JP4610552B2 - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、液晶表示装置の製造方法に関し、特に、フォトリソグラフィー工程を増加させることなく、優れた光学特性を発揮する液晶表示装置を得る液晶表示装置の製造方法に関する。
アクティブマトリクス型液晶表示装置においては、反射電極の光学的拡散性を高めるために、画素領域の反射電極の下地膜として、凹凸を有する有機膜を形成し、その上に反射電極を形成することが行われている（ＩＤＲ：In-cell Diffusing Reflector）。薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のゲート絶縁膜にコンタクトホールを形成する場合、コンタクトホールのフォトリソグラフィー工程を省略するために、ＩＤＲの有機膜にコンタクトホールを形成するときに、連続してゲート絶縁膜にコンタクトホールを形成する（Hatta et al, “A novel 5-mask top-gate TFT process for reflective LCD panels” Digest of technical papers AM-LCD 02, p207-210）。
この方法について、図６を用いて説明する。図６（ａ）〜図６（ｄ）は、従来の液晶表示装置の製造方法を示す断面図である。まず、図６（ａ）に示すように、ガラス基板１００上に例えばクロム膜を被着し、フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程により配線領域に対応する部分のクロム膜を残してライトシールド膜１０８を形成する。次いで、ガラス基板１００及びライトシールド膜１０８上にシリコン酸化膜１０１を形成する。
次いで、シリコン酸化膜１０１上にＩＴＯ（Indium-Tin Oxide）膜１０２及び金属膜１０３を順次形成し、フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程により、ゲート領域に開口部を形成する。その後、開口部を有する金属膜１０３上にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜１０４及びシリコン窒化膜１０５を順次形成し、フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程により、ゲート領域にアモルファスシリコン膜１０４及びシリコン窒化膜１０５を残す。
次いで、基板全面上にゲート絶縁膜であるシリコン窒化膜１０６を形成する。さらに、その上にゲート電極用の金属膜を形成し、フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程により、ゲート領域にゲート電極１０７を形成する。
次いで、図６（ｂ）に示すように、ＩＤＲ用の有機膜１０９を形成し、有機膜１０９の表面に凹凸を形成する。この凹凸の形成は、例えば、第１層目の有機膜を形成した後に、場所により光の強度を変えて露光して有機膜を島状に残し、その上に第２層目の有機膜を形成することにより行う。
次いで、図６（ｃ）に示すように、プラズマ１１０によりシリコン窒化膜１０６をドライエッチングしてゲート絶縁膜のコンタクトホールを形成する。その後、図６（ｄ）に示すように、反射領域に金属膜を被着して反射電極１１１を形成し、反射電極１１１をマスクとして金属膜１０３をエッチングする。
しかしながら、上記の方法においては、ゲート絶縁膜であるシリコン窒化膜１０６にコンタクトホールを形成する際に、ＩＤＲ用の有機膜１０９がプラズマに晒される。有機膜１０９がプラズマに晒されると、有機膜１０９の表面が削れてしまい、凹凸が小さくなってしまう。有機膜１０９の凹凸が小さくなると、反射電極の光の拡散能が小さくなってしまい、反射電極が所望の反射特性を発揮しなくなるという問題がある。
本発明の目的は、フォトリソグラフィー工程を増加させることなく、優れた光学特性を発揮する液晶表示装置を得る液晶表示装置の製造方法を提供することである。
本発明の液晶表示装置の製造方法は、アクティブマトリクス型液晶表示装置の薄膜トランジスタのソース電極とドレイン電極との間のギャップに半導体膜を形成し、前記半導体膜上にゲート絶縁膜を解してゲート電極用の第１の金属膜を形成する工程と、前記第１の金属膜上に、前記ギャップを含む領域に厚膜部を有し、かつ、コンタクトホール形勢領域に開口部を有する第１の有機膜を形成する工程と、前記第１の有機膜をマスクとして前記ゲート絶縁膜にコンタクトホールを形成すると共に前記ギャップを含む領域に前記第１の有機膜を残存させる工程と、残存した第１の有機膜をマスクとして前記第１の金属膜をエッチングして前記ギャップを含む領域上にゲート電極を形成する工程と、前記コンタクトホール形成領域以外の反射領域に凹凸を有する第２の有機膜を形成し、前記凹凸を有する第２の有機膜上に反射電極を形成する工程と、を具備することを特徴とする。
