JP2014021170A - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】画素用ホールの径大化を抑制することが可能な液晶表示装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の液晶表示装置の製造方法では、ゲート絶縁膜3にゲート配線52の一部を露出させる第1の端子用ホール3bを形成し、下層絶縁膜4及び上層絶縁膜8に、ドレイン電極57の一部を露出させる画素用ホール8aと、平面視において第1の端子用ホール3bと重複し、ゲート配線52の一部を露出させる第2の端子用ホール8bと、を形成し、画素用ホール8aを通じてドレイン電極57に接続される画素電極9と、第2の端子用ホール8bを通じてゲート配線52に接続される端子92と、を形成する。
【選択図】図1
【解決手段】本発明の液晶表示装置の製造方法では、ゲート絶縁膜3にゲート配線52の一部を露出させる第1の端子用ホール3bを形成し、下層絶縁膜4及び上層絶縁膜8に、ドレイン電極57の一部を露出させる画素用ホール8aと、平面視において第1の端子用ホール3bと重複し、ゲート配線52の一部を露出させる第2の端子用ホール8bと、を形成し、画素用ホール8aを通じてドレイン電極57に接続される画素電極9と、第2の端子用ホール8bを通じてゲート配線52に接続される端子92と、を形成する。
【選択図】図1
Description
本発明は、液晶表示装置及びその製造方法に関し、特には絶縁膜におけるホールの形成に関する。
特許文献1に開示された液晶表示装置は、薄膜トランジスタTrを覆う絶縁膜13と、絶縁膜13上に配置される共通電極15と、共通電極15を覆う絶縁膜17と、絶縁膜17上に配置される画素電極19と、を備えている。これら2層の絶縁膜13,17には、薄膜トランジスタTrのソース/ドレイン電極11sdの一部を露出させる画素用ホール17aが形成されており、画素電極19は、画素用ホール17aを通じてソース/ドレイン電極11sdに接続されている。
ところで、上記のような液晶表示装置の周縁領域には、ゲート配線(走査線)の一部を露出させる端子用ホールが形成され、この端子用ホールを通じて端子がゲート配線に接続される。この端子用ホールは、画素用ホールが形成される2層の絶縁膜とその下のゲート絶縁膜とを含む合計3層の絶縁膜を貫通するように形成される。
しかしながら、端子用ホールと画素用ホールをエッチングにより同時に形成する場合、3層の絶縁膜を貫通する端子用ホールの形成が完了するまで、2層の絶縁膜を貫通する画素用ホールがエッチングされ続けるため、画素用ホールが径大化してしまうという問題がある。
本発明は、上記実情に鑑みて為されたものであり、画素用ホールの径大化を抑制することが可能な液晶表示装置及びその製造方法を提供することを主な目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の液晶表示装置の製造方法は、透明基板上にゲート電極及びゲート配線を形成し、前記ゲート電極及び前記ゲート配線を覆うゲート絶縁膜を形成し、前記ゲート絶縁膜に前記ゲート配線の一部を露出させる第1の端子用ホールを形成し、前記ゲート絶縁膜上に半導体層、ソース電極及びドレイン電極を形成し、前記半導体層、前記ソース電極、前記ドレイン電極及び前記ゲート配線を覆う保護絶縁膜を形成し、前記保護絶縁膜に、前記ソース電極又は前記ドレイン電極の一部を露出させる画素用ホールと、平面視において前記第1の端子用ホールと重複し、前記ゲート配線の一部を露出させる第2の端子用ホールと、を形成し、前記画素用ホールを通じて前記ソース電極又は前記ドレイン電極に接続される画素電極と、前記第2の端子用ホールを通じて前記ゲート配線に接続される端子と、を形成することを特徴とする。
また、本発明の一態様では、前記第2の端子用ホールは、前記第1の端子用ホールよりも小さく、前記第1の端子用ホールの内側に形成される。
