

本発明は、以上のような課題を解決するものであり、具体的な構成は次のとおりである。

（１）ＴＦＴが形成されたＴＦＴ基板とカラーフィルタが形成された対向電極との間に液晶層が挟持された液晶表示装置であって、前記ＴＦＴの上は有機パッシベーション膜によって覆われ、前記有機パッシベーション膜の上は平面ベタで透明導電膜による第１の電極が形成され、前記第１の電極の上には、層間絶縁膜が形成され、前記層間絶縁膜の上には透明導電膜による櫛歯状の第２の電極が形成され、前記第１の電極の端部において、前記有機パッシベーション膜の上部は、前記第１の電極の下部よりも下方に存在していることを特徴とする液晶表示装置である。

（２）前記第１の電極の端部において、前記第１の電極は前記有機パッシベーション膜に対してオーバーハングしていることを特徴とする。

（３）前記第１の電極は対向電極である場合もあるし、画素電極電極である場合もある。

（４）上記のような構成の液晶表示装置を製造するための製造方法は、前記有機パッシベーション膜の上に、ＩＴＯを被着し、前記ＩＴＯをパターニングすることによって、平面ベタの対向電極を形成する工程と、前記対向電極をパターニングした後、前記ＴＦＴ基板に対してプラズマアッシャー処理を行い、
その後、層間絶縁膜を形成し、前記層間絶縁膜の上にＩＴＯによって櫛歯状の画素電極を形成することを特徴とする。

（５）上記工程において、平面ベタの電極は画素電極であり、層間絶縁膜を介して上方に形成された櫛歯電極が対向電極である場合もある。

（６）上記の工程が特に効果がある場合は、前記層間絶縁膜を２３０℃程度の低温ＣＶＤで形成する場合である。

本発明によれば、対向電極と層間絶縁膜の接着力が向上し、対向電極と層間絶縁膜の膜剥がれを防止することが出来る。したがって、液晶表示装置の製造歩留りを向上させることが出来る。また、膜剥がれに起因する、ラビング工程内の汚染を防止できるので、該工程における工程歩留り向上させることが出来る。

液晶表示装置の表示領域の断面図である。 本発明における有機パッシベーション膜、対向電極、層間絶縁膜の関係を示す断面図である。 従来構造における有機パッシベーション膜、対向電極、層間絶縁膜の関係を示す断面図である。 本発明による製造方法を示す工程図である。

以下に実施例を用いて本発明の内容を詳細に説明する。

図１はＩＰＳ方式の液晶表示装置の表示領域における構造を示す断面図である。ＩＰＳ方式の液晶表示装置の電極構造は種々のものが提案され、実用化されている。図１の構造は、現在広く使用されている構造であって、簡単に言えば、平面ベタで形成された対向電極１０８の上に絶縁膜を挟んで櫛歯状の画素電極１１０が形成されている。そして、画素電極１１０と対向電極１０８の間の電圧によって液晶分子３０１を回転させることによって画素毎に液晶層３００の光の透過率を制御することにより画像を形成するものである。以下に図１の構造を詳しく説明する。なお、本発明は、図１の構成を例にとって説明するが、図１とは逆に平面ベタで形成された画素電極１１０の上に絶縁膜を挟んで櫛歯状の対向電極１０８が形成されているタイプのＩＰＳの場合にも全く同様に適用することが出来る。

図１において、ガラスで形成されるＴＦＴ基板１００の上に、ゲート電極１０１が形成されている。ゲート電極１０１は走査線と同層で形成されている。ゲート電極１０１は例えば、ＡｌＮｄ合金の上にＭｏＣｒ合金が積層されている。

ゲート電極１０１を覆ってゲート絶縁膜１０２がＳｉＮによって形成されている。ゲート絶縁膜１０２の上に、ゲート電極１０１と対向する位置に半導体層１０３がａ−Ｓｉ膜によって形成されている。ａ−Ｓｉ膜はプラズマＣＶＤによって形成される。ａ−Ｓｉ膜はＴＦＴのチャネル部を形成するが、チャネル部を挟んでａ−Ｓｉ膜上にソース電極１０５とドレイン電極１０４が形成される。なお、ａ−Ｓｉ膜とソース電極１０５あるいはドレイン電極１０４との間には図示しないｎ＋Ｓｉ層が形成される。半導体層とソース電極１０５あるいはドレイン電極１０４とのオーミックコンタクトを取るためである。