この方法によれば、ＩＤＲ用の有機膜を形成する前にコンタクトホールを形成することができる。このため、コンタクトホール形成の際に使用するプラズマによりＩＤＲ用の有機膜が晒されることはない。したがって、得られた液晶表示装置は、ＩＤＲにより所望の光学特性を発揮することができる。また、付加的なフォトリソグラフィー工程が必要ないので、工程が複雑になることはない。
本発明の液晶表示装置の製造方法によれば、前記ソース電極は、透明電極及びこの透明電極上に形成された第２の金属膜から構成され、前記ギャップを含む領域上に前記第１の金属膜を残存させる際に、前記第１の金属膜と共に前記第２の金属膜をエッチングすることが好ましい。
本発明の液晶表示装置の製造方法によれば、遮光部、半透過部及び透過部を有するマスクを用いて前記ギャップを含む領域に前記遮光部を配置し、かつ、コンタクトホール形成領域に前記透過部を配置して前記有機膜を露光し、露光後の有機膜を現像することにより、第１の有機膜を形成することが好ましい。このマスクは、ハーフトーンマスク又は回折マスクであることが好ましい。
本発明の液晶表示装置の製造方法によれば、前記第１の有機膜をマスクとして前記コンタクトホール形成領域の前記第１の金属膜をエッチングした後に、前記第１の金属膜をマスクとして前記ゲート絶縁膜にコンタクトホールを形成することが好ましい。
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法により得られた液晶表示装置の一部を示す断面図である。ここでは、液晶表示装置が半透過型である場合について説明する。なお、以下説明する部分については、アクティブマトリクス型液晶表示装置のゲート電極及びゲート絶縁膜付近の領域を説明している。このため、本発明と直接関係のない他の部分については説明を省略している。これらの他の部分の構成については、従来の構成とほぼ同様である。
絶縁性透明基板であるガラス基板１０の一方の主面上には、ＴＦＴに直接光が入射されないようにするライトシールド膜２０が設けられている。このライトシールド膜２０は、後述するソース電極とドレイン電極との間の領域（ギャップ）を含む領域に対応するガラス基板上の領域に形成される。ライトシールド膜２０が形成されたガラス基板１０上には、層間絶縁膜であるシリコン酸化膜（例えば、ＳｉＯ２）１１が形成されている。なお、ここでガラス基板の代わりに石英基板や透明プラスチック基板を用いても良い。液晶表示装置が半透過型である場合には、このように絶縁性透明基板を用いるが、液晶表示装置が反射型である場合には、シリコン基板を用いても良い。なお、反射型液晶表示装置である場合には、ライトシールド膜は不要となる。
シリコン酸化膜１１上には、ソース電極及びドレイン電極が形成されている。このソース電極及びドレイン電極は、それぞれ透明電極であるＩＴＯ膜１２及びＩＴＯ膜１２上に形成された金属膜１３の２層構造を有する。なお、ソース電極及びドレイン電極は、２層構造に限定されず、１層又は３層以上で構成しても良い。ソース電極とドレイン電極との間には、ギャップが形成されており、そのギャップ及びギャップ周辺のソース電極及びドレイン電極上には、半導体膜であるａ−Ｓｉ膜１４が形成されている。
ａ−Ｓｉ膜１４上には、ゲート絶縁膜であるシリコン窒化膜（例えば、ＳｉＮ）１５が形成されている。ａ−Ｓｉ膜１４、シリコン窒化膜１５、並びにソース電極及びドレイン電極上には、ゲート絶縁膜であるシリコン窒化膜１６が形成されている。このシリコン窒化膜（例えば、ＳｉＮ）１６の開口部１６ｂには、コンタクトホールが形成されており、そのコンタクトホール側に突出するオーバーハング部１６ａが設けられている。なお、ここではゲート絶縁膜がシリコン窒化膜１５，１６の２層構造である場合について説明しているが、ゲート絶縁膜が１層構造であっても良い。
シリコン窒化膜１６のギャップを含む領域には、ゲート電極１７が形成されている。このような構造上の反射領域（反射電極を設ける領域）上には、ＩＤＲ用の有機膜１８が形成されている。このとき、シリコン窒化膜１６のオーバーハング部１６ａは、有機膜１８の形成時に、有機膜１８を構成する材料が回り込むために有機膜１８に埋め込まれる。この有機膜１８の表面には、反射電極に光の拡散能を付与するために凹凸が形成されている。有機膜１８上には、反射電極１９が形成されている。なお、ゲート電極１７及び反射電極１９の材料としては、通常使用される材料が用いられる。