また、本発明の一態様では、前記保護絶縁膜は下層絶縁膜と上層絶縁膜とを含み、前記下層絶縁膜と前記上層絶縁膜との間に共通電極が形成される。
また、本発明の一態様では、前記ゲート絶縁膜は前記保護絶縁膜よりも硬い。
また、本発明の液晶表示装置は、透明基板と、前記透明基板上に配置されるゲート電極及びゲート配線と、前記ゲート電極及び前記ゲート配線を覆うゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に配置される半導体層、ソース電極及びドレイン電極と、前記半導体層、前記ソース電極及び前記ドレイン電極を覆う保護絶縁膜と、前記保護絶縁膜に形成された画素用ホールを通じて前記ソース電極又は前記ドレイン電極に接続される画素電極と、前記保護絶縁膜に形成された端子用ホールを通じて前記ゲート配線に接続される端子と、を備え前記ゲート配線のうち前記端子と接続される部分では、前記保護絶縁膜が前記ゲート配線と直接接していることを特徴とする。
また、本発明の一態様では、前記端子は、前記ゲート絶縁膜と接触しない。
また、本発明の一態様では、前記保護絶縁膜は下層絶縁膜と上層絶縁膜とを含み、前記下層絶縁膜と前記上層絶縁膜との間に共通電極が形成される。
本発明によると、第1の端子用ホールをゲート絶縁膜に形成し、その後、第1の端子用ホールと平面視において重複する第2の端子用ホールを保護絶縁膜に形成することから、ゲート配線の一部を露出させるまでの時間を短縮することが可能であり、この結果、画素用ホールの径大化を抑制して、開口率を向上させることが可能である。
本発明の液晶表示装置及びその製造方法の実施形態を、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の液晶表示装置の一実施形態を模式的に表す断面図である。同図の左側には、TFT基板1の表示領域に設けられた薄膜トランジスタ(TFT)5の近傍が示され、同図の右側には、TFT基板1の周縁領域に設けられた端子92の近傍が示されている。
TFT基板1の表示領域では、透明基板2上にTFT5が配置されている。TFT5は、ゲート電極51と、半導体層53と、ソース電極55と、ドレイン電極57と、を備えている。ゲート電極51上には半導体層53が配置されており、ゲート電極51と半導体層53の間にはゲート絶縁膜3が配置されている。半導体層53上には、ソース電極55及びドレイン電極57が配置されている。
TFT5及びゲート絶縁膜3は、保護絶縁膜としての下層絶縁膜4によって覆われており、下層絶縁膜4は有機絶縁膜6によって覆われている。有機絶縁膜6は、比較的厚めに形成されており、その表面が平坦になった平坦化膜である。有機絶縁膜6上には共通電極7が配置されており、共通電極7には共通線72が接続されている。共通電極7及び有機絶縁膜6は、保護絶縁膜としての上層絶縁膜8によって覆われており、上層絶縁膜8上には画素電極9が配置されている。なお、有機絶縁膜6は必須ではない。
有機絶縁膜6のうちドレイン電極57の上方には、底に下層絶縁膜4が露出するホール6aが形成されており、上層絶縁膜8は、ホール6aを充填して下層絶縁膜4と接触している。下層絶縁膜4及び上層絶縁膜8には、有機絶縁膜6のホール6aの内側を通って、底にドレイン電極57が露出する画素用ホール8aが形成されており、画素電極9は、画素用ホール8aを通ってドレイン電極57に接続されている。
TFT基板1の周縁領域には、ゲート電極51と接続されたゲート配線52が延在しており、ゲート配線52の端部には端子92が接続されている。ゲート配線52の端部の上方には、ゲート絶縁膜3、下層絶縁膜4及び上層絶縁膜8が積層されており、有機絶縁膜6は配置されていない。ゲート絶縁膜3には第1の端子用ホール3bが形成されており、下層絶縁膜4及び上層絶縁膜8には第2の端子用ホール8bが形成されている。第1の端子用ホール3bと第2の端子用ホール8bは、平面視で互いに重複するように形成されている。第2の端子用ホール8bの底にはゲート配線52の端部が露出しており、端子92は、第2の端子用ホール8bを通ってゲート配線52の端部に接続されている。