ソース電極１０５は映像信号線が兼用し、ドレイン電極１０４は画素電極１１０と接続される。ソース電極１０５もドレイン電極１０４も同層で同時に形成される。ＴＦＴを覆って無機パッシベーション膜１０６がＳｉＮによって形成される。無機パッシベーション膜１０６はＴＦＴの、特にチャネル部を不純物から保護する。無機パッシベーション膜１０６の上には有機パッシベーション膜１０７が形成される。有機パッシベーション膜１０７はＴＦＴの保護と同時に表面を平坦化する役割も有するので、厚く形成される。厚さは１μｍから４μｍである。有機パッシベーション膜１０７にはスルーホールが形成される。

有機パッシベーション膜１０７はアクリル系あるいはシリコン系等の感光性樹脂によって形成する。感光性樹脂を使用することによって、レジストの塗布等を省略できる利点がある。有機パッシベーション膜１０７を塗布後、プリベークして固化した状態で、マスクを用いて感光性樹脂を直接露光する。例えば、スルーホールの部分を露光して、露光した部分が現像液に溶解するようにしておくことによってスルーホールを形成する。スルーホールを形成後、有機パッシベーション膜１０７を焼成し、固化する。焼成は２３０℃程度で行う。有機パッシベーション膜１０７は、ＴＦＴの保護、あるいは、表面の平坦化のために重要なものであるが、後工程において、焼成温度を超える高温工程を経ると有機パッシベーション膜１０７が変質するので、後工程の温度条件に制約を生ずる。

有機パッシベーション膜１０７の上に透明導電膜であるアモルファスＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）をスパッタリングによって被着し、フォトレジストによって、パターニングした後、蓚酸でエッチングし、対向電極１０８を形成する。対向電極１０８はスルーホールを避けて、平面ベタで形成される。その後、２３０℃でアニールして、ＩＴＯを多結晶化し、電気抵抗を低下させる。対向電極１０８の厚さは例えば、７７μｍである。

その後、対向電極１０８を覆って、層間絶縁膜１０９をＣＶＤによって成膜する。このときのＣＶＤの温度条件は、２３０℃程度であり、これは低温ＣＶＤと呼ばれる。その後、フォトリソグラフィ工程によって、層間絶縁膜１０９のパターニングを行う。

ところで、一般にＣＶＤによって膜を形成するときは、基板温度は３００℃以上で行われる。ＣＶＤ膜等は、高温で形成したほうが、下地膜との接着力を強くすることが出来る。しかし、図１の構成においては、層間絶縁膜１０９の下には有機パッシベーション膜１０７がすでに形成されているので、２３０℃を超える高温にすると、有機パッシベーション膜１０７の特性が変化するので、層間絶縁膜１０９の形成は２３０℃程度の低温ＣＶＤで行われる。低温ＣＶＤで層間絶縁膜１０９を形成することによって、他の膜、特に、対向電極１０８と、層間絶縁膜１０９との接着力が問題となる。

本発明は対向電極１０８と層間絶縁膜１０９の接着力を強化するために、対向電極１０８を形成後、ＣＶＤによって層間絶縁膜１０９を形成する前に、対向電極１０８および有機パッシベーション膜１０７の表面に対して酸素によるプラズマアッシャーを行う。プラズマアッシャーは、特に有機膜に対して強く作用するので、有機パッシベーション膜１０７が露出した部分では、有機パッシベーション膜１０７表面が軽くエッチングされたような状態となる。このために、図１における対向電極１０８の端部付近のＡ部に示すような、オーバーハング部が形成される。

このように、本発明においては、対向電極１０８を形成した後、層間絶縁膜１０９を形成する前にプラズマアッシャー処理を行う。その後、層間絶縁膜１０９を低温ＣＶＤによって形成する。その後、層間絶縁膜１０９および無機パッシベーション膜１０６をエッチングすることによってスルーホール１１１を形成する。その後、層間絶縁膜１０９およびスルーホール１１１を覆って画素電極１１０となる、透明導電膜であるＩＴＯを被着し、パターニングを行う。

画素電極１１０はいわゆる櫛歯状の電極となっている。櫛歯状の電極と櫛歯状の電極の間はスリット１１２となっている。対向電極１０８には一定電圧が印加され、画素電極１１０には映像信号による電圧が印加される。画素電極１１０に電圧が印加されると図１に示すように、電気力線が発生して液晶分子３０１を回転させ、バックライトからの光の透過を制御する。画素毎にバックライトからの透過が制御されるので、画像が形成されることになる。画素電極１１０の上には液晶分子３０１を配向させるためのＴＦＴ基板側配向膜１１３が形成されている。

