JP4201883B2

JP4201883B2 - Ｔｆｔアレイ基板及びこれを用いた液晶表示装置並びにｔｆｔアレイ基板の製造方法

Info

Publication number: JP4201883B2
Application number: JP16169698A
Authority: JP
Inventors: 宗人熊谷; 和式井上; 理青木; 昌也水沼
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-06-10
Filing date: 1998-06-10
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2018-06-10
Also published as: JPH11354806A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＴＦＴアレイ基板及びこれを用いた液晶表示装置と、ＴＦＴアレイ基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、ＣＲＴに代わるフラットパネルディスプレイの一つとして盛んに研究開発が行われており、特に、消費電力が小さく薄型であるという特徴を生かして、電池駆動の小型ＴＶ、ノートブック型パーソナルコンピュータ及びカーナビゲーション等の製品として既に実用化されている。液晶表示装置の駆動方法として、高品質表示の面からＴＦＴをスイッチング素子に用いたアクティブマトリクス型ＴＦＴアレイが主として用いられている。この液晶表示装置の低消費電力化には、液晶表示パネルの画素部の有効表示面積を大きくすること、すなわち画素の高開口率化が有効である。
【０００３】
液晶表示装置を構成するＴＦＴアレイ基板において、従来、複数のゲート配線とソース配線の各交点に設けられたＴＦＴ部による段差に起因するラビング不良が起こり、配向不良による光抜けの表示不良が発生するという問題があった。そこで、上記のような表示不良を防止し、且つ高開口率の液晶表示装置を得るために、透明性樹脂よりなる平坦化膜を兼ねた層間絶縁膜が採用されていた。
以下に、従来の平坦化膜を兼ねた層間絶縁膜を採用したＴＦＴアレイ基板及び液晶表示装置の製造方法を説明する。透明絶縁性基板上に、ゲート電極、ソース及びドレイン電極、半導体層よりなるＴＦＴを形成した後、これらを覆うように、透明性樹脂よりなる平坦化膜を兼ねた層間絶縁膜を数μｍの厚さで形成する。さらに、この層間絶縁膜下のゲート電極にオーバーラップさせるように、最上層に広い面積で画素電極を形成し、この画素電極は、層間絶縁膜に開けられたコンタクトホールを介してドレイン電極と接続される。
【０００４】
以上のようにして作成されたＴＦＴアレイ基板と、カラーフィルタ及び透明電極等を有する対向電極基板の間に、数μｍのスペーサーを挟んで一定の間隔を保持した状態で、上記２枚の基板を貼り合わせる。この２枚の基板よりなるパネルを、液晶を溜めた容器と共に真空チャンバー内に入れ、０．０１〜０．００１torrまで減圧する。その後、液晶を溜めた容器に上記パネルの一部に設けられた注入口を下向きにして浸漬し、真空層を大気圧に戻すことにより、容器内の液晶は圧力差によって上記パネルの隙間に注入される。その後、注入口を塞ぐ。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のようにして作成された従来の液晶表示装置は、透明性樹脂よりなる平坦化膜を兼ねた層間絶縁膜がほぼＴＦＴアレイ基板全面に数μｍ厚で存在しており、液晶注入の際に減圧することで、この透明性樹脂膜に吸蔵された水分、ガス及び樹脂自体の分解物等が発生し、上記樹脂膜を使用しない場合に比べ、液晶注入工程の排気時間に要する時間が２倍程度必要であった。