透明基板2は無アルカリガラス等からなる。TFT5のゲート電極51、ゲート配線52、ソース電極55及びドレイン電極57はCuやAl等の金属からなる。半導体層53は非晶質Siなどの半導体からなる。ゲート絶縁膜3、下層絶縁膜4及び上層絶縁膜8はSiN等の透明な無機絶縁材料からなる。有機絶縁膜6を構成する有機材料については後述する。共通電極7、画素電極9及び端子92は、スズ添加酸化インジウム(ITO)等の酸化物からなる透明導電膜である。
TFT基板1では、さらに、上層絶縁膜8及び画素電極9の上方に不図示の配向膜が配置され、透明基板2の下方に不図示の偏光板が配置される。こうしたTFT基板1と、不図示のカラーフィルタ(CF)基板とが液晶層を挟持することによって液晶パネルが構成され、さらに、こうした液晶パネルに駆動回路が組み付けられることによって液晶表示装置が構成される。
図2A〜図8Bは、本発明の液晶表示装置の製造方法の実施形態を表す図である。これらの図のAの断面図は、フォトリソグラフィー工程及びエッチングによる薄膜加工が終了し、フォトレジストが除去された状態を示している。Bのフローチャートは、当該状態に至るまでの主な工程を示している。
ここで、フォトリソグラフィー工程とは、フォトレジストの塗布から、フォトマスクを使用した選択的な露光を経て、現像を行うまでの、レジストパターンを形成する一連の処理を含む工程であり、以下では詳細な説明を省略する。
図2A及び図2Bに示される工程では、ゲート電極51及びゲート配線52が形成される。具体的には、始めに、透明基板2上にスパッタリングによりCuやAl等の金属からなる金属膜が形成される(S11)。次いで、金属膜上にレジストパターンが形成され(S12)、金属膜が選択的にエッチングされる(S13)。その後、フォトレジストが剥離される(S14)。これにより、透明基板2上にゲート電極51及びゲート配線52が形成される。
図3A及び図3Bに示される工程では、ゲート絶縁膜3、半導体層53、ソース電極55及びドレイン電極57が形成される。また、ゲート絶縁膜3には、第1の端子用ホール3bが形成される。具体的には、CVD装置の反応室内にアンモニアガス、シランガス及び窒素ガスを導入することでSiNxからなるゲート絶縁膜3が形成され、続いて、シランガス及び水素ガスを導入することで非晶質Siからなる半導体層が形成され、続いて、スパッタリングによりCuやAl等の金属からなる金属膜が形成される(S21)。
次いで、金属膜上にハーフトーンマスクを利用したレジストパターンが形成される(S22)。ここでは、ソース電極55及びドレイン電極57が形成される領域にフォトレジストが第1の厚さで形成され、ソース電極55とドレイン電極57の間の領域にフォトレジストが上記第1の厚さよりも薄い第2の厚さで形成される。また、半導体層53が形成されない領域にフォトレジストが上記第2の厚さよりも薄い第3の厚さで形成され、第1の端子用ホール3bが形成される領域にはフォトレジストが形成されない。次いで、金属膜、半導体層及びゲート絶縁膜3が選択的にエッチングされ(S23)、これにより、ゲート絶縁膜3には、底にゲート配線52の端部が露出する第1の端子用ホール3bが形成される。次いで、フォトレジストの第3の厚さで形成された部分がハーフアッシングにより除去され(S24)、これにより露出した領域の金属膜及び半導体層が選択的にエッチングされる(S25)。次いで、フォトレジストの第2の厚さで形成された部分がハーフアッシングにより除去され(S26)、これにより露出した領域の金属膜がエッチングされる(S27)。その後、フォトレジストが剥離される(S26)。これにより、半導体層53、ソース電極55及びドレイン電極57が形成され、TFT5が完成する。