このように構成された液晶表示装置においては、ＩＤＲ構造を構成する有機膜１８が、コンタクトホール形成時にプラズマに晒されないので、所望の凹凸形状を維持することができる。このため、液晶表示装置は、ＩＤＲを用いた光学的効果を十分に発揮させることができる。
次に、本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法について図２〜図４を用いて説明する。図２〜図４は、本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法を示す断面図である。
まず、図１（ａ）に示すように、ガラス基板１０上に例えばクロム膜を被着し、フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程により配線領域に対応する部分（ソース電極とドレイン電極との間のギャップを含む領域）のクロム膜を残してライトシールド膜２０を形成する。次いで、ガラス基板１０及びライトシールド膜２０上に層間絶縁膜であるシリコン酸化膜１１を形成する。
次いで、図２（ａ）に示すように、シリコン酸化膜１１上にＩＴＯ膜１２及び金属膜１３を順次形成し、フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程により、ゲート領域に開口部（ギャップ）２１を形成する。この開口部２１には、この上に形成する膜のカバレッジを良好にするためにシリコン酸化膜１１側に向かって幅が狭くなるようなテーパ面２１ａが設けられている。なお、この部分の構成においては、ＩＴＯ膜１２の端部よりも金属膜１３の端部がより内側に延出していることが必須であり、テーパが設けられていることがより好ましい。このような構成においては、後述するａ−Ｓｉ膜の形成前にＰＨ３のプラズマを照射することにより、Ｐ原子がＩＴＯ膜１２の表面に吸着する。その結果、ａ−ＳｉとＩＴＯとの間のオーミック特性が得られる。
その後、図２（ｂ）に示すように、開口部２１を有する金属膜１３上にａ−Ｓｉ膜１４及びシリコン窒化膜１５を順次形成し、フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程により、ゲート領域（ギャップ及びその周辺のソース・ドレイン電極）にａ−Ｓｉ膜１４及びシリコン窒化膜１５を残す。
次いで、基板全面上にゲート絶縁膜であるシリコン窒化膜１６を形成する。さらに、図３（ａ）に示すように、その上にゲート電極用の金属膜１７を形成する。さらにその上に、有機膜である感光性レジスト膜３１を形成する。この感光性レジスト膜３１に対してハーフトーンマスク３３を用いてパターニングを施す。
このハーフトーンマスク３３は、光の一部を通す半透過部３３ａと、すべての光を通す透過部３３ｂと、光を通さない遮光部３３ｃとを有する。ハーフトーンマスク３３の透過部３３ｂは、ゲート絶縁膜にコンタクトホールを形成する領域に対応して設けられており、遮光部３３ｃは、ギャップ２１を含む領域に対応して設けられている。ハーフトーンマスク３３のその他の部分は、半透過部３３ａで構成されている。
このハーフトーンマスク３３を用いて感光性レジストを露光すると、透過部３３ｂにおいてはすべての露光光（図中の矢印Ｘ）が通過し、半透過部３３ａにおいては一部の露光光（図中の矢印Ｙ）が通過する。一方、遮光部３３ｃにおいては露光光は通過しない。このため、遮光部３３ｃに対応する部分の感光性レジストは厚膜部３１ａを構成する。また、透過部３３ｂに対応する部分の感光性レジストは除去されて開口部３２が形成される。また、半透過部３３ａに対応する部分の感光性レジストは部分的に除去される。このようにして、厚膜部３１ａ及び開口部３２を有する感光性レジスト膜３１が形成される。
次いで、図３（ｂ）に示すように、感光性レジスト膜３１をマスクとしてゲート電極用の金属膜１７をエッチングする。これにより、開口部３２に対応するシリコン窒化膜１６が露出する。次いで、図３（ｃ）に示すように、エッチングした金属膜１７をマスクとして、露出したシリコン窒化膜１６をドライエッチングしてコンタクトホールを形成する。このとき、コンタクトホールには、金属膜１３に向かって幅が狭くなるテーパ面１６ｃが形成される。また、このとき、プラズマとして例えばＳＦ６及びＯ２の混合ガスが用いられる。この混合ガスは、有機材料もエッチングするので、感光性レジスト膜３１の厚さが減少する。そして、感光性レジスト膜３１は、厚膜部３１ａのみがゲート電極用の金属膜１７のギャップを含む領域上に残存する。ここで、残存した厚膜部３１ａ以外の感光性レジストが金属膜１７の表面上に残存している場合には、Ｏ２プラズマによるアッシング処理などで除去することが望ましい。