図１の例では、有機パッシベーション膜１０７の上に、平面ベタで形成された対向電極１０８が配置され、層間絶縁膜１０９の上に櫛歯状の画素電極１１０が配置されている。しかしこれとは逆に、有機パッシベーション膜１０７の上に平面ベタで形成された画素電極１１０を配置し、層間絶縁膜１０９の上に櫛歯状の対向電極１０８が配置される場合もある。本発明はこのような構成に対しても全く同様に適用することが出来る。

図１において、液晶層３００を挟んで対向基板２００が設置されている。対向基板２００の内側には、カラーフィルタが形成されている。ブラックマトリクス２０２は、画像のコントラストを向上させるとともに、ＴＦＴの遮光膜としての役割を有し、ＴＦＴに光電流が流れることを防止している。

カラーフィルタ２０１およびブラックマトリクス２０２を覆ってオーバーコート膜２０３が形成されている。カラーフィルタ２０１およびブラックマトリクス２０２の表面は凹凸となっているために、オーバーコート膜２０３によって表面を平らにしている。オーバーコート膜２０３の上には、液晶分子３０１の初期配向を決めるための配向膜１１３が形成されている。

対向基板２００の外側には、外部導電膜２１０がＩＴＯをスパッタリングすることによって形成されている。外部導電膜２１０は液晶表示パネルの内部の電界を安定化させるために形成されている。

図２は、図１のＴＦＴ基板におけるスルーホール付近の拡大断面図である。図２において、ゲート絶縁膜１０２より下の部分、および、層間絶縁膜１０９より上の部分は省略されている。図２において、スルーホールの下部には、ＴＦＴからのソース電極１０５が延在している。ゲート絶縁膜１０２およびソース電極１０５を覆って無機パッシベーション膜１０６が形成され、その上に有機パッシベーション膜１０７が形成されている。有機パッシベーション膜１０７の上には、対向電極１０８が形成されている。

本発明では、有機パッシベーション膜１０７を形成後、プラズマアッシャー処理を行う。プラズマアッシャーは、特に有機膜に対して強く作用するので、有機パッシベーション膜１０７が削れ、図２のＡ部に示すようなオーバーハング部が形成される。同時に、有機パッシベーション膜１０７の上部は削れて、対向電極１０８の下部よりも下方に存在することになる。このとき、有機パッシベーション膜１０７が垂直方向に削れる量、すなわち、図２に示すｄは、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。この目的のプラズマアッシャーは１分程度処理すればよいので、プラズマアッシャー処理の導入によって工程時間が大幅に増加することは無い。

図３は、従来構成でのＴＦＴ基板におけるスルーホール付近の拡大断面図である。図３では、対向電極１０８の端部においては、オーバーハング部は形成されていない。つまり、本発明における形状的な特徴は、図２に示すように、対向電極１０８端部において対向電極のオーバーハング部が形成されていることである。Ａ部で示すオーバーハング部が形成されていることによって、層間絶縁膜１０９と、有機パッシベーション膜１０７あるいは対向電極１０８との接触面積が増大するので、層間絶縁膜１０９の剥がれを防止することが出来る。

さらに、対向電極１０８をパターニング後、プラズマアッシャー処理を行うことによって、対向電極１０８に残存しているレジストを完全に除去することが出来るという効果もある。レジストが残存していると、膜剥がれの原因になる。したがって、この点においても、本発明である対向電極１０８形成後の、プラズマアッシャー処理の導入の効果は大きい。

図４は本発明の構成に関連するプロセスを示す工程図である。図４において、対向電極１０８がＩＴＯをスパッタリングすることによって形成される。その後、対向電極１０８にレジストを塗布し、露光、現像を行う。その後、第１のプラズマアッシャーＩを行う。プラズマアッシャーIの目的は、現像した後のレジスト残りを除去することである。その後、対向電極１０８を、例えば蓚酸でエッチングをおこなう。なお、対向電極１０８がエッチングされる領域はスルーホール部およびその周辺である。エッチング後、レジスト剥離を行う。

レジスト剥離を行った後、第２のプラズマアッシャーIIを行う。第２のプラズマアッシャーIIを導入することが本発明の特徴である。第２のプラズマアッシャーIIによって、有機パッシベーション膜１０７の表面を削り、あるいは、対向電極１０８および有機パッシベーション膜１０７の表面を粗面とすることによって、後で形成される層間絶縁膜１０９との接着力を増大させる。なお、プラズマアッシャーIIの効果は、対向電極１０８に残存したレジストの残りを除去する効果もあり、この点からも接着力を増大させることが出来る。

このようにしてプラズマアッシャーII処理を行った後、２３０℃程度でＴＦＴ基板全体をベーキングする。ベーキングの目的は、ＩＴＯで形成された対向電極のアニールである。スパッタリングによって被着されたＩＴＯは非晶質であり、電気抵抗が大きいので、電気抵抗を低下させるために、アニールを行う。