また、液晶が完全に注入されず、微小な空洞ができる液晶注入不良が発生するという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、液晶注入工程の減圧時において、透明性樹脂よりなる層間絶縁膜からの水分、ガス及び分解物等の発生を抑制し液晶注入不良を防止すると共に、処理時間の短縮によるコスト低減が可能なＴＦＴアレイ基板とその製造方法を提供し、上記ＴＦＴアレイ基板を用いた高開口率の液晶表示装置を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わるＴＦＴアレイ基板は、透明絶縁性基板上に複数本形成されたゲート電極を備えたゲート配線と、ゲート配線と交差する複数本のソース電極を備えたソース配線と、ゲート電極上にゲート絶縁膜を介して設けられた半導体層と、この半導体層に接続されたソース電極及びドレイン電極よりなる薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタが形成された基板上に設けられ、薄膜トランジスタに起因する段差を無くすように表面が平坦化され、ドレイン電極上にコンタクトホールを有する透明性樹脂よりなる層間絶縁膜と、層間絶縁膜上に広範囲に設けられ、コンタクトホールによりドレイン電極と接続される透明導電膜よりなる画素電極と、層間絶縁膜の画素電極に覆われていない部分に物理的または化学的表面処理を施して形成され、減圧下における層間絶縁膜に吸蔵された水分及びガス等の発生を抑制する機能を有する層間絶縁膜改質部を備えたものである。
【０００８】
また、層間絶縁膜改質部は、有色とするものである。
また、層間絶縁膜改質部は、可視光の透過率を５０％以下とするものである。また、層間絶縁膜改質部の厚さは、層間絶縁膜の最表面から最下面までの任意の厚さとするものである。
さらに、本発明に係わる液晶表示装置は、上記のいずれかに記載のＴＦＴアレイ基板と、透明電極およびカラーフィルタ等を有する対向電極基板の間に液晶が配置されているものである。
【０００９】
また、本発明に係わるＴＦＴアレイ基板の製造方法は、透明絶縁性基板上に、ゲート電極及びゲート配線、ゲート絶縁膜、半導体層、ソース電極及びソース配線、ドレイン電極を順次設け、薄膜トランジスタを形成する工程と、この基板上に、透明性樹脂よりなる層間絶縁膜を形成し、ドレイン電極上の層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、層間絶縁膜上にＩＴＯ等の透明導電膜を成膜し、フォトリソグラフィ法により画素電極を形成する工程と、層間絶縁膜の画素電極に覆われていない部分に物理的または化学的表面処理を施し、減圧下における層間絶縁膜に吸蔵された水分及びガス等の発生を抑制する機能を有する層間絶縁膜改質部を形成する工程を含んで製造するようにしたものである。
【００１０】
また、層間絶縁膜への物理的表面処理として、酸素、窒素またはヘリウム等を用いたプラズマ処理を施すものである。
また、層間絶縁膜への化学的表面処理として、オゾン雰囲気下でのＵＶ照射または有機系溶剤への浸漬処理のいずれかの処理を施すものである。
さらに、層間絶縁膜への表面処理は、処理基板温度２５０度以下で施されるものである。
【００１１】
また、層間絶縁膜への表面処理は、画素電極パターニング用のレジストをマスクとして用い、処理後、レジストを除去するものである。
また、画素電極の形成をドライエッチング法にて行った後、導入ガス種を変えて層間絶縁膜に物理的表面処理を施し、さらに導入ガス種を変えてレジスト除去を行う工程を、同一装置内で連続的に行うものである。
また、層間絶縁膜への表面処理は、画素電極パターニング用のレジストを除去後に、画素電極をマスクとして用いるものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下に、本発明の実施の形態を図について説明する。図１は、本発明の実施の形態１であるＴＦＴアレイ基板の製造方法を示す断面図である。図において、１はガラス基板等の透明絶縁性基板、２は透明絶縁性基板１上に複数本形成されたゲート配線に備えられたゲート電極、３は共通電極であり、ゲート配線は後述のソース電極を備えた複数本のソース配線と交差している。また、ゲート電極２上にゲート絶縁膜４を介して設けられアモルファスシリコン膜（以下、ａ−Ｓｉ膜と称す）５及び不純物をドープした低抵抗アモルファスシリコン膜（以下、ｎ⁺−ａ−Ｓｉ膜と称す）６よりなる半導体層と、この半導体層に接続されたソース電極７及びドレイン電極８より、薄膜トランジスタが構成されている。９は薄膜トランジスタのチャネル部である。