次いで、図４（ａ）に示すように、厚膜部３１ａをマスクとして金属膜１７をエッチングして、シリコン窒化膜１６のギャップを含む領域上にゲート電極を形成する。このとき、同時にソース電極を構成する金属膜１３がエッチングされる。金属膜１３がエッチングされる際、オーバーエッチングのために、シリコン窒化膜１６にオーバーハング部１６ａが形成される。その後、図４（ｂ）に示すように、感光性レジストの厚膜部３１ａを除去する。
次いで、図４（ｃ）に示すように、コンタクトホール形成領域以外の反射領域（ゲート電極１７及びコンタクトホールのシリコン窒化膜のテーパ面を含む）にＩＤＲ用の有機膜１８を形成し、有機膜１８の表面に凹凸を形成する。このとき、シリコン窒化膜１６のオーバーハング部１６ａは、有機膜１８を構成する材料が回り込むために、有機膜１８により埋め込まれる。この凹凸の形成は、例えば、第１層目の有機膜を形成した後に、場所により光の強度を変えて露光して有機膜を島状に残し、その上に第２層目の有機膜を形成することにより行う。なお、この凹凸の形成は、この方法により限定されず、種々の方法により行うことができる。
その後、有機膜１８上に金属膜を被着して、反射電極１９を形成する。なお、有機膜１８の材料としては、感光性レジストなどを用いることができ、反射電極１９の材料としては、アルミニウムなどを用いることができる。このようにして、図１に示す構成が得られる。
本発明の方法においては、ゲート電極用の金属膜上に、ソース・ドレイン電極間のギャップを含む領域に厚膜部を有し、かつ、コンタクトホール形成領域に開口部を有する感光性レジスト膜を形成し、感光性レジスト膜をマスクとしてゲート絶縁膜にコンタクトホールを形成すると共にギャップを含む領域に感光性レジスト膜を残存させ、この感光性レジスト膜をマスクとして金属膜をエッチングしてギャップを含む領域上にゲート電極を形成するので、ＩＤＲ用の有機膜を形成する前にコンタクトホールを形成することができる。このため、コンタクトホール形成の際に使用するプラズマによりＩＤＲ用の有機膜が晒されることはない。したがって、得られた液晶表示装置は、ＩＤＲにより所望の光学特性を発揮することができる。また、付加的なフォトリソグラフィー工程が必要ないので、工程が複雑になることはない。
次に、本発明の効果を明確にするために行った実験例について説明する。図５は、本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法により得られた液晶表示装置の特性を示す図である。図５は、反射率と視野角との関係を示しており、破線が本発明の方法により得られた液晶表示装置を示し、実線が従来の方法により得られた液晶表示装置を示す。
測定方法は次のようにした。液晶表示装置のパネル面の法線方向から３０°ずらした方向から光を照射し、液晶パネルで反射した光（反射率）を観測する。そして、この観測する位置を変えながら、各位置における反射率を測定する。なお、ここでは、パネル面の法線方向から観測した場合を視野角０°としている。
図５から分かるように、本発明の方法により得られた液晶表示装置においては、ＩＤＲ用の有機膜がプラズマに晒されていないので、ＩＤＲが所望の拡散能を発揮している。すなわち、図５においてピークが比較的広くなっている。一方、従来の方法により得られた液晶表示装置においては、ＩＤＲ用の有機膜がプラズマに晒されるので、ＩＤＲが所望の拡散能を発揮しない。すなわち、図５においてピークが比較的狭くなっている。
本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態において使用した材料や構造に限定なく、その機能を発揮することができる代替材料や代替構造を用いても良い。すなわち、上記実施の形態では、層間絶縁膜としてシリコン酸化膜を用い、ゲート絶縁膜としてシリコン窒化膜を用い、ライトシールド膜としてクロム膜を用いた場合について説明しているが、本発明においては、等価な機能を発揮するのであれば、他の材料を用いても良い。また、各膜の厚さは、それぞれの膜の機能を発揮するならば特に制限はない。
また、上記実施の形態においては、ハーフトーンマスクを用いた場合について説明しているが、本発明においては、遮光部、透過部、半透過部を有する回折マスクを使用して、厚膜部及び開口部を有する感光性レジスト膜を形成しても良い。なお、この回折マスクの場合、露光機の解像限界以下の小さいパターンを形成し、この部分を半透過部とする。この小さいパターンで光が回折することにより、弱い光がマスクを透過する。