図4A及び図4Bに示される工程では、下層絶縁膜4が形成される。具体的には、CVD装置の反応室内にアンモニアガス、シランガス及び窒素ガスを導入することで、TFT5及びゲート絶縁膜3上にSiNxからなる下層絶縁膜4が形成される(S31)。このとき、下層絶縁膜4は、ゲート絶縁膜3に形成された第1の端子用ホール3bを充填するため、第1の端子用ホール3bの上方にはその形状に倣った窪み4cが形成される。
図5A及び図5Bに示される工程では、有機絶縁膜6が形成される。具体的には、下層絶縁膜4上に液状の有機材料を塗布し、硬化させることで有機絶縁膜6が形成される(S41)。有機絶縁膜6を構成する有機材料としては、例えばアクリル樹脂が挙げられる。これに限られず、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂などであってもよい。また、有機絶縁膜6はシリカ等の無機充填材を含んでいてもよい。有機絶縁膜6は、下層絶縁膜4及び上層絶縁膜8よりも厚く、その表面が平坦になった平坦化膜である。次いで、有機絶縁膜6上にはレジストパターンが形成され(S42)、有機絶縁膜6が選択的にエッチングされ(S43)、その後、フォトレジストが剥離される(S44)。これにより、有機絶縁膜6のうちドレイン電極57の上方には、底に下層絶縁膜4が露出するホール6aが形成される。なお、有機絶縁膜6は、ゲート配線52の端部の上方には形成されない。
図6A及び図6Bに示される工程では、共通電極7及び共通線72が形成される。具体的には、有機絶縁膜6上にスパッタリングによりITO等の酸化物からなる透明導電膜が形成され、さらにスパッタリングによりCuやAl等の金属からなる金属膜が形成される(S51)。次いで、金属膜上にハーフトーンマスクを利用したレジストパターンが形成される(S52)。ここでは、共通線72が形成される領域にフォトレジストが比較的厚く形成され、共通電極7のみが形成される領域にフォトレジストが比較的薄く形成され、共通電極7が形成されない領域にはフォトレジストが形成されない。次いで、金属膜及び透明導電膜が選択的にエッチングされる(S53)。次いで、フォトレジストの薄く形成された部分がハーフアッシングにより除去され(S54)、これにより露出した領域の金属膜がエッチングされる(S55)。その後、フォトレジストが剥離される(S56)。これにより、共通電極7及び共通線72が形成される。
図7A及び図7Bに示される工程では、上層絶縁膜8が形成される。具体的には、CVD装置の反応室内にアンモニアガス、シランガス及び窒素ガスを導入することで、有機絶縁膜6上にSiNxからなる上層絶縁膜8が形成される(S61)。このとき、上層絶縁膜8は、有機絶縁膜6に形成されたホール6aを充填し、ホール6aの底に露出する下層絶縁膜4と接触する。また、ゲート配線52の端部の上方でも、上層絶縁膜8は、下層絶縁膜4と接触する。次いで、上層絶縁膜8上にレジストパターンが形成され(S62)、上層絶縁膜8が選択的にエッチングされ(S63)、その後、フォトレジストが剥離される(S64)。
これにより、TFT基板1の表示領域では、下層絶縁膜4及び上層絶縁膜8の2層に亘って、有機絶縁膜6のホール6aの内側を通り、底にドレイン電極57が露出する画素用ホール8aが形成される。一方、TFT基板1の周縁領域でも、下層絶縁膜4及び上層絶縁膜8の2層に亘って、平面視において第1の端子用ホール3bと重複し、底にゲート配線52の端部が露出する第2の端子用ホール8bが形成される。すなわち、本実施形態では、ゲート絶縁膜3に第1の端子用ホール3bを形成しているため、第2の端子用ホール8bを形成すべき絶縁膜の数が、下層絶縁膜4及び上層絶縁膜8の2層となって、画素用ホール8aを形成すべき絶縁膜の数と同じになる。これによると、画素用ホール8a及び第2の端子用ホール8bを同時に形成する際に、ドレイン電極57が露出するまでの時間とゲート配線52が露出するまでの時間とが実質的に同じになるか、若しくは両者の差が十分に小さくなるので、この結果、画素用ホール8aの径大化の抑制を図ることが可能である。