さらに、１０は、薄膜トランジスタが形成された基板上に設けられ、薄膜トランジスタに起因する段差を無くすように表面が平坦化され、ドレイン電極８上にコンタクトホール１１を有する透明性樹脂よりなる層間絶縁膜、１２は、層間絶縁膜１０上に広範囲に設けられ、コンタクトホール１１によりドレイン電極８と接続される透明導電膜よりなる画素電極、１３は画素電極１２パターニング用のレジスト、１４は層間絶縁膜１０の画素電極１２に覆われていない部分に物理的または化学的表面処理を施して形成され、減圧下における層間絶縁膜に吸蔵された水分及びガス等の発生を抑制する機能を有する層間絶縁膜改質部である。なお、本実施の形態による液晶表示装置は、上記のＴＦＴアレイ基板と、透明電極およびカラーフィルタ等を有する対向電極基板（図示せず）の間に液晶が配置されているものである。
【００１３】
本実施の形態におけるＴＦＴアレイ基板の製造方法を説明する。まず、透明絶縁性基板１上に、スパッタ法等を用いてＣｒを成膜し、フォトリソグラフィ法にてゲート電極２及び共通電極３を形成する。次に、プラズマＣＶＤ法等を用いて窒化シリコンからなるゲート絶縁膜４、ａ−Ｓｉ膜５、ｎ⁺−ａ−Ｓｉ膜６を順次成膜し、フォトリソグラフィ法にてａ−Ｓｉ膜５、ｎ⁺−ａ−Ｓｉ膜６を島状にパターニングし、半導体層を形成する。次に、スパッタリング法により金属膜を成膜後、フォトリソグラフィ法により、半導体層のチャネル部９並びにソース電極７、ドレイン電極８を形成し、ＴＦＴを形成する。
【００１４】
次に、ＴＦＴによる段差を無くし表面が平坦化されるように、高耐熱性、高硬度で感光性のあるアクリル系透明性樹脂を塗布し、フォトリソグラフィ法により、ドレイン電極８上の一部にコンタクトホール１１を形成する。その後、アクリル系透明性樹脂を十分に焼成し、層間絶縁膜１０を形成する。続いて、スパッタリング法等を用いて透明導電膜であるＩＴＯを１０００Å程度の膜厚に成膜し、フォトリソグラフィ法により画素電極１２を形成する（図１(a) ）。
次に、画素電極１２パターニング用のレジスト１３を残したまま、マスクとして用い、層間絶縁膜１０の画素電極１２に覆われていない部分に物理的または化学的表面処理を施し、層間絶縁膜改質部１４を形成する（図１(b) ）。ここで、物理的表面処理としては、酸素、窒素、ヘリウム等を用いたプラズマ処理や、窒素、リン、ホウ素、水素ガス使用のイオン注入処理等が挙げられる。また、化学的表面処理としては、オゾン雰囲気下でのＵＶ照射、有機系溶剤への浸漬処理等が挙げられる。これらの物理的及び化学的表面処理の中から少なくとも一つの処理を施し、層間絶縁膜改質部１４を形成する。なお、層間絶縁膜改質部１４の厚さは、図２(a) に示すように層間絶縁膜１０の最表面から、図２(b) に示すように層間絶縁膜１０の最下面までの任意の厚さとする。処理後、レジスト１３を除去し、所望のＴＦＴアレイ基板を得る（図１(c) ）。
【００１５】
以上のようにして作成されたＴＦＴアレイ基板は、透明性樹脂よりなる層間絶縁膜１０のうち、ＴＦＴアレイ基板最表面に露出している箇所には全て表面処理を施し、層間絶縁膜改質部１４を形成している。このため、画素電極１２と層間絶縁膜改質部１４によって層間絶縁膜１０を覆い閉じこめた形となり、液晶注入時の減圧下において、層間絶縁膜１０に吸蔵された水分、ガス及び樹脂自体の分解物等が発生するのを抑制する効果がある。その結果、液晶注入不良を防止でき、且つ処理時間の短縮によるコスト低減が可能となった。
【００１６】
また、以上の効果は、画素電極１２より露出した層間絶縁膜１０の膜質を変化させることで得られるが、本実施の形態では、さらに、層間絶縁膜改質部１４を有色とし、可視光の透過率を５０％以下とすることで、画素電極１２周辺より生ずる光漏れを抑制する効果を付加した。
図３は、ソース配線のズレに対する輝度の変化量を計算するための条件を示す模式図、表１は計算結果を示している。ソース配線幅を８μｍ、画素電極間を３μｍ、ＴＦＴをドット反転方式駆動にし、ソース配線と画素電極の間に左右それぞれ０．５μｍ（全体で１μｍ以下）のズレが生じた場合、４％の輝度変動が生じる。輝度変動が３％を越えると、画面上にショット斑として認識されることが定性的に分かっている。本実施の形態では、層間絶縁膜改質部１４を有色とし、画素間の光漏れを可視域で５０％以下の透過にすることで、パターンのズレ幅が２μｍ程度まで許容できるようになる。露光装置の重ね合わせ精度は通常３シグマで０. ８μｍ程度であり、層間絶縁膜改質部１４を有色とすることで、精度が大きく緩和され、さらにソース配線などを細線化でき高開口率化が図られる。