上記実施の形態においては、液晶表示装置が半透過型である場合について説明しているが、本発明は、液晶表示装置が反射型である場合にも同様に適用することが可能である。反射型の場合には、ライトシールド膜が不要であり、シリコン窒化膜の開口部にも反射電極が形成されることなどを除き半透過型の場合とほぼ同じである。
以上説明したように本発明の液晶表示装置の製造方法によれば、ゲート電極用の金属膜上に、ソース・ドレイン電極間のギャップを含む領域に厚膜部を有し、かつ、コンタクトホール形成領域に開口部を有する第１の有機膜を形成し、第１の有機膜をマスクとしてゲート絶縁膜にコンタクトホールを形成すると共にギャップを含む領域に第１の有機膜を残存させ、この第１の有機膜をマスクとして金属膜をエッチングしてギャップを含む領域上にゲート電極を形成するので、ＩＤＲ用の有機膜を形成する前にコンタクトホールを形成することができる。このため、コンタクトホール形成の際に使用するプラズマによりＩＤＲ用の有機膜が晒されることはない。したがって、得られた液晶表示装置は、ＩＤＲにより所望の光学特性を発揮することができる。また、付加的なフォトリソグラフィー工程が必要ないので、工程が複雑になることはない。
本発明は、反射型液晶表示装置及び半透過型液晶表示装置に適用することができる。
１０、１００ ガラス基板
１１、１０１ シリコン酸化膜
１２、１０２ ＩＴＯ膜
１３、１０３ 金属膜
１４、１０４ ａ−Ｓｉ膜
１５、１６、１０５、１０６シリコン窒化膜
１６ａ オーバーハング部
１６ｂ、３２ 開口部
１６ｃ テーパ面
１７、１０７ ゲート電極
１８、１０９ 有機膜
１９ 反射電極
２０、１０８ ライトシールド膜
３１ 感光性レジスト膜
３３ ハーフトーンマスク
３３ａ 半透過部
３３ｂ 透過部
３３ｃ 遮光部
１１０ プラズマ
１１、１０１ シリコン酸化膜
１２、１０２ ＩＴＯ膜
１３、１０３ 金属膜
１４、１０４ ａ−Ｓｉ膜
１５、１６、１０５、１０６シリコン窒化膜
１６ａ オーバーハング部
１６ｂ、３２ 開口部
１６ｃ テーパ面
１７、１０７ ゲート電極
１８、１０９ 有機膜
１９ 反射電極
２０、１０８ ライトシールド膜
３１ 感光性レジスト膜
３３ ハーフトーンマスク
３３ａ 半透過部
３３ｂ 透過部
３３ｃ 遮光部
１１０ プラズマ
Claims (5)
- アクティブマトリクス型液晶表示装置の薄膜トランジスタのソース電極とドレイン電極との間のギャップに半導体膜を形成し、前記半導体膜上にゲート絶縁膜を介してゲート電極用の第１の金属膜を形成する工程と、
前記第１の金属膜上に、前記ギャップを含む領域に厚膜部を有し、かつ、コンタクトホール形成領域に開ロ部を有する第１の有機膜を形成する工程と、
前記第１の有機膜をマスクとして前記ゲート絶縁膜にコンタクトホールを形成すると共に前記ギャップを含む領域に前記第１の有機膜を残存させる工程と、
残存した第１の有機膜をマスクとして前記第１の金属膜をエッチングして前記ギャップを含む領域上にゲート電極を形成する工程と、
前記コンタクトホール形成領域以外の反射領域に凹凸を有する第２の有機膜を形成し、前記凹凸を有する第２の有機膜上に反射電極を形成する工程と、
を具備することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 - 前記ソース電極は、透明電極及びこの透明電極上に形成された第２の金属膜から構成され、前記ギャップを含む領域上に前記第１の金属膜を残存させる際に、前記第１の金属膜と共に前記第２の金属膜をエッチングすることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置の製造方法。
- 遮光部、半透過部及び透過部を有するマスクを用いて前記ギャップを含む領域に前記遮光部を配置し、かつ、コンタクトホール形成領域に前記透過部を配置して前記有機膜を露光し、露光後の有機膜を現像することにより、第１の有機膜を形成することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記マスクは、ハーフトーンマスク又は回折マスクであることを特徴とする請求項３記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記第１の有機膜をマスクとして前記コンタクトホール形成領域の前記第１の金属膜をエッチングした後に、前記第１の金属膜をマスクとして前記ゲート絶縁膜にコンタクトホールを形成することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の液晶表示装置の製造方法。
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