図9は、第1の端子用ホール3b及び第2の端子用ホール4bの具体的な構成例を表す図である。本構成例では、第2の端子用ホール8bは、第1の端子用ホール3bよりも小さく、第1の端子用ホール3bの内側に形成されている。このため、ゲート配線52のうち端子92が接続される部分では、ゲート絶縁膜3ではなく、下層絶縁膜4がゲート配線52を覆っている。詳しくは、ゲート配線52のうち、第2の端子用ホール8bによって露出する露出部分の周囲領域は、下層絶縁膜4によって覆われている。このように下層絶縁膜4及び上層絶縁膜8に第2の端子用ホール8bが形成されることによって、第2の端子用ホール8b内に形成される端子92(図1を参照)は、ゲート絶縁膜3とは接触しない。
ところで、ゲート絶縁膜3は半導体層53と共に形成されることから(図3A及び図3Bを参照)、ゲート絶縁膜3の成膜温度は、下層絶縁膜4及び上層絶縁膜8の成膜温度よりも高い。例えば、ゲート絶縁膜3の成膜温度は約350℃であるのに対し、下層絶縁膜4及び上層絶縁膜8の成膜温度は約290℃である。この違いから、ゲート絶縁膜3は、下層絶縁膜4及び上層絶縁膜8よりも硬くなり、被加工性に劣る。しかしながら、図9の構成例では、第2の端子用ホール8bが、加工性が比較的悪いゲート絶縁膜3ではなく、加工性が比較的良い下層絶縁膜4及び上層絶縁膜8に形成されるため、第2の端子用ホール8bを所望のテーパー形状に成形することが容易であり、端子92の信頼性を向上させることが可能である。
なお、ゲート絶縁膜3、下層絶縁膜4及び上層絶縁膜8は同じ材料からなるため、互いの境界が判別し難いことが考えられる。しかし、第2の端子用ホール8bが第1の端子用ホール3bよりも小さく、第1の端子用ホール3bの内側に形成されているか否かは、上層絶縁膜8の上面にゲート絶縁膜3に対応する盛り上がり部81が形成されているか否かによって判断することが可能である。
また、上記態様に限られず、図10に示されるように、第2の端子用ホール8bが第1の端子用ホール3bよりも大きく、第1の端子用ホール3bの外側に形成されてもよい。この場合、第1の端子用ホール3bと第2の端子用ホール8bが連続し、その内側壁は段形状となる。すなわち、ゲート絶縁膜3には、下層絶縁膜4及び上層絶縁膜8よりも内側に張り出した張り出し部32が形成される。
製造工程の説明に戻り、図8A及び図8Bに示される工程では、画素電極9及び端子92が形成される。具体的には、上層絶縁膜8上にスパッタリングによりITO等の酸化物からなる透明導電膜が形成される(S71)。次いで、透明導電膜上にレジストパターンが形成され(S72)、透明導電膜が選択的にエッチングされる(S73)。その後、フォトレジストが剥離される(S74)。これにより、上層絶縁膜8上に画素電極9が形成されると共に、画素電極9は、画素用ホール8aを通って、その底に露出したドレイン電極57に接続される。また、端子92は、第2の端子用ホール8bを通って、その底に露出したゲート配線52の端部に接続される。
その後、上層絶縁膜8及び画素電極9の上方に不図示の配向膜が配置され、透明基板2の下方に不図示の偏光板が配置されることで、TFT基板1が完成する。さらに、TFT基板1と不図示のCF基板との間に液晶層が保持されることで液晶パネルが完成し、こうした液晶パネルに駆動回路などが組み付けられることで液晶表示装置が完成する。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が当業者にとって可能であるのはもちろんである。