【００１７】
【表１】

【００１８】
なお、本実施の形態において層間絶縁膜１０として用いたアクリル系透明樹脂は、約２５０度の高耐熱性を有するため、ＩＴＯ膜を２３０度程度の高温スパッタリングまたは常温〜２００度の低温スパッタリング法及び２３０度程度のアニールにより形成する際に変質することはなく、ＩＴＯ及び下地膜と十分な密着性を得ている。このため、画素電極１２のパターニング不良は発生しない。さらに、層間絶縁膜１０への表面処理を、画素電極１２もしくは画素電極パターニング用のレジスト１３をマスクとして、処理基板温度２５０度以下で施すことにより、画素電極１２に覆われていない部分のみの膜質を変化させ、画素電極１２下の層間絶縁膜１０の変色を抑制することができる。このため、液晶表示装置の開口率の低下を招くことはない。
【００１９】
実施の形態２．
以下に、本発明の実施の形態２におけるＴＦＴアレイ基板の製造方法を説明する。ＴＦＴ形成後の透明絶縁性基板上に層間絶縁膜１０を形成し、さらに透明導電膜であるＩＴＯを成膜後、画素電極１２パターニング用のレジスト１３を形成する工程までは、上記実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
本実施の形態では、画素電極１２の形成をヨウ化水素ガス等を用いたドライエッチング法にて行った後、レジスト１３を残したまま導入ガス種を変えて、層間絶縁膜１０に物理的表面処理を施し、層間絶縁膜改質部１４を形成し、さらに導入ガス種を変えてレジスト１３の除去を行う。
本実施の形態によれば、画素電極１２となるＩＴＯのエッチングから、層間絶縁膜１０の表面処理及びレジスト１３除去までを同一装置内で連続して行うことが可能であるため、製造工程が簡略化される効果がある。
【００２０】
実施の形態３．
以下に、本発明の実施の形態３におけるＴＦＴアレイ基板の製造方法を図４を用いて説明する。ＴＦＴ形成後の透明絶縁性基板上に層間絶縁膜１０を形成し、さらに透明導電膜であるＩＴＯを成膜後、画素電極１２を形成する工程までは、上記実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
本実施の形態では、画素電極１２パターニング用のレジスト１３を除去後に、画素電極１２をマスクとして層間絶縁膜１０の物理的処理または化学的処理のいずれかの表面処理を行い、層間絶縁膜改質部１４を形成した（図４(c) ）。このように、レジスト１３を除去後に層間絶縁膜１０の表面処理を行うことにより、レジスト１３の焼き付けによる残留を防止することができる。このため、処理温度を２５０度近傍まで上げることが可能となり、プロセスマージンを大きくとることができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、層間絶縁膜の画素電極に覆われていない部分に表面処理を施し、層間絶縁膜改質部を設けたので、画素電極と層間絶縁膜改質部によって層間絶縁膜を覆い閉じこめた形となり、液晶注入時の減圧下において、層間絶縁膜に吸蔵された水分、ガス及び樹脂自体の分解物等が発生するのを抑制することができ、液晶注入不良を防止すると共に、処理時間の短縮によるコスト低減が可能となった。その結果、高開口率の液晶表示装置を高歩留まり及び低コストで製造することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１であるＴＦＴアレイ基板の製造方法を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１であるＴＦＴアレイ基板を示す断面図である。
【図３】液晶表示装置のソース配線のズレに対する輝度変化量を計算するための条件を示す模式図である。
【図４】本発明の実施の形態３であるＴＦＴアレイ基板の製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