このようにして、対向電極１０８を形成した後、層間絶縁膜１０９をＳｉＮによって形成する。その後、あらかじめ形成されている有機パッシベーション膜１０７のスルーホール内において、層間絶縁膜１０９および無機パッシベーション膜１０６をエッチングすることによってスルーホール１１１を形成する。このスルーホール１１１を介して画素電極１１０とソース電極１０５の導通をとる。

このように、本発明によれば、対向電極１０８をエッチングし、レジスト剥離を行った後、短時間、プラズマアッシャー処理を行うことによって、層間絶縁膜１０９の膜剥がれを防止することが出来、液晶表示装置の製造歩留まりを大幅に上昇させることが出来る。

１００…ＴＦＴ基板、 １０１…ゲート電極、 １０２…ゲート絶縁膜、 １０３…半導体層、 １０４…ドレイン電極、 １０５…ソース電極、 １０６…無機パッシベーション膜、 １０７…有機パッシベーション膜、 １０８…対向電極、 １０９…層間絶縁膜、 １１０…画素電極、 １１１…スルーホール、 １１２…スリット、 １１３…配向膜、 ２００…対向基板、 ２０１…カラーフィルタ、 ２０２…ブラックマトリクス、 ２０３…オーバーコート膜、 ２１０…外部導電膜、 ３００…液晶層、 ３０１…液晶分子。

Claims (8)

1. ＴＦＴが形成されたＴＦＴ基板とカラーフィルタが形成された対向電極との間に液晶層が挟持された液晶表示装置であって、
   前記ＴＦＴの上は有機パッシベーション膜によって覆われ、前記有機パッシベーション膜の上は平面ベタで透明導電膜による第１の電極が形成され、前記第１の電極の上には、層間絶縁膜が形成され、前記層間絶縁膜の上には透明導電膜による櫛歯状の第２の電極が形成され、
   前記第１の電極の端部において、前記有機パッシベーション膜の上部は、前記第１の電極の下部よりも下方に存在していることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第１の電極の端部において、前記有機パッシベーション膜の上部は、前記第１の電極の下部よりも１０ｎｍ乃至１００ｎｍ下方に存在していることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. ＴＦＴが形成されたＴＦＴ基板とカラーフィルタが形成された対向電極との間に液晶層が挟持された液晶表示装置であって、
   前記ＴＦＴの上は有機パッシベーション膜によって覆われ、前記有機パッシベーション膜の上は平面ベタで透明導電膜による第１の電極が形成され、前記第１の電極の上には、層間絶縁膜が形成され、前記層間絶縁膜の上には透明導電膜による櫛歯状の第２の電極が形成され、
   前記第１の電極の端部において、前記第１の電極は、前記有機パッシベーション膜に対してオーバーハングしていることを特徴とする液晶表示装置。
4. 前記第１の電極は対向電極であることを特徴とする請求項１乃至３に記載の液晶表示装置。
5. 前記第１の電極は画素電極であることを特徴とする請求項１乃至３に記載の液晶表示装置。
6. ＴＦＴが形成され、前記ＴＦＴが有機パッシベーション膜によって覆われたＴＦＴ基板とカラーフィルタが形成された対向電極との間に液晶層が挟持され液晶表示装置の製造方法であって、
   前記有機パッシベーション膜の上に、ＩＴＯを被着し、前記ＩＴＯをパターニングすることによって、平面ベタの対向電極を形成する工程と、
   前記対向電極をパターニングした後、前記ＴＦＴ基板に対してプラズマアッシャー処理を行い、
   その後、層間絶縁膜を形成し、前記層間絶縁膜の上にＩＴＯによって櫛歯状の画素電極を形成することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
7. ＴＦＴが形成され、前記ＴＦＴが有機パッシベーション膜によって覆われたＴＦＴ基板とカラーフィルタが形成された対向電極との間に液晶層が挟持され液晶表示装置の製造方法であって、
   前記有機パッシベーション膜の上に、ＩＴＯを被着し、前記ＩＴＯをパターニングすることによって、平面ベタの画素電極を形成する工程と、
   前記画素電極をパターニングした後、前記ＴＦＴ基板に対してプラズマアッシャー処理を行い、
   その後、層間絶縁膜を形成し、前記層間絶縁膜の上にＩＴＯによって櫛歯状の対向電極を形成することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
8. 前記層間絶縁膜はＣＶＤによって形成することを特徴とする請求項６または７に記載の液晶表示装置の製造方法。

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