本発明は、図11に示されるようなTFT基板10に適用されてもよい。TFT基板10では、保護絶縁膜4上に画素電極9が形成されており、ゲート絶縁膜3下に共通電極7が形成されている。TFT基板10の表示領域では、保護絶縁膜4に、底にドレイン電極57が露出する画素用ホール8aが形成されている。TFT基板10の周縁領域では、保護絶縁膜4に、平面視において第1の端子用ホール3bと重複し、底にゲート配線52の端部が露出する第2の端子用ホール4bが形成されている。すなわち、本変形例においても、ゲート絶縁膜3に第1の端子用ホール3bを形成しているため、第2の端子用ホール4bを形成すべき絶縁膜の数が、保護絶縁膜4のみの1層となって、画素用ホール4aを形成すべき絶縁膜の数と同じになる。
1 TFT基板、2 透明基板、3 ゲート絶縁膜、32 張り出し部、3b 第1の端子用ホール、4 下層絶縁膜(保護絶縁膜)、4a 画素用ホール、4b 第2の端子用ホール、4c 窪み、5 薄膜トランジスタ(TFT)、51 ゲート電極、52 ゲート配線、53 半導体層、55 ソース電極、57 ドレイン電極、6 有機絶縁膜、6a ホール、7 共通電極、72 共通線、8 上層絶縁膜(保護絶縁膜)、81 盛り上がり部、8a 画素用ホール、8b 第2の端子用ホール、9 画素電極、92 端子。
Claims (7)
- 透明基板上にゲート電極及びゲート配線を形成し、
前記ゲート電極及び前記ゲート配線を覆うゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜に前記ゲート配線の一部を露出させる第1の端子用ホールを形成し、
前記ゲート絶縁膜上に半導体層、ソース電極及びドレイン電極を形成し、
前記半導体層、前記ソース電極、前記ドレイン電極及び前記ゲート配線を覆う保護絶縁膜を形成し、
前記保護絶縁膜に、前記ソース電極又は前記ドレイン電極の一部を露出させる画素用ホールと、平面視において前記第1の端子用ホールと重複し、前記ゲート配線の一部を露出させる第2の端子用ホールと、を形成し、
前記画素用ホールを通じて前記ソース電極又は前記ドレイン電極に接続される画素電極と、前記第2の端子用ホールを通じて前記ゲート配線に接続される端子と、を形成する、
ことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 - 前記第2の端子用ホールは、前記第1の端子用ホールよりも小さく、前記第1の端子用ホールの内側に形成される、
請求項1に記載の液晶表示装置の製造方法。 - 前記保護絶縁膜は下層絶縁膜と上層絶縁膜とを含み、前記下層絶縁膜と前記上層絶縁膜との間に共通電極が形成される、
請求項1に記載の液晶表示装置の製造方法。 - 前記ゲート絶縁膜は前記保護絶縁膜よりも硬い、
請求項2に記載の液晶表示装置の製造方法。 - 透明基板と、
前記透明基板上に配置されるゲート電極及びゲート配線と、
前記ゲート電極及び前記ゲート配線を覆うゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に配置される半導体層、ソース電極及びドレイン電極と、
前記半導体層、前記ソース電極及び前記ドレイン電極を覆う保護絶縁膜と、
前記保護絶縁膜に形成された画素用ホールを通じて前記ソース電極又は前記ドレイン電極に接続される画素電極と、
前記保護絶縁膜に形成された端子用ホールを通じて前記ゲート配線に接続される端子と、
を備え
前記ゲート配線のうち前記端子と接続される部分では、前記保護絶縁膜が前記ゲート配線と直接接している、
ことを特徴とする液晶表示装置。 - 前記端子は、前記ゲート絶縁膜と接触しない、
請求項5に記載の液晶表示装置。 - 前記保護絶縁膜は下層絶縁膜と上層絶縁膜とを含み、前記下層絶縁膜と前記上層絶縁膜との間に共通電極が形成される、
請求項5に記載の液晶表示装置。
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