１透明絶縁性基板、２ゲート電極、３共通電極、４ゲート絶縁膜、
５ａ−Ｓｉ膜、６ｎ⁺−ａ−Ｓｉ膜、７ソース電極、
８ドレイン電極、９チャネル部、１０層間絶縁膜、
１１コンタクトホール、１２画素電極、１３レジスト、
１４層間絶縁膜改質部。

Claims

透明絶縁性基板上に複数本形成されたゲート電極を備えたゲート配線、
上記ゲート配線と交差する複数本のソース電極を備えたソース配線、
上記ゲート電極上にゲート絶縁膜を介して設けられた半導体層と、この半導体層に接続された上記ソース電極及びドレイン電極よりなる薄膜トランジスタ、
上記薄膜トランジスタが形成された基板上に設けられ、上記薄膜トランジスタに起因する段差を無くすように表面が平坦化され、上記ドレイン電極上にコンタクトホールを有する透明性樹脂よりなる層間絶縁膜、
上記層間絶縁膜上に広範囲に設けられ、上記コンタクトホールにより上記ドレイン電極と接続される透明導電膜よりなる画素電極、
上記層間絶縁膜の上記画素電極に覆われていない部分に物理的または化学的表面処理を施して形成され、減圧下における上記層間絶縁膜に吸蔵された水分及びガス等の発生を抑制する機能を有する層間絶縁膜改質部を備えたことを特徴とするＴＦＴアレイ基板。
層間絶縁膜改質部は、有色であることを特徴とする請求項１記載のＴＦＴアレイ基板。
層間絶縁膜改質部は、可視光の透過率が５０％以下であることを特徴とする請求項２に記載のＴＦＴアレイ基板。
層間絶縁膜改質部の厚さは、層間絶縁膜の最表面から最下面までの任意の厚さとすることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のＴＦＴアレイ基板。
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のＴＦＴアレイ基板と、透明電極およびカラーフィルタ等を有する対向電極基板の間に液晶が配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
透明絶縁性基板上に、ゲート電極及びゲート配線、ゲート絶縁膜、半導体層、ソース電極及びソース配線、ドレイン電極を順次設け、薄膜トランジスタを形成する工程、
上記基板上に、透明性樹脂よりなる層間絶縁膜を形成し、上記ドレイン電極上の上記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程、
上記層間絶縁膜上にＩＴＯ等の透明導電膜を成膜し、レジストパターニングにより画素電極を形成する工程、
上記層間絶縁膜の上記画素電極に覆われていない部分に物理的または化学的表面処理を施し、減圧下における上記層間絶縁膜に吸蔵された水分及びガス等の発生を抑制する機能を有する層間絶縁膜改質部を形成する工程を備えたことを特徴とするＴＦＴアレイ基板の製造方法。
層間絶縁膜への物理的表面処理として、酸素、窒素またはヘリウム等を用いたプラズマ処理を施すことを特徴とする請求項６記載のＴＦＴアレイ基板の製造方法。
層間絶縁膜への化学的表面処理として、オゾン雰囲気下でのＵＶ照射または有機系溶剤への浸漬処理のいずれかの処理を施すことを特徴とする請求項６記載のＴＦＴアレイ基板の製造方法。
層間絶縁膜への表面処理は、処理基板温度２５０度以下で施されることを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれか一項に記載のＴＦＴアレイ基板の製造方法。
層間絶縁膜への表面処理は、画素電極パターニング用のレジストをマスクとして用い、処理後、上記レジストを除去することを特徴とする請求項６〜請求項９のいずれか一項に記載のＴＦＴアレイ基板の製造方法。
画素電極の形成をドライエッチング法にて行った後、導入ガス種を変えて層間絶縁膜に物理的表面処理を施し、さらに導入ガス種を変えてレジスト除去を行う工程を、同一装置内で連続的に行うことを特徴とする請求項１０記載のＴＦＴアレイ基板の製造方法。
層間絶縁膜への表面処理は、画素電極パターニング用のレジストを除去後に、上記画素電極をマスクとして用いることを特徴とする請求項６〜請求項９のいずれか一項に記載のＴＦＴアレイ基板の製造方法。